JP6559471B2

JP6559471B2 - 空調システム及びその運転方法

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Publication number: JP6559471B2
Application number: JP2015111988A
Authority: JP
Inventors: 泰彦稲富; 伊藤　潤一; 潤一伊藤; 田中　真; 真田中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: JP2016223721A

Description

本発明は、空調を行う空調システム等に関する。

近年、情報処理技術の発達に伴い、大量の情報を処理するためのデータセンタがビジネスとして脚光を浴びている。データセンタのサーバルームには、サーバ等の電子機器（以下、「機器」という。）が集約された状態で多数設置され、昼夜にわたって稼動している。

なお、サーバルームにおける機器の収納方式は、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、複数の機器をラックに段積みして収納する方式であり、このようなラックがサーバルームに配列されている。

また、機器の温度上昇を抑制する技術として、冷媒自然循環式の空調システムが知られている。冷媒自然循環式の空調システムは、凝縮器と蒸発器との高低差を利用して冷媒を自然循環させるシステムであり、冷媒ポンプによって冷媒を圧送する構成と比較して、空調に要する消費電力量を大幅に低減できるという利点がある。しかしながら、冷媒自然循環式の空調システムは、凝縮器で凝縮した冷媒の液ヘッド（つまり、液柱の高さ）が不足した場合、冷媒の自然循環が停止してしまうという欠点がある。このような欠点を考慮した技術として、例えば、以下に示すものが知られている。

すなわち、特許文献１には、冷媒の自然循環状態を監視し、自然循環障害（つまり、自然循環の停止）が生じた場合、強制循環手段によって冷媒を強制的に循環させる技術について記載されている。

特開平０１−１４７２９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、前記した強制循環手段（ポンプ）を設けているため、場合によっては、空回りやキャビテーションが生じて、強制循環手段が故障する可能性がある。このように強制循環手段が故障すると、いったん停止した自然循環を復帰させることが困難になる。

そこで、本発明は、信頼性の高い空調システム等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、冷熱源によって冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器よりも高さが低い位置に設けられ、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、前記蒸発器に室内空気を送り込む送風機と、前記凝縮器及び前記蒸発器に接続され、前記凝縮器において凝縮した冷媒を前記蒸発器に導く第１配管と、前記蒸発器及び前記凝縮器に接続され、前記蒸発器において蒸発した冷媒を前記凝縮器に導く第２配管と、両端が前記第１配管に接続され、液状の冷媒を貯留する冷媒貯留管と、前記冷媒貯留管に設置される冷媒貯留弁と、前記凝縮器、前記第１配管、前記蒸発器、及び前記第２配管を介した冷媒の自然循環が停止したか否かの判定に用いられる状態量を検出する状態量検出手段と、前記状態量検出手段によって検出される状態量に基づいて、冷媒の自然循環が停止したと判定した場合、前記冷媒貯留弁を開弁する制御手段と、を備え、前記第１配管は、水平に延びる水平部と、前記水平部の下流側に接続され、鉛直に延びる鉛直部と、を有し、前記冷媒貯留管は、一端が前記水平部に接続され、他端が前記鉛直部に接続され、前記状態量検出手段は、前記鉛直部の上部における冷媒の圧力と、前記鉛直部の下部における冷媒の圧力と、の差圧を検出する差圧センサと、前記蒸発器に向かう室内空気の温度を検出する第１温度センサと、前記蒸発器において放熱した室内空気の温度を検出する第２温度センサと、を有し、前記制御手段は、前記第１温度センサの検出値、及び前記第２温度センサの検出値に基づいて、前記蒸発器における単位時間当たりの空気の放熱量を算出し、前記放熱量が所定閾値未満であり、かつ、前記差圧センサによって検出される差圧が所定閾値未満である場合、冷媒の自然循環が停止したと判定することを特徴とする。

本発明によれば、信頼性の高い空調システム等を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る空調システムの構成図である。制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る空調システムの構成図である。制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。本発明の変形例に係る空調システムの構成図である。

