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1. WO2011067905 - 空気調和装置用の室外機

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明 細 書

発明の名称 空気調和装置用の室外機

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

0005   0006  

図面の簡単な説明

0007  

発明を実施するための形態

0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099  

請求の範囲

1   2   3   4   5  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

明 細 書

発明の名称 : 空気調和装置用の室外機

技術分野

[0001]
 本発明は、空気調和装置用の室外機に関し、特に、圧縮機を駆動制御するためのパワー基板を冷却する技術に関する。

背景技術

[0002]
 従来、空気調和装置用の室外機では、冷媒回路の冷媒配管を流れる冷媒を前記電装部品との間で熱交換させて当該電装部品を冷やす冷媒冷却技術が用いられている(例えば特許文献1参照)。当該冷媒冷却技術が適用された室外機では単一の室外ユニット内には単一の圧縮機が設けられているため、単一の当該圧縮機の駆動制御用のパワー基板を被冷却部として冷却の対象にしている。
[0003]
しかしながら、大型空調機の場合は、単一の室外ユニット内に複数台の圧縮機を有するものもあり、各圧縮機に対応するパワー基板を要する。従って、当該複数のパワー基板を冷却対象部位(被冷却部)として、冷媒配管内の冷媒により冷却する機構が必要となるが、上記冷媒配管中を流れる限られた冷媒により複数の冷却対象部位を冷却することになるため、冷媒回路を流れる冷媒による当該複数の冷却対象部位の冷却をより効率よく行えるようにすることが望まれる。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2008-101862号公報

発明の概要

[0005]
 本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、前記複数の冷却対象部位の冷却に冷媒冷却技術を採用する場合に、当該複数の冷却対象部位の冷却をより効率よく行えるようにすることを目的とする。
[0006]
 本発明の一局面に係る室外機は、冷媒が循環する冷媒回路(18)を有する空気調和装置(10)用の室外機(11)であって、
 パワー素子を備えた複数のパワー基板(35A,35B)と、
 前記冷媒回路(18)の冷媒配管から分流された分流管(21a,21b)に、前記各パワー基板(35A,35B)毎に設けられ、前記冷媒回路(18)の冷媒と熱的に接続して少なくとも当該パワー基板(35A,35B)上の前記パワー素子を冷却する冷却部(37A,37B)と、
 前記分流管(21a,21b)の少なくとも1つに設けられ、前記パワー基板(35A,35B)に対応するそれぞれの前記冷却部(37A,37B)に当該分流管(21a,21b)から供給される前記冷媒の量を調節する冷媒量制御機構(50)と、
 前記冷媒量制御機構(50)を動作制御する制御部(205)とを備え、
 前記制御部(205)は、前記各パワー素子の負荷状況に応じて、当該冷媒量制御機構(50)に、前記分流管(21a,21b)から前記冷却部(37A,37B)へ供給させる冷媒の量を増減させるものである。

図面の簡単な説明

[0007]
[図1] 室外機を備える空気調和装置の配管系統を示す図である。
[図2] 室外機の外観を示す斜視図である。
[図3] 室外機の外観を示す正面図である。
[図4] 電装品箱の外観を示す斜視図である。
[図5] 図4のVI方向から見た電装品箱の左側面図である。
[図6] 電装品箱の平面図である。
[図7] 電装品箱の正面図である。
[図8] 電装品箱におけるパワー基板の収容状況を示す配設状態である。
[図9] パワーモジュールユニットが取り付けられた状態の電装品箱内部を示す斜視図である。
[図10] パワーモジュールユニットが取り付けられた状態の電装品箱内部を示す正面図である。
[図11] 電装品箱に前記各電装基板が配設される様子を示す斜視図である。
[図12] 空気調和装置の制御系及び主要機構の概略構成を示すブロック図である。
[図13] 温度検出部の検出温度に基づいた室外側制御部による電動弁の開閉動作制御を示すフローチャートである。
[図14] 室外側制御部による電動弁の開閉動作制御の他の実施形態を示すフローチャートである。

