JP2011117629A - Cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は冷却システムに係り、特に、サーバルームに配設されたコンピュータやサーバ等の電子機器を、蒸発器と凝縮器との間で冷媒を循環させることにより局所的に冷却するための冷却システムであって、凝縮器として外気と散水とを利用した冷却塔を用いる場合の冷却システムの技術改良に関する。 The present invention relates to a cooling system, and in particular, a cooling system for locally cooling electronic equipment such as a computer and a server disposed in a server room by circulating a refrigerant between an evaporator and a condenser. Then, it is related with the technical improvement of the cooling system in the case of using the cooling tower using outside air and watering as a condenser.
サーバルームには、コンピュータやサーバ等の電子機器が集約された状態で多数設置される。電子機器は一般にラックマウント方式、すなわち、電子機器を機能単位別に分割して収納するラック(筐体)をキャビネットに段積みする方式で設置され、キャビネットはサーバルームの床上に多数整列配置される。 A large number of electronic devices such as computers and servers are gathered in the server room. Electronic devices are generally installed in a rack mount system, that is, a system in which racks (casings) for storing electronic devices divided into functional units are stacked in a cabinet, and a large number of cabinets are arranged on the floor of a server room.
これらの電子機器は、正常な動作をするために一定の温度環境が必要とされ、高温状態になるとシステム停止等のトラブルを引き起こすおそれがある。このため、サーバルームは空調機によって一定の温度環境に管理されている。しかし、近年では、電子機器の処理速度や処理能力の急激な上昇に伴い、電子機器からの発熱量が上昇の一途をたどっており、空調機のランニングコストも大幅に増加している。 These electronic devices require a certain temperature environment in order to operate normally, and may cause troubles such as system stoppage when the temperature becomes high. For this reason, the server room is managed by the air conditioner in the fixed temperature environment. However, in recent years, with the rapid increase in the processing speed and processing capacity of electronic devices, the amount of heat generated from electronic devices is steadily increasing, and the running cost of air conditioners has also increased significantly.
このような背景から、電子機器を効率的に冷却するための様々な技術が提案されている。たとえば特許文献1の冷却システムは、蒸発器と、この蒸発器よりも高所の凝縮器とを、ガス配管及び液配管で接続することによって構成されている。そして蒸発器で気化された冷媒気体がガス配管を介して凝縮器に送られ、凝縮器で液化された冷媒液体が液配管を介して蒸発器に送られることによって、冷媒が自然循環され、蒸発器で冷却作用を得ることができる。このような冷媒自然循環型の冷却システムを、サーバの局所冷却に適用することによって、前述したランニングコストを削減することが期待される。たとえば、蒸発器をサーバの排気口の近傍に配置するとともに、凝縮器として建屋の屋上に冷却塔を設置し、この冷却塔で外気を利用して冷媒を冷却することによって、ランニングコストを大幅に削減することが可能となる。 Against this background, various techniques for efficiently cooling electronic devices have been proposed. For example, the cooling system of Patent Document 1 is configured by connecting an evaporator and a condenser at a higher position than the evaporator with a gas pipe and a liquid pipe. The refrigerant gas vaporized by the evaporator is sent to the condenser via the gas pipe, and the refrigerant liquid liquefied by the condenser is sent to the evaporator via the liquid pipe, so that the refrigerant is naturally circulated and evaporated. Cooling action can be obtained with a vessel. It is expected that the running cost described above can be reduced by applying such a refrigerant natural circulation type cooling system to the local cooling of the server. For example, by placing the evaporator near the exhaust port of the server and installing a cooling tower on the roof of the building as a condenser and cooling the refrigerant using outside air in this cooling tower, the running cost is greatly increased It becomes possible to reduce.
また、冷媒を凝縮させる凝縮器として、特許文献2にみられるように、外気や散水を利用した冷却塔タイプのものを用いた方法がある。特許文献2には、アンモニア冷媒を用いて圧縮機、凝縮器であるエバコン(冷却塔タイプのもの)、膨張弁、蒸発器などの冷凍サイクルを形成するアンモニア冷却ユニットが記載される。そして、エバコンは外気と散水を利用して冷媒ガスを凝縮して冷媒液体にする。 Moreover, as a condenser which condenses a refrigerant, there is a method using a cooling tower type one using outside air or water spray, as seen in Patent Document 2. Patent Document 2 describes an ammonia cooling unit that uses an ammonia refrigerant to form a refrigeration cycle such as a compressor, an evaporator (cooling tower type) that is a condenser, an expansion valve, and an evaporator. Then, the evaporator uses the outside air and water spray to condense the refrigerant gas into a refrigerant liquid.
