(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-19
(54)【発明の名称】空気エネルギ貯蔵無停電電源
(51)【国際特許分類】
H02J 9/06 20060101AFI20240209BHJP
H02J 15/00 20060101ALI20240209BHJP
【ＦＩ】
H02J9/06 160
H02J15/00 A
H02J15/00 E
H02J15/00 J
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023550638
(86)(22)【出願日】2022-02-23
(85)【翻訳文提出日】2023-10-20
(86)【国際出願番号】 US2022070795
(87)【国際公開番号】W WO2022183188
(87)【国際公開日】2022-09-01
(31)【優先権主張番号】63/152,755
(32)【優先日】2021-02-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/652,074
(32)【優先日】2022-02-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523134037
【氏名又は名称】ケリ、エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】コールナー、マシュー ダグラス
(72)【発明者】
【氏名】マクダニエル、ブランドン
(72)【発明者】
【氏名】ムシッリ、ジェーアール．、 ジョン エー．
【テーマコード（参考）】
5G015
【Ｆターム（参考）】
5G015GA15
5G015JA66
5G015KA03
(57)【要約】
システム（１００）は、第１圧縮空気または液体空気のうちの少なくとも１つを貯蔵するように構成された少なくとも１つの貯蔵タンク（１０７）を含む。システムはまた、タービン（１１０）と、発電機（２３２）と、フライホイール（２３４）とを備える電力供給システム（１０９）を含む。電力供給システムは少なくとも１つの貯蔵タンクから第２圧縮空気を受け取るように構成され、第２圧縮空気は気体状態に加熱された第１圧縮空気または液体空気のいずれかを含み、タービンの回転は第２圧縮空気を使用してタービンおよびフライホイールを回転させ、タービンの回転は発電機において電気エネルギを生成し、データセンタの電子デバイスに電力供給するためのデータセンタ（１２０）に電気エネルギを提供し、データセンタの電子デバイスを冷却するために、タービンによって排気された第２圧縮空気の少なくとも一部分をデータセンタに提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１圧縮空気及び液体空気のうちの少なくとも１つを貯蔵するように構成された少なくとも１つの貯蔵タンク（１０７、２０７、２０７ａ、２０７ｂ）とタービン（１１０、２３０）と、発電機（２３２）と、フライホイール（２３４）とを含む電力供給システム（１０９、２０９）と、
を含み、
前記電力供給システムは、
少なくとも１つの前記貯蔵タンクから第２圧縮空気を受け取り、
前記第２圧縮空気は、加熱されて気体状態になった前記第１圧縮空気または前記液体空気のいずれかを含み、
前記第２圧縮空気を使用して、前記タービン及び前記フライホイールを回転させ、
前記タービンの回転は、前記発電機において電気エネルギを生成し、
データセンタ（１２０、２２０）の電子デバイス（１２２）に電力を供給するために前記データセンタに電気エネルギを供給し、
前記データセンタの前記電子デバイスを冷却するために、前記タービンによって排気された前記第２圧縮空気の少なくとも一部分を前記データセンタに供給する、
システム（１００、２００、４００）。
【請求項2】
前記電力供給システムは、さらに、前記タービンの前に配置されたヒータ（１０８、２１８）または熱交換器（１０８、２１８）を介して、前記第１圧縮空気及び前記液体空気の少なくとも一部分から、前記データセンタに冷熱コンテンツを直接提供する、
ように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記電力供給システムはさらに、イベントの検出に応答して、前記フライホイールの角運動を使用して電気エネルギを生成する、
ように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記タービン、前記発電機、および前記フライホイールは、共通シャフト（２３６、２３８）上で互いに結合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記電力供給システムの非生産期間中、前記共通シャフトを所定の最小回転速度で回転させるように構成されたモータ（２４２）、をさらに含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記第２圧縮空気が前記電力供給システムに供給される前に、少なくとも１つの前記貯蔵タンクからの前記液体空気または前記第１圧縮空気を前記第２圧縮空気に加熱するように構成されたヒータ（１０８、２１８）、をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記ヒータは、前記データセンタの前記電子デバイスによって生成された熱を使用する、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記タービンおよび前記フライホイールは、前記電力供給システムに別々に追加されるか、または前記電力供給システムから別々に取り外されることが可能な個別のアセンブリとして構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記電力供給システムは、主電源が利用できないとき、無停電電源（ＵＰＳ）として前記データセンタに電力を供給するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
第１圧縮空気及び液体空気の少なくとも１つを少なくとも１つの貯蔵タンク（１０７、２０７、２０７ａ、２０７ｂ）に貯蔵し、タービン（１１０、２３０）と、発電機（２３２）と、フライホイール（２３４）と、を含む電力供給システム（１０９、２０９）において、少なくとも１つの前記貯蔵タンクから第２圧縮空気を受け取り、
前記第２圧縮空気は、加熱されて気体状態になった前記第１圧縮空気または前記液体空気のいずれかを含み、
前記第２圧縮空気を用いて、前記タービン及び前記フライホイールを回転させ、
前記タービンの回転は、前記発電機において電気エネルギを生成し、
データセンタ（１２０、２２０）の電子デバイス（１２２）に電力を供給するために、前記データセンタに電気エネルギを提供し、
前記データセンタの前記電子デバイスを冷却するために、前記タービンによって排気された前記第２圧縮空気の少なくとも一部分を前記データセンタに提供する、
方法。
【請求項11】
前記タービンの前に配置されたヒータ（１０８、２１８）または熱交換器（１０８、２１８）を介して、前記第１圧縮空気または前記液体空気の少なくとも一部分から前記データセンタに冷熱コンテンツを直接提供する、ことをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
イベントの検出に応答して、前記フライホイールの角運動を使用して電気エネルギを生成する、ことをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項13】
前記タービン、前記発電機、および前記フライホイールは、共通シャフト（２３６、２３８）上で互いに結合され、モータ（２４２）を動作させて、前記電力供給システムの非生産期間中に、前記共通シャフトを所定の最小回転速度で回転させる、
ことをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
前記第２圧縮空気が前記電力供給システムに供給される前に、少なくとも１つの前記貯蔵タンクから前記第２圧縮空気に前記液体空気または前記第１圧縮空気を加熱する、ことをさらに含み、
前記液体空気または前記第１圧縮空気は、前記データセンタの前記電子デバイスによって生成された熱を使用して加熱される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項15】
コンピュータプログラムを具現化する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータプログラムはコンピュータ可読プログラムコードを含み、
コンピューティングデバイスのプロセッサによって実行されると、
