JP2014222113A - 空気調和装置の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】昇圧コンバーターを備えた制御回路を使用しても、制御箱のサイズを大きくすることなく、制御回路の各電装品の劣化や寿命の減少を抑えることができる空気調和装置の室外機を提供する。
【解決手段】圧縮機駆動用インバーター６を冷却するヒートシンク６１と、室外機ファン駆動用インバーター７を冷却するヒートシンク７１と、昇圧コンバーターの一電装品であるリアクトル２とが、制御箱１０の背面板１１の外面に風路上に露出して設けられ、そのリアクトル２を、直方体形状のケース２１に収納し、ヒートシンク６１の左斜め下に配置して、風路上の冷却風がヒートシンク６１側へ流れるようにしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、室外機の制御箱に係わり、特に、その制御箱に収納された電装品を冷却する空気調和装置の室外機に関するものである。

近年、空気調和装置の室外機の制御装置には、大容量化のニーズがある中で省エネ性が求められている。一口に省エネといっても、高効率化、低損失、サイズのコンパクトなど、様々なニーズがある。性能面で、その省エネ性に寄与する一つの方法として、制御装置の回路に昇圧コンバーターを設ける方法がある。昇圧コンバーターをインバーターの入力段に設けることで、インバーターの入力電圧が高くなり、インバーターの出力電流が、昇圧コンバーターを備えていない回路と比べて少なくなり、損失を低く抑えることができる。

従来、室外機の制御装置の電装品である整流回路、直流リアクトル、インバーターなどを制御箱に収納し、その制御箱を室外機内の風路上に配置して、前述の電装品を冷却する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−７５３６３号公報（第１０−１１頁、図２）

しかしながら、空気調和装置の過負荷運転時（真夏の炎天下での冷房運転時など）には、制御箱内の温度が上昇し、電装品によっては耐熱、寿命が目一杯の状態となっているものもある。インバーターなどの電装品の発熱量が上がったときには、制御箱内の温度が電装品の許容温度値を超えてしまうことになり、各電装品の劣化や寿命の減少を招く虞がある。

また、制御装置の回路に昇圧コンバーターを設けた場合、半導体スイッチや昇圧リアクトルが存在するため、発熱量としては増加の方向となる。また、制御装置のコンパクト化に伴って制御箱のサイズを小さくした場合には、さらに発熱量は増加してしまうこととなる。

また、空気調和装置を過負荷運転したときの昇圧リアクトルの温度は、１２０℃を超えることが分かっているため、現在の構成に１２０℃を超えるような熱源を制御箱内に収めるのは現実的ではない。これに加えて、前述の直流リアクトルと比べて外形サイズが大きくなった場合、制御箱のサイズも大きくしなければならず、その場合、室外機のサイズも大きくなり、サイズのコンパクト化のニーズからも離れてしまう。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、昇圧コンバーターを備えた制御回路を使用しても、制御箱のサイズを大きくすることなく、制御回路の各電装品の劣化や寿命の減少を抑えることができる空気調和装置の室外機を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和装置の室外機は、圧縮機と、熱交換器を冷却する送風機と、直流電圧を昇圧するコンバーターと、コンバーターにより昇圧された直流電圧を交流電圧に変換し、圧縮機を駆動する第１インバーターと、コンバーターにより昇圧された直流電圧を交流電圧に変換し、送風機を駆動する第２インバーターと、コンバーター、第１及び第２インバーターが収納され、送風機の風路上に配置された制御箱とを有する空気調和装置の室外機において、第１インバーターを冷却する第１ヒートシンクと、第２インバーターを冷却する第２ヒートシンクと、コンバーターの一電装品であるリアクトルとが、制御箱の外面に風路上に露出して設けられ、リアクトルは、ケースに収納され、第１及び第２ヒートシンクよりも上流側の風路に、かつ当該風路上の冷却風を第１及び第２ヒートシンク側へ誘導する位置に配置されている。

本発明によれば、リアクトルが収納されたケースを、第１及び第２ヒートシンクよりも上流側の風路に、かつ当該風路上の冷却風を第１及び第２ヒートシンク側へ誘導する位置に配置している。この構成により、第１及び第２ヒートシンクの発熱量が増大しても効率よく冷却することができる。また、ケースを介してリアクトルを冷却することができるので、制御箱のサイズを大きくすることなく、制御箱内の各電装品の劣化や寿命の減少を抑えることができる。

