JP7056814B1 - 冷却装置および冷却装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、冷却装置における有効吸い込みヘッド低下による冷媒ポンプへのキャビテーションの発生を防止することを目的とする。本発明の冷却装置は、受熱器（１）、圧縮機（２）、放熱器（３）及び膨張機（４）の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルを用いた冷却装置であって、前記膨張機（４）から供給された冷媒を気相と液相とに分離するタンク（５）と、このタンク（５）で分離された液相冷媒を前記受熱器（１）へ送るポンプ（６）と、前記冷凍サイクルの圧縮機２の昇圧量を制御する制御部（７）とを備え、前記制御部（７）は、前記ポンプ（６）の有効吸い込みヘッドの値が所定の閾値を超えることを条件として前記ポンプ（６）を起動することを特徴とする。

Description

本発明は冷却装置およびその制御方法に関する。特に、データセンターの空調設備に好適な冷凍サイクルを利用した冷却装置およびその制御方法に関する。

データセンターのサーバルームなど、電子機器のような発熱源を数多く収容した空間の冷却には、冷媒を受熱、圧縮、放熱、膨張させる行程により、前記発熱源から受熱した冷媒を介して大気中に放熱する冷凍サイクルを利用した冷却装置が使用されている。
この冷凍サイクルにあっては、前記冷媒が前記サイクルの各行程で液相と気相との相変化を繰り返すことから、各行程間の管路において、冷媒の相状態を適切に維持するにより、冷凍サイクルの効率的な運転を図る必要がある。

例えば、前記冷媒循環系において、受熱器で受熱した気液混相状態の冷媒を吸い込み、所定の圧縮比で昇圧する圧縮機は、気相冷媒の圧縮を前提とする構造となっていることから、液相冷媒を圧縮することができない。そこで、圧縮機に吸い込まれる前に、気液分離タンク（一般に受熱器へ向かう気液混相冷媒から気相冷媒を分離して液相冷媒を所定レベルで貯留するタンクを兼ねている）に一時貯留することによって、混相状態の冷媒を気液分離することが必要となる。
一方、近年の環境負荷への配慮から、この冷凍サイクルで使用される冷媒として、従来の蒸発圧と凝縮圧の差が１０００ｋＰａオーダーの高圧のハイドロフルオロカーボン類（Ｈｙｄｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｃａｒｂｏｎｓ：ＨＦＣｓ：高圧のＨＦＣｓ）から、蒸発圧と凝縮圧の差が１００ｋＰａ程度かつ最大蒸気圧が１０００ｋＰａ以下の低圧のハイドロフルオロオレフィン類（Ｈｙｄｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｏｌｅｆｉｎｓ：低圧のＨＦＯｓ）などへの切替えが期待されている。

そして、上記低圧冷媒を用いた冷凍サイクルにあっては、冷媒循環系統の受熱側および放熱側の各行程で適切に気液分離を行うことが必要とされことから、例えば、圧縮機の入口側での気液分離と、受熱器へ冷媒を送るポンプの吸い込み側での気液分離とを目的とする所定容量のタンク（気液分離器）を設けている。

特開２０１６－２０５７７３号公報 特開２０１０－２４３０９５号公報

しかしながら、圧縮機の吸い込み側に前記タンクを接続した場合、圧縮機の吸い込みに伴って該タンク内の圧力が下がると、該タンクに貯留された低圧冷媒の飽和蒸気圧を下回り、該タンクから受熱器へ液相冷媒を送出するためのポンプに吸い込まれる液相冷媒にキャビテーションが発生することがあり得る。また、冷凍サイクルの起動時等、冷媒の温度が高い場合には、飽和蒸気圧曲線上の飽和蒸気圧が高くなるため、前記キャビテーションの発生リスクが高くなる傾向がある。
このような原因によりキャビテーションが発生すると、前記ポンプから送り出される冷媒の流量の低下を招き、受熱器へ十分な流量の液相冷媒を供給することができなくなって、冷却装置から冷却対象へ供給する冷却空気を所定の温度以下に維持することが困難になる。
このキャビテーション発生の傾向は、低圧冷媒を用いた場合により顕著であるため、冷却能力を適切に維持するには、前記ポンプの運用に細心の注意を払うことが求められる。

