(57)【要約】【課題】冗長な構成を削減することができる電源装置、制御方法及び設備システムを提供することである。【解決手段】実施形態の電源装置は、コンバーター部と、インバーター部と、制御部とを持つ。コンバーター部は、外部から供給される交流を直流へ変換して出力する。インバーター部は、コンバーター部と蓄電池とに接続され、コンバーター部又は蓄電池から出力される直流を変換して得られる交流を負荷設備に備えられる少なくとも１つのモーターへ出力する。制御部は、負荷設備に備えられるセンサーで取得された情報に基づいて、インバーター部がモーターへ出力する交流の周波数を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給される交流を直流へ変換して出力するコンバーター部と、
前記コンバーター部と蓄電池とに接続され、前記コンバーター部又は前記蓄電池から出力される直流を変換して得られる交流を負荷設備に備えられる少なくとも１つのモーターへ出力するインバーター部と、
前記負荷設備に備えられるセンサーで取得された情報に基づいて、前記インバーター部が前記モーターへ出力する交流の周波数を決定する制御部と、
を備える、電源装置。
【請求項２】
前記モーターは、温度が調整された空気をデータセンターのサーバー室へ供給する送風ファンを駆動し、
前記制御部は、前記サーバー室の室温と、前記サーバー室へ供給される空気の温度とに基づいて、前記インバーター部で得られる交流の周波数を決定する、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記負荷設備が複数の前記モーターを備える場合、
前記インバーター部は、前記モーターごとに備えられ、
前記制御部は、前記送風ファンで前記サーバー室へ供給される空気の温度と前記サーバー室内の室温とに基づいて、前記モーターへ出力される交流の周波数を前記インバーター部ごとに決定する、
請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
複数の前記インバーター部は、対応する前記モーターに交流を出力する第１のインバーター部と第２のインバーター部を含み、
前記コンバーター部は、外部から供給される交流を直流へ変換して出力する第１のコンバーター部と第２のコンバーター部とを含み、
前記蓄電池は、第１の蓄電池と第２の蓄電池とを含み、
前記制御部は、第１の制御部と第２の制御部とを含み、
複数の前記第１のインバーター部は、前記第１のコンバーター部から出力される直流と、前記第１の蓄電池から出力される直流とのいずれか一方を入力し、
前記第１の制御部は、前記モーターへ出力される交流の周波数を前記第１のインバーター部ごとに決定し、
複数の前記第２のインバーター部は、前記第２のコンバーター部から出力される直流と、前記第２の蓄電池から出力される直流とのいずれか一方を入力し、
前記第２の制御部は、前記モーターへ出力される交流の周波数を前記第２のインバーター部ごとに決定する、
請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
外部から供給される交流を直流へ変換して出力するコンバーター部と、前記コンバーター部と蓄電池とに接続され、前記コンバーター部又は前記蓄電池から出力される直流を変換して得られる交流を負荷設備に備えられる少なくとも１つのモーターへ出力するインバーター部と、を備える電源装置の制御方法であって、
制御部が、前記負荷設備に備えられるセンサーで取得された情報に基づいて、前記インバーター部がモーターへ出力する交流の周波数を決定するステップ、
を有する制御方法。
【請求項６】
外部から供給される交流を直流へ変換して出力するコンバーター部と、蓄電池と、前記コンバーター部と蓄電池とに接続され、前記コンバーター部又は前記蓄電池から出力される直流を変換して得られる交流を出力するインバーター部と、前記インバーター部を制御する制御部と、を有する電源装置と、
前記インバーター部から出力される交流で駆動される少なくとも１つのモーターと、センサーとを有する設備機器と、
を備え、
前記制御部は、前記センサーで取得された情報に基づいて、前記インバーター部が前記モーターへ出力する交流の周波数を決定する、
設備システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電源装置、制御方法及び設備システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
