JP3993339B2 - 建物ユニット及びユニット建物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ユニット式建物の建物ユニット、及び、その建物ユニットによって立てられるユニット建物に関し、特に、商用電力を蓄え、その電力を負荷機器に供給する電力貯蔵システムを組み込むのに適する、建物ユニット及びユニット建物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業界の分野において、作業環境の快適化、生産部門における自動化、省力化、事務部門における各種情報機器の増加、などで使用される装置や機器類の増加に伴って電力の使用量は大きく伸びている。一方、一般家庭においても、ホームエレクトロニクス化、自動化、省力化などの快適な住環境の整備がなされるにつれて、多くのＡＶ機器・情報機器の利用、照明設備、大型冷蔵庫、全自動洗濯機、乾燥機、冷暖房機器の利用等が進み、これに伴って一般家庭における電力の使用量も大きく伸びている。
【０００３】
この増大する電力需要に対応するため、電力を供給する電力会社では、特に、夏場の晴天時の各事業所での生産設備や冷房設備等のフル稼働や、一般家庭での冷房設備のフル稼働されるいわゆる電力需要のピーク時には、発電設備をフル稼働させてこれに対応している。このように、電力を供給する電力会社には電力需要のピーク時に合わせた大規模な設備を備えることが要求されているが、発電所の立地条件の問題や環境問題などの面から多くの制約条件があり、これ以上、増大する電力需要のピーク時に合わせて電力を生産する設備を備えて、増大する電力需要に応えることは最早困難になっている。
【０００４】
このため、産業界では、割安な商用の夜間電力を利用するために作業時間のシフトや、割安な商用の夜間電力を利用した蓄熱や蓄電による冷暖房設備の利用、電力エネルギーの有効利用や効率化などの省エネルギー対策を講じており、一般家庭においても、電力消費の少ない電気機器の使用など省エネルギーの対策と共に、割安な商用の夜間電力の利用、特に、この割安な商用の夜間電力を大容量の蓄電池を利用して蓄え、この蓄電池に蓄えられた電力を割高な昼間電力の時間帯に利用して、電力料金の低減を図っている。
【０００５】
このような分散型電力貯蔵システムによって、夜間の割安な電力を蓄電池に蓄え、この蓄えられた電力を昼間の電力需要のピーク時に使用することは、消費者側にとって、電力料金の低減につながると共に、電力を供給する電力会社にとっても、昼間の電力需要のピーク時に合わせた過大な設備を備える必要のないことから、昼夜間での電力需要の分散化が行われることになり電力負荷平準化の一役を担うことができる。
【０００６】
この大容量の蓄電池を使用して、これに夜間の割安な商用電力を蓄え、これを昼間に使用するようにした住宅用の分散型電力貯蔵システムの一例として、住宅内に電力を蓄える多くの蓄電池を収納するため、下階から上階に至る階段と住宅の外壁並びに側壁とにより構成される空間を適宜の隔壁により仕切り、蓄電池の収納スペースを形成し、このスペースに蓄電池を収納した住宅用の電力貯蔵システムが知られている（特開平６１−１９０２２６号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来公知の住宅用の電力貯蔵システムでは、蓄電池の収納スペースとして階段下のスペースを利用しているが、近年の住宅事情では、限られたスペースの中で居住のための空間を広く採る必要性から従来の押入などの収納スペースを確保するのがなかなか難しく、このため、従来の押入に替わって階段下のスペースを納戸などの収納スペースとして利用している場合が多い。
【０００８】
しかしながら、この階段下のスペースを蓄電池の収納スペースとして利用するには、他に物置としての収納スペースを確保することは容易でないこと、また本来、階段下のスペースは蓄電池の収納スペースとして利用することは考慮されていないので、ここに収納される大量で大型の蓄電池、特に最近研究が進められている大型のリチウム二次電池などは発熱もあって、いかにこれを放熱や冷却をするかが大切であり、また、鉛蓄電池においても、充電による発熱のための冷却や、漏出する希硫酸ガスや充電により水素ガスが発生することなどから、階段下の蓄電池の収納スペース内を絶えず換気して効率よく冷却すると共にこれらのガスを速やかに排出する必要がある。このため、住宅の外壁や床などに新たな換気のための通気口を設けなければならず、住宅の新築時ならともかく既存の住宅の外壁や床に新たに開口部を設けることはなかなか難しい。