本願に関連する特許文献１には、冷凍サイクルに設けられて冷媒を供給するポンプについての記述が存在するものの、冷媒が放熱器～タンク～ポンプ～膨張弁という経路を経て受熱器へ供給されるサイクルであるため、前述の特性を有する低圧冷媒を用いた冷凍サイクルのキャビテーションの防止に直ちに適用し得るものではない。

本願に関連する特許文献２には、気液分離器を内蔵する渦流式冷媒液ポンプに関する技術が開示されているが、前述の特性を有する低圧冷媒を圧送するポンプにおける冷媒のキャビテーションを防止する技術を開示するものではない。

この発明は、冷媒の循環により冷却を行う冷凍サイクル中において、液相冷媒の圧送に使用されるポンプにおけるキャビテーションの発生を防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明の第１の態様は、以下の手段を提案している。
本発明の第１の態様にかかる冷却装置は、受熱器、圧縮機、放熱器及び膨張弁の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルを用いた冷却装置であって、前記膨張弁から供給された冷媒を気液分離する気液分離器と、この気液分離器で分離された液相冷媒を前記受熱器へ送るポンプと、前記冷凍サイクルの冷媒流路の開閉、圧縮機およびポンプの運転停止を制御する制御部とを備え、前記制御部は、ポンプの運転、停止を制御するものであって、前記ポンプの有効吸込ヘッドが所定の値以上となったことを条件として前記ポンプの運転を開始することを特徴とする。

またこの発明の第２の態様は、以下の手段を提案している。
本発明の第２の態様にかかる冷却装置の制御方法は、受熱器、圧縮機、放熱器及び膨張機の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルを用いた冷却装置の制御方法であって、
制御部が、ポンプの運転、停止を制御し、前記ポンプの有効吸込ヘッドが所定の値以上となったことを条件として前記ポンプの運転を開始することを特徴とする。

本発明では、冷凍サイクルを構成する各所で冷媒を気相、液相の適切な相とすることができる。

本発明の最小構成例にかかる冷却装置の配管系統図である。 本発明の最少構成例にかかる冷却装置の制御方法の工程図である。 本発明の第１実施形態にかかる冷却装置の制御部の動作のフローチャートである。 本発明の第１実施形態にかかる冷却装置の全体構成を示す配管系統図である。 本発明の第２実施形態にかかる冷却装置の全体構成を示す配管系統図である。 本発明の第３実施形態にかかる冷却装置の制御部の動作のフローチャートである。 本発明の第３実施形態にかかる冷却装置の全体構成を示す配管系統図である。 本発明の第４実施形態にかかる冷却装置の制御部の動作のフローチャートである。 本発明の第４実施形態にかかる冷却装置の全体構成を示す配管系統図である。

本発明の最小構成にかかる形態の冷却装置の構成について図１を参照して説明する。
この冷却装置は、受熱器１、圧縮機２、放熱器３及び膨張機４の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルを用いた冷却装置であって、前記膨張機４から供給された冷媒を気相と液相とに分離するタンク５と、このタンク５で分離された液相冷媒を前記受熱器１へ送るポンプ６と、前記冷凍サイクルの圧縮機２の昇圧量を制御する制御部７とを備え、前記制御部７は、ポンプ６の運転、停止を制御するものであって、前記ポンプ６の有効吸込ヘッドが所定の値以上となったことを条件として前記ポンプの運転を開始する。すなわち、圧縮機２を運転して、図１に矢印Ａで示す放熱器側ループ（冷媒の循環ループ）を流れる冷媒の温度を下げた後、有効吸い込みヘッドが所定の値以上となったことを条件として、図１に矢印Ｂで示す受熱器側ループ（冷媒の循環ループ）へ冷媒を流す。

上記構成によれば、前記制御部７により、前記ポンプ６に吸い込まれる冷媒の有効吸い込みヘッド、すなわち、前記タンク５で分離されてポンプ６に吸い込まれる冷媒液（液相冷媒）の圧力測定値と、前記タンク５内の液面からポンプ６までのヘッド差（高さの差により、その時点の温度における冷媒液の密度と重力により生じる圧力）と、タンク５内の冷媒の飽和蒸気圧力とによって定まる圧力が所定以上である条件下で前記ポンプ６を起動するから、吸引される冷媒液にキャビテーションが生じることがなく、冷却サイクルにおける冷媒の円滑な循環を維持することができる。

