チラーとは?冷水を作る「冷凍機」の仕組みと、AIデータセンターでチラーを減らす流れ

チラーとは何かを示す図解。データセンターの屋上で冷たい水を作り、建物へ送る冷凍機の様子 冷却・液冷
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チラーとは、冷媒を回すサイクルで冷たい水(冷水)を作り続ける冷凍機です。データセンターやビル、工場の屋上や機械室に置かれ、空調や冷却の設備に冷水を送っています。

AIデータセンターでは、このチラーをできるだけ使わない設計が広がり始めました。液冷なら、温かい水でも GPU を冷やせるからです。電気を食う設備なので、減らせると効きます。

先に読みたい節 冷凍サイクルの4つのステップ/空冷式と水冷式の違い/クーリングタワー(冷却塔)との違い

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熱の流れ(発熱源から外へ)
GPU→コールドプレート→CDU→施設の冷水→チラー ←ココ→冷却塔→外気
サプライチェーン(上流から下流へ)
冷媒・部品 チラー・冷却塔のメーカー 空調工事 データセンター事業者

チラーとは

先に結論

チラーとは、冷媒(冷やすための液体とガス)を圧縮・凝縮・膨張・蒸発させるサイクルを回して、冷たい水(冷水)を作り続ける冷凍機です。作った冷水は、空調機やデータセンターの冷却設備に送られ、熱を吸い取って戻ってきます。

チラーは、水から奪った熱を、冷却水や空気に捨てます。冷却水に捨てる「水冷式」では、その熱を最後に冷却塔(クーリングタワー)が外に逃がします。チラーは圧縮機を電気で動かすため、データセンターの電力を食う大きな設備の1つです。AIデータセンターでは、液冷によって温かい水でもGPUを冷やせるようになり、チラーの出番を減らす、またはなくす設計が広がっています。

用語メモ:冷媒

冷凍機の中を回る、熱を運ぶための物質。低い温度で蒸発するときに周りの熱を奪い、圧縮されて高い温度になると熱を放出します。

用語メモ:冷水と冷却水

冷水は、チラーが作って冷やす相手に送る冷たい水。冷却水は、チラーが奪った熱を冷却塔へ運ぶための水。名前が似ていますが、役割は逆です。

チラーが冷水を作って冷やす相手へ送り、奪った熱を冷却塔へ捨てる関係を示した概念図

チラーの仕組み:冷凍サイクルの4つのステップ

チラーの中では、冷媒が4つの部品を順番に回りながら、熱を「冷水の側」から「捨てる側」へ運んでいます。家庭のエアコンや冷蔵庫と同じ原理です。

順番 部品 やること
1蒸発器低温の冷媒が蒸発し、冷水から熱を奪う。冷水が冷たくなる
2圧縮機冷媒のガスを圧縮して、高い温度・高い圧力にする。電気を使う
3凝縮器高温の冷媒が、冷却水や空気に熱を放出して液に戻る
4膨張弁冷媒の圧力を下げて、また低温にし、蒸発器に戻す

ポイントは、熱は放っておくと温かい所から冷たい所へしか流れないのに、チラーは電気の力で、冷たい冷水から熱をくみ上げて、温かい外へ捨てていることです。このため、チラーは「熱のポンプ」とも呼ばれます。

たとえるなら

スポンジで水をくみ出す作業に似ています。スポンジ(冷媒)を部屋の中で水に浸して吸わせ(蒸発)、外で強くしぼって(圧縮・凝縮)水を捨て、また部屋に戻ります。しぼる力に当たるのが、電気で動く圧縮機です。

このブロックの参照データ
・香川県「3.1.5 熱源設備」 チラーの仕組み
蒸発器・圧縮機・凝縮器・膨張弁の4つの部品を冷媒が回り、冷水から熱を奪って外へ捨てる冷凍サイクルの図

空冷式と水冷式の違い

チラーは、冷水から奪った熱をどこに捨てるかで、2つに分かれます。

比較項目 空冷式チラー 水冷式チラー
熱の捨て先ファンで外の空気に直接捨てる冷却水に捨て、冷却塔で外へ逃がす
必要な設備チラーだけで完結しやすい冷却塔・冷却水のポンプと配管が必要
水の使い方冷却のための水をほとんど使わない冷却塔で水が蒸発するので、補給の水が要る
向いている場所中小規模、水を確保しにくい場所大規模な設備(効率を重視する場合)

