JP2005337639A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池として小型で容量の小さいものを採用しながら圧縮機を確実に駆動することができ、設置スペースやコストの問題を解消することができる空気調和機を提供する。
【解決手段】 ２シリンダ型の圧縮機５０および太陽電池３０を備えている。太陽電池３０の発電量が設定値以上の場合に、太陽電池３０の出力を用いた圧縮機５０の１シリンダ運転による除湿運転が実行される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、太陽電池を備えた空気調和機に関する。

太陽電池を備え、その太陽電池の出力で圧縮機を駆動し、あるいは交流電源の出力を整流してその整流後の直流電力により圧縮機を駆動する空気調和機がある（例えば特許文献１）。
実公昭６１−４１７４号公報

太陽電池を備えた空気調和機では、太陽電池が小型で容量が小さいと、圧縮機の駆動が困難である。圧縮機を確実に駆動するためには、大型の太陽電池を採用しなければならない。ただし、太陽電池の大型化は、設置スペースの確保が難しい、コストの上昇を招くなどの問題がある。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、太陽電池として小型で容量の小さいものを採用しながら圧縮機を確実に駆動することができ、設置スペースやコストの問題を解消することができる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、２シリンダ型の圧縮機、および太陽電池を備え、太陽電池の発電量が設定値以上の場合に、太陽電池の出力を用いた圧縮機の１シリンダ運転による空調を実行する。

この発明の空気調和機によれば、太陽電池として小型で容量の小さいものを採用しながら圧縮機を確実に駆動することができて、設置スペースやコストの問題を解消することができる。

［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、室内機１および室外機２により空気調和機が構成されている。まず、室内機１側の構成について説明する。商用交流電源１０に手操作式の電源スイッチ１１を介して整流回路１２が接続され、その整流回路１２の出力端にＤＣ−ＡＣコンバータ１３が接続されている。ＤＣ−ＡＣコンバータ１３は、整流回路１２の出力電圧を互いにレベルが異なる２系統の交流電圧に変換して出力する。レベルが低い方の交流電圧は、整流回路１４で直流電圧に変換され、室内制御部であるＭＣＵ１５に動作用電圧として供給される。ＭＣＵ１５には、表示部１６および受光部１７が接続されている。受光部１７は、ワイヤレス式のリモートコントロール装置（リモコンという）１８から発せられる赤外線光を受光する。

ＤＣ−ＡＣコンバータ１３から出力されるレベルが高い方の交流電圧は、整流回路１９で直流電圧に変換され、駆動回路２１に供給される。駆動回路２１は、ＭＣＵ１５の指令に応じた回転数で換気ファンモータ２２を駆動する。

また、整流回路１２の出力端に駆動回路２３が接続されている。駆動回路２３は、ＭＣＵ１５の指令に応じた回転数で室内ファンモータ２４を駆動する。

さらに、整流回路１２の出力端に、小型で容量の小さい太陽電池３０が接続されている。太陽電池３０は、薄膜系あるいは結晶系のいわゆる太陽電池モジュールで、室外機２のケースの太陽光が当たる箇所たとえば図２に示すようにケースの天井面に貼付けられ、太陽光を受けることにより発電して直流電圧を出力する。この太陽電池３０の出力端に、同太陽電池３０の発電量を検出する発電量検出回路２５が接続されている。この発電量検出回路２５の検出結果が上記ＭＣＵ１５に供給される。

室外機２側の構成について説明する。商用交流電源１０に、上記ＭＣＵ１５の出力スイッチ（リレー接点等）２６を介して整流回路４０が接続され、その整流回路４０の出力端にＤＣ−ＡＣコンバータ４１が接続されている。ＤＣ−ＡＣコンバータ４１は、整流回路４０の出力電圧を交流電圧に変換して出力する。この出力電圧が整流回路４２で直流電圧に変換され、室外制御部であるＭＣＵ４３に動作用電圧として供給される。ＭＣＵ４３には、室内側のＭＣＵ１５が接続されているとともに、スイッチング回路４４，４５、四方弁６０、電子膨張弁６２，６４、開閉弁６７，６９が接続されている。

上記スイッチング回路４４は、整流回路４０の出力電圧をＭＣＵ４３の指令に応じた周波数の三相交流電圧に変換して出力する。この出力が、圧縮機５０のモータ（圧縮機モータ）５１に駆動電力として供給される。上記スイッチング回路４５は、整流回路４０の出力電圧をＭＣＵ４３の指令に応じた周波数の三相交流電圧に変換して出力する。この出力が、室外ファンモータ４６に駆動電力として供給される。

