JP2012175874A - Uninterruptible power supply device, and information processing system having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無停電電源装置および無停電電源装置を備える情報処理システムに関する。 The present invention relates to an uninterruptible power supply and an information processing system including the uninterruptible power supply.
サーバの高性能化および高密度化に伴いサーバの消費電力は年々増大し、データセンターにおける消費電力は近年、年率プラス１０％という非常に高い伸び率を示している。このため消費電力を低減する目的で、省エネルギー型データセンターの構築が急務となっている。その一環として、ひとつの電子機器収納用ラックに複数のサーバ（数台から数十台）を搭載する試みが進められている。ひとつの電子機器収納用ラックに複数のサーバを搭載することにより、複数台のサーバが一つのラック筐体に収納される。これにより、設置スペース削減や、ディスプレイ、マウスの共有化によるコスト削減、接続ケーブルの繁雑さから起こるケーブル抜け等の事故の軽減、耐震対策による安全性の向上等のメリットがある。 With the increase in performance and density of servers, the power consumption of servers has been increasing year by year, and the power consumption in data centers has shown a very high growth rate of 10% per year in recent years. For this reason, in order to reduce power consumption, it is urgent to construct an energy-saving data center. As part of this effort, an attempt is being made to mount a plurality of servers (several to several tens) in one electronic device storage rack. By mounting a plurality of servers on one electronic device storage rack, a plurality of servers are stored in one rack housing. As a result, there are merits such as reduction of installation space, cost reduction by sharing the display and mouse, reduction of accidents such as cable disconnection caused by the complexity of connection cables, and improvement of safety by earthquake resistance measures.
電力源として商用電源（交流）を用いたパーソナルコンピュータやサーバ等の電子機器においては、その動作（稼動）中に瞬時停電等が発生すると、処理動作自体にエラーが生じる、または、貴重な処理データが損なわれる等の不具合が発生する。 In an electronic device such as a personal computer or server using a commercial power source (AC) as a power source, if an instantaneous power failure occurs during the operation (operation), an error occurs in the processing operation or valuable processing data Inconveniences such as damage occur.
そこで、この種の電子機器の電源系に蓄電池を備えた無停電電源装置を設け、商用電源の停電時等には上記蓄電池から電子機器に対して電力を供給する。省エネルギー型データセンターを進めるために、電子機器収納用ラック内に無停電電源装置をもコンパクト化して設置する動きも始まっている。 Therefore, an uninterruptible power supply device provided with a storage battery is provided in the power supply system of this type of electronic device, and power is supplied from the storage battery to the electronic device when a commercial power supply fails. In order to advance an energy-saving data center, a movement to compactly install an uninterruptible power supply in an electronic equipment storage rack has also begun.
この種の無停電電源装置は、商用電源から得られる電力エネルギーにて蓄電池をあらかじめ充電しておく。停電時等には上記蓄電池に蓄積した電力エネルギーを電子機器に供給（放電）することで、該電子機器が動作するに必要な電力をバックアップするように構成される。また蓄電池に蓄積した電力エネルギーの無駄な消費を防ぐべく、例えば電子機器がデータ保存等の所定の処理を実行して停止するまでの期間にわたって電力を供給した後、その動作を停止するように無停電電源装置を構成する。 In this type of uninterruptible power supply, a storage battery is charged in advance with power energy obtained from a commercial power source. In the event of a power failure or the like, the power energy stored in the storage battery is supplied (discharged) to the electronic device, so that the power necessary for the operation of the electronic device is backed up. Also, in order to prevent wasteful consumption of power energy stored in the storage battery, for example, the electronic device supplies power over a period until it stops after executing a predetermined process such as data storage, and then stops its operation. Configure a power outage.
蓄電池は、室温より温度が高い状態で充電や保管をすると、室温時の充電や保管に比べて電池寿命が早まるという問題があった。また、蓄電池は、室温より温度が低い状態で放電を行うと、室温時での放電に比べて放電容量が低下するという問題があった。 When a storage battery is charged or stored at a temperature higher than room temperature, there is a problem that the battery life is shortened as compared with charging or storage at room temperature. Further, when the storage battery is discharged at a temperature lower than room temperature, there is a problem that the discharge capacity is reduced as compared with the discharge at room temperature.
実施形態の一観点によれば、蓄電池と、前記蓄電池を冷却する冷却手段と、前記蓄電池を昇温する昇温手段と、前記蓄電池の充電と放電との切替、および、前記冷却手段と前記昇温手段との稼動切替を行う制御部とを有することを特徴とする無停電電源装置が提供される。 According to one aspect of the embodiment, the storage battery, the cooling means for cooling the storage battery, the temperature raising means for raising the temperature of the storage battery, switching between charging and discharging of the storage battery, and the cooling means and the temperature rise There is provided an uninterruptible power supply having a control unit that switches operation with a temperature means.
また、本発明の他の観点によれば、電子機器と、前記電子機器に接続された蓄電池と、前記蓄電池を冷却する冷却手段と、前記蓄電池を昇温する昇温手段と、前記蓄電池の充電と放電との切替、および、前記冷却手段と前記昇温手段との稼動切替を行う制御部とを備えることを特徴とする情報処理システムが提供される。 According to another aspect of the present invention, an electronic device, a storage battery connected to the electronic device, a cooling means for cooling the storage battery, a temperature raising means for raising the temperature of the storage battery, and charging of the storage battery There is provided an information processing system comprising a control unit that performs switching between discharge and discharge, and operation switching between the cooling unit and the temperature raising unit.
開示の無停電電源装置により、無停電電源装置の蓄電池は充電や保管時は冷却されて電池寿命を延伸し、放電時に昇温されて蓄電池の放電容量の低下を抑制する。 With the disclosed uninterruptible power supply, the storage battery of the uninterruptible power supply is cooled during charging and storage to extend the battery life, and the temperature is increased during discharging to suppress a decrease in the discharge capacity of the storage battery.
以下に実施例を示す。 Examples are shown below.
図１は無停電電源装置の構成を示す模式図である。
１は蓄電池、１ａは充電用導線、１ｂは放電用導線、２はＡＣ／ＤＣコンバータ、３はＤＣ／ＡＣコンバータ、３ａは電力供給用導線、４は充電回路、４ａは充電回路用信号線、５は放電回路、５ａは放電回路用信号線、６は制御モジュール、７は通信制御部、７ａは通信制御用信号線、８は表示部、８ａは表示用信号線、９が電子回路ユニット、１０は無停電電源装置制御部、１１は外部電源、１１ａが外部電源供給用導線、１２は電子機器、１２ａは電子機器用信号線である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the uninterruptible power supply.
1 is a storage battery, 1a is a charging conductor, 1b is a discharging conductor, 2 is an AC / DC converter, 3 is a DC / AC converter, 3a is a power supply conductor, 4 is a charging circuit, 4a is a charging circuit signal line, 5 is a discharge circuit, 5a is a discharge circuit signal line, 6 is a control module, 7 is a communication control unit, 7a is a communication control signal line, 8 is a display unit, 8a is a display signal line, 9 is an electronic circuit unit, 10 is an uninterruptible power supply controller, 11 is an external power supply, 11a is a lead for supplying external power, 12 is an electronic device, and 12a is a signal line for electronic device.
