JPS5815486A - 高効率運転形空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧縮機用電動機を負荷の変動には影響されず常
に最高の効率の状態で運転せｌ〜めでエネルギー有効比
（ＥＥＲ）の向上をはかり得る高効率運転形空気調和機
に関する。

エネルギー有効比が高い空気調和機は電力消費面での節
減効果が犬であるところから、省エネルギー形機械とし
て実情に即するものであるか、現状ではＥＥＲ値は夏期
の標準的な温度条件に準じて規定されているので、高Ｅ
ＥＲ機と評価されたものであっても、必らずしも１年間
を通じて最善の省エネルギー効果が期待されるとは限ら
ない。

それは、空気調和機が凝縮温度、蒸発温度の変化によっ
て、圧縮機用電動機に加わる負荷は大きく変動すること
から、年間を平均して室内、外温度の変動が可成り大き
い状況の下で常に最高のＥＥＲを示すものではないから
であって、ＥＥＲ値を左右する各種要因のうちで電動機
の性能による変化は影響が大きい要素の一つであること
がわかっている。

特に、ＥＥＲに影響を与えるといわれる電動機の効率は
印加電圧を不変とした場合に軽負荷になる程悪くなり、
捷だ５０ヘルツ、６０ヘルツ交流電源を共用する汎用の
電動機を５０ヘルツ地帯で運転するときには、電動機の
効率か最高値を示すときの負荷値よりも軽い状態で運転
さ八ることか多くなり、ＥＥＲ低下の影響は一層顕著と
なる。

か＼る負荷の変動による効率増減の問題は、・一般家庭
用空気調和機に用いられている単相誘導電動機の場合に
大きくあられれるものであって、従来の空気調和機がＥ
ＥＲの改善効果は特定した負荷条件の場合においてのみ
発揮され、年間の全シーズンを通してのＥＥＲ向上が期
されない事実に鑑みて、本発明はその改善をはかるべく
成されたものであって、特に空気調和機の圧縮機を駆動
するだめのコンテンザ形弔相誘導電動機を高効率形電動
機に形成して、これを負荷に対して常に最高効率の状態
で運転し得るようにしたところに特徴を有している。

しかして上述する如き高効率形電動機に形成するための
手段としては、主巻線と補助巻線のうち少くとも一方の
巻線から終端のタップを含み高負荷タップ、中負荷タッ
プ、低負荷タップ等負荷の稈度によって選択する複数の
タップを引き出して、一種の巻線について一つのタップ
を選択し定格電圧の電源に接続した場合に、停０Ｊトル
ク点速度よりも大きく同期速度よりも小さくて、かつ定
格速度に近い速度で駆動すると共に、相応する負荷に対
し最高効率の下で円方を発し得る如くなしたものである
。

さらに不発り］の内容を明らかにするために、添イ・１
図面に示す例を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図乃至第３図は本発明空気調和機の各側に係る電気
回路要部展開図であって、［１）は冷媒を圧縮するため
の圧縮機に連結したコンデンザ形単相誘導電＠ｌＪ機で
あり、特に固定子の巻線を等側内に示している。

固定子の巻線−：主巻線（２）と補助巻線（３）とから
なり、主巻線（２）には定格電圧の交流電源を直接印加
し、補助巻線＋３）Ｉｃは起動・運転コンデンサ（４）
を直列に介して前記交流電源を印加せしめるものである
。

」二記コンデンサ形単相誘導電動機（１）（以下単相モ
ータ（１）と称す）における負荷と運転効率の関係は第
１０図において曲線（Ｉ）で示すようになるものであっ
て１００％負荷で効率が８３％であるものが、軽負荷例
えば５５％負荷では７３％程度に約１０％低下し、これ
が電力ロスにつながるものである。

か＼る特性（曲線■）の電動機に対して固定子巻線のイ
ンピーダンスを変えてゆき、曲線（ｒｌ）〜曲線（ＩＶ
＞で示すような特性に変えることができたとすると、例
えば曲線（ＩＶ）の場合では５５％負荷時でも電動機効
率が約８３％となり、前述した曲線（Ｉ）の特性の場合
に比し効率が約１０％向上したことになる。

