WO2023021660A1

WO2023021660A1 - 冷却装置および冷却装置の制御方法

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Publication number: WO2023021660A1
Application number: PCT/JP2021/030413
Authority: WO
Inventors: 隆大塚; 孔一轟; 善則宮本; 正樹千葉; 真弘蜂矢; 実吉川
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2023-02-23
Also published as: JP2023029214A; JP7081731B1; JPWO2023021660A1; AU2021398580A1; EP4160115A1

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以下にならない範囲に制限して圧縮機（２）を昇圧することを特徴とする。

Description

冷却装置および冷却装置の制御方法

　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。

国際公開第２０１８／０５６２０１号特開２０１９－１７４００１号公報特開２０２１－０７６３６４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。
　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は、圧縮機の昇圧動作に伴って発生する現象であるため、キャビテーションの発生防止には、圧縮運転の制御に細心の注意を払うことが必要とされる。
　また、この現象は低圧冷媒を用いた場合に顕著であるため、サーバーの温度を適切に維持するには、キャビテーションを防止しつつ安定してポンプを運用することが求められる。

　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、冷媒の圧縮機の影響による前記ポンプに供給される冷媒のキャビテーションの発生を防止する技術を開示するものではない。
　本願に関連する特許文献２は、冷凍サイクルの圧縮機の回転数の変化に応じて膨張弁の開度を調整する技術に関するもので、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。
　本願に関連する特許文献３には、液レシーバから冷媒が供給されるポンプにおけるキャビテーションを防止する技術についての記述があるが、冷媒の圧縮機の吸い込みの前記液レシーバへの影響に起因する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であって、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに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圧縮機の昇圧量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い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して圧縮機を昇圧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、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器から液相冷媒を吸い込む前記ポンプの有効吸い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に前記圧縮機の昇圧を制御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実施形態の比較例の圧力変化を示す図表である。本発明の第１実施形態の圧力変化を示す図表である。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。図９の配管系統図における圧力測定位置の説明図である。図１０の各部における測定データの例を示す図表である。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。本発明の第５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５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６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６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７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７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、前記ポンプ６の有効吸い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して圧縮機２を昇圧する構成を有する。

　上記構成によれば、前記制御部７が圧縮機２の昇圧量を制御することにより、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を所定以上に維持するように、圧縮機２の昇圧（圧縮動作）を制御する。

　より具体的には、ポンプ６の有効吸い込みヘッドが低く、液相冷媒にキャビテーションが生じるおそれが高まると、前記圧縮機２の昇圧量を抑制し、有効吸い込みヘッドが上昇して、冷媒液にキャビテーションが生じるおそれが低くなると、前記圧縮機２の昇圧量を上昇させることにより、前記ポンプ６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。
　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、下記の式（１）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、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器５から液相冷媒を吸い込むポンプ６の有効吸い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して前記圧縮機２の昇圧を制御する構成を有する。

　より具体的な制御ステップの例は下記の通りである。
　ＳＰ１
　ポンプ６の入口圧力、温度の検出値と冷媒の物性値に基づき、上記式（１）に基づく計算により、有効吸い込みヘッドを検出する。
　ＳＰ２
　前記検出された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
　所定値に比して有効吸い込みヘッドが低い場合は圧縮機２の昇圧を抑制すべく、例えば、圧縮機２の駆動モータ（図示略）の回転数を下げ、また、所定値に比して有効吸い込みヘッドが高い場合には、圧縮機２の昇圧を維持する。

　上記構成によれば、ポンプ６に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て所定以上に維持されるため、ポンプ６の吸い込み側での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～図６を参照して本発明の第１実施形態を説明する。なお図６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、熱交換を促進すべく所定の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）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し、受熱量が小さい場合には、その多くが液相のまま流出する。
　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。
　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。

　制御部７は、前記温度センサＴ、前記圧力センサＰから入力された温度、圧力のデータと、データベースＤＢ１に記憶された必要昇圧量の計算式と、データベースＤＢ２に記憶された必要吸い込みヘッドの計算式とから、圧縮機２の必要昇圧量を演算し、圧縮機２を制御する。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５を参照して後述する。

