JP2014062475A

JP2014062475A - 空気調和装置

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Publication number: JP2014062475A
Application number: JP2012207029A
Authority: JP
Inventors: Shunji Itakura; 俊二板倉; Kazuya Funada; 和也船田; Toshiyuki Fuji; 利行藤
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: JP6064481B2

Abstract

【課題】内部低圧型の圧縮機を用いた場合にも、モータ巻線の温度を精度良く検知でき、かつ、バイメタルスイッチの火花によって可燃性冷媒が着火することを抑制できる空気調和装置を提供する。
【解決手段】冷凍サイクル６の圧縮機２は、密閉容器２３０に内蔵されて内部低圧型となり、密閉容器２３０内には可燃性や微燃性の冷媒が充満される。温度保護スイッチ１１を、密閉容器２３０内においてモータ巻線２２３の近傍に配置する。温度保護スイッチ１１に電源１０から電流を供給する低電流配線Ｈｌを設け、この低電流配線Ｈｌに、温度保護スイッチ１１のオン・オフ時に火花が発生する電流値未満の電流を印加する。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気調和装置に関し、特に、密閉容器に内蔵された内部低圧型の圧縮機を冷凍サイクルに有する空気調和装置に関する。

空気調和装置の冷凍サイクルに用いられる冷媒の圧縮機は、モータと一体となって密閉容器に内蔵されて密閉型の圧縮機として構成されるのが一般的である。この圧縮機は、密閉容器内に導入した冷媒を圧縮して冷媒循環路に吐出するようになっている。

このような密閉型の圧縮機は、モータの異常温度上昇を防止するために、密閉容器内においてモータ巻線近傍にバイメタルスイッチ式の過負荷保護器（ＯＬＰ：ＯｖｅｒＬｏａｄＰｒｏｔｅｃｔｏｒ）を設置するようになったものがある。過負荷保護器は、モータ巻線の温度に応じてバイメタルスイッチがオン・オフされ、モータ巻線が過熱された場合にオフしてモータ巻線への通電を遮断するようになっている。

ところで、空気調和装置を設置する際に、冷凍サイクル内に冷媒を充填することになるが、このとき、工事ミス等により冷媒中に空気が混入してしまう場合がある。

しかし、このように冷媒中に空気が混ざった状態で過負荷保護器が動作した場合、冷媒に可燃性がある冷媒が用いられていると、過負荷保護器のオン・オフ時に発生する火花によって冷媒が着火してしまう恐れがある。

ところで、密閉型の圧縮機は、内部高圧型と内部低圧型とが存在するが、内部高圧型の圧縮機では、密閉容器内が圧縮機で加圧された高圧ガス冷媒で充満されるため、モータの温度が密閉容器に伝達され易くなる。これにより、モータ巻線が過熱した場合は密閉容器も高温となる。

このため、例えば、特許文献１に開示されるように、過負荷保護器を密閉容器に外付けした場合にもモータ巻線の過熱状態を検知することが可能となる。従って、このように過負荷保護器を密閉容器に外付けすることにより、過負荷保護器のオン・オフ時に発生する火花が生じても冷媒が着火することを防止できる。

特開平１０−２７４１６８号公報

しかしながら、密閉容器内が低圧ガス冷媒で充満される内部低圧型の圧縮機では、モータ巻線の温度が密閉容器に伝達されづらく、密閉容器の温度はモータ巻線の温度よりも低く（例えば、−５０ｄｅｇ．以上）なる。このため、密閉容器に過負荷保護器を外付けした場合には、モータ巻線の温度を正確に検知することができず、圧縮機の保護が困難となる。

そこで、本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、内部低圧型の圧縮機を用いた場合でも、モータ巻線の温度を精度良く検知でき、かつ、過負荷保護器動作時の火花が生じても冷媒が着火することを防止できる空気調和装置を提供するものである。

