JP2001251078A - 発熱体冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ装置１のパワー素子２および制御
回路３を収納するケース６内に結露が発生しない発熱体
冷却装置を提供する。 【解決手段】 電動圧縮機１０を駆動するパワー素子２
の冷却に冷凍サイクルを利用した発熱体冷却装置におい
て、ケース６内の空気７を加熱する手段を設けた。これ
により、ケース６内の空気７の温度が飽和水蒸気温度以
上となって結露の発生が防止できる。また、空気７の熱
伝導率は低いため、空気７を加熱してもヒートシンク５
に対して熱損失等でほとんど影響を与えない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば空調装置等
に用いる発熱体を冷却する発熱体冷却装置に関するもの
で、特に冷凍サイクルにおける電動圧縮機を駆動するパ
ワー素子等の発熱体を冷却する発熱体冷却装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平５−１５７３７
２号公報に示されるように、インバータ装置におけるパ
ワー素子等の発熱体を、冷凍サイクルの冷媒を用いて冷
却する発熱体冷却装置が提案されている。また図６に、
従来の冷凍サイクルの冷媒を用いてインバータ装置のパ
ワー素子を冷却した例の構成図を示す。蒸発器４０で蒸
発して電動圧縮機１０に戻る低温ガス冷媒を、冷却手段
５であるヒートシンクに導通してインバータ装置１のパ
ワー素子２を冷却している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし冷媒による冷却
能力は、パワー素子２を冷却する必要量以上の能力があ
るため、ヒートシンク５でパワー素子２を冷却すること
によりケース６内の空気７の温度も冷えて、その温度が
外気温度より低くなるとケース６内に結露が発生し、パ
ワー素子２の作動を制御する制御回路３にとって好まし
くない。

【０００４】また、結露等の影響を防止するために、ケ
ース内の回路素子周りに樹脂を充填する方法もあるが、
素子が熱膨張する時の応力によって素子が破損したり、
コストが高くなるという問題点がある。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成さ
れたものであり、発熱体および制御部を収納するケース
内に結露が発生しない発熱体冷却装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、発熱体（２）およびこの
発熱体（２）の作動を制御する制御部（３）を収容する
ケース（６）と、発熱体（２）を冷却する冷却手段
（５）と、ケース（６）内の空気（７）を加熱する加熱
手段とを設けたことを特徴とする。

【０００７】これは前記問題点が、ケース内の空気の温
度が飽和水蒸気温度以下となって結露が発生することに
着目して、ケース内の空気を加熱する手段を設けた。こ
れにより、ケース内の空気の温度が飽和水蒸気温度以上
となって結露の発生が防止できる。また、空気の熱伝導
率は低いため、ケース内空気を加熱しても冷却手段であ
るヒートシンクに対しては熱損失等でほとんど影響を与
えない。

【０００８】請求項２記載の発明では、電動圧縮機（１
０）、凝縮器（２０）、受液器（３０）、および蒸発器
（４０）を備えた空調装置の冷凍サイクルにおいて、電
動圧縮機（１０）を駆動するパワー素子（２）およびこ
のパワー素子（２）を制御する制御部（３）を収容する
ケース（６）と、蒸発器（４０）出口側の冷媒を用いて
パワー素子（２）を冷却する冷却手段（５）と、ケース
（６）内の空気（７）を加熱する加熱手段とを設けたこ
とを特徴とする。

【０００９】これは、電動圧縮機を駆動するパワー素子
の冷却に冷凍サイクルを利用した発熱体冷却装置におい
て、ケース内の空気を加熱する手段を設けたものであ
る。これにより、ケース内の空気の温度が飽和水蒸気温
度以上となって結露の発生が防止できる。また、空気の
熱伝導率は低いため、ケース内空気を加熱しても冷却手
段であるヒートシンクに対しては熱損失等でほとんど影
響を与えない。

【００１０】請求項３記載の発明では、加熱手段は、電
動圧縮機（１０）で圧縮されてから膨張弁（４１）で減
圧膨張させるまでの間の高温冷媒の一部を、ケース
（６）まで導いて空気（７）を加熱する構成としたこと
を特徴とする。