しかしながら、特許文献2のエバコンは、外気温度が低下すると、熱交換コイルで冷媒ガスを凝縮させる凝縮圧力が低下する。このために、エバコン内部の熱交換コイルに冷媒液体が滞留し、蒸発器に供給する冷媒量が低減するので、蒸発器での冷却能力が低下するという問題がある。特に、蒸発器と凝縮器との間で冷媒を自然循環させる場合には、エバコンの熱交換コイル内に冷媒液体が滞留することにより、液配管内の自然循環の駆動力となる液柱が低くなるために蒸発器に冷媒液体が供給されず、蒸発器での冷却能力が低下する。 However, in the evaporator of Patent Document 2, when the outside air temperature is lowered, the condensation pressure for condensing the refrigerant gas by the heat exchange coil is lowered. For this reason, since the refrigerant liquid stays in the heat exchange coil inside the evaporator and the amount of refrigerant supplied to the evaporator is reduced, there is a problem that the cooling capacity in the evaporator is lowered. In particular, when the refrigerant is naturally circulated between the evaporator and the condenser, the liquid liquid that becomes the driving force for natural circulation in the liquid pipe is lowered by the refrigerant liquid staying in the heat exchange coil of the evaporator. Therefore, the refrigerant liquid is not supplied to the evaporator, and the cooling capacity in the evaporator is reduced.
したがって、外気温度が低下する冬場は、エバコンでの熱量を制御する必要があり、送風機による外気の取り入れ風量を少なくする方法が考えられる。しかし、外気温度が低下した場合には、風量を少なくしても熱交換コイルに接触する外気温度は低いままなので、凝縮圧力の低下が生じる。また、散水機から熱交換コイルに散水する散水量を少なくすることも考えられるが、外気温度が低い場合には、熱量制御に殆ど効果がない。 Therefore, in winter when the outside air temperature decreases, it is necessary to control the amount of heat in the evaporator, and a method of reducing the amount of outside air taken in by the blower can be considered. However, when the outside air temperature is lowered, the outside air temperature in contact with the heat exchange coil remains low even if the air volume is reduced, so that the condensation pressure is lowered. Although it is conceivable to reduce the amount of water sprayed from the water sprayer to the heat exchange coil, there is almost no effect on the heat amount control when the outside air temperature is low.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、冷却塔を凝縮器とし、凝縮器と蒸発器との間に冷媒を循環、特に自然循環させる場合、外気温度が低い冬場であって冷却塔の簡単な構造改良で凝縮圧力を必要以上に下げないようにできるので、蒸発器での冷却能力の低下を防止できる冷却システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and when a cooling tower is used as a condenser and the refrigerant is circulated between the condenser and the evaporator, especially when it is naturally circulated, it is a winter season when the outside air temperature is low. An object of the present invention is to provide a cooling system capable of preventing a decrease in the cooling capacity in the evaporator because the condensing pressure can be prevented from being lowered more than necessary by a simple structural improvement of the cooling tower.
請求項1に記載の発明は前記目的を達成するために、冷媒を気化させる蒸発器と、該蒸発器で気化された冷媒を液化させる凝縮器との間で冷媒を循環させると共に、前記凝縮器として冷却塔を用いた冷却システムにおいて、前記冷却塔は、外気の取込口と排気口とが形成された冷却塔本体と、前記冷却塔本体内に設けられ、入口が前記蒸発器から戻る冷媒ガスが流れるガス配管に接続し、出口が前記蒸発器に供給する冷媒液体が流れる液配管に接続する熱交換コイルと、前記熱交換コイルに散水する散水機と、前記取込口から外気を取り込んで前記熱交換コイルに送風すると共に前記排気口から排気させる送風機と、前記排気口から排気される排気外気の一部を前記取込口近傍に戻して前記取込口からの取込み外気と混合させる循環ダクトと、前記循環ダクトを流れる排気外気の風量を調節する風量調節手段と、前記熱交換コイルで凝縮される冷媒ガスの凝縮圧力が所定圧力になるように、前記風量調節手段を制御する制御機構と、を備えたことを特徴とする冷却システムを提供する。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 circulates a refrigerant between an evaporator for vaporizing the refrigerant and a condenser for liquefying the refrigerant vaporized by the evaporator, and the condenser. In the cooling system using the cooling tower, the cooling tower includes a cooling tower main body in which an outside air intake port and an exhaust port are formed, and a refrigerant that is provided in the cooling tower main body and the inlet returns from the evaporator. A heat exchange coil connected to a gas pipe through which a gas flows and an outlet connected to a liquid pipe through which a refrigerant liquid supplied to the evaporator flows, a water sprayer for spraying water into the heat exchange coil, and taking in outside air from the intake port The blower that blows air to the heat exchange coil and exhausts from the exhaust port, and returns a part of the exhaust outside air exhausted from the exhaust port to the vicinity of the intake port and mixes it with the intake external air from the intake port With circulation duct An air volume adjusting means for adjusting the air volume of the exhaust outside air flowing through the circulation duct, and a control mechanism for controlling the air volume adjusting means so that the condensation pressure of the refrigerant gas condensed in the heat exchange coil becomes a predetermined pressure. Provided is a cooling system characterized by comprising.
