JP2005055166A - 空気調和機の室外ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】小型なおかつ空気調和能力を向上させ、インバータ駆動用回路部品の信頼性を高めた空気調和機の室外ユニットを実現する。
【解決手段】室外ユニット本体３０と、室外熱交換器３２と、室外送風機３３と、冷媒を圧縮する圧縮機３４と、少なくともモータ部を駆動するコンバータ回路部とインバータ回路部と制御回路部とで構成された回路部品を密閉した筐体内に配置した電装モジュール部本体１とを備え、電装モジュール部本体１を室外ユニット本体３０の底板３５に配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機、特に分離型空気調和機の室外ユニットに関する。

近年、家庭用空気調和機の圧縮機としてはインバータ制御による圧縮機が主流であり、圧縮機とその圧縮機を制御する制御用ユニットが空気調和機を構成する室外ユニットに搭載されて冷凍サイクルを運転している。

図８は従来の分離型空気調和機における室外ユニットの概略構成を示す斜視図である。図８に示すように、室外ユニット１００本体は、少なくとも圧縮機構部およびこの圧縮機構部を駆動する電動機部を密閉容器内に収納した圧縮機１１０と、外気との熱交換を行うための室外熱交換器１２０と、熱交換のための外気を送風する送風機１３０とにより構成されている。また、これらの構成要素は外枠体（図示せず）に収納されている。さらに、室外ユニット１００の構成要素部品を駆動するための駆動回路ユニット１４０が、室外ユニット１００の上部空間に配置されている。

駆動回路ユニット１４０は、圧縮機１１０を駆動制御するための圧縮機用制御ユニット、送風機１３０を駆動制御するための送風機用制御ユニット、冷凍サイクルを駆動制御するための冷凍サイクル用制御ユニット、さらには室内ユニットへの配線部などにより構成されており、その大部分は圧縮機用制御ユニットである。

インバータ制御により圧縮機１１０を駆動するための駆動回路は、少なくとも、交流商用電源を直流に変換するコンバータ回路部、直流を三相交流に変換して圧縮機１１０の電動機部を駆動するインバータ回路部、さらにそれらを制御するための制御回路部などにより構成されている。

インバータ制御による圧縮機の駆動回路ユニットを備え、駆動回路を効率的に冷却する室外ユニットが開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００２−２２２０９号公報 特開２００３−５６８６５号公報

近年、家庭用機器、特に空気調和機などにはその小型化と省エネルギ性が要求されている。そのため、室内ユニットでの熱交換器の伝熱面積が増大するのと同様に、室外ユニットでも熱交換器の伝熱面積を増大させ、なおかつ、室外ユニットを小型化することが要求されている。

これらの要求に対して、従来の室外ユニットでは、制御用ユニットの室外ユニットに占める体積が大きくなり、室外熱交換器の有効伝熱面積を減少させて空気調和機の性能を損なわせている。

本発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、交流商用電源を用いてインバータ駆動する電動機部の制御用ユニットを小型化して、室外ユニットに効率的に配置し、室外熱交換器の有効伝熱面積を増加させるとともに、室外ユニットの小型化を図ることを目的とする。

これらの課題を解決するために、本発明の空気調和機の室外ユニットは、ユニット本体と、室外熱交換器と、室外送風機と、冷媒を圧縮する圧縮機と、少なくとも圧縮機を駆動するコンバータ回路部、インバータ回路部および制御回路部とで構成された回路部品を密閉した筐体内に配置した電装モジュール部とを備えている。

この構成により、交流商用電源を用いたインバータ駆動用の電装モジュール部を筐体内に一体化して小型化し、外部に対しても防水防滴構造とするとともに、室外ユニットの所定位置に独立して配置することができ、室外ユニット空間の有効利用と室外熱交換器の有効伝熱面積を増加させ、空気調和能力を増大させることが可能となる。

さらに、電装モジュール部を室外送風機により形成される風回路内に配置してもよい。そのため、電装モジュール部を効率的に冷却し、電装モジュール部内の回路部品の信頼性を高めることができる。

