JP2012002456A

JP2012002456A - 冷媒循環装置

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Publication number: JP2012002456A
Application number: JP2010139401A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Inatomi; 泰彦稲富; Yasuhiro Kashirajima; 康博頭島; Junichi Ito; 潤一伊藤; Yasushi Nishida; 康西田; Teruo Mikami; 照夫三上
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: JP5351097B2; CN102287972A; GB2481317A; NL2006949A; GB201110161D0; SG177095A1; NL2006949C2; US20110308262A1; CN102287972B; GB2481317B

Abstract

【課題】本発明は、蒸発器に送風する複数の送風機のうち少なくとも１台が故障し、風量が減少し冷却能力が低下する場合でも、冷却能力を増加させ能力を補償することができる冷媒循環装置を提供する。
【解決手段】本発明の冷媒循環装置は、凝縮器３に供給される冷媒温度を制御する凝縮器側冷媒温度制御機器７を備える。凝縮器側冷媒温度制御機器７は、凝縮器３の出口の冷媒液管４に設けられた凝縮器冷媒液温度センサ８の測定値が凝縮器側外部入力温度の設定温度になるように、熱媒体配管２５に設けられた熱媒体流量制御弁２３の開度を制御する。また、凝縮器側冷媒温度制御機器７は、送風機故障検知手段６から故障信号が入力された場合に、凝縮器側外部入力温度の設定温度を低下させ、凝縮器冷媒液温度センサ８の測定値が設定温度になるように熱媒体流量制御弁２３の開度を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は冷媒循環装置に関し、特に空気調和システムにおける冷却ユニット送風機の故障時の冷却能力を制御するための冷媒循環装置に関する。

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。

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、年間冷房型パッケージ空調機等によって一定の温度環境に管理されている。しかし、空調機が故障すると、機器類の発熱により室内が高温状態になったり、局所的に高温の箇所が発生したりする状態となる。一般に、電子機器類の許容温度は常温程度であり、周囲空気が高温になった場合、機器自身が保護制御により自動停止し運転の継続が不能となったり、さらには機器の構成部品が破壊されて故障したりするおそれもある。

特許文献１には、空調機の故障時の対策がなされた冷媒循環装置が開示されている。特許文献１の冷媒循環装置は室内機、室外機、圧縮機、膨張弁、これらを接続する冷媒配管から構成されており、たとえば圧縮機が故障した場合に、室内機送風機が運転可能な判断をした後、室内に設置した温度センサの測定値に基づいて演算された最高温度が、電子機器類の許容温度に基づいて設定された上限温度を超えている場合、送風機の運転を継続する。

特開２００９−０４７４１９号公報

しかしながら、特許文献１の冷媒循環装置は、圧縮機が故障した際に冷却運転ができないので、冷却性能が低下し、室内の温度上昇につながり、電子機器類が故障するというおそれがあった。また、送風機の故障時にはいかなる手段もこうじることはできなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、冷媒を自然循環させる空調システムの冷媒循環装置において、蒸発器に送風する複数の送風機のうち少なくとも１台が故障し、風量が減少し冷却能力が低下する場合でも、冷却能力を増加させ能力を補償することができる冷媒循環装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、蒸発器と、蒸発器に送風する複数の送風機と、凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器を接続する冷媒液管及び冷媒ガス管とを備えた冷媒循環装置において、前記送風機の故障を検知する送風機故障検知手段と、凝縮器側冷媒温度制御機器と、前記凝縮器に供給する熱媒体の流量を制御する熱媒体流量制御弁と、前記凝縮器から前記蒸発器に供給される冷媒液の温度を検知する凝縮器冷媒液温度センサとを備え、前記凝縮器側冷媒温度制御機器は、前記送風機故障検知手段から故障信号が入力された場合に、凝縮器側外部入力温度の設定温度を低下させ、前記凝縮器冷媒液温度センサによって測定された測定値が設定温度になるように前記熱媒体流量制御弁を制御することを特徴とする冷媒循環装置を提供する。

