(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動の圧縮機に、室外熱交換器とキャピラリチューブと室内熱交換器を配管接続して冷凍サイクルを形成し、室外送風機と、室内送風機と、交流電源を直流化する変換手段と、前記圧縮機の可変電圧・可変周波数の駆動手段とを備えた能力可変式の空気調和機であって、
深夜電力が充電される蓄電池と、
前記蓄電池に接続された放電手段と、
前記空気調和機が運転開始後の所定時を経過し、かつ前記圧縮機の駆動周波数が所定周波数以上のとき、前記放電手段を駆動して前記蓄電池の電力を前記圧縮機の駆動手段へ給電し、前記変換手段から給電される前記空気調和機の運転電力を補完する制御手段と
を備えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記蓄電池の放電手段は、定電力出力または定電流出力とし、蓄電池の放電電力を安定して前記圧縮機の駆動手段へ給電する構成としたこと
を特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項３】
前記蓄電池は、ニッケル水素蓄電池またはリチウム・イオン蓄電池としたこと
を特徴とする請求項１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】
本発明は、空気調和機、特に空気調和機の運転電力の低減と深夜余剰電力の有効活用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の深夜余剰電力を蓄電利用する空気調和機は、主として業務用や店舗用などを目指すものであり、たとえば特開昭６２−７３０３１号公報（特願昭６０−２１２４００号）または特開平６−５４４６５号公報（特願平４−２０５１５６号）に開示されている。
【０００３】
すなわち、深夜時間帯の電力を充電器またはコンバータを介して、電動圧縮機のインバータの運転に必要な直流電圧に変換した後、空気調和機の運転時間と消費電力量に相当する電気量を大型大容量の蓄電池に充電し、空気調和機の運転時には、この蓄電池を電動圧縮機のインバータ部に切替接続して、蓄電池の放電容量に相当する時間まで運転を継続できるようにし、その後は蓄電池から商用電源に切替接続して再び運転する構成が開示されている。
【０００４】
このように、従来の空気調和機では、深夜電力の有効利用のためこれを蓄電池に充電し、この貯蔵電力を利用する際に、蓄電池をインバータに切替接続して空気調和機用の電源としていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記従来の空気調和機の構成では、蓄電池の電気容量のみで長時間運転できるようにし、また始動時や過負荷時の大電流も全て賄うようにしている。このため使用する蓄電池は大容量で大型のものを必要としていた。また同様に充電器やコンバータも大容量で高価なものが必要になるなど、一般家庭用の空気調和機（ルームエアコン）には不向きな構成であった。
【０００６】
さらに蓄電池に鉛蓄電池を使用した場合は、充放電のサイクル寿命が短いため短期間で蓄電池の交換メンテナンスを要するなどの実用性にも問題があった。
本発明は、このような空気調和機において、低コストを実現し、さらに一般家庭用のルームエアコンなどにも深夜余剰電力を蓄電してその有効活用を図り、昼間時間帯の消費電力の削減による実質的な省エネルギ効果と共に、ローコストな深夜電力による年間電気代の経済効果を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の空気調和機は、電動の圧縮機に、室外熱交換器とキャピラリチューブと室内熱交換器を配管接続して冷凍サイクルを形成し、室外送風機と、室内送風機と、交流電源を直流化する変換手段と、前記圧縮機の可変電圧・可変周波数の駆動手段とを備えた能力可変式の空気調和機であって、
深夜電力が充電される蓄電池と、前記蓄電池に接続された放電手段と、前記空気調和機が運転開始後の所定時を経過し、かつ前記圧縮機の駆動周波数が所定周波数以上のとき、前記放電手段を駆動して前記蓄電池の電力を前記圧縮機の駆動手段へ給電し、前記変換手段から給電される前記空気調和機の運転電力を補完する制御手段とを備えたことを特徴としたものである。
