(57)【要約】冗長冷却方法およびシステムが提供される。本方法は、最大冷却能力にて動作する場合に選択された最大冷却負荷を満たすのに必要とされる数よりも少なくとも１つ多い数の、冷媒流量が可変な複数の空気冷却ユニットを設け、冷媒流量が可変な複数の空気冷却ユニットを調節空間内の空気と熱伝導する位置に配置し、冷媒流量が可変な複数の空気冷却ユニットの各々について選択された最適動作条件を決定し、前記複数の空気冷却ユニットを、空気冷却ユニットの各々の選択された最適動作条件の近傍で動作させ、選択された最適動作条件が、調節空間内の空気の平均温度を所望の設定値に維持しながら冗長冷却システム全体のエネルギー消費を最低の近傍とする条件である。
2012533724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冗長冷却システムの実行方法であって、
最大冷却能力にて動作する場合に、選択された最大冷却負荷を満たすのに必要とされる数よりも少なくとも１つ多い数の、冷媒流量が可変な複数の空気冷却ユニットを設け、
冷媒流量が可変な前記複数の空気冷却ユニットを調節空間内の空気と熱伝導する位置に配置し、
冷媒流量が可変な前記複数の空気冷却ユニットの各々について選択された最適動作条件を決定し、
前記空気冷却ユニットの各々の前記選択された最適動作条件の近傍で前記複数の空気冷却ユニットを動作させ、
前記選択された最適動作条件が、前記調節空間内の空気の平均温度を所望の設定値に維持しながら前記冗長冷却システム全体のエネルギー消費を最低の近傍とする条件であることを特徴とする冗長冷却システムの実行方法。
【請求項２】
冷媒流量が可変な前記空気冷却ユニットが、可変速圧縮機を備え、
さらに、各冷却ユニットの冷却出力が、前記ユニットの最大エネルギー効率比となる冷却出力より上であるとき、冷媒流量が可変な前記複数の空気冷却ユニットの各々の前記可変速圧縮機をほぼ同じ速度で動作させる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の空気冷却ユニット全ての平均冷却出力が、前記空気冷却ユニットの最大エネルギー効率比となる冷却出力よりも下であるとき、前記複数の空気冷却ユニットの１つまたは複数の前記可変速圧縮機をオフにし、および／または、前記空気冷却ユニットの最大エネルギー効率比となる点の近傍で前記複数の空気冷却ユニットの各々を動作させる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
冷媒流量が可変な前記空気冷却ユニットの各々は、前記調節空間の温度を温度設定値の温度にほぼ等しく制御するように前記冷却ユニットの冷却出力を変えることを可能にする制御装置と関連付けられている請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の空気冷却ユニットの各々の前記圧縮機がオンである時間の長さを制御し、
前記空気冷却ユニットの各々の前記圧縮機の損耗が時間の経過に伴ってほぼ等しくなるように、前記複数の空気冷却ユニットの各々の前記圧縮機がオフである時間の長さを制御する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
各冷却ユニットの最適動作点を決定するための情報を、冷媒流量が可変な各空気冷却ユニットと関連付けられた前記制御装置の間で伝え、各ユニットと関連付けられた前記制御装置が、前記冗長冷却システム全体のエネルギー消費を最低の近傍とする情報を提供および受信し、各冷却ユニットを前記決定された最適動作点の近傍で動作させる請求項４に記載の方法。
【請求項７】
冷媒流量が可変な各空気冷却ユニット中の前記制御装置が通信手段を含み、各ユニット中の前記制御装置は、前記冷却ユニットの動作状態または障害状態の少なくとも１つを決定可能な前記冷却ユニットについての情報を提供し、それによって前記冷却ユニットの設定値が調節可能な請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記通信手段がディジタル通信バスである請求項７に記載の方法。
【請求項９】
冷媒流量が可変な各空気冷却ユニットが可変速駆動装置および関連した制御手段を含み、前記冷却ユニットの潜在的な冷却能力を制御するように屋内ファンの速度を調節する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記調節空間の湿度を測定し、前記調節空間の湿度を制御するように前記冷却ユニットの潜在的な冷却能力を調節する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
冷媒流量が可変な前記複数の空気冷却ユニットの１つまたは複数と関連付けられた屋内ファンの速度を調節し、選択された冷却出力で前記冷却ユニットのエネルギー消費をほぼ最小限にする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
冷媒流量が可変な前記複数の空気冷却ユニットの１つまたは複数と関連付けられた屋外ファンの速度を調節し、選択された冷却出力で前記冷却ユニットのエネルギー消費をほぼ最小限にする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
通信手段を使って個々の冷却ユニットの状態を監視し、障害状態を決定するための入力の１つとして状態情報が使用され、
前記冗長冷却システムの障害状態をユーザまたはサービススタッフに通知する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
最大冷却出力に対する最大屋内空気流量と比較して選択された冷却出力に対する屋内空気流量が大きい状態において、冷媒流量が可変な前記複数の空気冷却ユニットの中から選択された１つまたは複数のユニットを動作させることによって、前記システムの顕熱比を増加させる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記システムの総損失を最小化し前記最小化された損失を全ての冷却ユニットの間で均等に分けることによって、冷媒流量が可変な前記複数の空気冷却ユニットのＭＴＢＦを増加させる請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
一次電力供給部が特定条件を満たす場合に前記一次電力供給部から各冷却ユニットに電力を供給し、
前記一次電力供給が前記特定条件の範囲を超える場合に補助無停電電力供給部から各冷却ユニットに電力を供給する請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記無停電電力供給部の出力がＤＣであり、複数の電力変換器が設けられており、
前記無停電電力供給部の前記ＤＣ出力を、前記空気冷却ユニットに電力を供給するのに適した振幅および周波数のＡＣに変換する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
各空気冷却ユニットをＤＣ電力供給で動作させる請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＤＣ無停電電力供給部の電圧レベルを、前記空気冷却ユニットへの接続に適したＤＣ電圧に変換する複数の電力変換ユニットから、前記空気冷却ユニットに電力を供給し、
前記ＡＣ電力供給部と前記ＤＣ無停電電力供給部の出力との間に直流電気分離を設ける請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
複数の空気冷却ユニットと、
前記複数の空気冷却ユニットを制御し動作させるための、前記複数の空気冷却ユニットと通信可能な１つまたは複数の制御ユニットと、
前記複数の空気冷却ユニット間、および、前記１つまたは複数の制御ユニットと前記複数の空気冷却ユニットの間での、通信と情報の共有を可能にするインタフェースと、
