JP6466716B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池を電源とする電源部から電力の供給を受けた場合も運転可能な空調装置に関する。

例えば、特許文献１に記載の発明では、蓄電池の電力残量に応じて空調装置の作動モードを変更して消費電力を小さくしている。

ＷＯ２０１１／０６５４９６号

多数の情報処理装置（ＩＣＴ装置）が設置されたサーバ室に電力を供給する電源装置は、交流電源（商用電源）の停電に備えて蓄電池を有している。つまり、当該電源装置（以下、無停電電源装置ともいう。）は、交流電源が停電した場合には、蓄電池から電力を供給することにより、情報処理装置が停止することを抑制する。

情報処理装置が稼働しているときには、サーバ室用の空調装置を稼働させてサーバ室内の温度を予め設定された温度範囲に維持する必要がある。このため、交流電源が停電した場合には、無停電電源装置は空調装置にも電力を供給する必要がある。

無停電電源装置から電力を供給する方式として、直流電力を供給する方式と交流電力を供給する方式とがある。例えば、直流電力を供給する方式では、電力変換（交流から直流への変換、又は直流から交流への変換）の回数が、交流電力を供給する方式に比べて、少ないため、電力変換ロスが少ないという特長がある。このため、直流電力を供給する無停電電源装置を備えたサーバ室の実用化が試行されている。

本発明は、上記点に鑑み、蓄電池から直流電力の供給を受けて稼働可能な空調装置において、直流電力供給に対応した空調装置を提供することを目的とする。

蓄電池から電力供給が開始されると、時間経過に応じて蓄電池の出力電圧が低下する。このとき仮に、空調装置で必要とされる電力が低下しない場合、つまり空調装置で必要な電力が一定又は上昇変化する場合には、蓄電池から供給される電流値が出力電圧の低下に応じて上昇する。

このため、送電線の線径を決定する際には、蓄電池の出力電圧低下を考慮した線径、つまり、太い線径の送電線を採用する必要があるので、構築費用が増加してしまう。さらに、空調機の保護のため、設置される遮断器等の安全装置の容量についても、上昇する電流値を考慮して決定する必要があり、構築費用が増加してしまう。

そこで、本願では、直流電力を供給する第１電源部（１１）、及び蓄電池（１２Ａ）を電源として直流電力を供給する第２電源部（１２）を有する電源装置から電力の供給を受けて稼働する空調装置において、室内に吹き出す空気の温度を調節する室内空調機（５）であって、少なくとも第１室内機（５Ａ）及び第２室内機（５Ｂ）を有する室内空調機（５）と、第２電源部（１２）から室内空調機に電力の供給がされたときに作動する第１制御部（３０）であって、第１室内機（５Ａ）及び第２室内機（５Ｂ）それぞれに供給される電流値を予め設定された制限電流値以下に制御する抑制モードを有する第１制御部（３０）と、第１室内機（５Ａ）において抑制モードが実行され、かつ、第１室内機（５Ａ）において空調能力が不足したときに作動する第２制御部（３０）であって、第２室内機（５Ｂ）において抑制モードが実行されていない場合に第２室内機（５Ｂ）の空調能力を増大させる第２制御部（３０）とを備える。

これにより、第２電源部（１２）、つまり蓄電池（１２Ａ）から供給される電流値を制限電流値以下に抑制することが可能となるので、線径の大きい送電線の採用を抑制でき得る。

ところで、抑制モードが実行されると、空調能力が低下し、空調能力が不足してしまう可能性がある。特に、サーバ室等の情報処理装置が設置された室内において、空調能力が低下すると、サーバ室に設置された情報処理装置に不具合が発生するおそれが高まる。

これに対して、本願では、第１室内機（５Ａ）において抑制モードが実行され、かつ、第１室内機（５Ａ）において空調能力が不足した場合であって、第２室内機（５Ｂ）において抑制モードが実行されていない場合には、第２室内機（５Ｂ）の空調能力を増大させるので、室内空調機（５）の空調能力が大きく低下することを抑制できる。

つまり、本願に係る空調装置をサーバ室に適用すれば、商標電源に停電が発生した場合であっても、サーバ室に設置された情報処理装置に不具合が発生することを抑制できる。
なお、補完モードの実行時においては、第２室内機（５Ｂ）にて抑制モードが実行されるまで第２室内機（５Ｂ）の空調能力を増大させることが可能な構成とすることが望ましい。これにより、蓄電池（１２Ａ）から供給される電流値を確実に制限電流値以下に抑制しながら、空調能力が大きく低下することを抑制でき得る。

