JPWO2018179158A1 - 管理装置、管理方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
(構成)
まず、本発明の第1の実施形態に係る冷却システムの構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態の冷却システム1の構成を示すブロック図である。図1のように、本実施形態の冷却システム1は、管理装置10および冷却装置20を備える。発熱体100は、冷却システム1によって冷却される対象物である。
図2は、管理装置10の詳細構成を示すブロック図である。管理装置10は、入力手段11、抜熱量算出手段12、記憶手段13、風量算出手段14および出力手段15を有する。本実施形態においては、管理装置10の出力を表示装置60に表示させる例を示す。表示装置60は、一般的なディスプレイである。なお、管理装置10の出力は、表示装置60に表示させず、別のシステムに送信したり、何らかの演算に使用したりしてもよい。
E=CL×F×d・・・(1)
式1において、供給冷媒流量Fと供給冷媒密度dとの積は、質量流束に相当する。すなわち、抜熱量Eは、冷媒の冷却能力CLと質量流束との積に相当する。
dT=To−Tri・・・(2)
排気温度Toは、風量:V、吸気温度Ti、消費電力P、空気の密度cおよび比熱ρを用いて、以下の式3のような関数で表現できる。
To=Ti+P/(c×ρ×V)・・・(3)
図6は、冷却装置20に供給される空気の風量Vと、差分温度dTとを対応させたグラフの一例である。図6のグラフは、差分温度dTの風量依存性を示す。風量Vが小さいと、発熱体100の内部に空気が滞在する時間が長くなり、排気温度Toが高くなる。一方、風量Vが大きいと、発熱体100の内部に空気が滞在する時間が短くなり、排気温度Toは低くなる。
次に、冷媒情報取得装置51について説明する。図8は、冷媒情報取得装置51の構成を示すブロック図である。図8のように、冷媒情報取得装置51は、供給冷媒温度計511、供給冷媒流量計512、排出冷媒温度計513、排出冷媒圧力計514、送信手段515を有する。供給冷媒温度計511および供給冷媒流量計512は、供給管21に配置され、送信手段515と通信可能に接続される。また、排出冷媒温度計513および排出冷媒圧力計514は、排出管25に配置され、送信手段515と通信可能に接続される。
次に、電力計測器53について説明する。図9は、電力計測器53の構成を示すブロック図である。図9のように、電力計測器53は、電力計531、送信手段533を有する。
図10は、管理装置10から出力された風量に関する情報を表示装置60に表示させる一例である。図10の例では、表示装置60の画面61に、冷却装置20に供給されている風量を表示させる表示部611を表示させる。なお、図10の表示装置60に表示させる情報は、排気や冷媒の温度などのように風量以外の情報を含んでいてもよい。
次に、本実施形態の管理装置10の動作の概略について図面を参照しながら説明する。図11は、管理装置10の動作の概略について説明するためのフローチャートである。
図12において、まず、抜熱量算出手段12は、冷却装置20に使用される冷媒のモリエル線図に冷媒温度を当てはめて、冷却装置20の冷却能力CLを導出する(ステップS121)。なお、予め格納された冷却能力CLを用いる場合は、ステップS121を省略できる。
図13において、まず、風量算出手段14は、冷却装置20の熱伝達特性と、発熱体100の排熱温度と冷却装置20の冷媒温度との差分温度dTの風量依存性とを用いて、冷却装置20の抜熱量Eの風量依存性を導出する(ステップS131)。
(構成)
次に、本発明の第2の実施形態に係る冷却システムの構成について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の冷却システムは、発熱体および冷却システムが設置される室内を調温する空調装置を備える点で、第1の実施形態とは異なる。
次に、本発明の第3の実施形態に係る冷却システムについて説明する。本実施形態の冷却システムは、発熱体の排気と吸気との温度差(以下、温度上昇値DT)を算出する点で第1の実施形態とは異なる。
DT=To−Tsa・・・(4)
温度差算出手段16は、算出した温度上昇値DTを出力手段15に出力する。
次に、本実施形態の管理装置10−3の動作の概略について図面を参照しながら説明する。図18は、管理装置10−3の動作の概略について説明するためのフローチャートである。