なお上記制御部７の制御において実際に測定されるパラメータを使った計算式の例として、下記の（１）式がある。
有効吸い込みヘッド
＝（ポンプ入口圧力－飽和蒸気圧）／（冷媒液密度×重力加速度）
……（１）式
なお、本発明が実施される温度範囲では、冷媒液の密度変化は無視できる程度に小さいので、制御上は、定数として取り扱うことができる。

本発明の最小構成にかかる冷却装置の制御方法について、図２を参照して説明する。
この冷却装置の制御方法は、受熱器１、圧縮機２、放熱器３及び膨張機４の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルを用いた冷却装置の制御方法であって、制御部７が、ポンプ６の運転、停止を制御し、前記ポンプ６の有効吸込ヘッドが所定の値以上となったことを条件として前記ポンプ６の運転を開始することを特徴とする。すなわち、図１に矢印Ａで示す放熱器側ループ（冷媒の循環ループ）を流れる冷媒の温度を下げた後、有効吸い込みヘッドが所定の値以上となったことを条件として、図１に矢印Ｂで示す受熱器側ループ（冷媒の循環ループ）へ冷媒を流すよう冷却装置を制御する。

上記最小構成にかかる制御方法のより具体的な制御ステップの例は下記の通りである。
ＳＰ１
制御部７がポンプ６の入口圧力、温度の検出値と冷媒の物性値（例えば、当該温度における飽和蒸気圧）についての測定データおよび既知のデータをパラメータとして、上記（１）式に基づく計算により、有効吸い込みヘッドを検出する。
ＳＰ２
制御部７が前記有効吸い込みヘッドを予め求められた有効吸い込みヘッドの管理値（所定値）と比較する。
ＳＰ３
前記有効吸い込みヘッドが所定値を超えたことを条件として、制御部７がポンプ６の運転を開始する。

上記構成によれば、吸い込まれる冷媒液の圧力がその時点の飽和蒸気圧に応じた所定の有効吸い込みヘッド以上であることを条件にポンプ６が起動されるので、ポンプ６の吸い込み側におけるキャビテーションの発生を防止することができる。

（第１実施形態）
以下、図３、４を参照して本発明の第１実施形態を説明する。なお図４において、図１と共通の構成要素には同一符号を付し、説明を簡略化する。
受熱器１は、例えば、サーバルーム等の内部のサーバー等の発熱源の上部に配置される天井設置ユニットに設けられるものであって、例えば冷媒が流れる配管と、冷却対象であるサーバーの排気との熱交換を促進するために必要な接触面積を有するフィンとを備える。また受熱器１は、サーバー内を通過することによって内部の発熱源の熱を吸収して前記サーバルームのホットアイル側（サーバルームにおける、昇温した冷却空気が排出される側の通路）に排出され、昇温に伴って上昇気流となった空気を前記フィンに接触させることにより、前記排出された空気から受熱し、内部を流れる冷媒が受熱量に応じて蒸発させる蒸発器として機能する。この受熱器１で受熱した冷媒は、受熱量に応じて気相となり、気液混相状態で排出される。
配管８ａは、前記受熱器１を前記気液分離器（具体的には密閉タンクであり、以下タンクと称す）５に接続し、配管８ｂは、前記タンク５の気相部分（上部）を前記圧縮機２の吸い込み側に接続する。

配管８ｃは、前記圧縮機２の吐出側を放熱器３に接続する。該放熱器３は、例えば、サーバルームを備えた建物の屋外に設置され、前記圧縮機２で圧縮された冷媒を例えば大気と熱交換することにより、放熱して沸点以下となり液相となる。
配管８ｄは、前記放熱器３と膨張弁４とを接続する。前記放熱器３で放熱して液相となった冷媒は、膨張機としての膨張弁４において膨張する。
配管８ｅは、前記膨張弁４で膨張して気液混相状態となった冷媒をタンク５へ供給する。

配管８ｆは、前記タンク５の液面Ｌより下側の部分と前記ポンプ６の吸い込み側とを接続し、配管８ｇは、前記ポンプ６の吐出側と前記受熱器１とを接続する。この配管８ｇの途中には、冷媒の流路を開閉する弁Ｖが設けられている。なお、一の冷凍サイクル（受熱器側ループＢを流れる冷媒の系統）に複数の受熱器１を並列に設ける場合、各受熱器１へ向かう配管８ｇにそれぞれ設けた弁Ｖの開度を調整することにより、複数の受熱器１の受熱量の相違、各受熱器１へ向かう配管８ｇの流路抵抗の相違に応じて必要な量の冷媒を分配することができる。
前記タンク５で気液分離された液相冷媒は、前記配管８ｆを経由してポンプ６に吸い込まれ、配管８ｇを経由して受熱器１へ供給される。以下、受熱器１においてサーバーの排気等の熱源から受熱し、再度タンク５へ流入して冷凍サイクル中を循環する。

