JP2012083063A

JP2012083063A - 直流駆動エアコン

Info

Publication number: JP2012083063A
Application number: JP2010231247A
Authority: JP
Inventors: Hideo Matsushiro; 英夫松城; Kazuhiro Kuroyama; 和宏黒山; Osamu Eguchi; 修江口
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2012-04-26

Abstract

【課題】圧縮機駆動のための高圧直流電力が必要なインバータエアコンが直流配電システム接続された場合であっても、高価な高圧直流パワーリレーを用いなくても待機電力削減効果を最大限に発揮できる。
【解決手段】室内機と室外機によって構成され、直流電力のみを入力するインバータエアコンにおいて、室外機の圧縮機駆動用インバータには第一の直流電圧値の高圧直流電力が入力され、圧縮機駆動用インバータ以外の室内機と室外機双方に設けられた電力変換回路群には、第一の直流電圧値より低い第二の直流電圧値の低圧直流電力が入力され、待機電力削減のため、室内機の電力変換回路群から室外機の電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送、又は、室外機の電力変換回路群から室内機の電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送をオンオフ制御するリレーを室内機あるいは室外機いずれか一方に有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、直流電力を入力するインバータエアコンにおいて、圧縮機駆動用インバータや室内機と室外機双方に設けられた電力変換回路群への電力搬送に関する。

近年、燃料電池及び太陽光発電装置等により得られた直流電力や、蓄電池の直流電力を駆動源として動作する電気機器が、省エネ性の向上を図る手段として議論されてきており、今後は、住宅やビル等においてこのような直流対応型の電気機器に対して直流電力を安定的に供給するための直流配電システムが普及するものと考えられている。

例えば、特開２００９−１５９６５２号公報に開示されたものなどは、住宅などの各部屋に設置され正極及び負極の一対の給電部を有する直流コンセント等の直流アウトレットに対して直流供給線路を介して分電盤から直流電力を配電する直流配電システムに、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として備える照明器具や、パーソナルコンピュータなど直流電力の供給を受けて動作する直流機器が接続されることを想定し、直流機器には直流電力が供給されることとなるため内部に交流／直流変換回路が不要になることで得られるコストメリットや省エネ性の向上効果が得られることを前提に述べられている。

一方で、従来の電気機器は、交流電力である商用電源を入力して動作する制御回路を備えるものが多く、インバータエアコンにおいても交流電源に接続されることのみ想定されたものであった。

一般的なエアコンに関しては、室内機と室外機によって構成されるセパレート型のものが普及しており、商用電源からの交流電力を一旦室内機に供給し、室外機へ電力搬送のオンオフ制御を行う室内機に設けられたリレーを介して室外機は電力の供給を受けるという構成のものが多く、例えば、特開２００１−１４１２６０号公報においては、本構成のエアコンを前提にした発明の記載がなされている。

室外機への電力搬送のオンオフ制御は、主に待機電力の削減のために行われ、エアコンの動作が行われないときなどは室外機への電力搬送は遮断し、室内機のみ通電される状態でリモコンからの運転指示を待ち、余分な電力消費を抑えた状態で待機するようにしている。

室外機への電力搬送を制御するリレーに関しては、接点部の電力が交流であることを前提にしたもので、本用途に適用できるものは多くのメーカーで大量生産され、市場に安価で供給されている。

特開２００９−１５９６５２号公報特開２００１−１４１２６０号公報

しかしながら、上述したような直流配電システムが普及し、このシステムにインバータエアコンを適用させることを想定した場合、高圧直流電力の圧縮機駆動用インバータへの供給が不可欠であり、その直流電圧値は、概ね１００Ｖの交流電力を倍電圧整流回路にて
得られる２８０Ｖ以上であることが条件となる。

一般的なエアコンにおいて、従来と同等の回路構成で電力搬送を制御するリレーのみを置き換えようとすると、アーク放電対策などを施した高圧直流パワーリレーが必要となり、コスト及びサイズ面で不利になる。

一方で、低圧直流電力で圧縮機駆動用インバータを用いて圧縮機を回転させようとすると電流値が増大し、配線ケーブル太さや電子制御基板上のパターン幅を広くしなければならないといった構造面での問題や、電流増大による電子部品における損失増大といった性能面での問題等が発生し、実現性は極めて低くなる。

