特許 7190640 再生可能エネルギー活用型データ通信処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-08

(45)【発行日】2022-12-16

(54)【発明の名称】再生可能エネルギー活用型データ通信処理システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20221209BHJP

   F24F 7/06 20060101ALI20221209BHJP

   F24F 3/044 20060101ALI20221209BHJP

   F25B 27/00 20060101ALI20221209BHJP

   G06F 1/20 20060101ALI20221209BHJP

   H02J 15/00 20060101ALI20221209BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20221209BHJP

   H02J 7/35 20060101ALI20221209BHJP

   H02J 9/06 20060101ALI20221209BHJP

【ＦＩ】

H02J3/38 120

F24F7/06 B

F24F3/044

F25B27/00 L

F25B27/00 P

G06F1/20 D

H02J15/00 J

H02J3/38 130

H02J3/38 160

H02J7/34 G

H02J7/35 K

H02J9/06 110

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019164935

(22)【出願日】2019-08-26

(65)【公開番号】P2021035319

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-06-16

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519006506

【氏名又は名称】Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｃｒｅａｔｏｒｓ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】川端 康晴

【審査官】豊田 真弓

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３２１７３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１９４８１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１４８３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０４３２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２６１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２０７８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０８７３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００４４４２６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１７－５２２６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２８６６８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２９３３３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００７５５６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００７１６１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】「Microsoftが海中にデータセンターを設置、電力も再生可能エネルギーだけでまかなうクリーンな仕様」，[online]，Gigazine，2018年06月07日，https://gigazine.net/news/20180607-microsoft-submarine-data-center/

【文献】「アオスフィールド、湯沢町に再生可能エネルギー１００％使用のコンテナデータセンターを開設」，[online]，にいがた経済新聞，2019年01月27日，https://www.niikei.jp/10642/

【文献】「太陽光の直流をデータセンターなどで利用、石狩市で実証へ」，[online]，日経クロステック，2018年04月10日，https://xtech.nikkei.com/dm/atcl/news/16/041010989/

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ３／３８

Ｆ２４Ｆ ７／０６

Ｆ２４Ｆ ３／０４４

Ｆ２５Ｂ ２７／００

Ｇ０６Ｆ １／２０

Ｈ０２Ｊ １５／００

Ｈ０２Ｊ ７／３４

Ｈ０２Ｊ ７／３５

Ｈ０２Ｊ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水力または潮力により駆動する発電システムと、前記の発電システムを構成する流路内に配置され、発電に利用された後の水または海水が供給される熱交換器と、前記発電システムから得られる発電電力で稼働するとともに、前記熱交換器を循環する冷却用液体冷媒か、当該液体冷媒から得られる冷却気体を用いて冷却されるデータ解析・演算処理システムとデータ通信システムから構成され、外部データの受信と、受信または内蔵するデータの解析・演算処理と、解析・演算データの送信から構成されるエッジコンピューティング処理が、水力または潮力と、水または海水の冷熱からなる再生可能エネルギーのカスケード利用により実施されることを特徴とする、水力または潮力活用型のデータ通信処理システム

【請求項2】

地熱蒸気を駆動源として発電する地熱発電システムと、前記の地熱発電システムから排出される発電後の高温熱水を駆動源として発電する温泉熱バイナリー発電システムと、前記の温泉熱バイナリー発電システムから排出される発電後の高温温水を駆動源として低温の冷却用液体冷媒を得る吸収式または吸着式の冷凍機と、前記の冷凍機から排出される低温温水を駆動源として、構成機器に送風する冷却気体を除湿するデシカント空調機と、前記の地熱発電システムと温泉熱バイナリー発電システムから得られる発電電力で稼働するとともに、前記冷凍機から得られる冷却用液体冷媒か、当該液体冷媒を用いて冷却されるとともに、前記のデシカント空調機によって除湿された除湿冷却気体の送風により冷却される、データ解析・演算処理システムとデータ通信システムから構成され、外部からのデータ受信と、受信または内蔵するデータの解析・演算処理と、解析・演算処理データの送信から構成されるエッジコンピューティング処理が、地熱エネルギーのカスケード利用により実施されることを特徴とする、地熱エネルギー活用型のデータ通信処理システム

【請求項3】

バイオマスまたはバイオガスを燃料として発電するバイオマス発電システムと、前記バイオマス発電システムの排気ガス熱から得られる高温の蒸気または高温の温水か、発電システム冷却用の循環媒体の熱から得られる温水を熱源とするバイナリー発電システムと、前記バイナリー発電システムから排出される発電後の高温温水を駆動源として、低温の冷却用液体冷媒を得る吸収式または吸着式の冷凍機と、前記の冷凍機から排出される低温温水を駆動源として、構成機器に送風する冷却気体を除湿するデシカント空調機と、前記のバイオマス発電システムとバイナリー発電システムから得られる発電電力で稼働するとともに、前記の冷凍機から得られる冷却用液体冷媒か、液体冷媒を用いて冷却されるとともに、前記のデシカント空調機によって除湿された除湿冷却気体の送風によって冷却される、データ解析・演算処理システムとデータ通信システムから構成され、外部からのデータ受信と、受信または内蔵するデータの解析・演算処理と、解析・演算処理データの送信から構成されるエッジコンピューティング処理が、バイオマスエネルギーのカスケード利用によって実施されることを特徴とする、バイオマスエネルギー活用型のデータ通信処理システム