因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。

サーバ室用の電源装置の概要を示す図である。 空調装置の概要を示す図である。 空調装置の概要を示す図である。 空調装置の制御系を示すブロック図である。 電流値と出力電圧との関係を示すグラフである。 経過時間と電流値との関係を示すグラフである。 空調装置の制御を示すフローチャートである。 サーバ室用の電源装置の概要を示す図である。

以下に説明する「発明の実施形態」は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手段や構造等に限定されるものではない。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。

（第１実施形態）
本実施形態は、サーバ室や通信機器室等の空調を行う空調装置に本発明を適用したものである。すなわち、本実施形態に係る空調装置は、情報通信技術用機器（以下、ＩＣＴ機器という。）及び電源装置等の発熱機器が設置された室内の空調を行う。

１．電源装置の概要
図１に示すように、ＩＣＴ機器１及び空調装置２０は電源装置１０から直流電力の供給を受ける。電源装置１０は、少なくとも第１電源部１１及び第２電源部１２を有して構成されている。

第１電源部１１は交流電源１１Ａから電力の供給を受けて直流電力を供給する。具体的には、第１電源部１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ（図示せず。）により交流を直流に変換するとともに、所定の直流電圧（例えば、３８０Ｖ）を出力する。

第２電源部１２は蓄電池１２Ａを電源として直流電力を供給する。蓄電池１２Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の昇圧器を用いることなく、上記した所定の直流電圧を出力可能な構成となっている。

電源切替部１３は、交流電源１１Ａ、つまり第１電源部１１から電力供給がされているときには、当該直流電力を蓄電池１２Ａ、並びにサーバ室（ＩＣＴ機器１及び空調装置２０等）に供給する。これにより、蓄電池１２Ａが充電されながらサーバ室に電力が供給される。

そして、電源切替部１３は、交流電源１１Ａからの電力供給が停止したとき、つまり商用電源が停電したときには、サーバ室への電力供給を第１電源部１１から第２電源部１２に切り替える。これにより、停電が発生したときであってもサーバ室に電力を供給し続けることができる。

２．空調装置
２．１ 空調装置の概略構成
図２に示すように、サーバ室には複数のＩＣＴ機器１が設置されている。それらのＩＣＴ機器１は、ラック３に組み付けられた状態でデータセンタ室等の室内に設置される。ラック３は、金属製の棚枠及び柱壁等を組み合わせた枠状の収納棚にて構成されている。

図３に示すように、ラック３を挟んで一方には、冷風が供給される冷風通路（コールドアイル）３Ａが設けられている。冷風は、図２に示すように、冷風通路３Ａの床下に設けられたダクト空間３Ｃからラック３側に供給された後、床に設けられた複数の冷風吹出口（図示せず。）から冷風通路３Ａに供給される。

なお、ラック３を挟んで冷風通路３Ａと反対側の通路３Ｂ（図３参照）には、冷風吹出口が設けられていない。このため、当該通路３Ｂには、冷風通路３ＡからＩＣＴ機器１に供給された空気であって、ＩＣＴ機器１との熱交換を終えて温度が上昇した空気が流通する。つまり、通路３Ｂは、加熱された空気（温風）が流通する温風通路（ホットアイル）となる。

サーバ室内には室内空調機５が設置されている。室内空調機５は、室内に吹き出す空気の温度を調節する。本実施形態に係る室内空調機５は、室内の上方側から空気を吸い込んで当該空気を冷却するとともに、その空気を冷却風として、ダクト空間３Ｃ及び冷風通路３Ａを介してＩＣＴ機器１に供給する。

室内空調機５は、少なくとも第１室内機５Ａ及び第２室内機５Ｂを有して構成されている。なお、第１室内機５Ａ及び第２室内機５Ｂは、室外に配設された室外機（図示せず。）と共に蒸気圧縮式冷凍機を構成する。

第１室内機５Ａ及び第２室内機５Ｂ内には、図４に示すように、膨張弁（図示せず）、蒸発器（図示せず）、圧縮機Ｃｐ及び送風機Ｆａ等が収納されている。そして、少なくとも圧縮機Ｃｐ及び送風機Ｆａは、電源装置１０から電力の供給を受けて稼働する。室外機には凝縮器等の放熱器（図示せず。）が収納されている。

なお、本実施形態では、２台の室内機５Ａ、５Ｂにより室内空調機５を構成しているが、本願発明に係る室内空調機５を構成する室内機の台数は２台に限定されるものではない。すなわち、室内機の台数は、ＩＣＴ機器１の台数等によって推定される室内で発生する総熱量に応じた台数である。

