JP6594428B2

JP6594428B2 - 空気調和機の室外機および空気調和機

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Publication number: JP6594428B2
Application number: JP2017532240A
Authority: JP
Inventors: 貴之橋本; 孝大石; 正圭室伏
Original assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: BR112018001446A2; US20180216836A1; EP3330623A4; WO2017022001A1; CN107850323A; JPWO2017022001A1; EP3330623A1; US10527299B2; CN107850323B

Description

本発明は、空気調和機の室外機および空気調和機に関する。

冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う空気調和機では圧縮機の運転状態を制御するために、インバータ回路などの電気回路が搭載される。一般的にインバータ回路には高熱を生ずるパワー素子が用いられ、従来の空気調和機ではこのパワー素子が動作可能な温度よりも高温にならないように、パワー素子を冷却する手段が設けられている。このような冷却手段の一例として、特許文献１に冷凍サイクルに用いる冷媒によってパワー素子を冷却する構造が開示されている。特許文献１の空気調和機では、冷凍サイクルに用いる冷媒が流れる冷媒通路を冷媒ジャケット（特許文献１ではヒートシンク）に取り付け、この冷媒ジャケットにパワー素子を固定するとともに、冷媒ジャケットを電気部品箱に収めている。また、特許文献２では製造時や修理時などに冷媒ジャケットとパワー素子との接続状態をサービス用開口部から視認するため、室外機ケーシングの外面にサービス用開口部を設け、冷媒ジャケットはサービス用開口部に対向し、かつ冷媒ジャケットをサービス用開口部から見てパワー素子よりも手前側に配置する構造が開示されている。

特開昭６２−６９０６６特開２００９−２９９９７５

しかしながら、特許文献２で開示された構造、つまり冷媒ジャケットをサービス用開口部から見てパワー素子よりも手前側に配置した場合、冷凍サイクルの冷媒の循環が停止するとパワー素子を冷却できず、パワー素子が破壊する可能性がある。

上記のような課題を鑑み、本発明は、冷媒の循環がない場合もパワー素子等の被冷却部品（冷却対象部品）を効果的に冷却可能とし、発熱による被冷却部品の破壊を抑制できる空気調和機の室外機および空気調和機の提供を目的とする。

本発明は、前記課題を解決するため、筐体と、内部を流れる冷媒と空気を熱交換させる熱交換器と、前記筐体外の空気を吸い込み前記熱交換器を通過させる送風ファンと、基板および被冷却部品を有する電気部品箱と、前記被冷却部品に熱的に接続され内部を流れる冷媒により前記被冷却部品を冷却する冷却部材と、前記冷却部材を前記電気部品箱に固定する冷却部材取り付けネジと、を備える空気調和機の室外機であって、前記筐体は、前記電気部品箱に対応した位置に開閉可能なサービス用開口部を備え、前記冷却部材は、前記送風ファンの送風経路となる前記電気部品箱の外壁面に設けられ、前記サービス用開口部を開けたとき、前記電気部品箱において、前記被冷却部品が前記サービス用開口部に面する側に配置され、前記冷却部材が前記被冷却部品の背面側かつ前記電気部品箱の前記外壁面に配置され、前記冷却部材取り付けネジは、前記サービス用開口部から見て前記基板と重ならない当該基板の外周縁部よりも外側且つ前記サービス用開口部から着脱可能となる位置に設けられている。

本発明によれば、冷媒の循環がない場合もパワー素子等の冷却対象部品を効果的に冷却することが可能となり、発熱による冷却対象部品の破壊を抑制できる空気調和機の室外機および空気調和機を提供することができる。

本発明の第１実施例の空気調和機の室外機の側面図本発明の第１実施例の空気調和機の室外機の正面図本発明の第１実施例の電気部品箱の正面図本発明の第１実施例のインバータ基板の正面図本発明の第１実施例のパワー素子と冷媒ジャケットの正面図本発明の第１実施例のインバータ基板と電気部品箱と冷媒ジャケットの側面図本発明の第１実施例の製造方法の側面図本発明の第２実施例のインバータ基板と電気部品箱と冷媒ジャケットの側面図本発明の第２実施例の製造方法の側面図本発明の第３実施例のインバータ基板と電気部品箱と冷媒ジャケットの側面図本発明の第４実施例のインバータ基板と電気部品箱と冷媒ジャケットの側面図本発明の第５実施例のインバータ基板の正面図本発明の第５実施例のインバータ基板と電気部品箱と冷媒ジャケットの側面図本発明の第５実施例の電気部品箱の正面図