少なくとも１つの貯蔵タンク（１０７、２０７、２０７ａ、２０７ｂ）を制御して、少なくとも１つの前記貯蔵タンク内に第１圧縮空気及び液体空気の少なくとも１つを貯蔵し、
少なくとも１つの前記貯蔵タンクから第２圧縮空気を受け取るように電力供給システム（１０９、２０９）を制御し、
前記第２圧縮空気は気体状態に加熱された前記第１圧縮空気または前記液体空気のいずれかを含み、前記電力供給システムはタービン（１１０、２３０）、発電機（２３２）、およびフライホイール（２３４）を含み、
前記第２圧縮空気を使用して前記タービンおよび前記フライホイールを回転させるように前記電力供給システムを制御し、前記タービンの回転が前記発電機において電気エネルギを生成し、
データセンタ（１２０、２２０）の電子デバイス（１２２）に電力を供給するために、前記データセンタに電気エネルギを供給するように前記電力供給システムを制御し、
前記データセンタの前記電子デバイスを冷却するために、前記タービンによって排気された前記第２圧縮空気の少なくとも一部分を前記データセンタに供給するように前記電力供給システムを制御する、
ことを前記コンピューティングデバイスに行わせる、コンピュータ可読プログラムコードを含む、
非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施形態は無停電電力供給システムに関し、特に、例えば、重要な電力用途のために、無停電電源装置に電力を供給するために空気エネルギ貯蔵装置を使用することに関する。
【背景技術】
【0002】
電力臨界用途で動作する設備はその電力臨界用途が常に動作可能であることを保証するために、一定またはほぼ一定の電力供給を必要とする。これらの施設は典型的には電力の一次供給源として公益事業グリッドを使用し、一次公益事業グリッドから電力の損失がある場合に、それらの用途に電力を提供するために無停電電源装置に依存する。無停電電源装置は、典型的にはディーゼルモータによって動力供給される発電機を用いて電気を生成する。ディーゼルモータは、環境だけでなく、人の健康に有害な可能性のある毒素を排出する。さらに、ディーゼルモータは、頻繁かつ継続的なメンテナンスを必要とする。電力臨界施設は施設が無停電電力を維持することを確実にするために、ディーゼルエンジンを使用することに限定されることが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本開示は臨界電力用途のために、無停電電力および断続的電源からの冷却を提供するためのシステムおよび方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
第１実施形態では、システムが第１圧縮空気または液体空気の少なくとも１つを貯蔵するように構成された少なくとも１つの貯蔵タンクを含む。システムはまた、タービン、発電機、およびフライホイールを備える電力供給システムを含む。電力供給システムは少なくとも１つの貯蔵タンクから第２圧縮空気を受け取るように構成され、第２圧縮空気は気体状態に加熱された第１圧縮空気または液体空気のいずれかを含み、第２圧縮空気を使用してタービンおよびフライホイールを回転させ、タービンの回転は発電機において電気エネルギを生成し、データセンタの電子デバイスに電力を供給するためにデータセンタに電気エネルギを供給し、データセンタの電子デバイスを冷却するために、タービンによって排気された第２圧縮空気の少なくとも一部をデータセンタに供給する。これは、タービンの前に配置された熱交換器を介して、第２圧縮空気または液体空気の冷熱の少なくとも一部分をデータセンタに直接供給することを含むことができる。
【0005】
第２実施形態の方法は、少なくとも１つの貯蔵タンク内に第１圧縮空気または液体空気のうちの少なくとも１つを貯蔵することを含む。本方法はまた、タービン、発電機、およびフライホイールを備える電力供給システムにおいて、少なくとも１つの貯蔵タンクから第２圧縮空気を受け取ることを含み、第２圧縮空気は、第１圧縮空気または気体状態に加熱された液体空気のいずれかを含む。本方法はまた、第２圧縮空気を使用してタービンおよびフライホイールを回転させることを含み、タービンの回転は、発電機において電気エネルギを生成する。本方法はまた、データセンタの電子デバイスに電力を供給するために、データセンタに電気エネルギを供給することを含む。本方法はまた、データセンタの電子デバイスを冷却するために、タービンによって排気された第２圧縮空気の少なくとも一部分をデータセンタに提供することを含む。これは、タービンの前に配置された熱交換器を介して、第２圧縮空気または液体空気の冷熱の少なくとも一部分をデータセンタに直接供給することを含むことができる。
【0006】
第３実施形態では、非一時的コンピュータ可読媒体がコンピュータプログラムを具現化する。コンピュータプログラムはコンピューティングデバイスのプロセッサによって実行されると、少なくとも１つの貯蔵タンクに第１圧縮空気または液体空気のうちの少なくとも１つを貯蔵するように、少なくとも１つの貯蔵タンクを制御することと、少なくとも１つの貯蔵タンクから第２圧縮空気を受け取るように、電力供給システムを制御することであって、第２圧縮空気は気体状態に加熱された第１圧縮空気または液体空気のいずれかを含み、電力供給システムはタービン、発電機、及びフライホイールを含む、制御することと、電力供給システムを制御して、第２圧縮空気を使用してタービンおよびフライホイールを回転させることであって、タービンの回転は発電機において電気エネルギを生成する、制御することと、電力供給システムを制御して、データセンタの電子デバイスに電力を供給することと、電力供給システムを制御して、タービンによって排気された第２圧縮空気の少なくとも一部分をデータセンタに供給して、データセンタの電子デバイスを冷却することと、を含む、コンピュータ可読プログラムコードを備える。これは、タービンの前に配置された熱交換器を介して、第２圧縮または液体空気冷熱量の少なくとも一部分をデータセンタに直接供給することを含むことができる。
【0007】
他の技術的特徴は、以下の図面、説明、および特許請求の範囲から当業者には容易に明らかであり得る。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に説明する図１～図６、および本書において本開示の原理を説明するために使用される様々な実施形態は単なる例示であり、本開示の範囲を限定するものとして決して解釈されるべきではない。当業者は、本開示の原理が任意の適切に配置されたシステムまたはデバイスにおいて実装され得ることを理解するであろう。
【0010】
簡単かつ明確にするために、いくつかの特徴および構成要素は、他の図に関連して示されるものを含む、すべての図に明示的に示されていない。図面に示された全ての特徴は、記載された実施形態のいずれかにおいて使用されてもよいことが理解されるであろう。特定の図からの特徴または構成要素の省略は簡略化および明瞭化の目的のためであり、特徴または構成要素が、その図に関連して説明される実施形態において使用され得ないことを暗示することを意味しない。
【0011】
本開示の実施形態は一次電源によって設備に供給される電力を補うために、設備がディーゼル発電機を使用していることを認識し、考慮する。しかしながら、ディーゼル発電機によって放出される毒素は、発電機の近くで働く人々及び環境に有害であり得る。さらに、化石燃料の供給の必要性は費用がかかり、非効率的であり得る。本開示の実施形態は、施設が再生可能エネルギ源などの他のエネルギ源に依存する無停電電力を保証する代替の方法を有し得ないことを認識し、考慮する。
【0012】
したがって、本開示の実施形態はデータセンタのように、連続動作能力を必要とする設備のための安定状態電源が必要であることを認識する。さらに、本開示の実施形態は、データセンタなどの施設がデータセンタ内に収容されたコンピュータシステムおよび関連する電子デバイスを常時動作させることによって、かなりの量の熱を生成することを認識する。加えて、本開示の実施形態は施設のコンピュータシステムが所望の温度で動作し、過熱されないように、施設に冷却を提供する必要があることを認識する。したがって、本開示の実施形態は、臨界電力用途のための無停電電力および冷却を提供する。
【0013】
図１は、本開示の様々な実施形態による、空気エネルギ貯蔵電源および冷却のための例示的なシステム１００を示す。図１に示されるシステム１００の実施形態は、単に例示のためのものである。本開示の範囲から逸脱することなく、システム１００の他の実施形態を使用することができる。
【0014】
システム１００は、電気エネルギを生成または受信する電源１０１を含むことができる。電源１０１は、再生可能エネルギ源から電気エネルギを生成または受け取ることができる。電源１０１は風力、太陽光、潮力／波力、または任意の他の再生可能エネルギ源から電気エネルギを生成または受信することができる（ユーティリティグリッドは同じ入力を通して電力を提供することもできる）。システム１００はまた、公益事業電力網から電気エネルギを受け取ることができる。ユーティリティ電力グリッドおよび電源１０１は、システム１００の同じ入力を介してシステム１００に電気エネルギを提供することができる。
