JP2013135196A

JP2013135196A - 電装箱の冷却構造

Info

Publication number: JP2013135196A
Application number: JP2011286652A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Nagatomi; 吉成永富; Kenichiro Yano; 謙一郎矢野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-08

Abstract

【課題】簡単な構成で、電気容量の小さな発熱体の絶縁性を確保できる電装箱の冷却構造を提供する。
【解決手段】パワー素子５０を収納した電装箱１８の外側に設けられ、パワー素子５０と熱的に接続されて当該パワー素子５０を冷却する冷却板１９と、冷媒が循環する冷媒回路３から冷却板１９に冷媒を供給する冷媒配管２４とを備えた電装箱１８の冷却構造において、パワー素子５０は、電気容量の異なる圧縮機用ＩＰＭ５１及びファンモータ用ＩＰＭ５２を備え、冷却板１９に開口６１を形成し、この開口６１に電気容量の小さなファンモータ用ＩＰＭ５２を配置し、当該ファンモータ用ＩＰＭ５２に熱的に接続されるヒートシンク６２を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、発熱体を収納した電装箱の冷却構造に関する。

一般に、発熱体を収納した電装箱の外側に設けられ、前記発熱体と熱的に接続されて当該発熱体を冷却する冷却板と、冷媒が循環する冷媒回路から前記冷却板に冷媒を供給する冷媒配管とを備えた電装箱の冷却構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の冷却構造では、空冷のヒートシンクを備えたものと比べて、電装箱の設置場所の制限が少ないことに加え、冷却板のサイズダウンを実現できるという利点がある。

特開平０５−１８７７２４号公報

ところで、冷却板に冷媒を流して発熱体を冷却する構成では、この冷却板が冷媒配管を通じて外部と接続されるため、当該発熱体の絶縁性を確保することが望まれる。特に、電気的容量が小さな発熱体（パワー素子）では、半導体デバイスを格納する筐体の小型化により、冷却板と熱的に接続される放熱部と、パワー素子に電力を供給する導電部との距離が短縮する傾向にあり、絶縁性の確保が困難となる問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、電気容量の小さな発熱体の絶縁性を確保できる電装箱の冷却構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、発熱体を収納した電装箱の外側に設けられ、前記発熱体と熱的に接続されて当該発熱体を冷却する冷却板と、冷媒が循環する冷媒回路から前記冷却板に冷媒を供給する冷媒配管とを備えた電装箱の冷却構造において、前記発熱体は、電気容量の異なる複数の発熱体を備え、前記冷却板に開口を形成し、この開口に電気容量の小さな発熱体を配置し、当該発熱体に熱的に接続されるヒートシンクを備えたことを特徴とする。

この構成において、前記冷媒配管は、略平行に延びる一対の直管部と、これら直管部を連結する曲管部とを備え、前記開口は、前記一対の直管部の間に配置しても良い。また、前記発熱体は、圧縮機を駆動するための第１発熱体と、この第１発熱体よりも電気容量が小さく、室外ファンを駆動するための第２発熱体とを備え、この第２発熱体が前記開口に配置されても良い。
また、上記した複数の発熱体と冷却板との間には、熱伝導性を良好とするパテや塗装を施し、各発熱体からの放熱を冷却板へ確実に伝えるようにしても良い。

本発明によれば、冷却板に開口を形成し、この開口に対向して電気容量の小さな発熱体を配置し、当該発熱体に熱的に接続されるヒートシンクを備えたため、簡単な構成で、電気容量の小さな発熱体を冷却しつつ、当該発熱体を冷媒配管が接続される冷却板から離間して配置することができ、当該発熱体の絶縁性を確保できる。

本発明の一実施形態にかかる電装箱の冷却構造を備えた空気調和装置の冷媒回路図である。電装箱の冷却構造を示す外観図である。冷却構造の側断面図である。冷却板の外観斜視図である。冷却板に配置されたパワー素子と冷媒配管との配置関係を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかる電装箱の冷却構造を備えた空気調和装置の冷媒回路図である。空気調和装置１００は、図１に示すように、被調和室の外に設置される室外ユニット１と、被調和室内に設置される室内ユニット２とを備えた分離型のヒートポンプ式空気調和装置である。空気調和装置１００は、室外ユニット１と室内ユニット２とを接続する閉回路状に接続された冷媒回路３を備え、この冷媒回路３に冷媒を循環することにより、被調和室を空調（冷房及び暖房）する。

