(57)【要約】ここに開示されているシステムは、主として２３乃至４８ボルトの電話会社、データセンターおよび工業製品製造工業において使用される。それは事実上、化学蓄電池を購入し、設置し、維持し、取り替える今日の要求に取って代わるであろう。この解決手段は、環境的に格納されたコンテナまたは可動バージョンで建造物の内部および外部に部分的および全体的に配置されることが可能であろう。さらに、分配電圧供給は、電力分配配線の寸法の減少を可能にすると共に、クリティカルな装置を冷却する必要性の低い環境を生じさせる。これによって、事実上、インフラストラクチャスペースおよび装置、すなわち、ＵＰＳ、空調装置、静的スイッチ装置、発電機および冷蔵室の必要性が同量の処理に対して減少し、システム全体の信頼性が著しく増加する。システムは交流電力を調整し、無停電と考えられ、その性質が高品質である直流電力を生成する。
2006505240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋外使用のための格納装置と、
エネルギを直流電圧として蓄積し、放電する前記格納装置内のフライホイールと、
前記フライホイールに動作するようにユーティリティ電源および発電機電源に接続されているスイッチとを備えており、前記スイッチは、ユーティリティ電源が負荷に電力を供給するノーマルモードと、前記フライホイールが負荷に電力を供給する中間モードと、および前記発電機電源が負荷に電力を供給するバックアップモードとの３つのモードで動作し、
電力出力が降下して設定点より低くなったとき、前記スイッチはスタートアップ信号を発電機電源に供給し、前記発電機電源が負荷に電力を供給できるようになるまで前記フライホイールがそこに蓄積されたエネルギを放電して直流電圧を負荷に供給する中間モードに入り、前記発電機電源が電力を供給できるようになったとき、スイッチはバックアップモードに入り、前記発電機電源が電力をフライホイールに供給してフライホイールを再充電する、オーバーラップ切換えを使用することにより高品質の電力を負荷に供給する装置。
【請求項２】
さらに、前記フライホイールによって出力された直流電圧に接続されて動作し、この直流電圧中の直流リップルを減少させる整流器を備えている請求項１記載の装置。
【請求項３】
さらに、発電機電源によって給電されて装置を保護する配電パネルを前記格納装置内に備えている請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記設定点は、直流出力を整流器電圧と比較することによって決定される請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記中間モードにおいて、ユーティリティ電源は前記フライホイールと共同して電力を負荷に供給する請求項１記載の装置。
【請求項６】
発電機電源は、燃料電池、タービン装置および発電機からなるグループから選択される請求項１記載の装置。
【請求項７】
発電機電源は格納装置内に設けられている請求項１記載の装置。
【請求項８】
さらに、格納装置から熱を除去する水冷システムを格納装置内に備えている請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記フライホイールは、スイッチがバックアップモードからノーマルモードに転移したときに電力を負荷に供給する請求項１記載の装置。
【請求項１０】
さらに、発電機電源に供給される天然ガス燃料を備えており、前記天然ガス燃料の消費によって生じた副産物である熱は電力吸収冷蔵室において使用され、それによって前記冷蔵室がその領域を冷却する請求項１記載の装置。
【請求項１１】
さらに、ユーティリティ電源に接続されて、交流電圧を直流電圧に変換する整流器を備えている請求項１記載の装置。
【請求項１２】
交流電圧は４８０ＶＡＣであり、直流電圧は６００ＶＤＣである請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
さらに、負荷において６００ＶＤＣを４８ＶＤＣに減少させる変換装置を備えている請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
負荷は、スイッチングモード電力供給源を持たないコンピュータである請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
ユーティリティ交流電力を入力として受取り、固体装置に直流電力を高い信頼性で供給するシステムにおいて、
信頼性の高い電力を供給する少なくとも２個の電力モジュールと、電力変換モジュールとを備え、
（ａ）前記各電力モジュールは、
選択的に付勢されるバックアップ電源と、
ユーティリティ電源を受取り、そのユーティリティ電源およびバックアップ電源が十分であることを決定する第１の手段と、
ユーティリティ電源が不十分であるときに中間電力を供給するフライホイールシステムと、
ユーティリティ電源が十分ではないことが決定されたときにフライホイールシステムの使用に転移し、バックアップ電源を付勢し、バックアップ電源が十分であることが決定された後にバックアップ電源の使用に転移する切替え機構とを備え、
（ｂ）前記電力変換モジュールは、
格納装置と、
前記格納装置内に取り付けられた複数のシャシーとを備えており、各シャシーは、交流電源を受取る第１のＩ／Ｏボードと、前記電力モジュールの１つの交流出力と、前記交流電源および前記電力モジュールの少なくとも一方が十分である限り一貫した電圧を出力する前記第１のＩ／Ｏボード上のダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジの出力を受取って、所望の直流電圧を前記格納装置内の負荷に出力する変換装置とを有しているシステム。
