JPH02157554A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、能力可変圧縮機およびその圧縮機に駆動電
力を供給するインバータ回路を備えた空気調和機に関す
る。

（従来の技術） 空気調和機においては、能力可変圧縮機およびその圧縮
機に駆動電力を供給するインバータ回路を備え、インバ
ータ回路の出力周波数を空調負荷に応じて制御すること
により、空調負荷に対応する最適な能力を得、快適性の
向上および省エネルギ効果の向上を図るようにしたもの
がある。

この場合、インバータ回路のスイッチング素子の熱を外
部に放出するべ（、スイッチング素子を室外ファンの周
囲に配置している。

特に、電車の空調やビル内の空調などに用いる業務用の
大形の空気調和機の場合、扱う電力が大きいため、イン
バータ回路のスイッチング素子として大容量のジャイア
ント−トランジスタ（Ｇ−ＴＲ）を用いており、十分な
放熱が必要である。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記のような業務用の空気調和機の場合、ス
イッチング素子の放熱量はインバータ回路の容量の約１
割にも達し、容量が１ＱｋＶＡクラスのインバータ回路
では放熱量が８６０ｋｃａｌ／１１にもなる。

これは、非常に無駄なことで、省エネルギに相反するも
のである。

一方、ヒートポンプ式冷凍サイクルは外気からの汲上げ
熱量が少なく、暖房能力が小さいという欠点がある。

そこで、インバータ回路の素子の熱を室内に放出し、暖
房能力を補うことが考えられるが、そうすると冷房にお
いて冷却効果が損われるという新たな問題がある。

この発明は上記のような事情に考慮したもので、その目
的とするところは、冷房時の冷却効果を損うことなく、
インバータ回路の素子の熱を暖房補助熱として有効利用
することができ、省エネルギ効果の大幅な向上を可能と
する空気調和機を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 能力可変圧縮機、四方弁、室外熱交換器、−減圧器、室
内熱交換器を順次連通してなるヒートポンプ式冷凍サイ
クルと、前記室外熱交換器および室外ファンを設けた室
外部と、前記室内熱交換器および室内ファンを設けた室
内部と、第１および第２スイッチング回路を有し前記圧
縮機に駆動電力を供給するインバータ回路と、冷房運転
時、前記第１スイッチング回路を駆動する手段と、暖房
運転時、前記第２スイッチング回路を駆動する手段と、
前記室外部の通風路に設けた第１放熱体と、前記室内部
の通風路に設けた第２放熱体とを備え、前記第１スイッ
チング回路の素子を前記第１放熱体に取付け、前記第２
スイッチング回路の素子を第２放熱体に取付ける。

（作用） 暖房運転時はインバータ回路の第２スイッチング回路が
動作し、その第２スイッチング回路の素子の熱が暖房補
助熱として室内に放出される。

冷房運転時はインバータ回路の第１スイツチンク回路が
動作し、その第１スイッチング回路の素子の熱は室外に
放出される。

（実施例） 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第２図において、１は能力可変圧縮機で、その圧縮機１
に四方弁２、室外熱交換器３、減圧器たとえば膨張弁４
、室内熱交換器５などを順次連通し、ヒートポンプ式冷
凍サイクルを構成している。

すなわち、冷房運転時は図示実線矢印の方向に冷媒を流
し、室外熱交換器３を凝縮器、室内熱交換器５を蒸発器
として作用させる。暖房運転時は四方弁２の切換作動に
より、室内熱交換器５を凝縮器、室外熱交換器３を蒸発
器として作用させる。

また、１１は能力可変圧縮機で、その圧縮機１１に四方
弁１２、室外熱交換器１３、減圧器たとえば膨張弁１４
、室内熱交換器１５などを順次連通し、ヒートポンプ式
冷凍サイクルを構成している。

すなわち、冷房運転時は図示実線矢印の方向に冷媒を流
し、室外熱交換器１３を凝縮器、室内熱交換器１５を蒸
発器として作用させる。暖房運転時は四方弁１２の切換
作動により、室内熱交換器１５を凝縮器、室外熱交換器
１３を蒸発器として作用させる。

