JP2005337574A - 電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空調機や冷凍機について、室内・庫内の環境悪化を防止しつつ、所望の省電力化を実現することができる電力制御装置の提供。
【解決手段】 室内の空調用または冷凍用の機器ＭＣに適用され、所定の動作タイミングで所定時間、前記機器ＭＣの動作状態を強制的に遮断して消費電力を削減する電力制御装置１である。前記室内の温度を計測する温度センサ１２からの出力に基づいて、室内温度が所定温度範囲内の場合に前記機器ＭＣの動作状態の強制的な遮断をなす。強制遮断の対象となる前記機器ＭＣは、空調機の圧縮機であり、前記温度範囲として、それ以下の温度では暖房運転を強制的に停止しない下限温度と、それ以上の温度では冷房運転を強制的に停止しない上限温度が設定可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空調機や冷凍機などの消費電力を削減するための電力制御装置に関するものである。

空調機や冷凍機などの機器は、内蔵されている圧縮機（コンプレッサー）の電力使用量が多いので、契約電力量を削減したり省電力化を図ったりするために、いわゆるデマンド制御が採られることがある。従来のデマンド制御では、一定時間ごとに、予め設定された時間だけ圧縮機の運転を強制的に停止しており、空調機などの動作状態や空調対象である部屋の温度に係わりなく、一定時間だけ機器を低電力状態に移行するという単純な制御方法を採っていた。

しかしながら、一定時間ごとに所定時間だけ強制的に運転を停止する従来方法では、室内環境の悪化を招くおそれがあった。すなわち、空調機をデマンド制御した場合、真夏に室内温度がたとえば２８℃以上もあるのに、一定時間ごとに冷房運転が一律に停止されるのでは、室内が蒸し暑くなってしまうものであった。逆に、真冬に室内温度がたとえば２０℃以下であるのに、一定時間ごとに暖房運転が一律に停止されるのでは、室内が肌寒くなってしまうものであった。また、冷凍機をデマンド制御した場合も同様に、庫内温度が所定温度以上であるのに、冷凍運転が停止されるのでは、庫内の食材などに悪影響を及ぼすおそれがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、室内環境の悪化を防止しつつ、所望の省電力化を実現することのできる電力制御装置を提供することにある。

本発明は、所定の動作タイミングで所定時間、対象機器の動作状態を強制的に遮断して消費電力を削減する電力制御装置であって、温度センサからの出力に基づいて前記遮断の有無を制御することを特徴とする電力制御装置である。

特に、本発明は、室内の空調用または冷凍用等の機器に適用され、所定の動作タイミングで所定時間、前記機器の動作状態を強制的に遮断して消費電力を削減する電力制御装置であって、前記室内の温度を計測する温度センサからの出力に基づいて、室内温度が所定温度範囲の場合に前記機器の動作状態の強制的な遮断をなすことを特徴とする電力制御装置である。

また、好ましくは上記基本構成に加えて、強制遮断の対象となる前記機器は、空調機の圧縮機であり、前記温度範囲として、それ以下の温度では暖房運転を強制的に停止しない下限温度と、それ以上の温度では冷房運転を強制的に停止しない上限温度が設定されることを特徴とする電力制御装置である。

あるいは、上記基本構成に加えて、強制遮断の対象となる前記機器は、冷凍機、冷蔵機または冷房機の圧縮機であり、前記温度範囲として、それ以上の温度では冷凍、冷蔵または冷房運転を強制的に停止しない上限温度が設定されることを特徴とする電力制御装置である。

そして、好ましくは上記いずれかの構成に加えて、強制遮断の対象となる前記機器の動作状態を監視する動作監視部と、前記機器の動作状態を強制的に遮断する遮断部と、前記遮断部の動作タイミングを制御するタイミング制御部とを備え、前記タイミング制御部は、所定の制御周期ごとに制御モードに突入させる第一手段と、前記制御モードにおいて、前記機器が動作状態に移行してから所定時間経過するまで待機する第二手段と、その後、前記機器が動作状態にあれば前記遮断部を動作させる（なお、非動作状態にあれば、前記機器が動作状態になるのを待った後、更に所定時間経過後に前記遮断部を動作させるのがよい）第三手段とを備え、前記第三手段による前記遮断部の動作は、前記温度センサによる室内温度が所定温度範囲内においてのみなされることを特徴とする電力制御装置である。

