JP2005180773A

JP2005180773A - インバータ内蔵空調機

Info

Publication number: JP2005180773A
Application number: JP2003421531A
Authority: JP
Inventors: Masao Kimura; 正雄木村; Toshiro Nishibayashi; 利朗西林
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: JP4294461B2

Abstract

【課題】信頼性が高く、メンテナンスに係る負担の小さいインバータを内蔵する空調機を提供することを技術課題とする。
【解決手段】送風機の回転数を制御するインバータを内蔵するインバータ制御ボックス２０を備えた空調機であって、前記インバータ制御ボックス２０に空気の取入口２０ａおよび取出口２０ｂが設けられており、その空気の取入口２０ａおよび取出口２０ｂが空調機内の通風路の上流側と下流側に対向するように、前記インバータ制御ボックス２０を空調機内に配置することを特徴とするインバータ内蔵空調機１。
【選択図】図１

Description

本発明はインバータを内蔵した空調機に関する。さらに詳しくは、空調機内を流れる空調用循環エアを用いてインバータによる発熱を冷却させる機構を備えたインバータ内蔵空調機に関する。

一般的な空調機に内蔵されたインバータの冷却方法として以下の公知文献と特許文献がある。

（株）クボタ「コンパクト形エアハンドリングユニット小型分散空調機Ｆｉシリーズ設計者用カタログＶｅｒ１．１」の３頁特開平５−１９６２６２特開平９−２３６２８５

非特許文献１には冷媒に水を利用するコンパクト型空調機の送風機駆動インバータ冷却方法が開示されている。非特許文献１のコンパクト型空調機の本願と関係する部分を簡単に説明すると、このコンパクト型空調機は、外部を覆っているケーシングによりその内部に必要な機材をコンパクトにまとめたものであり、その内部には空気を供給する給気ファンと、供給された空気を再び装置内に引き込む還気ファンと、それらファンの回転数を制御するインバータと、それらインバータをケーシング内部の他の部分から風路的に仕切ることにより形成されたインバータ室とを備えている。このインバータ室には小型冷却ファンが取り付けられ、箱体内は強制的に換気され、箱体内の蓄熱を防止している。

また、特許文献１はインバータ型の空調機の室外機に関するものであり、図６にその概略図を示す。図６に示す空調機の送風装置１００は、ケーシング１０１と、そのケーシング内にＬ字状に配置された熱交換器１０２と、その熱交換器１０２に外気を送風するプロペラファン１０３と、そのプロペラファン１０３を回転駆動するファンモータ１０４とを備えている。前記プロペラファン１０３と熱交換器１０２との間には圧縮機の回転数制御を行う半導体素子１０５ａが放熱器１０５と共に配置されている。この空調機の送風装置１００は、プロペラファン１０３が矢印Ａの方向（正転）に回転する時は熱交換量が多く、反対方向に送風するときは熱交換量が少ない。それにより放熱器１０５への送風量を低下させずに熱交換量を絞ることができる。

特許文献２には、インバータ型の空調機の室外機に関するものである。その空気調和機用室外機１１０の断面図を図７に示す。空気調和機用室外機１１０の内部には仕切り板１１０ａが設けられ、その仕切り板１１０ａによって前記空気調和機用室外機１１０の内部は冷却室１１１と、部品収納室１１２とを形成している。前記冷却室１１１には、前記冷却室１１１に外気を取り込むためのファン１１３と、そのファン１１３により外気と熱交換を行う空調用の熱交換器１１４と、その熱交換器１１４とファン１１３との間で、前記部品収納室１１２から仕切り板１１０ａを超えて延びる冷却フィン１１５とを備えている。一方、部品収納室１１２には、前記冷却フィン１１５によって放熱されるインバータ１１６と、その他各種運転制御用素子を含む制御基板１１７とを備えている。前記部品収納室１１２では、冷却フィン１１５を冷却室１１１側に配置している。そのため前記インバータ１１６から発生する熱を部品収納室１１２内に蓄熱しないで冷却フィン１１５により冷却室１１１側に排熱させて、冷却性能を向上および室外機の小型化を実現している。

