JP2020180709A - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】電装部品の熱を効率よく放熱することができる空気調和機の室外機を提供する。【解決手段】空気調和機の室外機は、筐体と、送風ファン５１、５２と、電装品箱４と、ヒートシンク９と、ダクトと、を備える。筐体は、一面に吸込口が形成され、一面に対向する対向面に吹出口１４ａ、１４ｂが形成されている。また、送風ファン５１、５２は、筐体内に配置され、吸込口と吹出口１４ａ、１４ｂとを繋ぐ風路に風を発生させる。さらに、電装品箱４は、筐体内に配置され、冷却対象の電装部品が配置される。そして、ヒートシンク９は、電装品箱４に取り付けられている。また、ダクトは、一面側に導風口と、対向面側に排気口とを有し、ヒートシンク９を覆う導風カバー８を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機の室外機に関する。

空気調和機の室外機において、発熱部品の冷却構造は、室外機の送風ファンが発生する風の一部がヒートシンクに当たることを前提に構成されている。このため、送風ファンが発生する風ができるだけ多く、ヒートシンクを通過することが望ましい。

多くの風を、ヒートシンクを通過させる技術として、特許文献１には、熱交換器から送風ファンを通って吹出口に至る主たる風路とは別に、熱交換器の反対側に配置された筐体の前面に外気を導入する導入部を設け、さらに、導入部とヒートシンクとを繋ぐダクトを形成する導風カバーを設けて、補助的な風路を形成することが開示されている。

ヒートシンクの主要部は、主たる風路を通る外気により冷却され、一方、ヒートシンクの主たる風路の外に位置する部分は、補助的な風路を通る外気により冷却される。導入部から導風カバーを通ってヒートシンクを冷却した風は、送風ファンに導かれて吹出口から外部に吹き出される。

特開２０１５−４８９９０号公報

特許文献１に開示された冷却構造の補助風路は、導入部、導風カバー、ヒートシンクを通って主たる風路に至る。このため、外気と主たる風路との圧力差により、導入部から導風カバーを通ってヒートシンクに導かれる風量は少なく、ヒートシンク全体の放熱に充分な効果が得られない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電装部品の熱を効率良く放熱することができる空気調和機の室外機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る空気調和機の室外機は、筐体と、送風ファンと、電装品箱と、ヒートシンクと、ダクトと、を備える。筐体は、一面に吸込口が形成され、一面に対向する対向面に吹出口が形成されている。また、送風ファンは、筐体内に配置され、吸込口と吹出口とを繋ぐ風路に風を発生させる。さらに、電装品箱は、筐体内に配置され、冷却対象の電装部品が配置される。そして、ヒートシンクは、電装品箱に取り付けられている。また、ダクトは、一面側に導風口と、対向面側に排気口とを有し、ヒートシンクを覆う導風カバーを有する。

本発明によれば、ダクトに進入した空気がヒートシンクの全体を通過するため、ヒートシンクにおける放熱効率を向上させることができる。

（Ａ）実施の形態１に係る室外機の筐体の前面パネルを示す概略正面図、（Ｂ）実施の形態１に係る室外機の前面パネルを取り除いた正面図 図１（Ｂ）のＩＩ−ＩＩ線断面図 実施の形態１に係る室外機における、ヒートシンクおよび導風カバーが取り付けられた電装品箱を示す斜視図 実施の形態１に係る室外機のヒートシンクの斜視図 実施の形態１に係る室外機の導風カバーの斜視図 実施の形態２に係る室外機の前面パネルを取り除いた正面図 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図 実施の形態２に係る室外機における、ヒートシンクおよび導風カバーが取り付けられた電装品箱を示す斜視図 実施の形態２に係る室外機の導風カバーの斜視図 実施の形態２に係る室外機の導風カバーの正面図 実施の形態２に係る室外機の導風カバーの下面図 実施の形態３に係る室外機の断面図 実施の形態３に係る室外機における、ヒートシンクおよび導風カバーが取り付けられた電装品箱を示す斜視図 実施の形態３に係る室外機の導風カバーの斜視図 実施の形態３に係る室外機の導風カバーの正面図 （Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態３に係る室外機の導風カバーの変形例の斜視図 実施の形態４に係る室外機における、ヒートシンクおよび導風カバーが取り付けられた電装品箱を示す斜視図 実施の形態４に係る室外機の導風カバーの斜視図 実施の形態４に係る室外機の導風カバーの正面図 実施の形態４に係る室外機の導風カバーの下面図 （Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態４に係る室外機の導風カバーの変形例の斜視図 実施の形態１〜４に示す室外機の送風ファン室内の圧力分布を示すシミュレーション画像を示す図 実施の形態１〜４に係る室外機の送風ファン室内に生成された負圧箇所に向かう空気の移動を説明する図 実施の形態３に係る導風カバーを用いた際の送風ファン室における空気の移動のシミュレーション画像を示す図

