JP3595165B2 - 太陽光発電利用空気調和機 - 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
【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
Claims (3)
- 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太陽光発電利用空気調和機。
- 室外機の太陽電池設置面が、当該室外機の天板上である、請求項1に記載の太陽光発電利用空気調和機。
- 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請求項１または２に記載の太陽光発電利用空気調和機。
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