室外ユニット１は、圧縮機１１と、この圧縮機１１の吸込側に接続されたアキュムレータ１２と、圧縮機１１の吐出側に順次接続されたオイルセパレータ１３、四方弁１４、室外熱交換器１５、及び、レシーバタンク１６とを備える。また、室外ユニット１には、室外熱交換器１５へ向かって送風する室外ファン１７と、空気調和装置１００全体の動作を制御する制御基板（不図示）が収容された電装箱１８とが配設される。この電装箱１８には、制御基板に配置される発熱体としてのパワー素子５０（図３）と熱的に接続された冷却板１９が取り付けられている。
室内ユニット２は、レシーバタンク１６に接続される電動膨張弁２１と、この電動膨張弁２１と四方弁１４との間に接続される室内熱交換器２２と、この室内熱交換器２２へ向かって送風する室内ファン２３とを備える。

空気調和装置１００では、四方弁１４を切り換えることにより冷媒回路３を流れる冷媒の流れを切り換えて冷房運転と暖房運転とを切り換えるよう構成されている。冷房運転時には図中に示す実線矢印の方向に冷媒が流れ、暖房運転時には破線矢印の方向に冷媒が流れる。
すなわち、冷房運転時には、四方弁１４が実線の位置に切り換えられ、圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒がオイルセパレータ１３、四方弁１４を経て室外熱交換器１５に達し、室外熱交換器１５において凝縮される。この室外熱交換器１５で凝縮された液冷媒は、レシーバタンク１６を経て電動膨張弁２１に送られ、この電動膨張弁２１を通過して膨張した後、室内熱交換器２２において蒸発される。この室内熱交換器２２で気化されたガス冷媒は、四方弁１４及びアキュムレータ１２を経た後に圧縮機１１の吸込側に戻る。
一方、暖房運転時には、四方弁１４が破線の位置に切り換えられ、圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒がオイルセパレータ１３、四方弁１４を経て室内熱交換器２２に送られ、この室内熱交換器２２において凝縮される。この室内熱交換器２２で凝縮された液冷媒は、電動膨張弁２１に送られ、この電動膨張弁２１を通過して膨張した後、レシーバタンク１６を経て室外熱交換器１５において蒸発される。この室外熱交換器１５で気化されたガス冷媒は、四方弁１４及びアキュムレータ１２を経た後に圧縮機１１の吸込側に戻る。

上述のように、室外熱交換器１５と室内熱交換器２２とを接続する冷媒配管２４には、室外熱交換器１５または室内熱交換器２２で凝縮された液冷媒が流れる。この液冷媒は５０〜６０℃程度に冷却されており、室外熱交換器１５とレシーバタンク１６との間の冷媒配管２４には上記パワー素子５０を冷却するための冷却板１９が接合されている。

次に、電装箱の冷却構造について説明する。
電装箱１８は、図２に示すように、底板３０の正面を除いた周縁から上方に延びる側板３１，３２及び背板３３と、これら側板３１，３２及び背板３３の上縁部に配置される天板３４とを備え、図示は省略するが正面側が開口して構成されている。
背板３３には、図３に示すように、背板３３を貫通する開口部３３Ａが形成され、この開口部３３Ａに対向する背板３３の外面には、冷却板１９がねじ４０によって固定されている。背板３３と冷却板１９との間には、防水シール（不図示）が介在されており、電装箱１８に雨水がかかった場合であっても、この雨水が開口部３３Ａを通じて電装箱１８内に侵入することを防止している。

冷却板１９は、図４に示すように、平面視で外郭が水平方向に長い略長方形状に形成され、例えば、アルミニウム等の熱伝導性の高い材質で形成された厚みのある板材である。
外部に露出する冷却板１９の外側の面には、当該冷却板１９の上縁部及び下縁部に沿って略平行に延びる一対の突出部６０，６０が一体に形成されている。これら突出部６０，６０は、それぞれ断面略三角形状に形成され、その頂部には当該突出部６０，６０の全長に亘って溝部４２，４２が設けられている。各溝部４２，４２は断面が半円弧状であり、これら溝部４２，４２には冷媒配管２４が嵌めこまれる。
本実施形態では、冷媒配管２４は、図２に示すように、略平行に延びる一対の直管部２４Ａ，２４Ａと、これら直管部２４Ａ，２４Ａの一端同士を接続する略Ｕ字形状の曲管部２４Ｂとを備え、当該直管部２４Ａ，２４Ａが各溝部４２，４２に嵌めこまれる。

このような、冷却板１９に冷媒配管２４を配置して、当該冷却板１９と熱的に接続されたパワー素子５０を冷却する構成では、この冷却板１９が冷媒配管２４を通じて外部機器（例えば、室内ユニット２）と接続されるため、当該パワー素子５０の絶縁性を確保することが望まれる。
本実施形態の空気調和装置１００に使用されるパワー素子５０は、圧縮機１１を動作させる圧縮機用インテリジェントパワーモジュール(Intelligent Power Module：以下、圧縮機用ＩＰＭという)５１と、室外ファン１７を動作させるファンモータ用インテリジェントパワーモジュール(Intelligent Power Module：以下、ファンモータ用ＩＰＭという)５２と、これら圧縮機用ＩＰＭ５１、ファンモータ用ＩＰＭ５２への電流を整流するダイオード５３とを備える。

