WO2025004422A1 - 冷却システム - Google Patents

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WO2025004422A1
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load
cooling
line
air conditioning
heat medium
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伸英 原
雄一 大谷
勇輔 山科
鷹規 齊藤
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/20—Cooling means
    • G06F1/206—Cooling means comprising thermal management
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/83—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers
    • F24F11/84—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers using valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
    • H05K7/20836—Thermal management, e.g. server temperature control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • F24F2140/20—Heat-exchange fluid temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2140/00—Control inputs relating to system states
    • F24F2140/50—Load

Definitions

  • cooling systems may further include a local cooling device (such as chip cooling) that cools high heat generating elements such as the CPU and GPU of the load equipment, in addition to an air conditioner that cools the room.
  • a local cooling device such as chip cooling
  • the objective of this disclosure is to provide a cooling system that can cool both the room and the load equipment with a simple configuration, while also reducing power consumption.
  • the cooling system includes a cooling device that cools a heat medium, an air conditioning means that cools a room in which a load device is installed by supplying the heat medium, a local cooling device that cools the load device by supplying the heat medium, and a heat medium loop consisting of a first line that circulates the heat medium from the cooling device via the air conditioning means, and a second line that branches off from the first line and circulates the heat medium via the local cooling device, the first line having a smaller pressure loss than the second line.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a cooling system according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of a control device according to the first embodiment
  • 5 is a flowchart illustrating an example of processing of the control device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a control command value of the control device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing an overall configuration of a cooling system according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a control command value of the control device according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing an overall configuration of a cooling system according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing an overall configuration of a cooling system according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a second line and a local cooling device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a cooling system according to a first embodiment.
  • the cooling system 1 is a system for cooling a room of a facility (such as a server room or a data center) in which multiple load devices L (L1, L2, L3, L4, ...) are installed and the load devices L.
  • the load devices L are devices having heat generating elements (such as a CPU, a GPU, etc.), such as servers and communication devices.
  • the air conditioning means 3 is an air conditioner 3A that cools the air in the room.
  • the air conditioner 3A is equipped with a heat exchanger 31 and an air conditioner fan 32.
  • the heat exchanger 31 exchanges heat between the heat medium R cooled by the cooling device 2 and the air in the room that has been warmed by the load equipment L.
  • the air conditioner fan 32 blows the air cooled by the heat exchanger 31 into the room. Note that while FIG. 1 shows an example in which only one air conditioning means 3 is provided in the room, this is not limiting. In other embodiments, multiple air conditioning means 3 may be provided in the room.
  • the heat medium loop 5 consists of a first line 51 and a second line 52.
  • the first line 51 is a flow path that circulates the heat medium R via the air conditioner 3A.
  • the second line 52 is a flow path that branches off from the first line 51 and circulates the heat medium R via the local cooling device 4.
  • a pump 53 is provided in the first line 51, which sucks in the heat medium R cooled by the cooling device 2 and sends it out to the downstream side of the first line 51 (the air conditioner 3A side).
  • the first line 51 has a first low-temperature line 51a that supplies the heat medium R to the air conditioner 3A, and a first high-temperature line 51b that flows downstream the heat medium R that has completed heat exchange in the heat exchanger 31 of the air conditioner 3A.
  • the second line 52 has a second low-temperature line 52a that supplies the heat medium R to the local cooling device 4, and a second high-temperature line 52b that flows downstream the heat medium R that has been warmed by the heat generating element of the load device L.
  • the second line 52 in this embodiment is connected in series with the first line 51.
  • the second low-temperature line 52a of the second line 52 branches off from the first high-temperature line 51b of the first line 51 at the branch point P1.
  • the second line 52 has a local cooling loop 41 in which the local cooling device 4 branches into multiple flow paths.
  • the local cooling loop 41 uses a pipe with a smaller diameter than the pipe of the first line 51.
  • the first line 51 is designed to have a smaller pressure loss than the second line 52.
  • the second line 52 is not limited to a configuration in which the local cooling loop 41 described above has a small diameter, and may have various other configurations.
  • the diameter of at least one of the second low temperature line 52a and the second high temperature line 52b of the second line 52 may be made smaller than that of the first line 51.
  • the length of the piping of the second line 52 may be made longer than that of the first line 51, or the piping may be bent more than that of the first line 51, so that the second line 52 generates a larger pressure loss than the first line 51.
  • an adjustment valve 54 is provided in the first line 51, which has a small pressure loss, as a means for further adjusting the flow rate of the heat medium R bypassed to the second line 52.
  • the adjustment valve 54 is provided between the branch point P1 and the junction point P2 of the first line 51.
  • the opening of the adjustment valve 54 may be two values, maximum (for example, fully open) or minimum (for example, fully closed), or may be adjustable to any value in the range from maximum to minimum. Since the first line 51 has a smaller pressure loss than the second line 52 and the heat medium R flows more easily, the larger the opening of the adjustment valve 54, the larger the flow rate of the heat medium R flowing downstream of the first line 51 (first high temperature line 51b). The flow rate of the heat medium R bypassed from the branch point P1 of the first line 51 to the second line 52 decreases accordingly. When the opening of the adjustment valve 54 is maximum, only the heat medium R with a minimum flow rate according to the difference in pressure loss is bypassed to the second line 52.
  • the smaller the opening of the adjustment valve 54 the smaller the flow rate of the heat medium R flowing downstream of the first line 51 (first high temperature line 51b).
  • the flow rate of the heat medium R bypassed from the branch point P1 of the first line 51 to the second line 52 increases accordingly.
  • the flow rates of the first line 51 and the second line 52 can be adjusted by opening and closing the adjustment valve 54.
  • the control device 6 outputs control signals for controlling the operation of the cooling device 2, the air conditioner 3A, the pump 53, and the adjustment valve 54.
  • the control device 6 may be installed in the same room as the air conditioner 3A and the local cooling device 4, or in another room within the facility.
  • the control device 6 may also be built into the cooling device 2. The detailed functional configuration of the control device 6 will be described later.
  • the power source 10 supplies power for operating each part of the cooling system 1.
  • the power source 10 is, for example, a power system.
  • the power source 10 may be a power generation device that uses natural energy (such as a solar power generation device, a wind power generation device, a hydroelectric power generation device, or a geothermal power generation device).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the control device according to the first embodiment.
  • the control device 6 includes a processor 60 , a memory 61 , a storage 62 , and a communication interface (I/F) 63 .
  • I/F communication interface
  • the processor 60 operates according to a predetermined program to perform the functions of an air conditioning load acquisition unit 601, a cooling load acquisition unit 602, and a control unit 603.
  • the air conditioning load acquisition unit 601 acquires the air conditioning load of the air conditioner 3A based on the temperature in the room in which the air conditioner 3A is installed (indoor temperature).
  • the indoor temperature is measured by a first thermometer T1 installed near the air conditioner 3A, for example, as shown in FIG. 1.
  • the cooling load acquisition unit 602 acquires the load (cooling load) of the local cooling device 4 based on the temperature of the load equipment L or the temperature of the second line 52.
  • a second thermometer T2 is installed near the load equipment L indoors (such as a server rack) to measure the temperature of the load equipment L.
  • the second thermometer T2 may be installed at each of the inlet (second low temperature line 52a) and outlet (second high temperature line 52b) of the local cooling device 4 to measure the temperature of the second line 52.
  • the air conditioning load acquisition unit 601 acquires the air conditioning load of the air conditioner 3A (step S01).
  • the air conditioning load in this embodiment is the indoor temperature measured by the first thermometer T1.
  • the cooling load acquisition unit 602 acquires the cooling load of the local cooling device 4 (step S02).
  • the cooling load in this embodiment is the temperature of the load device L measured by the second thermometer T2.
  • the cooling load may be the rate of increase in the temperature of the load equipment L per unit time, or the difference between the temperature of the load equipment L and the room temperature. In still other embodiments, the cooling load may be the temperature difference of the heat medium R at the inlet and outlet of the local cooling device 4, or the rate of increase in the temperature difference of the heat medium R per unit time.
  • control unit 603 controls the opening of the adjustment valve 54, the pump 53's pumping flow rate of the heat medium R, and the airflow rate of the air conditioner fan 32 of the air conditioner 3A based on the air conditioning load and the cooling load (step S03).
  • the control unit 603 increases the opening of the adjustment valve 54. At this time, the control unit 603 reduces the pumping flow rate of the pump 53 and the airflow rate of the air conditioner fan 32. For example, the control unit 603 adjusts the opening of the adjustment valve 54 to be larger and the pumping flow rate of the pump 53 and the airflow rate of the air conditioner fan 32 to be smaller as the cooling load becomes smaller. Also, as shown in FIG. 4, the opening of the adjustment valve 54 may be maximized, the pumping flow rate of the pump 53 may be minimized, and the airflow rate of the air conditioner fan 32 may be minimized. In this way, the pressure loss of the entire cooling system 1 can be reduced, and the power consumption of the entire cooling system 1 can be reduced.
