JP2010144989A - 空気調和機の室外機 - Google Patents
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Abstract
【課題】電装品箱内の高発熱電気部品(パワーモジュール)を効果的に冷却する。
【解決手段】
底板部12上に立設された仕切板13によって、圧縮機18が設けられた圧縮機室15と、熱交換器16および送風ファン17が設けられた熱交換器室14とに、内部が区画された室外機本体11、仕切板13の上部に圧縮機室15および熱交換器室14に跨るように配設された電装品箱19、この電装品箱19内の高発熱電気部品24を含むパワーモジュールに取り付けられた、複数のフィン26を有するヒートシンク25を備えた室外機であって、電装品箱19が圧縮機室15から熱交換器室14に連通する通風路を有し、通風路内に複数のフィン26を有するヒートシンク25が収納されている。この構造としたことで、複数のダクト状の通風路27に流速を低下させることなく冷却のための空気が流れ、ヒートシンク全体を効率的に冷却することができる。
【選択図】図2
【解決手段】
底板部12上に立設された仕切板13によって、圧縮機18が設けられた圧縮機室15と、熱交換器16および送風ファン17が設けられた熱交換器室14とに、内部が区画された室外機本体11、仕切板13の上部に圧縮機室15および熱交換器室14に跨るように配設された電装品箱19、この電装品箱19内の高発熱電気部品24を含むパワーモジュールに取り付けられた、複数のフィン26を有するヒートシンク25を備えた室外機であって、電装品箱19が圧縮機室15から熱交換器室14に連通する通風路を有し、通風路内に複数のフィン26を有するヒートシンク25が収納されている。この構造としたことで、複数のダクト状の通風路27に流速を低下させることなく冷却のための空気が流れ、ヒートシンク全体を効率的に冷却することができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、外気と熱交換を行うための空気調和機の室外機に関わり、特にその電装品箱内に設けたパワーモジュール用ヒートシンクを効果的に冷却できるようにした構造に関するものである。
従来から、空気調和機の室外機に搭載された電装品、特に半導体整流器やパワー半導体デバイスなどの高発熱電気部品が発生する熱をより効率的に放出するために、種々の放熱構造が提案されている。
その一つに、電装品箱の高発熱電気部品を含むパワーモジュールの取付け部分の外側に複数のフィンを備えたヒートシンクを取付け、送風ファンの空気流の一部分をフィンに導いてそれを冷却しようとする構造の室外機がある(たとえば特許文献1参照)。すなわち、この室外機では、底板上に仕切板を立設して内部空間を圧縮機室と熱交換器室とに区画し、圧縮機室に圧縮機を配置し、熱交換器室に熱交換器と送風ファンとを対向させて配置する。圧縮機の上部には、ヒートシンクを備えた電装品箱を、そのフィンが仕切板に設けられた切欠部分から熱交換器室に臨むよう配置する。そして、仕切板の熱交換器室側には、送風ファンによる空気流の一部分をヒートシンクのフィンに沿って流れる空気流とするために、複数のガイド部を備えた導風板を配置している。
これは、送風ファンの吸引によって生じさせた熱交換器室内の空気流の一部分を整流して利用する構造であることから、熱交換器室内と導風板近傍の部分とで十分な圧力差を生じさせることがむずかしい。そのため、導風板を設けてヒートシンクのフィンに風を送ろうとしても、十分な風量とするのが困難であった。
そこで、ヒートシンクのフィンへの送風量を増大させる構造として、次のような提案がされている(たとえば特許文献2参照)。すなわち、この改善案においては、仕切板の上部に圧縮機室と熱交換器室とに跨るように、電装品箱を配置し、かつ、箱内の高発熱電気部品を含むパワーモジュールに取付けたヒートシンクを熱交換器室内に位置させる。そして、圧縮機室からヒートシンクに直接に風を送り、あるいは、圧縮機室から電装品箱を通して熱交換器室に通じる通風路を形成し、これを通して空気をヒートシンクのフィンに送って、フィンを冷却する。フィンを冷却した空気は熱交換器を通った空気とともに、室外機外部に排出される。
さらには、電装品箱内の圧縮機室側部分を隔壁で区画して、一方の領域に高発熱電気部品を、また他方の領域に発熱の少ない電気部品をそれぞれ配置し、高発熱電気部品側の区画部分を通して熱交換器室内のヒートシンクに冷却のための空気を流すという構造も提案されている(たとえば特許文献3参照)。
特開平10−26372号公報
特開2000−161717号公報
