(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外ファン及び室外膨張弁を有する室外機と、室内膨張弁、室内熱交換器及び室内ファンを有する室内機と、を備えるとともに、商用電源から変換された直流電源及び蓄電池を併用し、複数直流電源の切換回路を用いて前記圧縮機へ電力が供給されるようにした空気調和機において、
前記切換回路は、前記直流電源及び蓄電池から前記圧縮機への電力供給をそれぞれオンオフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された電流センサ及び電圧センサと、前記電流センサ及び電圧センサの検出値によって前記スイッチング素子の制御を行う制御装置と、を備え、所定周期の中でオン時間を変化させて前記直流電源及び蓄電池からの供給電流を変化させるように前記スイッチング素子を制御するとともに、前記直流電源の前記スイッチング素子が前記所定周期のオフの間に前記蓄電池のスイッチング素子をオンし、前記蓄電池の充電量が少なくなってきた場合前記蓄電池のスイッチング素子をオンする時間を短くするものであることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記蓄電池は、前記商用電源から変換された直流電源により充電されるものであることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
複数の電源の消費電力をそれぞれ制御して複数の電源を併用するための電気回路を用いた空気調和機に関し、特に電力消費量の大きい空気調和機に適用することによって消費電力の平準化を可能とする複数直流電源の切換回路を用いた空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、夏期昼間の電力量増大の対策として、太陽電池を利用したり、深夜電力で蓄電池に充電し昼間その電力を利用したりして、昼間の商用電源の電力消費量を抑制している。複数の電源を切り換えて使用する実施例が、特開平６−１３７６５０号公報に開示されている。また、複数の電源を交互にオンオフして両電源からの電力を併用する実施例が特開平５−９５６２６号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の中で上記前者の公開公報に開示のものは、商用電源と蓄電池を切り換えて使用するものであるが、これは、蓄電池の蓄電量が短時間で消費されてしまうので、すぐに商用電源に切り換えることになり、商用電源の平準化効果が少ないという問題点がある。一方、上記後者の公開公報に開示のものは、複数の電源を併用するものではあるが、複数の電源の電力供給量を制御するという技術思想を具体化する技術について、何ら開示するところがない。一般に、たとえば商用電源と蓄電池の二つの電源を使用する場合、蓄電池の残電量が減少してくるので、その場合は蓄電池の電力供給量を少なくし、商用電源の電力供給量を多く利用することが考えられるが、前記後者のものでは、そのような制御ができないという問題点があった。
【０００４】
本発明の目的は、複数の電源の電力供給量を制御して、商用電源の平準化を行うことのできる複数直流電源の切換回路を用いた空気調和機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明による複数直流電源の切換回路を用いた空気調和機は、特許請求の範囲の各請求項に記載されたところを特徴とするものであるが、特に独立項としての請求項１に係る発明による空気調和機は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外ファン及び室外膨張弁を有する室外機と、室内膨張弁、室内熱交換器及び室内ファンを有する室内機と、を備えるとともに、商用電源から変換された直流電源及び蓄電池を併用し、複数直流電源の切換回路を用いて前記圧縮機へ電力が供給されるようにした空気調和機において、前記切換回路は、前記直流電源及び蓄電池から前記圧縮機への電力供給をそれぞれオンオフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された電流センサ及び電圧センサと、前記電流センサ及び電圧センサの検出値によって前記スイッチング素子の制御を行う制御装置と、を備え、所定周期の中でオン時間を変化させて前記直流電源及び蓄電池からの供給電流を変化させるように前記スイッチング素子を制御するとともに、前記直流電源の前記スイッチング素子が前記所定周期のオフの間に前記蓄電池のスイッチング素子をオンし、前記蓄電池の充電量が少なくなってきた場合前記蓄電池のスイッチング素子をオンする時間を短くするものであることを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】