一般の動力機械に用いる電動機では、常に定格一杯の最
高負荷で使用するように設計されているので問題は生じ
ないが、空気調和機の場合は、シーズン中を通じても、
さらに１日だけについてみても最高負荷で使用するとき
は極く僅かであって殆んどの場合が、最高効率を示す負
荷には未達の軽負荷になる状態で使用される特殊な運転
状態であり、従って圧縮機用発動機が常に最高の効率の
下で運転される如く制御されたとすると、高効率維持に
よる省エネルギー而での効果は甚だ大と云うべきであり
、本発明の意義はこの点に存するものである。

しかして、単相モータ（１）の巻数（インピーダンス）
を決定するに当り、負荷と効率の関係において最適な条
件を見出すべく本発明者等によって多くの実験を重ねだ
結果、６０％負荷〜１００　％負荷変動に対して最高の
効率の下で運転できる条件は、固定子巻線の巻数を最大
２０％程度の範囲で増減する手段で解決できることがわ
かった。

しかも、この増減手段によると単相モータ（１１の速度
（回転数）は実質的に変動しなく、停動トルク（最大ト
ルク）の点における速度よりも大きく同期速度よりも小
さくて、かつ定格速度に近い速度の間の変動に止まるも
のである。

この−合、固定巻線のうち主巻線（２）では巻数を減１
〜るにしたがりて停動トルクが大となり高負荷運転が可
能であると共に、モータ効率の最高点−、モータ出力の
大きい方に移行するものであり、一方、補助巻線（３）
では巻数を増す（（シたかつて停動トルクが大となって
高負荷運転が可能であると共に、モータ効率の最高点は
モータ出力の大きい方に移行するものである。

このようにして得られた基本的条件にもとついて、捷ず
第１区々示の回路は、主巻線（２）から終端のタップ（
７）を含んで複数例えば３つのタップ（５）〜（７）を
引き出して、タップ（５）を１００　％負荷に相当する
高負荷タップに、タップ（６）を８０％負荷（で相当す
る中負荷タップに、タップ（７）を６５％負荷に相当す
る軽負荷タップに夫々形成せしめている。

一方、補助巻線（３）は特にタップを設けることなく、
コンデンサ（４）を介して電源が印加されるようにして
いる。

か＼る構造となすことにより、汎用の単相モーフ（１）
全高効率形電動機に形成することができ、１００　％負
荷時には高負荷タップ（５）を、８０％負荷時には中負
荷タップ（６）を、捷だ６５％負荷時には軽負荷タップ
（７）を、それぞれ主巻線（２）の一端側とさせて定格
電圧の電源に接続すれば、負荷の増減変動に左右されず
、約８０％の高効率を維持した運転が可能となる（第４
図参照）。

、Ｅ配合タップ（５）〜（７）を選択するに際して、こ
れが自動的にかつ円滑に行わＪ″Ｌるこ七が実用機とし
ての必要条件であり、従ってｒ４を相モータ（１）に関
連せしめて負荷検出手段（８）を設けている。

この負荷検出手段＋８）　ｉｄ：　１ｉｆｆ記圧縮機に
係る冷凍回路の適宜個所に、例えば吐出管に配設して、
圧縮機に力旧Ｊっる負荷の大きさを冷媒圧力あるい１は
温度の変化によって検出し得るようにしたものであり、
第１図々示例は圧力検出部を吐出管に配設して、凝縮圧
力が１．８．７　Ａ：ｔｌ／ｃｒ！　Ｇを超えたとき（
温度換算５０°Ｃ超過）に閉成する出力接点（９）と、
同じく１８、７　ｋｔｊ／ｃｄ　Ｇ以下で１４．４　ｋ
ｆ７ｃｒｌ　Ｇを超えた範囲（温度換算５０°Ｃ≧ｔ〉
４０°Ｃ）で閉成する出力接点（１０）と、同じ＜　１
４．４　ｋｖ’ｃｒｙｌＧ以下（温度換算４０°Ｃ以下
）で閉成する出力接点（１１）の３つの出力接点を圧縮
機に加わる負荷の程度によって選択的に作動せしめるよ
うに形成した構造をなしている。

