JP3595165B2 - Air conditioner using solar power - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電を利用する空気調和機すなわちソーラーエアコンにかかわり、現状でなかなか進まないソーラーエアコンの普及を図るための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、太陽電池により発電された電力を有効に利用するためのシステムが多く提案されている。太陽電池はクリーンなエネルギー源として最近特に注目を集めているが、太陽の照度による発電電力量の変動、太陽電池への太陽光の入射角度による発電量の変動等を踏まえた活用方法が大きな課題の一つとなっている。太陽光発電利用空気調和機においては、その特性が太陽光のエネルギーによって非常に大きく変動する(晴天時を100として雨天時には約10未満)。このことがソーラーエアコンの普及を阻害する一つの要因となっている。
【0003】
商用電源とともに太陽電池を駆動源とする従来の空気調和機の一例を図11(概略構成のブロック図)に示す。図11において、90は商用電源、91は太陽電池、92は整流器、93はインバータを含むDC−DCコンバータ、94は室内側制御回路、95は室内機、96は室外側制御回路、97は室外機、98は圧縮機、99は室外機におけるファンモータである。
【0004】
日射強度が所定値以上で太陽電池91による発電電力で空気調和機の全体の運転に必要な電力をまかなえるときには、商用電源90からの電力供給は遮断し、太陽電池91のみで運転を行う。日照が不足するときは、太陽電池91による発電電力と商用電源90の両方で、もしくは商用電源単独で運転する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の技術には次のような問題点がある。太陽電池からの供給電力で空気調和機を含めて太陽光発電システム全体の必要電力をまかなうようにすると、非常に大きな容量の太陽電池を必要とする。一例をあげると、約2kWの容量の太陽電池が必要であり、その面積は約8m2 と非常に大きく、その重量は約200kgと非常に重い。面積が大きいので、設置場所は建物の屋根に求めざるを得ない。重量が大きいことも重なって屋根での設置工事は非常に大掛かりなものとなってしまう。このようなことがソーラーエアコンの普及を阻害する大きな要因となっている。
【0006】
本発明は上記した課題の解決を図るべく創案したものであって、発想の転換を行い、ソーラーエアコンの普及を促進する上で有効な技術を提案するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかわる請求項1の太陽光発電利用空気調和機は、室外機の太陽電池設置面に、一部の負荷に待機用電力をまかなう程度の大きさを有する太陽電池を取り付け、運転状態では太陽電池を接続せず、運転停止時に一部の負荷に待機用電力として太陽電池からの電力を供給するようにしたものである。
【0008】
本発明にかかわる請求項2の太陽光発電利用空気調和機は、上記請求項1において、 室外機の太陽電池設置面が、当該室外機の天板上としたものであり、室外機の太陽電池設置面を小さくできるから、太陽電池パネルユニットを小型、軽量にでき、屋根に設置するより大掛かりな工事をしないで済む。
【0009】
本発明にかかわる請求項3の太陽光発電利用空気調和機は、上記請求項1または2において、太陽電池の発電電力を蓄積する充電池を備え、運転状態では太陽電池が発電した電力を前記充電池に蓄積し、運転停止時には前記太陽電池からの電力を優先して前記待機用電力として前記一部の負荷に供給し、前記太陽電池からの電力が充分供給されないときは、前記充電池からの電力を前記待機用電力として一部の負荷に供給されるよう切替える手段を備えたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかわる太陽光発電利用空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0013】
〔実施の形態1〕
実施の形態1にかかわる太陽光発電利用空気調和機(ソーラーエアコン)は、エアコンが停止して待機状態にあるときに太陽電池の発電電力によってエアコン待機電力をまかない、発電量が不足するときは充電池によってまかなうものである。図1は実施の形態1にかかわる太陽光発電利用空気調和機の電気的構成を示すブロック図である。図1において、符号の1は商用電源、2は交流電圧を整流するダイオードブリッジからなる整流器、3は整流電圧を直流化する平滑コンデンサ、4は平滑コンデンサ3から入力した電圧を運転に必要な電圧に変換するスイッチング電源、5は制御回路、100は被制御部、6は太陽電池、7は充電池制御回路、8は電圧制限回路、9は逆流防止ダイオード、10は制御回路5および被制御部100に対する電源として商用電源1と太陽電池6とを切り換える電源切換回路、11は切換信号線である。
【0014】
図2は図1における充電池制御回路7の回路構成を示す。図2において、21は逆流防止ダイオード、22は過充電防止回路、23はヒューズ、24は充電池、25は過放電防止回路である。
【0015】
次に、上記のように構成された実施の形態1の太陽光発電利用空気調和機(ソーラーエアコン)の動作を説明する。制御回路5においてエアコンを運転しているときは、制御回路5は切換信号線11を介して電源切換回路10にa側へ切り換えるように指示を与え、商用電源1から整流器2、平滑コンデンサ3、スイッチング電源4を介して得られた直流電力を電源切換回路10を介して制御回路5に入力し、さらに制御回路5から被制御部100へ供給する。このときの被制御部100は室外機および室内機のすべての部分である。その間、晴天時など日射強度が所定値以上のときは太陽電池6で発電された電力は制御回路5に供給されることはない。充電池制御回路7の動作を図3のフローチャートに示す。エアコンの運転中であって電源切換回路10で遮断されている場合には、充電池制御回路7において、太陽電池6から入力された直流電力は逆流防止ダイオード21、過充電防止回路22、ヒューズ23を介して充電池24に充電される。充電池24に対する充電が過剰になったときは、過充電防止回路22がオフ動作して回路を遮断し、太陽電池6からの充電池24に対する充電を停止し、過充電による充電池24の劣化を防止する。充電過剰状態が解消されたときには、過充電防止回路22がオン動作して回路をつなぎ、太陽電池6からの充電池24に対する充電を再開する。日射量が不足するなどして太陽電池6での起電力が不足した場合においては、充電池24から太陽電池6への逆流を逆流防止ダイオード21によって防止する。