温度センサＴは、前記配管８ｆの途中の前記ポンプ６に吸い込まれる直前の位置で冷媒の温度を測定し、圧力センサＰは、同様に、前記ポンプ６に吸い込まれる直前の位置で冷媒の圧力を測定する。

前記制御部７は、前記温度センサＴ、前記圧力センサＰから供給された温度、圧力のデータと、データベースＤＢ１に記憶された必要吸い込みヘッドの計算式とから、前記ポンプ６の起動を制御する。なお前記データベースＤＢ１は、前記制御部７に制御プログラムや記憶データとしてメモリに搭載され、あるいは、制御部７とは物理的に別体のサーバーに格納されていて、通信回線を経由してデータを授受するものとする。なお制御部７の制御の詳細については、冷却装置の動作とともに図３を参照して後述する。

図３のフローチャートを参照して、図３の構成を有する第１実施形態の冷却装置の動作とともに、前記制御部７の制御内容を説明する。
ＳＰ１１
圧縮機２が起動されて冷媒が放熱器側ループＡを循環していることを条件に制御が実行される。なお前記放熱器３は、例えば、図示しないファンを起動して冷却空気（外気）を供給すること、あるいは、図示しないポンプを起動して冷却水を供給することにより起動され、また膨張機４を構成する弁を所定開度に開くことにより起動される。
ＳＰ１２
制御部７は、圧縮機２の駆動モータを制御して、冷媒を所定の圧縮比まで徐々に昇圧する。
ＳＰ１３
制御部７は、温度センサＴ、圧力センサＰから、ポンプ６の入口側の冷媒の温度と圧力のデータを取得する。
ＳＰ１４
制御部７は、データベースＤＢを参照し、温度センサＴから供給された温度から冷媒液の密度と飽和蒸気圧を算出する。また、前述の
有効吸い込みヘッド＝（ポンプ入口圧力－飽和蒸気圧）／（冷媒液密度×重力加速度）
（１）式
にしたがって必要吸い込みヘッドを計算する。
上記（１）式に基づく有効吸い込みヘッドの算出において、ポンプ入口圧力Ｐは、圧縮機２による冷媒の昇圧に伴って冷媒温度Ｔが低下し、また、飽和蒸気圧は、冷媒温度の低下に伴って低下する。なお第１実施形態においては、冷媒温度Ｔの変化にかかわらず、冷媒の密度は一定であるものとする。
また有効吸い込みヘッドの閾値を下記の（２）式により計算する。
閾値＝ｆ×（有効吸い込みヘッド－必要吸い込みヘッド） ……（２）式
ここで、なお必要吸い込みヘッドは、前記ポンプ６の性能特性（設計上定まり、あるいは実測により得られた流量、圧力特性）により決定される、キャビテーションを生じない最小吸い込み圧力であり、係数ｆは、運転条件や測定誤差を考慮して確実にキャビテーションを防止するために乗じる安全率である。

ＳＰ１５
制御部７は、有効吸い込みヘッドが閾値を超えたかを判断し、Ｎｏの場合は前記ＳＰ１３へ戻って有効吸い込みヘッドの上昇を待ち、Ｙｅｓの場合には、次のステップへ進む。
ＳＰ１６
制御部７は、ポンプ６を起動する。
ＳＰ１７
制御部７は、受熱部１を起動する。具体的には、弁Ｖを開いて、タンク５から吸い込んだ冷媒を受熱器１へ供給する。また、受熱器１に設けられたファン（図示略）を起動し、サーバルームの空気を吸引して受熱器１へ送り、冷媒と熱交換する。
ＳＰ１８
以上のステップにより冷凍サイクル中を冷媒が循環し、圧縮機２が冷媒を継続的に圧縮する。すなわち、受熱器側ループＢで受熱した理冷媒を放熱器側ループＡで圧縮～放熱して再度受熱器側ループＢへ供給する冷凍サイクルの運転が継続する。

上記第１実施形態にあっては、ポンプ６の有効吸い込みヘッドを必要吸い込みヘッド以上に維持することができるので、冷凍サイクルの運転開始直後から、キャビテーションを発生することなく、ポンプ６から受熱器１へ安定して冷媒を供給することができる。

