JP2000283569A - 可変周波数駆動装置用の冷却装置及び冷却方法 - Google Patents

可変周波数駆動装置用の冷却装置及び冷却方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変周波数駆動装置用の冷却装置及び冷却方
法を改善する。 【解決手段】 冷媒システム（１０）の圧縮器（１５）
のモータ用の可変周波数駆動装置（２５）の絶縁ゲート
バイポーラトランジスタ（２７）などである電子出力部
品を冷却する装置である。電子出力部品は、熱伝導率の
良好な材料のブロックから形成されるヒートシンク（３
０）上に取り付けられる。装置の凝縮器（１３）からの
冷媒は、フロー管路を通ってヒートシンク（３０）内を
通過して、装置の低圧側へと戻る。制御バルブ（４０）
が、フロー管路内に取り付けられており、この制御バル
ブ（４０）によって管路を通る冷媒が膨張し、所望の範
囲内に電子出力部品の温度が維持されるようにヒートシ
ンク（３０）を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒圧縮器に関連
する可変周波数駆動装置の電子機器を冷却する方法及び
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの冷凍装置で使用される圧縮器で
は、変化する負荷条件下で所望の限度内に装置を維持す
るために、通常、圧縮器のモータ速度を直接制御するこ
とが必要となる。このために、圧縮器は、絶縁ゲートバ
イポーラトランジスタである電子出力部品を含む可変周
波数駆動装置（ＶＦＤ）を備えており、このような電子
出力部品は、過熱するおそれがあるために冷却を必要と
する。電子出力部品の一般的な冷却方法には、トランジ
スタをヒートシンクに取付け、ヒートシンク内もしくは
その周囲に冷媒を循環させることでヒートシンクから熱
を運び去る方法がある。ヒートシンク及び冷却装置の能
力は、ＶＦＤの出力容量を決定する上で最も重要であ
る。
【０００３】ヒートシンクは、通常、伝熱や熱慣性特性
が良好な比較的大きい材料ブロックの形状となってい
る。ブロック内には、流路が形成され、この流路を通っ
て冷媒が循環して、過剰な熱を吸収するとともにこの熱
を装置外に運び去る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】水を使用する冷却は、
ＶＦＤヒートシンクを冷却する良好な手段であることが
実証されているが、水冷却は、制御しにくく、ヒートシ
ンクの温度が所望の作動範囲外となるおそれがある。こ
れにより、ＶＦＤ電子機器の過熱が引き起こされ、冷凍
装置の運転に悪影響が及ぶおそれがある。更に、水冷却
回路は、ポンプなどの水を扱う部材やトランジスタから
の熱を周囲に放出する熱交換器などを必要とする。ま
た、このようなタイプの冷却装置は、一般に複雑でコス
トが高く、かつ大きな設置空間を必要とする。
【０００５】従って、本発明の主な目的は、冷凍装置を
改善することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的は、冷媒管路に
よって直列に接続された凝縮器、蒸発器、及び圧縮器
と、凝縮器から蒸発器へ高圧から低圧へと移動する冷媒
を膨張するようにいずれか１つの冷媒管路に設けられた
膨張手段と、を含む閉ループ冷凍装置によって達成され
る。可変周波数駆動装置が圧縮器と関連づけられてお
り、この駆動装置は、熱を発生する絶縁ゲートバイポー
ラトランジスタである電子出力部品を含み、冷却を必要
とする。電子出力部品は、伝熱特性が良好な材料のブロ
ックと熱交換を行うように取り付けられる。このブロッ
クは、ヒートシンクとして機能して電子出力部品から熱
を取り除く。ヒートシンクを通って装置の凝縮器から装
置の圧縮器の入口へと冷媒を通過させるように、フロー
回路が配置されている。膨張バルブがフロー回路に取り
付けられており、この膨張バルブは、回路を通って移動
する冷媒の膨張を制御し、これにより、ヒートシンク及
びその上の電子出力部品が冷却される。
【０００７】
【発明の実施の形態】まず図１を参照すると、符号１０
として冷凍装置が概略的に示されている。この冷凍装置
１０は、種々の装置コンポーネントを接続する一連の冷
媒管路１２を含むカルノー冷凍サイクルを利用する。冷
凍装置１０は、更に、冷媒管路１２によって圧縮器１５
の出口側に接続された凝縮器１３を含む。また、凝縮器
１３は、蒸発器１７と直列に接続され、蒸発器１７の出
口は、冷媒管路によって圧縮器の入口側に接続されてお
り、これでシステムループが完成する。凝縮器１３と蒸
