JP2007324514A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器の出口温度を所定の温度以上に維持し、内部に収容される発熱体に結露を生じさせないことを可能とし、且つ、圧縮機への液戻りを回避することができる冷却装置を提供する。
【解決手段】膨張弁の弁開度を制御すると共に、収納室４内の空気温度に基づいて圧縮機２２の運転を制御する制御装置を備え、該制御装置は、蒸発器１６における冷媒の蒸発温度に基づき、蒸発温度がサーバ２への結露を回避可能な所定の結露回避温度となるよう膨張弁の弁開度を制御する蒸発温度制御モードを実行すると共に、蒸発器１６における冷媒の過熱度が所定の液戻り危険値以下に低下した場合は、蒸発器１６における冷媒の過熱度に基づき、当該過熱度が所定の液戻り回避値となるよう膨張弁の弁開度を制御する過熱度制御モードに切り換える。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、ＣＰＵやＬＳＩ等の集積回路素子が実装された電子装置などの発熱体を所定の温度に冷却する冷却装置に関するものである。

近年、多数の半導体等を備えた素子や内部配線を特殊な方法で一つの固体として結合した超小型電子回路を備えたＣＰＵやＬＳＩ等の半導体集積回路素子が多用されるようになってきている。この超小型電子回路を備えた集積回路素子は、作動する過程で大量の熱を発生する。この集積回路素子の温度が上昇すると、それ自体の動作が不安定となる不具合が発生してしまい、更に温度が上昇すると半導体が破壊してしまう。そのため、放熱板を集積回路素子に取り付けて放熱板と空気とを熱交換させ、集積回路素子の熱を空気中に放出して集積回路素子を冷却し、ＣＰＵやＬＳＩ等の集積回路素子が高温による動作不安定や熱破壊に至ることを防止していた。

一方、通信回線を用いたデータ通信ネットワークや、建物内や敷地内などの限定された範囲内で施設の回線を用いた高速データ転送を行うコンピュータネットワーク（ＬＡＮ）においては、上記の如き集積回路素子を用いた電子装置が多数設けられたサーバが使用されている。

即ち、このようなサーバでは、多数の集積回路素子の動作によって著しい温度上昇が生じるため、例えば、特許文献１に示す如き電子機器収納家具にサーバを収納し、当該電子機器収納家具内に配設される循環ファンや空調機又は熱交換器によって、集積回路素子を冷却する方法が採られていた。
特開２０００−１６５０７９号公報

上述した如き従来の電子機器収納家具は、集積回路素子が配設されたサーバは、外部の空気の流入を一切遮断したラック本体内に収納され、空調機や熱交換器によって冷却された空気を循環ファンによって本体内を循環させることによって、サーバを所定の温度に冷却するものであった。

しかしながら、ラック本体内を所定の低温にまで冷却制御するに際し、ラック本体内に所定の低温の冷気が吐出されると、当該冷風によって局所的に冷却され、当該低温とされた箇所に結露が発生してしまう問題が発生する場合がある。当該ラック本体内に収納されるサーバー等の電子機器は、内部に水が侵入してしまうと、故障の原因となるため、結露を発生させることなく、ラック本体内を冷却する必要がある。

従って、本体内への吐出冷気温度はできるだけ高く維持する必要がある。しかし、吐出冷気温度を高めに維持した場合には、内部に収容されるサーバの負荷変動により、空調機を構成する蒸発器の出口温度が下がりすぎてしまう場合がある。この場合には、蒸発器内部において、冷媒が蒸発しきらないこととなり、液分が多い状態で圧縮機に戻る液戻りの現象が生じる。このように、圧縮機内に液冷媒が吸い込まれると圧縮機の故障の原因となる。

そこで、サーバ等の電子機器の負荷変動に追随して圧縮機の運転を制御可能とするものとして、インバータによる圧縮機の運転制御が考えられるが、当該インバータ方式の圧縮機は、高価であることから、製品自体のコストの高騰を招く問題があり、インバータ方式の圧縮機を用いることなく、蒸発器の出口温度を所定の温度以上に維持しながら、圧縮機への液戻りを回避することができる冷却装置の開発が望まれていた。