本発明の空気調和装置は、密閉容器にモータを内蔵する内部低圧型の圧縮機を有し、かつ、可燃性や微燃性の冷媒を用いた冷凍サイクルを備えた空気調和装置であって、電源から前記モータへ電力を供給するモータ電源線と、前記モータ電源線に設けられ、前記モータを駆動する電源供給をオン・オフする行う電源スイッチと、前記電源スイッチに設けられ、通電時に同電源スイッチをオンにするコイルと、前記コイルが接続され、前記モータ電源線とは別回路である低電流配線と、前記低電流配線に接続されるとともに、前記密閉容器内のモータ巻線近傍に設けられ、前記モータ巻線が所定温度以上となったときにオフになる温度保護スイッチとを備え、前記温度保護スイッチのオン・オフに連動して前記電源スイッチをオン・オフさせることを特徴とする。

また、上記発明において、前記モータ電源線と前記電流配線とに流れる電流は、前記電源から供給されていることを特徴とする。

本発明によれば、密閉容器内においてモータ巻線近傍に温度保護スイッチを配置したことにより、モータ巻線の温度を精度良く検知できる。このとき、温度保護スイッチは、低電流配線によって電源から電流が供給されるが、低電流配線には、温度保護スイッチのオン・オフ時に火花が発生する電流値未満の電流が印加されている。従って、温度保護スイッチを、可燃性や微燃性の冷媒が充満した密閉容器内に配置した場合にも、温度保護スイッチに火花が発生することが無いため、火花によって冷媒が着火することを防止できる。

さらに、圧縮機のモータ電源線に設けた電源スイッチのコイル端子に前記低電流配線を接続してある。これにより、電源スイッチが温度保護スイッチのオン・オフに連動してオン・オフするため、温度保護スイッチがモータ巻線の過熱を検知した場合に、電源スイッチがモータ電源線への通電を遮断してモータを停止し、圧縮機を保護することができる。

図１は、本発明の空気調和装置の一実施形態を示す概略構成図である。図２は、図１に示す空気調和装置に用いられる圧縮機の拡大断面図である。図３は、図２に示す圧縮機の概略的なモータ配線図である。図４は、図３の他の実施形態を示す概略的なモータ配線図である。

以下、本発明に係る好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の空気調和装置１は、圧縮機２、室外熱交換器３、減圧手段４および室内熱交換器５を有する冷凍サイクル６を備えている。減圧手段４としては、一般に膨張弁やキャピラリチューブが用いられている。また、空気調和装置１は、通常、冷房および暖房が可能となっており、冷凍サイクル６には、冷房と暖房を切り換えるための四方弁７が圧縮機２の吐出側に設けられている。

そして、空気調和装置１で室内を冷房する際には、図中の四方弁７内の実線に沿って流路を形成し、圧縮機２の吐出冷媒を室外熱交換器３へと供給して、冷媒は図中ａ方向に循環される。一方、室内を暖房する際には、図中の四方弁７内の破線に沿って流路を形成し、圧縮機２の吐出冷媒を室内熱交換器５へと供給して、冷媒は図中ｂ方向に循環される。

従って、空気調和装置１で室内を冷房する際には、圧縮機２から吐出された高温高圧の気相冷媒を室外熱交換器３で冷却して高圧の液相冷媒とし、この冷媒を減圧手段４で断熱膨張させて圧力と温度を下げた後、室内熱交換器５で気化させて気相冷媒とし、圧縮機２に戻すようになっている。この場合、室外熱交換器３は凝縮器として機能し、室内熱交換器５は蒸発器として機能する。これによって、室内熱交換器５で低温低圧の冷媒が室内空気と熱交換を行い、冷房運転を行う。

一方、空気調和装置１で室内を暖房する際には、冷房の時とは逆に、圧縮機２から吐出された高温高圧の気相冷媒を室内熱交換器５で冷却して高圧の液相冷媒とし、この冷媒を減圧手段４で断熱膨張させて圧力と温度を下げた後、室外熱交換器５で気化させて気相冷媒とし、圧縮機２に戻すようになっている。この場合、室外熱交換器３は蒸発器として機能し、室内熱交換器５は凝縮器として機能する。これによって、室内熱交換器５で高温高圧の冷媒が室内空気と熱交換を行い、暖房運転を行う。