前記空気冷却ユニットを制御して前記環境の適切な湿度を実現するように構成された少なくとも１つの湿度制御装置とを備え、
少なくとも１つの制御ユニットが、前記空気冷却ユニットを制御して前記環境の適切な温度を提供するように構成されている冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される実施形態は、一般的に、空気処理および冷却システムに関する。より詳細には、これらの実施形態は、電子機器用の冗長冷却システムで使用するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
動作中に熱を発生する電子機器を冷却するための、または過剰な熱を減らすための知られた方法は、それぞれの電子部品に隣接して空調装置または空気冷却システムを設けることである。信頼性の高い冷却システムを使用しなければ、電子部品は、過剰な熱蓄積によって損傷することがあり、または過剰な高温から保護する内部保護機構によって動作が中断されることがあり、どちらの状況もクリティカルな用途にとって望ましくない。
【０００３】
現在、クリティカルな電子および電気関連の用途には、Ｎ＋１構成の状態で少なくとも２つの空気冷却ユニットがある冗長空気冷却システムを使用することが必要である。少なくとも１つのユニットは、必要な空気冷却を行うように構成され、少なくとも別の追加のユニットは、第１の空気冷却ユニットが使用中に技術的な故障または同様なものになった場合に、直ちに第１の空気冷却ユニットのタスクを行うことができるように構成されている。
【０００４】
冗長システムは、個々の空気冷却ユニットの少なくとも１つが故障した場合に全体的な動作が維持されることを保証するので、多くの用途で冗長システムが好ましい。考えられる限りでは、必要とされるモジュール化度および冗長度のレベルに応じて、冗長システム内に、２＋１構成、３＋１構成、３＋２構成などの３以上の空気冷却ユニットまたはサブシステムが設けられる。
【０００５】
１＋１冗長冷却システムは、それぞれ必要とされる冷却要件を個々に独立に満たすことができる２つの独立冷却システム（ユニット）が、冷却されるべき機器に隣接して配置されることにより容易に実装される。より低い温度設定値を有するユニットはアクティブユニットとして指定され、依然として許容可能であるがより高い温度設定値を有するユニットは、スタンバイユニットとして指定される。アクティブユニットが正常に動作している場合、アクティブユニットは、冷却されるべき機器の近傍の温度をより低い設定値に維持して、より高い設定値を有するスタンバイユニットが非アクティブ状態のままであるようにする。万一アクティブユニットがある障害状態のために温度をより低い設定値に維持することができなければ、冷却されるべき機器の近傍の温度はより高い設定値まで上昇する。その結果として、スタンバイ中の機器を作動させて、いくらかより高い温度であろうとも、連続冷却が保証される。
【０００６】
この冗長化の容易な実装は、フェールセーフの冷却を行う際に効果的であるが、いくつかの欠点があり、これらの欠点は、当技術分野でいくつかの解決策につながっている。
【０００７】
冗長化の容易な実装では、１つの冷却ユニットをそれが故障するまで動作させ、故障すると、第２の冷却ユニットが作動する。この方法は、冷却システムの全体的な寿命にとって最適ではないので、スタンバイユニットとアクティブユニットがシステムの寿命にわたって一様な損耗を受けるようにスタンバイユニットとアクティブユニットを交互にする方法およびシステムが導かれた。この機能を実現する制御装置は、一般に、リードラグ制御装置と呼ばれる。アクティブユニットとスタンバイユニットの間で動作を交互にすることに加え、リードラグ制御装置は、現在アクティブなユニットに障害が発生した場合にスタンバイユニットを作動させる必要がある。
【０００８】
冗長化の容易な実装のさらなる改善では、リードラグ制御装置は、通常、冷却ユニットの１つが故障して修理または取替えを必要とすることをサービススタッフに警告する方法を提供する。時宜を得たやり方で障害を修理しないと、万一第２の冷却ユニットが、他方が修理される前に故障した場合に、システム全体の動作が停止する。
【０００９】
リードラグ制御装置は、冗長化の容易な実装の欠点のいくつかを克服するが、一般的には冷却システムのエネルギー効率を最適化することができず、また冷却システムの全体的な寿命も十分には最適化していない。リードラグ制御装置自体の故障は、時には冷却システム全体の故障につながり、冗長システムの単一障害無影響性を減少させる。
【００１０】
開示された実施形態は、上で述べられた問題の１つまたは複数を克服することに向けられている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一実施形態では、冗長冷却システムで使用するための方法が開示され、この方法は、冷却されるべき電子機器に隣接して複数の空気冷却ユニットを設け、前記空気冷却ユニットの各々は、最大能力まで、隣接した空間の温度を独立に制御することができるものであり、前記空気冷却ユニットの少なくとも１つが故障の場合に電子機器のために必要な冷却が依然として利用できる状態であるように冷却システムに十分な空気冷却ユニットを備え付け、前記空気冷却ユニットの少なくとも１つの故障の場合にサービススタッフに知らせる手段を備え、全エネルギー消費を最小限にし、および／または、システムの寿命を最大にしながら全体的に必要な冷却を実現する前記冷却ユニットの各々の動作点を決定し、空気冷却ユニットの各々の決定された最適動作条件に基づいて前記複数の空気冷却ユニットを動作させ、かつ制御し、一次電力源が万一特定条件の範囲を超えた場合にバックアップ電力源から各空気冷却ユニットに電力を供給するための手段とを備える。
【００１２】
他の実施形態では、複数の空気冷却ユニットの各々はアクティブな空調装置からなることがあり、このアクティブな空調装置は、循環路中の冷媒流量を変えることで、ユニットの冷却能力を制御する圧縮機と、冷却されるべき電子機器に隣接した空気から冷媒に熱を伝達するための熱交換器およびファンと、冷却されるべき空間の外側の空気に冷媒からの熱を伝達するための熱交換器およびファンと、冷媒流量を計量する膨張デバイスと、冷却されるべき機器に隣接した空気の温度を測定し、空気の温度および湿度を設定値にまたは設定値近くに維持するために圧縮機およびファンを制御する制御装置と、システム全体の最適動作点を決定できるように制御装置がユニットの動作条件についての情報を共有するための手段と、ユニットの動作点を決定された最適動作点に調節するための手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本明細書で説明される空気冷却ユニットを備えた空気冷却システムを示す模式図である。
【００１４】
【図２】空気冷却ユニットのうちの１つの要素を示す模式図である。
【００１５】
【図３】本明細書で説明されるように配列された空気冷却ユニットに関して、熱負荷に対するエネルギー効率比（ＥＥＲ）をプロットするグラフである。
【００１６】
【図４】各空気冷却ユニット中の制御装置を示すブロック図である。
【００１７】
【図５】冷却ユニットからのフィードバックされる温度を平均化する方法を示すフローチャートである。
【００１８】
【図６】リニア動作モードとオン／オフ動作モードを切り換える方法を示すフローチャートである。
【００１９】
【図７】本明細書で説明される空気冷却ユニットと電力変換ユニットのための電力回路を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
他に指定のない限り、本明細書および特許請求の範囲で使用される成分の量、寸法、反応条件などを表わす全ての数値は、全ての例で用語「約」によって修飾されているものとして理解されるべきである。
【００２１】