データセンターにおいて、サーバーなどの装置が設置されるサーバー室には、各種装置から排出される熱などによって各種装置が異常動作を起こさないように、サーバー室の室温を一定に保つ空調設備が設置されている。空調設備としては、例えばＰＡＣ（Packaged Air Conditioner：パッケージエアコン）やＡＨＵ（Air Handling Unit：空気調和機）などが用いられる。高い信頼性が要求されるサービスを提供するデータセンターでは、外部から供給される商用電源の瞬時電圧低下や停電が発生した場合においても、サービス提供を継続できるように、ＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply：無停電電源装置）が設置されている。ＵＰＳは、サーバー室に設置されたサーバーなどの装置への電力供給に用いられるだけでなく、空調設備への電力供給にも用いられる。
【０００３】
サーバー室に設置されるＡＨＵは、サーバー室内の室温とサーバー室に供給される空気の温度（給気温度）とに基づいて、サーバー室へ供給する空気の流量を制御する風量制御を行っている。ＡＨＵは、送風ファンを用いた風量制御によって、サーバー室の室温を一定に保つ室温調整を行っている。ＡＨＵにおける送風制御には、例えば送風ファンに供給する電圧の周波数をインバーターで変化させる方法が用いられている。サーバー室のＡＨＵにおける風量制御にインバーターが用いられている構成では、ＵＰＳ内のインバーターとＡＨＵ内のインバーターとが存在することとなり、冗長な構成になっている場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９３８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、冗長な構成を削減することができる電源装置、制御方法及び設備システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の電源装置は、コンバーター部と、インバーター部と、制御部とを持つ。コンバーター部は、外部から供給される交流を直流へ変換して出力する。インバーター部は、コンバーター部と蓄電池とに接続され、コンバーター部又は蓄電池から出力される直流を変換して得られる交流を負荷設備に備えられる少なくとも１つのモーターへ出力する。制御部は、負荷設備に備えられるセンサーで取得された情報に基づいて、インバーター部がモーターへ出力する交流の周波数を決定する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態における設備システムの構成例を示すブロック図。
【図２】第２の実施形態における設備システムの構成例を示すブロック図。
【図３】第３の実施形態における設備システムの構成例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の電源装置、制御方法及び設備システムを、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作を行うものとして、重複する説明を適宜省略する。また、以下の実施形態では、データセンターのサーバー室に冷却された空気を供給する空気調和機を有する設備機器と、空気調和機に電力を供給する無停電電源装置と、蓄電池とを備える設備システムについて説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における設備システムの構成例を示すブロック図である。第１の実施形態における設備システムは、空気調和機１１と温度測定器１５、１６とを備える空調設備と、無停電電源装置２０と、蓄電池３０とを備える。空気調和機１１は、外部の熱原設備から供給される冷水又は温水を用いて温度と湿度とを調整した空気をサーバー室Ｒへ供給する。空気調和機１１は、空気を送り出す送風ファン１２と、送風ファンを駆動するモーター１３とを備える。モーター１３は、無停電電源装置２０から供給される交流で駆動される。モーター１３には、例えばブラシレスモーターやリラクタンスモーターが用いられる。温度測定器１５は、空気調和機１１がサーバー室Ｒへ供給する空気の温度を測定する。温度測定器１５は、測定した温度、すなわちサーバー室Ｒへの給気温度を示す給気温度情報を無停電電源装置２０へ出力する。温度測定器１６は、サーバー室内の温度を測定する。温度測定器１６は、測定した温度、すなわちサーバー室Ｒの室内温度を示す室内温度情報を無停電電源装置２０へ出力する。
【００１０】
