JP7404819B2 - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Description

本発明は、機械室に電装品モジュールが取り付けられた空気調和機の室外機に関する。

一般的な空気調和機は、図１０に示すように、室外に設置される室外機１０と室内に設置される室内機２０を備えている。室外機１０と室内機２０は、冷媒配管３０によって接続され冷凍サイクルを形成している。

室外機１０には、室外空気と冷媒を熱交換する室外熱交換器１１、送風ファン１１Ｆ、冷媒を圧縮する圧縮機１２、圧縮機１２から吐出された潤滑油と冷媒の混合流体から潤滑油を分離する油分離器１３、流入した冷媒を膨張させて減圧する膨張弁１４、流入した冷媒を気液分離するアキュムレータ１５、暖房運転と冷房運転を切り替える四方弁１６などが設けられている。また、室内機２０には、室内空気と冷媒を熱交換する室内熱交換器２１、送風ファン２１Ｆなどが設けられている。そして、冷媒配管３０は、これら室外熱交換器１１、圧縮機１２、油分離器１３、膨張弁１４、アキュムレータ１５、四方弁１６、室内熱交換器２１を接続している。冷媒配管３０は、液側冷媒配管３０Ｌとガス側冷媒配管３０Ｇとを含む。

図１１は室外機１０を正面側から見た図である。図１１に示すように、室外機１０は、筐体１７に備えられた仕切板１７１によって、筐体１７の内部が熱交換器室１０Ａと機械室１０Ｂに区画され、熱交換器室１０Ａには前述した室外熱交換器１１と送風ファン１１Ｆが配置されている。機械室１０Ｂには、前述した圧縮機１２、油分離器１３、膨張弁１４、アキュムレータ１５、四方弁１６などが収容され、これらは筐体１７の前面の図示しないサービスパネルを取り外すことにより、外部からメンテナンス可能となっている。なお、図１１では部品の一部は隠れて図示されていない。

この機械室１０Ｂには、さらに、その上下方向のほぼ中間位置に電装品モジュール４０が配置されている。この電装品モジュール４０は、空気調和機の全体の動作を制御する制御回路、空気調和機の各種設定を行うための設定回路、空気調和機の動作状態を表示する表示回路、外部から供給される交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ回路、コンバータ回路から出力された直流電力を所望の周波数の交流電力に変換して出力するインバータ回路、その他の回路などを搭載したモジュールであり、プリント基板４１にそれらの回路を実現するための複数の電子部品が搭載されている。プリント基板４１は、機械室１０Ｂの奥側に配管スペースを確保できるように１枚で構成され、電装品モジュール４０内に上下方向の姿勢で取り付けられている。

図１２にプリント基板４１を背面側から見た図を示す。このプリント基板４１は上下方向が弱電領域４１Ａと強電領域４１Ｂに分けられている。弱電領域４１Ａには、例えば、前記した制御回路の一部を構成するマイコン等の電子部品４１Ａ１、設定回路を構成するスイッチ４１Ａ２、プラグを抜き差しする小電力用コネクタ４１Ａ３、表示器としてのＬＥＤ４１Ａ４等の弱電系の電子部品が搭載される。また、強電領域４１Ｂには、電力変換を行うための強電系の複数の電子部品、例えばコンバータ回路のＩＣやインバータ回路のＩＣなどのパワーデバイス４１Ｂ１、平滑用の大容量電解コンデンサ４１Ｂ２、コンバータ用のリアクトル４１Ｂ３、大電力用コネクタ４１Ｂ４、その他の図示しない電子部品が搭載される。

強電領域４１Ｂには、さらに、パワーデバイス４１Ｂ１で発生する熱を冷却するための冷却器５０が配置されている。この冷却器５０は冷媒配管３０の液側冷媒配管３０Ｌに取り付けられる図示しないヒートシンクを備える。そのヒートシンクはパワーデバイス４１Ｂ１が発生する熱が伝わるようにプリント基板４１の正面側に配置されている。図１０を参照して液側冷媒配管３０Ｌは、冷房運転時には室外熱交換器１１で凝縮した冷媒が流れ、暖房運転時には室内熱交換器２１で凝縮され膨張弁１４で減圧された冷媒が流れるので、その冷媒によって冷却器５０のヒートシンクが冷却され、パワーデバイス４１Ｂ１の温度が所定値以下に保持される。以上説明した空気調和機については、特許文献１に記載がある。