ところで、本実施形態の圧縮機２は、図２に示すように、冷媒の圧縮部２１０と、この圧縮部２１０を駆動するモータ２２０とが一体化されて密閉容器２３０に内蔵されている。

また、本実施形態では、冷凍サイクル６を循環する冷媒としては、冷凍効率を高めるために可燃性や微燃性の冷媒が用いられている。この可燃性や微燃性の冷媒としては、例えば、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１６１、Ｒ１５２ａ、Ｒ１２３４ｙｆとＲ３２との混合冷媒、Ｒ１２３４ｚｅとＲ３２との混合冷媒等がある。

次に、圧縮機２の構造を説明する。尚、この圧縮機２を説明するにあたって、図中上方を上方、図中下方を下方とする。

圧縮機２の密閉容器２３０は、両端が上下の閉止板２３１、２３２によって閉塞される円筒状をなしている。密閉容器２３０の内部は、密閉容器２３０に固定した隔成壁２３３を境にして上方に圧縮部２１０が配置され、下方に圧縮部２１０を駆動するモータ２２０が配置される。このとき、隔成壁２３３を境にして圧縮部２１０を配置した内部が圧縮部配置室Ｒ１となり、かつ、モータ２２０を配置した内部がモータ配置室Ｒ２となっている。

圧縮部２１０は、本実施形態ではスクロール圧縮機として構成されている。このスクロール圧縮機は、一対の同一形状の渦巻き体２１１、２１２を有し、それぞれの渦巻き体２１１、２１２を互いに反転させる向きにして、それぞれを部分的に密接させるようにして圧縮部２１０を構成しているものである。

圧縮部２１０の外周側から吸い込まれた冷媒は、圧縮部２１０の内で圧縮されつつ中心部方向へと案内される。その後圧縮部２１０上方へ流出した高温高圧の冷媒は吐出管２４１へ導出される。

モータ２２０は、密閉容器２３０の内周に圧入固定される環状のステータ２２１と、このステータ２２１の内周に僅かの隙間δを設けて回転自在に嵌合されるロータ２２２とを備えている。

ステータ２２１には、モータ巻線２２３が巻回されており、かつ、ロータ２２２は、外周にＮ極とＳ極が交互に等間隔をもって複数着磁された永久磁石によって形成されている。そして、モータ巻線２２３に電流が印加されることにより、ロータ２２２が回転されるようになっている。また、モータ巻線２２３には、モータ巻線２２３の温度により接点を開閉する温度保護スイッチ１１が固定されている。

ロータ２２２の回転中心には、このロータ２２２と一体となって回転するように回転出力軸２２４が貫通している。この回転出力軸２２４の上端部は、隔成壁２３３に設けた軸受部Ｂ１に回転自在に支持される。この回転出力軸２２４の回転で渦巻き体２１２が偏心回転運動をするようになっており、これによって圧縮部２１０が冷媒の圧縮を行う。

このように構成された圧縮機２は、図１にも示すように、密閉容器２３０の中腹部に冷媒導入管２４０が接続され、かつ、密閉容器２３０の上端部に冷媒吐出管２４１が接続される。そして、冷媒導入管２４０から密閉容器２３０内に吸い込んだ冷媒を、圧縮部２１０で圧縮して冷媒吐出管２４１から吐出するようになっている。

図２に示すように、冷媒導入管２４０は、圧縮部配置室Ｒ１とモータ配置室Ｒ２との間の連通路２３７に対応する位置に連通され、かつ、冷媒吐出管２４１は、圧縮機２の上部、要するに、圧縮部２１０の吐出側に対応する位置に連通されている。

従って、圧縮部配置室Ｒ１に案内された冷媒は、圧縮部２１０に直接取り込まれて圧縮される。一方、モータ配置室Ｒ２側に案内された冷媒は、モータ配置室Ｒ２内に充満し、その後、連通路２３７を通って圧縮部配置室Ｒ１へと供給されて圧縮部２１０に取り込まれる。このとき、モータ配置室Ｒ２内が低圧の冷媒で充満されるため、本実施形態の圧縮機２は内部低圧型となる。

図３は、モータ２２０のモータ巻線２２３の回路図を示し、本実施形態ではＳ接点、Ｒ接点、Ｃ接点を有する単相モータの場合を示す。Ｃ接点にはモータ電源線Ｈｃが接続され、Ｒ接点にはモータ電源線Ｈｒが接続され、Ｓ接点にはモータ電源線Ｈｒから分岐したモータ電源線Ｈｓが接続されている。

