JP2012225537A - 室外ユニット及びその室外ユニットを備えた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高調波抑制装置の放熱性能を満足するとともに、高調波抑制装置筐体内への異物の侵入を効率的に抑制可能にした室外ユニットを提供する。
【解決手段】室外ユニット５０は、筐体５１と、筐体５１の底部に設置された圧縮機５２と、筐体５１の内壁面に沿って断面略コの字状となるように設置され室外熱交換器５３と、筐体５１の上部に設置された室外ファン５４と、筐体５１の正面側の中段（圧縮機５２）よりも上方にヒンジを介して取り付けられた制御器１０と、ＡＦ筐体７０に収容された状態で圧縮機５２よりも上部に着脱自在に設置された高調波抑制装置２０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、室外ユニット及びその室外ユニットを備えた冷凍サイクル装置に関し、特に室外ユニットの内部に搭載される高調波抑制装置筐体の構成及び配置を改良した室外ユニット及びその室外ユニットを備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

冷凍装置や空気調和装置等の一部を構成する室外ユニットは、略直方体形状の筐体を有し、その筐体の内部に圧縮機やファン、それらを含めたアクチュエーターの駆動を制御するインバータを備えた制御器、インバータによって発生する高調波を抑制する高調波抑制装置等が搭載されている。圧縮機は、重量物であるため、筐体底部に固定されることが多い。また、ファンは、筐体内部や筐体天井側に取り付けられることが多い。さらに、制御器は、浸水や降雪の影響を避けるため筐体上部に取り付けられることが多い。同様に、高調波抑制装置も、筐体内の上方に取り付けられることが多い。この高調波抑制装置は、オプションで後付けされることもあり、設置作業の容易化という観点からも、筐体上部に取り付けられることが多い（たとえば、特許文献１参照）。

また、「空気調和装置きょう体内に設置される電気品箱の中に、冷却ファン、パワーモジュール、ヒートシンク等を収納してなる空気調和装置において、前記電気品箱を載置する架台と、前記電気品箱に設けた吸気口と、前記ヒートシンクの下部から前記電気品箱の底面に排気を導く排気ダクトと、前記吸気口、前記冷却ファン、前記パワーモジュールを付設した前記ヒートシンク、前記排気ダクトの順に流通する風路と、前記架台内で前記排気ダクトと相対する位置に配設した空気冷却用熱交換器とを備えた空気調和装置」が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。

特許第３４２４５３９号公報（実施の形態２） 特許第２７６５３６５号公報（実施例１、図２）

ところで、特許文献１に記載されているようなファンレス構造で制御器を室外ユニットの筐体の二次側（熱交換器が配置されていない側）に設置した場合、制御器の冷却は、ファンの回転数の影響を受けてしまうことになる。特に、コイルなどの発熱量の大きな部品が搭載されている制御器においては、室外ユニットの全運転範囲で部品温度の上昇を満足することが困難であった。また、部品温度の上昇を満足するために、筐体の側面に形成する開口部の開口面積を大きくすると、虫や雪、水など（以下、単に異物と称する）の侵入が避けられず、冷却と開口面積とがトレードオフの関係になってしまうという課題があった。

また、特許文献２に記載されているものは、電気品箱（高調波抑制装置等が収容されている高調波抑制装置筐体）を、密閉した空気調和装置筐体（室外ユニット）内に設置することにより、空気調和装置筐体の内部全体を冷却するようにしている。このような構造では、電機品箱を容易に後付けすることができないという課題があった。また、空気調和装置筐体を密閉構造としているため、サービス性（作業性及びメンテナンス性）の向上という観点から更なる改善の余地があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高調波抑制装置の放熱性能を満足するとともに、高調波抑制装置筐体内への異物の侵入を効率的に抑制可能にした室外ユニット及びその室外ユニットを備えた冷凍サイクル装置を提供することを第１の目的としている。また、第１の目的に加え、サービス性及び汎用性の向上を図るようにした室外ユニット及びその室外ユニットを備えた冷凍サイクル装置を提供することを第２の目的としている。

本発明に係る室外ユニットは、外郭を構成する第１筐体と、前記第１筐体の底部に設置され、冷媒を圧縮するインバータ制御可能な圧縮機と、前記第１筐体の一つの側面側を開放部側とし、前記第１筐体の内壁面に沿って断面略コの字状となるように設置され、前記圧縮機から吐出され、又は、前記圧縮機に吸入される冷媒が流入する室外熱交換器と、前記第１筐体の上部に設置され、前記室外熱交換器に空気を供給する室外ファンと、前記第１筐体の前記室外熱交換器の開放部側であって、前記圧縮機よりも上部に開閉可能に取り付けられ、前記圧縮機及び前記室外ファンを制御する制御器と、前記制御器から発生する高調波を抑制する高調波抑制装置と、前記第１筐体内の前記圧縮機よりも上部に着脱自在に設置され、前記高調波抑制装置を収容する第２筐体と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る室外ユニットによれば、高調波抑制装置の放熱性能を満足するとともに、第２筐体内への異物の侵入を効率的に抑制することができる。また、本発明に係る室外ユニットによれば、第２筐体を着脱自在な構成としたことにより、サービス性及び汎用性が大きく向上することになる。