しかし、上記のようにプリント基板４１を上下方向に取り付ける構造では、機械室１０Ｂの上下方向サイズを大きくする必要があり、室外機自体の高さが高くなる。近年の空気調和機には、設置の自由度が高いコンパクトな室外機が要求されており、室外機の高さが高くなる構造はその要求に逆行することになる。

そこで、プリント基板４１を、前記した弱電領域４１Ａに配置される電子部品を搭載したメイン基板と、前記した強電領域４１Ｂに配置される電子部品を搭載したパワー基板に分けて形成し、機械室１０Ｂ内に上下方向に沿って取り付けた固定板の一方の面にメイン基板を取り付け、他方の面にパワー基板を取り付けることが考えられる。これによれば、メイン基板とパワー基板のそれぞれの上下方向のサイズを、それらメイン基板とパワー基板を上下方向に並べた場合に相当する１枚のプリント基板４１の上下方向のサイズよりも小さくできるので、室外機の上下方向サイズの小型化が可能となる。

しかし、このようにメイン基板とパワー基板という２枚のプリント基板を使用する場合は、それらメイン基板とパワー基板の間の接続ワイヤの増加や組立工数の増加によってコスト高を招く問題がある。

この問題を解決するために、冷媒配管３０の液側冷媒配管３０Ｌに取り付けたヒートシンクを固定板の上面に取り付け、その固定板を仕切板１７１に直交するように機械室１０Ｂ内に左右方向に取り付け、パワーデバイスを下面に搭載した１枚のプリント基板４１をその固定板の上方に取り付けて、そのパワーデバイスを固定板の上面のヒートシンクと熱的に結合させ、全体をケースで覆うよう構成した電装品モジュールを実現することが考えられる。

この電装品モジュールによれば、仕切板１７１に直交する固定板に平行に並ぶようにプリント基板４１が取り付けられるので、コスト高を招くことなく室外機の上下方向のサイズを小さくすることができ、且つ冷媒配管を流れる冷媒によってパワーデバイスを冷却することができる。

特許第５４７２３６４号公報

しかし、上記構造では、冷媒配管による冷却によって固定板に結露が生じたときに、その結露水の温度は電装品モジュールのケース内の雰囲気温度よりも上昇しているのでその結露水がヒートシンクに接することで冷却効果が低減したり、熱交換器室１０Ａの送風ファン１１Ｆで吸引される空気流によってその結露水がプリント基板４１に搭載された電子部品に飛散して悪影響を与える恐れがある。

本発明の目的は、生じた結露水による冷却効果低減や電子部品への悪影響を防止した電装品モジュールを備えた空気調和機の室外機を提供することである。

本発明の一形態は、筐体の上下方向に配置された仕切板により、熱交換器及びファンが配置される熱交換器室と冷媒配管が配置される機械室に区画され、前記機械室に前記冷媒配管とともに電装品モジュールが配置された空気調和機の室外機において、前記電装品モジュールは、前記仕切板に前記機械室の前後方向に平行となるように前記仕切板の前記機械室側に取り付けられる固定板と、該固定板との間で前記冷媒配管を挟むように前記固定板の上面に取り付けられるヒートシンクと、パワーデバイスが下面に搭載されたプリント基板と、該プリント基板の上面を覆う上蓋と前記プリント基板の周囲を囲む枠板を備え前記プリント基板を保持する基板ホルダとを備え、前記固定板は結露水を集める結露水収集溝が上面に形成され、前記プリント基板は前記パワーデバイスが前記ヒートシンクに結合されることで前記固定板に取り付けられ、前記基板ホルダと前記固定板によって前記ヒートシンクと前記プリント基板を含む内部空間が囲まれていることを特徴とする。

本発明によれば、電装品モジュール内の固定板に結露水が生じても、それを結露水収集溝に集めることができるので、固定板の上面に結露水が滞留することを防止でき、ヒートシンクに生じた結露水による冷却効果低減や電子部品への悪影響を防止できる。