特開2007−225254号公報
このように、通風路を設けることによって従来よりもヒートシンクへの風量を増大させて、冷却作用を高めることを可能にしているものの、依然として十分なものとは言えなかった。
これは、いずれの室外機においてもヒートシンクのフィンを熱交換器室内に開放させた構造であり、そのために、ヒートシンクの入口部分に流入させた風を冷却に十分に利用できていないことによることが、発明者の検討で判明した。すなわち、フィンが熱交換器室内に開放されているため、入口部分に流入した風のほとんどが、すぐにフィンから離れるように熱交換器室内に放出され、フィンの間を通って出口部分にまで流れないことが認められた。
本発明は、このような知見にもとづくものであり、ヒートシンクの入口に流入した風のすべてを、その出口まで流速を低下させることなく流通させて、ヒートシンク全体から効率的に熱放散を行わせることができる空気調和機の室外機を提供することを目的とする。
本発明の空気調和機の室外機は、底板部上に立設された仕切板によって、圧縮機室と熱交換器室とに区画された室外機本体、圧縮機室に設けられた圧縮機、熱交換器室に設けられた熱交換器および送風ファン、仕切板の上部において圧縮機室および熱交換器室に跨るように配設された電装品箱、この電装品箱内に設けられた高発熱電気部品を含むパワーモジュール、ならびに、パワーモジュールに取り付けられた、複数のフィンを有するヒートシンクを備える空気調和機の室外機であって、電装品箱は圧縮機室から熱交換器室に連通する通風路を有し、この通風路内にヒートシンクが収納されているものである。
この室外機において、さらに、複数のフィンを有し、これらによって区切られた複数のダクトを有するヒートシンクを使用することが好ましい。
さらにまた、電装品箱が、内部に通風方向に沿って配置された仕切壁を有し、この仕切壁によって、内部が通風路の領域と、パワーモジュールを構成する電気部品を除いた他の電気部品が収納された領域とに分離されていることが好ましい。
さらにまた、ヒートシンクが複数のフィンで構成された櫛歯状の形状を有し、フィンの先端を圧縮機室から熱交換器室に連通する通風路の壁に当接させて、複数のダクト状の通風路を形成することが好ましい。
さらにまた、ヒートシンクが複数のフィンで構成された櫛歯状の形状を有し、複数のフィン先端を圧縮機室から熱交換器室に連通する通風路の壁に近接させて、複数のダクト状の通風路を形成することが好ましい。
さらにまた、電装品箱内に設けた仕切壁に、通風路の領域と、パワーモジュールを構成する電気部品を除く他の電気部品が収納された領域とを連通する開口部を設けることが好ましい。
上述のように、電装品箱に設けた通風路内にヒートシンクを配置することによって、通風路内を流れる風のほとんどがヒートシンク内を流れ、その冷却のために利用できる。これにより、パワーモジュールに発生する熱を効果的に放散させ、その温度上昇を抑制することができる。
さらに、複数のフィンを備えたヒートシンクを使用することによって、ヒートシンクそのもので、またはヒートシンクと電装品箱とによって、複数のダクト状の通風路を形成することにより、ヒートシンクの通風路入口から流入した空気を通風路出口にまで流速を低下させることなく、複数のフィンに沿って通風路それぞれにわたって風を流すことができる。これによって、通風路を流れる風を効果的にフィンの冷却に利用できることから、パワーモジュールの放熱量を増大させることが可能となり、その性能を向上させることができる。
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、対応する構成要素には同一の符号を付し、それらについて重複する説明を省略する。
(第1の実施の形態)
(第1の実施の形態)
図1から図4は第1の実施の形態の構造の概念図であり、図1は図3の1−1線に沿って正面方向から見た断面図、図2は図1の2−2線に沿って側面方向から見た断面図、図3は図1の3−3線に沿って平面方向から見た断面図である。図4はこの実施の形態における通風状態について説明するための図で、主な内部要素の配置関係とそれにおける空気の流路を示す。
