JP2007315614A - 蓄電式空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池に蓄電した電力を、より活用することのできる蓄電式空気調和システムを提供する。
【解決手段】室外機２と、電力を蓄電する蓄電池１０とを有し、前記蓄電池１０の直流電力と共に商用電源６の商用電力を前記室外機２に供給し、前記室外機２が前記商用電力を直流に変換し、直流に変換した商用電力及び前記蓄電池１０から供給される電力から電源電力を生成する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池を備えた蓄電式空気調和システムに関する。

従来、一日を通しての電力需要の平準化及びランニングコストの低減を図るべく、電力需要が低く、また、電気代が比較的安い夜間に電力を蓄電し、昼間の電力需要のピークに合わせて放電する蓄電池を備えた蓄電式空気調和システムが知られている。この種の蓄電式空気調和システムにあっては、空気調和機に供給する電源を商用電源と蓄電池との間で切り換える切換器を備え、昼間の電力需要のピークに合わせて電源を蓄電池側に切り換える構成が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１３７６５０号公報

しかしながら、切換器を用いて電源を切り換える構成であると、蓄電池の供給可能な電力が空気調和機の電力需要を下回った場合には、蓄電池に電力が残っていたとしても、空気調和機の電力需要を満たすために電源が商用電源に切り換えられてしまうため、夜間に蓄えた電力を活用し切れていない、といった問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、蓄電池に蓄電した電力を、より活用することのできる蓄電式空気調和システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、空調機と、電力を蓄電する蓄電池とを有し、前記蓄電池の直流電力と共に商用電源の商用電力を前記空調機に供給し、前記空調機が前記商用電力を直流に変換し、直流に変換した商用電力及び前記蓄電池から供給される電力から電源電力を生成することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記空調機は、前記蓄電池の直流電力と、前記商用電源の商用電力とが供給され、前記電源電力を生成する電源回路を備え、前記電源回路は、前記商用電力を整流する整流回路と、前記整流回路に接続され、前記整流回路により整流された商用電力を平滑化する平滑回路とを有し、前記平滑回路に前記蓄電池の出力電圧が印加されることを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記空調機に供給される前記蓄電池の電力を調整する電力変換装置を備えることを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記電力変換装置は、前記平滑回路に印加する出力電圧を昇降させて前記空調機に供給する前記蓄電池の電力を調整することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記電力変換装置及び前記空調機の組を前記蓄電池に対して並列に複数接続し、前記空調機に供給する前記蓄電池の電力を空調機ごとに調整可能にしたことを特徴とする。

本発明によれば、蓄電池の直流電力と共に商用電源の商用電力を空調機に供給し、空調機が前記商用電力を直流に変換し、直流に変換した商用電力及び蓄電池から供給される電力から電源電力を生成する構成であるため、空調機の電力消費に伴って蓄電池の直流電力が使用され当該蓄電池に蓄えたられた電力を使い切ることができ、以って、蓄電池の電力をより活用することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る蓄電式空気調和システム１の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、蓄電式空気調和システム１は、図示せぬ空気調和装置のＮ（Ｎ≧１）台の室外機２−１〜２−Ｎ（特に区別しない場合には符号「２」を付す）と、電力を蓄電する蓄電ユニット３と、室外機２ごとに設けられ蓄電ユニット３の電力を室外機２に供給するＮ台の電力変換装置４−１〜４−Ｎ（特に区別しない場合には符号「４」を付す）とを備えている。

蓄電ユニット３は、蓄電池１０と、充電装置１１と、残量検出器１２と、コントローラ１３とを備えている。充電装置１１は、コントローラ１３の制御の下、蓄電池１０を充電するものであり、商用電源６の商用電力供給ラインＬ１−Ａに接続されるコンバータ回路１１を内蔵し、商用電源６からの交流の商用電力を直流に変換して蓄電池１０を充電する。コントローラ１３は計時回路１５を内蔵しており、電力需要が低く電気代が安い夜間の間に充電装置１１に充電動作を行わせる。残量検出器１２は、蓄電池１０の電力の残量を検出してコントローラ１３に出力するものである。この蓄電ユニット３の蓄電池１０には上記Ｎ台の電力変換装置４−１〜４−Ｎが直流電力供給線Ｌ２を介して互いに並列に接続され、各電力変換装置４が蓄電池１０の電力を蓄電電力供給ラインＬ３を介して室外機２に供給する。