本発明は、上述の課題を解決するため、凝縮温度を低下させることで、冷却能力を増大させるものである。

本発明に係る冷媒循環装置は、すなわち、冷媒を自然に循環させる冷媒循環装置は、蒸発器よりも高所に設置された凝縮器を、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の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の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空調システムを、サーバの局所冷却に適用することによって、空調機のランニングコストを削減することができる。

本発明においては、凝縮器側制御温度演算手段を備え、前記凝縮器側冷媒温度制御機器に、前記送風機故障検知手段から故障信号が入力された場合に、前記凝縮器側制御温度演算手段は送風機の故障台数と予め設定された冷却性能テーブルから必要な凝縮器側制御温度を演算し、前記凝縮器側冷媒温度制御機器は、凝縮器側外部入力温度の設定温度を前記演算した値に低下させ、前記凝縮器冷媒液温度センサ測定値が設定温度になるように前記熱媒体流量制御弁を制御することが好ましい。

本発明は、送風機の故障台数と冷却性能テーブルから必要な凝縮温度を演算し、その凝縮温度に低下させることで、冷却能力を増大させるものである。

本発明においては、蒸発器内圧力センサを備え、前記凝縮器側冷媒温度制御機器に、前記送風機故障検知手段から故障信号が入力された場合に、前記凝縮器側制御温度演算手段は送風機の故障台数と前記蒸発器内圧力センサの測定値と予め設定された冷却性能テーブルとから必要な凝縮器側制御温度を演算し、前記凝縮器側冷媒温度制御機器は、凝縮器側外部入力温度の設定温度を前記演算した値に低下させ、凝縮器冷媒液温度センサ測定値が設定温度になるように熱媒体流量制御弁を制御することが好ましい。

本発明は、送風機の故障台数と蒸発器内圧力センサ測定値と冷却性能テーブルから必要な凝縮温度を演算し、その凝縮温度に低下させることで、冷却能力を増大させるものである。実際に蒸発器内圧力センサで蒸発温度を測定することにより、より正確に必要な冷却能力をだすための凝縮温度に設定することができる。これにより、熱量のロスを防止する。

本発明においては、室内露点温度センサを備え、前記凝縮器側冷媒温度制御機器に、前記送風機故障検知手段から故障信号が入力された場合に、前記凝縮器側制御温度演算手段は送風機の故障台数と予め設定された冷却性能テーブルとから必要な凝縮器側制御温度を演算し、前記凝縮器側冷媒温度制御機器は、前記演算した値が室内露点温度以上の場合は凝縮器側外部入力温度の設定温度を演算値にし、前記演算した値が室内露点温度以下の場合は設定温度を室内露点温度に低下させ、凝縮器冷媒液温度センサ測定値が設定温度になるように熱媒体流量制御弁を制御することが好ましい。

本発明は、結露防止策を加えたものである。

本発明の冷媒循環装置によれば、蒸発器に送風する送風機のうち少なくとも1台が故障した場合、凝縮温度を低下させることで、冷却能力を増大させたので、冷却ユニット能力を補償することができる。また、それに加えて、蒸発器の結露を防止することができる。

第１の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図第２の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図第３の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図第４の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図第５の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図第６の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図第７の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図

以下、添付図面に従って本発明に係る冷媒循環装置の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、第１の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図である。

図１において、凝縮器３は、２台の蒸発器１、１で気化した冷媒を冷却して凝縮させる装置である。なお、蒸発器１の台数は２台に限定されるものではない。

凝縮器３は、蒸発器１よりも高所、たとえば建屋の屋上に設けられる。凝縮器３は、内部に冷媒を冷却する熱媒体(例えば冷水)が通るコイルが設けられ、気化した冷媒が熱交換をし、冷媒が液化される。凝縮器３において前記冷媒を冷却する熱媒体は、熱媒体作成装置２１(例えば冷凍機)から熱媒体搬送装置２２を用いて供給される。