≪第１実施形態≫
＜空調システムの構成＞
図１は、第１実施形態に係る空調システムＳの構成図である。
空調システムＳは、凝縮器２１や蒸発器２２を介して冷媒を自然循環させ、蒸発器２２における冷媒の蒸発潜熱で室内空気を冷やして、機器Ｆの温度上昇を抑制するシステムである。図１に示すように、空調システムＳは、１次側システム１０と、２次側システム２０と、を備えている。

１次側システム１０は、凝縮器２１の伝熱管ｒ２を流れる冷媒を冷やして凝縮させるためのシステムであり、冷熱源１１と、冷水管ｗ１と、冷水ポンプ１２と、を備えている。
冷熱源１１は、例えば、ターボ冷凍機であり、所定温度（例えば、１２℃）の冷水を凝縮器２１に供給するようになっている。冷水管ｗ１は、冷水が流れる配管であり、冷熱源１１及び凝縮器２１を経由するように設置されている。冷水ポンプ１２は、冷水管ｗ１を介して冷水を循環させるポンプであり、冷水管ｗ１に設置されている。

２次側システム２０は、凝縮器２１や蒸発器２２を介して冷媒を循環させ、蒸発器２２で冷やされた空気を機器Ｆに送り込むためのシステムである。なお、図１に示す機器Ｆは、前記したラックマウント方式でラックＲに収納されている。また、機器Ｆにはファン（図示せず）が設置され、蒸発器２２で冷やされた室内空気をコールドアイルＣ（低温領域）から吸い込み、機器Ｆから吸熱した室内空気をホットアイルＨ（高温領域）に向けて吹き出すようになっている。図１に示す例では、機器Ｆにおける室内空気の吹出側が対面するように各ラックＲが配置されている。

図１に示す２次側システム２０は、凝縮器２１と、蒸発器２２と、送風機２３と、冷媒液管ｈ（第１配管）と、冷媒ガス管ｋ（第２配管）と、冷媒貯留管ｇと、冷媒貯留弁２４と、差圧センサ２５（状態量検出手段）と、制御装置２６（制御手段）と、を備えている。図１に示すように、凝縮器２１と、冷媒液管ｈと、蒸発器２２と、冷媒ガス管ｋと、は環状に順次接続されている。

凝縮器２１は、冷水との熱交換によって（つまり、冷熱源１１によって）冷媒を凝縮させるための熱交換器であり、伝熱管ｒ１，ｒ２を備えている。一方の伝熱管ｒ１には冷水が通流し、他方の伝熱管ｒ２には冷媒が通流し、冷水と冷媒との間で熱交換が行われるようになっている。この凝縮器２１は、例えば、建物の屋上に設置されている。

蒸発器２２は、室内空気との熱交換によって冷媒を蒸発させるための熱交換器であり、冷媒が通流する伝熱管ｒ３を備えている。また、蒸発器２２は、その高さが、凝縮器２１よりも低い位置に設けられている。
送風機２３は、蒸発器２２に室内空気（ホットアイルＨの空気）を送り込むファンであり、蒸発器２２の付近に設置されている。

図１に示す例では、蒸発器２２と、送風機２３と、を備える天吊型の冷却装置ＪがホットアイルＨに設置されている。この冷却装置Ｊは、送風機２３を所定の回転速度で駆動する制御装置（図示せず）を備えている。

冷媒液管ｈは、凝縮器２１において凝縮した冷媒を蒸発器２２に導く配管である。冷媒液管ｈの上流端は、凝縮器２１の伝熱管ｒ２に接続されている。冷媒液管ｈの下流端は、蒸発器２２の伝熱管ｒ３に接続されている。図１に示すように、冷媒液管ｈは、水平部ｈａと、鉛直部ｈｂと、を備えている。

水平部ｈａは、後記する冷媒貯留管ｇの一端ｍが接続される配管であり、略水平に延びている。鉛直部ｈｂは、冷媒貯留管ｇの他端ｎが接続される配管であり、略鉛直に延びている。鉛直部ｈｂの長さは、この鉛直部ｈｂにおける冷媒液柱の液ヘッド（冷媒液柱の高さ）によって、冷媒が自然循環するように設定されている。図１に示すように、下流側に向かって、凝縮器２１の伝熱管ｒ２、水平部ｈａ、及び鉛直部ｈｂが順次接続され、水平部ｈａ・鉛直部ｈｂを含む冷媒液管ｈを介して蒸発器２２に冷媒液を導くようになっている。