【0016】
制御回路5においてエアコンの運転を停止してエアコンが待機状態になったときは、制御回路5は切換信号線11を介して電源切換回路10にb側へ切り換えるように指示を与え、制御回路5を商用電源1側から切り離すとともに、制御回路5を太陽電池6側に接続する状態に切り換える。このエアコンの待機状態において、晴天時など日射強度が所定値以上で太陽電池6で発電しているときには、その直流電力を逆流防止ダイオード21、過充電防止回路22、過放電防止回路25を経て電圧制限回路8に入力し、電圧制限回路8において所定の電圧範囲に制限された状態で逆流防止ダイオード9、電源切換回路10を介して制御回路5に入力し、さらに制御回路5から被制御部100へ供給する。このときの被制御部100としては、例えば圧縮機や熱交換用のファンモータがある。エアコンの待機状態において、夜間や雨天時など太陽電池6で発電が行われていないか発電量が不足する場合には、充電池24からの放電が行われ、ヒューズ23、過放電防止回路25、電圧制限回路8、逆流防止ダイオード9、電源切換回路10を介して制御回路5に入力し、さらに制御回路5から被制御部100へ供給する。充電池24からの放電が過剰になったときは、過放電防止回路25がオフ動作して回路を遮断し、充電池24からの放電を停止する。放電過剰状態が解消されたときには、過放電防止回路25がオン動作して回路をつなぎ、充電池24からの放電を再開する。なお、運転中の温度管理のために一時的に室外機200を停止する場合があるが、この場合も待機状態と同様に処理する。すなわち、運転停止状態とはこのような意味で広義のものである。
【0017】
以上のようにこの実施の形態1の太陽光発電利用空気調和機(ソーラーエアコン)においては、エアコンが停止して待機状態にあるときに、日射強度が所定値以上あって太陽電池6で充分に発電しているときには、その発電電力によってエアコン待機電力をまかなうものである。ただし、夜間や雨天時など太陽電池6で発電が行われていないか発電量が不足する場合には、充電池24によってエアコン待機電力をまかなう。エアコン待機電力は約20〜30Wと少なく、必要な太陽電池6の大きさは約0.3〜0.5m2 と充分に小さいものでよく、また充分に軽量である。したがって、コストの負担が少なくてすむとともに、設置スペース面でも設置場所でも有利になり、小さい面積の箇所でも容易に設置することができる。設置箇所が屋根に限定されないですむ。従来の大面積・大重量の太陽電池の場合には設置面積、設置場所、配線工事等の関係から取り付けが不可能であったマンション等の集合住宅においても、また、日照の方向や屋根の角度・強度等の関係から取り付けがむずかしかった戸建ての住宅においても、簡単に太陽電池を取り付けることができ、ソーラーエアコンシステムを構築できる。充分に小型・軽量の太陽電池6であるので、その設置工事も簡単であり、一般的なエアコンの配管・設置工事の延長として施工できて、工事費も安くなる。エアコン待機電力を商用電源1によってまかなうのではないから、省エネルギーを図ることができる。また、夜間や雨天時など太陽電池6で発電が行われていないか発電量が不足する場合には、あらかじめ充電しておいた充電池24の電力を利用することができ、エアコン待機電力の供給に支障をきたすことがない。以上により、ソーラーエアコンの一般家庭への普及を推し進める上で非常に有効となる。なお、実施の形態1の技術は論理的に矛盾しない限りにおいて他のどの実施の形態にも適用することができる。
【0018】
〔実施の形態2〕
太陽光発電利用空気調和機についての実施の形態2は太陽電池の設置にかかわるものである。図4は太陽電池の設置状況を説明するための外観図である。図4において、符号の200はソーラーエアコンの室外機、300は室内機、31は室内機300と室外機200とをつなぐ冷媒接続配管、32は室外機200における電装蓋、33は電装蓋32の内側で室外機200に設けられた端子板、34は端子板33から導出され冷媒接続配管31と同一経路を通って室内機300に結線された接続電源線である。太陽電池パネルユニット41の裏面に扁平な充電池ユニット42が一体的に取り付けられ、太陽光発電ユニット40を構成している。充電池ユニット42は太陽電池パネルユニット41で発電された電力を蓄積しておくためのものである。太陽光発電ユニット40には、図1に示す太陽電池6、充電池制御回路7、電圧制限回路8、逆流防止ダイオード9などが内蔵されている。太陽光発電ユニット40は耐候性・耐腐蝕性のある材質で構成されている。太陽電池パネルユニット41は接続ケーブル43を介して室外機200の端子板33に接続され、端子板33から室外機200の内部の圧縮機やファンモータに接続されているとともに、接続電源線34を介して室内機300にも接続されている。太陽光発電ユニット40は室外機200の天板上に配置され、取付板44等を介して室外機200に傾斜姿勢で取り付けられている。この太陽光発電ユニット40はエアコン停止時のエアコン待機電力をまかなうもので、太陽電池容量は約20〜30Wと小さく、面積も約0.3〜0.5m2 と充分に小さくまた軽量であるので、室外機200の上部に容易に取り付けることができるのである。室外機200の上方の空いた空間を太陽光発電ユニット40の取り付けスペースとして有効に利用している。同時に、太陽光発電ユニット40は室外機200の天板全面を覆い、太陽光線を良好に受光するように斜め姿勢となっており、発電を効果的に行えるように工夫してあるとともに、室外機200が直射日光によって異常に温度上昇するのを防止する日除けの役割も同時に果たしている。降雨や積雪からも保護する。太陽電池パネルユニット41によって発電された電力が室外機200の圧縮機やファンモータに供給され、また、接続電源線34を介して室内機300に供給され、エアコン停止時のエアコン待機電力として利用される。発電電力が不足するときは、充電池ユニット42の電力が供給される。
【0019】
上記の実施の形態では太陽電池パネルユニット41を室外機200に固定的に取り付けてあるが、太陽光線が太陽電池パネルユニット41の表面に対して垂直に入射するときにエネルギー変換効率が最大となることに鑑みて、室外機200上における太陽電池パネルユニット41の取り付け角度を調整可能に構成しておき、季節に応じて、あるいは地域に応じて、取り付け角度を調整するように構成することが望ましい。また、充電池ユニット42を太陽電池パネルユニット41の裏面に一体にしてあるが、これに代えて、充電池ユニット42を分離し、別の場所に設置するようにしてもよい。その他として、実施の形態1において述べたが本実施の形態2では述べていない任意の事項について、合理的判断のもと本実施の形態に適用し得る事項は、本実施の形態2にも該当するものとする。また、実施の形態2の技術は論理的に矛盾しない限りにおいて他のどの実施の形態にも適用することができる。
