JP2016015010A - 冷却システムの冷媒漏洩検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却能力低下前に冷媒の漏洩が判定可能な冷媒の気液の密度差により熱搬送を行う冷却システムの冷媒漏洩検知方法を提供する。
【解決手段】冷却システムＳ１は、蒸発器２１ａ、ｂと、冷媒流量制御バルブ２５ａ、ｂと、送風機２４ａ、ｂとを有する冷却装置２０ａ、ｂと、蒸発器２１ａ、ｂより高所に設置される凝縮器１０と、凝縮器ガス圧力センサ５０と、蒸発器出口圧力センサ５１と、冷却装置２０ａ、ｂの冷却熱量を測定する冷却熱量測定手段２７ａ、ｂ、２４ａ、ｂと、制御装置Ｃとを備える。制御装置Ｃは、冷媒流量制御バルブ２５ａ、ｂを全開にして冷却運転を行い、蒸発器出口圧力センサ５１と凝縮器ガス圧力センサ５０で測定した圧力の差分をとった冷媒ガス管３０の圧力損失が、冷媒漏洩がない際の冷媒ガス管３０の圧力損失より低い場合には、冷媒が漏洩していると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却システムの冷媒漏洩検知方法に関する。

近年、情報処理技術の向上やインターネット環境の発達に伴って、情報処理量が増大している。そのため、各種の情報を大量に処理するためのデータ処理センタがビジネスとして脚光を浴びている。このデータ処理センタの例えば、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、昼夜にわたって連続稼働されている。

一般的に、サーバルームにおける電子機器の設置は、ラックマウント方式が主流になっている。ラックマウント方式は、電子機器を機能単位別に分割して収納するラック(筺体)をキャビネットに段積みする方式であり、かかるキャビネットがサーバルームの床上に多数整列配置されている。

これら情報を処理する電子機器は、処理速度や処理能力が急速に向上してきており、そのため、電子機器からの発熱量も上昇の一途をたどっている。これらの電子機器は、動作に一定の温度環境が必要とされ、正常に動作するための温度環境が比較的低く設定されているため、電子機器が高温状態に置かれるとシステム停止等のトラブルを引き起こす。

このため、サーバルーム内を冷却するための空調機を運転する空調動力(空調機の負荷)が大幅に増加しているのが実情であり、企業経営におけるコスト削減の観点のみならず、地球環境の保全の観点からも空調動力の削減が急務となっている。

一方、サーバルーム内で漏水が発生すると電子機器が破損する恐れがあるため、電子機器を冷却する際の熱搬送には水よりも熱輸送量が大きい冷媒の潜熱輸送を利用するのが一般的である。さらに、冷媒の搬送を削減するため、圧縮機を用いずに気液密度差を利用して搬送するシステムや圧縮機よりも省電力で冷媒を搬送できる冷媒ポンプを用いた冷却システムを採用することができる。

しかし、熱搬送に冷媒を使用する場合、冷媒は大気圧下ではガス化するため、少量の漏洩が発生した場合には冷媒漏洩が発生していることに気づかず、系内の冷媒量が減少していき冷却能力の低下が発生してしまう恐れがある。
このような背景から、特許文献１や特許文献２にみられるように、熱搬送に冷媒を用いた冷却システムの冷媒漏洩検知技術が提案されている。

特許文献１には、冷凍サイクルを構成する機器におけるエクセルギー損失量を測定し、漏洩した冷媒量に応じて変化する漏洩指標値を算出して冷媒漏洩が発生しているか否かを判定する方法が提案されている。

特許文献２には、減圧装置出入口の差圧、冷媒循環量から冷媒密度を算出し、冷媒密度測定値と比較することで冷媒量減少を判断することが提案されている。

特開２０１２−４７４４７号公報 特開２０１１−１０６７１４号公報

しかし、上記に示すような冷媒漏洩検知方法は、圧縮機と減圧装置を備えた冷凍サイクルを対象としており、圧縮機の過熱度、過冷却度で判断している。
圧縮機を用いない冷却システムでは、冷媒減少による変化量が小さく、冷媒漏洩を判定できない恐れがある。さらに、これらの測定値が冷媒漏洩を判定できるほど変化した場合、冷却能力の低下が発生し、電子機器の温度上昇を引き起こす恐れがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、冷媒の気液の密度差により熱搬送を行う冷却システムであっても冷却能力が低下する前に冷媒の漏洩が判定可能な冷却システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に関わる冷却システムの冷媒漏洩検知方法は、電子機器から排出される高温排気を冷却する熱交換によって冷媒を気化する蒸発器と、前記蒸発器に供給される冷媒液の流量を調整する冷媒流量制御バルブと、前記蒸発器に前記高温排気を供給する送風機とを有する１または複数台設置された冷却装置と、前記蒸発器より高所に設置され前記蒸発器で気化した冷媒ガスを液化させる凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられる冷媒ガス管と、前記凝縮器の入口の冷媒ガス圧力を測定する凝縮器ガス圧力センサと、前記蒸発器の出口の冷媒圧力を測定する蒸発器出口圧力センサと、前記冷却装置の冷却熱量を測定する冷却熱量測定手段と、制御装置とを備える冷却システムの冷媒漏洩検知方法である。

