JP2021050652A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音を抑制することができる空気調和装置を提供することである。【解決手段】実施形態の空気調和装置は、遠心ポンプと、制御部と、を持つ。制御部は、遠心ポンプの動作を制御する。遠心ポンプは、ケースと、羽根車と、モータと、を有する。ケースは、吸込ポートおよび吐出ポートを有する。羽根車は、ケースの内部に配置され、複数の羽根を有し、回転可能である。モータは、羽根車を回転させる。吐出ポートの中心軸と、羽根車の回転軸とは、ねじれの位置にある。複数の羽根は、羽根車の周方向に並んで配置される。複数の羽根は、羽根車の回転軸の方向から見て羽根車の周方向に凸となる弧状に形成される。複数の羽根は、羽根車の回転時に前記吐出ポートの中心軸と交差することが可能である。制御部は、空気調和装置の運転を停止させるとき、羽根車の回転数を段階的に減少させる。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、空気調和装置に関する。

空気調和装置は、冷房運転中に発生する結露水を排水する遠心ポンプを有する。遠心ポンプには排水管が接続される。排水管は、遠心ポンプの吐出ポートから上方に伸びる上昇部と、上昇部の上端から下方に伸びる下降部と、を有する。空気調和装置の運転を停止するとき、遠心ポンプが停止する。このとき、上昇部の内部の水が遠心ポンプに逆流し、騒音を発生させる。騒音を抑制することができる空気調和装置が求められている。

特開２０１１−８０４７７号公報

本発明が解決しようとする課題は、簡易な構造で効率よく騒音を抑制することができる空気調和装置を提供することである。

実施形態の空気調和装置は、遠心ポンプと、制御部と、を持つ。制御部は、遠心ポンプの動作を制御する。遠心ポンプは、ケースと、羽根車と、モータと、を有する。ケースは、吸込ポートおよび吐出ポートを有する。羽根車は、ケースの内部に配置され、複数の羽根を有し、回転可能である。モータは、羽根車を回転させる。吐出ポートの中心軸と、羽根車の回転軸とは、ねじれの位置にある。複数の羽根は、羽根車の周方向に並んで配置される。複数の羽根は、羽根車の回転軸の方向から見て羽根車の周方向に凸となる弧状に形成される。複数の羽根は、羽根車の回転時に吐出ポートの中心軸と交差することが可能である。制御部は、空気調和装置の運転を停止させるとき、羽根車の回転数を段階的に減少させる。

実施形態の空気調和装置の部分断面図。 遠心ポンプの側面断面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。 図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図。 空気調和装置の停止動作の説明図。 空気調和装置のリフレッシュ動作の説明図。

以下、実施形態の空気調和装置を、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の空気調和装置の部分断面図である。空気調和装置１は、室内の天井裏に配置され、室内の空気の冷暖房を行う。空気調和装置１は、送風機（不図示）と、熱交換器３と、ドレンパン７と、遠心ポンプ１０と、制御部４と、を主に有する。

送風機は、空気調和装置１の下方（室内側）であって、水平方向の中央部に配置される。送風機は、室内の空気５を空気調和装置１の内部に吸引する。
熱交換器３は、水平方向において送風機を囲むように配置される。熱交換器３は、空気調和装置１の水平方向の中央部と周縁部とを区画するように、空気調和装置１の上下方向の全体に亘って配置される。熱交換器３は、冷媒が流通する複数の冷媒流路を有する。

送風機により空気調和装置１の内部に吸引された空気５は、空気調和装置１の中央部から周縁部に向かって流れ、熱交換器３を通過する。空気５は、熱交換器３の冷媒流路を流通する冷媒との間で熱交換する。空気５は、空気調和装置１の周縁部から室内に向かって吹出される。これにより、室内の空気の冷暖房が行われる。室内の空気が冷房されるとき、空気５は熱交換器３で冷却される。これにより、熱交換器３の周囲で結露水が発生する。

