JP2010014340A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電装品箱に収容された電子部品の冷却対策。
【解決手段】圧縮機、室内熱交換器、室外膨張弁および室外熱交換器が順に接続され、冷媒が循環するよう構成された冷媒回路と、パワー素子（22a）が収容された電装品箱（20）とを備えた冷凍装置を対象としている。冷媒回路を循環する冷媒が流れ、冷媒と、電装品箱（20）に収容されたパワー素子（22a）とが熱交換してパワー素子（22a）を放熱させる冷媒冷却部（30）と、冷媒冷却部（30）に向けて送風する送風ファン（34）とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に、電装品箱に収容した電子部品の冷却対策に係るものである。

従来より、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置は、空気調和装置や給湯機等に広く適用されている。

特許文献１には、この種の冷凍装置が開示されている。この冷凍装置の備える冷媒回路には、可燃性のＨＣ冷媒が用いられる場合がある。ところが、冷媒回路を制御するために設置される電子部品は、冷凍装置の運転中に火花等を生じることがあるため、上記冷媒が漏洩した場合、上記電子部品から生じる火花等によって冷媒に着火する危険性がある。このため、火花を生じる電子部品を密閉状態のケーシング内に収容することで、ケーシング内に冷媒が侵入するのを防止するようにしている。

ところが、ケーシングを密閉状態とすると、電子部品から生じる熱によってケーシング内部の温度が上昇してしまうため、電子部品の故障や寿命低下が生ずることとなる。

このような問題に対して、特許文献２に示す空気調和装置では、上記電子部品を密閉状態のケーシング内に収容し、冷媒が流れる冷媒管と電子部品との間で熱交換させて該電子部品を放熱させる冷媒冷却対策が提案されている。
特開２００４−１２５２１０号公報 特開２００８−１０１８６２号公報

ここで、上記特許文献２に示す空気調和装置では、ケーシング内の発熱部品に直接冷媒ジャケットを接触させることで該発熱部品の放熱を促進させている。

しかしながら、発熱部品に冷媒ジャケットを接触させた構成であっても、該冷媒管を流れる冷媒量が減少すると放熱による冷却効果は低下する。一方、冷媒管を流れる冷媒温度に対して冷媒管の周辺の温湿度が高い場合には、冷媒ジャケットの表面が結露して、ケーシング内に水分が侵入する可能性がある。ケーシング内に水分が侵入すると、電子部品がショート等する恐れがあり、空気調和装置の安全性が損なわれる。つまり、特許文献２に示す冷媒冷却対策のみでは、空気調和装置の安全な運転が確保され得ないという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、冷媒冷却手段を用いた場合に安全、且つ確実にケーシングの内部に収容された電子部品を冷却させることを目的とする。

本発明は、冷媒冷却手段（30）に対して送風する送風手段（34）を設けるようにしたものである。

第１の発明は、圧縮機（12）、凝縮器（11,13）、膨張機構（14）および蒸発器（11,13）が順に接続され、冷媒が循環するよう構成された冷媒回路（10）と、該冷媒回路（10）を制御する電子部品（22）が収容された電装品箱（20）とを備えた冷凍装置であって、上記冷媒回路（10）を循環する冷媒が流れ、該冷媒と上記電装品箱（20）に収容された電子部品（22）とが熱交換して該電子部品（22）を放熱させる冷媒冷却手段（30）と、該冷媒冷却手段（30）に向かって送風する送風手段（34）とを備えている。

上記第１の発明では、冷媒が冷媒回路（10）を循環する。循環する冷媒は、冷媒冷却手段（30）を流れる際、該冷媒冷却手段（30）と、電装品箱（20）内の電子部品（22）との間で熱交換して電子部品（22）が放熱する。送風手段（34）が、冷媒冷却手段（30）に向かって送風することで、冷媒冷却手段（30）は乾燥すると同時に冷却される。

第２の発明は、第１の発明において、上記冷媒冷却手段（30）の表面が結露しているか否かを検出する結露検出手段（33）と、該結露検出手段（33）によって上記冷媒冷却手段（30）の表面の結露を検出すると、上記送風手段（34）が冷媒冷却手段（30）に向かって送風するように該送風手段（34）を制御する第１制御手段（41）とを備えている。

上記第２の発明では、結露検出手段（33）が、冷媒冷却手段（30）の表面の結露を検出すると、第１制御手段（41）が送風手段（34）を制御して冷媒冷却手段（30）に向かって送風を行う。この送風によって冷媒冷却手段（30）の表面の結露による水分が乾燥する。