該冷媒漏洩検知方法で前記制御装置は、前記冷媒流量制御バルブの開度を全開にして冷却運転を行い、前記蒸発器出口圧力センサと前記凝縮器ガス圧力センサで測定した圧力の差分をとることで前記冷媒ガス管の圧力損失を算出し、該算出した圧力損失が、前記冷媒の漏洩がない場合の前記蒸発器出口圧力センサと前記凝縮器ガス圧力センサで測定した圧力の差分で求められる前記冷媒ガス管の圧力損失より低い場合には、前記冷媒が漏洩していると判定している。

本発明に関わる冷却システムの冷媒漏洩検知方法によれば、冷媒の気液の密度差により熱搬送を行う冷却システムであっても冷却能力が低下する前に冷媒の漏洩が判定可能な冷却システムを実現できる。

本発明の実施形態１に係る冷却システムを示す図。 負荷(％)と冷媒ガス管圧力損失との関係を示す図。 冷却システムでの冷却熱量を用いた冷媒漏洩の検知の制御フローを示す図。 本発明の実施形態２に係る冷却システムを示す図。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜＜実施形態１＞＞
図１に本発明の実施形態１に係る冷却システムを示す。
本発明は、熱搬送に冷媒を用いた冷却システムの冷媒の漏洩検知方法に係り、特に電子機器(図示せず)からの高温の排熱を効率的に冷却するために圧縮機を用いることなく冷媒の気液の密度差により熱搬送を行う冷却システムＳ１の冷媒の漏洩検知方法である。

実施形態１の冷却システムＳ１は、冷却対象室８０内に載置される冷却対象のサーバなどの電子機器を所望の温度に冷却するシステムである。

冷却システムＳ１は、冷却対象の電子機器を冷却するために用いられる冷媒の漏洩を検知することに特徴がある。
なお、冷却システムＳ１には、制御装置Ｃが設けられており、制御装置Ｃにより以下説明する冷却システムＳ１の機器の制御が遂行される。制御装置Ｃは、コンピュータと周辺回路とを有する、例えば、ＰＬＣ(programmable logic controller)などである。

＜冷却装置２０ａ、２０ｂ＞
冷却対象室８０内には冷却対象であるサーバなどの電子機器(図示せず)が載置されている。電子機器は連続稼働されるため、電子機器からは高温の排気(高温排気２３ａ、２３ｂ)が、排出されている。
冷却システムＳ１には、冷却対象室８０内の冷却対象の電子機器からの高温排気２３ａ、２３ｂをそれぞれ冷却する冷却装置２０ａ、２０ｂが設置されている。

冷却装置２０ａには、冷媒と高温排気２３ａとの熱交換を行う蒸発器２１ａと、蒸発器２１ａに高温排気２３ａを供給する送風機２２ａと、蒸発器２１ａ内部に供給される冷媒の流量を調整する冷媒流量制御バルブ２５ａとが組み込まれている。高温排気２３ａは、蒸発器２１ａで冷媒の蒸発に伴う蒸発潜熱により冷却される。

同様に、冷却装置２０ｂには、冷媒と高温排気２３ｂとの熱交換を行う蒸発器２１ｂと、蒸発器２１ｂに高温排気２３ｂを供給する送風機２２ｂと、蒸発器２１ｂ内部に供給される冷媒の流量を調整する冷媒流量制御バルブ２５ｂとが組み込まれている。高温排気２３ｂは、蒸発器２１ｂで冷媒の蒸発に伴う蒸発潜熱により冷却される。

冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂは、それぞれ冷却の設定温度に対応して開度が自動的に制御される。つまり、冷却負荷が大きい場合には開度が大きく、冷却負荷が小さい場合には開度が小さく制御される。

＜冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量測定手段＞
冷却装置２０ａには、高温排気２３ａの温度を測る冷却熱量測定手段の高温排気温度センサ２７ａと、蒸発器２１ａで高温排気２３ａを冷却した後の冷却空気２４ａの温度を測る冷却熱量測定手段の冷却空気温度センサ２６ａとが設けられている。

同様に、冷却装置２０ｂには、高温排気２３ｂの温度を測る冷却熱量測定手段の高温排気温度センサ２７ｂと、蒸発器２１ｂで高温排気２３ｂを冷却した後の冷却空気２４ｂの温度を測る冷却熱量測定手段の冷却空気温度センサ２６ｂとが設けられている。