以下、本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機について図面を参照して説明する。

なお、理解を容易にするため、室外機１の吹出口を有する前面パネルを正面とした場合の、幅方向すなわち水平方向をＸ軸方向、高さ方向をＺ軸方向、厚み方向すなわちＸ軸方向とＺ軸方向に垂直な奥行き方向をＹ軸方向、とするＸＹＺ直交座標を設定し、これを適宜参照して説明する。

（実施の形態１）
図１（Ａ）は実施の形態１に係る空気調和機の室外機１の前面パネル１９ａを示し、図１（Ｂ）は、前面パネル１９ａを取り外した室外機１の正面図、および、図２は図１（Ｂ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

これらの図面に示すように、室外機１は、直方体形状の筐体１６と、機械室３の上部に格納された電装品箱４と、電装品箱４に取り付けられたヒートシンク９と、室外機１の背面の全面に配設された熱交換器７と、複数の羽根車を備える送風ファン５１および送風ファン５２と、ヒートシンク９を覆う導風カバー８と、を備える。

筐体１６は、直方体形状に成形された室外機１の外郭を構成する部材である。筐体１６は、室外機１の左側前面を構成する前面パネル１９ａと、右側面を構成する右側面パネル１９ｂと、下面を構成する底面パネル１２ａと、上面を構成する天面パネル１２ｂと、背面を構成する背面パネル１９ｃと、が組み合わされて形成される。前面パネル１９ａは、筐体１６の他面の一例であり、背面パネル１９ｃは筐体１６の一面の一例である。

底面パネル１２ａに立設された仕切板１３により、筐体１６の内部は、空気循環に関わる空間である送風ファン室２と、電装品箱４などが格納される機械室３と、に区切られている。前面パネル１９ａ、右側面パネル１９ｂ、底面パネル１２ａ、天面パネル１２ｂおよび背面パネル１９ｃは、板金加工を用いて成形される。

前面パネル１９ａは、筐体１６の左側面を兼ねており、平面視でＬ字状に形成されている。図１（Ａ）に示すように、前面パネル１９ａの上部には円形に開口した吹出口１４ａが形成され、下部には吹出口１４ｂが形成されている。吹出口１４ａおよび吹出口１４ｂには、それぞれベルマウス６ａ、ベルマウス６ｂが取り付けられている。

ベルマウス６ａおよびベルマウス６ｂは、空気を整流するために使用される部材である。ベルマウス６ａおよびベルマウス６ｂはテーパ形状の部材であり、その吹出側の先端部にかけて開口が拡張する。ベルマウス６ａおよびベルマウス６ｂにはファンガードが取り付けられている。

図１（Ｂ）に示すように、機械室３の上部には電装品箱４が格納されている。また、機械室３の下部には、圧縮機１１、図示していない凝縮器、膨張弁、蒸発器などで構成される冷凍サイクルが配置されている。冷凍サイクルは、冷媒管を介して図示せぬ室内機に接続されている。

図１（Ｂ）および図２に示すように、電装品箱４は機械室３の上部に、筐体１６の内面との隙間が無い状態で固定されている。図３に示すように、電装品箱４は直方体形状を有する。電装品箱４は、高い熱伝性と導電性を有するアルミニウム、銅などを原料として構成されている。電装品箱４の電力基板固定面４３は、仕切板１３と繋がって配置されている。

電装品箱４内には、種々の電装部品が配置されている。具体的には、電装品箱４内部には、インバータ用のパワーモジュール、半導体、マイクロコンピュータチップなどが実装された電力基板１０、圧縮機１１の回転数などを制御する制御基板１８、などが収容されている。

発熱量の大きい電力基板１０は、電装品箱４の送風ファン室２に面した電力基板固定面４３の内面に配置されている。一方、電力基板１０よりも発熱量の小さい制御基板１８は、電装品箱４の前面または背面に配置されている。

電装品箱４の左側面である電力基板固定面４３の外面には、電装品箱４、特に、電力基板１０の熱を放熱するヒートシンク９が固定されている。

図４に示すように、ヒートシンク９は、電装品箱４の電力基板固定面４３の外面に固定されるベース部９２と、ベース部９２に対して垂直方向に立設された複数のフィン９１と、を有する。フィン９１は、互いに平行かつ等間隔に連なって形成されている。各フィン９１は、高伝熱性の材料、例えば、アルミニウム、銅、ステンレスなどの金属から平板状に形成され、隣接するフィン９１の間に風路が形成される。

