JP2004263986A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成により電子部品の冷却を行う。
【解決手段】室外熱交換器１と、冷媒を圧縮する圧縮機５と、室内熱交換器３と、冷媒を減圧する膨張弁７とが冷媒配管９により順次環状に連結されてなる冷凍サイクルを有し、発熱を伴なうインバータ素子１１と、インバータ素子１１から突出して設けられた平板状のフィン２３とを備えた空気調和機において、フィン２３の突端部または面部を圧縮機の吸引側の冷媒配管１８に熱的に接触させる構成とする。これにより、冷媒配管１８とインバータ素子１１とはフィン２３を介して接続されるから、冷媒配管１８から伝わる冷熱の一部をフィン２３によって大気中に放熱させることができ、インバータ素子１１の冷やし過ぎを回避し、簡素な構成により結露を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機に係り、特に、発熱を伴なう電子部品の放熱を促すフィンを備えた空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機は、室外熱交換器が格納される室外機と、室内熱交換器が格納される室内機と、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を減圧する膨張弁とを備え、室外熱交換器、圧縮機、室内熱交換器及び膨張弁が順次環状に連結されてなる冷凍サイクルを有して構成されている。このような冷凍サイクルを形成する圧縮機や膨張弁などの機器は、例えば、インバータ素子などの電子部品を備えた制御装置により制御されるようになっている。
【０００３】
このような電子部品は、例えば、圧縮機を制御するために通電することで発熱し、周波数を変調するとともに温度が上昇し、この温度が使用上限温度を超えると損傷に至ることが知られている。このため、電子部品には、放熱を促す空冷式のフィンが取り付けられ、電子部品の温度を使用に適した範囲に保つようになっている。しかし、フィンを用いた構成では、例えば、空気調和機の小型化などの理由により収納スペースが制限されると、フィンの大きさを十分に確保できず、十分な冷却能力を得られないことがある。また、フィンの周囲の気温が上昇すると放熱が妨げられるので、例えばフィン近傍に排熱用の送風機などを設けなければならないという不具合がある。
【０００４】
そこで、フィンに代わるものとして、冷凍サイクルの低圧側の冷媒を電子部品の冷却に利用する方法が提案されているが、この低圧側の冷媒温度は、例えば、−１０〜１０℃と低いので、この冷媒を直接冷却に用いると電子部品が冷え過ぎ、電子部品の表面に結露を生じさせることがある。この結露は回路を短絡させる原因となる。
【０００５】
このような結露の発生を防ぐために、従来では、冷媒配管からバイパス管を分岐させて冷媒の一部を通流させ、このバイパス管に電子部品を熱的に接触させることで電子部品の冷やし過ぎを防ぐというものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、冷媒が通流する冷媒配管と電子部品とをヒートパイプで熱的に連結するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２２４６５５４２号公報（第２−４頁、第１図）
【特許文献２】
【０００７】
特開平９−３２４９６８号公報（第２−４頁、第２−４図）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の冷媒配管からバイパス管を分岐させる構造は煩雑であり、さらに、バイパス管に流入する冷媒の流量を調整する装置などを搭載しなければならない。また、ヒートパイプを介して電子部品と冷媒配管を接続するものも同様に、ヒートパイプ及びその冷却のための放熱板を新たに追加する必要があり部品点数が増える。このように従来の電子部品の冷却手段は構造が複雑であるから、製造コストや工数の増加、及び小型化が困難になるなどの問題がある。
【０００８】
一方、電子部品が予め定められた温度になると強制的に圧縮機のインバータ周波数を下げる方法が知られている。これによれば、煩雑な構造にすることなく電子部品の温度上昇を防ぐことができるが、圧縮機のインバータ周波数を下げて空気調和機の能力を低下させてしまうので好ましくない。
【０００９】