【請求項8】

請求項１～請求項７に記載の特徴をもつ、分散設置された複数の再生可能エネルギー活用型データ通信処理システムのうち、請求項１～請求項６に記載の何れかの特徴と、請求項７に記載の特徴を備えた、長期連続稼働式の再生可能エネルギー活用型データ通信処理システムを基幹システムとし、他の再生可能エネルギー活用型データ通信処理システムを、前記基幹システムから送信されるデータや指示情報に基づいてデータの受信と演算・処理および演算・処理結果の返信を行う従属システムとして、前記基幹システムのデータ処理制御信号に基づき、複数に分散設置された従属システムを用いて多量かつ複雑なデータの解析処理を分散並行させることで、高速かつ効率的なデータ処理を行えるようにしたことを特徴とする、複数の再生可能エネルギー活用型データ通信処理システムを統合した、再生可能エネルギー活用型データ通信処理システム群と、データ通信処理の分散並行実施方法

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、様々なセンサや通信・制御機器との間でデータの送受信を行う通信機器と、送受信データや予め蓄積されたデータと演算・解析アルゴリズムを利用し、多量かつ複雑なデータの高速解析や演算処理、機械学習などを行うコンピュータシステムやサーバシステムに代表されるデータ解析・処理システムを統合した、データの通信処理システムに関するもので、特に周波数６ＧＨｚ前後の帯域を利用した新しい無線通信方式を適用する第５世代移動通信システム（５Ｇ）の無線通信システムと、本無線通信システムから高速で送信される大容量のデータを高速で解析・演算処理を行ったり、機械学習による解析や演算処理を行うＧＰＵサーバ、ＡＳＩＣサーバ、量子コンピュータのほか、必要なデータを抽出選定して保存処理を行うデータアーカイバを含む、大容量データの無線高速通信と、その解析・処理システムを併設または統合した、モバイルエッジコンピューティングシステムやスーパーコンピュータシステムであって、当該システムの稼働に必要な電力と稼働中のシステム構成機器の冷却に必要な冷熱を、ともに再生可能エネルギーの活用により賄う、再生可能エネルギー活用型のデータ通信処理システムと、その稼働方法、および分散設置された複数の再生可能エネルギー活用型データ通信処理システムの統合運用方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

５Ｇの無線通信システムは、多数のセンサネットワークや無線通信端末と同時に接続し、高速・大容量のデータを低遅延で送受信することから、無線通信に係わるシステム構成機器の消費電力増加を招くとともに、消費電力の増加に伴って機器稼働時の通信機器発熱量も増加するため、通信機器の常時安定稼働には効率的かつ効果的な冷却が必要となる。

【0003】

このため、システム構成機器の稼働用電力や、稼働機器を冷却するための冷房機器や送風機器の運転電力に、化石燃料発電から得られる電力を含む系統電力を受電利用することで、化石燃料消費量の増大や二酸化炭素排出量の増大による温暖化の助長という課題に加え、発電所の故障や送電線の断線などにより停電が発生して長時間の電力供給が途絶え、蓄電設備からの電力供給も途絶えると、通信機器が停止して通信が断絶してしまうという課題がある。

【0004】

また、５Ｇの導入拡大と並行して、高速・低遅延で送信される多様かつ大容量のデータを高速で解析・演算処理したり、解析・演算から得られた解析データの蓄積と機械学習を行うコンピュータシステムも高性能化が進展し、ＧＰＵサーバやＡＳＩＣサーバをはじめ、スーパーコンピュータや量子コンピュータ等を含むハイパフォーマンスコンピューティング（ＨＰＣ）でも、構成機器の消費電力と発熱量が大幅に増加しており、特に構成機器を高密度に集積したシステムの冷却では、従来のファンやエアコンによる送風・冷風冷却では充分に機器を冷却できず、構成機器が高温化して性能低下や機能不全が発生したり、機器の耐久性が大幅に低下するという課題がある。

【0005】

このため、通信機器と同様に、コンピュータシステムの稼働用電力をはじめ、構成機器の冷却に多量の系統電力を消費すれば、エネルギー消費量と二酸化炭素排出量の増大につながるほか、停電が発生して系統からの電力供給が途絶えると、コンピュータシステムが停止してデータの解析・処理が停止するほか、システム内で熱が滞留して高温化し、機器の故障や寿命低下を招くという課題がある。

【0006】

一方、再生可能エネルギーについては、それぞれの地域に応じて多様なエネルギー資源が散在しているものの、その活用が充分に進んでいないという課題がある。特に常時安定的な電力と冷熱を同時に得られる流水式の水力や潮力をはじめ、温熱を駆動源とする吸収式や吸着式の冷凍機を利用することで、常時安定的に電力と冷熱を同時に得られる地熱・温泉熱とバイオマスの利用については、エネルギーの賦存地域に送電線が敷設されていなかったり、既設の電力系統から大きく離れていること等の理由から、電力系統との接続が困難な中山間地域や海峡地域であったり、電力系統との接続が容易な地域であっても、既設電力系統の接続容量の制限から発電電力を接続供給ができなかったり、冷熱を供給できる場所でも、冷熱単体での需要がないことから、利用できる再生可能エネルギー資源があっても、その発電利用や熱利用ができない場所が増加しているという課題がある。