無停電電源装置２０は、コンバーター２１と、インバーター２２と、制御部２３と、無瞬断切替器２４と、スイッチ２５とを備える。コンバーター２１は、商用電源などから供給される交流を商用入力として入力し、入力した交流を直流へ変換して出力する。コンバーター２１から出力される直流は、スイッチ２５を介して接続された蓄電池３０と、インバーター２２とへ供給される。インバーター２２は、コンバーター２１又は蓄電池３０から出力される直流を、交流に変換して空気調和機１１へ出力する。インバーター２２が出力する交流の周波数は、制御部２３によって決定される。インバーター２２は、制御部２３の制御を受けて動作する。
【００１１】
制御部２３は、温度測定器１５、１６から取得する給気温度情報、室内温度情報に基づいて、モーター１３に供給する交流の周波数を決定する。より具体的には、制御部２３は、給気温度と室内温度との温度差に応じて交流の周波数を決定する。例えば、サーバー室Ｒに備えられたサーバー装置などからの排出される熱により、室内温度が給気温度よりも一定値以上高くなると、サーバー室Ｒへの給気量を増やして室温を下げるために、制御部２３は交流の周波数を高く変更してモーター１３の回転速度を速くする。制御部２３は、室内温度と給気温度との組み合わせから交流の周波数を算出する演算機能を備えてもよいし、室内温度と給気温度との組み合わせに対応する交流の周波数が記憶されたテーブルを備えてもよい。
【００１２】
無瞬断切替器２４は、コンバーター２１、インバーター２２、制御部２３、蓄電池３０に異常や故障が検出されたときや点検、保守のときに、インバーター２２に代わり、バイパス入力として入力される交流を空気調和機１１へ供給する。無瞬断切替器２４は、例えば、スイッチ（開閉器）と、サイリスタ又はトライアックとを組み合わせて構成される。スイッチ２５の一端は、コンバーター２１の出力とインバーター２２の入力とを接続する配線に接続され、スイッチ２５の他端は、蓄電池３０に接続される。商用入力として入力する交流を変換して空気調和機１１へ電力を供給する通常時と、蓄電池３０から供給される直流を変換して空気調和機１１へ電力を供給する停電時とにおいて、スイッチ２５はオンにされる。蓄電池３０の点検や交換などにおいて、スイッチ２５はオフにされる。蓄電池３０は、通常時において、コンバーター２１から出力される直流により電気を蓄える。
【００１３】
第１の実施形態の設備システムでは、空気調和機１１及びサーバー室Ｒに備えられる温度測定器１５、１６で取得された情報に基づいて、インバーター２２から出力される交流の周波数を制御部２３が決定し、モーター１３の回転速度を制御する。この構成により、第１の実施形態の設備システムでは、空気調和機１１と無停電電源装置２０とに重複してインバーターを備えずに冗長な構成を削減しつつ、サーバー室内の室温に応じて給気を行うことができ、サーバー室内の温度を所定の温度以下に保つことができる。また、複数のインバーターを介さずにモーター１３に電力を供給することにより、電力の利用効率を高めることができ、電力のロスを削減することができる。また、空気調和機１１にインバーターを備える必要がなくなることにより、空気調和機１１の製造コストを削減することができる。
【００１４】
なお、図１においては、無停電電源装置２０が電力を供給する空気調和機１１が１つの構成例を示しているが、無停電電源装置２０は複数の空気調和機１１に電力を供給してもよい。
【００１５】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態における設備システムの構成例を示すブロック図である。第２の実施形態における設備システムは、複数のサーバー室Ｒ１〜Ｒｎ（ｎ≧２）ごとに設けられる空気調和機１１（１１−１〜１１−ｎ）と、サーバー室Ｒ１〜Ｒｎごとに設けられた温度測定器１５、１６（１５−１〜１５−ｎ、１６−１〜１６−ｎ）と、無停電電源装置４０と、蓄電池３０とを備える。空気調和機１１（１１−１〜１１−ｎ）は、第１の実施形態における空気調和機１１と同じ構成である。温度測定器１５−１は、空気調和機１１−１がサーバー室Ｒ１へ供給する空気の温度を測定し、測定した給気温度を示す給気温度情報を無停電電源装置４０へ出力する。温度測定器１６−１は、サーバー室Ｒ１の室内温度を測定し、測定した室内温度を示す室内温度情報を無停電電源装置４０へ出力する。温度測定器１５−ｎ、１６−ｎは、温度測定器１５−１、１６−１と同様に、サーバー室Ｒｎに供給される空気の給気温度、サーバー室Ｒｎの室内温度を測定し、無停電電源装置４０へ通知する。
【００１６】
