JP5455431B2 - インバータ冷却装置およびインバータ冷却方法ならびに冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機を駆動制御するインバータを冷却するインバータ冷却装置およびインバータ冷却方法、ならびに前記インバータ冷却装置を適用する冷凍機に関する。

ターボ冷凍機のような冷凍機は、建物の空調設備や製氷装置や冷蔵装置に用いられ、圧縮機を駆動制御するインバータを備えている。インバータは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子の温度上昇を防止するため、排熱を空気へ排出するために比較的大型のファンおよび放熱部材を必要としている。このため、インバータが大型化し、このインバータを含む冷凍機の大型化が懸念されている。

従来、例えば特許文献１に示す冷凍機（車両用空調装置）では、小型で、かつ簡単な構成でインバータを冷却するため、インバータの筐体内に、コンデンサから吐出した冷媒を流通させている。

特開２００３−２７６４２６号公報

しかし、上述した特許文献１の冷凍機のように、冷媒をインバータの筐体内に流通させると、インバータの筐体外との温度差により半導体素子に結露が発生するおそれがあり、この結露が半導体素子の機能を損なわせる原因となり得る。

本発明は上述した課題を解決するものであり、冷凍機の小型化を図ると共に、インバータの半導体素子への結露の発生を防ぐことのできるインバータ冷却装置およびインバータ冷却方法ならびに冷凍機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明のインバータ冷却装置では、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機を駆動制御するインバータとを備えた冷凍機に係り、前記インバータを冷却するインバータ冷却装置において、前記凝縮器と前記蒸発器とを連通する冷媒配管の途中で迂回し、かつ前記インバータの筐体内に配置されたバイパス管と、前記バイパス管に設けられて前記バイパス管に流通する冷媒の流量を可変する調整弁と、を備えたことを特徴とする。

このインバータ冷却装置によれば、バイパス管に流通する冷媒により、インバータの半導体素子を冷却するため、半導体素子冷却用のファンおよび放熱部材の小型化を図ることができ、インバータを小型化できる。このため、冷凍機を構成する圧縮機、凝縮器、蒸発器、または中間冷却器にインバータを一体に設けることができ、インバータを含む冷凍機を小型化できる。しかも、バイパス管に流通する冷媒の流量を調整することで、半導体素子の冷却量が調整できるので、半導体素子を所望の温度に冷却でき、半導体素子への結露の発生を防止できる。

また、本発明のインバータ冷却装置では、前記インバータの筐体内の温度、または前記インバータの筐体内に配置された半導体素子の温度を検出する筐体内温度検出手段と、前記筐体内温度検出手段が検出した温度に基づいて、前記調整弁を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

このインバータ冷却装置によれば、インバータの筐体内の温度、またはインバータの筐体内に配置された半導体素子の温度に基づいて、調整弁を制御し、バイパス管に流通する液相の冷媒の流量を調整することで、結露を生じない所望の温度に半導体素子を冷却できる。

また、本発明のインバータ冷却装置では、前記インバータの筐体内の温度、または前記インバータの筐体内に配置された半導体素子の温度を検出する筐体内温度検出手段と、前記インバータの筐体外の温度を検出する筐体外温度検出手段と、前記インバータの筐体外の湿度を検出する筐体外湿度検出手段と、前記筐体内温度検出手段が検出した温度、前記筐体外温度検出手段が検出した温度、および前記筐体外湿度検出手段が検出した湿度に基づいて、冷却する半導体素子への結露を防止するように前記調整弁を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

このインバータ冷却装置によれば、インバータの筐体内の温度、またはインバータの筐体内に配置された半導体素子の温度と、筐体外の温度と、筐体外の湿度とに基づいて、調整弁を制御し、バイパス管に流通する液相の冷媒の流量を調整することで、結露を生じない露点以上の温度に半導体素子を冷却できる。

また、本発明のインバータ冷却装置では、前記圧縮機を駆動制御する前記インバータの出力電力・電流などに基づいて、前記調整弁を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

このインバータ冷却装置によれば、圧縮機を駆動制御するインバータの出力情報から、インバータ（半導体素子）の発熱量を算出し、この発熱量に基づいて、調整弁を制御し、バイパス管に流通する液相の冷媒の流量を調整することで、結露を生じない所望の温度に半導体素子を冷却できる。

