JPH06137650A - 蓄電式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高効率で昼間の電力ピーク時の電力シフト量
を大きくし、かつ設備容量を低減させる蓄電式空気調和
装置を提供する。 【構成】 昼間の電力需要のピーク時には、蓄電池３１
の電力を商用電源２１の代替電源としてインバータ回路
２５に供給して空調機を運転する。蓄電池３１の充電に
際しては、夜間電力を利用し充電回路２９により充電す
る。蓄電池３１は、単電池３１ａを複数個直列接続した
蓄電池ユニット３１ｂを、複数個並列に接続して構成し
てある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力需要の小なる時
期、すなわち夜間の電力を利用して蓄電する蓄電池を備
えた蓄電式空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、夏期あるいは冬期の電力需要のピ
ークが大きな社会問題になっている。この主な原因の一
つが空調機によるものである。つまり夏暑いとき、ある
いは冬寒いときに一斉に空調機が作動するために、電力
の需要が追い付かず最悪の場合には停電という事態に追
い込まれることになる。この問題を解決するための技術
的方策として、従来から蓄熱式空気調和装置が知られて
いる。

【０００３】これは、電力需要の少ない夜間に空調機を
作動させて蓄熱材に蓄熱あるいは蓄冷し、昼間にその熱
を利用して空調するものである。こうすることによっ
て、昼間に発生する電力のピークを夜間にシフトするこ
とができ、全体的に電力需要の平準化に寄与することが
できる。その代表的なシステムとして蓄熱材に氷を用い
た蓄熱式空調システムを図５を用いて説明する。

【０００４】図５は、不凍液であるブラインを熱媒体と
して蓄熱槽内に氷または温水を作り、負荷側へは蓄熱材
である水を循環させ空調するシステムを示している。図
中１はヒートポンプユニット、３はブラインポンプ、５
は蓄熱槽、７はブラインと水との熱交換器、９，１１は
３方弁、１３は空調負荷、１５は水ポンプ、１７はブラ
イン配管、１９は水配管である。

【０００５】安価な夜間電力によりヒートポンプユニッ
ト１でブラインを冷却し、ブラインポンプ３で蓄熱槽５
へ循環し、蓄熱槽５内で製氷を行うようになっている。
また、昼間はヒートポンプユニット１により冷却された
ブラインと、空調負荷１３から戻ってきた水とを熱交換
器７で熱交換した後、この水を蓄熱槽５内の冷水と混合
し、水ポンプ１５により空調負荷１３に送り冷房運転を
行う。

【０００６】しかし、このように氷をヒートポンプで作
る方法では、冷媒の蒸発温度が低いため通常の冷房運転
と比較して効率が悪くなり省エネとはならない。さら
に、氷蓄熱における潜熱と暖房時の温水の顕熱との違い
により、冷房と暖房の能力がアンバランスになる。ま
た、ブライン及び水を循環させるためのポンプと配管が
それぞれ必要となり、構成が複雑となる。

【０００７】その他の蓄熱空調システムに関しても、最
低でも冷水や冷媒を循環させるためのポンプや圧縮機の
動力が必要となり、充分なピークカットができなかった
り、蓄熱槽の配管が必要なので、構成が複雑でシステム
が大型になったり、冷媒量を多く必要とするなどのさま
ざまな問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の蓄熱式空気調和
装置では、電力平準化のための有効なピークカット運転
ができなかったり、冷房能力と暖房能力とのアンバラン
スが生じたり、構成が複雑でシステムが大型化するとい
った問題があった。

【０００９】そこで、この発明は、高効率で昼間の電力
ピーク時の電力シフト量を大きくし、かつ設備容量を低
減させる蓄電式空気調和装置を提供することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、商用電源を直流電源に変換するコンバ
ータと、前記直流電源を交流電源に変換し圧縮機に供給
するインバータと、電力需要の小なる時期に前記コンバ
ータにより変換された直流電源の電力が充電され、電力
需要の大なる時期に前記インバータに供給する商用電源
の代替電源として使用され、単電池を直列に接続した複
数の蓄電池ユニットを並列に接続して構成した蓄電池と
を設けた構成としてある。