発明を実施するための形態

[0008]
 以下、本発明の一実施形態に係る空気調和装置の室外機について図面を参照して説明する。図1は、室外機11を備える空気調和装置10の配管系統を示す図である。空気調和装置10は、冷房運転と暖房運転とが可能なヒートポンプ式の空気調和装置である。空気調和装置10は、室外に設置される室外機11と、室内に設置される室内機12とを備えている。
[0009]
 室外機11と室内機12とは、第1接続配管13および第2接続配管14を介して接続されている。空気調和装置10には、これら接続配管13、14を含む配管が閉回路状に接続された冷媒回路18が設けられている。冷媒回路18には、主として、室内熱交換器20、圧縮機23A及び23B、油分離器24、室外熱交換器25、膨張機構26として電子膨張機構261及び圧力調整弁262、アキュムレータ27、及び四方切換弁28が設けられている。冷媒回路18では、冷媒が循環することにより、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
[0010]
 室内機12において、室内熱交換器20は、冷媒を室内空気と熱交換させるための熱交換器である。室内熱交換器20としては、例えばクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器等を採用できる。室内熱交換器20の近傍には、室内空気を室内熱交換器20へ送風するための室内ファン(図示省略)が設けられている。
[0011]
 室外機11には、圧縮機23A及び23B、油分離器24、室外熱交換器25、膨張機構26、圧力調整弁29、アキュムレータ27、及び四方切換弁28が設けられている。これらは、何れもケーシング110(図2及び図3参照)内に収容されている。
[0012]
 圧縮機23A及び23Bは、それぞれ吸入ポート、圧縮機構および吐出ポートを有し、吸入ポートから吸入した冷媒を圧縮機構で圧縮して、吐出ポートから吐出する。圧縮機23A及び23Bとしては、例えば、スクロール圧縮機等の種々の圧縮機を採用することができる。
[0013]
 圧縮機23A及び23Bは、低圧のガス冷媒を臨界圧力以上になるまで圧縮する。圧縮機23A及び23Bは、冷媒回路中に互いに並列に接続されている。圧縮機23A及び23Bの容量は、同一であっても、一方が他方よりも大容量であっても構わない。本実施形態では、圧縮機23Bの方が圧縮機23Aよりも大容量の性能を有する場合を例にして説明する。また、なお、本実施形態においては、圧縮機23A及び23Bは、要求される空調能力に応じて駆動周波数の変更により容量を調整可能として駆動されるインバータ制御方式の圧縮機である。圧縮機23A及び23Bには、室内機12を通過した冷媒が分流器30により分流されて供給される。
[0014]
 油分離器24は、圧縮機23A及び23Bのそれぞれの吐出側に設けられている。油分離器24は、圧縮機23A又は23Bから吐出された潤滑油と冷媒とからなる混合流体中から潤滑油を分離する。分離された冷媒は四方切換弁28へ送られ、潤滑油は圧縮機23A又は23Bに戻される。
[0015]
 さらに、圧縮機23A及び23Bのそれぞれの吐出側には、圧力開閉器280が設けられている。
[0016]
 圧縮機23A及び23Bの吸入側であって分流器30による分流前の部分には、圧縮機23A及び23Bによる圧縮前の低圧状態の冷媒圧力を検出する低圧センサ291が設けられている。他方、圧縮機23A及び23Bの吐出側であって冷媒が合流された後の回路部分には、圧縮機23A及び23Bによる圧縮後の高圧状態の冷媒圧力を検出する高圧センサ292が設けられている。
[0017]
 なお、室外機11の冷媒回路18の要所には、フィルタ203及び逆止弁204が配設されている。
[0018]
 室外熱交換器25は、冷媒を室外空気と熱交換させるものであり、例えばクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器等を採用できる。室外熱交換器25の近傍には、室外空気を室外熱交換器25へ送風するための例えばプロペラファンであるファン31が設けられている。
[0019]
 膨張機構26は、冷媒回路18において室外熱交換器25と室内熱交換器20との間に配設され、流入した冷媒を膨張させて所定の圧力に減圧させる。膨張機構26として、例えば開度可変の電子膨張機構261を採用することができる。
[0020]
 膨張機構26は、その一端が分流器32により分流されて分流管21a,21bに接続され、その他端が室外熱交換器25側に接続されている。膨張機構26は、電子膨張機構261と、圧力調整弁262とを有している。電子膨張機構261は、開度が変更されることで、冷媒を膨張させると共に、当該冷媒が冷媒回路18を通過して室内熱交換器20及び圧縮機23A及び23Bに至る量を変化させる。
[0021]
 圧力調整弁262は、電子膨張機構261をバイパスするバイパス回路18aに設けられ、電子膨張機構261をバイパスさせて室内熱交換器20及び圧縮機23A及び23Bに至らせる冷媒の量を調節するものである。
[0022]
 アキュムレータ27は、流入した冷媒を気液分離するものであり、冷媒回路18において圧縮機23A及び23Bの吸入ポートと四方切換弁28との間に配設されている。アキュムレータ27で分離されたガス冷媒は、圧縮機23A及び23Bに吸入される。
[0023]
 四方切換弁28には、第1~第4の4つのポートが設けられている。四方切換弁28は、第1ポートと第3ポートとを連通すると同時に第2ポートと第4ポートとを連通する第1状態(図1において実線で示す状態)と、第1ポートと第4ポートとを連通すると同時に第2ポートと第3ポートとを連通する第2状態(図1において破線で示す状態)とに切換可能となっている。第1ポートは、油分離器24を介して23A及び23Bの吐出ポートに接続され、また第2ポートは、アキュムレータ27を介して23A及び23Bの吸入ポートに接続され、また第3ポートは、室外熱交換器25に接続され、また第4ポートは、第1接続配管13を介して室内熱交換器20に接続されている。
[0024]
 空気調和装置10が冷房運転を行うときには、四方切換弁28は第1状態に切り換えられ、暖房運転を行うときには、四方切換弁28は第2状態に切り換えられる。
[0025]
 室外機11内の液側配管21であって、上記膨張機構26よりも第2接続配管14側には、液側配管21が分流器32により分流されてなる分流管21a,21bが形成されている。分流管21aには、図略の伝熱板351Aを介して冷媒ジャケット(冷却部)37Aが当該分流管21a内を流れる冷媒との間で熱交換可能に接続され、分流管21bには、図略の伝熱板351Bを介して冷媒ジャケット(冷却部)37Bが当該分流管21b内を流れる冷媒との間で熱交換可能に接続されている。