ヒートシンク９は、幅方向の中心が、熱交換器７と前面パネル１９ａとを結ぶ線の中点よりも、熱交換器７側に位置し、電装品箱４に配置されている。

フィン９１は、送風ファン５１のプロペラとの干渉を避けるため、高フィン９１ａと、高フィン９１ａよりも低いフィン９１ｂと、を備える。高フィン９１ａと低フィン９１ｂの高さの差により、ヒートシンク９に段差が形成される。ヒートシンク９は、各フィン９１がＸ−Ｙ面に平行に配置され、電装品箱４の電力基板固定面４３の外面に固定されている。

図１（Ｂ）および図２に示す熱交換器７は、蛇行状に配設された伝熱管と伝熱管に装着されたフィンを含む機器であり、吸込口５から吹出口１４ａおよび吹出口１４ｂに移動する空気との間で熱交換を行う機器である。熱交換器７は、室外機１の内部の背面パネル１９ｃ、前面パネル１９ａの左側面、および右側面パネル１９ｂに沿って、平面視でＬ字状に配設される。

送風ファン５１および送風ファン５２は、回転軸の周方向に、環状かつ等間隔に配設された複数の羽根車を備える部材である。送風ファン５１は、送風ファン室２の上部に配置され、送風ファン５２は、送風ファン室２の下部に配置されている。送風ファン５１および送風ファン５２は、熱交換を効率的に行わせるための、送風ファン室２における空気循環の生成に使用される。送風ファン５１および送風ファン５２は、駆動源から駆動力を与えられることにより、回転軸を中心として回転可能である。

図１（Ｂ）に示すように、送風ファン室２は、室外機１の内部の空間であり、仕切板１３により、機械室３と区画されている。また、熱交換器７、送風ファン５１および送風ファン５２、ヒートシンク９が送風ファン室２に収納されている。

図１（Ｂ）、図２、図３に示すように、ヒートシンク９を覆って、導風カバー８が配置されている。導風カバー８は、電装品箱４の電力基板固定面４３に固定され、電力基板固定面４３と協働して、ヒートシンク９を筒状に覆い、空気をヒートシンク９の全体に導くダクト、即ち、風路を構成する。このダクトは導風口８７Ｉを熱交換器７に向けて開口し、排気口８７Ｏを送風ファン室２内に開口する。導風口８７Ｉは、熱交換器７の近傍に設置され、排気口８７Ｏは、送風ファン５１の羽根車のＹ軸方向の位置の近傍に開口することが望ましい。

導風カバー８は、図５に示すように、左側面部８６と、天面部８３ａと、右側面部８４ａと、天面部８３ｂと、右側面部８４ｂとで形成され、ヒートシンク９の外形形状に対応して、階段状の外形形状を有する。導風カバー８は、アルミニウム、銅、ステンレスなどの金属、および／または合成樹脂を含有する部材である。

送付ファン５１および送風ファン５２が動作することにより、送風ファン室２内に周囲よりも圧力の小さい負圧箇所が発生する。導風カバー８とヒートシンク９を上記の構成および配置とすることにより、負圧箇所の近傍上方にダクトの排気口を位置させ、ダクトに空気を安定的に流すことができる。

図２に示すように、吸込口５は、背面パネル１９ｃに形成されており、送風ファン室２に空気を取り入れるための開口部である。吸込口５にはガラリが取り付けられている。ガラリは、室外機１の外部空間に向かって、ブラインド状の複数の羽根板が、下方向かつ平行に取り付けられた部材である。

次に、室外機１の動作を説明する。

送風ファン５１および送風ファン５２は、その回転により、吸込口５から送風ファン室２に空気を取り込み、吹出口１４ａおよび吹出口１４ｂから、取り込んだ空気を吹き出す。このとき、吸込口５から送風ファン室２に進入した空気は、熱交換器７との間で熱交換する。

送風ファン５１および送風ファン５２の回転により、熱交換器７を通過した空気の一部が、導風口８７Ｉからヒートシンク９が配置された風路に進入する。

風路に進入した空気は、フィン９１間の風路を通過する。空気が風路を通過する間、空気はフィン９１から熱を受け取る。熱を受け取った空気は、吹出口１４ａ側の排気口８７Ｏから送風ファン室２に移動する。排気口８７Ｏから送風ファン室２に移動した空気は、図２に示すように、送風ファン５１および／または送風ファン５２の回転により生じた主要な風路の風に合流し、吹出口１４ａおよび／または吹出口１４ｂから外部に排出される。

