JP2013011392A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒配管を電装品収納から分離可能な収納に収めることにより、冷凍サイクルを活用して電装品発熱部材を冷却する空気調和装置の保守性と信頼性を向上させる。
【解決手段】ヒートポンプ制御を行う電装品２０を収納する電装品収納手段１０と、電装品収納手段１０からの排気を冷却するための冷却部材１４と、冷却部材１４を収納する冷却部材収納手段１２と、電装品収納手段１０と冷却部材収納手段１２とを接合させる収納接合手段２５と、電装品収納手段１０をヒートポンプ手段３に固定する電装ユニット固定手段２６と、冷却部材収納手段１２をヒートポンプ手段３に固定する冷却ユニット固定手段２８により構成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍サイクルを用いて電装部品を冷却する空気調和機に関するものである。

従来より、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、およびこれらを接続して冷媒が流れる配管を有する空気調和装置において、制御基板などの制御部品を、例えば粉塵や水などから保護することができる制御ボックス内に収容することが行われている。

制御部品を制御ボックス内に収容する場合、制御部品の安定動作を保証するために、制御部品の冷却を考慮する必要がある。例えば特許文献１に記載する空気調和装置においては、構成部品を制御する電装品が電装品箱内に収容され、電装品箱内の空気を介して発熱素子を含む電装品を冷却する冷却部材（ヒートシンク）が電装品箱内に設けられている。

この特許文献１に記載の冷凍装置であるところの空気調和装置では、自然対流を利用する意図に基づき、主として鉛直方向に縦長の断面をもち、粉塵や水滴の侵入を防ぐ程度に機密性を有する電装品箱内において、比較的低温のヒートシンクが比較的高温の発熱素子の上方に離れて位置する。

さらに、前記空気調和装置は、ヒートシンクによって冷却された空気の下降流が発熱素子で加熱された上昇流に加温されることを緩和するために、下降流と上昇流を分離する意図から仕切板が備えられていたり、ヒートシンクと発熱素子とが、それぞれ対抗する側面に配置されたりする特徴がある。さらに、電装品箱の外部において、ヒートシンクは、冷媒を冷熱源とする冷媒冷却器に接合されている。

特開２０１０−２１２０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、電装品箱がヒートシンクを介して電装品箱外の冷媒配管を含む冷媒冷却器に接続されているため、電装品箱を空調装置から取り外しする際、常に高圧の冷媒配管の取り扱いが必要になるため、取り外し作業が煩雑になる課題を有する。

あるいは、電装品箱が上記程度の機密性を有するが故に、内部結露は排出されず、電装品は水滴の飛散・浸漬を受けるばかりでなく、高湿度に曝され、一度運転が止まり電装品の温度が低下した場合は、電装品自体に結露が生じ、著しく信頼性が損なわれる虞さえある。

さらに、上記程度の密閉性を確保するために、冷媒冷却器は電装品箱外に設置されることから、冷媒冷却器の冷熱はその一部がヒートシンクへ、残りは電装品箱外で浪費され、ヒートシンクの冷却能力が損なわれる。その場合、上記仕切り板があったとしても、前記下降流が発熱素子まで下降する以前に前記上昇気流に加温され、下降流と上昇流の温度差がなくなれば、意図された自然対流が実現しないことは明白である。

さらに、吸入側の冷媒冷却器近傍に凝縮側の高温配管がある場合、高温配管の熱損と冷
媒冷却器の加熱により主たる空調装置としての性能も無用に低下させるという課題がある。

そこで本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、冷凍サイクルを用いて電装部品を冷却する空気調和機において、効率的に電装部品の冷却を行い、電装部品の信頼性を向上させた空気調和機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と凝縮用熱交換器と絞り弁と蒸発用熱交換器を冷媒配管で結合し、前記冷媒配管内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成するヒートポンプ手段と、前記圧縮機と絞り弁の駆動制御を行い冷媒の流量や圧力の制御を行う電装品と、前記電装品を収納し、吸排気のための開口部を有する電装品収納手段と、前記電装品収納手段からの排気を冷却するための冷却部材と、前記開口部を含む風路を形成し、前記風路内に前記冷却部材を収納する冷却部材収納手段と、前記電装品収納手段と前記冷却部材収納手段とを接合させる収納接合手段と、前記電装品収納手段を前記ヒートポンプ手段に固定する電装品ユニット固定手段と、前記冷却部材収納手段を前記ヒートポンプ手段に固定する冷却ユニット固定手段とを備えるので、冷却部収納手段を空調装置内に固定したまま、電装品収納ボックスの取り外しが可能となる。

