JP2011122779A

JP2011122779A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2011122779A
Application number: JP2009281358A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Shimizu; 克浩清水
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】電気部品に塵埃などの付着がなく、かつ電気部品の長寿命化を図ることができる冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】本冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルと、少なくとも圧縮機を制御し、かつ発熱を伴う電子部品とこの電子部品を冷却する放熱体を有する制御装置とを備え、圧縮機の吸込側配管の一部を分岐部で分岐して、吸込側配管の管径よりも小さな管径のバイパス管を設けるとともに、このバイパス管と放熱体とを伝熱的に接触させる。
【選択図】図１

Description

本発明は冷凍サイクル装置に係り、特に圧縮機などの制御に用いる電気部品の冷却構造を改良した冷凍サイクル装置に関する。

従来、冷凍サイクル装置はインバータ駆動素子など発熱を伴い、冷却が必要な電気部品を有するものが多く用いられている。

冷凍サイクル装置を空気調和機に用いる場合、発熱を伴う電気部品の冷却は、電気部品を機械室の風路中に配置し、空冷により行なっている。

しかしながら、外気を機械室に取り入れる空冷では、機械室内での風路は、その流構造が複雑になり、また、外気に含まれる塵埃などが電気部品に付着し、その放熱が低下するなどの問題がある。

そこで、電気部品を収納した電気部品箱に伝熱的に放熱体を設け、さらに、この放熱体に密接して冷凍サイクル中の低温冷媒が流通する冷媒配管を設け、低温冷媒により、放熱体の冷却能力を向上させて、電気部品をより効率良く冷却し、かつ装置を小型化する提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１８７７２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電気部品の冷却構造は、冷凍サイクル中の比較的大口径の冷媒配管（主冷媒路）と放熱体が接しているため、冷媒配管から圧縮機の振動が放熱体に伝わり、電気部品にも常時振動を与えて電気部品の寿命を短くする問題がある。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、電気部品に塵埃などの付着がなく、かつ電気部品の長寿命化を図ることができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とが冷媒配管により連結されてなる冷凍サイクルと、少なくとも前記圧縮機を制御し、かつ発熱を伴う電子部品とこの電子部品を冷却する放熱体を有する制御装置とを備える冷凍サイクル装置において、前記圧縮機の吸込側配管の一部を分岐部で分岐して、前記吸込側配管の管径よりも小さな管径のバイパス管を設けるとともに、このバイパス管と前記放熱体とを伝熱的に接触させたことを特徴とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、電気部品に塵埃などの付着がなく、かつ電気部品の長寿命化を図ることができる冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の概念図。本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクル装置に用いる分岐部の平面図。本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクル装置に用いる電気部品箱の縦断面図。本発明の第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の概念図。本発明の第２実施形態の変形例に係る冷凍サイクル装置の概念図。本発明の第３実施形態に係る冷凍サイクル装置の概念図。本発明の第３実施形態の変形例に係る冷凍サイクル装置の概念図。

本発明に係る冷凍サイクル装置の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１に示すように、本第１実施形態の冷凍サイクル装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、冷暖切り換え用のサイクル切換弁３と、凝縮用ファン４ａを備え、冷媒が凝縮する凝縮器４と、冷媒を膨張させる膨張装置５と、蒸発用ファン６ａを備えた蒸発器６とを、圧縮機２の吐出側に接続される吐出側配管７および吐出側に接続される吸込側配管８を介して順次連通されて、冷凍サイクルが構成されている。

また、圧縮機２の吸込側配管８の途中には、分流部として図２に示す分岐管９が接続されている。

この分岐管９は略Ｕ字形状をなし、比較的直径が大きい、例えば１１．４ｍｍの吸込側配管８が接続される主流路部９ａと、この主流路部９ａの直径よりも小さな、例えば６．３５ｍｍの直径のバイパス管１０が接続されるバイパス流路部９ｂが設けられ、冷媒の液相がバイパス管１０に流入し易いように遠心力がより大きくかかる外側に配置されている。