本発明の請求項1によれば、外気と散水とを利用した従来の冷却塔に、上記の循環ダクトと、風量調節手段と、制御機構と、を備えるようにした。これにより、冷却塔本体の取込口から取り込まれた外気は、熱交換コイルに散水された水を蒸発させて熱交換コイル内を流れる冷媒を冷却する一方、自らは温度上昇して排気口から排気される。この温度上昇した排気外気の一部を循環ダクトにより冷却塔本体の取込口近傍に循環させて取込み外気と混合することにより、熱交換コイルに送風する送風外気の温度を取込口から取込まれる外気の温度よりも高くすることができる。どの位高くするかは、風量調節手段により循環ダクトを流れる排気外気の循環量を調整することで制御できる。 According to claim 1 of the present invention, a conventional cooling tower using outside air and water spray is provided with the above-described circulation duct, air volume adjusting means, and control mechanism. As a result, the outside air taken in from the intake port of the cooling tower body evaporates the water sprayed on the heat exchange coil and cools the refrigerant flowing in the heat exchange coil, while the temperature rises itself from the exhaust port. Exhausted. By circulating a part of the exhaust outside air whose temperature has risen to the vicinity of the inlet of the cooling tower main body through a circulation duct and mixing it with the outside air, the temperature of the outside air blown to the heat exchange coil is taken in from the inlet. It can be higher than the outside air temperature. It can be controlled by adjusting the circulation amount of the exhaust outside air flowing through the circulation duct by the air volume adjusting means.
そして、冷却システムにおける冷媒の安定循環に必要な液配管内の液柱を得るための凝縮圧力を所定圧力としたときに、凝縮圧力が所定圧力になるように制御機構で混合外気の温度を制御する。これにより、外気温度が低い冬場であって冷却塔の簡単な構造改良で凝縮圧力を必要以上に下げないようにできるので、蒸発器での冷却能力の低下を防止できる。 Then, when the condensation pressure for obtaining the liquid column in the liquid piping necessary for the stable circulation of the refrigerant in the cooling system is a predetermined pressure, the temperature of the mixed outside air is controlled by the control mechanism so that the condensation pressure becomes the predetermined pressure. To do. Thereby, since it is possible to prevent the condensation pressure from being lowered more than necessary by a simple structural improvement of the cooling tower in the winter when the outside air temperature is low, it is possible to prevent the cooling capacity from being lowered in the evaporator.
請求項2は請求項1において、前記制御機構は、前記熱交換コイル入口の冷媒ガスの圧力を測定する冷媒圧力センサと、前記冷媒圧力センサの測定圧力が前記所定圧力になるように前記風量調整手段を制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the first aspect of the present invention, wherein the control mechanism includes a refrigerant pressure sensor that measures the pressure of the refrigerant gas at the inlet of the heat exchange coil, and the air volume adjustment so that the measured pressure of the refrigerant pressure sensor becomes the predetermined pressure. And a controller for controlling the means.
請求項2は、凝縮圧力を所定圧力に制御するための制御機構の一態様を示したものであり、冷媒圧力センサで熱交換コイル入口の冷媒ガスを直接測定し、コントローラは測定圧力が所定圧力になるように風量調整手段を制御する。 The second aspect of the present invention shows one aspect of a control mechanism for controlling the condensation pressure to a predetermined pressure, and the refrigerant gas at the inlet of the heat exchange coil is directly measured by the refrigerant pressure sensor, and the controller measures the predetermined pressure. The air volume adjusting means is controlled so that
これにより、熱交換コイルによる冷媒ガスの凝縮圧力を所定圧力に制御することができる。 Thereby, the condensation pressure of the refrigerant gas by the heat exchange coil can be controlled to a predetermined pressure.
請求項3は請求項1において、前記制御機構は、前記送風機によって前記熱交換コイルに送風する送風外気の温度を測定する送風外気温度センサと、前記熱交換コイルで凝縮される冷媒ガスの凝縮圧力を所定圧力にするための送風外気の設定温度が予め入力されており、前記送風外気温度センサの測定温度が前記設定温度になるように前記風量調節手段を制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the first aspect of the present invention, wherein the control mechanism includes a blower outside air temperature sensor that measures the temperature of the blown outside air that is blown to the heat exchange coil by the blower, and a condensing pressure of refrigerant gas that is condensed by the heat exchange coil. And a controller for controlling the air volume adjusting means so that the measured temperature of the blown outside air temperature sensor becomes the set temperature. Features.