本発明の空気調和装置によれば、冷却部収納手段を空調装置内に固定したまま、電装品収納ボックスの取り外しが可能になる。

さらに、電装品箱からの排気を冷却する風路内において蒸発側冷媒の冷熱利用が可能になり、冷媒配管を含む冷却部材や冷却部材収納手段の断熱性が向上し、効率的な冷却部材による排気の冷却が効率的に行われ、冷凍サイクルの熱損が抑制された空気調和機を提供することができる。

（ａ）本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成図（ｂ）本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒流れ図 本発明の実施の形態１に係る取り外し見取り図 本発明の実施の形態１に係る見取り図 （ａ）本発明の実施の形態２に係る電装品収納手段の見取り図（ｂ）図４ａのＡ−Ａ’断面図

第１の発明は、圧縮機と凝縮用熱交換器と絞り弁と蒸発用熱交換器を冷媒配管で結合し、前記冷媒配管内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成するヒートポンプ手段と、前記圧縮機と絞り弁の駆動制御を行い冷媒の流量や圧力の制御を行う電装品と、前記電装品を収納し、吸排気のための開口部を有する電装品収納手段と、前記電装品収納手段からの排気を冷却するための冷却部材と、前記開口部を含む風路を形成し、前記風路内に前記冷却部材を収納する冷却部材収納手段と、前記電装品収納手段と前記冷却部材収納手段とを接合させる収納接合手段と、前記電装品収納手段を前記ヒートポンプ手段に固定する電装品ユニット固定手段と、前記冷却部材収納手段を前記ヒートポンプ手段に固定する冷却ユニット固定手段とを備えることにより、冷却部収納手段を空調装置内に固定したまま、電装品収納ボックスの取り外しが可能になる。

第２の発明は、第１の発明に、前記冷却部材は、前記ヒートポンプ手段の絞り弁と蒸発用熱交換気を結ぶ冷媒配管を導入し、前記排気と前記ヒートポンプ手段の冷媒との間で熱
交換を行わせる熱交換手段を備えることにより、蒸発側冷媒の冷熱利用が可能になる。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明に、前記冷却部材収納手段は、前記風路の少なくとも一部を断熱する断熱手段を備えることにより、冷媒配管や冷却部材収納手段の断熱性が向上し、冷凍サイクルの熱損が抑制される。

第４の発明は、第１から第３の発明において、前記冷却部材収納手段は前記風路内最下部に開口部を有する排水手段を備えることにより、結露水の排出を可能にできる。

第５の発明は、第１から第４の発明において、前記電装品収納手段に開口した吸排気口と、送風機により前記電装品収納手段内部の空気の換気を行う吸排気手段を備えることにより、送風手段により強制換気を行うことができる。

第６の発明は、第１から第５の発明において、前記冷却部材収納手段は、前記冷却部材との間に断熱層を形成する断熱層形成手段を備えることにより、冷媒配管や冷却部材収納手段の断熱性が向上し、冷凍サイクルの熱損失を抑制できる。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態において、本発明について図面を用いて説明するが、本発明はこれらに限定することを意図しない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成を図１ａに示す。本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１は、室外機５６と室内機５４とそれらを接続する冷媒配管から構成され、さらに室外機５６は圧縮機２と絞り弁６と室外熱交換器４が配置され、さらに圧縮機２の冷媒吐出口と室外熱交換器４とを接続する第一配管６６と、室外熱交換器４と絞り弁を接続する第二配管６４と、絞り弁６から室内熱交換器８へ至る第三配管６２と、室内熱交換器８と圧縮機２とを接続する第四配管６０とを備える。

室内機５４は室内熱交換器８と、送風ファン（図示せず）と送風方向を制御するルーバー（図示せず）とを備える。

本発明に係る電装品収納手段１０と冷却部材収納手段１２は第三配管６２上に配置され、第三配管６２は冷却部材収納手段１２の内部に収納された冷却部材１４を貫通し室内熱交換器に至る。