【0015】
システム１００は、計測装置１０３を含むことができる。計測装置１０３は例えば、電気エネルギが容易に利用可能であり、かつ／または費用効率が高い期間中に、電源１０１によって生成または受信された電気エネルギを受信し、システム１００内の異なる場所にエネルギを分配することができる。例えば、システム１００は、システム１００の全動作を制御するコンピューティングデバイス１０４を含む。コンピューティングデバイス１０４は、計測装置１０３及び／又は電源１０１に接続されて、電力エネルギの利用可能性、信頼性、及び／又は価格を監視することができる。例えば、コンピューティングデバイス１０４は、電気エネルギの利用可能性、信頼性、および／または価格と１つまたは複数の基準値またはしきい値との対比に基づいて、貯蔵のための電気エネルギを潜在的な機械エネルギとして変換することを決定する。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス１０４が個人または企業などの第三者によって運営されるサービスであってもよい。コンピューティングデバイス１０４は、装置１００の残りの部分が位置する場所とは別の場所に収容され、操作されてもよい。すなわち、コンピューティングデバイス１０４は、所定の位置にバインドされていない。
【0016】
計測装置１０３は、電気負荷１２０に電力を供給することができる。電気負荷１２０については、以下でより詳細に説明する。計測装置１０３は、電気機械エネルギ変換装置１０５に電気エネルギを供給することができる。計測装置はまた、電源１０１によって生成された電気エネルギを計測装置１０３が供給することができる、または、電気負荷１２０または電気機械エネルギ変換装置１０５に供給するための電気エネルギを受け取ることができる電力グリッドに接続されてもよい。
【0017】
電気機械エネルギ変換装置１０５は計測装置１０３から電気エネルギを受け取り、電気エネルギを機械エネルギに変換することができる。例えば、電気機械エネルギ変換装置１０５は、気体液体変換システムを含むことができる。気体液体変換システムは、気体を液体に変換するために電気エネルギを使用するように構成されてもよい。気体液体変換システムは、任意の公知の気体液化システムを組み込むことができる。例えば、気体液体変換システムは、気体を液体に変換するためにＬｉｎｄｅ－Ｈａｍｐｓｏｎサイクルを操作することができる。気体液体変換システムは、気体を圧縮、冷却、膨張させて気体の温度を下げ、液体に変換するサイクルを繰り返してもよい。したがって、気体液体変換システムは、圧縮機、冷却器、熱交換器、分離器、膨張器、および気体を液体に変換するために必要な他の機器を含むことができる。気体液体変換システムは、任意の数の気体を液体に変換するために使用され得る。様々な実施形態において、気体液体変換システムは、システム１００の周囲空気を液体空気に変換するために使用される。
【0018】
他の実施形態では、電気機械エネルギ変換装置１０５が大気圧よりも高い圧力を有するように空気を圧縮するために電気エネルギを使用するように構成された空気圧縮機を備えてもよい。
【0019】
電気機械エネルギ変換装置１０５は、気体液体変換システムまたは空気圧縮機に限定されない。本開示の範囲から逸脱することなく、電気機械エネルギ変換装置１０５の他の実施形態を使用することができる。
【0020】
いくつかの実施形態では、空気液化プロセスが空気を少なくとも酸素および二酸化炭素（ＣＯ２）成分に分離する空気分離プロセスを含むことができる。空気分離プロセスで生成された酸素は化学元素（例えば、鉄（Ｆｅ））床中の酸化剤として使用して、システム１００内の加熱に使用することができる熱エネルギを生成することができる。酸化プロセスにおける炭素封鎖剤は、急速に酸化する化学元素床において発熱化学反応を生じさせることができる。いくつかの実施形態では、酸化からの熱エネルギを、天然ガスまたは他の炭素依存性加熱源の代わりに、使用することができる。
【0021】
いくつかの実施形態において、空気分離プロセスは、複数の段階を含むことができる。１つの段階では、大気を濾過し、圧縮し、モレキュラーシーブに通して、水蒸気を除去し、ＣＯ２を分離する。別の段階では、ＣＯ２が捕捉され、圧縮された空気が圧縮システムに送られる。この方法はＣＯ２を捕捉し、圧縮システムを動作させるためにほぼエネルギニュートラルであってもよい。ＣＯ２捕捉の廃液流は、圧縮システムが圧縮の第２段階に到達するのに必要なエネルギを除去する。これは、次に、システム１００の動作の総コストを低減するか、または炭素捕捉のコストを低減するか、またはその両方を可能にする。
【0022】
システム１００は、機械的電池１０７（または機械的エネルギ貯蔵デバイス）をさらに含む。機械的電池は、電気機械エネルギ変換デバイス１０５によって生成された機械エネルギを記憶することができる。例えば、電気機械エネルギ変換装置１０５が気体液体変換システムを備える場合、機械的電池１０７は、気体液体変換システムによって生成された液化気体を収容することができる絶縁容器であってもよい。容器は、液化気体を収容するのに適した任意の容器であってもよい。機械的電池１０７は気体液体変換システムによって生成される液化気体の所望の温度を維持するために、断熱され冷蔵された貯蔵タンクであってもよい。電気機械エネルギ変換装置１０５が空気圧縮機である実施形態では、機械的電池１０７が加圧空気を収容するように構成された貯蔵タンクであってもよい。いくつかの実施形態では、機械的電池１０７が液体空気および圧縮空気の両方を収容するように構成された貯蔵タンクであり得る。いくつかの実施形態では、機械的電池１０７が電気機械エネルギ変換装置１０５から（またはそれによって使用するために）熱エネルギを熱化学的に貯蔵する（または冷貯蔵する）ことができる１つまたは複数の液体または固体物質（例えば、液体ＣＯ２、ドライアイス、ゼオライト結晶など）を含むことができる。本開示の範囲から逸脱することなく、機械的電池１０７の他の実施形態を使用することができる。
【0023】
システム１００は、ヒータまたは熱交換器１０８（以下、単に「ヒータ」と呼ぶ）を含むことができる。ヒータ１０８は、機械的電池１０７からヒータ１０８に供給される空気を加熱することができる。例えば、機械的電池１０７が液体空気を貯蔵する実施形態では、ヒータ１０８が液体空気を気体化して気体状態に戻すために、機械的電池１０７からの液体空気を加熱することができる。ヒータ１０８は空気が電力供給システム１０９に入る前に、電池１０７からの液体空気の気体化を改善することによって、システム１００をより効率的にするように構成される。様々な実施形態において、ヒータ１０８は、電池１０７に貯蔵された液体空気の気体化のために必要とされなくてもよい。これらの実施形態では、液体空気が電池１０７から電力供給システム１０９に移動するときに液体空気に作用する大気熱が液体空気を気体状態に変換するのに十分であり得る。例えば、液体空気は液体空気がその気体状態（例えば、大気圧または大気圧付近で約－３２０°Ｆ）に変換する温度未満で、電池１０７に貯蔵され得る。周囲空気からの熱は、液体空気をその気体状態に変換することができる。この例では、ヒータ１０８が液体から気体への液化気体の変換を加速するように構成される。したがって、当業者は、ヒータ１０８がシステム１００に必要ではなく、システム１００の動作をより効率的にするように構成されることを理解するであろう。
【0024】
ヒータ１０８は、いくつかの異なる源のいずれかを使用して空気を加熱することができる。ヒータ１０８は、特に空気を加熱するための熱を発生させることができる。いくつかの実施形態では、ヒータ１０８が気体燃焼ヒータ、水素燃焼ヒータもしくは熱発生器、電気ヒータ、または電池１０７からの空気を加熱するように構成された任意の他の好適なヒータであってもよい。他の実施形態では、ヒータ１０８がシステム１００の熱源１２２から熱を供給することができる。システム１００の熱源１２２については、以下でさらに詳細に説明する。ヒータ１０８が熱源１２２によって生成された熱を使用するとき、ヒータは、さもなければ無駄になるのであろうエネルギを利用する。以下でさらに詳細に説明するように、熱源１２２は、動作中に熱を出力するデータセンタのサーバ、コンピュータシステム、および他の電子デバイスであってもよい。そのような熱源による熱出力は、典型的にはデータセンタの動作中に失われる。ヒータ１０８は熱源１２２によって生成された熱を使用して液体空気を加熱し、液体空気を気体状態に変換することができる。したがって、ヒータ１０８は、そうでなければ失われるのであろうシステムのエネルギを効果的に使用することによって、システム１００をより効率的にするように構成される。