ちなみに、図１に示す例では、鉛直部ｈｂの下流側において冷媒液管ｈが略水平に延びているが、より詳しく説明すると、建物の梁や機器の配置等の制約によって、上り勾配の段差Ｑが存在している。このような段差Ｑを有する配管を、以下では「鳥居配管」という。

冷媒ガス管ｋは、蒸発器２２において蒸発した冷媒を凝縮器２１に導く配管である。冷媒ガス管ｋの上流端は、蒸発器２２の伝熱管ｒ３に接続されている。冷媒ガス管ｋの下流端は、凝縮器２１の伝熱管ｒ２に接続されている。図１に示す例では、冷媒ガス管ｋも、冷媒液管ｈと同様に鳥居配管になっている（下りの段差Ｑが存在する）。このような鳥居配管が存在する場合、冷媒ガス管ｋの段差Ｑの下流側において、高さが低くなっている部分に冷媒液が溜まりやすくなる。

また、例えば、凝縮器２１が屋外に設置されていて、低温の外気にさらされている場合、凝縮器２１内の冷媒の圧力が冷媒液管ｈにおける冷媒の圧力よりも低くなり、凝縮器２１に冷媒液が溜まり込むことがある（凝縮器２１内の冷媒液に作用する重力と表面張力とが釣り合う、液封が生じる等）。このように凝縮器２１に冷媒液が溜まり込んだり、前記した鳥居配管に冷媒液が溜まったりすることで、場合によっては、それまで継続していた自然循環が停止することがある。以下で説明する冷媒貯留管ｇ及び冷媒貯留弁２４は、自然循環が停止した場合、冷媒液管ｈに冷媒液を流し込むことで自然循環を復帰させるものである。

なお、冷媒液管ｈ及び冷媒ガス管ｋが鳥居配管になっているという事項は、自然循環の停止が起こりやすい状況を説明するためのものであり、空調システムＳの構成を限定するものではない。

図１に示す冷媒貯留管ｇは、冷媒液を貯留するための配管であり、その両端が冷媒液管ｈに接続されている。冷媒貯留管ｇの一端ｍは水平部ｈａに接続され、他端ｎは鉛直部ｈｂに接続されている。

なお、図１に示すように冷媒液管ｈが鳥居配管になっている場合には、冷媒液管ｈにおける段差Ｑの下流側（自然循環が停止しているときに冷媒が存在しない可能性が高い部分）の容積以上の冷媒液を貯留できるように、冷媒貯留管ｇの長さ（容積）を設定することが好ましい。これによって、自然循環が停止した後、冷媒貯留弁２４を開くことで冷媒液が蒸発器２２に押し流され、自然循環が復帰しやすくなるからである。

図１に示す冷媒貯留弁２４は、閉弁状態において冷媒貯留管ｇに冷媒液を貯留し、開弁状態において、冷媒貯留管ｇに貯留されている冷媒液を冷媒液管ｈに流し込むための弁である。冷媒貯留弁２４は、冷媒貯留管ｇの他端ｎ（鉛直部ｈｂとの接続箇所）の付近に設置されている。

差圧センサ２５は、鉛直部ｈｂの上部における冷媒の圧力と、鉛直部ｈｂの下部における冷媒の圧力と、の差圧ΔＰを検出するセンサであり、鉛直部ｈｂに設置されている。この差圧センサ２５は、冷媒の自然循環が停止したか否かの判定に用いられる状態量（つまり、差圧ΔＰ）を検出する「状態検出手段」に相当する。差圧センサ２５によって検出される差圧ΔＰは、制御装置２６に出力される。

制御装置２６は、差圧センサ２５から入力される差圧ΔＰに基づいて冷媒貯留弁２４の開閉を制御する装置であり、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。制御装置２６は、差圧センサ２５によって検出される差圧ΔＰが所定閾値ΔＰ１未満である場合、冷媒の自然循環が停止したと判定する機能を有している。前記した「所定閾値ΔＰ１」は、冷媒の自然循環が停止したか否かの判定基準であり、事前の実験に基づいて設定されている。
また、制御装置２６は、冷媒の自然循環が停止したと判定した場合、それまで閉弁状態で維持していた冷媒貯留弁２４を開弁する機能も有している。なお、制御装置２６が実行する処理については後記する。

