JP5794866B2 - 空気調和装置の室内機 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置にヒートシンクを搭載した空気調和装置の室内機に関する。

従来の空気調和装置の室内機（利用側ユニット）として、利用側熱交換器が配置されるケーシングと、そのケーシングに開口され、室内空気が吸込まれる吸入口と、同じくケーシングに開口され、調和空気が吹き出される吹出口と、ケーシング内に設けられ、吸入口から吹出口へと空気が流れ、吸入口と吹出口との間に利用側熱交換器が配置された主通風流路と、ケーシング内に設けられ、吸入口から吹出口へと向かう主通風流路内の空気流れを形成するファンと、ケーシング内に設けられ、電装部品が収納される電装品箱と、を備え、電装品箱の少なくとも一部は、主通風流路内に位置して設けられているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２６１６２２号公報（第９頁、図３）

しかしながら、特許文献１に記載された空気調和装置の室内機において、電装品箱の背面にヒートシンクを配置することが多く、インバーターを搭載した電装品箱をファンの前面側に設置しようとした場合、ファンケーシングとの接触を避けるために本体の奥行き寸法を大きくしなければならない等、コンパクト化を図ることが困難であるという問題点があった。

また、２つの送風機によって調和空気を本体外へ吹き出す場合、２つの送風機の片側にヒートシンクが配置されるように電装品箱を設置した場合、ヒートシンクの放熱によって熱せられた空気によって、２つの送風機から吹き出される調和空気の温度が均一にならないという問題点もあった。

さらに、Ｓｉ（シリコン）素子によって部品が形成されたインバーター等は、ヒートシンクによって十分に放熱する必要があり、そのヒートシンクが、ファンによって空気が流れる風路内に配置されるようにしなければならないという問題点もあった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）等のワイドバンドギャップ半導体をインバーター駆動回路の素子に適用することによってヒートシンクの小型化を図り、室内機全体の小型化を実現する空気調和装置の室内機を提供することである。
また、第２の目的は、２つの送風機間にヒートシンクを配置するようにした空気調和装置の室内機を提供することである。
そして、第３の目的は、ファンによって空気が流れる風路内に配置しなくても耐熱性を確保できる空気調和装置の室内機を提供することである。

本発明に係る空気調和装置の室内機は、空気吸込口及び空気吹出口が形成された本体と、該本体内部に設置され、内部を流通する冷媒と空気吸込口から吸い込まれた空気との熱交換を実施し、該空気を調和空気とする利用側熱交換器と、互いに所定の間隔を隔てて本体内部に設置され、その回転によって空気吸込口から空気を本体内部に吸い込み、利用側熱交換器に通風させる２つのファンと、本体内部に設置され、ファンを回転させるモーターと、該モーターを駆動させるインバーター駆動回路を備えた制御装置と、を備え、インバーター駆動回路は、ワイドバンドギャップ半導体で形成された素子を搭載し、該素子から発生する熱を放熱するヒートシンクを備え、該ヒートシンクは、制御装置の外部に露出するように設置され、２つのファンの間に配置され、ファン及び制御装置は、利用側熱交換器の二次側に配置されたものである。

本発明によれば、インバーター駆動回路にワイドギャップ半導体で形成された素子を適用したことにより耐熱性が向上するので、ヒートシンクを小型化することができ、これによって、ヒートシンクを２つのファンの間に配置することが可能となり、室内機の奥行き方向のサイズを小さくすることができるので、室内機の大きさをコンパクトにすることができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の室内機１０１の平面断面図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の室内機１０１の側面断面図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室内機１０１ａの平面断面図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室内機１０１ａの側面断面図である。

実施の形態１．
（室内機１０１の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の室内機１０１の平面断面図であり、図２は、同室内機１０１の側面断面図である。以下、図１及び図２を参照しながら、本実施の形態に係る空気調和装置の室内機１０１の構成について説明する。ここで、図２における側面視において本体１の左右方向を奥行き方向とする。