（第２実施形態）
図５を参照して本発明の第２実施形態を説明する。なお図５において、図１、４と共通の構成要素には同一符号を付し、説明を簡略化する。
この第２実施形態は、ポンプ６の吸い込み側と吐出側とを配管（バイパス管路）８ｈで接続し、その途中にバイパス弁９aを設けた構成となっている。

この第２実施形態にあっても、前記制御部７は、前記第１実施形態で実行される図３に示すフローチャートと同様の処理ステップＳＰ１１～ＳＰ１８による制御を行う。
この第２実施形態にあっては、前記バイパス管路８ｈによってポンプ６の吐出側から吸い込み側へバイパス弁９ａの開度に応じた量の冷媒を循環させることができるので、ポンプ６にキャビテーションを生じ難い所定以上の流量の冷媒を吸い込ませることができ、また、バイパス管路８ｈを経由して循環することにより、ポンプ６を繰り返し通過する冷媒の温度上昇を前記バイパス管路８ｈの配管８ｆへの合流部とポンプ６の吸い込み側との間で温度センサＴにより温度を測定しているので、バイパス管路８ｈを循環することに伴って冷媒の温度が上昇した場合であっても、この温度上昇を的確に有効吸い見込みヘッドの計算式における温度ごとの飽和蒸気圧に反映して、正確に有効吸い込みヘッドを算出することができる。

（第３実施形態）
図６、７を参照して本発明の第３実施形態を説明する。なお図７において、図１、４、５と共通の構成要素には同一符号を付し、説明を簡略化する。
この第５実施形態にあっては、制御部７によるポンプ６の制御に用いられる有効吸い込みヘッドの計算式のパラメータとして、前記第１、第２実施形態のポンプ６の入口における冷媒温度、冷媒圧力に代えて前記タンク５内の冷媒温度、冷媒圧力を採用し、さらに、前記タンク５内の冷媒の液面高さを用いたものである。
具体的には、前記タンク５は、冷媒温度を検出する温度センサＴを底部（液相状態が担保される位置）に備え、冷媒圧力を検出する圧力センサＰを上部（気相状態が担保される位置）に備える。また前記タンク５は、該タンク５内に貯留された液相冷媒の液面Ｌを検出する液面センサＬを上部に備える。
すなわち制御部７は、圧力センサＰ、冷媒温度センサＴ、液面センサＬから測定データの供給を受けて有効吸い込みヘッドを計算するデータベースＤＢ２を備え、該データベースＤＢ２は、下記の（１’）式により有効吸い込みヘッドを算出する。
有効吸い込みヘッド＝気液分離器内の液面高さ
＋（気液分離器内圧力－配管圧損－飽和蒸気圧）／（冷媒液密度×重力加速度）
……（１’）式
なお、配管圧損は、冷媒の流量（流速、配管径によって定まる）に所定の圧力損失係数Ｋを乗じることにより算出することができる。

図６のフローチャートを参照して、第３実施形態の冷却装置の動作とともに、制御部７の制御内容を説明する。
ＳＰ１１
圧縮機２の起動により冷媒が放熱器側ループＡを循環していることを条件に制御を開始する。
ＳＰ１２
制御部７は、圧縮機２の駆動モータを制御して、冷媒を所定の圧縮比まで徐々に昇圧する。
ＳＰ１３”
制御部７は、温度センサＴ、圧力センサＰから、タンク５内の冷媒の温度と圧力のデータを取得し、液面センサＬから、タンク５内の液面レベルのデータを取得する。
ＳＰ１４’
制御部７は、データベースＤＢ２を参照し、温度センサＴから供給された温度から冷媒液の密度と飽和蒸気圧を算出する。また、前述の
有効吸い込みヘッド＝気液分離器内の液面高さ
＋（気液分離器内圧力－配管圧損－飽和蒸気圧）／（冷媒液密度×重力加速度）
……（１’）式
にしたがって必要吸い込みヘッドを計算する。
上記（１’）式に基づく有効吸い込みヘッドの算出においては、圧縮機２による冷媒の昇圧に伴って冷媒温度Ｔが低下し、また、飽和蒸気圧は、冷媒温度の低下に伴って低下する。また、液面高さから、前記タンク５内の液面高さに拠り加わる圧力が有効仕込みヘッドに反映される。なお第３実施形態においては、冷媒温度Ｔの変化にかかわらず、冷媒の密度は一定であるものとする。

