JPH0814709A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インバータ式の空調装置において、冷媒を圧
縮する電動コンプレッサを駆動するためのインバータ回
路に使用される半導体素子（インバータ素子）のような
発熱体を、常に確実に、且つ効率よく冷却する。 【構成】 図示実施例は冷房兼暖房装置の冷凍サイクル
に適用された例で、電動コンプレッサ２によって圧縮さ
れた冷媒は、四方弁６によって切り換えられて、室内熱
交換器８又は室外熱交換器１２に送られる。冷房運転、
或いは暖房運転のいずれの場合でも、アキュームレータ
タンク３内には低温、低圧で気化可能な液体冷媒が溜ま
っているから、その壁面３ｗに、熱伝導性のあるブロッ
ク１６を介して冷却ボックス１５を取り付け、ボックス
１５の内部にインバータ素子を収容して冷却する。ま
た、ボックス１５を使用しないで、アキュームレータタ
ンク３の壁面３ｗに直接的にインバータ素子を取り付け
てもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ式の空調装
置、即ち、インバータ回路によって多段階に回転数を制
御されて冷媒の吐出量を変化させる電動コンプレッサを
備えているエアコンシステムに係り、特に冷房兼暖房装
置として使用するのに適したインバータ式の空調装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ式の空調装置においては、イ
ンバータ回路に使用されている半導体素子（これを「イ
ンバータ素子」と呼ぶことにする。）のような発熱体の
放熱を考える必要があり、特に電気自動車のような車両
の場合には、夏季の日差しが強い場所での停車時等に雰
囲気温度が非常に高くなるので、インバータ素子を確実
な方法で積極的に冷却することが必要になる。

【０００３】このような目的に適用することができるイ
ンバータ素子の冷却手段が特開平４−９３５５７号公報
に記載されている。この従来技術は冷房装置に関するも
のであって、インバータ素子のような発熱体を冷房装置
本体の冷凍サイクルにおける配管の一部に取り付けて、
循環する冷媒によって発熱体を冷却するものである。こ
の従来技術においては、冷房装置における冷凍サイクル
の中でも、冷却されるべき発熱体を取り付ける配管とし
て、具体的に膨張弁やキャピラリチューブのような減圧
器（絞り膨張部）から蒸発器（室内熱交換器）にかけて
の配管や、凝縮器（室外熱交換器）から減圧器にかけて
の配管、或いはインバータ素子の冷却のために特別に設
けられるバイパス通路の配管、即ち、減圧器と蒸発器を
迂回するバイパス通路、蒸発器の途中から引き出されて
蒸発器の下流側部分を迂回するバイパス通路、更には凝
縮器と減圧器との間に設けられるバイパス通路をそれぞ
れ開示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術の一部
において提示しているような、バイパス通路の配管を特
別に設けて、それに冷却すべきインバータ素子を取り付
けるという方策は、特別のバイパス通路をインバータ素
子の冷却のために設ける必要があるが、それによって冷
凍サイクルの構成が複雑になり、トラブル発生の可能性
が高くなるばかりでなく、製造工程やコストの面から言
って非常に不利である。

【０００５】また、従来技術がインバータ素子の取り付
け位置として挙げている減圧器から蒸発器にかけての配
管や、凝縮器から減圧器にかけての配管についても、そ
れらの部分が、冷凍サイクルの中で利用可能なもっとも
大きな冷熱を発生する位置ではないのと、一般に冷凍サ
イクルの配管の内部を流れる冷媒の流量は運転条件によ
って大きく変動するので、インバータ素子のような発熱
体を常に確実に冷却することができるとは限らない。そ
のような意味から、従来技術は発熱体の冷却のために必
ずしも最適の位置を選んでいるとは言えない。

【０００６】本発明は、従来技術における前述のような
問題に対処して、新規な手段によってそれらの問題を解
消すると共に、特に、その空調装置が単なる冷房装置で
はなく、冷凍サイクルにおける冷媒の流れ方向を切り換
えることによって暖房装置としても作動する、所謂ヒー
トポンプ式の冷房兼暖房装置である場合に、冷房運転及
び冷房運転のいずれの状態でもインバータ素子を十分に
冷却することができる最適の手段を提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、インバータ回路により電動
コンプレッサを駆動することによって前記電動コンプレ
ッサの回転数と冷媒吐出量を制御する空調装置におい
て、前記インバータ回路に含まれる半導体のような発熱
体を、前記冷凍サイクルの一部に挿入されている冷媒の
ためのアキュームレータタンクの壁面に熱伝導可能に取
り付けたことを特徴とする空調装置を提供する。

