JP2021002970A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態1のシステム(1)の構成を例示する。このシステム(1)は、交流電源(2)から供給された電力を受けるシステムである。この例では、交流電源(2)は、三相交流電源であり、R相とS相とT相とを有する。また、システム(1)は、空気調和機(10)と、分電盤(3)と、負荷器(20)と、状態検出部(31)とを備える。例えば、このシステム(1)は、工場、ビル、マンション、戸建て住宅などの建物(図示を省略)内に設けられる。
分電盤(3)は、交流電源(2)と、システム(1)に設けられる複数の機器(この例では空気調和機(10)と負荷器(20))とに接続される。そして、分電盤(3)は、交流電源(2)から供給された電力を受け、その電力をシステム(1)に設けられる複数の機器に供給する。具体的には、分電盤(3)には、複数のブレーカ(図示を省略)が設けられ、交流電源(2)からの電力が複数のブレーカを経由して分電盤(3)に接続される複数の機器にそれぞれ供給される。この例では、分電盤(3)に設けられた複数のブレーカのうち、1つのブレーカが空気調和機(10)に接続され、別の1つのブレーカが負荷器(20)に接続される。
負荷器(20)は、空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器である。この例では、負荷器(20)は、分電盤(3)を経由して交流電源(2)と電気的に接続され、交流電源(2)から分電盤(3)を経由して供給された電力を受けて動作する。なお、負荷器(20)の例としては、建物に設けられたエレベータ,エスカレータ,ファン,ポンプ,換気装置,三相交流電力で駆動する照明器具,空気調和機(10)とは別の空気調和機(例えば後述する調整装置(50)を有さない空気調和機)などが挙げられる。
状態検出部(31)は、負荷器(20)(空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器)の運転状態を検出する。状態検出部(31)の検出結果は、後述する制御部(80)に送信される。状態検出部(31)は、負荷器(20)の運転状態に関する情報が入力される入力部(30)の一例である。なお、負荷器(20)の運転状態に関する情報は、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値(以下「目標皮相電力」と記載)に応じた情報の一例である。これらの情報については、後で詳しく説明する。
空気調和機(10)は、建物内の空調対象空間(例えば室内空間)の空気調和を行う。空気調和機(10)は、交流電源(2)に接続される。この例では、空気調和機(10)は、分電盤(3)を経由して交流電源(2)と電気的に接続され、交流電源(2)から分電盤(3)を経由して供給された電力を受けて動作する。具体的には、空気調和機(10)は、冷媒回路(図示を省略)と、電力変換装置(40)と、調整装置(50)とを備える。
冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機や、冷媒と空気とを熱交換させる熱交換器などを有し、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う。圧縮機には、圧縮機構を駆動させる電動機が設けられる。電動機に電力が供給されると、電動機が駆動し、電動機が駆動すると、圧縮機が駆動して冷媒回路が冷凍サイクルを行う。これにより、空気調和が行われる。
電力変換装置(40)は、交流電源(2)に接続される。この例では、電力変換装置(40)は、受電経路(P40)により分電盤(3)と接続される。例えば、受電経路(P40)は、電力ケーブルにより構成される。このような構成により、電力変換装置(40)は、受電経路(P40)と分電盤(3)とを経由して交流電源(2)と電気的に接続され、交流電源(2)から分電盤(3)と受電経路(P40)とを経由して供給された電力を受けて動作する。具体的には、電力変換装置(40)は、交流電源(2)から供給された電力を所望の電圧および周波数を有する出力電力に変換し、その出力電力を冷媒回路の圧縮機に設けられた電動機に供給する。例えば、電力変換装置(40)は、交流電力を直流電力に変換するコンバータや、スイッチング動作により力流電力を交流電力に変換するインバータなどを有する。
調整装置(50)は、空気調和機(10)の電源入力端における皮相電力を調整する。これにより、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力が調整され、交流電源(2)の力率(以下「電源力率」と記載)が調整される。この例では、調整装置(50)は、空気調和機(10)に組み込まれている。そして、空気調和機(10)が駆動状態である場合に、調整装置(50)が駆動状態となり、空気調和機(10)が停止状態である場合に、調整装置(50)が停止状態となる。また、この例では、調整装置(50)は、調整部(60)と、冷却器(65)と、第1電流検出器(71)と、第2電流検出器(72)と、電圧検出器(73)と、制御部(80)とを有する。
調整部(60)は、空気調和機(10)の電源入力端における皮相電力を調整する。この例では、調整部(60)は、空気調和機(10)の電源入力端の一例である受電経路(P40)の中途部に接続され、受電経路(P40)における皮相電力を調整する。
冷却器(65)は、アクティブフィルタ(61)を冷却する。冷却器(65)は、アクティブフィルタ(61)の冷却を行う駆動状態と、アクティブフィルタ(61)の冷却を行わない停止状態とに切り換えられる。そして、冷却器(65)の動作は、制御部(80)により制御される。この例では、冷却器(65)は、空気調和機(10)の駆動中に駆動状態となり、空気調和機(10)の停止中に停止状態となる。例えば、冷却器(65)は、制御部(80)により駆動と停止を切り換え可能なファンである。このファンは、アクティブフィルタ(61)の冷却のために専ら使用される専用ファンであってもよいし、アクティブフィルタ(61)ではない他の構成部品(例えば冷媒回路の熱交換器)に空気を搬送する搬送ファンであってもよい。例えば、アクティブフィルタ(61)は、搬送ファンにより生成される空気の搬送経路に配置されてもよい。
第1電流検出器(71)は、空気調和機(10)に入力される電流(Ir1,Is1,It1)を検出する。この例では、第1電流検出器(71)は、第1電流センサ(71r)と、第2電流センサ(71t)とを有する。第1電流センサ(71r)と第2電流センサ(71t)は、空気調和機(10)に入力される三相の電流(Ir1,Is1,It1)のうちR相の電流(Ir1)とT相の電流(It1)をそれぞれ検出する。第1電流検出器(71)の検出結果は、制御部(80)に送信される。例えば、第1電流検出器(71)は、カレントトランスであってもよい。
