JP2023179867A - ヒートポンプサイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、電装箱の密閉性と電装品の放熱を両立させ、安全性と信頼性を高めることのできる可燃性冷媒を使用するヒートポンプサイクル装置を提供する。【解決手段】筐体１０の内部に、圧縮機２２、利用側熱交換器２３、膨張手段２４および熱源側熱交換器２０を収容し、これらを環状に接続し可燃性冷媒を用いた冷媒回路と、熱源側熱交換器２０に空気を流通させる送風装置２１と、電装箱３０と、を備え、電装箱３０は、気密に構成され、電装箱３０の内部には、空気を循環させるファン４４を設けた。【選択図】図６

Description

本発明は、ヒートポンプサイクル装置に関する。

特許文献１では、密閉構造を有する電装品が収容されたケーシング（電装箱）を、可燃性冷媒が流れる冷媒配管と冷却ジャケットを介して熱的に結合させることで、ケーシング内部の温度上昇を抑制できる電装箱の構成が開示されている。
本開示では、可燃性冷媒が流れる冷媒配管と、電装品が収容され、密閉構造の導電性材料からなるケーシングと、冷媒配管の一部を被い、冷媒配管と熱的に結合された導電性材料からなる冷却ジャケットとを備える。上記ケーシングが冷却ジャケットを介して冷媒配管に熱的に結合している。また、上記冷却ジャケットが冷媒配管と電気的に接続され、ケーシングが冷却ジャケットを介して冷媒配管に電気的に接続されている。

また、特許文献２では、空気調和機本体内に、密閉されていない電装箱を搭載した構成が開示されている。
本開示では、漏洩した可燃性冷媒が電装箱に入ったとしても、電装箱内外に亘って空気を流通させることにより、電装箱内に侵入した冷媒を箱外へ排出する空気流通路を具備している。

特開２００８－１０１８６２号公報 特開平１１－０９４２９１号公報

本開示は、電装箱の密閉性と電装品の放熱を両立させ、安全性と信頼性を高めることのできる可燃性冷媒を使用するヒートポンプサイクル装置を提供する。

本開示におけるヒートポンプサイクル装置は、筐体の内部に、圧縮機、利用側熱交換器、膨張手段および熱源側熱交換器を収容し、これらを環状に接続し可燃性冷媒を用いた冷媒回路と、前記熱源側熱交換器に空気を流通させる送風装置と、電装箱と、を備え、前記電装箱は、気密に構成され、電装箱の内部には、空気を循環させる循環装置を設けた。

本開示におけるヒートポンプサイクル装置は、電装箱内に配置される電子部品の温度上昇を抑制し、製品の故障や寿命低下を防止することができる。また、電装箱に漏洩冷媒が浸入することがなく、防爆対策もでき、安全性を高めることができる。

実施の形態１のヒートポンプサイクル装置を示す斜視図 実施の形態１のヒートポンプサイクル装置を示す分解斜視図 実施の形態１のヒートポンプサイクル装置の前面パネルを取り外した状態を示す正面図 実施の形態１に係るヒートポンプサイクル装置の概略構造を示す正面図 実施の形態１に係る冷媒回路を示す回路図 実施の形態１の電装箱を示す分解斜視図 実施の形態１の電装箱を示す蓋部材を外した状態の平面図 実施の形態１の電装箱を示す縦断面図

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、可燃性冷媒を用いた給湯器等のヒートポンプサイクル装置では、可燃性冷媒漏洩時の電装部品からの着火、防爆対策として電装箱を密閉構造として電装箱内に可燃性ガスが浸入しない構成とするか、或いは電装箱に通気性を持たせて、浸入した可燃性ガスを着火濃度以下に希釈させる技術があった。
しかしながら、電装箱を密閉構造にした場合、電装箱の温度上昇が大きくなり、電装品の劣化や信頼性の低下につながるおそれがある。また、電装箱に通気性を持たせた場合、ごみ詰まり等の要因により、可燃性冷媒の希釈が不十分となるおそれがある。すなわち、従来のこうした構成では可燃性冷媒と着火源との確実な分離が困難となるおそれがあることから、発明者らは、スパークによる着火と居住空間への冷媒漏洩に対する安全対策をより十分に担保する本開示の主題を構成するに至った。
そこで本開示は、電装箱の密閉性と電装品の放熱を両立させ、安全性と信頼性を高めることのできる可燃性冷媒を使用するヒートポンプサイクル装置を提供する。