また、本発明のインバータ冷却装置では、前記半導体素子に熱伝達性を有した放熱部材が設けられ、前記放熱部材に前記バイパス管を配置したことを特徴とする。

このインバータ冷却装置によれば、バイパス管に流通する液相の冷媒により、半導体素子の放熱部材を直接冷却することで、冷却効率が向上するので、冷却用のファンを不用にでき、インバータをさらに小型化できる。

上述の目的を達成するために、本発明のインバータ冷却方法では、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機を駆動制御するインバータとを備えた冷却装置に係り、前記インバータを冷却するインバータ冷却方法において、前記凝縮器から前記蒸発器に流通する冷媒の一部を、バイパス管を介して前記インバータの筐体内に導入させつつ、前記バイパス管に流通する冷媒の流量を調整することを特徴とする。

このインバータ冷却方法によれば、インバータの半導体素子を冷却するため、半導体素子冷却用のファンおよび放熱部材の小型化を図ることができ、インバータを小型化できる。このため、冷凍機を構成する圧縮機、凝縮器、蒸発器、または中間冷却器にインバータを一体に設けることができ、インバータを含む冷凍機を小型化できる。しかも、バイパス管に流通する冷媒の流量を調整することで、半導体素子の冷却量が調整できるので、半導体素子を所望の温度に冷却でき、半導体素子への結露の発生を防止できる。

上述の目的を達成するために、本発明の冷凍機では、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機を駆動制御するインバータとを備えた冷凍機において、前記インバータを冷却する態様で、上記の何れか一つに記載のインバータ冷却装置を適用したことを特徴とする。

この冷凍機によれば、上記のインバータ冷却装置を適用したことにより、インバータを含む冷凍機を小型化しつつ、半導体素子への結露の発生を防止できる。この結果、インバータの機能を損なわせる事態を防ぎ、安定した冷凍性能が得られる。

本発明によれば、冷凍機の小型化を図ると共に、インバータの半導体素子への結露の発生を防ぐことができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍機の概略構成図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係るインバータ冷却装置の概略構成図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係るインバータ冷却装置のバイパス管の配置を示す概略構成図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係る冷凍機の概略構成図である。 図５は、本発明の実施の形態３に係る冷凍機の概略構成図である。 図６は、バイパス管の他の構成を示す概略構成図である。 図７は、バイパス管の他の構成を示す概略構成図である。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施の形態１］
図１に示すように、冷凍機は、主に、圧縮機１と、凝縮器２と、蒸発器３と、中間冷却器４と、インバータ５とにより構成されている。圧縮機１と凝縮器２とは、冷媒が流通される冷媒配管６ａにより連通されている。また、凝縮器２と蒸発器３とは、冷媒が流通される冷媒配管６ｂにより連通されている。中間冷却器４は、冷媒配管６ｂに介在されている。また、蒸発器３と圧縮機１とは、冷媒が流通される冷媒配管６ｃにより連通されている。すなわち、圧縮機１、凝縮器２、蒸発器３、および中間冷却器４は、冷媒配管６ａ，６ｂ，６ｃを介して冷媒を循環させる循環経路６に設けられている。

圧縮機１は、羽根車の回転運動によって冷媒を圧縮するターボ圧縮機として構成されている。すなわち、本実施の形態の冷凍機は、いわゆるターボ冷凍機である。ターボ圧縮機としての圧縮機１は、電動機１１によって駆動される圧縮部１２を有している。圧縮部１２には、電動機１１により回転駆動される羽根車を同軸上に２つ備えた２段圧縮や、電動機１１により回転駆動される羽根車を１つ備えた単段圧縮の方式がある。圧縮部１２が２段圧縮の場合、蒸発器３から圧縮機１へ送られる気相の冷媒は、１段目の圧縮部で圧縮された後、２段目の圧縮部でさらに圧縮され、圧力と温度とが上昇しつつ冷媒配管６ａを介して凝縮器２へ送られる。一方、圧縮部１２が単段圧縮の場合、蒸発器３から圧縮機１へ送られる気相の冷媒は、圧縮部１２にて圧縮され、圧力と温度とが上昇しつつ冷媒配管６ａを介して凝縮器２へ送られる。