本発明の実施の形態１に係る室外ユニットの概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニットの構成を更に模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニットの電気的な接続状態を模式的に説明する回路構成図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニットの内部構成を模式的に示す内部構成図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニットの内部構成を異なる角度から模式的に示す内部構成図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニットに搭載される高調波抑制装置筐体を前面側から見た状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニットに搭載される高調波抑制装置筐体を背面側から見た状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニットに搭載される高調波抑制装置筐体の内部構成を模式的に示す内部構成図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニットに搭載される高調波抑制装置筐体の内部を抽出して模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニットに搭載される高調波抑制装置筐体内の風路構成を概略的に示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニットに搭載される高調波抑制装置筐体を分解した状態を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る高調波抑制装置筐体内の風の流れを説明するための概略断面図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニットに搭載される高調波抑制装置筐体の迷路構造を分解した状態を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る室外ユニット内の風の流れを説明するための概略図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の概略回路構成を概略的に示す回路構成図である。

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、本発明の実施の形態１に係る室外ユニット５０の概略構成を示す斜視図である。図１に基づいて、室外ユニット５０の構成について説明する。室外ユニット５０は、冷凍サイクル装置の一部を構成し、冷媒配管を介して接続されている室内ユニットに冷熱又は温熱を供給する機能を有するものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

（室外ユニット５０の全体構成）
図１に示すように、室外ユニット５０は、室外ユニット５０の外郭を構成し、略直方体形状の筐体５１と、筐体５１の内部に収容され、冷媒を圧縮する圧縮機５２（図２参照）と、筐体５１の側面に沿って設置され、冷媒と空気との間で熱交換を行なう室外熱交換器５３と、筐体５１の天井側に設置され、室外熱交換器５３に空気を供給する室外ファン５４と、を備えている。また、室外ユニット５０には、制御装置４０等が搭載されている。

圧縮機５２は、冷凍サイクルの一要素機器であり、吸入した冷媒を圧縮して吐出するものである。この圧縮機５２は、重量物であるため、筐体５１の底部に固定設置される。また、圧縮機５２は、容量制御可能なインバータ圧縮機で構成されている。なお、圧縮機５２は、インバータ制御可能なものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して圧縮機５２を構成することができる。

室外熱交換器５３は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器（放熱器）として機能し、室外ファン５４によって供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。この室外熱交換器５３は、筐体５１の側面（内壁面）に沿って断面略コの字状となるように設置されている。なお、室外熱交換器５３と対向する筐体５１の側面には空気が流れる開口部５１ａが形成されている。また、室外熱交換器５３が設置されていない部分、つまり室外熱交換器５３の開放部側（断面が略コの字状を構成していない部分）における筐体５１の側面を室外ユニット５０の正面側と称するものとする。

室外ファン５４は、室外熱交換器５３に空気を供給するものである。この室外ファン５４は、筐体５１の天井側に取り付けられている。また、室外ファン５４は、プロペラファンで構成されている。

また、筐体５１内には、高調波抑制装置筐体７０（以下、ＡＦ筐体７０と称する）が設置されている。このＡＦ筐体７０の内部には、高調波抑制装置２０が収容されている。

図２は、室外ユニット５０の構成を更に模式的に示す模式図である。また、図２には、筐体５１の空気の流れの一例を矢印で図示している。図２に基づいて、圧縮機５２とＡＦ筐体７０との位置関係について簡単に説明する。図２の矢印に示すように、室外ファン５４によって筐体５１内に取り込まれた空気は、筐体５１の底面側から天面側に向けて流れ、室外ファン５４を経由した後に筐体５１の外部に吹き出されるようになっている。図４及び図５で詳しく説明するが、ＡＦ筐体７０は、筐体５１の略中間位置（詳しくは、圧縮機５２よりも上方位置）に設置されている。また、ＡＦ筐体７０は、室外ファン５４の軸上又は室外ファン５４の軸上に近い位置に着脱自在に設置されている。

その他、筐体５１には、冷媒流路を切り替えるための四方弁や三方弁、開閉弁等の流路切替装置、余剰冷媒を貯留するアキュムレーターと、各機器を接続する冷媒配管、冷媒配管を開閉するサービスバルブ等が収容されている。

図３は、室外ユニット５０の電気的な接続状態を模式的に説明する回路構成図である。図３に基づいて、電気的な構成について説明する。制御装置４０は、圧縮機５２の駆動を制御する制御器１０と、制御器１０を構成するインバータ主回路１４によって発生する高調波を抑制する高調波抑制装置２０とを備えている。そして、制御器１０は、室外ユニット５０の正面側にヒンジを介して開閉可能に設置されている（図１参照）。また、高調波抑制装置２０は、ＡＦ筐体７０内に収容されて室外ユニット５０内部に設置されている。

制御器１０は、三相交流電源１の交流電圧を直流電圧に変換する整流器１１と、力率改善を行うためのリアクタ１２と、平滑コンデンサ１３と、インバータ主回路１４と、インバータ主回路１４及びスイッチ回路２４を制御する制御回路３０と、を備えており、圧縮機５２のモータ１５に接続されている。この制御器１０は、浸水や降雪の影響を避けるため筐体５１の中段、より詳しくは圧縮機５２よりも上方位置であって、サービス性向上のため室外ユニット５０の正面側（詳しくは断面略コの字状に構成されている室外熱交換器５３が配置されていない側、つまり室外熱交換器５３の開放部側）にヒンジを介して開閉可能に設置されている。

インバータ主回路１４は、平滑コンデンサ１３によって平滑された直流電源を交流電源に変換するものであり、たとえばシリコン（Ｓｉ）半導体やワイドバンドギャップ半導体で構成した複数のスイッチング素子で構成される。なお、ワイドバンドギャップ半導体とは、シリコン（Ｓｉ）素子と比較して、バンドギャップが大きい半導体素子の総称であり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）素子の他、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド素子等が挙げられる。インバータ主回路１４の各スイッチング素子は、制御回路３０から送られる動作信号（ＰＷＭ信号、ゲート信号）に基づいてスイッチング動作を行なうようになっている。