本発明は、前述の問題点を解決するものであって、電力搬送を制御するリレーのコスト及びサイズの増大を抑制しつつ、直流配電システムに適用可能なインバータエアコンを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のインバータエアコンは、室内機と室外機によって構成され、室外機の圧縮機駆動用インバータには第一の直流電圧値の高圧直流電力が入力され、前記圧縮機駆動用インバータ以外の室内機と室外機双方に設けられた電力変換回路群には、第一の直流電圧値より低い第二の直流電圧値の低圧直流電力が入力され、待機電力削減のため、室内機の前記電力変換回路群から室外機の前記電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送、又は、室外機の前記電力変換回路群から室内機の前記電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送をオンオフ制御するリレーを室内機あるいは室外機いずれか一方に有していることを特徴とする。

これにより、電力搬送を制御するリレーのコスト及びサイズの増大を抑制しつつ、直流配電システムに適用可能なインバータエアコンを実現することができる。

本発明に係るインバータエアコンによれば、室内機側は低圧直流電力のみで駆動されることで、直流配電システムとの接続部における安全性確保が容易であり、さらに、個々の電力変換回路においては、部品の耐圧を下げられることによるコスト、サイズダウンの効果が期待できる。

実施の形態１におけるインバータエアコンの室内機側の回路構成を示す説明図実施の形態１におけるインバータエアコンの室外機側の回路構成を示す説明図実施の形態１におけるインバータエアコンを直流配電システムに接続した様子を示す図実施の形態２におけるインバータエアコンを直流配電システムに接続した様子を示す図実施の形態３におけるインバータエアコンの室外機側の回路構成を示す説明図実施の形態３におけるインバータエアコンを直流配電システムと商用電源の配電システムに接続した様子を示す図

第１の発明は、室内機と室外機によって構成され、直流電力のみを入力するインバータ
エアコンにおいて、室外機の圧縮機駆動用インバータには第一の直流電圧値の高圧直流電力が入力され、圧縮機駆動用インバータ以外の室内機と室外機双方に設けられた電力変換回路群には、第一の直流電圧値より低い第二の直流電圧値の低圧直流電力が入力され、待機電力削減のため、室内機の電力変換回路群から室外機の電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送、又は、室外機の電力変換回路群から室内機の電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送をオンオフ制御するリレーを室内機あるいは室外機いずれか一方に有していることを特徴とするものである。

第２の発明は、特に第１の発明の第二の直流電圧値の低圧直流電力が、宅内配電されたコンセントに差込可能な電源プラグを介して供給されることを特徴としたものである。

これにより、室内機側は低圧直流電力のみで駆動されるので、直流配電システムとの接続において、安全性を確保しつつ容易に行うことが可能となる。

第３の発明は、第１又は、第２の発明のうちいずれかの発明の圧縮機駆動用インバータに入力される第一の直流電圧値の高圧直流電力が、宅内に設置された直流配電盤に直結して供給されることを特徴としたものである。

これにより、直流配電盤と室外機の間における高圧直流電力の搬送路は接続部のないものとなり、高圧直流電力の通電時に誤って切り離されアークが発生するといった危険性を回避することが可能となる。

第４の発明は、室内機と室外機によって構成され、直流電力と交流電力を入力するインバータエアコンにおいて、室外機の圧縮機駆動用インバータには、商用電源から入力された交流電力をコンバータ回路によって変換された第一の直流電圧値の高圧直流電力が入力され、圧縮機駆動用インバータ以外の室内機と室外機双方に設けられた電力変換回路群には、商用電源の交流電圧値より低い第二の直流電圧値の低圧直流電力が入力され、待機電力削減のため、室内機の電力変換回路群から室外機の電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送、又は、室外機の電力変換回路群から室内機の電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送をオンオフ制御するリレーを室内機あるいは室外機いずれか一方に有していることを特徴としたインバータエアコン。