図１及び図２で示されるように、本実施の形態に係る空気調和装置の室内機１０１は、室内機１０１のケーシングとなる本体１、その本体１の一側面に形成された空気吸込口２、本体１内に設置された利用側熱交換器３、その利用側熱交換器３の二次側（すなわち、利用側熱交換器３に対する風下側）に配置された２つのファン４、及び、そのファン４から吹き出される空気を外部に吹き出すための空気吹出口５を備えている。また、室内機１０１は、ファン４を回転動作させるモーター６、図２における側面視において、２つのファン４の左側近傍に配置（図１における平面視において、２つのファン４の奥側近傍に配置）された制御装置７、及び、２つのファン４の間に配置されるように制御装置７に設置されたヒートシンク８を備えている。さらに、室内機１０１は、空気吸込口２と利用側熱交換器３との間に設置された吸込温度検出手段９、及び、２つのファン４のうち一方の内部に設置された吹出温度検出手段１０を備えている。

空気吸込口２は、本体１の一側面に形成され、この空気吸込口２から、ファン４の回転動作によって、外部から本体１内に空気が吸い込まれる。

利用側熱交換器３は、その内部を流れる冷媒と、空気吸込口２から吸い込まれた空気との熱交換を実施するものであり、本実施の形態においては、蒸発器として機能する。なお、図１及び図２においては、利用側熱交換器３に冷媒を流入及び流出させるための冷媒配管等の冷凍サイクルの構成部品は図示していない。

２つのファン４は、例えば、シロッコファンであり、互いに所定の間隔を隔てて利用側熱交換器３の二次側に配置され、かつ、その並び方向が後述する空気吹出口５の開口面と略平行となるように設置されている。このファン４が回転動作することによって、空気吸込口２から、本体１内に空気が吸い込まれ、利用側熱交換器３に通風させる。ここで、ファン４には、回転動作した場合に空気を吸い込むファン吸込口４ａと、吸い込んだ空気を吹き出すファン吹出口４ｂとが形成されている。
なお、ファン４は、シロッコファンとしているが、これに限定されるものではなく、プロペラファン又はターボファン等でもよい。

空気吹出口５は、本体１の側面のうち、空気吸込口２が形成された側面に対向する側面に形成され、この空気吹出口５から、利用側熱交換器３によって熱交換され、ファン４によって吸い込まれた調和空気が外部に吹き出される。
なお、空気吹出口５の形成位置は、空気吸込口２の対向側面に限定されるものではなく、室内機１０１の仕様によって、その他の位置に形成されるものとしてもよい。

モーター６は、ファン４を回転動作させ、本体１内に空気の流れを発生させる。このモーター６にはモーター軸６ａが延設されており、このモーター軸６ａにファン４の回転体が連結しており、モーター６の回転力が、このモーター軸６ａを通じてファン４の回転体に伝達される。

制御装置７は、図２における側面視において、２つのファン４の左側近傍に配置され、室内機１０１全体を制御するものであり、モーター６を回転制御するためのインバーター駆動回路７ａ（図２参照）を内蔵している。このインバーター駆動回路７ａは、電子基板に、パワーＩＣ等にＳｉＣ素子が適用されたものが搭載されて構成されており、その基板の背面には、ＳｉＣ素子等から発生する熱を放熱するためのヒートシンク８が設置されている。

ヒートシンク８は、前述のように、制御装置７のインバーター駆動回路７ａに設置されており、制御装置７の外部に露出するように設置されている。また、ヒートシンク８は、前述のように２つのファン４の間に配置され、かつ、利用側熱交換器３とファン吸込口４ａとの間に位置するように配置されている。ヒートシンク８は、インバーター駆動回路７ａに搭載されたＳｉＣ素子によって形成されたパワーＩＣ等が発生する熱を外部に放熱するものであるが、上記のような位置に配置されることによって、ファン４の回転動作によって発生する空気の経路、すなわち、風路内に位置することになり、効率的に放熱することができる。