第３の発明は、上記第１または２の発明において、上記電子部品は、発熱体のパワー素子（22a）であり、該パワー素子（22a）は、上記電装品箱（20）の外部に露出した状態で該電装品箱（20）に収容され、上記冷媒冷却手段（30）は、上記パワー素子（22a）と接触して設けられている。

上記第３の発明では、冷媒冷却手段（30）に冷媒が循環する。冷媒冷却手段（30）を循環する冷媒と、パワー素子（22a）との間で熱交換がなされて該パワー素子（22a）が放熱する。

第４の発明は、上記第１〜３の何れか１つの発明において、上記冷媒回路（10）を循環する冷媒の循環量が所定量よりも少なくなると、上記送風手段（34）が上記冷媒冷却手段（30）に向かって送風するように該送風手段（34）を制御する第２制御手段（42）を備えている。

上記第４の発明では、冷媒回路（10）を循環する冷媒が少なくなると、冷媒冷却手段（30）を循環する冷媒も少なくなるため、電子部品（22）の熱を放熱し難くなる。このとき、第２制御手段（42）は、冷媒冷却手段（30）に向かって送風するよう送風手段（34）を制御する。この送風によって冷媒冷却手段（30）が冷却されて電子部品が放熱する。

第５の発明は、上記第４の発明において、上記第２制御手段（42）は、上記圧縮機（12）の起動時に、上記送風手段（34）が上記冷媒冷却手段（30）に向かって送風するよう構成されている。

上記第５の発明では、圧縮機（12）の起動直後では、冷媒回路（10）に冷媒が循環していないにも関わらず、電装品箱（20）内の電子部品（22）は通電により発熱する。したがって、圧縮機（12）を起動すると、第２制御手段（42）は冷媒冷却手段（30）に向かって送風するよう送風手段（34）を制御する。この送風によって冷媒冷却手段（30）が冷却されて電子部品（22）が放熱する。

上記第１の発明では、冷媒冷却手段（30）によって電装品箱（20）内の電子部品（22）を放熱させると共に、送風手段（34）が該冷媒冷却手段（30）に向けて送風するようにした。このため、冷媒冷却手段（30）の表面が結露した場合は、送風することにより、冷媒冷却手段（30）の表面を乾燥させることができる一方、冷媒冷却手段（30）の冷却能力が低下した場合は、送風して冷媒冷却手段（30）を冷却させることで、該冷媒冷却手段（30）の冷却能力を増加させる。これにより、冷媒冷却手段（30）が結露するのを確実に防止することができる一方、電子部品（22）を確実に冷却することができる。この結果、安全、且つ確実に電子部品（22）の冷却を行うことができる。

上記第２の発明によれば、結露検出手段（33）が結露を検出すると、送風手段（34）が冷媒冷却手段（30）に向けて送風するようにしたため、冷媒冷却手段（30）の表面が結露したときのみ冷媒冷却手段（30）に送風することができる。これにより、結露した冷媒冷却手段（30）の表面を確実に乾燥させることができると同時に、送風手段（34）の稼動時間を削減することができる。この結果、安全、且つ確実に電子部品（22）の冷却を行うことができる。

上記第３の発明によれば、冷媒冷却手段（30）を発熱体のパワー素子（22a）に接触させたため、パワー素子（22a）の熱が冷媒冷却手段（30）に直接伝わりやすくなる。これにより、パワー素子（22a）から冷媒冷却手段（30）への放熱を促進させることができる。この結果、パワー素子（22a）を確実に冷却させることができる。

上記第４の発明では、冷媒回路（10）を流れる冷媒の循環量が少なくなると、送風手段（34）が冷媒冷却手段（30）に向けて送風するようにした。このため、循環する冷媒量が少なくなって冷却能力の低下した冷媒冷却手段（30）を冷却することができる。つまり、送風によって冷媒冷却手段（30）を冷却することで、冷媒量低下に伴う冷媒冷却手段（30）の冷却能力の低下を補っている。これにより、電子部品（22）を確実に冷却することができる。

上記第５の発明によれば、圧縮機（12）の起動時に冷媒冷却手段（30）に向けて送風するようにしたため、圧縮機（12）の起動時に冷却能力の低下する冷媒冷却手段（30）を冷却することができる。つまり、送風によって冷媒冷却手段（30）を冷却することで、圧縮機（12）の起動時における冷媒冷却手段（30）の冷却能力の低下を補っている。これにより、電子部品（22）を確実に冷却することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態は、本発明に係る冷凍装置が空気調和装置を構成するものである。この空気調和装置は、図示はしないが、室内機と、室外機とで構成され、図１に示すように、冷媒が充填されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）を備えている。

