JP2006029705A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電装置を備えた空気調和装置（１）を低コストで省エネルギーなものにする。
【解決手段】室外機（２）に色素増感型太陽電池（１０）を設ける。この色素増感型太陽電池（１０）によって、室外機（２）及び室内機（３）の少なくとも一部の電動部品（２６，２７）に電力を供給する。例えば、色素増感型太陽電池（１０）を室外機（２）の外板（４）に一体に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電装置を備えた空気調和装置に関するものである。

従来より、太陽光発電装置を空気調和装置の供給電力として使用するものは知られている。このような太陽光発電装置に使用する太陽電池は一般的に高価であり、例えば、太陽光発電装置の供給電力のみで空気調和装置を駆動しようとすると、大量の太陽電池を必要とし、かつ該太陽電池を直射日光の十分受光可能な位置に設置する必要があった。このため、太陽電池の製造コストが高く、また、その設置のための工事が大がかりであることが問題となっていた。

そこで、例えば、特許文献１に示すように、空気調和装置の室外機に太陽電池を設け、室外機及び室内機の少なくとも一部の電動部品に上記太陽電池によって電力を供給するものが知られている。
特開２００４−５３１４９号公報

上記特許文献１の空気調和装置では、一般にシリコン系の太陽電池が使用されているが、このシリコン系の太陽電池は、特に変換効率の高いものは製造コストが高く、未だ改善の余地が残されている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、太陽電池の構成に工夫を加えることで、低コストで省エネルギーな空気調和装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、空気調和装置（１）に色素増感型太陽電池（１０）の発電電力を供給するようにした。

具体的には、第１の発明では、室外機（２）と室内機（３）とを備える空気調和装置を前提とする。そして、上記室外機（２）には、色素増感型太陽電池（１０）が設けられており、上記室外機（２）及び室内機（３）の少なくとも一部の電動部品（２６，２７）は、上記色素増感型太陽電池（１０）によって電力供給されるように構成されている。

上記の構成によると、屋外の室外機（２）に設けた色素増感型太陽電池（１０）からの供給電力によって室外機（２）及び室内機（３）の少なくとも一部の電動部品（２６，２７）が駆動される。色素増感型太陽電池（１０）は室外機（２）に設けられているため、屋外に色素増感型太陽電池（１０）を設置するためだけのスペースを別途必要としない。また、色素増感型太陽電池（１０）は低温で製造でき、かつスクリーン印刷法などの薄膜形成技術が適用できることから、従来の太陽電池に比べて極めて少ないコストで室外機（２）に設置できる。

第２の発明では、上記色素増感型太陽電池（１０）は、両側の面から太陽光を受光するように構成され、一方の面で太陽光を直接受光すると共に、他方の面で、該色素増感型太陽電池（１０）を通過して上記室外機（２）に反射した太陽光及び直接上記室外機（２）に入射して反射した太陽光を受光するように構成されている。

上記の構成によると、室外機（２）に設けた色素増感型太陽電池（１０）は、半透明の部材によって構成できるため、一方の面で受光した太陽光は一部が通過し、他方の面で、この色素増感型太陽電池（１０）を通過して上記室外機（２）に反射した太陽光を受光することが可能となる。したがって、色素増感型太陽電池（１０）は、一方の面で太陽光を直接受光して発電すると共に、他方の面で、該色素増感型太陽電池（１０）を通過して室外機（２）に反射した太陽光及び直接室外機（２）に入射して反射した太陽光を受光して発電し、室外機（２）及び室内機（３）の少なくとも一部の電動部品（２６，２７）に電力を供給する。

第３の発明では、上記色素増感型太陽電池（１０）は、室外機（２）の上面（５）に脚部（４０）にて支持され、該上面（５）を覆う屋根部材（４１）に設けられている。

上記の構成によると、例えば、積雪防止のために設けられる屋根部材（４１）に色素増感型太陽電池（１０）を設けることができる。この場合には、屋根部材（４１）は通常積雪を防止するため、室外機（２）の上面（５）に対して傾斜させるが、この傾斜角度は、太陽光を適切に受光できる角度とすればよい。このことで、冬季でも色素増感型太陽電池（１０）に雪が積もらず、太陽光を直接受光できると共に、室外機（２）の上面（５）も積雪しないため、該上面（５）からの反射光を色素増感型太陽電池（１０）が受光することができる。