開示の無停電電源装置１０−１は図１に示すように、たとえば、蓄電池１、ＡＣ／ＤＣコンバータ２、ＤＣ／ＡＣコンバータ３、充電回路４、放電回路５、制御モジュール６、通信制御部７、表示部８を含む。特に、充電回路４、放電回路５、制御モジュール６および通信制御部７、表示部８を含むユニットは、電子回路ユニット９である。また、電子機器１２との接続のために、電力供給用導線３ａおよび電子機器用信号線１２ａを有する。
The disclosed uninterruptible power supply 10-1 includes, for example, a
開示の無停電電源装置１０−１は、図１に示すように、たとえば蓄電池１は無停電電源装置制御部１０と充電用導線１ａ、放電用導線１ｂで接続され、無停電電源装置制御部１０から離れた場所に設置されるタイプである。蓄電池１が無停電電源装置制御部１０の外部に設置されるため、寿命や劣化等により蓄電池１の交換作業する場合において、無停電電源装置制御部１０を開放する必要がなく、交換作業が簡便になる。
As shown in FIG. 1, the disclosed uninterruptible power supply 10-1 includes, for example, a
開示の無停電電源装置１０−１は、外部電源（商用電源；ＡＣ）１１を電力源として動作する電子機器１２の、バックアップ電源として用いられるものである。
The disclosed uninterruptible power supply 10-1 is used as a backup power source for an
蓄電池１は、例えばＮi-ＭＨ電池やＬiイオン電池等である。蓄電池１は、一般的には複数個の電池セルを直・並列に接続して必要な電池容量を備えたものである。
The
図１に例示する電子機器１２は、無停電電源装置１０−１を介して、外部電源１１からの電力を受けて動作するものとなっている。外部電源１１からの電力は、外部電源供給用導線１１ａを介して、無停電電源装置１０−１に供給される。無停電電源装置制御部１０内では、ＡＣ／ＤＣコンバータ（交流・直流変換器）２により、たとえば交流電力から一旦直流電力に変換され、ＤＣ／ＡＣコンバータ（直流・交流変換器）３により直流電力から再び交流電力へ変換される、さらに電力供給用導線３ａを介して、電子機器１２へ供給される。
The
ＡＣ／ＤＣコンバータ２およびＤＣ／ＡＣコンバータ３は、一般的には無停電電源装置１０−１内にユニットとして構築されることが多いが、電子機器１２に組み込まれた内部電源ユニットとして実現されることもある。
The AC /
また、外部電源１１が停電していない場合は、外部電源１１からの電力は、外部電源供給用導線１１ａ、ＡＣ／ＤＣコンバータ２、充電回路４および充電用導線１ａを介して、蓄電池１に充電される。
When the
一方、外部電源１１が停電するなどした場合、すなわち、電子機器１２が必要とする電力エネルギーが不足する場合、蓄電池１に蓄えた充電エネルギー（電力エネルギー）は、蓄電池１から放電用導線１ｂ、放電回路５、ＤＣ／ＡＣコンバータ３および電力供給用導線３ａを介して電子機器１２に供給される。
On the other hand, when the
蓄電池１への充電とその放電をそれぞれ制御するべく、無停電電源装置１０−１には図１に示すように充電回路４と放電回路５とが設けられている。
The uninterruptible power supply 10-1 is provided with a
充電回路４および放電回路５は、その充電路および放電路を選択的にオン・オフする半導体スイッチ素子（例えばＦＥＴ）等を備えたものである。
The
蓄電池１に充電を行う場合は、充電回路用信号線４ａを介して、制御モジュール６から充電回路４へ指令が発せられる。
When charging the
蓄電池１を放電に切り替える場合は、放電回路用信号線５ａを介して、制御モジュール６から放電回路５へ指令が発せられる。
When the
前述のように、充電回路４、放電回路５、制御モジュール６、通信制御部７、表示部８を含むユニットは、電子回路ユニット９である。蓄電池１の充放電制御は、上記のように電子回路ユニット９により行われる。
As described above, the unit including the
蓄電池１の充放電は、前記蓄電池１の端子電圧（充放電電圧）や充放電電流、更には充電回数、放電回数、電池容量、電池温度、外部電源１１の停電状態等を検出しながら、電子回路ユニット９により制御される。
The charge / discharge of the
電子回路ユニット９は、通信制御部７および通信制御用信号線１２ａを介して電子機器１２との間で情報通信し、電子機器１２の動作状態に応じて蓄電池１の充放電を制御したり、また電子機器１２からの指令を受けてその処理動作が制御されるようになっている。
The
電子回路ユニット９によって監視される蓄電池１の充放電状態などの情報や、通信制御部７を介して指示された動作モード等の情報は、適宜、表示用信号線８ａを介して、電子回路ユニット９内部の表示部８にて表示されるようになっている。
Information such as the charge / discharge state of the
表示部８は、例えばＬＥＤアレイやマルチカラーＬＥＤを備えたもので、蓄電池１の概略的な充電容量を段階的に表示したり、蓄電池１の充電・放電の状態をＬＥＤの点滅等により表示するものである。
The
電子回路ユニット９により、蓄電池１の充放電の他に、上記のように電子機器１２の制御も行われる。
In addition to charging / discharging the
また、電子回路ユニット９により、そのほかに、後述のように、給気部開閉機構２１、蓄熱部開閉機構２３、リザーブ部開閉機構２５、循環流路開閉機構２７、循環ポンプ２９の制御も行われる（図１では「その他の制御」と記載）。
図２は、電子機器収納用ラック内に収納された開示の無停電電源装置の構成を示す模式図である。２０は電子機器収納用ラック、２０ａは給気部、２０ｂは排気部、２１は給気部開閉機構、２１ａは給気部開閉信号線、２２は蓄熱部、２２ａは蓄熱材保持量監視信号線、２３は蓄熱部開閉機構、２３ａは蓄熱部開閉信号線、２４は蓄電池熱交換用流路、２５はリザーブ部開閉機構、２５ａはリザーブ部開閉信号線、２６はリザーブ部、２７は循環流路開閉機構、２７ａは循環流路開閉信号線、２８は循環流路、２９は循環ポンプ、２９ａは循環ポンプ用信号線である。
In addition, the
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of the disclosed uninterruptible power supply device housed in an electronic device housing rack. 20 is a rack for storing electronic equipment, 20a is an air supply unit, 20b is an exhaust unit, 21 is an air supply unit opening / closing mechanism, 21a is an air supply unit opening / closing signal line, 22 is a heat storage unit, 22a is a heat storage material retention amount monitoring signal line , 23 is a heat storage section opening / closing mechanism, 23a is a heat storage section opening / closing signal line, 24 is a storage battery heat exchange channel, 25 is a reserve section opening / closing mechanism, 25a is a reserve section opening / closing signal line, 26 is a reserve section, and 27 is a circulation channel. An opening /
図２に示すように、無停電電源装置制御部１０およびその蓄電池１は、電子機器収納用ラック２０内に設置される。図１と同様に、無停電電源装置制御部１０および蓄電池１は、別々に設置される。
As shown in FIG. 2, the uninterruptible power
無停電電源装置制御部１０内には、図１と同様に、電子回路ユニット９がある。電子回路ユニト９により、蓄電池１の充放電等が制御される。
The uninterruptible power
電子機器収納用ラック２０は、空調空気を給気として取り込めるように、給気部２０ａを有する。給気部２０ａには、給気部開閉機構２１が設置されている。給気部開閉機構２１の開閉は、給気部開閉信号線２１ａを介して、電子回路ユニット９により制御される。給気部開閉機構２１が開である場合は、たとえば床下からの空調空気が給気として、電子機器収納用ラック２０内に取り込まれる。取り込まれた給気により、蓄電池１および電子機器１２は冷却される。給気部開閉機構２１が閉である場合は、床下からの空調空気は電子機器収納用ラック２０内には取り込まれない。
The electronic
電子機器収納用ラック２０は、給気した空調空気を排気するための、排気部２０ｂを有する。
The electronic
外部電源１１からの電力供給で、電子機器１２が稼動する。電子機器１２は、給気部２０ａから取り込まれる空調空気にて冷却される。一方、電子機器収納用ラック２０内では、電子機器１２から熱が発生する。この電子機器１２からの排熱が蓄熱されるように、電子機器収納用ラック２０内には蓄熱部２２が設置されている。蓄熱部２２内には、電子機器１２からの排熱を蓄熱できるように、蓄熱材が内蔵されている。
The
電子機器収納用ラック２０内では、開示の無停電電源装置１０−１は、無停電電源装置制御部１０と蓄電池１と別々に設置される。図２の例では、蓄電池１は、たとえば蓄電池熱交換用流路２４の内部に設置される。蓄電池１は、電子回路ユニット９にて、その充放電を制御される。充電は充電用導線１ａを介して行われ、放電は放電用導線１ｂを介して行われる。
In the electronic
蓄熱部２２と蓄電池熱交換用流路２４とは、蓄熱部開閉機構２３を介してつながっている。
The
蓄熱部開閉機構２３が閉である場合には、蓄熱材は蓄熱部２２内に収まっている。このため、電子機器１２の排熱が、蓄熱部２２内の蓄熱材により蓄熱される。
When the heat storage unit opening /
蓄熱部開閉機構２３が開である場合には、蓄熱材は蓄熱部２２から、蓄電池熱交換用流路２４へ放出される。蓄電池熱交換用流路２４へ蓄熱材が放出されると、蓄熱材に蓄えられた熱により、蓄電池１は昇温される。
When the heat storage section opening /
蓄熱部開閉機構２３の開閉は、蓄熱部開閉信号線２３ａを介して、電子回路ユニット９により制御される。
Opening / closing of the heat storage unit opening /
蓄電池熱交換用流路２４にて蓄電池１の昇温に寄与した蓄熱材は、最終的には蓄熱部２２へ回収される。回収のため、一旦は、リザーブ部２６に回収される。蓄電池熱交換用流路２４はリザーブ部開閉機構２５を介してリザーブ部２６とつながっている。
The heat storage material that has contributed to the temperature increase of the
リザーブ部開閉機構２５が閉である場合には、蓄熱材は蓄電池熱交換用流路２４内に収まっている。
When the reserve portion opening /
リザーブ部開閉機構２５が開である場合には、蓄熱材は蓄電池熱交換用流路２４から、リザーブ部２６へ放出される。
When the reserve part opening /
リザーブ部開閉機構２５の開閉は、リザーブ部開閉信号線２５ａを介して、電子回路ユニット９により制御される。
Opening / closing of the reserve part opening /
リザーブ部２６に移動した蓄熱材は、循環流路開閉機構２７、循環流路２８、循環ポンプ２９、循環流路２８を介して、蓄熱部２２に回収される。
The heat storage material that has moved to the
リザーブ部２６と循環流路２８とは、循環流路開閉機構２７を介してつながっている。
The
循環流路２８は、蓄熱部２２とつながっており、途中には循環ポンプ２９が設置されている。
The
循環流路開閉機構２７が閉である場合には、蓄熱材はリザーブ部２６内に収まっている。
When the circulation channel opening /
循環流路開閉機構２７が開である場合には、蓄熱材はリザーブ部２６から、循環流路２８へ放出される。循環流路２８へ放出された蓄熱材は、循環ポンプ２９により、蓄熱部２２へ送り返され、回収される。
When the circulation channel opening /
循環流路開閉機構２７の開閉は、循環流路開閉信号線２７ａを介して、電子回路ユニット９により制御される。
Opening / closing of the circulation channel opening /
循環ポンプ２９の稼動・停止は、循環ポンプ用信号線２９ａを介して、電子回路ユニット９により制御される。
The operation / stop of the
蓄熱部開閉機構２３、リザーブ部開閉機構２５、循環流路開閉機構２７は、液体等の蓄熱材を「閉」の時には流動停止とし、「開」の時には流動するものである。たとえば、電気的な制御で開閉する、典型的なバルブであっても良い。
The heat storage section opening /
循環ポンプ２９は、液体等の蓄熱材の循環するポンプであれば良い。
The
図３は、電子機器収納用ラック内の各部位が制御される工程の流れを示した、フローチャートの例である。 FIG. 3 is an example of a flowchart showing a flow of steps in which each part in the electronic device storage rack is controlled.