[0026]
 冷媒ジャケット37A及び37Bは、パワーモジュールを構成する各パワー素子を冷却する。冷媒ジャケット37Aは、圧縮機23Aを駆動制御するパワー基板35Aに取り付けられている。冷媒ジャケット37Bは、圧縮機23Bを駆動制御するパワー基板35Bに取り付けられている。
[0027]
 パワー基板35Aには、パワー基板35A上に実装されたパワーモジュールを構成する各パワー素子が搭載されており、当該各パワー素子には冷媒ジャケット37Aが上記伝熱板351Aを介して接合されている。同様に、パワー基板35Bの各パワー素子には冷媒ジャケット37Bが上記伝熱板351Bを介して接合されている。
[0028]
 冷媒ジャケット37A及び冷媒ジャケット37Bを経た分流管21a,21bは、合流された後、第2接続配管14に繋がる。
[0029]
 なお、図1では、冷媒ジャケット37A及び37Bが接合される分流管21a,21bは、冷媒回路18における室内機12と膨張機構26との間の液側配管21に設けられているが、冷媒ジャケット37A及び37Bが接合される冷媒回路18部分は、これに限定されない。
[0030]
 冷媒ジャケット37A及び37Bに接合された分流管21a,21bには、冷房運転時に、室外熱交換器25で凝縮した冷媒が流れ、暖房運転時には、室内熱交換器20で凝縮し、冷媒が流れる。
[0031]
 また、パワー基板35Aには、上記各パワー素子の温度を検出する温度検出部39Aが設けられ、パワー基板35Bには、上記各パワー素子の温度を検出する温度検出部39Bが設けられている。これら温度検出部39A及び温度検出部39Bは、例えば、サーミスタ等からなる。
[0032]
 本実施形態では、分流管21a,21bの一方である分流管21aには、電動弁(冷媒量制御機構)50が設けられている。この電動弁50は、後述する室外側制御部205によって開閉制御される開閉量の調節により、当該分流管21aから冷媒ジャケット37の一方に供給される冷媒の量を制御する。本実施形態では、電動弁50は、冷媒回路18から2つの分流管21a,21bに分岐してその一方の分流管21aを流れる冷媒量を可変させるため、電動弁50の開閉量調節により、他方の分流管21bを流れる冷媒量も可変可能となっている。
[0033]
 図2及び図3に基づいて、室外機11の機械的構成および形状的特徴を説明する。図2は、室外機11の外観を示す斜視図である。図3は、室外機11の外観を示す正面図である。以下の説明において、図2及び図3におけるX-X方向を左右方向、Y-Y方向を前後方向と称し、特に-X方向を左方、+X方向を右方、-Y方向を前方、+Y方向を後方と称する。さらに、+Y方向へ視線を向ける場合を正面視、-Y方向へ視線を向ける場合を背面視、+X方向へ視線を向ける場合を左側面視、-X方向へ視線を向ける場合を右側面視と称し、それぞれに対応する室外機11の垂直面を、正面、背面、左側面、右側面と称する。なお、図4乃至図12において同様である。
[0034]
 空気調和装置10の室外機11は、全体として略直方体形状の外観を呈するケーシング110内に、前述の圧縮機23A及び23B、油分離器24、室外熱交換器25、およびアキュムレータ27等を備えるとともに、パワー基板35A,35Bを内部に収容する電装品箱200が配設されている。
[0035]
 ケーシング110は、底板110a1,110a2と、これら底板110a1,110a2の周縁部に立設され、略直方体を呈するケーシング110の3つの垂直面をなす側板110bとが設けられている。ケーシング110の正面側の側面部は開口部111が設けられており、当該正面側の側面部は、開口部111により室外機11内部のメンテナンスや、電装品箱200の室外機11内への取付が可能とされている。すなわち、ケーシング110の正面側の側面部は、室外機11内のメンテナンスや電装品箱200の取付を可能にするサービス面として機能する。また、側板110bの上端部間には、天板110cが架設されている。
[0036]
 底板110a1,110a2は、圧縮機23A及び23Bや室外熱交換器25等の重量物が設置される基台として機能する。3枚の側板110bの各々には、2つのファン31の駆動により室外空気が吸い込まれる吸込口113が、ほぼ全面に開口されている。室外熱交換器25は、吸込口113から吸込まれた室外空気(吸込空気)と室外熱交換器25の内部を流れる冷媒との間で熱交換を効率よく行わせるために、3枚の側板110bに対向して配設されている。天板110cには、室外熱交換器25で熱交換後の前記吸込空気である調和空気がファン31の駆動により吹き出される吹出口112が開口されている。
[0037]
 なお、開口部111には、開口部111を覆う図略のフロントパネルが着脱自在に取り付けられる。当該フロントパネルを取り外すことで、室外機11内部へのアクセスが可能となる。開口部111の上端には、左右方向に直線状に延びる板金部材であって、開口部111の左右に位置する側板111bの前方に結合される支持フレーム115が設けられている。
[0038]
 液側配管21は、分流管21a,21b部分が、室外機11内に収容された状態の電装品箱200を避けた位置に引き回されている。これにより、室外機11内には電装品箱200の収納スペースが確保されている。分流管21a,21b部分は、ケーシング110内でその奥行き方向に延びて配管され、当該分流管21a,21b部分は、ケーシング110内に収納された電装品箱200の側板210c1と対向する位置に配置されている。
[0039]
 電装品箱200は、その左側面を構成する側板210c1(図6参照)が奥行き方向に延びる上記分流管21a,21bの一部と対向する位置で、室外機11のケーシング110に配設置される。
[0040]
 図4~図11に基づいて、電装品箱200の構造と、パワー基板35A及び35Bや制御基板310A,310B、330等の電装基板の電装品箱200内における配設状態とを説明する。図4は、電装品箱200の外観を示す斜視図である。図5は、図4のVI方向から見た電装品箱200の左側面図である。図6は、電装品箱200の平面図である。図7は、電装品箱200の正面図である。図8は、電装品箱200におけるパワー基板35の収容状況を示す配設状態である。図9は、パワーモジュールユニット350が取り付けられた状態の電装品箱200内部を示す斜視図である。図10はパワーモジュールユニット350が取り付けられた状態の電装品箱200内部を示す正面図である。図11は、電装品箱200に前記各電装基板が配設される様子を示す斜視図である。