【0007】

さらに、ＨＰＣのデータ解析・処理能力については、それぞれのＨＰＣシステムに、５Ｇに代表される高速・大容量通信システムが併設または統合されていないことから、各ＨＰＣが通信しながら協調運用されることなく、個別にデータの解析や処理を行うために機器性能に応じた計算能力が利用されず、各ＨＰＣの計算資源が充分に活かされていないという課題がある。

【0008】

これらの課題のうち、ＨＰＣに関連したデータセンターでの再生可能エネルギー利用については、水力発電所にデータセンターを構築する構想が知られている（非特許文献１）。

【0009】

また、再生可能エネルギーの冷熱を利用したデータセンターの構想については、水力発電所下流の河川内にコンピュータの解析・演算処理基板を直接水没させて、水力発電の電力を供給しつつ、河川水による直接水冷で冷却しながらコンピュータを稼働させるコンセプトや、海中にコンピュータ基板を水没させて稼働させる試みが知られている（非特許文献２）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0010】

【文献】１０９年前のモンタナ水力発電所をデータセンターにＳｕｓｔｅｅｎ Ｉｎｃ．、ＤＣ ＣＡＦＥ掲載記事（２０１９年７月１４日）

【0011】

【文献】水没コンピュータ －理想の環境適合型データセンターを目指して－国立情報学研究所、ＩＴＵジャーナル Ｖｏｌ．４７ Ｎｏ．２（２０１７年２月）

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

前記の通り、非特許文献１に示された従来技術によれば、再生可能エネルギーを利用したデータセンターの構築により、データ解析・処理システムの運用に係わるエネルギー消費と二酸化炭素の排出、および長期間停電時の稼働停止回避が可能となるが、本技術には以下に示す３つの課題がある。

【0013】

第一に、当該技術はデータセンターの稼働に係わる電力と冷房のエネルギー源として水力発電を利用しているが、データセンターでデータの高速・大容量通信を行う無線通信機器の併設または統合化や、併設または統合させる無線通信機器の稼働と冷却に要するエネルギーとして、再生可能エネルギー起源の電力や冷熱を利用する具体策が開示されていない。

【0014】

このため、５Ｇでの高速・大容量の無線通信が利用できなかったり、５Ｇ通信機器との連携による、データの無線受信と、受信したデータの高速解析処理、および処理データの高速無線送信という、一連のエッジコンピューティング・プロセスに対応できないという課題がある。

【0015】

第二に、当該技術ではＨＰＣの高発熱に対応できる、充分かつ高効率な冷却方法が具体的に開示されていない。特にＨＰＣの効果的な冷却で必要あるいは期待されている、水またはフロリナートなどの冷媒循環による液浸冷却を行うための構成や方法が開示されていない。

【0016】

このため、高速・大容量のデータを高速演算処理するＨＰＣの冷却が充分に行われずに機器が高温化して故障したり耐久性が低下するほか、ＨＰＣの冷却にファン送風やエアコン冷風を利用する場合には、ＨＰＣ機器をガス冷却することとなり、低温冷媒での冷却と比べて冷却効率が著しく低下するため、必要となるファン動力やエアコン動力が増大し、エネルギー利用効率が低下してデータ処理システムの稼働用電力供給量が減少し、結果としてデータ処理システムの性能が低下したり、データ処理に必要なエネルギー消費量が増大するという課題がある。

【0017】

第三に、当該技術では水力発電の電力を利用したデータセンターに関する開示に限られているため、潮力や地熱・温泉熱、バイオマスといった、他の再生可能エネルギーを利用して無線通信やＨＰＣを稼働するための具体的な方法が開示されていない。

【0018】

このため、他の再生可能エネルギー資源を利用して、５Ｇでの無線情報通信を行ったり、ＨＰＣシステムを運用したり、５Ｇ無線情報通信システムとＨＰＣシステムを併設または統合したエッジコンピューティングシステムを稼働できないという課題がある。

【0019】

一方、非特許文献２に示された従来技術によれば、水力発電所の下流を流れる水や、海中の海水による再生可能エネルギー起源の冷熱によって、コンピュータ機器を効果的に冷却することが可能となるが、本技術にも次に示す３つの課題がある。

【0020】

第一に、本技術もデータセンターの稼働に係わる電力と冷房のエネルギー源として水力発電を利用しているが、データセンターでデータの高速・大容量通信を行う無線通信機器の併設または統合化や、併設または統合させる無線通信機器の稼働と冷却に要するエネルギーとして、再生可能エネルギー起源の電力や冷熱を利用する方法が開示されていない。

【0021】

このため、５Ｇでの高速・大容量の無線通信が利用できなかったり、５Ｇ通信機器との連携による、データの無線受信と、受信したデータの高速解析処理、および処理データの高速無線送信という、一連のエッジコンピューティング・プロセスに対応できないという課題がある。

【0022】

第二に、当該技術はコンピュータ機器を水力発電所の発電後流水で直接冷却する方法と、海中水没による海水直接冷却の方法が示されているが、前者は水力発電の流水中に含まれる草木や土砂、小石、ゴミ等がコンピュータ基板に衝突してコーティングを損傷または劣化させて基板を露出させて故障の原因となったり、衝突したゴミ等によって基板そのものが損傷して破損するリスクが高くなるという課題がある。