本発明によれば、空調機や冷凍機について、室内（庫内）環境の悪化を防止しつつ、所望の省電力化を実現することができる。

以下、本発明の電力制御装置の一実施形態について説明する。
本発明は、従来公知の各種の電力制御装置（デマンド制御装置）に適用できる。電力制御装置は、所定の動作タイミングで所定時間、空調機や冷凍機などの制御対象機器の動作を強制的に停止させて、電力消費の削減を図る装置である。典型的には、一定周期ごとに一定時間だけ、圧縮機の動作を強制遮断する構成である。本実施形態の電力制御装置は、そのようなデマンド制御を室温（室内温度や庫内温度）をも考慮して行うものである。

そのために、本実施形態の電力制御装置では、室温が温度センサにより計測される。そして、デマンド制御による圧縮機の強制停止は、その室温が所定温度範囲内にある場合にのみ実行する構成としている。所定温度範囲は、上限温度と下限温度で設定してもよいし、ある特定温度のみを指定してそれ以上またはそれ以下の温度域として設定するようにしてもよい。また、場合によっては、複数の温度域としてもよい。

電力制御装置を空調機に適用した場合、たとえば所定温度（上限温度）以上では圧縮機の強制遮断を行わないことで、高温の室内の冷房運転を阻害することなく、快適な室内環境を実現する。逆に、所定温度（下限温度）以下では圧縮機の強制遮断を行わないことで、低温の室内の暖房運転を阻害することなく、快適な室内環境を実現する。

冷暖房を行う空調機の場合には、上限温度と下限温度の双方を設定するのがよいが、いずれか一方のみを設定して冷房または暖房のいずれかの場合にだけ、本発明による室温を考慮したデマンド制御を行うようにしてもよい。また、冷房専用機の場合には、前記上限温度に相当する特定温度のみを設定して、その特定温度以下の場合にのみデマンド制御を行うようにできる。また、暖房専用機の場合には、前記下限温度に相当する特定温度のみを設定して、その特定温度以上の場合にのみデマンド制御を行うようにできる。なお、冷房専用機または暖房専用機であっても、上限温度と下限温度とを設定可能な電力制御装置を使用し、事実上その上限温度または下限温度のいずれかのみが機能するような使い方も可能である。

本発明の電力制御装置は、空調機だけでなく、冷凍機（冷蔵機でも可）にも適用可能である。この場合、庫内温度を計測する温度センサを利用して、設定温度が異なるだけで、前記冷房専用機と同様の制御がなされる。よって、冷凍機において、たとえば−１８℃以上の温度ではデマンド制御による圧縮機の強制停止を行わないよう構成できる。あるいは、冷蔵機において、たとえば１５℃以上の温度ではデマンド制御による圧縮機の強制停止を行わないよう構成できる。

以下、本発明の電力制御装置について、図面に基づき更に詳細に説明する。
図１は、本発明の電力制御装置の一実施例の使用状態を示す概略図であり、電力制御装置１とそれによってデマンド制御される電力機器２との接続関係を示している。

制御対象となる電力機器２は、特に限定されるものではないが、典型的には、空調機や冷凍機である。ここでは、室内の冷暖房を行う空調機として説明する。本実施例の電力制御装置１は、空調機の室外機、特にその圧縮機に対しデマンド制御を行う。

図１に示すように、圧縮機のモーターＭＣは、２００Ｖの３相交流電圧Ｒ，Ｓ，Ｔを受けて運転される。電力制御装置１は、このモーターＭＣの運転を強制的に停止させるリレーＲｅを操作する。

図２は、本実施例の電力制御装置１のブロック図である。この図に示すとおり、本実施例の電力制御装置１は、交流１００Ｖまたは２００Ｖを受けて直流電圧に変換する電源部３と、圧縮機の運転状態を把握する運転状態監視部４と、圧縮機の運転状態を表示する運転状態表示部５と、電力制御装置１を動作させるか否かを設定する切替スイッチ６と、この電力制御装置１が制御モードにあるか非制御モードにあるかを表示する制御状態表示部７と、本実施例では圧縮機が再起動して何分間かは必ず非制御モードにして圧縮機の保護を図るが、その非制御モードを維持する持続時間（保護時間）を設定する保護時間設定部８と、デマンド制御の制御率を設定する制御率設定部９と、空調対象の部屋の温度を計測する温度センサ１２およびその制御部１３と、制御対象の電力機器２に内蔵されたリレーＲｅを制御することよって圧縮機のモーターＭＣをＯＮ／ＯＦＦ制御する圧縮機制御部１０と、この装置全体の動作を制御する中央演算部１１とを含んで構成されている。

運転状態監視部４は、具体的には、モーターＭＣに供給される３相交流の電流値を検出する電流検出器Ｓｅであり、中央演算部１１は、検出された電流値に基づいて圧縮機が運転状態であるか否かを判定している。

運転状態表示部５は、たとえば緑色のＬＥＤランプであり、制御対象である圧縮機が動作状態であれば、ＬＥＤランプが緑色に点灯し、停止状態であればＬＥＤランプが消灯するようになっている。