図１ｂは、図１ａに示した空気調和装置の冷房動作時の冷媒の流れを示す模式図である。圧縮機２の吐出口から吐出された冷媒は、第一配管６６を経由して室外熱交換器４に至る。室外熱交換器４において冷媒より低温の室外空気と熱交換して凝縮した冷媒は、第二配管６４を経て絞り弁６に至る。絞り弁６において減圧し、温度低下した冷媒は第三配管６２を通って冷却部材１４に導入され冷却部材１４と共に電装品収納手段１０で加温された空気の冷却に供される。その後、室内熱交換器８に至り、冷媒より高温の室内空気と熱交換して蒸発した冷媒は第四配管６０を経て圧縮機２の吸入口に戻る。

図２は、本発明の実施の形態１に係る電装品収納手段１０と冷却部材収納手段１２の取り外し見取り図である。電装品収納手段１０は樹脂製の箱で必要箇所は金属板にて電磁シールドが施してある。そしてその内部に制御装置を形成するプリント基盤と発熱を伴う電子部品からなる電装品２０を固定している。尚、圧縮機２、送風機、ルーバー、絞り弁６、これらと電装品収納内部の制御装置とは電気的に接続され、制御装置により制御される。また、電装品収納手段１０の底面には開口部２２が二つ開口しており電装品収納手段１
０の吸排気に供されているが、その内のひとつの開口部には送風機２４が設置され電装品収納手段１０内部の空気を強制的に排気するよう構成されている。

また、電装品収納手段１０には室外機５６の送風路を形成する側板との接続・固定を行う電装ユニット固定手段２６が備わっている。本発明に係る送風機は排気用としたが、吸気用であってもよい。また、本発明に係る電装品収納手段１０の開口部２２の数については、二つ、あるいは複数でなくてもよく、ひとつの開口部とその一部に吸排気用送風機を備える構成であってもよい。

本実施例においては、電装品収納手段１０は収納接合手段２５を介して冷却部材収納手段１２に接合されるが、収納接合手段は電装品収納手段１０と冷却部材収納手段１２の密着性を高めるため、ゴムパッキンとねじ止めによって収納接合手段２５を構成している。しかし、収納接合手段２５は電装品収納手段１０と冷却部材収納手段１２双方に設置された嵌合構造でもよい。

本実施例における冷却部材収納手段１２は、上記収納接合手段２５によって電装品収納手段１０に接合されているが、電装品収納手段１０に設けられた開口部２２全体を覆うように上面が大きく開いた升状の形態をもち、収納接合手段２５を圧着させる折り返しを有する形状に成形された樹脂が用いられている。そして側面を貫通させる形で第三配管６２を導入し、それに接合された冷却部材１４を内部に収納している。また、冷却部材１４の底面の最下部には排水口と配水管からなる排水手段１８を備えている。本発明に係る冷却部材１４は、アルミ製のヒートシンクとアルミ製の台座によって第三配管６２を挟み込む形態を採用しているが、これに限定するものではなく、例えば冷却部材収納手段１２の内部にて蛇行する銅管のみでもよい。

さらに冷却部材収納手段１２は冷却ユニット固定手段２８によってヒートポンプ手段３の一部である室外機の送風路形成板に固定されているが、冷却ユニット固定手段２８は、送風路形成板に成形された引っ掛けにＬ字状に折り曲げられた金属板の折り返し部分を差し込む形態で構成されている。さらに冷却部材収納手段１２は図示していない断熱材を介してこの金属板に固定されているが、断熱手段１６は、これら断熱材と金属板から構成されている。

以上の構成により、電装品収納手段１０の空気は送風機２４によって冷却部材１４の収納された冷却部材収納手段１２に排気され、冷却部材１４によって冷却された空気は差圧により電装品収納手段１０にあるもう一つの開口から電装品収納手段１０内部へ対流・拡散し、電装品２０の冷却に供される。また冷却部材１４上に結露が生じ滴下しても、排水手段１８から排水されるために、電装品収納手段１０へ移動する危惧がない。さらに冷却部材収納手段１２内部において湿度が上昇しても、水蒸気分圧により排水手段１８を介して系外へ水蒸気が分散し内部結露を軽減する効果がある。