【００１１】これは、電動圧縮機から吐出される高温冷
媒の一部を、例えば配管等でインバータ装置に導通させ
て、ケース内空気を直接加熱するものである。これによ
り、ケース内空気の温度は飽和水蒸気温度以上となって
結露は発生せず、制御回路も適度な温度で保たれる。ま
た、パワー素子とヒートシンクの間は直接接触して冷却
しているため、ケース内空気を加熱しても冷却にはほと
んど影響を与えない。

【００１２】請求項４記載の発明では、加熱手段は、凝
縮器（２０）を冷却した冷却風の一部を、ケース（６）
まで導いて空気（７）を加熱する構成としたことを特徴
とする。

【００１３】これは、凝縮器を冷却することによって加
熱された冷却風の一部をケースまで導いて、ケース表面
に当てることによりケースを加熱して、間接的にケース
内空気を加熱するものである。

【００１４】これによって、ケース内空気の温度は飽和
水蒸気温度以上となって結露は発生せず、制御回路にも
適度な温度で保たれる。また、パワー素子とヒートシン
クの間は直接接触して冷却しているうえ、ケースとヒー
トシンクの間には熱伝導を妨げるウレタン等の断熱部材
を介することにより、ケースを加熱しても冷却にはほと
んど影響を与えない。

【００１５】請求項５記載の発明では、加熱手段は、運
転により外気温度よりも高温となる電動圧縮機（１０）
のハウジング部分に、ケース（６）を接触または一体と
することにより空気（７）を加熱する構成であることを
特徴とする。

【００１６】また、請求項６記載の発明では、電動圧縮
機（１０）は、ポンプ部（１２）およびモータ部（１
３）を有し、ポンプ部（１２）側から冷媒を吸入する構
造とし、モータ部（１３）のハウジングにケース（６）
を接触または一体とすることにより空気（７）を加熱す
る構成であることを特徴とする。

【００１７】これらは、運転により外気温度よりも高温
となる電動圧縮機のハウジング部分、例えば高温冷媒が
通過して加熱されるモータ部等を利用し、そのハウジン
グにケースを接触または一体とすることによりケースを
加熱して、間接的にケース内空気を加熱するものであ
る。

【００１８】これによって、ケース内空気の温度は飽和
水蒸気温度以上となって結露は発生せず、制御回路にも
適度な温度で保たれる。また、パワー素子とヒートシン
クの間は直接接触して冷却しているうえ、ケースとヒー
トシンクの間には熱伝導を妨げるウレタン等の断熱部材
を介することにより、ケースを加熱しても冷却にはほと
んど影響を与えない。

【００１９】また本構成は、電動圧縮機とインバータ装
置を一体化することによる小型化とコストダウンが可能
となり、配管・配線を含めた取付けも簡略なものとでき
る。

【００２０】請求項７記載の発明では、加熱手段とし
て、ケース（６）内に空気加熱用の発熱体（８）を設け
たことを特徴とする。

【００２１】これは、パワー素子等の発熱体以外に、ケ
ース内空気を加熱するための専用発熱体を設けてケース
内空気を直接加熱するものである。これによっても、ケ
ース内空気の温度は飽和水蒸気温度以上となって結露は
発生せず、制御回路にも適度な温度で保たれる。また、
パワー素子とヒートシンクの間は直接接触して冷却して
いるため、ケース内空気を加熱しても冷却にはほとんど
影響を与えない。

【００２２】また本構成は、ケース内に発熱体を設けて
電気的に接続するだけのため、冷媒配管や空気ダクトの
追加が必要なく、これらのスペースの確保や取り回しも
不要なことから実施が容易である。

【００２３】請求項８記載の発明では、電動圧縮機（１
０）のハウジングを、冷却手段（５）として用いたこと
を特徴とする。

【００２４】また、請求項９記載の発明では、電動圧縮
機（１０）をモータ部（１３）側から冷媒を吸入する構
造とし、モータ部（１３）のハウジングを冷却手段
（５）として用いたことを特徴とする。