このバイパス流路部９ｂには、吸込側配管８の管径よりも小さな管径のバイパス管１０が接続されている。

このバイパス管１０は、合流管１１を介して吸込側配管８に合流する。

さらに、電気部品箱２０が圧縮機２に近接して配置され、電気部品箱２０は、冷凍サイクル装置１が空気調和機に用いられる場合には、空気調和機の本体内あるいは機械室内に配置される。

図３に示すように、この電気部品箱２０は扁平直方体形状をなし、この電子部品箱２０には、天井部に取り付けられた制御基板２１に実装された制御回路用の電子部品２２ａが収容され、さらに、側壁に取り付けられた圧縮機２制御用のインバータ駆動素子２２ｂが収容されている。このインバータ駆動素子２２ｂは他の電子部品２２ａに比べて発熱量が多い電気部品である。

インバータ駆動素子２２ｂは、側壁に設け設けられた良熱伝導性部材、例えばアルミニウム製の放熱体２３の一面２３ａに伝熱的に取り付けられており、この一面２３ａは側壁に設け窓部から電気部品箱２０内に露出している。

また、電気部品箱２０の底部には、熱伝導性部材、例えば長尺状のアルミニウム製の冷却体２４が敷設され、この冷却体２４の一端２４ａは、放熱体２３に伝熱的に接触し、電気部品箱２０中の空気を冷却することで、電気部品２２ａ、インバータ駆動素子２２ｂを冷却するようになっている。

さらに、放熱体２３、例えばその内部には低伝熱層２５が設けられ、この低伝熱層２５は放熱体２３の内部に空間部を設け、この空間部にアルミニウムより熱伝導率の小さい低熱伝導性部材を充填し、あるいは空気層を形成する。この低伝熱層２５を設けることで、伝熱量が調整される。

また、放熱体２３の他面２３ｂ側には、バイパス管１０が、このバイパス管１０の熱交換部１０ａが伝熱的に貫通しており、インバータ駆動素子２２ｂとバイパス管１０は放熱体２３を介して伝熱的に連なっている。

次に、本第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の動作について冷房運転を例にとり説明する。

圧縮機２で圧縮された高温、高圧の冷媒は、サイクル切換弁３を介して凝縮器４で外気に放熱して凝縮し、液相となり、膨張装置５で減圧され、蒸発器６で蒸発して、例えば室内空気を冷却する。

蒸発器６で蒸発した冷媒は、比較的低温で大部分が気相になり、一部が液相の２相冷媒になって、サイクル切換弁３を介してＵ字状の分岐管９に達する。

図２に破線矢印で示すように、分岐管９に達した液相の２相冷媒は、遠心力を受け、質量の大きい液相冷媒がより多くバイパス流路部９ｂを介してバイパス管１０に流れる。

このバイパス管１０に流入した冷媒は、熱交換部１０ａに達し、放熱体２３を介してインバータ駆動素子２２ｂの発熱を吸熱してインバータ駆動素子２２ｂを冷却する。

このとき、バイパス流路部９ｂを流れる冷媒は、吸熱量が大きい液相冷媒が多くを占めるため、放熱体２３を介してインバータ駆動素子２２ｂの発熱を効果的に吸熱し、インバータ駆動素子２２ｂを冷却する。

また、バイパス管１０とインバータ駆動素子２２ｂの間で、放熱体２３の内部に低伝熱層２５が形成されており、放熱体２３への伝熱量を調整することができ、過冷却による結露を防止することができる。なお、低伝熱層を用いることに加えて、あるいは低伝熱層を用いることなく、吸込配管、または、分岐配管内の冷媒状態（温度、乾き度）をコントロールすることで調整し、放熱体への伝熱量を調整することができ、過冷却による結露を防止することができる。

さらに、冷却体２４は放熱体２３により冷却されており、電気部品箱２０の空気を冷却して、電気部品２２ａを間接的に冷却する。

一方、バイパス管１０を流れる冷媒は、合流管１１を介して吸込側配管８を流れる冷媒と合流して、圧縮機２に戻る。

上記のような冷房運転時、インバータ駆動素子２２ｂ、電気部品２２ａは、バイパス管１０を流れる冷媒により確実に冷却される。

また、圧縮機２の振動は直径の小さなバイパス管１０を介して伝播されにくいので、冷却体２４を介してインバータ駆動素子２２ｂを振動させることがなく、インバータ駆動素子２２ｂの長寿命化を図ることができる。

