JP5806581B2

JP5806581B2 - 冷却システム及び冷却方法

Info

Publication number: JP5806581B2
Application number: JP2011228894A
Authority: JP
Inventors: 泰彦稲富; 康博頭島; 伊藤　潤一; 潤一伊藤; 伴博吉田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: EP2584288A3; EP2584288A2; CN103062968B; SG189656A1; CN103062968A; JP2013088027A; US20130091880A1

Description

本発明は、空調対象である室内空気を冷却する冷却システム及び冷却方法に関する。

従来、一次側サイクルの冷水と、二次側サイクルの冷媒とを熱交換させ、前記熱交換により凝縮した冷媒を、冷媒ポンプにより循環させる冷媒強制循環式の冷却システムが知られている。

このような冷却システムにおいて、冷媒ポンプに流入する冷媒は液体の状態であることが望ましい。なぜなら、冷媒ポンプに流入する冷媒が気体の状態である場合には、冷媒ポンプが空回しになって故障する虞があるからである。また、冷媒ポンプに流入する冷媒が気液混合状態である場合には、キャビテーションによって冷媒ポンプが故障する虞があるからである。
なお、キャビテーションとは、液体中の気泡が対象に張り付きながら分裂するとともに、周囲の液体が気泡に向かって集まり、強い圧力波が発生する現象である。

特許文献１には、蒸発器ユニット（蒸発器）と、凝縮ユニット（凝縮器）と、メインポンプ（冷媒ポンプ）と、膨張弁と、が設置され、内部にクーラント（冷媒）が通流するラインと、前記ラインを通流するクーラントの一部分を受け取り、当該クーラントを冷却して前記ラインに戻すサブユニットと、を備えた冷却システムについて記載されている。

特表２００９−５１２１９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、例えば、凝縮ユニットなどが故障した場合に、メインポンプに液体状態の冷媒が供給されなくなる可能性がある。この場合、前記したように、空回し又はキャビテーションによりメインポンプが故障し、冷却システム全体の冷却能力が著しく低下するという問題がある。
特に、複数のサーバやネットワーク機器などが配備されたデータセンタなどにおいては、各機器における処理に伴って熱が発生するため、空調室内を常に一定の温度に保つことが要請される。つまり、データセンタなどにおいては、メインポンプ（冷媒ポンプ）の故障を確実に防止することが要請される。

そこで、本発明は、冷媒ポンプの故障を防止することができる冷却システム及び冷却方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、冷媒液貯留部内における第１の高さと、前記第１の高さよりも高い第２の高さと、を含む複数の高さのそれぞれについて、前記冷媒液貯留部に貯留されている冷媒液の液面高さがその高さ以上であるか否かを検出する冷媒液検出手段と、前記冷媒液検出手段から入力される検出結果に応じて、前記冷媒ポンプのモータの回転速度を変化させる制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記冷媒液貯留部に貯留されている冷媒液の液面の高さが前記第１の高さを下回った場合に前記モータの回転を停止させ、その後、前記液面の高さが前記第２の高さ以上になった場合に前記モータの回転を再開し、前記モータの回転を再開する際、前記モータの回転の前記停止から前記再開までに要した時間に基づき、前記冷媒ポンプによって圧送される冷媒液の単位時間当たりの量が、前記凝縮器から前記冷媒液貯留部に流入する冷媒液の単位時間当たりの量を下回るように、前記モータの回転速度を再設定することを特徴とする。

本発明により、冷媒ポンプの故障を防止することができる冷却システム及び冷却方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る冷却システムの構成図である。液面センサからの信号に基づいて冷媒ポンプの駆動を制御する際の処理を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る冷却システムの構成図である。本発明の第３実施形態に係る冷却システムの構成図である。本発明の冷却システムで用いられる液面センサの他の例を示す説明図であり、（ａ）は３個の液面センサを用いた場合であり、（ｂ）は液面センサとして超音波センサを用いた場合である。

以下、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

≪第１実施形態≫
＜冷却システムの構成＞
図１は、第１実施形態に係る冷却システムの構成図である。図１に示すように、冷却システム１００は、一次側システム１００ａと二次側システム１００ｂとを有する。
一次側システム１００ａは、熱源機１と、蓄冷槽２と、冷水ポンプ３と、三方弁４と、凝縮器５の一次側伝熱管５ｈ_１と、を備える。また、二次側システム１００ｂは、凝縮器５の二次側伝熱管５ｈ_２と、冷媒液タンク６と、冷媒ポンプ７と、蒸発器８と、を備える。
なお、二次側システム１００ｂは圧縮機や膨張弁を備えておらず、蒸発器８で蒸発した冷媒が上昇し、凝縮器５で凝縮した冷媒が重力により下降して循環する自然循環サイクルを、冷媒ポンプ７の駆動によって補助するものである。