＜凝縮器１０＞
冷却システムＳ１は、蒸発器２１ａ、２１ｂでガス化した冷媒を冷却して液化するため、冷水を作る冷熱源４０と該冷水を送る冷水ポンプ４１と凝縮器１０とを有している。ガス化した冷媒を冷却する熱媒体の水は、冷水配管４２を介して、冷熱源４０、冷水ポンプ４１、および凝縮器１０間を循環されている。

凝縮器１０は、蒸発器２１ａ、２１ｂよりも高所に設置されている。
蒸発器２１ａ、２１ｂでガス化した冷媒は、密度の減少により重量が周囲よりも軽くなり冷媒ガス管３０内を上昇して、冷媒ガス管３０を通過して凝縮器１０に供給される。凝縮器１０では、ガス化した冷媒が冷水と熱交換して、液化温度以下に冷却され液化し、冷媒液管３１に送られる。

凝縮器１０で液化した冷媒は密度が大きくなることにより、重量が周囲よりも重くなり冷媒液管３１内を重力により落下して、冷媒ガス管３０を通過して蒸発器２１ａ、２１ｂに向けて供給される。

＜蒸発器２１ａ、２１ｂ＞
凝縮器１０で液化した冷媒は、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂで、それぞれ高温排気２３ａ、２３ｂの温度に応じた冷却熱量に対応した流量に調整され蒸発器２１ａ、２１ｂに送られる。

例えば、高温排気２３ａ、２３ｂの温度が４０℃で冷却温度が２５℃に設定されている場合には、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂの開度は相対的に大きく制御され、比較的多く冷媒が蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される。これに対して、例えば、高温排気２３ａ、２３ｂの温度が３０℃で冷却温度が２５℃に設定されている場合には、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂの開度は相対的に小さく制御され、比較的少ない冷媒が蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される。

そして、蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される液状の冷媒は、それぞれ高温排気２３ａ、２３ｂと熱交換してガス化され、冷媒ガス管３０内に排出される。高温排気２３ａ、２３ｂはそれぞれ冷媒の蒸発潜熱により冷却され、冷却空気２４ａ、２４ｂとなり冷却装置２０ａ、２０ｂの外部に排出される。

＜冷媒ガス管３０＞
前記したように、蒸発器２１ａ、２１ｂでガス化された冷媒は冷媒ガス管３０内に流入する。
ここで、冷媒ガス管３０内では冷媒が気液二相流状態となっている。つまり、蒸発器２１ａ、２１ｂでの冷却負荷が大きい場合には、ガス状態の冷媒が多く、蒸発器２１ａ、２１ｂでの冷却負荷が小さい場合には、液状態の冷媒が増加する。

このように、冷却システムＳ１では、ガス化された冷媒が冷媒ガス管３０内の上昇し、液化した冷媒が冷媒液管３１内を下降することにより冷媒が循環している。つまり、冷却システムＳ１では、冷媒の気液の密度差により熱搬送が遂行されている。

＜冷媒ガス管３０での圧力損失＞
ところで、冷媒ガス管３０における冷媒の圧力損失は、冷却システムＳ１の系内の冷媒量が同じであれば冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量により一意的に決まる。何故なら、系内の冷媒量が同じ、かつ、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量が同じならば、冷媒ガス管３０における冷媒量と冷媒の気液状態とがそれぞれ同じになるからである。

一方、系内の冷媒量が減少した場合には蒸発器２１ａ、２１ｂから、冷媒ガス管３０へ流出する冷媒液量が減少するため、冷媒ガス管３０内の冷媒の圧力は低下する。そのため、冷媒ガス管３０の圧力損失は小さくなる。

＜冷媒ガス管３０での圧力損失と冷媒ガス管３０内の冷媒量との関係＞
そこで、冷媒ガス管３０での冷媒の圧力損失と冷媒ガス管３０内の冷媒量との関係を求めるため、下記のようにする。
蒸発器２１ａ、２１ｂの少なくとも１つの蒸発器２１ａ、２１ｂ近傍の冷媒ガス管３０に蒸発器２１ａ、２１ｂの出口の冷媒圧力を測定する蒸発器出口圧力センサ５１を設置する。そして、凝縮器１０内へ流入する冷媒ガスの圧力を測定する凝縮器ガス圧力センサ５０を設置する。

これにより、蒸発器出口圧力センサ５１の冷媒の圧力の測定値と、冷媒ガス管３０を通過した後の冷媒の凝縮器ガス圧力センサ５０の圧力の測定値の差分から冷媒ガス管の圧力損失が算出される。同時に、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量を測定することで、冷却システムＳ１の冷却熱量に対する(冷却熱量毎の)冷媒ガス管の圧力損失を求める。そして、当該圧力損失を同じ冷却熱量での冷媒の漏洩が発生しているか否かを判定する閾値と比較することで冷媒の漏洩を判定することが可能となる。