この出願および特許請求の範囲では、特に明確に指定のない限り、単数形の使用は、複数形を含む。その上、「または」の使用は、特に指定のない限り「および／または」を意味する。さらに、用語「含んでいる」並びに「含む」および「含まれた」などの他の形の使用は、限定的でない。また、「要素」または「部品」のような用語は、特に指定のない限り、１つのユニットを構成する要素および部品と、２以上のユニットを構成する要素および部品との両方を含む。特に指定のない限り、用語「圧縮機」は、圧縮機用モータと圧縮機を意味し、用語「ファン」は、ファン用モータとファンを意味する。
【００２２】
図１に示される一実施形態では、少なくとも２つの独立した空気冷却サブシステムまたはユニット（１０１、１０２、１０３）で構成された冷却システムが提供される。各冷却ユニットは、少なくとも１つの独立した空気冷却手段を含み、各々は、最大定格能力までの熱負荷に対して調節空間（１１１）の温度を独立に制御することができる。各ユニット（１０１、１０２、１０３）は、電子機器（１１０）を冷却し熱を調節空間（１１２）の外部の空気に逃がすことができ、冷却されるべき電子機器（１１０）が調節空間（１１１）の空気を介して冷却されるように動作可能に結合されている。冷却システムに含まれる冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）の数（Ｎ）は、Ｎ−１台の冷却ユニットが、冷却されるべき電子機器（１１０）の全冷却要件を満たすのに十分な冷却能力を持っているように選ばれる。結果として、冷却システムは、通常、冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）のうちの１つの冷却能力に少なくとも等しい予備の冷却能力を備えている。万一冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）の１つが作動せず冷却システムの役に立たない場合には、残りの動作可能な冷却ユニットが、十分な残存能力を有しており、電子機器（１１０）を冷却し続けるので、冗長冷却システムの目的が達成される。
【００２３】
一実施形態では、冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）の各々は基本的に全く同じであり、同じ定格冷却能力および特性を持っている。必要なら、定格冷却能力および特性を異ならせた冷却システムを使用して冗長冷却システムを構成することも可能であり、この開示の範囲内にある。
【００２４】
図１の実施形態は、さらに、一次電力供給部（１１５）を含み、この電力供給部（１１５）は、一般に、公益企業からの単相または三相ＡＣ電力である。クリティカルな用途において、電子機器は、無停電電力供給部（１１３）によって電力を供給されることがあり、この無停電電力供給部（１１３）は、電気通信用途の場合には、一般に、２４ＶのＤＣ出力または４８ＶのＤＣ出力を備える。無停電電力供給部は、一般に、電池または他のエネルギー貯蔵デバイスを含み、これによって、無停電電力供給部が、一次電力供給部が故障した場合に無中断の電力（１１４）をクリティカルな機器に供給できるようになる。高いレベルの稼働率を必要とする用途では、または一次電力供給部の品質が悪い場合には、一次電力供給部が、さらに、ディーゼル発電機（図示されない）または同様なものによってバックアップされるようにしてもよい。
【００２５】
さらに図１を参照すると、そこに示された実施形態は、さらに通信バス（１０４）を含み、この通信バス（１０４）によって、各ユニット（１０１、１０２、１０３）は、通信バス（１０４）に接続されたその他の冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）や、その通信バスに接続された他の要素と動作条件についての情報を共有することができる。通信バスは、また、冗長なやり方で各冷却ユニットから引き出された補助電力供給部との接続を含み、この補助電力供給部との接続は、通信バスに接続された制御要素の各々にフェールセーフの電力を供給するのに適している。
【００２６】
図１の実施形態は、さらに、通信バス（１０４）に接続され、このバスに接続された他の要素から情報を受信し、またこのバスに接続された他の要素に情報を提供することができるユーザインタフェース（１０５）を含む。冷却システムの適切な冗長動作、または効率または寿命の最適化のために必要でないが、ユーザインタフェース（１０５）は、冷却システム中のどんな障害でもサービススタッフに知らせることができ、さらに障害診断を支援することができる。代わりに、この機能は、各個々のユニット（１０１、１０２、１０３）の制御装置（２１１）中に、または必要に応じてどこか他の所に設けてもよい。ユーザインタフェース（１０５）は、また、必要なら、冷却システムの設定値を変えるための便利な手段を提供する。ユーザインタフェースの警報通知の論理は、ユーザインタフェース（１０５）自体の障害が、障害の反対が示されないことによって検出されるアクティブＯＫの警報通知論理とすることができる。これにより、フェールセーフの障害指示が実現される。本明細書で開示される実施形態は、また、フェールセーフの障害指示を実現する他の警報通知方法で実現されてもよい。
【００２７】
図１の実施形態は、さらに、任意の副温度制御装置（１０６）を含み、副温度制御装置（１０６）は、冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）によって温度が検出される場所または位置と、電子機器（１１０）の直ぐ近くに見られるような制御される場所または位置との温度差のために生じる誤差を補償することができる。便宜上、一般的な空気調節ユニットは、通常、戻り空気がユニット中の屋内熱交換器の上を通過する前に戻り空気の温度を測定し、制御するものとする。戻り空気温度と制御される場所または位置の温度との誤差は、一般に、かなり小さいが、副温度制御装置（１０６）は、より高い温度精度を必要とするクリティカルな用途のために、この誤差を補正する手段を提供する。同じ結果を達成するために、温度センサを各冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）から制御される場所または位置まで延ばすことなどの代替解決策が選択され得るが、そのような代替解決策は、コストおよび便宜の観点から最適でないことがある。また、各冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）は、限られた範囲内で副温度制御装置（１０６）からの温度補正値を受け入れるだけであるように構成され、副温度制御装置（１０６）の障害が冷却システム全体の動作を危うくし得ないことを保証する。
【００２８】
図１の実施形態は、さらに、調節空間（１１１）の湿度を測定可能な随意の湿度制御装置（１０７）を含む。多くの電子冷却用途では、湿度の制御は温度の制御よりもクリティカルではなく、湿度センサのコストから、湿度センサを各ユニット（１０１、１０２、１０３）に組み込むことが正当化されないことがある。湿度制御を必要とする用途では、湿度制御装置（１０７）は、測定された湿度を望ましい設定値と比較し、さらに冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）の屋内熱交換器（２０２）のファン速度の調節を行うために使用される。このようにして冷却ユニットの潜在的冷却能力を大きくし、または小さくして、調節空間（１１１）の湿度を制御する。各冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）は、限られた範囲内でのみ、湿度制御装置（１０７）からのファン調節値を受け入れるように構成され、これにより湿度制御装置（１０７）の障害が冷却システム全体の動作を危うくしないことが保証される。
【００２９】
ユーザインタフェース（１０５）、副温度制御装置（１０６）および湿度制御装置（１０７）は、明確化のために別々に示され、また説明されたが、これらの要素は、一般に、コスト最適化のために１つの物理ユニットに統合されてもよい。