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１を図１から図６を参照しながら説明する。図１は室外機の側面図、図２は図１（室外機）の正面図、図３は電気部品箱の正面図、図４はインバータ基板の正面図、図５はパワー素子と冷媒ジャケットの正面図、図６はインバータ基板と冷媒ジャケットの側面図を示す。

図１の空気調和機の室外機はファンガード１、送風ファン３、ファンモータ４、電気部品箱５、圧縮機６、アキュムレータ７、熱交換器８から構成される。室外機筐体の正面２にサービス開口部１５がある。圧縮機６は冷媒を吸入して圧縮し、圧縮した冷媒を吐出する。圧縮機６にはスクロール圧縮機などの種々の圧縮機を採用できる。熱交換器８は冷媒を外気と熱交換させるための空気熱交換器であり、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器などを採用できる。送風ファン３はプロペラファンであり、室外機の上部かつ中央部に設けられ、熱交換器８を通過させた外気を上方へ向かって送風する。アキュムレータ７は流入する冷媒を気液分離し分離したガス冷媒を圧縮機６に送る。電気部品箱５は、板金で形成された筐体内に電気部品を収納したものであり、室外機筐体の側面に設けられ、室外機筐体内における送風ファン３の送風経路に配置される。詳細は後記するが、電気部品箱５には電気部品のうち冷却が必要となる被冷却部品を冷却するために冷媒ジャケット２０および冷媒配管１４が固定される。

図２に図１の正面図を示す。空気調和機の室外機正面のサービス開口部１５を開けると、電気部品箱５が正面に配置される。図３に図２に記載した電気部品箱５の詳細正面図を示す。電気部品箱５を構成する主要部品はインバータ基板９、ノイズフィルタ基板１０、制御基板１１であり、インバータ基板９は圧縮機６を駆動する電力を供給し、ノイズフィルタ基板１０はインバータ基板９が発生する電気ノイズを抑制する。制御基板１１は空気調和機の室外機と室内機の間の信号を伝送する。図４にインバータ基板９の正面図を示し、パワー素子１２はインバータ基板９の背面に配置される。図５にパワー素子１２と冷媒ジャケット１３を示す。

パワー素子１２は圧縮機６に電力を供給するインバータ基板９のインバータ回路のスイッチング素子であり、圧縮機６の運転時には発熱する発熱部品である。つまり、冷却が必要な被冷却部品の一つであり、パワー素子１２を十分に冷却しないとパワー素子１２が動作可能な温度を超える可能性がある。冷媒ジャケット１３は、例えばアルミニウムなどの金属を扁平な直方体状に形成したものであり、熱交換器８と接続する冷媒配管１４の一部を覆って冷媒配管１４と熱的に接続されている。冷媒配管１４は冷媒ジャケット１３を通過した後にＵ字状に折り返して、再び冷媒ジャケット１３を通過する。つまり、冷媒ジャケット１３と冷媒配管１４により冷却部材が構成され、冷凍サイクルに使用する冷媒が内部に流通することでパワー素子１２を冷却する。

図６にインバータ基板２６、電気部品箱板金２１、冷媒ジャケット２０の側面図を示す。冷媒ジャケット２０を電気部品箱板金２１に取り付け、冷媒ジャケット２０はインバータ基板２６に実装されたパワー素子２５を冷却する。冷媒ジャケット２０は冷媒ジャケット取り付けネジ２２により電気部品箱２１に固定される。インバータ基板２６は基板取り付けネジ２３により電気部品箱２１に固定される。パワー素子２５はパワー素子取り付けネジ２４により冷媒ジャケット２０に固定される。

冷媒ジャケット取り付けネジ２２、基板取り付けネジ２３、パワー素子取り付けネジ２４は、サービス開口部１５（正面）側から取り付けることでメンテナンス性を向上できる。電気部品箱板金２１は一部に開口部を有し、この開口部を介して冷媒ジャケット２０とパワー素子２５とを直接接続することができる。パワー素子２５の熱は冷媒ジャケット２０に伝導し、冷媒配管を流通する冷媒に放熱する。

冷媒ジャケット２０は冷房運転時に室外熱交換器８で凝縮してパワー素子２５の温度よりも低温の冷媒が流れ、暖房運転時には室内機の熱交換器で凝縮してパワー素子２５の温度よりも低温の冷媒が流れる。冷媒ジャケット２０を流れる冷媒の温度は、運転条件や外気条件などによって異なるが、冷房運転時には例えば４０〜４５℃程度になるため、インバータ基板２６に搭載されるパワー素子２５で生じた熱は冷媒ジャケット２０に伝導し、冷媒ジャケッ２０において冷媒配管１４の中を流れる冷媒に放熱する。これにより、パワー素子２５は動作可能な温度に維持される。

