(57)【要約】【課題】電子部品を冷却する冷却器を備えた冷凍装置において、電子部品をより効果的に冷却できるようにする。【解決手段】圧縮機（2）、凝縮器（3）、膨張弁（4）及び蒸発器（5）を備えると共に、前記圧縮機（2）の駆動用モータ（2b）に電力を供給する電力供給装置（P）、及び冷媒を流通させる流路（37）を有して該流路（37）に液を含んだ冷媒が導入されガスを含んだ冷媒が流出し電子部品（Tr,Dw,Dr）を冷却する冷却器（30）を備えた冷凍装置において、電子部品（Tr,Dw,Dr）は冷却器（30）の下側で流路（37）に面して取付ける。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（2）、凝縮器（3）、膨張弁（4）及び蒸発器（5）を備えると共に、前記圧縮機（2）の駆動用モータ（2b）に電力を供給する電力供給装置（P）、及び冷媒を流通させる流路（37）を有して該流路（37）に液を含んだ冷媒が導入されガスを含んだ前記冷媒が流出し前記電力供給装置（P）を構成する電子部品（Tr,Dw,Dr）を冷却する冷却器（30）を備えた冷凍装置において、
前記電子部品（Tr,Dw,Dr）は、前記冷却器（30）の下側で前記流路（37）に面して取り付けられていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１の冷凍装置において、
前記冷却器（30）は、下側に取り付けられた前記電子部品（Tr）よりも発熱密度が小さい電子部品（Dr）が前記流路（37）の上側に面して取り付けられていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の冷凍装置において、
前記冷却器（30）は、内部に複数の前記流路（37）が形成されていることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置に関し、特に、圧縮機駆動用のモータに電力を供給する電力供給装置の電子部品を冷却する冷却器を備えたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置等の冷凍装置では、圧縮機等に電力を供給する電力供給装置として、ダイオードやトランジスタ等のパワーデバイスが接続された電力供給回路が用いられている。これらのパワーデバイスは、その通電動作時に発熱し高温となるため、前記冷凍装置の中には、冷媒回路の凝縮器下流の冷媒によりパワーデバイスを冷却する構成を採用したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２-６９０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷媒回路の冷媒は、ガス冷媒と液冷媒の２相の状態で流れる場合があり、液冷媒はガス冷媒よりも密度が大きいうえに蒸発して熱を吸収できるので、液冷媒の方がガス冷媒よりもより効果的に電子部品を冷却できる。そのため、冷媒が２相の状態の場合に、冷却器に取り付けられた電子部品がガス冷媒と熱交換するようになっていると、電子部品を良好に冷却するために、冷却器を大型化するなどの対策が必要になり好ましくない。
【０００５】
本発明は前記の点に着目してなされたものであり、圧縮機駆動用のモータに電力を供給する電力供給装置の電子部品を冷却する冷却器を備えた冷凍装置において、電子部品をより効果的に冷却できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するため、第１の発明は、
圧縮機（2）、凝縮器（3）、膨張弁（4）及び蒸発器（5）を備えると共に、前記圧縮機（2）の駆動用モータ（2b）に電力を供給する電力供給装置（P）、及び冷媒を流通させる流路（37）を有して該流路（37）に液を含んだ冷媒が導入されガスを含んだ前記冷媒が流出し前記電力供給装置（P）を構成する電子部品（Tr,Dw,Dr）を冷却する冷却器（30）を備えた冷凍装置において、
前記電子部品（Tr,Dw,Dr）は、前記冷却器（30）の下側で前記流路（37）に面して取り付けられていることを特徴とする。
【０００７】
この構成では、冷媒が２相の状態の場合には、流路（37）下方には液冷媒が接し、流路（37）の上方には、ガス冷媒が接する。すなわち、電子部品（Tr）は、液冷媒と熱交換する。
【０００８】
また、第２の発明は、
第１の発明の冷凍装置において、
前記冷却器（30）は、下側に取り付けられた前記電子部品（Tr）よりも発熱密度が小さい電子部品（Dr）が前記流路（37）の上側に面して取り付けられていることを特徴とする。
【０００９】