ＳＰ１５
制御部７は、前記第１、第２実施形態と共通の（２）式により得られた閾値を有効吸い込みヘッドが超えたかを判断し、Ｎｏの場合は前記ＳＰ１３’へ戻って有効吸い込みヘッドの上昇を待ち、Ｙｅｓの場合には、次のステップへ進む。
ＳＰ１６
制御部７は、ポンプ６を起動する。
ＳＰ１７
制御部７は、受熱部１を起動する。具体的には、弁Ｖを開いて、タンク５から吸い込んだ冷媒を受熱器１へ供給する。また、受熱器１に設けられたファン（図示略）を起動し、サーバルームの空気を吸引して受熱器１へ送り、冷媒と熱交換する。
ＳＰ１８
以上のステップにより冷凍サイクル中を冷媒が循環し、圧縮機２が冷媒を継続的に圧縮する。すなわち、受熱器側ループＢで受熱した理冷媒を放熱器側ループＡで圧縮～放熱して再度受熱器側ループＢへ供給する冷凍サイクルの運転が継続する。

上記構成によれば、ポンプ６のキャビテーションの発生を防止し得る必要吸い込みヘッドを、ポンプ６の吸い込み部の配管８ｆに別途センサを設けることなく、タンク５内の圧力、温度、液面を測定するために設けたセンサにより取得したデータを利用して、算出することができる。

（第４実施形態）
図８、９を参照して本発明の第４実施形態を説明する。なお図９において、図１、４、７と共通の構成要素には同一符号を付し、説明を簡略化する。
この第４実施形態にあっては、制御部７がデータベースＤＢ３に格納されたポンプ６の運転開始までの待機時間に応じて制御を行う。
なお待機時間は、例えば外気温毎の冷凍サイクルの運転実績データに基づいて、ポンプ６の吸い込み側の圧力が、キャビテーションを発生させることのない有効吸い込みヘッドに達するまでの圧縮機２の運転時間に応じた昇圧量に基づいて定まり、下記の（３）式によって算出される。
待機時間＝ＫＴ×圧縮機昇圧量……（３）式
なおＫＴは、昇圧に伴って冷媒温度が下がり始めるまでに十分な時間であって、冷凍サイクルの昇圧度とキャビテーション発生の有無（ポンプの運転状況）とについての運転実績データに基づいて定められ、この冷媒温度の低下に到るまでに圧縮機に求められる昇圧量を待機時間に換算するための定数である。

図８のフローチャートを参照して、第４実施形態の冷却装置の動作とともに、制御部７の制御内容を説明する。
ＳＰ１１
圧縮機２が運転されて冷媒が冷凍サイクルを循環していることを条件に制御が実行される。
ＳＰ１２
制御部７は、圧縮機２の駆動モータを制御して、冷媒を所定の圧縮比まで徐々に昇圧する。
ＳＰ１３”
制御部７は、データベースＤＢ３から前記（３）式に基づいて計算された待機時間のデータを取得する。
ＳＰ１５’
制御部７は、データベースＤＢ３に予め設定された閾値を前記待機時間が超えたかを判断し、Ｙｅｓ（待機時間が閾値を超える）を待って次のステップへ進む。
ＳＰ１６
制御部７は、ポンプ６を起動する。
ＳＰ１７
制御部７は、受熱部１を起動する。具体的には、弁Ｖを開いて、タンク５から吸い込んだ冷媒を受熱器１へ供給する。また、受熱器１に設けられたファン（図示略）を起動し、サーバルームの空気を吸引して受熱器１へ送り、冷媒と熱交換する。
ＳＰ１８
以上のステップにより冷凍サイクル中を冷媒が循環し、圧縮機２が冷媒を継続的に圧縮する。すなわち、受熱器側ループＢで受熱した理冷媒を放熱器側ループＡで圧縮～放熱して再度受熱器側ループＢへ供給する冷凍サイクルの運転が継続する。

上記構成によれば、冷媒の圧力がポンプ６の有効吸い込みヘッドに達することが予想される所定時間にわたって、前記ポンプ６の運転を待つことにより、キャビテーションの発生を防止することができる。また上記制御は、例えば、季節的要因による外気温、冷却対象となるサーバーの負荷の変動によるサーバルームの室温等に応じて複数の待機時間の閾値から選択しても良い。また、この制御は、予め設定された時間の経過に基づいて実行されるから、冷凍サイクルの各所にセンサを設けて圧力、温度等を測定する必要がなくなり、冷凍装置の構成を簡略化することができる。すなわち、有効吸い込みヘッドが所定の圧力以上となったという条件の成立の有無を時間という測定値を用いて間接的に判断することができる。

