JP2023085805A - 空調装置及び空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】 水素ガス等の燃料ガスを用いた空調装置の一例を開示する。【解決手段】 非常用空調装置２０は、燃料ガスを用いて発電する発電機２１と、燃料ガスを減圧して発電機２１に供給する減圧器２２と、減圧器２２にて減圧された燃料ガスと室内に供給する空気とを熱交換し、当該空気を冷却する冷却器２３と、発電機２１の発電時に発生する熱と室内に供給する空気とを熱交換し、当該空気を加熱する加熱器２４とを備える。これにより、当該非常用空調装置２０では、発電時に利用する燃料ガスを用いて空調風を生成することが可能となる。【選択図】 図１

Description

本開示は、空調装置及び空調システムに関する。

例えば、特許文献１に記載の発明では、高圧の水素ガスを減圧して燃料電池に供給し、当該燃料電池にて発電するとともに、熱交換を終えた媒体を調圧機構の減圧機構部により冷却している。

特開２０２０－１２３５１０号公報

本開示は、水素ガス等の燃料ガスを用いた空調装置の一例を開示する。

室内に供給する空気の温度を調整する空調装置は、例えば、以下の構成要件のうち少なくとも１つを備えることが望ましい。すなわち、当該構成要件は、燃料ガスを用いて発電する発電機（２１）と、燃料ガスを減圧して発電機（２１）に供給する減圧器（２２）と、減圧器（２２）にて減圧された燃料ガスと室内に供給する空気とを熱交換し、当該空気を冷却する冷却器（２３）と、発電機（２１）の発電時に発生する熱と室内に供給する空気とを熱交換し、当該空気を加熱する加熱器（２４）とである。

これにより、当該空調装置では、発電時に利用する燃料ガスを用いて空調風を生成することが可能となる。

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されない。

第１実施形態に係る空調システムを示す図である。 第２実施形態に係る空調システムを示す図である。

以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。

少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「１つの」等の断りがない場合には、当該部材は２以上設けられていてもよい。本開示に示された空調システムは、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素、並びに図示された構造部位を備える。

（第１実施形態）
＜１．空調システムの構成＞
本実施形態は、通信機器室やサーバ室等（以下、サーバ室という。）の空調を行う空調システムに本開示を適用したものである。なお、サーバ室には、少なくとも１台の情報通信技術用機器等が設置されている。

すなわち、図１に示される空調システム１は、サーバ室内の供給する空気の温度を調整する。当該空調システム１は、常用空調装置１０及び非常用空調装置２０等を備えて構成されている。

＜常用空調装置＞
常用空調装置１０は、電力が供給されているときに稼働する空調装置である。具体的には、常用空調装置１０は、電動圧縮機１１にて稼働する蒸気圧縮式冷凍機にて構成された空調装置である。

すなわち、常用空調装置１０は、電動圧縮機１１、放熱器１２、減圧器１３、蒸発器１４及び送風ファン１６等を少なくとも備える。なお、本実施形態では、電動圧縮機１１の吸入側に気液分離器１５が設けられている。

電動圧縮機１１は、電動機（図示せず。）によって駆動される圧縮機であって、蒸発器１４から流出した低圧の気相冷媒を圧縮する。放熱器１２は、電動圧縮機１１から吐出されて温度が上昇した高圧冷媒を冷却する。なお、本実施形態に係る放熱器１２では、冷却された冷媒は、凝縮（液化）する。

減圧器１３は、放熱器１２から流出した冷媒を減圧する。蒸発器１４は、減圧器１３にて減圧された液相の冷媒を蒸発させて冷凍能力、つまり冷熱を生成する。具体的には、蒸発器１４は、サーバ室に供給される空気と当該冷媒とを熱交換し、当該空気を冷却する熱交換器である。

送風ファン１６は、蒸発器１４を通過する気流を発生させる電動式の送風機である。気液分離器１５は、電動圧縮機１１の回転数が小さい場合やその他の蒸発器１４での熱負荷が小さい場合に余剰冷媒を液相冷媒として蓄える。

＜２．非常用空調装置＞
非常用空調装置２０は、電力の供給が停止したとき、つまり停電時に稼働する空調装置である。なお、常用空調装置１０は、停電時に空調風をサーバ室に供給できない。空調風とは、温度が調整された空気をいう。

＜２．１ 非常用空調装置の構成＞
非常用空調装置２０は、発電機２１、減圧器２２、冷却器２３、加熱器２４及び送風ファン２５等を少なくとも備える。発電機２１は、燃料ガスを用いて発電する発電機である。本実施形態に係る発電機２１は、水素と酸素との化学反応を利用して発電する燃料電池である。

したがって、本実施形態に係る燃料ガスは、水素ガスである。なお、発電機２１にて発電された電力は、バッテリ（図示せず。）等に供給される。当該バッテリは、停電時に情報通信技術用機器等に電力を供給する。

燃料ガスは、燃料貯蔵タンク２７に蓄えられている。燃料貯蔵タンク２７には、水素ガスが高圧（例えば、約７０ＭＰａ）にて充填されている。このため、本実施形態に係る燃料貯蔵タンク２７は、複数の高圧ガス容器にて構成されている。

減圧器２２は、燃料ガスを減圧して発電機２１に供給する。本実施形態に係る減圧器２２は、膨張タービンにて構成されている。そして、当該膨張タービンにて取り出された回転力により送風ファン２５が駆動される。送風ファン２５は、室内に空調風を送風する送風機である。なお、膨張タービンから出力される回転力は、減速機（図示せず。）に減速されて送風ファン２５に伝達される。

冷却器２３は、減圧器２２にて減圧されて低温になった燃料ガスと室内に供給する空気とを熱交換し、当該空気を冷却する熱交換器である。加熱器２４は、発電機２１の発電時に発生する廃熱と室内に供給する空気とを熱交換し、当該空気を加熱する熱交換器である。

