JP6749293B2 - 冷凍装置の室外ユニット - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る室外ユニット10を有する空調システム100の概略構成図である。空調システム100は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、対象空間(居住空間や貯蔵庫内等の被空調空間)の冷却又は加熱等の空調を行うシステムである。空調システム100は、主として、室外ユニット10と、複数(ここでは2台)の室内ユニット30(30a、30b)と、液側連絡配管L1及びガス側連絡配管G1と、を有している。
室外ユニット10は、室外空間に設置される。室外空間は、空気調和が行われる対象空間外の空間であり、例えば建物の屋上等の屋外や、地下空間等である。室外ユニット10は、液側連絡配管L1及びガス側連絡配管G1を介して各室内ユニット30と接続されており、冷媒回路RCの一部(室外側回路RC1)を構成している。室外ユニット10は、室外側回路RC1を構成する機器として、主としてアキュームレータ11、圧縮機12、油分離器13、四路切換弁14、室外熱交換器15、及び室外膨張弁16等を有している。これらの機器(11−16)は、冷媒配管によって接続されている。
室内ユニット30は、室内(居室や天井裏空間等)に設置されており、冷媒回路RCの一部(室内側回路RC2)を構成している。室内ユニット30は、室内側回路RC2を構成する機器として、主として、室内膨張弁31及び室内熱交換器32等を有している。
液側連絡配管L1及びガス側連絡配管G1は、室外ユニット10及び各室内ユニット30を接続する冷媒連絡配管であり、現地にて施工される。液側連絡配管L1及びガス側連絡配管G1の配管長や配管径については、設計仕様や設置環境に応じて適宜選定される。
以下、冷媒回路RCにおける冷媒の流れについて説明する。空調システム100では、主として、正サイクル運転と逆サイクル運転が行われる。ここでの冷凍サイクルにおける低圧は、圧縮機12の吸入される冷媒の圧力(吸入圧力)であり、冷凍サイクルにおける高圧は、圧縮機12から吐出される冷媒の圧力(吐出圧力)である。
正サイクル運転(冷房運転等)時には、四路切換弁14が正サイクル状態(図1の四路切換弁14の実線で示される状態)に制御される。正サイクル運転が開始されると、室外側回路RC1内において、冷媒が圧縮機12に吸入されて圧縮された後に吐出される。圧縮機12では、運転中の室内ユニット30で要求される熱負荷に応じた容量制御が行われる。具体的には、吸入圧力の目標値が室内ユニット30で要求される熱負荷に応じて設定され、吸入圧力が目標値になるように圧縮機12の運転周波数が制御される。圧縮機12から吐出されたガス冷媒は、室外熱交換器15に流入する。
逆サイクル運転(暖房運転等)時には、四路切換弁14が逆サイクル状態(図1の四路切換弁14の破線で示される状態)に制御される。逆サイクル運転が開始されると、室外側回路RC1内において、冷媒が圧縮機12に吸入されて圧縮された後に吐出される。圧縮機12では、正サイクル運転同様、運転中の室内ユニット30で要求される熱負荷に応じた容量制御が行われる。圧縮機12から吐出されたガス冷媒は、室外側回路RC1から流出し、ガス側連絡配管G1を経て運転中の室内ユニット30の室内側回路RC2に流入する。
図2は、正面側から見た室外ユニット10の斜視図である。図3は、背面側から見た室外ユニット10の斜視図である。図4は、室外ユニット10の概略分解図である。
室外ユニット10は、外郭を構成し、各機器(11、12、13、14、15、16、20等)を収容する室外ユニットケーシング40を有している。室外ユニットケーシング40(特許請求の範囲記載の「ケーシング」に相当)は、複数の板金部材が組み上げられることによって、略直方体形状に形成されている。室外ユニットケーシング40の左側面、右側面及び背面の大部分は開口であり、係る開口が室外空気流AFを吸い込むための吸気口401として機能する。
図6は、底フレーム43上に配置される機器の配置態様と、室外空気流AFの流れ方向とを模式的に示した図である。図6に示されるように、底フレーム43上には、アキュームレータ11、圧縮機12、油分離器13及び室外熱交換器15を含む各種機器が、所定位置に配置されている。また、底フレーム43上には、室外ユニット制御部20を収容する電装品箱50が配置されている。
