JPH0510580B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

この発明は、例えばコンピユータ設備等の電子
装置を熱負荷の対象として、該電子装置の運転に
伴う発生熱を当該装置が設置された室内の空調設
備より吹き出す冷気熱を利用して除熱させる水冷
式冷却装置に関する。

【従来技術とその問題点】

まず第５図により頭記した電子装置を熱負荷と
するこの発明の実施対象となる水冷式冷却装置の
設備概要を説明する。図において、１は電子装
置、２は該電子装置を冷却する水冷式冷却装置、
３はこれら装置を収容して据付けた機械室、４は
その室内空調装置である。ここで機械室３は床面
をアクセスフロア３１としてその床面一部に分散
して床下に形成した冷気供給ダクト３２に通じる
冷気吹出口３３，３４が開口している。また室の
天井側には空気出口３５が開口し、この空気出口
３５と前記冷気供給ダクト３２の入口との間を結
んで配管した空気循環路３６に先記した空調装置
４が接続されており、空調装置４の運転により矢
印Ａのように室内に向けて空調冷気を吹き出す。
一方、水冷式冷却装置２は床面上に開口する前記
の冷気吹出口３３に臨ませて室内の床面上に据付
けた空気／水熱交換器２１、該空気／水熱交換器
２１と電子装置１、特に発熱量の多いパワー機器
に設けたヒートシンクとしての水冷式被冷却体１
１との間にまたがつて配管された冷却水循環路２
２、冷却水循環路２２内に介装した冷却水タンク
２３、水循環ポンプ２４等で構成されている。ま
た前記空気／水熱交換器２１は上下面を開放した
風胴２５、該風胴２５の内部に配備した熱交換器
本体２６、および熱交換器本体２６の上方に並置
配備した複数台のフアン２７等の組立体として構
成されている。 かかる設備で電子装置１の運転時には室内空調
装置４を運転して空調冷気流Ａを室内に向けて吹
出すとともに、水冷式冷却装置２では水循環ポン
プ２４を運転して冷却水循環路２２に冷却水を循
環させるとともに、フアン２７を運転させる。し
たがつて室内の床面に開口した冷気吹出口３３か
ら吹き出す空調冷気流Ａが空気／水熱交換器２１
の風胴２５内に吸引導風され、冷却水との間の熱
交換により冷却水の保有熱を空気側に熱放散し、
これにより電子装置１で発生した熱が冷却水を熱
移送媒体として空気／水熱交換器２で除熱される
ことになる。また別な冷気吹出口３４から室内に
吹き出す空調冷気は電子装置１およびその周辺機
器等を空冷する。なおこの場合に電子装置、例え
ばコンピユータ設備ではその定格運転温度が例え
ば15〜30℃の範囲内に規定されており、このため
には電子装置の運転状態、つまり熱負荷の状況に
応じて空気／水熱交換器２１に装備のフアン２７
の運転台数、回転数制御等を行い、空気／水熱交
換器２１の放熱能力をコントロールして所定の運
転温度を維持するようにしている。 ところで上記のように室内空調設備の吹出し冷
気を利用して放熱を行う電子装置の水冷式冷却装