本発明の課題は、簡素な構成により電子部品の冷却を行うことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、室外熱交換器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、室内熱交換器と、冷媒を減圧する膨張弁とが冷媒配管により順次環状に連結されてなる冷凍サイクルを有し、少なくとも圧縮機を制御する制御装置と、この制御装置に搭載される発熱を伴なう電子部品と、この電子部品から突出させて設けられる平板状のフィンとを備えた空気調和機において、フィンの端部もしくは面部を圧縮機の吸引側の冷媒配管に熱的に接触させることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、冷媒配管と電子部品はフィンを介して接続されているので、冷媒配管から伝わる冷熱の一部はフィンによって大気中に放熱されるから、電子部品の冷やし過ぎを回避することができる。これにより、バイパス管などで冷媒を分岐させることなく簡素な構成により結露を防止することができる。
【００１２】
一方、冷凍サイクル側から見ると、フィンが接続された部分の冷媒配管から冷熱が奪われ、その部分を通流する冷媒の温度を上げることができる。これにより、圧縮機に回収される冷媒の熱量を増やすことができるから、空気調和機の能力を上げることができ、電子部品の熱量を空気調和機の能力を上げるために利用することができるのである。なお、電子部品の温度は、空気調和機の能力を上げる制御、つまり、圧縮機の周波数を増やす制御を行うことにより上昇することから、電子部品から冷媒に伝達される熱量は、空気調和機の能力を上げる制御に追従して増加することになり都合がよい。
【００１３】
また、本発明の空気調和機は、上述したように、平板状のフィンの基端部に電子部品を、先端部または面部に冷媒配管を熱的に接続する構成としたが、これに代えて、フィンの面部に電子部品と冷媒配管とを並べて配置することもできる。また、フィンの面部に貫通孔を形成し、この貫通孔に冷媒配管を挿通させて配置する構成とすることができ、これによれば、フィンと冷媒配管との組み付けを容易にすることができる。この貫通孔に代えて、冷媒配管に対応する例えばＵ字状の切り欠きを形成し、このＵ字状の切り欠きに冷媒配管を当接させる構成とすることもできる。ここで、フィンの枚数、厚さ、形状及び材質などは、冷媒配管から電子部品に伝わる冷熱量を大気中に放熱することができるように、例えば、電子部品の発熱量や冷媒配管を流れる冷媒の種類及び蒸発温度などに基づいて適宜設定する。
【００１４】
ところで、フィンは、通常、周囲の空気と熱交換を行って放熱するものであるが、これに代えて、本発明の空気調和機は、フィン表面に水をかける散水手段を設けることができる。これにより、比較的熱容量が大きい水を利用して効果的に放熱を行うことができるので、フィン自体を小さくすることができる。この場合、散水手段は、当然に、水が電子部品にかからない位置に配置し、電子部品にも防水処置を施すようにする。
【００１５】
また、散水手段は、室内熱交換器または室外熱交換器から流れ落ちるドレン水を受けるドレンパンと、このドレンパンに貯留されたドレン水をフィン表面に滴下させるノズルとで形成することができる。これにより、例えば、外部から水を供給する必要がなくなるから、さらに簡素な構成にすることができる。なお、ドレン水は、蒸発器となる室外熱交換器または室内熱交換器の温度が低いほど大量に発生する。すなわち、ドレン水の量は、空気調和機の能力の増減、つまり、電子部品の発熱量の増減に合わせて増減し、電子部品の発熱量が多いときに比較的多量のドレン水が滴下され、発熱量が少ないとき比較的少量のドレン水が滴下される。したがって、ドレン水の量は電子部品の発熱量に比例するのでドレン水を冷却に用いることは都合がよいのである。また、このような散水手段を、上述したフィンで冷媒配管と電子部品とを熱的に接続する構成に用いることで、フィンを小さくして、さらに空気調和機の小型にすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる空気調和機の第１の実施形態について、図１及び２を用いて説明する。図１は、本発明を適用してなる空気調和機の第１の実施形態の全体構成図である。図２は、本発明を適用してなる空気調和機の電子部品及びフィン部の第１の実施形態の構成を示した斜視図である。
【００１７】
本実施形態の空気調和機は、図１に示すように、冷媒が通流する室外熱交換器１及び室内熱交換器３と、冷媒を圧縮する圧縮機５と、冷媒を減圧する膨張弁７とを備えて構成されている。室外熱交換器１、圧縮機５、室内熱交換器３及び膨張弁７は、冷媒配管９により順次環状に連結され、冷媒が循環する冷凍サイクルを形成している。この空気調和機内の圧縮機５や膨張弁７などの機器は、インバータ素子１１を備えた制御装置により制御されるようになっている。圧縮機５は、冷媒を吸引する吸引口１３と冷媒を吐出する吐出口１５があり、吸引口１３及び吐出口１５は、四方弁１７を介して冷媒配管９に連結されている。なお、吸引口１３と四方弁１７とを連結する部分の冷媒配管９を特に吸引側の冷媒配管１８と称する。四方弁１７は、例えば、暖房運転時、圧縮機５により室外熱交換器１内の冷媒が吸引され（図中点線時）、冷房運転時、圧縮機５により圧縮された冷媒が室外熱交換器１に導かれる（図中実線時）ように切り替えられるようになっている。また、室外熱交換器１及び室内熱交換器３には、それぞれ周囲の雰囲気を通風させる送風ファン１９、２１が設けられている。