第４の発明では、上記色素増感型太陽電池（１０）は、上記室外機（２）の外板（４）に一体に設けられている。

上記の構成によると、色素増感型太陽電池（１０）は、スクリーン印刷法などによる薄膜形成技術が適用可能であるため、室外機（２）の外板（４）に電極を容易に設けることができ、例えば、容易に外板（４）の外面全体に色素増感型太陽電池（１０）を一体に設けることができる。

第５の発明では、上記室外機（２）の外板（４）は、上記色素増感型太陽電池（１０）の電極を構成している。

上記の構成によると、室外機（２）の外板（４）が対向電極として有効に利用される。

第６の発明では、上記色素増感型太陽電池（１０）は、室外機（２）の外板（４）ごと取り替え可能なものとする。

上記の構成によると、色素増感型太陽電池（１０）を交換するときには、室外機（２）の外板（４）ごと取り替えられる。

以上説明したように、上記第１の発明によれば、室外機（２）に設けた色素増感型太陽電池（１０）によって、室外機（２）及び室内機（３）の少なくとも一部の電動部品（２６，２７）に電力を供給している。このため、製造コストの安い色素増感型太陽電池（１０）による発電電力を使用できるので、効率のよい低コストで省エネルギーな空気調和装置を提供することができる。

上記第２の発明によれば、室外機（２）に設けた色素増感型太陽電池（１０）において、一方の面で太陽光を直接受光して発電すると共に、他方の面で、この色素増感型太陽電池（１０）を通過して室外機（２）に反射した太陽光及び直接室外機（２）に入射して反射した太陽光を受光して発電し、室外機（２）及び室内機（３）の少なくとも一部の電動部品（２６，２７）に電力を供給している。このため、半透明に構成可能であるという色素増感型太陽電池（１０）の特性を利用して受光面積を増大させることができるので、さらに低コストで省エネルギーな空気調和装置が得られる。

上記第３の発明によれば、室外機（２）の上面（５）を覆う屋根部材（４１）に色素増感型太陽電池（１０）を設けている。このため、例えば積雪防止用の屋根部材（４１）を有効利用することで太陽光を効果的に受光できると共に、冬季であっても屋根部材（４１）に雪が積もらず、色素増感型太陽電池（１０）で太陽光を効率的に受光することができる。また、色素増感型太陽電池（１０）は、屋根部材（４１）ごと交換すればよいので、交換作業が極めて容易である。

上記第４の発明によれば、室外機（２）の外板（４）に一体に設けた色素増感型太陽電池（１０）により、室外機（２）及び室内機（３）の少なくとも一部の電動部品（２６，２７）に電力を供給している。このため、色素増感型太陽電池（１０）だけの設置スペースを必要とせず、施工が極めて容易である。

上記第５の発明によれば、室外機（２）の外板（４）で色素増感型太陽電池（１０）の電極を構成している。このため、室外機（２）の外板（４）を有効に利用することで、色素増感型太陽電池（１０）の部品点数が減って構造が簡単になると共に、その設置が容易となるので、さらに低コストな空気調和装置が得られる。

上記第６の発明によれば、色素増感型太陽電池（１０）を室外機（２）の外板（４）ごと取り替え可能なものとしている。このため、色素増感型太陽電池（１０）の交換時期が来ても、その交換が容易となるので、色素増感型太陽電池（１０）の維持コストも低減される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る空気調和装置（１）を示し、この空気調和装置（１）は、室外機（２）と室内機（３）とを備えている。空気調和装置（１）は、一般的な構造であるので、詳細な説明は省略するが、図示しない室内熱交換器、室外熱交換器、圧縮機などを有する冷媒回路を備え、圧縮機を駆動して、冷媒回路中に冷媒を循環させて冷凍サイクルを行うと共に、室外機（２）の室外ファン及び室内機（３）の室内ファンを駆動することで、冷房運転及び暖房運転を行うように構成されている。また、上記冷凍サイクルを行わず、室内機（３）の室内ファンのみを駆動する送風運転も可能となっている。