凝縮器２は、冷媒冷却流体（例えば、水）が供給される冷却水配管２１が接続されている。圧縮機１から凝縮器２に送られる気相の冷媒は、冷却水配管２１により供給される冷媒冷却流体と熱交換して凝縮し、すなわち、冷媒冷却流体に熱を捨てて液化し、冷媒配管６ｂを介して蒸発器３へ送られる。

蒸発器３は、冷却媒体（例えば、水）が供給される冷却媒体配管３１が接続されている。凝縮器２から蒸発器３に送られる液相の冷媒は、冷却媒体配管３１により供給される冷却媒体と熱交換して蒸発する。この過程で、冷却媒体は、液相の冷媒に熱を捨てて温度が低下する。そして、冷却媒体と熱交換した液相の冷媒は、蒸発して気相の冷媒となり、冷媒配管６ｃを介して圧縮機１へ送られる。

中間冷却器４は、凝縮器２において液化された冷媒を液相とガス相とに分離するものである。さらに、中間冷却器４は、凝縮器２と蒸発器３との間に一定の圧力差を保持すると共に、液相の冷媒の一部を蒸発させて蒸発器３での潜熱の増大を図るものである。また、中間冷却器４は、凝縮器２にて凝縮し切れなかった気相の冷媒と、液相の冷媒とが気液二相流流体として導入され、この気相の冷媒と液相の冷媒とを分離する気液分離器として機能するものであり、分離された気相の冷媒は圧縮機１へ送られ、液相の冷媒は蒸発器３へ送られる。

インバータ５は、圧縮機１の電動機１１に電気的に接続され、この電動機１１を駆動制御するためのものである。インバータ５は、筐体５１内に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子５２が配置されている。

上述した冷凍機に係り、インバータ５では、半導体素子５２が通電時に発熱する。このため、本実施の形態では、半導体素子５２を冷却するためのインバータ冷却装置を備えている。

インバータ冷却装置は、図１に示すように、バイパス管７１と、調整弁７２と、筐体内温度検出手段７３と、制御手段７４とで構成されている。

バイパス管７１は、凝縮器２と蒸発器３とを連通する冷媒配管６ｂの途中に迂回して設けられている。このバイパス管７１は、インバータ５の筐体５１内に配置されている。すなわち、バイパス管７１は、凝縮器２と蒸発器３との差圧により凝縮器２から蒸発器３に至る液相の冷媒をインバータ５の筐体５１内に流通させる。これにより、インバータ５の筐体５１内では、液相の冷媒に熱を捨てて温度が低下し、半導体素子５２が冷却され、液相の冷媒は蒸発して気相の冷媒となる。すなわち、インバータ５の筐体５１内に流通する液相の冷媒の潜熱により半導体素子５２が冷却されることになる。

また、バイパス管７１を流通して半導体素子５２の冷却に供された冷媒は、冷媒配管６ｂに戻され蒸発器３に送られる。このため、半導体素子５２の冷却に供されても蒸発しきれない液相の冷媒が蒸発器３での冷却に利用することができると共に、蒸発しきれない液相の冷媒を蒸発器３にて蒸発させることができる。

ここで、インバータ５の筐体５１内へのバイパス管７１の具体的な配置を図２に示す。図２に示すように、筐体５１内に配置された半導体素子５２は、基板５２ａに実装されていると共に、熱伝導性を有した放熱部材５２ｂが設けられた放熱構造とされている。放熱部材５２ｂは、放熱性能を向上するために多数のフィン（図示せず）を有している。さらに、筐体５１内には、ファン８が設けられている。ファン８は、筐体５１に設けられた吸込口５１ｃから筐体５１内に空気を吸引しつつ、排気口５１ｄから筐体５１外に空気を排出するものである。バイパス管７１は、このような構成において、筐体５１内の吸込口５１ｃ近傍に配置されている。これにより、筐体５１内に吸い込まれた空気が、放熱部材５２ｂを通過する前に、バイパス管７１を流通する液相の冷媒の潜熱により冷却されつつ、半導体素子５２および放熱部材５２ｂの周囲を通過することにより、半導体素子５２が冷却される。なお、バイパス管７１は、筐体５１内の空気をより冷却するため、筐体５１内で蛇行して配置されて、筐体５１内で冷媒を流通させる経路を長く形成されていることが好ましい。