請求項3は、凝縮圧力を所定圧力に制御するための制御機構の別の態様を示したものであり、送風外気温度センサで送風外気の温度を測定し、熱交換コイル入口の冷媒ガスの圧力を所定圧力にするための送風外気の設定温度が予め入力されているコントローラが、送風外気温度センサの測定温度が設定温度になるように風量調節手段を制御する。 The third aspect of the present invention shows another aspect of the control mechanism for controlling the condensation pressure to a predetermined pressure. The temperature of the blown outside air is measured by the blown outside air temperature sensor, and the refrigerant gas pressure at the inlet of the heat exchange coil is measured. The controller in which the set temperature of the blown outside air for setting the pressure to the predetermined pressure is input in advance controls the air volume adjusting means so that the measured temperature of the blown outside air temperature sensor becomes the set temperature.
これにより、熱交換コイルによる冷媒ガスの凝縮圧力を所定圧力に制御することができる。 Thereby, the condensation pressure of the refrigerant gas by the heat exchange coil can be controlled to a predetermined pressure.
請求項4は、請求項1において、前記制御機構は、前記熱交換コイル出口の冷媒液体の温度を測定する冷媒液体温度センサと、前記熱交換コイル入口の冷媒ガスの圧力を所定圧力にするための冷媒液体の設定温度が予め入力されており、前記冷媒液体温度センサの測定温度が前記設定温度になるように前記風量調節手段を制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention provides the method according to the first aspect, wherein the control mechanism sets a refrigerant liquid temperature sensor for measuring a temperature of the refrigerant liquid at the outlet of the heat exchange coil and a pressure of the refrigerant gas at the inlet of the heat exchange coil to a predetermined pressure. And a controller that controls the air volume adjusting means so that the measured temperature of the refrigerant liquid temperature sensor becomes the set temperature.
請求項4は、凝縮圧力を所定圧力に制御するための制御機構の更に別の態様を示したものであり、冷媒液体温度センサで熱交換コイル出口の冷媒液体を所定圧力にするための冷媒液体の設定温度が予め入力されているコントローラが冷媒液体温度センサの測定温度が設定温度になるように風量調節手段を制御する。 Claim 4 shows still another aspect of the control mechanism for controlling the condensing pressure to a predetermined pressure, and the refrigerant liquid for setting the refrigerant liquid at the outlet of the heat exchange coil to a predetermined pressure by the refrigerant liquid temperature sensor. The controller to which the preset temperature is input in advance controls the air volume adjusting means so that the measured temperature of the refrigerant liquid temperature sensor becomes the preset temperature.
これにより、熱交換コイルによる冷媒ガスの凝縮圧力を所定圧力に制御することができる。 Thereby, the condensation pressure of the refrigerant gas by the heat exchange coil can be controlled to a predetermined pressure.
請求項5は請求項1〜4の何れか1において、前記冷却システムは、サーバルームに配設された電子機器を冷却するシステムであって、前記蒸発器は、前記電子機器からの排熱空気との熱交換によって冷媒を気化させると共に前記サーバルーム内に排気される前記排熱空気を冷却することを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the system according to any one of the first to fourth aspects, wherein the cooling system is a system for cooling an electronic device disposed in a server room, and the evaporator is exhausted hot air from the electronic device. The refrigerant is vaporized by heat exchange with the air, and the exhaust heat air exhausted into the server room is cooled.
請求項5は、本発明の冷却システムを、サーバルームに配設された電子機器を蒸発器で冷却するためのシステムに適用することが特に有効だからである。 The fifth aspect of the present invention is because it is particularly effective to apply the cooling system of the present invention to a system for cooling electronic equipment disposed in a server room with an evaporator.
請求項6は請求項1〜5の何れか1において、前記冷却塔を前記蒸発器よりも高所に配置して前記冷媒を自然循環させることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, the cooling tower is arranged at a higher position than the evaporator and the refrigerant is naturally circulated.
本発明の冷却システムは、蒸発器と冷却塔との間で冷媒を自然循環するタイプのものに適用することが特に有効だからである。 This is because the cooling system of the present invention is particularly effective when applied to a type in which the refrigerant is naturally circulated between the evaporator and the cooling tower.
以上説明したように本発明の冷却システムによれば、冷却塔を凝縮器とし、凝縮器と蒸発器との間に冷媒を循環、特に自然循環させる場合、外気温度が低い冬場であって冷却塔の簡単な構造改良で凝縮圧力を必要以上に下げないようにできる。これにより、蒸発器での冷却能力の低下を防止できる。 As described above, according to the cooling system of the present invention, when the cooling tower is a condenser and the refrigerant is circulated between the condenser and the evaporator, particularly when it is naturally circulated, it is a winter tower where the outside air temperature is low and the cooling tower With this simple structural improvement, the condensation pressure can be prevented from being lowered more than necessary. Thereby, the fall of the cooling capability in an evaporator can be prevented.
以下、添付図面に従って本発明に係る冷却システムの好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of a cooling system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施の形態では、本発明の冷却システムを、電子機器の冷却システムに適用した例で以下に説明すると共に、冷媒を自然循環する自然循環サイクルで説明する。 In the present embodiment, the cooling system of the present invention will be described below with an example in which the cooling system of the present invention is applied to a cooling system for electronic equipment, and a natural circulation cycle in which a refrigerant is naturally circulated.