本発明の特徴として、上記室外機（２）を覆う容器状の外板（４）における吸込口及び吹出口を除くほぼ全領域の外面には、色素増感型太陽電池（１０）が設けられている。具体的には、図２に断面を拡大して示すように、上記外板（４）は、導電性のある金属製のもので、色素増感型太陽電池（１０）の対向電極（カソード）を構成している。一方、光電極（アノード）として、チタニア半導体電極（１１）が用いられている。このチタニア半導体電極（１１）は、透明導電性膜（１２）を付けたガラス基板（１３）にナノサイズのチタニア粒子をペースト状にして塗布し、これを４５０℃程度で焼結して色素増感多孔質膜（１４）を形成したものを用いる。この色素増感多孔質膜（１４）の厚みは１０〜１５μｍ程度で、多数のナノサイズの空孔（図示せず）を有するため、実効表面積は見かけの基板面積の１０００倍以上にも達する。この空孔の内面にカルボキシル基を有するルテニウムビピリジル錯体を坦持することで、カルボキシル基によって色素がチタニア表面に化学的に結合している。この構成により、光によって誘起された色素分子からチタニア半導体の伝導帯へ多量の電子を注入することができる。

上記対向電極としての外板（４）と、光電電極としてのチタニア半導体電極（１１）との間に、非導電性の支持体（１５）を設け、これら外板（４）、チタニア半導体電極（１１）及び支持体（１５）に囲まれた空間にレドックス電解液（１６）が満たされている。このレドックス電解液（１６）は、ニトリル系の溶媒に、溶質としてヨウ素とヨウ素イオンのレドックス系を溶解したものである。

上記室外機（２）は、外板（４）ごと取り替え可能に構成されている。すなわち、上記色素増感型太陽電池（１０）のレドックス電解液（１６）が液漏れするなどにより、その性能が低下したときには、室外機（２）の外板（４）ごと取り替えることができる。

上記色素増感型太陽電池（１０）は、建築物の屋根や屋上に設置される大容量の太陽電池と比べて、小容量のものであり、例えば、１００Ｗ以下の容量となっている。また、色素増感型太陽電池（１０）の能力を最大限に活用するために、上記室外機（２）は、太陽光の当たり易い建築物の南側などに設置するのが望ましい。

上記色素増感型太陽電池（１０）によって発電された電力は、室外機（２）及び室内機（３）の少なくとも一部の電動部品（２６，２７）に供給される。

具体的には、図３に電気回路図を示すように、色素増感型太陽電池（１０）は、第１リレー（２１）を介してＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）の一端に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）の第１及び第２端子は、逆流防止のためのダイオード（２３）を介して第１及び第２インバータ（２４，２５）に接続されている。第１インバータ（２４）の他端は、室外電動部品（２６）に接続され、第２インバータ（２５）の他端は、室内電動部品（２７）に接続されている。

一方、商用電源（２８）は、第２リレー（２９）及び室外側全波整流回路（３０）を介して上記第１インバータ（２４）に接続され、また、第２リレー（２９）及び室内側全波整流回路（３１）を介して上記第２インバータ（２５）に接続されている。

また、上記室外機（２）には、制御装置（図示せず）が設けられている。この制御装置により、空気調和装置（１）全体の制御が行われる。

上記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）は、スイッチング機能を備え、ＯＮ状態のときには、色素増感型太陽電池（１０）で発電された電力の電圧を上昇させ、室外電動部品（２６）又は室内電動部品（２７）に電力を供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）がＯＦＦ状態のときには、色素増感型太陽電池（１０）で発電された電力は、室外電動部品（２６）又は室内電動部品（２７）に供給されない。

上記第１及び第２インバータ（２４，２５）は、上記商用電源（２８）から供給され、上記各整流回路（３０，３１）で整流された直流電圧や、上記色素増感型太陽電池（１０）から供給された直流電圧を疑似正弦波三相交流電圧に変換し、室外電動部品（２６）又は室内電動部品（２７）に電力供給する。

上記室外電動部品（２６）としては、例えば、室外機（２）内の圧縮機の駆動モータ、室外ファンのファンモータなどがあげられる。また、上記室内電動部品（２７）として、例えば、室内機（３）の室内ファンのファンモータなどがあげられる。

−運転動作−
次に、本実施形態の空気調和装置（１）の運転動作について説明する。

空気調和装置（１）が冷房運転又は暖房運転を行うときには、例えば、室外電動部品（２６）である圧縮機の駆動モータに商用電源（２８）による電力と色素増感型太陽電池（１０）による電力が供給される。すなわち、制御装置からの制御信号によって、第１リレー（２１）及び第２リレー（２９）がＯＮ状態となり、商用電源（２８）による電力に加えて色素増感型太陽電池（１０）による電力が補助的に供給される。