第2電流検出器(72)は、調整装置(50)に入力される電流(Ir1a,Is1a,It1a)を検出する。この例では、第2電流検出器(72)は、第3電流センサ(72r)と、第4電流センサ(72t)とを有する。第3電流センサ(72r)と第4電流センサ(72t)は、調整装置(50)に入力される三相の電流(Ir1a,Is1a,It1a)のうちR相の電流(Ir1a)とT相の電流(It1a)をそれぞれ検出する。第2電流検出器(72)の検出結果は、制御部(80)に送信される。例えば、第2電流検出器(72)は、カレントトランスであってもよい。
電圧検出器(73)は、交流電源(2)の電圧である電源電圧(Vrs)を検出する。電圧検出器(73)の検出結果は、制御部(80)に送信される。
制御部(80)は、目標皮相電力に応じた情報に基づいて、調整部(60)を制御する。具体的には、制御部(80)は、電源力率が予め定められた目標力率(例えば1)となるように、調整部(60)を制御する。例えば、制御部(80)は、プロセッサと、プロセッサを動作させるためのプログラムやデータを記憶するメモリとにより構成される。
ここで、負荷器(20)の運転状態と電源力率との関係について説明する。負荷器(20)の運転状態毎に、その運転状態において負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形が概ね決まっている。したがって、負荷器(20)の運転状態から、負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形を推定することができる。また、負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形から、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量を推定することができる。
この例では、制御部(80)は、電源力率が目標力率となるように、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量に応じて、目標皮相電力を決定する。例えば、目標力率が“1”であり、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量が“−0.3(遅れ力率)”である場合、空気調和機(10)の動作に起因する電源力率の変動量が“+0.3(進み力率)”となるように目標皮相電力が決定される。そして、制御部(80)は、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力が目標皮相電力となるように、調整部(60)を制御する。このように、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力を制御することにより、空気調和機(10)の動作に起因する電源力率の変動量を制御することができ、電源力率を目標力率に近づけることができる。
図3に示すように、制御部(80)は、位相検出部(81)と、負荷電流推定部(82)と、第1電流演算部(83)と、第2電流演算部(84)と、減算部(85)と、電流指令演算部(86)と、ゲートパルス発生器(87)とを有する。
次に、本開示の比較例である特許文献1(特許第6299831号)の装置について説明する。特許文献1の装置では、第2検出部が交流電源と分電盤との間に配置され、制御器が空気調和機の内部に配置されているので、第2検出部から制御器までの距離が長くなっている。そのため、第2検出部と制御器との配線を長くしなければならないので、第2検出部と制御器との配線に要する費用(例えば工事費用)を削減することが困難である。また、第2検出部の電流容量を大きくしなければならないので、第2検出部の製造に要する費用を削減することが困難である。このように、第2検出部と制御器との配線に要する費用や第2検出部の製造に要する費用などを含む初期費用を削減することが困難である。
以上のように、実施形態1の空気調和機(10)は、交流電源(2)に接続される空気調和機(10)であって、空気調和機(10)の電源入力端における皮相電力を調整する調整部(60)と、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報に基づいて調整部(60)を制御する制御部(80)とを備える。
また、実施形態1の空気調和機(10)では、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報は、空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態に関する情報である。空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態に関する情報は、入力部(30)に入力される。制御部(80)は、入力部(30)に入力される情報に基づいて調整部(60)を制御する。
また、実施形態1の空気調和機(10)では、入力部(30)は、空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態を検出する状態検出部(31)を含む。制御部(80)は、状態検出部(31)の検出結果に基づいて調整部(60)を制御する。
図4は、実施形態2のシステム(1)の構成を例示する。この実施形態2のシステム(1)は、状態検出部(31)と制御部(80)の動作が実施形態1のシステム(1)と異なる。実施形態2のシステム(1)のその他の構成は、実施形態1のシステム(1)の構成と同様である。
実施形態2では、状態検出部(31)は、負荷器(20)の運転状態と空気調和機(10)の運転状態とを検出する。言い換えると、実施形態2の状態検出部(31)は、負荷器(20)の運転状態に関する情報と空気調和機(10)の運転状態に関する情報とが入力される入力部(30)の一例である。例えば、状態検出部(31)は、ビルの中央監視室に設けられる中央監視装置である。この中央監視装置は、ビルに設けられた複数の機器の運動状態を管理する。
実施形態1と同様に、実施形態2において、制御部(80)は、目標皮相電力(空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値)に応じた情報に基づいて、調整部(60)を制御する。具体的には、制御部(80)は、電源力率(交流電源(2)の力率)が目標力率(例えば1)となるように、調整部(60)を制御する。
