JP5259271B2

JP5259271B2 - 冷却ユニット

Info

Publication number: JP5259271B2
Application number: JP2008169177A
Authority: JP
Inventors: 浩二三嶋
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Consumer Electronics Holdings Corp; Toshiba Home Appliances Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: JP2010007982A

Description

本発明は、冷却対象物に冷気を供給してこれを冷却するようにした冷却ユニットの構成に関する。

従来、食品などを収納冷蔵する冷蔵貯蔵庫などのキャビネット装置に連結して、キャビネット内部を所定温度に冷却保持するようにした冷却ユニットが存在する（例えば、特許文献１参照）。

これに対して、本出願人らは、比較的小型の冷却対象物、例えば、トラックや乗用車などの車内で仮眠するような場合に、エンジンをアイドリング状態にしておこなうカーエアコンによる冷房ではなく、冷凍サイクルをユニット化してコンパクト化するとともに、これらの設置スペースを可能な限り小さくし、据え付け安定性を良好にして車内に取り付け、冷風の吹き出しによって限られた空間を外部雰囲気温度に拘わらずに冷却して快適な睡眠環境を形成する冷却性能の高い冷却ユニットを発明し、特願２００７−１６４８９３号として出願している。

この冷却ユニット（51）は、図１２に示すように、圧縮機（57）と凝縮器（58）と蒸発器（62）とを連結して冷凍サイクルを形成し、前記蒸発器（62）を断熱壁体（67）で形成した冷却室（69）内に収納するとともに、圧縮機（57）と凝縮器（58）とを機械室（56）内に配設し、前記冷却室（69）を機械室（56）の上部に載置することで冷凍サイクルをユニット化しコンパクト化するとともに、これらの設置スペースを可能な限り小さくして据え付け安定性を良好にしたものである。
特開２００６−３２９５５４号公報

しかしながら、前記冷却ユニット（51）を床面に設置したマット部分に冷気を供給する空気循環式の寝具（75）に適用したような場合には、冷気を発生する冷却室（69）が機械室（56）の上部に位置していることから、この冷却室（69）から床面に設置したマットまで冷気を供給するためには長尺の送風ダクト（76）（77）が必要となり、その分設置スペースが増加するだけでなく、部品材料が多くなり、コスト高になるとともに据え付け部における長尺のダクトの存在は外観を損なう不具合があった。

本発明は、上記の点を考慮してなされたものであり、冷却ユニットにおける冷却室と機械室とのレイアウトを変更することにより設置スペースを小さくするとともに、本体最上部に配置される制御基板収納室に対する機械室からの熱影響を抑制して温度上昇による弊害を防ぎ、制御基板部の強度を大きく保って車載の際の振動からも保護することができる冷却ユニットを提供する。

上記課題を解決するために本発明の冷却ユニットは、圧縮機と凝縮器と蒸発器とを環状に連結して形成した冷凍サイクルと、断熱壁体で形成され内部に前記蒸発器と冷却ファンを収納するとともに冷気の外部への吹き出し風路および戻り風路を形成した冷却室と、前記圧縮機と凝縮器とを配設した機械室とを備え、前記冷却室を機械室の下方に配置した冷却ユニットにおいて、蒸発器は、奥行き寸法に比べて幅寸法が大きく設けられ、冷却室の前面に沿わせ立設され、蒸発器の一端側の冷却室の側部に冷却ファンが設けられ、蒸発器の前方に吸い込み流路が設けられ、冷却ファンの前方に吹き出し流路が設けられ、吸い込み流路から吸い込んだ空気は、蒸発器の前面から後方へ流れ、冷却ファンによって前方へ向け吹き出し流路から吹き出されることを特徴とする冷却ユニット。

本発明によれば、床面に設置した空気循環式マットなどの冷却対象物と冷却室との距離を最短化することができるので、送風ダクトの長さの短縮、あるいはダクトの設置自体をなくすことができ、設置スペースの縮小や部品のコスト低減を可能にするとともに、機械室の上部に配置される制御基板収納室の強度を大きく保って車載の際の振動から保護できるようにし、さらに、制御基板収納室に対する機械室からの熱影響を抑制して制御基板部の温度上昇による弊害を防ぐことができる