工程の開始は、外部電源１１から電力供給から始まり、ＳＴＡＲＴとなる。
The start of the process starts with power supply from the
Ｓ１では、電子回路ユニット９から以下の指令が発せられる。蓄電池１は「充電」、電子機器１２は「電力供給停止」、給気部開閉機構２１は「開」、蓄熱部開閉機構２３は「閉」の指令がそれぞれ発せられる。
In S <b> 1, the following command is issued from the
Ｓ１では、蓄電池１には充電が開始される。
In S1, charging of the
電子機器１２へは、電力供給はまだ行われない。電子機器１２への電力供給は、次工程以降の準備事項が整ってからとなる。
Electric power is not yet supplied to the
給気部開閉機構２１は「開」となり、空調空気が電子機器収納用ラック２０内に取り込まれ、蓄電池１は冷却される。冷却により、蓄電池１は例えば、２５℃になる。
The air supply unit opening /
蓄熱部開閉機構２３は、「閉」である。蓄熱材は、蓄熱部２２から蓄電池熱交換用流路２４へ移動しない。
The heat storage section opening /
Ｓ２では、蓄熱部２２内の蓄熱材の保持量が監視され、規定量以上であるか、規定量未満であるかが判定される。蓄熱部２２に設置した、たとえば蓄熱材監視モニターにより監視され、その信号が蓄熱材保持量監視信号線２２ａを介して電子回路ユニット９に送信される。送信されてきた信号に基づき、電子回路ユニット９により、蓄熱部２２内の蓄熱材保持量が規定量未満か規定量以上かが判定される。
In S2, the holding amount of the heat storage material in the
蓄熱部２２において蓄熱材が規定量未満であり、すなわち不足していると判定されると、蓄熱部２２では電子機器１２からの排熱を蓄熱することが困難となる。
If it is determined in the
一方、蓄熱部２２において蓄熱材が規定量以上保持されていると判定されると、蓄熱部２２では電子機器１２からの排熱を蓄熱する準備ができたことになる。
On the other hand, if it is determined in the
蓄熱部２２内の蓄熱材が規定量未満である場合は、図３のフローチャートで「規定量未満」のほうへ進み、Ｓ３へ進む。
When the heat storage material in the
Ｓ３では、蓄熱部２２内の蓄熱材が規定量未満のため、蓄電池熱交換用流路２４およびリザーブ部２６から、蓄熱部２２へ蓄熱材を送り返すことが実施される。
In S3, since the heat storage material in the
すなわち、電子回路ユニット９から、リザーブ部開閉機構２５を「開」、循環流路開閉機構２７を「開」とする指令が出される。また、循環流路２８の途中に設置された循環ポンプ２９にも、電子回路ユニット９から「稼動」とする指令が出される。
That is, the
これにより、蓄電池熱交換用流路２４およびリザーブ部２６に残留していた蓄熱材が、循環流路２８を経由して、蓄熱部２２へ送り返され、回収される。
Thereby, the heat storage material remaining in the storage battery heat
Ｓ３ののちに、再び、Ｓ２にて蓄熱部２２内の蓄熱材の保持量が規定量以上であるか、規定量未満であるかが判定される。
After S3, it is determined again in S2 whether the retained amount of the heat storage material in the
Ｓ２にて、蓄熱部２２内の蓄熱材が規定量以上である判定された場合は、電子機器１２からの排熱を蓄熱材に蓄熱することが可能となる。
When it is determined in S2 that the heat storage material in the
Ｓ２にて、蓄熱部２２内の蓄熱材が規定量以上である場合は、図３のフローチャートで「規定量以上」のほうへ進み、Ｓ４へ進む。
In S2, when the heat storage material in the
Ｓ４では、電子回路ユニット９から、リザーブ部開閉機構２５を「閉」、循環流路開閉機構２７を「閉」とする指令が出される。循環流路２８の途中に設置された循環ポンプ２９には、電子回路ユニット９から「停止」とする指令が出される。
In S <b> 4, the
Ｓ５で、外部電源１１から電子機器１２へ電力供給が開始される。これまでの工程にて、停電した場合を想定した準備事項が整ったためである。
In S5, power supply from the
Ｓ６では、外部電源１１の停電が監視される。
Ｓ６で外部電源１１が停電していない場合は、継続して停電が監視される。図３のフローチャートでは「Ｎｏ」へ進む。
In S6, a power failure of the
If the
Ｓ６で外部電源１１が停電となった場合は、図３のフローチャートでは「Ｙｅｓ」へ進み、Ｓ７へ進む。
If the
Ｓ７では、電子回路ユニット９から以下の指令が発せられる。
In S7, the following command is issued from the
電子回路ユニット９からの指令により、蓄電池１は「充電停止」から「放電開始」となり、電子機器１２は「シャットダウン開始」、給気部開閉機構２１は「開」から「閉」となり、蓄熱部開閉機構２３は「閉」から「開」となる。
In response to a command from the
外部電源からの電力供給が完全に停止する前に、蓄電池１は、充電から放電に切り替わる。また、電子機器１２は、データ保存等の所定の処理を実行し、その後シャットダウンを開始する。そのため、この工程では、蓄電池１は、電子機器１２に対して、シャットダウン完了までに必要な電力を供給する。蓄電池１の電力供給時間は、データ保存からシャットダウン完了に至るまでの時間であり、５分から３０分程度であると考えられる。
Before the power supply from the external power supply is completely stopped, the
Ｓ７で、給気部開閉機構２１「閉」で、電子機器収納用ラック２０内への空調空気は取り込み停止となる。これにより、蓄電池１の冷却も停止となる。
In S7, the air supply unit opening /
また、蓄熱部開閉機構２３「開」で、蓄熱材は蓄熱部２２から蓄電池熱交換用流路２４へ放出される。蓄電池熱交換用流路２４へ放出された蓄熱材は、蓄熱されているため、蓄電池１は昇温される。昇温により、例えば、蓄電池１は最終的に４０℃まで昇温されても良い。場合によっては、昇温により、最終的に７０℃となっても良い。放電開始とともに蓄電池１は昇温されると、放電容量の劣化が抑制できる。放電時における蓄電池の昇温温度は、３０℃〜７０℃が望ましい。
Further, the heat storage material is released from the
Ｓ８で、電子機器１２のシャットダウンを監視する。シャットダウンが未完了であれば、フローとしては「Ｎｏ」となり、さらに継続監視する。シャットダウンが完了すれば、フローとしては「Ｙｅｓ」となり、Ｓ９へ進む。
In S8, the shutdown of the
Ｓ９では、蓄電池１からの放電が停止される。給気部開閉機構２１は「開」となり、再び、蓄電池１は冷却される。蓄熱部開閉機構２３は、「閉」となる。
In S9, the discharge from the
蓄電池１からの放電が停止すると、図３のフローチャートの全工程は完了となる。
When the discharge from the
以上が、電子機器収納用ラック内の各部位が制御される工程の流れを示した、Ｓ１〜Ｓ９の全工程の例である。 The above is an example of all steps S1 to S9 showing the flow of steps in which each part in the electronic device storage rack is controlled.