図1は、電子機器の冷却システム10の全体構成を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a
同図に示す冷却システム10は、上下2階のサーバルーム12X、12Yに設けられたサーバ14の近傍を局所的に冷却するシステムである。尚、以下の説明で符号に付すXは下層階の冷却システムに係わる部材であり、Yは上層階の冷却システムに係わる部材である。また、図1では、各サーバルーム12X、12Yに、1台のサーバ14を図示しているが、実際には、多数のサーバ14が配置されている。更に、サーバ14は通常、サーバラック(図示せず)に段積み収納されることによって、サーバルーム12X、12Y内に設置される。
The
サーバ14は、エアの吸引口14A及び排気口14Bを備えるとともに、内部にファン14Cを備え、このファン14Cを駆動することによって、吸引口14Aからエアが吸引され、排気口14Bからサーバ14の排熱を伴った排熱空気が排気される。これにより、サーバ14を冷却することができる。一方、排熱空気をそのままサーバルーム12X、12Yに排気すると、サーバルーム12X、12Yの室温が上昇し、サーバ14に吸い込む空気温度が高くなってしまう。したがって、排熱空気を蒸発器20X、20Yで冷却してからサーバルーム12X、12Yに排気する必要がある。
The
各サーバルーム12X、12Yの床面13の下には床下チャンバ18X、18Yが形成されており、床面13に形成された複数の吹出口(不図示)を介して床下チャンバ18X、18Yとサーバルーム12X、12Yが連通される。床下チャンバ18X、18Yには、パッケージ空調機等(不図示)で冷却された空調エアが給気され、この空調エアが吹出口からサーバルーム12X、12Yに吹き出される。尚、吹出口は、サーバ14の吸引口14Aの近傍に形成されており、この空調エアがサーバ14に吸引されることによって、サーバ14を効率よく冷却することができる。
更に、サーバ14は、冷却システム10によって局所的に冷却される。
Further, the
冷却システム10は、主として蒸発器20X、20Y、凝縮器としての冷却塔22、冷媒液体が流れる液配管24、冷媒ガスが流れるガス配管26からなる冷媒の自然循環サイクルを構成する。
The
蒸発器20X、20Yはそれぞれ、サーバ排気口14Bの近傍に設けられ、蒸発器20X、20Yの内部には不図示のコイルが設けられる。このコイルの外側を、サーバ排気口14Bから排出された排熱空気が流れ、コイルの内側を冷媒液体が流れて熱交換される。この結果、コイル内の冷媒液体が排熱空気から気化熱を奪って蒸発するので、サーバルーム12X、12Yに排気される排気空気が冷却される。これにより、吹出口からサーバルーム12X、12Yに吹き出される空調エアと相まって、サーバルーム12X、12Yの温度環境を、サーバ14が正常に動作をするために必要な温度環境に設定できる。
The
冷却塔22は、蒸発器20X、20Yで気化した冷媒を冷却して凝縮させる装置であり、蒸発器20X、20Yよりも高い位置、例えばサーバルーム12の建屋屋上等に設置される。なお、図1に示す冷却塔22は概略図なので、詳しい構造については図2〜図4で説明する。
The
蒸発器20X、20Yと冷却塔22は、液配管24(分岐管24X、24Yを含む)とガス配管26(分岐管26X、26Yを含む)によって接続される。ガス配管26の上端は冷却塔22内の熱交換コイル28の入口に接続されており、ガス配管26の下端は、分岐管26X、26Yに分岐され、その分岐管26X、26Yが蒸発器20X、20Yのコイル(不図示)の一端に接続されている。一方、液配管24の上端は、冷却塔22内の熱交換コイル28の出口に接続されており、液配管24の下端は、分岐管24X、24Yに分岐され、その分岐管24X、24Yが蒸発器20X、20Yのコイル(不図示)の他端に接続されている。したがって、蒸発器20X、20Yで気化された冷媒ガスはガス配管26を上昇して冷却塔22に自然に送られ、この冷却塔22で液化された後、液化された冷媒は液配管24を流下して蒸発器20X、20Yに自然に送られる。これにより、冷媒の自然循環が行われる。
The
循環する冷媒としては、フロン、あるいは代替フロンとしてのHFC(ハイドロフロロカーボン)等を使用することができる。また、大気圧よりも低い圧力で使用するならば、水を使用することも可能である。 As the circulating refrigerant, chlorofluorocarbon or HFC (hydrofluorocarbon) as an alternative chlorofluorocarbon can be used. In addition, water can be used if it is used at a pressure lower than atmospheric pressure.