【０００９】
そこで本発明は、上記課題によりなされたもので、従来未利用であったユニット式建物の床部、壁部又は天井部等の内部空間を電力貯蔵システムのために有効に活用する建物ユニット及びユニット建物を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の建物ユニットは、商用電力を蓄え、その電力を負荷機器に供給する蓄電池、
商用電力の交流電力を直流に及び前記蓄電池の直流出力を交流に変換する双方向インバータ、又は、
これら蓄電池或いは双方向インバータを電力系統と連係する遮断機、
のいずれかを備えるものである。
【００１１】
また、本発明のユニット建物は、商用電力を蓄え、その電力を負荷機器に供給する蓄電池、
商用電力の交流電力を直流に及び前記蓄電池の直流出力を交流に変換する双方向インバータ、又は、
これら蓄電池或いは双方向インバータを電力系統と連係する遮断機、
のいずれかを有する建物ユニットを備えるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施の形態による建物ユニットの構成を示す斜視図である。本実施の形態では、蓄電池をユニットフレーム１２の床部に収納設置する。ユニットフレーム１２は、それぞれ例えば約１２０ｍｍ角の鋼材から成る２本の長梁１３と２本の短梁１４とがボルト又は溶接等によって取り付けられて矩形状に形成された床フレームと、この矩形状に形成された床フレームに取り付けられて立設する４本の柱１６と、この立設する４本の柱１６に取り付けられる、２本の短梁１７と２本の長梁１８とによって矩形状に形成された天井フレームとで構成されており、更に、この床フレームには、床フレームを構成する長梁１３、１３間に床根太１５、１５、１５が取付けられており、また、天井フレームには、天井フレームを構成する長梁１８、１８間に天井根太１９、１９、１９が取付けられている。
【００１３】
このように矩形状に形成された床フレームと４本の柱と矩形状に形成された天井フレームとで構成されたユニットフレーム１２は、その内面側及び外面側がそれぞれ内装材、外装材で仕上げられると共に、これらの所要数のユニットフレーム１２は横方向や上下方向に連結又は積み重ねられて一つの住宅が構築される。
図５は、電力貯蔵システムの結線の概略図である。商用の電力系統１からの電力は、電力計２を経て住宅に入り、直接住宅内の分電盤６を経て住宅内のコンセント７に向かう系統と、電力計２から系統切換装置３に接続され、この系統切換装置３から双方向インバータ４を経て蓄電池５へ向かう系統との２系統に配電されている。そして、この系統切換装置３の内部には、第１スイッチ８、第２スイッチ９、逆流防止のためのダイオード１０、制御部１１が設けられている。
【００１４】
この第１スイッチ８は、ＯＮ時に商用の電力系統１からの交流電流を直流電流に変換する双方向インバータ４を経て電力を蓄電池５に給電するように接続されている。一方、この蓄電池５に蓄えられた直流電流は、双方向インバータ４で交流電流に変換され、第２スイッチ９、逆流防止のためのダイオード１０を経て住宅内の電源コンセント７に給電されるように接続されている。
制御部１１は、安価な夜間電力を利用するために、第１スイッチ８と第２スイッチ９の切換えと、双方向インバータ４の運転を制御すると共に、蓄電池５の充電状態の監視及び作動すべき夜間電力時間帯を制御している。このため、制御部１１は時間を測定するタイマー機能も有する。
【００１５】
次に、電力系統の動作について説明すると、割安な夜間電力時間帯には、制御部１１は第１スイッチ８をＯＮにして、商用電力系統１からの交流電流を分電盤６を経て住宅内のコンセント７に通電するとともに、商用電力系統１からの交流電流をＯＮの状態にある第１スイッチ８を経て双方向インバータ４によって直流電流に変換して蓄電池５を充電する。蓄電池５が十分充電されたことを制御部１１が検知すると、制御部１１は第１スイッチ８をＯＦＦに切換えて蓄電池５への通電を止めるよう制御する。また、蓄電池５が充分な充電状態にないときには、制御部１１は第１スイッチ８をＯＮの状態に切換えて蓄電池５を充電する。
【００１６】