熱源機１（チラーユニット）は、例えば、ヒートポンプサイクルを用いて蓄冷槽２に冷熱を供給するものである。ヒートポンプサイクルを用いる場合、熱源機１は圧縮機（図示せず）と、凝縮器（図示せず）と、膨張弁（図示せず）と、蒸発器（図示せず）と、を備える。
すなわち、前記ヒートポンプサイクルにおいて圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒は凝縮器に流入して、外気と熱交換を行う。さらに、凝縮器から中温高圧の冷媒が膨張弁に流入して減圧される。そして、膨張弁から低温低圧の冷媒が配管１ａ（図１参照）を介して、蓄冷槽２内に配置された伝熱管（図示せず）に流入し、水と熱交換することで蒸発する。前記熱交換の際に水は、冷媒に放熱することで冷却される。

ちなみに、熱源機１として用いられるものは、前記のような蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルに限らない。その他、熱源機１として、吸収式の熱源機、吸着式の熱源機、熱電子式の熱源機などを用いてもよい。
また、熱源機１は、安価な夜間電力を用いて駆動させることが好ましい。

蓄冷槽２には、所定量の水が貯留されている。蓄冷槽２内には配管１ａを介して前記伝熱管（図示せず）が設置されている。そして、熱源機１から前記伝熱管に流入する低温の冷媒と蓄冷槽２内の水とが熱交換することによって、蓄冷槽２内の水が所定温度まで冷やされる。

冷水ポンプ３は、内部にモータ（図示せず）を備え、当該モータの回転速度に応じた流量の冷水を、配管３ａを介して蓄冷槽２から凝縮器５に向けて圧送するものである。なお、前記モータの回転速度は、制御装置１０によって制御される。
三方弁４は、配管４ａと、配管３ａから分岐した配管４ｂとに接続されている。三方弁４は、制御装置１０からの指令に従って、配管４ａから流入する冷水の一部を配管４ｂに分流させ、配管３ａを通流する冷水の流量を調整する。

凝縮器５は、一端が配管３ａと連通し、他端が配管４ａと連通する一次側伝熱管５ｈ_１と、一端が配管８ａと連通し、他端が配管５ａと連通する二次側伝熱管５ｈ_２と、を備える。なお、一次側伝熱管５ｈ_１内を通流する冷水と、二次側伝熱管５ｈ_２内を通流する冷媒との間で熱交換する際の効率を上げるために、一次側伝熱管５ｈ_１と二次側伝熱管５ｈ_２とは互いに接触するように配置されている。
すなわち、凝縮器５は、蒸発器８から配管８ａを介して二次側伝熱管５ｈ_２に流入する中温の冷媒ガスを、蓄冷槽２から配管３ａを介して一次側伝熱管５ｈ_１に流入する冷水によって冷やすことによって、凝縮させるものである。
また、凝縮器５の二次側伝熱管５ｈ_２は、配管５ａを介して冷媒液タンク６の上部に接続され、冷媒液タンク６の内部空間と連通している。

冷媒液タンク６は、凝縮器５から流入する液体状態の冷媒を貯留するものであり、凝縮器５よりも下方に設置されている。すなわち、凝縮器５において凝縮された冷媒（以下、冷媒液と記す。）は、重力により配管５ａ内を下降して冷媒液タンク６に貯留されるようになっている。
また、冷媒液タンク６の下部は、配管６ａを介して冷媒ポンプ７の吸入口（図示せず）に接続されている。すなわち、冷媒ポンプ７の駆動（冷媒液の吸入及び吐出）に伴って、冷媒液タンク６内の冷媒液は配管６ａ内を通流し、冷媒ポンプ７の吸入口に向かうようになっている。

また、図１に示すように、冷媒液タンク６内には、当該冷媒液タンク６に貯留されている冷媒液の液面が所定の高さ以上であるか否かを検出する液面センサＳ１，Ｓ２が冷媒液検出手段として設置されている。
液面センサＳ１，Ｓ２は、例えば、フロートスイッチ式の液面センサである。フロートスイッチ式の液面センサは、液面の変化に応じて上下するフロート（図示せず）の重力及び浮力により、マイクロスイッチ（図示せず）の開閉を行うものである。
なお、以下の記載において、冷媒液タンク６に貯留されている冷媒液の液面を「冷媒液面」と記載することがあるものとする。

前記のように、液面センサＳ１，Ｓ２としてフロートスイッチ式の液面センサを用いる場合、液面センサＳ１は、冷媒液面が高さＨ１以上である場合にはＯＮの信号を制御装置１０に出力する。また、液面センサＳ１は、冷媒液面が高さＨ１未満である場合にはＯＦＦの信号を制御装置１０に出力する。
液面センサＳ２は、液面センサＳ１が設置されている高さＨ１よりも高い位置（高さＨ２）に設置されている。液面センサＳ２は、冷媒液面が高さＨ２以上である場合にはＯＮの信号を制御装置１０に出力する。また、液面センサＳ２は、冷媒液面が高さＨ２未満である場合にはＯＦＦの信号を制御装置１０に出力する。