以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。外観図を図１、その外郭キャビネットを取り外した状態の斜視図を図２に示し、ユニット全体の分解斜視図を図３、正面からの断面図を図４に示す冷却ユニット（１）は、薄鋼板製の外板（２）をほぼコ字状に折曲することにより横長で所定高さを有する外郭キャビネットの前面および両側壁を形成するとともに背面を後板（３）で閉塞して箱体を形成し、高さ方向のほぼ中央部を剛性のある鋼板などで形成した仕切壁（４）とその下方に設けた発泡スチロール成形体などの断熱壁（５）で仕切ることで上下の空間に区分している。

前記仕切壁（４）の上方の空間は、冷凍サイクルの一環をなし、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（７）と、吐出された高温高圧の冷媒を受けて放熱し凝縮する凝縮器（８）およびこれら凝縮器（８）などの高温となる部品を冷却して凝縮させる放熱ファン（９）を前記仕切壁（４）上に設置し、その両側面には補強のためアングル部材（10）（11）を外板（２）に取り付けて機械室（６）の空間を形成している。

前記冷凍サイクルは、前記圧縮機（７）と凝縮器（８）、減圧器である図示しない毛細管、および蒸発器（12）を環状に連結して構成されており、圧縮機（７）の駆動により冷媒を循環し、蒸発器（12）で蒸発させることによって冷気を生成するものである。前記機械室（６）内の横断面図である図５に示すように、重量物である圧縮機（７）は、前記仕切壁（４）上の幅方向の一側に偏倚して振動吸収用のクッション体を介して固着されており、蛇行曲げした冷媒管を多数のフィンに嵌入させて奥行き寸法を薄く形成した直方体状の凝縮器（８）は、面積の大きなその前面を外板（２）の前面に形成した吸込み開口（13）に沿わせて立設させ、この吸込み開口（13）と凝縮器（８）との間には埃などを遮蔽するためにフィルター（14）を設けている。

凝縮器（８）の背面側における前記圧縮機（７）に対向するコーナーの仕切壁（４）には排気口（15）を開口させており、この排気口（15）の端縁に面して前記放熱ファン（９）を立設させている。この放熱ファン（９）は、前記圧縮機（７）の運転に同期して駆動されるものであって、駆動時には、外気を前面の開口（13）から内部に吸引して凝縮器（８）を冷却し、熱交換した空気を外板（２）の前記排気口（15）から下方の排気ダクト（16）に向けて放出するようにしている。

このとき、前述したように、圧縮機（７）は機械室（６）内の側部に偏倚しているため放熱ファン（９）による冷却作用を直接受けないようにしており、過冷却による蒸発温度を低下を防いでいるとともに、偏倚している分奥行き方向で放熱ファン（９）と圧縮機（７）が重ならないように配置することで、機械室（６）の奥行き寸法の短縮化をはかっている。

前記仕切壁（４）の下方に設けた前記断熱壁（５）の下方空間には、これに連なるように同様の材料で形成された断熱側壁（17）を外板（２）の内面側に配設し、底部には剛性のある断熱壁（18）を設けることで内部を断熱空間とした冷却室（19）を設置しており、図６の横断面図で示すように、その中央部から前方の部分には、前記凝縮器（８）からの冷媒を受けてこれを蒸発させることで低温化した冷気を生成する蒸発器（12）を冷却室（19）の幅方向に亙って立設状態で配置している。

この蒸発器（12）も前記凝縮器（８）と同様に、蛇行曲げした冷媒管と冷媒管に嵌着した多数のフィンとから所定の幅と高さ寸法を有して奥行き寸法を薄くした横長の直方体を形成しており、前記蒸発器（12）の一端側の冷却室（19）の側部、すなわち、図６中の左側には、シロッコファンからなる冷却ファン（20）を蒸発器（12）の長手方向に直交するように、冷却室（19）の奥行き方向に亙り、立設させて併置している。

前記蒸発器（12）の下面に対応する冷却室（19）の底面には、一側に向かって下方傾斜させた露受け樋（21）を形成しており、この露受け樋（21）によって、除霜時における蒸発器（12）の融解水を集めるようにしている。集められた水は、露受け樋（21）の傾斜下端部と前記排気ダクト（16）とを連通するように形成した排水路（22）を流下し、排気ダクト（16）から外部に流出する。