  • control unit 603 adjusts the pump pressure delivery flow rate so that the pump pressure delivery flow rate becomes larger as the cooling load increases.
  • the control unit 603 does not increase the airflow rate of the air conditioner fan 32.
  • the airflow rate of the air conditioner fan 32 may be minimized as shown in FIG. 4. This makes it possible to increase or decrease the cooling capacity of the local cooling device 4 in accordance with the cooling load while suppressing increases in the cooling capacity and power consumption of the air conditioner 3A.
  • the control unit 603 increases the opening of the adjustment valve 54.
  • the control unit 603 may adjust the opening of the adjustment valve 54 so that the smaller the cooling load, the larger the opening of the adjustment valve 54, or may maximize the opening of the adjustment valve 54 as in the example of FIG. 4.
  • the control unit 603 adjusts the control command values so that the pump 53's compression flow rate and the air conditioner fan 32's blowing volume are increased as the air conditioning load is increased.
  • (B2) Medium room temperature and medium load
  • the control unit 603 increases the flow rate of the heat medium R bypassed to the second line 52 by decreasing the opening of the adjustment valve 54.
  • the opening of the adjustment valve 54 is a binary value of maximum or minimum
  • the control unit 603 minimizes the opening of the adjustment valve 54.
  • the control unit 603 may adjust the opening so that the opening of the adjustment valve 54 decreases as the cooling load increases.
  • the control unit 603 increases the flow rate of the heat medium R bypassed to the second line 52 by decreasing the opening of the adjustment valve 54.
  • the control unit 603 minimizes the opening of the adjustment valve 54.
  • the control unit 603 may adjust the opening so that the opening of the adjustment valve 54 decreases as the cooling load increases.
  • control unit 603 increases the pressure-feed flow rate of the pump 53 and increases the airflow rate of the air conditioner fan 32. As shown in FIG. 4, the pressure-feed flow rate of the pump 53 and the airflow rate of the air conditioner fan 32 may be maximized. This can increase the cooling capacity of the air conditioner 3A and appropriately adjust the cooling capacity of the local cooling device 4.
  • the control unit 603 reduces the opening of the adjustment valve 54 to reduce the difference in pressure loss between the first line 51 and the second line 52, thereby increasing the flow rate of the heat medium R bypassed to the second line 52.
  • the control unit 603 also increases the pressure-feed flow rate of the pump 53 to increase the air flow rate of the air conditioner fan 32.
  • the opening of the adjustment valve 54 may be minimized, and the pressure-feed flow rate of the pump 53 and the air flow rate of the air conditioner fan 32 may be maximized. This can increase the cooling capacity of the air conditioner 3A and the local cooling device 4.
  • the control device 6 executes the series of processes shown in FIG. 3 at predetermined intervals while the cooling system 1 is in operation, thereby appropriately controlling the power consumption of the entire cooling system 1 and adjusting the cooling capacity of the air conditioner 3A and the local cooling device 4.
  • the cooling system 1 includes the cooling device 2 that cools the heat medium R, the air conditioning means (air conditioner 3A) that receives the heat medium R and cools the interior of a room in which load equipment L is installed, the local cooling device 4 that receives the heat medium R and cools the load equipment L, and the heat medium loop 5 that includes the first line 51 that circulates the heat medium R from the cooling device 2 via the air conditioner 3A, and the second line 52 that branches off from the first line 51 and circulates the heat medium R via the local cooling device 4.
  • the first line 51 has a smaller pressure loss than the second line 52.
  • the heat generating element of the load equipment L is hotter than the room temperature, so even if the heat medium R after heat exchange by the heat exchanger 31 of the air conditioner 3A is reused, the local cooling device 4 can sufficiently remove heat from the heat generating element of the load equipment L. Therefore, by further using the heat medium R used by the air conditioner 3A in the downstream local cooling device 4, it is not necessary to provide multiple cooling devices 2 for each of the air conditioner 3A and the local cooling device 4, and the heat medium R cooled by one cooling device 2 can be used to the maximum. In other words, with a simple configuration in which only one cooling device 2 is installed, both the room and the load equipment L can be cooled, and the power consumption of the entire cooling system 1 can be reduced.
  • the flow rate of the heat medium R bypassed from the first line 51 to the second line 52 can be adjusted by adjusting the difference in pressure loss by making a difference in the diameter of the pipes used in the first line 51 and the second line 52 depending on the number of load equipment L and the load (heat generation amount).
  • the cooling system 1 has a simple configuration with a first line 51 and a second line 52 with different pressure losses, and can adjust the flow rate and cooling capacity of the heat medium R supplied from one cooling device 2 to the air conditioner 3A and the local cooling device 4.
  • the first line 51 is also provided with an adjustment valve 54 that can adjust the flow rate of the heat medium R in the first line 51 and the second line 52.
  • the cooling system 1 can adjust the flow rate in the first line 51 and the second line 52 by opening and closing the adjustment valve 54, and adjust the cooling capacity of the air conditioner 3A and the local cooling device 4.
  • the cooling system 1 further includes an air conditioning load acquisition unit 601 that acquires the air conditioning load of the air conditioner 3A based on the indoor temperature, a cooling load acquisition unit 602 that acquires the cooling load of the local cooling device 4 based on the temperature of the load equipment L or the temperature of the second line 52, and a control unit 603 that controls the opening degree of the adjustment valve 54 based on the air conditioning load and the cooling load.
  • an air conditioning load acquisition unit 601 that acquires the air conditioning load of the air conditioner 3A based on the indoor temperature
  • a cooling load acquisition unit 602 that acquires the cooling load of the local cooling device 4 based on the temperature of the load equipment L or the temperature of the second line 52
  • a control unit 603 that controls the opening degree of the adjustment valve 54 based on the air conditioning load and the cooling load.
  • the cooling system 1 can appropriately adjust the flow rate of the heat medium R bypassed to the second line 52 according to the air conditioning load required by the air conditioner 3A to cool the room and the cooling load required by the local cooling device 4 to cool the load equipment L.
  • control unit 603 reduces the opening of the adjustment valve 54 when the air conditioning load is less than the low air conditioning load threshold (low room temperature) and the cooling load is equal to or greater than the high cooling load threshold (high load).
  • the control unit 603 increases the opening of the adjustment valve 54 when the air conditioning load is equal to or greater than the high air conditioning load threshold (high room temperature) and the cooling load is less than the low cooling load threshold (low load).
  • the cooling system 1 can reduce pressure loss throughout the system and increase the cooling capacity of the air conditioner 3A.
  • the air conditioning means is an air conditioner 3A having an air conditioner fan 32, and the control unit 603 stops the air conditioner fan 32 when the air conditioning load is less than the low air conditioning load threshold (low room temperature) and the cooling load is equal to or greater than the high cooling load threshold (high load).
  • the cooling system 1 can minimize the amount of power used by the air conditioner 3A when cooling of the room is not required.
  • FIG. 5 is a diagram showing an overall configuration of a cooling system according to the second embodiment.
  • the heat medium loop 5 has the first line 51 and the second line 52 that are directly connected to each other.
  • the heat medium loop 5 has the first line 51 and the second line 52 that are connected in parallel to each other.
  • the second low-temperature line 52a of the second line 52 branches off from the first low-temperature line 51a of the first line 51 at a branch point P1. Then, the second high-temperature line 52b of the second line 52 merges with the first high-temperature line 51b of the first line 51 at a merge point P2.
  • the adjustment valve 54 is provided between the branch point P1 and the junction point P2, as in the first embodiment. When the adjustment valve 54 is fully closed, the heat medium R stops flowing through the first line 51 and flows only through the second line 52. In other words, all of the heat medium R is supplied to the local cooling device 4.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a control command value of the control device according to the second embodiment. Moreover, the control unit 603 of the control device 6 according to this embodiment determines the control command value as shown in FIG. 6 instead of FIG.
  • the control unit 603 when the air conditioning load is less than the low air conditioning load threshold (low room temperature), the control unit 603 minimizes the opening of the adjustment valve 54 (fully closed). The control unit 603 also stops the air conditioner fan 32.
  • the cooling system 1 can supply the heat medium R only to the local cooling device 4, without supplying it to the air conditioner 3A. This eliminates the need to flow the heat medium R to unnecessary locations (air conditioner 3A), making it possible to reduce power consumption of the pump 53, etc. Also, by stopping the air conditioner fan 32, power consumption can be further reduced. In addition, since the heat medium R cooled by the cooling device 2 is directly supplied to the local cooling device 4, the cooling capacity of the local cooling device 4 can be greatly improved compared to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an overall configuration of a cooling system according to the third embodiment.
