WO2015004920A1

WO2015004920A1 - 冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法

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Publication number: WO2015004920A1
Application number: PCT/JP2014/003668
Authority: WO
Inventors: 真弘蜂矢; 吉川　実; 坂本　仁; 暁小路口; 正樹千葉; 賢一稲葉; 有仁松永
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2016-01-12
Also published as: US20160174417A1; JPWO2015004920A1

Abstract

　発熱量が異なる複数の冷却対象に対し安定に最適量の冷媒を供給することとすると、制御機構が複雑になる。本発明の冷却システムは、液相冷媒を貯蔵する第１冷媒タンクと、上記第１冷媒タンクから供給された液相冷媒を気化させる複数の蒸発部と、上記蒸発部で気化した気相冷媒を液化させる凝縮部と、上記蒸発部と上記凝縮部を接続し上記気相冷媒が流動する蒸気管と、上記凝縮部と上記第１冷媒タンク及び上記第１冷媒タンクと上記複数の蒸発部とを接続し上記液相冷媒が流動する液管とを備える冷却システムであって、上記凝縮部は上記複数の蒸発部より上方に配置されており、上記第１冷媒タンクは上記凝縮部より下方に配置している。

Description

冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法

　本発明は、冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法に関し、特に複数の発熱源に対する冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法に関する。

　データセンタのサーバラックには、多数の電子機器が搭載される。このようなサーバラックが多数配列されて、データセンタが構成されている。一般的なデータセンタでは空調を使用し送風によって室温を下げることにより、稼働により発熱する多数の電子機器を冷却している。しかし、近年の電子機器の高発熱量化、高密度化に伴い、空調による消費電力が増大している。また、機種や稼働率の違いが原因で電子機器毎に発熱量が異なるため、ホットスポットと呼ばれる局所的に温度が高い点が発生する。これに対処する目的で、空調を使用して室温をさらに下げようとすると、大きな空調電力が必要となる。

　設置環境の全体を空調により冷却するのではなく、発熱源の近傍に冷却器を配置して冷却するものも知られている。特許文献１には、複数階に設置されたサーバルームの複数のサーバに対し、共通の冷却塔から冷却用の冷媒を循環させ、サーバルームに設置されたサーバの電子機器を冷却することが提案されている。

　図１０は、特許文献１の図面の要部を抽出して示す構成図である。特許文献１に開示された関連する冷却システムは、サーバルーム３０１とサーバルーム３０２とが２階建ての建屋３００内の１階と２階のそれぞれに形成された電子機器の冷却のためのものである。サーバルーム３０１の床面３０１ａ上とサーバルーム３０２の床面３０２ａ上には、複数のサーバ３０３が設置されている。各サーバ３０３の近くには、それぞれ蒸発器３０４が配置されている。蒸発器３０４毎に、近くの温度を検出する温度センサ３１２ｂと各蒸発器３０４の近くの配管に挿入されたバルブ３１３ｂを設けている。建屋３００の屋上には、冷却塔３０７が設置される。

　特許文献１では、冷却塔３０７から供給配管３０５を通して各階の蒸発器３０４へ冷媒が送られる。蒸発器３０４の内部の冷却コイル内を流れる冷媒がサーバ３０３から発生する高温空気で蒸発することにより、周囲から気化熱を奪いガス化する。これにより、サーバ３０３自体やサーバ３０３から排出される高温空気を冷却する。各蒸発器３０４でガス化した冷媒は、戻り配管３０６を通して冷却塔３０７へ送られる。冷却塔３０７では、水冷や空冷により、ガス化した冷媒が冷却され凝縮することにより液化する。

　特許文献１では、供給配管３０５及び戻り配管３０６に、冷却塔３０７に対し並列に熱交換器３０８をさらに接続している。熱交換器３０８には、冷凍機３０９を経由してもう一つの冷却塔３１０が接続されている。そして、冷却塔３０７の配管や熱交換器３０８の配管の途中に設けられる温度センサ３１２ａで温度を検出し検出結果に応じて、配管の途中に配置した複数のバルブ３１３ａを制御部３１１で制御している。バルブ３１３ａの開度量を調整することにより、熱交換器３０８に流す冷媒量を制御している。また、各蒸発器３０４の近くの温度を温度センサ３１２ｂで検出し、検出結果に応じて各蒸発器３０４の配管のバルブ３１３ｂを制御している。

　特許文献１では、冷却塔３０７や熱交換器３０８は建屋３００の屋上に設置されており、冷却塔３０７や熱交換器３０８からの冷媒は建屋３００内、すなわち冷却塔３０７や熱交換器３０８より下側に位置する蒸発器３０４へ送られる。そして、冷媒を蒸発器３０４と冷却塔３０７との間を自然循環させて、冷却を行っている。

　特許文献２は冷房システムに関するものであり、冷媒が相変化する際に必要な潜熱を利用して熱輸送を行う相変化冷却器が提案されている。特許文献２の相変化冷却器は、発熱体からの熱を受けて、液相冷媒を気相に相変化する蒸発部と、気相冷媒から外部のファン等により熱を奪い、気相冷媒を液相に相変化させる凝縮部とを含む。さらに特許文献２の相変化冷却器は、蒸発部や凝縮部を接続する配管と、内部に密閉された状態で循環する冷媒とを含む。

　特許文献３は沸騰冷却方式の冷却装置に関するものであり、冷却対象である電力変換装置で発生した熱を沸騰容器に伝えて、沸騰容器内において液体状態の冷媒が電力変換装置からの熱により蒸気となり、その潜熱による発生熱を吸収させることが記載されている。沸騰容器で発生した冷媒蒸気は、熱交換で放熱することにより凝縮して液体となり、傾斜した伝熱管を流れ落ちて液体冷媒となり、沸騰容器へ戻る。沸騰容器において冷媒が蒸発し、伝熱管において冷媒が凝縮するこのようなサイクルを繰り返すことにより、電力変換装置で発生した熱を放熱させることが記載されている。

