JP2013137132A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の機能回路を１つのパッケージに内蔵してなる半導体モジュールの冷却において、各機能回路の発熱状態とファンの風量とに応じた適切な冷却を行うことができる空気調和装置を得る。
【解決手段】放熱板７は、第１機能回路の配置領域に対応する位置に、放熱フィンの間隔を所定の間隔とした広ピッチ部７ｂが形成され、第２機能回路の配置領域に対応する位置に、広ピッチ部７ｂより放熱フィンの間隔を狭くした狭ピッチ部７ａが形成され、制御装置２は、設定する運転能力が大きいほどファン３の風量を大きくする。
【選択図】図８

Description

この発明は、空気調和装置に関し、特に、半導体モジュールの冷却に関するものである。

従来の技術においては、例えば、空気が流れる流路内に放熱フィンを配置し、放熱フィンに半導体モジュールを搭載し、放熱フィンを介して半導体モジュールが冷却されるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１１１２１６号公報（段落［００１４］、［００１５］、図１）

従来、放熱フィンを有する放熱板を、発熱体となる半導体モジュールに取り付けることで、半導体モジュールからの発熱を放熱するものが知られている。このような放熱板は、半導体モジュールの発熱量に適した熱設計を行うことが望まれている。
また近年、制御装置を構成する複数の機能回路を１つのパッケージに内蔵してなる複合型の半導体モジュールが用いられている。このような半導体モジュールは、機能回路ごとに発熱量が異なる場合があり、発熱量に適した冷却が必要となる。

しかしながら、上記特許文献１の技術のように、放熱フィンのフィンピッチが一様に形成された放熱板を、上記複合型の半導体モジュールに取り付けて冷却する場合、発熱量が小さい機能回路に対しては過剰な放熱能力となり、発熱量が大きい機能回路に対して放熱性能が不足する場合があり、適切な冷却を行うことが難しい。例えば、放熱性能が不足しないよう発熱量の大きい機能回路に応じた放熱板を取り付けると、放熱板の大型化やコストアップに繋がるという問題点があった。

また、上記特許文献１の技術のように、室外機内を流れる空気を利用して半導体モジュールを冷却する場合、放熱板の放熱フィンを通過する風量は、室外機のファンの風量により変化することとなる。このような室外機内のファンの風量は、空気調和装置の運転パターン（運転能力）により変化する。また、半導体モジュールを構成する複数の機能回路の発熱量も、運転パターン（運転能力）により変化するものもある。
このように、発熱量が運転能力により各機能回路で個別に変化する半導体モジュールを、運転能力により風量が変化するファンからの送風を利用して冷却する場合、放熱板によって発熱量に適した冷却を行うことが困難である、という問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の機能回路を１つのパッケージに内蔵してなる半導体モジュールの冷却において、各機能回路の発熱状態とファンの風量とに応じた適切な冷却を行うことができる空気調和装置を得るものである。

この発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、膨張手段、および蒸発器が冷媒配管で接続され冷媒を循環させる冷媒回路が形成された空気調和装置において、前記凝縮器または前記蒸発器が搭載された筐体内に設けられ、前記凝縮器または前記蒸発器に送風するファンと、設定する運転能力に応じて前記圧縮機および前記ファンを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、複数の機能回路をそれぞれ配置領域を区分して１つのパッケージに内蔵してなる半導体モジュールと、前記半導体モジュールに取り付けられ、前記ファンの送風の一部が流通する放熱フィンが形成された放熱板とを有し、前記複数の機能回路の少なくとも一部は、発熱量が運転能力に依存しない第１機能回路と、運転能力が大きくなるほど発熱量が大きくなる第２機能回路とにより構成され、前記放熱板は、前記第１機能回路の配置領域に対応する位置に、前記放熱フィンの間隔を所定の間隔とした広ピッチ部が形成され、前記第２機能回路の配置領域に対応する位置に、前記広ピッチ部より前記放熱フィンの間隔を狭くした狭ピッチ部が形成され、前記制御装置は、設定する運転能力が大きいほど前記ファンの風量を大きくするものである。

この発明は、複数の機能回路を１つのパッケージに内蔵してなる半導体モジュールの冷却において、各機能回路の発熱状態とファンの風量とに応じた適切な冷却を行うことができる。