２．２ 空調装置の制御
＜制御部の構成＞
第１室内機５Ａ及び第２室内機５Ｂそれぞれは、冷却を担当すべきＩＣＴ機器１が予め設定されている。具体的には、図３に示すように、第１室内機５Ａは、主にラック３１に設置されたＩＣＴ機器１の冷却を担当する。第２室内機５Ｂは、主にラック３２に設置されたＩＣＴ機器１の冷却を担当する。

図４に示すように、第１自律制御部３１は、第１室内機５Ａの圧縮機Ｃｐ及び送風機Ｆａ等の作動を制御する。第２自律制御部３２は、第２室内機５Ｂの圧縮機Ｃｐ及び送風機Ｆａ等の作動を制御する。

各自律制御部３１、３２は、第１空気温度センサＳ１及び第２空気温度センサＳ２から出力される信号が入力されている。各第１空気温度センサＳ１は、各室内機５Ａ、５Ｂに吸い込まれる空気の温度（以下、吸込温度という。）を示す信号を出力する。

第２空気温度センサＳ２は、各室内機５Ａ、５Ｂから室内に供給される空気の温度（以下、吹出温度という。）を示す信号を出力する。そして、各自律制御部３１、３２は、吸込温度と吹出温度との温度差が予め設定された温度差範囲となるように各圧縮機Ｃｐ及び送風機Ｆａ等の作動を自律的に制御する。

なお、「自律的に制御する」とは、例えば「第１自律制御部３１は、第２室内機５Ｂの吸込温度及び吹出温度を考慮することなく、第１室内機５Ａの吸込温度及び吹出温度を考慮して圧縮機Ｃｐ等の作動を制御すること」等をいう。

統合制御装置３０は各自律制御部３１、３２の作動を制御する。統合制御装置３０には、第１電流計ＡＭ１及び第２電流計ＡＭ２の出力信号、並びに各空気温度センサＳ１、Ｓ２の出力信号が入力されている。

第１電流計ＡＭ１は、第１室内機５Ａに供給されている電流値（以下、第１供給電流値という。）を示す信号を出力する。第２電流計ＡＭ２は、第２室内機５Ｂに供給されている電流値（以下、第２供給電流値という。）を示す信号を出力する。なお、各空気温度センサＳ１、Ｓ２の出力信号は、各自律制御部３１、３２を介して統合制御装置３０に入力される。

統合制御装置３０及び各自律制御部３１、３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するコンピュータにて構成された制御部である。これら制御部３０〜３２の制御作動を実行するためのプログラムは、各制御部３０〜３２に設けられたＲＯＭ等の不揮発性記憶部に記憶されている。

＜制御の概要＞
Ａ．「抑制モード」
統合制御装置３０は、第１室内機５Ａ及び第２室内機５Ｂそれぞれを抑制モードにて制御する第１制御部を有する。なお、本実施形態に係る第１制御部は、統合制御装置３０等の不揮発性記憶部に記憶されたプログラム（ソフトウェア）により実現される。

抑制モードは、「第２電源部１２から電力が供給された場合に、第１室内機５Ａ及び第２室内機５Ｂそれぞれに供給される電流値を予め設定された制限電流値以下に制御する制御モード」であって、室内機５Ａ、５Ｂ毎に独立して実行される制御モードである。なお、以下、第１室内機５Ａ及び第２室内機５Ｂを総称するときは、室内空調機５という。

つまり、商用電源が停電したときには、サーバ室（ＩＣＴ機器１及び室内空調機５等）への電力供給は、第１電源部１１による電力供給から第２電源部１２による電力供給に切り替えられる。

仮に、室内空調機５の熱負荷が一定の場合には、室内空調機５で必要とされる電力（以下、必要電力という。）も一定となる。このため、必要電力が一定の場合には、第２電源部１２から供給される電流値と出力電圧との関係は、図５に示すように、「出力電圧が低くなるほど電流値が大きくなる」関係となる。

したがって、図６に示すように、第２電源部１２による電力供給が開始されると、出力電圧の低下に応じて電流値が大きくなる。そして、電流値が制限電流値まで上昇した場合には、統合制御装置３０は、電流値が制限電流値まで上昇した室内空調機５の自律制御部に対して、当該室内空調機５の空調能力を低下させる指令（抑制モード指令）を発する。