【請求項１６】
前記複数のシャシーの前記所望の直流電圧の電力の和は、冗長性を提供するために負荷により必要とされるものの２倍である請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記交流電源は、複数の電力モジュールである請求項１５記載のシステム。
【請求項１８】
複数の固体装置に電力を効率的に供給するシステムにおいて、
交流電圧を受取って、前記交流電圧を高い直流電圧に変換する少なくとも１個の整流器と、
前記少なくとも１個の整流器に動作するように接続され、前記高い直流電圧を負荷に伝送するケーブルと、
前記ケーブルと負荷との間に動作するように接続され、前記負荷に給電するために必要とされる電圧に前記高い電圧を調整する少なくとも１個の変換装置とを備えているシステム。
【請求項１９】
さらに、交流電圧を受取って前記交流電圧を第２の高い直流電圧に変換する第２の整流器と、前記高い直流電圧および前記第２の高い直流電圧を受取ってシステムにおいて冗長性を提供するダイオードブリッジとを備えている請求項１８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質電力を供給し、冷却するシステムに関し、とくに、電話通信、データ処理および工業設備用の無停電直流電力を提供する改良されたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的に、交流の商用電力は、コンピュータ、データ処理装置、電話回路およびその他の固体状態技術装置のような種々の用途の１次電源として使用されてきた。この急増した交流電力の使用にもかかわらず、種々の問題が知られている。たとえば、米国特許第 4,277,692号明細書、第 5,126,585号明細書、第 5,483,463号明細書には、交流電力装置の性能を改良する実施形態が開示されている。これらの改良にもかかわらず、交流電力装置の多数の欠点は依然として克服されていない。とくに、交流電力は依然として、固体装置のほとんどにより消費される直流電力に変換されなければならない。多くの交流電力システムは電池のバックアップと第２の１００％の定格の冗長フィードを必要とし、必要な電力供給および冗長性の提供が依然として非効率的である。さらに、交流電力の分配は危険であり、大型で高価であることが詳細に記載されている。
【０００３】
直流は効率的で信頼性が高いと常に考えられてきた。しかしながら、直流電力を生成してその分配をスケールする従来の能力には、さらに克服されるべき問題がある。典型的に、化学電池および整流器は、クリティカルな直流電力を生成し、分配し、バックアップするために使用されている。このような適用の中の電池には、多くの制限がある。電池が古くなったとき、容量が減少して交換を必要とする段階に達し、それによって廃棄の問題が発生する。さらに、大量の電力を直流電池システムから生成して引出す能力は、電池の容量および寸法に依存し、また、直流分配システムは直流電圧降下に対して大き過ぎるために大型の分配システムを必要とする。最新技術では多くの電力が必要とされ、さらに高いレベルの動作に到達するために直流電力をさらに集中させる必要がある。
【０００４】
これらおよびその他の欠点にもかかわらず、化学電池は、通信局においては４８Ｖの直流電力を生成し、蓄積するために、また、データ局においては停電中に交流電圧システムに代わるバックアップ電源を提供するために広く使用されている。たとえば、電池が使用され、本発明の開示と矛盾しない範囲でこの明細書において全文が参考文献とされているBobry氏による米国特許第 5,010,469号明細書を参照されたい。さらに、電源の間の切替えは１つの認識されている問題であり、しばしば必要とされる電力の供給において瞬間的な損失（ｌａｐｓｅ）をまねく。これについては、たとえば、本発明の開示と矛盾しない範囲でこの明細書において全文が参考文献とされているHammond氏他による米国特許第 5,057,697号明細書を参照されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
過去において、両方の局で使用するために利用可能な、高い信頼性により大容量の直流電力を経済的に生成し、分配する技術は存在しなかった。直流の高品質の電力の使用は、はるかに信頼性が高く、廉価であり、その結果電力が大幅に節約され、したがって、スケール可能な直流電力を広範囲にわたって使用することが非常に望ましい。しかしながら、交流変圧器のように配電のために直流電力をスケールすることができない結果、すぐにでも利用できる直流電力に依存する技術は停滞している。したがって、信頼性が高く、スケール可能であり、経済的であり、化学蓄電池を使用せずに交流および直流コンポーネントを使用して直流電圧を生成するシステムが必要とされている。
【０００６】
さらに、従来技術のシステムでは交流電圧源を負荷と電気的に接続するために大量の配線および調整装置が必要とされる。典型的に、電気接続は非常に大型であり、大量の銅が必要である。データ局および電話局の適用において、サーバ上でのスイッチモード電力供給（“ＳＭＰＳ”）は交流によって行われるが、しかし直流だけで給電される能力を有している。これらの交流駆動ＳＭＰＳは熱を発生し、大量の電力を引出し、効率が非常に悪い。高い熱発生と制限された冷却容量の結果、データ処理装置は適切な冷却を容易にするために拡張されなければならず、それ故データ局では処理装置用のスペースが少なくなり、負荷を冷却する全体的な効率が低下する。したがって、必要とされる電力を供給し、比較的小型の接続により接続されてＳＭＰＳなしで動作し、それによってデータ局の効率を増加させることが可能であるシステムが必要とされている。
