WO2016143070A1

WO2016143070A1 - 電力変換装置及び冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2016143070A1
Application number: PCT/JP2015/057019
Authority: WO
Inventors: 喜浩谷口; 真作楠部; 岩田　明彦; 信二村田; ▲高▼田　茂生
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2016-09-15
Also published as: JPWO2016143070A1; JP6410920B2; EP3270496A1; EP3270496A4; EP3270496B1

Abstract

電力変換装置（２０）は、放熱面（３０ａ）を有するパワーモジュール（３０）と、接続部（３２）によってパワーモジュール（３０）に接続され、パワーモジュール（３０）の放熱面（３０ａ）とは反対側の面側に設けられた基板（３１）と、パワーモジュール（３０）を収納する筐体（４０）と、パワーモジュール（３０）の放熱面（３０ａ）に固定され、パワーモジュール（３０）からの熱が伝達される放熱部（２１）と、放熱部（２１）におけるパワーモジュール（３０）と接触する面とは反対側の面に着脱自在に固定され、放熱部（２１）からの熱が伝達される冷却パネル（２２）と、冷却パネル（２２）における放熱部（２１）と接触する面とは反対側の面に固定され、内部に流通する冷媒に冷却パネル（２２）からの熱を伝達する配管（２３）と、を備え、放熱部（２１）は、筐体（４０）に設けられている。

Description

電力変換装置及び冷凍サイクル装置

　本発明は、パワーモジュールを備える電力変換装置及びその電力変換装置を備える冷凍サイクル装置に関する。

　空気調和装置及び冷熱装置等の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機を備えている。また、冷凍サイクル装置は、熱交換器において冷媒と熱交換する空気を送風するファン等を備えている。このような圧縮機及びファンは、概して、電動機を用いて回転駆動される。そして、電動機は、電力変換装置の一つであるインバータ装置を用いて、運転状態が精密に制御されている。インバータ装置は、駆動時に、インバータ構成部品、例えばパワーモジュールが発熱するため、冷却されることによって、異常高温に達することが抑制されている。

　特許文献１には、プリント基板とパワー素子（パワーモジュール）とからなる電気回路に、伝熱板を介して冷媒ジャケットが固定された空気調和機が開示されている。冷媒ジャケット及び電気回路は、冷凍サイクルに用いられる冷媒が流通する冷媒回路に接続されている。そして、冷媒ジャケットは、その内部に穴が設けられており、この穴に、冷媒が流通する冷媒配管が挿入されている。これにより、特許文献１は、パワー素子からの熱を、冷媒配管に流通する冷媒に伝達させようとするものである。

　また、特許文献２には、発熱部品（パワーモジュール）と伝熱器とが密着された空気調和装置が開示されている。伝熱器は、冷媒回路における全ての冷媒が流通する多穴扁平管、或いは、冷媒回路から分岐した一部の冷媒が流通する多穴扁平管である。これにより、特許文献２は、発熱部品からの熱を、伝熱器に流通する冷媒に伝達させようとするものである。

特許第４４８８０９３号公報特開２０１４－１２２７２４号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された空気調和機は、冷媒ジャケットにおいて、冷媒配管を挿入するための穴開け加工が必要であるため、製造コストがかかるという課題があった。また、特許文献２に開示された空気調和装置において、発熱部品（パワーモジュール）の交換等のサービスが行われる際、発熱部品と伝熱器とが分離される。概して、発熱部品は、接続部を介して基板に実装されている。そして、分離された発熱部品が机等に載置されると、発熱部品の自重及び外力等の荷重が、発熱部品と基板とを接続する接続部にかかり、接続部に過度の負担がかかるという課題があった。

　本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、製造コストを削減でき、且つ、パワーモジュールと基板とを接続する接続部の負担を軽減する電力変換装置及びその電力変換装置を備える冷凍サイクル装置を提供するものである。

　本発明に係る電力変換装置は、放熱面を有するパワーモジュールと、接続部によってパワーモジュールに接続され、パワーモジュールの放熱面とは反対側の面側に設けられた基板と、パワーモジュールを収納する筐体と、パワーモジュールの放熱面に固定され、パワーモジュールからの熱が伝達される放熱部と、放熱部におけるパワーモジュールと接触する面とは反対側の面に着脱自在に固定され、放熱部からの熱が伝達される冷却パネルと、冷却パネルにおける放熱部と接触する面とは反対側の面に固定され、内部に流通する冷媒に冷却パネルからの熱を伝達する配管と、を備え、放熱部は、筐体に設けられている。

　本発明によれば、配管は、冷却パネルに固定されている。これにより、冷却パネルにおいて、配管を挿入するための穴開け加工が不要であるため、製造コストを削減することができる。また、放熱部は、筐体に設けられており、冷却パネルに着脱自在に固定されている。これにより、パワーモジュールの交換等のサービスが行われる際、放熱部と冷却パネルとが分離されても、パワーモジュールは、依然として筐体に設けられた放熱部に固定されている。このため、パワーモジュールの自重及び外力等の荷重を、筐体に負担させることができる。これにより、接続部には過度の荷重がかからず、接続部の負担を軽減することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１を示す回路図である。本発明の実施の形態１に係る電力変換装置２０を示す正面断面図である。本発明の実施の形態１に係る電力変換装置２０を示す上面図である。本発明の実施の形態１における配管２３を示す側面図である。本発明の実施の形態１の変形例に係る冷凍サイクル装置１を示す回路図である。本発明の実施の形態２に係る電力変換装置２０を示す正面断面図である。本発明の実施の形態３に係る電力変換装置２０を示す正面断面図である。