非特許文献１にあるような空調設備には、内部に複数個のインバータを他の部材から隔離して収納するための専用の箱体が設けられている。そのような箱体内部は小型の冷却ファンによって冷却または換気されているため、インバータの放熱による箱体内部の温度上昇を防止する。しかし冷却用ファンは寿命が短いために故障を起こして停止しやすい。この小型冷却用ファンの故障は、過度の温度上昇によるインバータの破損を招き、空調設備全体を停止させる恐れがある。従って、冷却用ファンの定期的な点検作業を行なうことにより、このような不具合を回避している。

また、特許文献１または２の小型の室外機では、その室外機の内部にインバータ冷却用のフィンを配置しているが、単に室外機の内部に形成される通風路に対して冷却用のフィンを吹き曝しただけのものである。そのため、大型の空調設備のように多数または大容量のインバータを配する場合には、冷却フィンと内部の部材との干渉や風の接触の仕方の影響により、熱交換の効率が一定とならない。また大量の空気が送風される空調設備の送風路にそのままインバータを曝したのでは異物の付着の可能性も大きい。

本発明は風量が大きく、１または２以上のインバータを設けた空調設備においても小型の冷却用ファンなしに効率よくインバータ制御半導体素子の冷却を行うことにより、空調設備の安定した運転とメンテナンスに係る負担の軽減を可能とするインバータを内蔵した空調機を提供することを課題とする。

本発明のインバータ内蔵空調機は（請求項１）、送風機の回転数を制御するインバータを内蔵するインバータ制御ボックスを備えた空調機であって、前記インバータ制御ボックスに空気の取入口および取出口が設けられており、その空気の取入口および取出口が空調機内の通風路の上流側と下流側に対向するように、前記インバータ制御ボックスを空調機内に配置することを特徴とする。

このようなインバータ内蔵空調機は空調運転停止時にインバータを停止させた状態で所定の時間、前記ファンを運転させる停止制御部を備えたものが好ましい（請求項２）。さらに前記空気取入口が空調用循環エアの通路と連通しているものが好ましい（請求項３）。

本発明のインバータ内蔵空調機は（請求項１）、インバータ制御ボックスの空気取入口および取出口が前記空調機の通風路と連通し、その通風路より空調エアが流れるように配置されている。そのため、空調エアはインバータ制御ボックス内の取入口から取出口へと自然に流れる。そのため空調エアの通風が確実ものとなるためインバータ冷却用のファンを別途、設ける必要がない。従って、冷却用ファンの故障により空調設備が停止する恐れがなく、そのような事態に備えた冷却ファンの点検作業を必要としない。また、ボックス内での空気の流れる方向も取入口および取出口の配置により決定されるため、空気の流れ具合を把握するのが容易である。従って、放熱フィンへの空気の接触具合が大きく乱れることがないように、一定に保つことが容易である。そのため空調設備を安全に運転することができる。

また、空調運転停止時にインバータを停止させた状態で所定の時間、前記ファンを運転させる停止制御部を備えた場合（請求項２）は、インバータ制御用半導体素子を完全に冷却した後、運転を停止することができる。そのためインバータを過度の熱で傷めることがないのでインバータの寿命を延ばすことができ、信頼性の高い空調機を得ることができる。さらに前記空気取入口が空調用循環エアの通路と連通している場合（請求項３）は、空調機により供給された乾いた空調エアがインバータ用ボックス内に導入される。そのためボックス内に温度変化が生じた場合でも、インバータのような電子機器への結露を防止することができる。従って空調設備を安全に運転することができる。

つぎに図面を参照しながら本発明のインバータ内蔵空調機の実施形態を説明する。図１は本発明の空調設備の概略断面図、図２は導入チャンバの詳細を示す斜面図、図３は停止制御部を示すブロック図、図４ａは第２の実施形態を示す上面図、図４ｂは図４ａの正面図、図５ａは第３の実施形態を示す上面図、図５ｂは図５ａの正面図を示す。

図１の概略断面図を用いて本発明で用いる空調設備を説明する。この空調設備１は、その空調設備１の中心に配置され、給気と還気を制御するインバータを内蔵した空調機本体２と、その空調機本体２より図示していないダクトにより導かれる給気ライン３と、その給気ライン３からの空調エアを再び空調機本体２へと導く還気ライン４とからなる。

前記給気ライン３は、インテリア給気ライン３ａと、ぺリメータ給気ライン３ｂとから構成されている。インテリア給気ライン３ａは居室に空調エアを給気するためのもので、ＯＡ負荷等により年間を通じて冷房負荷がある。ぺリメータ給気ライン３ｂは窓面用に用いられるもので、夏季、冬季の窓からの日射、ふく射負荷によりそれぞれ冷房負荷や暖房負荷となる。前記還気ライン４はそれぞれの負荷から戻るエアを再び空調機本体２に導くラインである。