特開２００９－１９４０９３号公報特開２００７－１２７３１５号公報特開２０１２－５４３１６号公報

　しかし、背景技術の冷却システム、冷房システムや冷却装置では、次のような課題がある。

　第１に、データセンタのサーバラックに搭載されている電子機器は機種や稼働率の違いが原因で発熱量がばらつくため、サーバラック単位の発熱量にもばらつきが存在する。相変化を伴う冷媒の循環によって熱を輸送し冷却を行う場合、冷媒が不足すると冷却効率が低下する。また、冷媒を過剰に供給した場合も、内圧上昇に伴う沸点上昇等が原因で冷却効率が低下する。以上により、相変化冷却器においては発熱量に合せた最適な量の冷媒を供給することが重要となる。冷媒供給量を最適化するには、特許文献１のように蒸発器毎に温度センサとバルブを設けて制御するといった複雑な制御機構が要求される。

　第２に、サーバラック単位の発熱量のばらつきに対応した冷媒供給量の制御を行ったとしても、特許文献１のような制御機構ではサーバラックに搭載された電子機器単位（高さ別）の発熱量のばらつきに対応できない。このため、最適な冷却を行えず、ホットスポットが発生する恐れがある。

　このような課題は、特許文献２の冷房システムや特許文献３の冷却装置を用いても、解決することができない。特許文献３では、冷媒を循環させる密閉された系の中に沸騰容器が１つしか存在しておらず、密閉された系の中に複数の沸騰容器を設けること、及びこの場合に各沸騰容器への冷媒供給量を最適化することに対応した構成ではない。

　本発明の目的は、上述した課題である、発熱量が異なる複数の冷却対象に対し安定に最適量の冷媒を供給することとすると、制御機構が複雑になる、という課題を解決する冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法を提供することにある。

　前記目的を達成するため、本発明に係る冷却システムは、液相冷媒を貯蔵する第１冷媒タンクと、上記第１冷媒タンクから供給された液相冷媒を気化させる複数の蒸発部と、上記蒸発部で気化した気相冷媒を液化させる凝縮部と、上記蒸発部と上記凝縮部を接続し上記気相冷媒が流動する蒸気管と、上記凝縮部と上記第１冷媒タンク及び上記第１冷媒タンクと上記複数の蒸発部とを接続し上記液相冷媒が流動する液管とを備える冷却システムであって、
　上記凝縮部は上記複数の蒸発部より上方に配置されており、上記第１冷媒タンクは上記凝縮部より下方に配置している。

　本発明に係る冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法は、液相冷媒を貯蔵する冷媒タンクと、上記冷媒タンクから供給された液相冷媒を気化させる複数の蒸発部と、上記蒸発部で気化した気相冷媒を液化させる凝縮部と、上記蒸発部と上記凝縮部を接続し上記気相冷媒が流動する蒸気管と、上記凝縮部と上記冷媒タンク及び上記冷媒タンクと上記複数の蒸発部とを接続し上記液相冷媒が流動する液管とを備える冷却システムにおける上記蒸発部へ供給する上記液相冷媒の量を、
　上記冷媒タンクの配置を鉛直方向で変化させることによって制御する。

　本発明の冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法によれば、複雑な制御機構を用いることなく、発熱量が異なる複数の冷却対象に対し安定に最適量の冷媒を供給することができる。

本発明の第１実施形態による冷却システムを示す構成図である。本発明の第２実施形態による冷却システムを示す構成図である。本発明の第３実施形態による冷却システムを示す構成図である。本発明の第４実施形態による冷却システムを示す構成図である。本発明の第５実施形態による冷却システムを示す構成図である。本発明の第６実施形態による冷却システムを示す構成図である。本発明の第７実施形態による冷却システムを示す構成図である。本発明の第８実施形態による冷却システムを示す構成図である。本発明の第９実施形態による冷却システムを示す構成図である。関連する冷却システムを示す説明図である。

　本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。電子機器が搭載される複数のサーバラックに対する冷却を、一例として説明する。

　〔第１実施形態〕
　初めに、本発明の第１実施形態の冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法について、説明する。図１は、本発明の第１実施形態による冷却システムを示す構成図である。

　図１に示すように、本実施形態による冷却システムは、第１冷媒タンクの一例として、液相冷媒１０６を貯蔵する冷媒タンク１０３と、冷媒タンク１０３から供給された液相冷媒を気化させる複数の蒸発部１０１とを備える。さらに本実施形態による冷却システムは、複数の蒸発部１０１で気化した気相冷媒を液化させる凝縮部１０２と、蒸発部１０１と凝縮部１０２とを接続し気相冷媒が流動する蒸気管１０５とを備える。さらに本実施形態による冷却システムは、凝縮部１０２と冷媒タンク１０３及び冷媒タンク１０３と複数の蒸発部１０１とを接続し液相冷媒が流動する液管１０４を備える。

　ここで、凝縮部１０２は複数の蒸発部１０１より上方の一例として、鉛直上方に配置されており、冷媒タンク１０３は凝縮部１０２より下方の一例として、鉛直下方に配置されている。そして、冷媒タンク１０３は、複数のサーバラック１００の設置面１００ａから見て、複数の蒸発部１０１よりも上側に配置されている。複数の蒸発部１０１や凝縮部１０２としては、ラジエータ等の熱交換機を用いることができる。

　複数の蒸発部１０１は、サーバラック１００の背面又は前面に配置される。図１では、外形が縦長形状の二つのサーバラック１００に対し、外形が縦長形状の蒸発部１０１を一つずつ配置した場合を示している。サーバラック１００には、発熱源となる電子機器が搭載される。各蒸発部１０１は、発熱源から発生する高温空気による熱を受ける受熱部である。

　凝縮部１０２の下部から冷媒タンク１０３の上部までと、冷媒タンク１０３の側面の下部から各蒸発部１０１の下部までとを液管１０４で接続している。各蒸発部１０１の上部から凝縮部１０２の上部までを蒸気管１０５で接続している。こうして密閉された系の中に、冷媒１０６を封入している。