ドレンパン７は、空気調和装置１の下方であって、水平方向の周縁部に配置される。ドレンパン７は、下方に窪むドレン穴８を有する。ドレンパン７は、ドレン穴８に向かって傾斜する。冷房運転時の熱交換作用に伴って熱交換器３の周囲で発生した結露水は、ドレンパン７に落下し、ドレン穴８に流れ込む。

遠心ポンプ１０は、ドレン穴８の上方に配置される。遠心ポンプ１０は、吸込ポート１３と、吐出ポート１４（図２参照）とを有する。吐出ポート１４には排水管１６が接続される。排水管１６は、上昇部１７と、下降部１８と、を有する。上昇部１７は、遠心ポンプ１０の吐出ポート１４から上方に伸びる。下降部１８は、上昇部１７の上端部から下方に伸びて、空気調和装置１の外部に出る。

遠心ポンプ１０は、ドレン穴８に溜まった水を吸込ポート１３から吸い込み、吐出ポート１４から吐出する。遠心ポンプ１０は、排水管１６の上昇部１７の上端まで揚水する。上昇部１７の上端を越えた排水は、下降部１８を自然落下して空気調和装置１の外部に出る。これにより、ドレン穴８に溜まった水が空気調和装置１の外部に排出される。遠心ポンプ１０により汲み上げられた水が上昇部１７の上端を越えて少しずつ排水されるので、排水時の騒音が抑制される。

制御部４は、空気調和装置１および遠心ポンプ１０の運転を制御する。制御部４の各機能は、例えば、少なくとも一部が、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェアプロセッサが記憶部に格納されたプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、制御部４の各機能の一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェア（回路部；circuitry）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

遠心ポンプ１０の構造について詳しく説明する。
図２は、遠心ポンプの側面断面図である。本願において、円柱座標系のＺ方向、Ｒ方向およびθ方向が以下のように定義される。遠心ポンプ１０の中心軸１０ｘに対して、Ｚ方向は軸方向であり、Ｒ方向は径方向であり、θ方向は周方向である。例えば、Ｚ方向は鉛直方向であり、＋Ｚ方向は上方向である。例えば、Ｒ方向およびθ方向は水平方向である。
遠心ポンプ１０は、第１ケース１１と、第２ケース２１と、羽根車３０と、モータ２５と、を有する。第１ケース１１、第２ケース２１および羽根車３０は、樹脂材料等により形成される。

第１ケース１１は、円錐部１１ａと、円筒部１１ｂと、を有する。
円錐部１１ａは、−Ｚ方向に向かって先細る。円錐部１１ａの中央部には、吸込ポート１３が形成される。吸込ポート１３は、円筒状に形成され、−Ｚ方向に伸びる。
円筒部１１ｂは、円錐部１１ａの外周縁部から＋Ｚ方向に伸びる。円筒部１１ｂの外周には、吐出ポート１４が形成される。吐出ポート１４については後述する。

第２ケース２１は、第１ケース１１の＋Ｚ方向に配置される。第２ケース２１は、略円筒状に形成される。第２ケース２１の−Ｚ方向の端部には、仕切板２２が形成される。仕切板２２は、第１ケース１１の内部と第２ケース２１の内部との間を仕切る。仕切板２２によって仕切られた第１ケース１１の内部に、ポンプ室１２が形成される。

羽根車３０は、ポンプ室１２に配置される。羽根車３０の回転軸３０ｘは、遠心ポンプ１０の中心軸１０ｘに一致する。羽根車３０は、ベース部３２と、第１羽根３３と、第２羽根３４と、を有する。
ベース部３２は、円錐状に形成される。ベース部３２は、第１ケース１１の円錐部１１ａの＋Ｚ方向の表面から、＋Ｚ方向に離れて配置される。

第１羽根３３は、ベース部３２の−Ｚ方向に配置される。第２羽根３４は、ベース部３２の＋Ｚ方向に配置される。第２羽根３４については後述する。
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。第１羽根３３は、吸込ポート１３の内部に配置される。羽根車３０の回転軸３０ｘに垂直な断面において、第１羽根３３は十字状に形成される。第１羽根３３は、羽根車３０の回転軸３０ｘから放射状にＲ方向に延びる。