これにより、ヒートシンク９が冷却され、ヒートシンク９に電力基板固定面４３を介して熱的に接続された電装品箱４、特に、電力基板１０の熱が放熱される。

この実施の形態では、ヒートシンク９を覆う導風カバー８を設け、さらに、導風カバー８およびヒートシンク９の位置を送風ファン５１および送風ファン５２の位置よりも吸込口５側に配置する。これにより、送風ファン５１および送風ファン５２の動作により生成された圧力差により、導風カバー８と電装品箱４とで構成するダクトに外気が流れ込み、ヒートシンク９を通って送風ファン室２へ向けて流れる。このとき、空気がヒートシンク９の入口側から出口側まで、フィン９１全体に接しながら流れることから、ヒートシンク９全体が効率的に冷却されて、パワーモジュールなどが配置された電力基板１０が発生する熱を効果的に放散させることができる。

以上、本発明の実施の形態１を説明したが、本発明は上記実施の形態１に限定されるものではない。例えば、フィン９１と送風ファン５１との距離を考慮し、フィン９１のサイズを適宜変更してもよい。例えば、フィン９１が送風ファン５１と接触せず、かつ、充分な放熱効果を奏するのであれば、ヒートシンク９は多段形状でも、段無し形状でもよい。

また、導風カバー８の形状は、ヒートシンク９の外形に合わせて変更させてもよい。例えば、断面視で円形状、三角形状、四角形状などの多角形状でもよい。

（実施の形態２）
導風カバー８は、ヒートシンク９により多くの空気を供給できる形状が望ましい。

そこで、例えば、図６〜図８に示すように、導風カバー８の、空気進入側に、導風板８１と８８を配置してもよい。図９〜図１１に詳細に示すように、導風板８１および導風板８８は、導風カバー８の天面部８３ａと８３ｂの前端部、すなわち空気が進入する導風口８７Ｉを形成する導風カバー８の端部が、立ち上がった部分である。これにより、導風口８７Ｉが大きくなり、ヒートシンク９が配置された風路に、空気がより進入し易くなる。

この構成においても、導風カバー８およびヒートシンク９の位置を送風ファン５１および送風ファン５２の中心部分より吸込口５側に配置する。これにより、送風ファン５１および送風ファン５２の動作により形成された圧力差により風路に流れ込んだ外気がヒートシンク９の全体を通ってから送風ファン室２へ向けて流れることが可能になる。このとき、導風板８１および導風板８８が存在するため、熱交換器７を通過した空気が、導風カバー８が形成する風路により進入し易くなり、ヒートシンク９の放熱が促進される。

（実施の形態３）
実施の形態１および２においては、導風カバー８とヒートシンク９とを送風ファン５１および送風ファン５２よりも吸込口５側に配置した。これは、送風ファン５１および送風ファン５２により形成される圧力差により、ヒートシンク９を含む風路に空気を供給するためである。ヒートシンク９を含む風路に十分な空気を供給できるのならば、導風カバー８の形状は任意である。

例えば、図１３〜図１５に示すように、導風カバー８自体は、熱交換器７から前面パネル１９ａに至る長さを有しながら、途中に送風ファン５１に向けた角穴８２を有する構成でもよい。この角穴８２が排気口に相当する。

この構成においては、ヒートシンク９を含む風路の熱交換器７近傍の圧力と角穴８２との間の圧力差により、図１２に示すように、熱交換器７を通過した空気がヒートシンク９を含む風路を流れ、角穴８２から排気されて送風ファン５１が形成する風路に合流する。

なお、角穴８２の位置、形状、サイズなどは、図１６（Ａ）および（Ｂ）に例示するように、適宜変更可能である。

（実施の形態４）
また、図１７〜図２０に示すように、角穴８２が形成された導風カバー８に導風板８１および導風板８８を設けてもよい。これにより、風路に供給される風量を多くすることができる。

なお、図２１（Ａ）および（Ｂ）に例示するように、図１６（Ａ）および（Ｂ）に例示した導風カバー８の変形例に導風板８１および導風板８８を設けてもよい。

図２２は、実施形態１〜４において、導風カバー８とヒートシンク９を配置した状態で送風ファン５１と５２とを動作させた際の、送風ファン室２内の圧力分布のシミュレーション結果を示し、図２、図７、図１２に対応する方向から見た図である。