本実施形態の空気調和機によれば、電気部品に塵埃などの付着がなく、かつ電気部品の長寿命化を図ることができる冷凍サイクル装置が実現される。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置の第２実施形態について説明する。

本第２実施形態は、第１実施形態が圧縮機の吸込側配管の途中で分岐するのに対して、蒸発器と膨張装置を結ぶ冷媒配管あるいは冷媒配管から分岐するバイパス管に放熱体を伝熱的に設ける。

例えば、図４に示すように、本第２実施形態に係る冷凍サイクル装置１Ａは、蒸発器６と膨張装置５を結ぶ冷媒配管２６に放熱体２３を伝熱的に設ける。

これにより、第１実施形態の効果に加えて、電気部品の発熱量が多い場合にも、十分冷却することができ、また、膨張装置前後の配管であるため冷却配管を細径化でき、コストを抑制できる。

他の構成は図１に示す冷凍サイクル装置と変わらないので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

なお、本第２実施形態の変形例１Ｂとして、図５に示すように、放熱体２３は冷媒配管２６から分岐するバイパス管１０に伝熱的に設けてもよい。これにより、第２実施形態と同様の効果が得られる。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置の第３実施形態について説明する。

本第３実施形態は、第１実施形態が圧縮機の吸込側配管の途中で分岐するのに対して、凝縮器と膨張装置を結ぶ冷媒配管あるいは冷媒配管から分岐するバイパス管に放熱体を伝熱的に設ける。

例えば、図６に示すように、本第３実施形態に係る冷凍サイクル装置１Ｃは、凝縮器４と膨張装置５を結ぶ冷媒配管２７に放熱体２３を伝熱的に設ける。

これにより、第１実施形態の効果に加えて、過剰な冷却を防止した冷却能力が得られ、また、膨張装置前後の配管であるため冷却配管を細径化でき、コストを抑制できる。

なお、本第３実施形態の変形例１Ｄとして、図７に示すように、放熱体２３は冷媒配管２７から分岐するバイパス管１０に伝熱的に設けてもよい。これにより、第３実施形態と同様の効果が得られる。

１…冷凍サイクル装置、２…圧縮機、３…サイクル切換弁、４…凝縮器、４ａ…凝縮用ファン、５…膨張装置、６…蒸発器、６ａ…蒸発用ファン、７…吐出側配管、８…吸込側配管、９…分岐管、９ａ…主流路部、９ｂ…バイパス流路部、１０…バイパス管、１０ａ…熱交換部、１１…合流管、２０…電気部品箱、２１…制御基板、２２ａ…電子部品、２２ｂ…インバータ駆動素子、２３…放熱体、２３ａ…一面、２３ｂ…他面、２４…冷却体、２４ａ…一端、２５…低伝熱層。

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とが冷媒配管により連結されてなる冷凍サイクルと、少なくとも前記圧縮機を制御し、かつ発熱を伴う電子部品とこの電子部品を冷却する放熱体を有する制御装置とを備える冷凍サイクル装置において、
前記圧縮機の吸込側配管の一部を分岐部で分岐して、前記吸込側配管の管径よりも小さな管径のバイパス管を設けるとともに、このバイパス管と前記放熱体とを伝熱的に接触させたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
前記分岐部のバイパス流路部は、冷媒の液相が前記バイパス管に流入し易いように遠心力のより大きくかかる外側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記バイパス管と前記電気部品の間で、前記放熱体の内部あるいは外部に、この放熱体の熱伝導率より小さい低熱伝導性部材または空気層を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
前記放熱体に伝熱的に接続され、かつ前記放熱体から延びる熱伝導性の冷却体は、前記電気部品の他に設けられる電気部品の下側に離間して配置されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。