置では次記のような問題がある。すなわち電子装
置等を設置した機械室では、電子装置の運転、停
止の如何を問わず室内温度の変化による機器への
悪影響、例えば機器の結露発生等を防ぐために常
に室内空調装置４を運転して室内の適温維持を図
るようにしている。またこの場合に床下の冷気供
給ダクトより室内に吹き出す空調冷気温度は室内
の設定温度に対して通常はかなりの低温である。
したがつて電子装置１の運転休止時、つまり水冷
式冷却装置２も運転停止している状態でも室内空
調装置４は継続運転されているため、冷気吹出口
３３を通じて吹き出す冷気により空気／水熱交換
器２１は放熱機能が働き、かつこの状態では電子
装置側の熱負荷が無いために冷却水は通常の運転
時に比べて過冷された低温状態になつている。こ
の点に付いての実測例として冬期等の周囲温度が
低い時期には水冷式冷却装置２の系内の冷却水が
０℃近い温度まで低下する場合がある。 このような現象の発生状態を第６図に示す送風
系の動作バランス線図で説明すると、通常の運転
時では空気／水熱交換器２１のフアン２７が運転
されているので熱交換器には綜合送風特性と熱交
換器の送風特性との交点で与えられる風量Ｑ１が
流れている。一方、電子装置の運転休止時に空
気／水熱交換器２１のフアン２７を停止しても、
空気／水熱交換器２１には空調系の送風特性と熱
交換器の送風特性との交点で与えられる風量Ｑ２
の空調冷気が熱交換器を流れ、このために放熱機
能が働くことになる。 一方、前記のような状況下で電子装置１を運転
再開する際に電子装置の定常運転を速やかに確立
するには、運転休止中に過冷状態にあつた低温の
冷却水をできるだけ短い時間の間に電子装置の運
転温度である15℃程度まで昇温させる必要があ
る。すなわち第７図に示す冷却水温度の立上がり
特性線図において、運転停止状態における冷却水
温度をTo、電子装置の運転再開時に要求される
冷却水の昇温目標温度をＴ１として、時間hoで
電子装置および空気／水熱交換器の運転を再開し
た場合に冷却水温度が前記温度Ｔ１に到達する時
間h1までの所要時間ができるだけ短いことが望
まれる。 しかして前述のように運転休止期間中に継続す
る空調冷気との熱交換により冷却水温度が低下し
ていると、このままでは運転再開後はフアン運転
により空調冷気の導風量がより増大することにな
るため、冷却水温度をＴ１まで昇温させるに要す
る時間h2（h2＝h1−ho）が長引くことになり、そ
れだけ電子装置の定常運転の確立が遅れる。また
運転再開時の電子装置側の熱負荷が小さく、その
発熱量より空気／水熱交換器での放熱量の方が大
である運転条件では冷却水温度を所定の昇温温度
Ｔ１まで高めることができず、電子装置の定常運
転が確立されないと言つた事態も起こり得る。 このために従来では、第５図における冷却水循
環路２２に介装した冷却水タンク２３内に電熱ヒ
ータ等を装備して冷却水の強制昇温を図るような
試みも成されていいるが、この方式では電力消費
量が増すことになり不経済である。