図４は、蓄熱部２２内の蓄熱材保持量が規定量未満の場合における、電子機器収納用ラックに収納された開示の無停電電源装置の模式図である。図３のフローチャートでは、Ｓ３の状態（工程）に相当する。
FIG. 4 is a schematic diagram of the disclosed uninterruptible power supply device stored in the electronic device storage rack when the heat storage material retention amount in the
外部電源１１は、電力供給している状態である。外部電源１１は、停電ではない。電子回路ユニット９では、停電ではないと判定されている。
外部電源１１からの電力は、無停電電源装置１０へ供給される。
The
Electric power from the
電子機器１２への電力供給はまだ行われていない。
Power supply to the
蓄熱部２２内の蓄熱材の保持量は、蓄熱材保持量監視信号線２２ａを介して、電子回路ユニット９にて判定される。
The holding amount of the heat storage material in the
図４では、蓄熱部２２内の蓄熱材が規定量未満であると判定されているため、電子機器１２へ電力供給を行う前の準備として、蓄熱部２２内の蓄熱材を規定量以上となるようにする。すなわち、以下の動作により、蓄電池熱交換用流路２４やリザーブ部２６に残留している蓄熱材が蓄熱部２２に回収される。
In FIG. 4, since it is determined that the heat storage material in the
蓄熱部開閉機構２３は「閉」である。蓄熱部開閉機構２３を「閉」としておくのは、蓄熱部２２へ回収した蓄熱材が、蓄熱部２２から蓄電池熱交換用流路２４へ再び移動してしまわないようにするためである。
The heat storage section opening /
蓄熱部２２内へ蓄熱材を回収するには、リザーブ部開閉機構２５を「開」とし、蓄電池熱交換用流路２４内の蓄熱材を移動可能とする。
In order to collect the heat storage material into the
また、循環流路開閉機構２７も「開」とし、リザーブ２６内の蓄熱材を移動可能とする。蓄熱部開閉機構２３「閉」、リザーブ部開閉機構２５「開」、循環流路開閉機構２７「開」とした状態で、循環ポンプ２９を「稼動」とする。これにより、蓄電池熱交換用流路２４やリザーブ部２６に残留している蓄熱材は、循環流路２８を通って、蓄熱部２２へ送り返され、回収される。回収の動作は、電子回路ユニット９により、蓄熱部２２内の蓄熱材が規定量以上となるまで継続される。
Further, the circulation flow path opening /
蓄熱部開閉機構２３「閉」は、蓄熱部開閉信号線２３ａを介して、電子回路ユニット９から指令が発せられる。リザーブ部開閉機構２５「開」は、リザーブ部開閉信号線２５ａを介して、電子回路ユニット９から指令が発せられる。循環流路開閉機構２７「開」は、循環流路開閉信号線２７ａを介して、電子回路ユニット９から指令が発せられる。循環ポンプ２９「稼動」は、循環ポンプ用信号線２９ａを介して、電子回路ユニット９から指令が発せられる。
The heat storage section opening /
一方、蓄電池１は、外部電源１１から充電されている状態である。
On the other hand, the
給気部開閉機構２１は「開」であり、電子機器収納用ラック２０内に空調空気を給気として取り込む。取り込まれた給気により、蓄電池１は冷却される。冷却により、蓄電池１は例えば、２５℃になる。これにより、充電中の蓄電池１は、冷却状態となる。蓄電池１の充電は、電子回路ユニット９から指令される。給気部開閉機構２１の「開」は、電子回路ユニット９から給気部開閉信号線２３ａを介して指令される。
The air supply unit opening /
図５は、蓄熱部２２内の蓄熱材保持量が規定量以上に達している場合における、電子機器収納用ラックに収納された開示の無停電電源装置の模式図である。図３のフローチャートでは、Ｓ５の状態（工程）に相当する。
FIG. 5 is a schematic diagram of the disclosed uninterruptible power supply device stored in the electronic device storage rack when the amount of heat storage material retained in the
外部電源１１は、電力供給している状態である。外部電源１１は、停電ではない。電子回路ユニット９では、停電ではないと判定されている。
The
外部電源１１からの電力は、無停電電源装置１０へ供給される。
Electric power from the
蓄熱部２２内の蓄熱材の保持量は、蓄熱材保持量監視信号線２２ａを介して、電子回路ユニット９にて判定される。
The holding amount of the heat storage material in the
図５では、蓄熱部２２内の蓄熱材が規定量以上と判定されているため、外部電源１１から電子機器１２への電力供給が開始されており、電子機器１２は「稼動」状態である。
In FIG. 5, since it is determined that the heat storage material in the
電子機器１２は稼動しているため、電子機器１２は排熱を発生する。電子機器１２の近傍には蓄熱部２２が配置されている。蓄熱部２２内に蓄熱材が内蔵されており、蓄熱材には、電子機器１２からの排熱が蓄熱される。蓄熱部開閉機構２３は「閉」である。
Since the
給気部開閉機構２１は「開」であり、前図の図４と同様に蓄電池１は冷却されている。冷却により、蓄電池１の温度は例えば、２５℃になる。
The air supply portion opening /
図６は、外部電源１１に停電が発生した場合における、電子機器収納用ラックに収納された開示の無停電電源装置の模式図である。図３のフローチャートでは、Ｓ７の状態（工程）に相当する。
FIG. 6 is a schematic diagram of the disclosed uninterruptible power supply device stored in the electronic device storage rack when a power failure occurs in the
外部電源１１は、停電状態である。電子回路ユニット９では、停電と判定されている。電子回路ユニット９からの指令により、電子機器１２は、データ保存等の所定の処理を実行し、その後シャットダウンを開始する。
The
蓄電池１は、外部電源からの電力供給が完全に停止する前に、充電から放電に切り替わる。蓄電池１は、電子機器１２に対して、シャットダウン完了までに必要な電力を供給する。データ保存からシャットダウン完了に至るまでのシャットダウン時間は、５分から３０分程度であると考えられる。
The
給気部開閉機構２１は「閉」となり、空調空気は取り込まれなくなる。その結果、蓄電池１の冷却は行われなくなる。
The air supply section opening /
蓄熱部開閉機構２３は「開」となる。これにより、蓄熱部２２内の蓄熱材は、蓄電池熱交換用流路２４へ放出される。蓄電池熱交換用流路２４に放出された蓄熱材は、蓄電池１に熱を渡し、蓄電池１は昇温される。昇温により、例えば、蓄電池１は最終的に３５℃まで昇温される。蓄電池１は、昇温により、３０℃〜７０℃となることが望ましい。
The heat storage section opening /
蓄電池１は、図４、図５に示したように放電時以外、たとえば充電時は冷却状態であることが好ましい。電池寿命を延伸させることが可能であるためである。一方で、図６で示したように放電時は、昇温されていることが好ましい。放電時の蓄電池１は、冷却状態のままであるよりも、昇温されていたほうが、放電容量の劣化が抑制できる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図７は、電子機器収納用ラック内に収納された開示の無停電電源装置の正面図である。
電子機器収納用ラック２０の正面側には、通常、前方パネルが設置されている。
FIG. 7 is a front view of the disclosed uninterruptible power supply device stored in the electronic device storage rack.