本発明は、従来の技術的課題を解決するためになされたものであり、蒸発器の出口温度を所定の温度以上に維持し、内部に収容される発熱体に結露を生じさせないことを可能とし、且つ、圧縮機への液戻りを回避することができる冷却装置を提供する。

本発明の冷却装置は、発熱体を収容する収納室と、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器などから冷媒回路が構成された冷却ユニットとを備え、蒸発器と熱交換した冷気を送風機により収納室内に循環することにより、発熱体を冷却するものであって、膨張弁の弁開度を制御すると共に、収納室内の空気温度に基づいて圧縮機の運転を制御する制御装置を備え、該制御装置は、蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき、当該蒸発温度が発熱体への結露を回避可能な所定の結露回避温度となるよう膨張弁の弁開度を制御する蒸発温度制御モードを実行すると共に、蒸発器における冷媒の過熱度が所定の液戻り危険値以下に低下した場合は、蒸発器における冷媒の過熱度に基づき、当該過熱度が所定の液戻り回避値となるよう膨張弁の弁開度を制御する過熱度制御モードに切り換えることを特徴とする。

請求項２の発明の冷却装置は、上記発明において、制御装置は、過熱度制御モードにおいて、蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき、当該蒸発温度が所定の上限温度に上昇した場合は、蒸発温度制御モードに復帰することを特徴とする。

請求項３の発明の冷却装置は、上記各発明において、制御装置は、過熱度制御モードにおいて、蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき、当該蒸発温度が所定の下限温度に低下した場合は、蒸発温度制御モードに復帰することを特徴とする。

請求項４の発明の冷却装置は、上記各発明において、制御装置は、圧縮機の回転数を制御すること無く、収納室内の空気温度に基づき、所定の空気温度となるよう圧縮機の運転−停止を制御することを特徴とする。

本発明によれば、発熱体を収容する収納室と、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器などから冷媒回路が構成された冷却ユニットとを備え、蒸発器と熱交換した冷気を送風機により収納室内に循環することにより、発熱体を冷却する冷却装置であって、膨張弁の弁開度を制御すると共に、収納室内の空気温度に基づいて圧縮機の運転を制御する制御装置を備え、該制御装置は、蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき、当該蒸発温度が発熱体への結露を回避可能な所定の結露回避温度となるよう膨張弁の弁開度を制御する蒸発温度制御モードを実行するので、発熱体への結露を確実に回避しながら、当該発熱体を冷却することが可能となる。

これにより、当該発熱体が、例えば、集積回路素子を備えた電子機器等であっても、冷却装置の運転により、電子機器等に結露が発生し、故障の原因となる不都合を回避することが可能となると共に、所定の温度に冷却することが可能となり、発熱体自体が高温により動作不安定となる不都合や、熱破壊による不都合を確実若しくは効果的に解消することが可能となる。

また、本発明の冷却装置の制御装置は、上記に加えて、蒸発器における冷媒の過熱度が所定の液戻り危険値以下に低下した場合は、蒸発器における冷媒の過熱度に基づき、当該過熱度が所定の液戻り回避値となるよう膨張弁の弁開度を制御する過熱度制御モードに切り換えるので、蒸発器内部において、冷媒が蒸発しきらないことにより、液分が多い状態での冷媒が圧縮機に戻る液戻りの現象を効果的に回避することが可能となり、当該液戻りによる圧縮機の故障を効果的に回避することが可能となる。

また、請求項２の発明によれば、上記発明において、制御装置は、過熱度制御モードにおいて、蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき、当該蒸発温度が所定の上限温度に上昇した場合は、蒸発温度制御モードに復帰するため、効果的に発熱体を冷却することが可能となる。

特に、蒸発器における冷媒の蒸発温度が所定の上限温度に上昇した場合には、効果的に蒸発器において冷媒を蒸発させることができ、該蒸発器における冷媒の過熱度が大きくなることから、液分の多い状態の冷媒が圧縮機に戻る液戻りの現象が殆どみられなくなる。従って、上述した如き液戻りの発生を回避しながら、発熱体に結露を発生させることなく、発熱体を所定の温度に冷却することが可能となる。