【0020】
〔実施の形態3〕
太陽光発電利用空気調和機についての実施の形態3も太陽電池の設置にかかわるものである。図5は太陽電池の設置状況を説明するための外観図である。実施の形態2の場合と同様に太陽電池パネルユニット41と充電池ユニット42とを一体化してなる太陽光発電ユニット40を建物の壁面52に取り付けてある。壁面52の適当な位置に壁掛けアングル51を取り付け、壁掛けアングル51のポール51aの上端部に太陽光発電ユニット40の裏面の部分を取り付けてある。太陽電池パネルユニット41はその表面が太陽に向くように斜め姿勢で設けてある。太陽光発電ユニット40から引き出された接続ケーブル43は壁面52を貫通させて室内機に接続されている。この場合、余分な経路をなくすことで電力の減衰を抑え、発電電力を効率良く利用できる。
【0021】
室外機200が建物の北側にあって日陰になっていたり、マンション等で天井吊り型に室外機200を取り付けてあって日射がない場合には、実施の形態2のように太陽光発電ユニット40を室外機200の上に設置する方式を採用することはできない。これに対して本実施の形態3の場合は、日射が良好な箇所の建物壁面を選んで太陽光発電ユニット40を取り付けてあるので、太陽光エネルギーを空気調和機に有効に利用することができる。前述したように、この太陽光発電ユニット40はエアコン停止時のエアコン待機電力をまかなうもので、太陽電池容量は約20〜30Wと小さく、面積も約0.3〜0.5m2 と充分に小さくまた軽量であるので、比較的簡単な壁掛けアングル51をもって建物壁面52に取り付けることができるのである。
【0022】
なお、実施の形態1,2において述べたが本実施の形態3では述べていない任意の事項について、合理的判断のもと本実施の形態に適用し得る事項は、本実施の形態3にも該当するものとする。また、実施の形態3の技術は論理的に矛盾しない限りにおいて他のどの実施の形態にも適用することができる。
【0023】
〔実施の形態4〕
太陽光発電利用空気調和機についての実施の形態4も太陽電池の設置にかかわるものである。図6は太陽電池の設置状況を説明するための外観図である。実施の形態2の場合と同様に太陽電池パネルユニット41と充電池ユニット42とを一体化してなる太陽光発電ユニット40を建物のベランダにおける手摺り54に取り付けてある。手摺り54の適当な位置に手摺り掛けアングル53を取り付け、手摺り掛けアングル53のポール53aの上端部に太陽光発電ユニット40の裏面の部分を取り付けてある。太陽電池パネルユニット41はその表面が太陽に向くように斜め姿勢で設けてある。太陽光発電ユニット40から引き出された接続ケーブル43は壁面52を貫通させて室内機に接続されている。
【0024】
実施の形態3の場合と同様に、日射が良好な箇所の手摺りに太陽光発電ユニット40を取り付けてあるので、太陽光エネルギーを空気調和機に有効に利用することができる。前述したように、この太陽光発電ユニット40はエアコン停止時のエアコン待機電力をまかなうもので、太陽電池容量は約20〜30Wと小さく、面積も約0.3〜0.5m2 と充分に小さくまた軽量であるので、比較的簡単な手摺り掛けアングル53をもって手摺り54に取り付けることができる。
【0025】
なお、実施の形態1〜3において述べたが本実施の形態4では述べていない任意の事項について、合理的判断のもと本実施の形態に適用し得る事項は、本実施の形態4にも該当するものとする。また、実施の形態4の技術は論理的に矛盾しない限りにおいて他のどの実施の形態にも適用することができる。
【0026】
〔実施の形態5〕
太陽光発電利用空気調和機についての実施の形態5は過充電防止回路を省略するためのものである。エアコン運転中に太陽光発電電力によって駆動される負荷の一例として室内機における換気ファンを取り上げる。図7は室内機300の概略を示す。建物壁64の内面に取り付けられた室内機300は、換気ファン62と、それを駆動するファンモータ61と、排気路63を備えている。建物壁64には排気路63に通じる排気口65が形成されている。エアコン運転中に図示しない太陽電池または太陽電池パネルユニットから供給された電力によりファンモータ61を駆動し、換気ファン62を回して、室内を換気する。その他の構成については、原則的に実施の形態1(図1、図2)と同様であるが、図2における充電池制御回路7では充電池24の劣化を防止するための過充電防止回路22が省略されている。
【0027】
本実施の形態5の場合の充電池制御回路7の動作を図8のフローチャートに従って説明する。エアコンの運転中にあって電源切換回路10で遮断されている場合には、充電池24における充電量がフル(full)つまり満充電になっていないときは、太陽電池6で発電された直流電力を逆流防止ダイオード9、ヒューズ23(過充電防止回路22はない)を介して充電池24に充電する。充電池24が満充電になっているとき、または満充電になるに至ったときは、日射強度が所定値以上で太陽電池6が発電中である場合には、太陽電池6で発電された直流電力を逆流防止ダイオード9、過放電防止回路25(過充電防止回路22はない)、電圧制限回路8、逆流防止ダイオード9および図示しない電源切換回路10以外の経路を介して室内機300の換気用ファンモータ61に供給し、換気ファン62を駆動して室内換気を行う。太陽電池6が発電していない条件では換気ファン62その他の負荷の駆動は行わず、待機状態となる。なお、実施の形態1の場合と同様に、制御回路5においてエアコンの運転を停止してエアコンが待機状態になったときは、制御回路5は切換信号線11を介して電源切換回路10にb側へ切り換えるように指示を与え、制御回路5を商用電源1側から切り離すとともに、制御回路5を太陽電池6側に接続する状態に切り換える。このエアコンの待機状態において、晴天時など日射強度が所定値以上で太陽電池6で発電しているときには、その直流電力を逆流防止ダイオード21、過放電防止回路25(過充電防止回路22はない)を経て電圧制限回路8に入力し、電圧制限回路8において所定の電圧範囲に制限された状態で逆流防止ダイオード9、電源切換回路10を介して制御回路5に入力し、さらに制御回路5から被制御部100へ供給する。被制御部100としては、圧縮機やファンモータがある。充電池の充電量が満充電で待機電力に余裕ができたときには、換気ファンを始動する。エアコンの待機状態において、夜間や雨天時など太陽電池6で発電が行われていないか発電量が不足する場合には、充電池24からの放電が行われ、ヒューズ23、過放電防止回路25、電圧制限回路8、逆流防止ダイオード9、電源切換回路10を介して制御回路5に入力し、さらに制御回路5から被制御部100へ供給する。充電池24からの放電が過剰になったときは、過放電防止回路25がオフ動作して回路を遮断し、充電池24からの放電を停止する。放電過剰状態が解消されたときには、過放電防止回路25がオン動作して回路をつなぎ、充電池24からの放電を再開する。
