CN102300444A - 冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冷却系统，该冷却系统是在制冷剂自然循环系统具备设置在机架间，进行半局部冷却运转的冷却装置的冷却系统中，通过一面防止电子设备的温度上升，一面与负载相应地控制冷却装置的送风量来削减运转成本，节能性高。本发明中，在冷却装置(20a)、(20b)的供气面设置供气温度传感器(80)，在排气面设置回气温度传感器(82)，由送风机频率转换构件(70)，从供气温度传感器(80)和回气温度传感器(82)的测定值算出供气温度和回气温度的温度差。于是，由送风机频率转换构件(70)，将送风机(22a)、(22b)的频率控制在与上述温度差相应的频率。

Description

冷却系统
技术领域
本发明涉及电子设备的冷却系统，尤其是涉及由设置在电子设备之间的具备蒸发器和送风机的冷却装置，对从设置在服务器室的电脑、服务器等多个电子设备发出的热进行冷却的电子设备的冷却系统。
背景技术
在服务器室，以集约的状态设置着多个电脑、服务器等电子设备。电子设备一般是通过机架安装方式，即，将电子设备按照功能单位层装在机架(框体)上的方式设置，多个机架被排列配置在服务器室的地板上。
这些电子设备为了进行正常的动作，需要恒定的温度环境，若成为高温状态，则存在引起系统停止等故障的可能性。因此，由空调机将服务器室管理为恒定的温度环境。
但是，近年，伴随着电子设备的处理速度、处理能力的急剧地上升，来自电子设备的发热量不断上升，空调机的运转成本也大幅增加。
另一方面，若将发热量大的机架杂乱地排列在服务器室，则存在产生因来自机架的高温排气造成的热聚集，由于机架吸入该热聚集的高温空气，电子设备成为高温状态的可能性。由于这种情况，一般的服务器室的机架中，使多个机架的供气面和排气面一致地排列，并采用划分为使服务器室内的空气因来自机架的高温排气而比周围温度高的热通道和比被空调机冷却，向机架供给的周围温度低的低温通道，防止机架吸入高温空气的方式配置。
由于这种背景，提出了降低用于冷却电子设备的运转成本的各种技术。例如，专利文献1记载的空调系统是无动力地使制冷剂自然循环的制冷剂自然循环型的空调系统，是通过用气体配管以及液体配管将蒸发器和位置比该蒸发器高的冷凝器连接而构成的。而且，在蒸发器被汽化的制冷剂的气体经气体配管被送向冷凝器，在冷凝器被液化的制冷剂的气体经液体配管被送向蒸发器，据此，制冷剂自然循环，能够通过蒸发器得到冷却作用。
通过将这样的制冷剂自然循环型的空调系统应用于电子设备的局部冷却，能够期待削减上述的运转成本。例如，将具备蒸发器和送风机的冷却装置设置在被排列的机架之间，通过制冷剂自然循环，半局部地冷却机架，据此，能够削减送风动力，且能够抑制热聚集的产生。
另一方面，针对降低在机架之间设置冷却装置，半局部地进行冷却运转的方式中的运转成本，也提出了各种技术。例如，专利文献2记载的空调系统通过用制冷剂配管将在排列在服务器室内的机架之间组装了蒸发器和送风机的冷却装置、使制冷剂冷凝的冷凝器、设置在蒸发器和冷凝器之间并压送制冷剂的制冷剂压送装置连接而构成的。通过测定该冷却装置的制冷剂压力和制冷剂温度，从压力测定值求出制冷剂的饱和温度，相应于与温度测定值的差，控制制冷剂压送装置的输出量、送风机的送风量，能够削减运转成本。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-127315号公报
专利文献2：日本特开2006-162248号公报
但是，在像上述那样在机架之间设置冷却装置，半局部地进行冷却的系统中，相对于机架的送风量因搭载在机架内的电子设备的发热量而个别地变化，需要针对冷却装置承担的范围内的机架，使由组装在冷却装置的送风机产生的送风量比机架的送风量多。例如，若机架的送风量超过冷却装置的送风量，则存在由机架产生的高温排气绕到机架前面，引起电子设备的温度上升的可能性。