【０００７】
本発明の目的は、２０８乃至４８０ボルトの入力交流３相電力を使用して、データ局またはそれに匹敵する設備に供給される２３乃至４８ＶＤＣの出力電圧および電流を生成することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、１つの交流ユーティリティと発電機であることが好ましい緊急電力源を入ってくる主および緊急給電として使用して、ユーティリティの停電に備えてシステムを信頼性の高いものにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの実施形態において、システムは切換えスイッチにより随意的にユーティリティへのオーバーラップ転移を伴って循環する。切換えスイッチは、緊急とユーティリティ位置をとり、手動で開始されたとき、あるいはユーティリティ電力の損失が発生したときの両者の間で切替える。発電機は４８０／３／６０入力および５００乃至６００ＶＤＣ出力を使用して、ブリッジダイオード整流器、ハウス負荷および空調に給電するような寸法にされた配電パネルに給電する。整流器は、直流リップルを減少するように設計されたリアクトルを使用してこれを行うように設計されている。別の実施形態においては、システムは直流電力供給電源をほとんど使用せずに、主整流器の出力と並行してフライホイール電池を使用して５００乃至６００ＶＤＣを発生し、整流器の出力に結合する。システムは整流器からの直流出力電力を使用してフライホイールを充電する。交流電力が主整流器入力から失われたとき、フライホイールは、緊急発電機がスタートして臨界負荷を引き継ぐまで、動力学的に蓄積されたエネルギを整流器の負荷側に放電する。緊急電源は、それがオンライン状態であるときに電力を負荷に供給すると共にフライホイール装置を再チャージし、最終的にはユーティリティに復帰するためにシステムを１００％準備が整った状態にする。ある設定期間のあいだユーティリティ電力に一貫して復帰し、あるいはそれが安定化されたとき、切換えスイッチはシステムの負荷をユーティリティに再び切換える。この切換え中、システム電力の遮断は再びフライホイール電源によって逆方向にブリッジされる。
【００１０】
主整流器の出力からの６００ＶＤＣは設備中に分配され、それによって４８Ｖの直流を使用するように設計されたプラントまたはコンピュータに給電するために高い電圧を使用に適した４８ＶＤＣに段階的に低下させる電力変換装置、すなわち、ＰＣＵを動作するために必要とされる配線寸法および電流の両者が減少させる。それによって、慣習的なスイッチモード電力供給源なしにコンピュータが給電されることを可能にし、したがってＳＭＰＳの非効率性が軽減され、エネルギが３０％まで節約され、配線のサーキュラーミルが減少し、冷却要求が減少し、プラントから化学蓄電池が除去され、その装置インフラストラクチャにより必要とされる空間が減少し、電力の信頼性が著しく増加する。この特徴によって、臨界的な屋内スペースが商取引を増やすために必要な電子装置に対して使用されることが可能になる。
【００１１】
別の実施形態において、ローディングおよび距離に依存して定められたある区間エリアには、集積バイポーラトランジスタ（以降、“ＩＧＢＴ”）技術、冗長電力供給源または３０ｋＷの引出し装置（ｄｒａｗｅｒ）、およびＩＧＢＴを感知すると共にこれを付勢する５乃至２０ｋＨｚの直流制御装置を使用する特別に設計された直流・直流変換装置または電力変換装置（“ＰＣＵ”）が配置される。ＰＣＵは２つまでの完全に独立した電力システムによって供給され、信頼性の高い停電保護を提供することができる。さらに、ＰＣＵは故障に対して非常に強く、再び高品質の電力出力に追加される。ＩＧＢＴはライン側の高い直流電圧を補助的な低いサイド電圧に効率的に変換し、３００ＶＤＣに低下する主サイドでの潜在的な電圧降下の期間中効率的で確実に制御されている。このＰＣＵは直流・直流変成器によく似ている。電圧および電流は、電圧降下が発生せず、また、過剰な熱がＳＭＰＳにより生成されずに、ＩＧＢＴ装置の出力から４８ボルトの直流を使用するローカルまたは近接した装置に分配される。この電圧は変換装置から最も離れた装置にセンサを配置することによって制御されることができる。
【００１２】
この電力品質システムに対して非常に重要な別の概念は、通信およびデータ処理負荷へのＰＣＵによる効率的な電力伝送によって生じた熱のスペースを除去するために精巧な冷却システムを使用することである。ＰＣＵは、工業技術装置が存在するラックに電力を供給する。事実上、供給された電力は全て電子負荷によって使用される。これらの負荷はこの電力を完全に熱に変える。今日の技術は、狭い空間内に可能な限り多くの装置を配置して小型化を試みている。この状態を可能にするために、ラックの底部に配置された板状フィン熱交換器を液体冷却することのできる電力冷却ラック（ＰＣＲ）と、空気を効率的に計量してラック内のコンピュータを２０ｋＷまで冷却する可変速度ファンが設けられる。今日使用されている最良の装置は、５乃至７ｋＷまでの空間を除去することができる。これらのラックは、ソースの１つを停電から保護するために二重給電される４８ボルトの直流配電を行って信頼性を増加させる。
【００１３】