請求項３の発明によれば、上記各発明において、制御装置は、過熱度制御モードにおいて、蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき、当該蒸発温度が所定の下限温度に低下した場合は、蒸発温度制御モードに復帰するため、蒸発器の温度に基づいて、膨張弁の開度が制御されると共に、収納室内の空気温度に基づいて圧縮機の運転を停止させることが可能となる。

従って、蒸発器における冷媒の蒸発温度が所定の下限温度に低下した場合には、該蒸発器における負荷が小さくなるため、過熱度も小さくなる。そのため、圧縮機への液戻りがしやすい状態となるが、当該状態では、発熱体を収容する収納室も所定の温度以下にまで十分に冷却されている可能性が高く、制御装置は、蒸発器の温度に基づいて圧縮機の運転を停止させることとなるため、圧縮機への液戻りが生じないこととなる。

これにより、発熱体を収容する収納室内を結露が発生しやすい温度より低い温度となる以前に圧縮機の運転を停止させることが可能となると共に、圧縮機への液戻りを未然に回避することが可能となる。

請求項４の発明によれば、上記各発明において、制御装置は、圧縮機の回転数を制御すること無く、収納室内の空気温度に基づき、所定の空気温度となるよう圧縮機の運転−停止を制御することにより、例えば圧縮機の回転数を制御可能とするインバータ方式の圧縮機を用いることなく、上記各発明を実現することが可能となり、冷却装置自体のコストの低廉化を図ることが可能となる。

次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用した冷却装置１の正面図、図２は冷却装置１の縦断側面図、図３は冷却装置１の冷気の流れを説明する図をそれぞれ示している。

本実施例の冷却装置１は、例えばネットワークに接続されたコンピュータへ各種のサービスを提供する中心となるサーバ２などの発熱体を冷却するための装置であり、発熱体としては当該サーバ２に限定されるものではなく、それ自体が発熱するものであり、当該発熱によって機能不良や機能不全が発生するもの、更には、結露水などの浸入を嫌うものの冷却に適したものである。尚、本実施例では、発熱体としてＬＳＩやＣＰＵ等の半導体集積回路素子が複数実装された回路基板を有する単一若しくは複数のサーバ２を冷却するものを対象とする。

冷却装置１は、前面及び後面に開口するキャビネット３により本体が構成されている。尚、本実施例におけるキャビネット３は、冷却対象となるサーバ２の冷却設定温度を＋３０℃程度とすることから、外気温との関係から放熱効率を考慮して、特に、断熱性を有するものでなくても良いものとする。

そして、キャビネット３内には、前面及び後面に開口する収納室４が形成され、当該収納室４内には、複数のサーバ２・・・が上下に渡って収容可能とされる。収納室４内には、例えば左右内壁に図示しない支柱が立設されており、当該支柱にネジなどによって、各サーバ２が独立して固定可能とされている。そして、この収納室４の前面及び後面の開口は、いずれも内部を透視可能なガラスを備えた前扉５及び後扉６（図１では省略しており、図２のみ図示する）により開閉自在に閉塞されている。当該扉５、６は、内部に収容されるサーバ２等が管理人以外のものが操作できないものとする等の安全管理のために施錠機構を備えたものであっても良いものとする。

キャビネット３の底面には、所定の高さを有する台脚アングル７が取り付けられており、当該台脚アングル７の両側面は、キャビネット３の両側面と共に化粧パネル８にて被覆されている。これにより、キャビネット３の下方に機械室９が形成される。尚、この機械室９底部を固定する台脚アングル７の前後下辺には、一対の固定部材１０が取り付けられている。また、キャビネット３の底壁３Ａには、上下に貫通する冷気吐出口１２と冷気吸込口１１とが前後にそれぞれ形成されている。