[0041]
 電装品箱200は、圧縮機制御用のインバータモータを駆動するパワーモジュールが実装されたパワー基板35A及び35B、ファン31の駆動制御回路が形成された制御基板310A,310B(後述の図8参照)、および、室外機11の各動作機構の動作制御を司る電装品を実装する制御基板330等の電装基板を、ケーシング部210内に収容し(後述の図11参照)、吸込口113や吹出口112から室外機11の内部に侵入する雨水等から当該電装品を保護する。
[0042]
 図4に示すように電装品箱200の外形を規定するケーシング部210は、底板210aと、正面側を除いた底板210aの周縁部に上方に向けて垂設される側板210c1~210c4と、これら側板の上端部間に架設される天板210bとを有する。
[0043]
 底板210aは、平面視で左右方向に長い長方形の右方かつ後方に位置する一角が切り欠かれてなる略五角形を呈する。天板210bは、底板210aと略合同の平面形状を有し、平面視において底板210aと重なる位置に位置する。
[0044]
 側板210c1は、底板210aの左方に位置する辺部から上方に向けて垂設される。側板210c1は、パワー基板35A、35Bを取り付ける2つのパワー基板取付部(パワー基板取付部)212A、212Bを有する(図8)。パワー基板取付部212Aにはパワー基板35Aが取り付けられ、パワー基板取付部212Bにはパワー基板35Bが取り付けられる。
[0045]
 側板210c2は、底板210aの右方に位置する辺部から上方に向けて垂設される。底板210aが上記の形状を呈するので、側板210c2の前後方向への長さは、側板210c1の前後方向への長さよりも短い。
[0046]
 側板210c3と側板210c4とは、ケーシング部210の背面を形成する。側板210c4は、底板210aの後方に位置する辺部から上方に向けて垂設される。すなわち側板210c4は、その一端が側板210c1の背面側の辺部と結合され、その他端が側板210c3の背面側の辺部と結合される。側板210c3は、前記の切りかかれた部分に相当する底板210aの辺部から上方に向けて垂設される。すなわち側板210c3は、その一端が側板210c4の右端と結合され、その他端が正面側に近づく方向へと延設されて側板210c2の背面側の辺部と結合される。
[0047]
 なお、側板210c1の正面側の辺部と側板210c2の正面側との辺部との間には、パネル201(図2参照)が着脱可能に装着される。
[0048]
 ケーシング部210には、それぞれL字状に曲げ加工された板金部材である上部係合部材201及び側部係合部材202とが結合されている。上部係合部材201は、その左右方向の長さが天板210bの前方の辺部の長さと略同一となるように形成され、天板210bの前方に結合されている。上部係合部材201は、電装品箱200の配設時に室外機11のケーシング110の支持フレーム115と結合されることで、電装品箱200と当該支持フレーム115とを係合する。
[0049]
 側部係合部材202は、側板210c3の前方における下部に結合されている。側部係合部材202は、電装品箱200の配設時に室外機11の左側面に位置する側板110bと結合される。これにより、側部係合部材202は、電装品箱200と、室外機11のケーシング110の側板110bとを係合する。
[0050]
 図8に示すように、パワー基板35A,35Bは、板状を呈する1枚のパワー基板支持部材250上に配設され、これによりパワーモジュールユニット350をなす。パワーモジュールユニット350は、側板210c1の内壁F11に取り付けられる。
[0051]
 パワーモジュールユニット350は、側板210c1の内壁F11に取り付けられたときに、パワー基板35Aがパワー基板取付部212Aに対向し、パワー基板35Bをパワー基板取付部212Bが対向する位置とるように設定されている。すなわち、パワーモジュールユニット350を側板210c1の内壁F11に取り付けることで、パワー基板35Aは、側板210c1に設けられた開口212aを通して分流管21aに対向する位置に設けられ、パワー基板35Bは、開口212bを通して分流管21bに対向する位置に設けられる。なお、前記パワーモジュールは、パワー基板支持部材250に、パワー基板35A,35Bが設けられている面とは反対側の面に実装されている。
[0052]
 また、図5に示すように、伝熱板351Aは、側板210c1の内壁F11に、上記開口212aを覆うようにしてネジ止め等により取り付けられる。伝熱板351Bは、内壁F11に、上記開口212bを覆うようにしてネジ止め等により取り付けられる。
[0053]
 内壁F11に取り付けられた伝熱板351A及び伝熱板351Bは、上記にパワーモジュールと例えば面接合される。伝熱板351Aには冷媒ジャケット37Aを介して分流管21aが接合されているので、前記パワーモジュールと分流管21aを流れる冷媒との間で熱交換がされる。伝熱板351Bには冷媒ジャケット37Bを介して分流管21bが接合されているので、前記パワーモジュールと分流管21bを流れる冷媒との間で熱交換がされる。これにより、発熱量の大きい電装部品である当該パワーモジュールが冷却される。例えば、パワーモジュールは100~120℃の高温となる場合があるが、冷媒回路18の分流管21a,21bの位置における冷媒がパワーモジュールよりも低温(例えば、40~60℃)となっている場合には、当該熱交換によりパワーモジュールが冷却される。
[0054]
 パワー基板取付部212Aには、それぞれ、位置決め部材212aと、上記開口208aとが設けられている。同様に、パワー基板取付部212Bには、それぞれ、位置決め部材212bと、上記開口208bとが設けられている。開口部212a,208bは、側板210c1の内壁F11に伝熱板351A,351Bを取り付けたときに、伝熱板351A,351Bを側板210c1からその側方に露出させるために設けられている。
[0055]
 位置決め部材212aは、開口部212aの四方縁部に設けられている。冷媒ジャケット37Aは、当該位置決め部材212aに囲われた内側となる開口部212aに、位置決め部材212aにより位置決めされた状態で取り付けられる。これにより、伝熱板351Aと冷媒ジャケット37Aが面的に密着して取り付けられる。なお、冷媒ジャケット37Aは、ネジ止め等により側板210c1の外壁に固定される。また、この構成は、位置決め部材212b、開口部212b、冷媒ジャケット37B、及び伝熱板351Bについて、同様である。