另一方面，在制冷剂自然循环系统的能力控制中，由于部分负载时，配管压力损失变小，所以，采用不受能够将冷凝制冷剂温度的设定值降低的情况的影响，将冷凝器制冷剂温度控制在恒定的方法。
因此，对抑制冷却系统的运转成本来说，重要的是一面防止电子设备的温度上升，一面与负载相应地控制冷却装置的送风量，且变更冷凝器制冷剂温度的设定值。
本发明是借鉴上述那样的情况而做出的发明，其目的在于，提供一种冷却系统，该冷却系统在制冷剂自然循环系统具备设置在机架间，进行半局部冷却运转的冷却装置的冷却系统中，通过一面防止电子设备的温度上升，一面与负载相应地控制冷却装置的送风量来削减运转成本，节能性高。
发明内容
本发明为了实现上述目的，提供一种冷却系统，所述冷却系统具备发出热的多个电子设备、搭载上述多个电子设备，在前面和背面具有能够通气的构造的多个机架、将上述多个机架以各自的供气面和排气面一致的方式排列的计算机室、设置在上述机架之间，通过与来自机架的高温排气进行热交换，来使制冷剂汽化并冷却该高温排气的蒸发器、将来自上述机架的高温排气向上述蒸发器供给的送风机、组装了上述蒸发器和上述送风机的冷却装置、设置在比上述蒸发器高的位置，并使上述汽化了的制冷剂液化的冷凝器、将在上述蒸发器汽化了的制冷剂气体送向上述冷凝器的气体配管、将在上述冷凝器液化了的制冷剂液体送向上述蒸发器的液体配管、将冷水向上述冷凝器供给的冷水泵、将上述冷凝器和冷水泵连接的冷水配管、使上述制冷剂在上述蒸发器和上述冷凝器之间自然循环的自然循环机构，其特征在于，具备测定由上述送风机向上述蒸发器供给的供气温度的供气温度传感器、测定在上述蒸发器被冷却的回气温度的回气温度传感器、转换上述送风机的频率的送风机频率转换构件，上述送风机频率转换构件将送风机的频率控制在与由上述供气温度传感器测定的上述供气温度和由上述回气温度传感器测定的上述回气温度的差对应的频率。
另外，根据本发明，优选上述送风机频率转换构件具备演算上述送风机的必要送风量的必要送风量演算构件，上述必要送风量演算构件从上述供气温度传感器和上述回气温度传感器的检测值计算热负载，将送风机的频率控制在热负载处理所必要的频率。
另外，根据本发明，优选具备在上述冷却装置承担的范围内测定一个或多个机架进气温度的机架进气温度传感器，上述送风机频率转换构件在上述机架进气温度传感器的检测值在规定值以上的情况下，使上述送风机的送风量增加。
另外，根据本发明，优选具备测定上述冷凝器的出口的制冷剂温度的制冷剂温度传感器和从上述送风机的频率和冷却性能图表演算必要的冷凝器制冷剂温度的必要制冷剂温度演算构件，上述必要制冷剂温度演算构件从上述送风机的频率和冷却性能图表演算必要的冷凝器制冷剂温度，并将上述冷凝器的制冷剂温度的设定值设定为演算值。
另外，根据本发明，优选具备检测上述计算机室的室内露点温度的构件，上述必要制冷剂温度演算构件从上述送风机的频率和冷却性能图表演算必要的冷凝器制冷剂温度，并在该演算值在室内露点温度以上时，将上述冷凝器制冷剂温度的设定值变更为演算值，在该演算值在室内露点温度以下时，将上述冷凝器制冷剂温度的设定值变更为室内露点温度。
发明效果
根据本发明的冷却系统，能够提供一种高节能的空调设备，所述空调设备在基于制冷剂自然循环的半局部冷却系统中，能够一面防止在部分负载时，机架吸入高温空气，一面控制冷却装置的送风量，同时，能够一面防止结露的产生，一面与负载相应地改变冷凝器制冷剂温度的设定值。
附图说明
图1是表示第一实施方式的冷却系统的结构的框图。
图2是表示第二实施方式的冷却系统的结构的框图。
图3是表示第三实施方式的冷却系统的结构的框图。