室外機２のそれぞれは直流電力により駆動されるものであり、ＤＣファンモータやＤＣツインロータリコンプレッサ（共に図示せず）等の負荷Ｚ（図２参照）を有し、さらに、この負荷Ｚに対して電源電力を供給する電源回路２０を備えている。電源回路２０には、蓄電電力供給ラインＬ３を介して電力変換装置４が接続され当該電力変換装置４から直流電力が供給されると共に、商用電源６の商用電力供給ラインＬ１−Ｂに接続されて商用電源６から商用電力も供給されており、これら蓄電池１０からの直流電力及び商用電力を電源電力として負荷Ｚに供給して室外機２を駆動する。

電源回路２０の構成について詳述すると、電源回路２０は、図２に示すように、商用電源６からの交流の商用電力を整流して所定の整流電圧Ｖ１を出力する整流回路としてのブリッジダイオード回路３０と、ブリッジダイオード回路３０から出力される脈流を平滑化して直流化する平滑回路としての電解コンデンサ３１とを有し、この電解コンデンサ３１の両極間の電位差が直流の所定の電源電圧Ｖｏｕｔ（＜整流電圧Ｖ１）として取り出され室外機２の負荷Ｚに供給される。なお、この図２に示す電源回路２０は、商用電源６が単相交流である場合の構成であり、三相交流である場合には相ごとに整流用のブリッジダイオード回路が設けられ、各ブリッジダイオード回路の出力端が電解コンデンサ３１にそれぞれ接続される。

さらに、この電源回路２０にあっては、整流回路と平滑回路との間のノード３２、すなわち、ブリッジダイオード回路３０と電解コンデンサ３１の正極側との間のノード３２に、上記電力変換装置４の出力端が接続され、電力変換装置４の出力電圧Ｖ２（＞電源電圧Ｖｏｕｔ）がノード３２に印加されており、商用電源６からの商用電力と共に蓄電電力が負荷Ｚに供給される。これにより、室外機２の負荷Ｚの電力消費に伴って蓄電池１０の電力が消費されることとなる。

このように、室外機２の消費電力の一部として蓄電池１０の電力が消費されるため、昼間の電力需要のピーク時間帯にあっては商用電力の消費量が低減され、電力需要の平準化が図られると共に、室外機２の負荷Ｚには電力変換装置４の出力端が接続されているため、１０の電力残量が無くなるまで当該蓄電池１０の電力が負荷Ｚに供給されことで、蓄電池１０の電力を使い切ることが可能となる。
また、電力変換装置４とノード３２との間には、逆流防止用ダイオード３３が介挿されており、蓄電池１０の電力が使い切られる等して電力変換装置４の出力電圧Ｖ２がブリッジダイオード回路３０の整流電圧Ｖ１を下回ったとしても、蓄電池１０への電流の逆流が防止される。
さらに、整流回路としてのブリッジダイオード回路３０と平滑回路としての電解コンデンサ３１との間のノード３２に電力変換装置４の出力端を接続しているため、停電が発生した場合であっても、商用電源６側への蓄電池１０の電力の逆潮流がブリッジダイオード回路３０により防止される。

ところで、負荷Ｚの電力消費に合わせて蓄電池１０の電力を何ら制御せずに消費する構成とすると、蓄電池１０への充電が行われる夜間以外の時間帯においては、全ての室外機２が朝から稼動するといったように各室外機２の稼動状況（電力需要の状況）によっては、電力需要のピーク時間帯に至る前に蓄電池１０の電力が使い切られてしまい、電力需要の平準化が図られなくなる恐れがある。
そこで、本実施形態では、蓄電池１０の電力残量と現在の時間帯とに応じてコントローラ１３が各電力変換装置４を制御し、各室外機２に供給される蓄電池１０の電力を調整する構成としている。以下、係る構成について詳述する。

室外機２に供給する蓄電池１０の電力の調整について説明すると、前傾図２に示すように、電源回路２０においては、室外機２の負荷Ｚの消費電力がＷ３のときに、ブリッジダイオード回路３０及び電力変換装置４からノード３２に対してそれぞれ電流Ｉ１、Ｉ２が流れた場合、商用電源６からは「Ｖ１×Ｉ１」の商用電力Ｗ１が供給され、また、電力変換装置４からは「Ｖ２×Ｉ２」の蓄電電力Ｗ２が供給される。