上記冷媒回路（10）は、室外機に収容される室外回路（10b）と、室内機に収容される室内回路（10a）とで構成される。この室内回路（10a）は、冷媒管である液側冷媒管（16）およびガス側冷媒管（17）とによって室外回路（10b）に接続されている。尚、室外回路（10b）において、室外膨張弁（14）と室外熱交換器（13）とを繋ぐ液側冷媒管（16）の一部は、後述する電装品箱（20）を放熱させる冷却用冷媒管（31）を構成している。

上記室内回路（10a）には、そのガス側端と液側端との間に、室内熱交換器（11）が設けられている。

上記室内熱交換器（11）は、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器として構成されている。室内熱交換器（11）の近傍には、室内ファン（図示省略）が設けられている。室内熱交換器（11）では、室内空気と冷媒との間で熱交換が行われる。

上記室外回路（10b）は、圧縮機（12）、室外熱交換器（13）、室外膨張弁（14）、四路切換弁（15）で構成されている。また、室外機内には、上記室外回路（10b）の他に室外ファン（図示省略）と、電装品箱（20）と、冷媒冷却部（30）と、送風ファン（34）と、コントローラ（40）とが設けられている。

上記圧縮機（12）は、例えば全密閉型の高圧ドーム型のスクロール圧縮機として構成されている。圧縮機（12）には、インバータを介して電力が供給される。圧縮機（12）は、吐出側が四路切換弁（15）の第２ポート（P2）に接続され、吸入側が四路切換弁（15）の第１ポート（P1）に接続されている。また、圧縮機（12）は、コントローラ（40）に接続されている。このコントローラ（40）は、圧縮機（12）の発停を制御している。

上記室外熱交換器（13）は、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器として構成されている。室外熱交換器（13）の近傍には、室外ファンが設けられている。室外熱交換器（13）では、室外空気と冷媒との間で熱交換が行われる。室外熱交換器（13）は、一端が四路切換弁（15）の第３ポート（P3）に接続され、他端が室外膨張弁（14）に接続されている。また、四路切換弁（15）の第４ポート（P4）は、室外回路（10b）のガス側端に接続されている。

上記室外膨張弁（14）は、室外熱交換器（13）と室外回路（10b）の液側端との間に設けられて膨張機構を構成するものである。室外膨張弁（14）は、開度可変の電子膨張弁として構成されている。

上記四路切換弁（15）は。第１ポート（P1）と第４ポート（P4）とが連通して第２ポート（P2）と第３ポートとが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポート（P1）と第３ポート（P3）とが連通して第２ポート（P2）と第４ポート（P4）とが連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とが切り換え自在に構成されている。

上記電装品箱（20）は、図２に示すように、冷媒回路（10）を制御するための電子部品（22）を収容するためのものである。電装品箱（20）は、略長方形状の箱体に形成され、その内部に発熱体であるパワー素子（22a）を含む電子部品（22）の実装された基板（21）が収容されている。電装品箱（20）の底面には、上記パワー素子（22a）の外形より一回り大きい開口部が形成され、該開口部からパワー素子（22a）が電装品箱（20）の外部に露出している。

上記冷媒冷却部（30）は、電装品箱（20）に収容された電子部品（22）を放熱させる冷媒冷却手段を構成するものである。この冷媒冷却部（30）は、内部に冷媒が流通する冷却用冷媒管（31）と、該冷却用冷媒管（31）を覆う冷媒ジャケット（32）と、結露センサ（33）とで構成され、上記電装品箱（20）の底面から露出するパワー素子（22a）に対して接触させて取り付けられている。

上記冷却用冷媒管（31）は、気液が流通する管状に形成され、上記室外膨張弁（14）と室外熱交換器（13）とを繋ぐ液側冷媒管（16）の一部に形成されている。冷却用冷媒管（31）は、その内部に冷媒が流通する一方、その外表面は、冷媒ジャケット（32）に覆われている。

上記冷媒ジャケット（32）は、金属製（例えば、アルミニウム製）の板状部材で形成され、その内表面に冷却用冷媒管（31）が接触して取り付けられる一方、その外表面に上記パワー素子（22a）が接触して取り付けられている。つまり、上記パワー素子（22a）は、冷媒ジャケット（32）を介して冷却用冷媒管（31）に放熱する。

上記結露センサ（33）は、上記冷媒ジャケット（32）の外表面が結露しているか否かを検出する結露検出手段を構成している。この結露センサ（33）は、冷媒ジャケット（32）の外表面に取り付けられ、コントローラ（40）に接続されている。この結露センサ（33）の検出データは、コントローラ（40）内の結露用制御部（41）に送られる。