【0023】

また、コンピュータ機器を港湾内に海中水没させる方法では、当該コンピュータへの電力供給方法が明示されていないほか、水没させたコンピュータ基板上に海中生物が付着して放熱が抑制されるとともに、生物がコーティングを侵食して基板露出させることで故障の原因となったり、海中を漂う流木やゴミ等が衝突して基板自体が損傷して破損するリスクが高くなるという課題がある。

【0024】

さらに第三に、当該技術では水力発電の電力を利用したデータセンターに関する開示に限られているため、潮力や地熱・温泉熱、バイオマスといった、他の再生可能エネルギーを利用して無線通信やＨＰＣを稼働するための具体的な方法が開示されていない。

【0025】

このため、他の再生可能エネルギー資源を利用して、５Ｇでの無線情報通信を行ったり、ＨＰＣシステムを運用したり、５Ｇ無線情報通信システムとＨＰＣシステムを併設または統合したエッジコンピューティングシステムを稼働できないという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0026】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、水力や潮力、地熱・温泉熱やバイオマス等の再生可能エネルギーから得られる電力を、５Ｇ無線情報通信システムか、ＨＰＣシステムか、これらを併設または統合したエッジコンピューティングシステムに安定的に供給するとともに、同じ再生可能エネルギーから得られる冷熱を、通信システムやＨＰＣシステムを構成する機器の防水・防塵コーティングや、機器の本体を損傷させることなく安定的かつ効果的に冷却することで、電力消費量と発熱量が増加するシステムの省エネルギー性と環境性を高めるとともに、水力以外の再生可能エネルギーでも、高速・大容量の無線データ通信処理を実現できるようにすることで、接続容量の制約から系統接続できない場所における再生可能エネルギー資源の有効活用方法と、これを実現できる具体的なシステム構成、およびシステムの効率的な運用方法を提供することである。

【0027】

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
水力または潮力により駆動する発電システムと、前記の発電システムを構成 する流路内に配置され、発電に利用された後の水または海水が供給される熱交換器と、前記発電システムから得られる発電電力で稼働するとともに、前記熱交換器を循環する冷却用液体冷媒か、当該液体冷媒から得られる冷却気体を用いて冷却されるデータ解析・演算処理システムとデータ通信システムから構成され、外部データの受信と、受信または内蔵するデータの解析・演算処理と、解析・演算データの送信から構成されるエッジコンピューティング処理が、水力または潮力と、水または海水の冷熱からなる再生可能エネルギーのカスケード利用により実施されることを特徴とする。

【0028】

請求項２に記載の発明は、
地熱蒸気を駆動源として発電する地熱発電システムと、前記の地熱発電システムから排出される発電後の高温熱水を駆動源として発電する温泉熱バイナリー発電システムと、前記の温泉熱バイナリー発電システムから排出される発電後の高温温水を駆動源として低温の冷却用液体冷媒を得る吸収式または吸着式の冷凍機と、前記の冷凍機から排出される低温温水を駆動源として、構成機器に送風する冷却気体を除湿するデシカント空調機と、前記の地熱発電システムと温泉熱バイナリー発電システムから得られる発電電力で稼働するとともに、前記冷凍機から得られる冷却用液体冷媒か、当該液体冷媒を用いて冷却されるとともに、前記のデシカント空調機によって除湿された除湿冷却気体の送風により冷却される、データ解析・演算処理システムとデータ通信システムから構成され、外部からのデータ受信と、受信または内蔵するデータの解析・演算処理と、解析・演算処理データの送信から構成されるエッジコンピューティング処理が、地熱エネルギーのカスケード利用により実施されることを特徴とする。

【0029】

請求項３に記載の発明は、
バイオマスまたはバイオガスを燃料として発電するバイオマス発電システム と、前記バイオマス発電システムの排気ガス熱から得られる高温の蒸気または高温の温水か、発電システム冷却用の循環媒体の熱から得られる温水を熱源とするバイナリー発電システムと、前記バイナリー発電システムから排出される発電後の高温温水を駆動源として、低温の冷却用液体冷媒を得る吸収式または吸着式の冷凍機と、前記の冷凍機から排出される低温温水を駆動源として、構成機器に送風する冷却気体を除湿するデシカント空調機と、前記のバイオマス発電システムとバイナリー発電システムから得られる発電電力で稼働するとともに、前記の冷凍機から得られる冷却用液体冷媒か、液体冷媒を用いて冷却されるとともに、前記のデシカント空調機によって除湿された除湿冷却気体の送風によって冷却される、データ解析・演算処理システムとデータ通信システムから構成され、外部からのデータ受信と、受信または内蔵するデータの解析・演算処理と、解析・演算処理データの送信から構成されるエッジコンピューティング処理が、バイオマスエネルギーのカスケード利用によって実施されることを特徴とする。

【0030】

請求項４に記載の発明は、
請求項１～請求項３に記載された再生可能エネルギー発電システムが、水力発電、バイオマス発電、地熱発電、潮力発電、波力発電、海洋温度差発電の何れか１つ以上であることを特徴とする。