この構成では、下側に取り付けられた前記電子部品（Tr）よりも発熱密度が小さい電子部品（Dr）は、ガス冷媒と熱交換する。
【００１０】
また、第３の発明は、
第１又は第２の発明の冷凍装置において、
前記冷却器（30）は、内部に複数の前記流路（37）が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、電子部品（Tr）が確実に液冷媒と熱交換するので、電子部品（Tr）をより効果的に冷却することができる。
【００１２】
また、第２の発明によれば、冷却器（30）の上側に取り付けた電子部品（Dr）は、下側に取り付けられた電子部品（Tr）よりも発熱密度が小さいので、ガス冷媒によっても所望の冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路を示す。
【図２】図２は、モータに電力を供給する電力供給装置の電気回路を示す。
【図３】図３は、冷却器の斜視図である。
【図４】図４は、冷却器の横断面図である。
【図５】図５は、冷却器の縦断面図である。
【図６】図６は、電子部品パッケージの取り付け状態を示す。
【図７】図７は、冷却器への電子部品パッケージ（スイッチング素子）の取付け状態を例示する斜視図である。
【図８】図８に、冷却器への電子部品パッケージ（ダイオード）の取付け状態を例示する斜視図である。
【図９】図９は、冷媒が２相の状態の場合における冷却器内の冷媒の様子を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１５】
《発明の実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路を示す。同図の冷凍装置は、工場等の大規模な施設において用いられる大型の空気調和装置の冷媒回路を示す。同図の空気調和装置（1）(冷凍装置)は、圧縮機（2）、凝縮器（3）、膨張弁（4）、蒸発器（5）、及びコントローラ（7）を備えている。
【００１６】
圧縮機（2）は、内部には破線で示すように圧縮機構（2a）と該圧縮機構（2a）を回転駆動する三相モータ（2b）とが収容される。凝縮器（3）は、空冷の凝縮器であって、室外に配置される。凝縮器（3）の近傍には、空冷ファン（3a）が設けられている。膨張弁（4）は、弁体がパルスモータによって駆動される開度可変な電動膨張弁である。蒸発器（5）は、空冷式の蒸発器であって、室内に配置される。蒸発器（5）の近傍には、空冷ファン（5a）が設けられている。
【００１７】
そして、空気調和装置（1）では、圧縮機（2）、凝縮器（3）、膨張弁（4）、及び蒸発器（5）を冷媒配管（6）により順に閉回路に接続して冷媒回路（10）を構成しており、圧縮機（2）から冷媒を凝縮器（3）に送り、この凝縮器（3）で冷媒を外気と熱交換して放熱させた後、その冷媒の流量及び圧力を膨張弁（4）で調整しつつ、蒸発器（5）で室内空気と熱交換させて吸熱させ、ガス冷媒として圧縮機（2）に戻すことを繰り返す。
【００１８】
圧縮機（2）、凝縮器（3）の空冷ファン（3a）、膨張弁（4）、及び蒸発器（5）の空冷ファン（5a）には、コントローラ（7）が接続され、このコントローラ（7）により圧縮機（2）の三相モータ（2b）の回転数、それぞれの空冷ファン（3a,5a）回転数、及び膨張弁（4）の開度が制御される。
【００１９】
次に、圧縮機（2）の圧縮機構（2a）を回転駆動するモータ（2b）に電力を供給する電力供給装置（P）の電気回路を図２に示す。同図に示すように電力供給装置（P）は、コンバータ部（11）、平滑コンデンサ（12）、及びインバータ（13）を備えている。
【００２０】
コンバータ部（11）は、６個のダイオード（Dr）がブリッジ状に結線されて構成され、三相交流電源（15）の三相交流を直流に変換する。平滑コンデンサ（12）は、コンバータ部（11）により変換された直流電圧を平滑する。インバータ（13）は、平滑コンデンサ（12）によって平滑された直流電圧を、三相交流電圧に変換する。この例では、インバータ（13）は、６個のスイッチング素子（Tr）、及びスイッチング素子（Tr）の各々に逆並列に接続された６個の還流ダイオード（Dw）を有している。スイッチング素子（Tr）は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）で構成する。
【００２１】
この例では、スイッチング素子（Tr）とそれに逆並列接続された還流ダイオード（Dw）の組（説明の便宜のため部品対と呼ぶ）が、ひとつのパッケージに複数組封入されているものとする。具体的には、それぞれの電子部品パッケージ（16）には、２つの部品対が封入されている。すなわち、空気調和装置（1）は、インバータ（13）が６つのスイッチング素子（Tr）を有しているので、３つの電子部品パッケージ（16）を備えている。また、ひとつのダイオード（Dr）はひとつの電子部品パッケージ（17）に封入されている。したがって、本実施形態では、６つの電子部品パッケージ（17）がある。