【００３０】
図１の実施形態は、さらに、任意の電力変換ユニット（１２１、１２２、１２３）を含む。電力変換ユニット（１２１、１２２、１２３）の数は、一般的には、冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）の数に一致している。電力変換ユニットは、２つの電力入力を備え、１つは一次電力供給部（１１５）へ接続され、１つは無停電電力供給（１１４）へ接続されている。電力変換ユニットは、一次電力供給部が特定条件を満たすとき一次電力供給部に冷却ユニットを接続し、一次電力供給部が特定条件の範囲を超えるとき無停電電力供給部と冷却ユニットを接続するように構成される。このような動作は、一次電力が特定条件を満たすとき無停電電力供給部（１１３）が冷却ユニット電力を処理せず、これらの電力変換損失を減らすので、全体的な効率の観点から有益である。電力変換ユニットは、さらに、ＤＣ／ＡＣ変換器、ＤＣ／ＤＣ変換器、ＡＣ／ＤＣ変換器などの電力変換回路を含むものでもよく、この電力変換回路は、無停電電力または一次電力を、冷却ユニットに電力を供給するのに適したものに変換することが必要な場合に、そのような変換を行うことができる。
【００３１】
例えば、一次電力供給の品質が許容可能なレベルである場合、または一次電力供給がディーゼル発電機でバックアップされている場合、または他の場合には、上で説明された電力変換ユニット（１２１、１２２、１２３）は、冗長冷却システムの適切な動作のために必要とはされない。しかし、例えば、一次電力供給の品質が許容可能なレベルでない場合、またはバックアップ・ディーゼル発電機の動作が望ましくない場合には、電力変換ユニットが、冷却システムの稼働率を改善するために使用される。この機能は全ての場合に必要であるとは限らない可能性があるので、これらの電力変換ユニット（１２１、１２２、１２３）は、冷却ユニットから切り離して示されているが、電力変換ユニットの全てまたは一部が、必要に応じて冷却ユニットかどこか他の所に組み込まれるものであってもよい。以下でより詳細に説明される図７に示されたシステムは、電力変換ユニットで使用するのに適した回路の例を示している。
【００３２】
ここで図２を参照すると、前述の空気冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）の各々は、さらに、可変冷媒流量システムを備えている。可変冷媒流量システムは、ある特定の部分負荷条件で効率が改善されており、各冷却ユニットを適切な動作点で動作させることによって全体的なシステム効率を最適化することができる。図２の実施形態は、可変冷媒流量を達成するために、可変速駆動装置（２１０）によって制御されるモータ駆動圧縮機（２０６）を内蔵する。しかしながら、図２の実施形態のこの態様は、本明細書で開示される様々な実施形態の範囲を限定するものでない。この開示は、また、ディジタルスクロール圧縮機、多段圧縮機、２段変速圧縮機、および部分負荷条件で動作するとき改善された効率を実現することができる他の冷却ユニット等の他の可変冷媒流量システムを内蔵する冷却ユニットを使用して組み立てられた冗長冷却システムも包含する。圧縮機は、高効率のためにＤＣブラシレスモータまたは永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）によって駆動されることは必ずしも必要ではなく、誘導モータまたは他の型のモータによって可変速度で駆動される圧縮機であってもよく、これにより有益な結果が得られる。
【００３３】
各空気冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）は、さらに、複数の熱交換器を含むものでもよい。少なくとも１つの熱交換器は、発熱機器からの熱を吸収するための屋内熱交換器（２０３）として構成され、また少なくとも１つの熱交換器は、熱をヒートシンク（例えば外気）に逃がすための屋外熱交換器（２０７）として構成されている。また、各空気冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）は、各空気冷却ユニットを制御し動作させるための少なくとも１つの制御装置（２１１）と、調節空間の温度を測定するための少なくとも１つの温度センサ（２１２）とを含むものでもよい。各熱交換器は、さらに、熱交換プロセスの効率を高める少なくとも１つのモータ駆動ファン（２０２、２０８）を備えていてもよい。一実施形態では、屋内ファン（２０２）の速度は、可変速駆動装置（２０１）によって制御されて、先に説明されたような湿度制御と部分負荷条件での電力消費の有益な減少との両方を可能にする。同様に、この実施形態では、屋外ファン（２０８）の速度は、可変速駆動装置（２１０）によって制御され、部分負荷条件での電力消費の有益な減少と冷却ユニットが低い周囲条件で動作する能力とを可能にする。また、ファンは、高効率のためにＤＣブラスレスモータまたは永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）によって駆動されることは必ずしも必要ではなく、誘導モータまたは他の型のモータによって可変速度で駆動されるファンであってもよく、これにより有益な結果が得られる。
【００３４】
各空気冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）は、さらに、冷媒流量を計量するための膨張デバイス（２０４）を含むものでもよい。一実施形態では、電子膨張弁（ＥＥＶ）が、いくつかの異なる動作条件でほぼ最高性能を実現することができるために膨張デバイス（２０４）として使用されるが、毛細管、サーモスタット膨張弁（ＴＸＶ）などの他の膨張デバイスも使用可能である。
【００３５】
各空気冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）は、さらに、冷却ユニットに接続された電力供給部（２１４）を可変速駆動装置（２０１、２０９、２１０）への入力に適したものに変換するために使用される入力変換器（２１５）を含むものでもよい。これは、例えば、電力供給部（２１４）がＡＣであり可変速駆動装置（２０１、２０９、２１０）が動作のためにＤＣ入力を必要とする場合に必要となる。入力変換器（２１５）は、さらに、入力電流およびＤＣバス電圧制御の機能を必要とする用途のために、この機能を行うことができる。入力変換器の例が、以下で説明される図７により詳細に示されている。各冷却ユニットは、さらに、少なくとも１つの制御装置（２１１）に電力を供給するのに適した補助電力供給部（２１６）を含むものでもよい。各空気冷却ユニット中の補助電力供給部（２１６）の出力は、また、バスに接続された様々な制御要素に冗長電力を供給するために、通信バス（１０４）を介して冗長なフェールセーフのやり方（例えば、電流制限およびダイオード保護）で接続される。
【００３６】
図７は、電気通信用途で典型的であるように、一次電力供給部（１１５）がＡＣであり無停電電力供給部（１１３）がＤＣである場合に、説明された実施形態の要素に電力を供給するのに適した電力回路の一例を示す。入力変換器（２１５）は、同様な電圧レベルのＡＣとＤＣの両電力供給で動作することができるように組み立てられ、ＡＣで動作するとき入力電流をほぼ正弦波でかつ入力電圧と同相であるように制御し、さらにＤＣで動作するとき入力電流の低周波ＡＣ成分を最小限にし、同時に、両方の場合にコンデンサＢ４にかかる平均ＤＣバス電圧を選ばれたレベルに制御している。ブリッジ整流器（Ａ１〜Ａ４）およびブースト変換器（Ｂ１〜Ｂ４）が、図示の実施形態でこの機能を実現している。
【００３７】
電気通信用途では、一般に、厳格な基準、特にＡＣ電源からの分離、最小化されたレベルの低周波ＡＣリップル電流、および低ＥＭＣ放出を満たすように、機器がＤＣ無停電電力供給部（１３３）の出力に接続されることが必要とされる。電気通信用のＤＣ無停電電力供給部の標準的なＤＣ電圧は、一般に、２４Ｖまたは４８Ｖであり、この電圧は、標準的な２０８〜２４０ＶＲＭＳまたは９０〜１１５ＶＲＭＳ一次供給で動作するように組み立てられた入力変換器（２１５）に通常は適合しない。