また、インバータ５の筐体５１内へのバイパス管７１の具体的な別の配置を図３に示す。図３に示すように、筐体５１内に配置された半導体素子５２は、基板５２ａに実装されていると共に、熱伝導性を有した放熱部材５２ｂが設けられた放熱構造とされている。放熱部材５２ｂは、放熱性能を向上するために多数のフィン（図示せず）を有している。バイパス管７１は、このような構成において、放熱部材５２ｂの内部に通して配置されている。これにより、放熱部材５２ｂが、バイパス管７１を流通する液相の冷媒の潜熱により冷却されることで半導体素子５２が冷却される。なお、バイパス管７１は、放熱部材５２ｂをより冷却するため、放熱部材５２ｂ内で蛇行して配置されて、放熱部材５２ｂ内で冷媒を流通させる経路を長く形成されていることが好ましい。

調整弁７２は、バイパス管７１に設けられている。調整弁７２は、アクチュエータ７２ａで弁７２ｂの開度を変えることにより、バイパス管７１に流通する冷媒の流量を可変するものである。

また、調整弁７２にてバイパス管７１に流通する冷媒の流量が調整されると、冷媒が減圧され、飽和温度が低下する。このため、冷却効率が向上するので、少量の冷媒で半導体素子５２の冷却を行うことが可能である。

筐体内温度検出手段７３は、インバータ５の筐体５１内に配置され、インバータ５の筐体５１内の温度、またはインバータ５の筐体５１内に配置された半導体素子５２の温度を検出するものである。なお、図２に示すようにインバータ５がファン８を有する場合、筐体内温度検出手段７３は、吸込口５１ｃ側と排気口５１ｄ側とに配置されていることが好ましい。

制御手段７４は、マイコンなどで構成され、調整弁７２のアクチュエータ７２ａを作動させ、バイパス管７１に流通する冷媒の流量を制御するものである。制御手段７４は、筐体内温度検出手段７３に接続され、筐体内温度検出手段７３にて検出された温度情報が入力される。この制御手段７４には、半導体素子５２の冷却に適した温度と、この温度に応じたアクチュエータ７２ａの作動量（調整弁７２の弁７２ｂの開度）の情報が予め記憶されている。そして、制御手段７４は、筐体内温度検出手段７３から入力した温度情報に基づき、インバータ５の筐体５１内の温度、またはインバータ５の筐体５１内に配置された半導体素子５２の温度が、半導体素子５２の冷却に適した温度となるように、バイパス管７１に流通する冷媒の流量を制御する。なお、図２に示すようにインバータ５がファン８を有し、筐体内温度検出手段７３が吸込口５１ｃ側と排気口５１ｄ側とに配置されている場合、制御手段７４は、吸込口５１ｃ側と排気口５１ｄ側との温度差に基づき、バイパス管７１に流通する冷媒の流量を制御する。

このように、実施の形態１のインバータ冷却装置では、凝縮器２と蒸発器３とを連通する冷媒配管６ｂの途中で迂回し、かつインバータ５の筐体５１内に配置されたバイパス管７１と、バイパス管７１に設けられてバイパス管７１に流通する液相の冷媒の流量を可変する調整弁７２とを備えている。そして、実施の形態１のインバータ冷却装置の作用としてのインバータ冷却方法では、凝縮器２から蒸発器３に流通する液相の冷媒の一部を、バイパス管７１を介してインバータ５の筐体５１内に導入させつつ、バイパス管７１に流通する液相の冷媒の流量を調整する。