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図面を用いて、実施の形態１を説明する。
［１－１．構成］
［１－１－１．ヒートポンプサイクル装置の構成］
図１は、実施の形態１に係るヒートポンプサイクル装置の斜視図である。図２は、実施の形態１に係るヒートポンプサイクル装置の分解斜視図である。図３は、実施の形態１に係るヒートポンプサイクル装置の前面パネルと右側前パネルとを取り外した状態を示す正面図である。図４は、実施の形態１に係るヒートポンプサイクル装置の概略構造を示す正面図である。
図１から図４に示すように、ヒートポンプサイクル装置１は、箱状の筐体１０を備えている。本実施の形態では、筐体１０の各部は、いずれも鋼板によって形成される。

筐体１０の内部には、上下方向に延在する仕切板１１が設けられている。仕切板１１によって、筐体１０の内部空間は、送風機室１２と、機械室１３とに仕切られている（図４を参照）。
筐体１０は、筐体１０の底面を形成する底板１４と、筐体１０の機械室１３を前後から覆う右側前パネル１５ａおよび右側後パネル１５ｂと、送風機室１２の前面を覆う前面パネル１６と、筐体１０の上面を覆う天板１７と、を備えている。
前面パネル１６には、メッシュ状に形成され空気が通る通風部１８が設けられている。

送風機室１２には、熱源側熱交換器２０と、送風装置２１とが設けられている。
本実施形態の熱源側熱交換器２０は、筐体１０の高さ方向に沿って延在し、筐体１０の側面と、背面とに対向するように、筐体１０の平面視で略Ｌ字状に形成されている。
熱源側熱交換器２０は、例えば、フィンチューブ式の熱交換器が用いられる。
送風装置２１は、例えば、プロペラ状の羽根車を備える軸流ファンが用いられる。送風装置２１は、軸流方向が通風部１８に向かうように配置される。

機械室１３の内部には、圧縮機２２、利用側熱交換器２３、膨張手段２４（図５参照）等の冷媒回路を形成する各種の機器や、これらを互いに接続する冷媒配管２５が収容されている。
利用側熱交換器２３は、例えば、プレート熱交換器が用いられる。
仕切板１１の上部は、電装箱３０を設置できるように切り欠かれている。仕切板１１の上部の切欠かれた箇所には、電装箱３０が設置されている。

［１－１－２．冷媒回路の構成］
図５は、実施の形態１に係る冷媒回路を示す回路図である。
図５に示すように、圧縮機２２、四方弁２７、利用側熱交換器２３、膨張手段２４および熱源側熱交換器２０は、所定の冷媒配管２５を介して環状に接続され、冷媒回路を構成している。
利用側熱交換器２３には、所定の給水配管２８が接続されており、利用側熱交換器２３において、冷媒回路を循環する冷媒と熱交換が行われる。
圧縮機２２で圧縮されて高温高圧となった冷媒は、図５に実線矢印で示すように流れ、利用側熱交換器２３に送られ、利用側熱交換器２３により給水配管２８を流れる水と熱交換して冷却され、水は、冷媒の熱を受けて温水となって所定の箇所に供給される。
利用側熱交換器２３から排出された冷媒は、膨張手段２４で減圧されて熱源側熱交換器２０で熱交換され、ガス冷媒となって再び圧縮機２２に戻される。

また、四方弁２７を切り替えることにより、図５に破線矢印で示すように、冷媒が流れ、熱源側熱交換器２０で外気と熱交換し、膨張手段２４で減圧された後、利用側熱交換器２３に送られることで、給水配管２８を流れる水を冷却することができるように構成されている。
ここで、本実施の形態においては、冷媒として可燃性冷媒が用いられる。可燃性冷媒は、Ｒ３２若しくはＲ３２を７０重量パーセント以上含む混合冷媒、またはプロパン若しくはプロパンを含む混合冷媒である。
なお、冷媒として可燃性冷媒ではなく、不燃性冷媒を用いてもよい。

［１－１－３．電装箱の構成］
図６は、実施の形態１の電装箱を示す分解斜視図である。図７は、実施の形態１の電装箱を示す蓋部材を外した状態の平面図である。図８は、実施の形態１の電装箱を示す縦断面図である。
図２に示すように、仕切板１１の上部の切欠かれた箇所には、電装箱３０が配置されており、電装箱３０は、機械室１３および前記送風機室１２に跨がって配置されている。
図６から図８に示すように、電装箱３０は、上面が開放された開口３１を有する箱型の電装箱本体３２と、開口３１を閉塞する蓋部材３３と、を備えている。
電装箱本体３２の底面３４には、略長方形の底面開口部３５が形成されている。