図19において、まず、温度差算出手段16は、冷却装置20の差分温度の風量依存性に、算出した風量を当てはめて発熱体100の排気温度Toを導出する(ステップS341)。
次に、本発明の第4の実施形態に係る冷却システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の冷却システムは、冷却装置に供給される空気の風量に基づいて空調装置を制御する点が第3の実施形態とは異なる。また、本実施形態では、空調装置を制御するために、空調装置の設定風量に関する情報を用いる。
図22は、空調装置30の構成を示すブロック図である。図22のように、空調装置30は、入力手段31、ファン制御手段33、ファン駆動手段35およびファン37を有する。なお、図22は、空調装置30の構成を概念的に示すものであり、本実施形態に係る空調装置30の構成を限定するものではない。
次に、本実施形態の管理装置10−4の動作について図面を参照しながら説明する。図23は、管理装置10−4の動作について説明するためのフローチャートである。
図24において、まず、空調制御手段17は、温度差算出手段16が算出した温度上昇値DTが所定の範囲内であるか否かを判定する(ステップS451)。
次に、本発明の第5の実施形態に係る冷却システムについて説明する。本実施形態の冷却システムは、複数のサーバラックから構成されるサーバシステムを発熱体とする例に関する。
図27のように、本実施形態は、管理装置10−5の入力手段11が排気温度取得装置55に接続されている点が、第4の実施形態とは異なる。また、管理装置10−5は、排気温度取得装置55によって取得された発熱体100−2〜6の排気温度T0と吸気温度Ti(空調設定温度Tsa)との差を温度上昇値DTとして温度差算出手段16が算出する点が、第4の実施形態とは異なる。
次に、本実施形態の冷却システムの動作について図面を参照しながら説明する。図30は、本実施形態の冷却システムの動作を説明するためのフローチャートである。
ここで、本実施形態の冷却システムにおける管理装置10−5の空調制御手段17による空調装置30を制御する一例について説明する。
ここで、本実施形態に係る管理装置の演算処理や制御処理を実行するハードウェア構成について、図34のコンピュータ90を一例として挙げて説明する。なお、図34のコンピュータ90は、各実施形態の管理装置の制御系統を実現するための構成例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、本実施形態に係る管理装置は、図34に図示した構成の全てを備えていなくてもよいし、図34に図示していない構成を備えていてもよい。
〔付記〕
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
発熱体の既知の吸気温度と、前記発熱体の近傍に設置され、前記発熱体からの排気を冷却する冷却装置の熱伝達特性とが格納される記憶手段と、
前記冷却装置に使用される冷媒の冷媒情報と、前記発熱体の消費電力とを入力とする入力手段と、
前記入力手段によって入力された前記冷媒情報と、前記冷媒の冷却能力とを用いて前記冷却装置の抜熱量を算出する抜熱量算出手段と、
前記吸気温度と前記消費電力と前記冷媒情報とを用いて導出される前記冷媒の温度と前記発熱体からの排気の温度との差分温度の風量依存性と、前記熱伝達特性とを用いて導出した前記抜熱量の風量依存性に前記抜熱量を当てはめて、前記冷却装置に供給される空気の風量を算出する風量算出手段と、
前記風量算出手段によって算出された風量に関するデータを出力する出力手段とを備える管理装置。
(付記2)
前記入力手段は、
前記冷却装置に供給される前記冷媒の温度である供給冷媒温度と、前記冷却装置に供給される前記冷媒の流量である供給冷媒流量と、前記冷却装置から排出される前記冷媒の温度である排出冷媒温度と、前記冷却装置から排出される前記冷媒の圧力である排出冷媒圧力とを前記冷媒情報として取得する付記1に記載の管理装置。
(付記3)
前記抜熱量算出手段は、
前記冷媒の熱量と圧力との関係に、前記供給冷媒温度と前記排出冷媒温度と前記排出冷媒圧力とを当てはめて導出される前記冷却能力を用いて前記抜熱量を算出する付記2に記載の管理装置。
(付記4)
前記抜熱量算出手段は、