一方、空気調和装置（１）が送風運転を行うようなときには、制御装置からの制御信号によって、第１リレー（２１）がＯＮ状態となり、かつ第２リレー（２９）がＯＦＦ状態となり、色素増感型太陽電池（１０）による電力のみで室内電動部品（２７）としての室内ファンのファンモータに供給される。この場合、色素増感型太陽電池（１０）からの供給電力が十分でないときには、第２リレー（２９）もＯＮ状態となり、商用電源（２８）からも室内ファンのファンモータに電力が供給される。

−実施形態１の効果−
したがって、実施形態１の空気調和装置（１）では、室外機（２）に設けた色素増感型太陽電池（１０）によって、室外機（２）及び室内機（３）の少なくとも一部の電動部品（２６，２７）に電力を供給している。このため、製造コストの安い色素増感型太陽電池（１０）による発電電力を使用できるので、効率のよい低コストで省エネルギーな空気調和装置（１）を提供することができる。

また、室外機（２）の外板（４）に一体に設けた色素増感型太陽電池（１０）により、室外機（２）及び室内機（３）の少なくとも一部の電動部品（２６，２７）に電力を供給している。このため、色素増感型太陽電池（１０）だけの設置スペースを必要とせず、施工が極めて容易である。

また、室外機（２）の外板（４）で色素増感型太陽電池（１０）の電極を構成している。このため、室外機（２）の外板（４）を有効に利用することで、色素増感型太陽電池（１０）の部品点数が減って構造が簡単になると共に、その設置が容易となるので、さらに低コストな空気調和装置（１）が得られる。

さらに、色素増感型太陽電池（１０）を室外機（２）の外板（４）ごと取り替え可能なものとしている。このため、色素増感型太陽電池（１０）の交換時期が来ても、その交換が容易となるので、色素増感型太陽電池（１０）の維持コストも低減される。

（実施形態２）
図４は本発明の実施形態２を示し、色素増感型太陽電池（１０）の構成が異なる点で上記実施形態１と異なる。なお、図１〜図３と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態の空気調和装置（１）の室外機（２）の上面（５）には、４本の脚部（４０）にて支持された屋根部材（４１）が設けられている。この屋根部材（４１）は、室外機（２）の上面（５）を覆うもので、積雪防止の役割も果たしている。この屋根部材（４１）の屋根の部分には、プレート状の色素増感型太陽電池（１０）が取り付けられている。この色素増感型太陽電池（１０）は、室外機（２）の上面（５）と同程度の面積を有している。

上記４本の脚部（４０）の長さは、室外機（２）の上面（５）との間隔を適度に調整できるように構成されている。このことで、室外機（２）の設置場所に合わせ、太陽光を最も効率的に受光できるように、色素増感型太陽電池（１０）を上面（５）に対して傾斜させることができる。また、適度に傾斜させることで冬季でも色素増感型太陽電池（１０）に積雪することはない。

図５に断面を拡大して示すように、上記色素増感型太陽電池（１０）は、両側の面から太陽光を受光するように構成されている。

具体的に上記実施形態１の色素増感型太陽電池（１０）と異なる点についてのみ説明すると、対向電極（１０４）として、外板（４）ではなく、透明導電性膜（１２）を付けたガラス基板（１３）を設けている。この構成により、色素増感型太陽電池（１０）は半透明のものとなり、一部の光を通過させることが可能となる。すなわち、太陽光は、いずれの面からこの色素増感型太陽電池（１０）に入射しても、色素分子を誘起させることができ、チタニア半導体の伝導帯へ多量の電子を注入することで発電が可能となっている。

したがって、色素増感型太陽電池（１０）は、その表面で直射日光Ｘを直接受光すると共に、裏面で、該色素増感型太陽電池（１０）を通過して上記室外機（２）の上面（５）に反射した反射光Ｙ及び直接上記室外機（２）の上面（５）に入射して反射した太陽光Ｚを受光する。なお、室外機（２）の上面（５）は、日光を反射し易いような塗装色或いは鏡面にするのが望ましい。

−実施形態２の効果−
したがって、実施形態２の空気調和装置（１）では、半透明に構成可能であるという色素増感型太陽電池（１０）の特性を利用して受光面積を増大させることができるので、さらに低コストで省エネルギーな空気調和装置（１）が得られる。

