JPH06137651A - 蓄電式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高効率で昼間の電力ピーク時の電力シフト量
を大きくし、かつ設備容量を低減させる蓄電式空気調和
装置を提供する。 【構成】 昼間の電力需要のピーク時には、蓄電池３９
の電力を商用電源２１の代替電源としてインバータ回路
３１に供給して空調機を運転する。蓄電池３９の充電に
際しては、前回使用時での放電量をインバータ回路３１
の電流値として抵抗４５の端子電圧から検出し積算す
る。算出した放電量に基づき、次回使用時での蓄電池３
９の放電量を予測し、夜間電力を利用し電流値固定とし
て充電時間を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力需要の小なる時
期、すなわち夜間の電力を利用して蓄電する蓄電池を備
えた蓄電式空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、夏期あるいは冬期の電力需要のピ
ークが大きな社会問題になっている。この主な原因の一
つが空調機によるものである。つまり夏暑いとき、ある
いは冬寒いときに一斉に空調機が作動するために、電力
の需要が追い付かず最悪の場合には停電という事態に追
い込まれることになる。この問題を解決するための技術
的方策として、従来から蓄熱式空気調和装置が知られて
いる。

【０００３】これは、電力需要の少ない夜間に空調機を
作動させて蓄熱材に蓄熱あるいは蓄冷し、昼間にその熱
を利用して空調するものである。こうすることによっ
て、昼間に発生する電力のピークを夜間にシフトするこ
とができ、全体的に電力需要の平準化に寄与することが
できる。その代表的なシステムとして蓄熱材に氷を用い
た蓄熱式空調システムを図６を用いて説明する。

【０００４】図６は、不凍液であるブラインを熱媒体と
して蓄熱槽内に氷または温水を作り、負荷側へは蓄熱材
である水を循環させ空調するシステムを示している。図
中１はヒートポンプユニット、３はブラインポンプ、５
は蓄熱槽、７はブラインと水との熱交換器、９，１１は
３方弁、１３は空調負荷、１５は水ポンプ、１７はブラ
イン配管、１９は水配管である。

【０００５】安価な夜間電力によりヒートポンプユニッ
ト１でブラインを冷却し、ブラインポンプ３で蓄熱槽５
へ循環し、蓄熱槽５内で製氷を行うようになっている。
また、昼間はヒートポンプユニット１により冷却された
ブラインと、空調負荷１３から戻ってきた水とを熱交換
器７で熱交換した後、この水を蓄熱槽５内の冷水と混合
し、水ポンプ１５により空調負荷１３に送り冷房運転を
行う。

【０００６】しかし、このように氷をヒートポンプで作
る方法では、冷媒の蒸発温度が低いため通常の冷房運転
と比較して効率が悪くなり省エネとはならない。さら
に、氷蓄熱における潜熱と暖房時の温水の顕熱との違い
により、冷房と暖房の能力がアンバランスになる。ま
た、ブライン及び水を循環させるためのポンプと配管が
それぞれ必要となり、構成が複雑となる。

【０００７】その他の蓄熱空調システムに関しても、最
低でも冷水や冷媒を循環させるためのポンプや圧縮機の
動力が必要となり、充分なピークカットができなかった
り、蓄熱槽の配管が必要なので、構成が複雑でシステム
が大型になったり、冷媒量を多く必要とするなどのさま
ざまな問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の蓄熱式空気調和
装置では、電力平準化のための有効なピークカット運転
ができなかったり、冷房能力と暖房能力とのアンバラン
スが生じたり、構成が複雑でシステムが大型化するとい
った問題があった。

【０００９】そこで、この発明は、高効率で昼間の電力
ピーク時の電力シフト量を大きくし、かつ設備容量を低
減させる蓄電式空気調和装置を提供することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、商用電源を直流電源に変換するコンバ
ータと、前記直流電源を交流電源に変換し圧縮機に供給
するインバータと、電力需要の小なる時期に前記コンバ
ータにより変換された直流電源の電力が充電され、電力
需要の大なる時期に前記インバータに供給する商用電源
の代替電源として使用される蓄電池と、この蓄電池の次
回使用時での放電量を予測する放電量予測手段と、この
放電量予測手段により予測された放電量に見合う量の充
電を前記蓄電池に行う充電制御手段とを設けた構成とし
てある。