蒸発器１、１と凝縮器３は、冷媒液管４と冷媒ガス管５とを介して接続される。冷媒ガス管５の上端は凝縮器３内のコイルの一端に接続されており、冷媒ガス管５の下端は蒸発器１のコイル一端に接続されている。一方、冷媒液管４の上端は、凝縮器３内のコイルの他端に接続されており、冷媒液管４の下端は蒸発器１のコイルの他端に接続されている。したがって、各蒸発器１、１によって気化された冷媒の気体は、冷媒ガス管５を通って凝縮器３に自然に送られ、この凝縮器３で液化された後、液化された冷媒は冷媒液管４を通って蒸発器１に自然に流下される。これにより、冷媒の自然循環が行われる。

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。

蒸発器１と蒸発器１に通風する送風機２とから構成される冷却ユニットは、サーバラック２４の背面に備え付けられ、サーバラック２４内に収められた電子機器の排熱は、送風機２によって蒸発器１に送風することで行われる。これにより、電子機器により暖められた空気が冷却され、サーバルームの室内に放出される。送風機２には、送風機２の故障を検知する送風機故障検知手段６が設けられる。

この冷媒循環装置は、凝縮器３に供給される冷媒温度を制御するための凝縮器側冷媒温度制御機器７が設けられている。この凝縮器側冷媒温度制御機器７は、凝縮器３の出口の冷媒液管４に設けられた凝縮器冷媒液温度センサ８の測定値が凝縮器側外部入力温度の設定温度になるように、熱媒体配管２５に設けられた熱媒体流量制御弁２３の開度を制御する。

また、凝縮器側冷媒温度制御機器７は、送風機故障検知手段６から故障信号が入力された場合に、凝縮器側外部入力温度の設定温度を低下させ、凝縮器冷媒液温度センサ８の測定値が設定温度になるように熱媒体流量制御弁２３の開度を制御する。

これにより、第１の実施の形態の冷媒循環装置によれば、凝縮温度を低下させて冷却能力を増大させることができるので、冷却ユニットの能力を補償することができる。

図２は、第２の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図であり、図１に示した冷媒循環装置と同一又は類似の部材については同一の符号を付して説明する。

図２の冷媒循環装置は、図１に示した冷媒循環装置に対し、凝縮器３の制御温度を演算する凝縮器側制御温度演算手段９が設けられている。

凝縮器側冷媒温度制御機器７に送風機故障検知手段６から故障信号が入力された場合に、風量が低下した分の熱量をだすために、蒸発温度を下げる必要がある。この冷媒循環装置の冷媒自然循環システムは、凝縮温度とともに蒸発温度が変動するので、この場合では凝縮温度を低下させる。

風量低下分に対応した蒸発温度を下げるため、凝縮器側制御温度演算手段９は、送風機２の故障台数と予め設定した冷却性能テーブルとから必要な凝縮器側制御温度を演算（演算値）する。そして、凝縮器側冷媒温度制御機器７は、凝縮器側外部入力温度の設定温度を演算値に低下させ、凝縮器冷媒液温度センサ８の測定値が設定温度になるように熱媒体流量制御弁２３の開度を制御する。

これにより、第２の実施の形態の冷媒循環装置によれば、凝縮温度を低下させて冷却能力を増大させることができるので、冷却ユニット能力を補償することができる。

凝縮器側制御温度の演算は、風量と冷却能力の関係式と、冷却能力と蒸発温度の関係式と、設計条件と、蒸発温度と凝縮温度の関係式と、凝縮温度と凝縮器冷媒液温度の関係式を予め冷却性能テーブルに設定しておくことにより行う。

図３は、第３の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図であり、図１に示した冷媒循環装置と同一又は類似の部材については同一の符号を付して説明する。