高調波抑制装置２０は、制御器１０のインバータ主回路１４によって発生する高調波を抑制するものである。この高調波抑制装置２０は、ノイズフィルタ２１と、リプルフィルタ２２と、リアクタ２３ａ〜２３ｃと、たとえばワイドバンドギャップ半導体で構成された複数のスイッチング素子で構成されたスイッチ回路２４と、コンデンサ２５とを備えており、制御器に並列に分岐接続され、電源高調波の抑制対策を行なうようになっている。この高調波抑制装置２０は、浸水や降雪の影響を避けるため筐体５１の略中間位置に設置されている。また、図９で説明するが、高調波抑制装置２０には、スイッチ回路２４専用のヒートシンクＨが取り付けられている。

制御回路３０は、マイコン等で構成されており、図示省略の各種検出手段（たとえば、温度センサーや圧力センサー等）での検出情報及びリモコンからの指示に基づいて、各種アクチュエーターの駆動を制御するものである。具体的には、制御回路３０は、圧縮機５２の駆動周波数、室外ファン５４の回転数（ＯＮ／ＯＦＦ含む）、図示省略の四方弁や三方弁、開閉弁の切り替え、図示省略の絞り装置の開度を制御し、暖房運転や冷房運転を実行するようになっている。なお、図３には、便宜的に圧縮機５２のモータ１５のみを図示している。

（ＡＦ筐体７０の配置）
図４は、室外ユニット５０の内部構成を模式的に示す内部構成図である。図５は、室外ユニット５０の内部構成を異なる角度から模式的に示す内部構成図である。図４及び図５に基づいて、高調波抑制装置２０の配置について更に詳しく説明する。高調波抑制装置２０は、図４及び図５に示すように、略直方体形状のＡＦ筐体７０にユニット化された状態で収容されている。また、ＡＦ筐体７０には、内部に冷却風を取り込むための空気取込口７１が前面の下方に開口形成されている。なお、図４においては、圧縮機５２が圧縮機カバー５２ａで覆われている状態を例に示している。

室外ユニット５０には各種部品が搭載されるため、筐体５１の内部スペースには限りがある。筐体５１内の空いているスペースに高調波抑制装置２０が収容されているＡＦ筐体７０を単に配置したとすると、室外ファン５４の性能が悪化しかねない。空気力学的な見地から、室外ファン５４の性能を悪化しないように、室外ファン５４と構造体（障害物）の距離は、ある程度確保する必要がある。ＡＦ筐体７０は、筐体５１の内部に収容されるため障害物となるものである。

したがって、室外ファン５４からＡＦ筐体７０までの距離を確保するために、ＡＦ筐体７０を筐体５１の略中間位置に設置するようにしている。また、空気力学的な見地からは、室外ファン５４の軸上に構造体を設置するのが好ましい。そこで、ＡＦ筐体７０を室外ファン５４の軸上又は室外ファン５４の軸上に近い位置に設置するようにしている。また、ＡＦ筐体７０は、室外ユニット５０内に着脱自在になっている。こうすることで、制御器１０を開閉可能にしたことに加え、更にサービス性（作業性及びメンテナンス性）及び汎用性を向上することが可能になる。また、ＡＦ筐体７０を後付けすることも可能になる。

さらに、降雪時において、筐体５１内の底部に降り積もった雪に埋まらない位置にＡＦ筐体７０を配置するのが好ましい。この点からも、ＡＦ筐体７０を筐体５１の略中間位置に配置するようにしている。ＡＦ筐体７０を筐体５１の略中間位置に配置する場合、ＡＦ筐体７０内に収容されている高調波抑制装置２０を冷却するための冷却風をＡＦ筐体７０のどこから吸い込むかがポイントとなる。すなわち、ＡＦ筐体７０内には、発熱部材として、ノイズフィルタ２１、リプルフィルタ２２、リアクタ２３ａ〜２３ｃ、スイッチ回路２４等が搭載されており、これらを冷却するためた空気取込口７１の形成位置が重要になる。

ＡＦ筐体７０の天面では、降雨や降雪時に、筐体５１内に侵入した雨や雪がＡＦ筐体７０内に入ってしまう。ＡＦ筐体７０の側面（前面側の側面以外の側面）では、降雨や降雪時に、室外熱交換器５３を通過して水平方向に移動する雨や雪がＡＦ筐体７０内に入ってしまう。ＡＦ筐体７０の底面では、降雪時に、筐体５１内の底部に降り積もった雪が室外ファン５４によって巻き上げられ、その雪がＡＦ筐体７０内に入ってしまう。ＡＦ筐体７０の前面では、室外熱交換器５３が設置されておらず、また制御器１０がＡＦ筐体７０の前面に位置するため、降雨や降雪時に、雨や雪の侵入が少ない。そこで、空気取込口７１をＡＦ筐体７０の前面下方に形成するようにしている。

（ＡＦ筐体７０内への空気の取り込み）
図６は、ＡＦ筐体７０を前面側から見た状態を示す斜視図である。図６に基づいて、ＡＦ筐体７０に開口形成されている空気取込口７１について更に詳細に説明する。室外ユニット５０では、ＡＦ筐体７０内に冷却風を効率的に吸い込むように空気取込口７１の開口面積を決定している。まず、ＡＦ筐体７０内に搭載されている発熱部材を規定値の温度以下に冷却するために必要な風量を算出する。そして、算出した風量を確保した上で、空気取込口７１の風速が０．５ｍ／ｓｅｃ以下になるように開口面積を決定する。風速０．５ｍ／ｓｅｃ以下という指針は、降雪時において雪が吸い込まれない目安である。