さらに、ユニット本体は天板を有し、天板に室外送風機を配置してもよい。そのため、縦置き型室外ユニットの風回路内に配置して電装モジュール部を効率的に冷却し、電装モジュール部内の回路部品の信頼性をさらに高めることができる。

さらに、ユニット本体が底板を有し、底板上に電装モジュール部を載置してもよい。そのため、底板を電装モジュール部内の発熱回路部品の放熱板として使用することが可能となり、回路部品の信頼性を高めることが可能となる。

さらに、底板上に電装モジュール部を載置するとともに電装モジュール部上部に圧縮機を載置しているため、室外ユニット空間を有効に利用することが可能となり、室外ユニットの小型化を実現できる。

さらに、電装モジュール部を室外送風機により発生する風回路の死水領域部に配置してもよい。そのため、室外ユニット空間の有効利用が図られ伝熱性能を阻害せずに室外ユニットの小型化が可能となる。

さらに、室外送風機により形成される風回路は、少なくとも送風ガイドとなるベルマウス部を有して形成され、ベルマウス部の外周部に電装モジュール部を装着してもよい。そのため、室外ユニット空間の有効利用が図られる。

さらに、室外送風機は送風ファン部と送風ファン部を回転させる送風機用モータとを備え、送風機用モータの背面に電装モジュール部を配置してもよい。そのため、室外ユニット空間を有効に利用することが可能となり、室外ユニットの小型化を実現できる。

また、電装モジュール部が電源端子部を備えるとともに、ユニット本体が側板を備え、電装モジュール部が側板に配置され、電源端子部を室外ユニットの外部に面して配設してもよい。そのため、側板を電装モジュール部内の発熱回路部品の放熱板として使用することが可能となり、回路部品の信頼性を高めることが可能になるとともに、外部への電源端子接続が容易となる。

以上述べたように、本発明の空気調和機の室外ユニットによれば、インバータ駆動の圧縮機を駆動する電装モジュール部を回路部品の信頼性を高めてコンパクトに室外ユニット内に配置でき、室外熱交換器の有効伝熱面積を増加させて、空気調和能力を増大させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における電装モジュール部の断面図である。

電装モジュール部本体１は、側板部２と底板部３と天板部４とにより筐体５を形成し、筐体５の内部に圧縮機を駆動するための複数の回路部品が収納されている。回路部品は、交流商用電源を直流に変換するコンバータ回路部、直流を交流に変換するインバータ回路部、および制御回路部がそれぞれのブロックに大きく分けられて収納されている。筐体５の側板部２、天板部４あるいは底板部３は熱伝導率の高い、例えば金属材料などにより構成されるとともに、防水防滴の密閉構造を有している。コンバータ回路部には、ダイオード６やコンデンサ、リアクタンスなどの回路部品７が配置され、インバータ回路部には、高速スイッチングを行うＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｒ ｍｏｄｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子８や、その素子を駆動するためのドライブ回路９などが配置されている。

また、制御回路部には制御信号発生器やマイコンなどの制御回路部品１０が配置されている。筐体５の側板部２には、商用交流電源の電源端子部１１と圧縮機への出力端子部１２が設けられている。また、これらの回路部品（ダイオード６、回路部品７、ＩＧＢＴ素子８、ドライブ回路９、制御回路部品１０）は筐体５の底部に平面配置して設けられた回路基板である基板１３に実装されている。コンバータ回路部のダイオード６やインバータ回路部のＩＧＢＴ素子８などの発熱回路部品は側板部２に面して配置され、さらに側板部２とそれらの発熱回路部品との間には、高熱伝導率材料よりなる熱伝導体１４を介在させている。熱伝導体１４はダイオード６やＩＧＢＴ素子８からの発熱を筐体５外部へ放熱するための部材であり、さらにこれらの発熱回路部品と密着して設けられるように接着性樹脂層１５を設けても良い。

また、筐体５の内部にはそれぞれの回路部品の間には樹脂１６がモールドされ、それぞれの回路部品（ダイオード６、回路部品７、ＩＧＢＴ素子８、ドライブ回路９、制御回路部品１０）間の絶縁を確保しているとともに耐振動性、耐防湿性などを確保している。