圧縮機用ＩＰＭ５１及びファンモータ用ＩＰＭ５２は、それぞれ冷却板１９と熱的に接続される放熱部（不図示）と、自己に電力を供給する導電部（不図示）とを備える。ファンモータ用ＩＰＭ（第２発熱体)５２は、圧縮機用ＩＰＭ（第１発熱体）５１よりも電気容量が小さく形成されている。このため、ファンモータ用ＩＰＭ５２では、半導体デバイスを格納する筐体の小型化により、冷却板１９と熱的に接続される放熱部と、ファンモータ用ＩＰＭ５２に電力を供給する導電部との距離が短縮する傾向にあり、絶縁性の確保が困難となる問題がある。
一般に、放熱部と導電部との電気的絶縁は、ＩＰＭ内部で、絶縁材などによる絶縁性能確保が図られているが、雷サージやノイズなどの電気的外乱に対する耐性は、放熱部と導電部との物理的距離に大きく依存するため、ＩＰＭ自体の小型化と外乱耐性はトレードオフの関係にある。
このため、電気容量が小さく、小型化が図られたファンモータ用ＩＰＭ５２を使用しつつ、放熱部を冷媒配管２４を介して接地する構造とする場合は、雷サージ抑制回路など外乱対策を十分に施す必要があるが、回路部品のばらつき抑制等を考慮すると、対策回路が複雑かつ高価になる。さらに、ばらつき抑制が十分でない場合、ファンモータ用ＩＰＭ５２の破壊や誤動作が生じるという問題が生じうる。

冷却板１９は、図４に示すように、冷媒配管２４の直管部２４Ａ，２４Ａが固定される突出部６０，６０の間に形成された開口６１を備える。この開口６１は、ファンモータ用ＩＰＭ５２よりも大きく形成されており、当該開口６１の縁部とファンモータ用ＩＰＭ５２の周縁とを離間して配置できる大きさとなっている。

ファンモータ用ＩＰＭ５２は、冷却板１９と接触しないように開口６１に対向して配置され、ファンモータ用ＩＰＭ５２が接続される制御基板６３（図３）によって保持されている。この構成によれば、ファンモータ用ＩＰＭ５２は、冷却板１９と接触しないで配置されることにより、ファンモータ用ＩＰＭ５２の絶縁性を確保することができ、万一、冷媒配管２４を通じて、雷サージやノイズなどの電気的外乱が生じたとしても、ファンモータ用ＩＰＭ５２の破損や誤作動を防止できる。
さらに、この開口６１は、冷媒配管２４の直管部２４Ａ，２４Ａが固定される突出部６０，６０の間に形成されることにより、冷媒配管２４による冷却する配置を邪魔しないとともに、冷却板１９の板面の範囲内にファンモータ用ＩＰＭ５２を配置することができ、当該冷却板１９の小型化を図ることができる。

また、ファンモータ用ＩＰＭ５２は、冷却板１９から離間して配置されるため、この冷却板１９によって冷却されることはない。このため、本実施形態では、ファンモータ用ＩＰＭ５２には、ヒートシンク６２が取り付けられ、このヒートシンク６２が開口６１を貫通して、電装箱１８の外側に延在している。このヒートシンク６２は、例えば、アルミニウム等の熱伝導性の高い材質で形成されており、ファンモータ用ＩＰＭ５２と略同等の接触面積を有する。
また、このヒートシンク６２と開口６１との間には、絶縁性を有するシール材（不図示）が配置され、この開口６１とヒートシンク６２との隙間を通じて、電装箱１８内に雨水が侵入することを防止している。

ファンモータ用ＩＰＭ５２は、ヒートシンク６２の周囲を通過する空気との間で熱交換して冷却されるため、例えば、圧縮機１１の運転が停止した場合であっても、室外ファン１７の動作によってファンモータ用ＩＰＭ５２を冷却することができる。このため、降雪時等に、室外ファン１７のみを運転して、当該室外ファン１７の吐出口（不図示）が雪で閉塞されない制御を行うこともできる。なお、本構成では、電装箱１８（ヒートシンク６２）は、室外ファン１７の運転により、室外熱交換器１５を通過した空気が室外ユニット１外に排出される送風経路に配置されることが望ましい。