さらに本実施例の場合、断熱手段１６の下方に圧縮機や凝縮側の高温配管があるが、断熱手段１６により冷却部材収納手段１２とそれらとの間の熱移動が遮断され、高温はいかんの熱損、蒸発側配管である第三配管６２内部の冷媒の温度上昇による密度低下を防止することができる。

図３は、本実施の形態において図２の状態から電装品収納手段１０までもヒートポンプ手段３に固定した時の見取り図である。上述のように電装品収納手段１０と冷却部材収納手段１２がそれぞれ、独立に電装ユニット固定手段２６と冷却ユニット固定手段２８を備えることにより、図２、図３に示すように、移動の困難な第三配管６２に関係なく容易に電装品収納手段１０の取り外しが行える構成になっている。

（実施の形態２）
ここでは実施の形態１との差異の記載だけに止める。図４ａは、電装品収納手段１０の開口部２２が、電装品収納手段１０の側面に設けられた場合の見取り図であり、図４ｂは図４ａにおけるＡ−Ａ’断面にて電装品収納手段１０、冷却部材収納手段１２とその内部を示す断面図である。

本実施の形態においては冷却部材収納手段１２から冷却部材１４の底部に向かって、断熱層形成手段９０として、微小な突起が成形されている。この突起によって冷却部材１４は冷却部材収納手段１２との間に空気層が形成され、冷却部材１４と空気との熱交換面積を増大させ、冷却部材１４から冷却部材収納手段１２への冷熱の損失を防ぐことができる。断熱層形成手段９０は冷却部材収納手段１２と一体的に成形された突起に限らず、断熱材を用いてもよい。

本発明は、冷凍サイクルを活用して発熱部材を冷却する空気調和装置に利用可能である。

１ 空気調和装置
２ 圧縮機
４ 室外熱交換器
６ 絞り弁
８ 室内熱交換器
１０ 電装品収納手段
１２ 冷却部材収納手段
１４ 冷却部材
１６ 断熱手段
１８ 排水手段
２０ 電装品
２２ 開口部
２４ 送風機
２５ 収納接合手段
２６ 電装ユニット固定手段
２８ 冷却ユニット固定手段
５４ 室内機
５６ 室外機
６０ 第四配管
６２ 第三配管
６４ 第二配管
６６ 第一配管
９０ 断熱層形成手段

Claims (6)

1. 圧縮機と凝縮用熱交換器と絞り弁と蒸発用熱交換器を冷媒配管で結合し、前記冷媒配管内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成するヒートポンプ手段と、
   前記圧縮機と絞り弁の駆動制御を行い冷媒の流量や圧力の制御を行う電装品と、
   前記電装品を収納し、吸排気のための開口部を有する電装品収納手段と、
   前記電装品収納手段からの排気を冷却するための冷却部材と、
   前記開口部を含む風路を形成し、
   前記風路内に前記冷却部材を収納する冷却部材収納手段と、
   前記電装品収納手段と前記冷却部材収納手段とを接合させる収納接合手段と、
   前記電装品収納手段を前記ヒートポンプ手段に固定する電装品ユニット固定手段と、
   前記冷却部材収納手段を前記ヒートポンプ手段に固定する冷却ユニット固定手段と、
   を備えることを特徴とする空気調和装置。
2. 前記冷却部材は、前記ヒートポンプ手段の絞り弁と蒸発用熱交換気を結ぶ冷媒配管を導入し、前記排気と前記ヒートポンプ手段の冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換手段を、
   備えることを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記冷却部材収納手段は、前記風路の少なくとも一部を断熱する断熱手段を
   備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の空気調和装置。
4. 前記冷却部材収納手段は前記風路内最下部に開口部を有する排水手段を
   備えることを特徴とする請求項１から３記載の空気調和装置。
5. 前記電装品収納手段に開口した吸排気口と、送風機により前記電装品収納手段内部の空気の換気を行う吸排気手段を、
   備えることを特徴とする請求項１から４記載の空気調和機。
6. 前記冷却部材収納手段は、前記冷却部材との間に断熱層を形成する断熱層形成手段を
   備えることを特徴とする請求項１から５記載の空気調和装置。