機械室９の天井となるキャビネット３の底壁３Ａ下面には、上面に開口を有する断熱性を有する冷却箱１４が当接して設けられる。この冷却箱１４の内部には、冷却室１５が形成され、後述する圧縮機２２と共に冷却ユニットＲを構成する蒸発器１６及び蒸発器１６の冷気流出側には、冷気循環ファン１７が配設される。尚、この冷却箱１４の上面開口には、図示しない仕切板により冷却箱１４側の冷気吐出口１９及び冷気吸込口１８が形成されている。これら冷気吐出口１９及び冷気吸込口１８は、それぞれキャビネット３の底壁３Ａに形成された前記冷気吐出口１２及び冷気吸込口１１にそれぞれ対応する。また、この冷却箱１４開口縁には、キャビネット３の底壁３Ａ下面と密着して当接するための図示しないシール材が取り付けられている。

他方、キャビネット３の前面を構成する前扉５と、当該収納室４内に収容される各サーバ２の前壁との間には、所定の間隔を存することで前面ダクト２７が形成されており、底壁３Ａに形成された冷気吐出口１２から冷気循環ファン１７により吐出された冷気は、前面ダクト２７を上昇する構成とされている。これにより、収納室４内に冷気の供給が効率的に行われる。

また、各サーバ２の前面には、図示しない通気口が形成されており、当該通気口には前面から空気を吸い込み、後方に空気を吐出する送風機２Ａがそれぞれ取り付けられている。各サーバ２の送風機２Ａはそれぞれ独立して運転制御可能とされており、該送風機２Ａが運転されることにより、前面ダクト２７を上昇した冷気を該送風機２Ａが設けられるサーバ２内に通風することが可能となる。

そのため、冷却装置１は、冷却室１５内から吐出された冷気は、図３に示されるように前面ダクト２７を上昇しながら、各送風機２Ａの運転により各サーバ２内に通過し、該サーバ２の後方から吐出された後、キャビネット３の背面を構成する後扉６と各サーバ２の背面との間を流下し、キャビネット３下方に形成される冷却室１５内に配設される冷気循環ファン１７によって冷却室１５内に各冷気吸込口１１及び１８を介して帰還する。これにより、収納室４内に収容された発熱体としてのサーバ２が冷却される。尚、本実施例では、収納室４内の温度を検出する手段としての庫内温度センサ３２が、当該収納室４側に位置する冷気吸込口１１近傍に取り付けられているものとする。

一方、前記機械室９内には、冷却ユニットＲの底部を構成する取付台２１が収納されると共に、この取付台２１には前記蒸発器１６と共に環状の冷媒回路を構成する圧縮機２２、凝縮器２３及び凝縮器用送風機２４と、コントロールボックス２５等が設けられている。この取付台２１の下面四隅には、キャスター２１Ａが取り付けられている。また、機械室９の前面には開閉可能なパネル２６が取り付けられ、機械室９を隠蔽する。尚、このパネル２６には、凝縮器２３の前方に対応して複数の図示しない通気孔が形成されている。

ここで、冷却箱１４内の蒸発器１６は、取付台２１上の圧縮機２２や凝縮器２３等と共に、図４の冷媒回路図に示されるように、圧縮機２２、凝縮器２３、電子膨張弁（膨張弁）２８、蒸発器１６とを順次環状に配管接続することにより、冷媒回路２９を形成する。そして、この冷媒回路２９内には、所定量の冷媒が封入されている。これにより、周知の冷媒回路が構成される。

また、蒸発器１６の冷媒入口側及び冷媒出口側にはそれぞれの冷媒温度を検出するための蒸発器入口温度センサ３０及び蒸発器出口温度センサ３１が設けられている。尚、本実施例において、蒸発器１６の冷媒入口側の温度とは、蒸発器１６における冷媒の蒸発温度である。また、これら蒸発器入口温度と蒸発器出口温度の差（蒸発器出口温度−蒸発器入口温度）は、過熱度を表す。この過熱度が大きいということは当該過熱度の大きさ分だけ冷媒が蒸発器１６内で良く蒸発しており、負荷が大きい状態をいう。また、この過熱度が小さいということは、冷媒が蒸発器１６内においてあまり蒸発しておらず、負荷が小さい状態をいう。

