WO2020157871A1

WO2020157871A1 - 室外機および空気調和機

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Publication number: WO2020157871A1
Application number: PCT/JP2019/003203
Authority: WO
Inventors: 成雄梅原
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2020-08-06
Also published as: DE112019006768T5; US20220003434A1; US11603998B2; CN113330258B; CN113330258A; JPWO2020157871A1

Abstract

室外機（２）は、吸込口（２０１）が背面（２１１）に形成され、吹出口が前面（２２２）に形成された筐体（２０）と、筐体に収容されて吸込口から空気を吸い込んで吹出口から吹き出させるファン（８）と、筐体に収容されて冷媒を圧縮する圧縮機（４）と、筐体の内部を圧縮機が設置される機械室（５１）とファンが設置される送風室（５０）とに隔てる仕切り板（１１）と、仕切り板の上部に機械室と送風室とに渡って水平に設置される制御基板（９）と、制御基板を覆う電気品箱（１０）と、圧縮機およびファンを駆動させ、制御基板の送風室側に設置される発熱部品と、発熱部品に接続されて電気品箱から露出する複数のフィンを有する冷却器と、を備え、複数のフィンは、主面が前面を向いており、前面からみて冷却器の中心よりも背面側のフィンの中で最も低いフィンが、前面からみて冷却器の中心よりも前面側のフィンの中で最も高いフィンよりも高い。

Description

室外機および空気調和機

　本発明は、圧縮機、ファン、および制御基板を備えた室外機および空気調和機に関する。

　従来の空気調和機は、圧縮機と、ファンと、熱交換器と、制御基板とを備えた室外機を有する。室外機の筐体内は、ファンが設置される送風室と、圧縮機が設置される機械室とに仕切り板によって仕切られている。特許文献１に開示された室外機では、制御基板は、仕切り板の上部に水平状態で設置される。また、制御基板は、送風室と機械室とに渡って設置される。機械室では、制御基板は、電気品箱に収容される。制御基板には、パワーモジュールが実装される。電気品箱には、パワーモジュールで発生した熱を放熱させる冷却器が設けられる。冷却器は送風室に露出する。冷却器は複数のフィンを備える。ファンの運転によって送風室で流動する空気を複数のフィンの表面に通過させることで、複数のフィンを介した放熱が図られる。

特開２０１１－７３６３号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の室外機では、送風室内での空気の流れと、冷却器のフィンの向きとの最適化が図られておらず、パワーモジュールで発生した熱を十分に放熱できない場合がある。このため、冷却器を大型化したり、空気調和機の運転能力を抑えてパワーモジュールからの熱の発生を抑えたりする必要があるという問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却器からの放熱効率の向上を図り、空気調和機の運転能力の低下を抑制することができる室外機を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る室外機は、吸込口が背面に形成され、吹出口が前面に形成された筐体と、筐体に収容されて吸込口から空気を吸い込んで吹出口から吹き出させるファンと、筐体に収容されて冷媒を圧縮する圧縮機と、筐体に収容されて冷媒と空気との間で熱交換を行わせる熱交換器と、筐体の内部を圧縮機が設置される機械室とファンが設置される送風室とに隔てる仕切り板と、仕切り板の上部に機械室と送風室とに渡って水平に設置される制御基板と、制御基板を覆う電気品箱と、圧縮機およびファンを駆動させ、制御基板の送風室側に設置される発熱部品と、発熱部品に接続されて電気品箱から露出する複数のフィンを有する冷却器と、を備え、複数のフィンは、主面が前面を向いており、前面からみて冷却器の中心よりも背面側のフィンの中で最も低いフィンが、前面からみて冷却器の中心よりも前面側のフィンの中で最も高いフィンよりも高い。

　本発明によれば、冷却器からの放熱効率の向上を図り、空気調和機の運転能力の低下を抑制することができる室外機を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる空気調和機の構成を示す図実施の形態１にかかる制御基板および電気品箱の構成例を示す図実施の形態１にかかる制御基板および電気品箱の室外機の下面から見た底面図実施の形態１にかかる制御基板および電気品箱の正面図実施の形態１にかかる制御基板および電気品箱の右側面図実施の形態１にかかる室外機を上面から見た透視図実施の形態１にかかる室外機を側面から見た透視図実施の形態２にかかる冷却器の形状を示す第１の図実施の形態２にかかる冷却器の形状を示す第２の図実施の形態２にかかる冷却器の形状を示す第３の図実施の形態２にかかる冷却器の形状を示す第４の図