室外機の斜視図である。 筺体を底面パネルのみとした同室外機の斜視図である。 筺体を底面パネルのみとし且つ電装品モジュールを分解した同室外機の斜視図である。 電装品モジュールのプリント基板の平面図である。 電装品モジュールの固定板の平面図である。 図４のＡ－Ａ線断面図である。 図５のＢ－Ｂ線断面図である。 電装品モジュールの別の例の平面図である。 図８のＣ－Ｃ線断面図である。 空気調和機の冷媒回路の回路図である。 従来の室外機のサービスパネルを取り外した正面図である。 従来の電装品モジュールの正面図である。

以下、本発明の実施例を説明する。図１０～図１２で説明したものと同じものには同じ符号を付けた。室外機１００は、図１に示すように、その筐体１１０が、前面パネル１１１、その前面パネル１１１の右横のサービスパネル１１２、右側面パネル１１３、左側面パネル１１４、天面パネル１１５、背面パネル１１６、底面パネル１１７を備え、底面パネル１１７には脚１１８が取り付けられている。

以下の説明では、前面パネル１１１側を前、背面パネル１１６側を後、右側面パネル１１３側を右、左側面パネル１１４側を左、天面パネル１１６側を上、底面パネル１１７側を下とする。

図２、図３に、筐体１１０の前面パネル１１１、サービスパネル１１２、右側面パネル１１３、左側面パネル１１４、天面パネル１１５、背面パネル１１６を取り去った内部部品の状態を示す。室外機１００は、前面パネル１１１の後側が熱交換器室１１０Ａになり、サービスパネル１１２の後側が機械室１１０Ｂになるように、筐体１１０の上下方向に平行な仕切板１１９によってその内部が左右方向に区画されている。

熱交換器室１１０Ａには、図１２で説明した室外熱交換器１１や送風ファン１１Ｆが配置されている。６１は送風ファン１１Ｆが取り付けられるファン支持フレームであり、その下端が底面パネル１１７に取り付けられ、その上端は取付金具６２で室外熱交換器１１に支持されるともに、取付金具６３で前面パネル１１１に支持されている。

機械室１１０Ｂには、図１０、図１１で説明した冷媒配管３０、圧縮機１２、油分離器１３、膨張弁１４、アキュムレータ１５、四方弁１６などが収容されているが、図２、図３ではその一部のみを示している。機械室１１０Ｂは、サービスパネル１１２を取り外すことにより、室外機１００の前面側から視認可能となっている。

２００は電装品モジュールであり、プリント基板２１０と、そのプリント基板２１０の上面２１０ａを覆うようにそのプリント基板２１０に着脱自在に取り付けられる基板ホルダ２２０と、プリント基板２１０に搭載されたパワーデバイス２１２を冷却するヒートシンク２４０と、ヒートシンク２４０が取り付けられる固定板２３０を備える。

プリント基板２１０は、図６に示すように、その上面２１０ａが基板ホルダ２２０に覆われている。図４に示すように、プリント基板２１０の下面２１０ｂにおいては、中央領域２１０ｂ１にパワーＩＣ等のパワーデバイス２１１が搭載され、後側領域２１０ｂ２に図示しない入力ＡＣフィルタなどを含む強電系の電子部品が搭載され、前側領域２１０ｂ３に図示しない外部接部用コネクタなどを含む弱電系の電子部品が搭載される。

このように、プリント基板２１０の下面２１０ｂは、前側から後側にかけて、前側領域２１０ｂ３、中央領域２１０ｂ１、後側領域２１０ｂ２が並んで配置されている。そして、中央領域２１０ｂ１のパワーデバイス２１１が搭載される箇所には開口２１２が形成されている。

基板ホルダ２２０は、図６に示したように、上蓋２２１と、格子形状に配置されたアーム２２２と、アーム２２２を囲む枠板２２３を備える。基板ホルダ２２０は、上蓋２２１を取り外した状態では、図３に示すように、アーム２２２を介してプリント基板２１０の上面２１０ａを上方から視認できるようになっている。

そして、図６に示すように、枠板２２３の前端と後端の内側に設けられた爪２２４がプリント基板２１０の下面２１０ｂの前縁部と後縁部に係止し、アーム２２２がプリント基板２１０の上面２１０ａを押圧することで、そのプリント基板２１０が基板ホルダ２２０に保持されている。