電子膨張弁２８は、冷媒回路２９内を流れる冷媒の流量の制御して、凝縮後の冷媒を減圧させるものであり、冷却負荷、即ち、上述した如き蒸発器１６における過熱度に応じて弁開度が調整される。

また、本実施例における圧縮機２２は、格別に回転数を制御可能とするインバータ方式の圧縮機ではなく、後述する制御装置Ｃによって、収納室４内の空気温度、即ち、庫内温度に基づくＯＮ−ＯＦＦ制御により運転−停止を制御することが可能とされる定速圧縮機である。

尚、本実施例における凝縮器２３には、凝縮器用送風機２４によって機械室９内に吸い込まれる外気の温度を検出するための外気温センサ３３が設けられている。

次に、図５の電気ブロック図を参照して、本実施例における冷却装置１を制御する制御装置Ｃについて説明する。制御装置Ｃは、汎用のマイクロコンピュータにより構成されており、入力側には、蒸発器１６の冷媒入口温度（蒸発器における冷媒の蒸発温度）を検出する蒸発器入口温度センサ３０と、蒸発器１６の冷媒出口温度を検出する蒸発器出口温度センサ３１と、収納室４内の温度を検出する庫内温度センサ３２と、外気温を検出する外気温センサ３３が接続されている。また、出力側には、電子膨張弁２８と、圧縮機２２と、冷気循環ファン１７と、凝縮器用送風機２４が接続されている。また、この制御装置Ｃの入力側には、図示しないコントロールパネルが接続されているものとする。

ここで、本実施例における圧縮機２２は、上述したように定速圧縮機であり、凝縮器用送風機２４と共に、ＡＣ電源３５に並列に接続され、制御装置Ｃからの出力に基づきＯＮ−ＯＦＦ制御されるスイッチ３６により制御される。これにより、制御装置Ｃからの出力に基づき、圧縮機２２と凝縮器用送風機２４は、同期して運転制御される。他方、冷却室１５に設けられる冷気循環ファン１７は、インバータ３７を介して接続される。そのため、制御装置Ｃからの出力に基づき、冷気循環ファン１７は、圧縮機２２等とは独立して回転数制御が行われる。

以上の構成により、前記コントロールパネルを操作することで、冷却装置１の運転が開始されると、制御装置Ｃは、庫内温度センサ３２の出力、蒸発器入口温度センサ３０及び蒸発器出口温度センサ３１の出力に基づき、圧縮機２２及び凝縮器用送風機２４、冷気循環ファン１４を運転制御する。

具体的には、本実施例における冷却装置１は、収納室４内に発熱体としてのサーバ２を収容するものであり、当該サーバ２からの発熱を効率的に冷却しつつ、当該サーバ２への結露を発生を防止するため、収納室４内の冷却設定温度は例えば、＋３０℃であるものとする。

そのため、制御装置Ｃは、庫内温度センサ３２の出力に基づき、収納室４内の温度が所定の上限温度、例えば＋３３℃を検出した場合には、圧縮機２２、凝縮器用送風機２４を運転し、所定の下限温度、例えば＋２７℃を検出した場合には、圧縮機２２及び凝縮器用送風機２４の運転を停止するものとする。これにより、収納室４内は＋３０℃前後の温度に維持することが可能となる。

そして、制御装置Ｃは、蒸発器１６の冷媒の入口側及び出口側に設けられた温度センサ３０、３１の温度及びこれら温度センサ３０、３１に基づき演算される蒸発器１６における過熱度に基づき電子膨張弁２８を制御する。

以下、図６のフローチャート図を参照して説明する。制御装置Ｃは、ステップＳ１において、各温度センサ３０及び３１に基づき、蒸発器入口温度、即ち、蒸発器１６における冷媒の蒸発温度と、蒸発器出口温度との差を演算することで、過熱度を取得し、当該過熱度が液戻り危険値として本実施例では、７ｄｅｇより大きいか否かを判断する。