【００１８】
次に、本実施形態の特徴部であるインバータ素子及びフィンについて図２を参照して説明する。フィン２３は、複数枚（本実施形態では４角形の平板で４枚）設けられている。各フィン２３は、互いに間隔を空けて平行に並べられ、各フィン２３の端部は、インバータ素子１１に熱的に接続されている。各フィン２３のフィン面部分には、貫通孔２５が２個所づつ形成されている。圧縮機５の吸引側の冷媒配管１８は、Ｕ字に形成され、冷媒配管１８の圧縮機５側は各フィン２３の一方の貫通孔２５に挿入され、冷媒配管１８の四方弁１７側は他方の貫通孔２５に挿入されてそれぞれ熱的に接続されている。
【００１９】
このように本実施形態によれば、冷媒配管１８とインバータ素子１１は、各フィン２３を介して熱的に接続されているので、冷媒配管１８から伝わる冷熱の一部はフィン２３によって大気中に放熱されるから、インバータ素子１１の冷やし過ぎを回避することができ、簡素な構成により結露を防止することができる。また、フィン２３が接続された部分の冷媒配管１８からは冷熱が奪われ、結果、その部分を通流する冷媒の温度を上げることができる。これにより、圧縮機５に回収される冷媒の熱量を増やすことができるから、冷媒側から見るとフィンから熱をもらう事で低圧冷媒圧力が高くなり、更に冷房能力を増加させる事ができる。これは必要な冷房能力を得るための圧縮機の運転周波数を下げることができることを意味し、消費電力を小さくしＣＯＰ（成績係数）を向上することが可能となる。また、インバータ周波数を下げて、インバータ素子の発熱を下げることができから、フィンを小型にすることが可能となる。
【００２０】
さらに、本実施形態によれば、フィン２３に冷媒配管１８を熱的に接触させる構成とするので、例えば、フィンのみでインバータ素子の放熱を行う構成のものに比べて、フィンの放熱を助長することができるという効果もある。
【００２１】
具体的に説明すると、フィンのみでインバータ素子の放熱を行う構成の放熱量Ｑ１は、下式に示すようになる。ここで、Ｔａは、フィン２３を通過する空気の温度を表し、通常は４０〜６０℃である。Ｔｘ（ｘはフィンの高さ方向の距離）は、インバータ素子温度またはフィン温度であり７０℃程度になり、Ｔｉ−Ｔｘは１０〜３０℃となる。また、ｈａはフィン−空気間の熱伝達率、Ｔｉはフィン温度、Ｓはフィン面積を表す。
【００２２】
【数１】

これに対して、本実施形態のようにフィンに圧縮機の吸引側の冷媒配管を熱的に接触させる構成の放熱量Ｑ２は、下式に示すようになる。なお、Ｔｒは冷媒温度を表し、通常−１０〜１０℃程度である。ｋｒはフィン−冷媒配管−冷媒への熱通過率、Ａは放熱フィン−冷媒配管の接触面積を表す。
【００２３】
【数２】

このように、Ｑ２は第１項と第２項とで成り、かつ、Ｔｉ−Ｔｒの温度差も大きく、Ｑ１＜Ｑ２となり放熱効果が高いことがわかる。したがって、本実施形態によれば、フィンのみの構成に比べてフィンを小型にすることができる。
【００２４】
また、インバータ素子収納部の雰囲気温度を低下させるための排熱用送風機の追加やその他の特別な温度上昇対策を施す必要がないから、他機種との共用が可能となり製品開発日数を低減することを容易にする。また、圧縮機の吸引側の低圧低温冷媒にインバータ素子の熱を利用する方法は、冷房だけでなく暖房時も有効である。特に、暖房時、外気温度が低下すると暖房能力は低下するが、本実施形態においてはインバータ素子の熱を冷媒に回収するため暖房能力の低下を抑制することができるのである。
（第２の実施形態）
本発明を適用してなる第２の実施形態について図３及び４を用いて説明する。図３は、本発明を適用してなる空気調和機の第２の実施形態の全体構成図である。図４は、本発明を適用してなる空気調和機の電子部品及びフィン部の第２の実施形態の構成を示した斜視図である。
【００２５】
本実施形態は、空気調和機においてフィン表面に水をかける散水手段を設け、比較的熱容量の大きい水を冷却に利用することにある。したがって、本実施形態と第１の実施形態と同一のものについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００２６】
本実施形態の空気調和機は、図３に示すように、室外熱交換器１の下側に皿状のドレンパン２７を配置するとともに、ドレンパン２７の皿の内とノズル２９とを連通させる導管３１が設けられている。一方、インバータ素子１１は、ドレンパン２７より低い位置に配置され、図４に示すように、フィン３３が複数枚（本実施形態では４角形の平板で４枚）設けられている。各フィン３３は、互いに間隔を空けて平行に並べられ、各フィン３３の端部は、インバータ素子１１に熱的に接続されている。ノズル２９の先端は、フィン３３の上方に開口されている。
【００２７】