【0025】
機械的電池１０７が液体空気を貯蔵する実施形態では、液体空気の気体化が、液体が気体状態に膨張することに起因して、気体空気の圧力の増加をもたらす。電池１０７から放出された空気は、ほぼ大気圧の液体空気として放出される。次いで、液体空気は、加熱されて、大気熱のみによって、またはヒータ１０８によって、気体状態に変換される。この加熱プロセスの間、液体空気は気体状態に変わり、大気圧を超えて加圧される。次いで、加圧された、または圧縮された気体空気が、電力供給システム１０９に供給される。
【0026】
電力供給システム１０９は機械的電池１０７から機械エネルギを受け取り、機械エネルギを電気エネルギに変換する。様々な実施形態では、電力供給システム１０９が無停電またはほぼ無停電の電力供給を電気負荷１２０に提供する。本明細書で使用されるとき、無停電またはほぼ無停電およびその派生語は、バックアップ電源が必要とされ、かつ／または起動されたときから数ミリ秒程度の時間期間内に一定の電力レベルを提供する電源を指す。様々な実施形態では、電力供給システム１０９が負荷１２０に一貫した電力を提供し、例えば、電力損失の場合に、無停電またはほぼ無停電の電源を提供するためのほぼ瞬間的な電力のバックアップインスタンスとして、フライホイールまたは化学電池などの機械エネルギ蓄積機構を組み合わせて、または個別に、含む。いくつかの実施形態では電気エネルギが容易に利用可能ではなく、かつ／または費用効率が高くない間、または一次エネルギ源の故障があるとき、コンピューティングデバイス１０４は電池１０７内に蓄積された機械エネルギを放出して電気エネルギに変換し、電気負荷１２０に電力供給する（および、いくつかの実施形態では冷却する）ことを決定し得る。例えば、コンピューティングデバイス１０４は、電気エネルギの利用可能性、信頼性、および／または価格と１つまたは複数の基準値またはしきい値との対比に基づいて、蓄積された潜在的な機械エネルギを電気エネルギに変換して、負荷１２０に電力を供給することを決定することができる。例えば、コンピューティングデバイス１０４は電源装置１０９に接続され、負荷１２０に供給するために、機械エネルギを放出させ、電気エネルギに変換させることができる。
【0027】
様々な実施形態では、電力供給システム１０９が圧縮空気を使用して電気エネルギを生成するように構成された圧縮空気動力発電ユニットを含む。様々な実施形態では、電力供給システム１０９が圧縮空気の機械的エネルギを電気エネルギに変換するために発電機に結合されたターボエキスパンダまたはエキスパンダタービン１１０を含む。電力供給システム１０９は、上述の実施形態に限定されない。本開示の範囲から逸脱することなく、電力供給システム１０９の他の実施形態を使用することができる。
【0028】
電気負荷１２０は、電力供給システム１０９から電気エネルギを供給され得る。前述のように、電気負荷１２０はまた、電源１０１によって計測装置１０３から、または公共電力網から直接生成される電気エネルギを供給されてもよい。電気負荷１２０は、電気エネルギを消費する任意の構成要素であり得る。電気負荷１２０は、データセンタなどの電子デバイスを収容する建物であり得る。本開示の範囲から逸脱することなく、電気負荷１２０の他の実施形態を使用することができる。
【0029】
熱源１２２は、熱を出力する高出力環境であってもよい。高出力環境は、電気負荷１２０の一部であってもよい。例えば、電気負荷１２０がデータセンタである場合、上述のように、熱源１２２は、動作中に熱を出力するデータセンタのサーバ、コンピュータシステム、および他の電子デバイスであってもよい。本開示の範囲から逸脱することなく、熱源１２２の他の実施形態を使用することができる。
【0030】
熱源１２２は、電力供給システム１０９の排気によって冷却されてもよい。例えば、電力供給システム１０９が上述のように圧縮空気動力タービン１１０を含むとき、タービン１１０は、機械的電池１０７からの圧縮空気を電気エネルギに変換する。圧縮空気を電気エネルギに変換するプロセスにおいて、タービン１１０は、冷たい空気を排出する。タービン１１０によって排気された冷気は、熱源１２２を冷却するために熱源１２２に供給されてもよい。冷却は、直接的または間接的に行うことができる。直接冷却の一例は、タービン１１０の排気又は上流熱交換器からデータセンタへ１つ以上の空気ダクトを通して空気を単に噴射することである。間接冷却の一例はデータセンタの冷却システムにポンピングされるコイルを介して流体を冷却することであり、このコイルは、タービン１１０または上流熱交換器副生成物から循環される流体からの冷却を介して既存のファンを使用してデータセンタを冷却する。いくつかの実施形態では、流体が例えば、－１２８°Ｆ～－６°Ｆの温度の非凍結流体である。データセンタホットアイル空気からの熱エネルギは、非凍結流体に伝達することができる。したがって、流体を熱導体として使用することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、熱源１２２を冷却する他の実施形態を使用することができる。
【0031】
熱源１２２は、電力供給システム１０９の上流のヒータ１０８で熱伝達副生成物中に抽出された液体または圧縮空気冷熱コンテンツからの熱捕捉冷却プロセスによって冷却することができる。液体空気を加熱する副生成物は液体空気の極端な温度差（例えば、大気圧または大気圧付近で約－３２０°Ｆ、および３２°Ｆ以上の周囲空気または流体温度）のために、加熱または熱交換プロセスが極低温を沸騰させた後に残る冷たい空気または冷たい流体の著しい熱質量である。
【0032】
例えば、圧縮空気がエネルギ源である場合、圧力の急激な変化を受けるときの気体の温度の変化を表すジュール・トムソン効果が作用する。機械的電池１０７内の貯蔵圧力（例えば、４０００ｐｓｉ）からタービン１１０における作動圧力（例えば、６００ｐｓｉ）への減圧中、空気温度は急速に低下する。ヒータ１０８は圧縮空気中に存在し得る任意の水分子の凍結を防止するために、空気温度を周囲温度（例えば、３２°Ｆ超）まで上昇させるために使用され得る。圧縮空気温度を３２°Ｆを超えて上昇させ、維持する副生成物は、タービン１１０の上流の空気対空気熱交換からの冷たい空気または空気対流体熱交換からの冷たい流体である。熱源１２２で使用するための低温熱液体または空気冷却溶液は、この時点で副生成物から得ることができる。
【0033】
図２は、本開示の様々な実施形態による電源および冷却システム２００の電力供給システム２０９の一例を示す。電力供給システム２０９は図１の電力供給システム１０９の一実施例であり、図２の電源および冷却システム２００は、図１のシステム１００の一実施例である。図２に示される電力供給システム２０９の実施形態は、単に説明のためのものである。本開示の範囲から逸脱することなく、電力供給システム２０９の他の実施形態を使用することができる。
【0034】
図２に示すように、電力供給システム２０９はタービン２３０と、発電機または交流発電機２３２（本明細書では単に「発電機」と呼ぶ）と、データセンタ２２０に電力を供給するためのフライホイール２３４（または様々な実施形態では個々にまたはフライホイール２３４と組み合わせた化学電池）とを含む。以下でより詳細に説明するように、貯蔵タンク２０７からの圧縮空気を、供給ライン２１７を通してタービン２３０に供給することができる。タービン２３０は、圧縮空気によって動力を与えられて、発電機２３２に結合されたシャフトを回転させる。発電機２３２は、タービン２３０によって生成された機械エネルギを電気エネルギに変換するように構成される。具体的には、発電機２３２のロータがタービン２３０の回転シャフト２３６に結合されて、電気エネルギを生成することができる。
【0035】
様々な実施形態では、タービン２３０のシャフト２３６はまた、タービン２３０、発電機２３２、およびフライホイール２３４が共通のシャフトまたは軸（２３６および２３８）上にあるように、フライホイール２３４に結合され得る。いくつかの実施形態ではタービン２３０、発電機２３２、フライホイール２３４、およびシャフト２３６、２３８は水平軸に沿って配向することができる。しかしながら、本開示は水平配置に限定されない。例えば、いくつかの実施形態ではフライホイール２３４およびシャフト２３６、２３８を含むこれらの構成要素のうちの１つまたは複数は垂直に配向され得る。いくつかの実施形態ではタービン２３０、発電機２３２、フライホイール２３４、およびシャフト２３６、２３８のうちの１つまたは複数は線形スキッド上に組み立てられるか、または配置され得る。いくつかの実施形態では、タービン２３０およびフライホイール２３４を、既存の燃焼機関発電プラットホームに後付けするために、電源および冷却装置２００に別々に追加または別々に取り外すことができる個別のアセンブリとして構成することができる。いくつかの実施形態では、タービン２３０および発電機２３２が１つまたは複数の他のデバイス（たとえば、静止移送スイッチ、自動移送スイッチ、化学電池など、またはそれらの任意の組合せ）を通して実行される動力伝達を伴って、水平シャフト２３６から独立している垂直に配置されたフライホイール２３４で構成される。