ここで、冷却装置２０ａ、２０ｂ内では冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂにより蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される冷媒量が調整されており、系内の冷媒充填量が減少しても冷媒ガス管へ流出する冷媒量の変化量が小さいことから冷媒ガス管の圧力損失の変化量が小さくなり、冷媒の漏洩の判定が難しい。

そこで、本冷却システムＳ１は冷媒の漏洩検知を行う場合、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂの開度をそれぞれ全開にする。そして冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量と冷媒ガス管３０での圧力損失を測定する。これにより、系内の冷媒充填量が減少した場合、蒸発器出口圧力センサ５１の圧力測定値と凝縮器ガス圧力センサ５０の圧力測定値との差分で表わされる冷媒ガス管３０の圧力損失の測定値の変化量が大きくなり冷媒の漏洩の判定が可能になる。
従って、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂの開度を全開にして冷却運転を行い、前記蒸発器出口圧力センサ５１と凝縮器ガス圧力センサ５０で測定した圧力の差分をとることで冷媒ガス管５０の圧力損失を算出し、該算出した圧力損失が、冷媒の漏洩がない場合の前記蒸発器出口圧力センサと凝縮器ガス圧力センサで測定した圧力の差分で求められる冷媒ガス管５０の圧力損失より低い場合には、冷媒が漏洩していると判定できる。

＜冷却システムＳ１の冷却熱量毎の冷媒漏洩の検知の制御＞
次に、冷却システムＳ１における冷却熱量毎の冷媒漏洩の検知の制御について説明する。
始めに、冷媒漏洩の検知の制御に用いる冷却熱量の求め方を説明する。

＜冷却熱量＞
冷却装置２０ａでは、高温排気温度センサ２７ａにより高温排気２３ａの温度ｔ１１が検出される。そして、冷却空気温度センサ２６ａにより、高温排気２３ａの蒸発器２１ａでの冷却後の冷却空気２４ａの温度ｔ１２が検出される。高温排気２３ａを冷却した温度ΔＴ１は、次式で表わされる。

ΔＴ１＝ｔ１１−ｔ１２ (１)
また、冷却装置２０ｂでは、高温排気温度センサ２７ｂで高温排気２３ｂの温度ｔ２１が検出される。そして、冷却空気温度センサ２６ｂでは、高温排気２３ｂの蒸発器２１ｂでの冷却後の冷却空気２４ｂの温度ｔ２２が検出される。高温排気２３ｂを冷却した温度 ΔＴ２は、次式で表わされる。
ΔＴ２＝ｔ２１−ｔ２２ (２)

冷却熱量Ｑ(Ｊ)は、空気の熱容量Ｃとすると、
Ｑ ＝ ＣΔＴ (３)
と表わされる。
熱容量Ｃは、空気の質量ｍ(ｇ)、比熱ｃ(Ｊ／ｇ・Ｋ)とすると、
Ｃ ＝ｍｃ (４)
と表わされる。

式(３)、(４)から、
Ｑ ＝ ｍｃΔＴ (５)
と表わされる。

次に、冷却する空気の質量を求める。
冷却装置２０ａでは、送風機２２ａが設けられており、送風機２２ａが、高温排気２３ａを蒸発器２１ａに送り冷却して、冷却空気２４ａとしている。
そこで、送風機２２ａの風量(Ｌ^３／Ｔ)から、体積＝風量×時間 の関係から、時間Ｔの単位をなくす演算で空気の体積(Ｌ^３)が求められる。なお、Ｌは長さの単位を表わす次元である。

重さ＝比重・体積 の関係より、空気の比重を用いて冷却空気２４ａの質量ｍ１が求められる。空気の比熱ｃ１(Ｊ／ｇ・Ｋ)とすると、式(５)から、式(１)の高温排気２３ａを冷却した温度ΔＴ１を用いて、蒸発器２１ａでの冷却熱量Ｑ１が、
Ｑ１ ＝ ｍ１・ｃ１・ΔＴ１ (６)

と求められる。

同様に、冷却装置２０ｂには、送風機２２ｂが設けられており、送風機２２ｂが、高温排気２３ｂを蒸発器２１ｂに送り冷却して、冷却空気２４ｂとしている。
上述と同様にして、冷却空気２４ｂの質量をｍ２、空気の比熱ｃ１(Ｊ／ｇ・Ｋ)とすると、式(２)の高温排気２３ｂを冷却した温度ΔＴ２を用いて、蒸発器２１ｂでの冷却熱量Ｑ２が、式(５)より
Ｑ２ ＝ ｍ２・ｃ１・ΔＴ２ (７)
と求められる。

冷却システムＳ１全体の冷却熱量Ｑｓは、式(６)、(７)より

Ｑｓ ＝ Ｑ１ ＋ Ｑ２ (８)
と求められる。
こうして、高温排気温度センサ２７ａ、２７ｂ、冷却空気温度センサ２６ａ、２６ｂで各々測定される温度を用いて、冷却システムＳ１での冷却熱量Ｑｓが求められる。