【０００８】
この本発明によれば、低コストを実現し、さらに一般家庭用のルームエアコンなどにも深夜余剰電力を蓄電してその有効活用を図り、昼間時間帯の消費電力の削減による実質的な省エネルギ効果と共に、ローコストな深夜電力による年間電気代の経済効果を得る空気調和機が得られる。また始動時の過負荷状態では蓄電池の放電が回避され、よって長時間安定した電力補完が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、電動の圧縮機に、室外熱交換器とキャピラリチューブと室内熱交換器を配管接続して冷凍サイクルを形成し、室外送風機と、室内送風機と、交流電源を直流化する変換手段と、前記圧縮機の可変電圧・可変周波数の駆動手段とを備えた能力可変式の空気調和機であって、
深夜電力が充電される蓄電池と、前記蓄電池に接続された放電手段と、前記空気調和機が運転開始後の所定時を経過し、かつ前記圧縮機の駆動周波数が所定周波数以上のとき、前記放電手段を駆動して前記蓄電池の電力を前記圧縮機の駆動手段へ給電し、前記変換手段から給電される前記空気調和機の運転電力を補完する制御手段とを備えたことを特徴としたものであり、
深夜電力が充電される蓄電池を利用して運転電力の補完運転が行われると共に、電力補完方式のため蓄電池が放電を終了しても商用電源で継続運転が可能となるという作用を有する。また始動時の過負荷状態では蓄電池の放電が回避され、よって長時間安定した電力補完が可能となるという作用を有する。
【００１０】
また蓄電池は電力補完方式のため一般家庭用のルームエアコンに適した小容量の蓄電池とすることができ、装置のコストを低減でき、さらに放電手段を介して商用電源で運転中の空気調和機に小電力を補完するようにしたため消費電力を削減することができる。
【００１１】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、
前記蓄電池の放電手段は、定電力出力または定電流出力とし、蓄電池の放電電力を安定して前記圧縮機の駆動手段へ給電する構成としたことを特徴としたものであり、
蓄電池の蓄電容量に応じて安定した電力を圧縮機の駆動手段へ給電することができるという作用を有する。
【００１３】
また請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記蓄電池は、ニッケル水素蓄電池またはリチウム・イオン蓄電池としたことを特徴としたものであり、
蓄電池に充放電サイクル寿命に優れた信頼性の高いものを採用したことにより、長期間メンテナンスフリーとなり、かつ安全性を確保できるという作用を有する。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態における空気調和機を図面に基づいて説明する。なお、空気調和機の冷凍サイクルは、図５に示すように、三相巻線を有する電動の圧縮機６に、室外熱交換器１２とキャピラリチューブ１３と室内熱交換器１４を配管接続して形成されている。この冷凍サイクルとインバータ駆動のエアコン動作は周知のためその説明は省略する。図５において、１５は室外送風機、１６は室内送風機である。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態における空気調和機の運転方式を実行する空気調和機の全体構成図である。
交流電源１はエアコン室内機２を経由してエアコン室外機３のコンバータ（交流電源１を直流化する変換手段の一例）４の入力側に接続され、コンバータ４の直流出力は前記圧縮機６を駆動するインバータ（圧縮機６の可変電圧・可変周波数の駆動手段の一例）５の入力側に接続されている。インバータ５と圧縮機６はエアコン室外機３内に設けられている。
【００１６】
そしてエアコン室外機３の制御装置（制御手段の一例）７は、エアコン室内機２から運転指令を受けてインバータ５を介して圧縮機６を可変電圧・可変周波数で運転制御するようにしている。
【００１７】