図8は、室外ユニットケーシング40内における室外空気流AFの流れる態様を模式的に示した図である。図6及び図8に示されるように、室外空気流AFは、室外ユニットケーシング40の左側面、右側面及び背面に形成された吸気口401から室外ユニットケーシング40内に流入し、室外熱交換器15(熱交換面151)を通過した後、主として下方から上方に向かって流れ、吹出口402から流出する。すなわち、室外空気流AFは、吸気口401を介して室外ユニットケーシング40内に水平方向に沿って流入し、室外熱交換器15を通過した後、上方向に転回して吹出口402に向かって下方から上方に向かって流れる。
図9は、(前面カバー51を取り外した状態の)電装品箱50の正面図である。図10は、図9に示される電装品箱50の背面図である。図11は、図9に示される電装品箱50の右側面図である。
電装品箱50は、幅方向(ここでは左右方向)及び奥行き方向(ここでは前後方向)の寸法よりも高さ方向(ここでは上下方向)の寸法が大きい略直方体状の金属製の箱である。電装品箱50内の空間(以下、「内部空間SP」と称する)には、室外ユニット制御部20を構成する各種部品が収容されている。
電装品箱50は、構成部材として、前面カバー51(図7参照)と、本体フレーム52(図14−15参照)と、天面カバー53(図17−18参照)と、を有している。
前面カバー51は、電装品箱50の正面部分を構成する略長方形状の板状部材である。前面カバー51は、電装品箱50の幅寸法及び高さ寸法と略同一の幅寸法及び高さ寸法を有する。
図14は、本体フレーム52の正面斜視図である。図15は、図14とは異なる方向から見た本体フレーム52の正面斜視図である。図16は、天面カバー53を取り外した状態の電装品箱50の上面図である。
図17は、天面カバー53の斜視図である。図18は、図17とは異なる方向から見た天面カバー53の斜視図である。
電装品箱50には、右側面部523に形成された第3開口52c及び第4開口52dから内部空間SPへの液体の浸入を抑制する第1側面カバー54及び第2側面カバー55が配置されている。
図19は、第1側面カバー54の斜視図である。図20は、図19とは異なる方向から見た第1側面カバー54の斜視図である。
第2側面カバー55は、本体フレーム52の右側面部523に形成される第4開口52dを介して液体が内部空間SPに流入することを抑制するべく、本体フレーム52の第4開口52dを外側から(上方及び側方から)覆うカバーである。第2側面カバー55は、一般に普及している汎用品である。第2側面カバー55には、圧縮機12に接続される電力線を通すための開口が複数(ここでは3つ)形成されている。
電装品箱50には、内部空間SPに配置される発熱部品を冷却するための第1冷却ユニット80及び第2冷却ユニット85が配置されている。
図21は、第1冷却ユニット80の斜視図である。図22は、図21のA部分の拡大図である。
図23は、第2冷却ユニット85の斜視図である。図24は、図23のB部分の拡大図である。
図25は、本体フレーム52に対して、圧縮機制御基板76、ファン制御基板77、第1冷却ユニット80及び第2冷却ユニット85を固定する態様を示した模式図である。
まず、第1冷却ユニット80(具体的には、ヒートパイプ保持部822の前面部822a)に対して、高発熱電気部品65(パワーモジュール)がビス止めされ固定される。この際、高発熱電気部品65は、ヒートパイプ83との熱交換が促進されるように、前面部822aに対して密着するように固定される。その後、第1冷却ユニット80に固定された状態の高発熱電気部品65は、圧縮機制御基板76の背面側に実装される。
まず第2冷却ユニット85(具体的には、第2冷却ユニット本体部87)に対して、ファン制御基板77がビス止めされ固定される。この際、ファン制御基板77は、ファン制御用電気部品66の冷却が促進されるように、ファン制御用電気部品66が第2冷却ユニット本体部87に対して密着するように固定される。
図29は、圧縮機制御基板76(高発熱電気部品65)、第1冷却ユニット80(第1冷却ユニットフィン81)、ファン制御基板77(ファン制御用電気部品66)、及び第2冷却ユニット85(第2冷却ユニットフィン86)の設置位置と、室外空気流AFの空気流路との関係を示した模式図である。
(9−1)