ここで、室内熱交換器５および室内熱交換器１５は、そ
れぞれの冷媒配管を一つの筐体に並設し、一つの熱交換
器１０としである。。

一方、上方から見た本体の内部構成を第３図に示す。

２０は本体で、長手方向の両端に圧縮機室２１と室外部
２２を形成し、その圧縮機室２１と室外部２２との間に
室内部２３とインバータ室２４を配している。

インバータ室２４は、室外部２２と室内部２３にそれぞ
れ隣接し、両者を分離している。

圧縮機室２１は、圧縮機１．１１を収容している。

室外部２２は、両側に吸込口２２ａ、２２ｂを有し、そ
れら吸込口と対応する位置に室外熱交換器３．１３をそ
れぞれ設けている。そして、室外熱交換器３．１３の間
に室外ファン２５を設けている。さらに、隣りのインバ
ータ室２３との仕切り板に第１放熱体であるところの放
熱フィン２６を水密的に貫通して設け、その放熱フィン
２６を室外ファン２５による通風路に臨ませている。

室内部２３は、室内と連通ずる吸込口２７および吹出口
２８を有し、その吸込口２７と吹出口２８との間に熱交
換器１０を設けている。そして、吹出口２８と対応する
位置に室内ファン２９を設けている。さらに、隣りのイ
ンノ（−２室２３との仕切り板に第２放熱体であるとこ
ろの放熱フィン３０を水密的に貫通して設け、その放熱
フィン３０を吸込口２７から熱交換器１０にかけての通
風路に臨ませている。

放熱フィン２６．３０は、アルミニウムを押出し成形し
たものである。

しかして、インバータ室２４において、放熱フィン２６
に、スイッチング素子であるところのジャイアント・ト
ランジスタ（Ｇ−ＴＲ）３１を多数個取付けている。さ
らに、放熱フィン３０に、スイッチング素子であるとこ
ろのジャイアント・トランジスタ３２を多数個取付けて
いる。

制御回路を第１図に示す。

４０は直流電源電圧を一定の直流電圧（たとえば３３０
Ｖ）に変換するＤ／Ｄコンバータで、そのコンバータ４
０の出力端にインバータ回路５０゜６０を接続する。

インバータ回路５０は、コンバータ４０の出力端に、接
触器接点７５ａ、７５ｂのそれぞれ常閉側を介して第１
スイッチング回路５１を接続し、かつ接触器接点７５ａ
、７５ｂのそれぞれ常開側を介して第２スイッチング回
路５２を接続している。

第１スイッチング回路５１は、インバータ室２４におけ
る複数個のジャイアント９トランジスタ３１を構成要素
とし、それらトランジスタ３１のスイッチングによって
コンバータ４０の出力電圧を所定周波数（および電圧）
の三相交流に変換するものである。この出力は、接触器
接点７６ａ。

７６ｂ、７６ｃの常閉側を介し、圧縮機１の駆動モータ
ＩＭへ駆動電力として供給する。

第２スイッチング回路５２は、インバータ室２４におけ
る複数個のジャイアント寺トランジスタ３２を構成要素
とし、それらトランジスタ３２のスイッチングによって
コンバータ４０の出力電圧を所定周波数（および電圧）
の三相交流に変換するものである。この出力は、接触器
接点７６ａ。

７６ｂ、７６ｃの常開側を介し、圧縮機１の駆動モータ
ＩＭへ駆動電力として供給する。

インバータ回路６０は、コンバータ４０の出力端に、接
触器接点７７ａ、７７ｂのそれぞれ常閉側を介して第１
スイツチング囲路６１を接続し、かつ接触器接点７８ａ
、７８ｂのそれぞれ常開側を介して第２スイッチング回
路６２を接続している。

第１スイッチング回路６１は、インバータ室２４におけ
る複数個のジャイアント−トランジスタ３１を構成要素
とし、それらトランジスタ３１のスイッチングによって
コンバータ４０の出力電圧を所定周波数（および電圧）
の三相交流に変換するものである。この出力は、接触器
接点７８ａ。