電装箱本体３２は、熱伝導率の高い材料、例えば、金属材料により形成されている。
なお、本実施の形態においては、電装箱本体３２全体を金属材料により形成しているが、送風機室１２に位置する部分のみを金属材料により形成するようにしてもよい。
蓋部材３３は、略長方形の平板状に形成されている。蓋部材３３は、電装箱本体３２と同様に熱伝導率の高い、金属材料で形成されることが好ましい。

電装箱３０の内部には、プリント配線基板からなる制御基板４０と、各種電子部品が収容されている。
制御基板４０には、図示しないが例えば、ＣＰＵなどの半導体チップ、トランジスタ、コンデンサ、抵抗などの電子部品が搭載され、電気回路を構成している。
制御基板４０の下面には、複数のフィンを備えた放熱板４１が設けられており、底面開口部３５から下方に突出するように設置される。
制御基板４０は、底面開口部３５から放熱板４１が下方に突出するように設置される。底面開口部３５の周縁部には、シール材４２が配置されており、制御基板４０と底面開口部３５を閉塞するように固定される。

電装箱本体３２の底面３４の制御基板４０の両側には、制御基板４０に接続されるその他の電子部品が設置されている。
電子部品のうち発熱量が多いリアクタ４３の近傍には、循環装置としての電装箱３０内のファン４４が設置されている。
電装箱３０内のファン４４は、その送風方向がリアクタ４３に指向されるように設置されている。
電装箱本体３２の上部は、シール材４２を介して蓋部材３３がねじなどにより固定される。これにより、電装箱本体３２の内部は、密閉化される。
また、筐体１０の天板１７の下面と、電装箱３０の蓋部材３３の上面との間には、通風可能な空間が形成されている。

電装箱本体３２の底面３４のうち機械室１３に位置する箇所には、制御基板４０に接続されたケーブルの取り出し部４６が設けられている。
本実施の形態においては、取り出し部４６には、ケーブルグランド５０が取付けられている。ケーブル４５は、ケーブルグランド５０を介して電装箱３０の外部に取出され、圧縮機２２など所定の機器に接続されている。

［１－２．動作］
次に、以上のように構成されたヒートポンプサイクル装置１について、その動作を説明する。
ヒートポンプサイクル装置１を駆動すると、圧縮機２２、送風装置２１が動作されるとともに、電装箱３０内のファン４４も動作が開始される。
これにより、温水を利用する場合には、圧縮機２２で圧縮されて高温高圧となった冷媒は、図５に実線矢印で示すように流れ、利用側熱交換器２３に送られ、給水配管２８を流れる水と熱交換して冷却され、水は、冷媒の熱を受けて温水となって所定の箇所に供給される。
利用側熱交換器２３から排出された冷媒は、膨張手段２４で減圧されて熱源側熱交換器２０で熱交換され、ガス冷媒となって再び圧縮機２２に戻される。

また、冷水を利用する場合には、四方弁２７を切り替えることにより、図５に破線矢印で示すように、冷媒が流れ、熱源側熱交換器２０で外気と熱交換し、膨張手段２４で減圧された後、利用側熱交換器２３に送られ、給水配管２８を流れる水を冷却した後、再び圧縮機２２に戻される。
これらの動作中に、送風装置２１が動作されることで、送風機室１２に位置する電装箱３０に対して空気が流れる。

この、送風装置２１の動作により、放熱板４１に対して空気が当たる。これにより、放熱板４１の冷却を行うことができ、放熱板４１を介して制御基板４０の冷却を行うことができる。
また、筐体１０の天板１７の下面と、電装箱３０の蓋部材３３の上面との間には、通風可能な空間が形成されているので、電装箱３０の蓋部材３３の上面にも空気が流れる。
これらの空気の流れにより、送風機室１２内にある電装箱３０の表面全体を冷却することができる。

また、本実施の形態においては、電装箱３０の内部にファン４４を設け、この電装箱３０内のファン４４を駆動することで、電装箱３０の内部で空気を循環させることができる。
これにより、電装箱３０の内部の一部に熱が滞留することを抑制することができ、温度分布を平均化することができる。そのため、送風装置２１の動作により、電装箱３０の外側に空気が送られた場合に、放熱効果を高めることができる。