【0031】

請求項５に記載の発明は、
請求項１～請求項３に記載された再生可能エネルギー熱源から得られる冷熱が、バイオマス燃焼熱、地熱のいずれかを熱源として駆動する吸収式冷凍機か吸着式冷凍機により得られる低温の液体冷媒と、水力発電の発電媒体である水、および潮力発電や波力発電の発電媒体である海水、または海洋温度差発電で利用される低温の海洋深層水の何れかと熱交換器を介して冷却される、液体または気体の冷媒がもつ冷熱であることを特徴とする。

【0032】

請求項６に記載の発明は、
請求項１～請求項３に記載されたデータ解析・演算処理システムか通信処理システムの何れか、または両方を冷却するための冷却気体を流通させる際に、本冷却気体がバイオマス燃焼熱か地熱のいずれかを熱源として駆動するデシカント除湿システムによって除湿されていることを特徴とする。

【0033】

請求項７に記載の発明は、
請求項１～請求項６に記載の再生可能エネルギー利用型データ通信処理システムの構成機器に、再生可能エネルギー発電システムから得られる発電電力と電力系統からの電力の何れかまたは両方を蓄電する蓄電システムが含まれ、前記の再生可能エネルギー発電システムの発電が停止した際や、発電出力が低下してデータ通信処理システムの電力負荷を賄えなくなった際に、不足する電力を蓄電システムからの放電により補うことで、データ通信処理システムの稼働状態を安定維持させることを特徴とする。

【0034】

請求項８に記載の発明は、
請求項１～請求項７に記載の特徴をもつ、分散設置された複数の再生可能エネルギー活用型データ通信処理システムのうち、請求項１～請求項６に記載の何れかの特徴と、請求項７に記載の特徴を備えた、長期連続稼働式の再生可能 エネルギー活用型データ通信処理システムを基幹システムとし、他の再生可能エネルギー活用型データ通信処理システムを、前記基幹システムから送信されるデータや指示情報に基づいてデータの受信と演算・処理および演算・処理結果の返信を行う従属システムとして、前記基幹システムのデータ処理制御信号に基づき、複数に分散設置された従属システムを用いて多量かつ複雑なデータの解析処理を分散並行させることで、高速かつ効率的なデータ処理を行えるようにしたことを特徴とする。

【0038】

【発明の効果】

【0039】

本発明によれば、水力や潮力、地熱・温泉熱やバイオマス等の再生可能エネルギーから得られる電力を、５Ｇ無線情報通信システムかＨＰＣシステム、またはこれらを併設あるいは統合したエッジコンピューティングシステムに安定的に供給するとともに、同じ再生可能エネルギーから得られる冷熱を、通信システムやＨＰＣシステムを構成する機器の防水・防塵コーティングや機器本体を損傷させることなく、安定的かつ効果的に冷却することで、電力消費量と発熱量が増加するシステムの省エネルギー性と環境性を高められるとともに、水力以外の再生可能エネルギーでも、高速・大容量の無線データ通信処理を実現できるようになるほか、接続容量の制約から系統接続できない場所や再生可能エネルギー熱の需要がない場所での有効な再生可能エネルギー利用法と、これを実現できる具体的なシステム構成を提供されることで、これまで利用されてこなかった、多様な再生可能エネルギー資源の利用が促進され、停電時でも自立運転によりデータの収集と解析処理を継続できるようになるほか、各地に分散設置された複数の５Ｇ無線情報通信が併設または統合されたＨＰＣシステムか協調運用されることで、各システムのデータ処理を更に高速かつ効率的に実施できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】本発明に係る第１実施形態である、水力エネルギー利用型データ通信処理システムを示す模式図である。

【図2】本発明に係る第２実施形態である、地熱エネルギー利用型データ通信処理システムを示す模式図である。

【図3】本発明に係る第３実施形態である、小規模簡素型の地熱エネルギー利用型データ通信処理システムを示す模式図である。

【図4】本発明に係る第４実施形態である、複数の再生可能エネルギー利用型のデータ通信処理システムを統合して分散協調制御を行う、再生可能エネルギー利用型のデータ通信処理システム群の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、本実施形態に限定されるものではない。

【0042】

（第１実施形態）

【0043】

まず本発明の第１実施形態に係る、河川水の流水式水力発電と、当該水力発電を流れる河川水の冷熱を利用するデータ通信処理システムについて、図１に基づいて説明する。

【0044】

図１に示すように、本発明のＨＰＣデータ通信処理システム１は、多数のセンサーや通信端末等から同時に大容量のデータを高速受信できる５Ｇ通信に対応したデータの送受信アンテナ２とデータ通信機器で構成される５Ｇデータ通信システム３と、前記データ通信システムで受信された多量のデータを利用し、ＧＰＵやＡＳＩＣのサーバで構成され、機械学習しながら高速に解析・演算処理を行うＨＰＣデータ処理システム４が統合され、データ処理システムから出力されたデータが５Ｇデータ通信システム３を介して送信されることで、エッジコンピューティング処理が実施できるようになっている。

【0045】

加えて、本発明のデータ通信処理システムは、年間を通じてデータ通信処理システムの稼働に必要な電力と、システム構成機器の冷却に必要な冷熱を充分に供給できる流量の水が流れる河川の流路上に、除塵フィルタ６を通過して流木や塵などが除塵された後、水圧管７を流れる流水で水力発電を行う流れ込み式の水力発電システム８と、この水力発電システムの発電電力を充電し、当該発電システムの故障やメンテナンス時等に電力を継続供給させるための蓄電式無停電電力供給システム５が接続されるとともに、前記の水力発電システム８の下流に位置する流路内に、水力発電後の河川水とシステム構成機器を冷却するために循環する液体冷媒とで熱交換を行う熱交換器９が設置されている。