本発明による空気調和機に用いられる切換回路においては、複数の直流電源に、電気機器への電源供給をオンオフするスイッチング素子を設け、所定の周期の中でオン時間を変化させて直流電源からの供給電流を変化させるようにスイッチング素子を制御する例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）で供給電流を制御するとともに、複数の直流電源のどれかひとつの直流電源をＰＷＭで制御し、そのＰＷＭ制御でスイッチング素子がオフしている間に、他の直流電源のＰＷＭ制御でスイッチング素子をオンするように各直流電源のスイッチング素子を制御することで、複数の電源の電力供給量を制御することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の複数直流電源の切換回路の一実施例を図１に示す。図１の複数直流電源の切換回路１００は直流電源を２つ有している。１つは商用電源１５０を整流回路１０１と平滑コンデンサ１０２で直流電源に変換している。もう１つの直流電源は蓄電池１１０である。蓄電池１１０の充電は前述の商用電源からの直流電源をトランジスタ１１６で制御して蓄電池に充電している。商用電源からの直流電源はトランジスタ１０５によって制御されて負荷１２０へ供給される。また、蓄電池からの直流電源はトランジスタ１１５によって制御されて負荷１２０へ供給される。
【０００８】
各トランジスタ１０５、１１５、１１６の制御は電流センサ１０３、１１３及び電圧センサ１０４、１１４の検出値によって制御装置１３０が行う。
【０００９】
次に、制御装置１３０のトランジスタ１０５とトランジスタ１１５の制御方法の一実施例について図２で説明する。
【００１０】
トランジスタ１０５及びトランジスタ１１５は、それぞれＰＷＭによって供給する直流電圧を制御しており、図２の上の図の実線の矩形波はトランジスタ１０５の電圧の出力波形で、破線の矩形波はトランジスタ１１５の電圧の出力波形である。
【００１１】
トランジスタ１０５は時間Ｔ0 の間の所定時間オンし、トランジスタ１１５は時間Ｔ0 の間はオフする。時間Ｔ0 に続く時間Ｔ1 の間の所定時間、トランジスタ１１５がオンし、トランジスタ１０５は時間Ｔ1 の間はオフする。この動作を繰り返すことによって商用電源を整流した直流電源の供給電圧と蓄電池の供給電圧を制御する。
【００１２】
また、トランジスタ１０５がオンできる時間Ｔ０及びトランジスタ１１５がオンできる時間Ｔ１を制御することによって商用電源からの供給電力及び蓄電池からの供給電力を調整することができる。たとえば、蓄電池１１０の充電量が少なくなってきたらトランジスタ１１５がオンできる時間Ｔ１を短くして、蓄電池からの供給電力を減らして、蓄電池の利用時間を伸ばすようにする。
【００１３】
図２の下の図は商用電源を整流した直流電源の平均供給電圧と蓄電池の平均供給電圧の時間変化を示している。時間Ｔｍまでトランジスタ１０５は時間Ｔ0 のほとんどの間オンすることによって平均最大電圧Ｖａmax を供給し、トランジスタ１１５は時間Ｔ1 のほとんど間オンすることによって平均最大電圧Ｖｂmax を供給する。これによって負荷には平均電圧Ｖａmax ＋Ｖｂmax を供給することになる。
【００１４】
時間ＴｍからＴｎの間はトランジスタ１０５、１１５ともにオン時間を徐々に短くし、したがってそれぞれの平均電圧Ｖａ、Ｖｂも徐々に低下し、負荷には徐々に低下する平均電圧Ｖａ＋Ｖｂが供給される。
【００１５】
時間Ｔｎ以降はトランジスタ１１５は常にオフとなり、トランジスタ１０５が短い時間オンし、さらに低い電圧Ｖａを負荷に供給する。
【００１６】
本発明の複数直流電源の切換回路の他の実施例を図３に示す。図３の複数直流電源の切換回路１００′は図１と同様に直流電源を２つ有している。１つは商用電源１５０を整流回路１０１と平滑コンデンサ１０２で直流電源に変換している。もう１つの直流電源は蓄電池１１０である。
【００１７】
蓄電池１１０の充電は図１の実施例と同様に商用電源からの直流電源をトランジスタ１１６で制御して蓄電池に充電している。商用電源からの直流電源はトランジスタ１０７，１０８，１０９，１１９によって制御され、蓄電池からの直流電源はトランジスタ１１７，１１８，１０９，１１９によって制御され、それぞれ負荷１２１へ供給される。各トランジスタ１１６，１０７，１０８，１０９，１１７，１１８，１１９の制御は制御装置１３１が行う。
【００１８】
次に、制御装置１３１のトランジスタ１０７，１０８，１０９，１１７，１１８，１１９の制御方法の一実施例について図４で説明する。
【００１９】
トランジスタ１０７，１０８，１０９，１１７，１１８，１１９はそれぞれＰＷＭによって負荷１２１に供給する直流電圧を制御している。図４の上の図の実線の矩形波は商用電源を変換した直流電源から負荷１２１へ供給される電圧波形で、破線の矩形波は蓄電池１１０から負荷１２１へ供給される電圧波形である。
【００２０】
商用電源を変換した直流電源から負荷１２１へ正の電圧を供給する時は、トランジスタ１０７とトランジスタ１１９とを時間Ｔ０の間の所定時間オンし、負の電圧を供給する時はトランジスタ１０８とトランジスタ１０９とを時間Ｔ０の間の所定時間オンする。