実施の形態１における空気調和装置の冷媒回路図である。 実施の形態１における室外機の内部構造図および通風経路図である。 実施の形態１における制御装置の内部構造図および放熱板の冷却手段を示した図である。 実施の形態１における制御装置の電気回路図と主要機能を示した図である。 実施の形態１における半導体モジュールの内部構造の簡易図である。 実施の形態１における運転パターンと各機能回路の発熱量との関係を示す図である。 実施の形態１における運転パターンと各機能回路の発熱量との関係を示す図である。 実施の形態１における放熱板と半導体モジュールを示す斜視図である。 実施の形態１における半導体モジュールの冷却動作を示す図である。 実施の形態１における冷房運転時の空調機運転範囲を示す図である。 実施の形態１における周囲温度および空調機能力における発熱量の推移を示す図である。 実施の形態１における機能回路の他の配置例を示す図である。 実施の形態２における放熱板と半導体モジュールと軸流ファンを示す斜視図である。 実施の形態２における半導体モジュールの冷却動作を示す図である。 実施の形態２における温度センサを設けた放熱板と半導体モジュールと軸流ファンを示す斜視図である。 実施の形態３における放熱板と半導体モジュールを示す斜視図である。 実施の形態３におけるシリコンカーバイト素子を適用する機能回路の選定例を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における空気調和装置の冷媒回路図である。
図１に示すように、空気調和装置は、圧縮機１００と、四方弁１０１と、室外機１に搭載された室外側熱交換器１０２と、膨張手段である膨張弁１０３と、室内機に搭載された室内側熱交換器１０４とが順次冷媒配管で接続され、冷媒を循環させる冷媒回路を備えている。
四方弁１０１は、冷媒回路内の冷媒の流れる方向を切り替えることで、暖房運転、冷房運転の切り替えを行う。なお、冷房専用または暖房専用の空気調和装置とする場合には四方弁１０１を省略しても良い。室外側熱交換器１０２は、冷房運転時には、冷媒の熱により空気等を加熱する凝縮器として機能し、暖房運転時には、冷媒を蒸発させその際の気化熱により空気等を冷却する蒸発器として機能する。室内側熱交換器１０４は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能する。圧縮機１００は、蒸発器から排出された冷媒を圧縮し、高温にして凝縮器に供給する。膨張弁１０３は、凝縮器から排出された冷媒を膨張させ、低温にして蒸発器に供給する。

図２は、実施の形態１における室外機の内部構造図および通風経路図である。
図２に示すように、室外機１は、箱状に形成された筐体の側面に吸込口が形成され、吸込口に沿うように室外側熱交換器１０２（図示せず）が配置され、筐体の天面の開口により形成された吹出口にファン３が配置されている。このようなトップフロー型の室外機１は、ファン３が回転すると、筐体側面の吸込口から空気（風４）が吸い込まれ、室外側熱交換器１０２を通過後、垂直方向の流れとなって、筐体上部に形成された吹出口から上向きに吹き出される。
また、室外機１の筐体内部には、圧縮機１００およびファン３を制御する制御装置２が取付られており、ファン３の回転により発生する風４が制御装置２の背面を流れる構造となっている。またファン３は空気調和装置の運転状態（運転能力）により回転数が変化するため、風４の風量も変化することになる。

図３は、実施の形態１における制御装置の内部構造図および放熱板の冷却手段を示した図である。
図３に示すように、制御装置２の内部には、複数の機能回路を１つのパッケージに内蔵してなる複合型の半導体モジュール６と、この半導体モジュール６に取り付けられ、放熱フィンが形成された放熱板７とが配置されている。放熱板７は、例えば制御装置２の背面（筐体側面側）に取付られており、室外機１の筐体内に吸い込まれた風４の一部（以下、冷却風８という）が放熱フィンを流通するように配置され、この冷却風８と放熱板７とが熱交換することで半導体モジュール６の冷却を行う。

図４は、実施の形態１における制御装置の電気回路図と主要機能を示した図である。
図４に示すように、制御装置２は、圧縮機１００を駆動する構成として、整流回路部９、昇圧回路部１０、およびインバータ回路部１１を備えている。
整流回路部９は、整流ダイオードをブリッジ接続して構成され、電源からの交流電圧を整流して昇圧回路部１０に供給する。
昇圧回路部１０は、リアクトル、スイッチング素子、およびダイオードにより構成され、スイッチング素子のＯＮ期間にリアクトルに電流を流し込み、ＯＦＦ期間にリアクトルに蓄えられたエネルギーをダイオードを介して出力することで整流回路部９からの直流電圧を昇圧して出力する。昇圧回路部１０の出力は平滑コンデンサにより平滑されてインバータ回路部１１に供給される。
インバータ回路部１１は、スイッチング素子を各々ブリッジ接続して構成され、例えば、ＰＷＭ制御を行い、入力された直流電圧を任意電圧、任意周波数の交流に変換することで、圧縮機１００のモータを駆動して、圧縮機１００の回転速度を可変する。

