JP2019052810A - 冷凍装置の熱源機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍装置の熱源機において、輻射ノイズを効果的に低減する。【解決手段】冷凍装置の熱源機（30）において、インバータ回路（4）及び圧縮機（21）を収容する筐体（31）を設ける。筐体（31）の底板（32）には、上方に向かって凹んだ凹部（33）を形成する。筐体（31）は、凹部（33）の縁部（33a）から該凹部（33）内に向かってせり出すせり出し部（34）を設ける。【選択図】図８

Description

本発明は、冷凍装置の熱源機に関するものである。

空気調和装置等の冷凍装置では、熱源機（室外ユニットとも呼ばれる）に、インバータ回路等を含む電力変換装置が組み込まれることが多い。このような電力変換装置では、インバータ回路の動作に起因する輻射ノイズ（３０ＭＨｚ以上の高周波ノイズ）のレベルが高くなると、他の機器に異常を引き起こすことが知られている。この輻射ノイズは、大地（アース）に対する機器の電位（コモンモード電圧）によって生じるコモンモード電流が電源ケーブルに流れ込み、電源ケーブルがアンテナとなることによって放射されるものである。このような輻射ノイズを対策するためには、インバータ式空気調和機において、室内機の電子制御装置の回路グラウンドと室内機本体のシャーシアースとの間を、コンデンサを介して接続した例がある（例えば特許文献１を参照）。

特開平５−１９６２８６号公報

前記文献の構成でも輻射ノイズの低減は可能であるが、コモンモード電流の発生源は多岐にわたり、とりわけ、容量が大きなインバータ回路が搭載されることが多い、冷凍装置の熱源機では、更なる改善が求められる。

本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、冷凍装置の熱源機において、輻射ノイズを効果的に低減することを目的としている。

前記の課題を解決するため、第１の態様は、
インバータ回路（4）を搭載した冷凍装置（10）の熱源機（30）であって、
圧縮機（21）と、
前記熱源機（30）の載置面（G）に対向する底板（32）を有して前記インバータ回路（4）及び前記圧縮機（21）を収容する筐体（31）とを備え、
前記底板（32）には、上方に向かって凹んだ凹部（33）が形成されており、
前記筐体（31）は、前記凹部（33）の縁部（33a）から該凹部（33）内に向かってせり出すせり出し部（34）を備えていることを特徴とする冷凍装置の熱源機である。

この構成では、底板（32）に凹部（33）が形成されたことによって、凹部（33）の天面（F2）と載置面（G）との距離が増大する。それにより、凹部（33）の天面（F2）と載置面（G）との間に形成されるコンデンサの静電容量が低減する。また、せり出し部（34）によって、凹部（33）の側面（F1）と載置面（G）（地面）との間の電気力線が遮断される。それにより、凹部（33）の側面（F1）と載置面（G）（地面）との間には、コンデンサが形成されない、乃至はコンデンサが形成されたとしても静電容量は小さくなる。

また、第２の態様は、第１の態様において、
前記せり出し部（34）は、前記凹部（33）の全周に渡って設けられていることを特徴とする冷凍装置の熱源機である。

この構成では、凹部（33）の側面（F1）と載置面（G）（地面）との間の電気力線がより確実に遮断される。

また、第３の態様は、第２の態様において、
前記凹部（33）のかさ上げ高さ（D）と、前記せり出し部（34）の基端（34a）から突端（34b）までの長さ（X）とは等しいことを特徴とする冷凍装置の熱源機である。

この構成では、凹部（33）の側面（F1）と載置面（G）（地面）との間の電気力線がより確実に遮断される。

また、第４の態様は、第１から第３の態様の何れかにおいて、
前記筐体（31）は、内部が複数の部屋（35,36）に区分されており、
前記底板（32）は、前記複数の部屋（35,36）のうちで、対向している面積が大きい部屋（36）に面するように、前記凹部（33）が形成されていることを特徴とする冷凍装置の熱源機である。

この構成では、凹部（33）の天面（F2）となる領域が、より広く確保される。

第１の態様によれば、底板全体と載置面（例えば地面）との間に形成されるコンデンサの静電容量が、従来の熱源機よりも低下する。それにより、第１の態様では、輻射ノイズを効果的に低減することが可能になる。