前記排気ダクト（16）は、冷却室（19）をその平面からみた状態で、前記機械室（６）の底部に開口させた前記排気口（15）に対応する仕切壁（４）、断熱壁（５）、断熱側壁（17）および底面の断熱壁（18）の１コーナー部、本実施例では右奥のコーナー部を内方に凹陥させて形成した凹陥部（23）と前記排気口（15）とによって設けられたものであり、上方に位置する機械室（６）から本体底面まで貫通させることで、冷却ユニット（１）の駆動時には、凝縮器（８）や圧縮機（７）と熱交換して温度上昇した空気を前記放熱ファン（９）の回転により下方に流下させ、外気中に放出するようにしている。

冷却室（19）における前記冷却ファン（20）の設置部の前方には、ファンケーシングによって連結され、冷却対象物、例えば、図７に示す冷却ユニット（１）の前面側に相対向して配置した空気循環式の冷却マット（25）の空洞内部に冷気を導入するようにその冷気取り入れ口（25ａ）に連結した円筒状の吹き出し風路（26）を外方に突出させている。また、この吹き出し風路（26）の幅方向の他側に位置する前記蒸発器（12）の前面には、戻り風路（27）を前記吹き出し風路（26）と同様に突出させて設けており、前記冷却マット（25）内を循環冷却した冷気を戻り口（25ｂ）から前記戻り風路（27）を介して冷却室（19）内の前記蒸発器（12）に流入させるようにしている。

以上の構成により、冷却ユニット（１）における圧縮機（７）を運転した場合には、凝縮器（８）からの冷媒を蒸発させることで蒸発器（12）を低温化して冷却室（19）内の空気を冷却し、生成された冷気を冷却ファン（20）によって吹き出し風路（26）から冷却マット（25）などの冷却対象物に吹き出してこれを冷却するものであり、循環後は戻り風路（27）から冷却室（19）内の蒸発器（12）に流入させ、再び冷却して吹き出す冷気循環を繰り返す。

したがって、従来の冷却室（69）を機械室（56）の上方に配置する構成に比して、冷却室（19）を機械室（６）の下方に配設したので、前記図７に示すように、冷却室（19）からの冷気の吹き出し風路（26）や戻り風路（27）の位置が冷却ユニット（１）の低部となり、特に、冷却対象物が前記空気循環式の冷却マット（25）などのように床面近傍に配置するものの場合は、その接続構成がきわめて容易となり、熱損失が少ないので冷気の伝達効率を向上させることができる。また、床面近傍に設置した冷却マット（25）の冷気取り入れ口（25ａ）や戻り口（25ｂ）と前記冷気吹き出し風路（26）や戻り風路（27）とを直接連結することができるので、長尺のダクト部材が不必要になり、ダクトスペースを削減できるばかりか、部品数やコストアップを抑制でき、ダクト部材が突出しないので外観を良好に保つことができる。

そしてまた、機械室（６）においては凝縮器（８）や圧縮機（７）の配設位置に対向するコーナー部に排気口（15）を設け、冷却室（19）については蒸発器（12）とその長手方向と直交する側部に配置した冷却ファン（20）と対向し、且つ前記排気口（15）に対応するコーナー部に凹陥部（23）をそれぞれ設けることによって排気ダクト（16）を形成したので、各室（６）（19）への効果的な部品配置により生み出したスペース空間を活用して大きな排気スペースとすることができ、放熱効率を高くして冷凍サイクルの効率を向上できるとともに、冷却ユニット（１）としての外形を最小レベルまでコンパクト化でき、設置スペースの縮小が可能となる。

しかして、前記冷却ユニット（１）を、例えば、車載用として使用した場合には、走行中のトラックの振動が冷却ユニット（１）に伝達して制御基板にハンダクラックを生じたり電装品が損傷したりして制御に支障を及ぼす可能性がある。

本発明は、これを防止するための構成であって、冷却ユニット（１）全体の分解斜視図である前記図３、および冷却ユニット（１）の上部からの斜視図である図８から理解されるように、前記機械室（６）の上部には、合成樹脂で形成した仕切板（28）により区画された制御基板収納室（29）を配設するとともに、その前面には操作パネル（30）を配置して冷却ユニット（１）の運転を制御するようにしている。

