JP4601507B2 - 空気調和システム - Google Patents

Description

本発明は、空気調和システムに係り、特に、夜間電力を蓄電する蓄電池を備えた空気調和システムにおける蓄電池の蓄放電制御技術に関する。

中級温暖化防止のためのＣＯ2 の削減が社会的に望まれている。
このような目的を達成するため、従来より、空気調和システムとして、例えば、特許文献１に開示されているように、夜間電力を蓄電し、昼間の電力需要のピーク時に放電する蓄電池を備えた空気調和システムが提案されている。

この空気調和システムによれば、夜間余剰電力となる深夜電力で蓄電池の充電を行い、昼間の冷房、暖房を電力ピークの時間帯に効率良く放電することによりピーク電力を抑制し、電力会社の発電量を削減することにより電力の平準化を図り、ひいては、ＣＯ2 削減に寄与することとなっていた。
特開平６−３０４５９５号公報

このような蓄電池を用いた空気調和システムにおいては、使用電力が契約電力を越えないように、深夜電力で蓄電した電力を昼間の電力需要が高い時間帯に空気調和装置を構成する電力変換回路であるインバータを介して圧縮機モータに供給し、圧縮機モータを駆動する構成を採っていた。
さらに、このような空気調和システムにおいては、使用電力が契約電力を越えないように制御を行うことが望まれているのが一般的である。
しかし、各空気調和システム毎に使用電力量はまちまちであり、画一的な制御を行った場合には、必要以上に蓄電池への蓄電がなされたり、蓄電量が不足して使用電力が契約電力を越えてしまう可能性があった。

そこで、本発明の目的は、個々の空気調和システムのユーザに最適となるように蓄電池の蓄放電制御を効率よく行える空気調和システムを提供することにある。
を提供することにある。

上記課題を解決するため、空気調和システムは、蓄電池と、前記蓄電池の蓄電および放電を行う蓄放電制御装置と、商用電源あるいは前記蓄電池からの電力に基づいて空気調和を行う空気調和装置と、前記商用電源から供給される電力を測定する測定部と、を備え、前記蓄放電制御装置は、前記電力が予め契約電力に基づいて規定した許容使用電力量ＣＰlimを超え、かつ、前記許容使用電力量ＣＰlimを超えて使用電力量が上昇を続ける時間が所定基準時間を超えた場合に、前記蓄電池の放電を行うとともに、深夜電力で蓄電し、放電可能な状態にある場合には、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えているか否かを判別し、その結果、契約電力量を超える可能性がある場合には、許容使用電力量ＣＰlimを越えなくなるまで、蓄電池の放電量を増加させる側に放電量を設定し、契約電力量を超える可能性がない場合には、蓄電池が放電中であれば、蓄電池の放電量を減少させる側に放電量を設定し、或いは放電停止となるように当該放電における放電量を制御することを特徴としている。

上記構成によれば、測定部は、商用電源から供給される電力または電流を測定し、蓄放電制御装置は、測定部の測定結果に基づいて、前記電力または前記電流の測定値が所定基準値を超え、かつ、前記所定基準値を超えている時間が所定基準時間を超えた場合に、蓄電池の放電を行うに際し、商用電源から供給される電力または電流が所定の設定電力あるいは所定の設定電流以下となるように放電量を制御する。一方、空気調和装置は、商用電源あるいは蓄電池からの電力に基づいて空気調和を行うこととなる。

この場合において、前記蓄放電制御装置は、前記蓄電池における蓄電量を算出する蓄電量算出部を備えているようにしてもよい。
また、前記蓄放電制御装置は、前記蓄電池の放電パターンを予め記憶しており、前記放電パターンに従って前記放電を行うようにしてもよい。
さらに、前記蓄放電制御装置は、前記蓄電時の蓄電パターンを予め記憶しており、前記蓄電パターンに従って前記蓄電を行うようにしてもよい。

さらにまた、前記蓄放電制御装置は、前記蓄電池に放電させる場合には、前記放電量が予め定めた上限放電量および下限放電量の範囲となるように制御を行うようにしてもよい。
また、前記空気調和装置は、直流回路部を有するインバータを備え、前記蓄放電制御装置は、前記直流回路部に接続されているようにしてもよい。
さらに、前記蓄放電制御装置は、前記放電時に直流電力を放電するものであり、前記放電量の制御は、前記直流電力の電圧に基づいて行われるようにしてもよい。