また、本実施の形態においては、電装箱３０内のファン４４を発熱量が多いリアクタ４３に指向するように配置しているので、高温となりやすいリアクタ４３を効率よく冷却することができ、電装箱３０の内部の熱の滞留を抑制することができる。

また、電装箱３０内のファン４４を駆動することで、電装箱３０の密閉性が低下し、可燃性冷媒が浸入した場合でも、電装箱３０の内部に可燃性冷媒が滞留することを防止し、非可燃域以下の濃度に保つことができる。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態においては、筐体１０の内部に、圧縮機２２、利用側熱交換器２３、膨張手段２４および熱源側熱交換器２０を収容し、これらを環状に接続し可燃性冷媒を用いた冷媒回路と、熱源側熱交換器２０に空気を流通させる送風装置２１と、電装箱３０と、を備え、電装箱３０は、気密に構成され、電装箱３０の内部には、空気を循環させる電装箱３０内のファン４４（循環装置）を設けた。
電装箱３０内のファン４４を駆動することで、電装箱本体３２の内部の空気を循環させ、特定の箇所に熱が滞留しないようにすることができる。これにより、電装箱３０内にファン４４がない場合に比べて、電装箱３０内に配置されるリアクタ４３等の電子部品の温度上昇を抑制して、電装箱３０の内部における温度分布を、より平均化することができる。したがって、製品の故障や寿命低下を抑制することができる。また、電装箱３０を気密に構成しているので、電装箱３０に漏洩冷媒が浸入することがなく、防爆対策もでき、安全性を高めることができる。

また、本実施の形態においては、圧縮機２２、利用側熱交換器２３、膨張手段２４を筐体１０の一方に位置する機械室１３に配置し、熱源側熱交換器２０、送風装置２１を筐体１０の他方に位置する送風機室１２に配置し、電装箱３０は、機械室１３および送風機室１２に跨がって配置されている。
これにより、電装箱３０の少なくとも一部を送風機室１２に配置することで、電装箱３０の送風機室１２側に位置する部分に、送風装置２１で風を送り、電装箱３０の放熱を促進し、冷却を行うことができる。

また、本実施の形態においては、電装箱３０の少なくとも送風機室１２に位置する部分を金属材料で構成し、電装箱３０に収容される制御基板４０に放熱板４１を設け、放熱板４１は、送風機室１２に配置されている。
これにより、電装箱３０を金属材料で構成することで、熱伝導効率を高めることができ、電装箱３０の冷却効率を高めることができる。また、送風装置２１により送られる空気により、放熱板４１を介して制御基板４０を冷却することができる。

また、本実施の形態においては、筐体１０の天板１７と、電装箱３０と間に通風可能な空間が形成されている。
これにより、電装箱３０の上面にも空気が流れることになり、電装箱３０の表面全体を空気により冷却することができ、電装箱３０の内部に収容されるリアクタ４３の温度上昇を抑制することができる。

また、本実施の形態において、可燃性冷媒は、Ｒ３２若しくはＲ３２を７０重量パーセント以上含む混合冷媒、またはプロパン若しくはプロパンを含む混合冷媒である。
本実施の形態において、電装箱３０は密閉構造であり、前述の可燃性冷媒から隔離されている。これにより、可燃性冷媒が漏洩した場合でも、スパークによる着火などの事故を防止することができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。

［上記実施形態によりサポートされる構成］
上記実施形態は、以下の構成をサポートする。

（構成１）
筐体の内部に、圧縮機、利用側熱交換器、膨張手段および熱源側熱交換器を収容し、これらを環状に接続し可燃性冷媒を用いた冷媒回路と、前記熱源側熱交換器に空気を流通させる送風装置と、電装箱と、を備え、前記電装箱は、気密に構成され、電装箱の内部には、空気を循環させる循環装置を設けたヒートポンプサイクル装置。
この構成によれば、電装箱内の循環装置により電装箱の内部における温度分布を平均化することができ、電装箱内に配置されるリアクタをはじめとする電子部品の温度を平均化することができ、製品の故障や寿命低下を抑制することができる。また、電装箱を気密に構成しているので、電装箱に漏洩冷媒が浸入することがなく、防爆対策もでき、安全性を高めることができる。