　以下、本発明に係る電力変換装置及び冷凍サイクル装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１を示す回路図である。この図１に基づいて、冷凍サイクル装置１について説明する。図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、電力変換装置２０と、冷媒回路３とを備えている。更に、冷凍サイクル装置１は、例えばバイパス回路１０を備えている。本実施の形態１は、冷凍サイクル装置１として、空気調和装置を例示しているが、冷熱装置としてもよい。

　冷媒回路３は、圧縮機４、第１の熱交換器６、第１の膨張装置７ａ、第２の膨張装置７ｂ及び第２の熱交換器８が冷媒管３ａにより接続され、冷媒が流通するものである。更に、冷媒回路３は、例えば四方弁５と、アキュムレータ９とが冷媒管３ａにより接続されている。なお、冷媒管３ａは、例えば円筒状をなした丸管である。

　圧縮機４は、冷媒を圧縮するものである。四方弁５は、冷媒回路３における冷媒の流通方向を切り替えるものであり、これにより、冷房運転及び暖房運転のいずれもが実施される。第１の熱交換器６は、例えば室外空気と冷媒とを熱交換するものである。第１の膨張装置７ａ及び第２の膨張装置７ｂは、冷媒を膨張及び減圧するものであり、また、冷媒の流量を調整するものである。第２の熱交換器８は、例えば室内空気と冷媒とを熱交換するものである。アキュムレータ９は、圧縮機４の吸入側に設けられており、冷房運転と暖房運転との違いによる余剰冷媒等を蓄えるものである。

　バイパス回路１０は、第１の膨張装置７ａと第２の膨張装置７ｂとの間と、圧縮機４の吸入側とがバイパス管１０ａにより接続されたものである。具体的には、バイパス回路１０において、第１の膨張装置７ａと第２の膨張装置７ｂとの間と、アキュムレータ９の流入側とがバイパス管１０ａにより接続されている。

　そして、電力変換装置２０は、第１の膨張装置７ａと第２の膨張装置７ｂとの間に流通する冷媒が配管２３（図２参照）に流入するものである。具体的には、電力変換装置２０は、バイパス回路１０におけるバイパス管１０ａに接続されている。バイパス管１０ａには、第１の冷媒調整装置１１と、第２の冷媒調整装置１２とが設けられている。第１の冷媒調整装置１１及び第２の冷媒調整装置１２は、いずれも、バイパス管１０ａに流通する冷媒の流量を調整するものである。電力変換装置２０は、バイパス管１０ａにおいて、第１の冷媒調整装置１１と第２の冷媒調整装置１２との間に接続されている。なお、バイパス管１０ａは、例えば円筒状をなした丸管である。また、第１の冷媒調整装置１１及び第２の冷媒調整装置１２は、例えば電子膨張弁又はキャピラリチューブとすることができる。

　ここで、冷凍サイクル装置１は、例えば室外機１ａと室内機１ｂとを有しており、室外機１ａには、圧縮機４、四方弁５、第１の熱交換器６、第１の膨張装置７ａ、アキュムレータ９、電力変換装置２０、第１の冷媒調整装置１１及び第２の冷媒調整装置１２が収容されている。また、室内機１ｂには、第２の膨張装置７ｂ及び第２の熱交換器８が収容されている。

　図２は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置２０を示す正面断面図である。次に、電力変換装置２０について説明する。図２に示すように、電力変換装置２０は、パワーモジュール３０と、基板３１と、筐体４０と、放熱部２１と、冷却パネル２２と、配管２３とを備えている。更に、電力変換装置２０は、例えば内筐体４１と、第１の伝熱材２４と、第２の伝熱材２５とを備えている。

　パワーモジュール３０は、放熱面３０ａを有するものであり、放熱面３０ａは、例えばＩＧＢＴ、ＩＰＭ又はダイオードスタック等の半導体素子の損失熱を放出するための面である。本実施の形態１は、パワーモジュール３０の放熱面３０ａに放熱部２１が接触して固定されている。なお、パワーモジュール３０には、正面視において、２箇所の通し穴が形成されている。２箇所の通し穴は、パワーモジュール３０と放熱部２１とを固定する第１のネジ５１が挿通するものである。パワーモジュール３０と放熱部２１とは、パワーモジュール３０における通し穴を通った第１のネジ５１が、放熱部２１におけるネジ穴に螺合することによって、固定されている。

　基板３１は、接続部３２によってパワーモジュール３０に接続され、パワーモジュール３０の放熱面３０ａとは反対側の面側に設けられている。基板３１は、電気回路、マイコン及びＩＣ等が形成されたものである。そして、基板３１には、第１のネジ５１、第２のネジ５２、第３のネジ５３が挿通するための穴が設けられている。なお、第２のネジ５２は、パワーモジュール３０を収納する筐体４０と放熱部２１とを固定するものである。また、第３のネジ５３は、放熱部２１と冷却パネル２２とを固定するものである。基板３１に形成された電気回路、マイコン及びＩＣ等は、圧縮機４及びファン（図示せず）等に使用される電動機の運転状態を制御するものであり、また、冷凍サイクル装置１の異常停止の判断、そのほかの空気調和装置及び冷熱装置との通信等を行う。