【０００８】本発明は、また前記の課題を解決するため
の手段として、インバータ回路により電動コンプレッサ
を駆動することによって前記電動コンプレッサの回転数
と冷媒吐出量を制御すると共に、冷凍サイクルの流路を
切り換えることによって冷房及び暖房の双方に使用する
ことができるようにされた空調装置において、前記イン
バータ回路に含まれる半導体のような発熱体を、前記冷
凍サイクルの一部に挿入されている冷媒のためのアキュ
ームレータタンクの壁面に熱伝導可能に取り付けたこと
を特徴とする空調装置を提供する。

【０００９】

【作用】本発明の空調装置は冷房兼暖房装置であって、
冷房運転と暖房運転との切り換えのために、例えば四方
弁のような手段を使用して、冷凍サイクルの流路の一部
を切り換えることによって、冷媒の流れる方向を部分的
に変化させる。また、その冷凍サイクルの冷媒を圧縮す
る電動コンプレッサが、インバータ回路によって回転数
を制御されるようになっており、それによって電動コン
プレッサの冷媒の吐出量が変化し、冷房能力或いは暖房
能力の大きさを自由に変化させて、容易に環境条件に適
合させることができる。

【００１０】インバータ回路に使用されるインバータ素
子のような発熱体を確実に冷却するために、従来技術と
同様に、本発明においても冷凍サイクルにおける余分な
冷熱を利用するが、特に、冷房兼暖房装置の冷凍サイク
ルの場合は、従来技術のような単独の冷房装置に比べ
て、どのような運転状態でも低温となる位置がより狭く
限定される。

【００１１】そこで本発明では、アキュームレータタン
クの冷熱に着目し、その壁面にインバータ素子のような
インバータ回路の発熱体を取り付けて冷却するようにし
た点に特徴がある。冷房兼暖房装置の冷凍サイクルであ
っても、アキュームレータタンクの前後の部分には常に
低温の冷媒が流れているので、蒸発器となる熱交換器の
内部を除いて、冷凍サイクルの中でもこの部分は最も低
温となる部分であり、その冷熱は余分なものであるから
インバータ素子等の発熱体を冷却する目的に利用可能で
ある。いうまでもなく、冷房単独の装置や暖房単独の装
置の冷凍サイクルにおいても同様のことが言える。

【００１２】しかし、アキュームレータタンクの下流側
の電動コンプレッサの吸入ポートまでの部分は、運転条
件によっては発熱体の熱によって電動コンプレッサへの
吸入冷媒がスーパーヒートされる懸念がある。アキュー
ムレータタンクに発熱体を取り付けて冷却することによ
って、発熱体の熱がアキュームレータタンク内に溜まっ
ている液体冷媒を気化させるだけであって、吸入冷媒を
スーパーヒートさせることはない。以上の理由から、イ
ンバータ素子のような発熱体を冷却するのに最適の位置
はアキュームレータタンクの壁面であることが理解され
る。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例としての冷暖房兼用の空調装
置の冷凍サイクルを図１に示す。実施例の冷凍サイクル
１は、図示しないインバータ回路によって回転数制御が
可能な状態で駆動される電動コンプレッサ２を備えてお
り、コンプレッサ２は、その上流側のアキュームレータ
タンク３の気相部分から、タンク３の流出側のポート３
ｄと配管４を介して気体冷媒を吸入して圧縮し、圧縮さ
れた冷媒を下流側の配管５へ吐出する。図中コンプレッ
サ２の吸入ポートを２Ｓとし、吐出ポートを２Ｄとして
示している。