　図５のフローチャートを参照して、図６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
　外気温（サーバルーム内の温度）の上昇に伴い、受熱器１内で冷媒が受熱することにより冷媒の温度が上昇する。
　ＳＰ１３
　制御部７は、データベースＤＢ１を参照し、圧縮機２に必要とされる昇圧量を取得する。具体的には、冷媒液温度の上昇量Δｔに所定の定数Ｋを乗じる式（２）により得られる必要昇圧量を取得する。なお前記データベースＤＢ１および後述のＤＢ２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。
　必要昇圧量＝Ｋ×Δｔ　……式（２）
　ＳＰ１４
　制御部７は、計算に必要な計測値、具体的には、温度センサＴからのポンプ６の吸い込み口の冷媒温度のデータ、圧力センサＰからのポンプ６吸い込み口の冷媒圧力のデータを取得する。
　ＳＰ１５
　制御部７は、データベースＤＢ２を参照し、圧縮機２に必要とされる昇圧量のデータを取得する。データベースＤＢ２は、冷媒液温度Ｔから、その冷媒の飽和蒸気圧と冷媒液密度を算出（あるいはデータベースＤＢ２に記憶された既存のデータのテーブルから取得）し、さらに、重力加速度９．８ｋｇ／ｓ^２　から、式（１）により有効吸い込みヘッドを算出し、圧縮機２の昇圧可能量を下記の式（３）により算出する。
　　昇圧可能量＝ｆ×（有効吸い込みヘッド－必要吸い込みヘッド）……式（３）
　　ただし、ｆは、ヘッド差に基づいて定まる圧縮機２の昇圧可能量に運転上の変動を見込んだ安全率を考慮して設定される定数である。
　ＳＰ１６
　制御部７は、圧縮機２の昇圧を前記昇圧可能量に制限して昇圧する。具体的には、圧縮機２の回転を制御する。ここで、前記式（１）におけるポンプ入口圧力は、圧縮機２の昇圧により低下するが、昇圧され放熱されることによる冷媒温度の低下～飽和蒸気圧の低下により、有効吸い込みヘッドを所定以上に維持することができる。
　ＳＰ１７
　制御部７は、圧縮機２が所定の昇圧量となったかを判断し、判断結果により、前記ＳＰ１４に戻って昇圧量の制御を繰り返し、所定の昇圧量になったことを条件として次のステップへ進む
　ＳＰ１８
　所定の昇圧量となることにより昇圧を終了する（その後、所定の昇圧量による定常運転を継続する）。
　なお圧縮機２が所定の昇圧量に達することによって有効吸い込みヘッドも下がるが、冷媒の圧縮～放熱に伴って温度が下がることにより、所定の有効吸い込みヘッドを維持することができる。

　上記式（１）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。なおこの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。

　制御部７が上記制御を実行することにより、圧縮機２の昇圧を制限してタンク５内の圧力低下を抑制することにより、ポンプ６に吸い込まれる冷媒の圧力を有効吸い込みヘッド以下に維持し、以てポンプ６における冷媒のキャビテーションを防止することができる。

　図３、４を参照して、第１実施形態の作用、効果をさらに説明する。
　図３は、圧縮機２の昇圧の制限を行わない場合の比較例を示すものである。図中横軸は時間の経過を示すが、縦軸は、温度、圧力等の絶対値の変化を示すものではなく、各々の経時的な相対変化を示す指標に過ぎないものとする。
　ここで、図中破線ａは、圧縮機２の駆動による昇圧量の変化、鎖線ｂは、タンク５内の圧力変化、破線ｃは圧縮機２の昇圧による冷媒温度の変化、鎖線ｄは、冷媒の飽和蒸気圧の変化、太線ｅは有効吸い込みヘッドの変化、細線ｆは、キャビテーションを生じるおそれの少ない必要吸い込みヘッドをそれぞれ示している。
　詳細には、図３、４の縦軸において、破線ａは、圧縮機２の（駆動モータの）回転数、鎖線ｂは、タンク５内部の圧力、破線ｃは、冷媒の温度、鎖線ｄは、冷媒の飽和蒸気圧、実線ｅ、ｆは、ＮＰＳＨ（Net Positive Suction Head　有効吸い込みヘッド圧力）と必要吸い込みヘッドの圧力を示す。

　圧縮機２を起動し、冷媒の昇圧（圧縮）を開始し、破線ａで示すように圧縮機２の昇圧度が上昇し（より具体的には、圧縮機２の駆動モータの回転数が上昇し）、冷媒が圧縮される。また、圧縮機２の吸引により、鎖線ｂで示すような時間遅れをもってタンク５内の圧力が低下する。圧縮された冷媒が冷凍サイクル中を冷媒が循環することにより、破線ｃで示すように、当初は常温であった冷媒の温度が前記圧力低下からさらに遅れて低下する。この温度低下に伴い、鎖線ｄで示す冷媒の飽和蒸気圧が低下する（所定の組成の冷媒の物理特性に依る）。さらに、前記破線ａで示す昇圧に伴う吸引圧力（負圧）および、前記鎖線ｂ、ｄの変化に伴い、実線ｅで示すように、ポンプ６の有効吸い込みヘッドが低下する。

　この有効吸い込みヘッド圧力の低下により、時刻ｔ１からｔ２の期間にわたって、有効吸い込みヘッド圧力がポンプ６にキャビテーションを発生させない圧力の下限である必要吸い込みヘッドを下回る。すなわちキャビテーションの発生によりポンプ６から受熱器１へ必要な冷媒を供給することができないため、冷却能力が不充分となることが避けられない。その後、圧縮機２が継続して昇圧することによって、放熱器３、膨張弁４を経由してタンク５内へ冷媒が流入し、液面Ｌが所定の高さ以上となる迄貯留されると、実線ｅで示すように、有効吸い込みヘッドが上昇して行き、時刻ｔ２で必要吸い込みヘッドを上回ると、ポンプ６が正常に冷媒を受熱器１に供給することができる状態となる。
　このようにして、圧縮機２の昇圧後、所定時間経過してポンプ６による冷媒の送出量が安定して初めて、冷媒温度、気液分離器内の圧力、飽和蒸気圧、のいずれもが安定して冷凍サイクルが循環する。