かく形成ｌ−だ負荷検出手段（８）は、出力接点（９）
を電源の一極と高負荷タップ（５）との間に接続し、出
力接点（１０）を電源の一極と中負荷タップ（６）との
間に接続し、出力接点（１１）を電源の一極と軽負荷タ
ップ（７）との間に接続する。

次に第１図、第４図および第７図を参照しつつ空気調和
機の運転態様について説明する。

空気調和機において凝縮圧力と必要動力とは第７図の曲
線（ＷＯ）の如くなり、外気温度が下り凝縮圧力が下る
と必要動力が下ってくることは当然であり、これに対応
して電動機ＴＩ）に対する入力も下ってくる。

ここで、主巻線（２）と補助巻線（３）とに全電圧を印
加した効率制御を行わない運転の場合には、空調負荷が
下ってゆくにつれて、電動機（１）への入力は曲線（Ｗ
Ｏ）で示される曲線を電動機効率で割った曲線（ｗｌ）
の如く、途中捷では実線（イ）に沿って下りさらに破線
（ニ）に沿って下ってゆく。

−力、第１図々示装置を有する本考案の場合においては
、凝縮温度が５０°Ｃを超えている高負荷時には、出力
接点（９）が閉成して高負荷タップ（５）を電源に接続
している運転となって電ｌＩＪ機（１）への入力は曲線
（Ｗ、）のうちの線分（イ）に沿って変動し、この状態
では高効率（８０％）運転を行っている。

この状態から負荷が軽くなって凝縮温度が５０°Ｃ≧ｔ
〉４０°Ｃの範囲で一：出力接点（１０）が閉成した状
態となって、電動機（１）への入力は線分（ロ）に沿っ
て変動し、依然として高効率（８０％）運転を行う。

さらに負荷が軽くなって凝縮温度が４０°Ｃ以下となる
と出力接点（１１）が閉成するので電動機（１）への入
力は線分０・）Ｋ沿った変動をなし、この場合も高効率
（８０％）運転を行う。

このように負荷の高低には左右されず高効率を保持した
運転が成されることから、第７図において線分（ロ）、
（−）、（ニ）で囲捷れる領域が電動機（＋）Ｋ対する
入力の差に相当するところとなり、年間を通してこの領
域でとれだけの時間運転されたかて省エネルギーの値か
決定され、その分電力節減が果されたこととなるのであ
る。

以上説明した例は単相モータ（１）の固定子巻線のうち
主巻線（２）Ｋ高効率運転のための処理を施したもので
あるか、次に第２図々示のものは補助巻線（３）から高
負荷タップ（１５）　（巻数大）と、中負荷タップ（１
６）　（巻数中）と、軽負荷タップ（１７）　（巻数小
）との３つのタップを引き出して、各タップ（１５）〜
（１７）と１１１記ロシデンザ（４）との間に負荷検出
手段（８）を設けた構造である。

この例は前述したように補助巻線（３）の巻数を増すこ
とによって停動トルクを大きくすることができると共に
、巻線数を減らすと、高効率点が低負荷方向に移動する
特性を示すものであって（第５図参照）、第８図に示す
如く省エネルギー効果を奏する高効率運転が第１図々示
のものと同様に行われる。