そして、自然循環する冷媒の流量を制御することにより、サーバ14から排気された高温空気を蒸発器20X、20Yで冷却した後の空気温度(サーバ14から蒸発器20X、20Yを介してサーバルーム12X,12Yに排気される排気空気の温度)を冷却し、サーバルーム12X,12Yをサーバ14に適した温度環境に維持する。すなわち、各蒸発器20X、20Yからサーバルーム12X,12Yに排気される排気空気21の出口近傍には、温度センサ23X,23Yが設けられると共に、液配管24の分岐管24X、24Yには、冷媒液体の流量を調整する流量調整バルブ25X,25Yが設けられる。そして、温度センサ23X,23Yで測定された測定温度はコントローラ17に入力され、コントローラ17は測定温度に基づいて流量調整バルブ25X,25Yの開度をそれぞれ制御する。これにより、上層階と下層階の高さのことなる蒸発器20X、20Yに対して排気空気温度が同じになるための適切な冷媒流量を供給することができる。この結果、サーバ14から蒸発器20X、20Yを介してサーバルーム12X,12Yに排気される排気温度をサーバ14の運転に適した温度環境に調整することができる。
Then, by controlling the flow rate of the naturally circulating refrigerant, the air temperature after the high-temperature air exhausted from the
次に、図2により、本発明における冷却塔22の構造を説明する。
Next, the structure of the
図2に示すように、冷却塔22は、冷却塔本体(ケーシング)30が横型に配設され、冷却塔本体30の一端側に外気を取り込む取込口30Aが形成され、他端側に外気の排気口30Bが形成される。冷却塔本体30内には熱交換コイル28が設けられ、熱交換コイル28の入口が蒸発器20X,20Yから戻る冷媒ガスが流れるガス配管26に接続し、熱交換コイル28の出口が蒸発器20X,20Yに供給する冷媒液体が流れる液配管24に接続する。熱交換コイル28とガス配管26及び液配管24は連結部材32を介して連結される。また、熱交換コイル28の取込口30A側には散水機34が設けられると共に、散水機34の更に取込口30A側には送風ファン36が設けられる。そして、送風ファン36によって冷却塔本体30の取込口30Aから取り込まれた外気を熱交換コイル28に送風すると共に、散水機34から熱交換コイル28に散水する。これにより、熱交換コイル28を流れる冷媒ガスが外気や散水により冷却されて凝縮し、冷媒液体に液化される。一方、冷却塔本体30内に取り込まれた取込み外気Xは、熱交換コイル28を流れる冷媒ガスから熱を奪って温度が上昇し、排気口30Bから排気外気Yとして排出される。
As shown in FIG. 2, the
また、冷却塔本体30の取込口30A側の側面に連結孔30Cが開口されると共に、排気口30Bの一部と連結孔30Cとが循環ダクト38によって連結される。これにより、排気口30Bから排気される温度上昇した排気外気Yの一部が循環ダクト38を通って取込口30A近傍に循環されるので、排気外気Yと取込み外気Xとが混合される。この結果、送風ファン36によって、熱交換コイル28に送風される送風外気Zの外気温度が上昇する。
In addition, a
また、循環ダクト38の途中にはダンパー装置40が設けられ、ダンパー装置40の開度を調節(開度ゼロも含む)することにより、取込み外気Xに混合される排気外気Yの混合量(混合量ゼロも含む)が調整される。
Further, a
更に、冷却塔22には、熱交換コイル28で凝縮される冷媒ガスの凝縮圧力が所定圧力になるように、ダンパー装置40により循環ダクト38を流れる排気外気Yの風量を制御する制御機構42が設けられる。ここで、所定圧力とは、例えば、本発明の冷却システムにおいて、蒸発器20X,20Yと冷却塔22との間を冷媒が安定して循環するのに必要な液柱を得るための凝縮圧力とすることができる。
Further, the
制御機構42は、熱交換コイル28入口における冷媒ガスの圧力を測定する冷媒圧力センサ44と、冷媒圧力センサ44の測定圧力が所定圧力になるようにダンパー装置40を制御するコントローラ46と、で構成することができる。このコントローラ46としては、図1で示したコントローラ17を兼用してもよく、図2のように、冷却塔22のためのコントローラ46を別途設けてもよい。本実施の形態では、別途設けた場合で説明する。
The control mechanism 42 includes a
次に、上記の如く構成された冷却システムにおける冷却塔22の作用について説明する。
Next, the operation of the
なお、上述したように、取込み外気X、排気外気Y、送風外気Zの3種類の外気が登場するが、以下のように使い分けることにする。すなわち、取込み外気Xは、取込口30Aから取り込まれたままの外気を言う。送風外気Zは、送風ファン36で熱交換コイル28に送風される外気を言い、取込み外気Xのみと、取込み外気Xと排気外気Yとの混合された外気との両方を含む。排気外気Yとは、送風外気Zが熱交換コイル28に接触して熱交換した後の温度上昇した外気を言う。
As described above, three types of outside air, intake outside air X, exhaust outside air Y, and blown outside air Z, appear. That is, the intake outside air X refers to the outside air that has been taken in from the
冷却システム10の運転開始前は、ダンパー装置40の開度をゼロ(閉成状態)の状態にしておき、この状態で運転を開始する。すなわち、ガス配管26によって蒸発器20X,20Yから冷却塔22に戻る冷媒ガスは、冷却塔22内の熱交換コイル28を流れつつ、送風ファン36によって取込口30Aから取り込まれた取込み外気Xと散水機34からの散水によって冷却されて凝縮する。これにより、冷媒ガスは液化して冷媒液体となり、液配管24を流れて蒸発器20X,20Yに供給される。一方、熱交換コイル28に接触した送風外気Zは、冷媒ガスから熱を奪って温度上昇し、排気外気Yとなって排気口30Bから排気される。
Before the operation of the
また、熱交換コイル28内の冷媒ガスは、熱交換コイル28入口で冷媒圧力センサ44により測定され、測定圧力がコントローラ46に逐次送信される。コントローラ46は、冷媒ガスの測定圧力が所定圧力よりも低い場合には、ダンパー装置40を開いて、温度上昇した排気外気Yの一部を循環ダクト38を介して取込口30A近傍に循環して取込み外気Xに混合すると共に、ダンパー装置40の開度制御により、冷媒圧力センサ44により測定される測定圧力が所定圧力になるように、循環ダクト38を流れる排気外気Yの風量を制御する。すなわち、冷媒ガスの測定圧力を大きく上昇させたい場合には、ダンパー装置40の開度を大きくし、小さく上昇させたい場合には、ダンパー装置40の開度を小さくする。