水冷式は、冷却塔で水の一部を蒸発させるときに大きな熱を奪えるため、暑い日でも凝縮器を冷やしやすく、大きな設備で使われてきました。そのかわり、蒸発した分の水を補給し続ける必要があります。

注意:チラーの能力は、熱を捨てる側の温度に左右されます。冷却水の温度が高すぎると、凝縮器で冷媒が液に戻りにくくなり、チラーの能力が下がります。真夏に冷房の効きが落ちるのと同じ理屈です。
このブロックの参照データ
・香川県「3.1.5 熱源設備」 空冷式・水冷式、冷却水の温度と能力
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チラーとクーリングタワー(冷却塔)の違い

チラーと冷却塔は、セットで語られることが多い設備です。役割ははっきり分かれています。

チラー=冷水を作る

電気で冷凍サイクルを回し、冷たい水を作る装置。冷水の温度を、外の気温より低くできます。

冷却塔=熱を外に捨てる

冷却水の一部を蒸発させて、残りの水を冷やす装置。外の空気の湿り具合で決まる温度より低くは冷やせません。

2つで1組

水冷式では、チラーが冷水から奪った熱を冷却水に移し、冷却塔がそれを外へ逃がします。

この工程の役割
受け取るもの
冷やす相手
空調機・CDU
→
チラー
冷水を作る
冷水から熱を奪う
→
次の工程へ渡すもの
冷却塔
熱を外へ捨てる

冷却塔だけでは、外の空気の条件で決まる温度より冷たい水は作れません。それより冷たい水が必要なときに、チラーが登場します。逆にいえば、冷たい水が必要なくなれば、チラーを使わずに冷却塔などだけで熱を捨てられるということです。これが、AIデータセンターでチラーを減らす考え方の出発点です。

このブロックの参照データ
・香川県「3.1.5 熱源設備」 冷却水と冷却塔
冷やす相手からチラーへ、チラーから冷却塔へと熱がリレーされ、チラーは冷水を作り冷却塔は熱を捨てる役割分担の図

データセンターの中で、チラーはどこにあるのか

従来の空冷のデータセンターでは、チラーが作った冷水を、サーバー室の空調機(冷水を使って空気を冷やす機械)に送り、冷えた空気でサーバーを冷やしてきました。

段階 設備 やること
1サーバー電気を使って熱を出す
2空調機(または CDU)サーバーの熱を、冷水に移す
3チラー温まって戻ってきた冷水を、また冷たくする
4冷却塔(水冷式の場合)チラーの熱を、外の空気へ捨てる

チラーは圧縮機を電気で動かすため、サーバー以外でデータセンターの電気を使う設備の中でも大きな割合を占めます。データセンターの電力効率を表すPUEを良くするには、チラーの電気をどれだけ減らせるかが大きなカギになります。

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AIデータセンターで、チラーを減らす流れ

チラーが電気を食う理由は、外の気温より冷たい水を、電気の力で作っているからです。では、そもそも冷たい水がいらなくなったらどうなるでしょうか。

液冷で、水が温かくてもよくなった

GPUに冷却液を直接当てる液冷では、空気を介さないぶん、冷却液の温度が比較的高くてもGPUを冷やせます。

温かい水なら、チラーがいらない

必要な水の温度が外の気温より高ければ、冷却塔やドライクーラー(空気で冷やす熱交換器)だけで熱を捨てられ、チラーを動かす電気が減ります。

冷水の温度を上げるだけでも

チラーを使う場合でも、冷水の出口の温度を、使い方の許す範囲で上げると、チラーの電気を節約できます。

NVIDIA は2025年4月、液冷によって、データセンターはより温かい水の温度で運転でき、機械式チラーの必要を減らすか、なくせると説明しています。熱は CDU の液と液の熱交換器を通って、施設の冷却の回路に渡されます。NVIDIA は、GB200 NVL72 の液冷の構成が、従来の空冷の構成より水の効率で300倍としています。