モータ２５は、第２ケース２１の＋Ｚ方向に配置される。例えば、モータ２５はＤＣブラシレスモータである。モータ２５は、ステータ２５ｓと、ロータ２５ｒと、を有する。ステータ２５ｓは、第２ケース２１に固定される。ロータ２５ｒは、ステータ２５ｓの内側（−Ｒ方向）に配置される。ロータ２５ｒの中心にシャフト２６が固定される。シャフト２６は、遠心ポンプ１０の中心軸１０ｘに沿って配置される。シャフト２６の−Ｚ方向の端部は、羽根車３０に接続される。シャフト２６と仕切板２２との間には、通気孔２３が形成される。

図２に示されるように、ドレン穴８には水Ｗが溜まっている。吸込ポート１３の−Ｚ方向の先端は、水Ｗの内部に浸漬されている。モータ２５を駆動すると、羽根車３０がθ方向に回転する。第１羽根３３は、吸込ポート１３の内部の水Ｗを攪拌する。水Ｗは、遠心力により吸込ポート１３の内面に沿って＋Ｚ方向に上昇する。水Ｗは、円錐部１１ａの表面に沿ってＲ方向に流れる。水Ｗは、吐出ポート１４から遠心ポンプ１０の外部に排出される。排水に伴うポンプ室１２の負圧は、通気孔２３から流入する空気により解消される。吐出ポート１４には、排水管１６の上昇部１７が接続されている。遠心ポンプ１０は、排水管１６の上昇部１７に沿って揚水する。

遠心ポンプ１０が停止すると、上昇部１７の内部の水が重力により下降する。水は、吐出ポート１４からポンプ室１２に流入する。水は、吸込ポート１３からドレン穴８に落下する。このように、遠心ポンプ１０が停止すると、上昇部１７の水が逆流する。高速の逆流水は、ポンプ室１２の内部に大きな負圧を発生させる。 遠心ポンプ１０の羽根車３０は、逆流水との衝突により回転して、逆流水の流速を低下させる。

図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。羽根車３０は、複数（図４の例では８枚）の第２羽根３４を有する。第２羽根３４は、ベース部３２の＋Ｚ方向の表面から＋Ｚ方向に立ち上がる。第２羽根３４は、羽根車３０の回転軸３０ｘから略放射状に延びる。複数の第２羽根３４は、θ方向に等角度間隔で配置される。第２羽根３４は、Ｚ方向から見て、θ方向に凸となる円弧状に形成される。凸の方向は、吐出ポート１４の中心軸１４ｘと交差する第２羽根３４において、吐出ポート１４に向かう方向である。この羽根車３０の構造はシンプルであり、製造コストが抑制される。

吐出ポート１４の中心軸１４ｘは直線状に形成される。吐出ポート１４の中心軸１４ｘと羽根車３０の回転軸３０ｘとは、ねじれの位置にある。すなわち、吐出ポート１４の中心軸１４ｘと羽根車３０の回転軸３０ｘとは、非平行であって交差しない。吐出ポート１４の中心軸１４ｘは、羽根車３０の回転軸３０ｘからＲ方向に離れて配置される。すなわち、吐出ポート１４は、第１ケース１１の円筒部１１ｂにおけるθ方向の接線方向に略延設したように設けられている。
吐出ポート１４の中心軸１４ｘは、複数の第２羽根３４のうち少なくとも一つと常に交差する。全ての第２羽根３４は、羽根車３０の回転時に吐出ポート１４の中心軸１４ｘと順に交差することが可能である。