A front panel is usually installed on the front side of the electronic
図７では、前方パネルを外した状態であり、電子機器収納用ラック２０内を示した図である。１０ａは無停電電源用取っ手、１２ｂは電子機器用取っ手、３０は床、３１はラック用キャスター、３１ａはキャスター用カバー、３２はラックの底面パネル、３３はラックの右側パネル、３４はラックの左側パネル、３５はラックの天井パネル、３６は仕切り板である。電子機器収納用ラック２０は、底面パネル３２、側面パネル３３、天井パネル３５により、周辺を覆われる。
FIG. 7 is a view showing the inside of the electronic
底面パネル３２には、ラック用キャスター３１が取り付けられている。
A
天井パネル３３は天板で構成され閉鎖されるが、フレームで構成された開放型であっても、多孔性の部材により構成されていてもよい。
The
開示の電子機器収納用ラック２０の大きさは、一例として、外形で高さ２０００ｍｍ、幅７００ｍｍである。電子機器収納用ラック２０の奥行き方向（図７で紙面表から裏）には１０５０ｍｍである。
The size of the disclosed electronic
電子機器収納用ラック２０は、複数の仕切り板３６により、段数が設定される。各仕切り板３６上には、少なくとも無停電電源装置１０および電子機器１２を１台ずつ取り付け可能である。
The number of stages of the electronic
電子機器１２は、たとえばサーバーであり、大きさはたとえば、高さ１７７８ｍｍ、幅４８２ｍｍ、奥行き（図７で紙面表から裏）７８２ｍｍである。
無停電電源装置１０は、例えば、電子機器１２の下に配置し、大きさはたとえば、高さ３００ｍｍ、幅４８０ｍｍ、奥行き（図７で紙面表から裏）７００ｍｍである。
The
The
たとえば、１台の電子機器１２に対して、１台の無停電電源装置１０を対応させるように配置するのが好ましい。
For example, it is preferable to arrange one
電子機器１２を囲むように、蓄熱部２２、蓄電池熱交換用流路２４、リザーブ部２６が設置される。また、蓄電池１は、蓄電池熱交換用流路２４内に設置され、無停電電源装置１０とは別に配置される。
A
図７の蓄電池１は１個の大きさが、たとえば、高さ８３ｍｍ、幅３６ｍｍ、奥行き（図７で紙面表から裏）１９０ｍｍである。図７では、蓄電池１を２４個並べた例を示す。例えば、上下方向に６段、奥行き方向（図７で紙面表から裏）に４列並べて、計２４個の蓄電池１を並べる。蓄電池１が１個では、体積０．５７リットルである。２４個の合計体積は、約１３．６リットルである。
7 has a size of, for example, a height of 83 mm, a width of 36 mm, and a depth (from the front to the back in FIG. 7) of 190 mm. FIG. 7 shows an example in which 24
蓄熱部２２の大きさは、例えば、高さ３５ｍｍ、幅５３１ｍｍ、奥行き（図７で紙面表から裏）７８２ｍｍである。蓄熱部２２の容積は、たとえば、約１４．５リットルである。そのため、蓄熱材は最大で１４．５リットルを蓄熱部２２内に内蔵可能である。
The size of the
蓄電池熱交換用流路２４の大きさは、例えば、高さ５４０ｍｍ、幅６０ｍｍ、奥行き（図７で紙面表から裏）８００ｍｍである。蓄電池熱交換用流路２４内の容積は、たとえば、約２５．９リットルである。
The size of the storage battery
蓄電池熱交換用流路２４内には、上記約１３．６リットルの蓄電池１が設置されているので、蓄熱材が入りこめる容積としては最大で、２５．９リットルから１３．６リットルを引き算した約１２リットルである。
Since the
リザーブ部２６の大きさは、例えば、高さ３７ｍｍ、幅６０ｍｍ、奥行き（図７で紙面表から裏）９２１ｍｍである。リザーブ部２６の容積は、たとえば、約２リットルである。
The size of the
外部電源１１が正常に電力供給できている場合は、蓄熱部開閉機構２３は「閉」である。そのため、蓄熱部２２内に蓄熱材がとどまり、電子機器１２から発生する排熱が蓄熱材に蓄積される。蓄熱部２２内には、前述のように、最大で約１４．５リットルの蓄熱材に蓄熱される。
When the
蓄熱部２２と蓄電池熱交換用流路２４とは、蓄熱部開閉機構２３を介してつながっている。
The
外部電源１１に停電が発生し、蓄熱部開閉機構が「開」となると、蓄熱材は、蓄熱部２２から蓄電池熱交換用流路２４へ移動し、蓄電池熱交換用流路２４には約１２リットルの蓄熱材が充填される。蓄熱材により、蓄電池１は昇温される。
When a power failure occurs in the
蓄熱材の昇温能力が飽和状態になった場合は、リザーブ部開閉機構２５を「閉」から「開」とし、昇温能力が飽和状態になった蓄熱材の一部を、リザーブ部２６へ放出することができる。 その後、蓄熱部２２内に残留している蓄熱材を、蓄電池熱交換用流路２４に追加放出しても良い。追加放出した蓄熱材は、蓄電池１に対して昇温能力を有している。
When the temperature increase capability of the heat storage material is saturated, the reserve portion opening /
図８、図９は、電子機器収納用ラック内に収納された開示の無停電電源装置の左側面図である。電子機器収納用ラック２０の左側パネル３４を外した状態であり、電子機器収納用ラック２０内を示した図である。
8 and 9 are left side views of the disclosed uninterruptible power supply device housed in an electronic device housing rack. FIG. 2 is a diagram showing the inside of the electronic
図８、図９は、電子機器収納用ラックの正面から見て、左側に蓄電池１を設置する場合の一例を示す。
３７は電子機器収納用ラック２０の前方パネル、３８は電子機器収納用ラック２０の後方パネルである。
8 and 9 show an example of the case where the
37 is a front panel of the electronic
天井パネル３５は、電子機器収納用ラック２０内に給気した空調空気を排気する排気部２０ｂを有していることが望ましい。
The
後方パネル３８は閉鎖されるか、開口のあるパーティションによりカバーされる。
The
底面パネル３２は、床下からの空調空気を導入できるように、底面パネル３２には給気部２０ａが設けられている。給気部２０ａには開閉可能な給気部開閉機構２１を有している。開示の電子機器収納用ラック２０には、複数の無停電電源装置１０を配置しても良い。その場合、給気部開閉機構２１は、近傍の無停電電源装置１０により制御されることが好ましい。
The
図８は、給気部開閉機構２１が「開」である場合を示す。この場合は、給気部開閉機構２１は、たとえば床下からの空調空気を給気として、電子機器収納用ラック２０内に取り込む。取り込まれた給気により、蓄電池１は冷却される。
FIG. 8 shows a case where the air supply section opening /
図９は、給気部開閉機構２１が「閉」である場合を示す。この場合は、給気部開閉機構２１は、床下からの空調空気を電子機器収納用ラック２０内には取り込まない。
FIG. 9 shows a case where the air supply section opening /
図１０は、蓄電池熱交換用流路２４および蓄電池１の斜視図である。３９は、蓄熱材と接触しない面である。図１０では、蓄電池熱交換用流路２４内に蓄電池１が収納されている状態である。
FIG. 10 is a perspective view of the storage battery
前述のように、蓄電池熱交換用流路２４内の容積は、たとえば、約２５．９リットルである。
As described above, the volume in the storage battery
蓄電池熱交換用流路２４内には、上記約１３．６リットルの蓄電池１が設置されているので、蓄熱材が入りこめる容積としては最大で、２５．９リットルから１３．６リットルを引き算した約１２リットルである。
Since the
蓄電池１は、たとえば２４個の集合体である。
２４個の集合体である蓄電池１の熱容量はたとえば１１３００Ｊ／℃である。充電時は、２５℃に冷却されている。
The
The heat capacity of the
蓄熱材は、たとえば水である。
水の比熱は、ほぼ１ｃａｌ／（℃・ｇ）である。
水の密度は、１ｇ／ｃｃであるから、たとえば１２．３リットルは１２３００ｇである。
水の比熱に１２３００ｇを掛けると、水の熱容量１２３００ｃａｌ／℃が得られる。
ｃａｌをＪ（ジュール）に換算するには、４．１８４を掛ければ良い。従って、１２．３リットルの水の熱容量はＪ（ジュール）に換算して、５１５００Ｊ／℃となる。
The heat storage material is, for example, water.
The specific heat of water is approximately 1 cal / (° C. · g).
Since the density of water is 1 g / cc, for example, 12.3 liters is 12300 g.
Multiplying the specific heat of water by 12300 g gives a heat capacity of 12300 cal / ° C.
To convert cal to J (joule), multiply by 4.184. Therefore, the heat capacity of 12.3 liters of water is 51,500 J / ° C. in terms of J (joules).
蓄熱材は、蓄熱部２２において、電子機器１２の排熱を蓄熱し、４０℃となっている。
The heat storage material stores the exhaust heat of the
停電が発生し、蓄電池熱交換用流路２４に蓄熱材が放出されると、２５℃の蓄電池１と４０℃の蓄熱材が熱的に接触することになる。
When a power failure occurs and the heat storage material is discharged into the storage battery
接触前の蓄電池１の温度をＴ１、蓄電池１の熱容量をＣ１、
接触前の蓄熱材の温度をＴ２、蓄熱材の熱容量をＣ２とすると、
熱力学的平衡の観点から、接触後の両者の最終的な温度は、
Ｔ＝（Ｔ１・Ｃ１＋Ｔ２・Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。
そのため、Ｔ＝（１１３００×２５＋５１５００×４０）／（１１３００＋５１５００）
＝ ３７．３℃
となる。
The temperature of the
If the temperature of the heat storage material before contact is T2, and the heat capacity of the heat storage material is C2,
From the viewpoint of thermodynamic equilibrium, the final temperature of both after contact is
T = (T1 · C1 + T2 · C2) / (C1 + C2).