[0056]
 側板210c1の内壁F11前方には、固定金具213が設けられている。固定金具213は、側板210c1の内壁F11前方に突設され、側板210c1の上下方向に延び、パワー基板支持部材250の係合部251が有する凹部251aと合致する。この合致した状態で、係合部251及び固定金具213に形成されている穴部251b及び213bにネジ等を嵌め入れることにより、図9及び図10に示すように、パワーモジュールユニット350が内壁F11に配設される。
[0057]
 また、図11に示すように、電装品箱200内部には、パワー基板35A,35Bの他に、制御基板310および330が、前後方向に積層して配設される。すなわち、制御基板310はファン31駆動制御用であり、側板210c4の内壁面側に配設される。次に、第1支持部材220が電装品箱200内部の前方側に配設される。制御基板330は、第1支持部材220よりも更に前方に、第2支持部材230を介して電装品箱200内部に配設される。なお、図4及び図7は、電装品箱200に、当該制御基板310,330、第1支持部材220及び第2支持部材230が取り付けられた状態を示している。
[0058]
 次に、図12は、空気調和装置10の制御系及び主要機構の概略構成を示すブロック図である。
[0059]
 室外機11は、室外側制御部205と、圧縮機駆動制御回路350A,350Bと、温度検出部39A,39Bと、高圧センサ292、低圧センサ291、ファン駆動機構271、膨張機構26、及び電動弁50とを備えている。
[0060]
 室外側制御部(制御部)205は、マイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室外機11に備えられる各動作機構の動作制御を司る。室外側制御部205は、例えば、室内機12の室内側制御部301との間で伝送線8を介して制御信号等を送受信する。
[0061]
 圧縮機駆動制御回路350Aは上述したパワー基板35Aに設けられており、圧縮機駆動制御回路350Bは上述したパワー基板35Bに設けられている。圧縮機駆動制御回路350A,350Bは、インバータ制御方式の圧縮機23A,23Bを駆動制御する制御回路である。圧縮機駆動制御回路350A,350Bは、圧縮機23A,23Bの駆動周波数(Hz)を適宜変更して、圧縮機23A,23Bをその運転容量を可変させて駆動する。
[0062]
 高圧センサ292、圧縮機23A,23Bによる圧縮後の冷媒圧力を検出し、検出した高圧値(圧縮機23A,23Bによる圧縮後の冷媒圧力の値)を室外側制御部205に出力する。
[0063]
 低圧センサ291は、圧縮機23A,23Bによる圧縮前の冷媒圧力を検出するセンサであり、検出した低圧値(圧縮機23A,23Bによる圧縮前の冷媒圧力の値)を室外側制御部205に出力する。
[0064]
 膨張機構26は、上述したように、電子膨張機構261と、圧力調整弁262とを有し、これら各弁は、その開閉又は室外側制御部205によって制御される。
[0065]
 室外熱交換器25に空気を送り込むファン31(図1)の駆動源であるファンモータ及び駆動制御回路を備えるファン駆動機構271は、室外側制御部205によりその動作が制御される。
[0066]
 温度検出部39Aはパワー基板35A上のパワー素子の温度を検出し、温度検出部39Bはパワー基板35B上のパワー素子の温度を検出する。温度検出部39A及び39Bは、検出したパワー基板35A又は35B上のパワー素子の温度を室外側制御部205に出力する。
[0067]
 さらに、室外側制御部205は、分流管aに設けられている電動弁50による冷媒配管の開閉動作を制御する。室外側制御部205は、温度検出部39A及び39Bから得られるパワー基板35A及び35B上のパワー素子の温度に応じて、電動弁50による冷媒配管の閉度を変化させる。
[0068]
 また、室内機12は、室内機12の各動作機構を制御する室内側制御部301を備えている。室内側制御部301は、マイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室外側制御部205と伝送線8で接続されている。室内側制御部301は、室外側制御部205との間で制御信号の送受信等を行う。
[0069]
 次に、本実施形態の空気調和装置10の動作について冷房動作時を例にして説明する。操作者による図略の操作部の操作で運転開始指令が入力されると、室外側制御部205は、圧縮機駆動制御回路350A,350Bを介して圧縮機23A,23Bを起動させる。これにより、低圧のガス冷媒は、圧縮機23A,23Bに吸入され、臨界圧力以上になるまで圧縮されて高圧のガス冷媒となる。室外側制御部205は、また、ファン駆動機構271によりファン270を起動させる。
[0070]
 その後、各圧縮機23A,23Bから吐出された高圧のガス冷媒は、合流された後に室外熱交換器25において熱交換が行われる。この後、室外熱交換器25を通過して冷却された高圧の液冷媒は、膨張機構26により流量及び圧力が調節された後、分流器32により分流管21a,21bに向けて分流される。
[0071]
 分流管21a,21bに流れる冷媒は、冷媒ジャケット37A及び37Bを介して、パワー基板35A及び35Bのパワーモジュールと接合されている伝熱板351A及び351Bとの間で熱交換を行う。すなわち、分流管21a,21bに流れる冷媒により、伝熱板351A及び351Bを介して、パワー基板35A及び35Bのパワーモジュールが冷却される。
[0072]
 冷媒ジャケット37A及び37Bに接触している分流管21a,21bを通過した冷媒は、室内機12の室内熱交換器20に向かい、室内空気との間で熱交換を行う。室内熱交換器20を通過した冷媒は、再び各圧縮機23A,23Bに吸入されて冷媒回路18を循環する。
[0073]
 次に、温度検出部39A,39Bの検出温度に基づいた室外側制御部205による電動弁50の開閉動作制御について説明する。図13は、温度検出部39A,39Bの検出温度に基づいた室外側制御部205による電動弁50の開閉動作制御を示すフローチャートである。
[0074]
 空気調和装置10の稼働中、温度検出部39Aによってパワー基板35A上のパワー素子の温度が検出され、温度検出部39Bによってパワー基板35Bの温度が検出される。室外側制御部205は、上記温度検出部39A,39Bから、パワー基板35A上のパワー素子の温度と、パワー基板35B上のパワー素子の温度とを取得する(S1)。
[0075]
