JPH0642801A - 蓄電式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高効率で昼間の電力ピーク時の電
力シフト量が大きくでき、かつ設備容量を低減すること
を目的とする。 【構成】 電力需要の小なる時期に商用電源の電力が蓄
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冷凍サイクルないしは当該冷凍サ
イクルを構成する機器を利用して所定温度に制御される
蓄電池３を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、夜間電力を利用して蓄
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、夏期あるいは冬季の電力需要のピ
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動くために電力の供給
が需要に追いつ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調機が知られている。こ
れは電力需要の少ない夜間に空調機を動かして蓄熱材に
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５を用いて説明する。

【０００３】図５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
ある水を循環させて空調するシステムを示している。図
中３１はヒートポンプユニット、３２はブラインポン
プ、３３は蓄熱槽、３４はブラインと水の熱交換器、３
５，３６は３方弁、３７は空調負荷、３８は水ポンプ、
３９はブライン配管、４０は水配管である。安価な夜間
電力によりヒートポンプユニット３１でブラインを冷却
し、ブラインポンプ３２で蓄熱槽３３へ循環し蓄熱槽３
３内で製氷を行なうようになっている。また、昼間はヒ
ートポンプユニット１１により冷却されたブラインと空
調負荷３７から戻ってきた水をブラインと水の熱交換器
３４で熱交換した後、蓄熱槽３３内の冷水と混合し水ポ
ンプ３８により空調負荷３７に送り冷房運転を行なう。
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
成が複雑になる。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
縮器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。

【０００４】また、蓄熱槽を必要とせずに設備容量を低
減できるようにした他の従来例として、インバータによ
り直流電源を交流に変換して駆動される電動機を備えた
空気調和機において、インバータに接続される蓄電池
と、この蓄電池に開閉スイッチを介して接続された充電
器とを備え、その開閉スイッチが深夜電力時間帯に閉じ
られるようにして深夜電力を蓄電池に充電し、その充電
電力を昼間に有効利用するようにした蓄電式の空気調和
機がある（特開昭６２−７３０３１号公報等）。ところ
で、蓄電池は、使用温度範囲が狭く、所定の温度範囲か
ら外れて使用すると、特性の劣化や寿命の低下、あるい
は最悪の場合破損に至る場合があり、また蓄電池は充放
電に際し熱反応を伴うことなどからその動作最適温度範
囲はさらに狭くなる傾向がある。しかしながら上記従来
の蓄電式空気調和機では、蓄電池の温度制御に関しては
何らの考慮も払われていなかったため、蓄電池の効率低
下、ひいては昼間の電力ピーク時の電力シフトが低効率
になることを免れ得ないという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の蓄熱式空気調和
機では、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、冷房と暖房能力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。また、従来の蓄電式空気調和機では、蓄電池
の温度制御に関しては何らの考慮も払われていなかった
ため、蓄電池の効率低下、ひいては昼間の電力ピーク時
の電力シフトが低効率になることを免れ得ないという問
題があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、高効率で昼間の電力ピーク時の電力シフト量が大き
くでき、かつ設備容量を低減することがきる蓄電式空気
調和装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、圧縮器、室外熱交換器、室内熱交換器及び
絞り弁機構を備えた冷凍サイクルを有し商用電源利用の
空気調和装置において、電力需要の小なる時期に前記商
用電源の電力が蓄電され電力需要の大なる時期に前記商
用電源の代替電源として使用されるとともに前記冷凍サ
イクルないしは当該冷凍サイクルを構成する前記機器を
利用して所定温度に制御される蓄電池を有することを要
旨とする。

【０００８】

【作用】上記構成において、動作最適温度である所定温
度に制御された蓄電池に、電力需要の小なる夜間の安価
な電力が充電され、昼間の電力ピーク時に放電して空気
調和装置が運転される。これにより高効率で昼間の電力
ピーク時の電力シフト量が大きく電力の平準化が有効に
なされる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１０】図１ないし図３は、本発明の第１実施例を
示す図である。まず、図２を用いて蓄電池の充放電回路
から説明する。商用電源１からの交流を直流電源２にて
直流に変換し、一方の出力を負荷４側に供給し、もう一
方の出力を蓄電池ユニット３側へ供給して蓄電池ユニッ
ト３を充電するようになっている。負荷４は直流を商用
電源電圧に変換するインバータと後述する冷凍サイクル
で構成された空調装置本体を含めて示している。スイッ
チ５は空調装置のＯＮ／ＯＦＦスイッチ、スイッチ６は
直流電源２の出力と負荷４の間のＯＮ／ＯＦＦスイッ
チ、スイッチ７は直流電源２と蓄電池ユニット３の間の
ＯＮ／ＯＦＦスイッチである。動作の流れとしては、夜
間はスイッチ７を閉じることにより安価な夜間電力で蓄
電池ユニット３を充電し、ピークカットしたい時間帯に
なるとスイッチ６，７を開いて負荷４に蓄電池３に蓄え
られた電力を供給する。このように、従来の氷蓄熱式の
ものではポンプや圧縮器を動かす電力を商用電源から得
なければならなかったのに対し、本実施例では、それら
の電力を蓄電池３より供給するので電力のピーク時のシ
フト量が大きくとれる。また蓄熱装置が不要で商用電源
と蓄電池を切り替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。さらに氷蓄熱槽は製氷量を余り大き
くすると配管を破損することがあるため通常３０％程度
の製氷率で使用し、その蓄熱容量は氷の融解潜熱約８０
kcal／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カド電池を使用したものでは
約３〜１０倍のエネルギー密度を持っているものがあ
り、氷蓄熱装置と同等のエネルギー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。