　これに対して、図４に示す第１実施形態の動作による制御によれば、制御部７による有効吸い込みヘッドの制御により、実線ｆで示す必要吸い込みヘッドに実線ｅで示す有効吸い込みヘッドが接近するほどに低下すると、制御部７が圧縮機２の昇圧量の上昇を抑制する。すなわち、有効吸い込みヘッドｅが必要吸い込みヘッドｆに接近する程度まで低下する毎に圧縮機２の昇圧を抑制することにより、有効吸い込みヘッドｅの回復を図ることにより、ポンプ６におけるキャビテーションの発生を防止して受熱器１へ安定して冷媒を供給することができる。

　また、キャビテーションの発生を抑制しつつ冷媒が冷凍サイクル中を循環することができるので、図４に鎖線ｂで示すようにタンク５内の圧力が直線状に徐々に低下し、また、鎖線ｄで示すように、冷媒の温度も同様に直線状に低下して、安定状態となる。

　なお圧縮機２の昇圧の抑制には、圧縮機２の駆動モータの回転数制御、一時的なアンロード運転等の手段を用いる事ができる。

　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７を参照して本発明の第２実施形態を説明する。なお図７において、図１、６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、このバイパス弁９aの開度を前記制御部７によって制御する構成となっている。

　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５に示すフローチャートと同様の処理にしたがって制御を行う。
　すなわち、
　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
　外気温（サーバルーム内の温度）の上昇に伴い、受熱器１内で冷媒が受熱することにより冷媒の温度が上昇する。
　ＳＰ１３
　制御部７は、データベースＤＢ１を参照し、圧縮機２に必要とされる昇圧量を取得する。具体的には、冷媒液温度の上昇量Δｔに所定の定数Ｋを乗じる前記式（２）により得られる必要昇圧量を取得する。
　ＳＰ１４
　制御部７は、計算に必要な計測値、具体的には、温度センサＴからの冷媒温度のデータ、圧力センサＰからの冷媒圧力のデータを取得する。この第２実施形態にあっては、前記ポンプ６の吸い込み側のバイパス配管８ｈからポンプ６へ再度吸い込まれる冷媒の温度と圧力とのデータを取得する。
　ＳＰ１５
　制御部７は、データベースＤＢ２を参照し、圧縮機２に必要とされる昇圧量のデータを取得する。データベースＤＢ２は、冷媒液温度Ｔから、その冷媒の飽和蒸気圧と冷媒液密度を算出（あるいはデータベースＤＢ２に記憶されたテーブルから取得）し、さらに、重力加速度９．８ｋｇ／ｓ^２　から、式（１）により有効吸い込みヘッドを算出し、圧縮機２の昇圧可能量を前記式（３）により算出する。
　ＳＰ１６
　制御部７は、圧縮機２の昇圧を前記昇圧可能量に制限して昇圧する。具体的には、圧縮機２の回転を制御する。
　ＳＰ１７
　制御部７は、圧縮機７が所定の昇圧量となったかを判断し、判断結果により、前記ＳＰ１４に戻って昇圧量制御を繰り返し、所定の昇圧量になったことを条件として次のステップへ進む
　ＳＰ１８
　所定の昇圧量となることにより昇圧を終了する（その後、所定の昇圧量による定常運転を継続する）。
　の各ステップを実行する。

　また第２実施形態にあっては、前記ステップＳＰ１１～ＳＰ１８の実行に際して、有効吸い込みヘッドを維持すべく圧縮機２の昇圧量を抑制した結果、冷媒の流量が極めて小さくなった場合は、バイパス弁９aを開いてポンプ６の吐出側から吸い込み側へバイパス配管８ｈを経由して冷媒を戻し、ポンプ６へ再度吸い込ませる。
　このように、受熱器１へ供給すべき冷媒の一部を循環させることにより、ポンプ６の運転（冷媒の送出）を継続し得る程度の最小限の冷媒流量を確保して吸い込み流量の減少に起因するキャビテーションの発生を防止することができる。
　この第２実施形態にあっても、ポンプ６へ吸い込まれる有効吸い込みヘッドを確保してポンプ６による冷媒の送出を安定して行うことができる。

　（第３実施形態）
　図８～図１１を参照して本発明の第３実施形態を説明する。なお図８、９、１０において、図１、６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３実施形態は、圧縮機２の吸い込み側の配管８ｂに調整弁９ｂを有する。この調整弁９ｂは、圧縮機２へ吸い込まれる気相冷媒の流量を調整するもので、この調整弁９ｂの開度を下げることにより、タンク５からの冷媒の吸い込み量を抑制することにより、タンク５の内部の圧力の過剰な低下を防止し、以て有効吸い込みヘッドを維持することができる。
　また制御部７には、冷媒液温度の上昇量Δｔに所定の定数Ｋを乗じる式２により得られる必要昇圧量を算出するとともに、圧縮機昇圧量から前記調整弁９ｂの開度を算出するためのＤＢ３と、冷媒液温度から飽和蒸気圧と冷媒液密度を算出し、さらに有効吸い込みヘッドを算出するためのＤＢ４とが搭載されている。