【0028】
上記の動作において本実施の形態5の特徴は、充電池24が満充電であり、かつ太陽電池6が発電中であるときは、太陽電池6で発電された直流電力により室内機300の換気ファン62を駆動することにより、充電池24が過充電となって劣化するのを防止する点にある。これにより、図2における充電池制御回路7において過充電防止回路22を省略することができる。
【0029】
なお、換気ファン62を負荷の対象とすることに代えて、室内側に加湿空気を送る機能をもつ加湿ファンを対象としてもよいし、室内空気を循環するためのファンを対象としてもよいし、あるいはこれらのうち任意のものを組み合わせたものを対象としてもよい。また、実施の形態1〜4において述べたが本実施の形態5では述べていない任意の事項について、合理的判断のもと本実施の形態に適用し得る事項は、本実施の形態5にも該当するものとする。また、実施の形態5の技術は論理的に矛盾しない限りにおいて他のどの実施の形態にも適用することができる。
【0030】
〔実施の形態6〕
太陽光発電利用空気調和機についての実施の形態6はエアコン暖房運転開始時からの温風吹き出し機能(プレヒート機能)に関するものである。図9は実施の形態6にかかわる太陽光発電利用空気調和機の電気的構成を示すブロック図である。図9において、符号の1は商用電源、71は室内側制御回路、72は室外側制御回路、73は室外機における圧縮機、6は太陽電池、7は図2に示すような充電池制御回路、8は電圧制限回路、9は逆流防止ダイオード、74は室外側制御回路72に対する電源として商用電源1と太陽電池6とを切り換えるための電源切換回路、75は室外側制御回路72と電源切換回路74とをつなぐ制御信号線である。なお、室内側制御回路71は図1における整流器2と平滑コンデンサ3とスイッチング電源4とを含むものである。
【0031】
次に、上記のように構成された実施の形態6の太陽光発電利用空気調和機(ソーラーエアコン)の動作を説明する。室外側制御回路72においてエアコンを運転しているときは、室外側制御回路72は制御信号線75を介して電源切換回路74にa側へ切り換えるように指示を与え、室内側制御回路71と室外側制御回路72とをつなぎ、商用電源1に基づく直流電力を圧縮機73その他の負荷に供給する。その間、晴天時など日射強度が所定値以上のときは太陽電池6で発電された電力は室外側制御回路72には供給されることはなく、図2に示す充電池制御回路7において充電池24を充電する。次に、室外側制御回路72においてエアコンの運転を停止してエアコンが待機状態になったときは、室外側制御回路72は制御信号線75を介して電源切換回路74にb側へ切り換えるように指示を与え、室外側制御回路72を商用電源1側から切り離すとともに、室外側制御回路72を太陽電池6側に接続する状態に切り換える。このエアコンの待機状態において、晴天時など日射強度が所定値以上で太陽電池6で発電しているときには、その直流電力を逆流防止ダイオード21、過充電防止回路22、過放電防止回路25を経て電圧制限回路8に入力し、電圧制限回路8において所定の電圧範囲に制限された状態で逆流防止ダイオード9、電源切換回路74を介して室外側制御回路72に入力し、さらに室外側制御回路72から圧縮機73へ供給する。エアコンの待機状態において、夜間や雨天時など太陽電池6で発電が行われていないか発電量が不足する場合には、充電池24からの放電が行われ、ヒューズ23、過放電防止回路25、電圧制限回路8、逆流防止ダイオード9、電源切換回路74を介して室外側制御回路72に入力し、さらに室外側制御回路72から圧縮機73へ供給する。エアコン停止時のエアコン待機状態において、太陽電池6または充電池24の電力を圧縮機73に供給することにより、エアコン待機時に圧縮機73の潤滑油および圧縮機本体の温度を上昇させておく。これによって、エアコンを暖房運転開始したときに、室内機から冷風が吹き出す現象を解消し、運転開始初期から温風の状態での吹き出しを可能とする。すなわち、快適暖房が可能となるのである。太陽光発電を利用しない一般的なエアコンにおいては、このような温風吹き出し機能は省エネルギー化の観点にたつと好ましくないことから、制御機能から除外される傾向にある。しかし、本実施の形態の場合は、温風吹き出し機能に必要な電力を無尽蔵のエネルギーである太陽光エネルギーに頼っているので、省エネルギーに何ら反することがない。しかも、ユーザーにとっては好ましい運転開始初期からの温風吹き出し機能を実現できる。エアコン待機時に圧縮機73に供給する電力は約20〜30Wと少なく、必要な太陽電池6の大きさは約0.3〜0.5m2 と充分に小さいものでよく、また充分に軽量である。したがって、コストの負担が少なくてすむとともに、設置スペース面でも設置場所でも有利になり、小さい面積の箇所でも容易に設置することができ、ソーラーエアコンの一般家庭への普及を推し進める上で非常に有効となる。
【0032】
なお、対象の負荷として圧縮機73のコイルに代えて、圧縮機に内蔵させ圧縮機の内部を温める内蔵のヒーターでもよく、また室外機の熱交換器にヒーターを設け、これを凍結防止用ヒーターとしてもよい。実施の形態1において述べたが本実施の形態6では述べていない任意の事項について、合理的判断のもと本実施の形態に適用し得る事項は、本実施の形態6にも該当するものとする。また、実施の形態6の技術は論理的に矛盾しない限りにおいて他のどの実施の形態にも適用することができる。
【0033】
〔実施の形態7〕
太陽光発電利用空気調和機についての実施の形態7は着霜防止に関するものである。図10は実施の形態7にかかわる太陽光発電利用空気調和機(ソーラーエアコン)の概略構成を示す。室外機200は背面側から見た状態で図示してある。図10において、符号の6は太陽電池、7は充電池制御回路、8は電圧制限回路、9は逆流防止ダイオード、200は室外機、31は室外機と室内機を結ぶ冷媒接続配管、32は電装蓋、34は室内機と結ぶ接続ケーブルである。また、81は着霜判定回路、82は外気温度センサー、83は熱交換器温度センサー、84は熱交換器、85は熱交換器84を運転時に加熱して着霜を防止するための着霜防止用ヒーターである。この着霜防止用ヒーター85は、熱交換器を運転停止時に加熱することもできる凍結防止用ヒーターでもある。
【0034】