【００１４】実施例の冷凍サイクル１は冷房兼暖房装置
用のものであるから、冷凍サイクルの冷媒の流れ方向を
切り換えるために、コンプレッサ２の下流側の配管５に
は、４個のポート６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを有する四方
弁６のポート６ａが接続されている。図１は四方弁６内
の実線の流路によって暖房運転の状態を示しており、そ
の状態におけるコンプレッサ２の下流側になるものは、
ポート６ｂと配管７によって接続された室内熱交換器８
である。暖房運転の状態では室内熱交換器８は圧縮され
た冷媒の凝縮器として作動しており、冷媒の凝縮熱を室
内に放出して室内の空気を暖めると同時に、圧縮された
冷媒を液化させる。

【００１５】四方弁６が図１に実線で示すような位置を
とる暖房運転の状態において室内熱交換器８の下流側と
なる配管９と配管１０との間には、キャピラリチューブ
や膨張弁のような減圧器１１が接続される。そして、更
に減圧器１１の下流側には室外熱交換器１２が接続さ
れ、室外熱交換器１２は配管１３によって四方弁６のポ
ート６ｄに接続される。この暖房運転の状態では室外熱
交換器１２は冷媒の蒸発器になっており、減圧器１１を
通過して減圧された液体冷媒を膨張させて外気から熱を
吸収する作用をする。それによって冷媒は気化して気体
冷媒となる。

【００１６】室外熱交換器１２において気化し、四方弁
６のポート６ｄから実線で示すようにポート６ｃへ抜け
た低温、低圧の冷媒は、殆ど全部気体冷媒になっている
が、この気体冷媒は配管１４を通って流入側のポート３
ｉからアキュームレータタンク３の中へ戻る。アキュー
ムレータタンク３内では下部に分離された液体冷媒が溜
まり、上部を気体冷媒が通過する。前述のように、電動
コンプレッサ２の吸入ポート２Ｓへ吸入される冷媒は上
部の気相部分から供給される。このように、四方弁６の
内部に実線のような流路が形成される暖房運転の状態で
は、室外熱交換器１２によって吸収された外気の熱が、
循環する冷媒によって室内熱交換器８に運ばれて室内へ
放出される。

【００１７】実施例の冷凍サイクル１の四方弁６が破線
で示す流路を形成するように切り換えられたときは、冷
房兼暖房装置は冷房運転の状態となる。この状態では四
方弁６のポート６ａからポート６ｄまでの冷媒の流れ方
向が変わり、室内熱交換器８と減圧器１１、及び室外熱
交換器１２とそれらに直接に接続された配管７，９，１
０，１３における冷媒の流れ方向が、暖房運転の状態と
は反対になる。その結果、室外熱交換器１２は冷媒の凝
縮器となり、圧縮された冷媒を液化させて凝縮熱を外気
中へ放出すると共に、室内熱交換器８は冷媒の蒸発器と
なって室内の空気から熱を奪う作用をする。このよう
に、冷房兼暖房装置の冷凍サイクル１においては、暖房
運転の状態と冷房運転の状態の切り換えによって２つの
熱交換器にに関連する部分の冷媒の流れ方向が反対にな
るため、インバータ素子の冷却に利用することができる
位置が限られて来る。

【００１８】図１から判るように、暖房運転の状態であ
っても、また冷房運転の状態であっても、低温で低圧の
冷媒が、四方弁６のポート６ｃから配管１４を介してア
キュームレータタンク３の流入側のポート３ｉへ流れ、
更に、アキュームレータタンク３の流出側のポート３ｄ
から配管４を介して電動コンプレッサ２の吸入ポート２
Ｓへ流れることは同じである。このように、四方弁６の
ポート６ｃからコンプレッサ２の吸入ポート２Ｓまでの
アキュームレータタンク３を含む部分は、運転状態が冷
房運転と暖房運転の間で切り換えられても冷媒の流れの
方向が変わらないだけでなく、冷凍サイクル１の中で
も、蒸発器となる室内熱交換器８又は室外熱交換器１２
の内部を除いて、流れる冷媒の温度が最も低くなる部分
である。