これにより、抑制モード指令を受けた室内空調機５の自律制御部は、圧縮機Ｃｐの回転数を低下させる、圧縮機Ｃｐを停止させる、送風機Ｆａの回転数を低下させる、及び送風機Ｆａを停止させる等の制御のうち少なくとも１つの制御を実施することにより、電流値を制限電流値以下とする。

なお、停電が解消した場合や熱負荷が低下して必要電力が低下した場合等、抑制モードを実行する必要がない状態になったときには、統合制御装置３０は、抑制モード指令を解除する指令を室内空調機５に発する。

Ｂ．補完モード
統合制御装置３０は、補完モードを実行するための第２制御部を有している。なお、本実施形態に係る第２制御部は、統合制御装置３０等の不揮発性記憶部に記憶されたプログラム（ソフトウェア）により実現される。

補完モードとは、例えば、第１室内機５Ａにおいて抑制モードが実行され、かつ、第１室内機５Ａにおいて空調能力が不足したとき、第２室内機５Ｂにおいて抑制モードが実行されていない場合に第２室内機５Ｂの空調能力を増大させる制御モードである。

同様に、第２制御部は、第２室内機５Ｂにおいて抑制モードが実行され、かつ、第２室内機５Ｂにおいて空調能力が不足したとき、第１室内機５Ａにおいて抑制モードが実行されていない場合に第１室内機５Ａの空調能力を増大させる。

つまり、補完モードとは、第１室内機５Ａ及び第２室内機５Ｂのうちいずれか一方の室内機で抑制モードが実行され、かつ、他方の室内機で抑制モードが実行されていない場合において、抑制モードが実行されている室内機の空調能力が不足したときに、抑制モードが実行されていない室内機の空調能力を増大させる制御モードである。

そして、補完モードの実行時においては、統合制御装置３０は、抑制モードが実行されていない室内機にて抑制モードが実行されるまで空調能力を増大させる。つまり、例えば、第１室内機５Ａにて抑制モードが実行され、かつ、第２室内機５Ｂで抑制モードが実行されていないときには、統合制御装置３０は、第２室内機５Ｂにて抑制モードが実行されるまで、第２室内機５Ｂの空調能力を増大させる。

＜制御の詳細＞
図７は、統合制御装置３０で実行される制御を示すフローチャートである。空調装置２０が起動されると、当該制御を実行するためのプログラムがＲＯＭ等から読み込まれてＣＰＵで実行される。

そして、空調装置２０が起動されると、先ず、制限電流値を超えた電流値がいずれかの室内機に供給されたか否かが判定される（Ｓ１）。制限電流値を超えた電流値が供給された室内機（以下、抑制対象機という。）が存在する場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、当該室内機に対して抑制モード指令が発せられる（Ｓ１０）。抑制対象機が存在しない場合には（Ｓ１：ＮＯ）、再び、Ｓ１が実行される。

抑制モード指令が発せられると（Ｓ１０）、抑制対象機の空調能力は必要空調能力未満であるか否か判定される（Ｓ２０）。なお、本実施形態では、吸込温度と吹出温度との温度差が上記した温度差範囲の上限を超えた状態が予め設定された時間以上継続している場合には、空調能力は必要空調能力未満であると判定される。

そして、抑制対象機の空調能力は必要空調能力未満であると判定された場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、補完モードが実行された後（Ｓ３０）、再び、Ｓ１が実行される。抑制対象機の空調能力は必要空調能力未満でないと判定された場合には（Ｓ２０：ＮＯ）、再び、Ｓ１が実行される。

３．本実施形態に係る空調装置の特徴
本実施形態では、上述したように、第２電源部１２、つまり蓄電池１２Ａから供給される電流値を制限電流値以下に抑制することが可能となる。したがって、線径の大きい送電線の採用を抑制でき得るとともに、過電流が供給されてブレーカーが作動してしまうことを抑制できる。

ところで、抑制モードが実行されると、空調能力が低下し、空調能力が不足してしまう可能性がある。特に、サーバ室等の情報処理装置が設置された室内において、空調能力が低下すると、サーバ室に設置された情報処理装置に不具合が発生するおそれが高まる。

これに対して、本実施形態では、抑制対象機において空調能力が不足した場合には、非抑制対象機の空調能力を増大させるので、室内空調機５の空調能力が大きく低下することを抑制できる。

つまり、本実施形態では、商標電源に停電が発生した場合であっても、サーバ室に設置されたＩＣＴ機器１に不具合が発生することを抑制できる。
そして、補完モードの実行時においては、非抑制対象機にて抑制モードが実行されるまで非抑制対象機の空調能力を増大させるので、蓄電池１２Ａから供給される電流値を確実に制限電流値以下に抑制しながら、空調能力が大きく低下することを抑制でき得る。