上記送風ファン（34）は、上記冷媒冷却部（30）に向かって送風する送風手段を構成するものである。尚、この送風ファン（34）は、一般的に室外機に設けられて、該室外機内の熱交換器に向けて外気を送風する室外ファンとは異なるものである。送風ファン（34）は、プロペラファンとして構成され、上記冷媒冷却部（30）の近傍に設けられ、後述するコントローラ（40）に接続されている。つまり、送風ファン（34）は、コントローラ（40）によって、上記室外機内の空気を冷媒冷却部（30）に向けて送風するよう制御されている。

上記コントローラ（40）は、上記送風ファン（34）の動作制御を行うものである。コントローラ（40）は、結露用制御部（41）と、冷却用制御部（42）とで構成されている。

上記結露用制御部（41）は、上記結露センサ（33）が冷媒ジャケット（32）の結露を検出すると、上記送風ファン（34）を稼動させる第１制御手段を構成している。具体的に、結露用制御部（41）は、結露センサ（33）が冷媒ジャケット（32）の外表面が結露しているのを検出すると、冷媒冷却部（30）に向けて送風するよう上記送風ファン（34）を制御する。冷媒ジャケット（32）の外表面の結露水は、送風ファン（34）から送られた風によって乾燥する。

上記冷却用制御部（42）は、冷媒回路（10）を循環する冷媒量が所定量よりも少なくなると、上記送風ファン（34）を稼動させる第２制御手段を構成している。具体的に、冷却用制御部（42）は、圧縮機（12）を起動した直後に、冷媒冷却部（30）に向けて送風するよう送風ファン（34）を制御する。この送風によって冷媒冷却部（30）は冷却される。つまり、圧縮機（12）の起動時に冷媒回路（10）を循環する冷媒量が少なくなって、冷媒冷却部（30）の冷却能力が低下する状況であっても、上記冷媒冷却部（30）を送風により冷却することで、該冷媒冷却部（30）のパワー素子（22a）に対する冷却能力を確保している。

−運転動作−
上記空気調和装置の運転動作について説明する。この空気調和装置は、冷房運転と暖房運転とが実行可能になっており、四路切換弁（15）によって冷房運転と暖房運転との切り換えが行われる。

≪冷房運転≫
まず、冷房運転について説明する。冷房運転には、四路切換弁（15）が第１状態に設定される。この状態で、圧縮機（12）の運転が行われると、圧縮機（12）から吐出された高圧冷媒が、室外熱交換器（13）において室外空気へ放熱して凝縮する。つまり、冷房運転において、室外熱交換器（13）は凝縮器を構成している。室外熱交換器（13）で凝縮した冷媒は、室外膨張弁（14）の手前に設けられた冷却用冷媒管（31）を通過する。そして、冷却用冷媒管（31）内を通過する冷媒が、冷媒ジャケット（32）を介してパワー素子（22a）と熱交換する。つまり、パワー素子（22a）で発生した熱は、冷媒冷却部（30）に放熱する。次に、冷却用冷媒管（31）を通過した冷媒は、室外膨張弁（14）で減圧された後に、室内熱交換器（11）において、室内空気から吸熱して蒸発する。つまり、冷房運転において、室内熱交換器（11）は蒸発器を構成している。一方、室内空気は冷却されて室内へ供給される。そして、室内熱交換器（11）において蒸発した冷媒は、ガス側冷媒管（17）内を通過して圧縮機（12）に吸入される。

≪暖房運転≫
続いて、暖房運転について説明する。暖房運転には、四路切換弁（15）が第２状態に設定される。この状態で、圧縮機（12）の運転が行われると、圧縮機（12）から吐出された高圧冷媒が、室内熱交換器（11）において室内空気へ放熱して凝縮する。つまり、暖房運転において室内熱交換器（11）は凝縮器を構成している。一方、室内空気は、加熱されて室内へ供給される。室内熱交換器（11）で凝縮した冷媒は、室外膨張弁（14）で減圧される。室外膨張弁（14）で減圧した冷媒は、室外熱交換器（13）の手前に設けられた冷却用冷媒管（31）を通過する。そして、冷却用冷媒管（31）内を通過する冷媒が、冷媒ジャケット（32）を介してパワー素子（22a）と熱交換する。つまり、パワー素子（22a）で発生した熱は、冷媒冷却部（30）に放熱する。次に、冷却用冷媒管（31）を通過した冷媒は、室外熱交換器（13）において室外空気から吸熱して蒸発する。つまり、暖房運転において、室外熱交換器（13）は蒸発器を構成している。そして、室外熱交換器（13）で蒸発した冷媒は、ガス側冷媒管（17）内を通過して圧縮機（12）に吸入される。