図６に示すように、送風ファン３による送風経路となる電気部品箱５の外壁面に冷媒ジャケット２０を設けることで、冷媒の循環がない場合も送風ファン３の送風によりパワー素子２５を効果的に冷却することが可能となり、発熱によるパワー素子２５の破壊を抑制することができる。

特に、送風経路において風量の多い室外機内の中央空間に面する電気部品箱５の背面側に冷媒ジャケット２０を設けることにより、冷却性能をさらに向上させることができる。また、冷媒が循環している場合にも、冷媒による冷却に加えて送風による冷却作用も生じるため冷却性能を向上させることができる。また、従来使用されていたような空冷用のアルミフィンと比較し、冷媒冷却用の冷媒ジャケット２０は形状を薄くできるため、送風ファン３による送風を阻害せず、送風効率を向上させることができ、空気調和機としての暖房効率または冷房効率を向上させることができる。

さらに、冷媒ジャケット２０を背面側に設けることで、サービス開口部１５を開けた際に、インバータ基板２６やパワー素子２５等のメンテナンスが必要な部品をサービス開口部１５側から臨めるように手前側に配置できるため、メンテナンス性を向上させることができる。また、インバータ基板２６やパワー素子２５等の部品を送風経路に暴露させないことで、部品の信頼性を向上させることができる。

図７に実施例１の製造方法を示す。（ａ）冷媒ジャケット２０に冷媒配管１４を取り付ける。（ｂ）冷媒ジャケット取り付けネジ２２により冷媒ジャケット２０を電気部品箱板金２１に固定する。（ｃ）パワー素子２５が実装されたインバータ基板２６をスペーサ２７を介して電気部品箱板金２１に取り付ける。（ｄ）基板取り付けネジ２３によりインバータ基板２６を電気部品箱板金２１に固定する。（ｅ）パワー素子取り付けネジ２４によりパワー素子２５を電気部品箱板金２１に固定する。

（ａ）〜（ｅ）の手順により、冷媒ジャケット２０および電気部品箱板金２１、パワー素子２５、インバータ基板２６を一体に固定できる。また、固定する際の冷媒ジャケット取り付けネジ２２および基板取り付けネジ２３、パワー素子取り付けネジ２４の取り付け方向を一方からとするように構成し、特にサービス開口部１５側から全てのネジを着脱可能とすることで作業性を大幅に向上させることができる。また、パワー素子２５は、インバータ基板２６のはんだ面（背面）側に位置するため、インバータ基板２６の部品面（前面）を占有せず、より小型のインバータ基板２６を採用することができ、コスト低減を図ることができる。

本発明の実施例２を図８を参照しながら説明する。図８にインバータ基板２６、電気部品箱板金２１、冷媒ジャケット２０の側面図を示す。図８が実施例１の図６と異なる点はパワー素子２５が電気部品箱板金２１を介して冷媒ジャケット２０に接触していることである。図８では、冷媒ジャケット２０を電気部品箱板金２１に取り付け、冷媒ジャケット２０はインバータ基板２６に実装されたパワー素子２５を冷却する。冷媒ジャケット２０は冷媒ジャケット取り付けネジ２２により電気部品箱板金２１に固定される。インバータ基板２６は基板取り付けネジ２３により電気部品箱板金２１に固定される。パワー素子２５はパワー素子取り付けネジ２４により電気部品箱板金２１に取り付けされる。パワー素子２５の熱は電気部品箱板金２１を介して冷媒ジャケット２０に伝導し、冷媒配管１４を流通する冷媒に放熱する。

本実施例においても送風ファン３による送風経路となる電気部品箱５の背面に冷媒ジャケット２０を設けることで、冷媒の循環がない場合も送風ファン３の送風によりパワー素子２５を冷却することが可能となり、発熱によるパワー素子２５の破壊を回避することができる。さらに、電気部品箱板金２１を介してパワー素子２５を冷媒ジャケット２０に取り付けられるため、電気部品箱板金２１に開口部を設ける加工が不要であり、加工コストを低減できる。また、電気部品箱板金２１も同時に冷却されることで、電気部品箱２５内の他の部品（例えば、コンデンサやリアクトル等）も冷却することができ、他の部品寿命を向上させることができる。