本実施の形態においては、整流回路部９の各ダイオードと、昇圧回路部１０のスイッチング素子およびダイオードと、インバータ回路部１１の各スイッチング素子（逆流防止ダイオードを含む）とが、１つのパッケージに内蔵されて半導体モジュール６を構成している。

図５は、実施の形態１における半導体モジュールの内部構造の簡易図である。
図５に示すように、半導体モジュール６は、整流回路部９、昇圧回路部１０、インバータ回路部１１の各機能回路を、それぞれ配置領域を区分して配置している。なお、上記機能回路以外の回路が配置されるその他回路部１２を設ける構成としてもよい。ここでは、その他回路部１２には発熱体が無いものとして説明する。
なお、以下の説明において、整流回路部９の配置領域を「Ａ」、昇圧回路部１０の配置領域を「Ｂ」、インバータ回路部１１の配置領域を「Ｃ」と称する。

この半導体モジュール６は、運転時には通電に伴うジュール熱により発熱するが、その発熱量は各機能回路で一様ではない。また、各機能回路の発熱量は空気調和機の運転パターン（運転能力等）に応じて変動する。
本実施の形態１においては、発熱体である半導体モジュール６の内部構造（発熱体のレイアウト）による温度分布を考慮し、その分布に適応した放熱板７の構造と空気調和装置の運転パターンとを組み合わせる事で最適冷却を図るものである。
以下、運転パターンと各機能回路の発熱量との関係を説明した上で、放熱板７の構成を説明する。

図６、図７は、実施の形態１における運転パターンと各機能回路の発熱量との関係を示す図である。図６は電源電圧が低い場合（例えば２００Ｖ）を示し、図７は電源電圧が高い場合（例えば４００Ｖ）を示している。
また、図６、図７の上段は、空気調和機の運転能力（空調機能力）と各機能回路ごとの発熱量との関係をグラフで示し、下段は、ファン３の風量と各機能回路の発熱量との対応関係を示している。
図６、図７の何れの場合においても、制御装置２による運転制御においては、設定する空調機能力（運転能力）が大きいほどファン３の風量を大きくする設定する。ここで、運転能力を「小」、「中」、「大」の３つに区分し、それぞれの運転パターンにおけるファン３の風量を「小」、「中」、「大」で示す。

図６に示す例では、Ａ部（整流回路部９）およびＢ部（昇圧回路部１０）は、運転能力が大きくなるほど発熱量が大きくなる。即ち、発熱量と風量とに依存関係があり、発熱量が大きい場合にはファン３の風量も大きくなる。
一方、Ｃ部（インバータ回路部１１）は、発熱量が運転能力に依存しない。これは、インバータ回路部１１の電流は圧縮機１００のモータトルク等により変動するため、設定温度や、外気温度に依存するためである。即ち、発熱量は風量に依存しない。このため、風量が「中」（能力「中」）の運転パターンで発熱量が「大」となる場合もある。

図７に示す例では、Ａ部（整流回路部９）は、運転能力が「小」、「中」のとき、発熱量が「小」となり、運転能力が「大」のとき、発熱量が「中」となる。また、Ｂ部（昇圧回路部１０）は、運転能力が「小」、「中」のとき、発熱量が「小」となり、運転能力が「大」のとき、発熱量が大幅に増加し「大」となる。この例においても、Ａ部（整流回路部９）およびＢ部（昇圧回路部１０）は、運転能力が大きくなるほど発熱量が大きくなる。即ち、発熱量と風量とに依存関係があり、発熱量が大きい場合にはファン３の風量も大きくなる。
一方、この例においても、Ｃ部（インバータ回路部１１）は、発熱量が運転能力に依存しない。即ち、発熱量は風量に依存しない。この例では、風量が「中」、「大」のとき発熱量が共に「中」となる。

このように、本実施の形態における半導体モジュール６は、発熱量が運転能力に依存しない機能回路であるＣ部（インバータ回路部１１）と、運転能力が大きくなるほど発熱量が大きくなる機能回路であるＡ部（整流回路部９）およびＢ部（昇圧回路部１０）とにより構成されている。
なお、インバータ回路部１１は、この発明における「第１機能回路」に相当する。また、整流回路部９および昇圧回路部１０は、この発明における「第２機能回路」に相当する。