【００２５】これらは、電動圧縮機のハウジングでも８
０℃以下に冷やされる部分は冷却手段として利用でき、
例えば前述で高温冷媒が通過して加熱されていた電動圧
縮機のモータ部を、低温冷媒を通過させて冷却する構造
ともできるため、そのハウジングにパワー素子等の発熱
体を接触させることにより、ハウジングを冷却手段とす
るものである。

【００２６】これにより、従来のヒートシンクが不要と
なるうえ、冷媒をヒートシンクに導入するための配管取
り回しも不要となる。また本構成は、電動圧縮機とイン
バータ装置を一体化することによる小型化とコストダウ
ンが可能となり、配管・配線を含めた取付けも簡略なも
のとできる。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明を空調装置のインバ
ータ装置に用いた実施形態を、図面に基づき説明する。 〔第１実施形態〕第１の実施形態を図１の冷凍サイクル
の構成図を用いて説明する。

【００２８】空調装置の冷凍サイクルは周知の構成であ
る。１０は冷媒を高温高圧に圧縮する電動圧縮機であ
り、冷媒を圧縮するポンプ部１２と、それを回転させる
モータ部１３とからなる。冷媒は、吸入口１１から吸入
され、ポンプ部１２で圧縮され、モータ部１３を通過し
て吐出口１４から吐出される。

【００２９】２０はコンデンサ（凝縮器）であり、電動
圧縮機１０から吐出されるガス冷媒を導入し、図示しな
い冷却ファンにより送風される外気と熱交換させて凝縮
させる。３０はレシーバ（受液器）であり、コンデンサ
２０を通過した冷媒を、液冷媒とガス冷媒とに分離する
と共に、液冷媒を貯留する。

【００３０】４１は膨張弁であり、レシーバ３０からの
液冷媒を低圧の気液２相冷媒に減圧させる。４０はエバ
ポレータ（蒸発器）であり、その減圧後の低圧冷媒を図
示しないブロワにより送風される空調空気と熱交換させ
て蒸発させる。

【００３１】また、膨張弁４１は、感温部４２でエバポ
レータ４０出口の冷媒温度を感知して、冷媒加熱度が所
定値に維持されるように弁開度を自動調整する。エバポ
レータ４０で蒸発したガス冷媒は再び電動圧縮機１０に
吸入されて、冷凍サイクルを構成する。

【００３２】次に、本発明の要部であるインバータ装置
１の構成を説明する。

【００３３】このインバータ装置１は、電動圧縮機１０
のモータを、可変電圧制御または可変周波数制御するも
ので、電源４からの入力を制御回路３で可変制御して、
パワー素子２から入力端子１５を通してモータ部１３に
出力する。

【００３４】５はヒートシンク（冷却手段）で、エバポ
レータ４０で蒸発して電動圧縮機１０に戻る低温のガス
冷媒を導通させて、この場合ヒートシンク５の表面に直
接搭載されるパワー素子２を冷却している。

【００３５】ケース６は金属または樹脂製であり、この
場合ヒートシンク５との組合せで密閉構造を構成し、ケ
ース６内にパワー素子２とこのパワー素子２を制御する
制御回路３を収容している。なお、パワー素子２をヒー
トシンク５の表面に直接搭載せずに密閉構造のケース６
に収容し、このケース６の底部をヒートシンク５の表面
に伝熱可能に取り付ける構造としても良い。

【００３６】本実施形態では、ケース６内の空気７を加
熱する手段として、電動圧縮機１０で圧縮されてから膨
張弁４１で減圧膨張させるまでの間の高温冷媒を用いて
いる。具体的には、電動圧縮機１０から吐出される高温
冷媒の一部を冷媒配管５０でインバータ装置１まで導い
て、ケース６内に冷媒配管５０を通すことでケース内空
気７を直接加熱している。

【００３７】ケース６内の冷媒配管５０の部分は、配管
をそのままケース６内に露出する形で通過させても良い
し、ケースに冷媒通路を形成してそこに冷媒を通しても
良い。また、それらの部分に放熱フィン等を持たせた形
としても良い。