また、空気取込口７１には、ゴキブリ等の虫の侵入を防止するためにスリット構造又はメッシュ構造に形成された異物侵入抑制板７３が設けられている。図６では、左右方向が長手方向となるスリットが複数形成された異物侵入抑制板７３を例に示している。この場合、縦方向（上下方向）のスリット幅を３ｍｍ以下と目安する。

（ＡＦ筐体７０からの排気）
図７は、ＡＦ筐体７０を背面側から見た状態を示す斜視図である。図７に基づいて、ＡＦ筐体７０に取り付けられている排気ユニット８０について説明する。図７に示すように、ＡＦ筐体７０の背面上部には、外部に空気を排気するための排気ユニット８０が取り付けられている。高調波抑制装置２０は、室外ユニット５０の筐体５１に内蔵されるものの、降雨時には雨が直接かかるため、防水性能としては「ＩＰｘ４レベル」が求められる。なお、「ＩＰｘ４レベル」とは、ＩＥＣ（国際電気基準会議）規格で規定されている機器の保護等級を記号で示したものである。

ＡＦ筐体７０においては、図７に示すように、排気入口８２と排気出口８３とを、垂直方向に距離を離して設けるようにしている。つまり、排気入口８２は排気ユニット８０の前面の天面付近に、排気出口８３は排気ユニット８０の背面の底面付近に、それぞれ形成されている。このような位置関係で排気入口８２と排気出口８３とを形成することにより、降雨時の排気出口８３からＡＦ筐体７０内の排気口７２への水の侵入を防止することができる。

（ＡＦ筐体７０箱体への雨や雪の侵入防止）
図８は、ＡＦ筐体７０の内部構成を模式的に示す内部構成図である。図８に基づいて、ＡＦ筐体内への雨や雪の侵入防止について説明する。図８に示すように、ＡＦ筐体７０の上部には天板７６が設置されている。またＡＦ筐体７０の前面には前パネル７４が設置されている（図６参照）。天板７６及び前パネル７４は、降雨や降雪時に、ＡＦ筐体７０の上部及びＡＦ筐体７０の前面からの雨や雪の侵入を防止する機能を有している。なお、前パネル７４は、ＡＦ筐体７０の前面に着脱自在に取り付けられている。また、図８では、前パネル７４を取り外した状態を示している。

天板７６の上側表面が水平になっていると、降雨や降雪実時において、雨や雪が天板７６の表面に留まることになる。そこで、室外ユニット５０では、ＡＦ筐体７０の天板７６を水平方向に対して３度傾斜させている。つまり、天板７６は、前面側から背面側に向かって３度の傾斜角で下降するように設置されている。このようにすれば、降雨や降雪時においても、雨や雪が天板７６の表面から流れ落ちることになり、天板７６の上側表面で水分が溜まることなく、天板７６の腐食を防ぐことができる。

また、サービス性向上の観点から、ＡＦ筐体７０では、前パネル７４を取り外すだけで、コネクタ類に容易にアクセス可能になっている。たとえば、高調波抑制装置２０を複数の基板に分割して搭載し、それらを上下にずらして配置するとよい。後段で詳細に説明するが、高調波抑制装置２０を構成する各機器を発熱量に応じて複数の基板に分割し、冷却風の風量が調整されたそれぞれの風路（図１０に示すメイン風路９４、サブ風路９５）に配置するとよい。なお、図８では高調波抑制装置２０を２つの基板に分割して搭載している状態を例に示しているが、高調波抑制装置２０の分割数を特に限定するものではない。

（高調波抑制装置２０の冷却）
図９は、ＡＦ筐体７０の内部を抽出して模式的に示す斜視図である。図１０は、ＡＦ筐体７０内の風路構成を概略的に示す概略断面図である。図９及び図１０に基づいて、高調波抑制装置２０の冷却について説明する。図９及び図１０に示すように、ＡＦ筐体７０内の下部には高調波抑制装置２０を冷却する冷却風を取り込むための冷却ファン７８が設置されている。また、図１０に示すように、空気取込口７１から冷却ファン７８に至るまでの風路は、迷路構造９６になっている。さらに、空気取込口７１から排気口７２に至るまでの風路は、縦断面が略Ｌ字構造となっている。つまり、ＡＦ筐体７０の空気取込口７１から冷却ファン７８に至るまで風路を略水平方向に、冷却ファン７８からＡＦ筐体７０の排気口７２に至るまでの風路を略垂直方向に形成することで、空気取込口７１から排気口７２に至るまでの風路を縦断面略Ｌ字構造としている。

排気ユニット８０は、内部がダクトとして機構する風路筐体８１と、ＡＦ筐体７０に形成されている排気口７２と風路筐体８１内部とを連通させる排気入口８２と、排気入口８２から流入し、風路筐体８１を流れてきた空気を排気ユニット８０の外部に排気する排気出口８３と、を有している。なお、ＡＦ筐体７０の背面上部には、ＡＦ筐体７０に取り込まれた空気をＡＦ筐体７０の外部に排気する排気口７２が開口形成されている（図７参照）。