　また、基板３１に形成された電気回路、マイコン及びＩＣ等は、第１の膨張装置７ａ、第２の膨張装置７ｂ、第１の冷媒調整装置１１及び第２の冷媒調整装置１２を制御してもよい。この場合、基板３１に形成された電気回路、マイコン及びＩＣ等は、パワーモジュール３０の発熱量に応じて、第１の膨張装置７ａ、第２の膨張装置７ｂ、第１の冷媒調整装置１１及び第２の冷媒調整装置１２の開度を調整する。これにより、冷媒の流量が調整される。なお、パワーモジュール３０の発熱量の検出には、パワーモジュール３０に内蔵される温度検出部が用いられてもよいし、パワーモジュール３０の近傍に設けられた温度検出部が用いられてもよい。更に、パワーモジュール３０の発熱量は、モータの制御で使用されている電流及び電圧の情報等に基づいて演算されてもよい。この場合、温度検出部は省略される。

　接続部３２は、例えばパワーモジュール端子である。なお、接続部３２は、強電部においてはネジ端子、弱電部においてはコネクタ等で代用してもよい。

　筐体４０は、パワーモジュール３０を収納するものである。筐体４０は、パワーモジュール３０と放熱部２１とが接触する部分が開口されている。そして、放熱部２１と筐体４０との間には、シール材４０ａが設けられている。シール材４０ａは、放熱部２１の縁部に沿った形状をなしている。シール材４０ａは、電力変換装置２０が水分に晒される環境に設けられる場合、放熱部２１と筐体４０との間に水が侵入することを防止するものである。これにより、筐体４０に収納されたパワーモジュール３０が水で汚染されることが防止される。

　筐体４０には、正面視において、４箇所の通し穴が形成されている。このうち、２箇所の通し穴は、筐体４０と放熱部２１とを固定する第２のネジ５２が挿通するものである。また、そのほかの２箇所の通し穴は、放熱部２１と冷却パネル２２とを固定する第３のネジ５３が挿通するものである。

　内筐体４１は、筐体４０の内側に設けられ、筐体４０と共にパワーモジュール３０を収納するものである。このように、パワーモジュール３０が、筐体４０と内筐体４１との２重構造体に収納されることによって、結露を防止し、水の侵入を防止している。内筐体４１には、スペーサ３３を介して基板３１が接続されている。スペーサ３３は、例えば金属、樹脂、又はそのいずれもからなる。なお、内筐体４１が省略される場合、基板３１は、スペーサ３３を介して筐体４０に接続される。

　放熱部２１は、パワーモジュール３０の放熱面３０ａに固定され、パワーモジュール３０からの熱が伝達されるものである。放熱部２１は、筐体４０に設けられている。なお、本実施の形態１では、放熱部２１は、筐体４０とは別体の放熱パネルである。放熱部２１は、アルミニウム又は銅といった熱伝導率が高い材料で形成されている。また、放熱部２１は、例えば冷却パネル２２と同じ材料で形成されることによって、電蝕が防止される。パワーモジュール３０は、例えば銅又はめっき銅等の材料で形成される。このため、放熱部２１にアルマイト処理等の表面処理が施されることによって、パワーモジュール３０と放熱部２１との接触による電蝕を防止してもよい。

　放熱部２１には、正面視において、４箇所のネジ穴が形成されており、また、２箇所の通し穴が形成されている。このうち、２箇所のネジ穴は、パワーモジュール３０と放熱部２１とを固定する第１のネジ５１が螺合するものである。また、そのほかの２箇所のネジ穴は、パワーモジュール３０を収納する筐体４０と放熱部２１とを固定する第２のネジ５２が螺合するものである。更に、２箇所の通し穴は、放熱部２１と冷却パネル２２とを固定する第３のネジ５３が挿通するものである。

　ここで、筐体４０と放熱部２１とは、筐体４０における通し穴を通った第２のネジ５２が、放熱部２１におけるネジ穴に螺合することによって、固定されている。また、筐体４０と放熱部２１と冷却パネル２２とは、筐体４０における通し穴、放熱部２１における通し穴を通った第３のネジ５３が、冷却パネル２２におけるネジ穴に螺合することによって、固定されている。このように、冷却パネル２２は、筐体４０と共に放熱部２１を挟んだ状態で、筐体４０に着脱自在に固定されている。

　冷却パネル２２は、放熱部２１におけるパワーモジュール３０と接触する面とは反対側の面に着脱自在に固定され、放熱部２１からの熱が伝達されるものである。冷却パネル２２は、アルミニウム又は銅といった熱伝導率が高い材料で形成されている。冷却パネル２２の材料は、例えばろう付けされる配管２３の材料に合わせて適宜変更される。また、冷却パネル２２は、例えば放熱部２１と同じ材料で形成されることによって、電蝕が防止される。

　そして、放熱部２１における熱抵抗は、冷却パネル２２における熱抵抗よりも大きい。これにより、パワーモジュール３０から放熱部２１に伝達される熱量よりも、放熱部２１から冷却パネル２２に伝達される熱量の方が多くなる。このため、パワーモジュール３０が急激に冷却されることが防止される。従って、パワーモジュール３０及び接続部３２が結露することが抑制される。また、冷却パネル２２の大きさは、放熱部２１の大きさ以上であるように構成されており、特に、本実施の形態１においては、放熱部２１の大きさと同一となるように構成されている。

　冷却パネル２２には、正面視において、２箇所のネジ穴が形成されている。２箇所のネジ穴は、放熱部２１と冷却パネル２２とを固定する第３のネジ５３が螺合するものである。

　配管２３は、冷却パネル２２における放熱部２１と接触する面とは反対側の面に固定され、内部に流通する冷媒に冷却パネル２２からの熱を伝達するものである。配管２３は、例えば正面視において上下方向に扁平された扁平管であり、冷媒が流通する複数の穴が形成されている。配管２３は、アルミニウム又は銅といった熱伝導率が高い材料で形成されている。配管２３は、例えばろう付けされる冷却パネル２２と同じ材料で形成されることによって、ろう付け性が良好で且つ電蝕が防止される。また、配管２３と冷却パネル２２とは、ろう付けされることによって、熱抵抗を減らすことができる。このように、配管２３と冷却パネル２２とはろう付け部２３ａによって接触している。