【００３８】
電力変換ユニット（１２１）は、ＤＣ無停電電力供給部の電圧レベルを入力変換器（２１５）への入力に適したレベルに変換するように選ばれた巻数比を有し、かつＡＣ電源からの必要な直流電気分離を実現することができる変圧器（Ｊ４）を含むものでもよい。半導体スイッチＪ２およびＪ３は、一般に変圧器（Ｊ４）のサイズおよびコストを最小限にするように高い周波数で、かつ有益なことには効率を改善しかつコンデンサ（Ｊ１）を通過する高周波リップル電流を最小限にするように一定のほぼ５０％のデューティサイクルで、交互に切り換えられる。これにより、ＥＭＣ要件を満たすために必要とされるフィルタ処理の量を減少させる。入力変換器（２１５）がそれの入力電流（すなわち、電力変換ユニットの出力電流）を制御して低周波ＡＣ含有量を最小化し、さらに電力変換器（Ｊ１〜Ｊ８）が一定のデューティサイクルで動作するので、電力変換ユニットへの入力電流の低周波ＡＣ含有量が最小化される。入力変換器（２１５）は、一般に、十分な範囲の入力電圧にわたって動作することができるので、電力変換器（Ｊ１〜Ｊ８）の出力電圧は、一般に、厳しく調整される必要がなく、電力変換器をさらに簡単化し、また電力変換器が一定のデューティサイクルで動作できるようにする。
【００３９】
切り替えリレー（Ｋ１）は、入力変換器（２１５）が、一次電力供給が特定条件を満たすとき一次電力供給部（１１５）に接続され、一次電力供給が特定条件の範囲を超えるとき電力変換器（Ｊ１〜Ｊ８）の出力に接続されるように、操作される。その結果、空気冷却ユニットは、通常、一次電力供給部（１１５）が利用可能であるとき一次電力供給部（１１５）から高い効率で電力が供給され、一次電力供給が故障している場合には無停電電力供給部（１１３）から電力が供給される。
【００４０】
可変速駆動装置（２１０）は、入力変換器（２１５）のＤＣ出力に接続された半導体スイッチ（Ｃ１〜Ｃ６）を使用して構成されており、スイッチ（Ｃ１〜Ｃ６）を制御することによって可変な振幅および周波数のＡＣ電圧が、圧縮機用モータおよび圧縮機（２０６）の速度を制御するために生成される。同様に、可変速駆動装置（２１０および２０９）は、半導体スイッチを使用して構成されており、さらに屋内および屋外ファン用モータおよびファン（２０２、２０８）をそれぞれ制御するために可変な振幅および周波数のＡＣ電圧が生成されるように制御される。入力変換器（２１５）には、中断されることなく電力が供給され、その結果、圧縮機およびファンもまた中断されることなく電力が供給される。
【００４１】
また、補助電力供給（２１６）は、入力変換器（２１５）の出力に接続され、これによって、中断されることなく電力が供給される。図示の実施形態では、補助電力供給部は、半導体スイッチ（Ｌ１）、結合されたインダクタ、出力整流器Ｌ３および出力コンデンサ（Ｌ４）を使用して構成されたフライバックＤＣ／ＤＣ変換器であるが、他の電力供給トポロジが同様な機能を実現することもできる。補助電力供給部からの電力は、少なくとも１つの制御装置（２１１）に電力を供給するために使用され、さらにまた、適切な電流制限およびダイオード保護回路を介して通信バスに接続された制御要素に冗長な無停電電力を供給することができる。
【００４２】
上で説明された様々な実施形態は、選ばれた条件の下で動作して、システム全体のエネルギー効率を高めることができる。図３は、本明細書で開示された様々な実施形態に従った、可変速圧縮機制御を備えた冷媒流量が可変な冷却ユニットについて、エネルギー効率比（ＥＥＲ）と定格負荷のパーセント値との間の代表的な関係（３０１）を示している。特性は、可変冷媒流量冷却ユニットの構成に依存していくらか異なるが、冷媒流量が可変な冷却システムのエネルギー効率比は、定格負荷のパーセント値が定格能力から減少するにつれて大きくなり（矢印３０４で示された領域）、最大（３０３）に達し、それから制御回路、電力変換などによる損失が、そのユニットを部分負荷条件で動作させることによって得られる効率向上を超えるにつれて低下する（矢印３０５で示された領域）。一般に、冷媒流量が可変な冷却ユニットのエネルギー効率比が最大である定格負荷のパーセント値は、定格負荷の５０％よりも小さく、一般に、定格負荷の１０％〜４０％の範囲である。可変速圧縮機冷却ユニットには、冷却ユニットの能力を調整するために圧縮機を制御することができる最小速度がある。この最小速度より下では、能力調整は、ユニットの瞬時冷却能力ではなく平均冷却能力が調整されるように圧縮機を適切な率でオン・オフすることによって達成する必要がある。
【００４３】
図２に示される、ある数（Ｎ）の基本的に同一の冷媒流量が可変な冷却ユニット（２００）を含む冗長冷却システムでは、冗長冷却システムの動作は、２つの領域に分けられると考えることができる。第１の領域は、１冷却ユニット当たりの平均負荷（すなわち、全冷却負荷を冷却ユニットの数Ｎで割ったもの）が、冷却ユニットの最大エネルギー効率比となる負荷のパーセント値よりも大きいところである（この領域は、図３に矢印３０４で示されている）。開示された実施形態で、この領域での動作は、「リニア」動作モードと呼ばれる。第２の領域は、１冷却ユニット当たりの平均負荷が、冷却ユニットの最大エネルギー効率比となる負荷のパーセント値よりも小さいところである（この領域は、図３に矢印３０５で示されている）。開示された実施形態で、この領域での動作は、「オン／オフ」動作モードと呼ばれる。
【００４４】
冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）について、エネルギー効率比に対する定格負荷のパーセント値のモデルは、冷却ユニットの設計に基づいて、かつ冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）の特性を測定することによって、決定される。次に、このモデルは、各ユニット（１０１、１０２、１０３）の制御装置（２１１）の中に実装されて、１ユニット当たりの平均負荷が、上で説明された第１の領域の範囲内に入るか第２の領域の範囲内に入るかを決定するために、つまり、調節空間の温度を調整しながら全体的な冷却システムのエネルギー消費を最小化するためにどの動作モード（すなわち、リニアかオン／オフ）に従うべきかを決定するために使用される。
【００４５】
上で説明された第１の領域（すなわち、１冷却ユニット当たりの平均負荷が、冷却ユニットの最大エネルギー効率比となる負荷よりも大きいところ）での動作では、最高の全体的な冷却システム効率は、各冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）を１冷却ユニット当たりの平均負荷に等しい点で動作させることによって達成することができる。言い換えれば、最高の全体的な冷却システム効率のために、全冷却負荷は、全ての冷却ユニットによって等しく分けられなければならない。このことは、リードラグ制御方法とは対照的であり、リードラグ制御方法では、通常、少なくとも１つのユニットがスタンバイ状態（したがって、無負荷状態）にされ、アクティブユニットは、１００％定格負荷条件まで負荷をかけられる。
【００４６】
総熱負荷を測定し、それによって１ユニット当たりの必要平均冷却能力を計算することは、簡単でも安価でもない。したがって、総冷却負荷を測定することなしに、調節空間内の温度を望ましい設定値に制御しながら１冷却ユニット当たりの冷却能力を等しくすることができる制御方法を備えていることが望ましい。定常状態条件では（すなわち、１冷却ユニット当たりの冷却能力が等しくされ、かつ調節空間の温度が望ましい設定値で安定化されているとき）、各冷却ユニットは、同時温度制御および最小エネルギー消費のために必要とされるように、１冷却ユニット当たりの必要平均能力に等しい点で動作している。
