JP4471023B2

JP4471023B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP4471023B2
Application number: JP2008153970A
Authority: JP
Inventors: 則之奥田; 則博竹仲; 友洋升井
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-06-12
Also published as: EP2306101A4; KR20110008231A; US20110079033A1; EP2306101B1; US8464548B2; WO2009150804A1; EP2306101A1; JP2009299975A; CN102016432A; AU2009258847A1; CN102016432B; ES2684767T3; AU2009258847B2; KR101213374B1

Description

本発明は、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う空気調和機に関するものである。

冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う空気調和機では、圧縮機の電動機の運転状態を制御するために、インバータ回路などの電気回路が搭載される。一般的にこのインバータ回路には高熱を生ずるパワー素子が用いられ、従来の空気調和機ではこのパワー素子が動作可能な温度よりも高温にならないように、パワー素子を冷却する手段が設けられている。このような冷却手段の一例としては、冷凍サイクルに用いる冷媒によってパワー素子を冷却するようにしたものがある（例えば特許文献１を参照）。特許文献１の空気調和機では、冷凍サイクルに用いる冷媒が流れる冷媒通路を冷媒ジャケット（この文献ではヒートシンク）に設け、この冷媒ジャケットにパワー素子（同文献ではジャイアント・トランジスタ）を固定するとともに、冷媒ジャケットをスイッチボックス（電気部品箱）に収めている。
特開昭６２-６９０６６号公報

ところで、空気調和機では、一般的には圧縮機が室外機内に設置されるため、上記のスイッチボックスも室外機内に配置される場合が多い。この場合にスイッチボックスを室外機内に組み付けるには、例えば冷媒ジャケットを冷媒配管とともに予め室外機内に配置しておき、スイッチボックスを室外機のケーシングに設けた開口部から挿入して冷媒ジャケットとパワー素子とを例えばネジで固定するなどして熱的に接続する構造を採ることが考えられる。このような構造は、製造時や修理時などに利便性が大きいと考えられる。

しかしながら、冷媒ジャケットとパワー素子とを熱的に接続する際に、両者の間に隙間を生じると、冷媒ジャケットとパワー素子との間で適切に熱交換が行われず、所望の冷却効果を得られない可能性がある。

本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、製造時や修理時などに、冷媒ジャケットとパワー素子とを適切に接続できるようにすることを目的としている。

上記の課題を解決するため、第１の発明は、
パワー素子（33）が取り付けられたプリント基板（31）と、該パワー素子（33）が熱的に接続されるとともに冷凍サイクルに使用する冷媒が内部に流通する冷媒ジャケット（20）とを室外機（100）のケーシング（70）内に備えて、該冷媒ジャケット（20）を流通する冷媒によって該パワー素子（33）を冷却する空気調和機であって、
前記ケーシング（70）の外面にはサービス用開口部（71）が設けられ、
前記冷媒ジャケット（20）は、前記サービス用開口部（71）に対向し、且つ前記サービス用開口部（71）から見て前記パワー素子（33）よりも手前側に配置されていることを特徴とする。

これにより、製造時や修理時などに、冷媒ジャケットとパワー素子との接続状態が、サービス用開口部（71）から視認できるようになる。

また、第２の発明は、
第１の発明の空気調和機において、
前記ケーシング（70）は、前記サービス用開口部（71）が設けられた面に隣り合う面に、前記プリント基板（31）を挿入する組み付け用開口部（72）が形成されていることを特徴とする。

これにより、空気調和機の製造時や修理時に、サービス用開口部（71）が設けられた面に隣り合う面に形成された組み付け用開口部（72）からプリント基板（31）が挿入される。この組み付け用開口部（72）は、サービス用開口部（71）が設けられた面に隣り合う面に形成されているので、プリント基板（31）を室外機に組み付ける際に、プリント基板（31）が冷媒ジャケット（20）を乗り越えなくても冷媒ジャケット（20）の後ろ側に挿入することができる。

また、第３の発明は、
第１の発明の空気調和機において、
前記プリント基板（31）は、前記パワー素子（33）が上方側になるように縦置きされていることを特徴とする。

これにより、パワー素子（33）が、プリント基板（31）上の他の素子よりも上方に配置されるので、パワー素子（33）から空気中に放熱された熱は、空気の流れに応じて上方に伝達する。したがって、パワー素子（33）から空気中に放熱された熱を、他の回路素子に空気を介して伝達し難くできる。

第１の発明によれば、製造時や修理時などに、冷媒ジャケットとパワー素子との接続状態が、サービス用開口部（71）から視認できるようになるので、冷媒ジャケットとパワー素子とを適切に接続して所望の冷却効果を得ることができる。