前記冷媒の熱量と圧力との関係を示すモリエル線図に関して、前記供給冷媒温度に基づいた過冷却液の膨張後の等温線と、前記排出冷媒圧力に基づいた加熱蒸気の等圧線との交点における第1の比エンタルピーと、前記排出冷媒温度に基づいた加熱蒸気の等温線と前記等圧線との交点における第2の比エンタルピーとの差を前記冷却能力として導出する付記2または3に記載の管理装置。
(付記5)
前記抜熱量算出手段は、
前記冷却装置の前記冷却能力と、前記冷媒の流束とを積算して前記抜熱量を算出する付記2乃至4のいずれか一項に記載の管理装置。
(付記6)
前記記憶手段は、
前記冷却装置に供給される空気の風量と、前記冷却装置の熱コンダクタンスとを対応付けた特性を前記熱伝達特性として格納する付記2乃至5のいずれか一項に記載の管理装置。
(付記7)
前記風量算出手段は、
前記冷却装置に供給される空気の風量と、前記発熱体の排気温度と前記供給冷媒温度との差を対応付けた特性を前記差分温度の風量依存性として用いる付記2乃至6のいずれか一項に記載の管理装置。
(付記8)
前記風量算出手段が算出した風量を前記差分温度の風量依存性に当てはめて前記発熱体の前記排気温度を導出し、前記排気温度と前記吸気温度との差を温度上昇値として算出する温度差算出手段を備える付記7に記載の管理装置。
(付記9)
前記発熱体が配置される室内を前記吸気温度に調温する空調装置を制御する空調制御手段を備え、
前記空調制御手段は、
前記温度差算出手段が算出した前記温度上昇値に基づいて前記空調装置を制御する付記8に記載の管理装置。
(付記10)
前記記憶手段には、
前記空調装置の設定風量が格納され、
前記空調制御手段は、
前記設定風量を参照し、前記温度上昇値に基づいて前記空調装置を制御するための制御信号を生成し、
前記出力手段は、
前記空調制御手段が生成した前記制御信号を前記空調装置に送信する付記9に記載の管理装置。
(付記11)
前記冷却装置が設置される少なくとも一つの第1の発熱体と、前記冷却装置が設置されない少なくとも一つの第2の発熱体とが併設されたシステムにおいて、
前記入力手段は、
前記第2の発熱体の前記排気温度を取得し、
前記温度差算出手段は、
前記第1の発熱体に関しては、前記風量算出手段が算出した風量を前記差分温度の風量依存性に当てはめて算出した前記排気温度と前記吸気温度との差を前記温度上昇値として算出し、
前記第2の発熱体に関しては、前記入力手段が取得した前記第2の発熱体の前記排気温度と前記吸気温度との差を前記温度上昇値として算出し、
前記空調制御手段は、
前記第1の発熱体および前記第2の発熱体の少なくともいずれかに関して算出された前記温度上昇値に基づいて前記空調装置の風量を設定する付記10に記載の管理装置。
(付記12)
前記記憶手段には、
所定の温度差が格納され、
前記空調制御手段は、
前記第1の発熱体および前記第2の発熱体の少なくともいずれかに関して算出された前記温度上昇値と、前記所定の温度差との関係に基づいて前記空調装置を制御する付記11に記載の管理装置。
(付記13)
前記空調制御手段は、
前記第1の発熱体および前記第2の発熱体に関して算出された前記温度上昇値の最大値が前記所定の温度差よりも小さい場合、前記空調装置の風量を大きくし、
前記第1の発熱体および前記第2の発熱体に関して算出された前記温度上昇値の最大値が前記所定の温度差よりも大きい場合、前記空調装置の風量を小さくする付記12に記載の管理装置。
(付記14)
前記出力手段の出力を表示させる表示装置を備え、
前記表示装置は、
前記冷却装置に供給される空気の風量を表示させる表示部と、前記空調装置に設定する風量を入力するための入力部と、前記入力部に入力された風量を前記空調装置に設定するための実行ボタンとを含む表示情報を表示する付記12または13に記載の管理装置。
(付記15)
前記出力手段の出力を表示させる表示装置を備える付記1乃至13のいずれか一項に記載の管理装置。
(付記16)
少なくとも一つの前記冷却装置と、
付記1乃至15のいずれか一項に記載の管理装置とを備える冷却システム。
(付記17)
少なくとも一つの前記冷却装置と、
前記空調装置と、
付記9乃至14のいずれか一項に記載の管理装置とを備える冷却システム。
(付記18)
冷却装置に使用される冷媒の冷媒情報と、発熱体の消費電力とを入力し、
入力された前記冷媒情報と、前記冷媒の冷却能力とを用いて抜熱量を算出し、
