説明

冷凍サイクル装置の室外機

【課題】電動機に結露が生じることを抑制する冷凍サイクル装置の室外機を提供することを目的としている。
【解決手段】室外熱交換器21と、室外熱交換器21の下流側に設けられ、室外熱交換器21に外気を供給するファン24を回転させる3相の電動機27と、電動機27を制御する制御回路77とを有し、制御回路77は、室外熱交換器21の除霜運転時に、電動機27が回転しないように3相のうちの2相に通電させ、所定時間間隔で通電する2相を切り替える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空気調和装置や給湯器などに利用される冷凍サイクル装置の室外機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
空気調和装置の室外ユニットに搭載された室外ファンの電動機には、たとえば結露などにより発生する水が、電動機の外郭内に留まることを抑制し、当該外郭内に設けられた各種電子機器などの故障を防止するようにしたものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
【0003】
「モールド樹脂部の内周側に前記ロータの回転軸線方向に沿って前記開口部に向かって延びる凹溝を設けるとともに、前記モールド樹脂部に内周側から外周側へ連通する排水口を設け、前記凹溝に前記モールド樹脂部の端面に向かって傾斜するテーパー部を形成した」、室外ファンの電動機が搭載された室外ユニットに関する技術が特許文献1に記載されている。
特許文献1に記載の技術は、テーパー部がモールド樹脂部の端面に向かって傾斜しているため、モールド樹脂部内で生成した結露水は、モールド樹脂部の外へ排水されることが促される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2010−142045号公報(たとえば、図8参照)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の技術は、「凹溝に前記モールド樹脂部の端面に向かって傾斜するテーパー部を形成した」ため、電動機に生じた結露の排出を促すことはできるが、結露自体が生じることを抑制することはできなかった。
【0006】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、電動機に結露が生じることを抑制する冷凍サイクル装置の室外機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る冷凍サイクル装置の室外機は、室外熱交換器と、室外熱交換器の下流側に設けられ、室外熱交換器に外気を供給するファンを回転させる3相の電動機と、電動機を制御する制御回路とを有し、制御回路は、室外熱交換器の除霜運転時に、電動機が回転しないように3相のうちの2相に通電させ、所定時間間隔で通電する2相を切り替えるものである。
【発明の効果】
【0008】
本発明に係る冷凍サイクル装置の室外機によれば、室外熱交換器の除霜運転時に、ファンが回転しないように3相のうちの2相に通電させ、所定時間間隔で通電する2相を切り替えるため、電動機の巻線が発熱体としての機能を果たす。これにより、電動機への結露が抑制され、電動機の信頼性向上、長寿命化を図ることができる。また、ヒータなどを別途備える改良をする必要がないため、その分コストアップの抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の概要構成図の一例である。
【図2】図1に示す空気調和装置の室外機の点線A−Aにおける断面図である。
【図3】図2に示す室外機の電動機の縦断面図である。
【図4】図3に示す基板に設けられたインバータ回路の回路構成の一例である。
【図5】電源から巻線に供給される電流について説明する図である。
【図6】本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の結露抑制運転時の処理の流れについて説明する図である。
【図7】本発明の実施の形態2に係る給湯器の概要構成図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る空気調和装置100の概要構成図の一例である。図2は、図1に示す空気調和装置100の室外機62の点線A−Aにおける断面図である。図3は、図2に示す室外機62の電動機27の縦断面図である。図4は、図3に示す基板5に設けられたインバータ回路の回路構成の一例である。
空気調和装置100は、電動機27に結露が生じることを抑制するための結露抑制制御を実施する機能を有している。
【0011】
[構成説明]
空気調和装置100は、室内機61と室外機62とを有し、これらが冷媒配管63で接続されて構成されている。
室内機61は、図示を省略したが、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に凝縮器として機能する室内熱交換器を有している。
【0012】
室外機62は、その外郭に、外気を室外機62内に取り込むための吸込口26A、及び室外機62内の空気を排出するための吹出口26Bが形成されている。そして、この吹出口26Bには、グリル25が設けられている。
