JP6071474B2 - 空調設備 - Google Patents

Description

本発明は、空調対象空間の目標温度に基づいて、或は前記空調対象空間を前記目標温度とするために装置内部で設定される空調用制御温度に基づいて空調対象空間を空調する空調装置を備えた空調設備に関する。

空調対象空間を目標温度となるように空調する空調装置は、例えば、コンプレッサの回転駆動によって冷媒を圧縮、凝縮しながら循環させて室内の冷暖房を行なう構成とされている。

このような従来の空調装置では、一般に、空調対象空間の温度と使用者により設定される目標温度との偏差を検出し、その偏差に基づくＰＩ制御やファジィ制御等のフィードバック制御によりコンプレッサの回転駆動を制御することで空調対象空間の温度を目標温度に制御する。

このように空調対象空間を目標温度に制御する場合、装置内部で目標温度に対応して空調用制御温度が設定され、この温度に向けて空調装置の運転が行われる構造のものも存在する。

目標温度に基づいて、空調対象空間の温度を制御する構成では、空調対象空間の外部の外気温等の影響が充分に補償できないという問題点があり、空調対象空間の空調が遅れ、暑さや肌寒さを感じてしまう場合があった。
そこで、外気温を検出する外気温検出手段を設けて、外気温の変化率に応じて空調用制御温度を変更する制御手段を設け、空調対象空間の温度を外気温の変化も加味した状態で空調することが提案されている。

特開２０００−３０４３２９号公報

しかし、この提案技術では、外気温検出手段を設けるのに、空調装置の室外機等に温度センサ等を設け、そのセンサ出力を空調制御部に伝達するために空調対象空間内外を結ぶ配線を設ける必要がある。結果、設備が煩雑になりがちである。さらに、温度センサを設ける位置が空調対象空間の外壁近傍であると、日射を直接受ける時間帯と日陰になる時間帯とが生じ、温度センサの出力が、適切に外気温の変化を表す指標とはなりにくいという問題があった。

また、実際には、日射の強い時間帯と外気温の高い時間帯とは、完全には一致しておらず、空調装置の温度制御が、外気温をも加味した意味で、空調対象空間内の人が快適と感じる上で充分な応答性を備えるものではないという問題もあった。即ち、外気温が急速に上昇した場合、温度センサの設置位置によっては良好に外気温が代表されず、空調対象空間の温度上昇に対して、空調用制御温度の低温側への設定が遅れる、或は、その逆の現象が発生する場合があった。

自然エネルギーを有効に利用するという観点から、今日、各家庭にも太陽光発電装置が設置される傾向にあるが、当該太陽光発電装置により発電される電力も利用しながら空調を行なう場合、太陽光発電装置の発電量が少ないときに、空調を強力に行なうと、電力不足気味になってしまうとともに、太陽光発電装置の発電量が多いときには、人が快適と感じる状態まで強力に空調を行なっても、電力不足は発生し難い。逆に、この状況で空調を弱い状態で保っておくと余剰電力が発生し、エネルギーの有効利用が図れない。

したがって、本発明は上記実状に鑑み、日射を受ける外環境の状態を、空調対象空間の空調に適切に反映させることのできる空調設備を提供することを目的とするとともに、太陽光発電装置からの電力を有効に利用できる空調設備を提供することを、付加的な目的とする。

上記目的を達成するための本発明にかかる、
空調対象空間の目標温度に基づいて、或は前記空調対象空間を前記目標温度とするために空調装置内部で設定される空調用制御温度に基づいて空調対象空間を空調する空調装置を備えて構成され、冷房能力を調整可能な空調設備の特徴構成は、
太陽光の照射を受けて発電を行なう太陽光発電装置を備えるとともに、当該太陽光発電装置の発電量を検出する発電量検出手段を備え、
前記発電量検出手段により検出される太陽光発電装置の発電量が大きい場合に、前記冷房能力を高めに調整し、前記発電量が小さい場合に前記冷房能力を低めに調整する調整手段を備え、
基準となる太陽光の照射を受けて前記太陽光発電装置が発電する発電量である基準発電量と前記発電量検出手段により検出される発電量との乖離量である第２発電指標を求め、
前記発電量検出手段により検出される前記太陽光発電装置の発電量が前記基準発電量以上である場合に、
前記調整手段が、求められた前記第２発電指標が大きい程、前記目標温度に対して前記空調用制御温度を両者の乖離量が大きくなるように低温側に設定し、前記第２発電指標が小さい程、前記目標温度に対して前記空調用制御温度を両者の乖離量が小さくなるように低温側に設定する点にある。