７８ｂ、７８Ｃの常閉側を介し、圧縮機１１の駆動モー
タ１１Ｍへ駆動電力として供給する。

第２スイッチング回路６２は、インバータ室２４におけ
る複数個のジャイアント・トランジスタ３２を構成要素
とし、それらトランジスタ３２のスイッチングによって
コンバータ４０の出力電圧を所定周波数（および電圧）
の三相交流に変換するものである。こ・の出力は、接触
器接点７８ａ。

７８ｂ、７８Ｇの常開側を介し、圧縮機１１の駆動モー
タ１１Ｍへ駆動電力として供給する。

７０は空気調和機全般にわたる制御を行なう制御部で、
マイクロコンピュータおよびその周辺回路からなる。

この制御部７０に、操作部７１、四方弁駆動回路７２、
室外ファン駆動回路７３、室内ファン駆動回路７４、電
磁接触器７５，７６．７７．７８、インバータ回路５０
．６０のスイッチング回路５１．５２，６１．６２を接
続する。

操作部７１は、各種の運転条件を人力するためのもので
ある。

四方弁駆動回路７２は、制御部７０の指令に応じて四方
弁２．１２を駆動制御するものである。

室外ファン駆動回路７３は、制御部７０の指令に応じて
室外ファン２５の駆動モータ２５Ｍを駆動制御するもの
である。

室外ファン駆動回路７４は、制御部７０の指令に応じて
室内ファン２９の駆動モータ２９Ｍを駆動制御するもの
である。

しかして、制御部７０は、冷房運転時に第１スイツチン
グ回路５１．６１を駆動する手段、暖房運転時に第２ス
イツチング回路５２．６２を駆動する手段を備えている
。

つぎに、上記のような構成において動作を説明する。

操作部７１で冷房運転モードを設定し、運転開始操作を
行なう。

すると、制御部７０は、電磁接触器７５，７６゜７７．
７８を消勢したままスイッチング回路５１゜６１を駆動
するとともに、室外ファン２５および室内ファン２９を
起動する。

スイッチング回路５１．６１が動作すると、駆動モータ
ＩＭ、１１Ｍへ三相交流電圧が印加され、圧縮機１．１
１が起動する。

こうして、二つの冷凍サイクルにおいて冷房サイクルが
形成され、室外熱交換器３．１３が凝縮器、熱交換器１
０が蒸発器として作用する。

そして、室内ファン２９の回転により、吸込口２７から
室内部２３に室内空気が吸込まれ、その吸込空気は熱交
換器１０で冷却され、冷却風となって吹出口２８から室
内に吹出される。

このとき、吸込空気が放熱フィン３０に当たるが、スイ
ッチング回路５２．６２は動作していないのでトランジ
スタ３２の温度は低くなっており、よって放熱フィン３
０からの放熱はなく、冷却効果を損うことがない。

また、室外ファン２５の回転により、吸込口２２ａ、２
２ｂから室外部２２に室外空気が吸込まれ、その吸込空
気は室外熱交換器３．１３から熱を奪い、さらに放熱フ
ィン３０から熱を奪い、室外に放出される。

すなわち、スイッチング回路５１．６１のトランジスタ
３１の熱を放熱フィン２６を通して外部に効率よく放出
することができ、安定したスイッチングが可能である。

ところで、冷房運転中、スイッチング回路５１に故障が
生じた場合には、操作部７１の操作によって他方のスイ
ッチング回路５２を駆動し、圧縮機１の運転を継続する
ことが可能である。スイッチング回路６１に故障が生じ
た場合には、他方のスイッチング回路６２を駆動し、圧
縮機１１の運転を継続することが可能である。

このフェールセーフ機能により、いわゆるシステムダウ
ンを防ぐことができ、信頼性を確保できる。

操作部７１で暖房運転モードを設定し、運転開始操作を
行なう。

すると、制御部７０は、電磁接触器７５，７６゜７７．
７８を付勢するとともに、四方弁２．１２を切換作動す
る。さらに、スイッチング回路５２６２を駆動するとと
もに、室外ファン２５および室内ファン２９を起動する
。