すなわち、冷媒液タンク６に貯留されている冷媒液の液面が高さＨ１未満である場合には、液面センサＳ１及びＳ２はそれぞれ制御装置１０にＯＦＦの信号を出力する。
また、冷媒液タンク６に貯留されている冷媒液の液面が高さＨ１以上、かつ、高さＨ２未満である場合には、液面センサＳ１は制御装置１０にＯＮの信号を出力し、液面センサＳ２は制御装置１０にＯＦＦの信号を出力する。
また、冷媒液タンク６に貯留されている冷媒液の液面が高さＨ２以上である場合には、液面センサＳ１及びＳ２はそれぞれ制御装置１０にＯＮの信号を出力する。

詳細については後記するが、制御装置１０は、液面センサＳ１からの信号がＯＦＦとなった場合に冷媒ポンプ７を停止させ、その後液面センサＳ２からの信号がＯＮとなった場合に冷媒ポンプ７を再駆動させる。
前記で説明したように、冷媒液タンク６において異なる高さＨ１及びＨ２に液面センサＳ１及びＳ２（冷媒液検出手段）を設置するのは、次のような理由による。例えば、液面センサＳ１が高さＨ１に設置されており、液面センサＳ２が設置されていない場合、液面の上昇・下降に伴って液面センサＳ１から入力される信号のＯＮ・ＯＦＦが頻繁に切り替わることとなる。この場合、液面センサＳ１から入力されるＯＮ・ＯＦＦ信号に応じて制御装置１０が冷媒ポンプ７の駆動・停止を頻繁に繰り返すと、無駄な電力消費になるとともに冷媒ポンプ７の故障を招く虞があるからである。
なお、前記高さＨ１，Ｈ２の設定については後記する。

冷媒ポンプ７は、冷媒液タンク６から流入する冷媒液を蒸発器８に向けて圧送するものであり、冷媒液タンク６よりも下方に設置されている。また、冷媒ポンプ７の吐出口（図示せず）は、配管７ａを介して蒸発器８の伝熱管８ｈと連通している。すなわち、冷媒ポンプ７の駆動（冷媒液の吸入及び吐出）に伴って、配管７ａを介して冷媒液が蒸発器８に向けて圧送されるようになっている。

蒸発器８は、空調対象である室内空気との熱交換によって冷媒を蒸発させるものであり、冷媒ポンプ７よりも上方に設置されている。また、蒸発器８には、ファン９が設置されている。ファン９は、制御装置１０からの指令に従って回転することにより、室内の高温空気を取り込み、伝熱管８ｈに向けて吹き出す。そして、伝熱管８ｈに向けて吹き出された高温空気は、伝熱管８ｈ内を通流する低温の冷媒液と熱交換（放熱）し、低温空気となって室内に吹き出される。
一方、伝熱管８ｈ内を通流する低温の冷媒液は、高温空気と熱交換（吸熱）することによって蒸発し、配管８ａを介して凝縮器５に向かう。なお、配管８ａは凝縮器５の二次側伝熱管５ｈ_２と連通している。

制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、各種インタフェースを含む電子回路で構成され、冷却システム１００を統括的に制御する。また、制御装置１０は、設定温度に応じた所定温度の空気が蒸発器８から吹き出されるように冷却システム１００を制御する。

制御装置１０は、所定温度の空気が蒸発器８から吹き出されるように、冷水ポンプ３に内蔵されたモータ（図示せず）の回転速度、三方弁４の開度、ファン９の回転速度などを制御する。また、制御装置１０は、前記の液面センサＳ１，Ｓ２からの入力に応じて、冷媒ポンプ７に内蔵されたモータ（図示せず）の回転速度を制御する。

＜冷媒の循環＞
冷却システム１００の稼働の初期状態においては、冷媒液タンク６内に少なくとも高さＨ２まで冷媒液が貯留され、冷媒液タンク６の下部と連通する配管６ａ及び配管７ａ内は冷媒液で満たされている。また、熱源機１によって、蓄冷槽２内の水は十分に冷やされている。

冷却システム１００を稼働させる場合、制御装置１０は、設定温度に応じた流量の冷水が凝縮器５の一次側伝熱管５ｈ_１に流入するように三方弁４の開度を調整し、冷水ポンプ３を駆動させる。また、制御装置１０は、所定の回転速度で冷媒ポンプ７に内蔵されたモータ（図示せず）を回転させる。この場合、冷媒ポンプ７は、前記回転速度に応じた圧力で配管６ａ内の冷媒を吸引するとともに、配管７ａ内の冷媒を蒸発器８に向けて圧送する。
さらに制御装置１０は、所定の回転速度でファン９を回転させる。