本発明は、プロセス、装置、システム、デバイスまたは方法を制限なしに含む種々の方式で実施されることができることを認識すべきである。ここに開示されているシステムのこれらおよびその他の特有の特徴は、以下の詳細な説明および添付図面からさらに容易に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
当業者は、添付図面を参照することにより、開示されているシステムと同じシステムがどのようにして形成され、使用されるかを容易に認識するであろう。  
本発明は、電力供給に関連した多くの従来技術の問題を克服する。ここに開示されているシステムの利点およびその他の特徴は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明および本発明を表す実施形態を示す図面から当業者にさらに容易に認識されるであろう。なお、図面において同じ参照符号は同じ構造の素子を示している。
【００１５】
図１を参照すると、格納装置110はシステム100を素子から保護すると共にコンポーネント部品が適切に機能するために必要な適切な内部環境を提供するために使用される。この環境は４０乃至１０４°Ｆの非凝縮環境であることが好ましい。システム100は、据付け型であるように、あるいは固定されるように設計される。据付け格納装置110は、直流変換装置を除く全てのコンポーネントを収容する。このようなシステム100は典型的に、６００Ｖの直流配電が設備（示されていない）に送られ、６００から２３乃至４８Ｖの直流に段階的に減少させる局部化された直流変換装置に給電する大電力用途において使用される。システム100は交流３相電力を設備内の空調装置に供給する交流電力給電を提供し、したがって格納装置110はその設備に対する自己内蔵型の全クリティカル電力ソリューションとみなされる。
【００１６】
緊急発電装置112は、格納装置110の外側の環境的に隣接して設計されたコンテナ114内に取付けられることが好ましい。このコンテナ114は、主格納装置110の底部から突出した延長されたレール上に取付けられる。発電機112はサブベース燃料供給装置116を備えており、主格納装置110の内側に配置された自動切換えスイッチ118からの信号でスタートする。典型的に、緊急発電機112は、その適用に必要とされる２５０ｋＷ以上の大きさにされた燃料電池またはタービン装置を使用し、２０８乃至４８０ボルト以上の交流３相電力を供給する。この発電機は、出力ブレーカ（示されていない）を備え、１２時間分以上の燃料を燃料供給装置116中に蓄積している。この燃料供給装置116はまた天然ガスを供給されて、自動補給を行うことができる。システム100は、主エネルギモードで動作して、設備に対して廉価なクリーン電力を生成し、それによって全体的なエネルギ使用量を減少させるように設計されることができる。主エネルギモードによってシステム100は電力を発生し、このシステム100を冷却する冷蔵室に給電するために熱副産物を使用する。システム100は付加的な容量および、または信頼性を提供するために独立して、または並列に結合されて使用されることができる。
【００１７】
自動切換えスイッチ（“ＡＴＳ”）118はＶＡＣ３相３線に対する４００乃至１２００アンペアの大きさであることが好ましい。適切なＡＴＳ118は、ここにおいてその全文がそれぞれ参考文献とされている米国特許第 4,761,563号明細書および第 5,646,833号明細書に開示されているが、それに限定されるものではない。ＡＴＳ118はその性質が機械的であり、２つの分離した電源から給電されることが好ましい。ＡＴＳ118に対する電力の１つのソースは、建造物ユーティリティフィードであり、他方は発電機112からのフィードである。ユーティリティ、すなわち、ノーマルフィードはツイストロックまたはラグ構造120によって接続されることが好ましく、ＡＴＳ118のノーマル側に終端される。発電機112はＡＴＳ118の緊急側に供給する。
【００１８】
ＡＴＳ118は停電時にスタートアップ信号を発電機112に送り、設定電圧に到達したときに、ユーティリティフィードを機械的に遮断し、緊急電源の電力を配電パネル122に接続する。この適用のシステム100は、必要とされた場合にはオーバーラップ切換えを行われることが可能であり、ユーティリティに復帰したときに同じ手順を逆方向にたどる。システムは遠隔スタートまたはストップ信号を受信することが可能であり、主または待機のいずれかのモードで使用されることができる。
【００１９】
配電パネル122は、２０８乃至４８０ボルトの３相３線の交流電力を全てのコンポーネントデバイスに分配する。配電パネル122は主ブレーカおよび小型の配電ブレーカを備えており、それらはモールドされたケースであることが好ましく、ＡＴＳ118に適合する大きさのものであり、ＡＴＳ118に対するヒューズ（ｆｕｓｅ）を有している。２０乃至４０ｋＶＡの変圧器124は、ハウス電力のために、すなわち、照明、加熱、冷却等をするために使用される。
【００２０】
主ダイオードベースの整流器126は２０８ボルトから中間までの電圧の３相フィードを受取って、５００乃至６００ＶＤＣの出力電圧を生成する。大きさの範囲は１５０ｋＷ乃至５００ｋＷであることが好ましく、あるいは必要とされる範囲である。リップル電流は、リアクトルの使用によって最小にされる。直流フライホイールシステム128は、直流出力バス電圧が主整流器電圧より下に降下するまで、動力学的フライホイールを回転させてエネルギを蓄積するために交流または直流のいずれの電力を使用することができる。設定点において、直流フライホイールシステム128は蓄積されたエネルギを直流電圧および電流の形態で放出し、一貫した電力を直流変換装置130に供給し、発電機112が速度を増してユーティリティフィードを引き継ぐことを可能にするのに十分な時間を提供する。