Therefore, T = (11300 × 25 + 51500 × 40) / (11300 + 51500)
= 37.3 ° C
It becomes.
蓄電池１と蓄熱材とが接触すると、蓄電池１は２５℃から３７．３℃に１２．３℃昇温し、その際、
（蓄電池１の熱容量）×（昇温温度）
＝１１３００Ｊ／℃×１２．３℃
＝１３８９９０Ｊ（ジュール）
の熱が蓄熱材から蓄電池１に移動したことになる。
When the
(Heat capacity of storage battery 1) × (temperature rise temperature)
= 11300J / ° C x 12.3 ° C
= 138990J (Joule)
Heat has moved from the heat storage material to the
一方、蓄熱材は４０℃から３７．３℃に２．７℃温度低下し、同様に１３８９９０Ｊ（ジュール）の熱が蓄熱材から蓄電池に流出したことになる。 On the other hand, the temperature of the heat storage material decreased by 2.7 ° C. from 40 ° C. to 37.3 ° C., and similarly 138990 J (joule) of heat flowed from the heat storage material to the storage battery.
蓄電池１は、図１０のように２４個並べて配置する。そのため、１個あたりに約５８００Ｊの熱が流れ込むことになる。
24
蓄電池１の形状は、例えば直方体であり、
前述のように、蓄電池１の１個の大きさは、たとえば、高さ８３ｍｍ、幅３６ｍｍ、奥行き１９０ｍｍである。
蓄電池１が蓄熱材と接触するのは、図１０に示すように、ひとつの直方体において、１面を除いて、６面中５面である。図１０において、蓄熱材と接触しない面３９のみは、蓄熱材と接触しないため、昇温に寄与しない。そのため、ひとつの蓄電池１が蓄熱材と接触する面積は、
（高さ８３ｍｍ×幅３６ｍｍ）×２面
＋ （奥行き１９０ｍｍ×幅３６ｍｍ）×２面
＋ （高さ８３ｍｍ×奥行き１９０ｍｍ）×１面
＝ ３５４２６ｍ■ ＝０．０３５■
である。
The shape of the
As described above, one size of the
As shown in FIG. 10, the
(Height 83 mm
It is.
蓄電池１の熱伝達係数は、２２０Ｗ／（℃・■）である。蓄電池１内部は液体であり、
液体の熱伝達係数は、空気（１１Ｗ／（℃・■））の２０倍と言われているためである。
The heat transfer coefficient of the
This is because the heat transfer coefficient of the liquid is said to be 20 times that of air (11 W / (° C · ■)).
以上から、熱伝達係数×接触面積×変化温度 を計算することができる。この計算結果で、前述の５８００Ｊ／個を割れば、蓄電池１が２５℃から３７．３℃に昇温するまでに要する時間が求められる。
From the above, it is possible to calculate heat transfer coefficient × contact area × change temperature. If the above-mentioned calculation result is divided by 5800 J / piece, the time required for the
５８００（Ｊ）／（熱伝達係数×接触面積×変化温度）
＝ ５８００／（２２０×０．０３５×１２．３）
＝ ６１秒
上記昇温時間の計算は、蓄電池１が１個について行った。
5800 (J) / (heat transfer coefficient × contact area × change temperature)
= 5800 / (220 × 0.035 × 12.3)
= 61 seconds The calculation of the temperature raising time was performed for one
蓄電池１を２４個として計算しても、結果は同様に６１秒となる。
Even if the calculation is performed with 24
外部電源１１に停電発生後、電子機器１２において、データ保存からシャットダウン完了まで要する時間すなわち、シャットダウン時間としては、たとえば５分から３０分程度要すると考えられる。蓄電池１の電力供給は、電子機器１２のデータ保存動作当初から供給される。そのため、停電後、約１分で蓄電池の昇温が完了するのであれば、シャットダウン時間に比べて、昇温時間は早いと言える。
It is considered that the time required from the data storage to the completion of shutdown in the
蓄熱材が水の場合を示したが、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。たとえば、アンモニア（密度０．６９４２：比熱１．１５２（４０℃にて））、イソプロピルアルコール（密度０．７８０８４：比熱０．７０９（４０℃にて））、プロピレングリコール（密度１．０３６：比熱０．５９）、エチレングリコール（密度１．１１３２：比熱０．５９９（４０℃にて））、エチルアルコール（密度０．７８９：比熱０．６４２（４０℃にて））、メチルアルコール（密度０．７９１８：比熱０．７２６（４０℃にて））、フロン１１（密度１．４７６：比熱０．２１９（４０℃にて））などでも良い。いずれも、密度の単位は（ｇ／ｃｃ）、比熱の単位は（ｃａｌ／（℃・ｇ））である。
Although the case where the heat storage material is water is shown, there is no particular limitation, and the heat storage material can be appropriately selected according to the purpose. For example, ammonia (density 0.6942: specific heat 1.152 (at 40 ° C.)), isopropyl alcohol (density 0.78084: specific heat 0.709 (at 40 ° C.)), propylene glycol (density 1.036: specific heat) 0.59), ethylene glycol (density 1.1132: specific heat 0.599 (at 40 ° C.)), ethyl alcohol (density 0.789: specific heat 0.642 (at 40 ° C.)), methyl alcohol (
水の場合と同様に、蓄電池１との接触後の最終的な温度を熱力学的平衡の観点から計算すると、たとえばアンモニアでは３６．８℃となる。また、イソプロピルアルコールでは３５．７℃、プロピレングリコールでは３６℃、エチレングリコールでは３６．３℃、エチルアルコールでは３５．５℃、メチルアルコールでは３５．９℃、フロン１１では３３．９℃となる。
As in the case of water, when the final temperature after contact with the
蓄電池１は蓄熱材にて昇温されることにより、３０℃から７０℃となることが望ましい。
It is desirable that the
上記例では、蓄熱部２２の容積を１４．５リットル、蓄電池熱交換用流路２４の容積を２５．９リットル、蓄電池全体の容積を１３．６リットルとして例示した。ただし、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、これらに限るものではない。
In the above example, the volume of the
蓄熱部容積、蓄熱部周辺部容積や、蓄熱材の選定には、上記計算にならって行うことが可能である。 The selection of the heat storage unit volume, the heat storage unit peripheral volume, and the heat storage material can be performed in accordance with the above calculation.
蓄電池の容積をＸ（リットル）、Ｘリットルの蓄電池の熱容量をＹ（Ｊ／℃）とする。 The capacity of the storage battery is X (liter), and the heat capacity of the X liter storage battery is Y (J / ° C.).
蓄電池は充電中は冷却されて、温度はａ（℃）であるとする。 It is assumed that the storage battery is cooled during charging and the temperature is a (° C.).
蓄熱部の容積をＺ（リットル）とし、蓄熱部周辺部の容積をＷ（リットル）とする。 The volume of the heat storage unit is Z (liter), and the volume of the heat storage unit periphery is W (liter).
蓄熱材の密度をｂ（ｇ／ｃｃ）として、蓄熱材の比熱をｃ（ｃａｌ／（ｇ・℃））とする。 The density of the heat storage material is b (g / cc), and the specific heat of the heat storage material is c (cal / (g · ° C.)).
蓄熱部におけるＺリットルの蓄熱材は、電子機器の排熱により昇温され、ｄ（℃）になっているとする。蓄電池の温度ａ（℃）と蓄熱材の温度ｄ（℃）との大小関係は、ｄ＞ａである。 It is assumed that the Z liter heat storage material in the heat storage unit is heated to d (° C.) due to the exhaust heat of the electronic device. The magnitude relationship between the temperature a (° C.) of the storage battery and the temperature d (° C.) of the heat storage material is d> a.
外部電源に停電が発生し、蓄熱部の蓄熱材が蓄電池熱交換用流路に移動される。 A power failure occurs in the external power supply, and the heat storage material in the heat storage section is moved to the storage battery heat exchange channel.
蓄電池熱交換用流路に入り込める蓄熱材の体積は、蓄電池熱交換用流路の容積Ｗと蓄電池の容積Ｘから、（Ｗ−Ｘ）リットルである。（Ｗ−Ｘ）リットルの蓄熱材の熱容量は、
１０００・（Ｗ−Ｘ）・ｂ・ｃ（ｃａｌ／℃）である。ｃａｌをＪ（ジュール）に換算するには、４．１８４を掛ければよい。その結果、（Ｗ−Ｘ）リットルの蓄熱材の熱容量Ｚとすると、Ｚは
Ｚ＝４１８４・（Ｗ−Ｘ）・ｂ・ｃ（Ｊ／℃） ・・・ （式１）
である。
The volume of the heat storage material that can enter the storage battery heat exchange flow path is (W−X) liters from the volume W of the storage battery heat exchange flow path and the volume X of the storage battery. The heat capacity of (W-X) liter heat storage material is
1000 · (W−X) · b · c (cal / ° C.). To convert cal to J (joule), multiply by 4.184. As a result, when the heat capacity Z of the (W−X) liter heat storage material is Z, Z = 4184 · (W−X) · b · c (J / ° C.) (Equation 1)
It is.