前述した逆流水は、吐出ポート１４からポンプ室１２に流入する。吐出ポート１４の中心軸１４ｘは、羽根車３０の第２羽根３４と交差する。これにより、流入した逆流水が第２羽根３４に衝突する。吐出ポート１４の中心軸１４ｘと羽根車３０の回転軸３０ｘとは、ねじれの位置にある。これにより、第２羽根３４に衝突した逆流水が、羽根車３０にモーメントを作用させて羽根車３０を回転させる。第２羽根３４は、Ｚ方向から見て、θ方向に凸となる円弧状に形成される。これにより、逆流水と第２羽根３４との衝突に伴って、羽根車３０が所定方向に回転する。
羽根車３０が回転すると、逆流水に遠心力が作用する。これにより、逆流水の流速が低下して、逆流水への通気孔２３から流入した空気の巻き込みが少なくなる。したがって、遠心ポンプ１０の停止に伴う騒音が抑制される。

図２に示されるモータ２５において、ステータ２５ｓおよびロータ２５ｒのうち少なくとも一方には、永久磁石が装着される。遠心ポンプの停止時には、永久磁石の磁力は、羽根車３０の回転抵抗として作用する。これにより、第２羽根３４に衝突した逆流水が羽根車３０から抵抗を受けて、逆流水の流速が低下する。したがって、遠心ポンプ１０の停止に伴う騒音が抑制される。

図５は、空気調和装置の停止動作の説明図である。一般に、遠心ポンプ１０の能力は、定格電力における所定時間の揚水量で表現される。図５に示されるように、遠心ポンプ１０の運転開始時には、遠心ポンプ１０の能力に基づく揚水が実施される。この揚水の流速において、空気の巻き込みに伴う騒音が少なくなるように、通気孔２３などが最適設計されている。揚水の流速以下まで逆流水の流速が低下すれば、遠心ポンプ１０の停止に伴う騒音が抑制される。

制御部４は、空気調和装置１の運転を停止させるとき、遠心ポンプ１０の回転数を段階的に減少させる。制御部４は、例えばモータ２５の駆動電圧を段階的に低下させて、遠心ポンプ１０の回転数を段階的に減少させる。遠心ポンプ１０の回転数の段階的な減少により、揚水量が段階的に低下する。揚水量の低下速度が遠心ポンプ１０の運転開始時における揚水量の上昇速度以下になるように、遠心ポンプ１０の回転数を段階的に減少させる。これにより、逆流水の流速が、揚水の流速以下に低下する。したがって、遠心ポンプ１０の停止に伴う騒音が抑制される。

図２に示されるように、遠心ポンプ１０は、吸込ポート１３とドレン穴８の底面との間に所定間隔のスペースを置いて配置される。このスペースに異物が詰まると、遠心ポンプ１０の揚水能力が低下する。

図６は、空気調和装置のリフレッシュ動作の説明図である。制御部４は、空気調和装置１の運転中に、空気調和装置１のリフレッシュ動作を複数回連続して実施する。リフレッシュ動作は、遠心ポンプ１０により排水管１６の上昇部１７の内容積Ｐｍを超える揚水を行った後に、遠心ポンプ１０を停止させる動作である。図６の例では、リフレッシュ動作を２回連続して実施している。
リフレッシュ動作において遠心ポンプ１０を停止させると、上昇部１７の内容積Ｐｍの容量の水が遠心ポンプ１０に逆流する。逆流水は、吸込ポート１３からドレン穴８に向かって勢いよく吹出す。これにより、吸込ポート１３とドレン穴８の底面との間のスペースに詰まった異物が取り除かれる。したがって、遠心ポンプ１０の揚水能力の低下を抑制することができる。
また、このリフレッシュ動作時においても、第２羽根３４に衝突した逆流水が羽根車３０から抵抗を受けて、逆流水の流速が低下して、逆流水への通気孔２３からの気の巻き込みが少なくなり、遠心ポンプ１０の停止に伴う騒音が抑制される。