近年太陽光発電装置は、一般家庭等にも普及し始めており、空調装置との併用が一般的になると考えられる。ここで、空調装置と太陽光発電装置とを備えた空調設備では、外部電源（商用電源）の利用とは別に、太陽光発電装置と空調装置とが同時に稼動している運転状況が想定され、太陽光発電装置により発電される電力を空調装置の作動用電力として利用することができる。そして、このような運転状況では、前記太陽光発電装置は太陽光を受けて発電を行っているから、その発電量が大きいほど強い日射を受けていることになる。

一方、強い日射を受けるほど外気温は上昇しやすく、また、体感温度も高くなる。このような状況で空調装置は、その冷房能力を高めに調整すると、空調効果を補償することができる。すなわち、上記太陽光発電装置の発電量が大きい場合、太陽光発電装置は強い日射を受けており、外気温も上昇傾向にあるから、冷房能力を高めるべき状況になっているものと考えることができるため、そのように作動するのである。

ちなみに、外気温は、日射のある時間帯に昇温した地面からの放射熱等により変化するから日射の強い時期からやや遅れて外気温が上がり、日射が弱まってからやや遅れて外気温が下がるという変化傾向を示す。したがって、例えば、別途計測される外気温に基づいて空調装置の空調用制御温度を変更すると、外気温が空調対象空間内の温度に反映されるまでに時間がかかる。これに対し、太陽光発電装置は、太陽光を直接受けて効率的に収集すべく設置されるから、一般に、太陽光発電装置の発電量と日射量の関係は良好に対応している。そのため、太陽光発電装置の発電量に基づいて空調装置の目標温度或は、空調用制御温度を変更・設定すると、外気温が日射の変化に追従して変化するのを先取りして空調装置の空調動作を変更・設定することになり、別途計測される外気温に基づいて目標温度の設定を調整するよりも早めの制御が可能となる。

また、上記温度制御によると、発電量が小さいときに消費電力量を少なくできるとともに、発電量が大きいときに発生する電力を有効利用できるから、発生した電力をより有効利用することができることになる。

上記のように、発電量に対応して目標温度又は空調制御用温度を調整手段により調整する場合に、以下の構成を採用することができる。

上記目的を達成するためのさらなる特徴構成は、
前記調整手段は、前記発電量が前記基準発電量よりも小さい場合に、前記目標温度に基づいて前記冷房能力を調整する点にある。

上記特徴構成によれば、発電量が小さいときに消費電力量を少なくできる。

したがって、外気温を空調対象空間の温度設定に適切に反映させることのできる空調設備を提供することができるようになった。

空調設備の概略図 参考例における空調制御部の動作を示すフロー図 参考例における雨天、曇天及び晴天時の発電量と目標温度との関係を示す図 本実施形態における空調制御部の動作を示すフロー図 本実施形態における太陽光発電装置の基準発電量と発電量、空調装置の目標温度と空調用制御温度との関係を示す図

以下に、本発明の空調設備を説明する。なお、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。

〔空調設備〕
本発明の空調設備は、図１に示すように、空調対象空間Ｒ内の電力消費機器に電力を供給する太陽光発電装置１０と、前記電力消費機器としての空調装置２０とを備えて構成されている。

〔太陽光発電装置〕
図１に示すように太陽光発電装置１０は、太陽電池パネル１１を備え、太陽電池パネル１１からの発電量を屋内に設けられた電力消費機器で使用可能な形態に変換する電力変換器１２を設けて、前記電力変換器１２を介して、電力消費機器としての空調装置２０に電力を供給自在に構成してある。

電力変換器１２は、外部電源（商用電源等）３０からの電力を電力消費機器に供給する電力線３１に接続して設けられ、太陽電池パネルで発生した直流の電力を商用電力と同様に用いられるように変換するＤ／Ａコンバータ（図外）や、発生した電力を一時貯蔵するための蓄電池（図外）等を備えてなる。この電力変換器１２により、太陽電池パネルで発電された電力は、電圧、周波数、位相が整えられ、電力消費機器（空調装置２０、照明設備等）の運転に用いられる。

ここで、空調装置２０は、太陽光発電装置１０からの電力を受電して動作可能に構成されるとともに、商用電源といった外部電源３０から電力の供給を受けて動作可能に構成されている。そして、自家内での発電電力を外部電源３０からの電力より優先的に使用するように電力系統が構築されている。したがって、太陽光発電装置１０で発電された電力は、外部電源３０からの電力より優先的に電力消費機器である空調装置２０で消費される。