【0046】

ここで、前述のＨＰＣデータ通信処理システムを構成する通信機器とＨＰＣ機器は、全て平常時は前述の水力発電システム８で発電された電力が供給されるとともに、河川工事や発電システムの故障、メンテンナンス等で発電システムが停止する際には、予め発電システムから得られた電力が充電された蓄電式無停電電力供給システム５から電力が供給されることで、大容量データの高速通信や高速解析・演算処理のために消費される電力が再生可能エネルギー電力で賄われるとともに、電力系統が停電しても自立的な稼働を継続することが可能となる。

【0047】

さらに、前述のＨＰＣデータ通信システムを構成する通信機器とＨＰＣ機器には、それぞれ水力発電システム８の下流に設置された熱交換器９を通過して冷却された循環冷媒が流通し、５Ｇデータ通信システム３の構成機器を冷却する冷媒循環流路１０と、ＨＰＣデータ処理システム４の構成機器を冷却する冷媒循環流路１１で接続され、それぞれの構成機器が、上流側に設置された除塵フィルタ６によって除塵された河川水が流れる水力発電後の河川水の冷熱を利用しつつ、河川水中の微小な土砂や塵の影響も受けない冷媒循環の方法で効率的に冷却される。なお、本冷却を行う際の冷媒には、水やフロリナートなどの冷媒が用いられ、この冷媒循環を行うための循環ポンプや流量制御バルブ等の駆動電力も、前述の水力発電システムで発電された電力が供給されるよう構成されている。

【0048】

ここで、５Ｇデータ通式システムやＨＰＣデータ処理システムを構成する機器の冷却については、構成機器を冷媒中に直接液浸させる方法が最も効率的であるが、構成機器に冷媒が流通する吸熱板付きの配管を接合させて機器を冷却したり、冷媒と循環空気を熱交換させて冷風をつくり、この冷風を送風して冷却する方法を採用しても良い。

【0049】

以上の構成とすることで、５Ｇ通信とＨＰＣデータ処理を統合したエッジコンピューティング処理に係わる多量の電力が水力発電による再生可能エネルギー電力で賄われるとともに、データ通信処理時に発生する発熱が水力発電後の河川水の冷熱によって冷却されることで、再生可能エネルギー熱によって冷却できるようになる。

【0050】

また、本発明システムを設置する河川流域の近傍に系統電力の送配電網が整備されていなかったり、送配電網が整備されていても接続容量が不足して、水力発電システムを設置しても電力系統に接続して供給できない場合であっても、本発明システムを設置して電力を設置場所で消費するように構成することで、電力系統接続が困難な地域でも、現地で得られる再生可能エネルギーを、データ通信やデータ処理に有効活用することが可能となる。
（第２実施形態）

【0051】

次に、本発明の第２実施形態に係る、地熱発電と、当該地熱発電後の高温熱水が有する熱エネルギーを段階的に有効利用するデータ通信処理システムについて、図２に基づいて説明する。

【0052】

図２に示すように、第２実施形態のＨＰＣデータ通信処理システム１２は、図１に示した５Ｇデータ通信システムと、ＨＰＣデータ処理システムが統合されたエッジコンピューティングシシステムであり、その詳細は図１で示したものと同様である。

【0053】

一方、本発明のデータ通信処理システムは、年間を通じてデータ通信処理システムの稼働に必要な電力と、システム構成機器の冷却に必要となる冷熱を充分供給できる地熱蒸気井１３からの地熱蒸気と、冷却用水が得られる河川１４が流れる地熱地帯に設置され、当該地には地熱蒸気によって発電を行う地熱発電システム１５と、前記地熱発電システムから排出される発電後の高温熱水を熱源とし、前記の冷却水を利用してバイナリー発電を行う温泉熱バイナリー発電システム１６と、前記の温泉熱バイナリー発電システムから排出される高温の温水を熱源として駆動し、循環冷媒を冷却する吸収式冷凍機１９と、前記の吸収式冷凍機から排出される低温の温水を熱源として駆動し、循環冷媒を冷却する吸着式冷凍機２０と、前記の吸着式冷凍機から排出される低温の温水を熱源として駆動し、前記のＨＰＣデータ通信処理システム１２のパッケージ内循環気体を除湿循環させるデシカント空調機２２が設置されている。

【0054】

ここで、前述のＨＰＣデータ通信処理システム１２を構成する通信機器とＨＰＣ機器は、全て前述の地熱発電システム１５および温泉熱バイナリー発電システム１６で発電された電力が、両者の発電電力を受電して合成し、電圧や電流の出力調整を行う機能を有するパワーコンディショニング受電盤１７と、両発電システムから発電された電力を充電し、発電システムの故障やメンテナンスの際に放電して電力を継続供給するための蓄電システム１８を介して電力が供給されることで、大容量データの高速通信や高速解析・演算処理のために増加する消費電力が、再生可能エネルギー電力で賄われるとともに、系統電力にシステムを連系接続する場合に停電が発生しても、また、発電システムの故障やメンテナンス中に停電が発生しても、自立的にデータ処理システムの稼働を継続することが可能となる。