また、第２の態様から第４の態様によれば、それぞれ、底板全体と載置面（例えば地面）との間に形成されるコンデンサの静電容量をより確実に低下させることが可能になる。

図１は、空気調和装置の構成例を示す。 図２は、電力変換装置の一例を示す回路図である。 図３は、室外ユニットの平面図である。 図４は、室外ユニットの側面図である。 図５は、底板の斜視図である。 図６は、底板の断面図である。 図７は、凹部による静電容量低減効果を説明する図である。 図８は、本実施形態における凹部付近の電気力線を模式的に示す。 図９は、本実施形態における静電容量比を示す。 図１０は、底板の面積に対する凹部の天面積の割合と、静電容量比との関係を例示する。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《発明の実施形態》
本発明の熱源機の実施形態として、空気調和装置（冷凍装置の一例である）に用いられる室外ユニットの例を説明する。図１に、本実施形態の空気調和装置（10）の構成を示す。空気調和装置（10）は、冷媒回路（20）を備え、冷媒回路（20）において、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。冷媒回路（20）は、冷媒が充填された閉回路であり、室外ユニット（30）と室内ユニット（40）とに跨がって形成されている。この冷媒回路（20）には、圧縮機（21）、四方切換弁（22）、室外熱交換器（23）、膨張弁（24）、及び室内熱交換器（25）が設けられている。

室外熱交換器（23）及び室内熱交換器（25）は、いわゆるクロスフィン型の熱交換器である。室外熱交換器（23）は、室外空気を冷媒と熱交換させる。室内熱交換器（25）は、室内空気を冷媒と熱交換させる。なお、室外熱交換器（23）の近傍には室外ファン（26）が設けられている。

膨張弁（24）は、いわゆる電子膨張弁である。また、四方切換弁（22）は、第１〜第４のポートを有している。四方切換弁（22）は、第１のポートが第３のポートと連通し且つ第２のポートが第４のポートと連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートが第４のポートと連通し且つ第２のポートが第３のポートと連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換えることができる。これにより、空気調和装置（10）では、四方切換弁（22）を切り換えることによって、冷房運転と暖房運転とを切り換えることができる。

圧縮機（21）には、種々の圧縮機を採用できる。圧縮機（21）の一例としては、スクロール型圧縮機やロータリ型圧縮機などが挙げられる。この圧縮機（21）は、モータ（21a）を有し、モータ（21a）には、電力変換装置（1）から交流電力が供給されている。

図２は、電力変換装置（1）の一例を示す回路図である。電力変換装置（1）は、図２に示すように、コンバータ回路（2）、平滑コンデンサ（3）、及びインバータ回路（4）を備えている。コンバータ回路（2）は、ブリッジ接続された４つのダイオード（D11〜D14）を備え、交流電源（5）（例えば商用電源）から入力された交流を全波整流する。コンバータ回路（2）の出力端子間には、平滑コンデンサ（3）が接続されている。平滑コンデンサ（3）は、例えば、電解コンデンサやフィルムコンデンサによって形成される。

インバータ回路（4）は、複数のスイッチング素子のスイッチング状態をそれぞれ変化させて、コンバータ回路（2）が出力した直流を交流に変換して、圧縮機（21）のモータ（21a）に供給する。このインバータ回路（4）は、図２に示すように、ブリッジ接続された６つのスイッチング素子（S1〜S6）を有し、スイッチング素子（S1〜S6）のそれぞれには、還流ダイオード（D21〜D26）が接続されている。なお、電力変換装置（1）には、インバータ回路（4）のスイッチングを制御する制御装置が必要であるが、図２では記載を省略してある。

冷媒回路（20）の構成要素のうち、室内熱交換器（25）は、室内ユニット（40）の筐体（図示を省略）に組み込まれている。また、冷媒回路（20）の構成要素のうちの、圧縮機（21）、及び四方切換弁（22）は、室外ユニット（30）内に組み込まれている。具体的には、室外ユニット（30）は、金属（例えば鉄）で構成された箱状の筐体（31）を有し、筐体（31）に、圧縮機（21）等が組み込まれている。また、この筐体（31）には、電力変換装置（1）も組み込まれている。

図３、及び図４に、室外ユニット（30）における圧縮機（21）等の組み込み状態を示す。ここで、図３は、室外ユニット（30）の平面図である。図３には、筐体（31）の天板を外した状態（筐体（31）の内部が見える状態）を図示してある。また、図４に室外ユニット（30）の側面図を示す。図４は、筐体（31）の一部の側板を外した状態であり、後述する機械室（35）の中が見えている。

図３等に示すように、筐体（31）は、隔壁（37）によって内部が２つの部屋に区分されている。一方の部屋は、圧縮機（21）、四方切換弁（22）、及び電力変換装置（1）が組み込まれる部屋（以下、機械室（35）と呼ぶ）である。また、もう一方の部屋は、室外熱交換器（23）、及び室外ファン（26）が組み込まれる部屋（以下、ファン室（36）と呼ぶ）である。そして、本実施形態では、輻射ノイズを低減するために、筐体（31）の構造に工夫を加えてある。

