JPH1175328A - 蓄電式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気回路を簡素化し、構成要素を削減する。 【解決手段】 昇圧動作と降圧動作が切換可能なＰＷＭ
コンバータによりコンバータ部(33) を構成する。そし
て、空調運転時には、商用電源(21) の商用電力を、コ
ンバータ部(33) の昇圧動作により圧縮機モータ(M1) の
駆動に適した電圧の直流電力に変換し、該直流電力をイ
ンバータ部(34) で制御電力に変換して、圧縮機モータ
(M1) を駆動する。蓄電池(11) の充電時には、商用電源
(21) の商用電力を、コンバータ部(33) の降圧動作によ
り蓄電池(11) の充電に適した電圧の直流電力に変換し
て、蓄電池(11) を充電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電池を備えた蓄
電式空気調和装置に関し、特に、コンバータ部に係るも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気調和装置には、特開平６
−１３７６５１号公報に開示されているように、蓄電池
を備えたものがある。この種の蓄電式空気調和装置は、
商用電源に接続された電源ラインに室外ユニットと室内
ユニットとが接続されて構成され、該室外ユニットに
は、圧縮機モータや室外ファンモータなどの他、蓄電池
が設けられている。該圧縮機モータは、ダイオードで構
成されるブリッジ回路を備えたコンバータ部と、インバ
ータ部とを有する電力変換回路を介して主電源線に接続
される。一方、上記蓄電池は、上記電力変換回路のコン
バータ部とは別に設けられ、ダイオードで構成されるブ
リッジ回路を備えたコンバータ部を介して商用電源に接
続されると共に、上記電力変換回路のコンバータ部とイ
ンバータ部との間の中間回路である直流部に放電回路を
介して接続されている。

【０００３】そして、上記蓄電式空気調和装置は、電力
需要の小さい夜間に商用電力により蓄電池を充電し、電
力需要の大きい昼間は蓄電池に蓄えられた電力を用いて
空調運転を行うようにしている。これにより、昼間の最
大需要電力である電力ピークを低減し、商用電力の電力
負荷の平準化を図ると共に、料金の安い夜間電力を使用
することにより、電力コストを低減するようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
蓄電式空気調和装置においては、圧縮機モータへ電力を
供給するためにインバータ部へ直流電力を供給するコン
バータ部と、蓄電池を充電するために蓄電池へ直流電力
を供給するコンバータ部とを備えている。しかしなが
ら、両コンバータ部については、交流電力を受けて直流
電力に変換するという機能は同じである一方、運転動作
時においては、両コンバータを用いて圧縮機モータの駆
動と蓄電池の充電とを同時に行うことはない。このた
め、同様の機能を有し、且つ同時に使用することのない
コンバータ部を２つ備えることとなり、部品点数が多
く、回路が複雑化してしまうという問題があった。

【０００５】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、蓄電式空気調和装置
の電気回路を簡素化し、構成要素を削減することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、コンバータ部
(33) を１つだけ設け、該コンバータ部(33) から負荷(M
1) と蓄電手段(BM) との双方に電力を供給ようにしたも
のである。

【０００７】具体的に、請求項１記載の発明が講じた手
段は、図１に示すように、電源電力を供給する電源(21)
と、該電源(21) の電源電力を受けて所定の制御電力に
変換する電力変換回路(32) と、該電力変換回路(32) が
出力する制御電力を受けて駆動する負荷(M1) と、該負
荷(M1) に２次電力を供給する蓄電手段(BM) とを備え、
上記負荷(M1) を駆動して空調運転を行う蓄電式空気調
和装置を前提としている。そして、上記電力変換回路(3
2) には、電源電力を直流電力に変換すると共に、電源
電力を負荷(M1) の駆動に対応して昇圧させる昇圧動作
と、電源電力を蓄電手段(BM) の充電電圧に対応して降
圧させる降圧動作とに切り換わるコンバータ部(33) を
設ける一方、上記蓄電手段(BM) における少なくとも入
力端を、コンバータ部(33) の出力電力を受けて充電す
るように該コンバータ部(33) の後段に接続するもので
ある。