【００１９】従って、四方弁６のポート６ｃから電動コ
ンプレッサ２の吸入ポート２Ｓまでの範囲がインバータ
素子を冷却する目的において最も利用しやすい冷熱をも
たらすものと考えられる。しかしながら、その反面にお
いて、アキュームレータタンク３の流出側のポート３ｄ
から配管４を介して電動コンプレッサ２の吸入ポート２
Ｓに到る冷媒の流路に冷却すべきインバータ素子を取り
付けると、暖房運転の状態において、コンプレッサ２の
吸入ポート２Ｓにおける冷媒が、インバータ素子の発生
する熱によってスーパーヒートされることになり、吐出
ポート２Ｄから吐出される冷媒の温度が過度に上昇して
問題を生じる懸念がある。以上の考察から、インバータ
素子を冷却するために最適の位置は、四方弁６のポート
６ｃからアキュームレータタンク３の流出側のポート３
ｄまでの範囲に限られるということになる。

【００２０】なお、前述の説明から明らかなように、特
開平４−９３５５７号公報に記載された冷房装置は、図
１の四方弁６を破線で示す流路を形成するように切り換
えた冷房運転の状態において、減圧器１１の前後の配管
１０又は配管９自体にインバータ素子を取り付けて冷却
しようとするのと同じことである。しかし、これらの配
管９，１１の中を流れる冷媒の温度は、室外熱交換器１
２が凝縮器となる冷房運転の状態でも、蒸発器となる室
内熱交換器８からアキュームレータタンク３を介してコ
ンプレッサ２の吸入ポート２Ｓへ流れる低圧の冷媒の温
度よりも高く、インバータ素子の冷却に利用することが
できる冷熱の量は比較的少ない。

【００２１】図１に示した第１実施例の特徴は、冷凍サ
イクル１の中で蒸発器となる室内熱交換器８又は室外熱
交換器１２の内部を除いて、内部を流れ、或いは内部に
存在する冷媒が利用可能な冷熱を最も多く保有している
と考えられ、しかも前述のようなスーパーヒートの懸念
もないアキュームレータタンク３に着目し、その壁面３
ｗに、熱を伝導する取り付けブロック１６を利用して、
冷却すべきインバータ素子を収容している金属製の冷却
ボックス１５を取り付けたことにある。

【００２２】図２〜図５にインバータ素子を内蔵してい
る冷却ボックス１５をアキュームレータタンク３の壁面
３ｗに取り付けるための、取り付けブロック１６を含む
具体的な取り付け構造を示す。冷却ボックス１５は金属
製の箱体であって、その内部に発熱体であるインバータ
素子１７を１個以上、アキュームレータタンク３に最も
近い壁面１５ｗに取り付けている。アキュームレータタ
ンク３は通常円筒形であるから、それと冷却ボックス１
５との間に介在する取り付けブロック１６のそれらに当
接する面は、図３及び図４から明らかなように、一方の
面が円弧面で、他方の面が平面になっている。取り付け
ブロック１６は熱伝導性の金属からなっており、予めア
キュームレータタンク３の壁面３ｗ又は冷却ボックス１
５の壁面１５ｗに溶接等の方法で取り付けられていても
よい。

【００２３】アキュームレータタンク３と冷却ボックス
１５との連結は、図２及び図３に示すような金属バンド
からなるホルダ１８を使用して、その両端を冷却ボック
ス１５の壁面１５ｗにボルト１９によって固定するか、
又は、図５に示すように、予め溶接等の方法でアキュー
ムレータタンク３の壁面３ｗに取り付けられた、断面コ
の字形の取り付けブロック１６’の窪み１６’ａの孔に
ボルト２０を通して、冷却ボックス１５の壁面１５ｗに
螺着するというような方法のいずれかによって行う。も
っとも、アキュームレータタンク３と冷却ボックス１５
との連結は、これ以外にも色々な公知の均等手段を利用
し得ることは言うまでもない。

【００２４】第１実施例によれば、発熱体であるインバ
ータ素子１７は、アキュームレータタンク３内にある低
温の冷媒によって確実に冷却される。運転条件や冷媒の
流量が変化しても、アキュームレータタンク３内には常
に低温の液体冷媒が貯溜されているので、その壁面３ｗ
は液体冷媒の気化によって概ね安定した低温を維持して
いる。従って、それに対して熱伝導性の取り付けブロッ
ク１６を介して取り付けられた冷却ボックス１５の壁面
１５ｗは、どのような状態においても常に安定してイン
バータ素子１７を十分に冷却することができる。