熱力学的平衡の観点から、蓄電池ａ（℃）と蓄熱材ｄ（℃）との接触後、最終的な温度は、式１を用いて
（ａ・Ｙ＋ｄ・Ｚ）／（Ｙ＋Ｚ） ・・・ （式２）
となる。上記例では、式２の単位は℃である。
From the viewpoint of thermodynamic equilibrium, after the contact between the storage battery a (° C.) and the heat storage material d (° C.), the final temperature is calculated using the equation (1) (a · Y + d · Z) / (Y + Z) (Formula 2)
It becomes. In the above example, the unit of
また、蓄電池１の昇温時間については、蓄電池１の熱伝達係数Ｕ（Ｗ／（℃・■））、
蓄電池１が蓄熱材と接触する面積Ｍ（■）、蓄電池１の昇温温度ΔＴ（℃）、および、蓄
電池１の熱容量Ｙ（Ｊ／℃）より求まる。
Moreover, about the temperature increase time of the
It is obtained from the area M (■) where the
Ｙ／（Ｕ・Ｍ・ΔＴ） ・・・ （式３）
となる。上記例では、式３の単位は秒である。
Y / (U · M · ΔT) (Formula 3)
It becomes. In the above example, the unit of
図１１、図１２は、電子機器収納用ラック内に収納された開示の無停電電源装置の右側面図である。電子機器収納用ラック２０の右側パネル３４を外した状態であり、電子機器収納用ラック２０内を示した図である。
11 and 12 are right side views of the disclosed uninterruptible power supply device housed in an electronic device housing rack. FIG. 3 is a diagram showing the inside of the electronic
４０は無停電電源装置内蔵ファン、４１は電子機器内蔵ファンである。
図１１は、給気部開閉機構２１が開である場合を示す。この場合は、給気部開閉機構２１は、たとえば床下からの空調空気を、給気部２０ａから給気として電子機器収納用ラック２０内に取り込む。取り込まれた給気により、蓄電池（図示無し）は冷却される。給気はその後、排気部２０ｂから排気される。
FIG. 11 shows a case where the air supply section opening /
無停電電源装置１０内には、無停電電源装置内蔵ファン４０により、ラック前方パネル側から給気を取り込む。取り込まれた給気により、無停電電源装置１０内は冷却される。無停電電源装置１０内を冷却した給気は、無停電電源装置内蔵ファン４０を経由して、電子機器収納用ラック２０の排気部２０ｂから排気される。
Air supply is taken into the
電子機器１２内には、電子機器内蔵ファン４１により、ラック前方パネル側から給気を取り込む。取り込まれた給気により、電子機器１２内は冷却される。電子機器１２内を冷却した給気は、電子機器内蔵ファン４１を経由して、電子機器収納用ラック２０の排気部２０ｂから排気される。電子機器１２の上方には、蓄熱部２２が設置されている。そのため、電子機器１２からの排熱は、蓄熱部２２に蓄熱される。
Air is taken into the
図１２は、給気部開閉機構２１が閉である場合である。この場合は、床下からの空調空気は電子機器収納用ラック２０内には取り込まれない。
FIG. 12 shows a case where the air supply unit opening /
図１３は、蓄電池放電容量の放電電流依存を表したグラフである。 FIG. 13 is a graph showing the discharge current dependence of the storage battery discharge capacity.
実験条件としては、蓄電池から放電電流０．２Ｃを放電させ、規定の電圧値に下がるまでの時間ｔを測定した。この電流０．２Ｃと時間ｔとの掛け算
０．２Ｃ×ｔ ・・・ （式４）
の値を基準の放電容量とした。
As experimental conditions, a discharge current of 0.2 C was discharged from the storage battery, and a time t until the voltage decreased to a specified voltage value was measured. Multiplication of this current 0.2C and time t 0.2C × t (Formula 4)
Was used as a reference discharge capacity.
同様に放電電流０．４Ｃ、１Ｃ、２Ｃ、３Ｃ、４Ｃ、５Ｃ、６Ｃについて、規定の電圧値まで下がるまでのそれぞれの時間を測定し、各放電電流に対する、放電容量＝（放電電流×時間）を求めた。 Similarly, for each of the discharge currents 0.4C, 1C, 2C, 3C, 4C, 5C, and 6C, the respective time until the voltage drops to the specified voltage value is measured, and the discharge capacity for each discharge current = (discharge current × time). Asked.
図１３のグラフは、縦軸を相対放電容量とし、横軸を放電電流とした。 In the graph of FIG. 13, the vertical axis represents relative discharge capacity, and the horizontal axis represents discharge current.
蓄電池の温度を、２０℃の場合と４０℃の場合との２条件にて実験を行った。 The experiment was performed under two conditions, the temperature of the storage battery being 20 ° C and 40 ° C.
図１３より、実際の実験結果では、(1) ０．２Ｃを超える大きい放電電流で蓄電池を使用すると、放電電流が大きくなるに従い、放電容量は下がってしまう。
(2) 同じ放電電流値で比較すると、蓄電池の温度は２０℃よりも４０℃のほうが、放電容量が大きい、という結果となった。
From FIG. 13, in the actual experimental results, (1) When a storage battery is used with a large discharge current exceeding 0.2 C, the discharge capacity decreases as the discharge current increases.
(2) When comparing with the same discharge current value, the result was that the storage battery temperature was larger at 40 ° C than at 20 ° C.
結果(1)より、実際の蓄電池を大きな放電電流で使用すると、本来の放電容量の性能を発揮できず、規定の蓄電池電圧値には、より早い時間で到達してしまうことを示している。すなわち、大きな放電電流で使用すると、放電容量が劣化する。 From the result (1), it is shown that when an actual storage battery is used with a large discharge current, the performance of the original discharge capacity cannot be exhibited, and the specified storage battery voltage value is reached in an earlier time. That is, when used with a large discharge current, the discharge capacity deteriorates.
また、結果(2)より、蓄電池１は２０℃よりも４０℃のほうが、相対放電容量の劣化が抑制されていることを示している。
In addition, from the result (2), it is shown that the
これらの結果より、開示の無停電電源装置の蓄電池は、放電時には昇温し、かつ、放電電流値を３Ｃを超えない範囲としたほうが、放電容量の劣化が抑制できることがわかった。 From these results, it was found that the storage battery of the disclosed uninterruptible power supply can suppress the deterioration of the discharge capacity when the temperature is increased during discharge and the discharge current value is within a range not exceeding 3C.
蓄電池は、内部抵抗が上昇すると、放電容量が劣化してしまう。そのため、昇温により内部抵抗の上昇が抑えられ、放電容量の劣化を抑制できると考えられる。 When the internal resistance of the storage battery increases, the discharge capacity deteriorates. For this reason, it is considered that an increase in internal resistance can be suppressed by increasing the temperature, and deterioration of discharge capacity can be suppressed.
図１４は、蓄電池における容量維持比のサイクル数依存性を実験にて調査した結果のグラフである。蓄電池１としては、放電容量３．５Ａｈ、体積０．５７リットル（高さ８３ｍｍ、幅３６ｍｍ、奥行き１９０ｍｍ）である。
FIG. 14 is a graph showing a result of investigating the cycle number dependency of the capacity maintenance ratio in the storage battery. The
サイクル条件として、充電は、１Ｃの相当する電流値を用い、４．２Ｖに達するまで行った。放電は、１Ｃに相当する電流値を用い、３．０Ｖに達するまでとした。サイクル回数は、１回、１３０回、２３０回、３００回、４００回、５００回とし、サイクル回数は５００回まで行った。各サイクルでの放電容量を調査した。
ここで、容量維持比は、１サイクル目を基準とし、
容量維持比 ＝（測定時サイクル回数の放電容量／１サイクル目の放電容量）
である。
As a cycle condition, charging was performed using a current value corresponding to 1 C until 4.2V was reached. Discharging was carried out using a current value corresponding to 1 C until reaching 3.0V. The number of cycles was 1, 130, 230, 300, 400, and 500, and the number of cycles was up to 500. The discharge capacity in each cycle was investigated.
Here, the capacity maintenance ratio is based on the first cycle,
Capacity maintenance ratio = (discharge capacity of the number of cycles during measurement / discharge capacity of the first cycle)
It is.