【００４７】
可変速圧縮機を備えた冷却ユニットでは、このユニットの冷却能力は、圧縮機速度にほぼ比例する。したがって、基本的に同一の各冷却ユニットで圧縮機速度を、冗長冷却システム中に含まれるその他の基本的に同一の冷却ユニットの圧縮機の圧縮機速度に近くなるように、または等しくなるように制御することで、各冷却ユニットがほぼ等しく負荷が加えられることが効果的に保証される。ほぼ等しくされた圧縮機速度は、今度は、調節空間の温度を調整するように制御され、同時温度制御と比較的最小に近いエネルギー消費とを可能にする。
【００４８】
図４は、「リニア」動作モードで図２に要素２１１で示されるような、冗長冷却システムを構成する各冷却ユニットを制御するのに適した制御装置のブロック図を示す。冷却ユニットの第１の機能、つまり冷却ユニット制御装置の機能は、冷却されるべき機器の適切な動作のために調節空間内の温度を設定値温度に維持することである。制御装置の第２の機能は、必要な冷却出力が最小入力電力消費で得られるように圧縮機およびファン速度を制御することによって、任意の特定の動作点で個々の冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）のエネルギー消費を最小限にすることである。制御装置の他のさらなる機能は、冗長冷却システムを構成するその他の冷却ユニットの制御装置とともに、全体的な冗長冷却システムのエネルギー消費を最小化することである。
【００４９】
制御装置中の比例積分（ＰＩ）要素（４０１）は、所望の温度（Ｔｓｅｔ）と平均測定フィードバック温度（Ｔａｖ）の間の差に比例して圧縮機速度を制御するために使用される。ＰＩ要素（４０１）中の積分項は、所望の温度（Ｔｓｅｔ）と平均測定フィードバック温度（Ｔａｖ）の間のどんな誤差でも打ち消す。この誤差は、一般に、純粋比例制御が使用されるとき生じる。他のフィードバックに基づいた制御手法も制御装置を実現するために使用することができる。
【００５０】
各制御装置は、さらに、各々の冷却ユニットによって測定され通信バス（２１３）を介して伝えられる温度（Ｔ１、Ｔ２、Ｔｎ）に基づいて平均温度（Ｔａｖ）を計算する温度フィードバック平均化要素（４０２）を含む。各制御装置中の温度フィードバック平均化要素（４０２）は、同じ組の測定温度（Ｔ１、Ｔ２、Ｔｎ）を平均するので、各々がＴａｖについて同じ値を計算して、各々のユニットのＰＩ要素（４０１）で圧縮機速度を計算するために同じフィードバック温度値が使用されることを保証する。この機能は、各ユニット間の温度センサ公差が平均化されることを保証する。各冷却ユニット中の温度センサの許容可能温度範囲に対して限界が具体化され、欠陥のある温度センサからの値が平均化計算から除かれることを保証し、冗長冷却システムの完全性を保護している。欠陥のある温度センサは、サービススタッフからの修理を促すために警報を発するように構成される。図５は、このフェールセーフ機能を実現するための適切なアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
【００５１】
各制御装置は、さらに、各々の冷却ユニットによって決定されて通信バス（２１３）を介して伝えられる温度（Ｉ１、Ｉ２、Ｉｎ）に基づいて平均積分項（Ｉａｖ）を計算する積分項平均化要素（４０３）を含む。各制御装置中の積分項平均化要素（４０３）は、同じ組の積分項（Ｉ１、Ｉ２、Ｉｎ）を平均するので、各々はＩａｖについて同じ値を計算して、各々のユニットのＰＩ要素（４０１）で圧縮機速度を計算するために同じ積分項値が使用されることを保証している。この機能は、電力がユニットに異なる時間に加えられることによって生じるような、ユニット間の積分項のどんな差でも平均化されることを保証する。
【００５２】
以上の説明から明らかなように、各冷却ユニットの制御装置中のＰＩ要素（４０１）への入力として使用されるパラメータが同じであるので、各冷却ユニットの制御装置中のＰＩ要素（４０１）は、各冷却ユニットに対してほぼ同じ圧縮機速度を決定し、したがって冗長冷却システム中に含まれる各冷却ユニットで圧縮機速度をほぼ等しくし、また、先に詳細に述べられたようにほぼ最小の全体的エネルギー消費という目的を達成する。
【００５３】
さらに明らかなように、通信バスの故障の場合には、各冷却ユニットは、依然として、調節空間の温度を独立に制御することができるので、エネルギー最小化機能の失われた状態にもかかわらず、冗長システムの完全性が維持される。通信バスの障害は、サービススタッフからの修理を促すための警報を発生するように構成されるようにしてもよい。
【００５４】
上で説明された温度制御機能および圧縮機速度等速化機能の他に、各制御装置は、さらに、部分負荷条件で各ユニットの電力消費を最小化するように屋外および屋内熱交換器ファン速度（図２の２０８および２０２）を制御するファン速度制御要素（４０４および４０５）を含む。ファンによって消費される電力は速度の３乗に比例するので、ファン電力消費の実質的な削減は、減らされた速度でファンを動作させることによって達成することができる。しかし、ファン速度の減少で、結果として、熱交換器の上の空気流量がファン速度に比例して減少することになり、このことで、同じ冷却要件を満たすためにより多くの圧縮機電力が必要とされることになる。部分負荷条件のある範囲では、減らされた速度でファンを動作させることで達成される電力の削減が圧縮機電力の相殺的な増加を上回り、部分負荷条件のある範囲で、冷却ユニットにより高いエネルギー効率をもたらす。
【００５５】
制御装置は、制御装置は、冷却ユニットの決定モデルに基づいて、特定の負荷条件で冷却ユニットのエネルギー消費を最小化するために、ユニットでの冷却負荷に応じて屋内および屋外ファン速度を変える機能を実現するように構成される。先に言及されたように、冷却能力は、圧縮機速度にほぼ比例するので、その結果、圧縮機速度が、最適な屋内および屋外ファン速度を決定するのに適切なパラメータとして選択される。システムは、圧縮機速度を互いに等しくなるように調節し、さらに各冷却ユニットでの屋内および屋外ファン速度は、圧縮機速度の関数として制御され、冷却ユニットの間でファン速度もほぼ等しくなる。
【００５６】
前述の記載は、「リニア」動作モードすなわち図３の要素３０４で使用するのに適した制御方法を説明しており、１冷却ユニット当たりの必要平均出力は、その冷却ユニットの最大エネルギー効率比となる出力よりも大きい。他の場合として、１冷却ユニット当たりの必要平均出力が、その冷却ユニットの最大エネルギー効率比となる出力よりも下であるように、すなわち図３で３０５によって示された負荷の範囲に選択され、または偶然にその範囲となる。このことは、例えば、冗長冷却システムが、発熱機器能力の拡張を可能にするように過大な規模で作られた場合に、または他の状況で起こる。この場合に、個々の冷却ユニットを、最大エネルギー効率比となる点（図３の要素３０３）で動作させることが、エネルギー効率の観点からより望ましい。
【００５７】
直ぐ上で説明された、過大な規模で作られた状況、または同様な状況では、個々の冷却ユニットが、全冷却要件を満たすために必要とされる平均出力よりも大きな冷却出力で動作すると、冗長冷却システムの総冷却出力が全冷却要件に適合するために必要とされる冷却出力よりも大きくなり、調節空間の温度が低下する。しかし、個々の冷却ユニットのうちの十分な数をオフにし、残りのユニットを、最大エネルギー効率比となる動作点で動作させることによって、冗長冷却システムの総冷却出力は、全冷却要件に適合するために必要とされる冷却出力未満まで下がり、調節空間の温度が上昇する。したがって、個々の冷却ユニットをそれの最大エネルギー効率比となる点で交互に適切にオンまたはオフにすることによって、オン／オフ動作モード、すなわち図３の要素３０５で、調節空間の平均温度を望ましい設定値となるように制御することができる。
【００５８】