次に、放熱板７の構成を説明する。
図８は、実施の形態１における放熱板と半導体モジュールを示す斜視図である。
図８に示すように、放熱板７は、発熱量が運転能力に依存しない機能回路であるＣ部の配置領域に対応する位置に、放熱フィンの間隔を所定の間隔とした広ピッチ部７ｂが形成されている。また、運転能力が大きくなるほど発熱量が大きくなる機能回路であるＡ部およびＢ部の配置領域に対応する位置に、広ピッチ部７ｂより放熱フィンの間隔を狭くした狭ピッチ部７ａが形成されている。

狭ピッチ部７ａの放熱フィンは、例えば３〜５ｍｍ程度のフィンピッチで形成され、小型化を図ることができるとともに、広ピッチ部７ｂと比較して面積当たりのフィン数が多くなるため放熱能力の向上が期待できる。但し、放熱フィン間を通過する冷却風８の流動抵抗が大きくなるため、放熱能力（冷却能力）を発揮するには十分な風速（例えば２ｍ／ｓ以上）を確保する必要があり、冷却風８の風速が小さい場合には、広ピッチ部７ｂと比較して冷却能力が低下する。このため、狭ピッチ部７ａのフィンピッチは、ファン３の風量が「大」における冷却風８の風速のとき、広ピッチ部７ｂと同等以上の放熱能力が発揮されるようにフィンピッチを設定するのが望ましい。

広ピッチ部７ｂの放熱フィンは、例えば１０〜１５ｍｍ程度のフィンピッチで形成され、狭ピッチ部７ａの放熱フィンと比較して、放熱フィン間を通過する冷却風８の流動抵抗が小さくなるため、風速が低い場合でも一定の放熱能力（冷却能力）が発揮されることが期待できる。このため、広ピッチ部７ｂのフィンピッチは、ファン３の風量が「小」における冷却風８の風速のとき、Ｃ部の発熱量を放熱することが可能となる放熱能力が発揮されるようにフィンピッチを設定するのが望ましい。

次に、半導体モジュール６の冷却動作を説明する。
図９は、実施の形態１における半導体モジュールの冷却動作を示す図である。
図９（Ａ）は、ファン３の風量が「大」の場合における各部の発熱量と放熱能力とを示し、図９（Ｂ）は、ファン３の風量が「小」の場合における各部の発熱量と放熱能力とを示している。なお、ここでの発熱量は、上記図６の場合を例に説明する。

図９（Ａ）に示すように、ファン３の風量が「大」の場合、放熱板７を通過する風量も大きくなる（以下、冷却風８ａという）。また、この運転パターンでは、空気調和装置は運転能力が大きい状態であり、上述したように、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部の何れも発熱量が「大」となる。このとき、放熱板７の狭ピッチ部７ａおよび広ピッチ部７ｂの何れにも、半導体モジュール６の各部の発熱量を冷却するのに十分な風速の冷却風８ａが吹き込んでいる。
この場合、Ａ部およびＢ部は狭ピッチ部７ａの放熱板７に接触しているため、十分な放熱効果を確保することができ、結果的に半導体モジュール６の温度上昇を抑制する事が可能となる。
なお、各部の発熱量としては、Ａ部は１００Ｗ程度、Ｂ部は２５０Ｗ程度、Ｃ部は２５０Ｗ程度を想定している。

図９（Ｂ）に示すように、ファン３の風量が「小」の場合、放熱板７を通過する風量も小さくなる（以下、冷却風８ｂという）。また、この運転パターンでは、空気調和装置は運転能力が小さい状態であり、上述したように、Ａ部、Ｂ部の発熱量が「小」となり、Ｃ部の発熱量は、設定温度や外気温度に依存する。ここでは、Ｃ部の発熱量が「大」となった場合を考える。
このとき、放熱板７の狭ピッチ部７ａは、冷却風８ｂの風速が小さい（例えば０．４ｍ／ｓ程度）ため、十分な放熱効果を得る事ができないが、Ａ部、Ｂ部共に発熱量が「小」の状態であるため、過剰な温度上昇には至らない。
一方でＣ部については、広ピッチ部７ｂの放熱板７に接触しているため、冷却風８ｂの風速が小さい場合であっても一定の放熱効果を得る事が可能となり、温度上昇を抑制する事ができる。
なお、各部の発熱量としては、Ａ部は５０Ｗ程度、Ｂ部は８０Ｗ程度、Ｃ部は２５０Ｗ程度を想定している。