これにより、電力搬送を制御するリレーのコスト及びサイズの増大を抑制しつつ、直流配電システムと商用電源の配電システムが共存するような宅内に適用可能で、直流配電システムにおける電力が十分に確保できないような場合においても冷暖房の能力を落とすことのないインバータエアコンを実現することができる。

第５の発明は、特に第４の発明の第二の直流電圧値の低圧直流電力が、宅内配電されたコンセントに差込可能な電源プラグを介して供給されることを特徴としたものである。

本発明は、第１の発明から第５の発明の要部を実施の形態とすることにより本発明の目的を達成できるため、各請求項に対応する実施の形態の詳細を、以下に図面を参照しながら説明し、本発明を実施するための形態の説明とする。

なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

また、各実施の形態の説明において、同一構成並びに同一作用効果を奏するところには、同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるインバータエアコンの室内機側の回路構成を示す説明図である。

室内機１００と宅内配電されたコンセントに差込可能な直流電源プラグ１０４は、概ね４８Ｖ程度の低圧直流電力を搬送する正側配線２と負側配線３によって接続されている。

直流電源プラグ１０４の正側配線２は、室内機１００内において逆流防止のダイオード４を介し、低圧直流の開閉動作が可能なリレー１の接点端子と直流電力を三相交流電力に変換する室内ファンモータ駆動回路６と直流電力変換回路７に接続されている。

逆流防止のダイオード４に接続されているリレー１の接点端子の他端側は、室外機への電力搬送のための端子１４ａに接続されている。

直流電源プラグ１０４の負側配線３は、室内機１００内において直流電力を三相交流電力に変換する室内ファンモータ駆動回路６と直流電力変換回路７と室外機への電力搬送のための端子１４ｂに接続されている。

逆流防止のダイオード４のカソード側の正側配線２と負側配線３間には、電圧安定化のためのコンデンサ５が配されている。

室内ファンモータ駆動回路６で変換された三相交流電力は、室内ファンモータ１１に入力されている。

直流電力変換回路７では、室内機に搭載されている風向制御用ステッピングモータなどを駆動する概ね１２〜１６Ｖ程度の直流電力や、制御用マイコンなどを駆動する概ね３〜５Ｖ程度の直流電力を出力し、正側配線１０と負側配線９によって制御回路１２に入力されている。

制御回路１２には室外機との通信を制御する室内外通信部１３があり、端子１４ｃに接続された通信用配線８によってデータ搬送が行われる。

図２は、本発明の実施の形態１におけるインバータエアコンの室外機側の回路構成を示す説明図である。

端子３３ａに接続された正側配線２は、室外機１０１内において直流電力を三相交流電力に変換する室外ファンモータ駆動回路２６と直流電力変換回路２７に接続されている。

また、端子３３ｂに接続された負側配線３も、室外機１０１内において直流電力を三相交流電力に変換する室外ファンモータ駆動回路２６と直流電力変換回路２７に接続されている。

室外ファンモータ駆動回路２６で変換された三相交流電力は、室外ファンモータ３０に入力されている。

直流電力変換回路２７では、室外機に搭載されている冷凍サイクル制御弁などを駆動する概ね１２〜１６Ｖ程度の直流電力や、制御用マイコンなどを駆動する概ね３〜５Ｖ程度の直流電力を出力し、正側配線２９と負側配線２８によって制御回路３１に入力されている。

制御回路３１には室内機との通信を制御する室内外通信部３２があり、端子３３ｃに接続された通信用配線８によってデータ搬送が行われる。

さらに室外機１０１には、宅内に設置された直流配電盤に直結することができ、概ね２８０Ｖ以上の高圧直流電力を搬送する正側配線２２と負側配線２３が施されている。

正側配線２２は、室外機１０１内において逆流防止のダイオード２４を介し圧縮機駆動用インバータ３４に接続されている。

また、負側配線２３も圧縮機駆動用インバータ３４に接続されており、逆流防止のダイオード２４のカソード側の正側配線２２と負側配線２３間には電圧安定化のためのコンデンサ２５が配されている。