〈筐体（31）の構造〉
本願発明者は、輻射ノイズの原因となるコモンモード電流が、室外ユニット（30）の筐体（31）と大地（アース）との間に生じる静電容量に感度を持つことを見出した。具体的には、静電容量が大きいほどコモンモード電流が増加し、輻射ノイズのレベルが増大することを見出した。この知見に基づき、筐体（31）の底板（32）には、大地（アース）との間に生じる静電容量を従来のものよりも低減させうる構造が採用されている。

筐体（31）の底板（32）は、室外ユニット（30）において載置面（G）（この例では地面であり、以下、地面（G）とも記載する）に対向する部分である。図５に、本実施形態の底板（32）の斜視図を示す。また、図６には、底板（32）の断面図を示す。図６は、図５のVI-VI断面に相当する。底板（32）は、鉄板（すなわち導体）をプレス加工して形成されており、図５、及び図６に示すように、該底板（32）には、上方（地面（G）から離れる方向）に向かって凹んだ凹部（33）が形成されている。凹部（33）は、この例では、天面（F2）の形状が方形である（図３、図５参照）。

このように凹部（33）によって、底板（32）の一部がかさ上げされたことで、かさ上げ部分では、地面（G）までの距離が底板（32）の他の部分よりも大きくなり、底板（32）と地面（G）との間に形成されるコンデンサの容量を低下させることが可能になる。凹部（33）による静電容量低減の効果を図７に示す。図７は、底板（32）に凹部（33）を形成した場合における静電容量比（後述）と、凹部（33）のかさ上げ高さ（D）との関係を例示している。図７には、底板（32）の面積に対する、凹部（33）における天面（F2）の面積（以下、単に「天面積」という）の割合を種々（ここでは２０％、３０％、４０％、５０％、及び６０％）に変えて、静電容量比をプロットしてある。

ここで、「静電容量比」とは、凹部（33）がない底板と載置面（G）との間に形成されるコンデンサの静電容量と、凹部（33）を有する底板（32）と載置面（G）との間に形成されるコンデンサの静電容量との比である。具体的に「静電容量比」は、次の式で算出している。

静電容量比＝｛（Ｃ−Ｃ０）／Ｃ０｝×１００[%]
ただし、Ｃは、凹部（33）を有する底板（32）と載置面（G）との間に形成されるコンデンサの静電容量である。また、Ｃ０は、凹部（33）がない底板（32）と載置面（G）との間に形成されるコンデンサの静電容量である。

図７に示すように、天面積を十分確保しておけば、かさ上げ高さ（D）が、然程、大きくないうちは、静電容量が低減する（静電容量比が負になる）傾向がある。しかしながら、凹部（33）のかさ上げ高さ（D）がある程度以上大きくなると、凹部（33）の天面積にかかわらず、静電容量比は増加に転じ、凹部（33）がない場合よりも、却って静電容量が大きくなっている。これは、凹部（33）の側面（F1）もコンデンサの電極として機能していることが原因と考えられる。すなわち、凹部（33）の側面（F1）がコンデンサの電極として機能しないようにできれば、底板（32）全体としての静電容量が低減すると考えられる。

側面（F1）により形成される静電容量の低減を実現するため、本実施形態では、凹部（33）内に向かってせり出す板状の部分（以下、せり出し部（34）という）を底板（32）に設けている。この例では、せり出し部（34）は、鉄板（すなわち導体）で形成されており、凹部（33）の縁部（33a）の全周に渡って設けられている（図３、図６参照）。このせり出し部（34）は、凹部（33）の側面（F1）と載置面（G）（地面）との間の電気力線を遮断して静電容量を低減させている。

この静電容量低減のメカニズムを説明するため、図８に、本実施形態における凹部（33）付近の電気力線を模式的に示す。図８では、矢印線が電気力線である。図８から分かるように、凹部（33）の側面（F1）に対して垂直に伸びた電気力線（図８に示す破線の矢印）は、その後、載置面（G）（地面）に向かうが、途中にせり出し部（34）があるので、せり出し部（34）によって、その一部又は全部が遮断されることになる。そのため、側面（F1）と載置面（G）との間にはコンデンサが形成されない、乃至はコンデンサが形成されたとしても、その静電容量は小さいのである。せり出し部（34）によって電気力線を効果的に遮断するには、せり出し部（34）の基端（34a）から突端（34b）までの長さ（以下、せり出し長（X）という）は、次のように設定するのがよい。

〈せり出し長（X）の設定〉
図９は、本実施形態における静電容量比を示す。図９では、横軸は、かさ上げ高さ（D）と、せり出し長（X）との比（D/X）である。詳しくは、図９では、５種類のせり出し長（X）のそれぞれについて、かさ上げ高さ（D）を種々に変更することで比（D/X）を変更して静電容量比をプロットしている。図９に示すように、せり出し長（X）とかさ上げ高さ（D）とが等しい場合（すなわちD/X=1の場合）に、静電容量が最も小さくなっている。本実施形態では、この結果に基づいて、せり出し長（X）は、凹部（33）のかさ上げ高さ（D）と等しくなるように形成されている。