次に、夜間電力時間帯以外には、第１スイッチ８は制御部１１によってＯＦＦにされる。コンセント７には、通常の商用電力系統１からの交流電流が給電されているが、各電気器具の同時使用や大量使用で電力需要が多い場合には、自動又は手動によって第２スイッチ９をＯＮにすると、夜間電力時間帯に充電されている蓄電池５からの直流電流を、双方向インバータ４により交流電流に変換してＯＮの状態にある第２スイッチ９、ダイオード１０、分電盤６を経て住宅内の電源コンセント７に給電して、各電気機器を使用することができる。
【００１７】
そして、制御部１１が蓄電池５の容量が下限値にまで低下したことを検知した時、又は、住宅内における電力需要が少なくなったときには、制御部１１は、第２スイッチ９をＯＦＦに切り換えて、蓄電池５から住宅内の電源コンセント７への電力の給電を停止する。このように蓄電池５からの電力の給電が停止しても、住宅内の電源コンセント７には通常通り商用電力系統１からの交流電流が給電されているので、この商用電力系統１からの交流電流を使用することができる。また、使用する電気器具によっては、図６に示すように、電気器具を使用するコンセントへの電力源を、商用電力からの系統と蓄電池５からの２系統にして使い分けるようにしてもよい。
【００１８】
図２は、本発明に用いて好適な支承部材の構成を示す斜視図である。２０は、蓄電池２１を載置又は取付けるための支承部材で、平板状の底面部２０１と、その底面部２０１の両端部から直角に立ち上がる立上り部２０２と、この立上り部２０２の上端部をそれぞれ外側に折曲げた支承部片２０３とからなる断面形状が逆ハット型をしてる。
【００１９】
さらに図１を参照して、蓄電池２１をユニットフレーム１２の床部に収納設置する場合について説明する。ユニットフレーム１２が工場であらかた組立てられた段階で、ユニットフレーム１２を構成する床フレームの長梁１３、１３間に取付けられた床根太１５と床根太１５の間に支承部材２０の平板状の底面部２０１が下方になるようにして支承部材２０を配置し、支承部材２０の両側に設けられた支承部片２０３を上記床根太１５、１５に支承させてネジ又はボルト等によりこれに取付ける。
【００２０】
そして、支承部材２０の平板状の底面部２０１上に、床フレームの上下の仕上げ材によって形成される空間の高さに略相当する厚みの薄型で容量の大きな蓄電池２１を必要個数載置し、これを接着又は取付金具により蓄電池２１が移動するのを防止して前記空間内に載置する。この際に、蓄電池２１が床フレームの下面からはみ出さないようにして、運搬し易くする。そして、支承部材２０に載置された蓄電池２１は互いに電線で繋がれ、その端線はユニットフレーム１２から延出しており、施工の現場で双方向インバータ４と接続されるようになっている。
【００２１】
このようにユニットフレーム１２の組立時に、ユニットフレーム１２の床部に蓄電池２１を取付けるので、施工の現場で取付けるのに比して蓄電池を結線する配線ミスなどの恐れも少なく、蓄電池２１のユニットフレーム１２への組込み作業も楽に行うことができ、また、ユニットフレーム１２の床部に収納設置された蓄電池２１の寿命時や補修などの交換作業、メンテ作業の際には、床面に開口部を形成して通常はこれに蓋をしておくことで支障なく日常の生活をすることができ、交換・メンテ作業を室内から行うことができるので、容易に作業をすることができる。
【００２２】
また、蓄電池２１は、充電する際に発熱したり、また、その際に水素ガスを発生するので、蓄電池２１を冷却したり発生するガスを除去するためには通気による放熱や換気を必要とすることから、床部には放熱及び換気のための通気口を設けることが望ましい。
なお、図１において、床フレームの一部に支承部材２０を設け、この支承部材２０に所要数の蓄電池２１を載置収納する例を示したが、使用する電力量によって床フレームの全ての空間に多量の蓄電池２１を載置収納するようにしてもよい。
【００２３】
図３は、本発明の第２実施の形態による建物ユニットの構成を示す斜視図である。本実施の形態では、蓄電池をユニットフレーム１２の壁部に収納設置する。このため、天井フレームを構成する長梁１８と床フレームを構成する長梁１３との間には、間柱２２、２２が取付けられている。第１実施の形態と同様にユニットフレーム１２が工場であらかた組立てられた段階で、ユニットフレーム１２を構成する柱１６、１６と長梁１３及び１８と、間柱２２、２２とでなる壁部の柱１６と間柱２２との間又は間柱２２と間柱２２との間に支承部材２０の平板状の底面部２０１が外側になるようにして支承部材２０を配置し、支承部材２０の両側に設けられた支承部片２０３を柱１６と間柱２２又は間柱２２と間柱２２に支承させてネジ又はボルト等によりこれに取付ける。