【００１１】

【作用】このような構成の蓄電式空気調和装置によれ
ば、蓄電池は、電力需要の小なる時期の電力を利用して
充電される一方、電力需要の大なる時期に商用電源の代
替電源として使用されるので、電力のピークシフトが達
成され、しかも蓄電池は、単電池を直列に接続した複数
の蓄電池ユニットを並列に接続して構成したものである
ため、単電池が故障した場合には、蓄電池ユニットの交
換だけでよく、保守が容易となり、電力需要の大なる時
期の電力シフト量を効率よくとれ、電力の平準化が有効
になされる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１３】図１は、この発明の第１実施例を示す蓄電
式空気調和装置の回路構成図である。商用電源２１から
は２系統の出力が得られ、一方はコンバータを有する制
御回路２３により直流に変換されて、直流を交流に変換
するインバータ回路２５、ヒートポンプ式の空気調和装
置本体における圧縮機モータ２７に供給され、他方はコ
ンバータを有する充電回路２９を介して蓄電池３１に供
給される。制御回路２３は、電力需要の小なる時期であ
る夜間電力時間帯に充電回路２９に対して、蓄電池３１
への充電開始信号を出力する。蓄電池３１は、単電池３
１ａを複数個直列接続した蓄電池ユニット３１ｂを、複
数個並列に接続して構成したものである。

【００１４】制御回路２３とインバータ回路２５との間
には、制御回路２３によって制御される切換器３３が設
けられている。この切換器３３は、インバータ回路２５
が、電力需要の大なる時期である昼間の電力ピーク時間
帯には蓄電池３１側の端子３３ａに接続され、それ以外
の時間帯には商用電源側の端子３３ｂに接続されるよう
制御される。

【００１５】このような構成の蓄電式空気調和装置によ
れば、切換器３３は、電力ピーク時間帯には蓄電池３１
側の端子３３ａに接続され、それ以外の時間帯には商用
電源側の端子３３ｂに接続されるので、電力需要がピー
クとなる昼間の時間帯には、蓄電池３１から電力の供給
を受けて空調機が運転され、さらに蓄電池３１の充電に
関しては電力需要の少い夜間に行うので、商用電源２１
における電力ピーク時の消費量が抑制される。しかも蓄
電池３１は、単電池３１ａを複数個直列接続した蓄電池
ユニット３１ｂを、複数個並列に接続したものであるか
ら、単電池３１ａに故障が発生した場合には、蓄電池ユ
ニット３１ｂを交換するだけでよく、保守が容易となっ
て蓄電池３１の信頼性向上が図れ、高効率で電力の平準
化が達成される。

【００１６】また、蓄熱装置が不要で商用電源と蓄電池
とを切換える電気部品の変更だけで済みシステムが単純
化される。さらに、氷蓄熱槽を例にとれば、製氷量を余
り大きくすると配管を破損することがあるため、通常３
０％程度の製氷率で使用し、その蓄熱容量は氷の融解潜
熱約８０kcal/lとすると、約２４kcal/lとなる。これに
対し、蓄電池として例えばニッカド電池を使用したもの
では、約３〜１０倍のエネルギ密度をもっているものが
あり、氷蓄熱装置と同等のエネルギを蓄えるのに蓄電池
ユニットは約３〜１０分の１の体積で済むことになる。

【００１７】なお、図２に示すように、蓄電池３１の出
力をインバータ回路３５により商用電源に変換し、外部
接続端子を設けて他の機器に供給することも可能であ
る。

【００１８】蓄電池３１としては、例えば鉛蓄電池やニ
ッカド電池が使用されるが、それらは、一般に使用温度
範囲が狭く、充電時で０〜４５℃、放電時で−２０〜６
０℃程度である。この温度範囲から外れて使用すると、
特性の劣化や寿命の低下、あるいは最悪の場合電池の破
損に至る場合があり、上記使用温度範囲を守ることは必
要不可欠である。一方、電池を空調機の電源として使用
する場合には、設置場所は屋外になることが想定される
ことや、電池が充放電に際し熱反応を伴うことなどか
ら、上記温度範囲外になる場合も考えられる。また、電
池の動作最適温度範囲は、上記使用温度範囲よりもさら
に狭くなっており、電池の使用温度を調整することは、
特性面、安全面から有効なことである。空調機の電源と
して使用する場合、熱交換器と隣接する形で蓄電池を設
置すると、比較的温度制御が容易に行える。