图4是表示第四实施方式的冷却系统的结构的框图。
图5是表示第五实施方式的冷却系统的结构的框图。
图6是表示第六实施方式的冷却系统的结构的框图。
图7是图1所示的冷却系统的送风机运转控制例的说明图。
图8是图2所示的冷却系统的送风机运转控制例的说明图。
图9是图4所示的冷却系统的送风机运转控制例的说明图。
具体实施方式
下面，根据附图，说明有关本发明的冷却系统的优选实施方式。
图1是表示第一实施方式的冷却系统的结构的框图。
在图1中，在服务器室(计算机室)中，以供气面和排气面一致的方式排列搭载了发出热的电子设备的多个机架10、10...，在该机架10之间，设置组装了蒸发器21a和送风机22a的冷却装置20a以及组装了蒸发器21b和送风机22b的冷却装置20b。向蒸发器21a、21b的内部供给制冷剂液体，制冷剂液体通过来自机架10的高温排气11蒸发，据此，从周围夺取汽化热并气体化。据此，来自机架10的高温排气11被冷却。符号23a、23b是从冷却装置20a、20b排气的冷却空气。
另一方面，在比蒸发器21a、21b高的位置设置冷凝器50，在冷凝器50和上述的各个蒸发器21a、21b之间设置制冷剂自然循环的制冷剂循环管线。制冷剂循环管线由气体配管40和液体配管42构成。在冷凝器50中，在蒸发器21a、21b气体化了的制冷剂与冷水热交换并液化。液化了的制冷剂通过重力，在将蒸发器21a、21b和冷凝器50之间连结的液体配管42的内部流动，自然地向蒸发器21a、21b循环。符号53是冷却向冷凝器50供给的冷水的冷热源，被冷热源53冷却了的冷水通过冷水泵52经冷水配管向冷凝器50循环供给。
在该冷却系统中，在机架10的负载降低了时，冷却装置20a、20b内的送风机22a、22b也以恒定风量运转。因此，在冷却装置20a、20b的供气面设置供气温度传感器80，在排气面设置回气温度传感器82，由送风机频率转换构件70，从供气温度传感器80和回气温度传感器82的测定值算出供气温度和回气温度的温度差。于是，由送风机频率转换构件70，将送风机22a、22b的频率控制在与上述温度差相应的频率。
例如，在上述温度差相对于规定的基准值大的情况下，判断为冷却装置20a、20b的冷却能力过剩，降低送风机22a、22b的频率，降低送风机22a、22b的转速。与此相对，在上述温度差相对于规定的基准值小的情况下，判断为冷却装置20a、20b的冷却能力不足，提高送风机22a、22b的频率，提高送风机22a、22b的转速。据此，能够进行与机架10的热负载对应的运转，能够进行节能运转控制。
图2是表示第二实施方式的冷却系统的结构的框图，对与图1所示的冷却系统相同或类似的部件标注相同的符号进行说明。
图2的冷却系统相对于图1所示的冷却系统，是由送风机频率转换构件70的必要风量演算构件71根据供气温度传感器80和回气温度传感器82的测定值算出热负载，由必要风量演算构件71将送风机22a、22b的频率控制在为对上述热负载进行处理所必要的频率的系统。
图3是表示第三实施方式的冷却系统的结构的框图，对与图1所示的冷却系统相同或类似的部件标注相同的符号进行说明。
图3的冷却系统是在图1所示的冷却系统中，设置测定冷却装置20a、20b承担的一个以上的机架10的进气温度的机架进气温度传感器83。在机架进气温度传感器83的测定值在规定值以上的情况下，送风机频率转换构件70强制性地使送风机22的送风量强制性地增加，防止因机架10吸入高温空气造成的电子设备的温度上升。
图4是表示第四实施方式的冷却系统的结构的框图，对与图1所示的冷却系统相同或类似的部件标注相同的符号进行说明。