このように、電装モジュール部本体１は筐体５を一体化して密閉構造としているため、防水防滴構造とすることで電装モジュール部本体１内の回路部品の信頼性を高めることができる。また、筐体５内に配置された回路部品は樹脂１６を充填してモールドされているため、耐絶縁性、耐振動性を確保でき、圧縮機などの振動発生源に直接搭載しても回路部品の信頼性を確保できる。

なお、電装モジュール部本体１の形状は、室外ユニットへの配置位置によって円筒形状や直方体などの任意形状とすることが可能である。

図２は本発明の実施の形態１における空気調和機の室外ユニットを示す図であり、図２（ａ）は室外ユニットの平面図、図２（ｂ）はその正面図である。室外ユニット本体３０は外装部３１、室外熱交換器３２、室外送風機３３、圧縮機３４とにより構成されている。外装部３１は、底板３５、左右の側板３６、前面板３７、背面板３８、天板３９とにより箱体を形成している。室外送風機３３は送風ファン部４０と送風ファン部４０を回転させる送風機用モータ４１とにより構成されている。また、前面板３７には送風ファン部４０の位置に開口する送風ガイドとなるベルマウス４２が設けられている。背面板３８あるいは左右の側板３６には空気吸込みフィルターやグリルが設けられ、送風ファン部４０の回転によって、外部空気が吸込まれ矢印のような風回路を形成する。室外熱交換器３２は図２（ａ）に示すように、左の側板３６と背面板３８に面してＬ字型に設けられ、所定伝熱面積を確保するように設けられている。さらに、圧縮機３４は、カバー４３によって風回路と分離されている。

実施の形態１では、図１に示した少なくとも圧縮機３４を駆動するための電装モジュール部本体１を、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、外装部３１を形成するする底板３５上に載置している。電装モジュール部本体１は図１で示したように、小型化が容易であるため、底板３５の任意の位置に配置することが可能である。なお、図１に示した電装モジュール部本体１では、コンバータ回路部のダイオード６やインバータ回路部のＩＧＢＴ素子８などの発熱回路部品を側板部２に面して配置しているが、本実施の形態ではそれらの回路部品を電装モジュール部本体１の底板部３に配置し、さらにその底板部３を外装部３１の底板３５上に載置している。

そのため、非常に放熱面積の大きな底板３５を電装モジュール部本体１内の発熱回路部品の放熱板として使用することが可能となる。また、外装部３１の底板３５近傍は、前述の風回路を形成しているため、電装モジュール部本体１を風回路内の風によって、強制的に冷却することが可能となる。したがって、室外ユニット本体３０の空間を有効利用することができるとともに、回路部品の信頼性を高めることが可能となる。

なお、圧縮機３４を駆動するための電装モジュール部本体１以外の、例えば送風機用モータ４１を駆動するための電装品４４などは、図２（ｂ）に示すように従来位置に体積を縮小して配置しても良いが、電装モジュール部本体１内に配置しても良いし、その他の空間に配置しても良い。いずれにしても、従来のように、これらの電装品４４によって室外熱交換器３２の有効伝熱面積を減少させることがなくなり、伝熱性能を改善し、空気調和機の能力を向上させることができる。

図３は、本発明の実施の形態１における他の空気調和機の室外ユニットを示す図であり、図３（ａ）は室外ユニットの平面図、図３（ｂ）はその正面図である。図３に示すように、電装モジュール部本体１が室外ユニット本体３０の外装部３１を形成する底板３５上に載置され、さらに電装モジュール部本体１上に圧縮機３４を配置している。

したがって、上述の効果に加え、さらに圧縮機３４と電装モジュール部本体１とを一体化できるため、室外ユニット本体３０の組み立て時においてその組み立て性が向上するだけでなく、メンテナンスにおいても圧縮機３４と電装モジュール部本体１とを一つのユニットとして扱えメンテナンス性が向上する。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における空気調和機の室外ユニットを示す図であり、図４（ａ）は室外ユニットの平面図、図４（ｂ）はその正面図である。実施の形態２では、室外ユニット本体３０内で室外送風機３３によって形成される風回路の死水領域、すなわち風が流れない領域あるいは流れにくい領域に電装モジュール部本体１を配置している。