また、第２の発明によれば、プリント基板（31）を、冷媒ジャケット（20）上を乗り越えさせなくても冷媒ジャケット（20）の後ろ側に挿入することができるので、容易にプリント基板（31）を室外機に組み付けることが可能になる。

また、第3の発明によれば、プリント基板（31）上の他の素子に対するパワー素子（33）の熱の影響を低減することができる。

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。また、以下の各実施形態の説明において、一度説明した構成要素と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

《発明の実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１に係る空気調和機（1）における冷媒回路（10）の配管系統図である。この空気調和機（1）は、冷房運転と暖房運転とが可能なヒートポンプ式の空気調和機である。図１に示すように、空気調和機（1）は、室外に設置される室外機（100）と、室内に設置される室内機（200）とを備えている。室外機（100）と室内機（200）とは、第１の接続配管（11）及び第２の接続配管（12）を介して互いに接続され、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を構成している。

〈室内機〉
室内機（200）には、冷媒を室外空気と熱交換させるための室内熱交換器（210）が設けられている。この室内熱交換器（210）には、例えばクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器などを採用できる。また、室内熱交換器（210）の近傍には、室内ファン（図示省略）が設置されている。

〈室外機〉
室外機（100）には、圧縮機（13）、油分離器（14）、室外熱交換器（15）、室外ファン（16）、膨張弁（17）、アキュムレータ（18）、四方切換弁（19）、冷媒ジャケット（20）、及び電気回路（30）が設けられ、ケース（後述する室外機ケーシング（70））に収められている。

圧縮機（13）は、冷媒を吸入ポートから吸入して圧縮し、圧縮した冷媒を吐出ポートから吐出する。この圧縮機（13）には、例えばスクロール圧縮機などの種々の圧縮機を採用できる。

油分離器（14）は、圧縮機（13）から吐出された潤滑油が混じった冷媒を、冷媒と潤滑油とに分離して、冷媒は四方切換弁（19）に送り、潤滑油は圧縮機（13）に戻すようになっている。

室外熱交換器（15）は、冷媒を室外空気と熱交換させるための空気熱交換器であり、例えばクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器などを採用できる。室外熱交換器（15）の近傍には、室外熱交換器（15）へ室外空気を送風する室外ファン（16）が設置されている。

膨張弁（17）は、室外熱交換器（15）と室内熱交換器（210）に接続され、流入した冷媒を膨張させて、所定の圧力まで減圧させてから流出させる。膨張弁（17）は、例えば、開度可変の電子膨張弁で構成できる。

アキュムレータ（18）は、流入する冷媒を気液分離し、分離したガス冷媒を圧縮機（13）に送る。

四方切換弁（19）は、第１から第４の４つのポートが設けられ、第１ポートと第３ポートが連通すると同時に第２ポートと第４ポートが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第４ポートが連通すると同時に第２ポートと第３ポートが連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換え可能となっている。この室外機（100）では、第１ポートは油分離器（14）を介して圧縮機（13）の吐出ポートに、第２ポートはアキュムレータ（18）を介して圧縮機（13）の吸入ポートにそれぞれ接続されている。また、第３ポートは室外熱交換器（15）及び膨張弁（17）を介して第２の接続配管（12）に、第４ポートは第１の接続配管（11）にそれぞれ接続されている。そして、室外機（100）において冷房運転が行われる場合には第１状態に切り替えられ、暖房運転が行われる場合には第２状態に切り替えられる。

冷媒ジャケット（20）は、例えば、アルミニウムなどの金属を扁平な直方体状に形成したものであり、室外熱交換器（15）と膨張弁（17）とを接続する冷媒配管（21）の一部を覆って、冷媒配管（21）と熱的に接続されている。詳しくは、この冷媒ジャケット（20）には、図２に示すように冷媒配管（21）を嵌めこむ２つの貫通孔が設けられ、冷媒配管（21）は、一方の貫通孔を通り抜けた後にＵ字状に折り返して、もう一方の貫通孔を通り抜けている。つまり、冷媒ジャケット（20）は、冷凍サイクルに使用する冷媒が内部に流通していると見ることができる。

電気回路（30）は、圧縮機（13）の電動機の回転数などの制御を行う。この電気回路（30）は、プリント基板（31）上に形成され、プリント基板（31）はスイッチボックス（40）内にスペーサ（32）によって固定されている。このプリント基板（31）上には、図２に示すように、パワー素子（33）などが配置されている。このパワー素子（33）は、例えば圧縮機（13）の電動機に電力を供給するインバータ回路のスイッチング素子であり、圧縮機（13）の運転時には発熱し、パワー素子（33）を冷却しておかないと、パワー素子（33）が動作可能な温度（例えば９０℃）を超える可能性がある。そのため、空気調和機（1）では、冷媒ジャケット（20）を流通する冷媒によってパワー素子（33）を冷却するようになっている。