　本実施形態の冷却システムでは、各蒸発部１０１への液相冷媒の供給は重力によって自然に行われる。各蒸発部１０１内の液面の高さは、冷媒タンク１０３内の液面の高さによって決まり、各サーバラック１００に搭載される電子機器の発熱量に依らない。図１の場合では、全ての蒸発部１０１は常に冷媒で満たされた状態を示している。本実施形態の冷却システムによれば、冷媒タンク１０３の鉛直方向に沿って位置を変えることによって冷媒タンク１０３内の液面の高さを制御することにより、各蒸発部１０１への冷媒供給量を一律に制御することができる。

　なお、図１では各液管１０４及び蒸気管１０５は水平方向又は鉛直方向に延びているように描いているが、各液管１０４及び蒸気管１０５を完全に水平又は鉛直に配置する必要はない。

　〔第２実施形態〕
　次に、本発明の第２実施形態の冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法について、説明する。図２は、本発明の第２実施形態による冷却システムを示す構成図である。第１実施形態と同様な要素については同じ参照番号を付与することにより、詳細な説明を省略する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、蒸発部毎に第２冷媒タンクを設けたものである。

　本実施形態による冷却システムは、図２に示すように、第１実施形態と同様に、第１冷媒タンクの一例として、液相冷媒１０６を貯蔵する冷媒タンク１０３と、冷媒タンク１０３から供給された液相冷媒を気化させる複数の蒸発部１０１とを備える。さらに本実施形態による冷却システムは、複数の蒸発部１０１で気化した気相冷媒を液化させる凝縮部１０２と、気相冷媒を凝縮部１０２へ送る蒸気管１０５とを備える。さらに本実施形態による冷却システムは、液相冷媒を冷媒タンク１０３へと、冷媒タンク１０３から複数の蒸発部１０１へと送る液管１０４を備える。第１実施形態と同様に、凝縮部１０２は複数の蒸発部１０１より上方の一例として、鉛直上方に配置されており、冷媒タンク１０３は凝縮部１０２より下方の一例として、鉛直下方に配置されている。

　本実施形態による冷却システムではさらに、第２冷媒タンク１０７及び冷媒回収配管１０９、ポンプ１０８、液管１０４ａ及び１０４ｂを備える。第２冷媒タンク１０７は、冷媒タンク１０３と各蒸発部１０１との間の配管１０４にそれぞれ設けられ、冷媒タンク１０３より下方の一例として、鉛直下方に配置されている。言い換えると本実施形態では、第２冷媒タンク１０７をサーバラック１００毎に備えている。これにより、第２冷媒タンク１０７を経由して、冷媒１０６は各蒸発部１０１に供給される。

　そして、各第２冷媒タンク１０７の側面の中程からは液管１０４ａが分岐しており、サーバラック１００の設置面１００ａより下側、例えば床下等に配置された冷媒回収配管１０９に接続される。冷媒回収配管１０９は、液管１０４ｂを経由して冷媒タンク１０３に接続されており、間にポンプ１０８が配置される。

　本実施形態による冷却システムでは、第２冷媒タンク１０７の冷媒１０６の一部は、第２冷媒タンク１０７の側面の中程から液管１０４ａを通って冷媒回収配管１０９へと排出される。冷媒回収配管１０９へと排出された冷媒は、ポンプ１０８の働きにより液管１０４ｂを経由して、冷媒タンク１０３に戻される。すなわち、冷媒回収配管１０９に排出された冷媒はポンプ１０８によって汲み上げられて、冷媒タンク１０３に戻される。

　なお、データセンタが複数階構造になっており、階下にもサーバルームがある場合はポンプ１０８を使用せず、冷媒回収配管１０９に排出された冷媒を、階下のサーバルームの冷媒タンクに排出しても良い。図２では、冷媒回収配管１０９は紙面左方向にも伸びている。階下にもサーバルームがある場合には、紙面左方向に伸びている冷媒回収配管１０９を、階下のサーバルームの冷媒タンクに接続するなどすればよい。

　本実施形態による冷却システムでは、第１実施形態と同様に、各蒸発部１０１への液相冷媒の供給は重力によって自然に行われる。各蒸発部１０１内の液面の高さは、第２冷媒タンク１０７内の液面の高さによって決まり、各サーバラック１００に搭載される電子機器の発熱量に依らない。本実施形態によれば、第２冷媒タンク１０７の鉛直方向に沿って位置を変えることによって第２冷媒タンク１０７内の液面の高さを制御することにより、蒸発部１０１への冷媒供給量を最適化することができる。

　さらに本実施形態による冷却システムでは、第２冷媒タンク１０７内の余剰な冷媒１０６は、分岐した液管１０４ａを通じて冷媒回収配管１０９に排出される。これにより、第２冷媒タンク１０７内の液面の高さは、分岐点の高さで一定に保たれる。これにより、複数の蒸発部１０１への冷媒供給量がより安定する。

　第１実施形態では各蒸発部１０１への冷媒供給量は、冷媒タンク１０３内の液面の高さで制御していたが、本実施形態によれば第２冷媒タンク１０７内の液面の高さで各蒸発部１０１への冷媒供給量を制御することが可能になる。これにより、各蒸発部１０１への冷媒供給量を最適化することができる。

　〔第３実施形態〕
　次に、本発明の第３実施形態の冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法について、説明する。図３は、本発明の第３実施形態による冷却システムを示す構成図である。第１実施形態や第２実施形態と同様な要素については同じ参照番号を付与することにより、詳細な説明を省略する。本実施形態は、第２実施形態の変形例であり、第２冷媒タンク毎に冷媒制御機構を設けたものである。