冷媒ポンプ７が駆動すると、配管７ａ内の冷媒液は蒸発器８内の伝熱管８ｈに向けて圧送される。ここで、ファン９の回転によって高温空気（室内空気）が蒸発器８内に取り込まれ、配管８ｈを通流する低温の冷媒との熱交換によって放熱し、低温空気となって室内に吹き出される。これによって、空調対象である室内空気は冷却される。
一方、伝熱管８ｈ内の冷媒は、高温空気との熱交換によって吸熱し、蒸発して中温の冷媒ガスとなる。当該冷媒ガスは配管８ａ内を通流して凝縮器５の二次側伝熱管５ｈ_２に流入し、一次側伝熱管５ｈ_１内を通流する冷水との熱交換によって放熱し、凝縮して低温の冷媒液となる。

そして、前記冷媒液は重力により配管５ａ内を下降し、冷媒液タンク６に貯留される。このようにして、蒸発器８で蒸発した冷媒が凝縮器５で凝縮され、冷媒液タンク６で一時的に貯留され、さらに冷媒ポンプ７によって蒸発器８に向けて圧送されるというサイクルが成り立っている。
したがって、冷却システム１００に不具合がない場合には、冷媒液タンク６内の冷媒液の液面はほぼ一定の高さを保っている。

しかしながら、冷却システム１００に不具合が生じた場合、冷媒液タンク６内の冷媒液面の高さが低下することがある。前記の不具合として、例えば、配管の溶接部に亀裂が生じて冷媒が漏れ出すことによって、冷媒液タンク６内の冷媒液面の高さが低下することが挙げられる。
また、制御装置１０による温度制御が適切でなかった場合に、蒸発器８内で冷媒液の一部が蒸発せずに液体の状態で残留し、当該残留した冷媒液の分が冷媒液タンク６に戻らないため、冷媒液タンク６内の冷媒液面の高さが低下することが挙げられる。

仮に、前記のような状態が継続したまま冷媒ポンプ７が駆動し続けると、前記で説明した空回り又はキャビテーションによって冷媒ポンプ７が故障し、冷却システム１００の冷却能力が低下することとなる。
このような事態を回避するために、本実施形態に係る冷却システム１００では、次のような処理を行う。

＜冷却システムにおける処理＞
図２は、液面センサからの信号に基づいて冷媒ポンプの駆動を制御する際の処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１において制御装置１０は、液面センサＳ１からの信号がＯＦＦであるか否かを判定する。液面センサＳ１からの信号がＯＦＦである場合（ステップＳ１０１→Ｙｅｓ）、つまり、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ１を下回っている場合、制御装置１０の処理はステップＳ１０２に進む。
液面センサＳ１からの信号がＯＮである場合（ステップＳ１０１→Ｎｏ）、つまり、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ１以上である場合、制御装置１０の処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０２において制御装置１０は、冷媒ポンプ７を停止させる。すなわち、制御装置１０は、冷媒ポンプ７に内蔵されているモータ（図示せず）の回転速度をゼロとする信号を、前記モータに出力する。
ちなみに、前記信号が冷媒ポンプ７に入力された時点から、冷媒ポンプ７による冷媒の圧送が完全に停止するまでには、所定時間を要する。これは、前記信号が制御装置１０から出力された時点において、冷媒ポンプ７の前後で冷媒液の流れが生じていること、及び、冷媒ポンプ７に内蔵されたインペラ（図示せず）が慣性により回転をしばらく継続することによる。

したがって、図１に示す高さＨ１は、下方に設置された液面センサＳ１が冷媒液を検出しなくなった時点から、冷媒ポンプ７による冷媒液の圧送が完全に止まるまでの間に、冷媒ポンプ７が冷媒を送り出す量を最低限確保できる高さに設定する。
なお、高さＨ１を前記の高さよりも高く設定し、大きな余裕ができるようにしてもよい。

ステップＳ１０３において、制御装置１０は、液面センサＳ２からの信号がＯＮであるか否かを判定する。液面センサＳ２からの信号がＯＮであった場合（ステップＳ１０３→Ｙｅｓ）、つまり、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ２以上である場合、制御装置１０の処理はステップＳ１０４に進む。
液面センサＳ２からの信号がＯＦＦであった場合（ステップＳ１０３→Ｎｏ）、つまり、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ２を下回っている場合、制御装置１０の処理はステップＳ１０２に戻る。

ここで、高さＨ２は、前記高さＨ１よりも十分に上方に設定する。これは、高さＨ１と高さＨ２との差を小さくすると、冷媒ポンプ７の駆動及び停止が頻繁に繰り返されることとなり、冷媒ポンプ７の保守及び電力消費の観点から好ましくないためである。