室外機62は、冷房運転時に凝縮器(放熱器)として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する室外熱交換器21、排水される水の凍結を防止するヒータ23、室外熱交換器21に外気を供給する送風機29、及び電動機27を保持する電動機サポート22を有している。なお、図示を省略したが、室外機62は、冷媒を圧縮して搬送する圧縮機、流路を切り替える四方弁、及び冷媒を減圧させる膨張弁などを有している。
【0013】
室外熱交換器21は、送風機29によって室外機62に取り込まれる空気と冷媒との間で熱交換を行わせ、冷房運転時に冷媒を凝縮液化させ、暖房運転時に冷媒を蒸発ガス化させるものである。この室外熱交換器21は、吸込口26Aの下流側であって、送風機29の上流側に設けられている。なお、室外熱交換器21は、たとえば冷媒配管を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
【0014】
ヒータ23は、室外熱交換器21などから滴下し、ドレンパンに貯留された水が凍結することを防止するものである。これにより、排水不良を防止することができる。このヒータ23は、たとえば室外機62の内部の下側に設けられる。ヒータ23は、特に限定されるものではないが、たとえばニクロム線などで構成し、通電して熱を発生させるようにすればよい。
電動機サポート22は、送風機29を支持するものである。この電動機サポート22は、室外熱交換器21の下流側に設けられている。
【0015】
送風機29は、室外熱交換器21に外気を供給するものである。この送風機29は、電動機サポート22によって支持され、室外熱交換器21の下流側であって吹出口26Bの上流側に設けられている。送風機29は、プロペラファン24、及びプロペラファン24を回転させるための電動機27を有している。
プロペラファン24は、後述のシャフト7を介して接続されており、シャフト7の回転に伴って回転し、室外熱交換器21に室外空気を供給可能とするものである。なお、実施の形態1では、ファンがプロペラファン24であるものとして説明しているが、それに限定されるものではない。
【0016】
電動機27は、プロペラファン24を回転させるものであり、吹出口26B側以外の外郭を構成するモールド樹脂3、吹出口26B側の外郭を構成するブラケット6、及び図2の電動機サポート22に固定される取付足13とを有している。また、電動機27は、プロペラファン24に一端が接続されるシャフト7、シャフト7を回転自在とする軸受14、シャフト7の外周に固定されるロータ12、ロータ12を回転させるための固定子鉄心1、固定子鉄心1に設けられる巻線2、巻線2を絶縁する絶縁部8、巻線2に供給する電流(電力)を制御するインバータ回路などを有する基板5、ロータ12の位置を検出する位置検出素子11、及び電動機27の温度を検出するサーミスタ30を有している。なお、実施の形態1では、電動機27が3相であるものを例として説明する。また、固定子鉄心1、巻線2、絶縁部8及び基板5によって固定子部が構成される。
【0017】
モールド樹脂3は、電動機27のうち、吹出口26B側以外の外郭を構成するものである。このモールド樹脂3は、その外側面に取付足13が設けられ、また、吹出口26B側の面にブラケット6が設けられている。モールド樹脂3の形状は、特に限定されるものではないが、たとえば吹出口26B側の面が円形状に開放された略円筒形状などとするとよい。
ブラケット6は、電動機27のうちの吹出口26B側の外郭を構成するものである。このブラケット6の形状は、特に限定されるものではないが、たとえばシャフト7が配置可能なように中心部に開口が形成された略円板形状などとするとよい。
取付足13は、電動機27を電動機サポート22に固定させるものである。この取付足13は、電動機27の外側面に設けられている。取付足13と電動機サポート22との固定方法は特に限定されるものではない。
【0018】
シャフト7は、ロータ12の回転に伴って回転し、それによってプロペラファン24を回転させるものである。シャフト7は、プロペラファン24に接続されるとともに、外周にロータ12が固定されている。また、シャフト7は、軸受14によって回転自在に設けられている。
ロータ12(回転子)は、たとえば永久磁石などを有し、巻線2に供給される電流によって発生した磁界によって回転するものである。ロータ12は、中央部にシャフト7が貫通して固定されており、ロータ12の回転に伴ってシャフト7を回転させることが可能なものである。
【0019】
固定子鉄心1は、巻線2に供給される電流によって発生した磁界の磁束密度を大きくするものである。この固定子鉄心1は、巻線2を設けるためのスロットを有している。固定子鉄心1の形状は特に限定されるものではないが、たとえば電動機27がアキシャル型やラジアル型に対応するように設定すればよい。
巻線2は、基板5に接続され、たとえば銅線などを巻回して構成されるものである。この巻線2は、固定子鉄心1のスロットに設けられる。巻線2に供給される電流は、基板5に設けられたインバータ回路によって制御される。電動機27は3相であるため、巻線2は、U相に対応する巻線2a、V相に対応する巻線2b、及びW相に対応する巻線2cから構成される(図5参照)。
絶縁部8は、巻線2と固定子鉄心1とを絶縁させるものである。なお、絶縁部8の形状は、特に限定されるものではない。
【0020】
基板5は、巻線2に供給される電流を制御する制御回路77、及び制御回路77に制御されて巻線2に電流を供給する駆動回路71を有している。