切替スイッチ６は、この電力制御装置１を使用する場合にはＯＮに、使用しない場合にはＯＦＦに設定するようになっている。

制御状態表示部７は、たとえば赤色のＬＥＤランプであり、電力制御装置１のケースを閉じた状態でも目視できる位置に設けられている。そして、電力制御装置１の動作状態が制御モードであれば０．１秒間隔で点滅し、非制御モードであれば２秒間隔で点滅するようになっている。

保護時間設定部８は、この実施例では可変抵抗であり、その抵抗値に基づいて、たとえば３分〜１５分位の範囲内で、圧縮機再起動後における非制御状態の持続時間を設定するようになっている。

制御率設定部９は、例えば、多段階に切り替え可能なスイッチで構成されており、その切り替え位置に応じて、１０％制御、１５％制御などの制御率を設定するようになっている。制御率とは、運転時間の何％の期間を省電力モードとするかを示すものである。たとえば３０分間に１回の割合で制御モードに突入する場合、１０％制御では３分間だけ圧縮機を強制停止させる制御となり、また１５％制御では４．５分間だけ圧縮機を強制停止させる制御となる。

なお、通常の場合、上述したように３０分間に１回の割合で制御モードに突入するよう構成されているが、所定スイッチの操作により、３０分間に２回の割合で制御モードに突入するなど、制御周期の変更が可能とされている。また、一つの部屋を複数個の空調機で冷暖房しているような場合に、各空調機（圧縮機）が同時に制御モードに突入しないよう構成するのが望ましい。

空調機により冷暖房がなされる室内には、温度センサ１２が設けられ、室温が計測される。その温度センサ１２からの出力は、電力制御装置１本体の温度センサ制御部１３へ送られる。これにより、電力制御装置１は、空調対象の部屋の室温を常時把握することができる。

次に、上記構成の電力制御装置１が空調機をデマンド制御する場合について、その動作内容を説明する。なお、電力制御装置１が非動作状態（切替スイッチ６がＯＦＦ）の場合には、空調機自らの温度調節機構に基づいて、圧縮機の動作が制御されており、図３に示すように、圧縮機が自己停止と再起動とを繰り返している。

図４を参照して、電力制御装置１の電源投入時から説明する。本実施例の電力制御装置の場合、電源投入から３０分間、電力制御装置１は必ず非制御モードなり、リレー接点はＣＬＯＳＥの状態となる（ＳＴ１〜ＳＴ２）。つまり、本実施例では、空調機は動作開始後の３０分間については、デマンド制御を受けることがなく、自らの温度調節機構に基づいて、圧縮機の動作を制御している。このＳＴ１〜ＳＴ２の処理は、非制御モードの継続時間を変更したり、あるいは省略したりできる。

次に、タイマー用の変数Ｔをゼロリセットした後（ＳＴ３）、電力制御装置１を制御モードに突入させる（ＳＴ４）。図５に示すように、制御モードでは、先ず、圧縮機の再起動から所定時間だけ経過しているか否かが判定される（ＳＴ１１）。ここで、再起動から経過すべき時間は、保護時間設定部８によって設定された値であり典型的には３分である。したがって、典型的には、ＳＴ１１の処理で圧縮機の再起動から３分以上経過しているか否かが判定され、経過していなければ３分間だけ待機することになる。このような処理（ＳＴ１１）を設けているので、再起動の直後であるにも拘わらず圧縮機が停止され、そのため、室温が制御温度から大きくズレてしまうことが防止され、圧縮機の保護も図られる。なお、圧縮機の再起動のタイミングは、電流検出器Ｓｅの出力変化から知ることができる。

圧縮機の再起動から３分以上経過していることが確認されたら、次に、電流検出器Ｓｅの出力に基づいて、圧縮機が動作中である否かが判定される（ＳＴ１２）。そして、圧縮機が動作状態であれば、温度センサ１２による室温が所定温度範囲内か否かが判定される（ＳＴ１４）。室温が所定温度範囲内ならば、制御率設定部９によって設定された一定時間Ｔだけリレー接点をＯＰＥＮにして、圧縮機を強制的に停止させる（ＳＴ１５）。具体的には、１０％制御時には３分間、１５％制御時には４．５分間、圧縮機が停止されて送風状態となり、その後にリレー接点はＣＬＯＳＥ状態に戻される。