　図８のフローチャートを参照して、図９の構成を有する第３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
　外気温（サーバルーム内の温度）の上昇に伴い、受熱器１内で冷媒が受熱することにより冷媒の温度が上昇する。
　ＳＰ３３
　制御部７は、データベースＤＢ３を参照し、圧縮機２に必要とされる昇圧量を取得する。具体的には、冷媒液温度の上昇量Δｔに所定の定数Ｋを乗じる式（２）により得られる必要昇圧量を算出する。
　冷媒液温度の上昇量から算出された必要昇圧量＝K×Δｔ　……式（２）
　　なお、Ｋは、温度上昇量を昇圧量に換算する定数である。
　圧縮機入口の調整弁９ｂの開度＝Ｋv×必要昇圧量　……式（４）
　　なお、Ｋvは、必要昇圧量から、当該昇圧量を得るために必要な調整弁９ｂの開度を所定の安全率を見込んで換算するための定数である。
　ＳＰ３４
　制御部７は、前記式（２）に基づく所定の必要昇圧量となるよう圧縮機２の回転を制御するとともに、調整弁９ｂの開度を前記式（４）に基づく所定の開度に調整する。
　ＳＰ３５　制御部７は、温度センサＴからポンプ６の吸い込み口の冷媒温度のデータ、圧力センサＰからポンプ６の吸い込み口の冷媒圧力のデータを取得する。

　ＳＰ３６
　制御部７は、データベースＤＢ４を参照し、冷媒液温度から飽和蒸気圧と冷媒液密度を算出する。重力加速度は９．８ｍ／sec^２であり、また、必要吸い込みヘッドは、ポンプ６の仕様によって定まる値である。前記式（１）によって必要吸い込みヘッドを算出し、この必要吸い込みヘッドから、下記の式（５）によって調整弁９ｂの開度変更可能量を算出する。
　開度変更可能量＝ｆ１×（有効吸い込みヘッド－必要吸い込みヘッド）……式（５）
　　　　なお式（５）におけるｆ１は、ヘッド差から昇圧可能量を換算する安全率を見込んだ係数であって、この場合は、調整弁９ｂの仕様（開度に応じた流量）によって定まる定数である。
　ＳＰ３７
　制御部７は、前記ＳＰ３６で計算された開度変更可能量に制限して調整弁９ｂを開く。より具体的には、調整弁９ｂを操作するアクチュエータ（図示略）を駆動する回路へ開度に応じた指令を出力する。この指令よる調整弁９ｂの開度に応じた量の冷媒が圧縮機２に吸い込まれて昇圧され、冷凍サイクル中を循環する。
　ＳＰ３８
　制御部７は、調整弁９ｂが所定の開度となったかを判断し、所定の開度となるまで前記ＳＰ３５～ＳＰ３７を繰り返し、所定の開度となった場合には、ＳＰ１８へ進んで昇圧を完了する（その後、所定の昇圧量による定常運転を継続する）。
　ここで、圧縮機２への吸い込み量が調整弁９ｂによって制限されているため、タンク５内の圧力が必要吸い込みヘッドを下回る程度に下がる現象が抑制され、したがって、ポンプ６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。

　　上記調整弁９ｂの開度を調整する制御により、圧縮機２の昇圧量にかかわらず有効吸い込みヘッドの低下を抑制する効果の例について、図１０、１１を参照して詳細に説明する。
　図１０に示すように、圧縮機２の入口に設けられた調整弁９ｂの上流側の圧力をＡ、下流側であって、圧縮機２の吸い込み側の圧力をＢ、圧縮機２の出口側の圧力をＣとして、調整弁９ｂとの開度と昇圧量（圧縮機２の圧縮比）の変化との関係を整理すると、図１１の図表に示す関係となる。

　調整弁９ｂの開度が１００％の場合、すなわち、調整弁９ｂを設けない場合を比較例とすれば、例えば、圧力Ａ、Ｂは、１００ｋＰａ（キロパスカル）であって、圧縮機２の出口の圧力Ｃは、１５０ｋＰａであり、昇圧量（圧縮比）は１．５倍となる。
　また、調整弁９ｂの開度を１００％とし、開度の制御をしない場合、圧縮機２の出口の圧力は、その下流側の放熱器３と外気温との差に基づく放熱量によって定まるため、２倍の圧縮比を得ようとすると、調整弁９ｂの上流、下流の圧力は、圧縮機２の出口の圧力が例えば１５０ｋＰａであると、その二分の一の７５ｋＰａとなる。この結果、タンク５内の圧力が低下するため、ポンプ６の有効吸い込みヘッドが必要吸い込みヘッド以下となる場合があり得る。

　これに対して、調整弁９ｂの開度を制御部７により制御して、６０％とした場合には、調整弁９ｂ下流の圧力Ｂが７５ｋＰａ、圧縮機２の出口の圧力Ｃが１５０ｋＰａとなって２倍の圧縮比を得た場合であっても、調整弁９ｂの上流の圧力Ａを９５ｋＰａ程度とすることができ、タンク５内の圧力低下を抑制して、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。

　（第４実施形態）
　図１２、１３を参照して本発明の第４実施形態を説明する。なお図１３において、図１、６、７、９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実施形態は、圧縮機２で圧縮された冷媒を大気中に放熱する放熱器３に、該放熱器３へ冷却空気を供給するファン３ａを設けたものである。また制御部７には、前記第３実施形態と同様に有効吸い込みヘッドを算出するとともに、ファン３ａの回転数の上昇可能量を算出する式を格納したデータベースＤＢ１ａ、ＤＢ４ａが搭載されている。