【００３８】ヒートシンク５での冷却と、冷媒配管５０
での加熱との関係を説明する。

【００３９】冷凍サイクルで充分な冷却が必要とされる
時は、電動圧縮機１０の運転量が増えてそれを駆動する
パワー素子２での発熱量も増える。一方、そのパワー素
子２を冷却するヒートシンク５では、冷凍サイクルで充
分な冷却を行うため更に低温となったガス冷媒が供給さ
れるため冷却能力が上がる。

【００４０】また一方、ヒートシンク５でのケース内空
気７までの冷やし過ぎを防止する冷媒配管５０での加熱
は、電動圧縮機１０の運転量が増えるため更に高温とな
った圧縮冷媒が供給されるため加熱能力が上がることと
なる。

【００４１】逆に冷凍サイクルであまり冷却を必要とさ
れない時には、パワー素子２での発熱量も少なく、ヒー
トシンク５での冷却も強いものとならず、冷媒配管５０
での加熱も強いものとならない。このように、ヒートシ
ンク５での冷却と冷媒配管５０での加熱は、それぞれ自
然に冷凍サイクルの運転強度と比例した能力となる。

【００４２】上記の冷却と加熱は冷凍サイクル作動中常
に行なわれるが、例えばケース６内に図示しない温度セ
ンサと冷媒配管５０の経路中に弁等の流量調整手段５１
を追加し、冷媒流量を温度センサの検出値でフィードバ
ック制御する構成として、外部温度との差を加味してケ
ース内空気温度を調整しても良い。

【００４３】これにより、ケース内空気７の温度は飽和
水蒸気温度以上となって結露は発生せず、制御回路３も
適度な温度で保たれる。また、パワー素子２とヒートシ
ンク５の間は直接接触して冷却しているため、ケース内
空気７を加熱しても冷却にはほとんど影響を与えない。

【００４４】なお、冷媒の一部を引出す場所は、冷媒温
が外気温より高くなっている吐出口１４から膨張弁４１
までの間なら、コンデンサ２０とレシーバ３０の間でも
良いし、レシーバ３０と膨張弁４１の間でも良い。 〔第２実施形態〕第２の実施形態を図２の冷凍サイクル
の構成図を用いて説明する。

【００４５】空調装置の冷凍サイクルおよびインバータ
装置１の構成は第１実施形態と同じであり、ケース内空
気７を加熱する手段として、コンデンサ２０を冷却して
暖まった冷却風を用いている。

【００４６】具体的には、冷却ファン２１で送風されコ
ンデンサ２０を冷却することによって加熱された冷却風
の一部を、ダクト２２でケース6まで導いて,ケース6の
表面に当てることによりケース６を加熱して、間接的に
ケース内空気７を加熱している。

【００４７】ヒートシンク５での冷却と、コンデンサ２
０冷却風での加熱との関係は、第１実施形態と同様であ
り、この冷却と加熱は冷凍サイクル作動中常に行なわれ
るが、例えばケース６内に図示しない温度センサとダク
ト２２にドア等の風量調整手段２３を追加し、冷却風風
量を温度センサの検出値でフィードバック制御する構成
として、外部温度との差を加味してケース内空気温度を
調整しても良い。

【００４８】これによって、ケース内空気７の温度は飽
和水蒸気温度以上となって結露は発生せず、制御回路３
も適度な温度で保たれる。また、パワー素子２とヒート
シンク５の間は直接接触して冷却しているが、ケース６
とヒートシンク５の間には互いの熱伝導を妨げるための
ウレタン断熱部材６ａを敷き込むことにより、ケース６
を加熱しても冷却にはほとんど影響を与えない。 〔第３実施形態〕第３の実施形態を図３の冷凍サイクル
の構成図を用いて説明する。

【００４９】空調装置の冷凍サイクルおよびインバータ
装置１の構成は第２実施形態と同じであり、ケース内空
気７を加熱する手段として、電動圧縮機１０のモータ部
１３のハウジングに、ケース６を接触または一体とする
ことにより加熱している。