　以下に、本発明の実施の形態に係る室外機および空気調和機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。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる空気調和機の構成を示す図である。空気調和機１００は、室内機１と室外機２とを備える。室内機１と室外機２とはガス接続配管３ａおよび液接続配管３ｂを介して接続される。ガス接続配管３ａと液接続配管３ｂとを合わせて冷媒配管３とも呼ぶ。冷媒が冷媒配管３に充填され、冷媒配管３を介して室内機１と室外機２との間を循環することで、空気調和機１００は室内と室外との間で熱交換を行う。

　室外機２は、筐体２０と、圧縮機４と、膨張弁５と、四方弁６と、熱交換器７と、ファン８と、制御基板９と、電気品箱１０と、仕切り板１１と、を備える。筐体２０は、圧縮機４と、膨張弁５と、四方弁６と、熱交換器７と、ファン８と、制御基板９と、電気品箱１０と、仕切り板１１と、を内部に収容する。筐体２０は、吸込口２０１が形成された背面２１１と、吹出口であるベルマウス２０２が形成された前面２２２とを有する。また、筐体２０の側面２２１側に冷媒配管３が接続される。

　冷媒配管３、圧縮機４、膨張弁５、四方弁６、熱交換器７、および室内機１に備えられる熱交換器に冷媒が循環することにより、冷凍サイクルが構成される。熱交換器７は、背面２１１を覆う。圧縮機４は、冷媒を圧縮する。熱交換器７は、冷媒と空気との間で熱交換を行わせる。ファン８は回転することで、吸込口２０１から空気を吸い込んでベルマウス２０２から吹き出させる。吸込口２０１から吸い込まれた空気は熱交換器７を通過する。空気は熱交換器７を通過する際に、熱交換器７との間で熱交換が行われる。制御基板９に備わる制御部は、圧縮機４、膨張弁５、四方弁６、ファン８を制御する。仕切り板１１は、筐体２０の内部を、熱交換器７、ファン８が設置される送風室５０と、圧縮機４、膨張弁５、四方弁６が設置される機械室５１とに隔てる。制御基板９は、仕切り板１１の上部に機械室５１と送風室５０とに渡って水平に固定される。電気品箱１０は、制御基板９を覆う。

　図２は、実施の形態１にかかる制御基板９および電気品箱１０の構成例を示す図である。制御基板９には、圧縮機４およびファン８を駆動させる第１のパワーモジュール１３と、２つの電子部品１７と、が実装される。本実施の形態では、制御基板９には第１のパワーモジュール１３が実装されるとするが、第１のパワーモジュール１３に限らず、熱が発生する発熱部品であってもよい。発熱部品には第１のパワーモジュールが含まれる。第１のパワーモジュール１３は、制御基板９の送風室５０側に実装され、電気品箱１０から露出している。電子部品１７は、電解コンデンサなどである。電子部品１７は、制御基板９の機械室５１側に実装されて、冷却器１４から離れて配置されている。第１のパワーモジュール１３には、冷却器１４が接続されている。冷却器１４は、複数のフィン１４１を備え、第１のパワーモジュール１３で発生された熱を放熱させる。また、冷却器１４は、電気品箱１０から露出している。複数のフィン１４１は、室外機２を前面２２２からみて、フィン１４１の面積の大きい面である主面が前面２２２を向いている。また、室外機２を前面２２２からみて、冷却器１４の中心よりも背面２１１側のフィン１４１の中で最も低いフィンは、冷却器１４の中心よりも前面２２２側の中で最も高いフィンよりも高くなっている。電子部品１７は、複数のフィン１４１の中で最も低いフィン１４１よりも高い。

　電気品箱１０は、電子部品１７が収納される収納室１１０を有する。収納室１１０を構成する面のうち、機械室５１側を向く分離面１５は、背面２１１に向うにしたがって、筐体２０のうち機械室５１側の側面２２１に近づく。仕切り板１１も分離面１５と同様に、背面２１１に向うにしたがって、筐体２０のうち機械室５１側の側面２２１に近づく。分離面１５は図２における斜線で示される部分である。

　図３は、実施の形態１にかかる制御基板９および電気品箱１０の室外機２の下面から見た底面図である。図４は、実施の形態１にかかる制御基板９および電気品箱１０の正面図である。図５は、実施の形態１にかかる制御基板９および電気品箱１０の右側面図である。図３から図５に示されるように、電気品箱１０を構成する分離面１５によって、電気品箱１０と冷却器１４とに空間ができる。電気品箱１０に備わる電子部品１７は、電気品箱１０と冷却器１４との間の空間には設置することができないため、冷却器１４から離して設置される。また、分離面１５によって、分離面１５と冷却器１４との間の風が流れやすくなる。