図３の冷媒循環装置は、図２に示した冷媒循環装置において、蒸発器１内の圧力を検知する蒸発器内圧力センサ１１が設けられている。

凝縮器側冷媒温度制御機器７に送風機故障検知手段６から故障信号が入力された場合に、風量が低下した分の熱量をだすために、蒸発温度を下げる必要がある。冷媒循環装置の冷媒自然循環システムは、凝縮温度とともに蒸発温度が変動するので、この場合では凝縮温度を低下させる。

減少した風量に対応した蒸発温度にするために、凝縮器側制御温度演算手段９は、予め設定した蒸発器内圧力センサ１１の測定値より蒸発温度を算出し、その蒸発温度からいくら蒸発温度を下げればよいか演算し、蒸発温度と凝縮温度の関係式より凝縮温度をいくら下げればよいかを演算（演算値）する。凝縮器側冷媒温度制御機器７は、その凝縮温度にするために凝縮温度と凝縮器冷媒液温度の関係式より凝縮器側外部入力温度を演算し、凝縮器側外部入力温度の設定温度を演算値に低下させ、凝縮器冷媒液温度センサ８の測定値が設定温度になるように熱媒体流量制御弁２３の開度を制御する。

これにより、第３の実施の形態の冷媒循環装置によれば、より正確に必要な冷却能力をだすための凝縮温度に設定しながら、冷却能力を増大させることができるので、冷却ユニット能力を補償することができる。

凝縮器側制御温度の演算は風量と冷却能力の関係式と、冷却能力と蒸発温度の関係式と、設計条件と、蒸発温度と凝縮温度の関係式と、凝縮温度と凝縮器冷媒液温度の関係式を予め冷却性能テーブルに設定して凝縮器側制御温度演算手段９で行う。

図４は、第４の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図であり、図１に示した冷媒循環装置と同一又は類似の部材については同一の符号を付して説明する。

図４の冷媒循環装置は、図２に示した冷媒循環装置において、室内の露点温度を検知する室内露点温度センサ１０が設けられている。

風量低下分に対応した蒸発温度を下げるため、凝縮器側制御温度演算手段９は、予め設定した冷却性能テーブルから必要な凝縮器側制御温度を演算（演算値）する。そして、凝縮器側冷媒温度制御機器７は、その演算値が室内露点温度センサ１０の測定値以上の場合は凝縮器側外部入力温度の設定温度を演算値にし、演算値が室内露点温度センサ１０の測定値以下の場合は設定温度を室内露点温度センサ１０の測定値に低下させ、凝縮器冷媒液温度センサ８の測定値が設定温度になるように熱媒体流量制御弁２３の開度を制御する。

これにより、第４の実施の形態の冷媒循環装置によれば、凝縮温度を低下させて冷却能力を増大させることにより冷却ユニット能力を増大し、かつ蒸発器１での結露を防止することができる。

凝縮器側制御温度の演算は風量と冷却能力の関係式と、冷却能力と蒸発温度の関係式と、設計条件と、蒸発温度と凝縮温度の関係式と、凝縮温度と凝縮器冷媒液温度の関係式を予め冷却性能テーブルに設定しておくことにより行う。

図５は、第５の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図であり、図１に示した冷媒循環装置と同一又は類似の部材については同一の符号を付して説明する。図５の冷媒循環装置は、図１に示した冷媒循環装置において、熱媒体流量制御弁２３の開度を制御する代わりに、熱媒体搬送装置２２の周波数を熱媒体搬送装置制御機器２６によって制御する装置である。なお、図２〜図４に示した冷媒循環装置においても同様である。

図６は、第６の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図であり、図１に示した冷媒循環装置と同一又は類似の部材については同一の符号を付して説明する。図６の冷媒循環装置は、図１に示した冷媒循環装置において、凝縮器３が散水式空冷凝縮器２７の場合、熱媒体流量制御弁２３の開度を制御する代わりに、散水式空冷凝縮器２７の周波数を散水式空冷凝縮器送風機制御機器２９で制御する装置である。なお、図２〜図４に示した冷媒循環装置においても同様である。