以上に詳述されたように、実施形態の空気調和装置１は、遠心ポンプ１０と、制御部４と、を有する。制御部４は、遠心ポンプ１０の動作を制御する。遠心ポンプ１０は、第１ケース１１と、羽根車３０と、モータ２５と、を有する。第１ケース１１は、吸込ポート１３および吐出ポート１４を有する。羽根車３０は、第１ケース１１の内部に配置され、複数の第２羽根３４を有し、回転可能である。モータ２５は、羽根車３０を回転させる。吐出ポート１４の中心軸１４ｘと、羽根車３０の回転軸３０ｘとは、ねじれの位置にある。複数の第２羽根３４は、θ方向に並んで配置される。複数の第２羽根３４は、Ｚ方向から見てθ方向に凸となる円弧状に形成される。複数の第２羽根３４は、羽根車３０の回転時に吐出ポート１４の中心軸１４ｘと交差することが可能である。制御部４は、空気調和装置１の運転を停止させるとき、羽根車３０の回転数を段階的に減少させる。

この構成によれば、羽根車３０が逆流水との衝突により回転する。これにより、逆流水に遠心力が作用して、逆流水の流速が低下する。また、制御部４が羽根車３０の回転数を段階的に減少させるので、逆流水の流速が低下する。逆流水の流速が低下すると、空気の巻き込みによる騒音が低下する。したがって、空気調和装置１の騒音を抑制することができる。

実施形態の空気調和装置１は、吐出ポート１４に接続された排水管１６を有する。排水管１６は、吐出ポート１４から上方に伸びる上昇部１７と、上昇部１７の上端から下方に伸びる下降部１８と、を有する。制御部４は、空気調和装置１の運転中に、リフレッシュ動作を複数回連続して実施する。リフレッシュ動作は、遠心ポンプ１０により上昇部１７の内容積Ｐｍを超える揚水を行った後に遠心ポンプ１０を停止させる動作である。

リフレッシュ動作において遠心ポンプ１０を停止させると、上昇部１７の内容積Ｐｍの容量の水が遠心ポンプ１０に逆流する。逆流水は、吸込ポート１３からドレン穴８に勢いよく吹出す。これにより、吸込ポート１３とドレン穴８の底面との間のスペースに詰まった異物が取り除かれる。したがって、遠心ポンプ１０の揚水能力の低下を抑制することができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、空気調和装置１の運転を停止させるとき、羽根車３０の回転数を段階的に減少させる制御部４を持つ。これにより、逆流水の流速が低下して、空気調和装置１の騒音を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

θ…周方向、Ｐｍ…内容積、１…空気調和装置、４…制御部、１０…遠心ポンプ、１１…第１ケース（ケース）、１３…吸込ポート、１４…吐出ポート、１４ｘ…中心軸、１６…排水管、１７…上昇部、１８…下降部、２５…モータ、３０…羽根車、３０ｘ…回転軸、３４…第２羽根（羽根）。

Claims (2)

1. 遠心ポンプと、前記遠心ポンプの動作を制御する制御部と、を有する空気調和装置であって、
   前記遠心ポンプは、
   吸込ポートおよび吐出ポートを有するケースと、
   前記ケースの内部に配置され、複数の羽根を有し、回転可能な羽根車と、
   前記羽根車を回転させるモータと、
   を有し、
   前記吐出ポートの中心軸と、前記羽根車の回転軸とは、ねじれの位置にあり、
   前記複数の羽根は、前記羽根車の周方向に並んで配置され、前記羽根車の回転軸の方向から見て前記羽根車の周方向に凸となる弧状に形成され、前記羽根車の回転時に前記吐出ポートの中心軸と交差することが可能であり、
   前記制御部は、前記空気調和装置の運転を停止させるとき、前記羽根車の回転数を段階的に減少させる、
   空気調和装置。
2. 前記吐出ポートに接続された排水管を有し、
   前記排水管は、前記吐出ポートから上方に伸びる上昇部と、前記上昇部の上端から下方に伸びる下降部と、を有し、
   前記制御部は、前記空気調和装置の運転中に、前記遠心ポンプにより前記上昇部の内容積を超える揚水を行った後に前記遠心ポンプを停止させる動作を、複数回連続して実施する、
   請求項１に記載の空気調和装置。

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