【発明の目的】

この発明は上記の点にかんがみなされたもので
あり、従来方式のようにヒータ等の二次的に加熱
手段を使用することなく、僅かに空気／水熱交換
器に装備のフアンを運転制御することにより、電
子装置の運転再開時等、熱負荷側の運転条件に応
じて被冷却体に供給する循環冷却水の温度を速や
かに昇温できるようにした水冷式冷却装置を提供
することを目的とする。

【発明の要点】

上記目的を達成するために、この発明は空気／
水熱交換器のフアンを可逆転式フアンと成し、か
つ通常の冷却運転時にはフアンを正転運転して空
調冷気を空気／水熱交換器へ積極的に吸引導風さ
せるとともに、熱負荷の運転条件により冷却水温
度を空調冷気温度以上に早期昇温させる際には前
記フアンを逆転運転し、空気／水熱交換器への空
調冷気の導風を抑制してその放熱能力を低減させ
ることにより、冷却水の早期昇温、温度調整範囲
の拡大化が達成できるようにしたものである。

【発明の実施例】

第１図および第２図はそれぞれこの発明の異な
る実施例による空気／水熱交換器の運転制御回路
図を示すものであり、第５図に対応する部分には
同じ符号が付してある。すなわちこの発明によ
り、空気／水熱交換器２１の風胴２５内に装備し
たフアン２７を可逆転式フアンと成し、かつ第１
図の実施例ではフアン２７と電源との間には指令
によりフアン２７の回転方向を正転と逆転に切り
替える運転制御手段を、また第２図の実施例では
フアン２７の正、逆転切替操作に加えて逆転運転
時におけるフアンの回転数制御も同時に行う運転
制御手段を備えている。すなわち可逆転式フアン
２７は３相モータを装備しており、ここで第１図
では運転制御手段はフアン２７への３相給電回路
に介挿した相切換接点５１，５２を指令信号ｓの
入力で切換える電磁開閉器５であり、第２図の実
施例では運転制御手段が前記した相切換用電磁開
閉器５、および逆転側の接点回路に接続したイン
バータあるいは電圧調整器等としのフアン回転数
制御装置６を装備している。なお回転数制御装置
６は空気／水熱交換器２１の内部における放熱器
２６の近傍に配置して該位置の胴内風速ないし風
圧を検出するセンサ７の出力信号を基に後述のよ
うにフアン２７の回転数の増減制御を行う。 かかる構成において、第５図に示した電子装置
１が運転されている通常の冷却運転時には、前記
したフアン運転制御手段によりフアン２７が正
転、つまり室内床面側の冷気吹出口３３より吹き
出す空調冷気Ａを空気／水熱交換器２１内へ積極
的に吸引導風するように運転される。これにより
第５図で述べたように低温の空調冷気との熱交換
により冷却水の保有熱が空気側に放熱され、電子
装置側に発生した熱の除熱が行われる。 これに対し、先述のように運転休止の後に電子
装置を運転再開する場合など、いままでの停止期
間中に空調冷気流Ａに晒されて過冷低温状態にあ
つた冷却水を電子装置の運転温度である所定の目
標温度まで昇温させる際には、制御手段の電磁開
閉器５に指令を与えて接点を５１から５２に切換
え、フアン２７を逆転運転させる。これにより空
気／水熱交換器２１では、下方より床面側の冷気
吹出口３３を通じて吹き出す空調冷気流に逆らつ
て室内空気が上方より風胴２５内に押し込み導風
されるようになり、この結果として空調冷気流Ａ
と上方からの導入空気流Ｂとが相殺し合つて熱交
換器本体２６の周辺を流れる通風が殆ど無くな
る。したがつて空気／水熱交換器２１の放熱能力
は低下し、第３図に示した冷却水の立上がり特性
線図で示すように冷却水温度をToからＴ１まで
昇温させるに要する時間h3を第７図に示した従
来方式による所要時間h2に比べて大幅に短縮す
ることができるようになる。なお冷却水温度が所
定の目標温度Ｔ１まで昇温すれば、この温度上昇
を検知して制御手段の電磁開閉器５を切換え、フ
アン２７を逆転から正転運転に切替えてこれ以降
は通常の冷却運転に以降する。 また前記の逆転運転時における空気／水熱交換
器での通風状態を第４図に示した送風系の動作バ
ランス線図上で表すと、フアン２７の停止時には
第６図の線図でも述べたように空気／水熱交換器
２１へは空調冷気の風量Ｑ２が通流しているのに
対し、フアン２７の逆転により、その送風特性は
特性線イ、したがつて綜合送風特性は特性線ホの
ようになるので、これと逆転側（−）の熱交換器
送風特性との交点で与えられる風量Ｑ３に減少す
ることになり、かつこれにより空気／水熱交換器
の放熱能力が通常の運転状態と比べて大幅に低下
するようになる。 さらに第２図の実施例のようにフアン回転数制
御装置６を装備して逆転運転時におけるフアン２
７の回転数を様々に調節することにより、第４図
におけるフアン逆転時の送風特性は特性線イ〜ニ
のように変化し、これに伴つて空調系の送風特性
と組み合わせた綜合送風特性も特性線ホ〜チのよ
うに変わるようになる。ここで空気／水熱交換器
２１の風胴内部の通風状態を熱交換器本体２６の
近傍に配備したセンサ７で検出し、かつこの検出
位置における風速ないし風圧が０となるよう、つ
まり第４図で逆転時の送風特性が特性線ハとなる
ようにフアン２７の回転数を制御すれば、綜合送
風特性は特性線トのようになり、空調冷気流Ａと
フアン２７の逆転による押し込み導風量Ｂとが丁
度相殺し合つて空気／水熱交換器２１内部の熱交
換器本体２６の近傍を流れる風量Ｑ４は０とな
る。これにより交換器の放熱能力は最低となり、
第３図で述べた冷却水昇温の立ち上がりに要する
時間h3を最小時間に短縮することができる。ま
た前記した正転運転と逆転運転とを適宜に組合せ
ることにより冷却水の温度制御範囲の拡大化が可
能である。