　この第４実施形態にあっては、放熱器３に設けられたファン３ａの風量を放熱器３によって制御することにより、タンク５へ供給される冷媒の温度を調整することができ、この冷媒温度の調整により、式（１）により算出される有効吸い込みヘッドを調整することができる。

　図１２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
　外気温（サーバルーム内の温度）の上昇に伴い、受熱器１内で冷媒が受熱することにより冷媒の温度が上昇する。
　ＳＰ４３
　制御部７は、圧縮機２の昇圧上限（吐出容量の上限）に達したか否かを判断し、達したことを条件として次のステップ４４へ進む。上限に達していない場合には、圧縮機２をさらに昇圧すべく、例えば、駆動モータの回転数を上げる。

　ＳＰ４４
　制御部７は、データベースＤＢ１ａを参照し、液相冷媒の温度上昇量からファン３ａが放熱に必要な風量を送風するために必要な回転数上昇量を算出する。
　ここで、ファン３ａの回転数の必要上昇量は、
　必要上昇量＝Ｋ１×冷媒温度上昇値　……式（６）
　　なお、Ｋ１はファン３ａの性能、放熱器３の放熱能力によって定まる定数である。
　ＳＰ４５
　制御部７は、温度センサＴからポンプ６の吸い込み口の冷媒温度のデータ、圧力センサＰからポンプ６の吸い込み口の冷媒圧力のデータを取得する。

　ＳＰ４６
　制御部７は、データベースＤＢ４ａを参照し、冷媒液温度から飽和蒸気圧と冷媒液密度を算出する。重力加速度は９．８ｍ／sec^２であり、また、必要吸い込みヘッドは、ポンプ６の仕様によって定まる値である。前記式（１）によって必要吸い込みヘッドを算出し、下記の式（７）によってファンの回転数上昇可能量を算出する。
　　ファンの回転数上昇可能量＝ｆ２×（有効吸い込みヘッド－必要吸い込みヘッド）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……式（７）
　　　　　なおｆ２は、ヘッド差から昇圧可能量を換算する安全率を見込んだ係数であって、この場合は、ファン３ａの仕様（回転数に応じた送風量）によって定まる定数である。
　　ＳＰ４７
　　制御部７は、前記ＳＰ４６で算出された回転数上昇可能量に制限してファン３aの回転数を上げる。より具体的には、ファン３ａを駆動するモータ（図示略）の駆動回路へ所定の回転数の回転を得るべく制御信号を出力する。これにより、放熱器３の放熱量を制限し、液相冷媒を所定の温度に制限する。
　　ＳＰ４８
　　制御部７は、ファン３ａが所定の回転数となったかを判断し、所定の回転数となるまで前記ＳＰ４５～ＳＰ４７を繰り返し、所定の回転数となった場合には、ＳＰ４９へ進んでファン３ａの回転数制御を終了する（その後、所定の昇圧量、放熱量による定常運転を継続する）。

　この放熱ファン３ａの回転数の抑制によれば、例えば、圧縮機２がその定格容量の上限近くまで昇圧運転するに伴い、冷媒温度を下げるべく放熱器３のファン３ａの回転数を上げる場合に、式（１）における圧縮機２の昇圧に伴うポンプ入口温度の低下、冷媒温度の低下による飽和蒸気圧の低下に際し、ファン３ａの回転数増加を抑制することにより、冷媒温度の有効吸い込みヘッドを維持することができる。
　このファン３ａの風量の抑制による放熱の抑制は、外気温度が十分に低い場合や、冷凍サイクルの起動の際等、圧縮機を使用することなく（そもそも圧縮機が設けられていない場合の他、圧縮機を停止し、あるいは、圧縮機をバイパスして冷媒を通過させる場合を含む）、受熱器１と放熱器３との間で熱媒体を移動させるフリークーリングに好適に採用される。
　なお、放熱器３の放熱量を調整するファン３ａの変形例として、図１３に破線で示すように、放熱器３を通過する外気の風量を調整する冷却風調整板３ｂの角度を調整する機構（いわゆるルーバー）を設け、冷却風調整板３ｂの角度の調整によって放熱器３へ流入する外気の風量を制限すること、あるいは、放熱器３が水冷式の場合には、冷媒が流れる配管と接触する冷却水の流量、温度を調整する方式を採用した場合にも適用することができる。

　（第５実施形態）
　図１４、１５を参照して本発明の第５実施形態を説明する。なお図１５において、図１、６、７、９、１３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実施形態は、圧縮機２で圧縮された冷媒を大気中に放熱する放熱器３に、該放熱器３へ冷却空気を供給するファン３ａを設けたものである。また制御部７には、データベースＤＢ１の他、圧縮機２の昇圧可能量、ファン３ａの風量変更可能量を考慮して有効吸い込みヘッドを算出するデータベースＤＢ５が搭載されている。
　該データベースＤＢ５は、冷媒液温度Ｔから、その冷媒の飽和蒸気圧と冷媒液密度を算出（あるいはデータベースＤＢ１に記憶された既存のデータのテーブルから取得）し、さらに、重力加速度９．８ｋｇ／ｓ^２　から、式（１）により有効吸い込みヘッドを算出する。