吸込温度検出手段９は、空気吸込口２と利用側熱交換器３との間に設置され、空気吸込口２から吸い込まれる空気の温度を検出ものであり、電気的に接続された制御装置７にその温度情報を送信する。吹出温度検出手段１０は、２つのファン４のうち一方（図１においては平面視において左側のファン４）の内部に設置され、利用側熱交換器３によって熱交換され、ファン吸込口４ａからファン４内に吸い込まれた空気（調和空気）の温度を検出する。また、吹出温度検出手段１０は、電気的に制御装置７に接続されており、検出した温度情報を制御装置７に送信する。

なお、インバーター駆動回路７ａにおいて、パワーＩＣ等にＳｉＣを適用するものとしたが、これに限定されるものではなく、その他のワイドバンドギャップ半導体（例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）又はダイヤモンド等）を適用するものとしてもよい。

（室内機１０１の動作）
次に、図１及び図２を参照しながら、本実施の形態に係る空気調和装置の室内機１０１の動作について説明する。
まず、制御装置７のインバーター駆動回路７ａは、駆動信号によってモーター６を回転駆動させ、ファン４を回転させる。このファン４の回転動作によって、空気吸込口２から外部の空気が本体１内に流入する。空気吸込口２から本体１内に流入した空気は、蒸発器として機能する利用側熱交換器３において、その内部を流れる冷媒と熱交換して冷却された調和空気となる。この調和空気は、利用側熱交換器３とファン４との間の風路に存在するヒートシンク８と接触して、ヒートシンク８によって加熱される。ヒートシンク８側から見た場合、ヒートシンク８がこの調和空気に対して放熱することによって、インバーター駆動回路７ａに搭載されたＳｉＣ素子によって形成されたパワーＩＣ等が発生する熱が放熱されることになる。そして、調和空気は、ファン４のファン吸込口４ａからファン４内に吸い込まれ、ファン吹出口４ｂから吹き出され、最終的に、空気吹出口５から外部に吹き出される。このとき、ヒートシンク８によって加熱された調和空気は、ヒートシンク８が２つのファン４の間に配置されていることによって、２つのファン４に均一に流入されることになる。

また、吸込温度検出手段９は、空気吸込口２から吸い込まれる空気の温度を検出し、吹出温度検出手段１０は、利用側熱交換器３によって冷却され、ファン吸込口４ａからファン４内に吸い込まれた調和空気の温度を検出し、それぞれ検出した温度情報を制御装置７へ送信する。制御装置７は、受信した温度情報に基づいて、調和空気の温度を制御する。

（実施の形態１の効果）
以上の構成のように、インバーター駆動回路７ａのパワーＩＣ等にＳｉＣ素子を適用したことにより耐熱性が向上するので、ヒートシンク８を小型化することができ、これによって、ヒートシンク８を２つのファン４の間に配置することが可能となり、室内機１０１の奥行き方向のサイズを小さくすることができるので、室内機１０１の大きさをコンパクトにすることができる。

また、ヒートシンク８を小型化することができるので、ヒートシンク８が風路内に設置されても、ヒートシンク８による圧力損失を低減することができる。

また、ヒートシンク８が２つのファン４の間に配置することが可能なので、ヒートシンク８によって加熱された調和空気を２つのファン４に均一に流入させることができ、空気吹出口５から吹き出される調和空気の温度を均一にすることができる。

さらに、ヒートシンク８によって加熱された調和空気が２つのファン４に均一に流入するので、２つのファン４双方に吹出温度検出手段１０を設置する必要がなく、一方のファン４にのみ設置することによって、制御装置７による調和空気の温度制御が可能となる。