【００２４】
そして、支承部材２０の平板状の底面部２０１上に、壁の内外の仕上げ材によって形成される空間の幅に略相当する厚みの薄型で容量の大きな蓄電池２１を必要個数収納し、この蓄電池２１を接着又は取付金具で支承部材２０の平板状の底面部２０１に取付ける。そして、支承部材２０に取付けられた蓄電池２１は互いに電線で繋がれ、その端線はユニットフレーム１２から延出しており、施工の現場で双方向インバータ４と接続されるようになっている。
【００２５】
このようにユニットフレーム１２の組立時に、ユニットフレーム１２の壁部に蓄電池２１を取付けるので、施工の現場で取付けるのに比して蓄電池を結線する配線ミスなどの恐れも少なく、蓄電池２１のユニットフレーム１２への組込み作業も楽に行うことができ、また、ユニットフレーム１２の壁部に収納設置された蓄電池２１の寿命時や補修などの交換作業、メンテ作業の際には、室内側の壁面に開口部を形成して通常はこれに蓋をしておくことで支障なく日常の生活をすることができ、交換・メンテ作業を室内から行うことができるので、容易に作業をすることができる。また、室外側の壁面に開口部を形成しこれに開閉扉を取付けて交換・メンテ作業を室外側から行うことも可能である。
【００２６】
なお、図３において、壁部の一部に支承部材２０を設け、この支承部材２０に所要数の蓄電池２１を載置収納する例を示したが、使用する電力量によって壁部の全空間に多量の蓄電池２１を載置収納するようにしてもよい。
なお、蓄電池２１は、充電する際に発熱したり、また、その際に水素ガスを発生するので、蓄電池２１を冷却したり発生するガスを除去するためには通気による放熱や換気を必要とすることから、壁部に放熱及び換気のための通気口を設けることが望ましい。
【００２７】
図４は、本発明の第３実施の形態による建物ユニットの構成を示す斜視図である。本実施の形態では、蓄電池をユニットフレーム１２の天井部に収納設置する。第１実施の形態と同様にユニットフレーム１２が工場であらかた組立てられた段階で、ユニットフレーム１２を構成する長梁１８、１８と短梁１７、１７と天井根太１９、１９、１９とでなる天井部の天井根太１９と天井根太１９との間又は短梁１７と天井根太１９の間に支承部材２０の平板状の底面部２０１が下方になるように支承部材２０を配置し、支承部材２０の両側に設けられた支承部片２０３を上記天井根太１９、１９又は短梁１７と天井根太１９に支承させてネジ又はボルト等によりこれに取付ける。この際に、支承部片２０３を支承する天井根太１９、１９は金属製で、支承部片２０３を支承しない天井根太１９は木製とすることができる。
【００２８】
そして、支承部材２０の平板状の底面部２０１上に、天井フレームの上下の仕上げ材によって形成される空間の高さに略相当する厚みの薄型で容量の大きな蓄電池２１を必要個数載置し、これを接着又は取付金具により蓄電池２１が移動するのを防止して前記空間内に載置する。そして、支承部材２０に載置された蓄電池２１は互いに電線で繋がれ、その端線はユニットフレーム１２から延出し、施工の現場で双方向インバータ４と接続されるようになっている。
【００２９】
このようにユニットフレーム１２の組立時に、ユニットフレーム１２の天井部に蓄電池２１を取付けるので、施工の現場で取付けるのに比して蓄電池を結線する配線ミスなどの恐れも少なく、蓄電池２１のユニットフレーム１２への組込み作業も楽に行うことができ、また、ユニットフレーム１２の天井部に収納設置された蓄電池２１の寿命時や補修などの交換作業、メンテ作業の際には、上階のユニットフレーム１２の床部に交換・メンテ作業用の開口部を形成し、蓄電池２１の交換・メンテ作業を室内から行うことができるので、容易に作業をすることができる。
【００３０】
なお、図４において、天井部の一部に支承部材２０を設け、この支承部材２０に所要数の蓄電池２１を載置収納する例を示したが、使用する電力量によって壁部の全空間に多量の蓄電池２１を載置収納するようにしてもよい。
なお、蓄電池２１は、充電する際に発熱したり、また、水素ガスを発生するので、蓄電池２１を冷却したり発生するガスを除去するためには通気による放熱や換気を必要とすることから、天井部に放熱及び換気のための通気口を設けることが望ましい。