この形態において、室外機本体11内が、その底板部12上に立設された仕切板13によって、熱交換器室14と圧縮機室15とに区画されている。熱交換器室14内には熱交換器16および送風ファン17が、また圧縮機室15には圧縮機18がそれぞれ設置されている。仕切板13の上部には、電装品箱19が圧縮機室15および熱交換器室14に跨るように配設されている。この電装品箱19は、その圧縮機室15側の端部に圧縮機室15に開く開口部22を有する。また、それとは反対側では端部全体が熱交換器室14に開口している。これによって電装品箱19を介して圧縮機室15と熱交換器室14とが連通し、それらの間で通風可能となっている。すなわち、送風ファン17を駆動させると、室外機本体11の側面板部20に設けた開口部21から圧縮機室15内に外気が取込まれ、それが電装品箱19の底板部に設けられた開口部22から内部を通って熱交換器室14に流れ、さらに送風ファン17の前面に位置する圧縮機本体11の正面板部に設けられた開口を通して外部へ排出される。
電装品箱19内には空気の流れる方向に平行に仕切壁23が設けられており、この仕切壁23によって区画された電装品箱19の内部空間の一方が開口部22によって圧縮機室15に通じている。さらに、この部分には、高発熱電気部品24を冷却するためのダクト状のヒートシンク25が、その複数のフィン26が箱内の空気の流れる方向に平行になるよう、収納されている。送風ファン17を作動させると、開口部21から圧縮機室15に空気が取り込まれ、さらに電装品箱19の開口部22を通して、フィン26によって区切られた複数のダクトからなる通風路27、ならびにヒートシンク25と仕切壁23および電装品箱19の側面板部との間の隙間28を流れ、熱交換器室14に流れる。
さらに、仕切壁23によって区画されて形成された電装品箱1内の他方の部分には、発熱がほとんどないか、あるいはあっても特性の温度変化を許容できるような程度の電気部品30が配置されている。
この形態の室外機において、ヒートシンク25自体が有するダクト状の通風路27、ならびに、ヒートシンク25と仕切壁23、電装品箱19の側面板部との間の隙間28を、流速を低下させることなく、圧縮機室15から熱交換器室14へ向けて空気を流すことができる。このとき、空気がヒートシンク25の入口側から出口側まで、フィン26全体に接しながら流れることから、ヒートシンク25全体が効率的に冷却されて、パワーモジュールを構成する高発熱電気部品24が発生する熱をきわめて効果的に放散させることができる。
この例では、外気を室外機の側面板部20に設けた開口部21より取り込む構造としているが、側面板部20を含め、外気取込みのための開口部を圧縮機18側の底板部12や背面板部29などの一つまたは複数に設けてもよい。
なお、図1には、ヒートシンク25をそのフィン26が垂直方向となるよう配置した例を示したが、フィン26が電装品箱19を通して流れる空気の流速を低下させない姿勢、たとえば水平方向となるよう取り付けてもよいことは言うまでもないことである。
さらに、電装品箱19内を仕切壁23によって通風路領域と電気部品30の収納領域とを分離することで、塩分や湿気を含んだ空気を開口部21から室外機の内部に取り込むことがあっても、その空気が電気部品30に直接に触れるというようなおそれがほとんどない。このため、空気に含まれる腐食物質によってそれらが腐食されることが防止でき、室外機を長期間にわたって稼動させることができる。
(第2の実施の形態)
(第2の実施の形態)
図5は、本発明の第2の実施の形態をその側面方向から見た断面図である。この図は上述の第1の実施の形態と構造が異なる箇所について説明するためのものであり、正面方向および平面方向から見た断面構造は、図1および図2に示した構造と同じである。
この第2の実施の形態が第1の実施の形態ともっとも異なるところは、それ自体がダクト状の通風路を有するヒートシンクに代えて、櫛歯状の構造のヒートシンク25−2を使用し、その複数のフィン26−2の先端を電装品箱19の底部に当接させて配置することによって、複数のダクト状通風路27−2を形成したことにある。他の構成要素および構造については、第1の実施の形態とほぼ同じである。
このような放熱構造によれば、ヒートシンク25−2のフィン26−2と電装品箱19とによって形成された複数のダクト状の通風路27−2、ならびにヒートシンク25−2と電装品箱19との間の隙間28に、流速を低下させることなく空気を流すことができる。そして、この形態においても、ヒートシンク25−2の入口側から出口側まで、フィン26−2全体に通風路27−2を流れる空気が触れることから、ヒートシンク25−2全体が効率的に冷却される。これによって、高発熱電気部品24が発生する熱を効果的に放散させることが可能となる。
なお、ヒートシンク25−2をフィン26−2が水平方向となる姿勢で電装品箱19内に収納するとともに、そのフィン先端を電装品箱19の側面板部に当接させた構造としても、同等の冷却機能を実現することができるのは言うまでもないことである。