　図１４のフローチャートを参照して、第５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
　　外気温（サーバルーム内の温度）の上昇に伴い、受熱器１内で冷媒が受熱することにより冷媒の温度が上昇する。
　　ＳＰ１３
　　制御部７は、データベースＤＢ１を参照し、圧縮機２に必要とされる昇圧量を取得する。具体的には、冷媒液温度の上昇量Δｔに所定の定数Ｋを乗じる式（２）により得られる必要昇圧量を取得する。
　　ＳＰ５４
　　制御部７は、圧力センサＰからポンプ入口圧力、温度センサＴから冷媒温度のデータを取得する。
　ＳＰ５５
　　制御部７は、データベースＤＢ５から、式（１）により有効吸い込みヘッドを得、これと必要吸い込みヘッドとの差に定数ｆを乗じる式（３）によって圧縮機２の昇圧可能量を算出し、さらに、昇圧可能量に定数Ｋ２を乗じることによって、ファン３ａの回転数変更可能量を算出する。
　回転数変更可能量＝Ｋ２×圧縮機の昇圧可能量……式（８）
　ＳＰ５６
　　制御部７は、圧縮機２の昇圧可能量を制限した上で回転数を上げ昇圧する。
　ＳＰ５７
　　制御部７は、算出された変更可能量の範囲でファン３ａの回転数を下げ、放熱器３の放熱量を抑制する。
　ＳＰ１７
　　制御部７は、圧縮機２が所定の昇圧量となるまで前記ＳＰ５４～５７を繰り返し、所定の昇圧量になったことを条件として次のステップへ進む。
　ＳＰ１８
　　所定の昇圧量となったことを条件に昇圧の制御が終了する（その後、所定の昇圧量による定常運転を継続する）。
　なお、前記ステップＳＰ５６、５７で行われる圧縮機２の昇圧制御に代えて、前記第３実施形態で採用された圧縮機２の入口に設けた調整弁の開度を調整する制御を採用しても良い。

　この第５実施形態にあっては、ファン３ａの回転数を落とすことによって冷媒の温度を上げることにより、圧縮機２の昇圧に伴うタンク５の圧力低下を冷媒温度の低下によって補って有効吸い込みヘッドの低下を抑制し、ポンプ６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。
　このファン３ａの回転抑制によれば、例えば、サーバルームの温度が低く、受熱器１の受熱量が少ないために圧縮機２を運転しないフリークーリングの状態から、サーバルームの温度が上昇して圧縮機２が昇圧を開始した直後の放熱器３の過剰な放熱を抑制して、ポンプ６の運転を安定させることができる。

　（第６実施形態）
　図１６、１７を参照して本発明の第６実施形態を説明する。なお図１７において、図１、６、７、９、１３、１５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６実施形態にあっては、制御部７により、圧縮機２の昇圧量の制御に加えて、ポンプ６のロータを回転させるモータ（図示略）を駆動するインバータ６ａを制御する。また制御部７は、気液分離器内圧力センサＰ、気液分離器内冷媒温度センサＴ、気液分離器液面高さセンサＬからデータの供給を受ける。
　また前記制御部７は、データベースＤＢ５ａを備え、該データベースＤＢ５ａは、下記の式（１’）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）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……式（１’）
　　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αを乗じることにより算出することができる。

　図１６のフローチャートを参照して、第６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
　　外気温（サーバルーム内の温度）の上昇に伴い、受熱器１内で冷媒が受熱することにより冷媒の温度が上昇する。
　　ＳＰ１３
　　制御部７は、データベースＤＢ１を参照し、圧縮機２に必要とされる昇圧量を取得する。具体的には、冷媒液温度の上昇量Δｔに所定の定数Ｋを乗じる式（２）により得られる必要昇圧量を取得する。
　　ＳＰ６４
　　制御部７は、圧力センサＰからタンク５内の圧力、温度センサＴからタンク５内の冷媒温度、液面センサＬから気液分離タンク５の液面Ｌの高さのデータを取得する。
　ＳＰ６５
　　制御部７は、データベースＤＢ５ａから、式（１’）により有効吸い込みヘッドを得、これと必要吸い込みヘッドとの差に定数ｆを乗じる式（３）によって圧縮機２の昇圧可能量を算出する。ここで、圧縮機２の昇圧によってタンク内の圧力Ｌが低下し、ポンプ６の吸い込み口までの配管の流路抵抗に起因する圧損（圧力損失）が生じ、さらに、圧縮機２の昇圧に伴う冷媒温度の低下によって飽和蒸気圧が下がる影響を反映した、ポンプ６の吸い込み口の圧力に相当する有効吸い込みヘッドが算出される。なお前記定数ｆは、ヘッド差に基づいて定まる圧縮機２の昇圧可能量に運転上の変動を見込んだ安全率を考慮して設定される定数である。
　ＳＰ６６
　　制御部７は、圧縮機２の昇圧可能量を制限した上で昇圧する。
　ＳＰ１７
　　制御部７は、圧縮機２が所定の昇圧量となるまで前記ＳＰ６４～６６を繰り返し、所定の昇圧量になったことを条件として次のステップへ進む。
　ＳＰ１８
　　所定の昇圧量となったことを条件に昇圧の制御が終了する（その後、所定の昇圧量による定常運転を継続する）。