【0036】
タービン２３０の回転シャフト２３６は、フライホイール２３４のシャフト２３８を回転させることができる。タービン２３０に供給される機械エネルギは、回転フライホイール２３４の運動に蓄積することができる。いくつかの実施形態では、少量の電気エネルギまたは少量の圧縮または液体空気がタービン２３０、発電機２３２、およびフライホイール２３４の回転を維持することができる。したがって、以下でより詳細に説明するように、タービン２３０が発電機２３２に機械エネルギを提供しなくなった場合、またはデータセンタ２２０に電力を供給している電源１０１などの代替電源が故障するか、またはオフにされることが望まれる場合、回転フライホイール２３４の運動に蓄積された機械エネルギを使用して、発電機２３２に電力を供給することができ、その結果、タービン２３０が動作していないか、または例えば、始動またはスイッチオーバ中に、低減された速度で動作しているときでも、発電機２３２が電気エネルギを生成し続けることができる。すなわち、フライホイール２３４は空気弁を開くのに十分な長さだけ共通シャフト２３６、２３８を回転させ続け、タービン２３０は共通シャフト２３６、２３８を回転させるための動力を再び供給する。追加的または代替的に、いくつかの実施形態では、システム２００が非生産期間中に共通シャフト２３６、２３８を回転させて、以下でより詳細に説明するように、所定の最小回転速度を介して回転ソフトスタートを提供することができる、ベルト付きまたはギア付き電気モータ２４２を含むことができる。
【0037】
様々な実施形態において、タービン２３０、発電機２３２、およびフライホイール２３４の回転要素は、磁気軸受または他の低摩擦軸受によって回転可能に支持されてもよい。磁気軸受は、従来の軸受と比較して、構成要素の効率を高め、また、構成要素に必要なメンテナンスを低減する。例えば、電力供給システム２０９がデータセンタ２２０のための電源として使用されているかどうかにかかわらず、タービン２３０およびフライホイール２３４（および、いくつかの実施形態では、発電機２３２も）が一次電源（例えば、電源１０１）の故障または切替えの場合に瞬間的なまたはほぼ瞬間的なバックアップ電力を提供するように回転し続けることができる。これらの実施形態における磁気軸受の使用は、この一貫した回転が低減された保守コストで実現可能であることを可能にすることができる。
【0038】
したがって、様々な実施形態では、電力供給システム２０９がデータセンタ２２０への無停電電源として使用され得る。無停電電源装置は、主電源が故障したときに負荷を調整および／または負荷に電力を供給するために使用される。無停電電源装置は、入力電力遮断からほぼ瞬時に保護することができる。したがって、無停電電源装置は、主電源が負荷に電力を供給することに失敗したことを検出した後、一定の時間内に負荷に電力を供給するように構成され得る。
【0039】
図３は、本開示の様々な実施形態による電源および冷却システム２００の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示されるこの実施形態は、例示のためだけのものである。本開示の範囲から逸脱することなく、電力供給システム動作の他の実施形態を使用することができる。
【0040】
図３を参照すると、動作３０１において、システム２００は、まず、電力供給システム２０９を介した発電が開始されることを決定する。以下に詳述するように、動作３０１で行われる決定は、装置２００のコンピューティングデバイス６００によって行うことができる。以下でより詳細に説明するように、システム２００は、有利なシナリオをもたらすいくつかの異なる要因に基づいて、電力供給システム２０９を介して発電をいつ開始するかを決定することができる。いくつかの実施形態では、電力供給システム２０９は、動作３０１がめったに実行されないように、常時またはほぼ常時で動作してもよい。
【0041】
貯蔵タンク２０７は、図１の機械的電池１０７を含むことができる。貯蔵タンク２０７は、電気機械エネルギ変換装置１０５によって処理された空気で満たされてもよい。いくつかの実施形態では、電気機械エネルギ変換装置１０５が空気を圧縮するように構成された空気圧縮機であってもよい。これらの実施形態では、貯蔵タンク２０７が空気圧縮機によって圧縮された圧縮空気を貯蔵するように構成されてもよい。したがって、貯蔵タンク２０７によって貯蔵される機械エネルギは、大気圧よりも高い圧力を有するように圧縮された空気を貯蔵することができる。
【0042】
他の実施形態では、電気機械エネルギ変換装置１０５がシステムの周囲空気を液体空気に変換するように構成された気体液体変換システムであってもよい。気体液体変換システムは、任意の液化可能な気体を液化することができる。一実施形態では、気体液体変換システムがシステムの周囲空気を液体に変換することができる。気体液体変換システムは、本開示の範囲から逸脱することなく、任意の液化可能な気体を液化し得る。気体液体変換システムは、任意の公知の気体液化システムを組み込むことができる。例えば、気体液体変換システムは、気体を液体に変換するためにＬｉｎｄｅ－Ｈａｍｐｓｏｎサイクルを操作することができる。気体液体変換システムは、空気を圧縮、冷却、膨張させるサイクルを繰り返して、空気の温度を下げ、空気を液化させることができる。気体液体変換システムは、本開示の範囲から逸脱することなく、気体を液化する他の方法を組み込んでもよい。
【0043】
これらの実施形態では、気体液体変換システムからの液体空気を、気体液体変換システムの液体出口と貯蔵タンク２０７の入口とを接続する液体ラインによって貯蔵タンク２０７に送達することができる。当業者であれば、貯蔵タンク２０７は任意の数の貯蔵タンクを含むことができ、単一の貯蔵タンクに限定されないことを認識するであろう。具体的には、貯蔵タンク２０７が液体空気を大気圧で貯蔵するように構成されてもよい。液体空気を大気圧で貯蔵するために、貯蔵タンク２０７は液体空気がその気体状態（例えば、大気圧で約－３２０°Ｆ）に変換する温度未満に液体空気を維持しなければならない。したがって、液体貯蔵タンク２０７は、断熱されてもよく、液体空気が貯蔵タンク２０７内で液体状態に維持されることを確実にするための冷凍システムを含んでもよい。当業者は、貯蔵タンク２０７がシステム２００の特定の動作に従って、任意のサイズ、形状、または量で使用され得ることを認識するであろう。さらに他の実施形態では、電力供給システム２０９が液体および圧縮空気エネルギ貯蔵の両方を介して供給されてもよい。
【0044】
動作３０３において、貯蔵タンク２０７に貯蔵された空気は、貯蔵タンク２０７の出口から供給ライン２１７を介して電力供給システム２０９に供給され得る。様々な実施形態によれば、電力供給システム２０９は、圧縮空気を使用して電力を生成するように構成され得る。貯蔵タンク２０７が圧縮空気を貯蔵する実施形態では、供給ライン２１７が貯蔵タンク２０７に貯蔵された圧縮空気を電力供給システム２０９に供給することができる。
【0045】
貯蔵タンク２０７が液体空気を貯蔵する実施形態では、貯蔵タンク２０７に貯蔵された液体空気が電力供給システム２０９に送達される前に圧縮空気に変換され得る。図１に記載されるように、ヒータ１０８は液体空気を加熱して、液体空気を気体状態に変換（例えば、沸騰）するために使用され得る。様々な実施形態において、ヒータ１０８は、貯蔵タンク２０７に貯蔵された液体空気の気体化のために必要とされなくてもよい。例えば、液体空気は液体空気がその気体状態（例えば、大気圧で約－３２０°Ｆ）に変換する温度未満で、貯蔵タンク２０７に貯蔵され得る。周囲環境からの熱は、液体空気を気体状態に変換する。この例では、ヒータ１０８が液体から気体への液化気体の変換を加速するように構成される。液体空気の気体化は、圧力の増加をもたらす。これにより、電力供給システム２０９に供給される空気は圧縮空気であり、電力供給システム２０９に給電するために用いることができる。
【0046】
動作３０５において、電力供給システム２０９は貯蔵タンク２０７からの圧縮空気を使用してタービン２３０を回転させ、したがって発電機２３２を使用して電気エネルギを生成し、および／またはフライホイール２３４（または化学電池）を使用して機械エネルギを貯蔵することができる。動作３０７において、発電機２３２によって生成された電気エネルギは、データセンタ２２０の電気デバイスに電力を供給するためにデータセンタ２２０に供給され得る。