暖房運転中において、晴天時など日射強度が所定値以上のときは太陽電池6で発電された電力は図2に示す充電池制御回路7における逆流防止ダイオード21、過充電防止回路22、過放電防止回路25から電圧制限回路8に入力し、電圧制限回路8において所定の電圧範囲に制限された状態で逆流防止ダイオード9を介して着霜判定回路81に入力する。夜間や雨天時など太陽電池6で発電が行われていないか発電量が不足する場合には、充電池24からの放電が行われ、着霜判定回路81に給電される。着霜判定回路81は、外気温度センサー82からの外気温度信号と熱交換器温度センサー83からの熱交換器温度信号を常に監視している。着霜判定回路81は両信号に基づいて着霜の可能性を有無を判定し、着霜の可能性がないときにはスイッチをオフにしたままとするが、着霜の可能性があると判定したときにはスイッチをオンにして、太陽電池6からの電力を着霜防止用ヒーター85に対して通電し、熱交換器84を加熱することにより着霜を未然に防止する。熱交換器84に対する加熱により外気温度センサー82からの外気温度信号と熱交換器温度センサー83からの熱交換器温度信号が変化し、着霜の可能性がなくなるに至ったと判定したときは、スイッチをオフにして着霜防止用ヒーター85への通電を遮断する。以上のようにして、着霜を防止しながら暖房運転を行うので、暖房の連続運転時間を大幅に延ばすことができる。着霜防止に必要な電力は約20〜30Wと少なく、必要な太陽電池6の大きさは約0.3〜0.5m2 と充分に小さいものでよく、また充分に軽量である。したがって、コストの負担が少なくてすむとともに、設置スペース面でも設置場所でも有利になり、小さい面積の箇所でも容易に設置することができる。
【0035】
なお、実施の形態1〜6において述べたが本実施の形態7では述べていない任意の事項について、合理的判断のもと本実施の形態に適用し得る事項は、本実施の形態7にも該当するものとする。また、実施の形態7の技術は論理的に矛盾しない限りにおいて他のどの実施の形態にも適用することができる。
【0036】
なお、上記実施の形態1〜7のいずれをも、太陽電池の発電電力を供給する負荷として、ソーラーエアコンの負荷以外に床下自動換気システムに対してその換気ファンを負荷とする状態で適用してもよい。
【0037】
【発明の効果】
太陽光発電利用空気調和機についての請求項1の発明によれば、太陽電池としては待機状態で駆動したい一部の負荷のみを駆動するだけの小容量・小面積・軽量のものでよく、低コストであるため、ソーラーエアコンの普及に貢献する。
【0038】
請求項2の発明によれば、室外機の太陽電池設置面が、当該室外機の天板上としたものであり、室外機の太陽電池設置面を小さくできるから、太陽電池パネルユニットを小型、軽量にでき、屋根に設置するより大掛かりな工事をしないで済む。
【0039】
請求項3の発明によれば、運転状態では太陽電池が発電した電力を充電池に蓄積し、運転停止時において、一部の負荷に供給される太陽電池の発電電力が不足するときは、太陽電池で発電された電力を蓄積する充電池から一部の負荷に電力が供給されるので、発電電力の不足時に運転停止時の待機電力として利用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかわる太陽光発電利用空気調和機の構成を示すブロック図
【図2】図1における充電池制御回路の具体的構成を示す回路図
【図3】実施の形態1の太陽光発電利用空気調和機の動作を示すフローチャート
【図4】実施の形態2にかかわる太陽光発電利用空気調和機の太陽電池の設置状況を説明する外観図
【図5】実施の形態3にかかわる太陽光発電利用空気調和機の太陽電池の設置状況を説明する外観図
【図6】実施の形態4にかかわる太陽光発電利用空気調和機の太陽電池の設置状況を説明する外観図
【図7】実施の形態5にかかわる太陽光発電利用空気調和機の室内機の概略設置図
【図8】実施の形態5の太陽光発電利用空気調和機の動作を示すフローチャート
【図9】実施の形態6にかかわる太陽光発電利用空気調和機の構成を示すブロック図
【図10】実施の形態7にかかわる太陽光発電利用空気調和機の概略構成図
【図11】従来の技術にかかわる太陽光発電利用空気調和機の構成を示すブロック図
【符号の説明】
1……商用電源、 2……整流器、 3……平滑コンデンサ、 4……スイッチング電源、 5……制御回路、 6……太陽電池、 7……充電池制御回路、8……電圧制限回路、 9……逆流防止ダイオード、 10……電源切換回路、 11……切換信号線、 21……逆流防止ダイオード、 22……過充電防止回路、 23……ヒューズ、 24……充電池、 25……過放電防止回路、 31……冷媒接続配管、 32……電装蓋、 33……端子板、 34……接続電源線、 40……太陽光発電ユニット、 41……太陽電池パネルユニット、 42……充電池ユニット、 43……接続ケーブル、 51……壁掛けアングル、 52……建物壁面、 53……手摺り掛けアングル、 54……手摺り、 61……ファンモータ、 62……換気ファン、 63……排気路、
64……建物壁、 65……排気口、 71……室内側制御回路、 72……室外側制御回路、 73……圧縮機、 74……電源切換回路、 75……制御信号線、 81……着霜判定回路、 82……外気温度センサー、 83……熱交換器温度センサー、 84……熱交換器、 85……着霜防止用ヒーター、
100……被制御部、 200……室外機、 300……室内機[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air conditioner using solar power generation, that is, a solar air conditioner, and relates to a technology for promoting a solar air conditioner that does not progress easily at present.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, many systems for effectively utilizing power generated by solar cells have been proposed. Solar cells have recently attracted particular attention as a clean energy source, but there are major challenges in how to utilize them based on fluctuations in the amount of power generated by the sun's illuminance and fluctuations in the amount of power generated by the angle of incidence of sunlight on the solar cells. It has become one of. The characteristics of the air conditioner using solar power generation vary greatly depending on the energy of sunlight (the value is less than about 10 in rainy weather with 100 in fine weather). This is one factor that hinders the spread of solar air conditioners.