ステップＳ１０４において制御装置１０は、冷媒ポンプ７を駆動させる。すなわち、制御装置１０は、冷媒ポンプ７に内蔵されたモータ（図示せず）を所定速度で回転させる。

＜効果１＞
本実施形態に係る冷却システム１００によれば、制御装置１０が各液面センサＳ１，Ｓ２からの信号に基づいて、冷媒ポンプ７を停止又は再駆動させる。
すなわち、冷媒液タンク６に貯留されている冷媒液面が高さＨ１を下回ると、下方に設置された液面センサＳ１から制御装置１０にＯＦＦの信号が出力され、制御装置１０は冷媒ポンプ７を停止させる。
前記したように、高さＨ１は、下方に設置された液面センサＳ１が冷媒液を検出しなくなった時刻から、冷媒ポンプ７による冷媒液の圧送が完全に止まるまでの間に、冷媒ポンプ７が冷媒液を送り出す量を最低限確保できる高さに設定される。
これによって、冷却システム１００に不具合が生じた場合でも、その不具合の原因に関わらず、冷媒ポンプ７による冷媒液の圧送が停止するまでの間、冷媒液タンク６から冷媒ポンプ７に向けて確実に冷媒液を供給することができる。

また、前記したように、液面センサＳ２が設置される高さＨ２は、下方の液面センサＳ１が設置される高さＨ１よりも十分に上方に設定される。したがって、冷媒ポンプ７の駆動及び停止が頻繁に繰り返されることを回避することにより、冷媒ポンプ７の故障を防止し、無駄な電力消費を抑えることができる。
すなわち、冷媒ポンプ７を再駆動させる際には、冷媒液タンク６内には少なくとも高さＨ２まで冷媒液が貯留されているため、冷媒ポンプ７の駆動から停止までの間において十分な時間を確保することができる。

以上より、本実施形態に係る冷却システム１００によれば、空回し又はキャビテーションによる冷媒ポンプ７の故障を確実に防止することができる。これによって、例えばデータセンタなどにおいて、冷却システム１００を安定して稼動させることができ、設備の信頼性を向上させることができる。

≪第２実施形態≫
図３は、第２実施形態に係る冷却システムの構成図である。第１実施形態に係る冷却システム１００では、蒸発器８が冷媒ポンプ７よりも上方に設置されていたのに対し（図１参照）、第２実施形態に係る冷却システム１００Ａでは、蒸発器８が冷媒ポンプ７よりも下方に設置され、冷媒ポンプ７と蒸発器８とを接続する配管が冷媒立上げ管７ｂを含む点が異なる。
その他の点では第１実施形態と同様であるから、重複する部分については説明を省略し、第１実施形態と異なる部分について説明する

冷媒ポンプ７は蒸発器８に向けて冷媒液を圧送するものであるから、通常、冷媒ポンプ７は蒸発器８よりも下方に設置される。ただし、設置環境の条件によっては、冷媒ポンプ７が蒸発器８よりも上方に設置される場合がある。
このような場合に対処するため、本実施形態に係る冷却システム１００Ａでは、冷媒ポンプ７と蒸発器８とを接続する配管が、Ｈ２以上の高さまで立上げられた冷媒立上げ管７ｂを含む構成となっている。

冷却システム１００Ａにおいて冷媒循環が適切に行われている場合には、配管６ａ、冷媒立上げ管７ｂ、及び配管７ｃは冷媒液で満たされている。そして、蒸発器８において高温空気との熱交換により蒸発した冷媒は、冷媒ガスとして配管８ａを上昇し、凝縮器５に向かう。

ここで、冷却システム１００Ａにおいて何らかの不具合が生じ、冷媒液タンク６内の冷媒液の液面が下がって高さＨ１を下回ると、前記で説明した場合と同様に（図２参照）、制御装置１０は冷媒ポンプ７の駆動を停止させる。
この時点においては、前記したように、配管６ａ、冷媒立上げ管７ｂ、配管７ｃは冷媒液で満たされている。

その後、配管７ｃ内の冷媒液は重力により下降して蒸発器８に向かうこととなる。一方、冷媒立上げ管７ｂ内の冷媒液柱の端部は、内部の液体が圧力状態に応じて相変化する冷媒であり、冷媒立上げ管７ｂ及び配管７ｃを含む配置構造による圧力分布から気相に変化するため、図３に示すＡの位置から徐々に下降してくる。よって、冷媒立上げ管７ｂ内の冷媒液柱にかかる圧力と、冷媒液タンク６内の冷媒液にかかる圧力とが均衡するように、所定量の冷媒液が冷媒液タンク６側に移動する。
また、凝縮器５の二次側伝熱管５ｈ_２内の冷媒液が、重力により配管５ａを介して冷媒液タンク６に流入する。

したがって、冷媒ポンプ７を停止させた場合には、冷媒立上げ管７ｂ及び凝縮器５から流入する冷媒液によって、冷媒液タンク６内の冷媒液面は上昇する。
このようにして、冷媒液タンク６内の冷媒液面が徐々に上昇し、高さＨ２に達するとセンサＳ２が制御装置１０にＯＮの信号を出力し、制御装置１０が冷媒ポンプ７を再駆動させる（図２参照）。