　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を利用して、これらが取得したデータに基づいて算出することができる。

　（第７実施形態）
　図１８、１９を参照して本発明の第７実施形態を説明する。なお図１９において、図１、６、７、９、１３、１５、１７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７実施形態にあっては、制御部７がデータベースＤＢ６に格納された昇圧ステップ量および圧縮機２による昇圧開始までの待機時間に応じて制御を行う。
　なお昇圧ステップ量は、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に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を維持し得る圧縮機２の昇圧ステップのデータを収集し予め記憶したものである。また待機時間は、下記の式（９）によって算出される。
　待機時間＝ＫＴ×圧縮機昇圧量／受熱器の冷媒流量の合計　……式（９）
　　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、流量を待機時間に換算するための定数である。
　なお圧縮機昇圧量、冷媒流量の測定は、圧力センサ、流量センサ等のセンサを用いた実測値に限られるものではなく、圧縮機２の駆動モータの負荷電流、ポンプ６の駆動モータの負荷電流、すなわち各モータの電流計から得られた電流値から換算されたものであっても良い。

　図１８のフローチャートを参照して、第７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
　　外気温（サーバルーム内の温度）の上昇に伴い、受熱器１内で冷媒が受熱することにより冷媒の温度が上昇する。
　　ＳＰ７３
　　制御部７は、データベースＤＢ６から、予め定められたステップ毎の昇圧量と、予め定められた、昇圧完了迄に待機すべき時間のデータを取得する。
　　ＳＰ７４
　　制御部７は、データベースＤＢ７から取得したステップ毎の昇圧量となるよう、圧縮機２の回転数を小刻みに増加させる。また昇圧に伴い、冷媒の温度が下がり始める
　　ＳＰ７５
　　制御部７は、予め定められた待機時間と昇圧の経過時間とを比較し、待機時間を超えた事を条件に次のステップへ進む。
　　ＳＰ７６
　　制御部７は、冷媒の温度が目標値に達するまで前記ＳＰ７４からＳＰ７６を繰り返し、冷媒温度が所定の目標値となったことを条件に次のステップへ進む。
　ＳＰ１８
　冷媒温度が所定の目標値となることにより、圧縮機２の昇圧を終了する（その後、所定の昇圧量による定常運転を継続する）。

　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、圧縮機２による昇圧を小刻みに行うことによってポンプ６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。また上記制御は、予め設定された昇圧ステップにしたがって実行されるから、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。この制御は、サーバルームの温度がさほど高くない場合等、圧縮機２による昇圧を行わず、単に冷媒によって受熱器１から放熱器３へ熱を移動させる、いわゆるフリークーリングの状態から、サーバルームの温度が上昇して圧縮機２による冷媒の昇圧が必要な状態への移行に好適である。

　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７実施形態で行われる圧縮機、放熱器、弁の制御は、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。

　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、以下には限らない。なお付記１～３２において、冷凍サイクルを構成する圧縮機は、必ずしもコンプレッサー等の積極的に冷媒圧縮の機能を持つ装置に限定されるものではなく、いわゆるフリークーリングによって、受熱器と放熱器との間の配管等、格別な動力を用いることなく、実質的に冷媒を圧縮する作用を有する構成要素を含むものとする。
（付記１）
　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であって、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに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圧縮機の昇圧量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い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して圧縮機を昇圧する冷却装置。
（付記２）
　前記制御部は、前記ポンプの入口圧力と、冷媒の飽和蒸気圧と、冷媒の密度によって前記有効吸い込みヘッドを算出する、付記１に記載の冷却装置。
（付記３）
　前記制御部は、前記ポンプの入口圧力を測定する圧力センサ、及びポンプの入口の液相部分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い込みヘッドを算出する、付記１に記載の冷却装置。
　（付記４）
　前記制御部は、前記ポンプの吐出側と吸い込み側とを接続するバイパス配管内の冷媒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い込みヘッドを算出する、付記１に記載の冷却装置。
　（付記５）
　前記制御部は、前記気液分離器内の冷媒の圧力と、温度と、液面高さとによって前記有効吸い込みヘッドを算出する付記１に記載の冷却装置。
　（付記６）
　前記制御部は、前記圧縮機を複数段階にわたって昇圧する、付記１に記載の冷却装置。
　（付記７）
　前記制御部は、前記圧縮機の昇圧とともに、前記放熱器の放熱量を制御する、付記１～６のいずれか１項に記載の冷却装置。
　（付記８）
　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、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器から液相冷媒を吸い込んで前記受熱器へ送るポンプの有効吸い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して前記圧縮機の昇圧を制御する冷却装置の制御方法。

　（付記９）
　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装置であって、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに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有効吸い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に前記圧縮機の昇圧量を制限する、冷却装置の制御装置。
　（付記１０）
　付記９に記載の制御装置による昇圧量の制限をコンピュータに実行させるプログラム。