また、整流回路４０の出力端に昇圧回路４７を介して上記太陽電池３０が接続されている。昇圧回路４７は、太陽電池３０の出力電圧を昇圧する。

上記圧縮機５０および冷凍サイクルの構成を図３に示している。圧縮機５０は、密閉ケース内にモータ（電動機部）５１および２シリンダ型の圧縮機構部５２を有している。圧縮機構部５２は、シリンダ５２ａ，５２ｂを有し、吸込管５３ａの冷媒をシリンダ５２ａに吸込んで圧縮し、吸込管５３ｂの冷媒をシリンダ５２ｂに吸込んで圧縮し、これら圧縮した冷媒を密閉ケース内に吐出する。吐出された冷媒は、上部の吐出管５４から流出する。

冷房運転時は、圧縮機５０から吐出される冷媒が、図示実線矢印で示すように、四方弁６０を介して室外熱交換器６１に流れ、その室外熱交換器６１を経た冷媒が電子膨張弁６２を介して第１室内熱交換器６３に流れる。第１室内熱交換器６３を経た冷媒は電子膨張弁６３を介して第２室内熱交換器６４に流れ、その第２室内熱交換器６４を経た冷媒が上記四方弁６０を介してアキュームレータ６６に流れる。アキュームレータ６６内の冷媒は、そのまま上記吸込管５３ａを通ってシリンダ５２ａに吸込まれるとともに、開閉弁６７および吸込管５３ｂを通ってシリンダ５２ｂに吸込まれる。電子膨張弁６２は絞られ、電子膨張弁６４は全開される。これにより、室外熱交換器６１が凝縮器として機能し、室内熱交換器６３，６５が共に蒸発器として機能する。

除湿運転時は、冷房と同じ冷媒の流れであるが、電子膨張弁６２が全開され、電子膨張弁６４が絞られる。これにより、室外熱交換器６１が凝縮器として機能し、室内熱交換器６３も凝縮器（再熱器）として機能し、室内熱交換器６５が蒸発器として機能する。

暖房運転時は、四方弁６０が切換わることにより、圧縮機５０から吐出される冷媒が、図示破線矢印で示すように、四方弁６０、室内熱交換器６５、電子膨張弁６４、室内熱交換器６３、電子膨張弁６２、室外熱交換器６１、四方弁６０、アキュームレータ６６に流れる。アキュームレータ６に流れた冷媒は、吸込管５３ａを通ってシリンダ５２ａに吸込まれるとともに、開閉弁６７および吸込管５３ｂを通ってシリンダ５２ｂに吸込まれる。電子膨張弁６４は全開され、電子膨張弁６２は絞られる。これにより、室内熱交換器６３，６５が共に凝縮器として機能し、室外熱交換器６１が蒸発器として機能する。

圧縮機５０は、通常の能力の２シリンダ運転と、通常のほぼ半分の能力の１シリンダ運転との切換が可能となっている。２シリンダ運転は、開閉弁６９が閉成され、かつ開閉弁６７が開放されて圧縮機５０の両方のシリンダ５２ａ，５２ｂ内に低圧冷媒が導かれることにより行われる。１シリンダ運転は、シリンダ５２ａは通常通りであるが、シリンダ５２ｂの吸い込み側において、開閉弁６７が閉成された状態で開閉弁６９が開放される。この結果、圧縮機５０から吐出される高圧冷媒が吸込管５３ｂを通ってシリンダ５２ｂに供給される。この１シリンダ運転では、シリンダ５２ｂ内が高圧となることにより、ブレードの背圧がなくなり、シリンダ５２ｂとローラ間を仕切るブレードがシリンダ壁に引き込まれ、冷媒は圧縮されなくなり、圧縮損失がなくなる。この結果、シリンダ５２ｂは無負荷運転となり、モータ負荷は極めて小さくなる。

つぎに、作用を図４のフローチャートを参照しながら説明する。
ユーザが家屋を留守にする場合など、リモコン１８で発電自動運転モードが設定されると（ステップ１０１のＹＥＳ）、太陽電池３０の発電量（電圧と電流との積）Ｐが検出される（ステップ１０２）。検出された発電量Ｐが十分で設定値Ｐ３以上の状態にあれば（ステップ１０３のＹＥＳ）、圧縮機５０の１シリンダ運転による除湿運転が実行される（ステップ１０４）。この際の圧縮機５０の回転数は１５ｒｐ以下の低い値に設定される。

