JP2005214496A

JP2005214496A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2005214496A
Application number: JP2004021308A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Yamashita; 哲司山下; Hidetoshi Kanazawa; 秀俊金沢
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】風力を効率良く電力に変えて圧縮機や室外ファンを駆動することができる省エネルギ性にすぐれた空気調和機を提供する。
【解決手段】風力発電ユニット１を備え、この風力発電ユニット１の出力を圧縮機駆動用または室外ファン駆動用のインバータ２５，２６に供給する。
【選択図】図１

Description

この発明は、風力発電ユニットを備えた空気調和機に関する。

風を受けて回転する風車を備え、その風車の回転で圧縮機を駆動する冷凍システムがある（例えば特許文献１）。
この冷凍システムでは、風車の回転による動力を機械的に圧縮機に伝達している。
特開２００２−１４７３３７号公報

上記の冷凍システムのように、風車の回転による動力を機械的に圧縮機に伝達するものでは、動力の損失が大きく、運転効率が悪いという問題がある。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、風力を効率良く電力に変えて圧縮機や室外ファンを駆動することができる省エネルギ性にすぐれた空気調和機を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明の空気調和機は、風力発電ユニットを備え、この風力発電ユニットの出力を圧縮機駆動用または室外ファン駆動用のインバータに供給する。

この発明によれば、風力発電ユニットの採用により、風力を効率良く電力に変えて圧縮機や室外ファンを駆動することができる省エネルギ性にすぐれた空気調和機を提供できる。

［１］第１の実施形態
以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１において、１は風力発電ユニットで、支柱２の上部に本体３が回動自在に支持され、その本体３に風車４が取り付けられている。風車４が風を受けて回転すると、その回転力が本体３内の発電機５に伝達されて発電機５から電力（三相交流電圧）が発生する。この発電出力がＡＣ／ＤＣ変換器６で直流電圧に変換され、外部に出力される。この出力が、当該空気調和機の室外ユニット１０に供給される。

室外ユニット１０は、商用交流電源２０に接続され、その商用交流電源２０の出力（三相交流電圧）を整流回路２１および平滑コンデンサ２２によって直流電圧に変換する。この直流電圧が出力されるラインに、充放電回路２３を介して補助電源である蓄電池ユニット２４が接続されるとともに、インバータ２５，２６が接続されている。また、この直流電圧が出力されるラインには、上記風力発電ユニット１におけるＡＣ／ＤＣ変換器６の出力電圧が印加される。

充放電回路２３は、室外制御器３０の指令に応じて、蓄電池ユニット２４に対する充電および放電を制御する。インバータ２５，２６は、直流電圧を室外制御器３０からの指令に応じた周波数の交流電圧に変換する。この変換出力が圧縮機モータ１１Ｍおよび室外ファンモータ１２Ｍにそれぞれ供給される。すなわち、インバータ２５の出力周波数に応じて圧縮機モータ１１Ｍの回転数が変化し、インバータ２６の出力周波数に応じて室外ファンモータ１２Ｍの回転数が変化する。

室外ユニット１０は、図２に示すように、室外ファンの運転によって筐体側面１３の吸込口から外気を吸込み、その吸込み空気を内部の熱交換器に通して筐体上部の吹出口１４から上方へと吹出す。この室外ユニット１０から吹出される風が風力発電ユニット１の風車４に届くように、室外ユニット１０および風力発電ユニット１の設置場所が設定されている。つまり、室外ユニット１０の吹出風を風力発電ユニット１を駆動するための風力として有効活用するようにしている。

また、室外ユニット１０の筐体内に、上記蓄電池ユニット２４およびその周辺部品が収容されている。室外ファンの運転による通風により、蓄電池ユニット２４およびその周辺部品に対する冷却作用を得ることができる。

作用を説明する。
商用交流電源２０が投入されると、その商用交流電源２０の出力が整流回路２１および平滑コンデンサ２２によって直流電圧に変換され、その直流電圧がインバータ２５，２６に供給される。この供給により、圧縮機モータ１１Ｍおよび室外ファンモータ１２Ｍが駆動される。