このとき、ブリッジダイオード回路３０の出力電圧Ｖ１及び電源電圧Ｖｏｕｔは略一定値であるため、キルヒホッフの法則に基づき、ブリッジダイオード回路３０からの電流Ｉ１はブリッジダイオード回路３０の出力電圧Ｖ１と電源電圧Ｖｏｕｔの電位差（Ｖ１−Ｖｏｕｔ）に比例し、また、電力変換装置４からの電流Ｉ２は電力変換装置４の出力電圧Ｖ２と電源電圧Ｖｏｕｔの電位差（Ｖ２−Ｖｏｕｔ）に比例する。

すなわち、電位差（Ｖ２−Ｖｏｕｔ）を大きくするほど電力変換装置４の電流Ｉ２が大きくなって当該電力変換装置４から供給される蓄電電力Ｗ２（＝Ｖ２×Ｉ２）が増え、これとは逆に、電位差（Ｖ２−Ｖｏｕｔ）を小さくするほど（但し、Ｖ２＞Ｖｏｕｔ）電力変換装置４の電流Ｉ２が小さくなって当該電力変換装置４から供給される蓄電電力Ｗ２が減ることとなる。
そこで、本実施形態では、前傾図１及び図２に示すように、各電力変換装置４に昇降圧回路４０を設け、昇降圧回路４０によって電力変換装置４の出力電圧Ｖ２を昇降させることで、室外機２に供給する蓄電電力Ｗ２を調整するようになっている。

また、前傾図１に示すように、各電力変換装置４には、当該電力変換装置４から室外機２に流れる電流Ｉ２の大きさを検出する直流電流計４１が設けられており、蓄電ユニット３のコントローラ１３は、一定時間ごとに直流電流計４１により検出された電流Ｉ２の値と電力変換装置４の出力電圧Ｖ２の値とを通信線５０を介して取得する。そして、コントローラ１３は、電力変換装置４ごとに室外機２に対して供給されている蓄電電力Ｗ２（＝Ｖ２×Ｉ２）を算出し、また、それぞれの蓄電電力Ｗ２の総和に基づいて蓄電池１０の総消費電力を算出する。このとき、室外機２ごとに蓄電電力Ｗ２を対比することで、各室外機２の電力需要を相対的に特定することが可能となる。

さらに、商用電力供給ラインＬ１−Ｂには、当該商用電力供給ラインＬ１−Ｂを流れる交流電流Ｉ３の大きさを検出する交流電流計６０が接続されており、コントローラ１３は、電力変換装置４からの電流Ｉ２の値及び出力電圧Ｖ２の値の取得と同期して、交流電流計６０から交流電流Ｉ３の値を取得し、この交流電流Ｉ３の値と商用電源６の交流電圧値とに基づいて、全室外機２−１〜２−Ｎによって消費されている商用電源６の総消費電力を算出するようになっている。

以上の構成の下、蓄電ユニット３のコントローラ１３は、充電が行われていない時間帯においては、商用電源６の総消費電力を監視し、商用電源６の総消費電力が所定のしきい値をこえた場合には、蓄電電力Ｗ２の消費量を上げて商用電力の消費量を抑制すべく、出力電圧Ｖ２の昇圧指示を通信線５０を介して電力変換装置４に対して出力する。このとき、コントローラ１３は、全ての電力変換装置４に対して昇圧指示を出力するのではなく、電力需要が相対的に大きい室外機２の電力変換装置４に対して昇圧指示を出力し、当該室外機２の電力需要に占める蓄電電力Ｗ２の割合を高めるようにしている。

さらに、コントローラ１３は、蓄電池１０の電力残量を監視し、電力需要のピーク時間帯に至る前に電力残量が所定の残量しきい値を下回った場合には、電力需要のピーク時間帯において、当該電力需要の一定割合を蓄電池１０の電力で賄うことができるようにすべく、電力変換装置４に対して降圧指示を出力して室外機２に供給される蓄電電力Ｗ２を小さく抑える。このとき、商用電源６の総消費電力が所定のしきい値をこえている場合には、コントローラ１３は、電力変換装置４に対して降圧指示ではなく昇圧指示を出力することとなるが、その昇圧の大きさを所定値よりも低めに設定し、商用電源６の総消費電力の削減と共に、蓄電池１０の電力の枯渇防止を図る。