[0003]
An example of a conventional air conditioner using a solar cell as a driving source together with a commercial power supply is shown in FIG. 11 (block diagram of a schematic configuration). 11, 90 is a commercial power supply, 91 is a solar cell, 92 is a rectifier, 93 is a DC-DC converter including an inverter, 94 is an indoor control circuit, 95 is an indoor unit, 96 is an outdoor control circuit, and 97 is an outdoor control circuit. , 98 is a compressor, and 99 is a fan motor in the outdoor unit.
[0004]
When the solar radiation intensity is equal to or higher than a predetermined value and the electric power generated by the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned prior art has the following problems. If the power supplied from the solar cell is used to cover the required power of the entire photovoltaic power generation system including the air conditioner, a very large capacity solar cell is required. As an example, a solar cell with a capacity of about 2 kW is required, and its area is about 8 m.2 It is very large and its weight is very heavy, about 200 kg. Due to the large area, the installation location must be found on the roof of the building. Due to the heavy weight, the installation work on the roof becomes very large. This is a major factor that hinders the spread of solar air conditioners.
[0006]
The present invention has been conceived in order to solve the above-mentioned problems, and proposes a technology effective for changing the way of thinking and promoting the spread of solar air conditioners.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The air conditioner using solar power of claim 1 according to the present invention is:Attach a solar cell large enough to supply standby power to some of the loads on the solar cell installation surface of the outdoor unit. To supply power from solar cells as powerIt was done.
[0008]
The photovoltaic power generation air conditioner of
[0009]
The air conditioner using photovoltaic power generation according to claim 3 of the present invention is the same as the above claim 1 or 2.,Solar cellA rechargeable battery that accumulates the generated power of the battery, stores the power generated by the solar cell in the rechargeable battery in the operating state, and gives priority to the power from the solar cell as the standby power when the operation is stopped. When the power is supplied to a load and the power from the solar cell is not sufficiently supplied, a unit is provided for switching the power from the rechargeable battery to be supplied to some loads as the standby power.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a solar power generation air conditioner according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