【００２１】
ユーティリティ電力源が再び動作するようになると、直流フライホイール128は同様の方法で切換えをユーティリティにブリッジして戻す。発電機112またはユーティリティフィードが復帰し、負荷に給電した後、直流フライホイールシステム128は次の停電をブリッジすることに備えて動力学的フライホイールをフライホイール速度の形態で再充電する。このフライホイールシステムは格納されたシステムであることが好ましい。大規模な適用において、直流フライホイールシステム128は地下にあり、その大きさはメガワット範囲である。当業者は、直流フライホイールシステム128が並列に接続されて直流フライホイールシステムを形成する複数の動力学的フライホイールであってもよいことを認識するであろう。
【００２２】
直流遮断装置132は直流変換装置130を保護する。直流遮断装置132またはブレーカは、フライホイールにより出力された電圧が勧告されたパラメータより低くなった場合に電圧降下を受ける大きさにされている。たとえば、許容できないフライホイール電圧降下は、発電機112がスタートし損ない、スタートおよびライン電圧の上昇を試み続けなければならない場合に発生する可能性がある。動力学的フライホイールが速度を減少すると、出力電圧は降下する。フライホイール電圧が降下すると、電力出力を一定のレベルに維持するために電流が上昇する。
【００２３】
１対の直流変換装置またはＰＣＵ130は整流器126から電力を受取る。直流変換装置は、負荷、すなわち、固体装置を動作させる所望の電圧を出力するために整流器126によって出力された高い電圧を減少させる。示されている５０ｋＷのバージョンのような小規模の適用において、直流変換装置130は格納装置110内に収容される。１５０ｋＷのようなさらに大きい適応においては、直流変換装置130は建造物内において負荷に可能な限り近接して配置される。直流変換装置130は二重に給電され、多くの出力を有することが可能であることが好ましい。直流変換装置130は、Ｎ＋１制御および電力構成を有している。好ましい実施形態において、直流変換装置130は５２５乃至６００ＶＤＣを使用に適した２３乃至４８ＶＤＣに変換する。直流変換装置130は高周波感知を行い、回路を制御してそこに位置するＩＧＢＴの付勢を制御する。このようにしてＩＧＢＴを制御するとき、直流変換装置の物理的な寸法は大幅に減少し、効率が著しく増加する。たとえば、米国特許第 5,646,833号明細書を参照されたい。
【００２４】
格納装置110は屋外に配置可能であることが想像される。屋外の適用において、直流変換装置130により出力された４８ＶＤＣは、ツイストロッククイック接続点134を介して建造物に接続される。直流変換装置130の出力はまたその建造物内か、あるいは屋外の格納装置110のいずれかに位置する共通給電点に接続され、２＋Ｎ構成を生成することができる。遠隔センサ（示されていない）は最も離れた負荷地点に配置され、最も離れた使用地点での４８ＶＤＣ出力を維持するためにシステム100に入力を供給することが好ましい。システム100はまた、別の適用に対するハウス電力へのアクセスを可能にする汎用パネル138を備えている。
【００２５】
図２を参照すると、当業者によって認識されるように、可動システム200は上述されたシステム100と同じ原理を使用する。したがって、同じ素子を示すために数字“１”の代わりに数字“２”により先行された同じ参照符号が使用される。可動システム200は１つのエリアから別のエリアへの容易な移動を可能にするように設計されているので、高品質の電力がこれを必要とするエリアにおいて迅速に入手可能である。可動システム200は全てのコンポーネントを収容し、出力電圧は格納装置210から設備に送られる。典型的に、可動システム200は１０００乃至１５００アンペアＶＤＣの小規模な需要の応用において使用される。
【００２６】
図３Ａのｂを参照すると、当業者によって認識されるように、拡張されたシステム300は上述されたシステム100および200と同じ原理を使用する。システム300は、信頼性の高い電力供給を保証するために相互供給する独立した変換装置を使用する。したがって、同様の素子を示すために数字“１”または“２”の代わりに数字“３”により先行された同じ参照符号が可能なときには常に使用される。システム300は電力をデータ局（示されていない）に供給するように適合され、構成されている。典型的に、データ局は、無停電電力電源（以降、“ＵＰＳ”）、電池または発電機によって調整され、バックアップされている電力を必要とする。電力配電装置（以降“ＰＤＵ”）は典型的に４８０ボルトの３相電力を分配する。使用のために、電力は使用に適した１２０／２０８ボルトの電力に変換されてもよい。システム300はデータ局の需要を満たす拡張された適用である。
【００２７】
システム300は、冗長性のために１対の電力モジュール301を備えている。それらの電力モジュールは主または待機のいずれかの発電機312を備えており、この発電機312もまた１以上の燃料電池またはタービンであることが可能である。発電機312またはユーティリティ電源が天然ガスを使用して電力を生成するエネルギ節約モードにおいて、発電の副産物である熱は吸収冷蔵室に給電するために使用され、この冷蔵室はデータ局またはＰＣＵを冷却するために使用される。ＰＣＵは、たとえば、負荷の縮小等のために冷却媒体として冷却水を受取ることが好ましい。
【００２８】