そして、前記制御基板収納室（29）は、拡大斜視図を図９に示し、正面からの断面図を図１０、側方からの縦断面図を図１１に示すように、制御基板（31）上にＤＣ−ＡＣインバータやトランスを配設したものであって、薄鋼板で形成された周壁部と底壁からなる箱状で剛性の大きな収納ボックス（32）によって本体の幅方向に長く設けており、その天井部の開口は合成樹脂で成形された固定枠（33）を介して蓋体（34）で閉塞している。

前記制御基板（31）は、収納ボックス（32）の底壁にスペーサを介して固着されており、収納ボックス（32）の周壁部は、前記外板（２）の両側内面に取り付けた補強板であるアングル部材（10）（11）の面と所定の間隙（35）を設けるとともに、その上部の端縁同士を前記固定枠（33）を介して係合させ、ネジ固定しており、その前面および後面についても外板（２）および後板（３）との間に間隙（36）を形成している。

したがって、制御基板収納室（29）は、強度の大きなアングル部材（10）（11）に、これも剛体である収納ボックス（32）を固定枠（33）を介して強固に取り付けることで構成されており、前記収納ボックス（32）中に制御基板（31）取り付けることにより、制御部品への外力の影響を抑制し保護することができるものである。

以上のように、制御基板収納室（29）を剛性の大きな構造体にした場合は、車載用として使用しても充分に振動や衝撃に耐えることができるが、反面、制御基板（31）は、７０〜８５℃の高温となる機械室（６）に隣接しているとその熱影響を受けて温度上昇し、強度を維持するため、また埃の侵入を防ぐために、透孔などを設けない密閉筐体内に収納されているとさらに高温化するので、温度上昇により制御機器が損傷する怖れがある。

これに対応するため、本実施例においては、収納ボックス（32）の周壁部の一側および対向する前後面に開口（37）（37）を設けて前記制御基板収納室（29）と間隙（35）（36）との間に通風路を形成するとともに、開口（37）（37）に対向する他側には循環ファン（38）を配置し、この循環ファン（38）を駆動させた場合には、制御基板（31）上に送風して前記各開口（37）（37）から前記間隙（35）（36）に流出させようにしており、制御基板収納室（29）内に空気を循環させることで制御基板（31）部分の放熱をおこなうようにしている。

また、前記仕切板（28）と収納ボックス（32）との間隙には、発泡スチロールなどの成形体からなる断熱体（39）を充填設置しており、冷却運転により高温状態となる前記機械室（６）からの熱を遮断する断熱仕切壁としている。

さらに、前記収納ボックス（32）を補強するため、その底壁外面には、本体の長手方向である幅方向に亙って１ｍｍ厚程度の鋼板からなる補強板（40）を固着させている。そして、この補強板（40）に対応する前記断熱体（39）の面には、その長手方向に亙って補強板（40）の折曲フランジを含む範囲を切除した凹溝（39ａ）を形成しており、この凹溝（39ａ）によって収納ボックス（32）の底壁との間に空隙（41）を設けるようにしている。前記凹溝（39ａ）は収納ボックス（32）の全幅寸法に亙って形成するとともに両端部を前記間隙（35）（35）に臨ませて連通させることで、前記空隙（41）をも前記循環ファン（38）の送風による放熱循環路として活用することができる。

また、前記断熱体（39）と仕切板（28）とからなる断熱仕切体の周壁面と、外板（２）やアングル部材（10）（11）、あるいは後板（３）で形成される本体キャビネット側の側壁との間隙には、連続気泡発泡体で形成されたテープなどからなる弾性シール材（42）を全周に亙って貼り付けている。これは、高温となる機械室（６）の熱が、仕切板（28）の端縁部と本体側との間隙を通って制御基板収納室（29）内に侵入することを抑制するためであり、前述したように、冷却室（19）を本体下方に配置することで、機械室（６）と制御基板収納室（29）とが隣接状態になっても、前記弾性シール材（42）による気密構成によって機械室（６）と制御基板収納室（29）とが熱遮断され、下方からの熱影響を抑制して、制御基板および制御機器の過熱を防ぐことができる。

なお、前記アングル部材（10）（11）と外板（２）との間隙から機械室（６）の熱が制御基板収納室（29）内に侵入しないように、アングル部材（10）（11）の外周にも前記同様の弾性シール材（43）を貼り付けて外板（２）との間隙を閉塞するようにすれば、機械室（６）からの熱移動をさらに阻止することができるものであり、上記構成によれば、冷却ユニット（１）における圧縮機（７）や凝縮器（８）の発生熱によって機械室（６）が温度上昇しても、その熱は仕切体（28）や断熱体（39）あるいは弾性シール材（42）（43）によって遮断され、制御基板収納室（29）内の温度上昇を効果的に抑制することができる。