ここで、室外機１が設置された周囲温度（外気温度）および空調機能力と半導体モジュール６の発熱量の推移について説明する。
図１０は、実施の形態１における冷房運転時の空調機運転範囲を示す図である。
図１１は、実施の形態１における周囲温度および空調機能力における発熱量の推移を示す図である。
図１０に示すように、室外機１が設定される周囲環境（例えば季節）により、冷房運転における室外機の周囲温度と室内設定温度との関係がおおよそ定まる。例えば、室外機周囲温度と室内設定温度と共に「高温」であるとき周囲環境は真夏であると想定される。半導体モジュール６の発熱量は周囲環境の影響を受ける。即ち、周囲温度が高い場合には冷却風８の温度も高くなるため、放熱板７での放熱量が少なくなり、発熱量が増加する。

図１１に示すように、例えば周囲環境が冬であるような、室外機周囲温度と空調機能力が共に「低」であるとき、冷却風８の風量は小さいもののその温度が低いと想定され、広ピッチ部７ｂによる放熱により、Ｃ部の発熱量は小さく押さえられる。また、このとき運転能力が低いため、Ａ部、Ｂ部の発熱量は小さい。

また、室外機周囲温度が「低」で空調機能力が「高」であるとき、Ａ部、Ｂ部は発熱量が増加するが、冷却風８の風量は大きく、かつその温度が低いと想定され、狭ピッチ部７ａによる放熱によりその発熱量は小さく押さえられる。また、広ピッチ部７ｂによる放熱により、Ｃ部の発熱量は小さく押さえられる。

また、室外機周囲温度が「高」で空調機能力が「低」であるとき、冷却風８の温度が高いと想定され、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部の全ての発熱量が増加するが、このとき運転能力が低いため、Ａ部、Ｂ部の発熱量の絶対量は小さい。また、広ピッチ部７ｂによる放熱により、Ｃ部の発熱量は抑制される。なお、広ピッチ部７ｂのフィンピッチは、このような周囲温度が高い場合を想定して、このときの発熱量に応じて設定するとよい。

また、室外機周囲温度と空調機能力が共に「高」であるとき、冷却風８の温度が高いと想定され、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部の全ての発熱量が増加するが、冷却風８の風量は大きいので、狭ピッチ部７ａによる放熱によりＡ部、Ｂ部の発熱量は抑制される。また、Ｃ部の発熱量は、広ピッチ部７ｂによる放熱により、Ｃ部の発熱量は抑制される。なお、狭ピッチ部７ａのフィンピッチは、このような周囲温度が高い場合を想定して、このときの発熱量に応じて設定するとよい。

なお、半導体モジュール６の各機能回路の配置は上記の構成に限るものではない。即ち、放熱板７は、第１機能回路の配置領域に対応する位置に、放熱フィンの間隔を所定の間隔とした広ピッチ部７ｂが形成され、第２機能回路の配置領域に対応する位置に、広ピッチ部７ｂより放熱フィンの間隔を狭くした狭ピッチ部７ａが形成されていればよい。
例えば図１２に示すように、上述したＡ部、Ｂ部、Ｃ部を一列に配置し、Ａ部およびＢ部に対応する位置に狭ピッチ部７ａを形成し、Ｃ部に対応する位置に広ピッチ部７ｂを形成すればよい。

なお、放熱板７として、フィンピッチの異なる個別の放熱板を結合して使用する事も可能であるが、本実施の形態のように放熱板７のベース部を共通とし、放熱フィン部分のピッチのみを変更することで、ベース面積が大きくなるため半導体モジュール６の熱拡散を助長し、放熱特性も向上することが可能となる。なお、フィンピッチの変更については、カシメフィンなどを用いる事で、比較的容易に実現できる。