 室外側制御部205は、上記取得したパワー基板35A及び35Bの温度に基づいて、当該パワー基板35A及び35Bの温度比を算出する(S2)。さらに、室外側制御部205は、当該算出した温度比から、パワー基板35Aに対応する冷媒ジャケット37Aの上流側に配設されている電動弁50の開度を算出する(S3)。
[0076]
 パワー基板35A及び35Bの各温度は、パワー基板35A及び35Bのそれぞれの制御対象とする圧縮機23A又は23Bの動作状況、すなわち、インバータ制御によって可変されるパワー基板35A又は35Bの容量が大きい場合には高くなり、これに対して当該容量が小さければ低くなる。このため、室外側制御部205は、室外側制御部205が、当該圧縮機の容量が大きくなって温度が高くなっている方のパワー基板側に分流管を流れる冷媒が多く流れるように、電動弁50の開度を算出する。室外側制御部205は、この算出した開度に従って電動弁50の開閉動作を制御する(S4)。
[0077]
 当該電動弁50の開度算出法の一例を説明する。室外側制御部205は、上記パワー基板35Aの温度がt 1℃、パワー基板35Bの温度がt 2℃である場合、パワー基板35A及び35Bの合計温度t 0℃(t 1℃+t 2℃=t 0℃)に対するパワー基板35Aの温度(t 1℃)の比C(=t 1/t 0)を算出し、これに基づいて、パワー基板35Aに対応する冷媒ジャケット37Aの上流側に配設されている電動弁50の開度を、全開時に対してCの割合となる開度と算出する。すなわち、室外側制御部205により、分流管21a,21bを流れる各冷媒量が、パワー基板35A及び35Bの温度比と同等となるように電動弁50の開度が設定される。
[0078]
 例えば、室外側制御部205は、上記パワー基板35Aの温度が80℃、パワー基板35Bの温度が120℃である場合、パワー基板35A及び35Bの合計温度(80℃+120℃=200℃)に対するパワー基板35Aの温度(80℃)の比80/200=0.4を算出し、これに基づいて、電動弁50の開度を、全開時に対して40%の開度と算出し、分流管21a,21bを流れる各冷媒量が、パワー基板35A及び35Bの温度比である80℃:120℃=4:6となるように電動弁50の開度を設定する。
[0079]
 但し、温度検出部39A,39Bの検出温度に基づいた室外側制御部205による電動弁50の開度算出方法は、これに限定されず、他の方法を用いることも可能である。例えば、室外側制御部205は、温度検出部39A,39Bによる各検出温度の組合せに対応付けられた電動弁50の開度が記憶された記憶テーブルを保有しており、温度検出部39A,39Bによる各検出温度に対応する電動弁50の開度を当該記憶テーブルから読み出すことによって電動弁50の開度を算出する、等によってもよい。
[0080]
 また、当該実施形態では、室外側制御部205が、温度検出部39A,39Bによるパワー基板35A及び35B上のパワー素子の検出温度に応じて電動弁50の開度を算出するようにしているが、これに代えて、室外側制御部205が、パワー基板35A及び35Bから送られてくる信号に基づいて圧縮機23A及び23Bの回転数(駆動周波数)もしくはトルクの情報を得て、当該圧縮機23A及び23Bの回転数(駆動周波数)もしくはトルクに応じて、電動弁50の開度を算出するようにしてもよい。この場合、室外側制御部205は、圧縮機23A及び23Bの回転数(駆動周波数)もしくはトルクの比に基づいて上記電動弁50の開度を算出する、又は、圧縮機23A及び23Bの回転数(駆動周波数)もしくはトルクの組合せに対応付けられた電動弁50の開度が記憶された記憶テーブルから当該各回転数(駆動周波数)に対応する電動弁50開度の読み出しにより電動弁50の開度を算出する。
[0081]
 さらには、上記各電動弁50の開度算出に代えて、(1)室外側制御部205は、パワー基板35A及び35Bにパワー素子として搭載されているIGBT(insulated gate bipolar transistor)の駆動電流値(又は駆動電圧デューティ比)をパワー基板35A及び35Bから送られてくる信号に基づいて取得し、当該圧縮機23A及び23BのIGBTの駆動電流値(又は駆動電圧デューティ比)に応じて電動弁50の開度を算出する、又は(2) 室外側制御部205は、上記圧縮機23A及び23BのIGBTのコレクタ-エミッタ間の電流値を取得して、当該コレクタ-エミッタ間の電流値に応じて電動弁50の開度を算出するようにしてもよい。室外側制御部205は、(1)の場合、圧縮機23A及び23BのIGBTの駆動電流値(又は駆動電圧デューティ比から算出される駆動電流値)の比、又は、圧縮機23A及び23BのIGBTの駆動電流値の組合せ(圧縮機23A及び23BのIGBTの駆動電圧デューティ比の組合せ)に対応付けられた電動弁50の開度が記憶された記憶テーブルから当該各IGBTの駆動電流値(又は駆動電圧デューティ比)に対応する電動弁50開度の読み出しにより電動弁50の開度を算出する。 (2)の場合、室外側制御部205は、圧縮機23A及び23BのIGBTのコレクタ-エミッタ間の電流値の比に基づいて上記電動弁50の開度を算出する。
[0082]
 なお、上記にはパワー素子としてIGBTがパワー基板35A及び35Bに搭載されている例を示したが、パワー素子として他のスイッチング素子が搭載されている場合には、室外側制御部205は、当該スイッチング素子を流れる電流値を取得して、当該電流値に応じて電動弁50の開度を算出すればよい。
[0083]
 次に、室外側制御部205による電動弁50の開閉動作制御の他の実施形態について説明する。図14は、室外側制御部205による電動弁50の開閉動作制御の他の実施形態を示すフローチャートである。
[0084]
 例えば、空気調和装置10では、圧縮機23Bの1台のみが標準的に駆動されるように設定され、他の圧縮機23Aが、圧縮機23Bの駆動だけでは容量が足りなくなった時点で圧縮機23Aと共に駆動される設定とされている場合は、空気調和装置10の稼働中、室外側制御部205は、パワー基板35Aから送られてくる信号に基づいて、圧縮機23Aが駆動されているか又は停止しているかを検出する(S11)。
[0085]
 室外側制御部205は、上記信号に基づいて、圧縮機23Aが駆動されていることを検出した場合は(S11でYES)、パワー基板35Aに対応する冷媒ジャケット37Aの上流側に配設されている電動弁50を全開状態で動作させる(S12)。また、室外側制御部205は、上記信号に基づいて、圧縮機23Aが停止していることを検出した場合は(S11でNO)、電動弁50を全閉状態で動作させる(S13)。
[0086]