実施の形態１に係る空気調和装置の室外機の制御回路の概略構成を示すブロック回路図。 図１の制御回路の制御箱の背面板を外側から見て示すヒートシンク及びリアクトルのケースの配置図。 制御箱内にリアクトルを収めたときの制御箱の背面板上の風速をシミュレートして示す等風速線図。 実施の形態１における制御箱の背面板上の風速をシミュレートして示す等風速線図。 実施の形態２における制御箱の背面板上の風速をシミュレートして示す等風速線図。 実施の形態３に係る空気調和装置の室外機における制御箱の背面板を外側から見て示すヒートシンク及びリアクトルのケースの配置図。 実施の形態３における制御箱の背面板上の風速をシミュレートして示す等風速線図。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る空気調和装置の室外機の制御回路の概略構成を示すブロック回路図、図２は図１の制御回路の制御箱の背面板を外側から見て示すヒートシンク及びリアクトルのケースの配置図である。

空気調和装置の制御回路は、図１に示すように、商用電源２０に接続される整流回路１と、整流回路１の出力端に直列に接続されたリアクトル２及びスイッチング素子３と、スイッチング素子３に並列に接続された平滑用コンデンサ５と、スイッチング素子３と平滑用コンデンサ５との間に挿入されたダイオード４と、平滑用コンデンサ５にそれぞれ接続された圧縮機駆動用インバーター６（第１インバーター）及び室外機ファン駆動用インバーター７（第２インバーター）とを備えている。この制御回路は、制御箱１０に収納されている。

前述の整流回路１、リアクトル２、スイッチング素子３、ダイオード４及び平滑用コンデンサ５により昇圧コンバータが構成されている。スイッチング素子３がオンしたときに、整流回路１により整流された電流がリアクトル２に流れ込み、スイッチング素子３がオフしたときには、リアクトル２から発生する電圧でダイオード４をオンすると共に、リアクトル２に蓄えられたエネルギーが整流回路１からの電圧と重畳して平滑用コンデンサ５を充電する。

圧縮機駆動用インバーター６は、駆動信号（ＰＷＭ信号）の入力に基づいて、平滑用コンデンサ５に充電された直流電圧を交流電圧に変換し、圧縮機のモーター３０（以下、「圧縮機のモーター３０」という）に供給する。室外機ファン駆動用インバーター７は、駆動信号（ＰＷＭ信号）の入力に基づいて、平滑用コンデンサ５に充電された直流電圧を交流電圧に変換し、送風機のファンモーター４０に供給する。

圧縮機駆動用インバーター６と室外機ファン駆動用インバーター７は、パワーモジュール化され、それぞれに冷却用のヒートシンク６１、７１（第１及び第２ヒートシンク）が取り付けられている。ヒートシンク６１、７１は、図２に示すように、制御箱１０の背面板１１の外面に露出して設けられている。圧縮機駆動用インバーター６のヒートシンク６１は、制御箱１０の背面板１１を外側から見て、ほぼ中央の上部に配置され、室外機ファン駆動用インバーター７のヒートシンク７１は、ヒートシンク６１の右側に隣接して配置されている。

また、制御箱１０の背面板１１の外面に、リアクトル２が露出して設けられている。このリアクトル２は、外形が直方体状に形成されたケース２１に収納されている。ケース２１は、制御箱１０の背面板１１を外側から見て、ヒートシンク６１の左斜め下に配置されている。

制御箱１０は、直方体状に形成され、前面のカバーが隙間を有して取り外し自在に取り付けられている。この制御箱１０は、空気調和装置の室外機内に設けられている。具体的には、ファンモーター４０の駆動で回転する室外機ファンからの冷却風が下から上方へ流れる風路上に制御箱１０が配置されている。前述の隙間は、前述の風路上の冷却風を制御箱１０内に取り込むために設けられている。この隙間により、制御箱１０内の整流回路１、スイッチング素子３、ダイオード４、平滑用コンデンサ５などが冷却される。

次に、実施の形態１における制御箱１０の背面板１１に流れる冷却風の風速について、図３及び図４を参照しながら説明する。
図３は制御箱内にリアクトルを収めたときの制御箱の背面板上の風速をシミュレートして示す等風速線図、図４は実施の形態１における制御箱の背面板上の風速をシミュレートして示す等風速線図である。なお、図３及び図４に示す数値は、風速［ｍ／ｓ］である。