また、この第2の実施の形態においても、電装品箱19内を仕切壁23によって通風路としての領域と電気部品30の収納領域とに分離しているので、塩分や湿気を含んだ空気を室外機の内部に開口部20から取り込むことがあっても、その空気が電気部品30に直接に触れることを防ぐことができ、それらの腐食を避けることが可能となる。
(第3の実施の形態)
(第3の実施の形態)
図6は本発明の第3の実施の形態を、その側面方向から見た断面図である。この図は上述の第1、第2の実施の形態と構造が異なる箇所について説明するための図であり、正面方向および平面方向から見た断面構造は図1および図2に示した構造と同じである。
この第3の実施の形態が第1、第2の実施の形態ともっとも異なるところは、櫛歯状ヒートシンク25−3の各フィン26−3の先端を、電装品箱19の底板部に近接させて配置することによって、実質的にダクト状となる複数の通風路27−3を形成したことにある。他の構成要素および構造については、第1の実施の形態および第2の実施の形態とほぼ同じである。
このような放熱構造によれば、上述の第1、第2の実施の形態と同様に、ヒートシンク25−3と電装品箱19とによって形成されたダクト状の複数の通風路27−3、ならびにヒートシンク25−3と電装品箱19との隙間28に、流速を低下させることなく、フィン26−3に沿って空気をヒートシンク25−3の入口から出口まで流すことができ、ヒートシンク25−3全体を効率的に冷却することができる。これによって、高発熱電気部品24が発生する熱を効果的に放散させることが可能となる。
なお、ヒートシンク25−3をフィン26−3が水平方向となる姿勢で電装品箱19内に収納するとともに、その先端が電装品箱19の側面板部に近接させた構造としても、同等の冷却機能を実現することができるのは言うまでもないことである。また、複数のフィン26−3のうち、たとえばもっとも外側のフィンについては他より長めの寸法とし、先端で電装品箱19の底部または側面板部に当接する構造としても、同等の冷却作用を奏することができる。
また、この第3の実施の形態においても、電装品箱19内が仕切壁23によって通風路領域と電気部品30の収納領域とに分離されているので、塩分や湿気を含んだ空気を室外機の内部に取り込むことがあっても、その空気が電気部品30に直接に触れるようなことがなく、長期間にわたって電気部品30の腐食を防止することができる。
(第4の実施の形態)
(第4の実施の形態)
図7および図8は本発明の第4の実施の形態の構造を概念的に示す図であり、図7は図8の7−7線に沿って側面方向から見た断面図、図8は平面方向から見た断面図である。これらの図は上述の実施の形態と構造の異なる箇所について説明するためのものであり、正面方向から見た断面構造は図1に示した構造と同じである。
この第4の実施の形態は、第3の実施の形態の一部分を変形した例であり、それともっとも異なるところは、電装品箱19内に設けた仕切壁23の一部分に開口部31を設け、比較的発熱の少ない電子部品30が収納された領域を、通風路となる領域に連通させたことである。
このような構造によれば、ヒートシンク25−3および電装品箱19とによって形成された通風路27、ならびにヒートシンク25−3と電装品箱19との間の隙間28における風の流れを阻害することなく、仕切壁23の開口部31を通して電気部品30を収納した領域内の空気を冷やすことができ、その温度上昇を抑制することができる。これによれば、夏季の太陽光が直射する場所においても室外機をこれまでよりも安定して作動させることが可能となる。
さらに、仕切壁18の一部分に開口部31を設けているので、仕切壁23によって電装品箱19内が通風路領域と電気部品30の収納領域とに分離され、塩分や湿気を含んだ空気を室外機の内部に取り込むことがあっても、その空気が電気部品30に直接に触れるおそれが小さく、それらによる早期腐食を防止することができる。
本発明の実施の形態1〜4、および特許文献1〜3による室外機(これらを総称して従来例という)について、それぞれの流体シミュレーションを行って高発熱電気部品の発熱時の温度を求めた。その結果と、実施の形態1〜4の従来例との発熱温度差を温度低減効果として次の表1に示す。
この表1から明らかなように、本発明の実施の形態によれば、従来例に比べてパワーモジュールを構成する高発熱電気部品の温度上昇を大幅に抑制することができる。このように、その冷却機能に優れていることから、室外機の使用可能な温度範囲を、特に高温度側にこれまでよりも高めることができる。また、パワーモジュールの温度上昇が抑制され、その構成電気部品に対する熱的な特性についての制約が緩和されることから、周囲温度が年間を通して比較的低い地域向けの空気調和機においては、その電装品のコスト低減が可能となる。