　なお、配管２３と冷却パネル２２とは、伝熱性が高い伝熱材等を介して接着されてもよい。これにより、製造コストを削減することができる。また、冷却パネル２２に、配管２３を圧入する溝（図示せず）が形成されてもよい。溝の幅は、配管２３の幅より若干短いものとし、溝の深さは、配管２３とほぼ同じ高さとする。そして、冷却パネル２２の溝に配管２３が圧入されることにより、配管２３と冷却パネル２２とが密着して固定され、伝熱性を向上させることができる。

　また、図１では、配管２３が２本の場合について例示しているが、３本以上でもよいし、１本でもよい。配管２３が１本である場合、電力変換装置２０の製造工程を簡略化することができる。また、配管２３が複数ある場合、パワーモジュール３０の放熱面積が大きくても、パワーモジュール３０を適切に冷却することができる。

　更に、配管２３が複数ある場合、パワーモジュール３０の損失熱量に応じて、配管２３の本数及び各配管２３の接続方法を変更することによって、往復流路とするか、一方向流路とするか、又はそのいずれをも併用するかを、適宜選択することができる。なお、往路の終端部と復路の基端部とをＵベンド管で接続することによって、往復流路の配管２３が実現される。更に、配管２３は、幅方向を広げ、冷却パネル２２と接触する面積が増加することによって、本数にかかわらず、パワーモジュール３０の放熱面積の違いに対応させることもできる。

　図３は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置２０を示す上面図、図４は、本発明の実施の形態１における配管２３を示す側面図である。図３に示すように、配管２３は、冷却パネル２２の縁部から突出するように構成されている。図４に示すように、配管２３は、ジョイント６０によって、バイパス管１０ａに接続されている。ジョイント６０は、アルミニウム又は銅といった熱伝導率が高い材料で形成されており、扁平管と丸管とを接続する部材である。なお、配管２３とジョイント６０とは、ろう付けされており、配管２３とジョイント６０との間は、ろう付け部２３ａとなっている。また、バイパス管１０ａとジョイント６０とは、ろう付けされており、バイパス管１０ａとジョイント６０との間は、ろう付け部２３ａとなっている。

　前述の如く、配管２３は、扁平管であり、バイパス管１０ａは丸管である。ジョイント６０は、一端部に扁平管である配管２３がろう付けされ、他端部に丸管であるバイパス管１０ａがろう付けされている。また、ジョイント６０は、例えば配管２３及びバイパス管１０ａと同じ材料で形成されることによって、電蝕が防止される。本実施の形態１は、配管２３が、冷却パネル２２の縁部から突出しているため、ジョイント６０に接続された配管２３を、直接加熱することができる。このため、配管２３は、ろう付けされ易い。なお、ジョイント６０は、扁平管と丸管とを接続する部材に限定されず、扁平管と扁平管とを接続する部材等、相互の管の形状に応じて適宜変更することができる。

　第１の伝熱材２４は、パワーモジュール３０と放熱部２１との間に介在させたものである。第１の伝熱材２４は、パワーモジュール３０と放熱部２１との間の隙間を埋めて、パワーモジュール３０からの熱を放熱部２１に効率的に伝達させるものである。第１の伝熱材２４は、例えば放熱シート、熱伝導シート又は放熱グリス等である。なお、パワーモジュール３０と放熱部２１とが、熱抵抗が充分小さくなるように密着されていれば、第１の伝熱材２４を省略してもよい。

　第２の伝熱材２５は、放熱部２１と冷却パネル２２との間に介在させたものである。第２の伝熱材２５は、放熱部２１と冷却パネル２２との間の隙間を埋めて、放熱部２１からの熱を冷却パネル２２に効率的に伝達させるものである。第２の伝熱材２５は、例えば放熱シート、熱伝導シート又は放熱グリス等である。なお、放熱部２１と冷却パネル２２とが、熱抵抗が充分小さくなるように密着されていれば、第２の伝熱材２５を省略してもよい。

　ここで、第１の伝熱材２４における熱抵抗は、第２の伝熱材２５における熱抵抗よりも大きい。電力変換装置２０において、配管２３に冷媒が流通することによって、パワーモジュール３０が結露する可能性がある。本実施の形態１は、第１の伝熱材２４における熱抵抗は、第２の伝熱材２５における熱抵抗よりも大きいため、パワーモジュール３０から放熱部２１に伝達される熱量よりも、放熱部２１から冷却パネル２２に伝達される熱量の方が多くなる。このため、パワーモジュール３０が急激に冷却されることが防止される。従って、パワーモジュール３０が結露することが抑制される。第１の伝熱材２４及び第２の伝熱材２５は、材料を変更することによって熱抵抗を変更させてもよいし、厚さを変更することによって熱抵抗を変更させてもよい。

　なお、第１の伝熱材２４における熱抵抗は、第２の伝熱材２５における熱抵抗よりも小さくてもよい。この場合、パワーモジュール３０から放熱部２１に伝達される熱量よりも、放熱部２１から冷却パネル２２に伝達される熱量の方が少なくなる。このため、冷却パネル２２に接触する配管２３が急激に冷却されることが防止される。従って、配管２３が結露することが抑制される。なお、第１の伝熱材２４及び第２の伝熱材２５は、材料を変更することによって熱抵抗を変更させてもよいし、厚さを変更することによって熱抵抗を変更させてもよい。