リアクトル２を制御箱１０内に収めた場合、図３に示すように、圧縮機駆動用インバーター６のヒートシンク６１の下側の風速がほぼ０．７［ｍ／ｓ］となる気流で占められている。これは、制御箱１０の下方から制御箱１０の背面板１１上に流れる冷却風がヒートシンク６１の側面に直接当たって、その冷却風が逆流を起こしているからである。

一方、実施の形態１においては、図４に示すように、圧縮機駆動用インバーター６のヒートシンク６１の左斜め下に配置されたケース２１により、制御箱１０の下方から制御箱１０の背面板１１上に流れる冷却風の右側の一部がヒートシンク６１側へ誘導される。誘導された冷却風は、室外機ファン駆動用インバーター７のヒートシンク７１側に流れている風速４．２［ｍ／ｓ］の気流に誘引される。この気流により、ヒートシンク６１の下側の風速が１．４［ｍ／ｓ］となり、ケース２１がないときと比べ、風速が２倍の冷却風が流れている。

このように、リアクトル２が収納されたケース２１を、圧縮機駆動用インバーター６のヒートシンク６１の左斜め下に配置して、制御箱１０の下方から制御箱１０の背面板１１上に流れる冷却風の右側の一部がヒートシンク６１側へ流れるようにしている。この気流により、ヒートシンク７１と共に、ヒートシンク６１の発熱量が増大しても効率よく冷却することができる。また、ケース２１を介してリアクトル２を冷却することができるので、制御箱１０のサイズを大きくすることなく、制御箱１０内の各電装品の劣化や寿命の減少を抑えることができる。

なお、実施の形態１では、ケース２１をヒートシンク６１の左斜め下に配置しているが、室外機ファンからの冷却風が上から下方へ流れる風路上においては、ヒートシンク６１の左斜め上にケース２１を配置することになる。

実施の形態２．
実施の形態２は、リアクトル２が収納されたケース２１を、圧縮機駆動用インバーター６のヒートシンク６１の右斜め下に配置したものである。これは、実施の形態１に係る空気調和装置の制御箱１０に何らかの制約が発生して、リアクトル２の配置を変更せざるを得ない場合である。

図５は実施の形態２における制御箱の背面板上の風速をシミュレートして示す等風速線図である。なお、図中に示す数値は、前述したように風速［ｍ／ｓ］である。
実施の形態２においては、前述したように、リアクトル２が収納されたケース２１を、圧縮機駆動用インバーター６のヒートシンク６１の右斜め下に配置している。リアクトル２が収納されたケース２１を制御箱１０の背面板１１に配置しない場合と比べ、ヒートシンク６１の下側の風速の一部が０．７［ｍ／ｓ］となっているものの、それ以外の部分には、風速１．４［ｍ／ｓ］の気流が発生している。

これは、ケース２１をヒートシンク６１の右斜め下に配置することで、制御箱１０の下から制御箱１０の背面板１１上に流れる冷却風の一部がケース２１の左側の側面に沿って流れ、ケース２１の角部とヒートシンク６１の角部との間の隙間を通過し易くなったからである。

以上のように、リアクトル２が収納されたケース２１を、圧縮機駆動用インバーター６のヒートシンク６１の右斜め下に配置しているので、ケース２１の左側の側面に沿って流れる冷却風が、ケース２１の角部とヒートシンク６１の角部との間の隙間を通過し易くなる。この気流により、ヒートシンク７１側に流れる風速は、実施の形態１と比べ低下するものの、ヒートシンク６１と共に発熱量が増大しても効率よく冷却することができる。また、ケース２１を介してリアクトル２を冷却することができるので、制御箱１０のサイズを大きくすることなく、制御箱１０内の各電装品の劣化や寿命の減少を抑えることができる。

なお、実施の形態２では、ケース２１をヒートシンク６１の右斜め下に配置しているが、室外機ファンからの冷却風が上から下方へ流れる風路上においては、ヒートシンク６１の右斜め上にケース２１を配置することになる。

実施の形態３．
本実施の形態は、実施の形態１、２で用いたケース２１の形状を直方体から円柱へ変更したものである。

図６は実施の形態３に係る空気調和装置の室外機における制御箱の背面板を外側から見て示すヒートシンク及びリアクトルのケースの配置図、図７は実施の形態３における制御箱の背面板上の風速をシミュレートして示す等風速線図である。なお、制御回路の構成は、図１で説明した実施の形態１と同様である。また、図７に示す数値は、風速［ｍ／ｓ］である。