図４においては、電装モジュール部本体１を外装部３１の前面板３７に形成された、送風ガイドとなるベルマウス４２の外周部に配置している。ベルマウス４２の外周部は風回路としては殆ど風が流れない、あるいは風速の非常に遅い領域であるが、室外ユニット本体３０の中で無駄な空間を形成している。本実施の形態によれば、この空間に電装モジュール部本体１を配置することにより空間を有効利用し、室外ユニット本体３０の小型化を実現できる。さらにこのような死水領域に電装モジュール部本体１を配置することによって、風回路の通風抵抗を増加させることがなく、送風機用モータ４１の動力を増加させることがない。

一方、送風ファン部４０の回転領域であるベルマウス４２の内周部４５は高速気流が形成されている。そこで、電装モジュール部本体１の筐体５の一部にこの高速気流領域にのぞむフィン部などを設け、発熱回路部品からの放熱を促進させる構成とすることも可能である。

図５は、本発明の実施の形態２における他の空気調和機の室外ユニットを示す図であり、図５（ａ）は室外ユニットの平面図、図５（ｂ）はその正面図である。図５においては、電装モジュール部本体１を、送風機用モータ４１の背面側３８に配置している。送風機用モータ４１の背面側３８は送風ファン部４０によって吸込まれた風がよどむ領域であり、室外ユニット本体３０の中で無駄な空間を形成している。本実施の形態によれば、この空間に電装モジュール部本体１を配置することにより空間を有効利用し、室外ユニット本体３０の小型化を実現できる。一方、送風機用モータ４１の外周部は送風ファン部４０によって吸込まれた高速気流が形成されている。そこで、電装モジュール部本体１の筐体５の一部にこの高速気流領域にのぞむフィン部４６などを設け、発熱回路部品からの放熱を促進させる構成とすることも可能である。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における空気調和機の室外ユニットを示す図であり、図６（ａ）は室外ユニットの平面図、図６（ｂ）はその正面図である。

図６に示すように、電装モジュール部本体１が圧縮機３４上部の室外ユニット本体３０の外装部３１を形成する側板３６上に載置され、さらに電装モジュール部本体１の電源端子部４７が室外ユニット本体３０の外部に面して設けられている。そのため、非常に放熱面積の大きな側板３６を電装モジュール部本体１内の発熱回路部品の放熱板として使用することが可能となる。また、圧縮機３４の近傍に配置して圧縮機３４との配線接続が容易になるとともに、電装モジュール部本体１に設けた電源端子部４７を外部に面して配置することで外部電源との接続が容易になる。したがって、室外ユニット本体３０の空間を有効利用することができるとともに、回路部品の信頼性を高めることが可能となる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における空気調和機の室外ユニットを示す図であり、図７（ａ）は室外ユニットの平面図、図７（ｂ）はその正面図である。

室外ユニット本体５０は外装部５１、室外熱交換器５２、室外送風機５３、圧縮機５４とにより構成されている。外装部５１は、底板５５、左右の側板５６、前面板５７、背面板５８、天板５９とにより箱体を形成し、室外送風機５３が天板５９に配置されたいわゆる縦置き型室外ユニットを構成している。室外送風機５３は送風ファン部６０と送風ファン部６０を回転させる送風機用モータ６１とにより構成されている。また、天板５９には送風ファン部６０の位置に開口する送風ガイドとなるベルマウス６２が設けられている。室外熱交換器５２は左右の側板５６、前面版５７、背面板５８に沿って設けられている。天板５９に設けられた室外送風機５３の送風ファン部６０の回転によって、左右の側板５６、前面版５７、背面板５８に設けられた空気吸い込みフィルターや吸い込みグリルを通して外部空気が吸込まれ矢印のような風回路６３を形成する。すなわち、外気は室外ユニット本体５０に吸い込まれて室外熱交換器５２で室外熱交換器５２を流れる冷媒と熱交換した後、室外ユニット本体５０の天板５９に配置された室外送風機５３によって、天板５９に上部に向けて外部へ流れる構成となっている。