昨今、冷凍装置において圧縮機についてはインバータによって容量可変に制御されるのが主流であり、室外ユニット内に配置される基板には、圧縮機のインバータ制御を行うための各種電気部品(例えばパワーデバイスやパワーモジュール等)が実装されるのが一般的である。また、圧縮機以外の機器(例えば室外ファン等)を制御するための電気部品についても、通常、基板に実装される。この点については、上記実施形態における室外ユニット10でも同様である。
上記実施形態に係る室外ユニット10では、ファン制御用電気部品66に熱的に接続されファン制御用電気部品66を冷却する第2冷却ユニット85は、第2冷却ユニットフィン86を複数含み、第1冷却ユニットフィン81は、第2冷却ユニットフィン86よりも高い高さ位置に配置される。
上記実施形態に係る室外ユニット10では、第1冷却ユニット80においては、複数の第1冷却ユニットフィン81が第1フィンピッチP1で並んでいる。第2冷却ユニット85においては、複数の第2冷却ユニットフィン86が第2フィンピッチP2で並んでいる。第1フィンピッチP1は、第2フィンピッチP2よりも小さい。
上記実施形態に係る室外ユニット10では、高発熱電気部品65には、ファン制御用電気部品66よりも通電時の発熱量が大きいパワーデバイス・パワーモジュールが含まれるが、このように高発熱電気部品65の発熱量が特に大きい場合でも、高発熱電気部品65が十分に冷却されることが促進されており、信頼性向上が促進されている。
上記実施形態に係る室外ユニット10では、第1冷却ユニット80には、高発熱電気部品65と熱交換を行う冷却材を封入されるヒートパイプ83が含まれ、ヒートパイプ83は、高発熱電気部品65及び第1冷却ユニットフィン81の間に介在し、高発熱電気部品65及び第1冷却ユニットフィン81に熱的に接続されている。このように室外ユニット10では、高発熱電気部品65が冷却性能に優れるヒートパイプ83によって冷却されることで、発熱量が大きい高発熱電気部品65に関してその冷却量が大きく確保され、信頼性向上が特に促進されている。
上記実施形態に係る室外ユニット10では、ヒートパイプ83は、長手方向が水平方向に沿うように配置されている。これにより、ヒートパイプ83内の冷却材が凍結して破壊される事態(凍結パンク)が抑制されている。すなわち、ヒートパイプ83が水平方向に沿って配置されることで、外気温が低い環境下においても冷却材が凍結することが抑制されている。よって、ヒートパイプ83を用いて電気部品の冷却を行う場合において、信頼性低下が抑制されている。
上記実施形態に係る室外ユニット10では、電装品箱50の第5開口52eが室外ファン18よりも低い高さ位置であって第1冷却ユニットフィン81よりも高い高さ位置に配置されている(すなわち、電装品箱50の第5開口52eが第1冷却ユニットフィン81よりも風下側に配置されている)ことで、第1冷却ユニットフィン81と熱交換を行う室外空気流AFが、電装品箱50の第5開口52eから流出する排気によって加熱されることが抑制されている。その結果、電装品箱50から流出する排気を原因として第1冷却ユニットフィン81と室外空気流AFとの温度差が小さくなることが抑制され、高発熱電気部品65の冷却量低下が抑制されている。
上記実施形態に係る室外ユニット10では、電装品箱50の上方には、第5開口52eへの液体の浸入を妨げる天面カバー53が、第5開口52eから間隔をおいて配置されている。これにより、第5開口52eを介した電装品箱50への液体の浸入が確実に抑制されており、各電気部品に関して短絡や腐食等に対する信頼性が向上している。
上記実施形態に係る室外ユニット10では、基板ユニット75は圧縮機制御基板76とファン制御基板77とを含み、圧縮機制御用電気部品実装部分75aは圧縮機制御基板76に配置され、ファン制御用電気部品実装部分75bはファン制御基板77に配置されている。室外ユニット10では、このように高発熱電気部品65とファン制御用電気部品66とが別の基板に実装される場合においても、信頼性低下が抑制されている。
上記実施形態は、以下の変形例に示すように適宜変形が可能である。なお、各変形例は、矛盾が生じない範囲で他の変形例と組み合わせて適用されてもよい。