また、電力需要のピーク時間帯を過ぎた後であって充電が開始される前までの期間においては、コントローラ１３は、充電開始前までに蓄電池１０の電力を極力使い切るべく、電力需要のある室外機２の電力変換装置４に対して昇圧指示を出力し、蓄電電力Ｗ２の消費を加速させることになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、蓄電池１０の直流電力と共に商用電源６の商用電力を室外機２に供給し、室外機２が商用電力Ｗ１及び蓄電池１０から供給される蓄電電力Ｗ２から電源電力を生成し負荷Ｚに供給するため、室外機２の電力消費に伴って蓄電池１０の電力が必ず使用されることとなり、当該蓄電池１０に蓄えたられた電力を使い切ることができる。
また、室外機２の消費電力の一部として蓄電池１０の電力が消費されるため、昼間の電力需要のピーク時間帯にあっては商用電力Ｗ１の消費量が低減され、電力需要を平準化させることができる。

また本実施形態によれば、室外機２の電源回路２０は、整流回路としてのブリッジダイオード回路３０と平滑回路としての電解コンデンサ３１とを備え、これらブリッジダイオード回路３０と電解コンデンサ３１との間のノード３２に蓄電池１０の電圧を印加する構成としたため、停電が発生した場合であっても、商用電源６側への蓄電電力の逆潮流が防止される。

また本実施形態によれば、室外機２に供給される蓄電池１０の蓄電電力Ｗ２を調整する電力変換装置４を備える構成としたため、室外機２の電力需要に応じて蓄電池１０の蓄電電力Ｗ２を調整したり、一日の電力需要のピーク時間帯に合わせて室外機２に供給する蓄電電力Ｗ２を調整したりすることができる。

また本実施形態によれば、電力変換装置４及び室外機２の組を蓄電池１０に対して並列に複数接続し、室外機２に供給する蓄電池１０の電力を室外機２ごとに調整可能にする構成としたため、室外機２ごとの電力需要に合わせて、それぞれの室外機２に供給する蓄電電力Ｗ２を調整することができる。また、室外機２ごとに蓄電電力Ｗ２の供給を制御可能であるため、例えば、電力変換装置４の出力電圧Ｖ２を電源電圧Ｖｏｕｔより下げる等して、複数の室外機２のうち、故障している室外機２への蓄電電力Ｗ２の供給を停止することも可能となる。

なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば上述した実施形態では、商用電源６の商用電力により蓄電池１０を充電する構成を説明したが、これに限らず、太陽光発電装置が発電する電力や、或いは、コ・ジェネレーションシステムによって発電される電力により蓄電池１０を充電する構成としても良い。

本発明の実施形態に係る蓄電式空気調和システムの構成を示す図。 電源回路の構成を示す図。

符号の説明

１ 蓄電式空気調和システム
２、２−１〜２−Ｎ 室外機（空調機）
３ 蓄電ユニット
４、４−１〜４−Ｎ 電力変換装置
１０ 蓄電池
１３ コントローラ
２０ 電源回路
３０ ブリッジダイオード回路（整流回路）
３１ 電解コンデンサ（平滑回路）
４０ 昇降圧回路

Claims (5)

1. 空調機と、電力を蓄電する蓄電池とを有し、
   前記蓄電池の直流電力と共に商用電源の商用電力を前記空調機に供給し、
   前記空調機が前記商用電力を直流に変換し、直流に変換した商用電力及び前記蓄電池から供給される電力から電源電力を生成する
   ことを特徴とする蓄電式空気調和システム。
2. 請求項１に記載の蓄電式空気調和システムにおいて、
   前記空調機は、
   前記蓄電池の直流電力と、前記商用電源の商用電力とが供給され、前記電源電力を生成する電源回路を備え、
   前記電源回路は、
   前記商用電力を整流する整流回路と、前記整流回路に接続され、前記整流回路により整流された商用電力を平滑化する平滑回路とを有し、前記平滑回路に前記蓄電池の出力電圧が印加される
   ことを特徴とする蓄電式空気調和システム。
3. 請求項１または２に記載の蓄電式空気調和システムにおいて、
   前記空調機に供給される前記蓄電池の電力を調整する電力変換装置を備えることを特徴とする蓄電式空気調和システム。
4. 請求項３に記載の蓄電式空気調和システムにおいて、
   前記電力変換装置は、前記平滑回路に印加する出力電圧を昇降させて前記空調機に供給する前記蓄電池の電力を調整する
   ことを特徴とする蓄電式空気調和システム。
5. 請求項３または４に記載の蓄電式空気調和システムにおいて、
   前記電力変換装置及び前記空調機の組を前記蓄電池に対して並列に複数接続し、前記空調機に供給する前記蓄電池の電力を空調機ごとに調整可能にした
   ことを特徴とする蓄電式空気調和システム。

Images