【００２５】また、インバータ素子１７を冷却すること
によってアキュームレータタンク３内に流入する熱は、
アキュームレータタンク３内に貯溜されている液体冷媒
を気化させるために使われるので、コンプレッサ２の吸
入ポート２Ｓの直前の気体冷媒に熱を与える場合と異な
って、吸入冷媒がスーパーヒートされることがないの
で、冷房兼暖房装置の暖房運転の状態であっても、電動
コンプレッサ２から吐出される冷媒の温度が過度に上昇
する懸念はない。

【００２６】図６及び図７に本発明の第２実施例を示
す。第１実施例では、発熱体であるインバータ素子１７
を冷却ボックス１５に収容して、それを取り付けブロッ
ク１６を介してアキュームレータタンク３に取り付けた
が、第２実施例においては、アキュームレータタンク３
の壁面３ｗに溶接や螺着等の方法で取り付けられたブロ
ック２１に、発熱体であるインバータ素子１７を直接に
取り付けると共に、発熱が問題にならないインバータ回
路の他の部分をインバータ制御部２２として纏めて別の
容器に収容し、両者の間を導線２３によって接続したも
のである。第２実施例においては、アキュームレータタ
ンク３において発生する利用可能な冷熱を効率よくイン
バータ素子１７に伝えることができる利点がある。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、インバータ式の空調装
置に使用されるインバータ素子のような発熱体を常に確
実に、且つ最も効率よく冷却することができ、それによ
って派生する問題も解決することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における冷凍サイクルを示
す断面図である。

【図２】第１実施例の要部を拡大して示す側面図であ
る。

【図３】図２に示した要部の平面図である。

【図４】図２におけるIV−IV断面図である。

【図５】図２におけるＶ−Ｖ断面図である。

【図６】第２実施例の要部を拡大して示す側面図であ
る。

【図７】図６に示した要部の平面図である。

【符号の説明】

１…冷房兼暖房装置の冷凍サイクル ２…電動コンプレッサ ３…アキュームレータタンク ３ｉ…流入側のポート ３ｄ…流出側のポート ３ｗ…壁面 ６…四方弁 ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ…四方弁のポート ８…室内熱交換器 １１…減圧器 １２…室外熱交換器 １５…冷却ボックス １６，１６’…取り付けブロック １７…インバータ素子 １８…バンド状のホルダ ２１…取り付けブロック ２２…インバータ制御部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ回路によって電動コンプレッ
   サを駆動することにより前記電動コンプレッサの回転数
   と冷媒吐出量を制御する空調装置において、前記インバ
   ータ回路に含まれる発熱体を、前記冷凍サイクルの一部
   を構成すると共に内部に液冷媒をたくわえるアキューム
   レータタンクの壁面に熱伝導可能に取り付けたことを特
   徴とする空調装置。
2. 【請求項２】 インバータ回路によって電動コンプレッ
   サを駆動することにより前記電動コンプレッサの回転数
   と冷媒吐出量を制御すると共に、冷凍サイクルの流路を
   切り換えることによって冷房及び暖房の双方に使用する
   ことができるようにされた空調装置において、前記イン
   バータ回路に含まれる発熱体を、前記冷凍サイクルの一
   部を構成すると共に内部に液冷媒をたくわえるアキュー
   ムレータタンクの壁面に熱伝導可能に取り付けたことを
   特徴とする空調装置。
3. 【請求項３】 前記インバータ回路に含まれる半導体の
   ような発熱体を冷却ボックス内に収容し、前記冷却ボッ
   クスを前記アキュームレータタンクの壁面に取り付けた
   ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の空
   調装置。
4. 【請求項４】 前記インバータ回路に含まれる発熱体
   を、前記インバータ回路の他の部分とは別に、前記アキ
   ュームレータタンクの壁面に取り付けたことを特徴とす
   る請求項１又は２のいずれかに記載の空調装置。
5. 【請求項５】 前記インバータ回路に含まれる発熱体、
   或いは前記発熱体を収容している前記冷却ボックスを、
   取り付けブロックを介して前記アキュームレータタンク
   の壁面に取り付けたことを特徴とする請求項１又は２の
   いずれかに記載の空調装置。