＜空調システムの動作＞
図１の実線矢印で示すように、凝縮器２１において凝縮した冷媒は、冷媒液管ｈを介して蒸発器２２に向かう。蒸発器２２において蒸発した冷媒は、冷媒ガス管ｋを介して凝縮器２１に向かう。なお、鉛直部ｈｂ内に存在する冷媒液柱の液ヘッドによって、自然循環が継続される。前記したように、冷媒液管ｈや冷媒ガス管ｋが鳥居配管になっていたり、凝縮器２１に冷媒液が溜まり込んでいたりすると、場合によっては、自然循環が停止することがある。

図２は、制御装置２６が実行する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２６は、差圧センサ２５によって検出される差圧ΔＰを読み込む。
ステップＳ１０２において制御装置２６は、差圧ΔＰが所定閾値ΔＰ１未満であるか否かを判定する。差圧ΔＰが所定閾値ΔＰ１未満である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、制御装置２６は、冷媒の自然循環が停止していると判定し、ステップＳ１０３の処理に進む。
一方、ステップＳ１０２において差圧ΔＰが所定閾値ΔＰ１以上である場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、制御装置２６は、冷媒の自然循環が継続していると判定し、「ＳＴＡＲＴ」に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。

ステップＳ１０３において制御装置２６は、冷媒貯留弁２４を開弁する。これによって、それまで冷媒貯留管ｇに略満液状態で貯留されていた冷媒液が、重力によって冷媒液管ｈに流れ落ちる。その結果、冷媒液管ｈ内に存在していた冷媒液が蒸発器２２に向けて押し流されるとともに、鉛直部ｈｂに冷媒液が溜められる。また、それまで冷媒貯留管ｇに貯留されていた冷媒液が冷媒液管ｈに流れ落ちることで、凝縮器２１に溜まり込んでいた冷媒液が、冷媒液管ｈや冷媒貯留管ｇに流入しやすくなる。このようにして、鉛直部ｈｂ内に存在する冷媒液柱の高さが徐々に高くなり、冷媒の自然循環が復帰する。

ステップＳ１０４において制御装置２６は、冷媒貯留弁２４を開弁してから所定時間Δｔが経過したか否かを判定する。この所定時間Δｔ（例えば、１０秒）は、冷媒貯留管ｇに貯留されていた冷媒液の略全てを冷媒液管ｈに供給できるように設定されている。冷媒貯留弁２４を開弁してから所定時間Δｔが経過した場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、制御装置２６の処理はステップＳ１０５に進む。一方、冷媒貯留弁２４を開弁してから所定時間Δｔが経過していない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、制御装置２６の処理はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０５において制御装置２６は、冷媒貯留弁２４を閉弁する。これによって、冷媒の自然循環を継続しつつ、冷媒貯留管ｇに再び冷媒液を貯留することができる。なお、冷媒貯留弁２４が閉弁された直後は、凝縮器２１において凝縮した冷媒が、鉛直部ｈｂよりも先に冷媒貯留管ｇに流入する。これは、冷媒貯留管ｇの一端ｍが、鉛直部ｈｂよりも上流側の水平部ｈａに接続されているからである。そして、冷媒貯留管ｇが略満液状態になった後、凝縮器２１において凝縮した冷媒液が鉛直部ｈｂに流入し、鉛直部ｈｂ内の冷媒液柱の高さが徐々に高くなっていく。

ステップＳ１０５の処理を行った後、制御装置２６の処理は「ＳＴＡＲＴ」に戻る。なお、冷媒貯留弁２４を開閉した場合（Ｓ１０３，Ｓ１０５）、これに伴う過渡状態を経て自然循環が安定するまでの所定時間が経過した後、制御装置２６の処理を「ＳＴＡＲＴ」に戻すことが好ましい。これによって、冷媒貯留弁２４を徒に開弁することなく、次回に備えて冷媒貯留管ｇを早期に満液状態にできるからである。