以上のように、実施形態2の空気調和機(10)では、実施形態1の空気調和機(10)と同様の効果を得ることができる。例えば、分電盤(3)の電源側に電流センサを設ける必要がないので、このような電流センサを設ける場合よりも、配線に要する費用や電流センサの製造に要する費用などの費用(例えば初期費用)を低減することができる。
また、実施形態2の空気調和機(10)では、制御部(80)は、空気調和機(10)の停止中であっても、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報に基づいて調整部(60)を制御する。
図5は、実施形態3のシステム(1)の構成を例示する。この実施形態3のシステム(1)は、図1に示した状態検出部(31)に代えて、設定部(32)を備える。また、実施形態3のシステム(1)は、制御部(80)の動作が実施形態1のシステム(1)と異なる。実施形態3のシステム(1)のその他の構成は、実施形態1のシステム(1)と同様である。
設定部(32)は、負荷器(20)の種類および有無のうち少なくとも一方が設定される。具体的には、設定部(32)は、複数のスイッチを有し、これらの複数のスイッチのオンオフにより負荷器(20)の種類および有無のうち少なくとも一方が設定される。例えば、設定部(32)の複数のスイッチに対してそれぞれ異なる負荷器(20)の種類が対応付けられる。そして、設定部(32)の複数のスイッチの1つをオン状態からオフ状態にすると、そのスイッチに割り当てられた種類の負荷器(20)がシステム(1)に設けられていることが設定部(32)に設定される。一方、設定部(32)の複数のスイッチの1つをオフ状態からオン状態にすると、そのスイッチに割り当てられた種類の負荷器(20)がシステム(1)に設けられていないことが設定部(32)に設定される。例えば、設定部(32)は、ディップスイッチ(Dual In-line PackageSwitch)である。
実施形態1と同様に、実施形態3において、制御部(80)は、目標皮相電力(空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値)に応じた情報に基づいて、調整部(60)を制御する。具体的には、制御部(80)は、電源力率(交流電源(2)の力率)が目標力率(例えば1)となるように、調整部(60)を制御する。
ここで、負荷器(20)の種類および有無と電源力率との関係について説明する。特定の負荷器(20)(例えばエレベータ)では、その負荷器(20)が駆動する時間帯と駆動中の負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形とが概ね決まっている。したがって、システム(1)に設けられる負荷器(20)の種類および有無の少なくとも一方から、負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形を推定することができる。また、負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形から、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量を推定することができる。そして、空気調和機(10)の動作に起因する電源力率の変動量と、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量との合計は、交流電源(2)の力率の変動量に相当する。
実施形態3では、実施形態1と同様に、制御部(80)は、電源力率が目標力率となるように、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量に応じて、目標皮相電力を決定する。そして、制御部(80)は、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力が目標皮相電力となるように、調整部(60)を制御する。
以上のように、実施形態3の空気調和機(10)では、実施形態1の空気調和機(10)と同様の効果を得ることができる。例えば、分電盤(3)の電源側に電流センサを設ける必要がないので、このような電流センサを設ける場合よりも、配線に要する費用や電流センサの製造に要する費用などの費用(例えば初期費用)を低減することができる。
また、実施形態3の空気調和機(10)では、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報は、空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態に関する情報である。空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態に関する情報は、入力部(30)に入力される。入力部(30)は、空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の種類および有無のうち少なくとも一方が設定される設定部(32)を含む。制御部(80)は、設定部(32)の設定に基づいて調整部(60)を制御する。
図6は、実施形態4のシステム(1)の構成を例示する。この実施形態4のシステム(1)は、分電盤(3)と、複数(この例では2つ)の空気調和機(10)と、負荷器(20)と、設定部(32)とを備える。実施形態4の分電盤(3)と負荷器(20)と設定部(32)の構成は、実施形態3の分電盤(3)と負荷器(20)と設定部(32)の構成と同様である。実施形態4の複数の空気調和機(10)の各々の構成は、実施形態3の空気調和機(10)の構成と同様である。なお、実施形態4では、設定部(32)は、複数の空気調和機(10)に兼用される。また、実施形態4では、設定部(32)は、調整装置(50)の外部に設けられる。言い換えると、設定部(32)は、空気調和機(10)の外部に設けられる。
以上のように、実施形態4の空気調和機(10)では、実施形態3の空気調和機(10)と同様の効果を得ることができる。例えば、分電盤(3)の電源側に電流センサを設ける必要がないので、このような電流センサを設ける場合よりも、配線に要する費用や電流センサの製造に要する費用などの費用(例えば初期費用)を低減することができる。
また、実施形態4のシステム(1)では、設定部(32)は、複数の空気調和機(10)に兼用される。
なお、以上の説明では、調整部(60)がアクティブフィルタ(61)である場合を例に挙げたが、これに限定されない。