ところで、前記所定温度としては、適宜に設定されるが、たとえば上限２８℃で下限２０℃として設定される。この上限温度や下限温度は、温度設定部（不図示）を用いて変更可能とするのがよい。本実施例では、室内が所定温度範囲内の場合のみデマンド制御がなされる。したがって、たとえば真夏の冷房運転時、室温が２８℃以上になれば、電力制御装置１は、圧縮機の強制停止を控えることになる。逆に、たとえば真冬の暖房運転時、室温が２０℃以下になれば、電力制御装置１は、圧縮機の強制停止を控えることになる。図５のフローチャートでは、室温が所定温度範囲外の場合、所定温度範囲内になるまで待機させているが、その制御周期における圧縮機の強制停止処理はスキップして、次の制御周期に移行させてもよい。

一方、ステップＳＴ１２の判定の結果、圧縮機が非動作状態（自己停止状態）であれば、圧縮機が再起動されるのを待ち、再起動されてから更に３分経過してから、室温のチェックを行った上（ＳＴ１４）、一定時間Ｔだけリレー接点をＯＰＥＮにして圧縮機を強制的に停止させる（ＳＴ１５）。

以上のようにして制御モードの動作が終了すると、リレー接点をＯＮ状態にして非制御モードに移行させ（ＳＴ５）、タイマー変数Ｔの値に基づいてＳＴ３の処理から３０分経過しているか否かが判定され、３０分経過すればＳＴ３の処理に戻る（ＳＴ６）。

電力制御装置１の動作内容は以上の通りであるが、電力制御装置１には、ディップスイッチによって、それぞれ異なる機器番号が付されている。そして、機器番号０の機器は、電源投入後直ちにＳＴ１の処理を開始し、機器番号１の機器は、電源投入後待機時間Ｔ1 の後にＳＴ１の処理を開始し、機器番号ｉの機器は、電源投入後待機時間Ｔ1 ×ｉの後にＳＴ１の処理を開始するようになっている（ＳＴ０）。したがって、一つの部屋をｉ台の機器で冷暖房しているような場合にも、ｉ台の機器が同時に制御モードに突入して、部屋の温度が大きく変化するような弊害が生じない。

なお、本発明の電力制御装置は、上記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、上記実施例では、冷暖房を行う空調機に適用した例について説明したが、上限温度または下限温度のいずれか一方のみを機能させて、またはそのように構成して、冷房専用機、暖房専用機、冷凍機、冷蔵機などにも適用可能である。また、室内（庫内）の温度を判定しつつデマンド制御を行う構成であれば、処理の流れも適宜に変更可能である。

本発明の電力制御装置の一実施例の使用状態を示す概略図であり、電力制御装置とデマンド制御の対象機器との接続関係を示している。 図１の電力制御装置の内部ブロック図である。 冷凍機などの温度制御機構を説明する図面である。 実施例のデマンド制御を説明するフローチャートである。 実施例のデマンド制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 電力制御装置
１２ 温度センサ
ＭＣ 強制遮断の対象となる該当機器
Ｓｅ 動作監視部（電流検出器）
Ｒｅ 遮断部（リレー）

Claims (5)

1. 所定の動作タイミングで所定時間、対象機器の動作状態を強制的に遮断して消費電力を削減する電力制御装置であって、
   温度センサからの出力に基づいて前記遮断の有無を制御する
   ことを特徴とする電力制御装置。
2. 室内の空調用または冷凍用等の機器に適用され、所定の動作タイミングで所定時間、前記機器の動作状態を強制的に遮断して消費電力を削減する電力制御装置であって、
   前記室内の温度を計測する温度センサからの出力に基づいて、室内温度が所定温度範囲の場合に前記機器の動作状態の強制的な遮断をなす
   ことを特徴とする電力制御装置。
3. 強制遮断の対象となる前記機器は、空調機の圧縮機であり、
   前記温度範囲として、それ以下の温度では暖房運転を強制的に停止しない下限温度と、それ以上の温度では冷房運転を強制的に停止しない上限温度が設定される
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
4. 強制遮断の対象となる前記機器は、冷凍機、冷蔵機または冷房機の圧縮機であり、
   前記温度範囲として、それ以上の温度では冷凍、冷蔵または冷房運転を強制的に停止しない上限温度が設定される
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
5. 強制遮断の対象となる前記機器の動作状態を監視する動作監視部と、前記機器の動作状態を強制的に遮断する遮断部と、前記遮断部の動作タイミングを制御するタイミング制御部とを備え、
   前記タイミング制御部は、
   所定の制御周期ごとに制御モードに突入させる第一手段と、
   前記制御モードにおいて、前記機器が動作状態に移行してから所定時間経過するまで待機する第二手段と、
   その後、前記機器が動作状態にあれば前記遮断部を動作させる第三手段とを備え、
   前記第三手段による前記遮断部の動作は、前記温度センサによる室内温度が所定温度範囲内においてのみなされる
   ことを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれかに記載の電力制御装置。

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