発器１７との間の冷媒管路には、凝縮器１３から出る高
圧冷媒を膨張させて低温低圧とする膨張装置２０が取り
付けられている。膨張装置２０は、従来技術で使用され
ている周知の膨張弁や毛細管などのどのような装置でも
よい。
【０００８】低温冷媒と熱伝達を行うように、冷却物質
が蒸発器を通して循環される。冷媒は、冷却処理におい
て熱を吸収するに従って比較的低い圧力で蒸発し、この
冷媒蒸気は、装置内を再循環するように圧縮器１５の入
口へと運ばれる。
【０００９】圧縮器１５のモータは、モータ速度を制御
する可変周波数駆動装置（ＶＦＤ）２５を備えている。
図１では、この駆動装置２５を点線で囲んで示してい
る。従来技術で周知のように、ＶＦＤは、通常、電子出
力部品を含み、これらの電子出力部品は、装置の作動範
囲において駆動装置を最適な条件で作動させるために冷
却を要する。実施例では、冷却を要する電子出力部品
は、一般に、図で２７として概略的に示した絶縁ゲート
バイポーラトランジスタである。上述したように、これ
まで電子出力部品は、ヒートシンクと熱伝達を行うよう
に配置するとともに冷却水を循環させることで冷却して
きた。このようなタイプの冷却装置は、比較的複雑であ
るとともに、大きな空間を要し、かつ制御しにくい。
【００１０】図１で示したように、ＶＦＤの電子出力部
品は、ここではＶＦＤ蒸発器２９と呼ぶ部分の一部を形
成するヒートシンク３０に直接取り付けられる。ヒート
シンク３０は、電子出力部品から発生する熱エネルギを
迅速に運び去って吸収するように、高い熱伝導率を有す
る材料のブロックより製造される。材料のブロック内に
は、内部フローチャネル３２が取り付けられている。こ
のチャネル３２は、チャネル３２とヒートシンク３０と
の間に最大限の接触領域を提供するように蛇行してい
る。実施例では、フローチャネルは、ヒートシンク３０
に埋め込まれた長さのある銅製チューブとすることがで
き、この銅製チューブは、入口３３を有し、かつ出口３
４を有する。
【００１１】内部フローチャネルの入口３３は、供給管
路３６によって装置の凝縮器１３の冷媒出口に接続され
ている。一方、フローチャネルの出口３４は、排出管路
３９により圧縮器１５の入口に接続されている。全体を
符号４０として示した制御バルブが供給管路３６に設け
られており、冷媒は、この供給管路３６を通して凝縮器
１３の高圧からより低い圧力へと膨張し、これにより、
電子出力部品を冷却するための低温冷媒がヒートシンク
３０に供給される。
【００１２】制御バルブ４０は、図５で更に詳細に示さ
れている。このバルブ４０は、ヒートシンク３０内に埋
め込まれたセンサプローブ４２を含み、このセンサプロ
ーブ４２は、作動温度を最もよく示す電子出力部品の可
能な限り近くに設けられる。このバルブ４０は、プロー
ブ４２が検知する温度に応答する温度制御バルブ、もし
くはヒートシンク３０内の温度変化によって生じるプロ
ーブ４２の圧力変化に応答する温度膨張弁とすることが
できる。この実施例では、バルブ４０は、ハウジング４
４内に取り付けられたダイヤフラム４３を含む温度膨張
弁である。ヒートシンク３０の温度に基づいてバルブ圧
力が変化し、これにより、ダイヤフラム４３の高圧側チ
ャンバ４５に圧力が加わる。ダイヤフラム４３の低圧側
チャンバ４６の圧力は、予設定の調整可能なばね４７
と、チャンバの低圧側４６とバルブ本体５０の低圧側と
の間に延びる均圧化ポート４９と、によって判断され
る。バルブ４０のダイヤフラム４３にわたる圧力バラン
スによって、バルブ本体５０がバルブ流路内に配置さ
れ、ヒートシンク３０に供給される冷却量が制御され
る。ヒートシンク３０の温度は、９０〜１４０°Ｆ（約
３２〜６０℃）の範囲に保つことが望ましい。
【００１３】上述の記載から分かるように、フローチャ
ネル３２が通るヒートシンク３０は、ＶＦＤ２５に対す
る冷媒蒸発器として機能し、冷凍サイクルを利用してＶ
ＦＤ２５から熱を除去することで電子出力部品の冷却を
直接制御する。また、ＶＦＤ蒸発器内の冷媒に伝達され
た熱は、装置の圧縮器１５によって装置の凝縮器１３ま
で運ばれ、凝縮器１３の冷却ループ内で捨てられる。
【００１４】図２は、本発明の他の実施例を示してお
り、図１に関して説明した対応部及び相当部には、同一
番号を付している。この実施例では、ＶＦＤ蒸発器の排
出管路３９は、装置の蒸発器１７と接続されており、蒸
発器１７を通って処理される冷媒と合流する。バルブセ
ンサ４２は、ヒートシンク内に埋め込まれておらず、Ｖ
ＦＤ蒸発器の排出管路上に取り付けられて示されてい
る。このセンサ４２は、制御バルブ４０に温度情報をフ
ィードバックし、制御バルブ４０は、電子出力部品の冷