圧縮機駆動用インバータ３４の出力は圧縮機モータ３５に入力されている。

図３は、図１に示す室内機１００と図２に示す室外機１０１を接続し、さらに直流配電システムに接続した様子を示す図である。

宅内に設置された直流配電盤１０２には、低圧直流電力を搬送する正側配線２と、高圧直流電力を搬送する正側配線２２と、低圧直流電力を搬送する負側配線３と高圧直流電力を搬送する負側配線２３を接続した配線が接続されている。

宅内に設置された直流配電盤１０２に接続された低圧直流電力を搬送する正側配線２と負側配線３は、直流コンセント１０３に接続されており、直流電源プラグ１０４を直流コンセント１０３に差し込むことによって低圧直流電力が室内機に供給される。

直流電源プラグ１０４が直流コンセント１０３に差し込まれると、室内機１００は運転待機状態となり、さらにリモコンなどから運転開始の指令がなされると、制御回路１２はリレー１をオンさせ室外機１０１への低圧直流電力の通電を行う。

宅内に設置された直流配電盤１０２には、室外機１０１からの高圧直流電力を搬送する正側配線２２と負側配線３３が直結されており、圧縮機駆動用インバータ３４へは高圧直流電力が供給されている。

上述してきた構成によって、本実施の形態１においては、電力搬送を制御するリレーにおいて、アーク放電対策などを施した高圧直流パワーリレーを用いなくてもよいことから、コスト及びサイズの増大を抑制しつつ、待機電力削減を実現することができる。

また、低圧直流電力が宅内配電されたコンセントに差込可能な電源プラグを介して供給され、室内機側は低圧直流電力のみで駆動されることと、高圧直流電力の通電時に誤って切り離されアークが発生するといった危険性を回避するため、直流配電盤と室外機の間における高圧直流電力の搬送路は接続部のないもので圧縮機駆動用インバータへの高圧直流電力の供給が行われることで、安全性といった面においても非常に優れたシステムとなっている。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図面を参照して説明する。

実施の形態１は、リレー１が室内機側に配され、室外機の待機電力を削減する構成であったが、本実施の形態２においては、図４に示すように、室外機側に宅内配電されたコンセントに差込可能な直流電源プラグ１０４やリレー１を設け、直流電源プラグ１０４を直流コンセント１０３に差し込むことによって低圧直流電力が室外機に供給された状態にし、室内機への電力搬送のオンオフ制御をリレー１で行うことによって、室内機の待機電力を削減する構成とした。

本発明の実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果が得られる上に、一台の室外機に対し、室内機が複数台接続されるようなマルチエアコンを想定した場合に有効なものとなっている。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３におけるインバータエアコンの室外機側の回路構成を示す説明図である。

概ね４８Ｖ程度の低圧直流電力を搬送する正側配線２と負側配線３によって接続されている箇所については、実施の形態１で述べたものと同様である。

実施の形態１で述べたものと異なるのは、室外機の圧縮機駆動用インバータ３４には、商用電源から入力される交流電力をコンバータ回路４０によって変換された高圧直流電力が入力されているという点である。

商用電源から入力される交流電力は、リアクタ４１が挿入された交流配線４５ａ、と交流配線４５ｂによって搬送される。

リアクタ４１は４個のダイオードからなる第１のダイオードブリッジ４２に接続されており、第１のダイオードブリッジ４２で整流され、コンデンサ２５で蓄えられた高圧直流電力が圧縮機駆動用インバータ３４に供給されるようになっている。

また、交流配線４５ａと高圧直流電力を搬送する負側配線２３との間には第２のダイオードブリッジ４３が接続され、この第２のダイオードブリッジ４３の両出力端には例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどからなるスイッチング素子４４が接続され、スイッチング素子４４がオンした場合には、リアクタ４１及び第２のダイオードブリッジ４３を介して電流を流し、これにより交流電力の力率を改善しうるようにした機能がコンバータ回路４０に備えられている。

コンバータ回路４０に関しては、商用電源からより多くの有効電力を取り出せ、多くの有効電力を負荷の機器に供給することにより機器の最大能力を増大することができる点や、近年問題となりつつある電源の高調波電流を低減できるといった点などから、本発明の実施の形態３では交流電力の力率を改善しうるようにした機能を備えたものにしたが、力率改善機能を備えない整流回路であってもよい。