この液戻り危険値とは、蒸発器１６における冷媒の蒸発が不十分な状態であって、圧縮機２２へ液分の多い冷媒が吸入される所謂液戻りの現象を回避することができる限界の過熱度をいい、本実施例では、７ｄｅｇとしているが、これに限定されるものではない。

制御装置Ｃは、過熱度が液戻り危険値よりも大きい場合には、蒸発器１６内において冷媒が良く蒸発しており、液戻りの可能性は低いものと判断し、ステップＳ２に進み、蒸発温度制御モードを実行する。

この蒸発温度制御モードは、蒸発器１６への冷媒の入口温度、即ち、蒸発器１６における冷媒の蒸発温度を所定の結露回避温度、本実施例では＋１２℃を維持するように電子膨張弁２８の開度を制御する。尚、本実施例では、結露回避温度として＋１２℃を維持しているが、これに限定されるものではなく、例えば、＋１１℃≦蒸発器入口温度≦＋１３℃等の一定の範囲に維持するものとしても良いものとする。また、制御装置Ｃは、ステップＳ２の終了後は、再びステップＳ１に戻り、過熱度が所定の液戻り危険値より大きいか否か判断するものとする。

これにより、蒸発温度制御モードにおいて、蒸発器１６における冷媒の蒸発温度を所定の結露回避温度より高い温度に維持することによって、冷気循環ファン１４によって蒸発器１６が配設される冷却室１５から収納室４内に吐出される冷気温度が著しく低下することにより、収納室４内の発熱体としてのサーバ２等に結露が発生する不都合を効果的に回避しながら、当該サーバ２を冷却することが可能となる。従って、冷却装置１の運転により、発熱体としてのサーバ２に結露が発生し、故障の原因となる不都合を回避することが可能となる。

また、例えば発熱体としてのサーバ２の発熱によって＋４０℃程度にまで加熱され、冷気吸込口１１、１８を介して冷却室１５内に吸い込まれた空気を、蒸発器１６によって例えば＋２０℃程度にまで冷却して、冷気吐出口１２、１９を介して収納室４内に吐出することが可能となる。これにより、所定の温度、本実施例では、収納室４内を＋３０℃前後に冷却することが可能となることから、サーバ２自体が高温により動作不安定となる不都合や、熱破壊による不都合を確実若しくは効果的に解消することが可能となる。

尚、上述したように発熱体はサーバ２に限定されるものではなく、それ自体が発熱し冷却を要するものであり、且つ、結露水により劣化や故障等を招くおそれがあるものであれば、本発明は特に有効である。

他方、上述した如き蒸発温度制御モードを実行することにより、収納室４内がある程度冷却されることで、蒸発器１６における冷却負荷が小さくなり、ステップＳ１において過熱度が所定の液戻り危険値、本実施例では７ｄｅｇより小さくなった場合には、制御装置Ｃは、ステップＳ３の過熱度制御モードに移行する。

この過熱度制御モードは、前記過熱度を前記液戻り危険値よりも大きい液戻り回避値、当該モードでは、１０ｄｅｇに維持するように電子膨張弁２８の開度を制御する。尚、この場合においても、当該液戻り回避値は、１０ｄｅｇに限定されるものではなく、例えば、７ｄｅｇ＜過熱度≦１０ｄｅｇ等の一定の範囲であっても良いものとする。尚、上記液戻り危険値と液戻り回避値との値の差は、本実施例では３ｄｅｇとしているが、これに限定されるものではない。例えば、当該過熱度制御モードにおいて過熱度が７ｄｅｇより少許大きい値を維持するように電子膨張弁２８の開度を制御しても良いものとする。

これにより、制御装置Ｃは、蒸発器１６における冷媒の蒸発温度と出口温度の差、即ち、過熱度が所定の液戻り危険値以下に低下した場合において、過熱度制御モードに移行することにより、蒸発器１６における冷媒の過熱度に基づき、当該過熱度が所定の液戻り回避値を維持するように電子膨張弁２８の開度を制御するので、蒸発器１６内部において、冷媒が蒸発しきらないことにより、液分が多い状態での冷媒が圧縮機２２に戻る液戻りの現象を効果的に回避することが可能となり、当該液戻りによる圧縮機２２の故障を効果的に回避することが可能となる。

