JP4221401B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に関する。

現在日本国内では、ビル等の大きな電力を消費する建物においては、三相２００Ｖの電源が用いられることが一般的である。但し、希にではあるが、エレベータ等のように大電力を消費する設備機器を備えたビルにおいては、受電設備として三相２００Ｖではなく三相４００Ｖが電源として用いられる場合もある。一方、ヨーロッパにおいても日本国内と同様、三相２００Ｖ或いは４００Ｖの電源の両方の電源が用いられているが、ヨーロッパでは日本よりもより広い範囲で三相４００Ｖの電源が使用されている。

このため、一般的に日本国内向けには主に三相２００Ｖを電源として使用する空気調和機がラインナップされ、ヨーロッパ等海外向けには、三相２００Ｖ及び三相４００Ｖを電源として使用する空気調和機がラインナップされている。但し、三相２００Ｖの電源を使用する空気調和機と三相４００Ｖの電源を使用する空気調和機とでは、これら空気調和機を構成する電気部品がそれぞれの電源電圧に対応させて製造されているため、同一の電気部品を使用して両方の電源に対応することができる空気調和機を製造することは困難である。

ここで、ヨーロッパにおける三相４００Ｖの電源の場合、三相電源線の他にニュートラル相を備えた三相４線式が標準化されている（特許文献１参照）。このため、三相４００Ｖの電源に対応する空気調和機は、制御回路、ファンモータ、電動弁等の小電力電気部品については、三相電源のいずれか一相とニュートラル相間の交流単相２００Ｖを利用することで、日本国内で使用されているのと同じの三相２００Ｖを電源として使用する空気調和機内に設けられる部品と同じ部品の使用を可能としている。すなわち、これらの小電力電気部品は、三相４００Ｖの電源に対応した耐圧の高い高価な部品を使用することなく、単相２００Ｖに対応した部品の使用を可能としている。
特開平６−３１９２９３号公報

しかしながら、日本国内の三相４００Ｖの電源を使用する建物では、上述したニュートラル相の端子が設けられていることが非常に少ない。このため、日本国内の三相４００Ｖの設備に三相２００Ｖの電源を使用する空気調和機を設置する場合には、三相４００Ｖの電源を降圧トランスにより三相２００Ｖに降圧し空気調和機の電源としていた。この方法によれば、空気調和機は、日本国内向けの一般品である三相２００Ｖの電源を使用する空気調和機をそのまま使用することができるため、空気調和機の設計を全く変更することなく三相４００Ｖの電源に対応することができる。

しかしながら、三相４００Ｖの電源を使用する建物で用いられる空気調和機は、大容量、大能力のものであり、その電流容量も数十Ａ程度を必要とする。そのため、４００Ｖから２００Ｖへ降圧するトランスは、きわめて大きな容量を必要とし、サイズも大きく、重量においては空調機本体よりも重くなり、２００ｋｇを超えるものとなる。従って、例えば、降圧トランスを空気調和機の室外機周辺に設置しなければならない、或いは、屋上の耐荷重制限のある建物では設置自体が困難となる等、降圧トランスの設置場所が制限されることが多く、かつ、防水、感電及び漏電防止などの手だてを施す必要があることから、降圧トランス自体が高価なものとなってしまう。そのため、三相４００Ｖの設備に三相２００Ｖの電源を使用する空気調和機を上述の降圧トランスを用いて使用するには、様々な困難がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、三相中性点トランスを備えることにより、降圧トランスを用いる必要がなく、また、特別に耐圧の大きな部品を使用したり高電圧対応のための絶縁強化等を施すことなく、日本国内の三相４００Ｖの電源を使用する建物においても使用することができる空気調和機を提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、空気調和機において、ニュートラル相及びＲ，Ｔ，Ｓ相の接続される端子を備え、Ｒ，Ｔ，Ｓ相の端子に三相４００Ｖの交流電源が接続される端子台と、端子台を介して三相交流電源の各相に、Ｙ結線された三相巻線がそれぞれ接続され、三相巻線の中央接続点から三相交流電源の中性点を出力するニュートラル相が端子台のニュートラル相の端子に接続された三相中性点トランスと、三相中性点トランスを介することなく端子台のＲ，Ｔ，Ｓ相の端子から三相交流電源からの電力を圧縮機に供給し駆動する圧縮機駆動部と、２３０Ｖの交流電力を電源として動作する小電力電気機器とを備え、小電力電気機器は、一端が端子台のニュートラル相の端子に接続され、他端が子台のＲ，Ｔ，Ｓ相の端子から圧縮機駆動手段に至る三相交流電源のいずれかの相に接続される。

本発明によれば、三相中性点トランスを備えることにより、降圧トランスを用いる必要がなく、また、特別に耐圧の大きな部品を使用したり高電圧対応のための絶縁強化等を施すことなく、日本国内の三相４００Ｖの電源を使用する建物においても使用することができる空気調和機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る空気調和機１は、三相４００Ｖ交流電源２に接続され、この三相交流電源２から電源電圧が供給され駆動される室外機３を備える。室外機３内には、Ａ／Ｃ端子台３１と、このＡ／Ｃ端子台３１のニュートラル相出力端子Ｎに接続するためのニュートラル出力端子Ｎａを備える三相中性点トランス４が設けられている。通常、Ａ／Ｃ端子台３１は左側が入力（電源側）端子で、右側が出力（負荷）側端子となるが、接続の簡素化のため、三相中性点トランス４のニュートラル出力端子ＮａはＡ／Ｃ端子台３１のニュートラル出力端子Ｎに接続されている。