＜負荷率(％)とガス管圧損＞
次に、冷却運転の負荷率(％)と冷媒ガス管３０の圧力損失(以下、冷媒ガス管圧力損失と称す)との関係について説明する。
図２に、負荷(％)と冷媒ガス管圧力損失との関係を示す。図２の横軸に冷却運転の負荷率(％)をとり、図２の縦軸に冷媒ガス管圧力損失(ｋＰａ)をとっている。

図２において、負荷率(％)が“０”とは、冷却システムＳ１で冷却運転が行われておらず冷却熱量が“０”である場合である。一方、負荷率(％)が“１００”とは、冷却システムＳ１で最大(maximum)の冷却運転が行われている場合である。つまり、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂが全開であり、冷却装置２０ａ、２０ｂでの各負荷(冷却熱量)が最大であることを意味する。

図２に示すように、冷却システムＳ１において、冷却運転の負荷(冷却熱量)が“０”の場合には、冷却システムＳ１において冷却運転が行われていないので冷媒は流れない。そのため、冷媒ガス(３０)管圧力損失は“０”となる。そして、冷却運転の負荷(冷却熱量)が上昇するに従って、冷媒ガス管圧力損失は次第に上昇して、負荷率１００％で冷媒ガス管圧力損失は最大となる。つまり、冷媒の漏洩があるか否かを判定する閾値は、このような性質を有している。

一方、冷媒の漏洩が発生している場合には、冷却システムＳ１を循環する冷媒の量が減少し、管路内での圧力が低下するために、冷媒ガス管(３０)圧力損失は、冷却運転の各負荷率において閾値より低い。

＜冷媒漏洩の検知の制御＞
次に、冷却システムＳ１での冷却熱量Ｑｓ(冷却運転の負荷)を用いた冷媒漏洩の検知の制御について説明する。
図３に冷却システムでの冷却熱量を用いた冷媒漏洩の検知の制御フローを示す。

まず、冷却システムＳ１の系内に計画量の冷媒を充填する(図３のＳ１０１)。計画量の冷媒とは、冷却システムＳ１の蒸発器２１ａ、２１ｂに液状態の冷媒、冷媒液管３１に液状態の冷媒、冷媒ガス管３０にガス状態の冷媒がそれぞれ充填され安全率を見込んで、冷却システムＳ１が所定の冷却能力を発揮できるように冷媒が循環できる冷媒の量である。

続いて、予め冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂを全開にする (Ｓ１０２)。そして、冷却装置２０ａ、２０ｂに負荷(冷却熱量)を与えて冷却運転を行い、冷媒ガス管圧力損失を負荷毎(冷却熱量毎)に測定しておく。
具体的には、冷却熱量(負荷)として、例えば、ヒータなどで冷却装置２０ａ、２０ｂに熱を与え、例えば、冷却空気２４ａ、２４ｂが２５℃になるように冷却システムＳ１を運転する。

冷却装置２０ａの高温排気温度センサ２７ａにより高温排気２３ａの温度ｔ１１を検出するとともに、冷却空気温度センサ２６ａにより冷却空気２４ａの温度ｔ１２を検出して、式(１)からΔＴ１を求める。

同様に、冷却装置２０ｂの高温排気温度センサ２７ｂにより高温排気２３ｂの温度ｔ２１を検出するとともに、冷却空気温度センサ２６ａにより冷却空気２４ａの温度ｔ２２を検出して、式(２)からΔＴ２を求める。そして、式 (５)〜式 (８)を用いて、冷却システムＳ１での冷却熱量Ｑｓｉが求められる。

一方、冷媒ガス管圧力損失は、蒸発器出口圧力センサ５１の冷媒の圧力の測定値と、凝縮器ガス圧力センサ５０の圧力の測定値との差分で求められる。
この冷却熱量(負荷)の測定値を、または、測定値に幅をもたせて(マージンをとって)、冷媒が漏洩しているか否か判定する閾値として設定する(Ｓ１０３)。

続いて、実際の冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂの開度がそれぞれ冷却装置２０ａ、２０ｂの各設定温度になるように制御する冷却運転を行う(Ｓ１０４)。
そして、冷媒の漏洩を検知する場合には、通常の運転中やメンテナンス時などに、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂを全開にする (Ｓ１０５)。

続いて、冷媒ガス管圧力損失を蒸発器出口圧力センサ５１の冷媒の圧力の測定値と、凝縮器ガス圧力センサ５０の圧力の測定値との差分で測定する。また、冷却熱量(負荷)を、高温排気温度センサ２７ａ、冷却空気温度センサ２６ａと高温排気温度センサ２７ｂ、冷却空気温度センサ２６ｂとの各測定値を用いて、式 (５)〜式 (８)を用いて、冷却システムＳ１での冷却熱量Ｑｓｊを測定する (Ｓ１０６)。

