JP2014149131A - 室外機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えつつ電気品の冷却効果を維持することができる室外機等を得る。
【解決手段】伝熱管２２に対して伝熱フィン２１を任意の間隔で挿入して固定し、伝熱管２２内を通過する冷媒と伝熱フィン２１間を通過する空気との熱交換を行う熱交換器２０と、機器を制御する電気品３１と、熱交換器２０を通過した空気の流路上に設けられ、電気品３１の熱を空気に放熱させる冷却部材３２とを備え、冷却部材３２の設置位置に対応して、冷却部材３２に通過させる空気の通風路となる部分の伝熱フィン２１間の間隔を広げて挿入するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィンチューブ型熱交換器を用いた空気調和装置用の室外機に係るものである。特に室外機に搭載されている電気品の冷却構造に関するものである。

たとえば、圧縮機、ファン等の回転数を可変駆動させるためのインバータ回路等、空気調和装置用の室外機には、数々の電気品（電気系部品）が搭載されている。電気品によっては、大きな電流が流れる等して発熱するものがある。熱が高温になると、電気品が損傷する、駆動が不安定になる等することで、室外機の信頼性が低下する要因となる。そこで、電気品を冷却し、電気品が高温にならないようにしている。

空気調和装置用の室外機の電気品における冷却構造として、たとえば、冷却部材を熱交換器の通風路に設置し、冷却部材が電気品の熱を奪うことで電気品を冷却するものがある（たとえば、特許文献１参照）。そして、冷却部材を流れる空気の風量を増加させるために、熱交換器と冷却部材とが近接する部分において、熱交換器が有する伝熱フィンの間隔を他の部分と比較して疎となるように熱交換器を構成している。

特開２００５−３３１１４１号公報

上記の特許文献１のように、空気調和装置用の室外機では、熱交換器の伝熱フィンの間隔を変化させるために、フィンの金型を複数必要としていた。このため、製造コストが増加してしまうという課題があった。

そこで、本発明では、よりコストを抑えつつ電気品の冷却効果を維持することができる室外機等を得ることを目的とする。

本発明に係る室外機は、伝熱管に対して伝熱フィンを任意の間隔で挿入して固定し、伝熱管内を通過する冷媒と伝熱フィン間を通過する空気との熱交換を行う熱交換器と、機器の制御を行う電気系統の部品で構成する電気品と、熱交換器を通過した空気の流路上に設けられ、電気品の熱を空気に放熱させる冷却部材とを備え、冷却部材を設置する位置に対応し、冷却部材に通過させる空気の通風路となる部分の伝熱フィン間の間隔を他の部分よりも広げて伝熱管に伝熱フィンを挿入するものである。

本発明では、熱交換器の通過した空気の流路上に冷却部材を設け、電気品を冷却するようにしたので、電気品を効率よく冷却することができる。このとき、冷却部材の設置位置に対応して、間隔を広げて伝熱フィンを伝熱管に挿入するようにしたので、伝熱フィンによる空気抵抗を少なくして多くの空気を冷却部材に通過させて冷却効果を維持できるようにした熱交換器を有する室外機を低コストで提供することができる。

この発明の実施の形態１における室外機１０の構造等を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る電気品室３０等の配置を示す図である。 この発明の実施の形態１における熱交換器２０の詳細を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る空気調和装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１における室外機１０の構造等を説明する図である。図１（ａ）は室外機１０を吹出口側から見た斜視図である。また、図１（ｂ）は上面側から室外機１０内の構成を説明するための図である。

室外機１０の本体１１は、２つの側面１１ａ及び１１ｃ、前面１１ｂ、背面１１ｄ、上面１１ｅ並びに底面１１ｆを有する筐体で構成されている。側面１１ａ及び背面１１ｄは外部から空気を吸込むために開口部分を有している。また、前面１１ｂは外部に空気を吹出す吹出口となる開口部分を有している。吹出口は、物体等と送風機４０との接触を防止して安全をはかるためにファングリルで覆われている。

また、本体１１内には、少なくとも熱交換器２０、電気品室３０、冷却部材３２及び送風機４０を有している。送風機４０は、例えばプロペラボスの周囲に複数の翼を形成したプロペラファン等を有し、プロペラファンの背面側にあるファンモータが回転駆動して、室外の空気（外気）を熱交換器２０に通過させる流れを生成する。そして、本体１の内部は仕切板１２によって送風機４０が設置されている送風機室１３と圧縮機、電気品３１等が設置されている機械室１４とに分けられている。