また、室外機（２）の上面（５）を覆う屋根部材（４１）に色素増感型太陽電池（１０）を設けている。このため、例えば積雪防止用の屋根部材（４１）を有効利用することで太陽光を効果的に受光できると共にと共に、冬季であっても屋根部材（４１）に雪が積もらず、色素増感型太陽電池（１０）で太陽光を効率的に受光することができる。また、色素増感型太陽電池（１０）は、屋根部材（４１）ごと交換すればよいので、交換作業が極めて容易である。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態１及び２について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、詳しくは図示しないが、加湿ロータと、この加湿ロータを経由する吸着通路に設けられた吸着ファンと、上記加湿ロータを経由する加湿通路に設けられた加湿ファンと、上記加湿通路の加湿ロータよりも上流側に設けられたヒータとを備えた加湿装置において、本発明を適用してもよい。上記加湿ロータは、吸湿通路の空気から吸湿する一方、加湿通路の加熱された空気に加湿するように構成されている。上記吸着ファンや加湿ファンの駆動用モータや、ヒータを室外電動部品（２６）とし、色素増感型太陽電池（１０）の発電電力を供給するようにしてもよい。

また、上記実施形態１では、色素増感型太陽電池（１０）の構成の一例を示したが、この構成に限られず、他の材料によって構成してもよい。

また、上記実施形態１では、外板（４）を色素増感型太陽電池（１０）の対向電極としたが、この構成に限られず、対向電極を別部材によって構成したプレート状の色素増感型太陽電池（１０）を外板（４）に取り外し可能に設置してもよい。

また、上記実施形態１では、両面から受光可能な色素増感型太陽電池（１０）を使用しているが、上面のみから受光可能なものとしてもよい。この場合には、色素増感型太陽電池（１０）の構成がシンプルなものとなる。

また、上記各実施形態では、蓄電手段を設けていないが、蓄電手段を設けて色素増感型太陽電池（１０）で発電した電力を蓄えるようにしてもよい。

さらに、色素増感型太陽電池（１０）で発電した電力を待機電力として使用してもよい。このことで、更なる省エネルギーを達成できる。

以上説明したように、本発明は、太陽電池を備えた空気調和装置について有用である。

本発明の実施形態１に係る空気調和装置の要部を示す概略図である。 実施形態１の色素増感型太陽電池を示す断面図である。 空気調和装置の電気回路図である。 本発明の実施形態２に係る空気調和装置の要部を示す概略図である。 実施形態２の色素増感型太陽電池を示す断面図である。

符号の説明

１ 空気調和装置
２ 室外機
３ 室内機
４ 外板
５ 上面
１０ 色素増感型太陽電池
２６ 室外電動部品
２７ 室内電動部品
４０ 脚部
４１ 屋根部材

Claims (6)

1. 室外機（２）と室内機（３）とを備える空気調和装置において、
   上記室外機（２）には、色素増感型太陽電池（１０）が設けられており、
   上記室外機（２）及び室内機（３）の少なくとも一部の電動部品（２６，２７）は、上記色素増感型太陽電池（１０）によって電力供給されるように構成されている
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 請求項１に記載の空気調和装置において、
   上記色素増感型太陽電池（１０）は、両側の面から太陽光を受光するように構成され、一方の面で太陽光を直接受光すると共に、他方の面で、該色素増感型太陽電池（１０）を通過して上記室外機（２）に反射した太陽光及び直接上記室外機（２）に入射して反射した太陽光を受光する
   ことを特徴とする空気調和装置。
3. 請求項１又は２に記載の空気調和装置において、
   上記色素増感型太陽電池（１０）は、室外機（２）の上面（５）に脚部（４０）にて支持され、該上面（５）を覆う屋根部材（４１）に設けられている
   ことを特徴とする空気調和装置。
4. 請求項１に記載の空気調和装置において、
   上記色素増感型太陽電池（１０）は、上記室外機（２）の外板（４）に一体に設けられている
   ことを特徴とする空気調和装置。
5. 請求項４に記載の空気調和装置において、
   上記室外機（２）の外板（４）は、上記色素増感型太陽電池（１０）の電極を構成している
   ことを特徴とする空気調和装置。
6. 請求項４又は５に記載の空気調和装置において、
   上記色素増感型太陽電池（１０）は、室外機（２）の外板（４）ごと取り替え可能に構成されている
   ことを特徴とする空気調和装置。

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