続いて、実際の冷却熱量での冷媒ガス管圧力損失を、Ｓ１０３で求めた同じ冷却熱量(Ｑｓｉ＝Ｑｓｊ)でのＳ１０３で設定した冷媒ガス管圧力損失の閾値と比較し(Ｓ１０７)、実際の冷媒ガス管圧力損失が、冷媒ガス管圧力損失の閾値未満か否か判定する(Ｓ１０８)。
実際の冷媒ガス管圧力損失が、閾値未満の場合には(Ｓ１０８でＹｅｓ)、冷媒が漏洩していると判定する(Ｓ１０９)。

一方、実際の冷媒ガス管圧力損失が、閾値以上の場合には(Ｓ１０８でＮｏ)、冷媒が漏洩していないと判定し(Ｓ１１０)、Ｓ１０４に移行する。
以上が、負荷毎(冷却熱量毎)に冷媒の漏洩があるか否かを判定する制御の流れである。

これにより、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂの開度を全開にして冷却運転を行い、蒸発器出口圧力センサ５１と凝縮器ガス圧力センサ５０で測定した圧力の差分をとることで冷媒ガス管３０の圧力損失を算出するとともに冷却熱量測定手段の高温排気温度センサ２７ａ、２７ｂ、冷却空気温度センサ２６ａ、２６ｂで冷却システムＳ１の冷却熱量を、式(８)を用いて測定し、該冷却熱量の測定値に対する該冷媒ガス圧力損失算出値が、同じ冷却熱量での冷媒が漏洩しているか否か判定する閾値未満である場合に冷媒が漏洩していると判定することができる。
このように、電子機器の冷却運転中に冷媒漏洩を検知する場合に冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂをそれぞれ全開にして冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却能力と冷媒ガス管圧力損失を測定し、測定結果が閾値以下であれば冷媒漏洩と判定することが本冷却システムＳ１の特徴である。

上記構成によれば、図１に示すように、圧縮機を用いず冷媒の気液密度差により冷媒を搬送する冷却システムＳ１で冷媒漏洩が発生した場合に、冷媒ガス管圧力損失を算出することで、冷媒の漏洩が検出できる。そのため、冷媒の漏洩の検出が簡単な構成で容易に行える。しかも、冷媒流量制御バルブ２５ａ、２５ｂの開度をそれぞれ全開にすることで行えるので、冷却性能に殆ど影響することなく、つまり一時的に冷却能力が上がるだけで、冷却運転の継続中に冷媒の漏洩が発生しているか否かの判定(検出)が行える。
以上のことから、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却能力が低下する前に冷媒漏洩を検知することが可能となり、信頼性の高い空調設備が提供可能である。

＜＜実施形態２＞＞
実施形態１の冷却システムＳ１では、冷却熱量を測定する冷却熱量測定手段として蒸発器２１ａ、２１ｂに供給される高温排気２３ａ、２３ｂの温度を測定する高温排気温度センサ２７ａ、２７ｂと、高温排気２３ａ、２３ｂの冷却後の冷却空気２４ａ、２４ｂの温度を測定する冷却空気温度センサ２６ａ、２６ｂを備える場合を説明した。

ここで、冷却熱量測定手段は１または複数台設置された冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量が測定されればよい。
そこで、実施形態２の冷却システムＳ２では、熱源装置４０の冷水往・還温度差と冷水流量を測定して冷却熱量を算出している。ここで、冷却熱量測定手段は１または複数台設置された冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量が測定されていればよい。

図４に本発明の実施形態２に係る冷却システムを示す。
実施形態２の冷却システムＳ２では、冷媒ガス管３０を流れる冷媒を冷却する冷水が流れる凝縮器１０の一次側の冷水配管４２の上流側に冷水往温度センサ４３を設け、下流側に冷水還温度センサ４４を設けている。

実施形態２の冷却システムＳ２の制御は、実施形態１同様、制御装置Ｃで遂行される。その他の構成は、実施形態１と同様であるから、同様な構成要素には同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。

＜冷却熱量＞
冷却システムＳ２では、凝縮器１０の２次側を流れる冷媒の出口での状態は同じ温度の液状態の冷媒となるように、熱源装置４０が制御されている。
冷却システムＳ２で冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量を測定するに際しては、まず、冷水往温度センサ４３の測定温度ｔ３１と冷水還温度センサ４４の測定温度ｔ３２との差から熱源装置４０の冷水往・還温度差ΔＴ２１を、
ΔＴ２１＝ｔ３２−ｔ３１ (９)
と求める。