　図６は、実施の形態１にかかる室外機２を上面から見た透視図である。室外機２を正面からみて、背面２１１側から前面２２２側に進む風を矢印で示している。実施の形態１では、水平面で切断した分離面１５の断面は、弧を描くように曲がっている。この構成によって、機械室５１の背面２１１側で、背面２１１から吸い込まれた空気の流れが、仕切り板１１および分離面１５によって阻害されにくくなる。したがって、より多くの空気を熱交換器７に通過させて熱交換の効率の向上を図ることができる。分離面１５の断面が弧を描くように曲がっているため、電気品箱１０の底面の面積は小さくなる。このため、分離面の断面がＬ字である場合に比べて、電気品箱１０と冷却器１４との間に空間ができる。分離面１５は、仕切り板１１と同様の弧を描く。このため、複数のフィン１４１の間により多くの空気を流すことが可能となる。

　冷却器１４に当たる風の流れについて説明する。ファン８の中心の空気は背面２１１から前面２２２に向かってまっすぐ早く流れる。ファン８の中心から離れた箇所の空気は、前面２２２のベルマウス２０２に向かって斜めに早く流れる。このため、分離面１５と冷却器１４との間に風が流れやすく、冷却器１４を冷却することができる。なお、従来の室外機の電気品箱の、電子部品が収納される収納室と送風室とを隔てる分離面の断面は、Ｌ字の形状となっている。このため、従来の電気品箱の分離面が斜めに抜ける風を妨害しているため、一部の風のみが当たるようになっている。また、複数のフィン１４１が主面を前面２２２に向けて形成されているので、複数のフィン１４１の間に形成される空気の流路の向きと、上述した斜めに流れる空気の向きとが平行に近づくため、複数のフィン１４１の間の流路に円滑に空気が流入する。これにより、複数のフィン１４１の間の流路を通過する空気の増加を図ることができる。

　図７は、実施の形態１にかかる室外機２を側面から見た透視図である。室外機２を正面からみて、背面２１１から前面２２２に進む風を矢印で示している。ファン８の中心に流れる空気はまっすぐ流れるが、室外機２の上部および下部から流れる空気は、前面２２２のベルマウス２０２に向かって流れる。なお、矢印で記載はしていないが、前述しない方向、例えば、一度前面２２２にあたって跳ね返る空気も室外機２に流れる。しかし、前面２２２から跳ね返る空気の速度は、ファン８の中心に流れる空気より遅く、流量は少なくなるので、冷却器１４を冷却する効果は小さい。なお、従来の空気調和機の冷却器の複数のフィンは高さがそれぞれ同じである。このため、流速の遅い前面側の部分にもフィンが形成されており、前面側の部分のフィンの材料が無駄になってしまう。

　以上のように、実施の形態１では、冷却器１４は複数のフィン１４１を備え、複数のフィン１４１は、室外機２を前面２２２からみて、フィン１４１の面積の大きい面である主面が前面２２２側を向いている。室外機２の背面２１１側のフィン１４１が高く、前面２２２側のフィン１４１が低くなっている。このため、フィン１４１に空気が効率良く流れるようになっている。したがって、冷却器１４は、従来の冷却器と比べて、フィン１４１のサイズを小さくすることができる。また、室外機２を軽量化および低コスト化することができる。また、分離面１５が、冷却器１４との間に空間ができるように、円弧状の形状とし、電子部品１７を冷却器１４から離れて実装する配置としたので、冷却器１４のフィン１４１に風が当たりやすくなっている。また、室外機２に流れる空気が多く当たるフィン１４１を、空気が多く当たらないフィン１４１に比べて高くした。このため、冷却器１４による第１のパワーモジュール１３の冷却効率の向上を図ることができる。したがって、第１のパワーモジュール１３の発熱を抑えるために空気調和機１００の運転能力を抑える必要もなくなる。また、室外機２の重量を低減すること、および室外機２のコストを低減することができる。つまり、室外機２の製造コストの増加を抑制することができる。なお、従来の冷却器と同等の重量、コストとし、従来の冷却器よりも冷却器の冷却能力を高めるようにしても良い。このようにすれば、従来よりも空気調和機１００の運転能力を向上することができる。

　また、フィン１４１の形状が従来と同じであっても、分離面１５が、冷却器１４との間に空間ができるように、円弧状の形状となっているだけでも、冷却器１４のフィン１４１を従来よりも冷却することができる効果を得られる。また、分離面１５の形状が従来と同じであっても、冷却器１４のフィン１４１が、室外機２の背面２１１側のフィン１４１が高く、前面２２２側のフィン１４１が低くなっているだけでも、冷却器を従来よりも小型化、軽量化、低コスト化することができる効果を得られる。