【０００８】また、請求項２記載の発明が講じた手段
は、請求項１記載の蓄電式空気調和装置において、負荷
(M1) を、電力変換回路(32) によって回転数が制御され
る圧縮機モータ(M1) とするものである。

【０００９】また、請求項３記載の発明が講じた手段
は、請求項１又は２記載の蓄電式空気調和装置におい
て、電力変換回路(32) には、コンバータ部(33) が出力
する直流電力を所定の交流電力に変換するインバータ部
(34) を設ける一方、コンバータ部(33) を、ＰＷＭコン
バータとするものである。

【００１０】−作用− 請求項１記載の発明では、空調運転時において、上記電
源の電源電力が、電力変換回路(32) のコンバータ部(3
3) において直流電力に変換されると共に、該コンバー
タ部(33) の昇圧動作により直流電力の電圧が昇圧さ
れ、その後、更に制御電力に変換されて負荷(M1) へ供
給されて、負荷(M1) を駆動する。また、上記蓄電手段
(BM) の充電時において、電源(21) の電源電力が、電力
変換回路(32)のコンバータ部(33) において直流電力に
変換されると共に、該コンバータ部(33) の降圧動作に
より直流電力の電圧が降圧され、蓄電手段(BM) に供給
されて、蓄電手段(BM) を充電する。

【００１１】また、請求項２記載の発明では、上記電力
変換回路(32) の出力する制御電力によって圧縮機モー
タ(M1) が駆動すると共に、該圧縮機モータ(M1) の回転
数を制御する。

【００１２】また、請求項３記載の発明では、上記電源
(21) の電源電力を受けてコンバータ部(33) で変換され
た直流電力は、インバータ部(34) により制御電力に変
換される。また、該コンバータ部(33) は、ＰＷＭコン
バータによって構成される。

【００１３】

【発明の効果】従って、請求項１記載の発明によれば、
該コンバータ部(33) の昇圧動作により、該直流電力の
電圧を、負荷(M1) の駆動に適した電圧に昇圧すること
ができると共に、降圧動作により、該直流電力の電圧
を、蓄電手段(BM) の充電に適した電圧に降圧すること
ができる。また、上記電源(21) の電源電力をコンバー
タ部(33) で変換して得られる直流電力を、負荷(M1) と
蓄電手段(BM) との双方へ供給することができ、電気回
路の簡素化することができる。

【００１４】また、請求項２記載の発明によれば、電力
変換回路(32) により変換された制御電力を圧縮機モー
タ(M1) に供給することができ、空調運転を確実に行う
ことができる。

【００１５】また、請求項３記載の発明によれば、コン
バータ部(33) が出力する直流電力をインバータ部(34)
で変換して得られる交流電力を、負荷(M1) へ供給する
ことができる。また、ＰＷＭコンバータによりコンバー
タ部(33) を構成するため、電力変換回路(32) における
電力変換に起因して生ずる電力の高調波成分を大幅に低
減することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１７】図２に示すように、本実施形態における蓄
電式空気調和装置(10) は、１台の室外ユニット(1A)
に、図示しないが、１台の室内ユニットが接続されて成
るヒートポンプ式空気調和装置であって、２次電力を供
給するための蓄電池(11) と、空調運転制御を行うコン
トローラ部(60) とを備えている。

【００１８】上記室外ユニット(1A) は、パッケージ型
に構成され、図示しないが、圧縮機と四路切換弁と膨張
弁と熱源側熱交換器としての室外熱交換器とが接続され
て成る室外側の冷媒回路が設けられる一方、室内ユニッ
トは、利用側熱交換器としての室内熱交換器を備えた室
内側の冷媒回路が設けられている。そして、上記冷媒回
路は、冷房運転と暖房運転とを行うように冷媒循環方向
の可逆な回路に構成されている。