＜効果２＞
本実施形態に係る冷却システム１００Ａによれば、蒸発器８が冷媒ポンプ７よりも下方に設置されている場合でも、冷媒ポンプ７を停止させた際に冷媒液タンク６の冷媒液の液面を速やかに上昇させることができる。

なお、仮に冷媒立上げ管７ｂが設置されておらず、冷媒ポンプ７と蒸発器８とを接続する配管７ａ（図示せず）が、蒸発器８に向かって下降するように設置されていた場合には、次のような事態が生じる。
すなわち、冷媒ポンプ７の運転を停止して放置しておくと、冷媒液タンク６内の冷媒液が下方にある蒸発器８に向かって流下して、冷媒液タンク６に冷媒液が貯留されていない状態となる。この場合、次回の起動時に冷媒ポンプ７が空回しの状態となるため、不具合を生じることとなる。

これに対して、本実施形態に係る冷却システム１００Ａによれば、冷媒ポンプ７と蒸発器８とを接続する配管が冷媒立上げ管７ｂを含む構成となっている。したがって、蒸発器８が冷媒ポンプ７よりも下方に設置されている場合でも、冷媒ポンプ７による冷媒液の圧送が停止した後に、冷媒液タンク６内の冷媒液面が下がっていくという事態を回避することができる。
これによって、冷媒ポンプ７が空回り又はキャビテーションにより故障することを防止することができる。また、冷媒ポンプ７を停止させた際に冷媒液タンク６内の冷媒液面を速やかに上昇させることにより、冷媒ポンプ７の停止から再稼動までの時間を短縮させ、冷却システム１００Ａの冷却能力の低減を抑えることができる。

≪第３実施形態≫
図４は、第３実施形態に係る冷却システムの構成図である。第１実施形態に係る冷却システム１００では、液面センサＳ１，Ｓ２からの信号に応じて制御装置１０が冷媒ポンプ７の駆動を制御していたのに対し（図１参照）、第３実施形態に係る冷却システム１００Ｂでは、差圧センサ１１からの信号に応じて制御装置１０が冷媒ポンプ７の駆動を制御する点が異なる。
その他の点では第１実施形態と同様であるから、重複する部分については説明を省略し、第１実施形態と異なる部分について説明する

図４に示すように、冷媒液タンク６には差圧センサ１１が設置されている。差圧センサ１１は、例えば、ダイアフラムの両側に圧電素子Ｑ１，Ｑ２を設け、各圧電素子Ｑ１，Ｑ２にかかる圧力の差（差圧）を検出値として出力するものである。
なお、図４に示すように、冷媒液タンク６内において圧電素子Ｑ１はＨ１以下の高さに設置され、圧電素子Ｑ２はＨ２以上の高さに設置される。なお、高さＨ１，Ｈ２については、第１実施形態で説明したものと同様であるから、説明を省略する。

前記のような位置に圧電素子Ｑ１，Ｑ２を設置するのは、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ１の状態、及び、冷媒液面が高さＨ２の状態を、他の状態と区別して検出することができるようにするためである。
ちなみに、仮に、圧電素子Ｑ１が図１に示す高さＨ１より高い位置（高さＨ３とする。）に設置されていた場合、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ３となったときの差圧センサ１１の検出値と、冷媒液面の高さがＨ１となったときの差圧センサ１１の検出値がほぼ同一となる。この場合、制御装置１０は冷媒液面が高さＨ１となった状態を、冷媒液面が高さＨ２となった状態と区別して検知することができなくなる。

次に、冷却システム１００Ｂの処理について説明する。制御装置１０は、差圧センサ１１から入力される検出値が、冷媒液が高さＨ１まで満たされている状態に対応する圧力Ｐ１以下となった場合に、冷媒ポンプ７に内蔵されたモータ（図示せず）の回転を停止させる。
その後、制御装置１０は、差圧センサ１１から入力される検出値が、冷媒液が高さＨ２まで満たされている状態に対応する圧力Ｐ２以上となった場合に、前記モータの回転を再開させる。
なお、前記圧力Ｐ１，Ｐ２は実験などによって求められ、予め制御装置１０の記憶部（図示せず）に記憶されている。

ちなみに、前記では差圧センサ１１を用いた例を示したが、図４に示す各位置に圧電素子Ｑ１，Ｑ２を設置し、それぞれの圧電素子から直接的に制御装置１０に電気信号を出力し、制御装置１０がこれらの電気信号から差圧を算出することとしてもよい。

＜効果３＞
本実施形態に係る冷却システム１００Ｂによれば、差圧センサ１１から入力される検出値に応じて、制御装置１０が冷媒ポンプ７の駆動を制御することができる。
また、差圧センサ１１の圧電素子Ｑ１，Ｑ２は、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ１の状態、及び、冷媒液面が高さＨ２の状態を、他の状態と区別して検出することができる位置に設置されている。したがって、制御装置１０は、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ１以下であるか否か、及び、高さＨ２以上であるか否かについて正確に検知することができる。