実施の形態２．
　図８は、実施の形態２にかかる冷却器の形状を示す第１の図である。冷却器１４ａは実施の形態１と同様に室外機２に備えられる。なお、本実施の形態において実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。本実施の形態では冷却器１４ａは、第２のパワーモジュール１６に接続される。第２のパワーモジュール１６は、第１のパワーモジュール１３と同一平面上に配置される。第２のパワーモジュール１６は、第１のパワーモジュール１３と比較して、電力の損失が小さい。このため、第２のパワーモジュール１６は、第１のパワーモジュール１３と比較して、発熱が小さい。第２のパワーモジュール１６は、室外機２を正面からみて、冷却器１４ａの中心よりも前面２２２側に配置される。また、第１のパワーモジュール１３は、室外機２を正面からみて、冷却器１４ａの中心よりも背面２１１側に配置される。第２のパワーモジュール１６は、発熱部品に含まれる。

　また、冷却器１４ａは、第１のパワーモジュール１３および第２のパワーモジュール１６が実装されている部分の直下にのみフィン１４１を配置して、第１のパワーモジュール１３および第２のパワーモジュール１６が実装されていない部分のフィン１４１を廃している。第１のパワーモジュール１３および第２のパワーモジュール１６で発生した熱の多くは、直下にある冷却器１４のフィン１４１に移動して冷却される。このため、第１のパワーモジュール１３、および第２のパワーモジュール１６から遠いフィン１４１には、発生した熱が伝わりにくい。したがって、第１のパワーモジュール１３、および第２のパワーモジュール１６から遠い部分にフィン１４１を設けてもこれらを冷却する効果が小さい。また、冷却器１４ａのフィン１４１は、最も前面２２２側のフィン１４１から最も背面２１１側のフィン１４１に向かうにしたがって高くなる。冷却器１４ａは、第１のパワーモジュール１３および第２のパワーモジュール１６がない部分のフィン１４１を削除しているので、アルミ部材を抑制して製造される。このため、冷却器１４ａは、軽量化および低コスト化される。従来の冷却器は、パワーモジュールが配置されていない部分に多くのフィン１４１が配置されているため、パワーモジュールの冷却効率が悪い。

　また、冷却器１４ａは、実施の形態１で説明したように、室外機２の背面２１１側に第２のパワーモジュール１６よりも発熱の大きい第１のパワーモジュール１３を配置して、前面２２２側に第２のパワーモジュール１６を配置している。このように、発熱の大きいパワーモジュールをより冷却しやすい位置に配置することで、発熱の大きいパワーモジュールを冷却するためのファンを実装することを抑制することができ、冷却器１４ａのサイズを小さくすることができる。

　以上のように、本実施の形態では、第１のパワーモジュール１３および第２のパワーモジュール１６の直下にフィン１４１を配置するようにして、第１のパワーモジュール１３および第２のパワーモジュール１６がない部分のフィン１４１を削除するようにしている。このため、冷却器１４ａは、第１のパワーモジュール１３および第２のパワーモジュール１６を冷却する機能が劣化することを抑制でき、空気調和機１００の運転能力の低下を抑制することができる。また、冷却器１４ａは小型化、軽量化、および低コスト化される。

　図９は、実施の形態２にかかる冷却器の形状を示す第２の図である。冷却器１４ｂは、冷却器１４ａと同様に、第１のパワーモジュール１３および第２のパワーモジュール１６が実装されている部分の直下にのみフィン１４１を配置しているが、第１のパワーモジュール１３の直下に配置される複数のフィン１４１はそれぞれ高さが同じである。また、第２のパワーモジュール１６の直下に配置される複数のフィン１４１はそれぞれ高さが同じである。冷却器１４ｂの第１のパワーモジュール１３の直下に配置される複数のフィン１４１は、第２のパワーモジュール１６の直下に配置される複数のフィン１４１よりも高い。一方、冷却器１４ａは、フィン１４１の高さが第１のパワーモジュール１３から第２のパワーモジュール１６に向かって、高くなっている。