また、太陽光発電装置１０には太陽電池パネル１１と電力変換器１２との間に前記太陽電池パネル１１からの発電量を検出する発電量検出手段１３が設けてある。ここで検出された発電量は、空調装置２０の空調制御部２７に伝達される。

〔空調装置〕
図１に示すように空調装置２０は、室内用熱交換器２１を備えた室内器２０Ａ、室外用熱交換器２２を備えた室外器２０Ｂにわたって熱媒体を循環させる熱媒体循環路２３を備えて構成してある。また、室内器２０Ａには、空調装置２０の運転を制御する空調制御部２７を備え、室外器２０Ｂには、熱媒体循環路２３に循環される熱媒体を圧縮するコンプレッサ２４と、膨張弁２５を備えるとともに、熱媒体循環路２３を、冷房運転、暖房運転切り替えする切替弁２６を備える。

〔空調制御部〕
空調装置２０には、室内器２０Ａには空調制御部２７が設けてあり、リモコン（図外）などから空調装置２０のＯＮ，ＯＦＦ、温度設定等の設定を受け付けるとともに、前記発電量検出手段１３からの発電量に基づき、目標温度又は空調制御温度を自動的に調整する調整手段２７ａを備えて、前記空調装置２０の運転を制御する。
使用者は、リモコンを介して、空調対象空間Ｒに希望する所望の温度範囲或は一定の温度を指定することができる。本願では、所望の温度範囲を指定可能な構成（参考例）と、所望の一定の温度を指定可能な構成（本実施形態）を紹介する。参考例では、空調装置が自動的に指定された温度範囲内の温度を「目標温度」として設定する。一方、本実施形態では、指定された一定の温度をそのまま「目標温度」として設定する。
さらに、空調装置２０では、設定される目標温度に対して、空調対象空間を前記目標温度とするために空調装置内部で「空調用制御温度」が設定され、この空調用制御温度に基づいた空調装置の運転が実行される。

以下、各実施形態で採用されている空調形態に関して、動作を示すフロー図及びその動作結果に関して説明する。

参考例
１．参考例にあっては、使用者が空調対象空間の温度として希望する温度範囲を指定する。以下、参考例を、図２、図３及び下記の表１に基づいて説明する。
図２のフローに示すように、使用者は、空調対象空間で希望する温度範囲をリモコンから入力する（ステップ１）。表１の場合は、温度範囲は２５℃〜２９．５℃と入力される。
２．一方、空調制御部２７には、発電量検出手段１３から現在の発電量が入力される（ステップ２）。
３．空調制御部２７内において現在の発電量が所定の限界発電量以上か否かが比較される（ステップ３）。ここで、表１の場合は限界発電量は、以下に示す第１発電指標で３％となる発電量としている。
比較の結果、現在の発電量が所定の限界発電量を超えている場合には、太陽光発電装置がある程度、日光照射を受けており、空調に使用すべき発電量が得られている状況である（ステップ３：yes）。例えば、図３（ａ）に示す６時から１８時までの時間帯となる。
比較の結果、現在の発電量が所定の限界発電量に達していない場合には、太陽光発電装置が日光照射を受けることなく、実質的に、空調を別途商用電源等から得られる電力を使用して空調を行なうべき状況である（ステップ３：no）。例えば、図３（ａ）に示す０時から６時まで及び、１８時から２４時までの時間帯となる。

４．−１
この系統は、空調に、太陽光発電装置から得られる電力も使用しようとする系統であり、発電量検出手段１３からその検出結果（発電量）を受け入れ、その結果に基づいて、本願にいう第１発電指標を導出する。第１発電指標は、基準となる太陽光の照射を受けて太陽光発電装置が発電する発電量である基準発電量に対する前記発電量検出手段１３により検出される発電量の割合（％）である（ステップ４−１）。
この基準発電量としては、晴天時の定格発電量、或は、晴天時の最大発電量とすることができる。図３に示す例では、晴天時の最大発電量を基準発電量としている。

５．−１
図２に戻って、この例では基準発電量を晴天時の最大発電量としているので、求められた第１発電指標にしたがって、第１発電指標が１００％に近い程、使用者により入力されている所望の温度範囲における低温側の温度を目標温度として設定し、第１発電指標が０％に近い程、温度範囲における高温側の温度を目標温度として設定する（ステップ５−１）。
このような、第１発電指標と設定される目標温度との関係を以下の表１に、一例として示した。