【００５０】これは、運転により外気温度よりも高温と
なる電動圧縮機のハウジング部分、具体的には、高温冷
媒が通過して加熱される電動圧縮機１０のモータ部１３
を利用し、そのハウジングにケース６を接触または一体
とすることによりケース６を加熱して、間接的にケース
内空気７を加熱している。

【００５１】ヒートシンク５での冷却と、モータ部１３
ハウジングでの加熱との関係は、第１実施形態と同様で
ある。

【００５２】これによって、ケース内空気７の温度は飽
和水蒸気温度以上となって結露は発生せず、制御回路３
も適度な温度で保たれる。また、パワー素子２とヒート
シンク５の間は直接接触して冷却しているが、ケース６
とヒートシンク５の間には互いの熱伝導を妨げるための
ウレタン断熱部材６ａを敷き込むことにより、ケース６
を加熱しても冷却にはほとんど影響を与えない。

【００５３】また本構成は、電動圧縮機１０とインバー
タ装置１を一体化することによる小型化とコストダウン
が可能となり、配管・配線を含めた取り付けも簡略なも
のとできる。またこれは、高温冷媒が循環する機器とし
てコンデンサ２０やレシーバ３０に接触、または一体と
する構造としても良い。 〔第４実施形態〕第４の実施形態を図４のインバータ装
置の構成図を用いて説明する。

【００５４】図示しない空調装置の冷凍サイクル、およ
びインバータ装置１の構成は第２実施形態と同じであ
り、ケース内空気７を加熱する手段として、ケース６内
に空気加熱用の発熱体８を設けて加熱している。

【００５５】具体的には、パワー素子２等の発熱体以外
に、ケース内空気７を加熱するための電気ヒータ等の専
用発熱体８を設けてケース内空気７を直接加熱してい
る。

【００５６】この加熱は冷凍サイクル作動中常に行なわ
れるが、例えばケース６内に図示しない温度センサを設
け、発熱体８の発熱量を温度センサの検出値でフィード
バック制御する構成として、外部温度との差を加味して
ケース内空気温度を調整しても良い。

【００５７】これによって、ケース内空気７の温度は飽
和水蒸気温度以上となって結露は発生せず、制御回路３
も適度な温度で保たれる。また、パワー素子２とヒート
シンク５の間は直接接触して冷却しているため、ケース
内空気７を加熱しても冷却にはほとんど影響を与えな
い。

【００５８】また本構成は、ケース６内に発熱体８を設
けて電気的に接続するだけのため、冷媒配管５０や空気
ダクト２２の追加が必要なく、これらのスペースの確保
や取り回しも不要なことから実施が容易である。 〔第５実施形態〕第５の実施形態を図５の電動圧縮機と
インバータ装置の構成図を用いて説明する。図示しない
空調装置の冷凍サイクル、および電動圧縮機１０とイン
バータ装置１の構成は第２実施形態と同じである。

【００５９】但し、電動圧縮機１０はモータ部１３側か
ら冷媒を吸入する構造のものとして、モータ部１３のハ
ウジングを冷却手段として用いている。具体的に冷媒
は、吸入口１１から吸入され、モータ部１３を通過して
からポンプ部１２に入って圧縮され、吐出口１４から吐
出される。インバータ装置１は、モータ部１３のハウジ
ングを冷却側として構成している。

【００６０】これは、電動圧縮機のハウジングでも８０
℃以下に冷やされる部分は冷却手段として利用でき、前
述した実施形態では高温冷媒が通過して加熱されていた
電動コンプレッサ１０のモータ部１３を、低温冷媒を通
過させて冷却する構造として、そのハウジングにパワー
素子等の発熱体２を接触させることにより、ハウジング
を冷却器としている。

【００６１】これにより、従来のヒートシンク５が不要
となるうえ、冷媒をヒートシンク５に導入するための配
管取り回しも不要となる。また本構成は、電動圧縮機１
０とインバータ装置１とを一体化することによる小型化
とコストダウンが可能となり、配管・配線を含めた取り
付けも簡略なものとできる。