図２はこの発明の実施の形態１に係る電気品室３０等の配置を示す図である。図２（ａ）に示すように、機械室１４はさらに電気品室３０を有しており、電気品室３０は電気品３１を収容している。電気品３１は、室外機１０内の圧縮機等の機器（アクチュエータ）を駆動等させるための制御を行う電気回路等である。冷却部材３２は、電気品室３０内の電気品３１が発する熱を奪って（吸熱し）、放熱させる、たとえばくし形ヒートシンク等の部材である。本実施の形態における冷却部材３２は、図２（ｂ）に示すように、送風機４０が駆動することによって流れる空気が通過する通風路となる位置に配置されている。

熱交換器２０は、曲げ加工によりＬ字状に形成され、側面１１ａ及び背面１１ｄ側からの二方向の空気の流れに対応する熱交換器である。例えば空気調和装置に適用する場合、熱交換器２０は冷房運転時には、冷媒を凝縮させる凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。本実施の形態の熱交換器２０は、後述するように、伝熱フィン２１と伝熱管２２とで構成し、冷媒と室外の空気（外気）との熱交換を行う。伝熱フィン２１及び伝熱管２２は、アルミニウム又はアルミニウム合金を材料として用いる。アルミニウム等を材料とすることにより、熱交換効率の向上、軽量化、小型化等をはかることができる。本実施の形態における伝熱フィン２１は、平板状（矩形状）のフィンで構成する。また、伝熱管２２は、断面形状の一部が曲線となっている扁平状の伝熱管である扁平管で構成している。

ここで、伝熱フィン２１は熱交換器２０を通過する空気にとっては抵抗となる。このため、冷却部材３２の放熱を促すために空気を供給する際、伝熱フィン２１は障害となる。そこで、図２（ｂ）に示すように、本実施の形態の熱交換器２０では、熱交換器２０の一部分（冷却部材３２との近接する部分）において伝熱フィン２１の間隔を広げ、冷却部材３２の通風路を確保する。間隔を広げる部分を一部分に留めることにより、熱交換器２０全体における伝熱フィン２１の面積を大幅に少なくすることなく、冷却部材３２における冷却効率を高めることができる。

図３はこの発明の実施の形態１における熱交換器２０の詳細を示す図である。図３に示すように、本実施の形態における熱交換器２０は、例えば専用の装置に複数の伝熱管２２を一定間隔をおいて平行に置いて固定させる。ここで、伝熱管２２を置いていく方向は、管内に流す冷媒の流路方向と直交する方向となる。

また、図３に示すように、伝熱フィン２１は、長手方向（伝熱管２２が並ぶ方向）に複数の挿入孔２３を有している。伝熱フィン２１に伝熱管２２を差し入れるようにして挿入することができるように、挿入孔２３は、伝熱フィンの長辺側端部の一部を開口させて形成されている（伝熱フィン２１は櫛歯状になっている）。各挿入孔２３は各伝熱管２２の並びに対応するため、例えば、伝熱管２２と同数かつ同間隔（両端を除く）で設けている。さらに、複数の伝熱フィン２１を、冷媒の流路方向（伝熱管２２の並び方向と直交する方向）で平行に配列させるように、固定した複数の伝熱管２２に挿入する。ここで、特に限定するものではないが、各挿入孔２３の間に伝熱フィン２１の一部を切り起こして形成したスリットを設けるようにしてもよい。また、各挿入孔２３の縁には、伝熱フィン２１に対して垂直方向に立ち上げたフィンカラーを設けるようにしてもよい。

そして、伝熱フィン２１と伝熱管２２との接触部分（ロウ付け部）をロウ付けにより接合して固定し、熱交換器２０を製造する。このような方法で製造することにより、伝熱管２２に対して伝熱フィン２１を任意の間隔で挿入することができる。このため１台の熱交換器２０の中で、伝熱フィン２１の間隔を変化させるようにした構成を、比較的、低コストで実現することができる。

以上のように、実施の形態１における室外機１０においては、送風機４０の駆動により生じる送風機室１３内の通風路に電気品３１を冷却するための冷却部材３２を備えるようにしたので、電気品３１を効率よく冷却することができる。このため、信頼性の向上をはかることができる。そして、伝熱管２２に伝熱フィン２１を挿入して固定することによって製造することができるような熱交換器２０で構成するようにしたので、製造にあたり、冷却部材３２にあたる空気の流路となる部分の伝熱フィン２１の間隔を広げて挿入することを容易に行うことができる。このため、電気品３１の冷却効率の向上および熱交換器２０の効率維持の両立を比較的低コストで実現することができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係る空気調和装置の構成を示す図である。本実施の形態では、上述した室外機１０を室外機１００とする冷凍サイクル装置について説明する。ここで、空気調和装置を冷凍サイクル装置の代表例として説明する。図４の空気調和装置は、室外機１００と室内機２００とを備え、これらを冷媒配管で連結し、冷媒回路を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管３００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管４００とする。