 当該電動弁50の開度制御では、圧縮機23Aが停止しており発熱量の少ないパワー基板35Aには、冷媒回路18を流れる冷媒が送られず、圧縮機23Bを駆動させており発熱量の多いパワー基板35Bに対して冷媒が全て送り込まれるので、冷媒回路18を流れる限られた量の冷媒を、発熱量の多いパワー基板35B(パワーモジュール)側の冷却に効率よく用いることができる。
[0087]
 また、この電動弁50の開度制御を採る場合、分流管21aには、必ずしも電動弁50を設ける必要はなく、全開又は全閉の開閉動作を行う電磁弁を設けてもよい。
[0088]
 また、上記各実施形態では、室外機11に備えられる圧縮機を2台として説明しているが、本発明に係る室外機に備えられる圧縮機の台数を2台に限定する趣旨ではない。複数台の圧縮機が備えられる室外機であれば、上記各実施形態に示した構成及び処理を適用することは可能である。
[0089]
 また、上記図1乃至図14に示した各実施形態に係る構成及び処理は、本発明の単なる一例に過ぎず、本発明の構成及び処理を上記に示した内容に限定するものではない。
[0090]
 例えば、上記各実施形態では、パワー基板35A及びパワー基板35B、さらにこれら搭載されているパワー素子は、圧縮機23A及び23Bを駆動制御するものであるが、本発明に係る被冷却部に対する冷却用冷媒の冷媒量制御は、これに限定されず、他の機構を制御するパワー基板及びこれに搭載されているパワー素子にも広く適用が可能である。
[0091]
 要するに、本発明は、冷媒が循環する冷媒回路(18)を有する空気調和装置(10)用の室外機(11)であって、
 パワー素子を備えた複数のパワー基板(35A,35B)と、
 前記冷媒回路(18)の冷媒配管から分流された分流管(21a,21b)に、前記各パワー基板(35A,35B)毎に設けられ、前記冷媒回路(18)の冷媒と熱的に接続して少なくとも当該パワー基板(35A,35B)上の前記パワー素子を冷却する冷却部(37A,37B)と、
 前記分流管(21a,21b)の少なくとも1つに設けられ、前記パワー基板(35A,35B)に対応するそれぞれの前記冷却部(37A,37B)に当該分流管(21a,21b)から供給される前記冷媒の量を調節する冷媒量制御機構(50)と、
 前記冷媒量制御機構(50)を動作制御する制御部(205)とを備え、
 前記制御部(205)は、前記各パワー素子の負荷状況に応じて、当該冷媒量制御機構(50)に、前記分流管(21a,21b)から前記冷却部(37A,37B)へ供給させる冷媒の量を増減させるものである。
[0092]
 この発明によれば、複数台の圧縮機が備えられ、各圧縮機毎にパワー基板及び冷却部が設けられている場合に、冷媒調節機構が、各圧縮機の動作又は性能に応じて、当該各圧縮機のパワー基板に対応するそれぞれの冷却部に供給される冷媒の量を調節するので、例えば、圧縮機の容量性能や、圧縮機の動作状況(圧縮機の回転数、駆動周波数等)に応じて、この圧縮機の動作又は性能に応じて各パワー基板のパワー素子が実際に発生させると想定される熱に応じて、各パワー基板のパワー素子の冷却に適した過不足のない冷媒量を、当該各冷却部に供給することが可能になる。このため、前記冷媒冷却技術を採用する場合に、冷媒回路を流れる冷媒による電装部品の冷却をより効率よく行うことが可能になる。
[0093]
 また、本発明は、更に、前記パワー素子の負荷状況は熱的負荷状況であり、
 前記各パワー基板(35A,35B)に設けられたパワー素子の温度を検出する温度検出部(39A,39B)を更に備え、
 前記制御部(205)は、前記温度検出部(39A,39B)によって検出される前記パワー素子の温度に応じて、前記冷媒量制御機構(50)に、前記分流管(21a,21b)から前記冷却部(37A,37B)へ供給させる冷媒の量を増減させる室外機である。
[0094]
 この発明では、制御部が、温度検出部で検出される各パワー基板の温度に応じて、冷媒量制御機構に、分流管から冷却部へ供給させる冷媒の量を増減させるので、各パワー基板のパワー素子が実際に発生させている熱(熱的負荷状況)を温度として的確に検出でき、当該検出した温度を基準とすることで、各パワー基板のパワー素子の冷却に適した過不足のない冷媒量を、各パワー基板に供給することが可能となる。
[0095]
 また、本発明は、更に、前記冷媒回路(18)を循環する冷媒を圧縮する複数台の圧縮機(23A,23B)を備え、
 前記各パワー基板(35A,35B)に設けられた前記パワー素子は圧縮機(23A,23B)を駆動制御するものであり、
 前記制御部(205)は、前記パワー素子の負荷状況として前記各圧縮機(23A,23B)の運転負荷状況を用い、当該各圧縮機(23A,23B)の運転負荷状況に応じて、前記冷媒量制御機構(50)に、前記分流管(21a,21b)から前記冷却部(37A,37B)へ供給させる冷媒の量を増減させる室外機である。
[0096]
 また、本発明は、更に、前記制御部(205)は、前記各圧縮機(23A,23B)の運転負荷状況として前記パワー素子の駆動電流値又は駆動電圧デューティ比を用い、当該パワー素子の駆動電流値又は駆動電圧デューティ比に応じて、前記冷媒量制御機構(50)に、前記分流管(21a,21b)から前記冷却部(37A,37B)へ供給させる冷媒の量を増減させる室外機である。
[0097]
 これらの発明では、制御部が、各圧縮機の運転負荷状況に応じて、各冷媒量制御機構に、冷却部へ供給させる冷媒の量を増減させることにより、上述の圧縮機の運転負荷状況に応じて各パワー基板のパワー素子に実際に生じる負荷状況に適した過不足のない冷媒量を各パワー基板に供給することを可能にしている。
[0098]
 また、本発明は、更に、前記制御部(205)は、前記各圧縮機(23A,23B)の運転負荷状況として、前記各圧縮機(23A,23B)が稼働中又は非稼働中のいずれであるかの情報を用い、前記冷媒調節機構(50)に、稼働中の前記圧縮機(23A,23B)に対応する前記パワー基板(35A,35B)の前記冷却部(37A,37B)に対して前記分流管(21a,21b)から冷媒を供給させ、非稼働中の前記圧縮機(23A,23B)に対応する前記パワー基板(35A,35B)の前記冷却部(37A,37B)に対しては前記分流管(21a,21b)から冷媒を供給させない室外機である。
[0099]
 この発明によれば、上記制御部による冷媒調節機構の制御により、圧縮機が停止しており負荷の小さいパワー基板には上記冷媒が送られず、圧縮機を駆動させており負荷の大きいパワー基板に対して冷媒が送り込まれるので、冷媒回路を流れる限られた量の冷媒を、負荷の大きいパワー基板側の冷却に効率よく用いることができる。