一方、前記空調機本体２内部には、前記給気ライン３に空調エアを供給するための給気風路５と、供給した空調エアを還気ライン４を通じて取り込むための還気風路６とが設けられている。

このように構成される前記空調機本体２をそれぞれの風路に係る部分ごとに分けて、その風路に沿って説明していく。空調機本体２はその風路毎にそれぞれ給気風路５に係わる部分である給気部分２ａと、還気風路６に係る部分である還気部分２ｂとで構成されている。そのうち給気部分２ａは混気チャンバ８と給気チャンバ９とを備えている。その混気チャンバ８は外気を取り込むために、チャンバ外壁に形成された外気導入口１０と、その外気導入口１０から導入する外気の粉塵や埃を除去するためにチャンバ内部に配置されるフィルタ１１と、そのフィルタ１１によって異物が除かれた外気と還気を吸引し、冷暖房用コイル１４、１４を通して室内へと送風する給気ファン１２とからなる。前記給気チャンバ９は給気ファンの送風口を介して混気チャンバ８と連通しており、その途中に給気風路５をインテリア側とぺリメータ側との２つの風路に分ける仕切り板１３と、その仕り板１３によって形成された２つの風路内に配置され前述した冷房負荷や暖房負荷に応じて給気エアの温度調節を行う冷暖房用コイル１４、１４が配置され、図示していないダクトでもって給気ライン３へと続く。

また前記給気部分２ａでは、前記混気チャンバ８内部のフィルタ１１の下流側に、インバータ制御ボックス２０が配置されている。そのインバータ制御ボックス２０には、前記フィルタ１１に近い側の側壁でボックス内部に給気エアを導入するために形成された取入口２０ａと、その取入口２０ａから導入されるエアを排出するために前記給気ファン１２の吸引口に近い側の側壁に形成された取出口２０ｂとが設けられている。前記インバータ制御ボックス２０内部にはインバータ１６と、そのインバータ１６によって回転を制御されている給気ファン１２または還気ファン１７を停止させる前に所定時間回転させた後に停止させる停止制御部１６ａとが設けられている。この運転制御部１６ａはインバータ１６を使用しなくてもファン１２、１７のモータを回転させることができる電気回路を備えたものである。なお、この停止制御部１６ａは図中ではインバータ１６とは別に設けられているが、一体に設けることもでき、他の電子部品等を収納する制御盤が設けられているならば、その中に収納しておくこともできる。

一方、前記還気部分２ｂには、図示していないダクトを通じて前記還気ライン４より前記空調機本体２の内部に最初の到達する部分である還気チャンバ１５が設けられている。その還気チャンバ１５には還気エアを吸引して室内への循環や外部へと強制排気する還気ファン１７が配置され、その還気ファン１７によってエアを排出するようにチャンバ外壁に形成された排気口１８と、還気チャンバ１５を前記混気チャンバ８のフィルタ１１の上流側で連通させるように形成された連通口１９とが形成されている。

このように構成された空調機本体２は取り込んだ外気を前記インテリア側ライン３ａとぺリメータ側ライン３ｂへと送風する。そして送風された給気エアは還気ライン４より再び空調機本体へと導かれる。このとき、還気チャンバ１５内に導かれた還気エアは、その全てが排気口より排出されないで、一部は前記連通口１９より混気チャンバ８側へと導かれることになる。このように混気チャンバ８内部では外気と還気ライン４から返された還気エアが混合される。

ここから図２を用いてインバータ制御ボックス２０が空調機本体２内に配置されている様子を説明していく。前記混気チャンバ８で新たに外気導入口１０から取り入れた外気エアと還気ライン４から流入する還気エアは混合されフィルタ１１を通過する。そしてそのフィルタ１１を通過した混気エアの大部分は給気ファン１２によって吸引されるが、インバータ制御ボックス２０の圧力差によってボックス内を通り過ぎるように流れていく（図中の矢印７）。このように通り抜けていくことにより内部に配置されたインバータ１６と取り込まれた混気エアが熱交換を行いインバータ制御用の半導体素子を冷却する。また、制御ボックスの取入口２０ａと取出口２０ｂの配置から、導入される空気の流れ具合を予測することができるので、予めインバータ１６の冷却具合を一定に保つように、インバータ１６を配置することができる。なお、インバータ制御ボックス２０は本実施形態のように矩形状のケースまたは導入される通風路に沿った曲線を側壁とした形状のものを用いることもできる。矩形状のケースの場合は、インバータ制御ボックス２０の同じ側壁に取入口２０ａと取出口２０ｂを同時に設けるのではなく、空調機本体２の通風路の上流側と下流側に前記取入口２０ａと取出口２０ｂが対するように、それぞれをインバータ制御ボックス２０の異なる側壁に設けるのが好ましい。