却に必要な所望の作動範囲にヒートシンク３０の温度を
維持するように、検知された冷媒温度に応答してバルブ
本体の位置を設定する。
【００１５】次に図３を参照すると、本発明の更に他の
実施例が示されており、ここでも上述した対応部及び相
当部には、同一番号を付している。この実施例では、制
御バルブ４０がＶＦＤ蒸発器２９の排出管路３９に取り
付けられており、この排出管路３９は、圧縮器１５の入
口に直接接続されている。しかし、上述したように、排
出管路３９を装置に直接接続することもできる。温度セ
ンサ４２は、ＶＦＤ蒸発器のヒートシンク３０に埋め込
まれており、制御バルブ４０に温度に関連する情報を提
供する。ＶＦＤ蒸発器に分流される冷媒が、電子出力部
品の冷却に要求されるヒートシンク３０の所望の温度範
囲内に充分に保たれるように、装置の凝縮器１３を出る
冷媒温度は、通常、１４０°Ｆ（６０℃）よりも低い。
【００１６】図４には、本発明のまた他の実施例が示さ
れており、上述した対応部及び相当部には、同一番号を
付している。この実施例では、装置の凝縮器１３を出る
冷媒の一部が、温度制御バルブ４０を通してＶＦＤ蒸発
器２９内へと膨張する。ここでも、ヒートシンク３０内
に温度センサ４２が埋め込まれており、データを処理し
てバルブ４０に制御信号を送信するようにプログラムさ
れたマイクロプロセッサ５０に温度に関連する情報を提
供する。装置に関連する他の情報もマイクロプロセッサ
に送信することができ、このような情報は、装置の全体
性能に対して最小限のコストで電子出力部品の冷却を提
供する所望のバルブ設定となるように処理することがで
きる。
【００１７】上述の開示から分かるように、本発明は、
冷媒圧縮器の可変周波数駆動装置の電子出力部品を冷却
する単純でかつ効果的な方法である。本発明は、従来の
水冷装置の複雑さを取り除くとともに設置が容易であ
り、かつ冷却処理に対するより直接的な制御を提供す
る。本発明の装置は、効率が高いために、冷凍装置の圧
縮器駆動装置で現在使用されている従来のものよりも大
きな容量を有する電子出力部品をより多く使用すること
を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を組み込んだ冷凍装置の概略図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る図１と同様の概略図
である。
【図３】本発明のまた他の実施例に係る概略図である。
【図４】本発明の更に他の実施例に係る概略図である。
【図５】本発明の実施に適した温度膨張制御バルブの拡
大側面図である。
【符号の説明】
１０…冷凍装置 １２…冷媒管路 １３…凝縮器 １５…圧縮器 １７…蒸発器 ２０…膨張装置 ２５…可変周波数駆動装置（ＶＦＤ） ２７…絶縁ゲートバイポーラトランジスタ ２９…ＶＦＤ蒸発器 ３０…ヒートシンク ３２…内部フローチャネル ３３…入口 ３４…出口 ３６…供給管路 ３９…排出管路 ４０…制御バルブ ４２…センサプローブ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷凍装置の圧縮器のモータ制御に使用さ
    れる可変周波数駆動装置用の冷却装置であって、 冷媒管路によって直列に接続された圧縮器、凝縮器、及
    び蒸発器と、前記凝縮器と前記蒸発器との間を移動する
    冷媒を膨張させるように前記冷媒管路の１つに設けられ
    た膨張手段と、を含む冷凍装置と、 前記圧縮器のモータに接続されるとともに冷却を要する
    電子出力部品を含む可変周波数駆動手段と、 前記冷凍装置の前記凝縮器から前記圧縮器の入口へと前
    記冷媒の一部を分流する回路と、 前記可変周波数駆動装置の前記電子出力部品と熱伝達を
    行うように、前記回路内に取り付けられた可変周波数駆
    動装置用蒸発器と、 前記冷凍装置の前記凝縮器の圧力から前記圧縮器の入口
    圧力へと前記回路を通って移動する冷媒を膨張させる制
    御バルブと、を含み、これにより、前記電子出力部品が
    冷却されることを特徴とする可変周波数駆動装置用の冷
    却装置。
  2. 【請求項２】 前記可変周波数駆動装置用蒸発器は、高
    い熱伝導率を有する材料のブロックで形成されるととも
    に、フローチャネルが通るヒートシンクを含み、前記電
    子出力部品は、該ヒートシンクと熱伝達を行うように取
    り付けられていることを特徴とする請求項１記載の可変
    周波数駆動装置用の冷却装置。
  3. 【請求項３】 ヒートシンクに関連する温度情報を前記