また深夜電力時間帯の電源８に充電用のコンバータ９（充電手段の一例）が接続され、この充電コンバータ９に、充電コンバータ９より蓄電される蓄電池１０が接続され、深夜電力時間帯の電源８より充電コンバータ９を介して蓄電池１０へ充電されるようにしている。充電コンバータ９は、蓄電池１０の端子電圧を監視しており、またタイマーにより深夜電力時間帯であるかを判定する機能を有している。
【００１８】
また蓄電池１０の出力に、定電力出力（または定電流出力でもよい）の放電用のコンバータ１１（放電手段の一例）が接続され、この放電コンバータ１１に圧縮機６のインバータ５の入力側が接続され、前記放電コンバータ１１を介して蓄電池１０の電力が圧縮機６のインバータ５へ給電され、空気調和機の運転電力を補完するようしている。また前記放電コンバータ１１は、室外機３の制御装置７より放電許可信号（運転制御信号）を入力するように接続され、放電コンバータ１１は、エアコン室外機３内に設けられた室外制御装置７により駆動される。また放電コンバータ１１は蓄電池１０の電池電圧を監視している。
【００１９】
また蓄電池１０には、長期間の充放電サイクル寿命に優れた高容量タイプのニッケル水素蓄電池（またはリチウム・イオン蓄電池でもよい）を使用している。
図４に上記エアコン室外機３の電気構成図を示す。
【００２０】
上記構成による作用を図２のフローチャートと図３のタイミング・チャート（Ａ域）にしたがって説明する。
最初に、充電コンバータ９の動作を説明する。
【００２１】
充電コンバータ９は、まず深夜電力時間帯（たとえば、図３に示すように午前２時〜４時）であるかどうかを判定し（ステップ−Ａ１）、深夜電力時間帯であることを判定すると、蓄電池１０の電圧（蓄電池電圧）が所定値Ｖｓ（図３参照）以下（放電状態）であるかどうかを判定し（ステップ−Ａ２）、放電状態であると判定すると、深夜電源８を整流して蓄電池１０に充電電圧を印加して蓄電池の定格電流の１／３程度の定電流で充電を行う（ステップ−Ａ３）。そして蓄電池１０は満充電状態に至ったことを、蓄電池電圧が所定値Ｖｍ（図３参照）以上に上昇したかどうかにより判定し（ステップ−Ａ４）、蓄電池電圧が所定値Ｖｍ以上に上昇すれば満充電と判断して充電動作を終了する（ステップ−Ａ５）。蓄電池１０は満充電状態に至ると、一般的にその端子電圧や蓄電池温度が上昇する。
【００２２】
この充電コンデンサ９の動作により、深夜電力時間帯に深夜の余剰電力が蓄電池１０へ充電される。
次に、エアコン室外機３の制御装置７の動作を説明する。
【００２３】
制御装置７は、ルームエアコンの冷房運転が指定されることにより室内機２から出力される運転指令を入力すると（ステップ−Ｂ１）、インバータ５を制御して圧縮機６を駆動し冷房運転を開始する（ステップ−Ｂ２）。この運転開始時は圧縮機６を最高回転数にして最大冷房能力で運転を行い、部屋を急速に冷房して室温を設定温度近くに下げ、その後、圧縮機６の運転周波数を低下して少能力運転に移行し安定運転を行うものである。
【００２４】
そして、エアコンの運転開始から所定時間Ｔｓ（図３参照）が経過すると（ステップ−Ｂ３）、圧縮機６の駆動周波数が所定周波数Ｌｓ以上かどうかを判定し（ステップ−Ｂ４）、圧縮機６の駆動周波数が所定周波数Ｌｓ以上と判定すると、放電許可信号（運転制御信号）を放電コンバータ１１に出力する（ステップ−Ｂ５）。
【００２５】
そして、ルームエアコンの冷房運転停止が指定されることにより室内機２から出力される運転停止指令を入力すると（ステップ−Ｂ６）、インバータ５からの給電を停止して圧縮機６を停止し冷房運転を終了する（ステップ−Ｂ７）。
【００２６】
このエアコン室外機３の制御装置７の動作により、インバータ５が駆動されて冷房運転が行われると共に、エアコンの運転開始から所定時間Ｔｓが経過し、かつ圧縮機６の駆動周波数が所定周波数Ｌｓ以上となったとき、放電コンバータ１１へ放電許可信号が出力される。
【００２７】
次に、放電コンバータ１１の動作を説明する。
放電コンバータ１１は、エアコン室外機３の制御装置７より放電許可信号を入力すると（ステップ−Ｃ１）、蓄電池１０より一定の電力を、図３に示すように室外機３のインバータ５の入力へ供給する（ステップ−Ｃ２）。
【００２８】
この動作によってエアコンの運転電力を補完することによりエアコンの消費電力が低減する。そして外気温度が高く冷房負荷が大きい場合は、蓄電池１０は所定の定電力で連続的に放電を行う。