また、以上の説明では、目標皮相電力(空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値)に応じた情報の一例として負荷器(20)(空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器)の運転状態に関する情報を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、目標皮相電力に応じた情報は、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値を示す皮相電力指令であってもよい。
なお、制御部(80)は、負荷器(20)の運転状態に基づいて、負荷器(20)の動作に起因する電源力率(交流電源(2)の力率)の変動量を推定し、電源力率が目標力率となるように、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量に応じて、目標補償電流(調整装置(50)に入力される電流(Ir1a,Is1a,It1a)の目標値)を決定するように構成されてもよい。
また、以上の説明において、空気調和機(10)の停止中に駆動するアクティブフィルタ(61)のキャリア周波数は、空気調和機(10)の駆動中に駆動するアクティブフィルタ(61)のキャリア周波数よりも低くてもよい。
また、以上の説明において、アクティブフィルタ(61)には、アクティブフィルタ(61)を構成する部品の温度を検出する温度センサ(図示を省略)が設けられてもよい。この温度センサの検出結果は、制御部(80)に送信される。そして、制御部(80)は、アクティブフィルタ(61)を構成する部品の温度に応じて、アクティブフィルタ(61)のキャリア周波数を変更してもよい。
また、以上の説明において、アクティブフィルタ(61)には、アクティブフィルタ(61)に含まれるリアクトル(61b)およびスイッチング素子(61c)の各々の温度を検出する温度センサ(図示を省略)が設けられてもよい。この温度センサの検出結果は、制御部(80)に送信される。そして、制御部(80)は、アクティブフィルタ(61)に含まれるリアクトル(61b)およびスイッチング素子(61c)の各々の温度に応じて、アクティブフィルタ(61)のキャリア周波数を変更してもよい。
また、以上の説明において、制御部(80)は、空気調和機(10)の停止中にアクティブフィルタ(61)が駆動する場合に、冷却器(65)を駆動させてもよい。
また、以上の説明において、アクティブフィルタ(61)は、ワイドギャップ半導体を用いて構成されてもよい。例えば、アクティブフィルタ(61)に含まれるスイッチング素子は、ワイドギャップ半導体の一例であるシリコンカーバイト,酸化ガリウム,ダイヤモンドのいずれかを用いて構成されてもよい。
また、以上の説明において、制御部(80)は、力率割引が実施される時間帯(例えば8時から22時までの時間帯)を含む14時間以上の期間において調整部(60)が連続的に駆動するように、調整部(60)を制御してもよい。
なお、システム(1)において行われるデータ(または信号)の送受信の方式は、有線方式であってもよいし、無線方式であってもよい。具体的には、各種センサ(例えば第1電流検出器(71)や第2電流検出器(72)など)と制御部(80)との間のデータの送受信、入力部(30)(状態検出部(31)または設定部(32))と制御部(80)との間の信号の送受信などは、有線方式であってもよいし、無線方式であってもよい。なお、このようなデータ(または信号)の送受信の方式を無線方式とすることにより、配線を削除することができる。
2 交流電源
3 分電盤
10 空気調和機
20 負荷器(交流電源に接続される機器)
30 入力部
31 状態検出部
32 設定部
40 電力変換装置
50 調整装置
60 調整部
65 冷却器
80 制御部
図1は、実施形態1のシステム(1)の構成を例示する。このシステム(1)は、交流電源(2)から供給された電力を受けるシステムである。この例では、交流電源(2)は、三相交流電源であり、R相とS相とT相とを有する。また、システム(1)は、空気調和機(10)と、分電盤(3)と、負荷器(20)と、状態検出部(31)とを備える。例えば、このシステム(1)は、工場、ビル、マンション、戸建て住宅などの建物(図示を省略)内に設けられる。
分電盤(3)は、交流電源(2)と、システム(1)に設けられる複数の機器(この例では空気調和機(10)と負荷器(20))とに接続される。そして、分電盤(3)は、交流電源(2)から供給された電力を受け、その電力をシステム(1)に設けられる複数の機器に供給する。具体的には、分電盤(3)には、複数のブレーカ(図示を省略)が設けられ、交流電源(2)からの電力が複数のブレーカを経由して分電盤(3)に接続される複数の機器にそれぞれ供給される。この例では、分電盤(3)に設けられた複数のブレーカのうち、1つのブレーカが空気調和機(10)に接続され、別の1つのブレーカが負荷器(20)に接続される。
負荷器(20)は、空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器である。この例では、負荷器(20)は、分電盤(3)を経由して交流電源(2)と電気的に接続され、交流電源(2)から分電盤(3)を経由して供給された電力を受けて動作する。なお、負荷器(20)の例としては、建物に設けられたエレベータ,エスカレータ,ファン,ポンプ,換気装置,三相交流電力で駆動する照明器具,空気調和機(10)とは別の空気調和機(例えば後述する調整装置(50)を有さない空気調和機)などが挙げられる。
状態検出部(31)は、負荷器(20)(空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器)の運転状態を検出する。状態検出部(31)の検出結果は、後述する制御部(80)に送信される。状態検出部(31)は、負荷器(20)の運転状態に関する情報が入力される入力部(30)の一例である。なお、負荷器(20)の運転状態に関する情報は、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値(以下「目標皮相電力」と記載)に応じた情報の一例である。これらの情報については、後で詳しく説明する。
空気調和機(10)は、建物内の空調対象空間(例えば室内空間)の空気調和を行う。空気調和機(10)は、交流電源(2)に接続される。この例では、空気調和機(10)は、分電盤(3)を経由して交流電源(2)と電気的に接続され、交流電源(2)から分電盤(3)を経由して供給された電力を受けて動作する。具体的には、空気調和機(10)は、冷媒回路(図示を省略)と、電力変換装置(40)と、調整装置(50)とを備える。
冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機や、冷媒と空気とを熱交換させる熱交換器などを有し、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う。圧縮機には、圧縮機構を駆動させる電動機が設けられる。電動機に電力が供給されると、電動機が駆動し、電動機が駆動すると、圧縮機が駆動して冷媒回路が冷凍サイクルを行う。これにより、空気調和が行われる。
電力変換装置(40)は、交流電源(2)に接続される。この例では、電力変換装置(40)は、受電経路(P40)により分電盤(3)と接続される。例えば、受電経路(P40)は、電力ケーブルにより構成される。このような構成により、電力変換装置(40)は、受電経路(P40)と分電盤(3)とを経由して交流電源(2)と電気的に接続され、交流電源(2)から分電盤(3)と受電経路(P40)とを経由して供給された電力を受けて動作する。具体的には、電力変換装置(40)は、交流電源(2)から供給された電力を所望の電圧および周波数を有する出力電力に変換し、その出力電力を冷媒回路の圧縮機に設けられた電動機に供給する。例えば、電力変換装置(40)は、交流電力を直流電力に変換するコンバータや、スイッチング動作により力流電力を交流電力に変換するインバータなどを有する。
調整装置(50)は、空気調和機(10)の電源入力端における皮相電力を調整する。これにより、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力が調整され、交流電源(2)の力率(以下「電源力率」と記載)が調整される。この例では、調整装置(50)は、空気調和機(10)に組み込まれている。そして、空気調和機(10)が駆動状態である場合に、調整装置(50)が駆動状態となり、空気調和機(10)が停止状態である場合に、調整装置(50)が停止状態となる。また、この例では、調整装置(50)は、調整部(60)と、冷却器(65)と、第1電流検出器(71)と、第2電流検出器(72)と、電圧検出器(73)と、制御部(80)とを有する。
調整部(60)は、空気調和機(10)の電源入力端における皮相電力を調整する。この例では、調整部(60)は、空気調和機(10)の電源入力端の一例である受電経路(P40)の中途部に接続され、受電経路(P40)における皮相電力を調整する。
冷却器(65)は、アクティブフィルタ(61)を冷却する。冷却器(65)は、アクティブフィルタ(61)の冷却を行う駆動状態と、アクティブフィルタ(61)の冷却を行わない停止状態とに切り換えられる。そして、冷却器(65)の動作は、制御部(80)により制御される。この例では、冷却器(65)は、空気調和機(10)の駆動中に駆動状態となり、空気調和機(10)の停止中に停止状態となる。例えば、冷却器(65)は、制御部(80)により駆動と停止を切り換え可能なファンである。このファンは、アクティブフィルタ(61)の冷却のために専ら使用される専用ファンであってもよいし、アクティブフィルタ(61)ではない他の構成部品(例えば冷媒回路の熱交換器)に空気を搬送する搬送ファンであってもよい。例えば、アクティブフィルタ(61)は、搬送ファンにより生成される空気の搬送経路に配置されてもよい。
第1電流検出器(71)は、空気調和機(10)に入力される電流(Ir1,Is1,It1)を検出する。この例では、第1電流検出器(71)は、第1電流センサ(71r)と、第2電流センサ(71t)とを有する。第1電流センサ(71r)と第2電流センサ(71t)は、空気調和機(10)に入力される三相の電流(Ir1,Is1,It1)のうちR相の電流(Ir1)とT相の電流(It1)をそれぞれ検出する。第1電流検出器(71)の検出結果は、制御部(80)に送信される。例えば、第1電流検出器(71)は、カレントトランスであってもよい。
第2電流検出器(72)は、調整装置(50)に入力される電流(Ir1a,Is1a,It1a)を検出する。この例では、第2電流検出器(72)は、第3電流センサ(72r)と、第4電流センサ(72t)とを有する。第3電流センサ(72r)と第4電流センサ(72t)は、調整装置(50)に入力される三相の電流(Ir1a,Is1a,It1a)のうちR相の電流(Ir1a)とT相の電流(It1a)をそれぞれ検出する。第2電流検出器(72)の検出結果は、制御部(80)に送信される。例えば、第2電流検出器(72)は、カレントトランスであってもよい。
電圧検出器(73)は、交流電源(2)の電圧である電源電圧(Vrs)を検出する。電圧検出器(73)の検出結果は、制御部(80)に送信される。
制御部(80)は、目標皮相電力に応じた情報に基づいて、調整部(60)を制御する。具体的には、制御部(80)は、電源力率が予め定められた目標力率(例えば1)となるように、調整部(60)を制御する。例えば、制御部(80)は、プロセッサと、プロセッサを動作させるためのプログラムやデータを記憶するメモリとにより構成される。
ここで、負荷器(20)の運転状態と電源力率との関係について説明する。負荷器(20)の運転状態毎に、その運転状態において負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形が概ね決まっている。したがって、負荷器(20)の運転状態から、負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形を推定することができる。また、負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形から、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量を推定することができる。
この例では、制御部(80)は、電源力率が目標力率となるように、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量に応じて、目標皮相電力を決定する。例えば、目標力率が“1”であり、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量が“−0.3(遅れ力率)”である場合、空気調和機(10)の動作に起因する電源力率の変動量が“+0.3(進み力率)”となるように目標皮相電力が決定される。そして、制御部(80)は、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力が目標皮相電力となるように、調整部(60)を制御する。このように、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力を制御することにより、空気調和機(10)の動作に起因する電源力率の変動量を制御することができ、電源力率を目標力率に近づけることができる。