そして、空気調和装置１の電源１０をオンにすると、モータ電源線Ｈｃ、Ｈｒ、Ｈｓに電流が印加される。これにより、永久磁石のロータ２２２が回転して圧縮機２が駆動され、冷凍サイクル６に冷媒を循環させる。

ここで、本実施形態では、図３に示すように、モータ電源線Ｈｃに電源リレー１２を配置し、この電源リレー１２によってモータ２２０へ供給する電力のオン・オフができるようになっている。電源リレー１２は、常開式の電源スイッチ１２ａと電磁コイル１２ｂとを有しており、接点端子Ｔ１、Ｔ２にモータ電源線Ｈｃが接続され、コイル端子Ｔ３、Ｔ４に低電流配線Ｈｌが接続される。

コイル端子Ｔ３、Ｔ４に接続された低電流配線Ｈｌは、電源１０に接続され、Ｈｃ、Ｈｒ、Ｈｓとは別の回路である。また、低電流配線Ｈｌは、抵抗体である電磁コイル１２ｂを有しているため、低電流配線に流れる電流は低い値（低電流）となる。

なお、本実施例では、低電流配線Ｈｌは電源１０から電力を供給されているが、低電流配線Ｈｌに電力を供給する電源は別電源であってもよい。

さらに、本実施形態では、図３に示すように、密閉容器２３０内においてモータ巻線２２３の近傍に温度保護スイッチ１１を配置し、この温度保護スイッチ１１によってモータ巻線２２３の温度を直接検知できるようになっている。

尚、本実施形態では、温度保護スイッチ１１をＣ接点に接続されるモータ巻線２２３の近傍に配置した状態で示してあるが、温度保護スイッチ１１で温度検知するモータ巻線２２３は、Ｓ接点やＲ接点に接続される他のモータ巻線２２３であってもよい。また、温度保護スイッチ１１は、従来と同様にバイメタルスイッチ式となっており、検知温度が設定温度未満でオンとなり、設定温度以上でオフとなる。

温度保護スイッチ１１は、電源１０に接続した低電流配線Ｈｌによって電流が供給されるようになっている。この低電流配線Ｈｌは、温度保護スイッチ１１のオン・オフ時に火花が発生しないよう温度保護スイッチ１１に流れる電流を制限する必要があるが、上述したように、低電流配線Ｈｌは、抵抗体である電磁コイル１２ｂを有しているため、低電流配線に流れる電流は低い値（低電流）となる。また、低電流配線Ｈｌに流れる電流を低下させる手段として、例えば、図示しない定電流ダイオード（ＣＲＤ：ＣｕｒｒｅｎｔＲｅｇｕｌａｔｉｖｅＤｉｏｄｅ）を用いてもよい。

因に、温度保護スイッチ１１がオン・オフされた際に火花が発生する条件としては、５ｋＶＡを超える電力を温度保護スイッチ１１に印加している場合であることが確かめられている。従って、低電流配線Ｈｌに印加する電力値は５ｋＶＡ以下になるように電磁コイル１２ｂの抵抗値を設定していればよい。

従って、温度保護スイッチ１１のオンで電源リレー１２は電磁コイル１２ｂが励磁されてオンとなり、温度保護スイッチ１１がオフされた際に電磁コイル１２ｂが消磁されてオフとなり、モータ電源線Ｈｃを遮断するようになっている。これにより、圧縮機２の負荷が過大となってモータ巻線２２３が過熱した場合には、これを温度保護スイッチ１１が検知して電源リレー１２をオフしてモータ２２０を停止し、これにより圧縮機２が停止される。尚、電源リレー１２は、モータ電源線Ｈｃに設けた場合を示したが、これに限ることなく他のモータ電源線Ｈｒ、Ｈｓに設けた場合にも同様に機能させることができる。