このインバータ冷却装置およびインバータ冷却方法によれば、バイパス管７１に流通する液相の冷媒により、インバータ５の半導体素子５２を冷却するため、ファンおよび放熱部材の小型化を図ることができ、インバータ５を小型化することが可能になる。このため、冷凍機を構成する圧縮機１、凝縮器２、蒸発器３、または中間冷却器４にインバータ５を一体に設けることができ、インバータ５を含む冷凍機を小型化することが可能になる。しかも、バイパス管７１に流通する液相の冷媒の流量を調整することで、半導体素子５２の冷却量が調整できるので、半導体素子５２を所望の温度に冷却でき、半導体素子５２への結露の発生を防止することが可能になる。

また、実施の形態１のインバータ冷却装置では、インバータ５の筐体５１内の温度、またはインバータ５の筐体５１内に配置された半導体素子５２の温度を検出する筐体内温度検出手段７３と、筐体内温度検出手段７３が検出した温度に基づいて調整弁７２を制御する制御手段７４とを備えている。

このインバータ冷却装置によれば、インバータ５の筐体５１内の温度、またはインバータ５の筐体５１内に配置された半導体素子５２の温度に基づいて、調整弁７２を制御し、バイパス管７１に流通する液相の冷媒の流量を調整することで、結露を生じない所望の温度に半導体素子５２を冷却することが可能になる。

また、実施の形態１のインバータ冷却装置では、半導体素子５２に熱伝達性を有した放熱部材５２ｂが設けられ、この放熱部材５２ｂにバイパス管７１が配置されている（図３参照）。

このインバータ冷却装置によれば、バイパス管７１に流通する液相の冷媒により、半導体素子５２の放熱部材５２ｂを直接冷却することで、冷却効率が向上するので、ファン８（図２参照）を不用にでき、インバータ５をさらに小型化することが可能になる。

また、実施の形態１の冷凍機では、上述のインバータ冷却装置を適用したことにより、インバータ５を含む冷凍機を小型化しつつ、半導体素子５２への結露の発生を防止することが可能になる。この結果、インバータ５の機能を損なわせる事態を防ぎ、安定した冷凍性能を得ることが可能になる。

［実施の形態２］
実施の形態２は、冷凍機の構成が上述した実施の形態１と同じであり、インバータ冷却装置の構成が異なる。従って、実施の形態２では、インバータ冷却装置について説明し、その他同等部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

インバータ冷却装置は、図４に示すように、バイパス管７１’と、調整弁７２’と、筐体内温度検出手段７３’と、制御手段７４’と、筐体外温度検出手段７５’と、筐体外湿度検出手段７６’で構成されている。

バイパス管７１’、調整弁７２’および筐体内温度検出手段７３’は、上述した実施の形態１のバイパス管７１、調整弁７２および筐体内温度検出手段７３と同様のものである。また、インバータ５の筐体５１内へのバイパス管７１’の具体的な配置も、上述した実施の形態１と同様である（図２および図３参照）。

筐体外温度検出手段７５’は、インバータ５の筐体５１外に配置され、インバータ５の筐体５１外の周囲の温度を検出するものである。

筐体外湿度検出手段７６’は、インバータ５の筐体５１外に配置され、インバータ５の筐体５１外の周囲の湿度を検出するものである。

制御手段７４’は、マイコンなどで構成され、調整弁７２’のアクチュエータ７２ａ’を作動させ、バイパス管７１’に流通する冷媒の流量を制御するものである。制御手段７４’は、筐体内温度検出手段７３’に接続され、筐体内温度検出手段７３’にて検出された温度情報が入力される。また、制御手段７４’は、筐体外温度検出手段７５’に接続され、筐体外温度検出手段７５’にて検出された温度情報が入力される。また、制御手段７４’は、筐体外湿度検出手段７６’に接続され、筐体外湿度検出手段７６’にて検出された湿度情報が入力される。この制御手段７４’には、露点温度に基づく半導体素子５２の冷却に適した温度と、この温度に応じたアクチュエータ７２ａ’の作動量（調整弁７２’の弁７２ｂ’の開度）の情報が予め記憶されている。そして、制御手段７４’は、筐体内温度検出手段７３’から入力した温度情報、筐体外温度検出手段７５’から入力した温度情報、および筐体外湿度検出手段７６’から入力した湿度情報から露点温度に基づき、インバータ５の筐体５１内の温度、またはインバータ５の筐体５１内に配置された半導体素子５２の温度が、露点温度に応じて半導体素子５２の冷却に適した温度（露点温度以上の温度）となるように、バイパス管７１に流通する冷媒の流量を制御する。