風力発電ユニット１の風車４に風が当たると、風車４が回転し、発電機５から電力が発生する。この発電出力がＡＣ／ＤＣ変換器６で直流電圧に変換され、室外ユニット１０に供給される。この供給電圧のレベルが、整流回路２１および平滑コンデンサ２２から出力周波数される直流電圧のレベルよりも高い場合は、風力発電ユニット１の出力によって圧縮機モータ１１Ｍおよび室外ファンモータ１２Ｍが駆動される。

商用交流電源２０の遮断時や停電時も、風力発電ユニット１の出力によって圧縮機モータ１１Ｍおよび室外ファンモータ１２Ｍを駆動することができる。

なお、商用交流電源２０の投入時、および風力発電ユニット１の発電出力時は、蓄電池ユニット２４が充電される。商用交流電源２０の電力料金が高くなる時間帯や、風力発電ユニット１に当たる風が弱い場合など、この蓄電池ユニット２４を放電させて、その放電電力を圧縮機モータ１１Ｍおよび室外ファンモータ１２Ｍの駆動に使用することができる。

以上のように、風力発電ユニット１の採用により、風力を効率良く電力に変えて圧縮機モータ１１Ｍおよび室外ファンモータ１２Ｍを駆動することができ、省エネルギ効果が得られる。しかも、補助電源として蓄電池ユニット２４を設けているので、電力時間帯や風具合などに影響を受けることなく、電力の有効活用が図れる。

［２］第２の実施形態
この発明の第２の実施形態について説明する。
図３に示すように、風車４の回転数を検知するための回転数センサ７が、風力発電ユニット１の本体３に取り付けられている。この回転数センサ７の出力が室外ユニット１０の室外制御器３０に供給される。

また、平滑コンデンサ２２とインバータ２６との間の直流電圧ラインの正側において、インバータ２５の接続位置よりも下流側の位置で、かつ風力発電ユニット１の正側出力ラインの接続点よりも上流側の位置に、ダイオード２７が挿接されている。このダイオード２７の挿接により、平滑コンデンサ２２側の直流電圧はインバータ２５，２６の両方に供給され、風力発電ユニット１の出力電圧はインバータ２６のみに供給される。つまり、風力発電ユニット１の容量が小さい場合（発電出力エネルギが小さい場合）を考慮し、風力発電ユニット１の出力を室外ファンモータ１２Ｍの駆動のみに使用するようにしている。

室外制御器３０は、図４のフローチャートに示すように、回転数センサ７で検知される回転数Ｎｆが予め定められている設定値Ｎｓより高くなり、しかも当該空気調和機の運転が停止している場合に、風力発電ユニット１の発電電力によって室外ファンモータ１２Ｍが動作するよう、インバータ２６を制御する。風車４に当たる風が強くて回転数Ｎｆが設定値Ｎｓより高くなり、しかも当該空気調和機の運転が停止している場合は、風力発電ユニット１の発電電力により室外ユニット１０の電気回路が過電圧の影響を受ける心配があるため、風力発電ユニット１の余分な出力エネルギを室外ファンモータ１２Ｍの駆動により強税的に使用するようにしている。これにより、室外ユニット１０の電気回路を過電圧から保護することができる。

他の構成および作用効果は、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［３］第３の実施形態
この発明の第３の実施形態について説明する。
まず、第２の実施形態と同じく、回転数センサ７、ダイオード２７及び充放電回路２３、補助電源である蓄電池ユニット２４が設けられている。