  • the air conditioning unit 3 according to this embodiment is a fin tube 3B.
  • FIG. 7 shows an example in which the air conditioner 3A in the first embodiment is replaced with fin tubes 3B, this is not limiting. In other embodiments, the air conditioner 3A in the second embodiment (FIG. 5) may be replaced with fin tubes 3B.
  • control unit 603 of the control device 6 does not perform the process of determining the control command value for the air conditioner fan 32 shown in Figures 4 and 6.
  • the indoor temperature may be low throughout the year.
  • equipment with high cooling capacity such as the air conditioner 3A will not be necessary.
  • the air conditioner 3A by replacing the air conditioner 3A with fin tubes 3B as the air conditioning means 3, it is possible to significantly reduce the power consumption of the cooling system 1 while ensuring the cooling capacity of the room with the flow rate of the heat medium R flowing through the fin tubes 3B.
  • FIG. 8 is a diagram showing the overall configuration of a cooling system according to the fourth embodiment.
  • the opening degree of the adjustment valve 54 has two values, maximum (fully open) and minimum (fully closed).
  • the first line 51 is provided with a first valve 55 capable of adjusting the flow rate of the heat medium R flowing through the first line 51 (supplied to the air conditioning means 3).
  • the second line 52 is provided with a second valve 56 capable of adjusting the flow rate of the heat medium R flowing through the second line 52 (supplied to the local cooling device 4).
  • FIG. 8 shows an example in which the first valve 55 and the second valve 56 are added to the configuration of the first embodiment, this is not limiting. In other embodiments, the first valve 55 and the second valve 56 may be added to the configuration of the second embodiment (FIG. 5) or the third embodiment (FIG. 7).
  • control unit 603 of the control device 6 adjusts the opening of the first valve 55 and the second valve 56 in accordance with the air conditioning load and the cooling load while minimizing the opening of the adjustment valve 54.
  • the cooling system 1 can precisely adjust the flow rate of the heat medium R in the first line 51 and the second line 52 while keeping the adjustment valve 54 simple in configuration.
  • FIG. 9 is a diagram showing the configuration of a second line and a local cooling device according to the fifth embodiment. As shown in Fig. 9, one local cooling device 4 may be provided for each load device L. Fig. 9 shows an example in which one local cooling device 4A to 4D is provided for each of four load devices L1 to L4.
  • the second low-temperature line 52a of the second line 52 branches off and is connected to each local cooling device 4 (4A to 4D).
  • a local cooling valve 42 (42A to 42D) is provided on each branch of the second low-temperature line 52a to each local cooling device 4.
  • the local cooling valve 42 adjusts the flow rate of the heat medium R supplied from the second line 52 (second low-temperature line 52a) to each local cooling device 4.
  • the heat medium R discharged from each of the local cooling devices 4A to 4D joins the second high-temperature line 52b of the second line 52.
  • the cooling system 1 can appropriately and efficiently cool each load device L using multiple local cooling devices 4. In this way, when the amount of heat generated by each load device L differs, it is possible to prevent some load devices L from becoming overcooled or some load devices L from becoming insufficiently cooled.
  • the cooling system 1 includes a cooling device 2 that cools a heat medium R, an air conditioning means 3 that receives the heat medium R and cools a room in which a load device L is installed, a local cooling device 4 that receives the heat medium R and cools the load device L, and a heat medium loop 5 that includes a first line 51 that circulates the heat medium R from the cooling device 2 via the air conditioning means 3, and a second line 52 that branches off from the first line 51 and circulates the heat medium R via the local cooling device 4.
  • the first line 51 has a smaller pressure loss than the second line 52.
  • the heat generating element of the load equipment L is usually at a higher temperature than the room temperature, so even if the heat medium R after heat exchange by the heat exchanger 31 of the air conditioner 3A is reused, the local cooling device 4 can sufficiently remove heat from the heat generating element of the load equipment L. Therefore, by further using the heat medium R used by the air conditioner 3A in the downstream local cooling device 4, it is not necessary to provide multiple cooling devices 2 for each of the air conditioner 3A and the local cooling device 4, and the heat medium R cooled by one cooling device 2 can be used to the maximum. In other words, with a simple configuration in which only one cooling device 2 is installed, both the room and the load equipment L can be cooled, and the power consumption of the entire cooling system 1 can be reduced.
  • the flow rate of the heat medium R bypassed from the first line 51 to the second line 52 can be adjusted by adjusting the difference in pressure loss by making a difference in the diameter of the pipes used in the first line 51 and the second line 52 depending on the number of load equipment L and the load (heat generation amount).
  • the cooling system 1 has a simple configuration with a first line 51 and a second line 52 with different pressure losses, and can adjust the flow rate and cooling capacity of the heat medium R supplied from one cooling device 2 to the air conditioner 3A and the local cooling device 4.
  • the first line 51 is provided with an adjustment valve 54 that, when the opening degree is decreased, increases the ratio of the flow rate of the heat medium R that branches into the second line 52 to the flow rate of the heat medium R that flows without branching into the second line 52.
  • the cooling system 1 can adjust the proportion of the heat medium R that flows into the second line 52 out of the total amount of heat medium R by increasing or decreasing the opening of the adjustment valve 54, thereby adjusting the cooling capacity of the air conditioning means 3 and the local cooling device 4.
  • the cooling system 1 further includes an air conditioning load acquisition unit 601 that acquires the air conditioning load of the air conditioning means 3 based on the room temperature, a cooling load acquisition unit 602 that acquires the cooling load of the local cooling device 4 based on the temperature of the load equipment L or the temperature of the second line 52, and a control unit 603 that controls the opening degree of the adjustment valve 54 based on the air conditioning load and the cooling load.
  • an air conditioning load acquisition unit 601 that acquires the air conditioning load of the air conditioning means 3 based on the room temperature
  • a cooling load acquisition unit 602 that acquires the cooling load of the local cooling device 4 based on the temperature of the load equipment L or the temperature of the second line 52
  • a control unit 603 that controls the opening degree of the adjustment valve 54 based on the air conditioning load and the cooling load.
  • the cooling system 1 can appropriately adjust the flow rate of the heat medium R bypassed to the second line 52 according to the air conditioning load required by the air conditioner 3A to cool the room and the cooling load required by the local cooling device 4 to cool the load equipment L.
  • control unit 603 reduces the opening degree of the adjustment valve 54 when the air conditioning load is less than the low air conditioning load threshold and the cooling load is equal to or greater than the high cooling load threshold.
  • the cooling system 1 can increase the flow rate of the heat medium R bypassed to the second line 52, thereby increasing the cooling capacity of the local cooling device 4.
  • control unit 603 increases the opening degree of the adjustment valve 54 when the air conditioning load is equal to or greater than the high air conditioning load threshold and the cooling load is less than the low cooling load threshold.
  • the cooling system 1 can reduce pressure loss throughout the system and increase the cooling capacity of the air conditioner 3A.
  • the first line 51 and the second line 52 are connected in parallel, and the control unit 603 closes the adjustment valve 54 to stop the supply of the heat medium R to the air conditioning means 3.
  • the cooling system 1 can supply the heat medium R only to the local cooling device 4, without supplying it to the air conditioning means 3. This eliminates the need to flow the heat medium R to unnecessary locations (air conditioning means 3), making it possible to reduce power consumption of the pump 53, etc. Also, by stopping the air conditioner fan 32, power consumption can be further reduced. In addition, since the heat medium R cooled by the cooling device 2 is directly supplied to the local cooling device 4, the cooling capacity of the local cooling device 4 can be greatly improved.
  • the air conditioning means 3 is an air conditioner 3A having an air conditioner fan 32, and the control unit 603 stops the air conditioner fan 32 when the air conditioning load is less than the low air conditioning load threshold and the cooling load is equal to or greater than the high cooling load threshold.
  • the cooling system 1 can minimize the amount of power used by the air conditioner 3A when cooling of the room is not required.
  • the air conditioning means 3 is a fin tube 3B.
  • the indoor temperature may be low throughout the year.
  • equipment with high cooling capacity such as the air conditioner 3A will not be necessary.
  • the air conditioner 3A by replacing the air conditioner 3A with fin tubes 3B as the air conditioning means 3, it is possible to significantly reduce the power consumption of the cooling system 1 while ensuring the cooling capacity of the room with the flow rate of the heat medium R flowing through the fin tubes 3B.
  • a plurality of local cooling devices 4 are provided corresponding to a plurality of load devices L.