具体的には、空気調和機（1）では、図２に示すように、冷媒ジャケット（20）をスイッチボックス（40）に固定してスイッチボックス（40）内のパワー素子（33）を冷却する。より詳しくは、スイッチボックス（40）は、一つの面が開口した扁平な箱状に形成され、開口部が対向した面には貫通孔（40a）が設けられ、板状に形成された伝熱板（50）が貫通孔（40a）を覆うように取り付けネジ（51）によって固定されている。伝熱板（50）は、アルミニウムなどの比較的熱抵抗が小さい材料で構成される。

この伝熱板（50）に対しては、スイッチボックス（40）の外側からは冷媒ジャケット（20）が取り付けネジ（51）で固定され、スイッチボックス（40）の内側からはパワー素子（33）が取り付けネジ（51）で固定されている。この構造では、パワー素子（33）の熱は、伝熱板（50）を介して冷媒ジャケット（20）に伝導し、冷媒ジャケット（20）を流通する冷媒に放熱することになる。

詳しくは、冷媒ジャケット（20）では、冷房運転時には室外熱交換器（15）で凝縮してパワー素子（33）の温度よりも低温の冷媒が流れ、暖房運転時には、室内熱交換器（210）で凝縮してパワー素子（33）の温度よりも低温の冷媒が流れる。これらの場合、冷媒ジャケット（20）を流れる冷媒の温度は、運転条件や外気条件などによって異なるが、冷房運転時には例えば４０〜４５℃程度になる。そのため、電気回路（30）のパワー素子（33）で生じた熱は、伝熱板（50）を介して冷媒ジャケット（20）に伝熱し、冷媒ジャケット（20）において冷媒配管（21）内の冷媒に放熱する。これにより、パワー素子（33）は、動作可能な温度に維持されることになる。

図３は、室外機（100）の横断面形状を模式的に示した図であり、圧縮機（13）等の主要部品の配置を示している。図３に示すように、室外機ケーシング（70）は仕切り板（60）によって２つに仕切られている。一方の区画（熱交換室）には、断面形状がＬ字型に形成された室外熱交換器（15）が、室外機ケーシング（70）の側面及び背面に面して配置され、この室外熱交換器（15）の近傍には、室外ファン（16）が設置されている。また、もう一方の区画（機械室）には冷媒ジャケット（20）、圧縮機（13）、スイッチボックス（40）等が配置されている。詳しくは、この室外機ケーシング（70）は、正面側の面に、機械室に貫通するサービス用開口部（71）が設けられ、スイッチボックス（40）は、伝熱板（50）の側が、サービス用開口部（71）からみて手前側に向いている。また、冷媒ジャケット（20）は、サービス用開口部（71）から見て伝熱板（50）よりも手前側（すなわちパワー素子（33）よりも手前側）に配置されている。

-スイッチボックス（40）の室外機ケーシング（70）内への組み付け-
本実施形態では、プリント基板（31）と伝熱板（50）とは予めスイッチボックス（40）に取り付けておく。具体的には、まず伝熱板（50）をスイッチボックス（40）に対して取り付けネジ（51）で固定し、その状態で、プリント基板（31）をスイッチボックス（40）の中に入れて、スペーサ（32）を介してスイッチボックス（40）に固定するとともに、パワー素子（33）を伝熱板（50）に対して取り付けネジ（51）で固定して熱的に接続する。このようにして組み立てたスイッチボックス（40）は、空気調和機（1）の製造時や、修理等でプリント基板（31）を再度組み付ける際などに、サービス用開口部（71）から室外機ケーシング（70）内に入れる。

図４は、室外機（100）の正面図である。この例では、室外機ケーシング（70）は、冷媒ジャケット（20）の上方に、スイッチボックス（40）を通過させることができる空間が設けられ、サービス用開口部（71）はこの空間に対しても開口している。そして、このサービス用開口部（71）からスイッチボックス（40）を室外機ケーシング（70）内に組み込む。この場合、スイッチボックス（40）は、冷媒ジャケット（20）の上方を乗り越えさせて、冷媒ジャケット（20）よりも奥側に入れる。この際、スイッチボックス（40）は伝熱板（50）側を手前側（すなわち冷媒ジャケット（20）に対向する側）にしておく。そして、この状態で、冷媒ジャケット（20）と伝熱板（50）とを取り付けネジ（51）によって固定する。