【００１１】蓄電池３としては鉛蓄電池あるいはニカド
電池が使用されるが、それらは一般に使用温度範囲が狭
く、充電時０〜４５℃、放電時−２０〜６０℃程度であ
る。上記の温度範囲から外れて使用すると、特性の劣化
や寿命の低下、あるいは最悪の場合電池の破損に至る場
合があり、上記使用温度範囲を守ることは必要不可欠で
ある。一方、電池を空調器の電源として使用する場合に
は設置場所は屋外になることが想定されることや、電池
が充放電に際し熱反応を伴うことなどから上記温度範囲
外になる場合も考えられる。また、電池の動作最適温度
範囲は上記使用温度範囲よりもさらに狭くなっており、
電池の使用温度を調整することは特性面、安全面から有
効なことである。空調装置の電源として使用する場合、
熱交換器と隣接する形で蓄電池を設置すると比較的温度
制御が容易に行なえる。図３には空気調和装置の室外熱
交換器８に隣接するように蓄電池ユニット３を設けた場
合を示す。

【００１２】また、図１には、冷凍サイクルを利用して
蓄電池の温度制御を行なう場合を示す。例えば、まず夏
場に蓄電池３周辺を冷却する場合を考える。圧縮器９で
圧縮された冷媒は膨張弁５を閉じて弁８を開けておく
と、４方弁２０を経由し室外熱交換器１０で凝縮され
る。次いで膨張弁１６で圧力が下げられ、弁１９、４方
弁２０を通り、膨張弁１４を調節することにより蓄電池
３に隣接するように設けられた第１の熱交換器１２で熱
交換が行なわれて蓄電池３周辺の温度を所定温度まで下
げることが可能となる。次に、例えば冬場に蓄電池３周
辺を加熱する場合を考える。圧縮器９で圧縮された高温
の冷媒は膨張弁５を調節すると、蓄電池３に隣接するよ
うに設けられた第２の熱交換器１３で熱交換が行なわれ
て蓄電池３周辺の温度を所定温度まで上昇させることが
可能となる。冷媒は、さらに４方弁２０、弁１９を通
り、膨張弁１６で圧力が下げられ、室外熱交換器１０で
蒸発し、膨張弁１４を閉じて弁１７を通るようにされて
圧縮器９へ戻る。それぞれ室内の空調をする場合は弁１
７，１８を開けることにより第１の熱交換器１２、第２
の熱交換器１３で冷媒の一部だけを熱交換するように
し、室内熱交換器１１で大部分の熱交換するようにすれ
ばよい。このような冷凍サイクルの利用では室内を冷房
しながら蓄電池３を加温したり、室内を暖房しながら蓄
電池３を冷却するといった特殊な使い方も、弁１７，１
８、膨張弁１４，１５の調節によって可能である。

【００１３】図４には、本発明の第２実施例における冷
凍サイクルを示す。この冷凍サイクルでは、室内熱交換
器１１と並列に蓄電池３に隣接する熱交換器２１が備え
られ、この熱交換器２１で蓄電池３の温度が制御される
ようになっている。この実施例では、蓄電池３の温度は
室内と同様のモードで制御され、図１の冷凍サイクルの
ような特殊な使い方はできないが、冷凍サイクルを簡単
に構成することが可能となる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、電力需要の小なる時期に商用電源の電力が蓄電され
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
されるとともに冷凍サイクルないしは当該冷凍サイクル
を構成する機器を利用して所定温度に制御される蓄電池
を具備させたため、安価な夜間電力による蓄電池の充電
及び昼間の電力ピーク時における放電を高効率でなすこ
とができて昼間の電力ピーク時の電力シフト量を大きく
することができ、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】本発明に係る蓄電式空気調和装置の第１実施例
における冷凍サイクルを示す系統図である。

【図２】上記第１実施例における蓄電池の充放電回路を
示すブロック図である。

【図３】上記第１実施例において蓄電池を室外熱交換器
に隣接するように設けた場合の例を示す外観斜視図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例における冷凍サイクルを示
す系統図である。

【図５】従来の蓄熱式空気調和機の系統図である。

【符号の説明】 １ 商用電源 ３ 蓄電池ユニット ９ 圧縮器 １０ 室外熱交換器 １１ 室内熱交換器 １２ 第１の熱交換器 １３ 第２の熱交換器 １４，１５，１６ 膨張弁 １７，１８，１９ 弁

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 畠久保 勉 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 久山 秀人 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮器、室外熱交換器、室内熱交換器及
   び絞り弁機構を備えた冷凍サイクルを有し商用電源利用
   の空気調和装置において、 電力需要の小なる時期に前記商用電源の電力が蓄電され
   電力需要の大なる時期に前記商用電源の代替電源として
   使用されるとともに前記冷凍サイクルないしは当該冷凍
   サイクルを構成する前記機器を利用して所定温度に制御
   される蓄電池を有することを特徴とする蓄電式空気調和
   装置。