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Abstract

冷却システムは、熱媒体を冷却する冷却装置と、前記熱媒体が供給されて負荷機器が設置された室内を冷却する空調手段と、前記熱媒体が供給されて前記負荷機器を冷却する局所冷却装置と、前記冷却装置から前記空調手段を経由して前記熱媒体を流通させる第１ラインと、前記第１ラインから分岐し、前記局所冷却装置を経由して前記熱媒体を流通させる第２ラインとからなる熱媒体ループと、を備え、前記第１ラインは、前記第２ラインよりも圧力損失が小さい。

Description

冷却システム
　本開示は、冷却システムに関する。本願は、２０２３年６月３０日に日本に出願された特願２０２３－１０８６１７号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　たとえばＩＴ機器（サーバなど）といった熱を発生する負荷機器を多数設置したデータセンターなどの室内熱媒体を冷却する熱源装置（チラー）と、熱源装置から供給された熱媒体で室内を冷却する空調機とを備える冷却システムが設けられている（特許文献１～３を参照）。
日本国特許第６００１３７５号公報 日本国特許第６１２５８３６号公報 特開２０２２－１８１３０４号公報
　近年では、冷却システムは、室内を冷却する空調機に加えて、負荷機器のＣＰＵやＧＰＵなどの高発熱体を冷却する局所冷却装置（チップ冷却など）をさらに備える場合がある。従来の技術では、空調機用の熱源装置と、局所冷却装置用の熱源装置との両方を設け、空調機と局所冷却装置とを個別に制御する必要があった。そうすると、待機状態（アイドリング状態）においても各機器で動力が消費されることから、冷却システム全体の電力消費量が増大してしまう。
　本開示の目的は、簡易な構成で室内および負荷機器の両方を冷却できるとともに、電力消費量を低減することができる冷却システムを提供することにある。
　本開示の一態様によれば、冷却システムは、熱媒体を冷却する冷却装置と、前記熱媒体が供給されて負荷機器が設置された室内を冷却する空調手段と、前記熱媒体が供給されて前記負荷機器を冷却する局所冷却装置と、前記冷却装置から前記空調手段を経由して前記熱媒体を流通させる第１ラインと、前記第１ラインから分岐し、前記局所冷却装置を経由して前記熱媒体を流通させる第２ラインとからなる熱媒体ループと、を備え、前記第１ラインは、前記第２ラインよりも圧力損失が小さい。
　上記態様によれば、簡易な構成で室内および負荷機器の両方を冷却できるとともに、電力消費量を低減することができる。
第１の実施形態に係る冷却システムの全体構成を示す図である。 第１の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。 第１の実施形態に係る制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る制御装置の制御指令値の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る冷却システムの全体構成を示す図である。 第２の実施形態に係る制御装置の制御指令値の一例を示す図である。 第３の実施形態に係る冷却システムの全体構成を示す図である。 第４の実施形態に係る冷却システムの全体構成を示す図である。 第５の実施形態に係る第２ラインおよび局所冷却装置の構成を示す図である。
＜第１の実施形態＞
　以下、図１～図４を参照しながら第１の実施形態について詳しく説明する。
（冷却システムの全体構成）
　図１は、第１の実施形態に係る冷却システムの全体構成を示す図である。
　図１に示すように、冷却システム１は、複数の負荷機器Ｌ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，…）が設置された施設（サーバ室、データセンターなど）の室内および負荷機器Ｌを冷却するためのシステムである。負荷機器Ｌは、たとえばサーバや通信機器などの発熱体（ＣＰＵ、ＧＰＵなど）を有する機器である。
　冷却システム１は、冷却装置２と、空調手段３と、局所冷却装置４と、熱媒体ループ５と、制御装置６と、電源１０とを備えている。
　冷却装置２は、たとえば空冷式のチラーや、フリークーリング方式の冷却塔などであり、室外に設置される。冷却装置２は、ファン２１を備えている。冷却装置２は、ファン２１で低温の外気を取り込んで、空調手段３および局所冷却装置４に供給する熱媒体Ｒを冷却する。熱媒体Ｒは、たとえばブラインなど、どのような態様であってもよい。
　空調手段３は、室内の空気を冷却する空調機３Ａである。空調機３Ａは、熱交換器３１と、空調機ファン３２とを備えている。熱交換器３１は、冷却装置２により冷却された熱媒体Ｒと、負荷機器Ｌにより暖められた室内の空気との間で熱交換を行う。空調機ファン３２は、熱交換器３１により冷却された空気を室内に吹き出す。なお、図１には室内に空調手段３が１つのみ設けられている例が示されているが、これに限られることはない。他の実施形態では、室内に空調手段３が複数設けられていてもよい。
　局所冷却装置４は、複数の負荷機器Ｌそれぞれを冷却するチップ冷却装置である。局所冷却装置４は、局所冷却用ループ４１を備えている。局所冷却用ループ４１は、熱媒体ループ５から冷却装置２により冷却された熱媒体Ｒを取り込んで各負荷機器Ｌに分配するとともに、各負荷機器Ｌから排出された熱媒体Ｒを熱媒体ループ５に戻す。各負荷機器Ｌに分配して供給された熱媒体Ｒは、負荷機器Ｌの発熱体から熱を奪うことにより、負荷機器Ｌを冷却する。
　熱媒体ループ５は、第１ライン５１と、第２ライン５２とからなる。第１ライン５１は、空調機３Ａを経由して熱媒体Ｒを流通させる流路である。第２ライン５２は、第１ライン５１から分岐し、局所冷却装置４を経由して熱媒体Ｒを流通させる流路である。また、第１ライン５１には、ポンプ５３が設けられており、冷却装置２により冷却された熱媒体Ｒを吸い込んで第１ライン５１の下流側（空調機３Ａ側）へ送出する。
　第１ライン５１は、熱媒体Ｒを空調機３Ａに供給する第１低温ライン５１ａと、空調機３Ａの熱交換器３１で熱交換を終えた熱媒体Ｒを下流に流す第１高温ライン５１ｂとを有している。第２ライン５２は、熱媒体Ｒを局所冷却装置４に供給する第２低温ライン５２ａと、負荷機器Ｌの発熱体に温められた熱媒体Ｒを下流側に流す第２高温ライン５２ｂとを有している。本実施形態に係る第２ライン５２は、第１ライン５１と直列に接続される。第２ライン５２の第２低温ライン５２ａは、第１ライン５１の第１高温ライン５１ｂから分岐点Ｐ１において分岐する。その後、第２ライン５２の第２高温ライン５２ｂは、第１ライン５１の第１高温ライン５１ｂに、分岐点Ｐ１よりも下流側の合流点Ｐ２において合流する。通常、負荷機器Ｌの発熱体は室内温度よりも高温になるので、空調機３Ａの熱交換器３１により熱交換された後の熱媒体Ｒを再利用したとしても、局所冷却装置４は十分に負荷機器Ｌの発熱体から熱を奪うことができる。このため、空調機３Ａで利用された熱媒体Ｒを下流側の局所冷却装置４でさらに利用することにより、空調機３Ａと局所冷却装置４とのそれぞれに対して複数の冷却装置２を設ける必要がなく、１台の冷却装置２が冷却した熱媒体Ｒを最大限に利用することができる。
　なお、上記したように、本実施形態に係る第２ライン５２は、局所冷却装置４が複数の流路に分岐した局所冷却用ループ４１を有している。また、局所冷却用ループ４１は、第１ライン５１の配管と比較して径の小さい配管を使用する。このように配管の径を異ならせることで、第１ライン５１と第２ライン５２とでは、圧力損失が不均衡となる。つまり、第１ライン５１は、第２ライン５２よりも圧力損失が小さくなるように設計される。配管の径に差を付けるなどして第１ライン５１および第２ライン５２の圧力損失の差を調節することにより、第１ライン５１から第２ライン５２にバイパスする熱媒体Ｒの流量を調節することができる。なお、第１ライン５１と第２ライン５２の圧力損失を不均衡とすることが可能であれば、第２ライン５２は、上記した局所冷却用ループ４１を小径とする構成に限られることなく、他のさまざまな構成を有していてよい。たとえば、他の実施形態では、局所冷却用ループ４１に代えて、または、局所冷却用ループ４１に加えて、第２ライン５２の第２低温ライン５２ａおよび第２高温ライン５２ｂの少なくとも一方の配管の径を第１ライン５１の配管より小さくしてもよい。さらに他の実施形態では、第２ライン５２（局所冷却用ループ４１、第２低温ライン５２ａ、および第２高温ライン５２ｂ）の配管の長さを第１ライン５１よりも長くする、あるいは、配管の屈曲を第１ライン５１よりも多くするなどして、第２ライン５２に第１ライン５１よりも大きい圧力損失が生じるようにしてもよい。