【0047】
データセンタ２２０は、図１の電気負荷１２０および熱源１２２を含むことができる。様々な実施形態において、タービン２３０の動作の副生成物は、冷たい空気（又は場合によっては熱い空気）である。タービン２３０に供給された圧縮空気が減圧されると、空気は冷却されてタービン２３０から排気される。動作３０９において、タービン２３０の冷気副生成物を、データセンタ２２０内の熱源１２２に供給することができる。たとえば、データセンタ２２０は、コンピュータシステムおよび他の関連する電子デバイスを収容することができる。データセンタのコンピュータシステムおよび電子デバイスは前述のように、発電機２３２によって電力供給され得る。動作中、データセンタ２２０のコンピュータシステムおよび電子デバイスは、かなりの量の熱を生成し得、コンピュータシステムの適切な動作を保証するために冷却される必要があり得る。動作３０９において、動作３０７において発電機２３２によって生成された電気エネルギによって電力供給されている間、データセンタ２２０のコンピュータシステムおよび電子デバイスは、タービン２３０によって排気された冷気副生成物によって冷却され得る。このようにして、電力供給システム２０９はデータセンタ２２０のコンピュータシステムおよび電子デバイスに電力を供給し、冷却する。
【0048】
他の実施形態では、タービン２３０の動作の副生成物が熱気であってもよい。例えば、タービン２３０の効率を改善するために、タンク２０７から供給される冷気は例えば、上述のようにデータセンタ２２０からの熱を使用して、電気機械エネルギ変換装置１０５を介した空気の圧縮及び／又は液化のプロセス中に生成された貯蔵熱から、及び／又は外部加熱源によって加熱されてもよい。加熱はタービン２３０の回転をより効率的に生成し得る熱気を最終的に生成するために、いくつかの段階で行われ得る。結果として、タービン２３０の運転の副生成物は貯蔵、運搬（例えば、区画加熱を提供するため、または吸収式冷凍機を介して）、または放出され得る熱気であり得る。
【0049】
様々な実施形態では、液体空気および圧縮空気の効率がプロセスの上流でタービン２３０に流入する製品の質量流量を低減するために材料に熱コンテンツ（例えば、熱）を加えることによって改善される。この追加された熱は、タービン２３０においてより高い排気温度をもたらす。より高い排気温度は、データセンタ２２０のための所定の流入空気または流体温度ではない場合がある。
【0050】
この状況では、液体または圧縮空気からのデータセンタ２２０のための熱冷却溶液が電力供給システム１０９の上流のヒータ１０８における熱伝達において抽出され得る。液体空気（例えば、大気圧または大気圧付近で約－３２０°Ｆ）と周囲空気（例えば、３２°Ｆまたは凍結未満）との間の極端な温度差のために、ジュール・トムソン効果（これは圧力の急激な変化を経験するときの気体の温度の変化を説明する）を通して、減圧中の圧縮空気の３２°Ｆ未満の熱コンテンツがタービン２３０の上流で、データセンタ２２０のための冷却溶液はこの時点で液体または空気の副生成物から導出され得る。
【0051】
データセンタ２２０の冷却は、タービン２３０を介して、電力供給システム１０９の上流に配置されたヒータ（または熱交換器）２１８からの副生成物または低温液体もしくは空気副生成物を排出することができる。ヒータ２１８の出力、副生成物は、依然としてデータセンタ２２０の所定の入ってくる冷却温度を満たすことができる。
【0052】
動作３１１において、電力供給システム２０９は、フライホイール２３４（または化学電池）によって蓄積された機械的エネルギを使用して、イベントを検出すると、（少なくとも部分的に）発電機２３２において電気エネルギを生成する。例えば、いくつかの実施形態では、イベントが、タービン２３０が発電機２３２に完全に電力供給できないことを検出するシステム２００であってもよい。これらの実施形態では、電力供給システム２０９がデータセンタ２２０のための一次電源であってもよい。これらの実施形態では、電力供給システム２０９がデータセンタ２２０に電力および冷却を供給するように継続的に動作してもよい。回転フライホイール２３４の蓄積された機械エネルギ（角運動の形態で）は発電機２３２で電気エネルギを生成するために使用され得、これはデータセンタ２２０に提供され得る。これは、タービン２３０が適切に動作しなくなった場合にデータセンタ２２０に供給される電力が一定のままであることを保証するのに役立つ。例えば、タンク２０７内の圧縮空気および／または液体空気の貯蔵不足、データセンタ２２０のための一次電源である電力供給システム２０９からの切り替え、データセンタ２２０によって必要とされる電力量の急激な増加、システム２００内の機械的故障などのためである。
【0053】
別の例では、イベントが、システム２００がデータセンタ２２０のための一次電源（たとえば、電源１０１など）のスイッチオーバまたは故障を検出することであり得る。これらの実施形態では、電力供給システム２０９がデータセンタ２２０のための二次電源であってもよい。これらの実施形態では、データセンタ２２０が電力系統からの電力などの一次エネルギ電力源を有することができる。いくつかの実施形態では、電力供給システム２０９がユーティリティグリッドによってデータセンタ２２０に供給される電力を補うように動作する。例えば、ユーティリティグリッドはデータセンタ２２０に電力を供給するために必要な電気エネルギの量の一部を供給することができ、電力供給システム２０９は、データセンタ２２０に電力を供給するために必要な電気エネルギの残りの量を生成することができる。
【0054】
電力供給システム２０９が無停電電源として使用され、電力供給システム２０９以外の一次電源によってデータセンタ２２０に電力が供給されると、電力供給システム２０９は発電機２３２に電力を供給するためにタービン２３０が完全に起動できるまで、データセンタに電力を供給するのに十分な時間、発電機２３２に電力を供給するのに十分な機械エネルギでフライホイール２３４の回転を維持するために、必要に応じて動作してもよい。例えば、システム２００がデータセンタ２２０への一次電力損失を検出した後、タービン２３０がデータセンタ２２０に動力を供給するのに十分な電力を発電機２３２が生成できる速度に達するまでに数秒（例えば、３秒）かかることがある。あるいは、タービン２３０がすでに回転している場合、空気弁が開き、タービン２３０を通して液体または圧縮空気を十分に膨張させて動力を生成するのに数秒かかることがある。これらの数秒間に、フライホイール２３４は、タービン２３０が速度を上げるのにかかる３秒間にデータセンタ２２０に動力を供給するために発電機２３２を即座に駆動するのに十分な機械エネルギで既に充電され得る。タービン２３０が高速になると、タービン２３０を発電機２３２と係合させて、発電機２３２を駆動してデータセンタに電気エネルギを供給することができる。
【0055】
図４は、本開示の様々な実施形態による電源および冷却システム４００の電力供給システム２０９の別の例を示す。図４に示される電力供給システム２０９の実施形態は、単に説明のためのものである。本開示の範囲から逸脱することなく、電力供給システム２０９の他の実施形態を使用することができる。図４の電源及び冷却システム４００は、図１のシステム１００の一実施例である。
【0056】
図４を参照すると、本開示の様々な実施形態では、電力供給システム２０９がエネルギ貯蔵タンク２３５を含むこともでき、圧縮空気貯蔵タンク２０７ａおよび液体空気貯蔵タンク２０７ｂを介して液体および圧縮空気エネルギ貯蔵を使用することができる。エネルギ貯蔵タンク２３５には、供給ライン２１７ａおよび２１７ｂによってそれぞれ貯蔵タンク２０７ａおよび／または２０７ｂに貯蔵された空気が供給されてもよい。エネルギ貯蔵タンク２３５および貯蔵タンク２０７ａおよび／または２０７ｂは、エネルギ貯蔵タンク２３５が一定量の空気で充填され得るように連通していてもよい。一例では、エネルギ貯蔵タンク２３５内の圧力が３０００ｐｓｉで調整され得る。システム２００が液体空気を使用する実施形態では、エネルギ貯蔵タンク２３５が一定量の液体空気を貯蔵するように構成され得る。システム２００が圧縮空気を使用する実施形態ではエネルギ貯蔵タンク２３５が貯蔵タンク２０７ａと連通してもよく、その結果、エネルギ貯蔵タンク２３５は一定圧力の圧縮空気を収容する。さらに、いくつかの実施形態では、エネルギ貯蔵タンク２３５が膨張した（例えば、上述のようにヒータ１０８を介して）液体空気と、液体空気貯蔵タンク２０７ｂから圧縮空気または捕捉された沸騰オフ空気との混合物を収容することができる。
【0057】
図４はまた、化学電池２４０を示し、これは、個々の電池のアレイであってもよく、前述のように、様々な実施形態において、フライホイール２３４に加えて、またはその代わりに使用されて、データセンタ２２０への電力の無停電またはほぼ無停電の供給のための電気エネルギを蓄積してもよい。これらの実施形態では、化学電池２４０がフライホイール２３４における機械エネルギの蓄積の議論と同様に、タービン２３０と組み合わせて発電機２３２を介して充電されてもよい。