制御回路77は、暖房運転などの通常運転時において、位置検出素子11の検出結果に基づいて巻線2に供給する電流を制御するものである。具体的には、制御回路77は、PWM制御を実施して、U相とV相、V相とW相、及びW相とU相への通電を切り替えてロータ12を回転させ、これにより、プロペラファン24を回転させるものである。U相よりV相は120度位相が遅れており、V相よりW相は120度位相が遅れている。また、制御回路77は、プロペラファン24を回転させるPWM制御の他に、ロータ12が回転しないように、巻線2に電流を供給する結露抑制制御を実施するものである。この結露抑制制御については、図5にて詳しく説明する。なお、制御回路77は、たとえばマイコンなどで構成するとよい。また、制御回路77は、位置検出素子11及び駆動回路71のスイッチング素子71a〜71fに接続されている。
【0021】
駆動回路71は、スイッチング素子71a〜71f、及び電圧源である定電圧部73を有している。
スイッチング素子71a〜71fは、定電圧部73と巻線2a〜2cとの接続を切り替えるものである。スイッチング素子71a〜71fは、スイッチング素子71a、71dが直列に接続されたものと、スイッチング素子71b、71eが直列に接続されたものと、スイッチング素子71c、71fが直列に接続されたものとを並列に接続して構成されている。なお、このスイッチング素子71a〜71fは、たとえばIGBTなどで構成するとよい。
定電圧部73は、商用電源(図示省略)から供給される電圧(電流)を定電圧に変換し、当該電圧をスイッチング素子71a〜71fを介して巻線2に供給するためのものである。定電圧部73は、たとえばダイオードブリッジ及び平滑コンデンサなどにより構成するとよい。
【0022】
位置検出素子11は、ロータ12の位置を検出するものである。位置検出素子11は、制御回路77に接続されている。この位置検出素子11は、たとえばホール素子などで構成するとよい。
サーミスタ30は、電動機27の温度を検知するものである。このサーミスタ30が設けられる位置は、電動機27内でもよいし、外郭でもよい。サーミスタ30は、制御回路77に接続されている。これにより、制御回路77は、サーミスタ30の検出結果に基づいて、巻線2に供給する電流値を設定することができるようになっている。
【0023】
[結露の影響について]
空気調和装置100は、暖房運転時において室外熱交換器21を蒸発器として機能させるため、室外熱交換器21に霜や結露が生じることがある。そこで、空気調和装置100は、送風機29を停止して室外熱交換器21への外気(冷気)の供給を停止し、四方弁を切り替えて、室内熱交換器を蒸発器として機能させ、室外熱交換器21を凝縮器として機能させる除霜運転を可能としている。なお、送風機29を停止するのは、除霜運転により溶けた霜などが再び凍結してしまわないようにするためである。この除霜運転により、室外熱交換器21は加熱され、室外熱交換器21に付着した霜や結露は蒸発する。
【0024】
しかし、このときに発生する蒸気28が電動機27に付着して電動機27が結露する場合がある。そして、このような場合に、再び暖房運転に移行し室外熱交換器21が冷えるとこの結露が凍結してしまう。これを繰り返すうちに、電動機27内に水が侵入してしまう可能性がある。そして、電動機27内に水が浸入すると、固定子部が水にさらされてしまい、絶縁部8の巻線2に対する絶縁抵抗の低下によるショート、スイッチング素子71a〜71fなどの破壊や腐食による信号異常などが発生する可能性がある。また、侵入した水が凍ると、ロータ12の回転が妨げられて(ロック)運転停止が発生したり、水から氷になることで膨張して内部断線などが起きる。また、水の浸入により軸受14に錆が発生し、シャフト7が回転することで異音が発生してしまう可能性がある。
【0025】
そこで、空気調和装置100は、除霜運転により、室外熱交換器21などに付着していた霜や結露が蒸発し、電動機27が結露することを抑制する結露抑制制御を実施する。
図5は、結露抑制制御時における定電圧部73から巻線2a〜2cに供給される電流について説明する図である。
【0026】
[動作説明]
図5に示すように、電動機27の巻線2は、U相に対応する巻線2a、V相に対応する巻線2b、及びW相に対応する巻線2cから構成されている。そして、次に説明するように、制御回路77は、スイッチング素子71a〜71fのオンオフを切り替えて、U相とV相、V相とW相、及びW相とU相の通電を切り替える。
【0027】
(1)U相とV相を通電する場合には、制御回路77は、スイッチング素子71a、71eをオンにして、スイッチング素子71b〜71d、71fをオフとする(図5の状態)。
(2)V相とW相を通電する場合には、制御回路77は、スイッチング素子71b、71fをオンにして、スイッチング素子71a、71c〜71eをオフとする。
(3)W相とU相を通電する場合には、制御回路77は、スイッチング素子71c、71dをオンにして、スイッチング素子71a、71b、71e、71fをオフとする。
【0028】
そして、制御回路77は、たとえば(1)を所定時間実施した後に、(2)を所定時間実施し、さらに、(3)を所定時間実施するという制御を繰り返す。なお、(1)〜(3)の制御を連続で切り替えると暖房運転や冷房運転時などと同様に回転してしまうため、切り替えのタイミング毎にインターバルをおいて印加することで回転しないようにする。このように、巻線2に電流を流すことで巻線2を加熱し、電動機27の外郭及び固定子部の温度を上昇させる。