【００１９】図３には、ヒートポンプ式空気調和装置の
室外機３７に隣接して設けた温度調整用の熱交換器３９
に隣接するように蓄電池３１を設けた例を示す。符号４
１はファンである。図４は、上記空気調和装置における
冷凍サイクルを利用して蓄電池３１の温度制御を行う場
合を示す。例えば、まず夏場に蓄電池３１周辺を冷却す
る場合を考える。圧縮機４３で圧縮された冷媒は、膨脹
弁４５を閉じて弁４７を開けておくと、四方弁４９を経
由して室外熱交換器５１で凝縮される。次いで膨脹弁５
３で圧力が下げられ、二方弁５５，四方弁４９を通り、
膨脹弁５７を調節することにより、熱交換器３９に含ま
れる第１の熱交換器３９ａで熱交換が行われて、蓄電池
３１周辺の温度を所定温度まで下げることができる。

【００２０】次に、例えば冬場に蓄電池３１周辺を加熱
する場合を考える。圧縮機４１で圧縮された高温の冷媒
は、膨脹弁４５を調節すると、熱交換器３９に含まれる
第２の熱交換器３９ｂで熱交換が行われて、蓄電池３１
周辺の温度を所定温度まで上げることができる。冷媒
は、さらに四方弁４９，弁５５を通り、膨脹弁５３で圧
力が下げられ、室外熱交換器５１で蒸発し、四方弁４９
を経た後、膨脹弁５７を閉じて開弁状態の弁５９を通
り、圧縮機４３へ戻る。

【００２１】上記のように蓄電池３１の温度調整を行い
つつ、室内の空調を行う場合には、二方弁４７，５９を
開けることにより、第１の熱交換器３９ａ，第２の熱交
換器３９ｂで冷媒の一部だけを熱交換するようにし、室
内熱交換器６１で大部分を熱交換すればよい。このよう
に図４のサイクルでは、室内を冷房しながら蓄電池３１
を加熱したり、室内を暖房しながら蓄電池３１を冷却す
るといった特殊な使い方が、二方弁４７，４９及び膨脹
弁４５，５７によって可能となる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、蓄電池は、電力需要の小なる時期の電力により充
電され、電力需要の大なる時期に商用電源の代替電源と
して使用されるとともに、単電池を直列に接続した複数
の蓄電池ユニットを並列に接続して構成したものである
ため、単電池が故障した場合には、蓄電池ユニットの交
換だけでよく、保守が容易となって蓄電池の信頼性向上
が図れ、電力需要の大なる時期の電力シフト量を効率よ
くとれ、電力の平準化が有効になされる。しかも、蓄熱
槽を必要としないため、設備容量を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す蓄電式空気調和装置
の回路構成図である。

【図２】図１の蓄電式空気調和装置の変形例を示す回路
構成図である。

【図３】図１の蓄電池を温度調整用の熱交換器とともに
空気調和装置における室外機に隣接して設置した状態を
示す斜視図である。

【図４】図１の蓄電池の温度調整用の熱交換器を含む空
気調和装置における冷凍サイクル構成図である。

【図５】従来例を示す蓄熱式空気調和装置のシステム構
成図である。

【符号の説明】

２１ 商用電源 ２３ 制御回路（コンバータ） ２５ インバータ回路 ２７ 圧縮機モータ ２９ 充電回路（コンバータ） ３１ 蓄電池 ３１ａ 単電池 ３１ｂ 蓄電池ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 俊彦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 山岸 勝明 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 山口 広一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 土井 隆司 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 今村 正樹 東京都港区新橋３丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源を直流電源に変換するコンバー
   タと、前記直流電源を交流電源に変換し圧縮機に供給す
   るインバータと、電力需要の小なる時期に前記コンバー
   タにより変換された直流電源の電力が充電され、電力需
   要の大なる時期に前記インバータに供給する商用電源の
   代替電源として使用され、単電池を直列に接続した複数
   の蓄電池ユニットを並列に接続して構成した蓄電池とを
   設けたことを特徴とする蓄電式空気調和装置。