さらに室外機３内には、三相交流電源２から電源電圧が供給され駆動される圧縮機駆動部５と、三相中性点トランス４から出力されるニュートラル出力をＡ／Ｃ端子台３１のニュートラル出力端子Ｎを介して受け取り、このニュートラル出力と三相交流電源２のいずれかの相との間の電圧が供給され駆動される小電力電気機器６とを備える。

三相４００Ｖの交流電源２は、３つの相Ｒ、Ｔ、Ｓを有し、それぞれの相がＡ／Ｃ端子台３１を介して三相中性点トランス４に入力される。これら３相の各相相互間にはそれぞれ４００Ｖの電圧（相間電圧）が印加される。三相中性点トランス４は、三相交流電源２から出力された三相Ｒ、Ｔ、Ｓを入力する端子と、これら三相の中性点を出力するニュートラル出力端子Ｎａとを備える。この三相中性点トランス４は図２に示すように、三相交流電源２から入力された三相Ｒ、Ｔ、Ｓが同一仕様の巻線を経てＹ形結線され、その中央接続点からニュートラル出力端子Ｎａが引き出される。この三相中性点トランス４の電流容量としてはニュートラル出力端子Ｎａを流れる電流容量をカバーできればよいため、重量は２０ｋｇ未満の小形のトランスとなる。なお、ニュートラル出力端子Ｎａと各相間の電圧はそれぞれ交流２３０Ｖとなる。

図１に戻り、室外機３の電源入力端子は、Ａ／Ｃ端子台３１に設けられたＲ、Ｔ、Ｓ及びニュートラル入力端子Ｎからなり、三相交流電源２からの電力がこのＡ／Ｃ端子台３１を通して室外機３に入力されている。このうち、電源入力端子Ｒ、Ｔ、Ｓが三相交流電源２のＲ、Ｔ、Ｓの各相に接続される。三相交流電源２にニュートラル出力があれば、ニュートラル入力端子Ｎに接続されるが、本実施の形態のようにニュートラル出力がない場合、その代わりに三相中性点トランス４が用いられる。この場合、三相中性点トランス４のニュートラル出力端子ＮａがＡ／Ｃ端子台３１のニュートラル出力端子Ｎに接続される。Ａ／Ｃ端子台３１のＲ、Ｔ、Ｓ、Ｎの各相からは、室外機３内に設けられている圧縮機駆動部５及び小電力電気機器６にそれぞれ電力が供給される。

Ａ／Ｃ端子台３１は、例えば図３に示すような形状をしており、向かって左側からＲ、Ｔ、Ｓ、Ｎの各相の電源入力端子となる。Ａ／Ｃ端子台３１の右側のＲ、Ｔ、Ｓの各相の電源出力端子は三相中性点トランス４および圧縮機駆動部５とにそれぞれ接続される。なお、Ｎ相入力端子に誤って４００Ｖの電源のいずれかの相を接続すると故障するため、誤って接続しないように端子台の横に注意銘板を取り付けることが望ましい。

圧縮機駆動部５は、三相全波整流回路５１、インバータ５２及び圧縮機５３からなる。Ａ／Ｃ端子台３１を介して三相交流電源２から直接供給されるＲ、Ｔ、Ｓ各相の出力は、三相全波整流回路５１で直流に整流され、この直流出力がインバータ５２の電源となる。インバータ５２は、入力された直流出力を三相交流に変換して圧縮機５３に供給し、圧縮機５３を可変速駆動する。

小電力電気機器６は、制御回路６１、電動膨張弁６３、四方弁コイル６４、ファンモータ６８等からなり、これらはニュートラル出力端子Ｎと三相交流のいずれか１相（図２ではＳ相）を電源として駆動されるように構成される。すなわち、これらの小電力電気機器６には、ニュートラル出力端子ＮとＳ相との間で印加される単相交流２３０Ｖの電源電圧が印加される。

制御回路６１は、室外機３内の各機器を駆動する指令を出し、例えば、圧縮機５３はインバータ５２に入力される制御回路６１からの制御指令に基づいて駆動されることになる。この制御回路６１には、ニュートラル出力端子ＮとＳ相からの電力がＤＣ／ＤＣコンバータ６２を介して供給されている。

また、パルスモータによって駆動される電動膨張弁６３にもニュートラル端子ＮとＳ相からの電力がＤＣ／ＤＣコンバータ６２を介して供給されており、制御回路６１からの制御信号に基づいて弁の開度が制御される。

ニュートラル出力端子Ｎと三相交流Ｒ、Ｔ、Ｓのいずれか１相（図２ではＳ相）との間には、冷暖房切換時の冷媒の流れの方向を切り替える四方弁を駆動する四方弁コイル６４が四方弁リレー６５を介して接続されている。この四方弁リレー６５は制御回路６１からの制御信号によって入切が切り替えられる。