その後、制御装置Ｃは、ステップＳ４に進み、当該過熱度制御モードにおいて、蒸発器１６の冷媒入口温度、即ち、蒸発器入口温度センサ３０により検出される冷媒の蒸発温度が、所定の上限温度、例えば、＋１４℃よりも上昇したか否か、更に、所定の下限温度、例えば＋８℃よりも低下したか否かを判断する。いずれにも該当しない場合には、ステップＳ３に戻り、過熱度制御モードを実行する。

他方、当該蒸発器１６における冷媒の蒸発温度が所定の上限温度、本実施例では＋１４℃よりも上昇した場合には、制御装置Ｃは、ステップＳ２に進み、前記蒸発温度制御モードに復帰する。

即ち、蒸発器１６における蒸発温度が所定の上限温度よりも上昇した場合には、効果的に蒸発器１６において冷媒を蒸発させることができることから、該蒸発器１６における冷媒の過熱度が大きくなる。そのため、液分の多い状態の冷媒が圧縮機に戻る液戻りの現象が殆どみられなくなる。従って、過熱度制御モードにおいて蒸発器１６における冷媒の蒸発温度が所定の上限温度よりも上昇した場合には、蒸発温度制御モードに復帰することで、上述した如き液戻りの発生を回避しながら、発熱体としてのサーバ２に結露を発生させることなく、サーバ２を効果的に所定の温度に冷却することが可能となる。

また、上記ステップＳ４において、蒸発器１６における冷媒の蒸発温度が所定の下限温度、本実施例では＋８℃よりも低下した場合には、制御装置Ｃは、ステップＳ２に進み、前記蒸発温度制御モードに復帰する。

即ち、蒸発器１６における蒸発温度が所定の下限温度よりも低下した場合には、該蒸発器１６における負荷が小さくなるため、過熱度も小さくなる。そのため、圧縮機２２への液戻りがしやすい状態となるが、当該状態では、発熱体としてのサーバ２を収容する収納室４内も所定の温度以下にまで十分に冷却されている可能性が高い。そのため、制御装置Ｃは、蒸発器１６における冷媒の蒸発温度が所定の下限温度よりも低下した場合には、蒸発温度制御モードに復帰することにより、蒸発器１６の温度に基づいて、膨張弁２８の開度が制御されるが、この場合には、収納室４内の温度が＋２７℃以下となっている可能性が高いことから、庫内温度センサ３２の出力により、圧縮機２２の運転を停止されることとなる。従って、圧縮機２２への液戻りが生じないこととなる。

これにより、発熱体としてのサーバ２を収容する収納室４内を結露が発生しやすい温度より低い温度となる以前に圧縮機２２の運転を停止させることが可能となると共に、圧縮機２２への液戻りを未然に回避することが可能となる。

従って、収納室４内に発熱体として集積回路素子が配設されたサーバ２やそれ以外の例えば、電気機器を収容した場合であっても、本発明のように結露が発生しない程度の低温の空気を収納室４内に吐出することで、収納室４内が局所的に冷却され、結露が発生する不都合を回避することが可能となり、当該機器等が故障等してしまう不都合を未然に回避することが可能となる。また、結露が発生しない程度の低温にて収納室４内を冷却することが可能となるため、サーバ２等の高温による動作不安定や熱破壊に至ることを防止することができる。

また、本発明では、収納室４内への吐出冷気温度をできるだけ高く維持しつつ、過熱度制御モードにおいて過熱度を所定の液戻り回避値に維持する制御を行うことから、蒸発器１６内部において、冷媒が蒸発しきらないこととなり、液分が多い状態で圧縮機２２に戻る液戻りの現象を生じ、圧縮機２２の故障の原因となる不都合を未然に回避することが可能となる。