The refrigerant gas in the
これにより、外気温度が低い冬場であって冷却塔22の簡単な構造改良で、冷却塔22における凝縮圧力を必要以上に下げないようにできるので、蒸発器20X,20Yでの冷却能力の低下を防止できる。
Thereby, it is possible to prevent the condensing pressure in the
図3は、制御機構42の別態様を示すものである。なお、図2と同様の部材や装置には同符号を付して説明する。 FIG. 3 shows another aspect of the control mechanism 42. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member and apparatus similar to FIG.
図3に示すように、取込み外気Xと排気外気Yとが混合した後の送風外気Zの温度を測定する送風外気温度センサ48が設けられる。また、コントローラ46には、前述した熱交換コイル28入口における冷媒ガスの所定圧力と送風外気Zの設定温度との相関データ、すなわち送風外気Zを何度にしたら冷媒ガスが所定圧力になるかの相関データが予め入力されている。相関データの作成は予備試験等により求めることができる。
As shown in FIG. 3, a blown outside
そして、コントローラ46は、相関データに基づいて送風外気温度センサ48の測定温度が設定温度になるようにダンパー装置40の開度を制御する。
Then, the
これにより、外気温度が低い冬場であって冷却塔22の簡単な構造改良で、冷却塔22における凝縮圧力を必要以上に下げないようにできるので、蒸発器20X,20Yでの冷却能力の低下を防止できる。
Thereby, it is possible to prevent the condensing pressure in the
図4は、制御機構の更に別態様を示すものである。なお、図2及び図3と同様の部材や装置には同符号を付して説明する。 FIG. 4 shows still another aspect of the control mechanism. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member and apparatus similar to FIG.2 and FIG.3.
図4に示すように、熱交換コイル28で液化した冷媒液体の温度を測定する冷媒液体温度センサ45が熱交換コイル28出口に設けられ、測定温度が逐次コントローラ46に送信される。また、コントローラ46には、冷媒の圧力と温度との相関データが予め入力されている。相関データは冷凍空調便覧等を参考とすることができる。そして、コントローラ46は、相関データに基づいて冷媒液体温度センサ45の測定温度が設定温度になるようにダンパー装置40の開度を制御する。
As shown in FIG. 4, a refrigerant
これにより、外気温度が低い冬場であっても冷却塔22の簡単な構造改良で、冷却塔22における凝縮圧力を必要以上に下げないようにできるので、蒸発器20X,20Yでの冷却能力の低下を防止できる。
This makes it possible to prevent the condensation pressure in the
図3及び図4の制御機構42は、所定圧力に制御したい熱交換コイル28入口の冷媒ガスの圧力を、送風外気の温度や冷媒液体の温度を測定することにより間接的に制御するものである。
The control mechanism 42 in FIGS. 3 and 4 indirectly controls the refrigerant gas pressure at the inlet of the
なお、本実施の形態では、冷媒が自然循環を行う冷却システム10の例で説明したが、冷媒を強制循環させる冷却システムにも適用できる。また、蒸発器20X,20Yで冷却する対象物はサーバ等の電子機器に限定されず、冷却する必要のある発熱体に適用できる。
In the present embodiment, the example of the
10…電子機器の冷却システム、12X、12Y…サーバルーム、13…床面、14…サーバ、15…冷却装置、17…コントローラ、18X、18Y…床下チャンバ、20X、20Y…蒸発器、22…凝縮器、23X,23Y…温度センサ、24…液配管、24X、24Y…分岐管、25X、25Y…流量調整バルブ、26…ガス配管、26X、26Y…分岐管、28…熱交換コイル、30…冷却塔本体、32…連結手段、34…散水機、36…送風ファン、38…循環ダクト、40…ダンパー装置、42…制御機構、44…冷媒圧力センサ、45…冷媒液体温度センサ、46…コントローラ、48…送風外気温度センサ、50…冷媒ガス熱量測定手段、52…演算手段、X…取込み外気、Y…排気外気、Z…送風外気
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記冷却塔は、
外気の取込口と排気口とが形成された冷却塔本体と、
前記冷却塔本体内に設けられ、入口が前記蒸発器から戻る冷媒ガスが流れるガス配管に接続し、出口が前記蒸発器に供給する冷媒液体が流れる液配管に接続する熱交換コイルと、
前記熱交換コイルに散水する散水機と、
前記取込口から外気を取り込んで前記熱交換コイルに送風すると共に前記排気口から排気させる送風機と、
前記排気口から排気される排気外気の一部を前記取込口近傍に戻して前記取込口からの取込み外気と混合させる循環ダクトと、
前記循環ダクトを流れる排気外気の風量を調節する風量調節手段と、
前記熱交換コイルで凝縮される冷媒ガスの凝縮圧力が所定圧力になるように、前記風量調節手段を制御する制御機構と、を備えたことを特徴とする冷却システム。 In the cooling system using the cooling tower as the condenser, while circulating the refrigerant between the evaporator that vaporizes the refrigerant and the condenser that liquefies the refrigerant vaporized by the evaporator,
The cooling tower is
A cooling tower body in which an outside air intake port and an exhaust port are formed;