このとき、冷媒ジャケット（20）と伝熱板（50）との間に隙間があると、冷媒ジャケット（20）とパワー素子（33）との間で適切に熱交換が行われず、所望の冷却効果を得られないことになる。本実施形態では、冷媒ジャケット（20）は、サービス用開口部（71）から見てパワー素子（33）よりも手前側に配置されているので、冷媒ジャケット（20）と伝熱板（50）とを取り付けネジ（51）によって固定する際に、両者の接続状態を視認することができる。したがって、本実施形態によれば、製造時や修理時などに、冷媒ジャケット（20）とパワー素子（33）とを適切に接続して所望の冷却効果を得ることが可能になる。

《発明の実施形態２》
図５は、本発明の実施形態２に係る室外機（300）の横断面形状を模式的に示した図である。室外機（300）は、同図に示すように、スイッチボックス（40）の取り付け位置が、実施形態１の室外機（100）とは異なっている。

本実施形態では、図５に示すように、室外機ケーシング（70）の側面側にサービス用開口部（71）が形成され、このサービス用開口部（71）に近接して冷媒ジャケット（20）が配置されている。また、サービス用開口部（71）が設けられた面に隣り合う面（この例では室外機ケーシング（70）の正面）に、組み付け用開口部（72）が形成されている。この組み付け用開口部（72）は、スイッチボックス（40）を通過させることができる大きさを有し、冷媒ジャケット（20）の背面側（室外機ケーシング（70）の奥になる側）の空間に対して開口している。

この構成により、スイッチボックス（40）（すなわちプリント基板（31））を、実施形態１のように冷媒ジャケット（20）を乗り越えさせることなく、冷媒ジャケット（20）の背面側に挿入することができる。すなわち、スイッチボックス（40）（すなわちプリント基板（31））の組み付けがより容易にできる。

《発明の実施形態３》
図６は、本発明の実施形態３に係る室外機（400）の正面形状及び側方断面形状を模式的に示した図である。本実施形態の室外機（400）は、プリント基板（31）の取り付け方に特徴がある。すなわち、本実施形態では、図６に示すように、プリント基板（31）は、パワー素子（33）が上方側になるように縦置きされている。

これにより、パワー素子（33）から空気中に放熱された熱は、空気の流れに応じて上方に伝達する。したがって、この室外機（400）では、パワー素子（33）から空気中に放熱された熱を、他の回路素子に空気を介して伝達し難くでき、プリント基板（31）上の他の素子に対するパワー素子（33）の熱の影響を低減することができる。

本発明に係る空気調和機は、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う空気調和機として有用である。

本発明の実施形態１に係る空気調和機（1）における冷媒回路（10）の配管系統図である。パワー素子（33）、冷媒ジャケット（20）、伝熱板（50）の取り付け構造を示す図である。室外機（100）の横断面形状を模式的に示した図であり、圧縮機（13）等の主要部品の配置を示している。室外機（100）の正面図である。本発明の実施形態２に係る室外機（300）の横断面形状を模式的に示した図である。本発明の実施形態３に係る室外機（400）の正面形状及び側方断面形状を模式的に示した図である。

符号の説明

１空気調和機
２０冷媒ジャケット
３１プリント基板
３３パワー素子
７０室外機ケーシング（ケーシング）
７１サービス用開口部
７２組み付け用開口部
１００，３００，４００室外機

Claims

パワー素子（33）が取り付けられたプリント基板（31）と、該パワー素子（33）が熱的に接続されるとともに冷凍サイクルに使用する冷媒が内部に流通する冷媒ジャケット（20）とを室外機（100）のケーシング（70）内に備えて、該冷媒ジャケット（20）を流通する冷媒によって該パワー素子（33）を冷却する空気調和機であって、
前記ケーシング（70）の外面にはサービス用開口部（71）が設けられ、
前記冷媒ジャケット（20）は、前記サービス用開口部（71）に対向し、且つ前記サービス用開口部（71）から見て前記パワー素子（33）よりも手前側に配置されていることを特徴とする空気調和機。
請求項１の空気調和機において、
前記ケーシング（70）は、前記サービス用開口部（71）が設けられた面に隣り合う面に、前記プリント基板（31）を挿入する組み付け用開口部（72）が形成されていることを特徴とする空気調和機。
請求項１の空気調和機において、
前記プリント基板（31）は、前記パワー素子（33）が前記ケーシングの設置状態で上方側になるように縦置きされていることを特徴とする空気調和機。