JP2693693B2 - 電子装置用冷却装置およびその制御方法 - Google Patents

電子装置用冷却装置およびその制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子装置用冷却装置に
関し、特に２台以上の冷却ユニットで構成される電子装
置の冷却装置において、冷却ユニットの個々の消費電力
を低減し、かつ冷却能力の可変制御をつかさどる圧縮機
の長寿命化が可能とされる電子装置用冷却装置およびそ
の制御方法に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば、２台以上の冷却ユニットを有
し、かつ冷却ユニットの個々が冷却能力の可変制御がで
きる従来の電子装置用冷却装置では、必要最小限による
台数の冷却ユニットしか運転せず、一般に１台以上の冷
却ユニットは常に予備系として待機させておき、異常時
のバックアップ以外での運転が禁止されている。
【０００３】なお、この種の技術として関連するものに
は、たとえば特開昭６２−１１９６２０公報に記載され
る技術などが挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
な従来技術においては、電子装置の発熱量に見合った必
要最小限の台数の冷却ユニットしか運転しないため、１
台当りの冷却ユニットに割り当てられる消費電力、すな
わち冷却能力を発生するための冷却ユニット当りの消費
電力が大きくなるという欠点がある。
【０００５】その上、冷却ユニットを構成し、冷却能力
の可変制御をつかさどる圧縮機においては、軸受の摩耗
速度が消費電力に影響する圧縮機の運転周波数に同期し
て比例するために、軸受寿命が短くなるなどの欠点があ
る。
【０００６】従って、従来の冷却方法においては、冷却
ユニットの消費電力および圧縮機の軸受寿命の面におい
て欠点があり、冷却装置の信頼性を保ちつつ、制御能力
の拡大を図ることができないという問題がある。
【０００７】そこで、本発明の目的は、冷却能力の可変
制御をつかさどる圧縮機の低速回転運転によって冷却ユ
ニットの個々の消費電力を低減し、かつ圧縮機の軸受の
長寿命化を図ることができる電子装置用冷却装置および
その制御方法を提供することにある。
【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
【００１０】すなわち、本発明の電子装置用冷却装置
は、少なくとも２台以上の冷却ユニットを有し、被冷却
対象物となる電子装置を冷却する電子装置用冷却装置で
あって、冷却ユニットの個々が冷却能力の可変制御がで
き、電子装置の発熱量に見合う冷却能力を発生するため
に必要な冷却ユニットの運転台数が、ｎ台と（ｎ−１）
台にまたがって運転可能な場合に、異常時のバックアッ
プ用として待機する予備の冷却ユニットの台数がなくて
も、ｎ台の冷却ユニットで運転するものである。
【００１１】この場合に、前記ｎ台の冷却ユニットで運
転中に１台の冷却ユニットに異常が発生したとき、（ｎ
−１）台の冷却ユニットで縮退運転を行うようにしたも
のである。
【００１２】さらに、前記冷却ユニットの個々を、電気
・制御的に接続および切断可能とし、かつ機械・構造的
にも結合および分離可能とするようにしたものである。
【００１３】また、本発明の電子装置用冷却装置の制御
方法は、少なくとも２台以上の冷却ユニットを有する電
子装置用冷却装置の制御方法であって、冷却ユニットの
個々が冷却能力の可変制御ができる場合に、冷却ユニッ
トの全てを起動させ、まず冷却ユニットの個々を最小の
冷却能力を発生させて制御を開始し、冷却能力が不足な
ときには冷却能力を徐々に増加させ、一方冷却能力が過
大なときには冷却ユニットの運転台数を徐々に減少させ
て冷却能力を制御するものである。
【００１４】
【作用】前記した電子装置用冷却装置およびその制御方
法によれば、被冷却対象物となる電子装置の冷却におい
て、予備系の冷却ユニットの運転も可能とすることによ
り、たとえば冷却ユニットの個々を最小の冷却能力を発
生させて制御を開始し、冷却能力が不足なときには冷却
能力を徐々に増加させ、一方冷却能力が過大なときには
冷却ユニットの運転台数を徐々に減少させて冷却能力を