300倍
GB200 NVL72(液冷)の水の効率。従来の空冷の構成との比較
出典:NVIDIA Blog(2025年4月22日)
注意:チラーがすぐに不要になるわけではありません。夏の暑い日の予備として残したり、空冷のままの機器のために使い続けたりするデータセンターも多くあります。地域の気候と、冷やす機器の種類で、チラーの使い方は変わります。
このブロックの参照データ
・NVIDIA Blog(2025年4月22日) 温かい水でチラーを減らす・水の効率300倍
・香川県「3.1.5 熱源設備」 冷水の温度を上げると電気を節約
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チラーを支える企業:メーカー・施工・使う側

チラー・冷却設備のメーカー

  • ダイキン工業(6367):空調の世界大手。データセンター向けのチラーなどの冷却設備
  • 三菱重工業(7011):グループの三菱重工サーマルシステムズがターボ冷凍機を手がける
  • Trane Technologies(TT)・Carrier Global(CARR)・Johnson Controls(JCI):米国などの大手。チラーを含む空調設備
  • Vertiv(VRT):データセンターの電源・冷却設備。チラーや CDU も手がける

空調の設計・施工

  • 高砂熱学工業(1969):データセンターの空調・冷却設備の設計と施工

使う側

  • データセンター事業者:NTTデータ・KDDI・さくらインターネットなど

液冷が広がると、チラーの役割は「主役の冷却装置」から「補助や予備」へと変わる場面が増えます。一方で、CDU・熱交換器・ポンプなど、液冷の回路の設備の出番が増えます。冷却設備のメーカーは、チラーと液冷の両方を手がける形に動いています。

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チラーを知ると、何が見えてくるか

あなたにとっての意味
仕事で関わる方へ:データセンターの電気・設備・IT のどの担当でも、「冷却の電気」の大部分がチラーから来ていると知っておくと、PUE の話や、液冷を入れるかどうかの判断の意味が見えてきます。
投資家の方へ:液冷の広がりは、チラーの需要を減らす方向と、CDU や熱交換器の需要を増やす方向の両方に働きます。冷却関連のニュースは「冷水を作る側」か「熱を運ぶ側」かを分けて読むと、位置づけがわかりやすくなります。
学生・就活中の方へ:チラーは、熱力学の冷凍サイクルがそのまま形になった装置です。機械系・建築設備系の学生にとって、授業で習う理論が巨大な設備として動いている例です。

よくある誤解

誤解1:チラーとクーリングタワーは同じもの

チラーは電気で冷凍サイクルを回して冷たい水を作る装置、冷却塔は水を蒸発させて熱を外へ捨てる装置です。水冷式では、2つがリレーのように働きます。

誤解2:チラーは冷たい空気を出す

チラーが作るのは冷たい水です。その水を空調機に送って空気を冷やしたり、熱交換器に送って液冷の冷却液を冷やしたりします。

誤解3:液冷にすればチラーは全くいらない

温かい水で冷やせるぶん、チラーの出番は大きく減らせますが、暑い日の予備や空冷の機器のために残す設計も多くあります。

まとめ

  • チラーは、冷凍サイクルを回して冷たい水を作り続ける冷凍機
  • 蒸発・圧縮・凝縮・膨張の4ステップで、冷水の熱を外へくみ出す
  • 空冷式は空気へ、水冷式は冷却水と冷却塔を通して熱を捨てる
  • 圧縮機を電気で動かすため、データセンターの冷却の電気の大きな部分を占める
  • 液冷で温かい水でもよくなり、AIデータセンターではチラーを減らす流れがある

よくある質問

Q. チラーとは何ですか?

A. 冷媒を圧縮・凝縮・膨張・蒸発させるサイクルを回して、冷たい水を作り続ける冷凍機です。空調や冷却設備に冷水を送ります。

Q. チラーとクーリングタワーの違いは何ですか?

A. チラーは電気で冷たい水を作る装置、クーリングタワーは水を蒸発させて熱を外へ捨てる装置です。水冷式では2つを組み合わせます。

Q. 空冷式チラーと水冷式チラーの違いは何ですか?

A. 空冷式は外の空気に直接熱を捨て、水冷式は冷却水に熱を移して冷却塔で外へ逃がします。水冷式は補給の水が必要です。

Q. なぜAIデータセンターでチラーを減らせるのですか?

A. 液冷では温かい水でもGPUを冷やせるため、外の気温より冷たい水を電気で作るチラーの出番を減らせるからです。

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