請求の範囲

[請求項1]
 冷媒が循環する冷媒回路(18)を有する空気調和装置(10)用の室外機(11)であって、
 パワー素子を備えた複数のパワー基板(35A,35B)と、
 前記冷媒回路(18)の冷媒配管から分流された分流管(21a,21b)に、前記各パワー基板(35A,35B)毎に設けられ、前記冷媒回路(18)の冷媒と熱的に接続して少なくとも当該パワー基板(35A,35B)上の前記パワー素子を冷却する冷却部(37A,37B)と、
 前記分流管(21a,21b)の少なくとも1つに設けられ、前記パワー基板(35A,35B)に対応するそれぞれの前記冷却部(37A,37B)に当該分流管(21a,21b)から供給される前記冷媒の量を調節する冷媒量制御機構(50)と、
 前記冷媒量制御機構(50)を動作制御する制御部(205)とを備え、
 前記制御部(205)は、前記各パワー素子の負荷状況に応じて、当該冷媒量制御機構(50)に、前記分流管(21a,21b)から前記冷却部(37A,37B)へ供給させる冷媒の量を増減させる室外機(11)。
[請求項2]
 前記パワー素子の負荷状況は熱的負荷状況であり、
 前記各パワー基板(35A,35B)に設けられたパワー素子の温度を検出する温度検出部(39A,39B)を更に備え、
 前記制御部(205)は、前記温度検出部(39A,39B)によって検出される前記パワー素子の温度に応じて、前記冷媒量制御機構(50)に、前記分流管(21a,21b)から前記冷却部(37A,37B)へ供給させる冷媒の量を増減させる請求項1に記載の室外機(11)。
[請求項3]
 前記冷媒回路(18)を循環する冷媒を圧縮する複数台の圧縮機(23A,23B)を備え、
 前記各パワー基板(35A,35B)に設けられた前記パワー素子は圧縮機(23A,23B)を駆動制御するものであり、
 前記制御部(205)は、前記パワー素子の負荷状況として前記各圧縮機(23A,23B)の運転負荷状況を用い、当該各圧縮機(23A,23B)の運転負荷状況に応じて、前記冷媒量制御機構(50)に、前記分流管(21a,21b)から前記冷却部(37A,37B)へ供給させる冷媒の量を増減させる請求項1に記載の室外機(11)。
[請求項4]
 前記制御部(205)は、前記各圧縮機(23A,23B)の運転負荷状況として前記パワー素子の駆動電流値又は駆動電圧デューティ比を用い、当該パワー素子の駆動電流値又は駆動電圧デューティ比に応じて、前記冷媒量制御機構(50)に、前記分流管(21a,21b)から前記冷却部(37A,37B)へ供給させる冷媒の量を増減させる請求項3に記載の室外機(11)。
[請求項5]
 前記制御部(205)は、前記各圧縮機(23A,23B)の運転負荷状況として、前記各圧縮機(23A,23B)が稼働中又は非稼働中のいずれであるかの情報を用い、前記冷媒調節機構(50)に、稼働中の前記圧縮機(23A,23B)に対応する前記パワー基板(35A,35B)の前記冷却部(37A,37B)に対して前記分流管(21a,21b)から冷媒を供給させ、非稼働中の前記圧縮機(23A,23B)に対応する前記パワー基板(35A,35B)の前記冷却部(37A,37B)に対しては前記分流管(21a,21b)から冷媒を供給させない請求項3に記載の室外機(11)。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]