＜効果＞
本実施形態によれば、冷媒の自然循環が停止した場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、制御装置２６によって冷媒貯留弁２４を開くことで（Ｓ１０３）、それまで冷媒貯留管ｇに貯留されていた冷媒液を冷媒液管ｈに流し込み、自然循環を復帰させることができる。
なお、前記した特許文献１のように、自然循環が停止した場合に冷媒を強制循環させるポンプを備える構成では、このポンプが故障した場合に冷媒を循環させることができなくなる。これに対して本実施形態では、前記した事態が生じるおそれがないため、従来よりも信頼性の高い空調システムＳを提供できる。また、ポンプを設ける必要がない分、空調システムＳの製造コストやメンテナンスにかかるコストを低減できる。

≪第２実施形態≫
第２実施形態は、第１実施形態で説明した構成（図１参照）に吸込温度センサ２７（図３参照）及び吹出温度センサ２８（図３参照）を追加し、差圧センサ２５、吸込温度センサ２７、及び吹出温度センサ２８の検出値に基づいて冷媒の自然循環が停止したか否かを判定する点が、第１実施形態とは異なっている。なお、その他の構成については第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。

図３は、第２実施形態に係る空調システムＳＡの構成図である。
図３に示すように、空調システムＳＡは、１次側システム１０と、２次側システム２０Ａと、を備えている。１次側システム１０は、第１実施形態と同様の構成である。
２次側システム２０Ａは、凝縮器２１と、蒸発器２２と、送風機２３と、冷媒液管ｈと、冷媒ガス管ｋと、冷媒貯留管ｇと、冷媒貯留弁２４と、差圧センサ２５（状態量検出手段）と、吸込温度センサ２７（状態量検出手段、第１温度センサ）と、吹出温度センサ２８（状態量検出手段、第２温度センサ）と、制御装置２６と、を備えている。

吸込温度センサ２７は、蒸発器２２に向けて吸い込まれる室内空気（つまり、機器Ｆから吸熱した室内空気）の温度を検出するセンサである。
吹出温度センサ２８は、蒸発器２２から吹き出される室内空気（つまり、蒸発器２２において放熱した室内空気）の温度を検出するセンサである。
吸込温度センサ２７及び吹出温度センサ２８の検出値は、制御装置２６に出力される。

制御装置２６は、差圧センサ２５、吸込温度センサ２７、及び吹出温度センサ２８の検出値に基づいて、冷媒の自然循環が停止したか否かを判定し、冷媒の自然循環が停止している場合に冷媒貯留弁２４を開弁する機能を有している。

＜空調システムの動作＞
図４は、制御装置２６が実行する処理を示すフローチャートである。
ステップＳ２０１において制御装置２６は、各センサの検出値を読み込む。すなわち、制御装置２６は、差圧センサ２５、吸込温度センサ２７、及び吹出温度センサ２８の検出値を読み込む。

ステップＳ２０２において制御装置２６は、蒸発器２２における単位時間当たりの空気の放熱量ｑを算出する。すなわち、制御装置２６は、吸込温度センサ２７の検出値、及び吹出温度センサ２８の検出値に基づいて、蒸発器２２における単位時間当たりの空気の放熱量ｑを算出する。ちなみに、本実施形態では、送風機２３の回転速度を一定（例えば、３０００ｍ^３／ｈ）としている。

ステップＳ２０３において制御装置２６は、空気の放熱量ｑが所定閾値ｑ１未満であるか否かを判定する。前記した所定閾値ｑ１は、冷媒の自然循環が停止しているか否かの判定に用いられる閾値であり、事前の実験に基づいて設定されている。
ステップＳ２０３において空気の放熱量ｑが所定閾値ｑ１未満である場合（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、制御装置２６の処理はステップＳ２０４に進む。一方、空気の放熱量ｑが所定閾値ｑ１以上である場合、制御装置２６は、冷媒の自然循環が継続していると判定し、「ＳＴＡＲＴ」に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。

ステップＳ２０４において制御装置２６は、差圧センサ２５によって検出される差圧ΔＰが所定閾値ΔＰ１未満であるか否かを判定する。この所定閾値ΔＰ１は、冷媒の自然循環が停止しているか否かの判定等に用いられる閾値であり、事前の実験に基づいて設定されている。