【００３１】
図７は、本発明の第４実施の形態によるユニット建物の概略構成を示す斜視図である。本発明は上記の建物ユニットによって建築されたユニット建物でもよい。そのユニット建物２００は、例えば双方向インバータ４を備える双方向インバータを備えるユニット１２１と、蓄電池５を備える蓄電池を備えるユニット１２２と、遮断機８を備える遮断機を備えるユニット１２３を用い、さらに、屋根ユニット１２４をも用いている。このように、建物ユニットに収納するものは、蓄電池に限らず、双方向インバータ４又は第１スイッチ８等の電力貯蔵システムの他の一部であってもよいし、電力貯蔵システムのすべてを収納してもよい。屋根ユニット１２４にシステムのすべて又は一部を取り付けてもよい。建物ユニットに予め工場でシステムのすべて又は一部を取り付けておくことで現場での施工工数を減らすことができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
本明細書において、「建物ユニット」は、柱、又は、梁などから形成される床フレーム、天井フレーム又はユニットフレームのように、個々の建材と建物との中間的なユニットを意味する。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、
１．建物ユニットの未利用のスペースである床部、壁部又は天井部等に大量の蓄電池等を収納するので、敷地が狭い住宅においても、居住空間を狭めることなく収納設置することができる。
２．収納した蓄電池を建物ユニットからはみ出ないように収納することで、建物ユニットを運搬する際の運搬性がよい。
３．蓄電池を建物ユニットを組み立てる際に取付けるので、配線ミスなどの恐れが少なく、また、施工現場での作業性がよい。
【００３４】
４．蓄電池が収納設置された部位にメンテ作業用の開口部を設けることにより、蓄電池の交換・メンテ作業が簡単にできる。
５．建物ユニットの未利用のスペースである床部、壁部又は天井部等に収納設置した蓄電池に夜間の割安な深夜電力を蓄め、この夜間に蓄めた電力を昼間に利用することで、消費者にとって、電気料が安くなると共に、電力の供給者にとっても、昼間の電力使用の最大ピーク時に合わせた設備を持つ必要がなく、電力負荷の平準化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態による建物ユニットの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に用いて好適な支承部材の構成を示す斜視図である。
【図３】第２実施の形態による建物ユニットの構成を示す斜視図である。
【図４】第３実施の形態による建物ユニットの構成を示す斜視図である。
【図５】住宅用電力貯蔵システムの結線の概略図である。
【図６】住宅用電力貯蔵システムの別の結線の概略図である。
【図７】第４実施の形態によるユニット建物の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 商用電力
２ 電力計
３ 系統切換装置
４ 双方向インバータ
５ 蓄電池
６ 分電盤
７ コンセント
８ 第１スイッチ（遮断機）
９ 第２スイッチ
１０ ダイオード
１１ 制御部
１２ ユニットフレーム（建物ユニット）
１２１ 双方向インバータを備えるユニット
１２２ 蓄電池を備えるユニット
１２３ 遮断機を備えるユニット
１２４ 屋根を備えるユニット
１３ 長梁
１４ 短梁
１５ 床根太
１６ 柱
１７ 短梁
１８ 長梁
１９ 天井根太
２０ 支承部材
２０１ 底面部
２０２ 立上り部
２０３ 支承部片
２１ 蓄電池
２２ 間柱
２００ ユニット建物

Claims (2)

1. 商用電力を蓄え、その電力を負荷機器に供給する蓄電池、
   商用電力の交流電力を直流に及び前記蓄電池の直流出力を交流に変換する双方向インバータ、又は、
   これら蓄電池或いは双方向インバータを電力系統と連係する遮断機、
   のいずれかを備えることを特徴とするユニット式建物の建物ユニット。
2. 商用電力を蓄え、その電力を負荷機器に供給する蓄電池、
   商用電力の交流電力を直流に及び前記蓄電池の直流出力を交流に変換する双方向インバータ、又は、
   これら蓄電池或いは双方向インバータを電力系統と連係する遮断機、
   のいずれかを有する建物ユニットを備えることを特徴とするユニット建物。

Images