ＡＦ筐体７０には、リアクタ（２３ａ〜２３ｃ）などを含む発熱部品Ｒ、スイッチ回路２４を有するパワーモジュールＭ、パワーモジュールＭに取り付けられたヒートシンクＨ、が収容されている。ＡＦ筐体７０の前面下部には、上述したように空気取込口７１が形成されている。また、ＡＦ筐体７０の背面上部には、上述したように排気口７２が形成されている。さらに、ＡＦ筐体７０の背面には、上述したように排気ユニット８０が取り付けられている。そして、排気口７２と排気ユニット８０の排気入口８２とが連通するようになっている。

また、ＡＦ筐体７０内には、ＡＦ筐体７０内部を前後方向に分割する区画板９０が設けられている。この区画板９０の上下端部には開口部が貫通形成されており、下部開口部９１が冷却風の分岐口として機能し、上部開口部９２が冷却風の合流口として機能する。区画板９０を設けることで、比較的高温となるリアクタ（２３ａ〜２３ｃ）を含む発熱部品Ｒ及びヒートシンクＨを、寿命部品となる電解コンデンサなどが実装された基板７７が設置されている空間から分離して設置可能にしている。つまり、高調波抑制装置２０を構成する各機器をその発熱量に応じて分離可能にしているのである。

区画板９０は、発熱部品Ｒの支持部材としての機能を持ち、さらに、発熱部品Ｒが設置された状態で、メイン風路９４とサブ風路９５を分離する機能も兼ね備えている。つまり、区画板９０は、発熱部品Ｒが設置された状態で、風路を分離するようになっている。また、区画板９０には、発熱部品Ｒの設置位置よりも下方にヒートシンクＨが半田付けで取り付けられている。なお、発熱部品Ｒ及びヒートシンクＨが設置される空間をメイン風路９４と、基板７７が設置される空間をサブ風路９５と、それぞれ称する。また、発熱部品Ｒを高温になるヒートシンクＨの下流側に設置する。こうすることで、ＡＦ筐体７０に侵入してきた雪をヒートシンクＨで溶かすことができ、発熱部品Ｒまで雪が到達することがない。

また、ヒートシンクＨは、板状の区画板９０の一方の表面に放熱フィン７５を間隔を空けて複数並設した構成を有するもので、区画板９０の他方の表面にパワーモジュールＭが取り付けられている。そして、ヒートシンクＨは、空気調和装置の最大負荷条件においてパワーモジュールＭ内のスイッチ回路２４のジャンクション温度が許容値を超えないように熱容量やサイズが決められる。これに対し、スイッチ回路２４に高温に耐えられるワイドバンドギャップ半導体を用いれば、ヒートシンクＨ自体の小型化が可能となる。

また、風路断面積に対して、ヒートシンクＨの断面積が小さいため、ヒートシンクＨへ確実に冷却風が当たるように、ヒートシンクＨの下方に仕切り板９３を取り付けている。この仕切り板９３には、冷却風をヒートシンクＨに集中して流すための開口部が形成されている。したがって、仕切り板９３により、冷却風を集中してヒートシンクＨに導くことが可能になる。

空気取込口７１を介して冷却ファン７８により吸い込まれたＡＦ筐体７０の外部の空気は、迷路構造９６を経由した後、区画板９０によってＡＦ筐体７０内でメイン風路９４とサブ風路９５とに分流される。メイン風路９４を流れる空気は、ヒートシンクＨ、発熱部品Ｒの順で冷却した後、排気口７２から排気ユニット８０に流入する。区画板９０の下部開口部９１からサブ風路９５に流入した空気は、基板７７を冷却した後、上部開口部９２を介してメイン風路９４を流れる空気と合流し、排気口７２から排気ユニット８０に流入する。

このような風路構成とすることにより、サブ風路９５が密閉構造とならず、サブ風路９５の温度上昇を緩和することが可能になる。下部開口部９１の開口面積を調整することで、メイン風路９４側の発熱量とサブ風路９５側の発熱量に合わせて、メイン風路９４を流れる空気の流量と、サブ風路９５を流れる空気の流量と、のバランスを図ることができる。

冷却ファン７８は、回転数が可変になっている。また、冷却ファン７８は、ＯＮ／ＯＦＦが可能になっている。この冷却ファン７８のＯＮ／ＯＦＦ及び回転数の制御は、制御回路３０が実行するようになっている。制御回路３０は、ＡＦ筐体７０内の温度が所定値よりも上昇した時に冷却ファン７８を駆動させる、もしくは、室外ファン５４が所定値よりも低速で回転している時に冷却ファン７８を駆動させる。冷却ファン７８の駆動条件を定めておけば、冷却ファン７８の寿命を向上させることができる。

ここでＡＦ筐体７０内における風路の設計について簡単に説明する。
まず、室外ユニット５０に搭載される高調波抑制装置２０の製品仕様が決定する。高調波抑制装置２０の製品仕様が決定したら、高調波抑制装置２０からの発熱を試算する。高調波抑制装置２０からの発熱を試算したら、メイン風路９４側に必要な風速及び風量、サブ風路９５側に必要な風速及び風量を見積もる。メイン風路９４側に必要な風速及び風量、サブ風路９５側に必要な風速及び風量を見積もったら、それを実現できる冷却ファン７８を選定する。最後に、区画板９０の位置を決定し、メイン風路９４とサブ風路９５を設計する。なお、風路設計の制約事項としては、空気取込口７１の風速が０．５ｍ／ｓｅｃ以下を目安とし、サブ風路９５側の風速は、プリント基板の腐食の観点から０．３ｍ／ｓｅｃ以下を目安としている。