６．
目標温度設定後の制御に関しては、従来型の制御と同様に、空調対象空間の温度と目標温度との乖離量である空調用制御指標を求め、求められた空調用制御指標が大きい程、目標温度に対する空調用制御温度の乖離量を大きく取って低温側に設定し、求められた空調用制御指標が小さい程、目標温度に対して空調用制御温度の乖離量を小さく取って低温側に設定して、空調を行なう（ステップ６〜７）。

５．−２
この系統では、太陽光発電装置から電力の供給を実質的に得られないため、商用電力を使用して空調を行なう。この系統にあっては、所望の温度範囲における例えば最大値を目標温度と設定する（ステップ５−２）。図３の場合は、目標温度を設定される温度範囲の最大値である２９．５℃としている。
それ以降の制御は、先に説明したステップ６の制御と同様に実行する。

参考例における空調の結果
図３に、雨天、曇天及び晴天時の「第１発電指標（発電量に対応する）」と「目標温度」との関係を示した。
この例は、所望の温度範囲を２９．５℃〜２５℃とした例である。

このように目標温度の設定を行なうことにより、空調を、発電量検出手段１３により検出される太陽光発電装置の発電量が大きい場合に冷房能力を高めに調整し、発電量が小さい場合に冷房能力を低めに調整する形態で実行することができる。

本実施形態
上記の参考例にあっては、太陽光発電装置の発電量にしたがって「目標温度」の設定を行なう例を示したが、本実施形態にあっては、一定値である目標温度の入力を受け付け、太陽光発電装置の発電量にしたがって「空調用制御温度」を空調装置内で自動設定する。図４に、空調制御部の動作を示すフロー図を、図５に、太陽光発電装置の基準発電量と現在の発電量、及び空調装置の目標温度と空調用制御温度との関係を示した。

図４のフローに示すように、
１．本実施形態にあっては、使用者は、空調対象空間で希望する温度をリモコンに入力する（ステップ１）。図５に示す例では「２８℃」としている。
２．一方、空調制御部２７には、発電量検出手段１３から現在の発電量が入力される（ステップ２）。
３．空調制御部２７内において現在の発電量が所定の基準発電量以上か否かが比較される（ステップ３）。図５に示す例では、基準発電量は０．５ｋＷとされている。
比較の結果、現在の発電量が所定の基準発電量を超えている場合には、太陽光発電装置がある程度、日光照射を受けており、空調に使用すべき発電量が得られている状況である（ステップ３：yes）。図５（ａ）に示す例では、１１時から１２時にかけて発電量が基
準発電量を上回っている。
比較の結果、現在の発電量が所定の基準発電量に達していないを場合には、太陽光発電装置が日光照射を受けることなく、実質的に、空調を別途商用電源等から得られる電力を使用して空調を行なうべき状況である（ステップ３：no）。図５（ａ）に示す例では、０時から１１時まで、及び１２時以降がの発電量が基準発電量を下回っている。

４．−１
この系統は、空調に、太陽光発電装置から得られる電力も使用しようとする系統であり、発電量検出手段１３からその検出結果（発電量）を受け入れ、その結果に基づいて、本願にいう第２発電指標を求める（ステップ４−１）。
この第２発電指標は、基準となる太陽光の照射を受けて太陽光発電装置が発電する発電量である基準発電量と発電量検出手段により検出される発電量との乖離量である。この例では、基準発電量を比較的低めに設定している。
５．−１
そして、調整手段は、求められた第２発電指標が大きい程、目標温度に対して空調用制御温度を両者の乖離量を大きく低温側に設定し、求められた前記第２発電指標が小さい程、目標温度に対して空調用制御温度を両者の乖離量が小さい低温側に設定する（ステップ５−１）。
このような、第２発電指標と設定される目標温度、空調用制御温度との関係を図５に、一例として示した。
図５に示す例では、太陽光発電装置からの発電量が基準発電量に対して十分大きいときと、あまり大きくないときとで、急激な温度変化を生じないように、それぞれの空調用制御温度の値を、以下のように設定している。

具体的には、発電量検出手段１３により検出される発電量が基準発電量に対して十分大きいときは、第２発電指標：Ｋ＝α×（発電量−基準発電量）としたときに、空調用制御温度＝目標温度−Ｋとし、Ｋ（℃）に対して空調用制御温度（℃）を決定する係数を小さくする。ここで、αは予め設定される定数である。一方、発電量が大きい場合であっても急激な目標温度の変化を生じないように制御するとともに、あまり大きくないときは、空調用制御温度＝目標温度−４Ｋとして、Ｋ（℃）に対して空調用制御温度（℃）を決定する係数を大きくして、発電量が少なくても空調用制御温度の適切な設定を行なうことを可能としている。