このように、実施の形態２のインバータ冷却装置では、凝縮器２と蒸発器３とを連通する冷媒配管６ｂの途中で迂回し、かつインバータ５の筐体５１内に配置されたバイパス管７１’と、バイパス管７１’に設けられてバイパス管７１’に流通する液相の冷媒の流量を可変する調整弁７２’とを備えている。そして、実施の形態２のインバータ冷却装置の作用としてのインバータ冷却方法では、凝縮器２から蒸発器３に流通する液相の冷媒の一部を、バイパス管７１’を介してインバータ５の筐体５１内に導入させつつ、バイパス管７１’に流通する液相の冷媒の流量を調整する。

このインバータ冷却装置およびインバータ冷却方法によれば、バイパス管７１’に流通する液相の冷媒により、インバータ５の半導体素子５２を冷却するため、ファンおよび放熱部材の小型化を図ることができ、インバータ５を小型化することが可能になる。このため、冷凍機を構成する圧縮機１、凝縮器２、蒸発器３、または中間冷却器４にインバータ５を一体に設けることができ、インバータ５を含む冷凍機を小型化することが可能になる。しかも、バイパス管７１’に流通する液相の冷媒の流量を調整することで、半導体素子５２の冷却量が調整できるので、半導体素子５２を所望の温度に冷却でき、半導体素子５２への結露の発生を防止することが可能になる。

また、実施の形態２のインバータ冷却装置では、インバータ５の筐体５１内の温度、またはインバータ５の筐体５１内に配置された半導体素子５２の温度を検出する筐体内温度検出手段７３’と、インバータ５の筐体５１外の温度を検出する筐体外温度検出手段７５’と、インバータ５の筐体５１外の湿度を検出する筐体外湿度検出手段７６’と、筐体内温度検出手段７３’が検出した温度、筐体外温度検出手段７５’が検出した温度、および筐体外湿度検出手段７６’が検出した湿度に基づいて、冷却する半導体素子５２への結露を防止するように調整弁７２’を制御する制御手段７４’とを備えている。

このインバータ冷却装置によれば、インバータ５の筐体５１内の温度、またはインバータ５の筐体５１内に配置された半導体素子５２の温度と、筐体５１外の温度と、筐体５１外の湿度とに基づいて、調整弁７２’を制御し、バイパス管７１’に流通する液相の冷媒の流量を調整することで、結露を生じない露点以上の温度に半導体素子５２を冷却することが可能になる。

また、実施の形態２のインバータ冷却装置では、半導体素子５２に熱伝達性を有した放熱部材５２ｂが設けられ、この放熱部材５２ｂにバイパス管７１’が配置されている（図３参照）。

このインバータ冷却装置によれば、バイパス管７１’に流通する液相の冷媒により、半導体素子５２の放熱部材５２ｂを直接冷却することで、冷却効率が向上するので、ファン８（図２参照）を不用にでき、インバータ５をさらに小型化することが可能になる。

また、実施の形態２の冷凍機では、上述のインバータ冷却装置を適用したことにより、インバータ５を含む冷凍機を小型化しつつ、半導体素子５２への結露の発生を防止することが可能になる。この結果、インバータ５の機能を損なわせる事態を防ぎ、安定した冷凍性能を得ることが可能になる。

［実施の形態３］
実施の形態３は、冷凍機の構成が上述した実施の形態１と同じであり、インバータ冷却装置の構成が異なる。従って、実施の形態３では、インバータ冷却装置について説明し、その他同等部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

インバータ冷却装置は、図５に示すように、バイパス管７１”と、調整弁７２”と、制御手段７４”とで構成されている。

バイパス管７１”および調整弁７２”は、上述した実施の形態１のバイパス管７１および調整弁７２と同様のものである。また、インバータ５の筐体５１内へのバイパス管７１”の具体的な配置も、上述した実施の形態１と同様である（図２および図３参照）。