前記発熱体の既知の吸気温度と前記消費電力と前記冷媒情報とを用いて導出される前記冷媒の温度と前記発熱体からの排気の温度との差分温度の風量依存性と、前記発熱体の近傍に設置され、前記発熱体からの排気を冷却する前記冷却装置の熱伝達特性とを用いて前記冷却装置の前記抜熱量の風量依存性を導出し、
導出した前記抜熱量の風量依存性に前記抜熱量を当てはめて前記冷却装置に供給される空気の風量を算出し、
算出した風量に関するデータを出力する管理方法。
(付記19)
冷却装置に使用される冷媒の冷媒情報と、発熱体の消費電力とを入力する処理と、
入力された前記冷媒情報と、前記冷媒の冷却能力とを用いて抜熱量を算出する処理と、
前記発熱体の既知の吸気温度と前記消費電力と前記冷媒情報とを用いて導出される前記冷媒の温度と前記発熱体からの排気の温度との差分温度の風量依存性と、前記発熱体の近傍に設置され、前記発熱体からの排気を冷却する前記冷却装置の熱伝達特性とを用いて前記冷却装置の前記抜熱量の風量依存性を導出する処理と、
導出した前記抜熱量の風量依存性に前記抜熱量を当てはめて前記冷却装置に供給される空気の風量を算出する処理と、
算出した風量に関するデータを出力する処理とをコンピュータに実行させるプログラムを記録するプログラム記録媒体。
11 入力手段
12 抜熱量算出手段
13 記憶手段
14 風量算出手段
15 出力手段
16 温度差算出手段
17 空調制御手段
20 冷却装置
21 供給管
25 排出管
30 空調装置
31 入力手段
33 ファン制御手段
35 ファン駆動手段
37 ファン
51 冷媒情報取得装置
53 電力計測器
55 排気温度取得装置
60 表示装置
100 発熱体
110 電源
130 電線
511 供給冷媒温度計
512 供給冷媒流量計
513 排出冷媒温度計
514 排出冷媒圧力計
515 送信手段
531 電力計
533 送信手段
551 温度計
553 送信手段
Claims (19)
- 発熱体の既知の吸気温度と、前記発熱体の近傍に設置され、前記発熱体からの排気を冷却する冷却装置の熱伝達特性とが格納される記憶手段と、
前記冷却装置に使用される冷媒の冷媒情報と、前記発熱体の消費電力とを入力とする入力手段と、
前記入力手段によって入力された前記冷媒情報と、前記冷媒の冷却能力とを用いて前記冷却装置の抜熱量を算出する抜熱量算出手段と、
前記吸気温度と前記消費電力と前記冷媒情報とを用いて導出される前記冷媒の温度と前記発熱体からの排気の温度との差分温度の風量依存性と、前記熱伝達特性とを用いて導出した前記抜熱量の風量依存性に前記抜熱量を当てはめて、前記冷却装置に供給される空気の風量を算出する風量算出手段と、
前記風量算出手段によって算出された風量に関するデータを出力する出力手段とを備える管理装置。 - 前記入力手段は、
前記冷却装置に供給される前記冷媒の温度である供給冷媒温度と、前記冷却装置に供給される前記冷媒の流量である供給冷媒流量と、前記冷却装置から排出される前記冷媒の温度である排出冷媒温度と、前記冷却装置から排出される前記冷媒の圧力である排出冷媒圧力とを前記冷媒情報として取得する請求項1に記載の管理装置。 - 前記抜熱量算出手段は、
前記冷媒の熱量と圧力との関係に、前記供給冷媒温度と前記排出冷媒温度と前記排出冷媒圧力とを当てはめて導出される前記冷却能力を用いて前記抜熱量を算出する請求項2に記載の管理装置。 - 前記抜熱量算出手段は、
前記冷媒の熱量と圧力との関係を示すモリエル線図に関して、前記供給冷媒温度に基づいた過冷却液の膨張後の等温線と、前記排出冷媒圧力に基づいた加熱蒸気の等圧線との交点における第1の比エンタルピーと、前記排出冷媒温度に基づいた加熱蒸気の等温線と前記等圧線との交点における第2の比エンタルピーとの差を前記冷却能力として導出する請求項2または3に記載の管理装置。 - 前記抜熱量算出手段は、
前記冷却装置の前記冷却能力と、前記冷媒の流束とを積算して前記抜熱量を算出する請求項2乃至4のいずれか一項に記載の管理装置。 - 前記記憶手段は、
前記冷却装置に供給される空気の風量と、前記冷却装置の熱コンダクタンスとを対応付けた特性を前記熱伝達特性として格納する請求項2乃至5のいずれか一項に記載の管理装置。 - 前記風量算出手段は、
前記冷却装置に供給される空気の風量と、前記発熱体の排気温度と前記供給冷媒温度との差を対応付けた特性を前記差分温度の風量依存性として用いる請求項2乃至6のいずれか一項に記載の管理装置。 - 前記風量算出手段が算出した風量を前記差分温度の風量依存性に当てはめて前記発熱体の前記排気温度を導出し、前記排気温度と前記吸気温度との差を温度上昇値として算出する温度差算出手段を備える請求項7に記載の管理装置。