【0055】

さらに、前述のＨＰＣデータ通信システムを構成する通信機器とＨＰＣ機器には、それぞれ発電後の熱水を熱源として駆動する吸収式冷凍機１９と、吸着式冷凍機２０を通じて冷却された循環冷媒が熱交換器２１を流通するとともに、この熱交換器を介して５Ｇデータ通信システムの構成機器を冷却する冷媒循環流路と、ＨＰＣデータ処理システムの構成機器を冷却する冷媒循環流路が接続されて個々の構成機器を冷却するための冷媒が循環することで、それぞれの構成機器が地熱発電後の熱水がもつ高温熱を利用して変換された冷熱を利用つつ、地下水や河川水中の土砂や塵の影響を受けない冷媒循環の形で効率的に冷却される。なお、本冷却を行う際の冷媒には、水やフロリナートなどの冷媒が用いられ、この冷媒循環を行うための循環ポンプや流量制御バルブ等の駆動電力も、前述の地熱発電システムと温泉熱バイナリー発電システムで発電された電力が供給されるよう構成されている。

【0056】

ここで、５Ｇデータ通式システムやＨＰＣデータ処理システムを構成する機器の冷却については、構成機器を冷媒中に直接液浸させる方法が最も効率的であるが、構成機器に冷媒が流通する吸熱板付きの配管を接合させて機器を冷却したり、冷媒と循環空気を熱交換させて冷風をつくり、この冷風を送風して冷却する方法を採用しても良い。また、この空気はデシカント空調機２２で除湿することで、余剰な水分を除去した空気を循環させて、設置場所の外気をシステム内に極力取り込まない構成とすることで、地熱地帯の外気に含まれる硫化水素や水蒸気、埃がシステム内に侵入することを防ぎ、システムを構成する電気機器の劣化や汚損を防止することができる。

【0057】

以上の構成とすることで、５Ｇ通信とＨＰＣデータ処理を統合したエッジコンピューティング処理に係わる多量の電力が地熱発電と温泉熱バイナリー発電による再生可能エネルギー電力で賄われるとともに、データ通信処理時に発生する発熱が地熱発電および温泉熱発電後の高温温水の熱によって、吸収式および吸着式冷凍機を介して変換された冷熱によって冷却されることで、再生可能エネルギー熱で冷却できるようになる。

【0058】

また、本発明システムを設置する地熱地帯の近傍に系統電力の送配電網が整備されていなかったり、送配電網が整備されていても接続容量が不足して、地熱発電システムを設置しても電力系統に接続して供給できない場合であっても、本発明システムを設置して電力を設置場所で消費するように構成することで、電力系統接続が困難な地域でも、現地で得られる再生可能エネルギーを、データ通信やデータ処理に有効活用することが可能となる。
（第３実施形態）

【0059】

次に、本発明の第３実施形態に係わる、地熱発電と、当該地熱発電後の高温熱水が有する熱エネルギーを段階的に発電利用するとともに、冷却用の河川水の冷熱を直接、システム構成機器の冷却に利用するデータ通信処理システムについて、図３に基づいて説明する。

【0060】

図３に示すように、第３実施形態のＨＰＣデータ通信処理システム２３は、図２に示した５Ｇデータ通信システムと、ＨＰＣデータ処理システムが統合された、エッジコンピューティングシシステムであり、その詳細は図２で示したものと同様である。

【0061】

一方、本発明のデータ通信処理システムは、地熱の活用については地熱蒸気によって発電を行う地熱発電システムと、前記地熱発電システムから排出される発電後の高温熱水を熱源とし、前記の冷却水を利用してバイナリー発電を行う温泉熱バイナリー発電システムから得られる電力利用だけとし、システム構成機器の冷却については、河川水や地下の冷水を直接引き込んで冷却利用するための熱交換器２４が設置されている。

【0062】

以上の構成とすることで、システム全体で活用できる電力や冷熱の利用量が減少するものの、データ通信処理システムとしての機能を保持しつつ、図２の実施形態よりも少数で簡素なエネルギー供給システムの構成とすることで、狭い敷地でもコンパクトに整備が可能で、構成機器が少ないことでメンテナンスの負担や故障のリスクが少ないデータ通信処理システムを構築することも可能である。
（第４実施形態）

【0063】

次に、本発明の第４実施形態に関して、各地に分散設置された複数の再生可能エネルギー活用型データ通信処理システムを統合制御して運用することで、多量のデータを分散して送受信しながら並行処理させることで、データ処理の速度と効率をさらに向上させる、再生可能エネルギー活用型データ通信処理システム群について、図４に基づいて説明する。

【0064】

図４に示すように、本発明のＨＰＣデータ通信処理システム群２５は、図１～図３に例示の、地域の再生可能エネルギー資源に応じて整備された、複数のエッジコンピューティングシステム２６、２７、２８、２９、３０で構成される。

【0065】

このシステム群のうち、基幹システム２６は、システム全体を統括管理し、外部から発信された入力データ３１を受信し、複数のＨＰＣデータ通信処理システム群で分割して並行処理させるため、各システムに入力データ３１の一部を分割した分割処理データ３２と、分割処理データの処理指令信号３３の発信、および各システムが処理した結果データ３４と、処理完了報告信号３５を受信して集約し、各システムから送信された結果データの総合解析を行って、解析結果データ３６の出力や外部発信を行う。