図3に示すように、制御部(80)は、位相検出部(81)と、負荷電流推定部(82)と、第1電流演算部(83)と、第2電流演算部(84)と、減算部(85)と、電流指令演算部(86)と、ゲートパルス発生器(87)とを有する。
次に、本開示の比較例である特許文献1(特許第6299831号)の装置について説明する。特許文献1の装置では、第2検出部が交流電源と分電盤との間に配置され、制御器が空気調和機の内部に配置されているので、第2検出部から制御器までの距離が長くなっている。そのため、第2検出部と制御器との配線を長くしなければならないので、第2検出部と制御器との配線に要する費用(例えば工事費用)を削減することが困難である。また、第2検出部の電流容量を大きくしなければならないので、第2検出部の製造に要する費用を削減することが困難である。このように、第2検出部と制御器との配線に要する費用や第2検出部の製造に要する費用などを含む初期費用を削減することが困難である。
以上のように、実施形態1の空気調和機(10)は、交流電源(2)に接続される空気調和機(10)であって、空気調和機(10)の電源入力端における皮相電力を調整する調整部(60)と、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報に基づいて調整部(60)を制御する制御部(80)とを備える。
また、実施形態1の空気調和機(10)では、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報は、空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態に関する情報である。空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態に関する情報は、入力部(30)に入力される。制御部(80)は、入力部(30)に入力される情報に基づいて調整部(60)を制御する。
また、実施形態1の空気調和機(10)では、入力部(30)は、空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態を検出する状態検出部(31)を含む。制御部(80)は、状態検出部(31)の検出結果に基づいて調整部(60)を制御する。
図4は、実施形態2のシステム(1)の構成を例示する。この実施形態2のシステム(1)は、状態検出部(31)と制御部(80)の動作が実施形態1のシステム(1)と異なる。実施形態2のシステム(1)のその他の構成は、実施形態1のシステム(1)の構成と同様である。
実施形態2では、状態検出部(31)は、負荷器(20)の運転状態と空気調和機(10)の運転状態とを検出する。言い換えると、実施形態2の状態検出部(31)は、負荷器(20)の運転状態に関する情報と空気調和機(10)の運転状態に関する情報とが入力される入力部(30)の一例である。例えば、状態検出部(31)は、ビルの中央監視室に設けられる中央監視装置である。この中央監視装置は、ビルに設けられた複数の機器の運動状態を管理する。
実施形態1と同様に、実施形態2において、制御部(80)は、目標皮相電力(空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値)に応じた情報に基づいて、調整部(60)を制御する。具体的には、制御部(80)は、電源力率(交流電源(2)の力率)が目標力率(例えば1)となるように、調整部(60)を制御する。
以上のように、実施形態2の空気調和機(10)では、実施形態1の空気調和機(10)と同様の効果を得ることができる。例えば、分電盤(3)の電源側に電流センサを設ける必要がないので、このような電流センサを設ける場合よりも、配線に要する費用や電流センサの製造に要する費用などの費用(例えば初期費用)を低減することができる。
また、実施形態2の空気調和機(10)では、制御部(80)は、空気調和機(10)の停止中であっても、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報に基づいて調整部(60)を制御する。
図5は、実施形態3のシステム(1)の構成を例示する。この実施形態3のシステム(1)は、図1に示した状態検出部(31)に代えて、設定部(32)を備える。また、実施形態3のシステム(1)は、制御部(80)の動作が実施形態1のシステム(1)と異なる。実施形態3のシステム(1)のその他の構成は、実施形態1のシステム(1)と同様である。
設定部(32)は、負荷器(20)の種類および有無のうち少なくとも一方が設定される。具体的には、設定部(32)は、複数のスイッチを有し、これらの複数のスイッチのオンオフにより負荷器(20)の種類および有無のうち少なくとも一方が設定される。例えば、設定部(32)の複数のスイッチに対してそれぞれ異なる負荷器(20)の種類が対応付けられる。そして、設定部(32)の複数のスイッチの1つをオン状態からオフ状態にすると、そのスイッチに割り当てられた種類の負荷器(20)がシステム(1)に設けられていることが設定部(32)に設定される。一方、設定部(32)の複数のスイッチの1つをオフ状態からオン状態にすると、そのスイッチに割り当てられた種類の負荷器(20)がシステム(1)に設けられていないことが設定部(32)に設定される。例えば、設定部(32)は、ディップスイッチ(Dual In-line PackageSwitch)である。
実施形態1と同様に、実施形態3において、制御部(80)は、目標皮相電力(空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値)に応じた情報に基づいて、調整部(60)を制御する。具体的には、制御部(80)は、電源力率(交流電源(2)の力率)が目標力率(例えば1)となるように、調整部(60)を制御する。
ここで、負荷器(20)の種類および有無と電源力率との関係について説明する。特定の負荷器(20)(例えばエレベータ)では、その負荷器(20)が駆動する時間帯と駆動中の負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形とが概ね決まっている。したがって、システム(1)に設けられる負荷器(20)の種類および有無の少なくとも一方から、負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形を推定することができる。また、負荷器(20)に入力される電流(Ir2,Is2,It2)の波形から、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量を推定することができる。そして、空気調和機(10)の動作に起因する電源力率の変動量と、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量との合計は、交流電源(2)の力率の変動量に相当する。