制御し、冷却能力の可変制御をつかさどる冷却ユニット
内の圧縮機を低速回転で運転することができる。
【００１５】すなわち、個々の冷却ユニットは冷却能力
の可変制御ができ、電子装置の発熱量に見合った台数の
冷却ユニットを運転する場合に、冷却能力の制御量が冷
却ユニットの台数でｎ台と（ｎ−１）台にまたがるとき
に、制御能力を考慮してｎ台で運転するようにしたもの
である。
【００１６】この場合に、冷却ユニットに異常が発生し
たときは（ｎ−１）台の冷却ユニットで縮退運転が行わ
れることにより、（ｎ−１）台の冷却ユニットでも同一
の効力を得ることができ、予備系の冷却ユニットを不要
とすることができる。
【００１７】さらに、冷却ユニットの個々が電気・制御
的および機械・構造的に着脱できることにより、冷却ユ
ニットの増減を容易に行うことができる。
【００１８】これにより、圧縮機の低速回転運転によっ
て冷却ユニットの個々の消費電力を低減し、かつ圧縮機
の軸受の長寿命化を図ることができるので、冗長性の制
限を取り除き、冷却装置の信頼性を保ちつつ、制御能力
の拡大が可能となる。
【００１９】
【実施例】図１は本発明の一実施例である電子装置用冷
却装置を示すブロック図、図２は本実施例の電子装置用
冷却装置を構成する冷却ユニットのうち、水冷凝縮式冷
却ユニットを示すブロック図、図３は空冷凝縮式冷却ユ
ニットを示すブロック図、図４は本実施例の電子装置用
冷却装置の冷却能力と消費電力との関係を示す特性図で
ある。
【００２０】まず、図１により本実施例の電子装置用冷
却装置の構成を説明する。
【００２１】本実施例の電子装置用冷却装置は、たとえ
ば被冷却対象物となるコンピュータなどの液冷式電子装
置に冷却液を供給する冷却装置１とされ、液冷式の電子
装置２に冷却液を供給するためのポンプ３と、冷却液を
冷却するための３台の冷却ユニット４とから構成され、
冷却液は電子装置２とポンプ３と３台の冷却ユニット４
を接続する冷却液配管５を通って流れる構造となってい
る。
【００２２】冷却ユニット４は、冷却液と熱交換を行う
フレオン（デュポン社製）などの冷媒を凝縮する方式に
より、水冷凝縮式と空冷凝縮式の２通りに分けることが
でき、個々が電気・制御的に接続および切断可能とし、
かつ機械・構造的にも結合および分離可能な構造となっ
ている。
【００２３】たとえば、水冷凝縮式の冷却ユニット４ａ
は、図２に示すように冷媒を圧縮する圧縮機６と、冷却
液配管５と接続され、冷却液と冷媒の熱交換を行う蒸発
器７と、外部冷却水により冷媒を凝縮する水冷凝縮器８
と、さらに凝縮された冷媒を低圧の状態にするための膨
張弁９とから構成されている。そして、冷媒は、各構成
部品を接続する冷媒配管１０を通って循環し、また外部
冷却水は外部冷却水配管１１によって供給される。
【００２４】一方、空冷凝縮式の冷却ユニット４ｂは、
図３に示すように水冷凝縮式の冷却ユニット４ａの構成
と同様の圧縮機６、蒸発器７および膨張弁９と、冷却空
気により冷媒を凝縮する空冷凝縮器１２とから構成さ
れ、冷却空気はファン１３により取り込まれる。
【００２５】さらに、これらの冷却ユニット４の発生す
る冷却能力は、たとえばインバータ方式により圧縮機６
の運転周波数を制御してモータの回転速度をコントロー
ルし、冷媒流量を変えることで可変でき、また冷却ユニ
ット４は同時に複数台の運転が可能であり、運転する台
数は電子装置２の発熱量に応じて任意に設定可能となっ
ている。
【００２６】次に、本実施例の作用について、図４に示
す冷却装置１の冷却能力と消費電力との関係を説明す
る。
【００２７】始めに、冷却ユニット４の冷却能力の制御
は、冷却ユニット４の個々を最小の冷却能力を発生させ
て制御を開始し、冷却能力が不足なときには冷却能力を
徐々に増加させ、一方冷却能力が過大なときには冷却ユ
ニット４の運転台数を徐々に減少させて行うようにす
る。
【００２８】なお、本実施例において、冷却ユニット４
の個々の冷却能力は、圧縮機６の運転周波数をインバー
タで制御することにより可変でき、さらに冷却ユニット
４の運転台数を制御することによっても冷却能力を可変
することができる。そして、冷却ユニット４の個々の消
費電力は、圧縮機６の運転周波数に同期して変動する。