【００２２】
電力供給装置（P）では、インバータ（13）で変換された三相交流電圧が、圧縮機構（2a）駆動用の三相モータ（2b）に供給される。そして、コントローラ（7）は、三相モータ（2b）の各相に流れる電流（iu,iv,iw）を制御するように、インバータ（13）が内蔵する６個のスイッチング素子（Tr）に制御信号（CNT）を出力して、三相モータ（2b）の回転数を制御する。
【００２３】
そして、図１に戻って、空気調和装置（1）の冷媒回路（10）には、電力供給装置（P）のコンバータ部（11）とインバータ（13）とを冷却する冷却器（30）が、膨張弁（4）と並列接続されている。スイッチング素子（Tr）、還流ダイオード（Dw）、及びダイオード（Dr）は、その通電動作時に発熱し高温になる。冷却器（30）は、電力供給装置（P）を構成するこれらの電子部品を冷却する。この例では、冷却器（30）が冷却する電子部品は、スイッチング素子（Tr）、還流ダイオード（Dw）、及びダイオード（Dr）である。なお、コンバータ部（11）用のダイオード（Dr）は、スイッチング素子（Tr）と比べると、発熱密度が小さい。電子部品パッケージ（16,17）の単位で見ても、コンバータ部（11）に用いる電子部品パッケージ（17）の方が、インバータ（13）に用いる電子部品パッケージ（16）よりも発熱密度が小さい。
【００２４】
冷却器（30）には、凝縮器（3）と膨張弁（4）を繋ぐ冷媒配管（6）から分岐した冷媒配管（23）が接続されている。この冷媒配管（23）の途中には、冷却器（30）に流通する冷媒の流量及び圧力を制御するために、冷媒冷却用膨張弁（22）が設けられている。そして、冷却器（30）には、冷媒配管（25）が接続され、この冷媒配管（25）は、膨張弁（4）と蒸発器（5）とを繋ぐ冷媒配管（6）に合流する。なお、冷媒配管（25）の途中には、電磁弁（27）及びキャピラリ（28）が設けられている。
【００２５】
〈冷却器の構成〉
図３は、冷却器（30）の斜視図である。また、図４は、冷却器（30）の横断面図、図５は、冷却器（30）の縦断面図である。図３〜図５に示すように、冷却器（30）は、上部外板（32）、下部外板（33）、複数のフィン（34）、及び２つの配管取付部材（36）を備えている。
【００２６】
上部外板（32）は、板材（例えば銅板）を折り曲げて形成したものであり、その断面形状は、底部（32a）がフラットなＵ字状である。上部外板（32）には、後に詳述するように、ダイオード（Dr）（電子部品）を封入した電子部品パッケージ（17）が取り付けられ、ダイオード（Dr）熱を冷媒に伝える。
【００２７】
下部外板（33）は、平板状の板材（例えば銅板）で構成されている。この下部外板（33）には後に詳述するように、スイッチング素子（Tr）と還流ダイオード（Dw）を封入した電子部品パッケージ（16）が取り付けられ、これらの電子部品（Tr,Dw）の熱を冷媒に伝える。
【００２８】
配管取付部材（36,36）は、冷媒配管（23,25）を取り付けるための部材である。この例では、配管取付部材（36,36）は、上部外板（32）等と同じ材料でブロック状に形成され、冷媒配管（23,25）を挿入するための穴が設けられている。
【００２９】
フィン（34）は、上部外板（32）や下部外板（33）の熱を冷媒に伝えることで、冷媒と電子部品（例えばスイッチング素子（Tr）や還流ダイオード（Dw））との熱交換を促進させる機能を有している。それぞれのフィン（34）は、上部外板（32）の底部（32a）と下部外板（33）との間に、所定間隔を持って互いに並行して配置され、上部外板（32）（詳しくは底部（32a））と下部外板（33）とに接続されている。この構成により、互いに対向するフィン（34）の間の空間が、冷媒が流通する流路（37）となる。また、フィン（34）は、上部外板（32）及び下部外板（33）と伝熱が可能になる。なお、本実施形態では、フィン（34）の材質は、上部外板（32）と同じである。勿論、フィン（34）の材質は、これには限定されない。
【００３０】
〈電子部品の冷却器への取付け及び冷却器の配置〉
図６は、本実施形態における電子部品の取り付け状態を示す。図６は、図３の矢印Ａから冷却器（30）を見たものである。
【００３１】