　次に、冷凍サイクル装置１の動作について説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転のとき、四方弁５において、圧縮機４の吐出側と第１の熱交換器６とが接続される（図１の実線）。圧縮機４は、冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された冷媒は、四方弁５を通過して、第１の熱交換器６に流入し、第１の熱交換器６は、室外空気との熱交換により、冷媒を凝縮する。凝縮された冷媒は、第１の膨張装置７ａに流入し、第１の膨張装置７ａは、凝縮された冷媒を膨張及び減圧する。

　そして、減圧された冷媒は、一部が第２の膨張装置７ｂに流入し、第２の膨張装置７ｂは、減圧された冷媒を更に膨張及び減圧する。そして、減圧されて気液二相となった冷媒は、第２の熱交換器８に流入し、第２の熱交換器８は、室内空気との熱交換により、冷媒を蒸発する。このとき、室内空気が冷却されて、室内が冷房される。そして、蒸発されて高温低圧のガスの状態となった冷媒は、四方弁５を通過して、アキュムレータ９に流入し、圧縮機４に吸入される。

　一方、第１の膨張装置７ａに減圧された冷媒の一部は、バイパス回路１０に流入する。バイパス回路１０に流入した冷媒は、第１の冷媒調整装置１１に流入し、第１の冷媒調整装置１１は、冷媒の流量を調整し、低温低圧化する。そして、第１の冷媒調整装置１１を通った冷媒は、電力変換装置２０における配管２３に流通する。このとき、配管２３に流通する冷媒は、配管２３等を介して伝達されたパワーモジュール３０からの熱によって加熱される。そして、加熱された冷媒は、第２の冷媒調整装置１２に流入し、第２の冷媒調整装置１２は、冷媒の流量を調整する。その後、冷媒は、アキュムレータ９に流入し、圧縮機４に吸入される。

　次に、暖房運転について説明する。暖房運転のとき、四方弁５において、圧縮機４の吐出側と第２の熱交換器８とが接続される（図１の破線）。圧縮機４は、冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された冷媒は、四方弁５を通過して、第２の熱交換器８に流入し、第２の熱交換器８は、室内空気との熱交換により、冷媒を凝縮する。このとき、室内空気が加熱されて、室内が暖房される。凝縮された冷媒は、第２の膨張装置７ｂに流入し、第２の膨張装置７ｂは、凝縮された冷媒を膨張及び減圧する。

　そして、減圧された冷媒は、一部が第１の膨張装置７ａに流入し、第１の膨張装置７ａは、減圧された冷媒を更に膨張及び減圧する。そして、減圧されて気液二相となった冷媒は、第１の熱交換器６に流入し、第１の熱交換器６は、室外空気との熱交換により、冷媒を蒸発する。そして、蒸発されて高温低圧のガスの状態となった冷媒は、四方弁５を通過して、アキュムレータ９に流入し、圧縮機４に吸入される。

　一方、第２の膨張装置７ｂに減圧された冷媒の一部は、バイパス回路１０に流入する。バイパス回路１０に流入した冷媒は、第１の冷媒調整装置１１に流入し、第１の冷媒調整装置１１は、冷媒の流量を調整し、冷媒を低温低圧化する。そして、第１の冷媒調整装置１１を通った冷媒は、電力変換装置２０における配管２３に流通する。このとき、配管２３に流通する冷媒は、配管２３等を介して伝達されたパワーモジュール３０からの熱によって加熱される。そして、加熱された冷媒は、第２の冷媒調整装置１２に流入し、第２の冷媒調整装置１２は、冷媒の流量を調整する。その後、冷媒は、アキュムレータ９に流入し、圧縮機４に吸入される。

　次に、本実施の形態１に係る電力変換装置２０の作用について説明する。冷凍サイクル装置１が運転しているときに発生するパワーモジュール３０の損失熱は、放熱部２１、冷却パネル２２、配管２３の順に伝達され、配管２３に流通する冷媒によって回収される。そして、電力変換装置２０において、配管２３は、冷却パネル２２に固定されている。これにより、冷却パネル２２において、配管２３を挿入するための穴開け加工が不要であるため、製造コストを削減することができる。

　また、放熱部２１は、筐体４０に設けられており、冷却パネル２２に着脱自在に固定されている。これにより、パワーモジュール３０の交換等のサービスが行われる際、放熱部２１と冷却パネル２２とが分離されても、パワーモジュール３０は、依然として筐体４０に設けられた放熱部２１に固定されている。このため、パワーモジュール３０の自重及び外力等の荷重を、筐体４０に負担させることができる。これにより、接続部３２には過度の荷重がかからず、接続部３２の負担を軽減することができる。なお、これは、サービス時に限らず、製造時においても同様である。また、上記作業は、冷凍サイクル装置１が停止しているときに行われてもよい。本実施の形態１においては、放熱部２１と冷却パネル２２とは、第３のネジ５３の螺合が解除されることにより、分離される。

　また、冷却パネル２２の大きさは、放熱部２１の大きさ以上であるように構成されている。このため、パワーモジュール３０から放熱部２１に伝達された熱は、放熱部２１の全面から冷却パネル２２に伝達される。従って、熱伝達性を向上させることができる。更に、冷却パネル２２の大きさは、放熱部２１の大きさと同一となるように構成されている。このため、熱伝達性を維持したまま、放熱部２１の大きさを極力減らすことができる。従って、製造コストを削減することができる。