【００２９】
そして、次に蓄電池電圧を監視し、蓄電池電圧が急速に低下し、所定値Ｖｓ（図３参照）以下（放電状態）となったことにより蓄電池１０の残存容量が所定値以下に減少したことを検知すると（ステップ−Ｃ３）、放電動作を終了する（ステップ−Ｃ４）。放電により蓄電池１０の残存容量が所定値以下に減少すると一般的に蓄電池電圧が急速に低下する。
【００３０】
この放電コンバータ１１の動作により、制御装置７より指令された放電許可信号に応じて、定電力がインバータ５へ供給され、電力が補完される。
このように、深夜余剰電力を蓄電池１０へ蓄電し、昼間時間帯に、制御装置７により商用電源で運転中のインバータ５へ放電コンバータ１１を駆動して蓄電池１０の小電力を補完するようにしたことにより、消費電力の削減による実質的な省エネルギー効果を得ることができると共に、ローコストな深夜電力による年間電気代の経済効果を得ることができる。
【００３１】
また電力補完方式のため蓄電池１０を小容量とすることができ、コストを低減でき、よって本発明を一般家庭用のルームエアコンに適用することができる。また、電力補完方式のため蓄電池１０が放電を終了しても商用電源で運転を継続するため快適性を維持できる。
【００３２】
また放電コンバータ１１の出力は定電力タイプとしたため蓄電池１０の蓄電容量に応じて安定した電力をエアコン側に給電することができ、さらに制御装置７によりエアコン始動時（大電力消費時）は蓄電池１０の放電を禁止し、エアコンの運転開始から所定時間Ｔｓが経過し、かつ圧縮機６の駆動周波数が所定周波数Ｌｓ以上となったときに放電を開始し、安定運転時に電力補完するようにしたため長時間安定した電力補完が可能である。
【００３３】
また蓄電池１０に、高信頼性のニッケル水素蓄電池またはリチウム・イオン蓄電池を使用する構成としたため、長期間メンテナンスフリーが実現でき、かつ安全性も確保できるなど、多くの利点を有している。
【００３４】
なお、本実施の形態では、商用電源に蓄電池１０の小電力を補完しているが、図３のタイミング・チャートのＢ域に示すように、外気温度が低く冷房負荷が少ない場合は、昼間の運転に引き続き夜間の少能力運転でも蓄電池１０から電力補完を行うことができる。このように冷房負荷が少ない場合は放電コンバータ１１の出力容量以内で電力補完を行うことができる。そして蓄電池１０の残存容量が下限値になり電池電圧が低下したことを放電コンバータ１１が検知して放電動作を停止する。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、深夜余剰電力を蓄電池へ蓄電し、制御手段により商用電源で運転中の圧縮機の駆動手段へ放電手段を駆動して蓄電池の小電力を補完するようにしたことにより、消費電力の削減による実質的な省エネルギー効果を得ることができると共に、ローコストな深夜電力による年間電気代の経済効果を得ることができる。また空気調和機の運転開始から所定時間が経過し、かつ圧縮機の駆動周波数が所定周波数以上となったときに放電を開始し、安定運転時に電力補完するようにしたため長時間安定した電力補完が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における空気調和機の全体構成図である。
【図２】同空気調和機の運転フローチャートである。
【図３】同空気調和機のタイミング・チャートである。
【図４】同空気調和機の室外機の電気構成図である。
【図５】空気調和機の冷凍サイクル図である。
【符号の説明】
１    商用電源
２    エアコンの室内機
３    エアコンの室外機
４    コンバータ（変換手段）
５    インバータ（駆動手段）
６    圧縮機
７    室外制御装置（制御手段）
８    深夜電力の電源
９    充電コンバータ（充電手段）
１０  蓄電池
１１  放電コンバータ（放電手段）
【図１】
0003556109.tif 000002
【図２】
0003556109.tif 000003
【図３】
0003556109.tif 000004
【図４】
0003556109.tif 000005
【図５】
0003556109.tif 000006