【００１９】上記室外ユニット(1A) は、商用電力が供
給されるように電源ライン(20) に接続され、該電源ラ
イン(20) は、電源としての商用電源(21) からブレーカ
(22)とカレントトランス(CT) とが順に接続されてい
る。該商用電源(21) は、１次電力である２００Ｖの三
相交流の商用電力を供給する一方、上記カレントトラン
ス(CT) は、商用電源(21) からの入力電流を検出し、検
出電流値を出力するよう構成されている。

【００２０】上記室外ユニット(1A) は、電源ライン(2
0) に接続された主電源線(30) を備え、該主電源線(30)
には、主接点である主電磁継電器(31) と電力変換回路
(32)と圧縮機モータ(M1) とが順に接続されている。

【００２１】上記電力変換回路(32) は、交流リアクト
ル(37) と、コンバータ部(33) と、インバータ部(34)
とが順に接続されて構成されている。

【００２２】上記交流リアクトル(37) は、コンバータ
部(33) へ供給される商用電源(21)の商用電力に含まれ
る高調波成分を抑制するために設けられている。

【００２３】上記コンバータ部(33) は、本発明の特徴
とするものであり、交流の商用電源(21) を直流電力に
変換して出力する変換回路であって、整流回路(35) と
平滑回路(36) とを備え、パルス幅変調方式が採用され
てＰＷＭコンバータに構成されている。該整流回路(35)
は、ＩＧＢＴ（Insulate Gate Bipolar Transistor）
などのスイッチング素子を備えたトランジスタモジュー
ルで構成されてる。また、該コンバータ部(33) には、
コントローラ部(60) からのドライブ制御信号に基づい
て該コンバータ部(33) を駆動するよう構成されたコン
バータドライブ回路(13) が接続されており、該コンバ
ータドライブ回路(13) のドライブ信号によって、コン
バータ部(33) が所定電圧の直流電力を出力する。特
に、コンバータ部(33) は、該直流電力の電圧を、圧縮
機モータ(M1) の駆動に適した電圧に昇圧する昇圧動作
と、蓄電池(11) の充電に適した電圧に降圧する降圧動
作とを行うように構成されている。また、上記平滑回路
(36) は、直流電圧を平滑にするためのコンデンサを備
えている。

【００２４】上記インバータ部(34) は、コンバータ部
(33) が出力する直流電力を所定の交流電力に変換して
圧縮機モータ(M1) に供給する変換回路であって、パル
ス幅変調方式が採用され、ＩＧＢＴ（Insulate Gate Bi
polar Transistor）などのスイッチング素子を備えたト
ランジスタモジュールで構成されている。また、上記イ
ンバータ部(34) には、コントローラ部(60) からのドラ
イブ制御信号に基づいて該インバータ部(34) を駆動す
るよう構成されたインバータドライブ回路(12) が接続
されており、このインバータドライブ回路(12) のドラ
イブ信号によって、インバータ部(34) が所定周波数の
交流電力である制御電力を出力する。

【００２５】上記圧縮機モータ(M1) は、インバータ部
(34) から出力される制御電力を受けて圧縮機を駆動す
る負荷であって、回転数が制御されて圧縮機の容量を調
整するように構成されている。

【００２６】上記蓄電池(11) は、例えば起電力が９６
Ｖのものであって、２次電力を圧縮機モータ(M1) に供
給する２次電源を構成している。該蓄電池(11) は、本
発明の特徴として、その両端が、コンバータ部(33) と
インバータ部(34) との間である電力変換回路(32) の直
流部(38) に接続される。そして、該直流部(38) と蓄電
池(11) の一端との間には充電回路(40) が設けられ、蓄
電池(11) が電源からの電源電力を該コンバータ部(33)
において変換して得られる直流電力を受けて充電される
よう構成されている。また、該直流部(38) と蓄電池(1
1) の他端との間には放電回路(50) が設けられ、蓄電池
(11) が圧縮機モータ(M1) に２次電力を供給するよう構
成されており、該蓄電池(11) と充電回路(40) と放電回
路(50)とにより蓄電手段(BM) を構成している。