　また、第２ライン５２へバイパスする熱媒体Ｒの流量をさらに調節する手段として、本実施形態では、圧力損失が小さい第１ライン５１に調節バルブ５４が設けられる。本実施形態では、第１ライン５１の分岐点Ｐ１と合流点Ｐ２との間に調節バルブ５４が設けられる。
　調節バルブ５４の開度は、最大（たとえば全開）または最小（たとえば全閉）の２値であってもよいし、最大から最小の範囲で任意の値に調節可能であってもよい。第２ライン５２よりも第１ライン５１の圧力損失が小さく熱媒体Ｒが流れやすいことから、調節バルブ５４の開度を大きくするほど、第１ライン５１（第１高温ライン５１ｂ）の下流側へ流れる熱媒体Ｒの流量が多くなる。その分、第１ライン５１の分岐点Ｐ１から第２ライン５２へバイパスする熱媒体Ｒの流量が減少する。調節バルブ５４の開度が最大の場合には、圧力損失の差に応じた最小流量の熱媒体Ｒのみが第２ライン５２にバイパスする。一方、調節バルブ５４の開度を小さくするほど、第１ライン５１（第１高温ライン５１ｂ）の下流側へ流れる熱媒体Ｒの流量が少なくなる。その分、第１ライン５１の分岐点Ｐ１から第２ライン５２へバイパスする熱媒体Ｒの流量が増加する。つまり、調節バルブ５４の開閉により第１ライン５１および第２ライン５２の流量を調節することができる。
　制御装置６は、冷却装置２、空調機３Ａ、ポンプ５３、および調節バルブ５４の動作を制御するための制御信号を出力する。制御装置６は、空調機３Ａや局所冷却装置４と同じ室内に設置されてもよいし、施設内の他の部屋などに設置されてもよい。また、制御装置６は、冷却装置２に内蔵されたものであってもよい。制御装置６の詳細な機能構成については後述する。
　電源１０は、冷却システム１の各部が動作するための電力を供給する。電源１０は、たとえば電力系統である。なお、他の実施形態では、電源１０は自然エネルギーを利用した発電装置（太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、地熱発電装置など）であってもよい。
（制御装置の機能構成）
　図２は、第１の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。
　図２に示すように、制御装置６は、プロセッサ６０と、メモリ６１と、ストレージ６２と、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）６３とを備えている。
　プロセッサ６０は、所定のプログラムに従って動作することにより、空調負荷取得部６０１、冷却負荷取得部６０２、制御部６０３としての機能を発揮する。
　空調負荷取得部６０１は、空調機３Ａが設置された室内の温度（室内温度）に基づいて、空調機３Ａの空調負荷を取得する。室内温度は、たとえば図１に示すように、空調機３Ａの近傍に設置された第１温度計Ｔ１により計測される。
　冷却負荷取得部６０２は、負荷機器Ｌの温度または第２ライン５２の温度に基づいて、局所冷却装置４の負荷（冷却負荷）を取得する。たとえば、図１に示すように、室内の負荷機器Ｌの近傍（サーバラックなど）に第２温度計Ｔ２が設置され、負荷機器Ｌの温度が計測される。また、他の実施形態では、第２温度計Ｔ２は、局所冷却装置４の入口（第２低温ライン５２ａ）および出口（第２高温ライン５２ｂ）のそれぞれに設けられ、第２ライン５２の温度が計測されてもよい。
　制御部６０３は、空調負荷および冷却負荷に基づいて、調節バルブ５４の開度を制御する。また、制御部６０３は、空調負荷および冷却負荷に基づいて、ポンプ５３や空調機３Ａの空調機ファン３２の制御を行ってもよい。
　なお、プロセッサ６０が実行する所定のプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶される。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。さらに、このプログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
　メモリ６１は、プロセッサ６０の動作に必要なメモリ領域を有する。
　ストレージ６２は、いわゆる補助記憶装置であって、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等である。ストレージ６２には、プロセッサ６０の各部が処理中に取得、生成、参照するデータが格納される。
　通信Ｉ／Ｆ６３は、各機器との間で信号（制御指令値、計測値など）の送受信を行う。
（制御装置の処理フロー）
　図３は、第１の実施形態に係る制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。
　図４は、第１の実施形態に係る制御装置の制御指令値の一例を示す図である。
　以下、図３～図４を参照しながら、制御装置６の処理の流れについて説明する。
　まず、空調負荷取得部６０１は、空調機３Ａの空調負荷を取得する（ステップＳ０１）。たとえば、本実施形態に係る空調負荷は、第１温度計Ｔ１が計測した室内温度である。
　次に、冷却負荷取得部６０２は、局所冷却装置４の冷却負荷を取得する（ステップＳ０２）。たとえば、本実施形態に係る冷却負荷は、第２温度計Ｔ２が計測した負荷機器Ｌの温度である。
　なお、他の実施形態では、冷却負荷は、単位時間あたりの負荷機器Ｌの温度の上昇率や、負荷機器Ｌの温度と室内温度との差などであってもよい。また、さらに他の実施形態では、冷却負荷は、局所冷却装置４の出入口における熱媒体Ｒの温度差、単位時間あたりの熱媒体Ｒの温度差の上昇率などであってもよい。
　次に、制御部６０３は、空調負荷および冷却負荷に基づいて、調節バルブ５４の開度、ポンプ５３の熱媒体Ｒの圧送流量、空調機３Ａの空調機ファン３２の送風量を制御する（ステップＳ０３）。
　具体的には、制御部６０３は、図４に示すように、空調負荷および冷却負荷の組み合わせ（負荷状態）により、各部の制御指令値を決定する。
（Ａ１）低室温かつ低負荷
　空調負荷が空調低負荷側閾値未満（低室温）であり、かつ、冷却負荷が冷却低負荷側閾値未満（低負荷）である場合、制御部６０３は、調節バルブ５４の開度を増加させる。また、このとき、制御部６０３は、ポンプ５３の圧送流量を減少させ、空調機ファン３２の送風量を減少させる。たとえば、制御部６０３は、冷却負荷が小さくなるほど、調節バルブ５４の開度が大きくなるように、かつ、ポンプ５３の圧送流量および空調機ファン３２の送風量が少なくように調節する。また、図４に示すように、調節バルブ５４の開度を最大、ポンプ５３の圧送流量を最小、空調機ファン３２の送風量を最小としてもよい。このようにすることで、冷却システム１全体の圧力損失を小さくするとともに、冷却システム１全体の電力使用量を低減することができる。
（Ａ２）低室温かつ中負荷
　空調負荷が空調低負荷側閾値未満（低室温）であり、かつ、冷却負荷が冷却低負荷側閾値以上、冷却高負荷側閾値未満（中負荷）である場合、制御部６０３は、調節バルブ５４の開度を減少させることにより、第２ライン５２へバイパスする熱媒体Ｒの流量を増加させる。たとえば調節バルブ５４の開度が最大または最小の２値である場合、制御部６０３は、調節バルブ５４の開度を最小とする。調節バルブ５４の開度を任意の値に調節可能な場合、制御部６０３は、冷却負荷が大きくなるほど調節バルブ５４の開度が小さくなるように開度を調節してもよい。また、制御部６０３は、冷却負荷が大きくなるほどポンプ圧送流量が大きくなるように調節する。一方で、制御部６０３は、空調機ファン３２の送風量は増加させない。また、図４に示すように空調機ファン３２の送風量を最小としてもよい。これにより、空調機３Ａの冷却能力および電力使用量の増加を抑制しつつ、冷却負荷に応じて局所冷却装置４による冷却能力を増減させることができる。
（Ａ３）低室温かつ高負荷
　空調負荷が空調低負荷側閾値未満（低室温）であり、かつ、冷却負荷が冷却高負荷側閾値以上（高負荷）である場合、制御部６０３は、冷却負荷が大きくなるほど調節バルブ５４の開度を小さくする。このようにして、制御部６０３は、第１ライン５１と第２ライン５２との圧力損失の差を小さくして、第２ライン５２にバイパスする熱媒体Ｒの流量を増やす。また、制御部６０３は、ポンプ圧送流量を増加させ、空調機ファン３２の送風量を減少させる。また、図４に示すように調節バルブ５４の開度を最小とし、ポンプ５３の圧送流量を最大、空調機ファン３２を停止としてもよい。これにより、空調機３Ａにおける電力の使用量を低減させることができる。また、空調機３Ａで利用される熱媒体Ｒの流量を減らした分、局所冷却装置４による冷却能力を増大させることができる。