なお、本実施形態に係る第１室内機５Ａは本願発明に係る第１室内機の一例であり、かつ、本実施形態に係る第２室内機５Ｂは本願発明に係る第２室内機の一例である。つまり、本実施形態に係る第１室内機５Ａを本願発明に係る第２室内機に対応させ、かつ、本実施形態に係る第２室内機５Ｂは本願発明に係る第１室内機に対応させてもよいことは当然である。

（その他の実施形態）
上述の実施形態に係る第１電源部１１は、交流電源１１Ａから電力の供給を受けて直流電力を供給するものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、太陽光発電装置や燃料電池発電装置等から直流電力の供給を受けた後、ＤＣ−ＤＣコンバータにて所定電圧に変換して直流電力を供給する電源であってもよい。

上述の実施形態に係る電源装置１０は、ＩＣＴ機器１及び空調装置２０に直流電力を供給したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、図８に示すように、空調装置２０には電源装置１０から直流電力が供給され、かつ、ＩＣＴ装置１には第２の電源装置１０Ａから直流電力又は交流電力が供給される構成であってもよい。なお、第２の電源装置１０Ａは、電源装置１０と同一の構成又はその他の構成であってもよい。

上述の実施形態では、第１室内機５Ａ及び第２室内機５Ｂにて室内空調機５が構成されていたが、本発明はこれに限定されるものでなく、３台以上の室内機にて室内空調機５を構成してもよい。

上述の実施形態に係る室内空調機５は、室外機と共に蒸気圧縮式冷凍機を構成するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、室内空調機５を冷水が循環する熱交換器及び送風機を有する構成としてもよい。

上述の実施形態に係る空調装置は、サーバ室の冷房を行う空調装置であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、室内の暖房又は除湿を行う空調装置にも適用できる。

上述の実施形態に係る第１制御部及び第２制御部は、統合制御装置３０等の不揮発性記憶部に記憶されたプログラム（ソフトウェア）に実現されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、専用のハードウェアにて実現してもよい。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明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るものではない。このため、「線径の大きい送電線の採用を抑制する」には、補完モードを廃止してもよい。

１… ＩＣＴ機器 ３… ラック ３Ａ… 冷風通路 ３Ｃ… ダクト空間
５… 室内空調機 ５Ａ… 第１室内機 ５Ｂ… 第２室内機
１０… 電源装置 １１… 第１電源部 １１Ａ… 交流電源
１２… 第２電源部 １２Ａ… 蓄電池 １３… 電源切替部
２０… 空調装置 ３０… 統合制御装置 ３１… 第１自律制御部
３２… 第２自律制御部 Ｃｐ… 圧縮機 Ｆａ… 送風機
Ｓ１… 第１空気温度センサ Ｓ２… 第２空気温度センサ
ＡＭ１… 第１電流計 ＡＭ２… 第２電流計

Claims (4)

1. 直流電力を供給する第１電源部、及び蓄電池を電源として直流電力を供給する第２電源部を有する電源装置から電力の供給を受けて稼働する空調装置において、
   室内に吹き出す空気の温度を調節する室内空調機であって、少なくとも第１室内機及び第２室内機を有する室内空調機と、
   前記第１電源部からの電力供給が停止したときに、前記室内空調機への電力供給を前記第１電源部から前記第２電源部に切り替える電源切替部と、
   前記第２電源部から前記室内空調機に電力の供給がされたときに、抑制モードを実行可能な第１制御部と、
   前記第１室内機において前記抑制モードが実行され、かつ、前記第１室内機において空調能力が不足したときに、補完モードを実行可能な第２制御部とを備え、
   前記抑制モードは、前記第１室内機及び前記第２室内機それぞれに供給される電流値を予め設定された制限電流値以下に制御する制御モードであって、前記第１室内機及び前記第２空調機毎に独立して実行される制御モードであり、
   前記補完モードは、前記第２室内機において前記抑制モードが実行されていない場合に前記第２室内機の空調能力を増大させる制御モードであることを特徴とする空調装置。
2. 前記第２制御部は、前記第２室内機にて前記抑制モードが実行されるまで前記第２室内機の空調能力を増大させることが可能であることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
3. 前記室内空調機は、情報処理装置が設置されたサーバ室に空調された空気を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の空調装置。
4. 前記第１電源部は、交流電源から電力の供給を受けて直流電力を供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空調装置。