前述した実施の形態２では、室外機ファン駆動用インバーター７のヒートシンク７１の真下の風速が０．７［ｍ／ｓ］で（図５参照）、実施の形態１の場合と比べて低下している。これは、室外機ファン駆動用インバーター７のヒートシンク７１の真下に配置された直方体形状のケース２１が、制御箱１０の下側から上方へ流れる冷却風の気流を遮っているからである。

そこで、実施の形態３では、室外機ファン駆動用インバーター７のヒートシンク７１の下側の風速を確保するために、圧縮機駆動用インバーター６のヒートシンク６１の右斜め下に配置したケース２２の形状を円柱状としている。このケース２２により、図７に示すように、制御箱１０の下側から上方へ流れる一部の冷却風が、そのケース２２の外周面に沿って流れ、室外機ファン駆動用インバーター７のヒートシンク７１側に巻き込まれ、１．４［ｍ／ｓ］の風速となっている。この場合、圧縮機駆動用インバーター６のヒートシンク６１の一部には風速０．７［ｍ／ｓ］の空気が流れるが、その他の部分には０．７［ｍ／ｓ］より速い気流となっている。

このように、室外機ファン駆動用インバーター７のヒートシンク７１を遮るようにリアクトル２のケース２２を配置しても、そのケース２２の形状が円柱状であるため、１．４［ｍ／ｓ］の風速を確保することができる。この構成により、ヒートシンク７１と共に、ヒートシンク６１の発熱量が増大しても効率よく冷却することができる。また、ケース２１を介してリアクトル２を冷却することができるので、制御箱１０のサイズを大きくすることなく、制御箱１０内の各電装品の劣化や寿命の減少を抑えることができる。

なお、実施の形態３では、ケース２２をヒートシンク６１の右斜め下に配置しているが、室外機ファンからの冷却風が上から下方へ流れる風路上においては、ヒートシンク６１の右斜め上にケース２２を配置することになる。

１ 整流回路、２ リアクトル、３ スイッチング素子、４ ダイオード、５ 平滑用コンデンサ、６ 圧縮機駆動用インバーター、７ 室外機ファン駆動用インバーター、１０ 制御箱、１１ 制御箱の背面板、２０ 商用電源、２１、２２ ケース、３０ 圧縮機モーター、４０ ファンモーター、６１ ヒートシンク、７１ ヒートシンク。

Claims (6)

1. 圧縮機と、熱交換器を冷却する送風機と、直流電圧を昇圧するコンバーターと、前記コンバーターにより昇圧された直流電圧を交流電圧に変換し、前記圧縮機を駆動する第１インバーターと、前記コンバーターにより昇圧された直流電圧を交流電圧に変換し、前記送風機を駆動する第２インバーターと、前記コンバーター、前記第１及び第２インバーターが収納され、前記送風機の風路上に配置された制御箱とを有する空気調和装置の室外機において、
   前記第１インバーターを冷却する第１ヒートシンクと、前記第２インバーターを冷却する第２ヒートシンクと、前記コンバーターの一電装品であるリアクトルとが、前記制御箱の外面に前記風路上に露出して設けられ、
   前記リアクトルは、ケースに収納され、前記第１及び第２ヒートシンクよりも上流側の風路に、かつ当該風路上の冷却風を前記第１及び第２ヒートシンク側へ誘導する位置に配置されていることを特徴とする空気調和装置の室外機。
2. 前記ケースは、前記第１ヒートシンクを中央として左右の何れか一方に配置されていることを特徴とする請求項１記載の空気調和装置の室外機。
3. 前記第１及び第２ヒートシンクは、前記制御箱の背面板の外面に隣接して設けられ、
   前記ケースは、前記制御箱の背面板の外面の前記第１ヒートシンクの左斜め下に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和装置の室外機。
4. 前記第１及び第２ヒートシンクは、前記制御箱の背面板の外面に隣接して設けられ、
   前記ケースは、前記制御箱の背面板の外面の前記第１ヒートシンクの右斜め下に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和装置の室外機。
5. 前記ケースは、外形が直方体状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の空気調和装置の室外機。
6. 前記ケースは、外形が円柱状に形成されていることを特徴とする請求項１、２又は４の何れか一項に記載の空気調和装置の室外機。

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