基板ホルダ２２０の枠板２２３の下端を矢印で示すように前後方向に広げれば、枠板２２３が外側に撓んで爪２２４がプリント基板２１０から外れ、そのプリント基板２１０を取り外すことができる。基板ホルダ２２０にプリント基板２１０を保持させるときは、プリント基板２１０の縁部を爪２２４に押し当ててからアーム２２２に当接するまで、そのプリント基板２１０を基板ホルダ２２０内に押し込めばよい。

固定板２３０は板金製であり、縦板２３１と横板２３２により側面視でＬ字形状に形成されていて、縦板２３１が仕切板１１９の機械室１１０Ｂ側に取り付けられ、横板２３２は仕切板１１９と直交する方向に機械室１１Ｂの前後方向に平行となるように伸びている。この固定板２３０と基板ホルダ２２０により囲まれる内部空間に、前記したプリント基板２１０が配置されている。

また、この固定板２３０の横板２３２の上面２３２ａには、図５に示すように、仕切板１１９に縦方向に部分的にプレス成形された凹部１１９Ａ，１１９Ｂに位置合わせできる２本の結露水収集溝２３３Ａ，２３３Ｂが形成されている。この結露水収集溝２３３Ａ，２３３Ｂは、図７に示すように、縦板２３１の側が縦板２３１と反対側よりも深くなるように傾斜した形状となっている。

そして、横板２３２の上面２３２ａの２本の結露水収集溝２３３Ａ，２３３Ｂの間には、２本の冷媒配管３０Ｌが前後方向に平行に並ぶように配置されている。この冷媒配管３０Ｌは仕切板１１９を向く側の部分３１がＵ字形状に曲折されている。また、この冷媒配管３０Ｌは横板２３２における縦板２３１と反対側、つまり図３における右側の先端において曲折部３２により下方向に折り曲げられている。

ヒートシンク２４０は、図６に示すように、下面に溝形状の２本のＵ字形状の凹部２４１が形成され、固定板２３０の横板２３２の上面２３２ａに配置された冷媒配管３０Ｌを、その凹部２４１で横板２３２に押さえ付けるように、ネジＢ１，Ｂ２によって横板２３２に取り付けられている。前記したパワーデバイス２１１は、パワーデバイス２１１から引き出されたリード２１１ａがプリント基板２１０の下面２１０ｂに半田付けされており、ヒートシンク２４０に熱的に結合させる際は、プリント基板２１０に形成された開口２１２からプラスドライバを挿入してネジＢ３でそのヒートシンク２４０にネジ止めする。

以上から本実施例の電装品モジュール２００によれば、プリント基板２１０を備える電装品モジュール２００が、前後方向に底面パネル１１７に対してほぼ平行に機械室１１０Ｂ内に取り付けられるので、上下方向に機械室１１０Ｂ内に取り付けられる場合と比較して、その電装品モジュール２００が室外機１００の上下方向に占めるサイズを大幅に小さくすることができ、室外機１００を小型化し易くなる。

また、プリント基板２１０は１枚であるので、２枚のプリント基板を使用する場合と比較して、２枚のプリント基板の間の接続ワイヤの増加や組立工数の増加を防ぎ、コスト安を実現することができる。

また、ヒートシンク２４０は冷媒配管３０Ｌを流れる冷媒によって冷却され、プリント基板２１０のパワーデバイス２１１はヒートシンク２４０によって冷却される。このため、パワーデバイス２１１は充分冷却されるので、そのパワーデバイス２１１を熱交換器室１１０Ａの送風ファン１１Ｆで生じる風を利用して空冷する必要はない。

また、プリント基板２１０の下面２１０ｂには、上記のように後側領域２１０ｂ２に入力ＡＣフィルタなどを含む強電系の電子部品が搭載され、前側領域２１０ｂ３には外部接部用コネクタなどを含む弱電系の電子部品が搭載される。したがって、手前のサービスパネル１１２側に外部接続部品が配置されるので、アクセスが容易となって組立時やメンテナンス時の作業性が良好となる。

また、弱電系の電子部品が手前のサービスパネル１１２側に配置され、高電圧が加わる強電系の電子部品が背面パネル１１６側に配置されるので、メンテナンス時の感電を防止することができる。