【0066】

一方、従属システム２７、２８、２９および３０は、基幹システム２６からの送信されるデータとデータ処理の処理指令信号を受信し、それぞれのシステムで指令に基づくデータ処理を行ったうえで、解析・演算結果を基幹システム２６に返信し、新たなデータや指示を受けて継続的に協調運用されるように構成することで、多様な大容量のデータで複雑かつ高速な解析・演算を行わせたい場合でも、複数のエッジコンピューティングシステムが同時並行でデータ処理を行えるようになり、高速かつ効率的なデータ処理が可能となるとともに、従属システムや基幹システムが故障停止した場合でも、その信号と処理データを引き継いで別のシステムが処理を代行する構成とすることで、システム群を構成するデータ通信処理システムの一部が故障や稼働停止しても、所期のデータ処理を継続できるようになる。

【0067】

以上のように、地域に分散する多様な再生可能エネルギーを利用して、大容量かつ高速なデータの送受信と、送受信データの解析・演算処理に係わる電力消費と機器冷却を行うことで、化石燃料消費の削減と、化石燃料消費に伴う二酸化炭素の発生量を削減し、省エネルギー性と環境性の高い、大容量データの高速通信処理を行うことが可能となる。また、複数のデータ通信処理システムを群制御により統合運用できるようにすることで、システム群を構成する一部のデータ通信処理システムに不具合が起きても、データの通信処理を継続的に行えるようになり、データ処理機能の高性能化と強靭化を実現できるようになる。

【産業上の利用可能性】

【0068】

なお本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、例えば図１の実施形態は河川流域に設置した水力発電と河川水の冷熱利用に関する例に限らず、潮流発電が可能な海峡に設置した潮力発電と海水の冷熱利用や、波力発電と海水の冷熱利用により、本実施形態と同様なエッジコンピューティングシステムを構築することも可能である。

【0069】

また、図２の実施形態は地熱地帯に設置した地熱発電と発電後熱水の冷熱変換利用に関する例に限らず、バイオマス発電と発電システムの排気ガス熱や循環冷媒熱の冷熱変換利用や、太陽熱発電システムと発電後の循環熱媒体が保有する高温熱の冷熱変換利用、海洋温度差発電と、発電後の低温海洋深層水が保有する冷熱の直接利用により、本実施形態と同様なエッジコンピューティングシステムを構築することも可能である。

【0070】

さらに、本発明に示す大容量データの高速処理と送受信を行うエッジコンピューティングシステムのＨＰＣシステムは、ＧＰＵサーバやＡＳＩＣサーバに限らず、量子コンピュータシステムで構成してもよいし、データの送受信方式は第５世代（５Ｇ）通信方式に限定されず、第６世代以降の通信方式を採用したシステムに適用することも可能である。

【0071】

このように、前記の実施形態は例示であり、本発明の特許請求範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0072】

１・・・・本発明第１実施形態の再生可能エネルギー活用型データ通信処理システム
２・・・・５Ｇデータ通信用アンテナ
３・・・・５Ｇデータ通信システム
４・・・・ＨＰＣデータ処理システム
５・・・・水力発電電力蓄電型の無停電電力供給システム
６・・・・水力発電システム用除塵フィルタ
７・・・・水力発電システム用水圧管
８・・・・水力発電システム
９・・・・発電後流水との熱交換器
１０・・・５Ｇデータ通信システム冷却用冷媒の循環流路
１１・・・ＨＰＣデータ処理システム冷却用冷媒の循環流路
１２・・・本発明第２実施形態の再生可能エネルギー活用型データ通信処理システム
１３・・・地熱蒸気井
１４・・・河川
１５・・・地熱発電システム
１６・・・温泉熱バイナリー発電システム
１７・・・パワーコンディショニング受電盤
１８・・・地熱発電電力蓄電型の無停電電力供給システム
１９・・・発電後高温温水駆動型吸収式冷凍機
２０・・・発電後高温温水駆動型吸着式冷凍機
２１・・・発電後熱水利用型冷媒循環システム用熱交換器
２２・・・発電後低温温水駆動型デシカント空調機
２３・・・本発明第３実施形態の再生可能エネルギー活用型データ通信処理システム
２４・・・冷却水河川利用型冷媒循環システム用熱交換器
２５・・・本発明第４実施形態のＨＰＣデータ通信システム群
２６・・・本発明第４実施形態を構成する水力活用型基幹ＨＰＣデータ通信システム
２７・・・本発明第４実施形態を構成する水力活用型従属ＨＰＣデータ通信システム
２８・・・本発明第４実施形態を構成するバイオマス活用型従属ＨＰＣデータ通信システム
２９・・・本発明第４実施形態を構成する地熱活用型従属ＨＰＣデータ通信システム
３０・・・本発明第４実施形態を構成する潮力活用型従属ＨＰＣデータ通信システム
３１・・・外部からの入力データ
３２・・・基幹システムから分割送信された入力データ
３３・・・基幹システムからの分割送信データの処理指令信号
３４・・・従属システムから返信された解析結果データ
３５・・・従属システムから返信された解析処理終了連絡信号
３６・・・各従属システムからの返信解析結果データを統合解析処理した外部出力データ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】