６．−１
この系統の場合は、設定される空調用制御温度で空調が実行される（ステップ６−１、ステップ７）。

６．−２
この系統は、太陽光発電装置から電力の供給を実質的に得られないため、商用電力を使用して空調を行なう系統である。この系統にあっては、リモコンに入力される目標温度に対して、空調対象空間の温度と、目標温度との乖離量にしたがって、空調用制御温度が設定され、その空調用制御温度での制御を行なう（ステップ６−２、ステップ７）。

本実施形態における空調の結果
種々の天候時に上記フローに沿って空調設備を運転した場合の太陽光発電装置の発電量と目標温度の関係は図５のようになった。なお図５において、（ａ）は雨天時の運転例、（ｂ）は曇天時の運転例、（ｃ）は晴天時の運転例をそれぞれ示している。

図５（ａ）では、発電量が基準発電量を超えたのが１１時から１２時頃だけであったので、この時間帯のみ空調用制御温度を目標温度よりも下げる制御が行われており、他の時間帯は空調用制御温度を発電量に基づいては設定していない。すなわち、日射が少なく気温の上がりにくい時間帯は室温を目標温度のまま維持して、肌寒さを感じないように温度制御し、日射しがあり、快適な状況では、空調用制御温度を低めに設定して日射しによる暑さ感を相殺できるように運転している。
同様に図５（ｂ）、（ｃ）は、曇天、晴天で発電量が十分あるので、発電量に応じて空調用制御温度が低く設定され、外気温の上昇に応じて空調用制御温度を低下させることにより、快適な室温を維持することができるようになっていることがわかる。

上記例に示すように、基準発電量に対して発電量が増加側にある時間帯にのみ、空調用制御温度を目標温度に対して低温側に設定し、基準発電量に対して発電量が低下側にある場合には、予め設定された目標温度をそのまま空調用制御温度とする他、基準発電量に対して発電量が増加側にある時間帯には、空調用制御温度を目標温度に対して低温側に設定し、基準発電量に対して発電量が低下側にある時間帯には、空調用制御温度を目標温度に対して高温側に設定する構造としてもよい。

このように空調用制御温度の設定を行なうことによっても、空調を、発電量検出手段により検出される太陽光発電装置の発電量が大きい場合に、冷房能力を高めに調整し、発電量が小さい場合に前記冷房能力を低めに調整する形態で実行することができる。

本発明の空調設備は、体感温度を適切に調整可能な空調設備として用いられる。

１０ ：太陽光発電装置
１１ ：太陽電池パネル
１２ ：電力変換器
１３ ：発電量検出手段
２０ ：空調装置
２０Ａ ：室内器
２０Ｂ ：室外器
２１ ：室内用熱交換器
２２ ：室外用熱交換器
２３ ：熱媒体循環路
２４ ：コンプレッサ
２５ ：膨張弁
２６ ：切替弁
２７ ：空調制御部
２７ａ ：調整手段
３０ ：商用電力
３１ ：電力線
Ｒ ：空調対象空間

Claims (2)

1. 空調対象空間の目標温度に基づいて、或は、前記空調対象空間を前記目標温度とするために空調装置内部で設定される空調用制御温度に基づいて空調対象空間を空調する空調装置を備えて構成され、冷房能力を調整可能な空調設備であって、
   太陽光の照射を受けて発電を行なう太陽光発電装置を備えるとともに、当該太陽光発電装置の発電量を検出する発電量検出手段を備え、
   前記発電量検出手段により検出される太陽光発電装置の発電量が大きい場合に、前記冷房能力を高めに調整し、前記発電量が小さい場合に前記冷房能力を低めに調整する調整手段を備え、
   基準となる太陽光の照射を受けて前記太陽光発電装置が発電する発電量である基準発電量と前記発電量検出手段により検出される発電量との乖離量である第２発電指標を求め、
   前記発電量検出手段により検出される前記太陽光発電装置の発電量が前記基準発電量以上である場合に、
   前記調整手段が、求められた前記第２発電指標が大きい程、前記目標温度に対して前記空調用制御温度を両者の乖離量が大きくなるように低温側に設定し、前記第２発電指標が小さい程、前記目標温度に対して前記空調用制御温度を両者の乖離量が小さくなるように低温側に設定する空調設備。
2. 前記調整手段は、前記発電量が前記基準発電量よりも小さい場合に、前記目標温度に基づいて前記冷房能力を調整する請求項１記載の空調設備。

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