また、後側領域２１０ｂ２と前側領域２１０ｂ３の間の中央領域２１０ａにパワーデバイス２１２が配置されるため、冷媒配管３０Ｌを後側領域２１０ｂ２や前側領域２１０ｂ３を迂回することなくパワーデバイス２１２の下方に配管できるので、冷媒配管３０Ｌの引き回し距離が短くなり、構造を簡素化できる。

さらに、電装品モジュール２００はプリント基板２１０とヒートシンク２４０が基板ホルダ２２０と固定板２３０によって周囲を覆われているので、ヒートシンク２４０が結露して結露水が生じたときでも、その結露水が熱交換器１１０Ａの送風ファン１１Ｆによる空気流によって飛散することが防止される。

また、固定板２３０の上面２３２ａに結露水収集溝２３３Ａ，２３３Ｂが形成されているので、その結露水は結露水収集溝２３３Ａ，２３３Ｂに流れ込む。通常では結露水の量は僅かであるので、そこに滞留させたままにしておいても良いが、仕切板１１９に凹部１１９Ａ，１１９Ｂを形成しておくことで、その凹部１１９Ａ，１１９Ｂを経由して電装品モジュール２００の外部に排出される。

図８、図９は結露水収集溝２３３Ａ，２３３Ｂに集められた結露水を電装品モジュール２００の外部に排出す部分の別の例を示す図である。ここでは、結露水収集溝２３３Ａ，２３３Ｂの仕切板１１９の側の縦板２３１に凹部２３３Ａ１，２３３Ｂ１を形成することで、結露水収集溝２３３Ａ，２３３Ｂに集められた結露水がその凹部２３３Ａ１，２３３Ｂ１を経由して排出されるようにした。このようにすれば、仕切板１１９に凹部１１９Ａ，１１９Ｂを形成する必要がなくなる。

３０Ｌ：冷媒配管
１００：室外機、１１０：筐体、１１０Ａ：熱交換器室、１１０Ｂ：機械室、１１１：正面パネル、１１２：サービスパネル、１１３：右側面パネル、１１４：左側面パネル、１１５：天面パネル、１１６：背面パネル、１１７：底面パネル、１１８：スタンド、１１９：仕切板、１１９Ａ，１１９Ｂ：凹部
２００：電装品モジュール、２１０：プリント基板、２１２：パワーデバイス、２２０：基板ホルダ、２３０：固定板、２３３Ａ，２３３Ｂ：結露水収集溝、２３３Ａ１，２３３Ｂ１：凹部、２４０：ヒートシンク

Claims (4)

1. 筐体の上下方向に配置された仕切板により、熱交換器及びファンが配置される熱交換器室と冷媒配管が配置される機械室に区画され、前記機械室に前記冷媒配管とともに電装品モジュールが配置された空気調和機の室外機において、
   前記電装品モジュールは、前記仕切板に前記機械室の前後方向に平行となるように前記仕切板の前記機械室側に取り付けられる固定板と、該固定板との間で前記冷媒配管を挟むように前記固定板の上面に取り付けられるヒートシンクと、パワーデバイスが下面に搭載されたプリント基板と、該プリント基板の上面を覆う上蓋と前記プリント基板の周囲を囲む枠板を備え前記プリント基板を保持する基板ホルダとを備え、
   前記固定板は結露水を集める結露水収集溝が上面に形成され、
   前記プリント基板は前記パワーデバイスが前記ヒートシンクに結合されることで前記固定板に取り付けられ、
   前記基板ホルダと前記固定板によって前記ヒートシンクと前記プリント基板を含む内部空間が囲まれていることを特徴とする室外機。
2. 請求項１に記載の室外機において、
   前記結露水収集溝は、前記仕切板側が低くなるよう傾斜して形成されていることを特徴とする室外機。
3. 請求項１又は２に記載の室外機において、
   前記仕切板の前記固定板と接する部分に、前記結露水収集溝に滞留した結露水を下方に排出させる凹部が形成されていることを特徴とする室外機。
4. 請求項１又は２に記載の室外機において、
   前記固定板の前記仕切板と接する側に、前記結露水収集溝に滞留した結露水を下方に排出させる凹部が形成されていることを特徴とする室外機。

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