本発明によれば、商用電源から供給される電力又は電流が予め定めた許容電力あるいは許容電流以下とすることができ、使用電力が契約電力を越えてしまうのを防止することができる。

次に本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、実施形態に係る蓄電式空気調和システムの概略構成を示すブロック図である。
蓄電式空気調和システム１は、空調機群２と、蓄電ユニット３と、ＰＣＳコントローラ４とを備えている。ここで、空調機群２は、室外機と、当該室外機に冷媒回路にて接続された１または複数の室内機を備えた複数（図１においては、２つ）の空調機２Ａ、２Ｂを有し、それぞれの空調機２Ａ、２Ｂは、例えばＡＣ２００Ｖの電力が供給されるＡＣ負荷ライン１１に互いに並列に接続されている。

蓄電ユニット３は、例えばＡＣ２００Ｖの交流電力を供給する商用電源１０からの電力供給ライン１２から分岐された蓄電電力供給ライン１３に接続されて、商用電力を蓄電するものである。ここで、蓄電ユニット３は、ＤＣ電源３０と、蓄電空調コントローラ３１と、電池充電器３２と、蓄電池３３と、蓄電池３３の電池残量を検出する残量検出器３４と、を有している。蓄電電力供給ライン１３は２系統に分岐され、第１の蓄電電力供給ライン系統１３ＡにはＤＣ電源３０が接続され、第２の蓄電電力供給ライン系統１３Ｂには電池充電器３２が接続されている。

ＤＣ電源３０は、各種回路の動作電源を生成するものである。
そして、ＤＣ電源３０は、商用電源１０からの交流電力を所定電圧（例えば５Ｖ）の直流電力に変換して蓄電空調コントローラ３１に供給する。
蓄電空調コントローラ３１は、当該蓄電ユニット３の蓄電／放電を制御する蓄放電制御装置として機能するものであり、例えばＥＥＰＲＯＭ等のメモリ３１Ａおよび商用電源１０からの交流電力量を検出する電力検出回路３１Ｂを内蔵し、電力検出回路３１Ｂの検出した実際の交流電力量および当該メモリ３１Ａに格納された制御プログラムにしたがって蓄放電制御を行う。より具体的には、電力検出回路３１Ｂの検出した実際の交流電力量が所定基準値を超え、かつ、所定基準値を超えている時間が所定基準時間を超えた場合に、蓄電池３３の放電を行うとともに、商用電源１０から供給される電力が所定の設定電力以下となるように当該放電における放電量を制御する。

また、電池充電器３２は、商用電源１０からの交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ回路３２Ａを内蔵し、蓄電空調コントローラ３１の指示の下、当該直流電力を電池充電ライン１４を介して蓄電池３３に供給する。本実施形態では、蓄電空調コントローラ３１は、電力需要が一日の間で比較的小さくなる夜間電力時間帯に電池充電器３２に対して、蓄電池３３への充電開始信号を出力する。これにより、蓄電池３３への充電が開始される。この倍において、電池充電器３２は、蓄電時の蓄電パターンを予め記憶しており、この蓄電パターンに従って蓄電を行うように構成されている。
蓄電池３３は、鉛蓄電池、あるいは、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−亜鉛電池、ナトリウム−イオウ電池、ナトリウム−塩化ニッケル電池（ゼブラ電池）、リチウム電池等の電池であり、当該蓄電池３３から引き出された電池放電ライン１５を介して、蓄電された電力がＰＣＳコントローラ４に出力される。
残量検出器３４は、蓄電池３３の電圧を検出して電池残量を検出し、蓄電空調コントローラ３１に通知する。