[Embodiment 1]
The air conditioner using solar power generation (solar air conditioner) according to Embodiment 1 does not cover the standby power of the air conditioner by the power generated by the solar cell when the air conditioner is stopped and is in a standby state. It is covered by batteries. FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of the air conditioner using solar power generation according to Embodiment 1. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a commercial power supply, 2 denotes a rectifier composed of a diode bridge for rectifying an AC voltage, 3 denotes a smoothing capacitor for converting a rectified voltage into DC, and 4 denotes a voltage required for operation based on a voltage input from the smoothing capacitor 3. 5, a control circuit, 100 is a controlled unit, 6 is a solar cell, 7 is a rechargeable battery control circuit, 8 is a voltage limiting circuit, 9 is a backflow prevention diode, 10 is a control circuit 5 and a controlled unit. A power supply switching circuit for switching between the commercial power supply 1 and the
[0014]
FIG. 2 shows a circuit configuration of the rechargeable battery control circuit 7 in FIG. 2,
[0015]
Next, the operation of the air conditioner using solar power generation (solar air conditioner) of Embodiment 1 configured as described above will be described. When the air conditioner is operating in the control circuit 5, the control circuit 5 gives an instruction to the power
[0016]
When the operation of the air conditioner is stopped in the control circuit 5 and the air conditioner enters a standby state, the control circuit 5 gives an instruction to the power
[0017]
As described above, in the air conditioner using solar power generation (solar air conditioner) according to the first embodiment, when the air conditioner is stopped and is in a standby state, the solar radiation intensity is equal to or more than a predetermined value and the
[0018]
[Embodiment 2]
[0019]
In the above-described embodiment, the solar
[0020]
[Embodiment 3]
Embodiment 3 of the air conditioner using photovoltaic power generation also relates to the installation of a solar cell. FIG. 5 is an external view for explaining the installation state of the solar cell. As in the second embodiment, a solar
[0021]
When the
[0022]
It should be noted that, for items that are described in the first and second embodiments but are not described in the third embodiment, items that can be applied to the present embodiment based on reasonable judgment are also described in the third embodiment. Shall be applicable. Further, the technology of the third embodiment can be applied to any other embodiments as long as there is no logical contradiction.