制御手段７４”は、マイコンなどで構成され、調整弁７２”のアクチュエータ７２ａ”を作動させ、バイパス管７１”に流通する冷媒の流量を制御するものである。制御手段７４”は、圧縮機１を駆動制御するインバータ５の出力情報が入力される。この制御手段７４”には、インバータ５の発熱量に基づく半導体素子５２の冷却に適した温度と、この温度に応じたアクチュエータ７２ａ”の作動量（調整弁７２”の弁７２ｂ”の開度）の情報が予め記憶されている。そして、制御手段７４”は、インバータ５の出力情報から圧縮機１を制御する際のインバータ５（半導体素子５２）の発熱量を算出し、この発熱量に基づいて、半導体素子５２の冷却に適した温度となるように、バイパス管７１”に流通する冷媒の流量を制御する。

このように、実施の形態３のインバータ冷却装置では、凝縮器２と蒸発器３とを連通する冷媒配管６ｂの途中で迂回し、かつインバータ５の筐体５１内に配置されたバイパス管７１”と、バイパス管７１”に設けられてバイパス管７１”に流通する液相の冷媒の流量を可変する調整弁７２”とを備えている。そして、実施の形態３のインバータ冷却装置の作用としてのインバータ冷却方法では、凝縮器２から蒸発器３に流通する液相の冷媒の一部を、バイパス管７１”を介してインバータ５の筐体５１内に導入させつつ、バイパス管７１”に流通する液相の冷媒の流量を調整する。

このインバータ冷却装置およびインバータ冷却方法によれば、バイパス管７１”に流通する液相の冷媒により、インバータ５の半導体素子５２を冷却するため、ファンおよび放熱部材の小型化を図ることができ、インバータ５を小型化することが可能になる。このため、冷凍機を構成する圧縮機１、凝縮器２、蒸発器３、または中間冷却器４にインバータ５を一体に設けることができ、インバータ５を含む冷凍機を小型化することが可能になる。しかも、バイパス管７１”に流通する液相の冷媒の流量を調整することで、半導体素子５２の冷却量が調整できるので、半導体素子５２を所望の温度に冷却でき、半導体素子５２への結露の発生を防止することが可能になる。

また、実施の形態３のインバータ冷却装置では、圧縮機１を駆動制御するインバータ５の出力電力・電流などに基づいて、調整弁７２”を制御する制御手段７４”を備えている。

このインバータ冷却装置によれば、圧縮機１を駆動制御するインバータ５の出力情報から、インバータ５（半導体素子５２）の発熱量を算出し、この発熱量に基づいて、調整弁７２”を制御し、バイパス管７１”に流通する液相の冷媒の流量を調整することで、結露を生じない所望の温度に半導体素子５２を冷却することが可能になる。

また、実施の形態３のインバータ冷却装置では、半導体素子５２に熱伝達性を有した放熱部材５２ｂが設けられ、この放熱部材５２ｂにバイパス管７１”が配置されている（図３参照）。

このインバータ冷却装置によれば、バイパス管７１”に流通する液相の冷媒により、半導体素子５２の放熱部材５２ｂを直接冷却することで、冷却効率が向上するので、ファン８（図２参照）を不用にでき、インバータ５をさらに小型化することが可能になる。

また、実施の形態３の冷凍機では、上述のインバータ冷却装置を適用したことにより、インバータ５を含む冷凍機を小型化しつつ、半導体素子５２への結露の発生を防止することが可能になる。この結果、インバータ５の機能を損なわせる事態を防ぎ、安定した冷凍性能を得ることが可能になる。

ところで、上述した実施の形態１〜実施の形態３では、バイパス管７１，７１’，７１”により、凝縮器２から蒸発器３に至る液相の冷媒をインバータ５の筐体５１内に流通させ、蒸発器３に送っている。その他、図６に示すように、バイパス管７１，７１’，７１”により、凝縮器２から蒸発器３に至る液相の冷媒をインバータ５の筐体５１内に流通させた後、中間冷却器４に送ってもよい。すなわち、インバータ５の筐体５１内に流通させた冷媒は、中間冷却器４に送られることで、減圧され、さらに一定の圧力差を保持されると共に、一部蒸発されて蒸発器３での潜熱が増大され、さらにまた気液分離されて気相の冷媒は圧縮機１へ送られ、液相の冷媒は蒸発器３へ送られることになる。