（Ｂ１）中室温かつ低負荷
　空調負荷が空調低負荷側閾値以上、空調高負荷側閾値未満（中室温）であり、かつ、冷却負荷が冷却低負荷側閾値未満（低負荷）である場合、制御部６０３は、調節バルブ５４の開度を増加させる。たとえば、制御部６０３は、冷却負荷が小さくなるほど、調節バルブ５４の開度が大きくなるように調節してもよいし、図４の例のように調節バルブ５４の開度を最大としてもよい。また、このとき、制御部６０３は、空調負荷が大きいほど、ポンプ５３の圧送流量および空調機ファン３２の送風量が大きくなるように、これらの制御指令値を調節する。これにより、冷却システム１全体の圧力損失を小さくし、局所冷却装置４への熱媒体Ｒの流量を小さくした分、ポンプ５３の負荷を低減することができる。また、室内温度に応じて空調機３Ａの冷却能力および電力使用量を適切に調節することができる。
（Ｂ２）中室温かつ中負荷
　空調負荷が空調低負荷側閾値以上、空調高負荷側閾値未満（中室温）であり、かつ、冷却負荷が冷却低負荷側閾値以上、冷却高負荷側閾値未満（中負荷）である場合、制御部６０３は、調節バルブ５４の開度を減少させることにより、第２ライン５２へバイパスする熱媒体Ｒの流量を増加させる。たとえば調節バルブ５４の開度が最大または最小の２値である場合、制御部６０３は、調節バルブ５４の開度を最小とする。調節バルブ５４の開度を任意の値に調節可能な場合、制御部６０３は、冷却負荷が大きくなるほど調節バルブ５４の開度が小さくなるように開度を調節してもよい。また、制御部６０３は、空調負荷または冷却負荷が大きくなるほどポンプ圧送流量が大きくなるように調節するとともに、空調負荷が大きくなるほど空調機ファン３２の送風量が大きくなるように調節する。これにより、冷却システム１全体で使用する電力を低減しつつ、空調機３Ａおよび局所冷却装置４の冷却能力を適切に調節することができる。
（Ｂ３）中室温かつ高負荷
　空調負荷が空調低負荷側閾値以上、空調高負荷側閾値未満（中室温）であり、かつ、冷却負荷が冷却高負荷側閾値以上（高負荷）である場合、制御部６０３は、調節バルブ５４の開度を減少させることにより、第１ライン５１と第２ライン５２との圧力損失の差を小さくして、第２ライン５２にバイパスする熱媒体Ｒの流量を増加させる。また、制御部６０３は、空調負荷が大きくなるほど、ポンプ５３の圧送流量および空調機ファン３２の送風量が大きくなるように調節する。また、図４に示すように、調節バルブ５４の開度を最小とし、ポンプ５３の圧送流量を最大としてもよい。これにより、局所冷却装置４による冷却能力を増大させることができるとともに、空調機３Ａおよび局所冷却装置４の冷却能力を適切に調節することができる。
（Ｃ１）高室温かつ低負荷
　空調負荷が空調高負荷側閾値以上（高室温）であり、かつ、冷却負荷が冷却低負荷側閾値未満（低負荷）である場合、制御部６０３は、調節バルブ５４の開度を増加させる。たとえば、制御部６０３は、冷却負荷が小さくなるほど、調節バルブ５４の開度が大きくなるように調節する。また、制御部６０３は、ポンプ５３の圧送流量を増加させ、空調機ファン３２の送風量を増加させる。また、図４に示すように、調節バルブ５４の開度を最大としてもよい。これにより、冷却システム１全体の圧力損失を小さくし、局所冷却装置４への熱媒体Ｒの流量を減少させた分、ポンプ５３の負荷を低減することができる。また、空調機３Ａの冷却能力を増大させることができる。
（Ｃ２）高室温かつ中負荷
　空調負荷が空調高負荷側閾値以上（高室温）であり、かつ、冷却負荷が冷却低負荷側閾値以上、冷却高負荷側閾値未満（中負荷）である場合、制御部６０３は、調節バルブ５４の開度を減少させることにより、第２ライン５２へバイパスする熱媒体Ｒの流量を増加させる。たとえば調節バルブ５４の開度が最大または最小の２値である場合、制御部６０３は、調節バルブ５４の開度を最小とする。調節バルブ５４の開度を任意の値に調節可能な場合、制御部６０３は、冷却負荷が大きくなるほど調節バルブ５４の開度が小さくなるように開度を調節してもよい。また、制御部６０３は、ポンプ５３の圧送流量を増加させ、空調機ファン３２の送風量を増加させる。図４に示すように、ポンプ５３の圧送流量および空調機ファン３２の送風量を最大としてもよい。これにより、空調機３Ａの冷却能力を増大させることができるとともに、局所冷却装置４の冷却能力を適切に調節することができる。
（Ｃ３）高室温かつ高負荷
　空調負荷が空調高負荷側閾値以上（高室温）であり、かつ、冷却負荷が冷却高負荷側閾値以上（高負荷）である場合、制御部６０３は、調節バルブ５４の開度を減少させることにより、第１ライン５１と第２ライン５２との圧力損失の差を小さくして、第２ライン５２にバイパスする熱媒体Ｒの流量を増加させる。また、制御部６０３は、ポンプ５３の圧送流量を増加させ、空調機ファン３２の送風量を増加させる。また、図４に示すように、調節バルブ５４の開度を最小とし、ポンプ５３の圧送流量および空調機ファン３２の送風量を最大としてもよい。これにより、空調機３Ａおよび局所冷却装置４の冷却能力を増大させることができる。
　制御装置６は、冷却システム１の稼働中、所定周期毎に図３の一連の処理を実行することにより、冷却システム１全体の電力使用量や、空調機３Ａおよび局所冷却装置４の冷却能力の調節を適切に制御することができる。
（作用、効果）
　以上のように、本実施形態に係る冷却システム１は、熱媒体Ｒを冷却する冷却装置２と、熱媒体Ｒが供給されて負荷機器Ｌが設置された室内を冷却する空調手段（空調機３Ａ）と、熱媒体Ｒが供給されて負荷機器Ｌを冷却する局所冷却装置４と、冷却装置２から空調機３Ａを経由して熱媒体Ｒを流通させる第１ライン５１と、第１ライン５１から分岐し、局所冷却装置４を経由して熱媒体Ｒを流通させる第２ライン５２とからなる熱媒体ループ５と、を備える。第１ライン５１は、第２ライン５２よりも圧力損失が小さい。
　通常、負荷機器Ｌの発熱体は室内温度よりも高温になるので、空調機３Ａの熱交換器３１により熱交換された後の熱媒体Ｒを再利用したとしても、局所冷却装置４は十分に負荷機器Ｌの発熱体から熱を奪うことができる。このため、空調機３Ａで利用された熱媒体Ｒを下流側の局所冷却装置４でさらに利用することにより、空調機３Ａと局所冷却装置４とのそれぞれに対して複数の冷却装置２を設ける必要がなく、１台の冷却装置２が冷却した熱媒体Ｒを最大限に利用することができる。つまり、１台の冷却装置２を設置するのみの簡易な構成で、室内および負荷機器Ｌの両方を冷却できるとともに、冷却システム１全体における電力消費量を低減することができる。さらに、負荷機器Ｌの台数や負荷（発熱量）などに応じて、第１ライン５１および第２ライン５２で使用する配管の径に差を付けるなどして圧力損失の差を調節することにより、第１ライン５１から第２ライン５２にバイパスする熱媒体Ｒの流量を調節することができる。すなわち、冷却システム１は、圧力損失に差をつけた第１ライン５１および第２ライン５２を有するという簡易な構成で、１台の冷却装置２から空調機３Ａおよび局所冷却装置４へ供給される熱媒体Ｒの流量および冷却能力を調節することができる。
　また、第１ライン５１には、第１ライン５１および第２ライン５２の熱媒体Ｒの流量を調節可能な調節バルブ５４が設けられる。
　このようにすることで、冷却システム１は、調節バルブ５４の開閉により第１ライン５１および第２ライン５２の流量を調節し、空調機３Ａおよび局所冷却装置４の冷却能力を調節することができる。
　また、冷却システム１は、室内温度に基づいて空調機３Ａの空調負荷を取得する空調負荷取得部６０１と、負荷機器Ｌの温度または第２ライン５２の温度に基づいて局所冷却装置４の冷却負荷を取得する冷却負荷取得部６０２と、空調負荷および冷却負荷に基づいて、調節バルブ５４の開度を制御する制御部６０３と、をさらに備える。
　このようにすることで、冷却システム１は、空調機３Ａが室内の冷却に要する空調負荷や、局所冷却装置４が負荷機器Ｌの冷却に要する冷却負荷に応じて、適切に第２ライン５２へバイパスする熱媒体Ｒの流量を調節することができる。
　また、制御部６０３は、空調負荷が空調低負荷側閾値未満（低室温）であり、かつ冷却負荷が冷却高負荷側閾値以上（高負荷）である場合に、調節バルブ５４の開度を減少させる。
　このようにすることで、冷却システム１は、第２ライン５２へバイパスする熱媒体Ｒの流量を増やし、局所冷却装置４による冷却能力を増大させることができる。