　本実施形態による冷却システムは、図３に示すように、第１実施形態や第２実施形態と同様に、第１冷媒タンクの一例として、液相冷媒１０６を貯蔵する冷媒タンク１０３と、冷媒タンク１０３から供給された液相冷媒を気化させる複数の蒸発部１０１とを備える。さらに本実施形態による冷却システムは、複数の蒸発部１０１で気化した気相冷媒を液化させる凝縮部１０２と、気相冷媒を凝縮部１０２へ送る蒸気管１０５とを備える。さらに本実施形態による冷却システムは、液相冷媒を冷媒タンク１０３へと、冷媒タンク１０３から複数の蒸発部１０１へ送る液管１０４を備える。第１実施形態や第２実施形態と同様に、凝縮部１０２は複数の蒸発部１０１より上方の一例として、鉛直上方に配置されており、冷媒タンク１０３は凝縮部１０２より下方の一例として、鉛直下方に配置されている。さらに本実施形態による冷却システムでは、第２実施形態と同様に、第２冷媒タンク１０７を備える。第２冷媒タンク１０７は、冷媒タンク１０３と各蒸発部１０１との間の配管１０４にそれぞれ設けられ、冷媒タンク１０３の下方の一例として、鉛直下方に配置されている。

　本実施形態による冷却システムでは、冷媒タンク１０３と複数の第２冷媒タンク１０７との間に、第２冷媒タンク１０７内の液面の高さに応じて冷媒供給量を制御する冷媒制御機構を、さらに備える。冷媒制御機構は具体的には、第２冷媒タンク１０７内の液面の高さに応じて冷媒供給量を抑制する冷媒供給量抑制機構１１１である。この冷媒供給量抑制機構１１１としては、フロートバルブやボールタップ等が挙げられる。冷媒１０６は、冷媒タンク１０３から第２冷媒タンク１０７を経由して、各蒸発部１０１に供給される。

　本実施形態による冷却システムでは、第１実施形態や第２実施形態と同様に、各蒸発部１０１への液相冷媒の供給は重力によって自然に行われる。第２実施形態と同様に、各蒸発部１０１内の液面の高さは、第２冷媒タンク１０７内の液面の高さによって決まり、各サーバラック１００に搭載される電子機器の発熱量に依らない。本実施形態によれば、第２冷媒タンク１０７の鉛直方向に沿って位置を変える等して第２冷媒タンク１０７内の液面の高さを制御することにより、蒸発部１０１への冷媒供給量を最適化することができる。

　さらに本実施形態によれば、冷媒供給量抑制機構１１１が第２冷媒タンク１０７内の液面の高さを監視しており、液面がある位置よりも高くなると、第２冷媒タンク１０７への冷媒供給を抑制する。これにより第２冷媒タンク１０７内の液面の高さを制御することが可能になり、各蒸発部１０１への冷媒供給量がより安定する。

　〔第４実施形態〕
　次に、本発明の第４実施形態の冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法について、説明する。図４は、本発明の第４実施形態による冷却システムを示す構成図である。第１実施形態乃至第３実施形態と同様な要素については同じ参照番号を付与することにより、詳細な説明を省略する。本実施形態による冷却システムは、第２実施形態における蒸発部１０１及び第２冷媒タンク１０７を高さ方向に多段化したものである。

　本実施形態による冷却システムは、図４に示すように、外形が縦長形状の二つのサーバラック１００に対し、外形が横長形状の蒸発部１０１を複数配置している。図４では、一つのサーバラック１００に対し、五つの蒸発部１０１を複数配置した場合を示している。

　五つの蒸発部１０１に対し、それぞれ第２冷媒タンク１０７が配置されている。一つの第２冷媒タンク１０７の冷媒１０６は、第２冷媒タンク１０７の底面から液管１０４を通って、蒸発部１０１に供給される。第２冷媒タンク１０７の冷媒１０６の一部は、第２冷媒タンク１０７の側面の中程から分岐した配管によって、より下方の一例として、鉛直下方に配置された第２冷媒タンク１０７へ送られる。そして、高さ方向に多段化した第２冷媒タンク１０７のうち、最下段の第２冷媒タンク１０７の冷媒１０６の一部は、各第２冷媒タンク１０７の側面の中程から液管を通って冷媒回収配管１０９に排出される。冷媒回収配管１０９へと排出された冷媒は、ポンプ１０８の働きにより液管１０４ｂを経由して、冷媒タンク１０３に戻される。

　本実施形態による冷却システムでは、第１実施形態乃至第３実施形態と同様に、各蒸発部１０１への液相冷媒の供給は重力によって自然に行われる。各蒸発部１０１内の液面の高さは、第２冷媒タンク１０７内の液面の高さによって決まり、各サーバラック１００に搭載される電子機器の発熱量に依らない。本実施形態によれば、第２冷媒タンク１０７の鉛直方向に沿って位置を変えることによって第２冷媒タンク１０７内の液面の高さを制御することにより、蒸発部１０１への冷媒供給量を最適化することができる。

　さらに本実施形態による冷却システムでは、第２冷媒タンク１０７内の余剰な冷媒１０６は、分岐した液管を通じて鉛直下方に配置された第２冷媒タンク１０７に送られる。高さ方向に多段化した第２冷媒タンク１０７のうち、最下段の第２冷媒タンク１０７内の余剰な冷媒１０６は、分岐した液管を通じて冷媒回収配管１０９に排出される。これにより、第２冷媒タンク１０７内の液面の高さは、分岐点の高さでそれぞれ一定に保たれる。これにより、複数の蒸発部１０１への冷媒供給量がより安定する。

　第２実施形態の冷却システムでは、サーバラック毎に１個の第２冷媒タンク１０７を用いて、各蒸発部１０１への冷媒供給量を一律に制御していた。これに対し、本実施形態の冷却システムでは、各第２冷媒タンク１０７内の液面の高さを用いて蒸発部１０１毎に個別に制御することが可能になる。これにより、各蒸発部１０１への冷媒供給量がより最適化される。

　なお本実施形態においても、第２実施形態と同様に、データセンタが複数階構造になっており、階下にもサーバルームがある場合は、冷媒回収配管１０９に排出された冷媒を、階下のサーバルームの冷媒タンクに排出しても良い。図４では、冷媒回収配管１０９は紙面左方向にも伸びている。階下にもサーバルームがある場合には、紙面左方向に伸びている冷媒回収配管１０９を、階下のサーバルームの冷媒タンクに接続するなどすればよい。