　（付記１１）
　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であって、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに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圧縮機の昇圧量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い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して前記圧縮機が吸い込む冷媒の流量を制御する冷却装置。
　（付記１２）
　前記制御部は、前記気液分離器から前記圧縮機へ冷媒を供給する配管に設けた調整弁の開度によって前記圧縮機の吸い込み流量を制御する、付記１１に記載の冷却装置。
　（付記１３）
　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、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器から液相冷媒を吸い込む前記ポンプの有効吸い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して前記圧縮機の冷媒の吸い込み量を調整する冷却装置の制御方法。
　（付記１４）
　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装置であって、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに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有効吸い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して前記圧縮機が吸い込む冷媒の流量を制御する冷却装置の制御装置。
　（付記１５）
　付記１４に記載の制御装置による冷媒の流量の制限をコンピュータに実行させるプログラム。

　（付記１６）
　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であって、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに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圧縮機の昇圧量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い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して前記放熱器の放熱量を制限する冷却装置。
　（付記１７）
　前記制御部は、前記放熱器に冷却空気を供給するファンの送風量を制御する付記１６に記載の冷却装置。
　（付記１８）
　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、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器から液相冷媒を吸い込む前記ポンプの有効吸い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して前記放熱器の放熱量を制御する冷却装置の制御方法。
　（付記１９）
　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装置であって、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに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有効吸い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して前記放熱器の放熱量を制御する冷却装置の制御装置。
　（付記２０）
　付記１９に記載の制御装置による冷媒の放熱量の制御をコンピュータに実行させるプログラム。

　（付記２１）
　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であって、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに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圧縮機の昇圧量を制御する制御部とを備え、前記制御部は、所定の時間にわたって前記圧縮機を段階的に昇圧する冷却装置。
　（付記２２）
　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、前記圧縮機を所定時間にわたって段階的に昇圧する制御方法。
　（付記２３）
　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装置であって、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器で分離された液相冷媒を圧縮する圧縮機を所定の時間にわたって段階的に昇圧する制御装置。
　（付記２４）
　付記２３に記載の制御装置による段階的な昇圧をコンピュータに実行させるプログラム。

　（付記２５）
　付記１、１１、１６，２１に記載された制御部がそれぞれ実行する制御から複数を組み合わせて前記有効吸い込みヘッドを制御する冷却装置。
　（付記２６）
　付記１、１１、１６、２１に記載された冷却装置の制御部が実行する制御から複数を組み合わせた制御において、いずれか一の制御を他の制御に優先して実行する付記２５に記載の冷却装置。
　（付記２７）
　　付記８、１３、１８、２２に記載された制御方法がそれぞれ実行する制御から複数を組み合わせて前記有効吸い込みヘッドを制御する制御方法。
　（付記２８）
　　付記８、１３、１８、２２に記載された制御方法がそれぞれ実行する制御から複数を組み合わせた制御において、いずれか一の制御を他の制御に優先して実行する付記２７に記載の制御方法。
　（付記２９）
　　付記９、１４、１９、２３に記載された制御装置がそれぞれ実行する制御から複数を組み合わせて前記有効吸い込みヘッドを制御する制御装置。
　（付記３０）
　　付記９、１４、１９、２３に記載された制御装置がそれぞれ実行する制御から複数を組み合わせた制御において、いずれか一の制御を他の制御に優先して実行する付記２９に記載の制御装置。
　（付記３１）
　　付記１０、１５、２０、２４記載されたプログラムがそれぞれコンピュータに実行させる処理から複数を組み合わせて前記有効吸い込みヘッドを制御するプログラム。
　（付記３２）
　　付記１０、１５、２０、２４記載されたプログラムがそれぞれコンピュータに実行させる処理において、いずれか一の処理を他の処理に優先して実行する付記３１に記載のプログラム。

　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
　　９ｂ　調整弁
　　ＤＢ１、ＤＢ１’、ＤＢ２、ＤＢ３、ＤＢ３ａ　データベース
　ＤＢ４、ＤＢ４ａ、ＤＢ５、ＤＢ５ａ　データベース
　　Ｔ　温度センサ
　　Ｐ　圧力センサ
　　Ｌ　液面センサ

Claims

　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であって、
　前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに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圧縮機の昇圧量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い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して圧縮機を昇圧する冷却装置。
　前記制御部は、前記ポンプの入口圧力と、冷媒の飽和蒸気圧と、冷媒の密度によって前記有効吸い込みヘッドを算出する、請求項１に記載の冷却装置。
　前記制御部は、前記ポンプの入口圧力を測定する圧力センサ、及びポンプの入口の液相部分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い込みヘッドを算出する、請求項１に記載の冷却装置。
　前記制御部は、前記ポンプの吐出側と吸い込み側とを接続するバイパス配管内の冷媒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い込みヘッドを算出する、請求項１に記載の冷却装置。
　前記制御部は、前記気液分離器内の冷媒の圧力と、温度と、液面高さとによって前記有効吸い込みヘッドを算出する、
　請求項１に記載の冷却装置。
　前記制御部は、前記圧縮機を複数段階にわたって昇圧する、
請求項１に記載の冷却装置。
　前記制御部は、前記圧縮機の昇圧とともに、前記放熱器の放熱量を制御する、
請求項１～６のいずれか１項に記載の冷却装置。
　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、前記膨張機から供給された冷媒を気相と液相とに分離する気液分離器から液相冷媒を吸い込んで前記受熱器へ送るポンプの有効吸い込みヘッドの値が所定以下にならない範囲に制限して前記圧縮機の昇圧を制御する冷却装置の制御方法。