ステップＳ２０４において差圧ΔＰが所定閾値ΔＰ１未満である場合（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、制御装置２６は、冷媒の自然循環が停止しているが、後記する「異常」は発生していないと判定し、ステップＳ２０５に進む。つまり、蒸発器２２における空気の放熱量ｑが所定閾値ｑ１未満であり（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、かつ、鉛直部ｈｂにおける差圧ΔＰが所定閾値ΔＰ１未満である場合（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、制御装置２６は、冷媒の自然循環が停止していると判定し、ステップＳ２０５の処理に進む。

ステップＳ２０５〜Ｓ２０７の処理は、第１実施形態（図２参照）で説明したステップＳ１０３〜Ｓ１０５と同様である。すなわち、制御装置２６は、冷媒貯留弁２４を所定時間Δｔだけ開弁した後（Ｓ２０５、Ｓ２０６）、冷媒貯留弁２４を閉弁する（Ｓ２０７）。これによって、冷媒貯留管ｇから冷媒液管ｈに冷媒液が流れ落ちるため、いったん停止した自然循環を復帰させることができる。
ちまみに、図４では省略したが、冷媒貯留弁２４を開閉した場合（Ｓ２０５，Ｓ２０７）、これに伴う過渡状態を経て自然循環が安定するまでの所定時間が経過した後、制御装置２６の処理を「ＳＴＡＲＴ」に戻すことが好ましい。

一方、ステップＳ２０４において差圧ΔＰが所定閾値ΔＰ１以上である場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、制御装置２６の処理はステップＳ２０８に進む。
ステップＳ２０８において制御装置２６は、冷媒の循環経路において異常が発生していると判定し、その異常を音声や画像によって管理者に報知する。つまり、蒸発器２２における空気の放熱量ｑが所定閾値ｑ１未満であり（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、かつ、鉛直部ｈｂにおける差圧ΔＰが所定閾値ΔＰ１以上である場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、制御装置２６は空調システムＳＡの異常を報知する。この場合、配管に異物が詰まっていたり、冷媒の通流／遮断を手動で切り替える弁（図示せず）が誤って閉じられたりしている可能性が高いからである。

ステップＳ２０９において制御装置２６は、異常が解消されたか否かを判定する。例えば、異常の解消を示す信号が入力手段（マウス、キーボード等：図示せず）の操作によって入力された場合、制御装置２６は、「空調システムＳＡの異常が解消された」と判定し（Ｓ２０９：Ｙｅｓ）、「ＳＴＡＲＴ」に戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。一方、空調システムＳＡの異常が解消していない場合（Ｓ２０９：Ｎｏ）、制御装置２６の処理はステップＳ２０８に進む。

＜効果＞
本実施形態によれば、差圧センサ２５、吸込温度センサ２７、及び吹出温度センサ２８の検出値に基づいて、空調システムＳＡで異常が発生しているか否かを判定できる（Ｓ２０３：Ｙｅｓ、Ｓ２０４：Ｎｏ、Ｓ２０８）。つまり、冷媒の自然循環が停止している場合において、冷媒貯留弁２４を開弁すれば自然循環が復帰するのか（Ｓ２０５）、それとも、配管の詰まり等の異常が発生しているのか、を適切に判定し、異常の発生時には管理者に報知できる（Ｓ２０８）。

≪変形例≫
以上、本発明に係る空調システムＳ，ＳＡについて各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