【0058】
図５は、本開示の様々な実施形態による、図４の電源および冷却システム４００における電力供給システム２０９のタービン動作の一例を示すフローチャートである。図５に示される電力供給システム２０９の動作の実施形態は、単に例示のためのものである。本開示の範囲から逸脱することなく、電力供給システム２０９の動作のための他の実施形態を使用することができる。当業者は図４および図５の構成要素および動作のうちのいくつかが、図２および図３に説明される構成要素および動作と重複し得ることを認識するであろう。なお、図４及び図５の説明では、簡潔にするために、重複する構成要素や動作については説明を省略する。
【0059】
図５を参照すると、動作５０１において、システム４００は、前述のように発電を開始する。動作５０３において、圧縮空気は、エネルギ貯蔵タンク２３５からタービン２３０に送達される。エネルギ貯蔵タンク２３５に圧縮空気が供給される実施形態では、エネルギ貯蔵タンク２３５の圧縮空気がタービン２３０に直接送達され得る。エネルギ貯蔵タンク２３５に液体空気が供給される実施形態では、液体空気が、空気がタービン２３０に送達される前に、前述の方法のいずれかによって、空気が圧縮空気に膨張するように加熱されてもよい。
【0060】
動作５０５において、タービン２３０はフライホイール２３４（又は化学電池）に機械エネルギを蓄積するために回転し、また、発電機２３２を回転させることができる。様々な実施形態では、電力供給システム２０９がバックアップ電源として動作するとき、タービン２３０がデータセンタ２２０に電力を供給するために使用されていないときでさえ、タービン２３０はタービン２３０を所定の最小速度で回転させ続けるために、エネルギ貯蔵タンク２３５を介して電力供給される。これらの実施形態では、エネルギ貯蔵タンク２３５を使用してタービン２３０の回転を維持することが有利であり得、その結果、電力供給システム２０９が無停電電源として動作するように起動されたとき、タービン２３０はすでに回転しており、完全に停止した位置から始動する必要がない。加えて、フライホイール２３４および発電機２３２の回転を維持することは、フライホイール２３４が発電機２３２を係合することを可能にし、タービン２３０の時間が例えば、電力供給システム２０９を負荷のための一次電源として使用するためのスイッチオーバ中に動作速度に達することを可能にするのに十分に長い時間にわたって回転することを可能にし得る。
【0061】
様々な実施形態によれば、エネルギ貯蔵タンク２３５はタービン２３０およびフライホイール２３４を最小速度で回転させ続けるために使用することができ、いくつかの実施形態では、データセンタ２２０が一次電源によって電力供給されている間に、前述のようにデータセンタ２２０に冷却を提供することもでき、前述のように、電力供給システム２０９がデータセンタに電力を供給するために使用されるときに、貯蔵タンク２０７を使用してタービン２３０に電力供給することができる。他の実施形態によれば、電力供給システム２０９がデータセンタ２２０に電力を供給するために使用される必要があると判定されるとき、エネルギ貯蔵タンク２３５に貯蔵されたエネルギは、容易に利用可能であり得、タービン２３０の動作を開始するために使用され得る。次いで、貯蔵タンク２０７に貯蔵されたエネルギはそれが利用可能になったとき、またはタービン２３０の動作が特定の閾値に達したときに使用され得る。例えば、タービン２３０が発電機２３２を特定の出力に到達させると、またはタービン２３０が特定の回転速度に到達すると、タービン２３０は、貯蔵タンク２０７に貯蔵されたエネルギによって動力を供給され始めることができる。
【0062】
加えて、または代替として、いくつかの実施形態では、エネルギ貯蔵タンク２３５が貯蔵タンク２０７と比較して、タービン２３０に対するそのサイズおよび近接度に基づいて、より容易に動作および制御され得る。したがって、エネルギ貯蔵タンク２３５はタービン２３０が圧縮空気を迅速に必要とする様々なシナリオにおいて、より容易に利用可能であり、タービン２３０のための短期的な動力源としての役割を果たすのに適している。
【0063】
動作５０７において、発電機２３２は前述のように、生成された電気エネルギをデータセンタ２２０に供給する。その後、動作５０９において、システム４００は、しばらくの間、エネルギ貯蔵タンク２３５および貯蔵タンク２０７の両方からタービン２３０に空気を供給し得る。システム４００は最終的に、エネルギ貯蔵タンク２３５からタービン２３０への空気の供給を停止し、貯蔵タンク２０７からタービン２３０へ空気を供給することができる。このステップでは、エネルギ貯蔵タンク２３５から枯渇した空気もまた、貯蔵タンク２０７によって補充されてもよく、または電気機械エネルギ変換装置１０５の一部であるスタンドアロン圧縮機または圧縮機によって補充されてもよい。
【0064】
図３および図５に関して上記で説明したフローチャートは本開示の原理に従って実装することができる例示的な動作を示し、本明細書のフローチャートに示す方法に様々な変更を加えることができる。例えば、一連のステップとして示されているが、各図における様々なステップは重複するか、並行して起こるか、異なる順序で起こるか、または複数回起こることができる。別の例では、ステップが省略されてもよく、または他のステップによって置き換えられてもよい。
【0065】
図６は、本発明の様々な実施形態に係る電源及び冷却装置におけるコンピューティングデバイス６００を例示する。コンピューティングデバイス６００は、図１で上述したコンピューティングデバイス１０４であってもよい。コンピューティングデバイス６００は、システム２００、４００のそれぞれの図３および図５で説明した動作を制御するように構成することができる。コンピューティングデバイス６００は、すでに論じた多くの様々な要因に基づいてシステム２００、４００を制御するようにプログラムすることができる。例えば、図３及び図５で議論された動作の性能を制御する際に、コンピューティングデバイス６００は、関連するユーティリティグリッドからの電気エネルギの価格、電源１０１によって生成されるエネルギの量、貯蔵タンク２０７に貯蔵される機械エネルギの量、ユーティリティグリッド及び／又は電源が予期せずにデータセンタ２２０に電気エネルギを供給できないかどうか、データセンタ２２０によって必要とされる電気エネルギの量、及びデータセンタ２２０に電力を供給するのに十分なエネルギを生成するのに最速になるまでに電力供給システム２０９がかかる時間の量を考慮することができる。当業者は、システム２００、４００のコンピューティングデバイス６００が上記に明示的に列挙されていないシステム２００、４００に関連する要因に基づいて動作し得ることを認識するであろう。
【0066】
コンピューティングデバイス６００は、システム２００、４００の様々な構成要素を制御するように構成することができる。例えば、コンピューティングデバイス６００は、電源１０１に関連する動作を制御または監視することができる。
【0067】
コンピューティングデバイス６００は、計測装置１０３の動作を制御してもよい。例えば、コンピューティングデバイス６００は、計測装置１０３が電源１０１及び電力系統に供給される電力をどのように分配するかを制御することができる。コンピューティングデバイス６００は再生可能エネルギ電源の利用可能性、グリッドからの電力の価格、貯蔵タンク２０７に貯蔵される潜在的な機械エネルギの量、停電が検出された場合の電力供給システム２０９の操作可能性、データセンタ２２０によって必要とされる電力量、またはシステム２００、４００の操作および効率に関連する可能性のある他の要因など、上述の任意の数の要因に基づいて、商用グリッドまたは電源１０１からデータセンタ２２０または電気機械エネルギ変換装置１０５のいずれかから電気エネルギを分配するように、計測装置１０３を制御するように構成されてもよい。
【0068】
コンピューティングデバイス６００は、電気機械エネルギ変換装置１０５の動作を制御することができる。例えば、コンピューティングデバイス６００は、電気機械エネルギ変換装置１０５が動作中であるかどうかを制御することができる。
【0069】
コンピューティングデバイス６００は、貯蔵タンク２０７の動作を制御することができる。例えば、コンピューティングデバイス６００は、貯蔵タンク２０７に関連する弁を制御して、処理された空気を貯蔵タンク２０７内に流入させるか、または貯蔵タンク２０７から空気を放出させることができる。コンピューティングデバイス６００はまた、貯蔵タンク２０７に関連するセンサ読取値を読み取ることができる。例えば、コンピューティングデバイス６００は、貯蔵タンク２０７に関連する圧力および温度センサから貯蔵タンク２０７の圧力および温度を決定することができる。貯蔵タンク２０７が液体空気を貯蔵する実施形態では、コンピューティングデバイス６００が貯蔵タンク２０７に関連付けられた液面センサを使用して、貯蔵タンク２０７に貯蔵された液体の体積を決定することができる。