そのため、収納室４内に収容されるサーバ２等の発熱体による熱負荷が大きく変動した場合であっても、迅速に、蒸発器１６における冷媒の蒸発温度（本実施例では蒸発器入口温度センサ３０により検出する）と、過熱度によって、電子膨張弁２８の開度を制御することにより、結露を発生させることなく、且つ、圧縮機２２への液戻りを発生させることなく、効果的に発熱体を冷却することが可能となる。

尚、本実施例では、上限温度を超えた場合、若しくは、下限温度よりも下回った場合に、蒸発温度制御モードに復帰することとしているが、これに限定されるものではなく、上限温度及び下限温度に到達した場合に蒸発温度制御モードに復帰することとしても良いものとする。

また、本実施例では、定速圧縮機２２を収納室４内の空気温度に基づいてＯＮ−ＯＦＦ制御させると共に、蒸発器１６における冷媒の蒸発温度と、過熱度によって膨張弁２８の開度を制御することによって、収納室４内を所定の温度に冷却しつつ、結露の発生や圧縮機への液戻りを効果的に回避することを可能としているため、インバータ方式の圧縮機を用いた場合に比してコストの低減を図ることが可能となる。

尚、インバータ方式の圧縮機を備えた冷却装置であっても、当該インバータが故障等してしまい、回転数制御を行うことができない場合であっても、本発明の如くすることにより、結露の発生や圧縮機への液戻りを効果的に回避することが可能となる。

本発明を適用した冷却装置の正面図である。 冷却装置の縦断側面図である。 冷却装置の冷気の流れの説明図である。 冷却装置の冷媒回路図である。 冷却装置の電気ブロック図である。 冷却制御のフローチャート図である。

符号の説明

Ｒ 冷却ユニット
１ 冷却装置
２ サーバ（発熱体）
２Ａ 送風機
３ キャビネット
４ 収納室
５ 前扉
６ 後扉
９ 機械室
１１ 冷気吸込口（キャビネット側）
１２ 冷気吐出口（キャビネット側）
１４ 冷却箱
１５ 冷却室
１６ 蒸発器
１７ 冷気循環ファン
１８ 冷気吸込口（冷却箱側）
１９ 冷気吐出口（冷却箱側）
２２ 圧縮機
２３ 凝縮器
２４ 凝縮器用送風機
２８ 電子膨張弁（膨張弁）
３０ 蒸発器入口温度センサ
３１ 蒸発器出口温度センサ
３２ 庫内温度センサ
３３ 外気温センサ

Claims (4)

1. 発熱体を収容する収納室と、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器などから冷媒回路が構成された冷却ユニットとを備え、前記蒸発器と熱交換した冷気を送風機により前記収納室内に循環することにより、前記発熱体を冷却する冷却装置であって、
   前記膨張弁の弁開度を制御すると共に、前記収納室内の空気温度に基づいて前記圧縮機の運転を制御する制御装置を備え、
   該制御装置は、前記蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき、当該蒸発温度が前記発熱体への結露を回避可能な所定の結露回避温度となるよう前記膨張弁の弁開度を制御する蒸発温度制御モードを実行すると共に、前記蒸発器における冷媒の過熱度が所定の液戻り危険値以下に低下した場合は、前記蒸発器における冷媒の過熱度に基づき、当該過熱度が所定の液戻り回避値となるよう前記膨張弁の弁開度を制御する過熱度制御モードに切り換えることを特徴とする冷却装置。
2. 前記制御装置は、前記過熱度制御モードにおいて、前記蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき、当該蒸発温度が所定の上限温度に上昇した場合は、前記蒸発温度制御モードに復帰することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記制御装置は、前記過熱度制御モードにおいて、前記蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき、当該蒸発温度が所定の下限温度に低下した場合は、前記蒸発温度制御モードに復帰することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却装置。
4. 前記制御装置は、前記圧縮機の回転数を制御すること無く、前記収納室内の空気温度に基づき、所定の空気温度となるよう前記圧縮機の運転−停止を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の冷却装置。

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