【００１１】

【作用】このような構成の蓄電式空気調和装置によれ
ば、蓄電池は、電力需要の小なる時期の電力を利用して
充電される一方、電力需要の大なる時期に商用電源の代
替電源として使用されるので、電力のピークシフトが達
成され、しかも蓄電池に対する充電は、蓄電池の次回使
用時での放電量を予測し、この予測した放電量に見合う
量の充電を蓄電池に行うので、電力需要の大なる時期の
電力シフト量を効率よくとれ、電力の平準化が有効にな
される。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１３】図１は、この発明の第１実施例を示す蓄電
式空気調和装置の回路構成図である。商用電源２１から
は、トランス２３より２系統の出力が得られ、一方はコ
ンバータを構成するブリッジ２５及び平滑コンデンサ２
７により直流に変換されて、制御回路２９、直流を交流
に変換するインバータ回路３１、ヒートポンプ式の空気
調和装置本体における圧縮機モータ３３に供給され、他
方はコンバータを構成するブリッジ３５で全波整流され
てサイリスタ３７を介して蓄電池３９に供給される。

【００１４】制御回路２９とインバータ回路３１との間
には、制御回路２９によって制御される切換器４１が設
けられている。この切換器４１は、インバータ回路３１
が、電力需要の大なる時期である昼間の電力ピーク時間
帯には蓄電池３９側の端子４１ａに接続され、それ以外
の時間帯には商用電源側の端子４１ｂに接続されるよう
制御される。

【００１５】インバータ回路３１と蓄電池３９の負端子
との間には、蓄電池３９により供給されるインバータ回
路３１への放電電流を検出するための放電量検出部を構
成する抵抗４５が接続されている。制御回路２９は、蓄
電池３９の前回使用時での放電量をインバータ回路３１
の電流値として抵抗４５の端子電圧から検出し、その電
流値を積算する。制御回路２９は、積算した放電量に基
づき、次回使用時での蓄電池３９の放電量を予測し、充
電量を決定する。すなわち、制御回路２９は、放電量演
算部を構成する放電量予測手段及び、充電制御手段を含
んでいる。充電量は、電流値を一定として充電時間を変
化させて行う定電流充電とし、充電する時間帯は夜間電
力時間帯に設定する。

【００１６】制御回路２９は、蓄電池３９に充電を行う
場合は、トリガパルスを発生させサイリスタ３７をトリ
ガし、充電を行わない場合はトリガパルスを発生しな
い。蓄電池３９の正端子側には、サイリスタ３７を介し
て充電される電流値を検出する、抵抗４３ａ及びコンデ
ンサ４３ｂよりなるカレントトランス４３が接続され、
制御回路２９はカレントトランス４３で検出した充電電
流と設定電流とを比較して定電流充電を行う。

【００１７】次に、制御回路２９の制御動作を示す図２
のフローチャートに基づき作用を説明する。まず、夜間
電力時間帯であるかどうかを内蔵する時計回路により判
断する（ステップ１０１）。ここで、夜間電力時間帯で
ない場合には、電力ピーク時間帯、つまり１日のうちで
最も電力の消費量の多い時間帯かどうかを判断し（ステ
ップ１０３）、電力ピーク時間帯であれば、切換器４１
を端子４１ａ側に接続して、蓄電池３９によりインバー
タ回路３１に電力を供給して（ステップ１０５）圧縮機
モータ３３を駆動し、空調機を運転する。このとき、蓄
電池３９の放電量を、インバータ回路３１の電流値とし
て抵抗４５の端子電圧から検出し、順次積算して算出す
る（ステップ１０７）。

【００１８】前記ステップ１０３で、電力ピーク時間帯
でない場合には、切換器４１を端子４１ｂに接続し、商
用電源２１のブリッジ２５及び平滑コンデンサ２７によ
る変換後の直流電源によりインバータ回路３１に電力を
供給して（ステップ１０９）圧縮機モータ３３を駆動
し、空調機を運転する。

【００１９】前記ステップ１０１で、夜間電力時間帯と
判断された場合には、前記ステップ１０７で積算された
電力ピーク時間帯における前回使用時での蓄電池３９の
放電量に基づき、次回の放電量を予測し（ステップ１１
１）、予測された放電量に基づいて充電時間を算出する
（ステップ１１３）。算出された充電時間による充電
は、夜間電力時間帯における充電時間内で行う（ステッ
プ１１５，１１７）。充電時には、トリガパルスを発生
させてサイリスタ３７をトリガし、ブリッジ３５により
全波整流された電力を用いて行う。充電電流値はカレン
トトランス４３により検出され、検出した充電電流値は
設定充電電流値と比較され、充電電流値が設定充電電流
値より大きいときには、サイリスタ３７のトリガパルス
の位相角を遅らせて充電電流を減少させ、一方充電電流
値が設定充電電流値以下のときには、逆にサイリスタ３
７のトリガパルスの位相角を進めて充電電流を増加さ
せ、これにより定電流充電を行なう。