　制御部６０３は、空調負荷が空調高負荷側閾値以上（高室温）であり、かつ冷却負荷が冷却低負荷側閾値未満（低負荷）である場合に、調節バルブ５４の開度を増加させる。
　このようにすることで、冷却システム１は、システム全体の圧力損失を小さくし、空調機３Ａの冷却能力を増大させることができる。
　また、空調手段は空調機ファン３２を有する空調機３Ａであり、制御部６０３は、空調負荷が空調低負荷側閾値未満（低室温）であり、かつ冷却負荷が冷却高負荷側閾値以上（高負荷）である場合に、空調機ファン３２を停止する。
　このようにすることで、冷却システム１は、室内の冷却が不要なときには、空調機３Ａにおける電力の使用量を最低限に抑えることができる。
＜第２の実施形態＞
　次に、第２の実施形態について図５～図６を参照しながら説明する。上述の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
　図５は、第２の実施形態に係る冷却システムの全体構成を示す図である。
　第１の実施形態では、熱媒体ループ５が直接に接続された第１ライン５１および第２ライン５２を有している例について説明した。これに対し、第２の実施形態では、熱媒体ループ５が並列に接続された第１ライン５１および第２ライン５２を有している例について説明する。
　図５に示すように、第２ライン５２の第２低温ライン５２ａは、第１ライン５１の第１低温ライン５１ａから分岐点Ｐ１において分岐する。その後、第２ライン５２の第２高温ライン５２ｂは、第１ライン５１の第１高温ライン５１ｂに合流点Ｐ２において合流する。
　調節バルブ５４は、第１の実施形態と同様に分岐点Ｐ１と合流点Ｐ２との間に設けられる。また、調節バルブ５４を全閉にした場合、熱媒体Ｒは、第１ライン５１では流通が停止し、第２ライン５２のみに流通するようになる。つまり、全ての熱媒体Ｒが局所冷却装置４に供給されるようになる。
　図６は、第２の実施形態に係る制御装置の制御指令値の一例を示す図である。
　また、本実施形態に係る制御装置６の制御部６０３は、図４に代えて、図６に示すように制御指令値を決定する。
　図６の（Ａ１）～（Ａ３）に示すように、制御部６０３は、空調負荷が空調低負荷側閾値未満（低室温）である場合、調節バルブ５４の開度を最小（全閉）にする。また、制御部６０３は、空調機ファン３２を停止する。
　このようにすることで、冷却システム１は、たとえば冬季などで室内の冷却が不要となる場合には、熱媒体Ｒを空調機３Ａへ供給させず、局所冷却装置４のみに供給させることができる。これにより、不要な箇所（空調機３Ａ）へ熱媒体Ｒを流す必要がなくなるので、ポンプ５３などの電力使用量を低減することができる。また、空調機ファン３２を停止させることにより、さらに電力使用量を低減することができる。加えて、局所冷却装置４には冷却装置２により冷却された熱媒体Ｒが直接供給されるので、第１の実施形態と比較して、局所冷却装置４の冷却能力を大きく向上させることができる。
＜第３の実施形態＞
　次に、第３の実施形態について図７を参照しながら説明する。上述の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
　図７は、第３の実施形態に係る冷却システムの全体構成を示す図である。
　図７に示すように、本実施形態に係る空調手段３は、フィンチューブ３Ｂである。
　なお、図７には、第１の実施形態における空調機３Ａをフィンチューブ３Ｂに置き換えた例が示されているが、これに限られることはない。他の実施形態では、第２の実施形態（図５）における空調機３Ａをフィンチューブ３Ｂに置き換えてもよい。
　また、本実施形態に係る制御装置６の制御部６０３は、図４および図６に示す空調機ファン３２の制御指令値を決定する処理は行わない。
　たとえば、高緯度の地域に設けられた施設では、通年で室内温度が低くなる場合がある。そうすると、空調機３Ａのような冷却能力の高い機器が不要となることが想定される。この場合、空調手段３を空調機３Ａからフィンチューブ３Ｂに置き換えることで、フィンチューブ３Ｂを流れる熱媒体Ｒの流量で室内の冷却能力を確保しつつ、冷却システム１の電力消費量を大幅に低減することができる。
＜第４の実施形態＞
　次に、第４の実施形態について図８を参照しながら説明する。上述の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
　図８は、第４の実施形態に係る冷却システムの全体構成を示す図である。
　第４の実施形態では、調節バルブ５４の開度は、最大（全開）または最小（全閉）の２値である。また、図８に示すように、第１ライン５１には、第１ライン５１に流れる（空調手段３へ供給される）熱媒体Ｒの流量を調節可能な第１バルブ５５が設けられる。第２ライン５２には、第２ライン５２に流れる（局所冷却装置４に供給される）熱媒体Ｒの流量を調節可能な第２バルブ５６が設けられる。
　なお、図８には、第１の実施形態の構成に第１バルブ５５および第２バルブ５６を追加する例が示されているが、これに限られることはない。他の実施形態では、第２の実施形態（図５）や第３の実施形態（図７）の構成に第１バルブ５５および第２バルブ５６を追加してもよい。
　また、制御装置６の制御部６０３は、図４の（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）のケース、または、図６の（Ｂ２）、（Ｃ２）のケースにおいて、調節バルブ５４の開度を最小としつつ、空調負荷および冷却負荷に応じて第１バルブ５５および第２バルブ５６の開度を調節する。
　このようにすることで、冷却システム１は、調節バルブ５４を簡易な構成としつつ、第１ライン５１および第２ライン５２における熱媒体Ｒの流量を細かく調節することができる。
＜第５の実施形態＞
　次に、第５の実施形態について図９を参照しながら説明する。上述の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
　図９は、第５の実施形態に係る第２ラインおよび局所冷却装置の構成を示す図である。
　図９に示すように、局所冷却装置４は、１台の負荷機器Ｌに対し１台ずつ設けられていてもよい。図９には、４台の負荷機器Ｌ１～Ｌ４それぞれに対し、局所冷却装置４Ａ～４Ｄが１台ずつ設けられている例が示されている。
　また、第２ライン５２の第２低温ライン５２ａは、各局所冷却装置４（４Ａ～４Ｄ）に分岐して接続される。また、第２低温ライン５２ａの各局所冷却装置４への分岐路には、それぞれ局所冷却用バルブ４２（４２Ａ～４２Ｄ）が設けられる。局所冷却用バルブ４２は、第２ライン５２（第２低温ライン５２ａ）から各局所冷却装置４へ供給される熱媒体Ｒの流量を調節する。
　また、第２ライン５２の第２高温ライン５２ｂには、各局所冷却装置４Ａ～４Ｄから排出された熱媒体Ｒが合流する。
　このようにすることで、冷却システム１は、複数の局所冷却装置４により各負荷機器Ｌを適切かつ効率的に冷却することができる。このようにすることで、負荷機器Ｌごとに発熱量が異なる場合に、一部の負荷機器Ｌが過冷却となることや、一部の負荷機器Ｌが冷却不足となることを抑制することができる。
＜その他の実施形態＞
　以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
＜付記＞
　上述の実施形態に記載の冷却システムは、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様によれば、冷却システム１は、熱媒体Ｒを冷却する冷却装置２と、熱媒体Ｒが供給されて負荷機器Ｌが設置された室内を冷却する空調手段３と、熱媒体Ｒが供給されて負荷機器Ｌを冷却する局所冷却装置４と、冷却装置２から空調手段３を経由して熱媒体Ｒを流通させる第１ライン５１と、第１ライン５１から分岐し、局所冷却装置４を経由して熱媒体Ｒを流通させる第２ライン５２とからなる熱媒体ループ５と、を備える。第１ライン５１は、第２ライン５２よりも圧力損失が小さい。
　上記したように、通常、負荷機器Ｌの発熱体は室内温度よりも高温になるので、空調機３Ａの熱交換器３１により熱交換された後の熱媒体Ｒを再利用したとしても、局所冷却装置４は十分に負荷機器Ｌの発熱体から熱を奪うことができる。このため、空調機３Ａで利用された熱媒体Ｒを下流側の局所冷却装置４でさらに利用することにより、空調機３Ａと局所冷却装置４とのそれぞれに対して複数の冷却装置２を設ける必要がなく、１台の冷却装置２が冷却した熱媒体Ｒを最大限に利用することができる。つまり、１台の冷却装置２を設置するのみの簡易な構成で、室内および負荷機器Ｌの両方を冷却できるとともに、冷却システム１全体における電力消費量を低減することができる。さらに、負荷機器Ｌの台数や負荷（発熱量）などに応じて、第１ライン５１および第２ライン５２で使用する配管の径に差を付けるなどして圧力損失の差を調節することにより、第１ライン５１から第２ライン５２にバイパスする熱媒体Ｒの流量を調節することができる。すなわち、冷却システム１は、圧力損失に差をつけた第１ライン５１および第２ライン５２を有するという簡易な構成で、１台の冷却装置２から空調機３Ａおよび局所冷却装置４へ供給される熱媒体Ｒの流量および冷却能力を調節することができる。