【0029】
なお、制御回路77は、(1)、(2)、(3)の順番で制御を実施し、再び(1)に戻る制御を実施する場合を例に説明したが、それに限定されるものではなく、インターバルを置くのであれば、(1)、(3)、(2)の順番でもよいことは言うまでもない。このように、結露抑制制御では、(1)〜(3)の制御を実施することで、電動機27をムラ無く加熱することができるとともに、巻線2への負荷を分散することができる。
また、(1)〜(3)の所定時間は、特に限定されるものではないが、通電時間と温度上昇の関係より結露に対し最適な設定にするとよく、たとえば、それぞれを20秒程度に設定するとするよい。インターバルの時間についても、特に限定されるものではないが、たとえば1秒程度に設定するとよい。
【0030】
図6は、実施の形態1に係る空気調和装置100の結露抑制運転時の処理の流れについて説明する図である。図6を参照して、空気調和装置100の動作について説明する。
(ステップS1)
制御回路77は、除霜運転を開始する。
【0031】
(ステップS2)
制御回路77は、スイッチング素子71a〜71fを制御して、ロータ12の回転を停止させる。
【0032】
(ステップS3)
制御回路77は、四方弁を切り替えて、室外熱交換器21を凝縮器として機能させる。
【0033】
(ステップS4)
制御回路77は、ヒータ23に通電するように制御する。
【0034】
(ステップS5)
ステップS3及びステップS4により、室外熱交換器21などに付着した霜や結露などが蒸発して蒸気となり、その蒸気が室外機62内に充満する。
【0035】
(ステップS6)
制御回路77は、ステップS3〜ステップS5と平行して結露抑制制御を実施し、ロータ12が回転しないように、巻線2に通電する。なお、巻線2に供給する電流値を調整することで温度調整が可能である。そこで、制御回路77は、サーミスタ30の検出温度が露点温度以上となるように、巻線2に供給する電流値を設定する。なお、サーミスタ30の検出温度は、電動機27の外郭及び固定子部の温度に対応している。これにより、電動機27に結露が付着してしまうことをより確実に抑制することができる。
【0036】
(ステップS7)
ステップS5のように室外機62内に蒸気が充満しているが、ステップS6における巻線2の通電による熱により、電動機27が加温されるため、電動機27の結露の発生が抑制されている。
【0037】
(ステップS8)
制御回路77は、除霜運転を停止する。すなわち、制御回路77は、四方弁を切り替え、送風機29を駆動する。
【0038】
なお、室外機62に搭載された機器のうち、特に霜が付着しやすいものが暖房運転時に蒸発器となる室外熱交換器21である。室外熱交換器21が加熱されると、室外熱交換器21から発生する蒸気が多くなる。そこで、制御回路77は、ステップS6において、ロータ12が回転しないように巻線2に通電させる代わりに、上記(3)、(2)、(1)の順番で制御を実施してロータ12を逆回転させるような制御を実施してもよい。
このようにロータ12が逆回転すると、吹出口26Bから外気が取り込まれ、室外熱交換器21を介して吸込口26Aから吹き出される。これにより、室外機62に滞留している湿度の高い空気を放出させることができる。さらに、電動機27側から室外熱交換器21側に向かって蒸気が流れることになるため、電動機27が蒸気にさらされてしまうことが抑制される。したがって、ロータ12を逆回転させることによっても、電動機27が結露や凍結してしまうことを、抑制することができる。
【0039】
[実施の形態1に係る空気調和装置100の有する効果]
本実施の形態1に係る空気調和装置100は、室外熱交換器の除霜運転時に、ロータ12が回転しないように3相のうちの2相に通電させて、巻線2を発熱体(ヒータ)として機能させることができる。これにより、除霜運転時に発生する蒸気によって電動機27が結露してしまうことを抑制することができる。なお、ロータ12を回転させないため、除霜運転により溶けた霜などが再び凍結してしまうことが抑制されている。また、電動機27の結露自体を抑制するので、凍結の元となる水が電動機27に付着しないため、凍結も抑制することができる。
また、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、所定時間間隔で通電する2相を切り替えるため、電動機27をムラ無く加熱することができるとともに、巻線2への負荷を分散することができる。
さらに、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、サーミスタ30の検出温度が露点温度以上となるように巻線2に供給する電流値を設定するため、電動機27に結露が付着してしまうことをより確実に抑制することができる。
このように、空気調和装置100は、結露及び凍結を抑制することができるため、電動機27の各種電子機器の劣化抑制や不具合を抑制することができる。すなわち、空気調和装置100は、信頼性向上(品質向上)、及び長寿命化を図ることができる。また、空気調和装置100は、電動機27の加熱にあたり別途ヒータを設けるなどといった必要もないためその分、コストアップを抑制することができる。
【0040】
実施の形態2.