　更に、配管２３は、冷却パネル２２の他側面において、冷却パネル２２の縁部から突出するように構成されている。このため、配管２３にジョイント６０がろう付けされる場合、ジョイント６０に接続された配管２３を、直接加熱することができる。このため、配管２３は、ろう付けされ易い。従来、プリント基板とパワー素子（パワーモジュール）とからなる電気回路に、伝熱板を介して冷媒ジャケットが固定された空気調和機においては、冷媒ジャケットに穴開け加工が施される際、加工面が凹状となる。このため、配管にジョイントがろう付けされる際、配管を直接加熱することができず、ろう付けされ難い。

　更にまた、放熱部２１における熱抵抗は、冷却パネル２２における熱抵抗よりも大きい。これにより、パワーモジュール３０から放熱部２１に伝達される熱量よりも、放熱部２１から冷却パネル２２に伝達される熱量の方が多くなる。このため、パワーモジュール３０が急激に冷却されることが防止される。従って、パワーモジュール３０が結露することが抑制される。

　そして、第１の伝熱材２４における熱抵抗は、第２の伝熱材２５における熱抵抗よりも大きい。電力変換装置２０において、配管２３に冷媒が流通することによって、パワーモジュール３０が結露する可能性がある。本実施の形態１は、第１の伝熱材２４における熱抵抗は、第２の伝熱材２５における熱抵抗よりも大きいため、パワーモジュール３０から放熱部２１に伝達される熱量よりも、放熱部２１から冷却パネル２２に伝達される熱量の方が多くなる。このため、パワーモジュール３０が急激に冷却されることが防止される。従って、パワーモジュール３０及び接続部３２が結露することが抑制される。

　なお、第１の伝熱材２４における熱抵抗は、第２の伝熱材２５における熱抵抗よりも小さくてもよい。この場合、パワーモジュール３０から放熱部２１に伝達される熱量よりも、放熱部２１から冷却パネル２２に伝達される熱量の方が少なくなる。このため、冷却パネル２２に接触する配管２３が急激に冷却されることが防止される。

　また、本実施の形態１においては、パワーモジュール３０からの熱が、冷媒回路３に流通する冷媒のうちバイパス回路１０に流入した冷媒、即ち、冷媒回路３に流通する冷媒のうち一部の冷媒に伝達される。このため、放熱するための冷媒の温度調整は、バイパス回路１０においてのみ実施されればよい。従って、冷媒の温度調整を、精密に行うことができる。

　そして、電力変換装置２０は、バイパス回路１０において、第１の冷媒調整装置１１と第２の冷媒調整装置１２との間に設けられている。このため、電力変換装置２０の配管２３に流れる冷媒は、中間圧となり、第１の冷媒調整装置１１及び第２の冷媒調整装置１２の開度を調整することによって、冷凍サイクル装置１の運転状態又はパワーモジュール３０の損失熱（蒸発熱）に対して、電力変換装置２０で低下される温度を適宜調整することができる。

　なお、第１の冷媒調整装置１１及び第２の冷媒調整装置１２のうち、一方を省略してもよい。この場合、コストを削減することができる。第２の冷媒調整装置１２が省略された場合、第１の冷媒調整装置１１は、冷媒を膨張して低温低圧化し、電力変換装置２０の配管２３に流入させる。このため、配管２３に流通する冷媒によって、パワーモジュール３０の損失熱を回収（冷却）することができる。

　一方、第１の冷媒調整装置１１が省略された場合、電力変換装置２０の配管２３に流通する冷媒は、高圧の液冷媒であり、概して３０℃～６０℃である。ここで、パワーモジュール３０は、負荷に依存するものの、損失熱によって１００℃以上まで発熱する場合が多いため、高圧の液冷媒よりも高温である。このため、配管２３に流通する冷媒によって、パワーモジュール３０の損失熱を回収（冷却）することができる。そして、第２の冷媒調整装置１２の開度によって、冷媒の流量を調整し、冷媒における熱回収量を制御することができる。

　なお、従来より、パワーモジュール等が設けられたインバータ装置を内包する制御器にヒートシンクが取り付けられた冷凍サイクル装置が知られている。制御器は、インバータ装置を構成する部品の放熱面がヒートシンクに密着されている。この場合、ヒートシンクが必要であり、冷凍サイクル装置が設けられた場所の気温までしか冷却することができない。更に、インバータ装置の熱量に合わせて、ヒートシンクのサイズ及び形状を変更する必要がある。更にまた、冷却ファンによって強制的に空冷する必要がある。これに対し、本実施の形態１は、上記構成により、ヒートシンクが不要である。また、冷凍サイクル装置１が設けられた場所の気温以下にまで冷却することが可能であり、冷却ファンも不要である。

　（変形例）
　次に、実施の形態１の変形例に係る冷凍サイクルについて説明する。図５は、本発明の実施の形態１の変形例に係る冷凍サイクル装置１を示す回路図である。図５に示すように、冷凍サイクル装置１は、バイパス回路１０を有していない点で、実施の形態１と相違する電力変換装置２０における配管２３は、第１の膨張装置７ａと第２の膨張装置７ｂとを接続する冷媒管３ａに接続されている。

　なお、電力変換装置２０と第２の膨張装置７ｂとの間には、第３の冷媒調整装置１３が設けられている。第３の冷媒調整装置１３は、冷媒管３ａに流通する冷媒の流量を調整するものである。第３の冷媒調整装置１３は、例えば電子膨張弁又はキャピラリチューブとすることができる。なお、第３の冷媒調整装置１３又は第２の膨張装置７ｂは省略されてもよい。この場合、コストを削減することができる。