図７は、冷却器（30）への電子部品パッケージ（16）（スイッチング素子（Tr））の取付け状態を例示する斜視図である。同図に示すように、３つの電子部品パッケージ（16）が下部外板（33）に取り付けられている。これにより、冷却器（30）では、６つのスイッチング素子（Tr）及び６つの還流ダイオード（Dw）の熱を下部外板（33）が冷却器（30）内の冷媒に伝える。なお、電子部品パッケージ（16）と下部外板（33）との間にはサーマルグリスを塗布しておくとよい。図８には、冷却器（30）への電子部品パッケージ（17）（ダイオード（Dr））の取付け状態を例示する。図８に示すように、本実施形態では、６つの電子部品パッケージ（17）が上部外板（32）に取り付けられる。電子部品パッケージ（17）と上部外板（32）との間にもサーマルグリスを塗布しておくとよい。
【００３２】
そして、冷却器（30）は、下部外板（33）が水平で且つ下部外板（33）が下方となるように、空気調和装置（1）内に配置されている。すなわち、この例では流路（37）が水平方向となる。
【００３３】
〈電子部品の冷却〉
圧縮機（2）が運転されると、凝縮器（3）を流通した後の冷媒の一部は、膨張弁（4）をバイパスして冷媒冷却用膨張弁（22）、冷却器（30）を流通し、その後に、キャピラリ（28）を経由して蒸発器（5）に流入する。
【００３４】
そして、冷却器（30）では、凝縮器（3）からの冷媒により、下部外板（33）においてコンバータ部（11）の６個のスイッチング素子（Tr）と６個のダイオード（Dw）を冷却する。また、上部外板（32）では、コンバータ部（11）のダイオード（Dr）を冷却する。冷却器（30）に流入した冷媒は、空気調和装置（1）の運転状態によっては、ガス冷媒と液冷媒の２相の状態の場合がある。図９に、冷媒が２相の状態の場合における冷却器（30）内の冷媒の様子を示す。図９に示すように、冷媒が２相の状態の場合には、下部外板（33）には液冷媒が接し、上部外板（32）には、ガス冷媒が接している。すなわち、スイッチング素子（Tr）は、下部外板（33）を介して液冷媒と熱交換し、コンバータ部（11）のダイオード（Dr）は、上部外板（32）を介してガス冷媒と熱交換を行う。つまり、本実施形態では、スイッチング素子（Tr）を液冷媒で冷却し、発熱密度がスイッチング素子（Tr）よりも小さなダイオード（Dr）をガス冷媒で冷却するのである。
【００３５】
〈本実施形態における効果〉
液冷媒はガス冷媒よりも密度が大きいうえに蒸発して熱を吸収できるので、液冷媒の方がガス冷媒よりもより効果的に電子部品を冷却できる。本実施形態では、冷媒が２相状態となっても、スイッチング素子（Tr）は、確実に液冷媒と熱交換する。そのため、本実施形態によれば、電子部品（スイッチング素子（Tr）、還流ダイオード（Dw））をより効果的に冷却することができる。
【００３６】
また、ダイオード（Dr）は、冷媒が２相状態の場合にはガス冷媒と熱交換する。ダイオード（Dr）は、下部外板（33）に取り付けられたスイッチング素子（Tr）よりも発熱密度が小さいので、ガス冷媒によっても所望の冷却を行うことが可能になる。
【００３７】
《その他の実施形態》
なお、冷却器（30）の内部構造は例示である。例えば、フィン（34）の数や形状は例示であるし、必ずしもフィン（34）を設ける必要もない。
【００３８】
また、冷却器（30）に取付ける電子部品パッケージ（16,17）の数も例示である。
【００３９】
また、前記実施形態で示した冷却器（30）で冷却する電子部品は例示である。その他にも、例えば、リアクタやキャパシタ、放電抵抗などでもよい。
【００４０】
また、冷媒回路における冷却器（30）の配置も例示である。冷媒回路中の冷却器（30）の配置は、例えば、凝縮器（3）と膨張弁（4）の間であってもよいし、膨張弁（4）と蒸発器（5）の間でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、圧縮機駆動用のモータに電力を供給する電力供給装置の電子部品を冷却する冷却器を備えた冷凍装置として有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１      空気調和装置
２      圧縮機
２ｂ    モータ
３      凝縮器
４      膨張弁
５      蒸発器
３０    冷却器
３７    流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014129905.tif 000009
【図８】
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【図９】
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