図２２に示すように、送風ファン５１および送風ファン５２の動作により、ヒートシンク９の下流側且つ下方に周囲よりも圧力の低い負圧箇所が発生する。このため、実施の形態１では、図２３に示すように、導風カバー８により形成される風路を通過した空気は、この負圧箇所に流れ込む。また、図２４に示すように、実施の形態３の構成では、角穴８２から負圧箇所に空気が流れる。このため、導風カバー８により形成される風路に、安定的に外気が流れ込み、ヒートシンク９から放熱される。

また、導風カバー８を金属などの高熱伝性を有する材料で構成する場合、導風カバー８を大きくすることで放熱板としての効果も期待できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、送風ファンが２つ設けられた例を示したが、空気がヒートシンク９に形成された風路に進入し、風路を通過した空気が送風ファン室２に移動できるのであれば、送風ファンは１つでもよく、また、３つ以上でもよい。

また、導風カバー８と電装品箱４の一面とで、空気の導風口と排気口を除いてヒートシンク９を覆う通風ダクトを形成したが、管状の導風カバー８を形成し、これを電装品箱４に固定してもよい。この場合、導風カバー８単体で、空気導入口と排気口を除いてヒートシンク９を覆う通風ダクトが構成される。

また、冷却の対象は電装品箱４に収容された電力基板１０に限定されず、任意の電子部品、電気回路である。また、電装部品以外の発熱体を冷却の対象としてもよい。

１ 室外機、２ 送風ファン室、３ 機械室、４ 電装品箱、５ 吸込口、６ａ ベルマウス、６ｂ ベルマウス、７ 熱交換器、８ 導風カバー、９ ヒートシンク、１０ 電力基板、１１ 圧縮機、１２ａ 底面パネル、１２ｂ 天面パネル、１３ 仕切板、１６ 筺体、１８ 制御基板、１９ａ 前面パネル、１９ｂ 右側面パネル、１９ｃ 背面パネル、１４ａ 吹出口、１４ｂ 吹出口、２０ 冷却装置、４３ 電力基板固定面、５１ 送風ファン、５２ 送風ファン、８１ 導風板、８２ 角穴、８３ａ 天面部、８３ｂ 天面部、８４ａ 右側面部、８４ｂ 右側面部、８５ 後面部、８６ 左側面部、８７ 導風口、８８ 導風板、９１ フィン、９１ａ 高フィン、９１ｂ 低フィン、９２ ベース部。

Claims (7)

1. 一面に吸込口が形成され、前記一面に対向する対向面に吹出口が形成された筐体と、
   筐体内に配置され、前記吸込口と前記吹出口とを繋ぐ風路に風を発生する送風ファンと、
   前記筐体内に配置され、冷却対象の電装部品が配置された電装品箱と、
   前記電装品箱に取り付けられたヒートシンクと、
   一面側に導風口と、対向面側に排気口とを有し、前記ヒートシンクを覆う導風カバーを有するダクトと、
   を備える空気調和機の室外機。
2. 前記筐体内を、熱交換器および前記送風ファンが配置された送風ファン室と冷凍サイクルを構成する機器が配置された機械室に区分する仕切りを備え、
   前記電装品箱は、前記機械室に配置され、
   前記ヒートシンクと前記ダクトは前記送風ファン室に配置されている、
   請求項１に記載の空気調和機の室外機。
3. 前記ヒートシンクは、その中心が、前記熱交換器と前記筐体の一面とを結ぶ線の中点よりも、前記筐体の一面側とし、
   前記導風口と前記排気口との間に前記ヒートシンクが配置されている、
   請求項２に記載の空気調和機の室外機。
4. 前記ダクトは、前記熱交換器から前記筐体の一面の近傍まで延在し、
   前記ダクトは、前記送風ファンの側に前記排気口を備える、
   請求項２または３に記載の空気調和機の室外機。
5. 前記送風ファンの動作により、送風ファン室内に負圧箇所が形成され、
   前記排気口は、前記負圧箇所に対向する位置に形成されている、
   請求項４に記載の空気調和機の室外機。
6. 前記ダクトは、前記導風口を拡大する導風板を備える、
   請求項１から５の何れか１項に記載の空気調和機の室外機。
7. 前記ダクトは、前記電装品箱の外面と、前記電装品箱の外面に配置され、前記ヒートシンクを、前記導風口と前記排気口とを除いて覆う導風カバーと、を備える、
   請求項１から６の何れか１項に記載の空気調和機の室外機。