直流変換装置330は、データ局の内部において４８ＶＤＣ負荷に可能な限り近接して配置される。これによってデータ局の外部の遠隔地での分配のために交流電力から直流電力への整流が可能になり、それによって貴重なデータ局のスペースが節約される。もはや、変圧器および関連した交流装置を使用する必要はない。その結果、データ局の電気的な集中度は低くなる。別の実施形態においては、サーバに関するＳＭＰＳに対する必要性をなくすことができ、サーバはシステム330によって中央バスシナリオで供給される直流電圧で動作する。ＳＭＰＳの除去により全体的な熱および引出される電力は著しく減少し、また、電力および冷却スペースの減少のために制限を受けないスペースが増え、あるいは、さらに高密度な設計が可能になるため、平方フィート当りに適合される装置の数を多くすることができる。直流変換装置330は２＋Ｎシナリオで適用されることが可能であり、それは簡単かつ効率的に信頼性の高い電力をコンピュータに供給し、最新技術の３／９乃至５／９以上の利用度要求を満たすことができる。簡単に述べると、交流・直流をＵＰＳの交流トポロジーに戻すと共に交流正弦波を再構成し、電子機器を同期させて並列化する複雑さと費用をなくすことにより、データ局の電気的な集中度が低くなる。システム300はＰＣＲまたはシステム410と共同して設置費用、冷却時の動作費用、および必要とされる交流電力装置の全てのために必要なインフラストラクチャスペースを節約する。
【００２９】
好ましい実施形態において、システム300はデータ局の外部から６００ＶＤＣの配電直流電圧を生成する。典型的に、システム300の大きさは６００乃至２０００ＭＷであることができる。６００ＶＤＣは、上記において説明したようにバックアップ発電機312への転移を生じさせるフライホイールシステム328を備えた整流システム326によって生成される。データ局へ適用するための６００ＶＤＣから４８ＶＤＣへの変換は、直流変換装置330をほぼ１５０ｋＷの大きさで使用して行われることが想像される。
【００３０】
各直流変換装置331は、２つの冗長なシステム301のモジュールから２つの６００ＶＤＣを受取ることができるので、単一の電力モジュール301が故障した場合にも、システム331の４８ＶＤＣ出力は維持される。配電パネル333は、直流変換装置331と電力モジュール301との間に位置している。配電パネル333は、装置331の入力を保護するために使用される直流ブレーカまたはヒューズ335を備えている。
【００３１】
好ましい実施形態において、直流変換装置330は自己内蔵型の冷却ラックシステム410（図４参照）中に設置され、それは局部的な冷却水供給と冷却水復帰配管（示されていない）の使用によってシステム331またはシステム410中に設置されたコンピュータにより生成された熱を除去する。システム410には、システム331のコンポーネントのための収容および冷却装置として、ならびにシステム410内において自立構造のラック中に設置されたコンピュータ技術の装置用の冷却ラックとしての２つの役割がある。システム410は、その中のコンピュータシステムに給電し、これを冷却し、構造的要求を課すラックの構成を有している。ラックは直流変換装置331を水冷し、分離した空調装置を必要としないのでそのスペース内の技術的なエレメントを増加させることを可能にし、それによってデータまたは通信処理エリア内のコンピュータをサポートするために必要なフロアスペースをさらに一層減少させることができる。
【００３２】
図４を参照すると、商用建造物に直流電力を供給する格納装置410が示されている。格納装置410は、その内部への入口を提供する２つのドア402a、402bを備えている。格納装置410はドア402aの背後において複数の直流変換装置431を収容し、ドア402bの背後において１つの負荷（示されていない）を収容している。各ラック中には、冷却水冷却コイル（示されていない）と、電力またはコンピュータ装置からの熱が水中に排除されるように格納装置410の中の内部空気を冷却する３つの可変周波数駆動ファン433もまた格納されている。示されている好ましい実施形態において、格納装置410は、それぞれの容量が３０ｋＷである６個の直流変換装置431を備えている。その結果、格納装置410は冗長な１５０ｋＷの直流電力電源として機能することができる。
【００３３】
図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、二重電源に接続された例示的な直流変換装置431の概略図が示されている。なお、図５のｂは図５Ａのａと図５Ｂの関係位置を示している。図示されているように、高電圧直流（たとえば、５２５ＶＤＣ）は比較的容易にかつ効率的に分配されるが、しかしそれは消費地点か、あるいはその付近においてであり、電圧レベルは使用に適したレベル（たとえば、４８ＶＤＣ）に低下される。４つのフィード403a乃至403dは入力電力を直流変換装置431に供給する。フィード403aおよび403dは類似した電力モジュール401に接続されている。電力モジュール401はシステム100、200および300と同じ原理を使用する。したがって、簡単にするために、理論および動作は再度詳細には説明されない。当然ながら、電力モジュール401はそれぞれ、中間モード中に有効継続時間および負荷の電力容量を増加させるために二重フライホイールシステム428を備えている。フィード403bおよび403cは交流電源407に接続される。交流電源407は伝統的なユーティリティであることが好ましい。別の実施形態において、交流電源407は燃料電池、バッテリ、ＵＰＳ、別の発電機、付加的なシステム401およびその組合せである。