蓄電池１を２５℃に保った状態と、４５℃に保った状態との２種類について、調査を実施した。
Investigation was carried out for two types, a state where the
図１４のグラフは、縦軸を容量維持比とし、横軸をサイクル数としてプロットした。 In the graph of FIG. 14, the vertical axis represents the capacity maintenance ratio, and the horizontal axis represents the number of cycles.
図１４より、サイクル数が増えるほど、容量維持比が減少していくことがわかった。また、蓄電池の温度は、４５℃よりも２５℃でのサイクル実験のほうが、容量維持比の減少の度合いが小さいことがわかった。 FIG. 14 shows that the capacity maintenance ratio decreases as the number of cycles increases. In addition, it was found that the degree of decrease in the capacity maintenance ratio was smaller in the cycle experiment at 25 ° C. than at 45 ° C.
図１３の結果より、放電時では蓄電池が昇温されているほうが、放電容量の劣化を抑制できることがわかっている。そのため、図１４の実験でも、サイクルの放電のみを考慮すると、４５℃の方が有利と予想される。 From the result of FIG. 13, it is known that the discharge battery can be prevented from deteriorating when the temperature of the storage battery is raised during discharging. Therefore, in the experiment of FIG. 14 as well, it is expected that 45 ° C. is more advantageous in consideration of only cycle discharge.
しかしながら、２５℃でのサイクルの方が容量維持率の劣化を抑制できた。すなわち、開示の無停電電源装置の蓄電池は、充電時では昇温されているよりも、冷却されているほうが、電池寿命が長くなることがわかった。 However, the cycle at 25 ° C. could suppress the deterioration of the capacity retention rate. That is, it was found that the battery life of the disclosed uninterruptible power supply is longer when it is cooled than when it is heated during charging.
蓄電池は、蓄電池内に不要な反応が発生すると、電池寿命を短縮してしまう。そのため、充電時の蓄電池は冷却することにより、不要な反応が抑制され、蓄電池寿命の延伸となっていると考えられる。 When an unnecessary reaction occurs in the storage battery, the storage battery shortens the battery life. Therefore, it is considered that by cooling the storage battery at the time of charging, unnecessary reactions are suppressed and the life of the storage battery is extended.
開示の無停電電源装置を、種々の電子機器と組合せて、情報処理システムを構築することも可能である。 It is also possible to construct an information processing system by combining the disclosed uninterruptible power supply device with various electronic devices.
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. It can be changed.
１ 蓄電池、
１ａ 充電信号線、
１ｂ 放電信号線、
２ ＡＣ／ＤＣコンバータ、
３ ＤＣ／ＡＣコンバータ、
３ａ 電力供給用導線、
４ 充電回路、
４ａ 充電回路用信号線、
５ 放電回路、
５ａ 放電回路用信号線、
６ 制御モジュール、
７ 通信制御部、
７ａ 通信制御用信号線
８ 表示部、
８ａ 表示用信号線、
９ 電子回路ユニット、
１０ 無停電電源装置、
１０−１ 無停電電源装置制御部、
１０ａ 無停電電源装置用取っ手
１１ 外部電源、
１１ａ 外部電源供給用導線、
１２ 電子機器、
１２ａ 電子機器用信号線、
１２ｂ 電子機器用取っ手
２０ 電子機器収納用ラック、
２０ａ 給気部、
２０ｂ 排気部、
２１ 給気部開閉機構、
２１ａ 給気部開閉信号線、
２２ 蓄熱部、
２２ａ 蓄熱材保持量監視信号線、
２３ 蓄熱部開閉機構、
２３ａ 蓄熱部開閉信号線、
２４ 蓄電池熱交換用流路、
２５ リザーブ部開閉機構、
２５ａ リザーブ部開閉信号線、
２６ リザーブ部、
２７ 循環流路開閉機構、
２７ａ 循環流路開閉信号線、
２８ 循環流路、
２９ 循環ポンプ、
２９ａ 循環ポンプ用信号線、
３０ 床、
３１ ラック用キャスター、
３１ａ キャスター用カバー
３２ ラックの底面パネル、
３３ ラックの右側パネル、
３４ ラックの左側パネル、
３５ ラックの天井パネル、
３６ 仕切り板、
３７ ラックの前方パネル、
３８ ラックの後方パネル、
３９ 蓄熱材と接触しない面
４０ 無停電電源装置内蔵ファン
４１ 電子機器内蔵ファン
1 storage battery,
1a charging signal line,
1b Discharge signal line,
2 AC / DC converter,
3 DC / AC converter,
3a Lead wire for power supply,
4 Charging circuit,
4a Signal line for charging circuit,
5 Discharge circuit,
5a Signal line for discharge circuit,
6 Control module,
7 Communication control unit,
7a Signal line for
8a signal line for display,
9 Electronic circuit unit,
10 Uninterruptible power supply,
10-1 Uninterruptible power supply control unit,
10a Uninterruptible power supply handle 11 External power supply,
11a Conductor for supplying external power,
12 Electronic equipment,
12a Signal line for electronic equipment,
12b Electronic device handle 20 Electronic device storage rack,
20a Air supply part,
20b exhaust part,
21 air supply part opening and closing mechanism,
21a Air supply part opening / closing signal line,
22 heat storage section,
22a Heat storage material retention amount monitoring signal line,
23 heat storage section opening and closing mechanism,
23a Heat storage section open / close signal line,
24 storage battery heat exchange channel,
25 Reserve opening / closing mechanism,
25a Reserved section open / close signal line,
26 Reserve section,
27 Circulation channel opening / closing mechanism,
27a Circulation channel open / close signal line,
28 circulation channels,
29 Circulation pump,
29a Signal line for circulation pump,
30 floors,
31 rack casters,
33 Rack right side panel,
34 Rack left panel,
35 rack ceiling panels,
36 dividers,
37 Rack front panel,
38 rear panel of the rack,
39 Surface not in contact with
Claims (7)
前記蓄電池を冷却する冷却手段と、
前記蓄電池を昇温する昇温手段と、
前記蓄電池の充電と放電との切替、および、前記冷却手段と前記昇温手段との稼動切替を行う制御部と
を有する
ことを特徴とする無停電電源装置。
A storage battery,
Cooling means for cooling the storage battery;
A temperature raising means for raising the temperature of the storage battery;
An uninterruptible power supply apparatus comprising: a control unit that performs switching between charging and discharging of the storage battery and switching between operation of the cooling unit and the temperature raising unit.
前記蓄電池が充電される場合は、前記冷却手段稼動に切り替え、
前記蓄電池が放電される場合は、前記昇温手段稼動に切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
The controller is
When the storage battery is charged, switch to the cooling means operation,
The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein when the storage battery is discharged, the temperature raising unit is switched to operation.
蓄熱部と、
前記蓄熱部内に備えられ、前記電子機器からの排熱を蓄熱する蓄熱材と
を備える
ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の無停電電源装置。
The temperature raising means is
A heat storage unit;
The uninterruptible power supply according to claim 1, further comprising: a heat storage material that is provided in the heat storage unit and stores exhaust heat from the electronic device.
前記蓄熱材と前記蓄電池とが熱的に接触して昇温される
ことを特徴とする請求項３に記載の無停電電源装置。
The temperature raising means is
The uninterruptible power supply according to claim 3, wherein the temperature of the heat storage material and the storage battery is increased by thermal contact.
水、アンモニア、イソプロピルアルコール、プロピレングリコール、エチレングリコール、エチルアルコール、メチルアルコール、フロン１１のいずれかである
ことを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の無停電電源装置。
The heat storage material is
5. The uninterruptible power supply according to claim 3, which is any one of water, ammonia, isopropyl alcohol, propylene glycol, ethylene glycol, ethyl alcohol, methyl alcohol, and Freon 11.
前記蓄電池は、接続された前記電子機器に電力を供給する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
A shutdown signal is given from the control unit to the electronic device,
The uninterruptible power supply according to any one of claims 1 to 5, wherein the storage battery supplies power to the connected electronic device.
前記電子機器に接続された蓄電池と、
前記蓄電池を冷却する冷却手段と、
前記蓄電池を昇温する昇温手段と、
前記蓄電池の充電と放電との切替、および、前記冷却手段と前記昇温手段との稼動切替を行う制御部と
を備えることを特徴とする情報処理システム。
Electronic equipment,
A storage battery connected to the electronic device;
Cooling means for cooling the storage battery;
A temperature raising means for raising the temperature of the storage battery;
An information processing system comprising: a control unit that performs switching between charging and discharging of the storage battery and switching between operation of the cooling unit and the temperature raising unit.
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- 2011-02-24 JP JP2011037921A patent/JP2012175874A/en not_active Withdrawn
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