室外機１００は、本実施の形態においては、圧縮機１０１、四方弁１０２、室外側熱交換器１０３、室外側送風機１０４、絞り装置（膨張弁）１０５で構成する。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、電気品３１としてインバータ装置等を有することにより、圧縮機１０１の運転周波数を任意に変化させ、圧縮機１０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができるものとする。四方弁１０２は、制御装置（図示せず）からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。

また、前述した熱交換器２０で構成する室外側熱交換器１０３は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、液配管４００から流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁１０２側から流入した圧縮機１０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。前述した送風機４０である室外側送風機１０４が設けられている。室外側送風機１０４についても、電気品３１であるインバータ装置によりファンモータの運転周波数を任意に変化させて回転速度を細かく変化させるようにしてもよい。絞り装置１０５は、開度を変化させることで、冷媒の圧力等を調整するために設ける。

一方、室内機２００は、負荷側熱交換器２０１及び負荷側送風機２０２で構成される。負荷側熱交換器２０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管３００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（又は気液二相化）させ、液配管４００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、例えば絞り装置１０５により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管３００側に流出させる。また、室内機２００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための負荷側送風機２０２が設けられている。この負荷側送風機２０２の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。

ここで、上述の冷凍サイクル装置については、ＨＣＦＣ（Ｒ２２）やＨＦＣ（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８など、これら冷媒の数種の混合冷媒Ｒ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなど）、ＨＣ（ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなど、これら冷媒の数種混合冷媒）、自然冷媒（空気、炭酸ガス、アンモニアなど、これら冷媒の数種の混合冷媒）、ＨＦＯ１２３４ｙｆ等の低ＧＷＰ冷媒、またこれら冷媒の数種の混合冷媒などを用いてもよい。

また、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、冷媒と油が溶ける溶けないにかかわらず、どんな冷凍機油についても、その効果を達成することができる。

さらに、上述の実施の形態１で述べた熱交換器２０を室内機２００の負荷側熱交換器２０１で用いた場合においても同様の効果を奏することができる。

以上のように実施の形態２の冷凍サイクル装置では、実施の形態１において説明した熱交換器２０を室外側熱交換器１０３として用いるようにしたので、電気品３１を効率よく冷却することができ、装置の信頼性向上をはかることができる。

本発明の活用例として、冷凍サイクル装置を構成する室外機、例えば空気調和機や給湯器などの室外機、その他、各種装置や設備等に広く利用することができる。

１０ 室外機、１１ 本体、１１ａ，１１ｃ 側面、１１ｂ 前面、１１ｄ 背面、１１ｅ 上面、１１ｆ 底面、１２ 仕切板、１３ 送風機室、１４ 機械室、２０ 熱交換器、２１ 伝熱フィン、２２ 伝熱管、２３ 挿入孔、３０ 電気品室、３１ 電気品、３２ 冷却部材、４０ 送風機、１００ 室外機、１０１ 圧縮機、１０２ 四方弁、１０３ 室外側熱交換器、１０４ 室外側送風機、１０５ 絞り装置、２００ 室内機、２０１ 負荷側熱交換器、２０２ 負荷側送風機、３００ ガス配管、４００ 液配管。

Claims (4)

1. 伝熱管に対して伝熱フィンを任意の間隔で挿入して固定し、前記伝熱管内を通過する冷媒と前記伝熱フィン間を通過する空気との熱交換を行う熱交換器と、
   機器の制御を行う電気系統の部品で構成する電気品と、
   前記熱交換器を通過した空気の流路上に設けられ、前記電気品の熱を前記空気に放熱させる冷却部材とを備え、
   前記冷却部材を設置する位置に対応し、前記冷却部材に通過させる前記空気の通風路となる部分の前記伝熱フィン間の間隔を他の部分よりも広げて前記伝熱管に前記伝熱フィンを挿入することを特徴とする室外機。
2. 前記伝熱フィンは前記伝熱管の形状に合わせて形成された挿入孔を有し、前記伝熱フィンを前記挿入孔から前記伝熱管に差し入れて挿入することを特徴とする請求項１に記載の室外機。
3. 前記伝熱管を扁平管とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の室外機。
4. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮に係る冷媒を減圧させるための絞り装置と、減圧に係る冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成し、
   前記蒸発器、前記凝縮器の少なくとも一方となる熱交換器を、請求項１〜３のいずれか一項に記載の室外機が備える熱交換器とすることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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