【００２７】上記充電回路(40) は、充電用電磁継電器
(41) と定電流源(42) とが順に接続されている。該充電
用電磁継電器(41) は、蓄電池(11) の充電時にオンされ
るよう構成されている。また、上記定電流源(42) は、
蓄電池(11) に一定の電流を供給するよう構成されてい
る。

【００２８】上記放電回路(50) は、直流スイッチ(51)
と電圧変換器(52) とが順に接続されている。該直流ス
イッチ(51) は、例えば、サイリスタによって構成さ
れ、蓄電池(11) の放電時にはオンするように構成され
ている。また、上記電圧変換器(52) は、蓄電池(11) の
直流電力を圧縮機モータ(M1) の駆動に適した電圧に昇
圧するように構成されている。

【００２９】上記コントローラ部(60) は、空調コント
ローラ(61) と電力コントローラ(62)とを備え、空調運
転の制御を行うよう構成されている。

【００３０】上記空調コントローラ(61) には、運転状
態を検出するために冷媒回路などの各部に設けられた図
示しない各種センサにおける検出値と、リモコン(14)
からの設定温度信号とが入力されている。そして、該空
調コントローラ(61) は、これらの検出値及び設定温度
信号に基づき、インバータドライブ回路(12) へドライ
ブ制御信号を出力して圧縮機モータ(M1) の回転数を制
御すると共に、膨張弁開度や室内外ユニットに設けられ
たファンの制御を行うことにより、空調運転の制御を行
うよう構成されている。

【００３１】上記電力コントローラ(62) は、電圧検出
部(63) と電圧指令部(64) とコンバータ制御部(65) と
を備え、リモコン(14) からの運転信号及び停止信号に
基づいて、上記主電磁継電器(31) 及び充電用電磁継電
器(41) を制御するよう構成されている。

【００３２】上記電圧検出部(63) は、電力変換回路(3
2) の直流部(38) に接続され、該直流部(38) の電圧を
検出して検出電圧値を出力するよう構成されている。

【００３３】上記電圧指令部(64) は、商用電源(21) の
商用電力を圧縮機モータ(M1) へ供給する際には、圧縮
機モータ(M1) の駆動に適した電圧値、例えば３００Ｖ
を電圧指令値として出力する一方、蓄電池(11) に充電
する際には、蓄電池(11) の充電に適した電圧、例えば
９６Ｖを電圧指令値として出力する。

【００３４】上記コンバータ制御部(65) は、電圧検出
部(63) の検出電圧値とカレントトランス(CT) の検出電
流値と電圧指令部(64) の電圧指令値とが入力され、該
検出電圧値と検出電流値と電圧指令値とに基づいてコン
バータドライブ回路(13) へドライブ制御信号を出力す
る。特に、上記コンバータ制御部(65) は、１つのコン
バータ部(33) が出力する直流電力の電圧を、圧縮機モ
ータ(M1) の駆動に適した電圧に昇圧する昇圧動作と、
蓄電池(11) の充電に適した電圧に降圧する降圧動作と
が切り換わるように、コンバータドライブ回路(13) に
ドライブ制御信号を出力するように構成されている。

【００３５】上記コンバータドライブ回路(13) は、コ
ンバータ制御部(65) のドライブ制御信号を受けてコン
バータ部(33) にドライブ信号を出力し、コンバータ部
(33) の出力電力の電圧が電圧指令値となるように整流
回路(35) のスイッチング素子をオンオフ制御してい
る。