このように、太陽電池３０の発電電力を使用して除湿運転が実行されることにより、室内が快適な状態に保持される。除湿運転は、室温を大きく変化させず、湿度を低下させる運転であることから、梅雨時や夏季の留守中の運転として最適である。しかも、太陽電池３０の発電電力を使用するので、省エネルギである。

とくに、圧縮機５０の１シリンダ運転を行うので、この際の消費電力は通常の２シリンダ運転のほぼ半分になるとともに低速で駆動するため、家庭用空気調和機の場合には、その消費電力は１５から２０Ｗ程度と極めて低い。このため、小型で容量の小さい太陽電池３０であっても、商用電源からの電力を使用することなく圧縮機５０を確実に駆動することができる。また、太陽電池３０が小型で容量の小さいものであることにより、太陽電池３０の採用に伴う設置スペースやコストの問題は生じない。

なお、圧縮機５０の起動に際しては（ステップ１０５のＹＥＳ）、室内機１におけるＭＣＵ１５の出力スイッチ２６がオンされる（ステップ１０６）。このオンにより、商用交流電源１０の電圧が室外機２に供給され、商用交流電源１０の電圧により圧縮機５０が起動される。起動が完了すると、出力スイッチ２６がオフされて、商用交流電源１０から室外機２への電力供給が遮断され、太陽電池３０の出力のみによって圧縮機５０の駆動が継続される。

このように、電力消費が大きくなる圧縮機５０の起動時は商用交流電源１０の電力を使用することにより、小型で容量の小さい太陽電池３０の採用にかかわらず、圧縮機５０を確実に起動することができる。

日射量が減って発電量Ｐが設定値Ｐ３未満、設定値Ｐ２以上の条件になると（ステップ１０８のＹＥＳ）、圧縮機５０は駆動されず、太陽電池３０の出力によって換気ファンモータ２２が駆動される。これにより、室内空気を外に排出する換気運転が実行される（ステップ１０９）。

発電量Ｐが設定値Ｐ２未満、設定値Ｐ１以上の条件になると（ステップ１１０のＹＥＳ）、圧縮機５０および換気ファンモータ２２は駆動されず、太陽電池３０の出力によって空気清浄機２０および室内ファンモータ２４が駆動される。これにより、室内空気が清浄される（ステップ１１１）。

発電量Ｐが設定値Ｐ１未満の条件では（ステップ１１０のＹＥＳ）、商用交流電源１０の電圧により、ユーザの指示に基づく通常運転（冷房、除湿、暖房、送風など）が実行される（ステップ１１１）。

一方、発電量検出回路２５で検出される太陽電池３０の発電量は、室内機の表示部１６で文字表示あるいは画像表示される。この表示により、太陽電池３０の採用による省エネルギ効果がユーザにアピールされる。なお、太陽電池３０の発電量をそのまま表示する代わりに、太陽電池３０の発電量が運転可能な状態にあるか否かを表示してもよい。また、太陽電池３０の出力による運転中に、その運転中の旨を表示部１６で表示してもよい。

また、電源スイッチ１１がオンされて室内機１のＭＣＵ１５が動作可能な状態では、時間経過と発電量検出回路２５の検出結果との対比から太陽電池３０の異常の有無が判定され、その判定結果が表示部１６の表示によりユーザに報知される。たとえば、発電量が２４時間にわたり連続して一定値以下の場合には、太陽電池３０が故障あるいは寿命切れであると判定する。この場合、表示部１６で、異常の旨が表示されるのと同時に、保守サービスの要請が表示される。

［２］この発明の第２の実施形態を説明する。
図５に示すように、室外機２を両側から挟む位置に支柱７１，７２が立設され、その支柱７１，７２間に複数枚たとえば３枚の屋根板７３が上下方向に所定間隔を開けて支持されている。そして、これら屋根板７３の上面に、それぞれ太陽電池３０が貼付けられている。