なお、冷凍サイクルを構成する受熱器、圧縮機、放熱器、気液分離器、膨張機、ポンプ、制御部の具体的構成は実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更しても良いのはもちろんである。例えば、膨張機については、液相冷媒の流路中にあって、流路に絞りを与えることにより冷媒を減圧、膨張させる機能を有し、実施形態における弁の他、オリフィス（単なる絞り）、キャピラリ（コイル状に成形された所定の長さの細い管であって、断面積の小さい流路を流すことによって流体に抵抗を与える）を採用することができる。

また、前記第１実施形態～第４実施形態で行われるポンプ６の起動制御は、単独での実施に限られるものではなく、複数の制御を組み合わせて実施しても良い。また、複数組み合わせた実施に際し、有効吸い込みヘッドの増減に対する応答速さ、他の系の冷凍サイクルの負荷への影響等の条件を考慮して、いずれかの制御を優先して実行するようにしても良い。

本発明の冷却装置および冷却方法は、データセンター等の空気調和の用途に利用することができる。

１ 受熱器
２ 圧縮機
３ 放熱器
３ａ ファン
３ｂ 冷却風調整板
４ 膨張機
５ 気液分離器（タンク）
６ ポンプ
７ 制御部
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ 配管
９ａ バイパス弁
ＤＢ１、ＤＢ１’、ＤＢ２、ＤＢ３ データベース
Ｔ 温度センサ
Ｐ 圧力センサ
Ｌ 液面センサ
Ｖ 弁

Claims (7)

1. 受熱器、圧縮機、放熱器及び膨張弁の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルを用いた冷却装置であって、
   前記膨張弁から供給された冷媒を気液分離する気液分離器と、この気液分離器で分離された液相冷媒を前記受熱器へ送るポンプと、前記冷凍サイクルの冷媒流路の開閉、圧縮機およびポンプの運転停止を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記ポンプの有効吸込ヘッドが所定の値以上となったことを条件として前記ポンプの運転を開始し、
   前記ポンプと前記気液分離器の間であって前記ポンプの前後を接続するバイパス弁配管の内側の液相部分の圧力を測定する圧力センサ、および、冷媒の温度を測定する温度センサの検出データから前記有効吸込ヘッドを算出する、
   冷却装置。
2. 前記制御部は、前記ポンプと前記気液分離器の間の圧力と、冷媒の飽和蒸気圧と、冷媒の液密度とによって前記有効吸込ヘッドを算出する、
   請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記制御部は、前記ポンプと前記気液分離器の間の液相部分の圧力を測定する圧力センサ、および、冷媒の温度を測定する温度センサの検出データから前記有効吸込ヘッドを算出する、
   請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記制御部は、前記気液分離器内部の液面高さと、気相部分の圧力と、冷媒の飽和蒸気圧と、冷媒の密度とによって前記有効吸込ヘッドを算出する、
   請求項１に記載の冷却装置。
5. 前記制御部は、前記気液分離器の液面を測定する液面センサ、前記気液分離器の気相部分の圧力を測定する圧力センサ、および、前記気液分離器内の冷媒の温度を測定する温度センサの検出データから前記有効吸込ヘッドを算出する、
   請求項１に記載の冷却装置。
6. 前記制御部は、前記圧縮機の起動後、所定時間経過したことを条件として前記ポンプの運転を開始する、
   請求項１に記載の冷却装置。
7. 受熱器、圧縮機、放熱器及び膨張弁の間で冷媒を循環させる冷凍サイクルを用いた冷却装置の制御方法であって、
   制御部が、前記膨張弁から供給された冷媒を気液分離する気液分離器で分離された液相冷媒を前記受熱器へ送るポンプの運転を制御し、前記ポンプの有効吸込ヘッドが所定の値以上となったことを条件として前記ポンプの運転を開始し、
   前記ポンプと前記気液分離器の間であって前記ポンプの前後を接続するバイパス弁配管の内側の液相部分の圧力を測定する圧力センサ、および、冷媒の温度を測定する温度センサの検出データから前記有効吸込ヘッドを算出する、
   冷却装置制御方法。

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