次にワイドバンドギャップ半導体の適用について説明する。
パワーモジュールＭを構成するスイッチ回路２４に、たとえばＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体を用いる場合、パワーモジュールＭが高温動作可能であるというメリットがある。ただし、パワーモジュールＭが高温となることから、パワーモジュールＭをプリント基板（区画板９０）に半田付けする場合、モジュール端子部のプリント基板の温度上昇に留意しなければならない。そこで、端子半田付け部７９をサブ風路９５側に位置させるようにしている。このようにすることによって、端子半田付け部７９に冷却風を流すことができ、端子半田付け部７９を冷却することが可能になる。

ところで、ＡＦ筐体７０は、屋外（詳しくは屋外に設置される室外ユニット５０内）に設置されるため、空気取込口７１及び排気口７２に雪等が積もり、それらを塞がれる可能性がある。その場合、ＡＦ筐体７０内に冷却風が取り込めず、ヒートシンクＨに冷却風が当たらないことになる。そのため、発熱部品Ｒが高温となりパワーモジュールＭの過熱保護が働く。そこで、パワーモジュールＭにワイドバンドギャップ半導体を適用することで、高温動作が可能となり、Ｓｉに比べて機器の運転範囲が拡大することになる。

したがって、パワーモジュールＭにワイドバンドギャップ半導体を適用することで、高温動作が可能なことから、ファンレス構造、放熱フィンレス構造を採用することが可能となり、ＡＦ筐体７０の板金（区画板９０）が放熱板を兼ねた構造にすることができる。発熱部品ＲとパワーモジュールＭを熱的に結合することで、パワーモジュールＭの温度保護機能で発熱部品Ｒの温度保護を実現できる。従来、Ｓｉパワーモジュールのジャンクション温度の上限温度が１２５度程度のため、上限温度が１５５度のリアクタを選定した場合、Ｓｉパワーモジュールの温度上限で機器を熱設計する必要があった。それと比較し、パワーモジュールＭにワイドバンドギャップ半導体を適用すれば、パワーモジュールＭの温度上限で機器を熱設計することができる。よって、従来製品に比べ、熱設計に関する条件が緩和されることになる。

（ＡＦ筐体７０の迷路構造９６）
図１１は、ＡＦ筐体７０を分解した状態を示す分解斜視図である。図１２は、迷路構造９６を説明するための概略断面図である。図１３は、迷路構造９６を分解した状態を示す分解斜視図である。図１４は、室外ユニット５０内の風の流れを説明するための概略図である。図１１〜図１４に基づいて、ＡＦ筐体７０の迷路構造９６の構成について詳細に説明する。

ＡＦ筐体７０は、小容量から大容量までの複数機種の室外ユニットに取り付けることが可能であり、室外ユニット内でのＡＦ筐体７０の設置場所も機種によって異なる可能性がある。従って、高調波抑制装置２０の冷却を、室外ユニットの室外ファン５４で冷却した場合、室外ユニット内での設置場所次第で、高調波抑制装置２０の冷却効果が変化するという課題がある。そこで、冷却ファン７８をＡＦ筐体７０内に搭載することで、高調波抑制装置２０の冷却に必要な風量を確保するようにしている。

図１３に示すように、ＡＦ筐体７０の前面下部に取り付けられた迷路構造９６は、分解及び着脱可能な構成としている。迷路構造９６は、板状部材である第１部材９６ａ、板状部材である第２部材９６ｂ、及び、板状部材である第３部材９６ｃを組み立てることで構成されている。迷路構造９６は、風路となるために、第１部材９６ａ、第２部材９６ｂ、及び、第３部材９６ｃのいずれも開口部９８が貫通形成されている。なお、第１部材９６ａはＡＦ筐体７０の前面側に、第３部材９６ｃはＡＦ筐体７０の背面側に、第２部材９６ｂは第１部材９６ａと第３部材９６ｂとの間に、それぞれ設置される。

第１部材９６ａは、前面に異物侵入抑制板７３が取り付けられ、上面に迷路構造天板９７が取り付けられている。迷路構造天板９７は、異物侵入抑制板７３の上端部を略直角に背面側に折り曲げて形成されている。なお、異物侵入抑制板７３は、第１部材９６ａの開口部９８ａが形成されている前面板に取り付けるようにしてもよいし、第１部材９６ａの前面板にスリット又はメッシュを設けて形成してもよい。なお、第１部材９６ａの開口部９８ａは、空気取込口７１の大きさと同程度にするとよい。そこで、第１部材９６ａの開口部９８ａは、雪を吸い込まないように、風速０．５ｍ／ｓｅｃ以下になるように開口面積を決定するとよい。

第２部材９６ｂは、左右の両側面が前面側に略直角に折り曲げられ、上部が背面側に略直角に折り曲げられて構成されている。また、第２部材９６ｂの開口部９８ｂは、第２部材９６ｂの上部に形成されている。この第２部材９６ｂを第１部材９６ａに組み合わせることで、第１部材９６ａと第２部材９６ｂとの間に風路が形成される。このため、第１部材９６ａの開口部９８ａから雪などが侵入しても、第２部材９６ｂの開口部９８ｂからは雪が侵入しにくくなる。