以上のように本実施の形態においては、放熱板７は、発熱量が運転能力に依存しない第１機能回路の配置領域に対応する位置に、放熱フィンの間隔を所定の間隔とした広ピッチ部７ｂが形成されている。また、運転能力が大きくなるほど発熱量が大きくなる第２機能回路の配置領域に対応する位置に、広ピッチ部７ｂより放熱フィンの間隔を狭くした狭ピッチ部７ａが形成されている。そして、制御装置２は、設定する運転能力が大きいほどファン３の風量を大きく制御する。
このため、複数の機能回路を１つのパッケージに内蔵してなる半導体モジュールの冷却において、各機能回路の発熱状態とファン３の風量とに応じた適切な冷却を行うことができる。
また、運転能力が大きくなるほど発熱量が大きくなる第２機能回路に対応して狭ピッチ部７ａを形成し、運転能力が大きいほどファン風量も大きいので、狭ピッチ部７ａにより第２機能回路の発熱量を放熱することが可能となる。また、放熱板７の小型化を図ることができる。
また、複数の機能回路を、１つのパッケージに内蔵した半導体モジュール６で構成し、この半導体モジュール６に放熱板７を取り付けるので、各機能回路ごとに個別の放熱板を設ける必要が無く、コストダウンを図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では室外機１のファン３にて発生する風４を利用して冷却する形態を説明した。本実施の形態２では放熱板冷却用の軸流ファンを設けた形態について説明する。

図１３は、実施の形態２における放熱板と半導体モジュールと軸流ファンを示す斜視図である。
図１３に示すように、本実施の形態においては、上記実施の形態１の構成に加え、少なくとも広ピッチ部７ｂに送風する軸流ファン２１と、少なくとも広ピッチ部７ｂに送風する軸流ファン２２とを備えている。
この軸流ファン２１、２２は、放熱板７（側面側）に対向して配置され、制御装置２からの制御により駆動することで冷却風２３を放熱板７に送風する。なお、ここでは、２台の軸流ファンを設ける場合を説明するが、これに限るものではない。

なお、軸流ファン２１は、この発明における「第２ファン」に相当する。
また、軸流ファン２２は、この発明における「第３ファン」に相当する。

次に、本実施の形態における半導体モジュール６の冷却動作について説明する。
図１４は、実施の形態２における半導体モジュールの冷却動作を示す図である。
図１４（Ａ）は、運転能力が「大」の場合における各部の発熱量と放熱能力とを示し、図１４（Ｂ）は、運転能力が「小」の場合における各部の発熱量と放熱能力とを示している。なお、ここでの発熱量は、上記図６の場合を例に説明する。

図１４（Ａ）に示すように、運転能力が「大」の場合、上述したように、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部の何れも発熱量が「大」となる。このとき、室外機１のファン３の風量も「大」となり放熱板７を通過する風量も大きくなるが、本実施の形態では、軸流ファン２１、２２を共に駆動することで、さらに放熱能力を向上させる。例えば制御装置２は、運転能力が所定値より大きいとき（例えば「中」以上）、軸流ファン２１、２２を共に駆動して、狭ピッチ部７ａ及び広ピッチ部７ｂの全体に冷却風２３ａを供給することで、放熱能力を向上させる。
なお、ここでは、軸流ファン２１、２２を共に駆動する場合を説明したが、これに限らず、狭ピッチ部７ａに対向する軸流ファン２２のみを駆動するようにしても良い。上述したように、狭ピッチ部７ａの放熱能力を発揮するには十分な風速が必要となるため、何らかの原因で室外機１のファン３の風量が確保できない場合であっても、半導体モジュール６を冷却することができる。

図１４（Ｂ）に示すように、運転能力が「小」の場合、上述したように、Ａ部、Ｂ部の発熱量が「小」となり、Ｃ部の発熱量は、設定温度や外気温度に依存する。ここでは、Ｃ部の発熱量が「大」となった場合を考える。
このとき、室外機１のファン３の風量も「小」となり放熱板７を通過する風量も小さくなる。Ａ部、Ｂ部共に発熱量が「小」の状態であるため、過剰な温度上昇には至らない。一方でＣ部については、発熱量が大きくなる場合があるため、広ピッチ部ｂに対向する軸流ファン２１を駆動することで、放熱能力を向上させる。例えば制御装置２は、ファン３の風量が所定値より大きいとき（例えば「中」以下）、軸流ファン２１を駆動して、広ピッチ部７ｂに冷却風２３ｂを供給することで、放熱能力を向上させる。

以上のように本実施の形態においては、放熱板７に対向して配置され、少なくとも広ピッチ部７ｂに送風する軸流ファン２１を備える。そして、ファン３の風量が所定量より小さいとき、軸流ファン２１を駆動させる。このため、広ピッチ部７ｂの放熱能力を向上させることができる。
また本実施の形態においては、放熱板７に対向して配置され、少なくとも狭ピッチ部７ａに送風する軸流ファン２２を備える。そして、制御装置２は、運転能力が所定値より大きいとき、軸流ファン２２を駆動させる。このため、狭ピッチ部７ａの放熱能力を向上させることができる。