なお、また、底板（32）における凹部（33）の位置に限定はないが、凹部（33）の天面積は、なるべく大きい方が望ましい。図１０に、底板（32）の面積に対する凹部（33）の天面積の割合と、静電容量比との関係を例示する。図１０から分かるように、例えば、１０％以上の静電容量の低減効果を得るには、凹部（33）の天面積を底板（32）の面積の５０％以上とするのがよい。凹部（33）の領域を広く確保するため、本実施形態では、筐体（31）内に形成された複数の部屋（機械室（35）、ファン室（36））のうちで、底板（32）が対向する面積が大きい部屋に、凹部（33）が面している。具体的に、本実施形態では、底板（32）においてファン室（36）に対応する部分の面積が、底板（32）において機械室（35）に対応する部分の面積よりも大きく形成されており、凹部（33）は、ファン室（36）に面するように形成されている。また、図４等から分かるように、ファン室（36）には主に室外熱交換器（23）、及び室外ファン（26）のみが組み込まれており、下部は空間であることが多い。そのため、ファン室（36）に凹部（33）を設けることで、製品の高さを変えることなく静電容量を低減することが可能である。

〈本実施形態における効果〉
以上の通り、本実施形態では、底板（32）に凹部（33）を形成したことによって、凹部（33）の天面（F2）と載置面（G）との距離が増大する。それにより、凹部（33）の天面（F2）と載置面（G）との間に形成されるコンデンサの静電容量が低減する。また、せり出し部（34）を設けたことによって、凹部（33）の側面（F1）と載置面（G）（地面）との間の電気力線が遮断される。そのため、凹部（33）の側面（F1）と載置面（G）（地面）との間には、コンデンサが形成されない、乃至はコンデンサが形成されたとしても静電容量は小さい。したがって、本実施形態では、底板（32）全体と載置面（地面）との間に形成されるコンデンサの静電容量が、従来の熱源機よりも低下する。すなわち、本実施形態では、輻射ノイズを効果的に低減することが可能になる。

《その他の実施形態》
なお、せり出し長（X）の設定は、前記の例には限定されない。例えば、輻射ノイズの規制値を満足できるのであれば、凹部（33）のかさ上げ高さ（D）よりもせり出し長（X）を短くしてもよい。

また、せり出し部（34）は、必ずしも凹部（33）の全周に設けなくてもよい。

また、凹部（33）の天面（F2）の形状は、方形には限定されない。

また、前記実施形態で説明した静電容量比を低減するための構造（凹部（33）やせり出し部（34））は、筐体（31）が複数の部屋（機械室（35）やファン室（36）等）に区分されていない場合においても適用可能であり、当該構造の採用によって同様の効果を得ることができる。

本発明は、冷凍装置の熱源機として有用である。

４ インバータ回路
１０ 空気調和装置（冷凍装置）
２１ 圧縮機
３０ 室外ユニット（熱源機）
３１ 筐体
３２ 底板
３３ 凹部
３３ａ 縁部
３４ せり出し部
３４ａ 基端
３４ｂ 突端
３５ 機械室（部屋）
３６ ファン室（部屋）

Claims (4)

1. インバータ回路（4）を搭載した冷凍装置（10）の熱源機（30）であって、
   圧縮機（21）と、
   前記熱源機（30）の載置面（G）に対向する底板（32）を有して前記インバータ回路（4）及び前記圧縮機（21）を収容する筐体（31）とを備え、
   前記底板（32）には、上方に向かって凹んだ凹部（33）が形成されており、
   前記筐体（31）は、前記凹部（33）の縁部（33a）から該凹部（33）内に向かってせり出すせり出し部（34）を備えていることを特徴とする冷凍装置の熱源機。
2. 請求項１において、
   前記せり出し部（34）は、前記凹部（33）の全周に渡って設けられていることを特徴とする冷凍装置の熱源機。
3. 請求項２において、
   前記凹部（33）のかさ上げ高さ（D）と、前記せり出し部（34）の基端（34a）から突端（34b）までの長さ（X）とは等しいことを特徴とする冷凍装置の熱源機。
4. 請求項１から請求項３の何れかにおいて、
   前記筐体（31）は、内部が複数の部屋（35,36）に区分されており、
   前記底板（32）は、前記複数の部屋（35,36）のうちで、対向している面積が大きい部屋（36）に面するように、前記凹部（33）が形成されていることを特徴とする冷凍装置の熱源機。

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