图4的冷却系统是在图1所示的冷却系统中，具备测定冷凝器50的制冷剂温度的温度传感器84和从送风机22a、22b的频率和冷却性能图表演算必要的冷凝器50的制冷剂温度的必要制冷剂温度演算构件86，将冷凝器50的制冷剂温度的设定值设定在该演算值。据此，在部分负载时，能够将冷凝器50的制冷剂温度设定得高。
图5是表示第五实施方式的冷却系统的结构的框图，对与图1所示的冷却系统相同或类似的部件标注相同的符号进行说明。
图5的冷却系统是在图1所示的冷却系统中，在服务器室1内设置检测室内露点温度的室内露点温度检测构件85。在由从送风机22的频率和冷却性能图表演算必要的冷凝器制冷剂温度的必要制冷剂温度演算构件86演算的演算值在由室内露点温度检测构件85检测到的室内露点温度以上时，将冷凝器50的制冷剂温度的设定值变更为演算值，在演算值在室内露点温度以下时，将冷凝器50的制冷剂温度的设定值变更为露点温度。据此，能够防止结露的产生。
[变形例]
在图1～图5所示的冷却系统中，设置了将冷水和制冷剂热交换的冷凝器50，但也可以像图6那样，代替冷凝器50，设置利用外气冷热，使制冷剂冷凝的制冷剂冷却塔55。
[第一实施方式的冷却系统的送风运转控制例]
例如，如图7所示，算出供气温度传感器80(参见图1)的测定值Tin和回气温度传感器82的测定值Tout的差ΔT(ΔT＝Tin-Tout)，在相对于该温度差ΔT的值，设冷却装置的设计最大温度差为ΔT1℃，设设计最小温度差为ΔT2℃时，在上述温度差ΔT在ΔT1≤ΔT≤ΔT2的范围时，预先设定与该ΔT对应的送风机频率f。而且，在ΔT＞ΔT1时，将送风机频率变更为最大频率fmax，在ΔT＜ΔT2时，将送风机频率变更为最低频率fmin，在ΔT1≤ΔT≤ΔT2的时，将与温度差ΔT对应的送风机频率变更为预先设定的值f。据此，在机架10的热负载降低了的情况下，能够降低送风机频率进行运转，能够进行节能运转。再有，在由于冷却装置的异常等冷却性能降低了的情况下，因为回气温度传感器82的测定值Tout上升，接近供气温度传感器80的测定值Tin的值，所以，温度差ΔT变小，由于降低送风机频率，减少送风量，所以，能够防止来自机架10的高温排气未被冷却地向机架10的进气面供给的情况。
[第二实施方式的冷却系统的送风运转控制例]
例如，如图8所示，在设冷却装置的设计最大热负载为Q1kw，设设计最小热负载为Q2kw时，预先设定用于确保为了冷却热量Q所必要的送风量的送风机频率f。从当前的送风机运转频率求出送风量，从供气温度传感器80(参见图2)和回气温度传感器82的测定值和送风机送风量算出热量Q，在Q≥Q1时，将送风机频率变更为最大频率fmax，在Q≤Q2时，将送风机频率变更为最低频率fmin，在Q1＜Q＜Q2时，将送风机频率变更为与预先设定的热量Q对应的送风机频率f。据此，在机架10的热负载降低了的情况下，能够降低送风机频率进行运转，能够进行节能运转。再有，在由于冷却装置的异常等冷却性能降低了的情况下，因为回气温度传感器82的测定值Tout上升，接近供气温度传感器80的测定值Tin的值，所以，热量Q变小，因为降低送风机频率，减少送风量，所以，能够防止来自机架10的高温排气未被冷却地向机架10的进气面供给的情况。
例如，在相对于机架10的高温排气量Q3，冷却装置的送风量Q的值为Q＜Q3的情况下，供给冷却装置的送风量以上的高温排气，超过了冷却装置的送风量的部分的高温排气绕到机架10的进气面。据此，存在使机架10的进气温度上升，引起搭载在机架10上的电子设备的温度上升的可能性。因此，在测定机架10的进气温度的机架进气温度传感器83的测定值在设计室内温度以上的情况下，判断为机架10的高温排气绕到进气面，强制性地使送风机22的运转频率增加。据此，能够防止来自机架10的高温排气绕到进气面。
[第四实施方式的冷却系统的送风运转控制例]