【発明の効果】

以上述べたようにこの発明によれば、空気／水
熱交換器のフアンを可逆転式フアンと成し、かつ
通常の冷却運転時にはフアンを正転運転して空調
冷気を空気／水熱交換器へ積極的に吸引導風させ
るとともに、熱負荷の運転条件により冷却水温度
を空調冷気温度以上に早期昇温させる際には前記
フアンを逆転運転し、空気／水熱交換器への空調
冷気の導風を抑制してその放熱能力を低減させる
ように構成したことにより、例えば熱負荷として
の電子装置の運転再開時など、熱負荷側の運転条
件により空調冷気で過冷却されて低温状態にある
循環冷却水を目標温度まで昇温させるに際し、従
来方式のようにヒータ等の二次的昇温手段を用い
ることなく、空気／水熱交換器に装備のフアンを
運転制御する簡単な手段で冷却水を速やかに目標
温度まで昇温させることができ、その温度制御範
囲の拡大化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれこの発明の異なる実
施例を示す空気／水熱交換器に装備のフアンの運
転制御回路図、第３図はこの発明によるフアンの
運転制御チヤートおよびその冷却水の温度立上が
り特性図、第４図は空気／水熱交換器に対するフ
アンの逆転運転時における送風系の動作バランス
線図、第５図は電子装置を熱負荷とてる水冷式冷
却装置全体の概略構成図、第６図は第５図におけ
る空気／水熱交換器のフアンの運転、停止に伴う
送風系の動作バランス線図、第７図は第６図に対
応する冷却水の昇温立上がり特性図である。各図
において、 １：熱負荷としての電子装置、１１：水冷式被
冷却体、２：水冷式冷却装置、２１：空気／水熱
交換器、２２：冷却水循環路、２４：水循環ポン
プ、２５：熱交換器の風胴、２６：熱交換器本
体、２７：フアン、３：機械室、３３：空調冷気
吹出口、４：室内空調装置、５：フアン正、逆転
切替制御手段としての相切換用電磁開閉器、６：
フアン回転数制御装置、７：風速ないし風圧の検
出センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 室内空調設備の冷気吹出口に対向して据付け
   たフアン装備の空気／水熱交換器と熱負荷側の被
   冷却体との間に冷却水循環路を配管し、該冷却水
   循環路に冷却水を循環送流しつつ、前記空調設備
   より吹き出す冷気を熱交換器のフアン運転により
   空気／水熱交換器へ吸引導風して冷却水との間で
   熱交換を行い、冷却水の保有熱を空気中に放熱し
   て熱負荷側の発生熱の除熱を行う水冷式冷却装置
   において、前記空気／水熱交換器のフアンを可逆
   転式フアンと成し、かつ通常の冷却運転時にはフ
   アンを正転運転して空調冷気を空気／水熱交換器
   へ積極的に吸引導風させるとともに、熱負荷の運
   転条件により冷却水温度を空調冷気温度以上に早
   期昇温させる際には前記フアンを逆転運転に切替
   え、空気／水熱交換器への空調冷気の導風を抑え
   てその放熱能力を低減させるようにしたことを特
   徴とする水冷式冷却装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の水冷式冷却装置
   において、空気／水熱交換器に装備のフアンに対
   し、指令に基づいてフアンの回転方向を正転、逆
   転に切り替える運転制御手段を備えていることを
   特徴とする水冷式冷却装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の水冷式冷却装置
   において、集熱制御手段がフアンの正転、逆転切
   替、およびフアンの回転数制御機能を備えてたも
   のであることを特徴とする水冷式冷却装置。