図６は、図１に示す室内機１００と図５に示す室外機１０１を接続し、さらに直流配電システムと商用電源の配電システムが共存するような宅内に接続した様子を示す図である。

宅内に設置された直流配電盤１０２には、低圧直流電力を搬送する正側配線２と負側配
線３が接続されている。

一方、商用電源１０７から入力された交流電力は、交流電源プラグ１０６を交流コンセント１０５に差し込むことによって室外機のコンバータ回路４０に供給され、コンバータ回路４０において、概ね２８０Ｖ以上の高圧直流電力に変換された後、圧縮機駆動用インバータ３４に供給されるようになっている。

上述してきた構成によって、本実施の形態３においても、実施の形態１と同様の効果が得られる上に、直流配電システムと商用電源の配電システムが共存するような宅内に適用可能で、直流配電システムにおける電力が十分に確保できないような場合においても商用電源の交流電力を利用することで、冷暖房の能力を落とすことのないものとなっている。

以上、本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明は、インバータエアコンに限らず、燃料電池や太陽光発電装置等により得られた直流電力を住宅やビル内に配電する直流配電システムに接続される電気機器全般に適用することが可能である。

１リレー
２、１０、２２、２９正側配線
３、９、２３、２８、３３負側配線
４、２４ダイオード
５、２５コンデンサ
６室内ファンモータ駆動回路
７、２７直流電力変換回路
８通信用配線
１１室内ファンモータ
１２、３１制御回路
１３、３２室内外通信部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ端子
２６室外ファンモータ駆動回路
３０室外ファンモータ
３４圧縮機駆動用インバータ
３５圧縮機モータ
４１リアクタ
４２第１のダイオードブリッジ
４３第２のダイオードブリッジ
４４スイッチング素子
４５ａ、４５ｂ交流配線
１００室内機
１０１室外機
１０２直流配電盤
１０３直流コンセント
１０４直流電源プラグ
１０５交流コンセント
１０６交流電源プラグ
１０７商用電源

Claims

室内機と室外機によって構成され、直流電力のみを入力するインバータエアコンにおいて、
室外機の圧縮機駆動用インバータには第一の直流電圧値の高圧直流電力が入力され、
前記圧縮機駆動用インバータ以外の室内機と室外機双方に設けられた電力変換回路群には、第一の直流電圧値より低い第二の直流電圧値の低圧直流電力が入力され、
待機電力削減のため、室内機の前記電力変換回路群から室外機の前記電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送、又は、室外機の前記電力変換回路群から室内機の前記電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送をオンオフ制御するリレーを室内機あるいは室外機いずれか一方に有していることを特徴としたインバータエアコン。
請求項１に記載のインバータエアコンであって、
前記第二の直流電圧値の低圧直流電力は、宅内配電されたコンセントに差込可能な電源プラグを介して供給されることを特徴とするインバータエアコン。
請求項１又は２に記載のインバータエアコンであって、
前記圧縮機駆動用インバータに入力される前記第一の直流電圧値の高圧直流電力は、宅内に設置された直流配電盤に直結して供給されることを特徴とするインバータエアコン。
室内機と室外機によって構成され、直流電力と交流電力を入力するインバータエアコンにおいて、
室外機の圧縮機駆動用インバータには、商用電源から入力された交流電力をコンバータ回路によって変換された第一の直流電圧値の高圧直流電力が入力され、
前記圧縮機駆動用インバータ以外の室内機と室外機双方に設けられた電力変換回路群には、商用電源の交流電圧値より低い第二の直流電圧値の低圧直流電力が入力され、
待機電力削減のため、室内機の前記電力変換回路群から室外機の前記電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送、又は、室外機の前記電力変換回路群から室内機の前記電力変換回路群への第二の直流電圧値の低圧直流電力の搬送をオンオフ制御するリレーを室内機あるいは室外機いずれか一方に有していることを特徴としたインバータエアコン。
請求項４に記載のインバータエアコンであって、
前記第二の直流電圧値の低圧直流電力は、宅内配電されたコンセントに差込可能な電源プラグを介して供給されることを特徴とするインバータエアコン。