また、ニュートラル出力端子Ｎと図２におけるＳ相とからの出力は、単相全波整流回路６６によって直流に整流される。整流された直流電源は、ファンを駆動するファン用インバータ６７に供給されることで可変周波数出力交流にさらに変換され、ファンモータ６８を可変速駆動する。

本実施の形態における空気調和機１の構成は上記の通りであるが、この空気調和機１に対して交流電源２が投入されると、Ａ／Ｃ端子台３１の電源入力端子Ｒ、Ｔ、Ｓ間にそれぞれ４００Ｖの電圧が印加され、室外機３内の圧縮機５３が駆動される。また、三相中性点トランス４によりニュートラル出力端子ＮとＳ相との間には２３０Ｖの電圧が印加され、それが制御用及び駆動用として取り込まれて、小電力電気機器６を構成する制御回路６１や電動膨張弁６３、四方弁コイル６４、ファンモータ６８等を駆動させる。

すなわち、これら小電力電気機器６には、ニュートラル出力端子Ｎ及び本実施の形態においてはＳ相との間に印加される２３０Ｖが印加されることになり、三相交流電源２が４００Ｖのものであったとしても４００Ｖもの電圧が印加されるわけではない。そのため、三相４００Ｖの空気調和機においても三相２００Ｖの空気調和機に設けられる２００Ｖ用の小電力電気機器を組み込むこととすれば、４００Ｖ用の小電力電気機器を別途用意する必要がなくなり、三相４００Ｖの空気調和機と三相２００Ｖの空気調和機とで小電力電気機器を共用することが可能となる。

さらに、この三相中性点トランス４は、小形のため、室外機筐体内に収納することも可能である。すなわち、図４に示すように室外機３の内部に三相中性点トランス４が収納されている。室外機３は通常屋外に設置され、その内部が上部に配置される熱交換器室３ａと水平に配置された仕切板（図示しない）の下部に設けられた機械室３ｂにより構成される。この機械室３ｂには、特に雨水に弱い圧縮機５３やインバータ５２、小電力電気機器６の一部が収納される。このため、室外機３の機械室３ｂは降雨等に対応するべく厳重に防水対策が施されている。そのため、かかる室外機３の機械室３ｂ内部に三相中性点トランス４を収納することで、三相中性点トランス４自体に厳重な防水対策を施す必要がなくなる。

このように、三相交流電源２から供給される４００Ｖの電圧を三相中性点トランス４によりニュートラル出力を出力するようにすることで、三相４００Ｖの空気調和機においても小電力電気機器６を構成する機器は全て単相２００Ｖで用いられる部品を使用することができる。なお、単相２００Ｖで用いられる部品は一般に単相２３０Ｖでも使用可能である。そのため、大型の降圧トランスを用いる必要がない。また、三相２００Ｖ用の空気調和機で使用される部品を三相４００Ｖの空気調和機においても使用できるため、部品の共通化を図ることができ、特別に耐圧の大きな部品を使用し、高電圧対応のための絶縁強化等を施す必要もなくなることから、日本国内の三相４００Ｖの電源を使用する建物においても使用することができる空気調和機を提供することが可能となる。さらに三相中性点トランス４を室外機３の内部に収納することで、三相中性点トランス４自体の防水対策が簡易で済み、効果的に短絡等の障害を減らすことが可能となる。

なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

空気調和機内の配線を示す回路図である。 三相中性点トランスの巻き線図である。 Ａ／Ｃ端子台を示す図である。 室外機及びその内部に収納される三相中性点トランスを示す室外機の部分切り欠き図である。

符号の説明

１ 空気調和機
２ 三相４００Ｖ交流電源
３ 室外機
４ 三相中性点トランス
５ 圧縮機駆動部
６ 小電力電気機器
３１ Ａ／Ｃ端子台
５３ 圧縮機
６１ 制御回路
６３ 電動膨張弁
６４ 四方弁コイル
６８ ファンモータ

Claims (1)

1. ニュートラル相及びＲ，Ｔ，Ｓ相の接続される端子を備え、前記Ｒ，Ｔ，Ｓ相の端子に三相４００Ｖの交流電源が接続される端子台と、
   前記端子台を介して前記三相交流電源の各相に、Ｙ結線された三相巻線がそれぞれ接続され、前記三相巻線の中央接続点から前記三相交流電源の中性点を出力するニュートラル相が前記端子台のニュートラル相の端子に接続された三相中性点トランスと、
   前記三相中性点トランスを介することなく前記端子台のＲ，Ｔ，Ｓ相の端子から前記三相交流電源からの電力を圧縮機に供給し駆動する圧縮機駆動部と、
   ２３０Ｖの交流電力を電源として動作する小電力電気機器とを備え、
   前記小電力電気機器は、一端が前記端子台のニュートラル相の端子に接続され、他端が前記端子台のＲ，Ｔ，Ｓ相の端子から前記圧縮機駆動部に至る前記三相交流電源のいずれかの相に接続されたことを特徴とする空気調和機。

Images