【００２１】
蓄電池１１０から負荷１２１へ正の電圧を供給する時は、トランジスタ１１７とトランジスタ１１９とを時間Ｔ１の間の所定時間オンし、負の電圧を供給する時はトランジスタ１１８とトランジスタ１０９とを時間Ｔ１の間の所定時間オンする。
【００２２】
各トランジスタを制御して負荷１２１に供給する正負の直流電圧を制御することによって、図４の下の図のように正弦波の電源を負荷１２１に供給できる。また、正弦波の周波数及び電圧も調整できる。これによって、負荷１２１が誘導モータまたはブラシレス直流モータであってもモータ回転数を任意に調整できる。
【００２３】
つぎに、本発明の複数直流電源の切換回路を用いた空気調和機の冷凍サイクルを図５に示す。図５では、室外機１と室内機２とが液管４とガス管５で結合されている。
【００２４】
室外機１は圧縮機１１、四方弁１６、室外熱交換器１２、室外ファン１３、アキュムレータ１４、液タンク１５、室外膨張弁１７及び室外制御盤１８０で構成されている。
【００２５】
室内機２は室内膨張弁２１、室内熱交換器２２、室内ファン２３及び室内制御盤２００で構成されている。室外機１の室外制御盤１８０には商用電源１５０が入力されており、また、図３に示した複数直流電源の切換回路１００′が納められており、複数直流電源の切換回路１００′の負荷は圧縮機１１である。
【００２６】
室外機１の室外ファン１３及び室外膨張弁１７は室外制御盤１８０によって制御される。また、室外制御盤１８０から室内制御盤２００に電源が供給されている。室内機２の室内ファン２３及び室内膨張弁２１は室内制御盤２００によって制御される。
【００２７】
つぎに、空気調和機の動作について説明する。
【００２８】
冷房運転する場合、圧縮機１１から吐出された高圧ガス冷媒は四方弁１６を通って室外熱交換器１２へ流れ、室外ファン１３によって室外空気と熱交換され冷媒は凝縮する。凝縮冷媒は、全開の室外膨張弁１７を通って液タンク１５へ入る。液タンク１５の液冷媒は液管４を通って室内機２へ流れる。
【００２９】
室内機２では、液冷媒が室内膨張弁２１で減圧され、室内熱交換器２２に入り、室内ファン２３によって室内空気と熱交換される。このとき、室内空気は冷却され、冷媒は蒸発し低圧ガス冷媒となってガス管５を通って室外機１へ戻る。室外機１へ戻った低圧ガス冷媒は四方弁１６、アキュムレータ１４を通って圧縮機１１へ供給される。
【００３０】
暖房運転する場合は、まず四方弁１６を切り替える。圧縮機１１から吐出された高圧ガス冷媒は、四方弁１６を通ってガス管５へ流れ、室内機２へ入る。室内機２では、高圧ガス冷媒が室内熱交換器２２に入り、室内ファン２３によって室内空気と熱交換される。このとき、室内空気は暖められる。冷媒は凝縮し、液冷媒となって室内膨張弁２１を通って液管４へ流れ、室外機１へ送られる。
【００３１】
室外機１へ入った液冷媒は液タンク１５を通って室外膨張弁１７で減圧され、室外熱交換器１２に入り、室外ファン１３によって室外空気と熱交換され冷媒は蒸発する。蒸発した低圧冷媒は四方弁１６、アキュムレータ１４を通って圧縮機１１へ供給される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の電源を併用して空気調和機における電気機器としての圧縮機に電力を供給できる。さらに複数電源のそれぞれの供給電力を任意に制御することができるとともに、蓄電池の充電量が少なくなった場合、蓄電池からの供給電力を減らして蓄電池の利用時間を伸ばすことができ、蓄電池残量、蓄電池の放電量を考慮した商用電源のピークカットやピークシフト制御をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す複数直流電源の切換回路図。
【図２】図１の実施例の複数直流電源の切換回路の動作説明図。
【図３】本発明の他の実施例を示す複数直流電源の切換回路図。
【図４】図３の実施例の複数直流電源の切換回路の動作説明図。
【図５】本発明の複数直流電源の切換回路を用いた空気調和機の冷凍サイクル構成図。
【符号の説明】
１…室外機
２…室内機
４…液管
５…ガス管
１１…圧縮機
１２…室外熱交換器
１３…室外ファン
１４…アキュムレータ
１５…液タンク
１６…四方弁
１７…室外膨張弁
２１…室内膨張弁
２２…室内熱交換器
２３…室内ファン
１００，１００′…複数直流電源の切換回路
１０１…整流回路、
１０２…平滑コンデンサ、
１０３，１１３…電流センサ
１０４，１１４…電圧センサ
１０５，１１５，１１６…トランジスタ
１１０…蓄電池
１０７，１０８，１０９，１１７，１１８，１１９…トランジスタ
１２０，１２１…負荷
１３０，１３１…制御装置
１５０…商用電源
１８０…室外制御盤
２００…室内制御盤
【図１】
0003669679.tif 000002
【図２】
0003669679.tif 000003
【図３】
0003669679.tif 000004
【図４】
0003669679.tif 000005
【図５】
0003669679.tif 000006