【００３４】
さらに図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、直流変換装置431は２つのＩ／Ｏボード440a、440bを備えている。Ｉ／Ｏボード440a、440bは入力電力を隣接した直流変換モジュール442a、442bに導くように動作する。Ｉ／Ｏボード440aは電力フィード403aおよび403bを受ける。Ｉ／Ｏボード440bは電力フィード403cおよび403dを受ける。Ｉ／Ｏボード440a、440bはそれぞれ、２つの入力電力フィードをダイオードブリッジ手段450（図６参照）を通って供給する。ダイオードブリッジ手段450は、ダイオードブリッジの入力の極性がどのように変化するかにかかわらず一貫した出力452を維持するためのものである。その結果、たとえば、フィード403a（ならびに、そのためにフィード403bおよび403c）が誤動作した場合、適切な量の電力が依然として利用できるので、直流変換モジュール442aは負荷を動作させるのに十分な電力を生成することが可能になる。フィード403a乃至403dのそれぞれが異なったソースから得られる二重電源440aおよび440bと440cおよび440dとによってそれぞれ供給される２つの直流変換モジュール442a、442bの冗長の結果、システムは非常に頑強で、信頼性の高いものになる。
【００３５】
各直流変換モジュール442a、442bは、負荷を動作させるのに十分な電力を生成する。したがって、直流変換モジュール442a、442bからの出力は複数の電力冷却ラック（“ＰＣＲ”）444を通って送られる。ＰＣＲ444は、単一の機能する直流変換モジュール442a、442bが負荷に十分に給電することを可能にするために直流変換モジュール442a、442bの各出力を別のダイオードブリッジ手段（示されていない）を介して接続する。ＰＣＲ444はまた電力を負荷、すなわち、格納装置410内の工学装置またはコンピュータに分配する。電力は電力フィード405a、405bを通ってＰＣＲ444に入る。上述したように、ＰＣＲ444内のダイオードブリッジ（図６参照）は、システムが電力を供給するために電力フィード405a、405bの一方だけが動作可能であればよいように電力フィード405a、405bを受取る。
【００３６】
各直流変換モジュール431は大量の熱を発生し、この熱は適切な動作を確保するために格納装置410から除去される必要がある。格納装置410はＰＣＲ444を介して水で冷却されるが、しかし、当業者が本発明の開示の再検討することにより認識される別の冷却方法が可能であることが認識されるであろう。好ましい実施形態において、格納装置110は、Ｓａｎｍｉｎａ-ＳＣＩ社(2700 North First Street,San Jose,California 95134)製のＥＣＯＢＡＹ（商標名）格納装置である。各変換装置431は、特定の適用に適合するように格納装置410の容量および性能の変更を可能にするために、よく知られている方式で置換され、あるいは再構成されることができる。
【００３７】
以上、好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者は、本発明に対する種々の変更および、または修正が本発明の技術的範囲を逸脱することなく可能であることを容易に認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明にしたがって構成された固定モジュールの概略図。
【図２】本発明にしたがって構成された可動モジュールの概略図。
【図３Ａ】本発明にしたがって構成された第３のモジュールの概略図。
【図３Ｂ】本発明にしたがって構成された第３のモジュールの概略図。
【図４】本発明による直流電力を供給し、冷却する格納装置の斜視図。
【図５Ａ】本発明による図４の接続された直流変換装置の概略図。
【図５Ｂ】本発明による図４の接続された直流変換装置の概略図。
【図６】本発明にしたがって構成されたダイオードブリッジの概略図。
【図１】
2006505240.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年7月28日(2005.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い直流電圧を供給するソースと、
前記高い直流電圧を低い直流電圧にスケールする変換装置とを備えており、
前記低い直流電圧は、前記高い直流電圧の約１／１０以下であるシステム。
【請求項２】
前記ソースは第１のソースであり、前記高い直流電圧は第１の高い直流電圧であり、前記変換装置は第１の変換装置であり、前記低い直流電圧は第１の低い直流電圧であり、
前記システムはさらに、
第２の高い直流電圧を供給する第２のソースと、
前記第２の高い直流電圧を第２の低い直流電圧にスケールする第２の変換装置とを備えており、
前記第２の低い直流電圧は、前記第２の高い直流電圧の約１／１０以下であり、
前記第１および第２の低い直流電圧は、冗長な低い直流電圧フィードとして使用される請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記冗長な低い直流電圧フィードは、（ａ）前記第１の変換装置により供給される電力と（ｂ）前記第２の変換装置により供給される電力との和にほぼ等しいレベルの電力を供給する請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記ソースは、交流電圧を受取って前記交流電圧を前記高い直流電圧に変換する整流器を備えている請求項１記載のシステム。