図５は、変形例に係る空調システムＳＢの構成図である。なお、図５では、冷媒液管ｈＢの一部（下流側）、蒸発器２２、送風機２３、冷媒ガス管ｋの一部（上流側）、及び差圧センサ２５の図示を省略している。また、冷媒液管ｈＢ・冷媒貯留管ｇＢ以外の構成については、第１実施形態（図１参照）と同様である。
図５に示す例では、冷媒液管ｈＢの水平部ｈａが、水平面上で屈曲している。つまり、水平部ｈａは、屈曲箇所Ｅよりも下流側の第１分流部ｈ１ａを備えている。この第１分流部ｈ１ａの下流端は、鉛直部ｈｂに接続されている。冷媒貯留管ｇＢは、その一端が水平部ｈａの屈曲箇所Ｅに接続され、他端が鉛直部ｈｂに接続されている。また、冷媒貯留管ｇＢは、略水平に延びる第２分流部ｇａを備えている。この第２分流部ｇａは、前記した第１分流部ｈ１ａと同軸上に配置されている。
第１、第２実施形態では、冷媒貯留弁２４（図１、図３参照）を開閉することで自然循環が復帰した後、冷媒貯留管ｇが満液状態になってから、鉛直部ｈｂに冷媒液が流れ込むように冷媒貯留管ｇが配設されていた。これに対して図５に示す構成では、冷媒貯留弁２４の閉弁直後において、第１分流部ｈ１ａを介して鉛直部ｈｂに冷媒液が流れ込むとともに、第２分流部ｇａを介して冷媒貯留管ｇＢに冷媒液が流れ込む。つまり、冷媒貯留弁２４の閉弁直後は、屈曲箇所Ｅにおいて冷媒液が分流し、鉛直部ｈｂにも冷媒液が流れ込むようになっている。これによって、冷媒貯留弁２４の閉弁直後に、鉛直部ｈｂにおける液柱の高さが一時的に低くなることが抑制されるため、自然循環が継続しやすくなる。

また、第１実施形態では、差圧センサ２５の検出値に基づいて自然循環が停止している否かを判定し、第２実施形態では、差圧センサ２５、吸込温度センサ２７、及び吹出温度センサ２８の検出値に基づいて自然循環が停止しているか否かを判定する場合について説明したが、これに限らない。例えば、冷媒の流量を検出する流量センサ（状態量検出手段：図示せず）を冷媒液管ｈ又は冷媒ガス管ｋに設置し、この流量センサの検出値が所定閾値未満である場合、冷媒の自然循環が停止したと判定するようにしてもよい。

また、各実施形態では、鉛直部ｈｂに差圧センサ２５を設置する構成について説明したが、これに限らない。すなわち、差圧センサ２５に代えて、鉛直部ｈｂの上部の圧力を検出する圧力センサと、下部の圧力を検出する別の圧力センサを設置し、各検出値の差をとることで鉛直部ｈｂ内の差圧を算出するようにしてもよい。

また、第２実施形態で説明したフローチャート（図４参照）のステップＳ２０１、Ｓ２０２の間に、吸込温度センサ２７の検出値が所定閾値以上であるか否かの判定処理を挿入してもよい。前記した判定処理において、吸込温度センサ２７の検出値が所定閾値以上である場合、制御装置２６の処理はステップＳ２０２に進む（又は、ホットアイルＨの温度が高すぎることを管理者に報知する）。一方、吸込温度センサ２７の検出値が所定閾値未満である場合、制御装置２６の処理は「ＳＴＡＲＴ」に戻る。これによって、機器Ｆの温度上昇が適切に抑制されているか否かを判定できる。

また、各実施形態では、空調システムＳ，ＳＡが１つの蒸発器２２を備える構成について説明したが、並列接続された複数の蒸発器を備えるようにしてもよい。
また、各実施形態では、機器Ｆを収納するラックＲの上側に蒸発器２２を配置する構成について説明したが、蒸発器をラックＲの背面（空気の吸込側）に設置してもよい。また、例えば、コールドアイルの床に多数の孔（図示せず）を設け、各孔を介して冷風を送り込む周知の床吹出し方式にも各実施形態を適用できる。

また、各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。

Ｓ，ＳＡ，ＳＢ空調システム
１０１次側システム
１１冷熱源
１２冷水ポンプ
２０，２０Ａ２次側システム
２１凝縮器
２２蒸発器
２３送風機
２４冷媒貯留弁
２５差圧センサ（状態量検出手段）
２６制御装置（制御手段）
２７吸込温度センサ（状態量検出手段、第１温度センサ）
２８吹出温度センサ（状態量検出手段、第２温度センサ）
ｈ，ｈＢ冷媒液管（第１配管）
ｈａ水平部
ｈｂ鉛直部
ｇ，ｇＢ冷媒貯留管
ｍ一端
ｎ他端
ｋ冷媒ガス管（第２配管）