A heat exchange coil provided in the cooling tower main body, connected to a gas pipe through which refrigerant gas flowing back from the evaporator flows through an inlet and connected to a liquid pipe through which refrigerant liquid supplied to the evaporator flows out from the evaporator;
A watering machine for watering the heat exchange coil;
A blower that takes in outside air from the intake port and blows air to the heat exchange coil and exhausts air from the exhaust port;
A circulation duct for returning a part of the exhaust outside air exhausted from the exhaust port to the vicinity of the intake port and mixing it with the intake external air from the intake port;
An air volume adjusting means for adjusting the air volume of the exhaust outside air flowing through the circulation duct;
And a control mechanism for controlling the air volume adjusting means so that the condensing pressure of the refrigerant gas condensed by the heat exchange coil becomes a predetermined pressure.
前記熱交換コイル入口の冷媒ガスの圧力を測定する冷媒圧力センサと、
前記冷媒圧力センサの測定圧力が前記所定圧力になるように前記風量調整手段を制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする請求項1の冷却システム。 The control mechanism is
A refrigerant pressure sensor for measuring the pressure of the refrigerant gas at the inlet of the heat exchange coil;
The cooling system according to claim 1, further comprising a controller that controls the air volume adjusting means so that a measured pressure of the refrigerant pressure sensor becomes the predetermined pressure.
前記送風機によって前記熱交換コイルに送風する送風外気の温度を測定する送風外気温度センサと、
前記熱交換コイルで凝縮される冷媒ガスの凝縮圧力を所定圧力にするための送風外気の設定温度が予め入力されており、前記送風外気温度センサの測定温度が前記設定温度になるように前記風量調節手段を制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする請求項1の冷却システム。 The control mechanism is
A blower outside air temperature sensor that measures the temperature of the blown outside air that is blown to the heat exchange coil by the blower,
A set temperature of the blown outside air for setting the condensation pressure of the refrigerant gas condensed in the heat exchange coil to a predetermined pressure is input in advance, and the air volume is adjusted so that the measured temperature of the blown outside air temperature sensor becomes the set temperature. 2. The cooling system according to claim 1, further comprising a controller for controlling the adjusting means.
前記熱交換コイル出口の冷媒液体の温度を測定する冷媒液体温度センサと、
前記熱交換コイル入口の冷媒ガスの圧力を所定圧力にするための冷媒液体の設定温度が予め入力されており、前記冷媒液体温度センサの測定温度が前記設定温度になるように前記風量調節手段を制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする請求項1の冷却システム。 The control mechanism is
A refrigerant liquid temperature sensor for measuring the temperature of the refrigerant liquid at the outlet of the heat exchange coil;
A preset temperature of the refrigerant liquid for setting the pressure of the refrigerant gas at the inlet of the heat exchange coil to a predetermined pressure is input in advance, and the air volume adjusting means is set so that the measured temperature of the refrigerant liquid temperature sensor becomes the set temperature. The cooling system according to claim 1, further comprising a controller for controlling the cooling system.
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