上記実施形態では、2つの室外ファン18を有する室外ユニット10´を想定して、電装品箱50内でファン制御基板77(ファン制御用電気部品66)が左右に2つ配置される場合について説明した。しかし、例えば図2−図4に示されるように、室外ファン18を1つのみ有する室外ユニット10においては、ファン制御基板77が1つのみ配置されればよい。すなわち、図12や図25等で示される2つのファン制御基板77のうち、一方については適宜省略されてもよい。係る場合、省略されるファン制御基板77に対応する第2冷却ユニット85についても省略される。
上記実施形態では、基板ユニット75は、圧縮機制御基板76とファン制御基板77とを含み、圧縮機制御用電気部品実装部分75aは圧縮機制御基板76に配置され、ファン制御用電気部品実装部分75bはファン制御基板77に配置されていた。すなわち、上記実施形態では、高発熱電気部品65が圧縮機制御基板76に実装され、ファン制御用電気部品66がファン制御基板77に実装されており、高発熱電気部品65とファン制御用電気部品66とは異なる基板に実装されていた。
上記実施形態では、高発熱電気部品65(パワーモジュール)が、第1冷却ユニット80(具体的には、ヒートパイプ保持部822の前面部822a)に密着するように固定される場合について説明した。高発熱電気部品65とヒートパイプ83との熱交換を促進させるうえでは、係る固定態様が選択されることが好ましい。
上記実施形態に係る室外ユニット10では、高発熱電気部品65は、室外ファン18よりも低い高さ位置であってファン制御用電気部品66よりも高い高さ位置に配置されていた。この点、「圧縮機制御用の高発熱電気部品65及び室外ファン18制御用のファン制御用電気部品66、双方の冷却が良好に行われることが促進され、信頼性低下が抑制される」という効果が実現される限り、高発熱電気部品65は、その全てがファン制御用電気部品66よりも高い高さ位置に配置される必要は必ずしもない。すなわち、上記(9−1)で記載した作用効果に矛盾が生じない限り、高発熱電気部品65は、水平方向から見た場合に、ファン制御用電気部品66と部分的に重畳していてもよい。
上記実施形態では、第1冷却ユニット80のヒートパイプ83は、長手方向が水平方向に沿うように配置されていた。この点、ヒートパイプ83の凍結パンクを抑制するという観点によれば、ヒートパイプ83は、係る態様で配置されることが好ましい。しかし、凍結パンクに対する信頼性が確保されるのであれば、ヒートパイプ83は、必ずしも係る態様で配置される必要はなく、長手方向が水平方向に交差するように配置されてもよいし、長手方向が鉛直方向に沿うように配置されてもよい。
上記実施形態では、高発熱電気部品65を冷却する第1冷却ユニット80は、ヒートパイプ83を有していた。この点、発熱量が大きい高発熱電気部品65に関して冷却量を大きく確保するという観点によれば、第1冷却ユニット80は、上記実施形態のようにヒートパイプ83によって高発熱電気部品65を冷却することが好ましい。しかし、信頼性確保の観点から、高発熱電気部品65に関して必要な冷却量が確保されるのであれば、必ずしも第1冷却ユニット80はヒートパイプ83を有している必要はない。
上記実施形態では、第2フィンピッチP2が第1フィンピッチP1の2倍以上大きい場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限定されず、第1フィンピッチP1及び第2フィンピッチP2の割合については、上記(9−1)に記載の作用効果に矛盾が生じない限り、設計仕様や設置環境に応じて適宜変更が可能である。例えば、第2フィンピッチP2は、第1フィンピッチP1の1.5倍以上の値に設定されてもよい。また、第2フィンピッチP2は、第1フィンピッチP1の同一以下に設定されてもよい。
上記実施形態では、電装品箱50の上方には、第5開口52eへの液体の浸入を妨げる天面カバー53が、第5開口52eから間隔をおいて配置されていた。この点、第5開口52eを介した電装品箱50への液体の浸入を抑制するという観点によれば、係る天面カバー53が上記実施形態における態様で配置されることが好ましい。しかし、高発熱電気部品65並びにファン制御用電気部品66の冷却を促進させるという効果を実現するうえで、必ずしも係る天面カバー53は必要ではない。電装品箱50への液体の浸入に対する信頼性が確保されるのであれば、係る天面カバー53については省略可能である。
上記実施形態では、室外ファン18は、室外ユニットケーシング40の上端付近に配置された。しかし、室外ユニットケーシング40内において下方から上方へ流れる室外空気流AFを生成可能であり、上記(9−1)に記載の作用効果に矛盾が生じない限り、室外ファン18の設置位置については適宜変更が可能である。例えば、室外ファン18は、室外ユニットケーシング40の中段の高さ位置付近に配置されてもよい。