ＰＣＳコントローラ４は、商用電源１０からの電力供給ライン１２と、ＡＣ負荷ライン１１との間に介在し、蓄電空調コントローラ３１の指示の下、商用電力に蓄電電力を所定の割合で連携させてＡＣ負荷ライン１１に出力するものである。すなわち、このＰＣＳコントローラ４は、電池放電ライン１５に接続されて蓄電池３３から供給される直流電力を交流電力に変換してＡＣ負荷ライン１１に出力するインバータ回路４Ａを内蔵しており、蓄電空調コントローラ３１Ａは、ＰＣＳコントローラ４に対して切換制御信号を出力して、電力需要が一日の間で比較的大きい昼間の時間帯に、蓄電池３３の蓄電電力が所定の割合でＡＣ負荷ライン１１に供給されるように制御し、それ以外の時間帯には商用電力が供給されるように制御する。

このような構成の蓄電式空気調和システム１によれば、蓄電空調コントローラ３１は、ＰＣＳコントローラ４を制御して、電力需要のピーク時間帯には蓄電池３３の蓄電電力および商用電力をＡＣ負荷ライン１１に供給し、それ以外の時間帯には商用電力のみをＡＣ負荷ライン１１に供給するので、電力需要がピークとなる昼間の時間帯には、蓄電池３３から蓄電電力および商用電力が供給されて各空調機２Ａ、２Ｂが運転され、さらに蓄電池３３の充電に関しては電力需要の小さい夜間に行うので、商用電源１０における電力ピーク時の消費量が抑制される。

次に実施形態の詳細な動作について説明する。
図２は、実施形態の処理フローチャートである。
まず、蓄電空調コントローラ３１は、現在時刻および残量検出器３４から通知された電池残量に基づいて蓄電池３３が放電可能な状態にあるか否かを判別する（ステップＳ１）。
ステップＳ１の判別において、放電可能な状態にない場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、具体的には、深夜電力による充電中、あるいは、電池残量が所定の放電可能判定残量未満である場合には、待機状態となる。

また、ステップＳ１の判別において、放電可能な状態にある場合には（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、 電力検出回路３１Ｂの検出結果に基づいて、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えているか否かを判別する（ステップＳ２）。ここで、許容使用電力量ＣＰlimは、予め契約電力に基づいて定められる。
ステップＳ２の判別において、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えている場合には（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、すなわち、契約電力量を超える可能性がある場合には、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えてた状態が継続して所定時間以上経過したか否かを判別する（ステップＳ３）。
ステップＳ３の判別において、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えてた状態が継続して所定時間以上経過した場合には（ステップＳ；Ｙｅｓ）、蓄電池３３の放電量を増加させる側（＋側）に放電量を設定し（ステップＳ４）、ＰＣＳコントローラ４に指示して、商用電力に蓄電電力を所定の割合で連携させてＡＣ負荷ライン１１に出力させる。すなわち、ＰＣＳコントローラ４のインバータ回路４Ａは、電池放電ライン１５を介して蓄電池３３に放電を開始させ（ステップＳ５）、蓄電池３３から供給される直流電力を交流電力に変換してＡＣ負荷ライン１１に出力する。

この場合において、放電量の制御は、インバータ回路４Ａに供給される直流電力の電圧に基づいて行われるようになっている。
そして、処理を再びステップＳ１に移行して同様の処理を行い、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えなくなるまで、蓄電池３３からの放電量を増加させる。この場合において、蓄電池３３の放電量には上限値および下限値が定められており、その範囲内で放電量が設定される。ここで、上限値が定められている理由は、過放電がなされて蓄電池が劣化するのを防止するためである。また、下限値が定められている理由は、下限値以下の放電では、インバータ回路４Ａなどの効率などの観点から、システム全体の効率が悪くなるからである。
ステップＳ３の判別において、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えた状態が継続した時間が所定時間未満である場合には、再び処理をステップＳ２に移行し、同様の処理を行う。
ステップＳ２の判別において、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlim未満である場合には、現在蓄電池３３が放電中であるか否かを判別する（ステップＳ６）。
ステップＳ６の判別において、現在蓄電池３３が放電中ではない場合には（ステップＳ６；Ｎｏ）、処理をステップＳ１に移行し、以降、同様の処理を行う。
ステップＳ６の判別において、現在蓄電池３３が放電中である場合には（ステップＳ６；Ｙｅｓ）