また、冷水配管４２に設けた冷水流量計４５で冷水流量を測定する。
ここで、体積を 体積＝冷水流量×時間 の関係から求めて、重さ＝比重×体積 の関係より、冷水の比重を用いて冷水の質量ｍ３を求める。冷水の比熱ｃ２(Ｊ／ｇ・Ｋ)とすると、式(５)から、冷水往・還温度差ΔＴ２１を用いて、冷却熱量Ｑ３が
Ｑ３ ＝ ｍ３・ｃ２・ΔＴ２１
と求められる。
従って、熱源装置４０の冷水往・還温度差ΔＴ２１を用いて冷却熱量Ｑ３が求められる。

＜冷媒の漏洩の判定＞
そして、冷媒が漏洩しているか否かの判定に際しては、まず、冷却システムＳ２において、予め、正常運転時(冷媒の漏洩がない場合)に、ある冷却熱量における(冷却熱量毎の)冷媒ガス管圧力損失を、蒸発器出口圧力センサ５１の冷媒の圧力の測定値と、凝縮器ガス圧力センサ５０の圧力の測定値との差分より測定する。

そして、各冷却熱量における冷媒ガス管圧力損失の測定値を、冷媒の漏洩があるか否かの判定を行うための閾値に設定する、或いは、該測定値に幅をもたせて(マージンをとって)、閾値を設定する。

そして、冷却システムＳ２の実際の運転において、ある冷却熱量における冷媒ガス管圧力損失を、蒸発器出口圧力センサ５１の冷媒の圧力の測定値と凝縮器ガス圧力センサ５０の圧力の測定値との差分より測定する。

そして、実際の運転時の冷媒ガス管圧力損失が、同じ冷却熱量における閾値未満であるか否かを測定することにより、冷媒の漏洩を判定することができる。つまり、図３と同様、実際の運転時の冷媒ガス管圧力損失が、閾値未満である場合には冷媒が漏洩していると判定され、閾値以上である場合には冷媒が漏洩していないと判定される。

実施形態２によれば、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却熱量を、水還温度センサ４４の測定温度ｔ３２と冷水往温度センサ４３の測定温度ｔ３１との差から求める。そして、実際の運転時の冷媒ガス管圧力損失を測ることで、圧縮機を用いずに冷媒の気液密度差により冷媒を搬送する冷却システムＳ２で、冷媒漏洩が発生したことを検知できる。

従って、簡単な構成で容易に、冷却システムＳ２の冷媒の漏洩を検知することが可能である。
そのため、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却能力が低下する前に冷媒の漏洩を検知することが可能となり、信頼性が高い空調設備を提供できる。

なお、上記構成に代えて、冷却装置２０ａ、２０ｂで冷却される電子機器の消費電力量を測定し、冷却熱量を推定しても構わない。
すなわち、冷却装置２０ａ、２０ｂで冷却される電子機器の消費電力量と発熱量を測定し、冷却運転中の温度から冷却熱量を推定して、冷却装置２０ａ、２０ｂの冷却負荷として求め、実際の運転時の冷媒ガス管圧力損失が、冷媒が漏洩しているか否か判定する閾値未満であるか否かを測定することにより、冷媒の漏洩を判定しても構わない。

＜＜その他の実施例＞＞
１．前記実施形態１、２で説明した蒸発器２１ａ、２１ｂの出口の冷媒圧力を測定する蒸発器出口圧力センサ５１は、蒸発器２１ａ、２１ｂの出口の冷媒圧力の少なくとも何れかの出口冷媒圧力を測ることができれば、その位置は他の位置に設けても構わない。

２．前記実施形態１、２では、冷却装置２０ａ、２０ｂが２台の場合を例示して説明したが、冷却装置は１台、或いは、３以上の複数台でも構わない。

なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、様々な実施形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分り易く説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、説明した構成の一部を含むものであってもよい。

１０ 凝縮器
２０ａ、２０ｂ 冷却装置
２１ａ、２１ｂ 蒸発器
２２ａ、２２ｂ 送風機(冷却熱量測定手段)
２３ａ、２３ｂ 高温排気(高温の排気)
２５ａ、２５ｂ 冷媒流量制御バルブ
２６ａ、２６ｂ 冷却空気温度センサ(冷却熱量測定手段、冷却空気温度検出手段)
２７ａ、２７ｂ 高温排気温度センサ(冷却熱量測定手段、高温排気温度検出手段)
３０ 冷媒ガス管
４３ 冷水往温度センサ(冷却熱量測定手段、熱媒体往温度検出手段)
４４ 冷水還温度センサ (冷却熱量測定手段、熱媒体還温度検出手段)
５０ 凝縮器ガス圧力センサ
５１ 蒸発器出口圧力センサ
Ｃ 制御装置
Ｓ１、Ｓ２ 冷却システム

Claims (5)