図９に実施例２の製造方法を示す。（ａ）冷媒ジャケット２０に冷媒配管１４を取り付ける。（ｂ）冷媒ジャケット取り付けネジ２２により冷媒ジャケット２０を電気部品箱板金２１に固定する。（ｃ）パワー素子２５が実装されたインバータ基板２６をスペーサ２７を介して電気部品箱板金２１に取り付ける。（ｄ）基板取り付けネジ２３によりインバータ基板２６を電気部品箱板金２１に固定し、パワー素子取り付けネジ２４によりパワー素子２５を電気部品箱板金２１に固定する。

本発明の実施例３を図１０を参照しながら説明する。図１０にインバータ基板２６、電気部品箱板金２１、冷媒配管１４の側面図を示す。図１０が実施例１の図６と異なる点は電気部品箱板金２１が冷媒配管１４に直接接触しており、冷媒ジャケット２０がないことである。インバータ基板２６は基板取り付けネジ２３により電気部品箱板金２１に固定される。パワー素子２５はパワー素子取り付けネジ２４により電気部品箱板金２１に固定される。パワー素子２５の熱は冷媒配管１４に伝導し、冷媒配管１４を流通する冷媒に放熱する。

本実施例においても、送風ファン３による送風経路となる電気部品箱５の背面に冷媒配管１４を設けることで、冷媒の循環がない場合も送風ファン３の送風によりパワー素子２５を冷却することが可能となり、発熱によるパワー素子２５の破壊を回避することができる。さらに冷媒ジャケット２０を不要とすることで、コスト低減を図りパワー素子２５の冷却構造を実現することができる。

本発明の実施例４を図１１を参照しながら説明する。図１１にインバータ基板２６、電気部品箱板金２１、冷媒ジャケット２０の側面図を示す。図１１が実施例１の図６と異なる点は冷媒ジャケット取り付けネジ２２が基板取り付けネジ２３よりインバータ基板２６の中心に近いことである。基板取り付けネジ２３よりも冷媒ジャケット取り付けネジ２２をパワー素子２５に近い位置に取り付けることで、パワー素子２５の近傍で冷媒ジャケット２０を固定することができる。図１１では冷媒ジャケット２０を電気部品箱板金２１に取り付け、インバータ基板２６に実装されたパワー素子２５を冷却する。冷媒ジャケット２０は冷媒ジャケット取り付けネジ２２により電気部品箱板金２１に固定される。インバータ基板２６は基板取り付けネジ２３により電気部品箱２１に固定される。パワー素子２５はパワー素子取り付けネジ２４により冷媒ジャケット２０に固定される。パワー素子２５の熱は冷媒ジャケット２０に伝導し、冷媒配管１４を流通する冷媒に放熱する。

本実施例においても、送風ファン３による送風経路となる電気部品箱５の背面に冷媒ジャケット２０を設けることで、冷媒の循環がない場合も送風ファン３の送風によりパワー素子２５を冷却することが可能となり、発熱によるパワー素子２５の破壊を回避することができる。

本発明の実施例５を図１２から図１４を参照しながら説明する。図１２にインバータ基板９の正面図を示す。図１２が図４と異なる点は、インバータ基板９に第１のパワー素子１２と第2のパワー素子３０の複数のパワー素子が実装されていることである。図１３に図１２の側面図を示す。図１２が実施例１の図６と異なる点は複数のパワー素子が実装されていることである。図１２では冷媒ジャケット２０を電気部品箱板金２１に取り付け、インバータ基板２６に実装された第１のパワー素子２５と第２のパワー素子３１を冷却する。冷媒ジャケット２０は冷媒ジャケット取り付けネジ２２により電気部品箱板金２１に固定される。インバータ基板２６は基板取り付けネジ２３により電気部品箱２１に固定される。第１のパワー素子２５と第２のパワー素子３１はパワー素子取り付けネジ２４により冷媒ジャケット２０に取り付けされる。第１のパワー素子２５と第２のパワー素子３１の熱は冷媒ジャケット２０に伝導し、冷媒配管１４を流通する冷媒に放熱する。

図１４では電気部品箱５に第１のインバータ基板９と第２のインバータ基板３２が搭載されている。第１のインバータ基板９と第２のインバータ基板３２はそれぞれ異なる圧縮機を駆動する、または第１のインバータ基板９は圧縮機６を駆動し第２のインバータ基板３２はファンモータ４を駆動する。第１のインバータ基板９と第２のインバータ基板３２にはパワー素子２５が実装され、図１３に示すように複数のパワー素子は一体に構成されたひとつの冷媒ジャケット２０で冷却される。

本実施例においても送風ファン３による送風経路となる電気部品箱５の背面に冷媒ジャケット２０を設けることで、冷媒の循環がない場合も送風ファン３の送風によりパワー素子２５を冷却することが可能となり、発熱によるパワー素子２５の破壊を回避することができる。