また、上述した制御を行うことで不必要な軸流ファン２１、２２の稼動を抑制し、省エネルギーとすることができる。また、軸流ファン２１、２２を使用する事で常に一定の風速を確保する事が可能であるため、例えば上記実施の形態１のフィンピッチより狭い放熱フィンを用いた、放熱特性の良い放熱板７を採用することができ、実施の形態１の放熱板７よりも小型化することも可能である。

なお、上記の説明では、ファン３の風量や空気調和装置の運転能力により軸流ファンの駆動を制御する場合を説明したが、これに限らず、放熱板７の温度を検出して軸流ファンを制御しても良い。具体例を図１５により説明する。

図１５は、実施の形態２における温度センサを設けた放熱板と半導体モジュールと軸流ファンを示す斜視図である。
図１５に示すように、上記の構成に加え、広ピッチ部７ｂの上流側の温度を検出する上流側温度センサ３１と、広ピッチ部７ｂの下流側の温度を検出する下流側温度センサ３２を備える。なお、上流側温度センサ３１および下流側温度センサ３２は、この発明における「温度センサ」に相当する。
このような構成により、制御装置２は、広ピッチ部７ｂの上流側と下流側の温度差が所定値より大きいとき、軸流ファン２１を駆動させる。このように、上流側と下流側の温度差が大きく、ファン３からの風量が少ないと想定される場合には、軸流ファン２１を使用する事で一定の風速を確保する事が可能となる。

なお、ここでは、広ピッチ部７ｂの上流側の温度を検出する場合を説明したが、狭ピッチ部７ａの上流側の温度を検出するようにし、温度差が所定値より大きいときに軸流ファン２２を駆動させるようにしても良い。

実施の形態３．
本実施の形態では、半導体モジュールの内部素子に、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）素子などのワイドバンドギャップ半導体を使用する形態について説明する。

シリコンカーバイト素子などのワイドバンドギャップ半導体は、従来のシリコン素子に対して耐熱温度が高く、素子の接合部温度が約２００℃まで使用する事ができるため、冷却条件が緩和される。例えばシリコン素子では約１００℃が限界温度であったため、１００℃以下の冷却構造が必要であったが、シリコンカーバイトの場合は１００℃以上でも冷却効果が期待できる。

このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子やダイオード素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子やダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。

また耐熱性も高いため、放熱板７のさらなる小型化や、半導体モジュール６の一層の小型化が可能になる。
更に電力損失が低いため、スイッチング素子やダイオード素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュール６の高効率化が可能になる。

なお、ワイドバンドギャップ半導体としては、シリコンカーバイト素子の他、例えば、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンド等がある。

図１６は、実施の形態３における放熱板と半導体モジュールを示す斜視図である。
図１６に示す例では、Ｂ部（昇圧回路部１０）に、シリコンカーバイト素子を用いた場合を示している。
上述したように、シリコンカーバイト素子は耐熱温度が高く、冷却条件を緩和できるため、他の機能回路より送風の風下側に配置することが可能となる。
このため図１６に示すように、半導体モジュール６の取付方向を、上記実施の形態１（図８）から１８０度回転させている。
この場合、Ａ部で排出された熱により、高温状態となった風がＢ部に吹き付けられる。但し、Ｂ部はシリコンカーバイト素子を使用しているため、十分な耐熱特性が有り高温環境下でも破壊に至らない。

このように、シリコン素子とシリコンカーバイト素子を組み合わせた冷却構造を検討する場合、風上にシリコン素子を風下にシリコンカーバイト素子を配置する事でシリコンカーバイトの特長を活かした放熱設計が可能となる。

半導体モジュール６を構成する複数の機能回路の一部に、シリコンカーバイト素子などのワイドバンドギャップ半導体を用いる場合、空気調和装置の運転パターンと各機能回路の発熱量に応じて、ワイドバンドギャップ半導体を用いる機能回路を選定するとよい。具体例を図１７に示す。