また、本実施形態では、モータ電源線Ｈｒに過電流保護リレー１３が設けられており、モータ巻線１３３に過電流が流れた場合に、その過電流保護リレー１３でモータ電源線Ｈｒを遮断してモータ２２０（圧縮機２）を停止するようになっている。更に、モータ電源線Ｈｓには運転キャパシタ１４が設けられており、位相をずらして回転磁界を発生させている。

以上説明したように、本実施形態の空気調和装置１によれば、温度保護スイッチ１１を、圧縮機２の密閉容器２３０内においてモータ巻線２２３の近傍に配置してある。そして、その温度保護スイッチ１１に接続した低電流配線Ｈｌによって電源１０から電流が供給されるが、その低電流配線Ｈ１には、温度保護スイッチ１１のオン・オフ時に火花が発生する電流値未満の電流、つまり、火花が発生しない大きさの電流が流れる。

従って、温度保護スイッチ１１を、密閉容器２３０内においてモータ巻線２２３の近傍に配置したことにより、モータ巻線２２３の過熱を精度良く検知できる。また、密閉容器２３０内は可燃性や微燃性の冷媒が充満しているが、この密閉容器２３０内に温度保護スイッチ１１を配置した場合にも、温度保護スイッチ１１がオン・オフされる際に火花が発生することが無いため、密閉容器２３０内の冷媒が着火することを防止できる。

また、本実施形態によれば、圧縮機２のモータ電源線Ｈｃに電源リレー１２を設けて、この電源リレー１２のコイル端子Ｔ３、Ｔ４に低電流配線Ｈｌを接続してある。これにより、電源リレー１２が、温度保護スイッチ１１のオン・オフに連動してオン・オフされるため、温度保護スイッチ１１がモータ巻線２２３の過熱を検知した場合に、電源リレー１２がモータ電源線Ｈｃの通電を遮断する。従って、このようにモータ電源線Ｈｃが遮断されることによりモータ２２０を停止できるため、圧縮機２を安全に保護することができる。

また、本実施形態では単相のモータを例として詳述したが、図４のような三相モータの場合でも同様の効果を成し得る。この場合、モータ２２０は接点Ｕ、接点Ｖ、接点Ｗを有する三相モータであり、接点Ｕはモータ電源線Ｈｕを介して、接点Ｖはモータ電源線Ｈｖを介して、接点Ｗはモータ電源線Ｈｗを介してインバータ１５に接続されている。インバータ１５はモータ２２０の回転数の制御を行っている。インバータ１５は電源線１６及び電源線１７を介して電源１０と接続されている。

ここで、図４に示すように電源線１６に電源リレー１２を配置し、この電源リレー１２によってモータへ供給する電力のオン・オフができるようになっている。尚、電源リレー１２の動作については、図３の単相モータの例と同様である。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、圧縮部２１０としてスクロール圧縮機を示したが、内部低圧型であればこれ以外の圧縮機、例えば、ロータリ圧縮機等を用いた圧縮機であっても本発明を適用することができる。

１空気調和装置
２圧縮機
６冷凍サイクル
１０電源
１１温度保護スイッチ
１２電源リレー
１２ａ電源スイッチ
１２ｂ電磁コイル
２１０圧縮部
２２０モータ
２２３モータ巻線
２３０密閉容器
Ｈｌ低電流配線
Ｈｃモータ電源線
Ｔ３、Ｔ４電源リレーのコイル端子

Claims

密閉容器にモータを内蔵する内部低圧型の圧縮機を有し、かつ、可燃性や微燃性の冷媒を用いた冷凍サイクルを備えた空気調和装置であって、
電源から前記モータへ電力を供給するモータ電源線と、
前記モータ電源線に設けられ前記モータを駆動する電源供給をオン・オフする電源スイッチと、
前記電源スイッチに設けられ、通電時に同電源スイッチをオンにするコイルと、
前記コイルが接続され、前記モータ電源線とは別回路である低電流配線と、
前記低電流配線に接続されるとともに、前記密閉容器内のモータ巻線近傍に設けられ、前記モータ巻線が所定温度以上となった時にオフになる温度保護スイッチとを備え、
前記温度保護スイッチのオン・オフに連動して前記電源スイッチをオン・オフさせることを特徴とする空気調和装置。
前記モータ電源線と前記電流配線とに流れる電流は、前記電源から供給されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。