以上のような実施例１から実施例５までの室外機と少なくとも一台の室内機を配管接続し空気調和機を構成することで、パワー素子等の被冷却部品の破壊を抑制し信頼性を向上させた空気調和機とすることができる。

なお、本発明の実施例１から実施例５では送風ファン３が空気調和機の室外機の上部に取り付けられた所謂「縦ふき形」を示したが、送風ファン３が空気調和機の室外機の正面に取り付けられた所謂「横ふき形」についても同様の効果を得られることは当業者にとって明らかであろう。

また、本願の課題を解決するために、幾つかの実施例を挙げて説明したが、これに限るものではない。矛盾がない限り、請求の範囲に記載の旨に従う変更実施、例えば、実施例の間の組合せ、実施例における特徴の組合せ等によって変更して実施することができることは言うまでもない。

１…ファンガード
２…室外機の正面
３…送風ファン
４…ファンモータ
５…電気部品箱
６…圧縮機
７…アキュムレータ
８…熱交換器
９、２６、３２…インバータ基板
１０…ノイズフィルタ基板
１１…制御基板
１２、２５、３０、３１…パワー素子（被冷却部品）
１３、２０…冷媒ジャケット（冷却部材）
１４…冷媒配管（冷却部材）
１５…サービス開口部
２１…電気部品箱板金
２２…冷媒ジャケット取り付けネジ（冷却部材取り付けネジ）
２３…基板取り付けネジ
２４…パワー素子取り付けネジ（被冷却部品取り付けネジ）
２７…スペーサ

Claims

筐体と、内部を流れる冷媒と空気を熱交換させる熱交換器と、前記筐体外の空気を吸い込み前記熱交換器を通過させる送風ファンと、基板および被冷却部品を有する電気部品箱と、前記被冷却部品に熱的に接続され内部を流れる冷媒により前記被冷却部品を冷却する冷却部材と、前記冷却部材を前記電気部品箱に固定する冷却部材取り付けネジと、を備える空気調和機の室外機であって、
前記筐体は、前記電気部品箱に対応した位置に開閉可能なサービス用開口部を備え、
前記冷却部材は、前記送風ファンの送風経路となる前記電気部品箱の外壁面に設けられ、
前記サービス用開口部を開けたとき、前記電気部品箱において、前記被冷却部品が前記サービス用開口部に面する側に配置され、前記冷却部材が前記被冷却部品の背面側かつ前記電気部品箱の前記外壁面に配置され、
前記冷却部材取り付けネジは、前記サービス用開口部から見て前記基板と重ならない当該基板の外周縁部よりも外側且つ前記サービス用開口部から着脱可能となる位置に設けられている空気調和機の室外機。
請求項１に記載の空気調和機の室外機であって、
前記送風ファンは、前記筐体の上部に前記筐体内の空気を上方へ吹き出すように設けられ、
前記電気部品箱は、前記筐体の側面に設けられ、
前記冷却部材は、前記筐体の中央空間に面した前記電気部品箱の背面側に設けられる空気調和機の室外機。
請求項１に記載の空気調和機の室外機であって、
前記基板を固定する基板取り付けネジおよび前記被冷却部品を固定する被冷却部品取り付けネジは、前記サービス用開口部側から取り付けられる空気調和機の室外機。
請求項１に記載の空気調和機の室外機であって、
前記電気部品箱は開口部を有し、前記開口部を介して前記被冷却部品と前記冷却部材とが直接固定される空気調和機の室外機。
請求項１に記載の空気調和機の室外機であって、
前記冷却部材は、内部を冷媒が流れる冷媒配管と、前記冷媒配管および前記被冷却部品の間に介在し前記冷媒配管および前記被冷却部品を熱的に接続する冷媒ジャケットとで構成される空気調和機の室外機。
請求項１に記載の空気調和機の室外機であって、
前記冷却部材は、内部に冷媒が流れる冷媒配管で構成され、前記被冷却部品に直接接触し熱的に接続される空気調和機の室外機。
請求項１に記載の空気調和機の室外機であって、
前記電気部品箱は板金で形成され、前記被冷却部品と前記冷却部材とは前記電気部品箱の板金を介して熱的に接続される空気調和機の室外機。
請求項５に記載の空気調和機の室外機であって、
前記電気部品箱は複数の被冷却部品を有し、
前記複数の被冷却部品は、一体に構成された単一の前記冷媒ジャケットに熱的に接続される空気調和機の室外機。
請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の空気調和機の室外機と、少なくとも一台の室内機と、が配管接続されて構成される空気調和機。