【請求項５】
さらに、エネルギを蓄積し、前記交流電圧の値が不十分である場合に前記エネルギを放電して前記高い直流電圧を供給するフライホイールを備えている請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記交流電圧は、約２０８乃至４８０ＶＡＣの範囲のものである請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記ソースおよび前記変換装置は互いから分離されて収容されており、
前記システムはさらに、前記高い直流電圧を前記ソースから前記変換装置に伝送する導体を備えている請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記ソースは、前記高い直流電圧を供給する第１のソースであり、
前記システムはさらに、前記高い直流電圧を供給する第２のソースを備えている請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記第２のソースは、フライホイール、燃料電池、バッテリ、無停電電力電源および発電機からなるグループから選択された装置を備えている請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記高い直流電圧は、約５００乃至６００ＶＤＣの範囲のものである請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記低い直流電圧は、約２３乃至４８ＶＤＣの範囲のものである請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記変換装置は、約３０ｋＷ以上の電力を供給する請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
第１の高い直流電圧を第１の低い直流電圧にスケールする第１の変換装置と、
第２の高い直流電圧を第２の低い直流電圧にスケールする第２の変換装置とを備えており、
前記第１および第２の低い直流電圧は、冗長な低い直流電圧フィードとして使用されるシステム。
【請求項１４】
前記第１の低い直流電圧は、前記第１の高い直流電圧の約１／１０以下である請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
さらに、前記第１の高い直流電圧を供給する第１のソースと、
同様に前記第１の高い直流電圧を供給する第２のソースとを備えている請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１のソースは、フライホイール、燃料電池、バッテリ、無停電電力電源および発電機からなるグループから選択された装置を備えている請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
さらに、交流電圧を前記第１の高い直流電圧に変換する整流器を備えている請求項１３記載のシステム。
【請求項１８】
前記整流器および前記第１の変換装置は互いから分離されて収容されており、
システムはさらに、前記第１の高い直流電圧を前記整流器から前記第１の変換装置に伝送する導体を備えている請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
さらに、エネルギを蓄積し、前記交流電圧の値が不十分である場合に前記エネルギを放電して前記高い直流電圧を供給するフライホイールを備えている請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
前記交流電圧は、約２０８乃至４８０ＶＡＣの範囲のものである請求項１７記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１の高い直流電圧は、約５００乃至６００ＶＤＣの範囲のものである請求項１３記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１の低い直流電圧は、約２３乃至４８ＶＤＣの範囲のものである請求項１３記載のシステム。
【請求項２３】
前記第１の変換装置は、約３０ｋＷ以上の電力を供給する請求項１３記載のシステム。
【請求項２４】
前記冗長な低い直流電圧フィードは、（ａ）前記第１の変換装置により供給される電力と（ｂ）前記第２の変換装置により供給される電力との和にほぼ等しい電力を供給する請求項１３記載のシステム。
【請求項２５】
前記冗長な低い直流電圧フィードは、コンピュータと遠距離通信装置とからなるグループから選択された装置によって使用される請求項１３記載のシステム。
【請求項２６】
前記装置は、スイッチングモード電力供給源以外の電力供給源を使用する請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
システムと、
低い直流電圧を使用する装置とを具備し、
前記システムは、
高い直流電圧を供給するソースと、
前記高い直流電圧を前記低い直流電圧にスケールする変換装置とを備えており、
前記低い直流電圧は、前記高い直流電圧の約１／１０以下である装置。
【請求項２８】
前記装置は、コンピュータと遠距離通信装置とからなるグループから選択される請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記装置は、スイッチングモード電力供給源以外の電力供給源を使用する請求項２７記載の装置。
【国際調査報告】
2006505240.tif 000011