このように構成することにより、フィン３３の表面に水をかける散水手段を設けることができる。これにより、比較的熱容量が大きい水をインバータ素子１１の冷却に用いることができるから、フィン３３を小型にすることができる。また、ドレン水を利用することにより、外部から水を供給する必要がなくなるから簡素な構成にすることができる。さらに、ドレン水を電子部品の冷却に用いることはドレン水の量が空気調和機の能力の増減、つまり、電子部品の発熱量の増減に合わせて増減し、電子部品の発熱量が多いときに比較的多量のドレン水が滴下され、発熱量が少ないとき比較的少量のドレン水が滴下されるので好ましい。
（第３の実施形態）
本発明を適用してなる第３の実施形態について図５及び６を用いて説明する。図５は、本発明を適用してなる空気調和機の第３の実施形態の全体構成図である。図６は、本発明を適用してなる空気調和機の電子部品及びフィン部の第３の実施形態の構成を示した斜視図である。本実施形態は、第１の実施形態の特徴点と第２の実施形態の特徴点とを合わせた構成のものである。したがって、本実施形態と第１の実施形態と同一のものについては同じ符号を付して説明を省略する。このように本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて第２の実施形態の効果を奏することができ、空気調和機を小型化することができる。
【００２８】
また、上記実施形態において、フィンの数は４枚としたが、フィンの枚数、厚さ、形状及び材質などは、冷媒配管から電子部品に伝わる冷熱量を大気中に放熱することができるように、例えば、電子部品の発熱量や冷媒配管を流れる冷媒の種類及び蒸発温度などに基づいて適宜設定することができる。また、ノズル２９の開口は、当然に、ドレン水がインバータ素子１１にかからない位置に配置し、インバータ素子１１にも防水処置を施すようにすることができる。また、図３乃至６に示す実施形態において、ドレンパン２７は、室外熱交換器１の下に設けたが、これに代えて、室内熱交換器３の下に設ける構成とすることもでき、その両方に設ける構成とすることもできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、簡素な構成により電子部品の冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる空気調和機の第１の実施形態の全体構成図である。
【図２】本発明を適用してなる空気調和機の電子部品及びフィン部の第１の実施形態の構成を示した斜視図である。
【図３】本発明を適用してなる空気調和機の第２の実施形態の全体構成図である。
【図４】本発明を適用してなる空気調和機の電子部品及びフィン部の第２の実施形態の構成を示した斜視図である。
【図５】本発明を適用してなる空気調和機の第３の実施形態の全体構成図である。
【図６】本発明を適用してなる空気調和機の電子部品及びフィン部の第３の実施形態の構成を示した斜視図である。
【符号の説明】
１ 室外熱交換器
３ 室内熱交換器
５ 圧縮機
７ 膨張弁
９ 冷媒配管
１１ インバータ素子
１８ 吸引側の冷媒配管
２３ フィン

Claims (5)

1. 室外熱交換器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、室内熱交換器と、前記冷媒を減圧する膨張弁とが冷媒配管により順次環状に連結されてなる冷凍サイクルを有し、少なくとも前記圧縮機を制御する制御装置と、該制御装置に搭載される発熱を伴なう電子部品と、該電子部品から突出させて設けられる平板状のフィンとを備えてなる空気調和機であって、
   前記フィンの端部もしくは面部は、前記圧縮機の吸引側の前記冷媒配管に熱的に接触してなることを特徴とする空気調和機。
2. 前記フィンは前記面部に貫通孔を有し、該貫通孔には前記冷媒配管が挿通されてなることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記フィンに水をかける散水手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 室外熱交換器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、室内熱交換器と、前記冷媒を減圧する膨張弁とが冷媒配管により順次環状に連結されてなる冷凍サイクルを有し、少なくとも前記圧縮機を制御する制御装置と、該制御装置に搭載される発熱を伴なう電子部品と、該電子部品から突出させて設けられる平板状のフィンと、該フィンに水をかける散水手段とを備えた空気調和機。
5. 前記散水手段は、前記室内熱交換器または室外熱交換器で生成されるドレン水を受けるドレンパンと、前記ドレンパンに溜まったドレン水を前記フィンに滴下させるノズルとを備えてなることを特徴とする請求項３または４に記載の空気調和機。

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