なお、本実施の形態においては、ファン４及び制御装置７を、利用側熱交換器３の二次側に配置する構成としているが、これに限定されるものではない。すなわち、ファン４及び制御装置７を、利用側熱交換器３の一次側に配置するものとしてもよい。この場合、ヒートシンク８は、２つのファン４の間に配置し、かつ、空気吸込口２とファン吸込口４ａとの間に位置するように配置するものとすればよい。この構成によっても、上記の効果を得られる他、利用側熱交換器３によって熱交換される前の空気によってヒートシンク８から放熱させることができるので、利用側熱交換器３を蒸発器としても凝縮器としても利用することができる。また、この構成の場合、吸込温度検出手段９を、２つのファン４のうちいずれか一方の内部に設置すればよく、吹出温度検出手段１０を、利用側熱交換器３と空気吹出口５との間に設置するものとすればよい。

実施の形態２．
次に、本実施の形態に係る空気調和装置の室内機について、実施の形態１に係る空気調和装置の室内機と相違する点を中心に説明する。

（室内機１０１ａの構成）
図３は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室内機１０１ａの平面断面図であり、図４は、同室内機１０１ａの側面断面図である。以下、図３及び図４を参照しながら、本実施の形態に係る空気調和装置の室内機１０１ａの構成について説明する。ここで、図４における側面視において本体１の左右方向を奥行き方向とする。

図３及び図４で示されるように、本実施の形態に係る室内機１０１ａにおいて、ヒートシンク８は、２つのファン４の間に配置され、かつ、ファン吸込口４ａとファン吹出口４ｂとの間の風速が小さいデッドスペースに配置されている。その他の構成は、実施の形態１の室内機１０１の構成と同様である。

（室内機１０１ａの動作）
次に、図３及び図４を参照しながら、本実施の形態に係る空気調和装置の室内機１０１ａの動作について説明する。
まず、制御装置７のインバーター駆動回路７ａは、駆動信号によってモーター６を回転駆動させ、ファン４を回転させる。このファン４の回転動作によって、空気吸込口２から外部の空気が本体１内に流入する。空気吸込口２から本体１内に流入した空気は、蒸発器として機能する利用側熱交換器３において、その内部を流れる冷媒と熱交換して冷却された調和空気となる。この調和空気は、ファン４のファン吸込口４ａからファン４内に吸い込まれることになるが、ヒートシンク８は、前述のように、風速が小さい風路外のデッドスペースに配置されているので、ファン４の回転動作による調和空気の流れによって放熱することはほとんどない。しかしながら、インバーター駆動回路７ａのパワーＩＣ等にＳｉＣ素子を適用したことによりヒートシンク８を小型化したことによって、ヒートシンク８の表面温度は高くなり、周囲の空気との温度差が大きくなることによって、ヒートシンク８表面での風速が小さくても十分放熱することが可能である。そして、調和空気は、ファン４のファン吸込口４ａからファン４内に吸い込まれ、ファン吹出口４ｂから吹き出され、最終的に、空気吹出口５から外部に吹き出される。

（実施の形態２の効果）
以上の構成のように、ヒートシンク８が風速が小さい風路外のデッドスペースに配置されても、ヒートシンク８を小型化したことによって、ヒートシンク８の表面温度は高くなり、周囲の空気との温度差が大きくなることによって、ヒートシンク８表面での風速が小さくても十分放熱することが可能であり、室内機１０１の奥行き方向のサイズを小さくすることができ、室内機１０１の大きさをコンパクトにすることができる。

また、ヒートシンク８を風速が小さい風路外のデッドスペースに配置したことによって、調和空気がヒートシンク８に衝突することによる乱流の発生を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、ファン４及び制御装置７を、利用側熱交換器３の二次側に配置する構成としているが、これに限定されるものではない。すなわち、ファン４及び制御装置７を、利用側熱交換器３の一次側に配置するものとしてもよい。この場合、ヒートシンク８は、２つのファン４の間に配置し、かつ、ファン吸込口４ａとファン吹出口４ｂとの間に位置するように配置するものとすればよい。この場合、空気吸込口２から吸い込まれた空気のほとんどは、ヒートシンク８に衝突する前に、ファン吸込口４ａからファン４内に吸い込まれるので、このヒートシンク８の設置位置は、風速が小さい風路外のデッドスペースとなる。この構成によっても、上記の効果を得られる他、利用側熱交換器３によって熱交換される前の空気によってヒートシンク８から放熱させることができるので、利用側熱交換器３を蒸発器としても凝縮器としても利用することができる。また、この構成の場合、吸込温度検出手段９を、２つのファン４のうちいずれか一方の内部に設置すればよく、吹出温度検出手段１０を、利用側熱交換器３と空気吹出口５との間に設置するものとすればよい。