さらに、図５に示すように、風力発電ユニット１において、発電機５に代えて発電機兼用モータ８が設けられるとともに、ＡＣ／ＤＣ変換器６に代えて両方向ＡＣ／ＤＣ変換器９が設けられている。発電機兼用モータ８は、風車４の回転を受けて発電するとともに、両方向ＡＣ／ＤＣ変換器９から交流電圧を受けた場合に回転してその動力を風車４に伝達する。両方向ＡＣ／ＤＣ変換器９は、発電機兼用モータ８の出力（三相交流電圧）を直流電圧に変換して室外ユニット１０側に出力する機能と、室外ユニット１０側の直流電圧を三相交流電圧に変換して発電機兼用モータ８側に出力する機能とを有し、その両機能を室外制御器３０からの指令に応じて切換える。

室外制御器３０は、図６のフローチャートに示すように、回転数センサ７の検知結果に応じて風車４が止まっているかどうかを判定し、止まっている場合に、室外ユニット１０側の直流電圧を両方向ＡＣ／ＤＣ変換器９により三相交流電圧に変換して発電機兼用モータ８側に出力させる。この出力により発電機兼用モータ８が動作し、その動力によって風車４が回転駆動される。充放電回路２３は、発電機兼用モータ８が発電状態にある時は、蓄電池ユニット２４を充電し、発電機兼用モータ８が発電状態になく、両方向ＡＣ／ＤＣ変換器９が発電機兼用モータ８を駆動している時は充放電回路２３は蓄電池ユニット２４を放電させて発電機兼用モータ８の駆動電源とする。

こうして、風車４が始動し、その回転が発電可能な回転数まで上昇すると回転数センサ７で検知されることにより、室外制御器３０によって両方向ＡＣ／ＤＣ変換器９の機能が切換えられる。すなわち、風車４の回転に基づく発電機兼用モータ８の出力が両方向ＡＣ／ＤＣ変換器９で直流電圧に変換され、その直流電圧が室外ユニット１０に供給される。

風が弱くなって風車４の回転数が低下すると、再び、室外ユニット１０側の直流電圧によって風車４が始動される。始動後は、風の強弱にかかわらず風車４の回転を続けることができる。

したがって、風車４はほとんど停止することなく回転を継続する。通常、風車４は一度停止すると再度回転開始する場合には高い起動トルクを必要とするため、起動には強い風が必要になる。従来は風車４が回転開始できないような風が強弱を繰り返す状況においても、本実施形態によれば、強制的に回転を継続させる制御によって、風が強くなった時には即座に出力エネルギを得ることができ、省エネルギ効果がさらに向上する。
他の構成および作用は第１あるいは第２の実施形態と同じである。よってその説明は省略する。

［４］なお、上記各実施形態では、ＡＣ／ＤＣ変換器６あるいは両方向ＡＣ／ＤＣ変換器９を、風力発電ユニット１側に設けたが、室外ユニット１０側に設けてもよい。
その他、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

この発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図。同第１の実施形態における室外ユニットおよび風力発電ユニットの設置関係を示す図。この発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図。同第２の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。この発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図。同第３の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１…風力発電ユニット、４…風車、５…発電機、６…ＡＣ／ＤＣ変換器、７…回転数センサ、８…発電機兼用モータ、９…両方向ＡＣ／ＤＣ変換器、１０…室外ユニット、１１Ｍ…圧縮機モータ、１２Ｍ…室外ファンモータ、２０…商用交流電源、２１…整流回路、２２…平滑コンデンサ、２３…充放電回路、２４…蓄電池ユニット、２５，２６…インバータ、３０…室外制御器、

Claims

風力発電ユニットを備え、この風力発電ユニットの出力を圧縮機駆動用または室外ファン駆動用のインバータに供給する構成としたことを特徴とする空気調和機。
補助電源として設けられた前記風力発電ユニットの出力により充電される蓄電池ユニットと、前記風力発電ユニットの回転を検知する検知手段と、この検知手段で回転停止が検知された場合に前記蓄電池ユニットの電力を前記風力発電ユニットに回転駆動用として供給する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記風力発電ユニットの回転数を検知する検知手段と、この検知手段で検知される回転数が設定値より高い場合に前記風力発電ユニットの出力を前記室外ファン駆動用として強制的に使用する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。