なお、発電時に発生する廃熱は、水等の熱媒体（以下、廃熱水という。）に吸熱される。そして、当該廃熱水が加熱器２４と発電機２１との間を循環することにより、廃熱が加熱器２４に供給される。

このため、非常用空調装置２０は、二方弁２６を備える。二方弁２６は、廃熱水の循環流量を調節するための電動式の流量調整弁である。当該二方弁２６は、制御部（図示せず。）により制御される。

制御部は、例えば、空調風の温度が予め決められた温度となるように、二方弁２６の開度又は廃熱水を循環させる電動ポンプ（図示せず。）を制御する。なお、二方弁２６、電動ポンプ及び制御部には、図示しないバッテリから電力が供給される。

なお、加熱器２４は冷却器２３より上流側に配置されている。つまり、加熱器２４にて加熱された空気は、その後に冷却器２３により冷却されてサーバ室に供給される。これは、サーバ室に供給される空調風が過度に除湿されることを防ぐためである。

＜３．本実施形態に係る空調システムの特徴＞
非常用空調装置２０は、発電時に利用する燃料ガスを用いて空調風を生成することが可能であるので、停電時のサーバ室温内の温度が過度に上昇することを抑制でき得るとともに、非常用発電機への投資を抑制でき得る。

（第２実施形態）
上述の実施形態に係る減圧器２２は、膨張タービンにて構成されていた。これに対して、本実施形態に係る減圧器２２は、膨張弁等の可変バルブ又はキャピラリーチューブ等の固定絞りにて構成されている。

本実施形態に係る送風ファン２５は、電動ファンである。当該電動ファンには、バッテリ（図示せず。）から電力が供給される。なお、上述の実施形態と同一の構成要件等は、上述の実施形態と同一の符号が付されている。

（その他の実施形態）
上述の実施形態は、サーバ室の空調を行う空調システムに本開示が適用されたものであった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、オフィスビル等の空調システムにも適用可能である。同様に、発電機２１にて発電された電力が情報通信技術用機器以外の電気機器に供給される構成であってもよい。

上述の実施形態に係る二方弁２６は、制御部にて制御される電動弁であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、温度を感知するサーモスタット等により弁開度を機械的に調整する非電動式の感温弁であってもよい。

上述の実施形態に係る空調システムは、常用空調装置１０及び非常用空調装置２０を備えていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、非常用空調装置２０のみを備え、当該非常用空調装置２０を常用空調装置としても利用してもよい。

上述の実施形態に係る発電機２１は、燃料電池であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、ガスタービンエンジンやロータリエンジン等の熱機関にて稼働する発電機であってもよい。なお、熱機関を用いた発電の場合には、燃料ガスとして、水素ガス、又は水素ガス以外の可燃性ガス（例えば、プロパンガスや天然ガス等）を用いてもよい。

上述の実施形態では、燃料貯蔵タンクに気体の燃料ガスが充填されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、液化された燃料ガス（例えば、液体水素、ＬＰＧやＬＮＧ等）が燃料貯蔵タンクに充填された構成、又は燃料ガスがガス管等にて非常用空調装置２０に供給される構成であってもよい。

上述の実施形態では、加熱器２４が冷却器２３より上流側に配置されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、冷却器２３が加熱器２４より上流側に配置された構成であってもよい。

上述の第１実施形態では、減圧器２２をなす膨張タービンにて送風ファン２５が駆動される構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、減圧器２２が膨張器で構成され、かつ、送風ファン２５が電動式である構成であってもよい。

上述の実施形態では、送風ファン２５、二方弁２６、電動ポンプ及び制御部にはバッテリから電力が供給された。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、発電機２１で発電された電力が供給される構成であってもよい。

上述の実施形態では、電動式の送風ファン２５、及び電動ポンプが用いられた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、発電機２１がエンジンである場合には、送風ファン２５及び電動ポンプが当該エンジンから駆動力を得て稼働する構成であってもよい。

上述の実施形態に係る常用空調装置１０は蒸気圧縮式冷凍機にて構成されていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、吸収式又は吸着式冷凍機にて常用空調装置が構成されていてもよい。

上述の実施形態では、発電機２１で発生した廃熱を電動ポンプにて加熱器２４に移動させた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、ヒートパイプを利用して廃熱を加熱器２４に移動させる構成、又は発電機２１に放熱フィンを設け、当該放熱フィンを加熱器として利用する構成であってもよい。

さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成であってもよい。

１… 空調システム １０…常用空調装置 ２０… 非常用空調装置
２１… 発電機 ２２…減圧器 ２３… 冷却器
２４… 加熱器 ２５…送風ファン ２６… 二方弁
２７… 燃料貯蔵タンク

Claims (3)

1. 室内に供給する空気の温度を調整する空調装置において、
   燃料ガスを用いて発電する発電機と、
   燃料ガスを減圧して前記発電機に供給する減圧器と、
   前記減圧器にて減圧された燃料ガスと室内に供給する空気とを熱交換し、当該空気を冷却する冷却器と、
   前記発電機の発電時に発生する熱と室内に供給する空気とを熱交換し、当該空気を加熱する加熱器と
   を備える空調装置。
2. 前記減圧器は、膨張タービンであり、
   さらに、前記膨張タービンにより駆動される送風ファンを備える請求項１に記載の空調装置。
3. 室内に供給する空気の温度を調整する空調システムにおいて、
   電動圧縮機にて稼働する蒸気圧縮式冷凍機にて構成された常用空調装置と、
   請求項１又は２に記載の空調装置にて構成された非常用空調装置と
   を備える空調システム。

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