各屋根板７３は、図６に示すように、両側部にボルト状の突起７３ａ，７３ｂを有している。この突起７３ａ，７３ｂが上記支柱７１，７２の挿通孔に挿入され、その挿入端に図７に示すようにナット７４がそれぞれ螺合される。この螺合を緩めたり締め付けたりしながら、各屋根板７３の傾き位置を太陽光の位置に合せて個々に調節することができる。これにより、各太陽電池３０の全てに対して太陽光を効率的に当てることができる。
こうして、３つの太陽電池３０を採用する以外は、第１の実施形態と同じ構成である。

なお、この第２の実施形態において、図８に示すように、各屋根板７３の先端部にボルト・ナットを介してロッド７５を取付け、そのロッド７５によって各屋根板７３を連結することにより、１つの屋根板７３を動かすことで残りの全ての屋根板７３を同じ傾き位置に一括的に調節することができる。

図９に示すように、各屋根板７３の傾き位置をそれぞれステッピングモータ７６の駆動によって自動的に調節する構成としてもよい。この場合、図１０に示すように、ステッピングモータ７６の回転軸７６ａが支柱７１に挿通され、その回転軸７６ａに連結具７７を介して突起７３ａが連結される。

このステッピングモータ７６を用いた自動調節の例では、リモコン１８によりステッピングモータ７６を回動操作して、各屋根板７３の傾き位置を望みの位置に調節することができる。

また、ステッピングモータ７６を用いた自動調節の例では、各太陽電池３０の発電量を逐次に検出しながらステッピングモータ７６の正転駆動と逆転駆動を繰り返し、各太陽電池３０の発電量がもっとも大きくなるところでステッピングモータ７６を停止する制御の採用が考えられる。この制御の採用により、各屋根板７３の傾き位置を太陽の移動に追従させることができ、これにより太陽光を各太陽電池３０に効率良く当てて各太陽電池３０から最大限の発電量を確保することができる。

［３］この発明の第３の実施形態について説明する。
この実施形態では図１１に示すように、太陽電池３０が室外機２に接続されている。これに伴い、発電量検出回路２５が室外機２に設けられ、その発電量検出回路２５の検出結果が室外機２のＭＣＵ４３に供給される。なお、室内機１から手操作式の電源スイッチ１１が除去され、室内機１のＭＣＵ１５の動作電圧が常に商用交流電源１０から得られる構成となっている。この実施形態では室内側への電力供給はなされないため、太陽電池３０の発電を用いて室内側のファン等の機器を動作させることはできない。

他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［４］この発明は、上記各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、上記各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。

第１、第２の実施形態における制御回路のブロック図。 第１の実施形態における室外機および太陽電池の構成を示す斜視図。 第１、第２、第３の実施形態における圧縮機および冷凍サイクルの構成を示す図。 第１、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。 第２の実施形態における室外機および太陽電池の構成を概略的に示す斜視図。 図５における要部の構成を示す図。 図５における別の要部の構成を示す図。 第２の実施形態の変形例の構成を示す図。 第２の実施形態の別の変形例の構成を示す図。 図９における要部の構成を示す図。 第３の実施形態の制御回路のブロック図。

符号の説明

１…室内機、２…室外機、１０…商用交流電源、１５…ＭＣＵ、１８…リモコン、２０…空気清浄機、２２…換気ファンモータ、２４…室内ファンモータ、２５…発電量検出回路、３０…太陽電池、４３…ＭＣＵ、５０…圧縮機、５１…駆動モータ、５２ａ…第１のシリンダ、５２ｂ…第２のシリンダ、５３ａ，５３ｂ…吸込管、６０…四方弁、６１…室外熱交換器、６２，６４…電子膨張弁、６３，６５…室内熱交換器、６７，６９…開閉弁

Claims (4)

1. ２シリンダ型の圧縮機と、太陽電池と、この太陽電池の発電量が設定値以上の場合に、同太陽電池の出力を用いた前記圧縮機の１シリンダ運転による空調を実行する制御手段と、を備えたことを特徴とする空気調和機。
2. 前記制御手段は、前記太陽電池の発電量が設定値以上の場合に、同太陽電池の出力を用いた前記圧縮機の１シリンダ運転による空調を実行するとともに、前記圧縮機の１シリンダ運転の起動時のみ同圧縮機を商用電源により駆動することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記制御手段は、前記太陽電池の出力を用いた前記圧縮機の１シリンダ運転による除湿運転を実行することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
4. 前記太陽電池の発電量を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果に応じて前記太陽電池の異常の有無を判定する判定手段と、この判定手段の判定結果を報知する報知手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

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