【0070】
コンピューティングデバイス６００は、ヒータ１０８を制御するように構成されてもよい。例えば、コンピューティングデバイス６００は、ヒータ１０８がオフされるかオンされるかを制御することができる。コンピューティングデバイス６００は、ヒータ１０８から排出される熱量を制御することができる。ヒータ１０８がデータセンタ２２０によって生成された熱を使用するとき、コンピューティングデバイス６００は、熱がデータセンタ２２０からヒータ１０８にどのようにおよびいつ伝達されるかを制御することができる。
【0071】
コンピューティングデバイス６００は、電力供給システム２０９を制御することができる。例えば、コンピューティングデバイス６００は、電力供給システム２０９がオフされるか、オンされるかを制御することができる。コンピューティングデバイス６００は、電力供給システム２０９からの電力量を制御することができる。コンピューティングデバイス６００は、電力供給システム２０９がデータセンタ２２０への一次電源であるか、データセンタ２２０への補助電源であるか、またはデータセンタ２２０への無停電電源であるかを制御することができる。さらに、コンピューティングデバイス６００は、タービン２３０、発電機２３２、フライホイール２３４、およびエネルギ貯蔵タンク２３５などの電力供給システム２０９の個々の構成要素を制御することができる。コンピューティングデバイス６００は、データセンタ２２０の検出された電力需要に基づいて、装置２００を制御することができる。
【0072】
図６に示すように、コンピューティングデバイス６００は、プロセッサ６１０と、記憶デバイス６１５と、通信インターフェース６２０と、入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット６２５との間の通信をサポートするバスシステム６０５を含む。プロセッサ６１０は、メモリ６３０にロードされ得る命令を実行する。プロセッサ６１０は、任意の適切な数およびタイプのプロセッサまたは任意の適切な構成の他のデバイスを含むことができる。プロセッサ６１０の例示的なタイプは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、およびディスクリート回路を含む。
【0073】
メモリ６３０および永続ストレージ６３５は情報（データ、プログラムコード、および／または一時的または永続的な他の適切な情報など）を記憶し、検索を容易にすることができる任意の構造を表す記憶デバイス６１５の例である。メモリ６３０は、ランダムアクセスメモリ、または任意の他の適切な揮発性もしくは不揮発性記憶装置を表し得る。永続ストレージ６３５は、読み取り専用メモリ、ハードドライブ、フラッシュメモリ、または光ディスクなどの、データの長期記憶をサポートする１つまたは複数の構成要素またはデバイスを含み得る。例えば、永続ストレージ６３５は、データ、標準データ、結果、データ、クライアントアプリケーションなどの１つまたは複数のデータベースを記憶することができる。
【0074】
通信インターフェース６２０は、他の装置との通信をサポートする。たとえば、通信インターフェース６２０は、システム２００またはシステム１００を介した通信を容易にするネットワークトランシーバーまたはワイヤレストランシーバーを含むことができる。通信インターフェース６２０は、任意の好適な物理通信回線またはワイヤレス通信回線を介した通信を支援し得る。Ｉ／Ｏユニット６２５は、データの入出力を行う。例えば、Ｉ／Ｏユニット６２５は、キーボード、マウス、キーパッド、タッチスクリーン、又は他の適切な入力デバイスを介してユーザ入力のための接続を提供することができる。Ｉ／Ｏユニット６２５はまた、ディスプレイ、プリンタ、または他の適切な出力デバイスに出力を送ることができる。
【0075】
図６はコンピューティングデバイス６００の一実施形態を示しているが、図６には様々な変更を加えることができる。例えば、図６の様々な構成要素は組み合わされ、さらに細分され、または省略され得、追加の構成要素は特定の必要性に従って追加され得る。特定の実例として、１つのシステムとして示されているが、コンピューティングデバイス６００は遠隔に配置され得る多数のコンピュータシステムを含み得る。別の実施形態ではコンピューティングデバイス６００が電話機、タブレット、またはラップトップなどのパーソナル電子デバイスであってもよく、または制御、マネージメント、情報、および／またはコンピューティングデバイス６００および／または装置１００の任意の態様への接続のために、例えば、ソフトウエアアプリケーション、またはパーソナル電子デバイスへの他の通信インターフェースを介して、ユーザインターフェースを提供またはアップデートしてもよい。
【0076】
本書全体を通して使用される特定の語句の定義を記載することが有利であり得る。用語「結合する」およびその派生語は、それらの要素が互いに物理的に接触しているかどうかにかかわらず、２つ以上の要素間の任意の直接的または間接的な通信を指す。用語「送信」、「受信」、および「通信」、ならびにそれらの派生語は、直接通信と間接通信の両方を包含する。用語「含む」、ならびにその派生語は、限定されない包含を意味する。「または」という用語は包括的であり、および／または、を意味する。「関連する」という語句、ならびにその派生語句は内部に含まれる、含有される、接続される、または通信可能で協働する、インターリーブする、並置する、近接する、結合される、または有する、または関連性を有する、または特性を有する、などを意味する。用語の中で使用される場合、語句「など」は、後に列挙される用語が先に列挙される用語の例示であり、限定ではないことを意味する。語句「のうちの少なくとも１つ」はアイテムのリストとともに使用されるとき、リストされたアイテムのうちの１つまたは複数の様々な組合せが使用され得、リスト中の１つのアイテムのみが必要とされ得ることを意味する。例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」は、以下の組み合わせ：Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、ならびにＡおよびＢおよびＣのうちのいずれかを含む。
【0077】
さらに、本書で説明される様々な機能は１つまたは複数のコンピュータプログラムによって実装またはサポートされ得、その各々はコンピュータ可読プログラムコードから形成され、コンピュータ可読媒体中で実施される。「アプリケーション」および「プログラム」という用語は、１つまたは複数のコンピュータプログラム、ソフトウェア構成要素、命令のセット、プロシージャ、関数、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連データ、または適切なコンピュータ可読プログラムコードにおける実装のために適合されたその一部分を指す。語句「コンピュータ可読プログラムコード」は、ソースコード、オブジェクトコード、および実行可能コードを含む、任意のタイプのコンピュータコードを含む。「コンピュータ可読媒体」という語句は、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、または任意の他のタイプのメモリなど、コンピュータによってアクセスされることが可能な任意のタイプの媒体を含む。「非一時的である」コンピュータ可読媒体は、一時的な電気信号または他の信号を伝送する有線、無線、光、または他の通信リンクを除外する。非一時的なコンピュータ可読媒体はデータが永続的に記憶され得る媒体と、データが記憶され、後で上書きされ得る媒体、例えば、書き換え可能な光ディスクまたは消去可能なメモリデバイスとを含む。
【0078】
他の特定の語句の定義は、本書全体を通して提供される。当業者は、ほとんどではないが多くの場合、そのような定義がそのような定義された単語および語句の先行および将来の使用に適用されることを理解すべきである。本開示は例示的な実施形態を用いて説明されたが、様々な変更および修正が当業者に示唆され得る。本開示は、添付の特許請求の範囲内に入るような変更および修正を包含することが意図される。本出願における説明のいずれも、任意の特定の要素、ステップ、または機能が、特許請求の範囲に含まれなければならない必須の要素であることを暗示するものとして読まれるべきではない。特許対象の範囲は、特許請求の範囲によって定義される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】