この場合、圧縮機１．１１はスイッチング回路５２．６
２の出力によって起動する。

こうして、二つの冷凍サイクルにおいて暖房サイクルが
形成され、熱交換器１０が凝縮器、室外熱交換器３．１
３が蒸発器として作用する。

そして、室内ファン２９の回転により、吸込口２７から
室内部２３に室内空気が吸込まれ、その吸込空気は放熱
フィン３０から熱を奪い、さらに熱交換器１０から熱を
奪い、温風となって吹出口２８から室内に吹出される。

すなわち、スイッチング回路５２．６２のトランジスタ
３２の熱を暖房補助熱として有効利用することができる
。しかも、トランジスタ３２にとっては効率のよい放熱
となり、安定したスイッチングを行なうことができる。

また、室外ファン２５の回転により、吸込口２２ａ、２
２ｂから室外部２２に室外空気が吸込まれ、室外熱交換
器３，１３において熱の汲上げがなされる。

ところで、この暖房運転においても、スイッチング回路
５２に故障が生じた場合には、操作部７１の操作によっ
て他方のスイッチング回路５１を駆動し、圧縮機１の運
転を継続することが可能である。スイッチング回路６２
に故障が生じた場合には、他方のスイッチング回路６１
を駆動し、圧縮機１１の運転を継続することが可能であ
る。

以上、冷房時の冷却効果を損うことなく、インバータ回
路５０．６０のトランジスタ３１．３２の熱を暖房能力
として有効利用することができ、省エネルギ効果の大幅
な向上が図れる。

しかも、トランジスタ３１．３２を使い分ける構成であ
るから、そのトランジスタ３１．３２の寿命が向上する
という利点がある。

なお、上記実施例では、圧縮機およびインバータ回路が
それぞれ２台ある場合について説明したが、それぞれ１
台の場合についても同様に実施可能である。

その他、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、能力可変圧縮機、
四方弁、室外熱交換器、減圧器、室内熱交換器を順次連
通してなるヒートポンプ式冷凍サイクルと、前記室外熱
交換器および室外ファンを設けた室外部と、前記室内熱
交換器および室内ファンを設けた室内部と、第１および
第２スイッチング回路を有し前記圧縮機に駆動電力を供
給するインバータ回路と、冷房運転時、前記第１スイッ
チング回路を駆動する手段と、暖房運転時、前記第２ス
イッチング回路を駆動する手段と、前記室外部の通風路
に設けた第１放熱体と、前記室内部の通風路に設けた第
２放熱体とを備え、前記第１スイッチング回路の素子を
前記第１放熱体に取付け、前記第２スイッチング回路の
素子を第２放熱体に取付けたので、冷房時の冷却効果を
損うことなく、インバータ回路の素子の熱を暖房能力と
して有効利用することができ、省エネルギ効果の大幅な
向上を可能とする空気調和機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における制御回路の構成を
示す図、第２図は同実施例における冷凍サイクルの構成
を示す図、第３図は同実施例における本体の内部の構成
を示す図である。 １．１１・・・能力可変圧縮機、２．１２・・・四方弁
、３．１３・・・室外熱交換器、５．１５・・・室内熱
交換器、３１．３２・・・ジャイアント・トランジスタ
（素子）　　５０．６０・・・インバータ回路、５１．
６１・・・第１スイッチング回路、５２゜６２・・・第
２スイッチング回路。 ノ５０ 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 能力可変圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧器、室内
   熱交換器を順次連通してなるヒートポンプ式冷凍サイク
   ルと、前記室外熱交換器および室外ファンを設けた室外
   部と、前記室内熱交換器および室内ファンを設けた室内
   部と、第１および第２スイッチング回路を有し前記圧縮
   機に駆動電力を供給するインバータ回路と、冷房運転時
   、前記第１スイッチング回路を駆動する手段と、暖房運
   転時、前記第２スイッチング回路を駆動する手段と、前
   記室外部の通風路に設けた第１放熱体と、前記室内部の
   通風路に設けた第２放熱体とを具備し、前記第１スイッ
   チング回路の素子を前記第１放熱体に取付け、前記第２
   スイッチング回路の素子を第２放熱体に取付けたことを
   特徴とする空気調和機。