以上のように、ファン４及び制御装置７を利用側熱交換器３の二次側に配置する構成の場合、実施の形態１の室内機１０１のヒートシンク８については、利用側熱交換器３とファン吸込口４ａとの間に位置するように配置し、そして、実施の形態２の室内機１０１ａについては、ファン吸込口４ａとファン吹出口４ｂとの間の風速が小さいデッドスペースに配置するものとしている。また、ファン４及び制御装置７を利用側熱交換器３の一次側に配置する構成の場合においては、実施の形態１の室内機１０１のヒートシンク８については、空気吸込口２とファン吸込口４ａとの間に位置するように配置し、そして、実施の形態２の室内機１０１ａのヒートシンク８については、ファン吸込口４ａとファン吹出口４ｂとの間に位置するように配置するものとすればよいことを説明した。しかし、このように、ヒートシンク８を、実施の形態１のように風路内に配置し、そして、実施の形態２のように風路外のデッドスペースに配置するというような、厳密に２つの位置に配置することに限定するものではない。すなわち、ヒートシンク８は２つのファン４の間に配置されることを前提として、例えば、風路内となるか風路外となるかの中間位置に配置するものとしてもよく、風路内寄りに設置されれば、実施の形態１で説明した効果が得られることになり、風路外寄りに設置されれば、実施の形態２で説明した効果が得られることになる。

１ 本体、２ 空気吸込口、３ 利用側熱交換器、４ ファン、４ａ ファン吸込口、４ｂ ファン吹出口、５ 空気吹出口、６ モーター、６ａ モーター軸、７ 制御装置、７ａ インバーター駆動回路、８ ヒートシンク、９ 吸込温度検出手段、１０ 吹出温度検出手段、１０１、１０１ａ 室内機。

Claims (9)