【００６２】ケース６内の空気７を加熱する手段として
は、高温冷媒を用いても良いし、コンデンサ２０の冷却
風を用いても良いし、専用の発熱体８を設けても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における冷凍サイクルの
構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態における冷凍サイクルの
構成図である。

【図３】本発明の第３実施形態における冷凍サイクルの
構成図である。

【図４】本発明の第４実施形態におけるインバータ装置
の構成図である。

【図５】本発明の第５実施形態における電動圧縮機とイ
ンバータ装置の構成図である。

【図６】従来の冷凍サイクルの構成図である。

【符号の説明】

１ インバータ装置 ２ パワー素子（発熱体） ３ 制御回路（制御部） ５ ヒートシンク（冷却手段） ６ ケース ７ 空気 ８ 電気ヒータ（発熱体） １０ 電動圧縮機 １２ ポンプ部 １３ モータ部 ２０ コンデンサ（凝縮器） ３０ レシーバ（受液器） ２０ エバポレータ（蒸発器） ４１ 膨張弁

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体（２）およびこの発熱体（２）の
   作動を制御する制御部（３）を収容するケース（６）
   と、前記発熱体（２）を冷却する冷却手段（５）と、前
   記ケース（６）内の空気（７）を加熱する加熱手段とを
   設けたことを特徴とする発熱体冷却装置。
2. 【請求項２】 電動圧縮機（１０）、凝縮器（２０）、
   受液器（３０）、および蒸発器（４０）を備えた空調装
   置の冷凍サイクルにおいて、 前記電動圧縮機（１０）を駆動するパワー素子（２）お
   よび前記パワー素子（２）を制御する制御部（３）を収
   容するケース（６）と、前記蒸発器（４０）出口側の冷
   媒を用いて前記パワー素子（２）を冷却する冷却手段
   （５）と、前記ケース（６）内の空気（７）を加熱する
   加熱手段とを設けたことを特徴とする発熱体冷却装置。
3. 【請求項３】 前記加熱手段は、前記電動圧縮機（１
   ０）で圧縮されてから前記膨張弁（４１）で減圧膨張さ
   せるまでの間の高温冷媒の一部を、前記ケース（６）ま
   で導いて前記空気（７）を加熱する構成であることを特
   徴とする請求項２記載の発熱体冷却装置。
4. 【請求項４】 前記加熱手段は、前記凝縮器（２０）を
   冷却した冷却風の一部を、前記ケース（６）まで導いて
   前記空気（７）を加熱する構成であることを特徴とする
   請求項２記載の発熱体冷却装置。
5. 【請求項５】 前記加熱手段は、運転により外気温度よ
   りも高温となる前記電動圧縮機（１０）のハウジング部
   分に、前記ケース（６）を接触または一体とすることに
   より前記空気（７）を加熱する構成であることを特徴と
   する請求項２記載の発熱体冷却装置。
6. 【請求項６】 前記電動圧縮機（１０）は、ポンプ部
   （１２）およびモータ部（１３）を有し、前記ポンプ部
   （１２）側から冷媒を吸入する構造とし、前記モータ部
   （１３）のハウジングに前記ケース（６）を接触または
   一体とすることにより前記空気（７）を加熱する構成で
   あることを特徴とする請求項５記載の発熱体冷却装置。
7. 【請求項７】 前記加熱手段は、前記ケース（６）内に
   設けた空気加熱用の発熱体（８）であることを特徴とす
   る請求項２記載の発熱体冷却装置。
8. 【請求項８】 前記電動圧縮機（１０）のハウジング
   を、前記冷却手段（５）として用いたことを特徴とする
   請求項２ないし請求項７のいずれかに記載の発熱体冷却
   装置。
9. 【請求項９】 前記電動圧縮機（１０）を前記モータ部
   （１３）側から冷媒を吸入する構造とし、前記モータ部
   （１３）のハウジングを前記冷却手段（５）として用い
   たことを特徴とする請求項８記載の発熱体冷却装置。