さらに、圧縮機５４は、室外ユニット本体５０の底板５５に載置され、その上部には電装モジュール部本体６４が載置されている。電装モジュール部本体６４の周囲にはフィン部６５が設けられて、電装モジュール部本体６４とフィン部６５が風回路６３内に位置するように構成されている。

縦置き型室外ユニットは室外熱交換器５２の伝熱面積を比較的大きくすることが可能なため、空気調和能力の大きな大型の空気調和機に適用される。

このように、本発明の実施の形態によれば、風回路６３の内部に圧縮機５４を配置し、さらに圧縮機５４の上部に電装モジュール部本体６４を載置している。特にこのような縦置き型室外ユニットでは風回路６３の空気流れを均一、かつ高速にできるため、風回路６３の空気流れを有効に利用して電装モジュール部本体６４を効率的に冷却し、発熱部品からの放熱を促進させて電装モジュール部本体６４の回路部品の信頼性を高めることができる。さらに、室外熱交換器５２に囲まれた空間を有効利用し、室外ユニット本体５０の小型化を実現できる。

本発明にかかる空気調和機の室外ユニットは、電装モジュール部を回路部品の信頼性を高めてコンパクトに室外ユニット内に配置させて空気調和能力を増大させることが可能となり、家庭用あるいは業務用の分離型空気調和機の室外ユニットなどとして有用である。

本発明の実施の形態における電装モジュール部の断面図 本発明の実施の形態１における空気調和機の室外ユニットを示す図 同空気調和機の室外ユニットの他の構成例を示す図 本発明の実施の形態２における空気調和機の室外ユニットを示す図 同空気調和機の室外ユニットの他の構成例を示す図 本発明の実施の形態３における空気調和機の室外ユニットを示す図 本発明の実施の形態４における空気調和機の室外ユニットを示す図 従来の分離型空気調和機における室外ユニットの概略構成を示す斜視図

符号の説明

１，６４ 電装モジュール部本体
３０，５０ 室外ユニット本体
３１，５１ 外装部
３２，５２ 室外熱交換器
３３，５３ 室外送風機部
３４，５４ 圧縮機
３５，５５ 底板
３６，５６ 側板
３７，５７ 前面板
３８，５８ 背面板
４０，６０ 送風ファン部
４１，６１ 送風機用モータ
４２，６２ ベルマウス
４７ 電源端子部
６３ 風回路

Claims (9)

1. ユニット本体と、室外熱交換器と、室外送風機と、冷媒を圧縮する圧縮機と、少なくとも前記圧縮機を駆動するコンバータ回路部とインバータ回路部と制御回路部とで構成された回路部品を密閉した筐体内に配置した電装モジュール部とを備えた空気調和機の室外ユニット。
2. 電装モジュール部を室外送風機により形成される風回路内に配置したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室外ユニット。
3. ユニット本体は天板を有し、前記天板に室外送風機を配置したことを特徴とする請求項２に記載の空気調和機の室外ユニット。
4. ユニット本体が底板を有し、前記底板上に電装モジュール部を載置したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室外ユニット。
5. 底板上に電装モジュール部を載置するとともに前記電装モジュール部上部に圧縮機を載置したことを特徴とする請求項４に記載の空気調和機の室外ユニット。
6. 電装モジュール部を室外送風機により形成される風回路の死水領域部に配置したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室外ユニット。
7. 室外送風機により発生する風回路は、少なくとも送風ガイドとなるベルマウス部を有して形成され、前記ベルマウス部の外周部に電装モジュール部を装着したことを特徴とする請求項６に記載の空気調和機の室外ユニット。
8. 室外送風機は送風ファン部と前記送風ファン部を回転させる送風機用モータとを備え、前記送風機用モータの背面に電装モジュール部を配置したことを特徴とする請求項６に記載の空気調和機の室外ユニット。
9. 電装モジュール部が電源端子部を備えるとともに、ユニット本体が側板を備え、前記電装モジュール部が前記側板に配置され、前記電源端子部を室外ユニットの外部に面して配設したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室外ユニット。

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