一方、ステップＳ２の判別において、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlim未満でありる場合には（ステップＳ２；Ｎｏ）、すなわち、契約電力量を超える可能性がないと思われる場合には、現在放電中であるか否かを判別する（ステップＳ６）。
ステップＳ６の判別において、現在放電中である場合には（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、蓄電池３３の放電量を減少させる側（−側；放電停止も含む）に放電量を設定し（ステップＳ５）、ＰＣＳコントローラ４に指示して、商用電力に蓄電電力を所定の割合で連携させてＡＣ負荷ライン１１に出力させるか、あるいは、商用電力のみをＡＣ負荷ライン１１に出力させる。そして、処理を再びステップＳ１に移行して同様の処理を行うこととなる。
ステップＳ６の判別において、現在放電を行っていない場合には（ステップＳ６；Ｎｏ）、処理を再びステップＳ１に移行して以下、同様の処理を行う。

次により具体的な動作例について説明する。
図３は動作例のタイミングチャートである。
この場合において、深夜電力による蓄電池３３の蓄電は時刻ｔ０で完了しているものとする。
この結果、時刻ｔ０以降は、蓄電空調コントローラ３１は、現在時刻および残量検出器３４から通知された電池残量に基づいて蓄電池３３が放電可能な状態にあるものと判別することとなる。

そして、時刻ｔ１において、現在の商用電力の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えた場合には、当該状態が所定時間ｔref以上継続しているか否かを判別する。この時刻ｔ１の時点では、まだ現在の商用電力の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えたばかりであるので、待機状態となる。
その後、時刻ｔ２に至り、すなわち、現在の商用電力の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えた状態が所定時間ｔref以上継続した場合には、その後、契約電力量を超える可能性があるので、蓄電池３３の放電量を増加させる側（＋側）に放電量（＝放電電力量）をＢＰ１に設定し、ＰＣＳコントローラ４に指示して、商用電力に蓄電電力を連携させてＡＣ負荷ライン１１に出力させる。すなわち、ＰＣＳコントローラ４のインバータ回路４Ａは、電池放電ライン１５を介して蓄電池３３に放電を開始させ、蓄電池３３から供給される直流電力を交流電力（＝放電電力量ＢＰ１に相当）に変換してＡＣ負荷ライン１１に出力する。

その後、時刻ｔ３において、現在の商用電力の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを再び越えた場合には、当該状態が所定時間ｔref以上継続しているか否かを判別する。この時刻ｔ３の時点では、まだ現在の商用電力の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えたばかりであるので、待機状態となる。
その後、時刻ｔ４に至り、すなわち、現在の商用電力の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えた状態が所定時間ｔref以上継続した場合には、その後、契約電力量を超える可能性があるので、蓄電池３３の放電量を増加させる側（＋側）に放電量（＝放電電力量）をＢＰ２（＞ＢＰ１）に設定し、ＰＣＳコントローラ４に指示して、商用電力に蓄電電力を連携させてＡＣ負荷ライン１１に出力させる。すなわち、ＰＣＳコントローラ４のインバータ回路４Ａは、電池放電ライン１５を介して蓄電池３３から供給される直流電力を交流電力（＝放電電力量ＢＰ２に相当）に変換してＡＣ負荷ライン１１に出力する。

その後、時刻ｔ５において、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlim未満となった期間が長く、契約電力量を超える可能性がないと思われた場合には、蓄電池３３の放電量を減少させる側（−側）に放電量（＝放電電力量）をＢＰ１に再び設定し、ＰＣＳコントローラ４に指示して、商用電力に蓄電電力を連携させてＡＣ負荷ライン１１に出力させる。すなわち、ＰＣＳコントローラ４のインバータ回路４Ａは、電池放電ライン１５を介して、蓄電池３３から供給される直流電力を交流電力（＝放電電力量ＢＰ１に相当）に変換してＡＣ負荷ライン１１に出力する。

さらにその後、時刻ｔ６において、再び、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlim未満である場合には、現在の状態を維持する。
そして、時刻ｔ７において、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlim未満である状態が継続し、契約電力量を超える可能性がないと思われる場合には、蓄電池３３の放電量を減少させる側（−側）に放電量（＝放電電力量）を０に設定して放電を停止し、ＰＣＳコントローラ４に指示して、商用電力のみをＡＣ負荷ライン１１に出力させる。
以上の説明のように、本実施形態によれば、商用電源から供給される電力又は電流が予め定めた許容電力あるいは許容電流以下とすることができ、使用電力が契約電力を越えてしまうのを防止することができる。