1. 空気吸込口及び空気吹出口が形成された本体と、
   該本体内部に設置され、内部を流通する冷媒と前記空気吸込口から吸い込まれた空気との熱交換を実施し、該空気を調和空気とする利用側熱交換器と、
   互いに所定の間隔を隔てて前記本体内部に設置され、その回転によって前記空気吸込口から空気を前記本体内部に吸い込み、前記利用側熱交換器に通風させる２つのファンと、
   前記本体内部に設置され、前記ファンを回転させるモーターと、
   該モーターを駆動させるインバーター駆動回路を備えた制御装置と、
   を備え、
   前記インバーター駆動回路は、ワイドバンドギャップ半導体で形成された素子を搭載し、該素子から発生する熱を放熱するヒートシンクを備え、
   該ヒートシンクは、前記制御装置の外部に露出するように設置され、２つの前記ファンの間に配置され、
   前記ファン及び前記制御装置は、前記利用側熱交換器の二次側に配置された
   ことを特徴とする空気調和装置の室内機。
2. 前記ファンは、その回転によって空気をその内部に吸い込むファン吸込口を備え、
   前記ヒートシンクは、前記利用側熱交換器と前記ファン吸込口との間に位置するように配置された
   ことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置の室内機。
3. 前記ファンは、その回転によって空気をその内部に吸い込むファン吸込口、及び、その吸い込んだ空気を前記ファンの外部に吹き出すファン吹出口を備え、
   前記ヒートシンクは、前記ファン吸込口と前記ファン吹出口との間に位置するように配置された
   ことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置の室内機。
4. 前記空気吸込口と前記利用側熱交換器との間に設置され、前記空気吸込口から吸い込まれる空気の温度を検出する吸込温度検出手段と、
   ２つの前記ファンのうち一方の内部に設置され、前記利用側熱交換器によって熱交換された前記調和空気の温度を検出する吹出温度検出手段と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記吸込温度検出手段及び前記吹出温度検出手段によって検出された温度情報に基づいて、前記調和空気の温度制御を実施する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の空気調和装置の室内機。
5. 空気吸込口及び空気吹出口が形成された本体と、
   該本体内部に設置され、内部を流通する冷媒と前記空気吸込口から吸い込まれた空気との熱交換を実施し、該空気を調和空気とする利用側熱交換器と、
   互いに所定の間隔を隔てて前記本体内部に設置され、その回転によって前記空気吸込口から空気を前記本体内部に吸い込み、前記利用側熱交換器に通風させる２つのファンと、
   前記本体内部に設置され、前記ファンを回転させるモーターと、
   該モーターを駆動させるインバーター駆動回路を備えた制御装置と、
   を備え、
   前記インバーター駆動回路は、ワイドバンドギャップ半導体で形成された素子を搭載し、該素子から発生する熱を放熱するヒートシンクを備え、
   該ヒートシンクは、前記制御装置の外部に露出するように設置され、２つの前記ファンの間に配置され、
   前記ファン及び前記制御装置は、前記利用側熱交換器の一次側に配置され、
   前記ファンは、その回転によって空気をその内部に吸い込むファン吸込口を備え、
   前記ヒートシンクは、前記空気吸込口と前記ファン吸込口との間に位置するように配置された
   ことを特徴とする空気調和装置の室内機。
6. 空気吸込口及び空気吹出口が形成された本体と、
   該本体内部に設置され、内部を流通する冷媒と前記空気吸込口から吸い込まれた空気との熱交換を実施し、該空気を調和空気とする利用側熱交換器と、
   互いに所定の間隔を隔てて前記本体内部に設置され、その回転によって前記空気吸込口から空気を前記本体内部に吸い込み、前記利用側熱交換器に通風させる２つのファンと、
   前記本体内部に設置され、前記ファンを回転させるモーターと、
   該モーターを駆動させるインバーター駆動回路を備えた制御装置と、
   を備え、
   前記インバーター駆動回路は、ワイドバンドギャップ半導体で形成された素子を搭載し、該素子から発生する熱を放熱するヒートシンクを備え、
   該ヒートシンクは、前記制御装置の外部に露出するように設置され、２つの前記ファンの間に配置され、
   前記ファン及び前記制御装置は、前記利用側熱交換器の一次側に配置され、
   ２つの前記ファンのうち一方の内部に設置され、前記空気吸込口から吸い込まれる空気の温度を検出する吸込温度検出手段と、
   前記利用側熱交換器と前記空気吹出口との間に設置され、前記利用側熱交換器によって熱交換された前記調和空気の温度を検出する吹出温度検出手段と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記吸込温度検出手段及び前記吹出温度検出手段によって検出された温度情報に基づいて、前記調和空気の温度制御を実施する
   ことを特徴とする空気調和装置の室内機。
7. 前記ファンは、その回転によって空気をその内部に吸い込むファン吸込口を備え、
   前記ヒートシンクは、前記空気吸込口と前記ファン吸込口との間に位置するように配置された
   ことを特徴とする請求項６記載の空気調和装置の室内機。
8. 前記ファンは、その回転によって空気をその内部に吸い込むファン吸込口、及び、その吸い込んだ空気を前記ファンの外部に吹き出すファン吹出口を備え、
   前記ヒートシンクは、前記ファン吸込口と前記ファン吹出口との間に位置するように配置された
   ことを特徴とする請求項６記載の空気調和装置の室内機。
9. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（窒化ガリウム）又はダイヤモンドである
   ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の空気調和装置の室内機。

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