これによって、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ１を下回った場合には、制御装置１０が冷媒ポンプ７の駆動を停止させ、その後、冷媒液面が高さＨ２以上となった場合には、制御装置１０が冷媒ポンプ７を再駆動させることができる。
すなわち、本実施形態に係る冷却システム１００Ｂによれば、冷媒液タンク６から冷媒ポンプ７に液体状態の冷媒を流入させることにより、冷媒ポンプ７の故障を確実に防止することができる。

≪変形例≫
以上、本発明に係る冷却システムについて、各実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。
例えば、前記した第１実施形態及び第２実施形態では、冷媒液タンク６に液面センサが２個設置された構成となっていたが、これに限らない。すなわち、液面センサを３個以上設置してもよい。

例えば、図５（ａ）に示すように、第１実施形態で説明した液面センサＳ１と液面センサＳ２との間に、液面センサＳ３を設置することとしてもよい。
この場合、各液面センサＳ１〜Ｓ３はそれぞれ、冷媒液の検出信号を制御装置１０に出力する。制御装置１０は、冷媒液センサＳ１が冷媒液を検出せず、かつ、冷媒液センサＳ３が冷媒液を検出しない場合には、冷媒液の液面が高さＨ１未満であると判断し、冷媒ポンプ７の駆動を停止させる。
また、制御装置１０は、冷媒液センサＳ２が冷媒液を検出するか、又は、冷媒液センサＳ３が冷媒液を検出した場合には、冷媒液の液面が高さＨ２以上であると判断し、冷媒ポンプ７の駆動を再開させる。

このように、液面センサＳ１と液面センサＳ２との間に液面センサＳ３を設置し、制御装置１０が前記のような制御を行うことによって、３個の液面センサのいずれか一つが故障した場合でも、制御装置１０は、残りの２個の液面センサからの信号に基づいて冷媒ポンプ７の駆動を制御することができる。したがって、より確実に冷媒ポンプ７の故障を防止することができる。

また、前記した第１実施形態〜第３実施形態では、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ１を下回った場合に、冷媒ポンプ７の駆動を停止させることとしたが、これに限らない。
例えば、図５（ａ）に示す３個の液面センサを用いる場合、以下のような制御を行ってもよい。すなわち、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ２を下回ると（Ｓ２：ＯＦＦ信号）、制御装置１０が通常運転の場合の回転速度ｖ１よりも遅い回転速度ｖ２で冷媒ポンプ７のモータ（図示せず）を駆動させる。

そして、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ３を下回ると（Ｓ２，Ｓ３：ＯＦＦ信号）、制御装置１０が前記回転速度ｖ２よりもさらに遅い回転速度ｖ３で前記モータを回転させ、その後、冷媒液面が高さＨ１を下回ると（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１：ＯＦＦ信号）、制御装置１０が冷媒ポンプ７の駆動を停止させる。
このようにして、制御装置１０は、冷媒液タンク６内の冷媒液面が下降するにしたがって、冷媒ポンプ７のモータの回転速度を段階的に遅くしていく。

そして、例えば、前記モータを回転速度ｖ３で回転させている状態で、液面センサＳ３から冷媒液の検出信号が入力されると、制御装置１０が前記モータを回転速度ｖ２（ｖ２＞ｖ３）で回転させるという制御を行ってもよい。
このようにして、制御装置１０は、冷媒液タンク６内の冷媒液面が上昇するにしたがって、冷媒ポンプ７のモータの回転速度を段階的に速くしていく。

また、制御装置１０が冷媒ポンプ７の駆動を停止させてから運転を再開するまで、つまり、冷媒液タンク６内の冷媒液面が高さＨ１から高さＨ２まで上昇するまでの時間を複数回分（例えば、３回分）計測し、前記計測時間に基づいて冷媒液面の平均上昇速度を求め、当該平均上昇速度に基づいて冷媒ポンプ７を継続的に駆動させることとしてもよい。

この場合、制御装置１０は、冷媒ポンプ７によって冷媒が送り出されることによる冷媒液面の下降速度が、前記の平均上昇速度より遅くなるように冷媒ポンプ７のモータ（図示せず）の回転速度を制御する。
つまり、制御装置１０は、冷媒ポンプ７によって圧送される冷媒の単位時間当たりの量が、凝縮器５から冷媒液タンク６に下降してくる冷媒液の単位時間当たりの量を下回るように、前記モータの回転速度を再設定する。
これによって、冷媒ポンプ７の駆動を停止させることなく（ただし、前記複数回分の停止期間は除く。）、室内に低温空気を送風し続けることができる。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、冷媒液タンク６の側面に液面センサＳ１，Ｓ２を設置することとしたが、これに限らない。
すなわち、図５（ｂ）に示すように、冷媒液タンク６の天井面に超音波方式の液面センサＳ４を設置し、液面センサＳ４から放出される超音波が液面で反射して戻ってくるまでの時間を計測し、その時間に基づいて冷媒液面の高さを検出することとしてもよい。
この場合、制御装置１０は、液面センサＳ４によって検出した冷媒液面の高さと、前記高さＨ１，Ｈ２（及びＨ３）を比較し、その比較結果に基づいて冷媒ポンプ７の駆動を制御する。