　〔第５実施形態〕
　次に、本発明の第５実施形態の冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法について、説明する。図５は、本発明の第５実施形態による冷却システムを示す構成図である。第１実施形態乃至第４実施形態と同様な要素については同じ参照番号を付与することにより、詳細な説明を省略する。本実施形態に係る冷却システムは、第３実施形態における蒸発部１０１及び第２冷媒タンク１０７及び冷媒供給量抑制機構１１１を高さ方向に多段化したものとなっている。本実施形態による冷却システムは、第４実施形態と同様に、外形が縦長形状の二つのサーバラック１００に対し、外形が横長形状の蒸発部１０１を複数配置したものである。そして本実施形態に係る冷却システムは、第２冷媒タンク１０７及び冷媒供給量抑制機構１１１を蒸発部１０１毎に備えたものである。

　具体的には、本実施形態の冷却システムは、第３実施形態及び第４実施形態による冷却システムの変形例である。本実施形態の冷却システムは、第１冷媒タンクの一例としての冷媒タンク１０３と複数の第２冷媒タンク１０７との間に、第２冷媒タンク１０７内の液面の高さに応じて冷媒供給量を抑制する冷媒供給量抑制機構１１１を、さらに備えるものである。さらに、一つの第２冷媒タンク１０７と、その下方の一例として、鉛直下方に配置された第２冷媒タンク１０７との間に、第２冷媒タンク１０７内の液面の高さに応じて冷媒供給量を抑制する冷媒供給量抑制機構１１１を、備えるものである。

　本実施形態による冷却システムでは、第１実施形態乃至第４実施形態と同様に、各蒸発部１０１への液相冷媒の供給は重力によって自然に行われる。各蒸発部１０１内の液面の高さは、第２冷媒タンク１０７内の液面の高さによって決まり、各サーバラック１００に搭載される電子機器の発熱量に依らない。本実施形態の冷却システムによれば、第２冷媒タンク１０７の鉛直方向に沿って位置を変える等して第２冷媒タンク１０７内の液面の高さを制御することにより、蒸発部１０１への冷媒供給量を最適化することができる。

　さらに本実施形態による冷却システムでは、第２冷媒タンク１０７内の余剰な冷媒１０６は、分岐した液管を通じて鉛直下方の第２冷媒タンク１０７に送られる。各第２冷媒タンク１０７内の液面の高さは、分岐点の高さで一定に保たれる。これにより、複数の蒸発部１０１への冷媒供給量がより安定する。

　本実施形態の冷却システムによれば、蒸発部１０１毎に第２冷媒タンク１０７及び冷媒供給量抑制機構１１１が配置されている。これにより、サーバラック１００単位の冷媒供給量を最適化するだけでなく、各サーバラック１００内での電子機器単位（高さ別）の冷媒供給量を最適化することが可能になる。本実施形態ではこの２つの施策を同時に行うことで、より最適な冷媒供給を行うことが可能になる。

　〔第６実施形態〕
　次に、本発明の第６実施形態の冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法について、説明する。図６は、本発明の第６実施形態による冷却システムを示す構成図である。本実施形態は第２実施形態の冷却システムの変形例であり、側面と底面とに接続口を有する冷媒タンク２０３と、複数の蒸発部２０１に対し一つの第２冷媒タンク２１０を用いたものである。

　すなわち、図６に示すように、本実施形態による冷却システムは、第１冷媒タンクの一例として、液相冷媒２０６を貯蔵する冷媒タンク２０３と、冷媒タンク２０３から供給された液相冷媒を気化させる複数の蒸発部２０１とを備える。さらに本実施形態による冷却システムは、複数の蒸発部２０１で気化した気相冷媒を液化させる凝縮部２０２と、蒸発部２０１と凝縮部２０２とを接続し気相冷媒が流動する蒸気管２０５とを備える。さらに本実施形態による冷却システムは、凝縮部２０２と冷媒タンク２０３及び冷媒タンク２０３と複数の蒸発部２０１とを接続し液相冷媒が流動する液管２０４を備える。

　ここで、凝縮部２０２は複数の蒸発部２０１より上方の一例として、鉛直上方に配置されており、冷媒タンク２０３は凝縮部２０２より下方の一例として、鉛直下方に配置されている。そして、冷媒タンク２０３は、複数のサーバラック２００の設置面２００ａから見て、複数の蒸発部２０１よりも上側に配置されている。複数の蒸発部２０１や凝縮部２０２としては、第１実施形態と同様にラジエータ等の熱交換機を用いることができる。

　複数の蒸発部２０１は、サーバラック２００の背面又は前面に配置される。図６では、外形が縦長形状の二つのサーバラック２００に対し、外形が縦長形状の蒸発部２０１を一つずつ配置した場合を示している。サーバラック２００には、発熱源となる電子機器が搭載される。

　凝縮部２０２の下部から冷媒タンク２０３の上部までと、冷媒タンク２０３の底面から一つの第２冷媒タンク２１０を経由して各蒸発部２０１の下部までを液管２０４で接続している。各蒸発部２０１の上部から凝縮部２０２の上部までを蒸気管２０５で接続している。こうして密閉された系の中に、冷媒２０６を封入している。

　さらに、第２実施形態と同様に、第２冷媒タンク２１０の側面の中程から液管２０４ａが分岐しており、サーバラック２００の設置面２００ａより下側、例えば床下等に配置された冷媒回収配管２０９に接続される。冷媒回収配管２０９は、液管２０４ｂを経由して冷媒タンク２０３に接続されており、間にポンプ２０８が配置される。第２冷媒タンク２１０の冷媒２０６の一部は、第２冷媒タンク２１０の側面の中程から液管２０４ａを通って冷媒回収配管２０９へと排出される。冷媒回収配管２０９へと排出された冷媒は、ポンプ２０８の働きにより液管２０４ｂを経由して、冷媒タンク２０３に戻される。