また、その他、図７に示すように、バイパス管７１，７１’，７１”により、中間冷却器４から蒸発器３に至る液相の冷媒をインバータ５の筐体５１内に流通させた後、蒸発器３に送ってもよい。すなわち、インバータ５の筐体５１内に流通される冷媒は、それ以前に中間冷却器４に送られることで、減圧され、さらに一定の圧力差を保持されると共に、一部蒸発されて蒸発器３での潜熱が増大されることになる。

以上のように、本発明に係るインバータ冷却装置およびインバータ冷却方法ならびに冷凍機は、冷凍機の小型化を図ると共に、インバータの半導体素子への結露の発生を防ぐことに適している。

１ 圧縮機
１１ 電動機
１２ 圧縮部
２ 凝縮器
２１ 冷却水配管
３ 蒸発器
３１ 冷却媒体配管
４ 中間冷却器
５ インバータ
５１ 筐体
５１ｃ 吸込口
５１ｄ 排気口
５２ 半導体素子
５２ａ 基板
５２ｂ 放熱部材
６ 循環経路
６ａ，６ｂ，６ｃ 冷媒配管
７１，７１’，７１” バイパス管
７２，７２’，７２” 調整弁
７２ａ，７２ａ’，７２ａ” アクチュエータ
７２ｂ，７２ｂ’，７２ｂ” 弁
７３，７３’ 筐体内温度検出手段
７４，７４’，７４” 制御手段
７５’ 筐体外温度検出手段
７６’ 筐体外湿度検出手段
８ ファン

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機を駆動制御するインバータとを備えた冷凍機に係り、前記インバータを冷却するインバータ冷却装置において、
   前記凝縮器において液化された冷媒を液相と気相に分離し、分離した液相の冷媒を前記蒸発器に送り、分離した気相の冷媒を前記圧縮機に送る中間冷却器と、
   前記凝縮器と前記中間冷却器とを連通する冷媒配管の途中で迂回し、かつ前記インバータの筐体内に配置され、前記中間冷却器に接続されたバイパス管と、
   前記バイパス管に設けられて前記バイパス管に流通する冷媒の流量を可変する調整弁と、
   を備えたことを特徴とするインバータ冷却装置。
2. 前記インバータの筐体内の温度、または前記インバータの筐体内に配置された半導体素子の温度を検出する筐体内温度検出手段と、
   前記筐体内温度検出手段が検出した温度に基づいて、前記調整弁を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ冷却装置。
3. 前記インバータの筐体内の温度、または前記インバータの筐体内に配置された半導体素子の温度を検出する筐体内温度検出手段と、
   前記インバータの筐体外の温度を検出する筐体外温度検出手段と、
   前記インバータの筐体外の湿度を検出する筐体外湿度検出手段と、
   前記筐体内温度検出手段が検出した温度、前記筐体外温度検出手段が検出した温度、および前記筐体外湿度検出手段が検出した湿度に基づいて、前記調整弁を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ冷却装置。
4. 前記圧縮機を駆動制御する前記インバータの出力に基づいて、前記調整弁を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ冷却装置。
5. 前記半導体素子に熱伝達性を有した放熱部材が設けられ、前記放熱部材に前記バイパス管を配置したことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のインバータ冷却装置。
6. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機を駆動制御するインバータとを備えた冷却装置に係り、前記インバータを冷却するインバータ冷却方法において、
   前記冷却装置は、前記凝縮器において液化された冷媒を液相と気相に分離し、分離した液相の冷媒を前記蒸発器に送り、分離した気相の冷媒を前記圧縮機に送る中間冷却器をさらに備え、
   前記凝縮器から前記中間冷却器に流通する冷媒の一部を、バイパス管を介して前記インバータの筐体内に導入させて前記中間冷却器に送りつつ、前記バイパス管に流通する冷媒の流量を調整することを特徴とする冷却装置のインバータ冷却方法。
7. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機を駆動制御するインバータとを備えた冷凍機において、
   前記インバータを冷却する態様で、請求項１〜５の何れか一つに記載のインバータ冷却装置を適用したことを特徴とする冷凍機。

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