また、混合される還気ライン４から戻ってくる還気エアは空調により乾いたエアであるため、ボックス内での結露を防止することになる。また、給気ファン１２の上部にインバータ制御ボックス２０を配置するとインバータから伸びる配線を取出口２０ｂを利用して給気ファン１２まで伸ばすことができる。

前記インバータ１６は給気ファン１２および還気ファン１７のモータの回転数を制御している。そのインバータ１６は、空調エアの状態に応じた風量が得られるように、最適なモータの回転数を図示していない空調機本体２や外部に設置された自動制御盤の制御部等から指示されている。そして、その指示された要求を満たすように周波数を変化させて空調エアの風量を変化させる。インバータ１６によりファン１２、１７のモータの回転数を上昇させると、それだけインバータ１６の発熱量は大きくなる。一方、ファン１２、１７の送風量が大きくなると、インバータ制御ボックス２０内の冷却用のエアの風量も大きくなるのでインバータ１６の放熱の効率も大きくなる。また、ファン１２、１７が送風を行うと、冷却用のエアが自然とインバータ制御ボックス２０内に流れるように配置されているため、冷却が確実に行われているかどうかを空調機本体２の内部を開けて点検するような手間がかからない。また送風が開始されれば必然的に冷却用エアも流れることになるので、給気ファン１２と連動させるためのスイッチ等の部品を必要としない。

ここから図３に示すブロック図も参照して、この空調機本体２を停止する場合について説明する。ファン１２、１７を回転させるモータは、インバータ１６によって回転しているが、そのインバータ１６は作動中は放熱しており、インバータ制御ボックス２０内を流れる空調エアによって冷却されている。ここで、インバータ１６を停止させてファン１２、１７を停止させてしまうとインバータ１６は十分な冷却が行われないまま停止してしまうこととなり、故障の原因となりやすい。そこで、インバータ１６を使用しないでモータを回転させる電気回路を備えている停止制御部１６ａを用いてファン１２、１７を停止させる。

すなわち、この空調機本体２を停止しようとする場合には、前記給気ファン１２および還気ファン１７の送風を停止してしまう前にインバータ１６の制御用半導体素子の冷却を行う。すなわちインバータ１６を停止すると同時に停止制御部１６ａが前記給気ファン１２および還気ファン１７の送風運転の制御を引き継ぐ。その停止制御部１６ａは空調機本体が実運転において必要とされるような稼動状態を維持するわけではなく、インバータ１６を冷却させるのに充分な風量を得るための運転をインバータ１６に代わりに行うものである。また、インバータ制御ボックス２０内部に、給気ファン用のインバータと還気ファン用のインバータがまとめて配置されている場合は、前記ファン１２または１７の片方だけ稼動させることもできる。本実施例においては給気ファン１２のみが運転すれば２つのインバータを冷却するのに充分な風量を得ることができる。このときの給気ファン１２の稼働はインバータ１６の停止後１０〜３０秒程度に設定される。このように十分にインバータ制御用半導体素子の冷却を行った後にファン１２もしくは１７が停止するのでインバータの寿命を長くすることができる。また、その状況に応じて、停止運転時に給気ファン１２および還気ファン１７の両方とも稼動させることもできる。

図４に第２の実施例を示す。この実施例は前述したものとほぼ同様であるので、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。図４に示す空調機本体２１の外壁には、還気ファン１７から排気されるエアが最初に到達する部分である還気チャンバ１５内部と連通するように形成されインバータ等の電子部品を操作するためのインバータ制御ボックッス２０が内部にはめ込まれて固定されている。図中では、このインバータ制御ボックス２０の正面を塞ぐ点検扉を図示していない。前記インバータ制御ボックス２０への冷却用のエアの導入は、インバータ制御ボックス２０の下部で還気チャンバ１５と連通する取入口２０ａから取り込まれ、前記取入口２０ａと略対角の位置でボックスの上部に形成され還気ライン４の還気ファン１７の吸引口の近辺で連通する取出口２０ｂから排出される（図４の矢印７）。このように、意図的にインバータ制御ボックス２０へと続く風路を設けてインバータ１６を冷却することもできる。