例如，如图9所示，从冷却装置的处理热量和送风机频率以及冷凝器制冷剂温度的关系预先做成冷却性能图表，从当前的送风机频率的值和冷却装置的供气温度与回气空气的温度差算出热量Q，从上述冷却性能图表变更为与热量Q对应的冷凝器制冷剂温度Tr。据此，由于若热量Q变大，则提高冷凝器制冷剂温度，若热量Q变小，则降低冷凝器制冷剂温度，所以，能够进行部分负载时的节能运转。
符号说明
1：服务器室；10：机架；11：高温排气；20a、20b：冷却装置；21a、21b：蒸发器；22a、22b：送风机；23a、23b：冷却排气；40：气体配管；42：液体配管；50：冷凝器；52：冷水泵；53：冷热源；70：送风机频率转换构件；71：必要风量演算构件；80：供气温度传感器；82：回气温度传感器；84：温度传感器；85：室内露点温度检测构件；86：必要制冷剂温度演算构件。

Claims (5)

1.一种冷却系统，所述冷却系统具备发出热的多个电子设备、搭载上述多个电子设备，在前面和背面具有能够通气的构造的多个机架、将上述多个机架以各自的供气面和排气面一致的方式排列的计算机室、设置在上述机架之间，通过与来自机架的高温排气进行热交换，来使制冷剂汽化并冷却该高温排气的蒸发器、将来自上述机架的高温排气向上述蒸发器供给的送风机、组装了上述蒸发器和上述送风机的冷却装置、设置在比上述蒸发器高的位置，并使上述汽化了的制冷剂液化的冷凝器、将在上述蒸发器汽化了的制冷剂气体送向上述冷凝器的气体配管、将在上述冷凝器液化了的制冷剂液体送向上述蒸发器的液体配管、将冷水向上述冷凝器供给的冷水泵、将上述冷凝器和冷水泵连接的冷水配管、使上述制冷剂在上述蒸发器和上述冷凝器之间自然循环的自然循环机构，其特征在于，
具备测定由上述送风机向上述蒸发器供给的供气温度的供气温度传感器、
测定在上述蒸发器被冷却的回气温度的回气温度传感器、
转换上述送风机的频率的送风机频率转换构件，
上述送风机频率转换构件将送风机的频率控制在与由上述供气温度传感器测定的上述供气温度和由上述回气温度传感器测定的上述回气温度的差对应的频率。
2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，上述送风机频率转换构件具备演算上述送风机的必要送风量的必要送风量演算构件，
上述必要送风量演算构件从上述供气温度传感器和上述回气温度传感器的检测值计算热负载，将送风机的频率控制在热负载处理所必要的频率。
3.如权利要求1或2所述的冷却系统，其特征在于，具备在上述冷却装置承担的范围内测定一个或多个机架进气温度的机架进气温度传感器，
上述送风机频率转换构件在上述机架进气温度传感器的检测值在规定值以上的情况下，使上述送风机的送风量增加。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的冷却系统，其特征在于，具备测定上述冷凝器的出口的制冷剂温度的制冷剂温度传感器和
从上述送风机的频率和冷却性能图表演算必要的冷凝器制冷剂温度的必要制冷剂温度演算构件，
上述必要制冷剂温度演算构件从上述送风机的频率和冷却性能图表演算必要的冷凝器制冷剂温度，并将上述冷凝器的制冷剂温度的设定值设定为演算值。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的冷却系统，其特征在于，具备检测上述计算机室的室内露点温度的构件，
上述必要制冷剂温度演算构件从上述送风机的频率和冷却性能图表演算必要的冷凝器制冷剂温度，并在该演算值在室内露点温度以上时，将上述冷凝器制冷剂温度的设定值变更为演算值，在该演算值在室内露点温度以下时，将上述冷凝器制冷剂温度的设定值变更为室内露点温度。
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