第３部材９６ｃも、左右の両側面が前面側に略直角に折り曲げられ、上部が背面側に略直角に折り曲げられて構成されている。また、第３部材９６ｃの開口部９８ｃは、第３部材９６ｃの中間部に形成されている。この第３部材９６ｃを第２部材９６ｂに組み合わせることで、第２部材９６ｂと第３部材９６ｃとの間に風路が形成される。中間部に開口部９８ｃを形成することで、仮に第２部材９６ｂの開口部９８ｂから雪などが侵入してきても、その雪のＡＦ筐体７０の内部への侵入を更に抑制することが可能になる。さらに、開口部９８ｃの上部に前面下方に傾斜するひさし９９を設けるようにするとよい。ひさし９９を設けることで、第２部材９６ｂの開口部９８ｂから冷却ファン７８を見えなくすることができる。また、異物の侵入を更に抑制することにもなる。

このような構成としたことで、ＡＦ筐体７０の内部への雪等の侵入を効率的に抑制することが可能になる。また、迷路構造９６を分割及び着脱可能な構成としたことで、寿命部品である冷却ファン７８の交換作業が容易になる。さらに、迷路構造９６を、板金などの板状部材を組み合わせて形成することができるので、容易に製造することが可能になる。なお、第１部材９６ａ、第２部材９６ｂ、第３部材９６ｃは、たとえばネジ等の締結部材を用いて、ＡＦ筐体７０に取り付けるようにすればよい。

また、排気ユニット８０は、底部が設けられ、背面の底面付近に排気出口８３が形成されている。図１４（ａ）に示すように、排気ユニット８０’に底部を設けない場合、ＡＦ筐体７０’の背面側を上昇する室外ユニット５０’内部の上昇気流と、ＡＦ筐体７０’の背面に形成される排気出口８３’から排気される気流と、が干渉してしまう。干渉が発生すると排気出口８３’から排気されるべき気流（熱）が、室外ユニット５０’内部の上昇気流によって押し戻され、ＡＦ筐体７０’内部の冷却性能が悪化してしまう。

そこで、図１４（ｂ）に示すように、室外ユニット５０においては、排気ユニット８０に底部を設け、水平方向に近い方向で排気出口８３から気流を排気するようにしている。つまり、排気出口を略垂直方向に向けて開口させている。こうすることで、排気出口８３での気流の干渉を抑制し、ＡＦ筐体７０内部の冷却性能の悪化を抑制するようにしている。つまり、排気ユニット８０の底部は、ＡＦ筐体７０の背面側を上昇する室外ユニット５０内部の上昇気流の風除けとしての機能を果たすようになっている。

以上のように、実施の形態１に係る室外ユニット５０によれば、室外ユニット５０に搭載されている高調波抑制装置２０の放熱性能を満足するとともに、ＡＦ筐体７０内への異物の侵入を効率的に抑制することができる。また、実施の形態１に係る室外ユニット５０によれば、ＡＦ筐体７０を着脱自在な構成としたことにより、サービス性及び汎用性を向上させることが可能になる。

実施の形態２．
図１５は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の概略回路構成を概略的に示す回路構成図である。図１５に基づいて、冷凍サイクル装置１００について説明する。この冷凍サイクル装置１００は、実施の形態１に係る室外ユニット５０を備えていることを特徴としている。なお、この実施の形態２では上述した実施の形態１との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付している。

図１５においては、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００は、室外ユニット５０と、室内ユニット６０と、を有している。室外ユニット５０と室内ユニット６０とは、冷媒を導通する冷媒配管６５で接続されている。そして、室外ユニット５０で生成された冷熱あるいは温熱は、冷媒配管６５を介して室内ユニット６０に配送されるようになっている。

室外ユニット５０は、通常、ビル等の建物の外の空間（たとえば、屋上等）である室外空間に配置され、室内ユニット６０に冷熱または温熱を供給するものである。室内ユニット６０は、建物の内部の空間（たとえば、居室等）である室内空間に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給できる位置に配置され、空調対象空間に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給するものである。なお、冷媒としては、たとえばＲ−２２、Ｒ−１３４ａ等の単一冷媒、Ｒ−４１０Ａ、Ｒ−４０４Ａ等の擬似共沸混合冷媒、Ｒ−４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、化学式内に二重結合を含む、ＣＦ₃ ＣＦ＝ＣＨ₂ 等の地球温暖化係数が比較的小さい値とされている冷媒やその混合物、あるいはＣＯ₂ やプロパン等の自然冷媒を用いることができる。また、１台の室外ユニット５０に対して複数台の室内ユニット６０を接続してもよい。

上述したように、室外ユニット５０には、圧縮機５２や四方弁等、室外熱交換器５３、アキュムレーター、室外ファン５４等が搭載されている。また、室外ユニット５０には、各機器を接続する冷媒配管６５が様々に曲げられて搭載されている。室内ユニット６０には、室内熱交換器６１、絞り装置６２、及び、図示省略の室内ファンが搭載されている。室内熱交換器６１は、室内ファンから供給される空気と、室外ユニット５０から供給される冷媒と、の間で熱交換を行ない、空調対象空間に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。絞り装置６２は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。絞り装置６２は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。

ここで、冷凍サイクル装置１００の冷房運転時における冷媒の流れについて説明する。
冷凍サイクル装置１００が冷房運転を開始すると、まず圧縮機５２が駆動される。圧縮機５２から吐出した高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器５３に流入する。この室外熱交換器５３では、ガス冷媒が室外ファン５４から供給される空気に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、室外熱交換器５３から流出し、室内ユニット６０に流入する。室内ユニット６０に流入した冷媒は、絞り装置６２で減圧され、室内熱交換器６１に流入する。