　次に、冷凍サイクル装置１の動作について説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転のとき、四方弁５において、圧縮機４の吐出側と第１の熱交換器６とが接続される（図５の実線）。圧縮機４は、冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された冷媒は、四方弁５を通過して、第１の熱交換器６に流入し、第１の熱交換器６は、室外空気との熱交換により、冷媒を凝縮する。凝縮された冷媒は、第１の膨張装置７ａに流入し、第１の膨張装置７ａは、凝縮された冷媒を膨張及び減圧する。

　そして、減圧されて低温低圧化した冷媒は、電力変換装置２０における配管２３に流通する。このとき、配管２３に流通する冷媒は、配管２３等を介して伝達されたパワーモジュール３０からの熱によって加熱される。そして、加熱された冷媒は、第３の冷媒調整装置１３に流入し、第３の冷媒調整装置１３は、冷媒の流量を調整し、冷媒を低温低圧化する。そして、第３の冷媒調整装置１３を通った冷媒は、第２の膨張装置７ｂに流入し、第２の膨張装置７ｂは、冷媒を膨張及び減圧する。そして、減圧されて気液二相となった冷媒は、第２の熱交換器８に流入し、第２の熱交換器８は、室内空気との熱交換により、冷媒を蒸発する。このとき、室内空気が冷却されて、室内が冷房される。そして、蒸発されて高温低圧のガスの状態となった冷媒は、四方弁５を通過して、アキュムレータ９に流入し、圧縮機４に吸入される。

　次に、暖房運転について説明する。暖房運転のとき、四方弁５において、圧縮機４の吐出側と第２の熱交換器８とが接続される（図５の破線）。圧縮機４は、冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された冷媒は、四方弁５を通過して、第２の熱交換器８に流入し、第２の熱交換器８は、室内空気との熱交換により、冷媒を凝縮する。このとき、室内空気が加熱されて、室内が暖房される。凝縮された冷媒は、第２の膨張装置７ｂに流入し、第２の膨張装置７ｂは、凝縮された冷媒を膨張及び減圧する。そして、減圧された冷媒は、第３の冷媒調整装置１３に流入し、第３の冷媒調整装置１３は、冷媒の流量を調整し、冷媒を低温低圧化する。

　そして、第３の冷媒調整装置１３を通った冷媒は、電力変換装置２０における配管２３に流通する。このとき、配管２３に流通する冷媒は、配管２３等を介して伝達されたパワーモジュール３０からの熱によって加熱される。そして、加熱された冷媒は、第１の膨張装置７ａに流入し、第１の膨張装置７ａは、凝縮された冷媒を膨張及び減圧する。そして、減圧されて気液二相となった冷媒は、第１の熱交換器６に流入し、第１の熱交換器６は、室外空気との熱交換により、冷媒を蒸発する。そして、蒸発されて高温低圧のガスの状態となった冷媒は、四方弁５を通過して、アキュムレータ９に流入し、圧縮機４に吸入される。

　変形例においては、パワーモジュール３０からの熱が、冷媒回路３に流通する全ての冷媒に伝達される。このように、実施の形態１におけるバイパス回路１０を省略しても、実施の形態１と同様の効果を奏する。また、第３の冷媒調整装置１３を設ける代わりに、第１の冷媒調整装置１１及び第２の冷媒調整装置１２を省くことができるため、コストを削減することができる。

　そして、電力変換装置２０は、冷媒回路３において、第１の膨張装置７ａと第３の冷媒調整装置１３との間に設けられている。このため、電力変換装置２０の配管２３に流れる冷媒は、中間圧となり、第１の膨張装置７ａ及び第３の冷媒調整装置１３の開度を調整することによって、冷凍サイクル装置１の運転状態又はパワーモジュール３０の損失熱（蒸発熱）に対して、電力変換装置２０で低下される温度を適宜調整することができる。

実施の形態２．
　次に、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置２０について説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置２０を示す正面断面図である。本実施の形態２は、放熱部２１が筐体４０と一体的に設けられている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

　図６に示すように、放熱部２１は、筐体４０と一体的に設けられている。即ち、実施の形態１における放熱部２１に相当する放熱パネルが省略され、その機能は、筐体４０で代用されている。このように、本実施の形態２は、放熱パネルが省略されることにより、実施の形態１と同様の効果を奏し、更に、製造コストを削減することができる。また、実施の形態１における第３のネジ５３、即ち、実施の形態１における放熱部２１（放熱パネル）と冷却パネル２２とを固定する第３のネジ５３を省略することができる。従って、製造コストを削減することができる。更に、基板３１には、第３のネジ５３を挿通するための穴が不要であるため、基板３１の有効面積を広げることができる。これにより、基板パターンのアートワーク設計の制限を低減することができる。

　なお、本実施の形態２に係る電力変換装置２０は、実施の形態１における冷凍サイクル装置１（図１参照）に適用することができ、また、実施の形態１の変形例における冷凍サイクル装置１（図５参照）に適用することもできる。

実施の形態３．
　次に、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置２０について説明する。図７は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置２０を示す正面断面図である。本実施の形態３は、電力変換装置２０が外筐体４２を備えている点で、実施の形態２と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１、２と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１、２との相違点を中心に説明する。

　図７に示すように、電力変換装置２０は、外筐体４２を備えている。外筐体４２は、筐体４０、放熱部２１、冷却パネル２２及び配管２３を覆い、内面に断熱材４２ａが設けられたものである。なお、断熱材４２ａは、配管２３及び冷却パネル２２の形状に合わせて変形する素材で構成することができる。これにより、冷却パネル２２及び配管２３と断熱材４２ａとの間の空気層を極力減らし、筐体４０に伝達された熱が、冷却パネル２２以外の部分に放散されることを抑制することができる。また、本実施の形態３では、内筐体４１が省略されており、基板３１は、スペーサ３３を介して筐体４０に取り付けられている。