本発明の空気調和機の室外機は、搭載されたパワーモジュールを効果的に冷却し、その温度上昇を抑制できることから、より高い周囲温度で使用される空気調和機に好適なものである。
11 室外機本体
12 底板部
13 仕切板
14 熱交換器室
15 圧縮機室
16 熱交換器
17 送風ファン
18 圧縮機
19 電装品箱
20 側面板部
21 開口部
22 開口部
23 仕切壁
24 パワーモジュールを構成する高発熱電気部品
25、25−2、25−3 ヒートシンク
26、26−2、26−3 フィン
27、27−2、27−3 通風路
28 隙間
29 背面板部
30 電気部品
31 開口部
12 底板部
13 仕切板
14 熱交換器室
15 圧縮機室
16 熱交換器
17 送風ファン
18 圧縮機
19 電装品箱
20 側面板部
21 開口部
22 開口部
23 仕切壁
24 パワーモジュールを構成する高発熱電気部品
25、25−2、25−3 ヒートシンク
26、26−2、26−3 フィン
27、27−2、27−3 通風路
28 隙間
29 背面板部
30 電気部品
31 開口部
Claims (6)
- 底板部上に立設された仕切板によって、圧縮機室と熱交換器室とに区画された室外機本体、前記圧縮機室に設けられた圧縮機、前記熱交換器室に設けられた熱交換器および送風ファン、前記仕切板の上部において前記圧縮機室および前記熱交換器室に跨るように配設された電装品箱、前記電装品箱内に設けられた高発熱電気部品を含むパワーモジュール、ならびに、前記パワーモジュールに取り付けられた、複数のフィンを有するヒートシンクを備える空気調和機の室外機であって、
前記電装品箱は前記圧縮機室から前記熱交換器室に連通する通風路を有し、前記通風路内に前記ヒートシンクが収納されていることを特徴とする空気調和機の室外機。 - 前記ヒートシンク自体が複数のフィンにより区切られた複数のダクト状の通風路を有することを特徴とする請求項1に記載の空気調和機の室外機。
- 前記電装品箱が内部に通風方向に沿って配置された仕切壁を有し、この仕切壁によって、前記電装品箱の内部が前記通風路の領域と、前記パワーモジュールを構成する電気部品を除いた他の電気部品が収納された領域とに分離されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の空気調和機の室外機。
- 前記ヒートシンクが複数のフィンで構成された櫛歯状の形状を有し、前記フィンの先端を前記圧縮機室から前記熱交換器室に連通する前記通風路の壁に当接させて、複数のダクト状の通風路を形成したことを特徴とする請求項1または請求項3に記載の空気調和機の室外機。
- 前記ヒートシンクが複数のフィンで構成された櫛歯状の形状を有し、前記複数のフィン先端を前記圧縮機室から前記熱交換器室に連通する前記通風路の壁に近接させて、複数のダクト状の通風路を形成したことを特徴とする請求項1または請求項3に記載の空気調和機の室外機。
- 前記電装品箱内に設けた仕切壁が、前記通風路の領域と、前記パワーモジュールを構成する電気部品を除いた他の電気部品が収納された領域とを連通する開口部を有することを特徴とする請求項3から請求項5のいずれかに記載の空気調和機の室外機。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008322049A JP2010144989A (ja) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | 空気調和機の室外機 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010144989A true JP2010144989A (ja) | 2010-07-01 |
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JP2008322049A Pending JP2010144989A (ja) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | 空気調和機の室外機 |
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-
2008
- 2008-12-18 JP JP2008322049A patent/JP2010144989A/ja active Pending
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