また、前記冷却対象物としての前記冷却マット（25）は、内部の空洞内に冷気を導入することにより、その上部や内部に入る人体を冷却するものであるが、冷却対象物はこれに限るものではなく、その形態や設置スペースから、冷却ユニットと冷却対象物とが一体化できない構成のものであればよく、断熱箱体の内部に冷気を導入して収納されている食品などを冷却する冷却貯蔵庫としてもよい。さらに、小部屋や室内の一部の空気冷却に用いることを目的としたスポットクーラーでもよく、さらに、これらの冷却対象物を戸外で使用する場合を考慮すれば、電源は、交流電源に限らず電池を使用するようにしてもよい。

本発明の１実施形態を示す冷却ユニットの外観斜視図である。図１から外郭キャビネットを取り外した状態の斜視図である。図１の冷却ユニットの分解斜視図である。図１の冷却ユニットの正面からの縦断面図である。図４における上部機械室部分の横断面図である。図４における下部冷却室部分の横断面図である。図１の冷却ユニットの使用状態の例を示す説明図である。図２の上部の蓋体を除去した状態を示す上部からの斜視図である。図８の要部である制御基板収納部の拡大斜視図である。図９の正面からの縦断面図である。図１０の制御基板収納部の上面を蓋体で覆った状態の側断面図である。従来の冷却ユニットの正面からの断面図である。

符号の説明

１冷却ユニット２外板４仕切壁
６機械室７圧縮機８凝縮器
９放熱ファン 10、11 アングル部材 12 蒸発器
13 吸込み開口 14 フィルター 15 排気口
16 排気ダクト 17、18 断熱壁 19 冷却室
20 冷却ファン 21 露受け樋 23 凹陥部
25 冷却マット 25ａ冷気取り入れ口 25ｂ戻り口
26 吹き出し風路 27 戻り風路 28 仕切板
29 制御基板収納室 30 操作パネル 31 制御基板
32 収納ボックス 33 固定枠 34 蓋体
35、36 間隙 37 開口 38 循環ファン
39 断熱体 39ａ凹溝 40 補強板
41 空隙 42、43 弾性シール材

Claims

圧縮機と凝縮器と蒸発器とを環状に連結して形成した冷凍サイクルと、断熱壁体で形成され内部に前記蒸発器と冷却ファンを収納するとともに冷気の外部への吹き出し風路および戻り風路を形成した冷却室と、前記圧縮機と凝縮器とを配設した機械室と、制御機器類や基板を収納した制御基板収納室とを備え、前記冷却室を機械室の下方に配置するとともに、前記制御基板収納室を機械室の上部に配置し、この制御基板収納室と機械室との間を仕切板で断熱区分した冷却ユニットにおいて、
蒸発器は、奥行き寸法に比べて幅寸法が大きく設けられ、冷却室の前面に沿わせ立設され、蒸発器の一端側の冷却室の側部に冷却ファンが設けられ、蒸発器の前方に吸い込み流路が設けられ、冷却ファンの前方に吹き出し流路が設けられ、吸い込み流路から吸い込んだ空気は、蒸発器の前面から後方へ流れ、冷却ファンによって前方へ向け吹き出し流路から吹き出されることを特徴とする冷却ユニット。
制御基板収納室は、剛体からなる板体により本体キャビネット側の側壁との間に間隙を設けた周壁部と底壁を有する収納ボックスにより形成してその天井部を蓋体で閉塞し、周壁部に開口を設けるとともにこの開口を介して制御基板収納室内に空気を循環させる循環ファンを設置したことを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
仕切板と本体キャビネット側の側壁との間隙は、シール材にて気密にシールしたことを特徴とする請求項１または２記載の冷却ユニット。
制御基板収納室の底壁には長手方向に亙って補強板を配設し、この補強板を含む前記底壁と機械室との間に断熱体を介在させて上下に区分したことを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
制御基板収納室の底壁に対向する断熱体の面に長手方向に亙る凹部を形成し、この凹部を前記制御基板収納室内と連通させて放熱循環路としたことを特徴とする請求項４記載の冷却ユニット。