　データセンタが複数階構造になっており、階下にもサーバルームがある場合はポンプ２０８を使用せず、冷媒回収配管２０９に排出された冷媒を、階下のサーバルームの冷媒タンクに排出しても良い。図６では、冷媒回収配管２０９や液管２０４ｃは紙面左方向にも伸びている。階下にもサーバルームがある場合には、紙面左方向に伸びている冷媒回収配管２０９や液管２０４ｃを、階下のサーバルームの冷媒タンクに接続するなどすればよい。また、液管２０４ｃを、図示されている第２冷媒タンク２１０とは別の第２冷媒タンクに接続するなどすればよい。また冷媒タンク２０３の冷媒２０６の一部は、冷媒タンク２０３の側面の下部から液管２０４ｃを通って紙面左方向に排出される。

　本実施形態の冷却システムでも、第１実施形態乃至第５実施形態と同様に、各蒸発部２０１への液相冷媒の供給は重力によって自然に行われる。各蒸発部２０１内の液面の高さは、第２冷媒タンク２１０内の液面の高さによって決まり、各サーバラック２００に搭載される電子機器の発熱量に依らない。本実施形態によれば、第２冷媒タンク２１０の鉛直方向に沿って位置を変えることによって第２冷媒タンク２１０内の液面の高さを制御することにより、蒸発部２０１への冷媒供給量を最適化することができる。

　さらに本実施形態による冷却システムでは、第２冷媒タンク２１０内の余剰な冷媒２０６は、分岐した液管２０４ａを通じて冷媒回収配管２０９に排出される。これにより、第２冷媒タンク２１０内の液面の高さは、分岐点の高さで一定に保たれる。これにより、複数の蒸発部２０１への冷媒供給量がより安定する。そして、本実施形態によれば、第２冷媒タンク２１０の鉛直方向に沿って位置を変えることによって第２冷媒タンク２１０内の液面の高さを制御することにより、各蒸発部２０１への冷媒供給量を一律に制御することができる。

　なお、図６では各液管２０４、２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ及び蒸気管２０５は、水平方向又は鉛直方向に延びているように描いているが、各液管２０４、２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ及び蒸気管２０５を完全に水平又は鉛直に配置する必要はない。

　〔第７実施形態〕
　次に、本発明の第７実施形態の冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法について、説明する。図７は、本発明の第７実施形態による冷却システムを示す構成図である。第６実施形態と同様な要素については同じ参照番号を付与することにより、詳細な説明を省略する。

　本実施形態は、第３実施形態や第５実施形態と同様に、第１冷媒タンクの一例としての冷媒タンク２０３と第２冷媒タンク２１０との間に、第２冷媒タンク２１０内の液面の高さに応じて冷媒供給量を抑制する冷媒制御機構を、さらに備える。冷媒制御機構は具体的には、第２冷媒タンク２１０内の液面の高さに応じて冷媒供給量を抑制する冷媒供給量抑制機構２１１である。

　本実施形態の冷却システムでも、第１実施形態乃至第６実施形態と同様に、各蒸発部２０１への液相冷媒の供給は重力によって自然に行われる。各蒸発部２０１内の液面の高さは、第２冷媒タンク２１０内の液面の高さによって決まり、各サーバラック２００に搭載される電子機器の発熱量に依らない。本実施形態によれば、第２冷媒タンク２１０の鉛直方向に沿って位置を変えることによって第２冷媒タンク２１０内の液面の高さを制御することにより、蒸発部２０１への冷媒供給量を一律に制御することにより全体の動作を最適化することができる。

　さらに本実施形態によれば、第３実施形態や第５実施形態と同様に、冷媒供給量抑制機構２１１が第２冷媒タンク２１０内の液面の高さを監視しており、液面がある位置よりも高くなると、第２冷媒タンク２１０への冷媒供給を抑制する。これにより第２冷媒タンク２１０内の液面の高さを制御することが可能になり、各蒸発部２０１への冷媒供給量がより安定する。

　〔第８実施形態〕
　次に、本発明の第８実施形態の冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法について、説明する。図８は、本発明の第８実施形態による冷却システムを示す構成図である。第６実施形態や第７実施形態と同様な要素については同じ参照番号を付与することにより、詳細な説明を省略する。本実施形態に係る冷却システムは、第６実施形態や第７実施形態における蒸発部２０１及び第２冷媒タンク２１０を高さ方向に多段化したものとなっている。本実施形態による冷却システムは、第４実施形態や第５実施形態と同様に、外形が縦長形状の二つのサーバラック２００に対し、外形が横長形状の蒸発部２０１を複数配置したものである。

　本実施形態による冷却システムは、図８に示すように、外形が縦長形状の二つのサーバラック２００に対し、外形が横長形状の蒸発部２０１を複数配置している。図８では、一つのサーバラック２００に対し、五つの蒸発部２０１を複数配置した場合を示している。

　五つの蒸発部２０１に対し、五つの第２冷媒タンク２１０が配置されている。一つの第２冷媒タンク２１０の冷媒２０６は、第２冷媒タンク２１０の底面から液管を通って、蒸発部２０１に供給される。各第２冷媒タンク２１０は同じ高さにある各蒸発部２０１と液管２０４で接続されている。上側の第２冷媒タンク２１０の側面の中程から分岐した液管は下側の第２冷媒タンク２１０の上部に接続されている。そして、高さ方向に多段化された第２冷媒タンク２１０のうち、最下段に配置された第２冷媒タンク２１０から分岐した液管は冷媒回収配管２０９に接続されている。

　このような構成により、第２冷媒タンク２１０の冷媒２０６の一部は、第２冷媒タンク２１０の側面の中程から液管を通って、下方の一例として、鉛直下方に配置された第２冷媒タンク２１０に供給される。そして、高さ方向に多段化された第２冷媒タンク２１０のうち、最下段に配置された第２冷媒タンク２１０の冷媒２０６の一部は、第２冷媒タンク２１０の側面の中程から液管を通って、冷媒回収配管２０９へと排出される。冷媒回収配管２０９へと排出された冷媒は、ポンプ２０８の働きにより液管２０４ｂを経由して、第１冷媒タンクの一例としての、冷媒タンク２０３に戻される。

　本実施形態によれば、上側の第２冷媒タンク２１０で余剰となった冷媒は分岐した液管を通って下側の第２冷媒タンク２１０に移動する。これにより、サーバラック２００毎に冷媒供給量を最適化するだけでなく、各サーバラック２００内での電子機器毎に冷媒供給量を最適化することが可能になる。