（２）第２の態様によれば、第１の態様に係る冷却システム１において、第１ライン５１には、開度が減少すると、第２ライン５２へ分岐せずに流れる熱媒体Ｒの流量に対する第２ライン５２へ分岐して流れる熱媒体Ｒの流量の割合を増加させる調節バルブ５４が設けられている。
　このようにすることで、冷却システム１は、調節バルブ５４の開度を増減させて、熱媒体Ｒの全量のうち第２ライン５２へ流れる熱媒体Ｒの割合を調節し、空調手段３および局所冷却装置４の冷却能力を調節することができる。
（３）第３の態様によれば、第２の態様に係る冷却システム１は、室内の温度に基づいて空調手段３の空調負荷を取得する空調負荷取得部６０１と、負荷機器Ｌの温度または第２ライン５２の温度に基づいて局所冷却装置４の冷却負荷を取得する冷却負荷取得部６０２と、空調負荷および冷却負荷に基づいて、調節バルブ５４の開度を制御する制御部６０３と、をさらに備える。
　このようにすることで、冷却システム１は、空調機３Ａが室内の冷却に要する空調負荷や、局所冷却装置４が負荷機器Ｌの冷却に要する冷却負荷に応じて、適切に第２ライン５２へバイパスする熱媒体Ｒの流量を調節することができる。
（４）第４の態様によれば、第３の態様に係る冷却システム１において、制御部６０３は、空調負荷が空調低負荷側閾値未満であり、かつ冷却負荷が冷却高負荷側閾値以上である場合に、調節バルブ５４の開度を減少させる。
　このようにすることで、冷却システム１は、第２ライン５２へバイパスする熱媒体Ｒの流量を増やし、局所冷却装置４による冷却能力を増大させることができる。
（５）第５の態様によれば、第３または第４の態様に係る冷却システム１において、制御部６０３は、空調負荷が空調高負荷側閾値以上であり、かつ冷却負荷が冷却低負荷側閾値未満である場合に、調節バルブ５４の開度を増加させる。
　このようにすることで、冷却システム１は、システム全体の圧力損失を小さくし、空調機３Ａの冷却能力を増大させることができる。
（６）第６の態様によれば、第３から第５のいずれか一の態様に係る冷却システム１において、第１ライン５１と第２ライン５２とは並列に接続されており、制御部６０３は、調節バルブ５４を閉じて空調手段３への熱媒体Ｒの供給を停止する。
　このようにすることで、冷却システム１は、たとえば冬季などで室内の冷却が不要となる場合には、熱媒体Ｒを空調手段３へ供給させず、局所冷却装置４のみに供給させることができる。これにより、不要な箇所（空調手段３）へ熱媒体Ｒを流す必要がなくなるので、ポンプ５３などの電力使用量を低減することができる。また、空調機ファン３２を停止させることにより、さらに電力使用量を低減することができる。加えて、局所冷却装置４には冷却装置２により冷却された熱媒体Ｒが直接供給されるので、局所冷却装置４の冷却能力を大きく向上させることができる。
（７）第７の態様によれば、第３から第６のいずれか一の態様に係る冷却システム１において、空調手段３は空調機ファン３２を有する空調機３Ａであり、制御部６０３は、空調負荷が空調低負荷側閾値未満であり、かつ冷却負荷が冷却高負荷側閾値以上である場合に、空調機ファン３２を停止する。
　このようにすることで、冷却システム１は、室内の冷却が不要なときには、空調機３Ａにおける電力の使用量を最低限に抑えることができる。
（８）第８の態様によれば、第１から第６のいずれか一の態様に係る冷却システム１において、空調手段３はフィンチューブ３Ｂである。
　たとえば、高緯度の地域に設けられた施設では、通年で室内温度が低くなる場合がある。そうすると、空調機３Ａのような冷却能力の高い機器が不要となることが想定される。この場合、空調手段３を空調機３Ａからフィンチューブ３Ｂに置き換えることで、フィンチューブ３Ｂを流れる熱媒体Ｒの流量で室内の冷却能力を確保しつつ、冷却システム１の電力消費量を大幅に低減することができる。
（９）第９の態様によれば、第１から第８のいずれか一の態様に係る冷却システム１において、局所冷却装置４は、複数の負荷機器Ｌに対応して複数台設けられる。
　このようにすることで、冷却システム１は、複数の局所冷却装置４により各負荷機器Ｌを適切かつ効率的に冷却することができる。このようにすることで、負荷機器Ｌごとに発熱量が異なる場合に、一部の負荷機器Ｌが過冷却となることや、一部の負荷機器Ｌが冷却不足となることを抑制することができる。
　上記態様によれば、簡易な構成で室内および負荷機器の両方を冷却できるとともに、電力消費量を低減することができる。
１　冷却システム
２　冷却装置
２１　ファン
３　空調手段
３Ａ　空調機
３１　熱交換器
３２　空調機ファン
３Ｂ　フィンチューブ
４，４Ａ～４Ｄ　局所冷却装置
４１　局所冷却用ループ
４２，４２Ａ～４２Ｄ　局所冷却用バルブ
５　熱媒体ループ
５１　第１ライン
５１ａ　第１低温ライン
５１ｂ　第１高温ライン
５２　第２ライン
５２ａ　第２低温ライン
５２ｂ　第２高温ライン
５３　ポンプ
５４　調節バルブ
５５　第１バルブ
５６　第２バルブ
６　制御装置
６０　プロセッサ
６１　メモリ
６２　ストレージ
６３　通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）
６０１　空調負荷取得部
６０２　冷却負荷取得部
６０３　制御部
１０　電源
Ｌ，Ｌ１～Ｌ４　負荷機器
Ｒ　熱媒体
Ｔ１　第１温度計
Ｔ２　第２温度計

Claims (9)

  1. 　熱媒体を冷却する冷却装置と、
    　前記熱媒体が供給されて負荷機器が設置された室内を冷却する空調手段と、
    　前記熱媒体が供給されて前記負荷機器を冷却する局所冷却装置と、
    　前記冷却装置から前記空調手段を経由して前記熱媒体を流通させる第１ラインと、前記第１ラインから分岐し、前記局所冷却装置を経由して前記熱媒体を流通させる第２ラインとからなる熱媒体ループと、
    　を備え、
    　前記第１ラインは、前記第２ラインよりも圧力損失が小さい、
    　冷却システム。
  2. 　前記第１ラインには、開度が減少すると、前記第２ラインへ分岐せずに流れる前記熱媒体の流量に対する前記第２ラインへ分岐して流れる前記熱媒体の流量の割合を増加させる調節バルブが設けられている、
    　請求項１に記載の冷却システム。
  3. 　前記室内の温度に基づいて前記空調手段の空調負荷を取得する空調負荷取得部と、
    　前記負荷機器の温度または前記第２ラインの温度に基づいて前記局所冷却装置の冷却負荷を取得する冷却負荷取得部と、
    　前記空調負荷および前記冷却負荷に基づいて、前記調節バルブの開度を制御する制御部と、
    　をさらに備える請求項２に記載の冷却システム。
  4. 　前記制御部は、前記空調負荷が空調低負荷側閾値未満であり、かつ前記冷却負荷が冷却高負荷側閾値以上である場合に、前記調節バルブの開度を減少させる、
    　請求項３に記載の冷却システム。
  5. 　前記制御部は、前記空調負荷が空調高負荷側閾値以上であり、かつ前記冷却負荷が冷却低負荷側閾値未満である場合に、前記調節バルブの開度を増加させる、
    　請求項３に記載の冷却システム。
  6. 　前記第１ラインと前記第２ラインとは並列に接続されており、
    　前記制御部は、前記調節バルブを閉じて前記空調手段への前記熱媒体の供給を停止する、
    　請求項３に記載の冷却システム。
  7. 　前記空調手段は空調機ファンを有する空調機であり、
    　前記制御部は、前記空調負荷が前記空調低負荷側閾値未満であり、かつ前記冷却負荷が前記冷却高負荷側閾値以上である場合に、前記空調機ファンを停止する、
    　請求項４に記載の冷却システム。
  8. 　前記空調手段はフィンチューブである、
    　請求項１に記載の冷却システム。
  9. 　前記局所冷却装置は、複数の前記負荷機器に対応して複数台設けられる、
    　請求項１から８のいずれか一項に記載の冷却システム。
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