無停電電源装置４０は、コンバーター２１と、ｎ個のインバーター２２（２２−１〜２２−ｎ）と、制御部４３と、ｎ個の無瞬断切替器２４（２４−１〜２４−ｎ）と、スイッチ２５とを備える。コンバーター２１から出力される直流は、スイッチ２５を介して接続された蓄電池３０と、インバーター２２−１〜２２−ｎとへ供給される。インバーター２２は、ｎ個の空気調和機１１ごとに設けられており、一対一に対応する。インバーター２２は、コンバーター２１又は蓄電池３０から出力される直流から変換した交流を、対応する空気調和機１１へ出力する。ｎ個のインバーター２２それぞれから出力される交流の周波数は、制御部４３によって決定される。インバーター２２−１〜２２−ｎは、制御部４３の制御を受けて動作する。インバーター２２−１〜２２−ｎは、ユニット化され、無停電電源装置４０が電力を供給する空気調和機１１の数に合わせて無停電電源装置４０に備えられるインバーター２２の数を選択できるように、取り付け／取り外し可能となっている。
【００１７】
制御部４３は、サーバー室Ｒ１〜Ｒｎごとに設けられたｎ組の温度測定器１５、１６から取得する給気温度情報、室内温度情報に基づいて、サーバー室Ｒ１〜Ｒｎそれぞれに設けられた空気調和機１１のモーター１３に供給する交流の周波数を決定する。制御部４３は、温度測定器１５−１、１６−１により得られた給気温度と室内温度との温度差に応じて交流の周波数を決定し、サーバー室Ｒ１に設けられた空気調和機１１−１のモーター１３の回転速度を制御する。制御部４３は、サーバー室ごとに独立して、サーバー室に対応するインバーター２２における交流の周波数を決定する。制御部４３は、室内温度と給気温度との組み合わせから交流の周波数を算出する演算機能をサーバー室Ｒ１〜Ｒｎごとに備えてもよいし、１つの演算機能で各サーバー室の室温を制御してもよい。また、制御部４３は、室内温度と給気温度との組み合わせに対応する交流の周波数が記憶されたテーブルをサーバー室Ｒ１〜Ｒｎごとに備えてもよいし、１つのテーブルで各サーバー室の室温を制御してもよい。
【００１８】
無瞬断切替器２４は、インバーター２２−１〜２２−ｎそれぞれに対して一対一に備えられている。無瞬断切替器２４は、コンバーター２１、対応するインバーター２２、制御部２３、蓄電池３０に異常や故障が検出されたときや点検、保守のときに、対応するインバーター２２に代わり、バイパス入力として入力される交流を空気調和機１１へ供給する。無瞬断切替器２４は、インバーター２２−１〜２２−ｎと同様にユニット化され、無停電電源装置４０が電力を供給する空気調和機１１の数に合わせて無停電電源装置４０に備えられる無瞬断切替器２４の数を選択できるように、取り付け／取り外し可能となっている。
【００１９】
第２の実施形態の設備システムでは、サーバー室Ｒ１〜Ｒｎごとに設けられた温度測定器１５、１６で得られる給気温度と室内温度とに基づいて、サーバー室Ｒ１〜Ｒｎごとに設けられた空気調和機１１を独立に制御する。すなわち、制御部４３は、各サーバー室Ｒ１〜Ｒｎへの給気温度と室内温度とに基づいて、当該サーバー室へ空気を供給する送風ファン１２を駆動するモーター１３へ供給する交流の周波数をインバーター２２ごとに決定する。この構成により、空気調和機１１と無停電電源装置４０とに重複してインバーターを備える冗長な構成を削減しつつ、サーバー室Ｒ１〜Ｒｎそれぞれの状況に応じた室温制御を行うことができる。また、複数のインバーターを介さずにモーター１３に電力を供給することにより、電力の利用効率を高めることができ、電力のロスを削減することができる。また、稼動させる空気調和機１１の数に合わせてインバーター２２と無瞬断切替器２４との数を変更できるので、供給する電力の過不足なく無停電電源装置４０を構成することができ、導入コストの最適化を図ることができる。
【００２０】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態における設備システムの構成例を示すブロック図である。第３の実施形態における設備システムは、複数のサーバー室Ｒ１〜Ｒｎごとに設けられる空気調和機１１（１１−１〜１１−ｎ）と、サーバー室Ｒ１〜Ｒｎごとに設けられた温度測定器１５、１６（１５−１〜１５−ｎ、１６−１〜１６−ｎ）と、空気調和機１１ごとに設けられた無瞬断電源切替装置（ＳＴＳ: Static Transfer Switch）１７−１〜１７−ｎと、２つの無停電電源装置５０（５０−１、５０−２）と、２つの蓄電池３０（３０−１、３０−２）とを備える。空気調和機１１（１１−１〜１１−ｎ）は、第１の実施形態における空気調和機１１と同じ構成である。温度測定器１５−１は、空気調和機１１−１がサーバー室Ｒ１へ供給する空気の温度を測定し、測定した給気温度を示す給気温度情報を無停電電源装置５０−１、５０−２へ出力する。温度測定器１６−１は、サーバー室Ｒ１の室内温度を測定し、測定した室内温度を示す室内温度情報を無停電電源装置５０−１、５０−２へ出力する。温度測定器１５−ｎ、１６−ｎは、温度測定器１５−１、１６−１と同様に、サーバー室Ｒｎに供給される空気の給気温度、サーバー室Ｒｎの室内温度を測定し、無停電電源装置５０−１、５０−２へ通知する。