また、圧縮機用ＩＰＭ５１及びダイオード５３は、図５に示すように、電装箱１８の開口部３３Ａに対向する面１９Ｂにねじ４１によって直接固定されている。この構成によれば、熱伝導性の高い金属で形成された冷却板１９に圧縮機用ＩＰＭ５１及びダイオード５３が直接固定されるため、これら冷却板１９と圧縮機用ＩＰＭ５１及びダイオード５３との間の熱抵抗を抑えることができ、冷却板１９での冷却効率を向上させることができる。
さらに、圧縮機用ＩＰＭ５１及びダイオード５３は、図５に示すように、上記した冷媒配管２４が延びる位置の裏面に配置されているため、当該冷媒配管２４を流れる冷媒によって効果的に冷却することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、パワー素子５０を収納した電装箱１８の外側に設けられ、パワー素子５０と熱的に接続されて当該パワー素子５０を冷却する冷却板１９と、冷媒が循環する冷媒回路３から冷却板１９に冷媒を供給する冷媒配管２４とを備えた電装箱１８の冷却構造において、パワー素子５０は、電気容量の異なる圧縮機用ＩＰＭ５１及びファンモータ用ＩＰＭ５２を備え、冷却板１９に開口６１を形成し、この開口６１に電気容量の小さなファンモータ用ＩＰＭ５２を配置したため、ファンモータ用ＩＰＭ５２は、冷却板１９と接触しないで配置されることにより、ファンモータ用ＩＰＭ５２の絶縁性を確保することができ、万一、冷媒配管２４を通じて、雷サージやノイズなどの電気的外乱が生じたとしても、ファンモータ用ＩＰＭ５２の破損や誤作動を防止できる。
さらに、ファンモータ用ＩＰＭ５２に熱的に接続されるヒートシンク６２を備えたため、ファンモータ用ＩＰＭ５２は、ヒートシンク６２の周囲を通過する空気との間で熱交換して冷却されることにより、例えば、圧縮機１１の運転が停止した場合であっても、室外ファン１７の動作によってファンモータ用ＩＰＭ５２を冷却することができる。このため、降雪時等に、室外ファン１７のみを運転して、当該室外ファン１７の吐出口が雪で閉塞されることを防止できる。

また、本実施形態によれば、冷媒配管２４は、略平行に延びる一対の直管部２４Ａ，２４Ａと、これら直管部２４Ａ，２４Ａを連結する曲管部２４Ｂとを備え、開口６１は、一対の直管部２４Ａ，２４Ａの間に形成されているため、この開口６１が冷媒配管２４による冷却を行う配置を邪魔しないとともに、冷却板１９の板面の範囲内にファンモータ用ＩＰＭ５２を配置することができ、当該冷却板１９の小型化を図ることができる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態では、冷却板１９を電装箱１８の背板３３に取り付けた構成としているが、これに限るものではなく、他の面に配置しても良いことはもちろんである。
また、本実施形態では、冷媒配管２４を冷媒回路３に直列に接続された構成としているが、これに限るものではなく、冷媒回路３から並列に分岐した分岐管として設けても良い。
また、パワー素子５０（圧縮機用ＩＰＭ５１、ファンモータ用ＩＰＭ５２、及び、ダイオード５３）と冷却板１９との間に、熱伝導性を良好とするパテや塗装を施し、各パワー素子５０からの放熱を冷却板１９へ確実に伝えるようにしても良いこと勿論である。

１室外ユニット
２室内ユニット
３冷媒回路
１１圧縮機
１４四方弁
１５室外熱交換器
１６レシーバタンク
１８電装箱
１９冷却板
２４冷媒配管
２４Ａ直管部
２４Ｂ曲管部
３３背板
３３Ａ開口部
４２溝部
５０パワー素子（発熱体）
５１圧縮機用ＩＰＭ（第１発熱体）
５２ファンモータ用ＩＰＭ（第２発熱体）
５３ダイオード
６０突出部
６１開口
６２ヒートシンク
６３制御基板
１００空気調和装置

Claims

発熱体を収納した電装箱の外側に設けられ、前記発熱体と熱的に接続されて当該発熱体を冷却する冷却板と、冷媒が循環する冷媒回路から前記冷却板に冷媒を供給する冷媒配管とを備えた電装箱の冷却構造において、
前記発熱体は、電気容量の異なる複数の発熱体を備え、前記冷却板に開口を形成し、この開口に電気容量の小さな発熱体を配置し、当該発熱体に熱的に接続されるヒートシンクを備えたことを特徴とする電装箱の冷却構造。
前記冷媒配管は、略平行に延びる一対の直管部と、これら直管部を連結する曲管部とを備え、前記開口は、前記一対の直管部の間に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電装箱の冷却構造。
前記発熱体は、圧縮機を駆動するための第１発熱体と、この第１発熱体よりも電気容量が小さく、室外ファンを駆動するための第２発熱体とを備え、この第２発熱体が前記開口に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電装箱の冷却構造。