- 前記発熱体が配置される室内を前記吸気温度に調温する空調装置を制御する空調制御手段を備え、
前記空調制御手段は、
前記温度差算出手段が算出した前記温度上昇値に基づいて前記空調装置を制御する請求項8に記載の管理装置。 - 前記記憶手段には、
前記空調装置の設定風量が格納され、
前記空調制御手段は、
前記設定風量を参照し、前記温度上昇値に基づいて前記空調装置を制御するための制御信号を生成し、
前記出力手段は、
前記空調制御手段が生成した前記制御信号を前記空調装置に送信する請求項9に記載の管理装置。 - 前記冷却装置が設置される少なくとも一つの第1の発熱体と、前記冷却装置が設置されない少なくとも一つの第2の発熱体とが併設されたシステムにおいて、
前記入力手段は、
前記第2の発熱体の前記排気温度を取得し、
前記温度差算出手段は、
前記第1の発熱体に関しては、前記風量算出手段が算出した風量を前記差分温度の風量依存性に当てはめて算出した前記排気温度と前記吸気温度との差を前記温度上昇値として算出し、
前記第2の発熱体に関しては、前記入力手段が取得した前記第2の発熱体の前記排気温度と前記吸気温度との差を前記温度上昇値として算出し、
前記空調制御手段は、
前記第1の発熱体および前記第2の発熱体の少なくともいずれかに関して算出された前記温度上昇値に基づいて前記空調装置の風量を設定する請求項10に記載の管理装置。 - 前記記憶手段には、
所定の温度差が格納され、
前記空調制御手段は、
前記第1の発熱体および前記第2の発熱体の少なくともいずれかに関して算出された前記温度上昇値と、前記所定の温度差との関係に基づいて前記空調装置を制御する請求項11に記載の管理装置。 - 前記空調制御手段は、
前記第1の発熱体および前記第2の発熱体に関して算出された前記温度上昇値の最大値が前記所定の温度差よりも小さい場合、前記空調装置の風量を大きくし、
前記第1の発熱体および前記第2の発熱体に関して算出された前記温度上昇値の最大値が前記所定の温度差よりも大きい場合、前記空調装置の風量を小さくする請求項12に記載の管理装置。 - 前記出力手段の出力を表示させる表示装置を備え、
前記表示装置は、
前記冷却装置に供給される空気の風量を表示させる表示部と、前記空調装置に設定する風量を入力するための入力部と、前記入力部に入力された風量を前記空調装置に設定するための実行ボタンとを含む表示情報を表示する請求項12または13に記載の管理装置。 - 前記出力手段の出力を表示させる表示装置を備える請求項1乃至13のいずれか一項に記載の管理装置。
- 少なくとも一つの前記冷却装置と、
請求項1乃至15のいずれか一項に記載の管理装置とを備える冷却システム。 - 少なくとも一つの前記冷却装置と、
前記空調装置と、
請求項9乃至14のいずれか一項に記載の管理装置とを備える冷却システム。 - 冷却装置に使用される冷媒の冷媒情報と、発熱体の消費電力とを入力し、
入力された前記冷媒情報と、前記冷媒の冷却能力とを用いて抜熱量を算出し、
前記発熱体の既知の吸気温度と前記消費電力と前記冷媒情報とを用いて導出される前記冷媒の温度と前記発熱体からの排気の温度との差分温度の風量依存性と、前記発熱体の近傍に設置され、前記発熱体からの排気を冷却する前記冷却装置の熱伝達特性とを用いて前記冷却装置の前記抜熱量の風量依存性を導出し、
導出した前記抜熱量の風量依存性に前記抜熱量を当てはめて前記冷却装置に供給される空気の風量を算出し、
算出した風量に関するデータを出力する管理方法。 - 冷却装置に使用される冷媒の冷媒情報と、発熱体の消費電力とを入力する処理と、
入力された前記冷媒情報と、前記冷媒の冷却能力とを用いて抜熱量を算出する処理と、
前記発熱体の既知の吸気温度と前記消費電力と前記冷媒情報とを用いて導出される前記冷媒の温度と前記発熱体からの排気の温度との差分温度の風量依存性と、前記発熱体の近傍に設置され、前記発熱体からの排気を冷却する前記冷却装置の熱伝達特性とを用いて前記冷却装置の前記抜熱量の風量依存性を導出する処理と、
導出した前記抜熱量の風量依存性に前記抜熱量を当てはめて前記冷却装置に供給される空気の風量を算出する処理と、
算出した風量に関するデータを出力する処理とをコンピュータに実行させるプログラムを記録するプログラム記録媒体。
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