図６は、前に定義されたような「リニア」動作モード３０４と「オン／オフ」動作モード３０５を切り換えて、個々の冷却ユニットの動作を制御するための適切なアルゴリズムを詳細に説明するフローチャートである。この様なアルゴリズムは、各冷却ユニット中の制御装置（図２の２１１）に実装される。各ユニットは、リニアモードで動作を始め、各制御装置中のＰＩ要素（４０１）は、先に説明されたように冷却ユニット間で圧縮機速度を同時に等しくしながら、平均測定温度（Ｔａｖ）と設定値温度（Ｔｓｅｔ）の差に基づいて圧縮機速度を調節する。冗長冷却システム内に含まれる全ての冷却ユニットの総冷却出力が、必要な冷却よりも大きい場合には、調節空間の温度は低下する。このことで、今度は、冗長冷却システム内に含まれる全てのユニットの総冷却出力が必要な冷却に等しくなり調節空間の測定温度（Ｔａｖ）が設定値（Ｔｓｅｔ）で安定化されるまで、各制御装置内のＰＩ要素（４０１）が圧縮機速度を調節する。実装されたモデルが決定する、ユニットの最大エネルギー効率比となる圧縮機速度よりも、万一、計算された圧縮機速度（これは、各冷却ユニットでほぼ同じである）が小さい場合、オン／オフ動作モードに変わるようにユニットが構成される。同様に、等しい圧縮機速度のその他のユニットも、ほぼ同時にオン／オフ動作モードに変わる。
【００５９】
オン／オフ動作モードで、各制御装置は、平均測定温度（Ｔａｖ）が予め決められた量（Ｔｏｆｆ）を超えて設定値（Ｔｓｅｔ）より低くなっているかどうかをチェックする。もし、そうであれば、ユニット中の圧縮機はオフにされる。この実装化では、全ての冷却ユニット中の制御装置は、同じＴａｖを決定し、同じ設定値（Ｔｓｅｔ）およびＴｏｆｆを持っているので、全ての制御装置が、それの圧縮機をオフにするように同じ決定をする。ユニットのエネルギー効率を最大にするために、各ユニットのファン速度は、圧縮機速度の関数として制御される。圧縮機速度がゼロに設定されたとき、屋内および屋外ファン速度もゼロに設定されてそのユニットのエネルギー消費を最小化し、各ユニットの電力消費をほぼゼロまで減少させる。
【００６０】
冷却ユニットの圧縮機がオフにされたとき、冷却出力はゼロまで減らされて、調節空間内の温度を上昇させる。各制御装置は、平均測定温度（Ｔａｖ）が、予め決められた量（Ｔｏｎ）を超えて設定値（Ｔｓｅｔ）より上がっているかどうかをチェックする。もし、そうであれば、ユニット中の圧縮機はオンにされる。この実装化では、全ての冷却ユニット中の制御装置は同じＴａｖを決定し、同じ設定値（Ｔｓｅｔ）およびＴｏｎを持っているので、全ての制御装置が、それらの圧縮機をほぼ同時にオンにする同じ決定をする。平均測定温度（Ｔａｖ）がいったん上昇し続けると、全てのユニットが圧縮機を最大ＥＥＲ点で動作させ、このことは、総冷却負荷が最大ＥＥＲ点で動作する全てのユニットの総冷却出力よりも大きいことを示し、リニア動作モードが制御に使用されなければならないことを示す。平均測定温度（Ｔａｖ）が設定値（Ｔｓｅｔ）を超えてより高い閾値点（Ｔｌｉｎｅａｒ）に達すると、各ユニットは、リニア動作モードに戻る。
【００６１】
オン／オフ動作モードの段階で、全ての冷却ユニットを同時にオンにしまた同時にオフにするのではなく、個々の冷却ユニットをオンおよびオフにすることが望ましい場合がある。これは、例えば、個々の冷却ユニットの過剰なサイクルなしに、より狭いオン／オフ帯域内で温度を制御することを可能にする。これは、連続してオフにされる冷却ユニットの間に十分な長さの時間をおき、冷却ユニットを１つずつオフにして、調節空間の温度が上昇して総冷却出力が必要冷却出力よりも低いことをチェックすることによって達成することができる。同様に、連続して音にされる冷却ユニットの間に十分な長さの時間をおき、冷却ユニットを１つずつ逆にオンにして、調節空間の温度が低下して総冷却出力が必要冷却出力を超えていることをチェックすることができる。通信バスは、冷却ユニットの動作を交替させるために利用可能であり、ユニットが一様な損耗を受けることを保証する。
【００６２】
前述の説明は、主に、冷却負荷を全ての冷却ユニットにわたって等しく分散させることによって、開示された冗長冷却システムのエネルギー消費を最小化するという目的に焦点を合わせていた。当業者には明らかなように、部品の寿命低下の原因の１つは、その部品が動作する温度である。アレニウスの式によれば、温度の１０Ｃ上昇は、ＭＴＢＦのほぼ５０％減少を引き起こす。したがって、主要な部品を低温で動作させることが、信頼性の観点から有利である。
【００６３】
冷却ユニット中のある部品は、動作中に起こる電気的および機械的損失のために加熱を受ける。本明細書で開示される実施形態は、一般的なリード／ラグ制御システムに比べて冗長冷却システムの効率を改善するので、説明された発明での全体的な損失は減少している。損失がより小さいことは、部品の加熱がより少ないこと、および対応するＭＴＢＦの改善を意味する。損失がアクティブユニットの間だけで分けられるリード／ラグ制御システムに比べると、リニア動作モード中に、損失が冗長冷却システムを構成する全ての冷却ユニットの間で等しく分けられることがまた明らかである。したがって、リニア動作モード中に、全体的な冷却システムの損失は、システム効率の改善により減少する。損失は、リード／ラグ制御方法よりも多い冷却ユニットの間で分けられ、１冷却ユニット当たりの実質的な損失がより小さくなる。
【００６４】
１冷却ユニット当たりの損失は、説明された制御方法でリード／ラグ制御方法に比べて実質的に小さいが、各ユニットは、リード／ラグ制御方法のように時間の一部の間ずっとスタンバイ状態に保たれるのではなく、連続的に動作している。一般的なシステム実装化および動作条件では、部品をより低い温度で動作させることから得られる利益が、追加された動作時間の影響を上回り、改善されたシステムＭＴＢＦをもたらす。
【００６５】
電子機器を冷却するための冗長冷却システムにおける冷却ユニットとして、「快適」型冷却ユニットを利用することが、コストの観点から望ましいことがある。「快適」型冷却ユニットは、常に大量に製造されて、１ユニット当たりの低コストを達成することができる。「快適」冷却ユニット（これは、人に快適な環境を提供するように設計されている）と「精密」冷却ユニット（これは、電子機器に適切な環境を提供するように設計されている）の差の１つに、快適冷却ユニットが総冷却能力の比較的大きな部分が潜在的冷却（湿度の除去）に専ら費やされることがある。冷却ユニットの総冷却能力は、感知し得る冷却能力（空気の温度を下げるために使用される能力）と潜在的能力（空気の湿度を減らすために使用される能力）の和として定義される。冷却ユニットの顕熱比（ＳＨＲ）は、冷却ユニットの総冷却能力に対する感知し得る冷却能力の比として定義される。
【００６６】
電気通信機器（および他の電子熱発生源）は、湿気を発生せず、機器が置かれている調節空間は、通常、外気から十分に密閉されており、ほとんどあるいは全く、湿気除去（潜在的冷却）が必要とされないことを意味している。過剰な潜在的冷却は、調節空間の湿度を望ましいレベルよりも下げるので、エネルギー効率が良くない。快適冷却ユニットは、一般に、定格条件でほぼ６０から８０％の顕熱比（ＳＨＲ）を持つように設計されているが、精密冷却ユニットは、一般に、定格条件でほぼ９０から１００％のＳＨＲを持つように設計されている。したがって、快適冷却ユニットは、通常、電子機器冷却用途での使用にとって理想的ではない。
【００６７】
冷却ユニットのＳＨＲは、そのユニットの総冷却能力と屋内熱交換器を横切る空気流量との関数である。快適冷却ユニットの屋内熱交換器を横切る最大空気流量は、一般に、ユニットが設計されているファンとモータによって制限されるので、一般に、空気流量を増やしてユニットのＳＨＲを大きくするように容易に変えることができない。しかし、冷却ユニットを減少した冷却出力で動作させ、それに比例してより大きな空気流量を維持することによって、冷却ユニットのＳＨＲを大きくすることが可能である。先に説明されたようなリニアおよびオン／オフ動作モードでは、通常、各冷却ユニットを最大冷却出力条件より下で動作させて、冷却ユニットの屋内熱交換器を横切る比例してより大きな空気流量を維持することによって、各冷却ユニットのＳＨＲを大きくすることができる。一実施形態では、これは、各冷却ユニットの制御装置の圧縮機速度に依存して屋内ファン速度を制御する機能の中に実現される。