実施形態3では、実施形態1と同様に、制御部(80)は、電源力率が目標力率となるように、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量に応じて、目標皮相電力を決定する。そして、制御部(80)は、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力が目標皮相電力となるように、調整部(60)を制御する。
以上のように、実施形態3の空気調和機(10)では、実施形態1の空気調和機(10)と同様の効果を得ることができる。例えば、分電盤(3)の電源側に電流センサを設ける必要がないので、このような電流センサを設ける場合よりも、配線に要する費用や電流センサの製造に要する費用などの費用(例えば初期費用)を低減することができる。
また、実施形態3の空気調和機(10)では、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報は、空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態に関する情報である。空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態に関する情報は、入力部(30)に入力される。入力部(30)は、空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器(20)の種類および有無のうち少なくとも一方が設定される設定部(32)を含む。制御部(80)は、設定部(32)の設定に基づいて調整部(60)を制御する。
図6は、実施形態4のシステム(1)の構成を例示する。この実施形態4のシステム(1)は、分電盤(3)と、複数(この例では2つ)の空気調和機(10)と、負荷器(20)と、設定部(32)とを備える。実施形態4の分電盤(3)と負荷器(20)と設定部(32)の構成は、実施形態3の分電盤(3)と負荷器(20)と設定部(32)の構成と同様である。実施形態4の複数の空気調和機(10)の各々の構成は、実施形態3の空気調和機(10)の構成と同様である。なお、実施形態4では、設定部(32)は、複数の空気調和機(10)に兼用される。また、実施形態4では、設定部(32)は、調整装置(50)の外部に設けられる。言い換えると、設定部(32)は、空気調和機(10)の外部に設けられる。
以上のように、実施形態4の空気調和機(10)では、実施形態3の空気調和機(10)と同様の効果を得ることができる。例えば、分電盤(3)の電源側に電流センサを設ける必要がないので、このような電流センサを設ける場合よりも、配線に要する費用や電流センサの製造に要する費用などの費用(例えば初期費用)を低減することができる。
また、実施形態4のシステム(1)では、設定部(32)は、複数の空気調和機(10)に兼用される。
なお、以上の説明では、調整部(60)がアクティブフィルタ(61)である場合を例に挙げたが、これに限定されない。
また、以上の説明では、目標皮相電力(空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値)に応じた情報の一例として負荷器(20)(空気調和機(10)とともに交流電源(2)に接続される機器)の運転状態に関する情報を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、目標皮相電力に応じた情報は、空気調和機(10)から交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値を示す皮相電力指令であってもよい。
なお、制御部(80)は、負荷器(20)の運転状態に基づいて、負荷器(20)の動作に起因する電源力率(交流電源(2)の力率)の変動量を推定し、電源力率が目標力率となるように、負荷器(20)の動作に起因する電源力率の変動量に応じて、目標補償電流(調整装置(50)に入力される電流(Ir1a,Is1a,It1a)の目標値)を決定するように構成されてもよい。
また、以上の説明において、空気調和機(10)の停止中に駆動するアクティブフィルタ(61)のキャリア周波数は、空気調和機(10)の駆動中に駆動するアクティブフィルタ(61)のキャリア周波数よりも低くてもよい。
また、以上の説明において、アクティブフィルタ(61)には、アクティブフィルタ(61)を構成する部品の温度を検出する温度センサ(図示を省略)が設けられてもよい。この温度センサの検出結果は、制御部(80)に送信される。そして、制御部(80)は、アクティブフィルタ(61)を構成する部品の温度に応じて、アクティブフィルタ(61)のキャリア周波数を変更してもよい。
また、以上の説明において、アクティブフィルタ(61)には、アクティブフィルタ(61)に含まれるリアクトル(61b)およびスイッチング素子(61c)の各々の温度を検出する温度センサ(図示を省略)が設けられてもよい。この温度センサの検出結果は、制御部(80)に送信される。そして、制御部(80)は、アクティブフィルタ(61)に含まれるリアクトル(61b)およびスイッチング素子(61c)の各々の温度に応じて、アクティブフィルタ(61)のキャリア周波数を変更してもよい。
また、以上の説明において、制御部(80)は、空気調和機(10)の停止中にアクティブフィルタ(61)が駆動する場合に、冷却器(65)を駆動させてもよい。
また、以上の説明において、アクティブフィルタ(61)は、ワイドギャップ半導体を用いて構成されてもよい。例えば、アクティブフィルタ(61)に含まれるスイッチング素子は、ワイドギャップ半導体の一例であるシリコンカーバイト,酸化ガリウム,ダイヤモンドのいずれかを用いて構成されてもよい。
また、以上の説明において、制御部(80)は、力率割引が実施される時間帯(例えば8時から22時までの時間帯)を含む14時間以上の期間において調整部(60)が連続的に駆動するように、調整部(60)を制御してもよい。
なお、システム(1)において行われるデータ(または信号)の送受信の方式は、有線方式であってもよいし、無線方式であってもよい。具体的には、各種センサ(例えば第1電流検出器(71)や第2電流検出器(72)など)と制御部(80)との間のデータの送受信、入力部(30)(状態検出部(31)または設定部(32))と制御部(80)との間の信号の送受信などは、有線方式であってもよいし、無線方式であってもよい。なお、このようなデータ(または信号)の送受信の方式を無線方式とすることにより、配線を削除することができる。