さらに第３区々示のものは、第１図、第２図に各図示し
だものの複合てなり、主巻線（２）と補助巻線（３）と
のいずれからも高負荷タップ＋５＋　、　（＋５）、中
負荷タップ＋６＋　、　（＋６）、軽負荷タップ＋７＋
　、　（＋７）を夫々引き出して各出力接点（９）〜（
１１）、（１９ｊ〜（２１）を前記各タップに対応させ
て接続してなる負荷検出手段（８）を設けたものであり
、タップの選択に当って一各巻線（２）（３）（でつい
てそれぞれ対応するものを１つつつ選ぶよってすると古
が必要であって、その特性は第６図および第９図に示さ
力、る如くなり、負荷の変化に応してより効果的に高効
率運転を果すことができる。

なお、第１図乃至第３図において（１２）は接触子（１
２−１）〜（１２−３）を有する電動機発停用電磁接触
器、ｆ＋３）（は単相モータ（１）と連動して発停する
室外側ファンモーフ、（１４）は端子盤、（２のは過電
流継電器を夫々示している。

本発明は以上各実施例によって詳細に説明したように、
主巻線（２）と補助巻線（３）のうち少くとも一方から
、終端のタップを含み高負荷タップ、中負荷タップ、低
負荷タップ等負荷の程度によって選択する複数のタップ
を引き出して、一種の巻線について一つのタップを選択
し定格電圧の電源に接続した場合に、停動トルク点速度
よりも大きく同期速度よりも小さくて、かつ定格速度に
近い速度で駆動すると共に、相応する負荷て対し最高効
率の下で出力を発し得る高効率形電動機に形成してなる
フンデンザ形単相誘導電動機（１）を圧縮機に連結する
一方、該圧縮機に加わる負荷の程度を検出する負荷検出
手段（８）を吐出管なと冷凍回路の適宜個所に配設して
、この負荷検出手段（８）の指令により、前記単相誘導
電動機ｔ＋）の複数のタップのうち負荷に対応するタッ
プを選択して電源に接続するようにしたから、負荷変動
が激しい機械の部類にはいる空気調和機を、原動機とし
ての電動機（１）が常に最高効率で付勢されるように制
御することによって、エネルギー有効比が高い状態で年
間を通じて運転可能さなり、省エネルギーの効果は頗る
犬である。

また、本発明は単相誘導電動機Ｎ）の複数のタップを選
択して電源に接続する制御態様であって制御系の簡素化
はもとより信頼性向ならびに単純化もとつく低コストの
経済的利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明空調機の各側に係る電気回路
要部展開図、第４図乃至第６図−１夫々第１図乃至第３
図に対応する電動機効率変化線図、第７図乃至第９図は
同じく運転条件と電動機入力との関係を示す線図である
。第１０図は一般の中相誘導電動機における出力−効率
線図である。 ｆ＋）・・・コシデンザ形単相誘導電動機、（２）・・
・主巻線、　　　　　　（３）・・・補助巻線、゛（４
）・・・起動運転コンデンサ、（８）・・・負荷検出手
段、＋５）　、　（＋５）・・高負荷タップ、＋６＋　
、　（＋６）・・・中負荷タップ、＋７）　、　（＋７
）・・・低負荷タップ、第１図 第３図 第２図　′ 第４図 電勅磯出力（Ｗ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■、主巻線（２）と補助巻線（３）のうち少くとも一方
   から終端のタップを含み高負荷タップ、中負荷タップ、
   低負荷タップ等負荷の程度によって選択する複数のタッ
   プを引き出して、一種の巻線について一つのタップを選
   択し定格電圧の電源に接続した場合に、停動トルク点速
   度よりも大きく同期速度よりも小さくて、かつ定格速度
   に近い速度で駆動すると共に、相応する負荷に対し最高
   効率の下で出力を発し得る高効率形電動機に形成してな
   るコンデンサ形単相誘導電動機ｆｌ＋を圧縮機に連結す
   る一方、該圧縮機に加わる負荷の程度を検出する負荷検
   出手段（８）を吐出管など冷凍回路の適宜個所に配設し
   て、この負荷検出手段（８）の指令により、前記単相誘
   導電動機（１）の複数のタップのうち負荷に対応するタ
   ップを選択して電源に接続するようにしたことを特徴と
   する高効率運転形空気調和機。