【００２０】このように、電力需要がピークとなる昼間
の時間帯のときには、蓄電池３９から電力の供給を受け
て空調機を運転し、蓄電池３９の充電に関しては電力需
要の少い夜間に行うので、商用電源２１における電力ピ
ーク時の消費量が抑制され、しかも蓄電池３９への充電
に際しては、予測される放電量に見合った電力を効率よ
く利用して行うので、高効率で電力の平準化が達成され
る。

【００２１】また、蓄熱装置が不要で商用電源と蓄電池
とを切換える電気部品の変更だけで済みシステムが単純
化される。さらに、氷蓄熱槽を例にとれば、製氷量を余
り大きくすると配管を破損することがあるため、通常３
０％程度の製氷率で使用し、その蓄熱容量は氷の融解潜
熱約８０kcal/lとすると、約２４kcal/lとなる。これに
対し、蓄電池として例えばニッカド電池を使用したもの
では、約３〜１０倍のエネルギ密度をもっているものが
あり、氷蓄熱装置と同等のエネルギを蓄えるのに蓄電池
ユニットは約３〜１０分の１の体積で済むことになる。

【００２２】上記実施例では、蓄電池３９における予測
放電量に対し、充電電流を一定として充電時間を変化さ
せるようにしたが、同様の構成で、充電時間を一定とし
て充電電流を変化させるようにしてもよい。図３はその
フローチャートを示す。夜間電力時間帯での放電量予測
の後は、放電量に見合った充電電流を充電時間固定とて
算出し（ステップ２０１）、充電を行う。

【００２３】蓄電池３９に対する放電量の予測は、図４
に示す第２実施例のように、気象庁の天気予報（例えば
温度や湿度など）を電話回線などにより通信インタフェ
ース４７を介して受信して行う方法でもよく、図５に示
す第３実施例のように、年間の気温変化のデータを記憶
するＲＯＭ４９用い、このデータに基づき行う方法でも
よい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、蓄電池は、電力需要の小なる時期の電力により充
電され、電力需要の大なる時期に商用電源の代替電源と
して使用されるとともに、充電に際しては、蓄電池の放
電量を予測しそれに見合った量の充電を行うようにした
ので、高効率で電力需要の大なる時期の電力シフト量を
多くとれて電力の平準化が有効になされ、蓄電池の長寿
命化、信頼性の向上が図れる。しかも、蓄熱槽を必要と
しないため、設備容量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す蓄電式空気調和装
置の回路構成図である。

【図２】図１の蓄電式空気調和装置における制御回路の
制御動作を示すフローチャートである。

【図３】図１の蓄電式空気調和装置における他の制御動
作例を示すフローチャートである。

【図４】この発明の第２実施例を示す蓄電式空気調和装
置の回路構成図である。

【図５】この発明の第３実施例を示す蓄電式空気調和装
置の回路構成図である。

【図６】従来例を示す蓄熱式空気調和装置のシステム構
成図である。

【符号の説明】

２１ 商用電源 ２５ ブリッジ ２７ 平滑コンデンサ ２９ 制御回路（放電量演算部，放電量予測手段，充電
制御手段） ３１ インバータ回路 ３３ 圧縮機モータ ３５ ブリッジ ３９ 蓄電池 ４５ 抵抗（放電量検出部） ４７ 通信インタフェース（天気予報受信部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 俊彦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 山岸 勝明 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 山口 広一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 土井 隆司 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 今村 正樹 東京都港区新橋３丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源を直流電源に変換するコンバー
   タと、前記直流電源を交流電源に変換し圧縮機に供給す
   るインバータと、電力需要の小なる時期に前記コンバー
   タにより変換された直流電源の電力が充電され、電力需
   要の大なる時期に前記インバータに供給する商用電源の
   代替電源として使用される蓄電池と、この蓄電池の次回
   使用時での放電量を予測する放電量予測手段と、この放
   電量予測手段により予測された放電量に見合う量の充電
   を前記蓄電池に行う充電制御手段とを設けたことを特徴
   とする蓄電式空気調和装置。
2. 【請求項２】 放電量予測手段は、蓄電池の前回使用時
   での放電量を検出する放電量検出部の検出値に基づき、
   次回使用時での放電量の演算を行う放電量演算部から構
   成される請求項１記載の蓄電式空気調和装置。
3. 【請求項３】 放電量予測手段は、通信回線により通信
   される天気予報を受信する天気予報受信部の受信データ
   に基づき、次回使用時での蓄電池の放電量の演算を行う
   放電量演算部から構成される請求項１記載の蓄電式空気
   調和装置。