【００３６】−運転動作− 次に、上述した蓄電式空気調和装置(10) の運転動作に
ついて説明する。

【００３７】先ず、商用電源(21) の商用電力を受けて
空調運転を行う通常運転時の動作について説明すると、
リモコン(14) から運転信号が入力されると、この運転
信号が空調コントローラ(61) を介して電力コントロー
ラ(62) に転送され、該電力コントローラ(62) が主電磁
継電器(31) をオンする。この主電磁継電器(31) のオン
によって、商用電力がコンバータ部(33) の整流回路(3
5) に入力し、直流電力に変換されると共に、平滑回路
(36) によって平滑され、直流電力がインバータ部(34)
に入力する。

【００３８】このとき、電圧指令部(64) が、圧縮機モ
ータ(M1) の駆動に適した電圧値である３００Ｖを電圧
指令値として出力する一方、コンバータ制御部(65)
に、電圧検出部(63) の検出電圧値とカレントトランス
(CT) の検出電流値と電圧指令部(64)の電圧指令値とが
入力される。そして、該コンバータ制御部(65) は、該
検出電圧値と検出電流値と電圧指令値とに基づいてコン
バータドライブ回路(13) へドライブ制御信号を出力
し、コンバータドライブ回路(13) は、コンバータ部(3
3) の出力電力の電圧が電圧指令値の３００Ｖとなるよ
うに整流回路(35) のスイッチング素子をオンオフ制御
することにより、交流電力である商用電力を直流電力に
変換すると共に、２００Ｖの商用電力から３００Ｖの直
流電力へと昇圧する昇圧動作を行う。

【００３９】一方、空調コントローラ(61) は、冷媒回
路などに設けられた各種センサの検出値と、リモコン(1
4) からの温度設定値とに基づいて必要とされる空調負
荷を導出し、この導出した空調負荷を満足する空調能力
を発揮するよう、膨脹弁開度やファン回転数を制御する
と共に、圧縮機モータ(M1) の回転数指令値をインバー
タドライブ回路(12) へ出力する。該インバータドライ
ブ回路(12) は、空調コントローラ(61) からの回転数指
令値を受けて、圧縮機モータ(M1) の回転数が該回転数
指令値となるようインバータ部(34) へ制御信号を出力
する。そして、インバータ部(34) は、該制御信号によ
ってインバータ部(34) のスイッチング素子がオンオフ
制御されることにより所定の交流制御電力を出力し、こ
れによって、圧縮機モータ(M1) の回転数が上記回転数
指令値となるよう制御される。

【００４０】次に、蓄電池(11)の２次電力を受けて行う
空調運転を行う蓄電運転時の動作について説明すると、
リモコン(14) から運転信号の入力があると、この運転
信号が空調コントローラ(61) を介して電力コントロー
ラ(62) に転送され、該電力コントローラ(62) が直流ス
イッチ(51) をオンする。この直流スイッチ(51) のオン
によって、直流電力である蓄電池(11) の２次電力が、
電圧変換器(52) で昇圧された後にインバータ部(34) に
入力する。また、空調コントローラ(61) の動作は、上
記通常運転の場合と同様である。

【００４１】そして、あらかじめ設定されたスケジュー
ルに基づいて、上記通常運転と蓄電運転との切り換えが
行われることにより、いわゆるピークカット運転が行わ
れる。尚、通常運転と蓄電運転との切り換えは、リモコ
ン(14) からの指示により強制的に行うようにしてもよ
い。

【００４２】また、昼間においては、上記通常運転又は
蓄電運転が行われるのに対し、夜間においては、一般に
リモコン(14) より停止信号が入力され、空調運転を停
止した状態で蓄電池(11) の充電動作が行われる。つま
り、電力コントローラ(62) が主電磁継電器(31) 及び充
電用電磁継電器(41) をオンすると共に、空調コントロ
ーラ(61) からのドライブ制御信号に基づいて、インバ
ータドライブ回路(12) がインバータ部(34) のスイッチ
ング素子をオフ状態に制御し、電力変換回路(32)から圧
縮機モータ(M1) への制御電力の供給を遮断する。