【００２１】
無停電電源装置５０は、コンバーター２１と、ｎ個のインバーター２（２２−１〜２２−ｎ）と、制御部４３と、スイッチ２５とを備える。無停電電源装置５０は、第２の実施形態における無停電電源装置４０において、バイパス入力と、無瞬断切替器２４−１〜２４−ｎとを省いた構成である。第３の実施形態における設備システムでは、バイパス入力と無瞬断切替器２４とから構成されるバイパス回路を無停電電源装置５０に設けずに、無停電電源装置５０を二重化している。無停電電源装置５０を二重化することにより、サーバー室Ｒ１〜Ｒｎそれぞれにおける給気温度と室内温度とに応じた周波数の交流が、無停電電源装置５０−１と無停電電源装置５０−２とのそれぞれから出力される。無停電電源装置５０−１と無停電電源装置５０−２とから空気調和機１１−１〜１１−ｎそれぞれに対して出力される交流は、無瞬断電源切替装置１７−１〜１７−ｎに入力され、いずれか一方の交流がモーター１３に供給される。
【００２２】
無瞬断電源切替装置１７は、無停電電源装置５０−１から入力する交流と無停電電源装置５０−２から入力する交流とのいずれか一方の交流を選択して、対応する空気調和機１１のモーター１３へ供給する。無瞬断電源切替装置１７は、モーター１３へ供給している交流に異常を検知したり、モーター１３へ供給している交流が無停電電源装置５０から入力されなくなったりすると、他方の交流を選択してモーター１３への供給を継続させる。
【００２３】
第３の実施形態の設備システムでは、第２の実施形態の設備システムと同様に、サーバー室Ｒ１〜Ｒｎごとに設けられた温度測定器１５、１６で得られる給気温度と室内温度とに基づいて、サーバー室Ｒ１〜Ｒｎごとに設けられた空気調和機１１を独立に制御する。この構成により、空気調和機１１と無停電電源装置５０とに重複してインバーターを備える冗長な構成を削減しつつ、サーバー室Ｒ１〜Ｒｎそれぞれの状況に応じた室温制御を行うことができる。また、複数のインバーターを介さずにモーター１３に電力を供給することにより、電力の利用効率を高めることができ、電力のロスを削減することができる。また、稼動させる空気調和機１１の数に合わせてインバーター２の数を変更できるので、供給する電力の過不足なく無停電電源装置５０を構成することができ、導入コストの最適化を図ることができる。また、第３の実施形態では、無停電電源装置５０が無瞬断切替器２４を備えないことにより、無停電電源装置５０内の制御を簡素化することができる。また、２つの無停電電源装置５０が備えられることにより、無停電電源装置５０の故障に対する耐障害性を向上させることができる。
【００２４】
各実施形態における設備システムでは、サーバー室に備えられる空気調和機のモーターに交流を供給する構成を説明したが、無停電電源装置が交流を供給するモーターは、空気調和機に限られない。例えば、無停電電源装置は、パッケージエアコン（ＰＡＣ）の圧縮器に用いられるモーターや、振動試験装置の振動発生器に用いられるモーター、ポンプなどを駆動するモーターに交流を供給してもよい。また、無停電電源装置へフィードバックされる情報は、室内温度や給気温度に限らず、振動量や加速度、流量などのモーターを駆動すること与えられる変化をセンサーで測定して得られる情報であってもよい。
【００２５】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、無停電電源装置のインバーターから出力される交流の周波数を負荷設備から得られるフィードバックに基づいて制御する制御部を持つことにより、冗長な構成を削減することができる。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２７】
１１，１１−１，１１−ｎ…空気調和機、１２…送風ファン、１３…モーター、１５，１５−１，１５−ｎ…温度測定器、１６，１６−１，１６−ｎ…温度測定器、１７，１７−１，１７−２…無瞬断電源切替装置、２０…無停電電源装置、２１…コンバーター、２２，２２−１，２２−ｎ…インバーター、２３…制御部、２４，２４−１，２４−ｎ…無瞬断切替器、２５…スイッチ、３０，３０−１，３０−２…蓄電池、４０…無停電電源装置、４３…制御部、５０，５０−１，５０−２…無停電電源装置
【図１】
2017143701.tif 000003
【図２】
2017143701.tif 000004
【図３】
2017143701.tif 000005