実施の形態1では、空気調和装置100が凍結抑制制御を実施する例を説明したが、実施の形態2のように、給湯器200にこの凍結抑制制御を適用してもよい。また、本実施の形態2では、実施の形態1と同一部分には同一符号とし、実施の形態1との相違点を中心に説明するものとする。図7は、実施の形態2に係る給湯器の概要構成図の一例である。
【0041】
貯水槽52は、たとえば、冷媒対水で熱交換をするプレート式熱交換器などが設けられたものである。室外機62に設けられた圧縮機、室外熱交換器、絞り装置、及びこのプレート式熱交換器とが冷媒配管で接続されて、冷凍サイクルを構成している。そして、室外熱交換器は蒸発器として機能し、プレート式熱交換器が凝縮器として機能する。
なお、貯水槽52は、プレート式熱交換器で冷媒から温熱を得て加温された水(温水)を蓄えることが可能となっており、風呂57に温水を供給することが可能となっている。
【0042】
このような給湯器200においても、室外機62の電動機27が蒸発器として機能して霜や結露が形成されるため、結露抑制制御を実施させることで、給湯器200のコストアップ抑制を図りながら、給湯器200の電動機の信頼性向上、長寿命化をすることができる。
【符号の説明】
【0043】
1 固定子鉄心、2、2a〜2c 巻線、3 モールド樹脂、5 基板、6 ブラケット、7 シャフト、8 絶縁部、11 位置検出素子、12 ロータ、13 取付足、14 軸受、21 室外熱交換器、22 電動機サポート、23 ヒータ、24 プロペラファン、25 グリル、26A 吸込口、26B 吹出口、27 電動機、28 蒸気、29 送風機、30 サーミスタ、52 貯水槽、57 風呂、61 室内機、62 室外機、63 冷媒配管、71 駆動回路、71a〜71f スイッチング素子、73 定電圧部、77 制御回路、100 空気調和装置、200 給湯器。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
室外熱交換器と、
前記室外熱交換器の下流側に設けられ、前記室外熱交換器に外気を供給するファンを回転させる3相の電動機と、
前記電動機を制御する制御回路とを有し、
前記制御回路は、前記室外熱交換器の除霜運転時に、
前記電動機が回転しないように3相のうちの2相に通電させ、所定時間間隔で通電する2相を切り替える
ことを特徴とする冷凍サイクル装置の室外機。
【請求項2】
前記制御回路は、
前記電動機の温度が露点温度以上となるように、前記電動機の通電を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置の室外機。
【請求項3】
室外熱交換器と、
前記室外熱交換器の下流側に設けられ、前記室外熱交換器に外気を供給するファンを回転させる3相の電動機と、
前記電動機を制御する制御回路とを有し、
前記制御回路は、前記室外熱交換器の除霜運転時に、
前記電動機を逆回転させて、前記電動機側から前記室外熱交換器側に向かって空気を流す
ことを特徴とする冷凍サイクル装置の室外機。
【請求項4】
前記冷凍サイクル装置が、
空気調和装置、又は給湯器である
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置の室外機。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2013−108675(P2013−108675A)
【公開日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−254042(P2011−254042)
【出願日】平成23年11月21日(2011.11.21)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】