前記インバータ制御ボックッス２０は前面扉を開閉して容易に内部の点検や操作を行うことができる。また、この実施例ではインバータ制御ボックス２０の内部への冷却エアの通風は、還気ファン１７の吸引圧力により還気チャンバ１５からエアを取り込んでいる。そのため空調機本体２１の運転中に点検扉を開いてもフィルタを通過していない外気が、給気側のラインに混入することがない。また、インバータ制御ボックス２０内に導入される冷却エアの大部分は還気ライン４から戻ってきた還気エアなので、乾燥しており、その温度も一定なエアが冷却ラインに流されるので、ボックス内に温度変化が生じた場合でもインバータ等の電子部品に結露が生じにくい。また、インバータ制御ボックッス２０の下部の取入口２０ａから略対角の位置に配置された上部の取出口２０ｂに向けて冷却風路（図４の矢印７）が形成されているため、ボックス内部に滞留する暖かいエアの排出効果が高い。

図５にさらに第３の実施形態を示す。この実施例も前述したものとほぼ同様であるので、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。図５に空調機本体２２を示す。この空調機本体２２もその正面に開口部を設けてその開口部よりインバータの点検や操作を可能としている。このインバータ制御ボックス２０の冷却エアの取入口２０ａはインバータ制御ボックス２０の下部で混気チャンバ８と連通し、取出口２０ｂは取入口２０ａと略対角の位置にあたるボックスの上部に形成され、還気ライン４の還気ファン１７の吸引口の近辺に連通している。このインバータ制御ボックス２０は上部の還気ファン１７と下部に配置された給気ファン１２の間のスペースに設けられたもので、空いたスペースを有効に活用している。さらに、上方から還気ファン１７、インバータ制御ボックス２０、給気ファン１２の順で縦に配置されているので、インバータ制御ボックス２０の取入口２０ａと取出口２０ｂよりそれぞれのファン１７、１２に向けて電源線を配線するのが容易である。なお、空調機の制御用の電子機器およびインバータが外部の制御盤にまとめて配置されている場合には、その制御盤内部に例えば還気エアの一部を通して冷却することもできる。また、ビル等のように多数の空調機本体が設けられ、それらの制御が各階毎に配置された集中制御盤によって行われている場合にも還気エアの一部を各階毎の制御盤の内部に通して冷却を行うこともできる。

図１は本発明の空調設備の概略図である。図２は導入チャンバの詳細を示す斜面図である。図３は停止制御部を示すブロック図を示す。図４ａは第２の実施形態を示す上面図、図４ｂは図４ａの正面図である。図５ａは第３の実施形態を示す上面図、図５ｂは図５ａの正面図である。図６は従来の技術を示す概略図である。図７は従来の技術を示す断面図である。

符号の説明

１空調設備
２空調機本体
２ａ給気部分
２ｂ還気部分
３給気ライン
３ａインテリア給気ライン
３ｂぺリメータ給気ライン
４還気ライン
５給気風路
６還気風路
７ボックス内の流れ
８混気チャンバ
９給気チャンバ
１０外気導入口
１１フィルタ
１２給気ファン
１３仕切り板
１４コイル
１５還気チャンバ
１６インバータ
１６ａ停止制御部
１７還気ファン
１８排気口
１９連通口
２０インバータ制御ボックス
２０ａ取入口
２０ｂ取出口
２１空調機本体
２２空調機本体

Claims

送風機の回転数を制御するインバータを内蔵するインバータ制御ボックスを備えた空調機であって、
前記インバータ制御ボックスに空気の取入口および取出口が設けられており、
その空気の取入口および取出口が空調機内の通風路の上流側と下流側に対向するように、前記インバータ制御ボックスを空調機内に配置することを特徴とするインバータ内蔵空調機。
空調運転停止時にインバータを停止させた状態で所定の時間、前記ファンを運転させる停止制御部を備えた請求項１記載のインバータ内蔵空調機。
前記空気取入口が空調用循環エアの通路と連通している請求項１または２記載のインバータ内蔵空調機。