図７は、第７の実施の形態の冷媒循環装置の構成を示したブロック図であり、図１に示した冷媒循環装置と同一又は類似の部材については同一の符号を付して説明する。図７の冷媒循環装置は、図６に示した冷媒循環装置において、散水式空冷凝縮器送風機制御機器２９の周波数を制御する代わりに、散水用循環ポンプ３０の周波数を散水用循環ポンプ制御機器３１で制御する装置である。

１…蒸発器、２…送風機、３…凝縮器、４…冷媒液管、５…冷媒ガス管、６…送風機故障検知手段、７…凝縮器側冷媒温度制御機器、８…凝縮器液管温度センサ、９…凝縮器側制御温度演算手段、１０…室内露点温度センサ、１１…蒸発器内圧力センサ、２１…熱媒体作成装置、２２…熱媒体搬送装置、２３…熱媒体流量制御弁、２４…サーバラック、２５…熱媒体配管、２６…熱媒体搬送装置制御機器、２７…散水式空冷凝縮器、２８…散水式空冷凝縮器送風機、２９…散水式空冷凝縮器送風機制御機器、３０…散水用循環ポンプ、３１…散水用循環ポンプ制御機器

Claims

蒸発器と、蒸発器に送風する複数の送風機と、凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器を接続する冷媒液管及び冷媒ガス管とを備えた冷媒循環装置において、
前記送風機の故障を検知する送風機故障検知手段と、凝縮器側冷媒温度制御機器と、前記凝縮器に供給する熱媒体の流量を制御する熱媒体流量制御弁と、前記凝縮器から前記蒸発器に供給される冷媒液の温度を検知する凝縮器冷媒液温度センサとを備え、
前記凝縮器側冷媒温度制御機器は、前記送風機故障検知手段から故障信号が入力された場合に、凝縮器側外部入力温度の設定温度を低下させ、前記凝縮器冷媒液温度センサによって測定された測定値が設定温度になるように前記熱媒体流量制御弁を制御することを特徴とする冷媒循環装置。
凝縮器側制御温度演算手段を備え、
前記凝縮器側冷媒温度制御機器に、前記送風機故障検知手段から故障信号が入力された場合に、前記凝縮器側制御温度演算手段は送風機の故障台数と予め設定された冷却性能テーブルから必要な凝縮器側制御温度を演算し、前記凝縮器側冷媒温度制御機器は、凝縮器側外部入力温度の設定温度を前記演算した値に低下させ、前記凝縮器冷媒液温度センサ測定値が設定温度になるように前記熱媒体流量制御弁を制御する請求項１に記載の冷媒循環装置。
蒸発器内圧力センサを備え、
前記凝縮器側冷媒温度制御機器に、前記送風機故障検知手段から故障信号が入力された場合に、前記凝縮器側制御温度演算手段は送風機の故障台数と前記蒸発器内圧力センサの測定値と予め設定された冷却性能テーブルとから必要な凝縮器側制御温度を演算し、前記凝縮器側冷媒温度制御機器は、凝縮器側外部入力温度の設定温度を前記演算した値に低下させ、凝縮器冷媒液温度センサ測定値が設定温度になるように熱媒体流量制御弁を制御する請求項２に記載の冷媒循環装置。
室内露点温度センサを備え、
前記凝縮器側冷媒温度制御機器に、前記送風機故障検知手段から故障信号が入力された場合に、前記凝縮器側制御温度演算手段は送風機の故障台数と予め設定された冷却性能テーブルとから必要な凝縮器側制御温度を演算し、前記凝縮器側冷媒温度制御機器は、前記演算した値が室内露点温度以上の場合は凝縮器側外部入力温度の設定温度を演算値にし、前記演算した値が室内露点温度以下の場合は設定温度を室内露点温度に低下させ、凝縮器冷媒液温度センサ測定値が設定温度になるように熱媒体流量制御弁を制御する請求項２又は３に記載の冷媒循環装置。