図１７は、実施の形態３におけるシリコンカーバイト素子を適用する機能回路の選定例を示す図である。
なお、図１７における運転パターンとモジュール発熱量は、図６、図７に示した運転パターンと各機能回路の発熱量との関係に相当する。
図１７（Ａ）の例では、Ｃ部は、風量「中」および「大」のとき発熱量が共に「大」となり、Ａ部、Ｂ部と比較して、発熱量が大きくなる運転パターンが多い。この例では、発熱状態がより多くなるＣ部に、シリコンカーバイト素子を適用する。
また、図１７（Ｂ）の例では、Ｃ部は、風量「中」および「大」のとき発熱量が共に「中」となり、Ｂ部は、風量「小」および「中」で発熱量が共に「小」であるものの、風量「大」のとき、発熱量が「大」となる。この例では、発熱量が最も大きくなるＢ部に、シリコンカーバイト素子を適用する。

なお、図１７に示した、シリコンカーバイト素子を適用する機能回路の選定例は一例であり、これに限らず、設計条件やコスト等により適宜選定するようにしても良い。

なお、半導体モジュール６を構成する機能回路の全てにシリコンカーバイト素子などのワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。

なお、上記実施の形態１〜３では、半導体モジュール６が室外機１に搭載された場合を説明したが、この発明はこれに限るものではなく、室内機に搭載するようにしても良い。この場合においても、制御装置２は、設定する運転能力が大きいほど室内機のファンの風量を大きくすることで、同様の効果を奏することができる。

１ 室外機、２ 制御装置、３ ファン、４ 風、６ 半導体モジュール、７ 放熱板、７ａ 狭ピッチ部、７ｂ 広ピッチ部、８ 冷却風、９ 整流回路部、１０ 昇圧回路部、１１ インバータ回路部、１２ その他回路部、２１ 軸流ファン、２２ 軸流ファン、２３ 冷却風、３１ 上流側温度センサ、３２ 下流側温度センサ、１００ 圧縮機、１０１ 四方弁、１０２ 室外側熱交換器、１０３ 膨張弁、１０４ 室内側熱交換器。

Claims (8)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張手段、および蒸発器が冷媒配管で接続され冷媒を循環させる冷媒回路が形成された空気調和装置において、
   前記凝縮器または前記蒸発器が搭載された筐体内に設けられ、前記凝縮器または前記蒸発器に送風するファンと、
   設定する運転能力に応じて前記圧縮機および前記ファンを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   複数の機能回路をそれぞれ配置領域を区分して１つのパッケージに内蔵してなる半導体モジュールと、
   前記半導体モジュールに取り付けられ、前記ファンの送風の一部が流通する放熱フィンが形成された放熱板とを有し、
   前記複数の機能回路の少なくとも一部は、発熱量が運転能力に依存しない第１機能回路と、運転能力が大きくなるほど発熱量が大きくなる第２機能回路とにより構成され、
   前記放熱板は、
   前記第１機能回路の配置領域に対応する位置に、前記放熱フィンの間隔を所定の間隔とした広ピッチ部が形成され、
   前記第２機能回路の配置領域に対応する位置に、前記広ピッチ部より前記放熱フィンの間隔を狭くした狭ピッチ部が形成され、
   前記制御装置は、設定する運転能力が大きいほど前記ファンの風量を大きくする
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記ファンおよび前記制御装置は、室外機に配置され、
   前記第１機能回路は、前記圧縮機の回転速度を可変するインバータ回路により構成され、
   前記第２機能回路は、前記インバータ回路に直流電力を供給する整流回路および昇圧回路の少なくとも一方により構成された
   ことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記放熱板に対向して配置され、少なくとも前記広ピッチ部に送風する第２ファンを備え、
   前記制御装置は、
   前記ファンの風量が所定量より小さいとき、前記第２ファンを駆動させる
   ことを特徴とする請求項１または２記載の空気調和装置。
4. 前記放熱板に対向して配置され、少なくとも前記広ピッチ部に送風する第２ファンと、
   前記送風が流通する前記広ピッチ部の上流側の温度と下流側の温度とを検出する温度センサとを備え、
   前記制御装置は、
   前記広ピッチ部の上流側と下流側の温度差が所定値より大きいとき、前記第２ファンを駆動させる
   ことを特徴とする請求項１または２記載の空気調和装置。
5. 前記放熱板に対向して配置され、少なくとも前記狭ピッチ部に送風する第３ファンを備え、
   前記制御装置は、
   運転能力が所定値より大きいとき、前記第３ファンを駆動させる
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の空気調和装置。
6. 前記半導体モジュールは、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の空気調和装置。
7. 前記複数の機能回路の一部は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成され、他の機能回路より前記送風の風下側に配置された
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の空気調和装置。
8. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、
   炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドである
   ことを特徴とする請求項６または７記載の空気調和装置。

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