【００２９】まず、電子装置２の発熱量に応じて、発生
すべき冷却能力が図４の電子装置発熱量：Ｑｈであると
き、冷却装置１は冷却能力：Ｑ（Ａ）×３による３台の
冷却ユニット４の場合と、冷却能力：Ｑ（Ｂ）×２によ
る２台の冷却ユニット４の場合との２つのパターンの運
転が可能となる。
【００３０】すなわち、冷却ユニット４を３台の運転で
制御するときは、冷却ユニット４の個々の圧縮機６の周
波数は３台ともインバータによりＡとなり、冷却ユニッ
ト４を２台の運転で制御するときは２台ともＢとなる。
このときの消費電力は、図４で示すように、冷却ユニッ
ト４を２台で運転する場合の消費電力：Ｗ（Ｂ）×２よ
りも３台で運転する場合の消費電力：Ｗ（Ａ）×３が小
さくなり、３台で運転する方が消費電力の面で有利にな
る。
【００３１】また、圧縮機６の軸受の摩耗速度がモータ
の回転速度に比例する場合には、インバータの周波数が
ＡのときはＢのときよりも（Ａ÷Ｂ）倍だけ遅くなり、
耐摩耗性の面でも３台の冷却ユニット４で運転する方が
有利になる。
【００３２】これにより、たとえば（Ａ÷Ｂ）＜（２÷
３）であるとき、圧縮機６の軸受寿命は、２台の冷却ユ
ニット４をそれぞれＢの周波数で運転することにより、
３台の冷却ユニット４をそれぞれＡの周波数で運転する
方が有利となることが判る。
【００３３】また、従来のように予備の冷却ユニット４
が備えられていないことに対する対応策としては、たと
えば運転している３台の冷却ユニット４のうち１台に異
常が発生した場合に、この異常が発生した冷却ユニット
４を運転の制御から切り離し、２台の冷却ユニット４で
圧縮機６の周波数をＢにして運転することにより、電子
装置２の発熱量に応じた冷却能力を得ることができる。
【００３４】従って、本実施例の電子装置用冷却装置に
よれば、電子装置２の発熱量に見合う冷却能力を発生す
るために必要な冷却ユニット４の運転台数が３台と２台
にまたがる場合、３台の冷却ユニット４で運転するパタ
ーンを選択することにより、たとえ接続される全ての冷
却ユニット４の台数が３台であり、予備として待機する
冷却ユニット４がなくても、３台の冷却ユニット４で運
転することによって消費電力の低減および圧縮機６の長
寿命化が可能となる。
【００３５】その上、運転中に１台の冷却ユニット４に
異常が発生した場合でも、異常が発生した冷却ユニット
４を電気的および機構的に容易に切り離すことができ、
２台の冷却ユニット４で縮退運転を行うことによって同
一の効力を得ることができ、予備の冷却ユニット４の不
設への対応が可能となる。
【００３６】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３７】たとえば、本実施例の電子装置用冷却装置
については、コンピュータなどの液冷式の電子装置２に
適用した場合について説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、空冷式電子装置などの他の
電子装置についても広く適用可能である。
【００３８】また、本実施例の冷却装置１においては、
３台の冷却ユニット４から構成される場合について説明
したが、４台、さらにそれ以上の冷却ユニットを備える
ことも可能であり、この場合に電子装置の発熱量に応じ
て台数の増減が可能であることはいうまでもない。
【００３９】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
【００４０】(1).冷却ユニットの個々が冷却能力の可変
制御ができ、電子装置の発熱量に見合う冷却能力を発生
するために必要な冷却ユニットの運転台数が、ｎ台と
（ｎ−１）台にまたがって運転可能な場合に、異常時の
バックアップ用として待機する予備の冷却ユニットの台
数がなくても、ｎ台の冷却ユニットで運転することによ
り、冷却能力の可変制御をつかさどる冷却ユニット内の
圧縮機を低速回転で運転することができるので、冷却ユ
ニットの個々の消費電力の低減が可能となる。
【００４１】(2).ｎ台の冷却ユニットで運転中に１台の
冷却ユニットに異常が発生した場合に、（ｎ−１）台の
冷却ユニットで縮退運転を行うことにより、（ｎ−１）