以上の説明においては、蓄電池の放電パターンは、許容使用電力量ＣＰlimに基づいて随時変更する場合について述べたが、基本的な蓄電池の放電パターンを予め記憶しておき、原則的に、この放電パターンに従って放電を行うようにしてもよい。
以上の説明においては、蓄電池が一つの場合について説明したが、複数蓄電池が設けられている場合についても同様に適用が可能である。
以上の説明においては、さらにまた、前記蓄放電制御装置は、前記蓄電池に放電させる場合には、前記放電量が予め定めた上限放電量および下限放電量の範囲となるように制御を行うようにしてもよい。

本実施の形態に係る蓄電式空気調和システムの概略構成を示すブロック図である。 実施形態の処理フローチャートである。 動作例のタイミングチャートである。

符号の説明

１ 蓄電式空気調和システム
２ 空調機群
２Ａ、２Ｂ 空調機
３ 蓄電ユニット
４ ＰＣＳコントローラ
１０ 商用電源
１１ ＡＣ負荷ライン
１２ 電力供給ライン
１３ 蓄電電力供給ライン
３０ ＤＣ電源
３１ 蓄電空調コントローラ（蓄放電制御装置）
３２ 電池充電器
３３ 蓄電池
３４ 残量検出器
３１Ａ メモリ
３１Ｂ 電力検出回路（測定部）

Claims (7)

1. 蓄電池と、
   前記蓄電池の蓄電および放電を行う蓄放電制御装置と、
   商用電源あるいは前記蓄電池からの電力に基づいて空気調和を行う空気調和装置と、
   前記商用電源から供給される電力を測定する測定部と、を備え、
   前記蓄放電制御装置は、前記電力が予め契約電力に基づいて規定した許容使用電力量ＣＰlimを超え、かつ、前記許容使用電力量ＣＰlimを超えて使用電力量が上昇を続ける時間が所定基準時間を超えた場合に、前記蓄電池の放電を行うとともに、深夜電力で蓄電し、放電可能な状態にある場合には、現在の使用電力量ＣＰが許容使用電力量ＣＰlimを越えているか否かを判別し、その結果、契約電力量を超える可能性がある場合には、許容使用電力量ＣＰlimを越えなくなるまで、蓄電池の放電量を増加させる側に放電量を設定し、契約電力量を超える可能性がない場合には、蓄電池が放電中であれば、蓄電池の放電量を減少させる側に放電量を設定し、或いは放電停止となるように当該放電における放電量を制御することを特徴とする空気調和システム。
2. 請求項１記載の空気調和システムにおいて、
   前記蓄放電制御装置は、前記蓄電池における蓄電量を算出する蓄電量算出部を備えていることを特徴とする空気調和システム。
3. 請求項１記載の空気調和システムにおいて、
   前記蓄放電制御装置は、前記蓄電池の放電パターンを予め記憶しており、前記放電パターンに従って前記放電を行うことを特徴とする空気調和システム。
4. 請求項１記載の空気調和システムにおいて、
   前記蓄放電制御装置は、前記蓄電時の蓄電パターンを予め記憶しており、前記蓄電パターンに従って前記蓄電を行うことを特徴とする空気調和システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の空気調和システムにおいて、
   前記蓄放電制御装置は、前記蓄電池に放電させる場合には、前記放電量が予め定めた上限放電量および下限放電量の範囲となるように制御を行うことを特徴とする空気調和システム。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の空気調和システムにおいて、
   前記空気調和装置は、直流回路部を有するインバータを備え、
   前記蓄放電制御装置は、前記直流回路部に接続されていることを特徴とする空気調和システム。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の空気調和システムにおいて、
   前記蓄放電制御装置は、前記放電時に直流電力を放電するものであり、前記放電量の制御は、前記直流電力の電圧に基づいて行われることを特徴とする空気調和システム。

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