　なお、各第２冷媒タンク２１０は直上直下の第２冷媒タンク２１０と接続する必要はなく、段を飛ばして接続しても構わない。冷媒タンク２０３と接続するのも最上段の第２冷媒タンク２１０だけである必要なく、中段の第２冷媒タンク２１０とも接続しても構わない。また、冷媒タンク２０３はなくても構わない。冷媒回収配管２０９と接続するのは最下段の第２冷媒タンク２１０だけである必要なく、中段の第２冷媒タンク２１０とも接続しても構わない。

　なお本実施形態においても、第２実施形態や第６実施形態と同様な構成としても良い。すなわち、データセンタが複数階構造になっており、階下にもサーバルームがある場合はポンプ２０８を使用せず、冷媒回収配管２０９に排出された冷媒を、階下のサーバルームの冷媒タンクに排出しても良い。図８では、冷媒回収配管２０９は紙面左方向にも伸びている。階下にもサーバルームがある場合には、紙面左方向に伸びている冷媒回収配管２０９を、階下のサーバルームの冷媒タンクに接続するなどすればよい。

　〔第９実施形態〕
　次に、本発明の第９実施形態の冷却システム、及び冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法について、説明する。図９は、本発明の第９実施形態による冷却システムを示す構成図である。第６実施形態乃至第８実施形態と同様な要素については同じ参照番号を付与することにより、詳細な説明を省略する。本実施形態に係る冷却システムは、第７実施形態における蒸発部２０１、第２冷媒タンク２１０及び冷媒供給量抑制機構２１１を高さ方向に多段化したものとなっている。本実施形態による冷却システムは、第４実施形態、第５実施形態や第８実施形態と同様に、外形が縦長形状の二つのサーバラック２００に対し、外形が横長形状の蒸発部２０１を複数配置したものである。そして本実施形態に係る冷却システムは、第２冷媒タンク２１０及び冷媒供給量抑制機構２１１を蒸発部２０１毎に備えたものである。

　上側の第２冷媒タンク２１０の側面の中程から分岐した液管は、下側の第２冷媒タンク２１０の上部に接続されている。第８実施形態とは異なり、高さ方向に多段化した第２冷媒タンク２１０のうち、最下段の第２冷媒タンク２１０からは液管が分岐していない。各第２冷媒タンク２１０は、同じ高さにある各蒸発部２０１と液管で接続されている。

　上側の第２冷媒タンク２１０で余剰となった冷媒は分岐した液管を通って下側の第２冷媒タンク２１０に移動する。これにより、サーバラック２００単位の冷媒供給量を最適化するだけでなく、各サーバラック２００内での電子機器毎に冷媒供給量を最適化することが可能になる。

　なお、各第２冷媒タンク２１０は直上直下の第２冷媒タンク２１０と接続する必要はなく、段を飛ばして接続しても構わない。第１冷媒タンクの一例としての冷媒タンク２０３と接続するのも、最上段の第２冷媒タンク２１０だけである必要なく、中段の第２冷媒タンク２１０とも接続しても構わない。また、冷媒供給量抑制機構２１１は全ての第２冷媒タンク２１０に備えなくても構わない。

　以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。

　例えば、上述した実施形態の凝縮部は、必ずしも複数の蒸発部より鉛直上方に配置される必要はなく、上方に配置されればよい。また、上述した実施形態の冷媒タンクは必ずしも凝縮部より鉛直下方に配置される必要はなく、下方に配置されればよい。

　なお、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）液相冷媒を貯蔵する第１冷媒タンクと、前記第１冷媒タンクから供給された液相冷媒を気化させる複数の蒸発部と、前記蒸発部で気化した気相冷媒を液化させる凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部を接続し前記気相冷媒が流動する蒸気管と、前記凝縮部と前記第１冷媒タンク及び前記第１冷媒タンクと前記複数の蒸発部とを接続し前記液相冷媒が流動する液管とを備える冷却システムであって、前記凝縮部は前記複数の蒸発部より上方に配置されており、前記第１冷媒タンクは前記凝縮部より下方に配置している、冷却システム。
（付記２）前記第１冷媒タンクは、前記複数の蒸発部より上方に配置されている、付記１に記載の冷却システム。
（付記３）前記第１冷媒タンクより下方に配置された第２冷媒タンクをさらに備える、付記１又は付記２に記載の冷却システム。
（付記４）前記第２冷媒タンク内に貯蔵された前記液相冷媒の少なくとも一部は前記第１冷媒タンクへ流動する、付記３に記載の冷却システム。
（付記５）前記第２冷媒タンク内に貯蔵された前記液相冷媒の少なくとも一部を前記第１冷媒タンクへ流動させるポンプを有する、付記３又は付記４に記載の冷却システム。
（付記６）前記第２冷媒タンクは、前記複数の蒸発部にそれぞれ設けられている、付記３乃至付記５のいずれか一つに記載の冷却システム。
（付記７）前記第２冷媒タンク内に貯蔵された前記液相冷媒の一部を前記第１冷媒タンクへ流動させるポンプをさらに有し、前記ポンプは、前記複数の蒸発部にそれぞれ設けられた前記第２冷媒タンク内に貯蔵された前記液相冷媒の少なくとも一部を前記第１冷媒タンクへと送る、付記６に記載の冷却システム。
（付記８）前記複数の蒸発部は鉛直方向に沿って配列されており、前記鉛直方向に沿って配列された前記複数の蒸発部に対応して、前記第２冷媒タンクは鉛直方向に沿って複数配置している、付記３乃至付記５のいずれか一つに記載の冷却システム。
（付記９）前記複数の蒸発部は鉛直方向とは異なる方向に沿ってさらに配置しており、前記鉛直方向とは異なる方向に沿って配置した前記複数の蒸発部に対応して、前記第２冷媒タンクがそれぞれ配置されている、付記３乃至付記５のいずれか一つに記載の冷却システム。
（付記１０）複数の前記第２冷媒タンクのうち、一の第２冷媒タンク内に貯蔵された前記液相冷媒の一部は、下方に位置する他の第２冷媒タンクに流動する、付記８又は付記９に記載の冷却システム。
（付記１１）前記第２冷媒タンク内に貯蔵された前記液相冷媒の一部を前記第１冷媒タンクへ流動させるポンプをさらに有し、前記複数の前記第２冷媒タンクのうち、下方に位置する第２冷媒タンク内に貯蔵された前記液相冷媒の一部は、前記第１冷媒タンクへ前記ポンプで流動させられる、付記３乃至付記９のいずれか一つに記載の冷却システム。
（付記１２）複数の前記第２冷媒タンクのうち、一の第２冷媒タンクから前記液相冷媒が前記複数の蒸発部へ流動する、付記３乃至付記１１のいずれか一つに記載の冷却システム。
（付記１３）前記第１冷媒タンクと前記第２冷媒タンクを接続する液管の間に配置され、前記液相冷媒の供給量を制御する冷媒制御機構をさらに含む、付記３乃至付記１２のいずれか一つに記載の冷却システム。
（付記１４）前記複数の第２冷媒タンクと前記第１冷媒タンクを接続する液管の間に、前記液相冷媒の供給量を制御する冷媒制御機構がそれぞれ配置している、付記３乃至付記１２のいずれか一つに記載の冷却システム。
（付記１５）前記第２冷媒タンクは鉛直方向に沿って複数配列されており、前記液相冷媒の供給量を制御する冷媒制御機構が一の第２冷媒タンクと他の第２冷媒タンクを接続する液管の間に配置している、付記９又は付記１４に記載の冷却システム。
（付記１６）液相冷媒を貯蔵する冷媒タンクと、前記冷媒タンクから供給された液相冷媒を気化させる複数の蒸発部と、前記蒸発部で気化した気相冷媒を液化させる凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部を接続し前記気相冷媒が流動する蒸気管と、前記凝縮部と前記冷媒タンク及び前記冷媒タンクと前記複数の蒸発部とを接続し前記液相冷媒が流動する液管とを備える冷却システムにおける前記蒸発部へ供給する前記液相冷媒の量を、前記冷媒タンクの配置を鉛直方向で変化させることによって制御する、冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法。
（付記１７）前記冷媒タンクの鉛直方向の位置を変化させることにより、前記冷媒タンク内の前記液相冷媒の液面高さを制御し、前記蒸発部への液相冷媒の供給量を制御する、付記１６に記載の冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法。