1. 電子機器から排出される高温排気を冷却する熱交換によって冷媒を気化する蒸発器と、前記蒸発器に供給される冷媒液の流量を調整する冷媒流量制御バルブと、前記蒸発器に前記高温排気を供給する送風機とを有する１または複数台設置された冷却装置と、
   前記蒸発器より高所に設置され前記蒸発器で気化した冷媒ガスを液化させる凝縮器と、
   前記蒸発器と前記凝縮器との間に設けられる冷媒ガス管と、
   前記凝縮器の入口の冷媒ガス圧力を測定する凝縮器ガス圧力センサと、
   前記蒸発器の出口の冷媒圧力を測定する蒸発器出口圧力センサと、
   前記冷却装置の冷却熱量を測定する冷却熱量測定手段と、
   制御装置とを備える冷却システムの冷媒漏洩検知方法において、
   前記制御装置は、
   前記冷媒流量制御バルブの開度を全開にして冷却運転を行い、前記前記蒸発器出口圧力センサと凝縮器ガス圧力センサで測定した圧力の差分をとることで前記冷媒ガス管の圧力損失を算出し、該算出した圧力損失が、前記冷媒の漏洩がない場合の前記蒸発器出口圧力センサと前記凝縮器ガス圧力センサで測定した圧力の差分で求められる前記冷媒ガス管の圧力損失より低い場合には、前記冷媒が漏洩していると判定する
   ことを特徴とする冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
2. 前記冷却システムは、前記冷却装置の冷却熱量を測定する冷却熱量測定手段を備え
   前記制御装置は、
   前記冷媒流量制御バルブの開度を全開にして冷却運転を行い、前記蒸発器出口圧力センサと前記凝縮器ガス圧力センサで測定した圧力の差分をとることで前記冷媒ガス管の圧力損失を算出するとともに前記冷却熱量測定手段で前記冷却システムの冷却熱量を測定し、該冷却熱量の測定値に対する該冷媒ガス圧力損失算出値が、同じ冷却熱量での冷媒が漏洩しているか否か判定する閾値未満である場合に前記冷媒が漏洩していると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
3. 前記冷却システムは、前記冷却装置の冷却熱量を測定する冷却熱量測定手段を備え
   前記制御装置は、
   予め前記冷媒流量制御バルブの開度を全開にして前記冷却装置に様々な負荷条件で冷却運転を行い、
   前記蒸発器出口圧力センサと前記凝縮器ガス圧力センサで測定した圧力の差分をとることで前記冷媒ガス管の圧力損失を算出するとともに前記冷却熱量測定手段で前記冷却システムの冷却熱量を測定し、
   該算出した前記冷媒ガス管の圧力損失に基づき、前記冷却システムの冷却熱量に対する冷媒が漏洩しているか否か判定する冷媒ガス管圧力損失の閾値が設定され、
   実際に前記冷却システムを稼働させて前記冷媒流量制御バルブの制御による冷却運転を行い、
   前記冷媒の漏洩を検知する際に、前記冷媒流量制御バルブの開度を全開にして前記冷媒ガス管圧力損失と前記冷却熱量を測定し、
   該測定結果の前記冷媒ガス管圧力損失が、同じ冷却熱量での前記冷媒ガス管圧力損失の前記閾値未満である場合に前記冷媒が漏洩していると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
4. 前記冷却熱量測定手段は、前記蒸発器を通過前の高温の排気の温度を測る高温排気温度検出手段と前記蒸発器を通過して冷却された後の排気の温度を測る冷却空気温度検出手段とを有し、
   前記制御装置は、
   前記冷媒流量制御バルブの開度を全開にして冷却運転を行い、前記蒸発器出口圧力センサと前記凝縮器ガス圧力センサで測定した圧力との差分をとることで前記冷媒ガス管の圧力損失を算出するとともに前記冷却熱量測定手段で前記冷却システムの冷却熱量を測定し、該冷却熱量の測定値に対する該冷媒ガス圧力損失算出値が、同じ冷却熱量での冷媒が漏洩しているか否か判定する閾値未満である場合に前記冷媒が漏洩していると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
5. 前記凝縮器は、一次側と二次側とで熱交換を行い、前記一次側は前記冷媒を冷却する熱媒体が流れ前記冷媒は前記二次側を流れ、前記冷却熱量測定手段は、前記凝縮器の一次側を流れる手前の前記熱媒体の温度を測る熱媒体往温度検出手段と前記凝縮器の一次側を流れた後の前記熱媒体の温度を測る熱媒体還温度検出手段とを有し、
   前記制御装置は、
   前記冷媒流量制御バルブの開度を全開にして冷却運転を行い、前記蒸発器出口圧力センサと前記凝縮器ガス圧力センサで測定した圧力との差分をとることで前記冷媒ガス管の圧力損失を算出するとともに前記冷却熱量測定手段で前記冷却システムの冷却熱量を測定し、該冷却熱量の測定値に対する該冷媒ガス圧力損失算出値が、同じ冷却熱量での冷媒が漏洩しているか否か判定する閾値未満である場合に前記冷媒が漏洩していると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却システムの冷媒漏洩検知方法。
   

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