台の冷却ユニットでも同一の効力を得ることができるの
で、予備系の冷却ユニットを不要とし、冷却装置の異常
発生時への対応が可能となる。
【００４２】(3).冷却ユニットの個々を、電気・制御的
に接続および切断可能とし、かつ機械・構造的にも結合
および分離可能とすることにより、冷却ユニットの増減
を容易に行うことができるので、電子装置の発熱量に応
じた対応が可能となる。
【００４３】(4).前記(1) により、冷却ユニット内の圧
縮機を低速回転で運転することができるので、圧縮機の
軸受の長寿命化が可能となる。
【００４４】(5).前記(1) 〜(4) により、冗長性の制限
を取り除き、冷却装置の信頼性を保ちつつ、制御能力の
拡大が可能とされる電子装置用冷却装置およびその制御
方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である電子装置用冷却装置を
示すブロック図である。
【図２】本実施例の電子装置用冷却装置を構成する冷却
ユニットのうち、水冷凝縮式冷却ユニットを示すブロッ
ク図である。
【図３】本実施例の電子装置用冷却装置を構成する冷却
ユニットのうち、空冷凝縮式冷却ユニットを示すブロッ
ク図である。
【図４】本実施例の電子装置用冷却装置の冷却能力と消
費電力との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 冷却装置 ２ 電子装置 ３ ポンプ ４ 冷却ユニット ４ａ 水冷凝縮式の冷却ユニット ４ｂ 空冷凝縮式の冷却ユニット ５ 冷却液配管 ６ 圧縮機 ７ 蒸発器 ８ 水冷凝縮器 ９ 膨張弁 １０ 冷媒配管 １１ 外部冷却水配管 １２ 空冷凝縮器 １３ ファン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−27472（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−169380（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−103471（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭43−7482（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２台以上の冷却ユニットを有
    し、被冷却対象物となる電子装置を冷却する電子装置用
    冷却装置であって、前記冷却ユニットの個々が冷却能力
    の可変制御ができ、前記電子装置の発熱量に見合う冷却
    能力を発生するために必要な冷却ユニットの運転台数
    が、ｎ台と（ｎ−１）台にまたがって運転可能な場合
    に、異常時のバックアップ用として待機する予備の冷却
    ユニットの台数がなくても、ｎ台の冷却ユニットで運転
    することを特徴とする電子装置用冷却装置。
  2. 【請求項２】 前記ｎ台の冷却ユニットで運転中に１台
    の冷却ユニットに異常が発生した場合に、（ｎ−１）台
    の冷却ユニットで縮退運転を行うことを特徴とする請求
    項１記載の電子装置用冷却装置。
  3. 【請求項３】 前記冷却ユニットの個々を、電気・制御
    的に接続および切断可能とし、かつ機械・構造的にも結
    合および分離可能とすることを特徴とする請求項１また
    は２記載の電子装置用冷却装置。
  4. 【請求項４】 少なくとも２台以上の冷却ユニットを有
    する電子装置用冷却装置の制御方法であって、前記冷却
    ユニットの個々が冷却能力の可変制御ができる場合に、
    前記冷却ユニットの全てを起動させ、まず該冷却ユニッ
    トの個々を最小の冷却能力を発生させて制御を開始し、
    前記最小の冷却能力では不足なときには各冷却ユニット
    の冷却能力を徐々に増加させ、一方、前記最小の冷却能
    力では過大なときには冷却ユニットの運転台数を徐々に
    減少させて冷却能力を制御することを特徴とする電子装
    置用冷却装置の制御方法。
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