【００６８】
１つの冷却ユニットが故障した場合には、残りのユニットの各々が、それの最大定格冷却能力まで負荷をかけられるようになる。この場合に、各冷却ユニットさらに冗長冷却システム全体のＳＨＲは、定格能力の各冷却ユニットのＳＨＲまで逆に減少する。快適冷却ユニットが、冗長冷却システムを構成する冷却ユニットとして使用される場合、結果として生じるＳＨＲは、冷却電子機器にとっての最適値よりも小さく、このことで、湿度が望ましい値より下に低下して冷却システムの効率が影響を受けるようになる。顕熱負荷が残りの冷却ユニットの潜在的な冷却能力を超えることがあるので、調節空間の温度は、設定値よりも上昇することがある。しかし、冷却ユニットの故障は、迅速な行動を求めてサービススタッフに知らせるように構成される。また、用途に応じて、所望の湿度および効率よりも低いことおよび調節空間のより高い温度が、短時間の間であれば許容可能である。
【００６９】
以上で述べたように、電子機器は湿気を発生しないので、電子用途の冷却システムは、一般的には除湿（潜在的冷却）を行う必要がない。しかし、調節空間が外部環境からあまりよく分離されていない場合には、調節空間の湿度を望ましいレベルに維持するために除湿を行うことが必要である。
【００７０】
冷却ユニットが除湿を行うために、屋内熱交換器は、熱交換器を通過する空気の露点より下の温度である必要がある。一実施形態では、このことは、屋内熱交換器のファンの速度を減少させ、屋内熱交換器の空気流量を減らすことによって達成される。このことにより、戻り空気温度を設定値に維持するために、屋内熱交換器温度の補償的な低下が引き起こされる。屋内ファン速度が適切に減少することによって、望ましい量の除湿が行われる。
【００７１】
一実施形態では、湿度制御装置（図１の１０７）が、調節空間の湿度を監視する。湿度が湿度設定値を定められた量だけ超えると、湿度制御装置は、除湿が必要であることを、通信バスを介して全ての冷却ユニットに通知する。
【００７２】
冷却ユニットは、それに応じて、除湿を行うように屋内ファン速度を減少させる。いったん湿度が湿度設定値よりも定められた量だけ下がると、湿度制御装置は、除湿がもはや必要でないことを、通信バスを介して全ての冷却ユニットに通知する。そのとき、全ての冷却ユニットは、屋内ファン速度を、冷却ユニットに最高効率をもたらすレベルに戻すよう調節する。システムは、警報器を内蔵し、この警報器は、予め決められた時間の長さよりも長く除湿が必要とされる場合に作動され、システムの可能性のある問題または調節空間が十分に密閉されていないことを警告する。冷却ユニットは、また、調節空間の温度が予め決められたレベルよりも上がった場合に除湿を中止させて湿度制御装置内の障害を予防する保護機能を内蔵する。湿度を制御するための他の実施形態では、冷却ユニットのうちの１つだけが選択されて除湿を行うように屋内ファン速度を減少させ、残りのユニットはファン速度をそれぞれの冷却ユニットの最高効率をもたらすレベルに維持する。この他の実施形態は、必要な除湿を行うのに比較的時間がかかることがあるが、全体的なエネルギー消費がより低くなる。この他の実施形態は、さらに、冷却ユニットの損耗を等しくするために冷却ユニットの間で除湿ユニットを順番に変える機能を含むものでもよい。
【００７３】
以上で開示された実施形態では、冷却ユニットのモデルが、ユニットごとに最適動作点を決定するために使用されている。他の実施形態では、閉ループ方式が用いられ、各冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）の電力消費が測定され、それに応じて各冷却ユニット（１０１、１０２、１０３）の動作点を調節することによって総電力消費が最小化される。閉ループ方式は、さらに、冷却ユニットのかなり正確なモデルを必要とし、また各冷却ユニットの入力電力を測定するために追加のトランスデューサを必要とする。多くの場合、このようなシステムは余分のコストおよび複雑さが伴うので、前述した開ループ方式を用いて十分によくモデル化されたユニットと比べ、性能の向上を正当化するには至らない。
【００７４】
以上で説明された開ループ実施形態では、各冷却ユニットは、独立に調節空間の温度を設定値に制御し、通信バスが情報を共有するために使用され、ユニットが圧縮機速度を等しくしかつ状態情報を提供することができるようにする。開ループの他の実施形態では、各制御ユニットは、圧縮機速度が、測定温度と設定値温度の差に比例するように構成される。各ユニットによって測定された調節空間の温度は、その他の全てのユニットによって測定された温度に近いので、冷却ユニット間のどんな接続または通信も必要とせず、各冷却ユニットの圧縮機速度がほぼ同じになる。しかし、調節空間の設定値温度と測定温度の間には結果として生じる定常誤差がある。
【００７５】
調節空間の熱負荷が比較的一定であり、かつ設定値と実際の温度の間のある誤差が許容できる場合には、冷却ユニットの温度設定値を調節することによって、この誤差を手作業で補償することができる。代わりに、外部温度制御装置が、調節空間の温度を測定し冷却ユニットの設定値を調節して、この結果として生じる定常誤差を補償することができる。しかし、この制御装置は、設定値を調節するために各冷却ユニットへの接続を必要とする。以上で説明された通信バスではなくより簡単でより低コストの接続（アナログ信号のような）を使用して、この他の実施形態の設定値温度を調節することができそうである。しかし、簡単な接続では、通信バスを利用する場合に比べ、各ユニットへの／各ユニットからの制御および状態情報が少なくなる。したがって、簡単な接続が使用されるときは、障害発見、診断および調節がいっそう複雑になる。また、温度センサの公差および調節空間の温度が測定される場所の違いのために、圧縮機速度は、上で説明されたような通信バスを特徴とする開ループ実施形態のように十分に等しくならない。
【００７６】
以上で説明されたように、様々な実施形態は、過剰な熱の除去のために空気冷却を必要とする発熱機器で使用するために最適化されている。また、冗長冷却システムは、熱の除去のために液体冷却を必要とする発熱機器で使用するために説明されたものと同様なやり方で、また同様な利点および特徴を持って構成されるものでもよい。この場合に、個々の冷却ユニットの屋内空気・液体熱交換器およびファンは、液体・液体熱交換器と取り替えられるものでもよいし、または、発熱機器が適切に設計されている場合に、各冷却ユニットからの冷媒は、発熱機器内の１つまたは複数の熱交換器を通して直接循環されるものでもよい。
【００７７】
本開示の様々な実施形態は、各従属請求項が独立請求項だけでなく先行する従属請求項の各々の限定が組み込まれた多項従属請求項であるのと同じように、請求項に列挙される様々な要素の並べ換えを含む。そのような並べ換えは、明らかに、この開示の範囲内である。
【００７８】
本発明は、いくつかの実施形態に関連して特に示されまた説明されたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書で開示された様々な実施形態に対して、形式および細部の変更が加えられる可能性があること、および本明細書で開示された様々な実施形態が、特許請求の範囲に対する限定として作用するように意図されていないことは、当業者によって理解されるだろう。本明細書で引用された全ての文献は、参照によってその全体が組み込まれている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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