    制御バルブに提供する温度プローブを更に含み、前記制
    御バルブが検知温度に応答して開閉することを特徴とす
    る請求項１記載の可変周波数駆動装置用の冷却装置。
  4. 【請求項４】 前記温度プローブが前記ヒートシンク内
    に埋め込まれていることを特徴とする請求項３記載の可
    変周波数駆動装置用の冷却装置。
  5. 【請求項５】 前記温度プローブがフロー回路内で、か
    つ前記ヒートシンクの下流に取り付けられていることを
    特徴とする請求項３記載の可変周波数駆動装置用の冷却
    装置。
  6. 【請求項６】 前記制御バルブは、温度膨張バルブであ
    り、前記ヒートシンクの温度に基づいて前記制御バルブ
    に圧力情報を提供する温度プローブを更に含むことを特
    徴とする請求項２記載の可変周波数駆動装置用の冷却装
    置。
  7. 【請求項７】 前記温度プローブが前記ヒートシンク内
    に埋め込まれていることを特徴とする請求項６記載の可
    変周波数駆動装置用の冷却装置。
  8. 【請求項８】 前記制御バルブが前記ヒートシンクの上
    流側に設けられていることを特徴とする請求項２記載の
    可変周波数駆動装置用の冷却装置。
  9. 【請求項９】 前記制御バルブが前記ヒートシンクの下
    流側に設けられていることを特徴とする請求項２記載の
    可変周波数駆動装置用の冷却装置。
  10. 【請求項１０】 前記温度プローブから入力データを受
    け取るとともに、前記ヒートシンクの温度を所望の温度
    範囲に保つための出力制御信号を前記制御バルブへ提供
    するように配置されたマイクロプロセッサを更に含むこ
    とを特徴とする請求項３記載の可変周波数駆動装置用の
    冷却装置。
  11. 【請求項１１】 冷凍装置の圧縮器モータの制御に使用
    される可変周波数駆動装置（ＶＦＤ）の電子出力部品の
    冷却方法であって、 前記ＶＦＤの前記電子出力部品を、ヒートシンクと熱伝
    達を行うように取り付けるステップと、 冷媒凝縮器からの冷媒を、前記ヒートシンクと熱伝達を
    行うように導くステップと、 前記凝縮器の圧力の冷媒をより低い圧力となるように膨
    張させて、前記ヒートシンクの温度を所望の範囲内に維
    持するステップと、を含むことを特徴とする電子出力部
    品の冷却方法。
  12. 【請求項１２】 前記ヒートシンクから出る冷媒を、前
    記冷凍装置の圧縮器の入口へと排出するステップを更に
    含むことを特徴とする請求項１１記載の電子出力部品の
    冷却方法。
  13. 【請求項１３】 前記ヒートシンクから出る冷媒を、前
    記冷凍装置の蒸発器へと排出するステップを更に含むこ
    とを特徴とする請求項１１記載の電子出力部品の冷却方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記冷媒が前記ヒートシンクと熱伝達
    を行うようにする前に、制御バルブを通して該冷媒を膨
    張させるステップを更に含むことを特徴とする請求項１
    １記載の電子出力部品の冷却方法。
  15. 【請求項１５】 前記ヒートシンクの温度を検知すると
    ともに、この検知した温度に応答して前記制御バルブを
    位置決めするステップを更に含むことを特徴とする請求
    項１４記載の電子出力部品の冷却方法。
  16. 【請求項１６】 前記ヒートシンクの温度を検知し、こ
    の検知した温度データをマイクロプロセッサに供給して
    処理するとともに、前記ヒートシンクの温度を所望の範
    囲内に維持するように、該マイクロプロセッサから前記
    制御バルブへと出力信号を供給するステップを更に含む
    ことを特徴とする請求項１４記載の電子出力部品の冷却
    方法。
JP2000061314A 1999-03-15 2000-03-07 可変周波数駆動装置用の冷却装置及び冷却方法 Pending JP2000283569A (ja)

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US09/268,573 US6116040A (en) 1999-03-15 1999-03-15 Apparatus for cooling the power electronics of a refrigeration compressor drive

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