【００４３】このとき、電圧指令部(64) が、蓄電池(1
1) の充電に適した電圧値である９６Ｖを電圧指令値と
して出力する一方、コンバータ制御部(65) に、電圧検
出部(63) の検出電圧値とカレントトランス(CT) の検出
電流値と電圧指令部(64) の電圧指令値とが入力され
る。そして、該コンバータ制御部(65) は、該検出電圧
値と検出電流値と電圧指令値とに基づいてコンバータド
ライブ回路(13) へドライブ制御信号を出力し、コンバ
ータドライブ回路(13) は、コンバータ部(33) の出力電
力の電圧が電圧指令値である９６Ｖとなるように整流回
路(35) のスイッチング素子をオンオフ制御することに
より、交流電力である商用電力を直流電力に変換すると
共に、２００Ｖの商用電力から９６Ｖの直流電力へと降
圧する降圧動作を行う。その後、この９６Ｖに降圧され
た直流電力が定電流源(42) に入力し、定電流源(42) が
出力する一定電流の直流電力によって蓄電池(11) が充
電される。

【００４４】−実施形態の効果− 本実施形態によれば、商用電源(21) の商用電力をコン
バータ部(33) で変換して得られる直流電力を、圧縮機
モータ(M1) と蓄電池(11) との双方へ供給することがで
き、電気回路の簡素化を図ることができる。

【００４５】また、ＰＷＭコンバータによりコンバータ
部(33) を構成するため、インバータ部(34) で生ずる高
調波成分を大幅に低減することができる。

【００４６】−実施形態の変形例− 上記実施の形態について、夜間に蓄電池(11) を充電す
る一方、昼間の所定の時間帯に該蓄電池(11) からの２
次電力のみを受けて空調運転を行う、いわゆるピークカ
ット運転を行うようにしたが、これに加えて、夜間に蓄
電池(11) を充電する一方、昼間の所定の時間帯には、
商用電源(21) の商用電力と蓄電池(11)からの２次電力
の双方を受けて空調運転を行う、いわゆるピークシフト
運転を行うようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る蓄電式空気調和装置
の構成を示す説明図である。

【符号の説明】

(21) 商用電源 （電源） (32) 電力変換回路 (33) コンバータ部 (34) インバータ部 (M1) 圧縮機モータ（負荷） (BM) 蓄電手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源電力を供給する電源(21) と、 該電源(21) の電源電力を受けて所定の制御電力に変換
   する電力変換回路(32)と、 該電力変換回路(32) が出力する制御電力を受けて駆動
   する負荷(M1) と、 該負荷(M1) に２次電力を供給する蓄電手段(BM) とを備
   え、上記負荷(M1) を駆動して空調運転を行う蓄電式空
   気調和装置において、 上記電力変換回路(32) は、電源電力を直流電力に変換
   すると共に、電源電力を負荷(M1) の駆動に対応して昇
   圧させる昇圧動作と、電源電力を蓄電手段(BM)の充電電
   圧に対応して降圧させる降圧動作とに切り換わるコンバ
   ータ部(33) を備える一方、 上記蓄電手段(BM) における少なくとも入力端は、コン
   バータ部(33) の出力電力を受けて充電するように該コ
   ンバータ部(33) の後段に接続されていることを特徴と
   する蓄電式空気調和装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の蓄電式空気調和装置にお
   いて、 負荷(M1) は、電力変換回路(32) によって回転数が制御
   される圧縮機モータ(M1) であることを特徴とする蓄電
   式空気調和装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の蓄電式空気調和装
   置において、 電力変換回路(32) は、コンバータ部(33) が出力する直
   流電力を所定の交流電力に変換するインバータ部(34)
   を備える一方、 コンバータ部(33) は、ＰＷＭコンバータであることを
   特徴とする蓄電式空気調和装置。