（構成２）
前記圧縮機、前記利用側熱交換器、前記膨張手段を前記筐体の一方に位置する機械室に配置し、前記熱源側熱交換器、前記送風装置を前記筐体の他方に位置する送風機室に配置し、前記電装箱は、前記機械室および前記送風機室に跨がって配置されている構成１に記載のヒートポンプサイクル装置。
この構成によれば、電装箱の少なくとも一部を送風機室に配置することで、電装箱３０の送風機室１２側に位置する部分に、送風装置２１で風を送り、電装箱３０の放熱を促進し、冷却を行うことができる。

（構成３）
前記電装箱の少なくとも前記送風機室に位置する部分を金属材料で構成し、前記電装箱に収容される制御基板に放熱板を設け、前記放熱板は、前記送風機室に配置されている構成１または構成２に記載のヒートポンプサイクル装置。
この構成によれば、電装箱を金属材料で構成することで、熱伝導効率を高めることができ、電装箱の冷却効率を高めることができる。また、送風装置により送られる空気により、放熱板を介して制御基板を冷却することができる。

（構成４）
前記筐体の天板と、前記電装箱との間に通風可能な空間が形成されている構成１から構成３のいずれか一項に記載のヒートポンプサイクル装置。
この構成によれば、送風機室内にある電装箱の上面にも空気が流れることになり、送風機室内にある電装箱の表面全体を空気により冷却することができ、電装箱の内部に収容されるリアクタの温度上昇を抑制することができる。

（構成５）
前記可燃性冷媒は、Ｒ３２若しくはＲ３２を７０重量パーセント以上含む混合冷媒、またはプロパン若しくはプロパンを含む混合冷媒である構成１から構成４のいずれか一項に記載のヒートポンプサイクル装置。
本実施の形態において、電装箱３０は密閉構造であり、前述の可燃性冷媒から隔離されている。これにより、可燃性冷媒が漏洩した場合でも、スパークによる着火などの事故を防止することができる。

本開示は、電装箱内部の温度を平均化し、放熱しやすくすることで、製品の故障や寿命低下を抑制することができ、かつ、電装箱に漏洩冷媒が浸入することがなく、防爆対策もでき、安全性を高めることができるヒートポンプサイクル装置に好適に利用可能である。

１ ヒートポンプサイクル装置
１０ 筐体
１１ 仕切板
１２ 送風機室
１３ 機械室
１４ 底板
１５ａ 右側前パネル
１５ｂ 右側後パネル
１６ 前面パネル
１７ 天板
１８ 通風部
２０ 熱源側熱交換器
２１ 送風装置
２２ 圧縮機
２３ 利用側熱交換器
２４ 膨張手段
２５ 冷媒配管
２７ 四方弁
２８ 給水配管
３０ 電装箱
３１ 開口
３２ 電装箱本体
３３ 蓋部材
３４ 電装箱底面
３５ 底面開口部
４０ 制御基板
４１ 放熱板
４２ シール材
４３ リアクタ
４４ ファン
４５ ケーブル
４６ 取り付け部
５０ ケーブルグランド

Claims (5)

1. 筐体の内部に、圧縮機、利用側熱交換器、膨張手段および熱源側熱交換器を収容し、これらを環状に接続し可燃性冷媒を用いた冷媒回路と、前記熱源側熱交換器に空気を流通させる送風装置と、電装箱と、を備え、
   前記電装箱は、気密に構成され、電装箱の内部には、空気を循環させる循環装置を設けた
   ヒートポンプサイクル装置。
2. 前記圧縮機、前記利用側熱交換器、前記膨張手段を前記筐体の一方に位置する機械室に配置し、前記熱源側熱交換器、前記送風装置を前記筐体の他方に位置する送風機室に配置し、
   前記電装箱は、前記機械室および前記送風機室に跨がって配置されている
   請求項１に記載のヒートポンプサイクル装置。
3. 前記電装箱の少なくとも前記送風機室に位置する部分を金属材料で構成し、
   前記電装箱に収容される制御基板に放熱板を設け、
   前記放熱板は、前記送風機室に配置されている
   請求項２に記載のヒートポンプサイクル装置。
4. 前記筐体の天板と、前記電装箱との間に通風可能な空間が形成されている
   請求項２に記載のヒートポンプサイクル装置。
5. 前記可燃性冷媒は、Ｒ３２若しくはＲ３２を７０重量パーセント以上含む混合冷媒、またはプロパン若しくはプロパンを含む混合冷媒である
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のヒートポンプサイクル装置。

Images