　この出願は、２０１３年７月１２日に出願された日本出願特願２０１３－１４６４０１号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１００、２００　　サーバラック
　１００ａ、２００ａ　　設置面
　１０１、２０１　　蒸発部
　１０２、２０２　　凝縮部
　１０３、２０３　　冷媒タンク
　１０４、１０４ａ、１０４ｂ、２０４、２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ　　液管
　１０５、２０５　　蒸気管
　１０６、２０６　　冷媒
　１０７、２１０　　第２冷媒タンク
　１０８、２０８　　ポンプ
　１０９、２０９　　冷媒回収配管
　１１１、２１１　　冷媒供給量抑制機構

Claims

　液相冷媒を貯蔵する第１冷媒タンクと、
　前記第１冷媒タンクから供給された液相冷媒を気化させる複数の蒸発部と、
　前記蒸発部で気化した気相冷媒を液化させる凝縮部と、
　前記蒸発部と前記凝縮部を接続し前記気相冷媒が流動する蒸気管と、
　前記凝縮部と前記第１冷媒タンク及び前記第１冷媒タンクと前記複数の蒸発部とを接続し前記液相冷媒が流動する液管とを備える冷却システムであって、
　前記凝縮部は前記複数の蒸発部より上方に配置されており、
　前記第１冷媒タンクは前記凝縮部より下方に配置している、冷却システム。
　前記第１冷媒タンクは、前記複数の蒸発部より上方に配置されている、請求項１に記載の冷却システム。
　前記第１冷媒タンクより下方に配置された第２冷媒タンクをさらに備える、請求項１又は請求項２に記載の冷却システム。
　前記第２冷媒タンク内に貯蔵された前記液相冷媒の少なくとも一部は前記第１冷媒タンクへ流動する、請求項３に記載の冷却システム。
　前記第２冷媒タンク内に貯蔵された前記液相冷媒の少なくとも一部を前記第１冷媒タンクへ流動させるポンプを有する、請求項３又は請求項４に記載の冷却システム。
　前記第２冷媒タンクは、前記複数の蒸発部にそれぞれ設けられている、請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の冷却システム。
　前記第２冷媒タンク内に貯蔵された前記液相冷媒の一部を前記第１冷媒タンクへ流動させるポンプをさらに有し、
　前記ポンプは、前記複数の蒸発部にそれぞれ設けられた前記第２冷媒タンク内に貯蔵された前記液相冷媒の少なくとも一部を前記第１冷媒タンクへと送る、請求項６に記載の冷却システム。
　前記複数の蒸発部は鉛直方向に沿って配列されており、前記鉛直方向に沿って配列された前記複数の蒸発部に対応して、前記第２冷媒タンクは鉛直方向に沿って複数配置している、請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の冷却システム。
　前記複数の蒸発部は鉛直方向とは異なる方向に沿ってさらに配置しており、前記鉛直方向とは異なる方向に沿って配置した前記複数の蒸発部に対応して、前記第２冷媒タンクがそれぞれ配置されている、請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の冷却システム。
　液相冷媒を貯蔵する冷媒タンクと、前記冷媒タンクから供給された液相冷媒を気化させる複数の蒸発部と、前記蒸発部で気化した気相冷媒を液化させる凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部を接続し前記気相冷媒が流動する蒸気管と、前記凝縮部と前記冷媒タンク及び前記冷媒タンクと前記複数の蒸発部とを接続し前記液相冷媒が流動する液管とを備える冷却システムにおける前記蒸発部へ供給する前記液相冷媒の量を、
　前記冷媒タンクの配置を鉛直方向で変化させることによって制御する、冷却システムにおける冷媒供給量の制御方法。