１００，１００Ａ，１００Ｂ冷却システム
１熱源機
２蓄冷槽
３冷水ポンプ
４三方弁
５凝縮器
６冷媒液タンク（冷媒液貯留部）
７冷媒ポンプ
７ｂ冷媒立上げ管（立上げ管）
８蒸発器
９ファン
１０制御装置（制御手段）
１１差圧センサ（冷媒液検出手段）
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４液面センサ（冷媒液検出手段）

Claims

空調対象である室内空気との熱交換によって冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器と連通し、当該凝縮器から流入する冷媒液を貯留する冷媒液貯留部と、
前記冷媒液貯留部と連通し、当該冷媒液貯留部から流入する冷媒液を前記蒸発器に向けて圧送する冷媒ポンプと、
前記冷媒液貯留部内における第１の高さと、前記第１の高さよりも高い第２の高さと、を含む複数の高さのそれぞれについて、前記冷媒液貯留部に貯留されている冷媒液の液面高さがその高さ以上であるか否かを検出する冷媒液検出手段と、
前記冷媒液検出手段から入力される検出結果に応じて、前記冷媒ポンプのモータの回転速度を変化させる制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記冷媒液貯留部に貯留されている冷媒液の液面の高さが前記第１の高さを下回った場合に前記モータの回転を停止させ、その後、前記液面の高さが前記第２の高さ以上になった場合に前記モータの回転を再開し、
前記モータの回転を再開する際、前記モータの回転の前記停止から前記再開までに要した時間に基づき、前記冷媒ポンプによって圧送される冷媒液の単位時間当たりの量が、前記凝縮器から前記冷媒液貯留部に流入する冷媒液の単位時間当たりの量を下回るように、前記モータの回転速度を再設定すること
を特徴とする冷却システム。
前記冷媒液検出手段は、前記第１の高さ以上の冷媒液が前記冷媒液貯留部に貯留されているか否かを検出する第１液面センサと、前記第２の高さ以上の冷媒液が前記冷媒液貯留部に貯留されているか否かを検出する第２液面センサと、を含む複数の液面センサであり、
前記制御手段は、
前記第１液面センサによって冷媒液が検出されない場合に、前記モータの回転を停止させ、
その後、前記第２液面センサによって冷媒液が検出された場合に、前記モータの回転を再開させること
を特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
前記冷媒液検出手段は、前記冷媒液貯留部に設置された差圧センサであり、
前記制御手段は、
前記差圧センサの検出値が、前記第１の高さまで冷媒液が貯留された際の圧力である第１の圧力以下となった場合に、前記モータの回転を停止させ、
その後、前記差圧センサの検出値が、前記第２の高さまで冷媒液が貯留された際の圧力である第２の圧力以上となった場合に、前記モータの回転を再開させること
を特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
前記冷媒ポンプと前記蒸発器とを接続する配管は、前記第２の高さ以上の高さまで立上げられた立上げ管を含むこと
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却システム。
空調対象である室内空気との熱交換によって冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器と連通し、当該凝縮器から流入する冷媒液を貯留する冷媒液貯留部と、
前記冷媒液貯留部と連通し、当該冷媒液貯留部から流入する冷媒液を前記蒸発器に向けて圧送する冷媒ポンプと、
前記冷媒液貯留部に貯留されている冷媒液の液面高さが、所定の高さ以上であるか否かを検出する冷媒液検出手段と、
制御手段と、を備える冷却システムにおける冷却方法であって、
前記冷媒液検出手段が、前記冷媒液貯留部内における第１の高さと、前記第１の高さよりも高い第２の高さと、を含む複数の高さのそれぞれについて、前記冷媒液貯留部に貯留されている冷媒液の液面高さがその高さ以上であるか否かを検出する検出ステップと、
前記制御手段が、前記冷媒液検出手段から入力される検出結果に応じて、前記冷媒ポンプのモータの回転速度を変化させる制御ステップと、を含み、
前記制御手段は、前記制御ステップにおいて、
前記冷媒液貯留部に貯留されている冷媒液の液面の高さが前記第１の高さを下回った場合に前記モータの回転を停止させ、その後、前記液面の高さが前記第２の高さ以上になった場合に前記モータの回転を再開し、
前記モータの回転を再開する際、前記モータの回転の前記停止から前記再開までに要した時間に基づき、前記冷媒ポンプによって圧送される冷媒液の単位時間当たりの量が、前記凝縮器から前記冷媒液貯留部に流入する冷媒液の単位時間当たりの量を下回るように、前記モータの回転速度を再設定すること
を特徴とする冷却方法。