[0023]
[Embodiment 4]
[0024]
As in the case of the third embodiment, since the solar
[0025]
It should be noted that, for any items described in the first to third embodiments but not described in the fourth embodiment, items that can be applied to the present embodiment based on reasonable judgment are also described in the fourth embodiment. Shall be applicable. Further, the technology of the fourth embodiment can be applied to any other embodiments as long as there is no logical contradiction.
[0026]
[Embodiment 5]
Embodiment 5 of the air conditioner using photovoltaic power generation is to omit the overcharge prevention circuit. A ventilation fan in an indoor unit will be described as an example of a load driven by solar power during operation of an air conditioner. FIG. 7 schematically shows the
[0027]
The operation of the rechargeable battery control circuit 7 in the case of the fifth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. When the air conditioner is operating and shut off by the power
[0028]
A feature of the fifth embodiment in the above operation is that when the
[0029]
In addition, instead of using the
[0030]
[Embodiment 6]
[0031]
Next, the operation of the air conditioner using solar power generation (solar air conditioner) of
[0032]
In addition, instead of the coil of the
[0033]
[Embodiment 7]
Embodiment 7 of an air conditioner using photovoltaic power generation relates to prevention of frost formation. FIG. 10 shows a schematic configuration of an air conditioner using solar power generation (solar air conditioner) according to Embodiment 7. The
[0034]
During the heating operation, when the solar irradiance is equal to or more than a predetermined value, such as when the weather is fine, the power generated by the
[0035]
It should be noted that, for any items described in the first to sixth embodiments but not described in the seventh embodiment, items that can be applied to the present embodiment based on reasonable judgment are also described in the seventh embodiment. Shall be applicable. Further, the technology of the seventh embodiment can be applied to any other embodiments as long as there is no logical contradiction.
[0036]
It should be noted that any of Embodiments 1 to 7 described above is applied to a state in which the ventilation fan is used as a load for an underfloor automatic ventilation system in addition to the load of a solar air conditioner as a load for supplying power generated by a solar cell. Is also good.
[0037]
【The invention's effect】
According to the invention of claim 1 of the air conditioner using photovoltaic power generation, the solar cell may have a small capacity, a small area, and a light weight that can drive only a part of the load to be driven in a standby state. The cost contributes to the spread of solar air conditioners.
[0038]
According to the invention of
[0039]
According to the invention of claim 3,In the operating state, the power generated by the solar cell is stored in the rechargeable battery, and when the operation is stopped, when the power generated by the solar cell supplied to some loads is insufficient, the power generated by the solar cell is stored. Since power is supplied from the rechargeable battery to a part of the load, the power is used as standby power when the operation is stopped when the generated power is insufficient.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an air conditioner using solar power generation according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration of a rechargeable battery control circuit in FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the air conditioner using solar power generation according to the first embodiment.
FIG. 4 is an external view illustrating an installation state of a solar cell of an air conditioner using solar power generation according to
FIG. 5 is an external view illustrating an installation state of a solar cell of an air conditioner using solar power generation according to Embodiment 3.
FIG. 6 is an external view illustrating an installation state of a solar cell of an air conditioner using solar power generation according to
FIG. 7 is a schematic installation diagram of an indoor unit of an air conditioner using solar power generation according to Embodiment 5.
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the air conditioner using solar power generation according to the fifth embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an air conditioner using solar power generation according to
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an air conditioner using photovoltaic power generation according to a seventh embodiment.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an air conditioner using photovoltaic power generation according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1 ...
64: building wall, 65: exhaust port, 71: indoor control circuit, 72: outdoor control circuit, 73: compressor, 74: power supply switching circuit, 75: control signal line, 81: ... frost
100: controlled unit, 200: outdoor unit, 300: indoor unit
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