ここで、圧縮機（12）の起動直後の運転動作について説明する。上記空気調和装置を稼動させると、コントローラ（40）は圧縮機（12）を起動させる。ここで、圧縮機（12）の起動直後から冷媒回路（10）に冷媒が流れるまでの間には、所定の起動時間が必要になる。一方、電装品箱（20）に収容される電子部品（22）は通電しているため、特にパワー素子（22a）は、圧縮機（12）の起動直後から発熱することになる。コントローラ（40）が圧縮機（12）を起動させると、コントローラ（40）内の冷却用制御部（42）は冷媒冷却部（30）に送風するよう送風ファン（34）を制御する。この送風によって冷媒冷却部（30）が冷却される。パワー素子（22a）は、冷却された冷媒冷却部（30）に対して放熱する。

−実施形態の効果−
上記本実施形態によれば、結露センサ（33）が冷媒ジャケット（32）表面の結露を検出すると、送風ファン（34）が冷媒冷却部（30）に向けて送風するようにしたため、冷媒ジャケット（32）が結露したときのみ送風することができる。これにより、冷媒ジャケット（32）の外表面に付着した結露水を乾燥させることができると同時に、送風ファン（34）の稼動時間を削減させることができる。この結果、安全、且つ確実にパワー素子（22a）を冷却することができる。

一方、冷媒冷却部（30）をパワー素子（22a）に接触させて取り付けたため、パワー素子（22a）の熱が冷媒冷却部（30）に直接伝わりやすくなる。これにより、パワー素子（22a）から冷媒冷却部（30）への放熱を促進させることができる。

さらに、圧縮機（12）の起動時に冷媒冷却部（30）に向けて送風するようにしたため、圧縮機（12）の起動時に冷却能力の低下する冷媒冷却部（30）を冷却させることができる。つまり、送風によって冷媒冷却部（30）を冷却することで、圧縮機（12）の起動時における冷媒冷却部（30）の冷却能力の低下を補っている。

〈その他の実施形態〉
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

本実施形態は、結露センサ（33）を用いて冷媒ジャケット（32）の外表面の結露状態を検出したが、本発明は、例えば、温湿度センサ等を用いた結露検出手段についても適用することもできる。

尚、以上の実施形態は、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。

以上説明したように、本発明は、冷凍装置の電装品箱に収容された電子部品の冷却対策について有用である。

本実施形態に係る冷媒回路を示す回路図である。 本実施形態に係る電装品箱を示す要部断面図である。

符号の説明

１０ 冷媒回路
１１ 室内熱交換器
１２ 圧縮機
１３ 室外熱交換器
１４ 室外膨張弁
２０ 電装品箱
２２ 電子部品
２２ａ パワー素子
３０ 冷媒冷却部
３３ 結露センサ
３４ 送風ファン
４１ 結露用制御部
４２ 冷却用制御部

Claims (5)

1. 圧縮機（12）、凝縮器（11,13）、膨張機構（14）および蒸発器（11,13）が順に接続され、冷媒が循環するよう構成された冷媒回路（10）と、該冷媒回路（10）を制御する電子部品（22）が収容された電装品箱（20）とを備えた冷凍装置であって、
   上記冷媒回路（10）を循環する冷媒が流れ、該冷媒と上記電装品箱（20）に収容された電子部品（22）とが熱交換して該電子部品（22）を放熱させる冷媒冷却手段（30）と、
   該冷媒冷却手段（30）に向かって送風する送風手段（34）とを備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記冷媒冷却手段（30）の表面が結露しているか否かを検出する結露検出手段（33）と、
   該結露検出手段（33）によって上記冷媒冷却手段（30）の表面の結露を検出すると、上記送風手段（34）が冷媒冷却手段（30）に向かって送風するように該送風手段（34）を制御する第１制御手段（41）とを備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１または２において、
   上記電子部品は、発熱体のパワー素子（22a）であり、
   該パワー素子（22a）は、上記電装品箱（20）の外部に露出した状態で該電装品箱（20）に収容され、
   上記冷媒冷却手段（30）は、上記パワー素子（22a）と接触して設けられている
   ことを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１〜３の何れか１つにおいて、
   上記冷媒回路（10）を循環する冷媒の循環量が所定量よりも少なくなると、上記送風手段（34）が上記冷媒冷却手段（30）に向かって送風するように該送風手段（34）を制御する第２制御手段（42）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項４において、
   上記第２制御手段（42）は、上記圧縮機（12）の起動時に、上記送風手段（34）が上記冷媒冷却手段（30）に向かって送風するよう構成されている
   ことを特徴する冷凍装置。

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