Claims

冷熱源によって冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器よりも高さが低い位置に設けられ、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、
前記蒸発器に室内空気を送り込む送風機と、
前記凝縮器及び前記蒸発器に接続され、前記凝縮器において凝縮した冷媒を前記蒸発器に導く第１配管と、
前記蒸発器及び前記凝縮器に接続され、前記蒸発器において蒸発した冷媒を前記凝縮器に導く第２配管と、
両端が前記第１配管に接続され、液状の冷媒を貯留する冷媒貯留管と、
前記冷媒貯留管に設置される冷媒貯留弁と、
前記凝縮器、前記第１配管、前記蒸発器、及び前記第２配管を介した冷媒の自然循環が停止したか否かの判定に用いられる状態量を検出する状態量検出手段と、
前記状態量検出手段によって検出される状態量に基づいて、冷媒の自然循環が停止したと判定した場合、前記冷媒貯留弁を開弁する制御手段と、を備え、
前記第１配管は、
水平に延びる水平部と、
前記水平部の下流側に接続され、鉛直に延びる鉛直部と、を有し、
前記冷媒貯留管は、一端が前記水平部に接続され、他端が前記鉛直部に接続され、
前記状態量検出手段は、
前記鉛直部の上部における冷媒の圧力と、前記鉛直部の下部における冷媒の圧力と、の差圧を検出する差圧センサと、
前記蒸発器に向かう室内空気の温度を検出する第１温度センサと、
前記蒸発器において放熱した室内空気の温度を検出する第２温度センサと、を有し、
前記制御手段は、
前記第１温度センサの検出値、及び前記第２温度センサの検出値に基づいて、前記蒸発器における単位時間当たりの空気の放熱量を算出し、
前記放熱量が所定閾値未満であり、かつ、前記差圧センサによって検出される差圧が所定閾値未満である場合、冷媒の自然循環が停止したと判定すること
を特徴とする空調システム。
前記冷媒貯留管は、一端が前記水平部において前記鉛直部との接続箇所よりも上流側に接続され、他端が前記鉛直部に接続されていること
を特徴とする請求項１に記載の空調システム。
前記水平部は、平面視でＬ字状に屈曲しており、
前記冷媒貯留管は、一端が前記水平部の前記Ｌ字状の屈曲箇所に接続され、他端が前記鉛直部に接続され、
前記冷媒貯留管において、前記水平部との接続箇所の付近は、前記水平部と同軸に延びていること
を特徴とする請求項１に記載の空調システム。
凝縮器、第１配管、蒸発器、及び第２配管を順次介して冷媒を自然循環させる空調システムの運転方法であって、
前記空調システムは、
両端が前記第１配管に接続され、液状の冷媒を貯留する冷媒貯留管と、
前記冷媒貯留管に設置される冷媒貯留弁と、
前記蒸発器に室内空気を送り込む送風機と、を備えるとともに、
前記凝縮器、前記第１配管、前記蒸発器、及び前記第２配管を介した冷媒の自然循環が停止したか否かの判定に用いられる状態量を検出する状態量検出手段と、
前記状態量検出手段によって検出される状態量に基づいて、冷媒の自然循環が停止したと判定した場合、前記冷媒貯留弁を開弁する制御手段と、を備え、
前記蒸発器は、前記凝縮器よりも高さが低い位置に設けられ、
前記第１配管は、
水平に延びる水平部と、
前記水平部の下流側に接続され、鉛直に延びる鉛直部と、を有し、
前記冷媒貯留管は、一端が前記水平部に接続され、他端が前記鉛直部に接続され、
前記状態量検出手段は、
前記鉛直部の上部における冷媒の圧力と、前記鉛直部の下部における冷媒の圧力と、の差圧を検出する差圧センサと、
前記蒸発器に向かう室内空気の温度を検出する第１温度センサと、
前記蒸発器において放熱した室内空気の温度を検出する第２温度センサと、を有し、
前記制御手段は、
前記第１温度センサの検出値、及び前記第２温度センサの検出値に基づいて、前記蒸発器における単位時間当たりの空気の放熱量を算出し、
前記放熱量が所定閾値未満であり、かつ、前記差圧センサによって検出される差圧が所定閾値未満である場合、冷媒の自然循環が停止したと判定すること
を特徴とする空調システムの運転方法。