2 交流電源
3 分電盤
10 空気調和機
20 負荷器(交流電源に接続される機器)
30 入力部
31 状態検出部
32 設定部
40 電力変換装置
50 調整装置
60 調整部
65 冷却器
80 制御部
Claims (13)
- 交流電源(2)に接続される空気調和機(10)であって、
前記空気調和機(10)の電源入力端における皮相電力を調整する調整部(60)と、
前記空気調和機(10)から前記交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報に基づいて前記調整部(60)を制御する制御部(80)とを備える
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1において、
前記調整部(60)は、前記交流電源(2)に接続されるアクティブフィルタ(61)、進相コンデンサ(62a)および該進相コンデンサ(62a)と前記交流電源(2)との接続を切り換えるコンデンサ切り換え機構(62b)、遅相リアクトル(63a)および該遅相リアクトル(63a)と前記交流電源(2)との接続を切り換えるリアクトル切り換え機構(63b)のうち少なくとも1つを含む
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1または2において、
前記空気調和機(10)から前記交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報は、前記空気調和機(10)とともに前記交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態に関する情報、または、前記空気調和機(10)から前記交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値を示す皮相電力指令である
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1または2において、
前記空気調和機(10)から前記交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報は、前記空気調和機(10)とともに前記交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態に関する情報であり、
前記空気調和機(10)とともに前記交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態に関する情報は、入力部(30)に入力され、
前記制御部(80)は、前記入力部(30)に入力される情報に基づいて前記調整部(60)を制御する
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項4において、
前記入力部(30)は、前記空気調和機(10)とともに前記交流電源(2)に接続される機器(20)の運転状態を検出する状態検出部(31)を含み、
前記制御部(80)は、前記状態検出部(31)の検出結果に基づいて前記調整部(60)を制御する
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項4において、
前記入力部(30)は、前記空気調和機(10)とともに前記交流電源(2)に接続される機器(20)の種類および有無のうち少なくとも一方が設定される設定部(32)を含み、
前記制御部(80)は、前記設定部(32)の設定に基づいて前記調整部(60)を制御する
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1〜6のいずれか1つにおいて、
前記制御部(80)は、前記空気調和機(10)の停止中であっても、前記空気調和機(10)から前記交流電源(2)に与えられる皮相電力の目標値に応じた情報に基づいて前記調整部(60)を制御する
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項7において、
前記調整部(60)は、前記交流電源(2)に接続されるアクティブフィルタ(61)を含み、
前記空気調和機(10)の停止中に駆動する前記アクティブフィルタ(61)のキャリア周波数は、前記空気調和機(10)の駆動中に駆動する前記アクティブフィルタ(61)のキャリア周波数よりも低い
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項7において、
冷却器(65)を備え、
前記調整部(60)は、前記交流電源(2)に接続されるアクティブフィルタ(61)を含み、
前記冷却器(65)は、前記アクティブフィルタ(61)を冷却し、
前記制御部(80)は、前記空気調和機(10)の停止中に前記アクティブフィルタ(61)が駆動する場合に、前記冷却器(65)を駆動させる
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1〜9のいずれか1つにおいて、
前記調整部(60)は、前記交流電源(2)に接続されるアクティブフィルタ(61)を含み、
前記制御部(80)は、前記アクティブフィルタ(61)を構成する部品の温度に応じて前記アクティブフィルタ(61)のキャリア周波数を変更する
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項10において、
前記アクティブフィルタ(61)は、リアクトル(61b)と、スイッチング素子(61c)とを含み、
前記制御部(80)は、前記アクティブフィルタ(61)に含まれる前記リアクトル(61b)および前記スイッチング素子(61c)の各々の温度に応じて前記アクティブフィルタ(61)のキャリア周波数を変更する
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1〜11のいずれか1つにおいて、
前記調整部(60)は、前記交流電源(2)に接続されるアクティブフィルタ(61)を含み、
前記アクティブフィルタ(61)は、ワイドギャップ半導体を用いて構成される
ことを特徴とする空気調和機。 - 請求項1〜12のいずれか1つにおいて、
前記制御部(80)は、力率割引が実施される時間帯を含む14時間以上の期間において前記調整部(60)が連続的に駆動するように、前記調整部(60)を制御する
ことを特徴とする空気調和機。
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