　このように、本実施の形態３は、冷却パネル２２及び配管２３と外筐体４２との間に断熱材４２ａが設けられている。このため、配管２３に流通する冷媒の冷熱が、外筐体４２の外側に漏れない。従って、パワーモジュール３０から発生する熱を効率良く冷却することができる。また、配管２３に流通する冷媒から微小に漏れる冷熱は、断熱材４２ａと冷却パネル２２と筐体４０との間に留まるため、筐体４０全体を冷却することができる。従って、筐体４０の内部の温度が低下し、筐体４０に収納されたパワーモジュール３０の温度定格の許容範囲を広げることができる。

　また、本実施の形態３は、内筐体４１が省略されており、基板３１は、スペーサ３３を介して筐体４０に取り付けられている。このように、内筐体４１が省略されているため、製造コストを削減することができる。また、基板３１には、第２のネジ５２を挿通するための穴が不要であるため、基板３１の有効面積を広げることができる。これにより、基板パターンのアートワーク設計の制限を低減することができる。

　なお、本実施の形態３に係る電力変換装置２０は、実施の形態１における冷凍サイクル装置１（図１参照）に適用することができ、また、実施の形態１の変形例における冷凍サイクル装置１（図５参照）に適用することもできる。また、本実施の形態３は、実施の形態１に係る放熱部２１（放熱パネル）が設けられてもよい。更に、本実施の形態３は、実施の形態１、２に係る内筐体４１が設けられてもよい。

　１　冷凍サイクル装置、１ａ　室外機、１ｂ　室内機、３　冷媒回路、３ａ　冷媒管、４　圧縮機、５　四方弁、６　第１の熱交換器、７ａ　第１の膨張装置、７ｂ　第２の膨張装置、８　第２の熱交換器、９　アキュムレータ、１０　バイパス回路、１０ａ　バイパス管、１１　第１の冷媒調整装置、１２　第２の冷媒調整装置、１３　第３の冷媒調整装置、２０　電力変換装置、２１　放熱部、２２　冷却パネル、２３　配管、２３ａ　ろう付け部、２４　第１の伝熱材、２５　第２の伝熱材、３０　パワーモジュール、３０ａ　放熱面、３１　基板、３２　接続部、３３　スペーサ、４０　筐体、４０ａ　シール材、４１　内筐体、４２　外筐体、４２ａ　断熱材、５１　第１のネジ、５２　第２のネジ、５３　第３のネジ、６０　ジョイント。

Claims

　放熱面を有するパワーモジュールと、
　接続部によって前記パワーモジュールに接続され、前記パワーモジュールの放熱面とは反対側の面側に設けられた基板と、
　前記パワーモジュールを収納する筐体と、
　前記パワーモジュールの放熱面に固定され、前記パワーモジュールからの熱が伝達される放熱部と、
　前記放熱部における前記パワーモジュールと接触する面とは反対側の面に着脱自在に固定され、前記放熱部からの熱が伝達される冷却パネルと、
　前記冷却パネルにおける前記放熱部と接触する面とは反対側の面に固定され、内部に流通する冷媒に前記冷却パネルからの熱を伝達する配管と、を備え、
　前記放熱部は、前記筐体に設けられている電力変換装置。
　前記放熱部は、
　前記筐体とは別体の放熱パネルである請求項１記載の電力変換装置。
　前記冷却パネルの大きさは、
　前記放熱部の大きさ以上であるように構成されている請求項２記載の電力変換装置。
　前記冷却パネルの大きさは、
　前記放熱部の大きさと同一となるように構成されている請求項２又は３記載の電力変換装置。
　前記放熱部は、
　前記筐体と一体的に設けられている請求項１記載の電力変換装置。
　前記筐体、前記放熱部、前記冷却パネル及び前記配管を覆い、内面に断熱材が設けられた外筐体を備える請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記筐体の内側に設けられ、前記筐体と共に前記パワーモジュールを収納する内筐体を備える請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記配管は、
　前記冷却パネルの縁部から突出するように構成されている請求項１～７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記放熱部における熱抵抗は、前記冷却パネルにおける熱抵抗よりも大きい請求項１～８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記パワーモジュールと前記放熱部との間に介在させた第１の伝熱材と、
　前記放熱部と前記冷却パネルとの間に介在させた第２の伝熱材と、を更に備え、
　前記第１の伝熱材における熱抵抗は、前記第２の伝熱材における熱抵抗よりも大きい請求項１～９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記パワーモジュールと前記放熱部との間に介在させた第１の伝熱材と、
　前記放熱部と前記冷却パネルとの間に介在させた第２の伝熱材と、を更に備え、
　前記第１の伝熱材における熱抵抗は、前記第２の伝熱材における熱抵抗よりも小さい請求項１～９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　圧縮機、第１の熱交換器、第１の膨張装置、第２の膨張装置及び第２の熱交換器が冷媒管により接続され、前記冷媒が流通する冷媒回路と、
　前記第１の膨張装置と前記第２の膨張装置との間に流通する冷媒が前記配管に流入する請求項１～１１のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
　を備える冷凍サイクル装置。
　前記第１の膨張装置と前記第２の膨張装置との間と、前記圧縮機の吸入側とがバイパス管により接続されたバイパス回路を備え、
　前記電力変換装置における前記配管は、
　前記バイパス回路における前記バイパス管に接続されている請求項１２記載の冷凍サイクル装置。
　前記電力変換装置における前記配管は、
　前記第１の膨張装置と前記第２の膨張装置とを接続する前記冷媒管に接続されている請求項１２記載の冷凍サイクル装置。