　図１０は、実施の形態２にかかる冷却器の形状を示す第３の図である。冷却器１４ｃは、冷却器１４ｂと同様に、第１のパワーモジュール１３および第２のパワーモジュール１６が実装されている部分の直下にのみフィン１４１を配置しているが、第１のパワーモジュール１３の直下に配置される複数のフィン１４１はそれぞれ高さが異なる。また、冷却器１４ｃの第２のパワーモジュール１６の直下に配置される複数のフィン１４１もそれぞれ高さが異なる。また、室外機２を正面にして冷却器１４ｃの中心よりも背面２１１側のフィン１４１の平均高さは、冷却器１４ｃの中心よりも前面２２２側のフィン１４１の平均の高さよりも高い。

　図１１は、実施の形態２にかかる冷却器の形状を示す第４の図である。冷却器１４ｄは、室外機２の正面からみて背面２１１側のフィン１４１が高く、前面２２２側のフィン１４１が低くなっており、直下に第１のパワーモジュール１３および第２のパワーモジュール１６がない部分のフィン１４１は、第１のパワーモジュール１３および第２のパワーモジュール１６の直下のフィン１４１のいずれか１つよりも低いフィン１４１で構成されている。

　冷却器１４ｂ～１４ｄのように、フィン１４１の高さを冷却器１４ａとは異なる高さとしても、冷却器１４ａと同様の効果を得ることができる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　室内機、２　室外機、３　冷媒配管、３ａ　ガス接続配管、３ｂ　液接続配管、４　圧縮機、５　膨張弁、６　四方弁、７　熱交換器、８　ファン、９　制御基板、１０　電気品箱、１１　仕切り板、１３　第１のパワーモジュール、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ　冷却器、１５　分離面、１６　第２のパワーモジュール、１７　電子部品、２０　筐体、５０　送風室、５１　機械室、１００　空気調和機、１１０　収納室、１４１　フィン、２０１　吸込口、２０２　ベルマウス、２１１　背面、２２１　側面、２２２　前面。

Claims

　吸込口が背面に形成され、吹出口が前面に形成された筐体と、
　前記筐体に収容されて前記吸込口から空気を吸い込んで前記吹出口から吹き出させるファンと、
　前記筐体に収容されて冷媒を圧縮する圧縮機と、
　前記筐体に収容されて前記冷媒と前記空気との間で熱交換を行わせる熱交換器と、
　前記筐体の内部を前記圧縮機が設置される機械室と前記ファンが設置される送風室とに隔てる仕切り板と、
　前記仕切り板の上部に前記機械室と前記送風室とに渡って水平に設置される制御基板と、
　前記制御基板を覆う電気品箱と、
　前記圧縮機および前記ファンを駆動させ、前記制御基板の前記送風室側に設置される発熱部品と、
　前記発熱部品に接続されて前記電気品箱から露出する複数のフィンを有する冷却器と、
　を備え、
　前記複数のフィンは、
　主面が前記前面を向いており、前記前面からみて前記冷却器の中心よりも前記背面側のフィンの中で最も低いフィンが、前記前面からみて前記冷却器の中心よりも前記前面側のフィンの中で最も高いフィンよりも高い室外機。
　前記制御基板の前記機械室側に設置されて、前記複数のフィンの中で最も低いフィンよりも高い電子部品をさらに備え、
　前記電気品箱は、
　前記電子部品を収納する収納室を有し、
　前記収納室を構成する面のうち前記機械室側を向く分離面は、
　前記背面に向うにしたがって前記筐体のうち前記機械室側の側面に近づく請求項１に記載の室外機。
　前記中心よりも前記背面側のフィンの平均の高さが、前記中心よりも前記前面側のフィンの平均の高さよりも高い請求項１または２に記載の室外機。
　前記複数のフィンの高さは、
　最も前記前面側のフィンから最も前記背面側のフィンに向かうにしたがって高くなる請求項１から３のいずれか１つに記載の室外機。
　前記発熱部品は、
　第１のパワーモジュールと前記第１のパワーモジュールよりも電力損失が小さい第２のパワーモジュールとを含み、
　前記冷却器は、
　前記第１のパワーモジュールと前記第２のパワーモジュールと接続し、
　前記複数のフィンは、
　前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールの直下に配置され、
　前記第１のパワーモジュールは、
　前記中心よりも前記背面側に設置され、
　前記第２のパワーモジュールは、
　前記中心よりも前記前面側に設置される請求項１から４のいずれか１つに記載の室外機。
　直下に前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールがない部分のフィンは、
　前記第１のパワーモジュールおよび前記第２のパワーモジュールの直下に設置されるフィンのいずれか１つよりも低い請求項５に記載の室外機。
　請求項１から６のいずれか１つに記載の室外機と、
　前記室外機と冷媒配管を介して接続される室内機と、
　を備える空気調和機。