室内熱交換器６１に流入した冷媒は、室内ファンから供給される空気と熱交換することによって、蒸発ガス化する。つまり、このとき、冷媒が室内熱交換器６１で空気から吸熱することで空気を冷却し、この冷却された空気を空調対象空間に吹き出すことで冷房運転を行なうようになっている。この冷媒は、室内ユニット６０から流出し、圧縮機５２に再度吸入されることになる。以上のように、冷房運転時の冷凍サイクル装置１００では冷媒が循環するようになっている。

以上のように、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００によれば、実施の形態１に係る室外ユニット５０を備えているので、室外ユニット５０に搭載されている高調波抑制装置２０の放熱性能を満足するとともに、ＡＦ筐体７０内への異物の侵入を効率的に抑制することができる。

１ 三相交流電源、１０ 制御器、１１ 整流器、１２ リアクタ、１３ 平滑コンデンサ、１４ インバータ主回路、１５ モータ、２０ 高調波抑制装置、２１ ノイズフィルタ、２２ リプルフィルタ、２３ａ リアクタ、２３ｂ リアクタ、２３ｃ リアクタ、２４ スイッチ回路、２５ コンデンサ、３０ 制御回路、４０ 制御装置、５０ 室外ユニット、５１ 筐体（第１筐体）、５１ａ 開口部、５２ 圧縮機、５２ａ 圧縮機カバー、５３ 室外熱交換器、５４ 室外ファン、６０ 室内ユニット、６１ 室内熱交換器、６２ 絞り装置、６５ 冷媒配管、７０ 高調波抑制装置筐体（ＡＦ筐体（第２筐体））、７１ 空気取込口、７２ 排気口、７３ 異物侵入抑制板、７４ 前パネル、７５ 放熱フィン、７６ 天板、７７ 基板、７８ 冷却ファン、７９ 端子半田付け部、８０ 排気ユニット、８１ 風路筐体、８２ 排気入口、８３ 排気出口、９０ 区画板、９１ 下部開口部、９２ 上部開口部、９３ 仕切り板、９４ メイン風路、９５ サブ風路、９６ 迷路構造、９６ａ 第１部材、９６ｂ 第２部材、９６ｃ 第３部材、９７ 迷路構造天板、９８ 開口部、９８ａ 開口部、９８ｂ 開口部、９８ｃ 開口部、９９ ひさし、１００ 冷凍サイクル装置、Ｈ ヒートシンク、Ｍ パワーモジュール、Ｒ 発熱部品。

Claims (12)

1. 外郭を構成する第１筐体と、
   前記第１筐体の底部に設置され、冷媒を圧縮するインバータ制御可能な圧縮機と、
   前記第１筐体の一つの側面側を開放部側とし、前記第１筐体の内壁面に沿って断面略コの字状となるように設置され、前記圧縮機から吐出され、又は、前記圧縮機に吸入される冷媒が流入する室外熱交換器と、
   前記第１筐体の上部に設置され、前記室外熱交換器に空気を供給する室外ファンと、
   前記第１筐体の前記室外熱交換器の開放部側であって、前記圧縮機よりも上部に開閉可能に取り付けられ、前記圧縮機及び前記室外ファンを制御する制御器と、
   前記制御器から発生する高調波を抑制する高調波抑制装置と、
   前記第１筐体内の前記圧縮機よりも上部に着脱自在に設置され、前記高調波抑制装置を収容する第２筐体と、を備えた
   ことを特徴とする室外ユニット。
2. 前記第２筐体は、
   前記第１筐体内の略中間部であって、前記室外ファンの軸上又は前記軸上に近い位置に設置された
   ことを特徴とする請求項１に記載の室外ユニット。
3. 前記第２筐体の内部に、前記高調波抑制装置を冷却する冷却ファンを設置した
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の室外ユニット。
4. 前記第２筐体の空気取込口から前記冷却ファンに至るまで風路を略水平方向に形成し、前記冷却ファンから前記第２筐体の排気口に至るまでの風路を略垂直方向に形成した
   ことを特徴とする請求項３に記載の室外ユニット。
5. 前記風路を分割する区画板を設け、
   分割された風路のそれぞれに、前記高調波抑制装置を構成する各機器を発熱量に応じて設置した
   ことを特徴とする請求項４に記載の室外ユニット。
6. 前記第２筐体に形成されている空気取込口から前記冷却ファンに至るまでの風路を迷路構造とした
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の室外ユニット。
7. 前記空気取込口に、
   スリット構造又はメッシュ構造を有する異物侵入抑制板を設けた
   ことを特徴とする請求項６に記載の室外ユニット。
8. 前記第２筐体の外部に排気ユニットを設け、
   前記排気ユニットは、
   前記第２筐体に形成されている排気口と連通する排気入口と、
   前記排気入口よりも下方に形成され、前記排気入口から流入した空気を前記排気ユニットの外部に排出する排気出口と、
   前記排気入口と前記排気出口とを連通するダクトと、を有している
   ことを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の室外ユニット。
9. 前記排気出口を略垂直方向に向けて開口させた
   ことを特徴とする請求項８に記載の室外ユニット。
10. 前記冷却ファンは、
    回転数が可変に制御可能に構成されており、
    前記第２筐体内の温度が所定値よりも上昇した時、あるいは、前記室外ファンが所定値よりも低速で回転している時に駆動される
    ことを特徴とする請求項３〜９のいずれか一項に記載の室外ユニット。
11. 前記高調波抑制装置を構成するパワーモジュールにワイドバンドギャップ半導体を用いた
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の室外ユニット。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の室外ユニットと、
    冷媒配管を介して接続される室内ユニットと、を備えた
    ことを特徴とする冷凍サイクル装置。

Images