上記実施形態では、高発熱電気部品65が、複数のパワーデバイスを含むパワーモジュールである場合について説明した。しかし、高発熱電気部品65は、必ずしもこれに限定されず、通電時に発熱する電気部品である限り、他の電気部品であってもよい。
上記実施形態における冷媒回路RCの構成態様は、必ずしも図1に示す態様に限定されず、設計仕様や設置環境に応じて適宜変更が可能である。例えば、必ずしも必要ではない場合には、アキュームレータ11や室外膨張弁16については、適宜省略が可能である。また、冷媒回路RCには、図1に示されない機器(例えばレシーバ等)が新たに追加されてもよい。
上記実施形態では、本発明が、1台の室外ユニット10に対して2台の室内ユニット30が連絡配管(L1、G1)で並列に接続された空調システム100に適用される例について説明した。しかし、本発明が適用される空調システムの構成態様は、必ずしも係る態様には限定されない。すなわち、本発明が適用される空調システムに関して、室外ユニット10及び/又は室内ユニット30の台数及びその接続態様については、設置環境や設計仕様に応じて適宜変更が可能である。
上記実施形態において本発明は、空調システム100に適用されていた。しかし、これに限定されず、本発明は、冷媒回路を有する他の冷凍装置(例えば給湯器やヒートポンプチラー等)にも適用可能である。
12 :圧縮機
15 :室外熱交換器
18 :室外ファン(ファン)
20 :室外ユニット制御部
30 :室内ユニット
40、40´:室外ユニットケーシング(ケーシング)
41 :据付脚
43 :底フレーム
45 :支柱
47 :前面パネル
47a :第1前面パネル
47b :第2前面パネル
49 :ファンモジュール
50 :電装品箱(電気部品ボックス)
51 :前面カバー
52 :本体フレーム
52a :第1開口
52b :第2開口
52c :第3開口
52d :第4開口
52e :第5開口(排気口)
52f :第6開口
53 :天面カバー(カバー部)
54 :第1側面カバー
55 :第2側面カバー
57 :第1取付具
58 :第2取付具
63 :圧縮機制御用電気部品
65 :高発熱電気部品(第1電気部品)
66 :ファン制御用電気部品(第2電気部品)
71 :制御基板
75 :基板ユニット(基板部)
75a :圧縮機制御用電気部品実装部分(第1部分)
75b :ファン制御用電気部品実装部分(第2部分)
76 :圧縮機制御基板(第1基板)
77 :ファン制御基板(第2基板)
80 :第1冷却ユニット(第1冷却器)
81 :第1冷却ユニットフィン(第1放熱フィン)
82 :第1冷却ユニット本体部
82a :ヒートパイプ挿入孔
83 :ヒートパイプ
85 :第2冷却ユニット(第2冷却器)
86 :第2冷却ユニットフィン(第2放熱フィン)
87 :第2冷却ユニット本体部
100 :空調システム(冷凍装置)
401 :吸気口
402 :吹出口
501 :鉛直板
521 :背面部
522 :左側面部
523 :右側面部
524 :天面部
531 :上カバー部
532 :左側方カバー部
533 :右側方カバー部
541 :右側部
542 :前側部
543 :後側部
544 :上部
821 :フィン保持部
822 :ヒートパイプ保持部
822a :前面部
AF :室外空気流(空気流)
M12 :圧縮機モータ
M18 :室外ファンモータ
P1 :第1フィンピッチ
P2 :第2フィンピッチ
RC :冷媒回路
SP :内部空間
SP1 :下部空間
SP2 :上部空間
SP2a :前側上部空間
SP2b :後側上部空間
Claims (7)
- 冷媒を圧縮する圧縮機(12)と、
前記圧縮機よりも高い高さ位置に配置され、空気流(AF)を生成するファン(18)と、
前記圧縮機の駆動状態を制御する第1電気部品(65)と、
前記ファンの駆動状態を制御する第2電気部品(66)と、
前記第1電気部品を実装される第1部分(75a)と、前記第2電気部品を実装される第2部分(75b)と、を含む基板部(75)と、
前記第1部分に隣接し、前記第1電気部品に熱的に接続され、前記第1電気部品を冷却する第1冷却器(80)と、
前記第2電気部品に熱的に接続され、前記第2電気部品を冷却する第2冷却器(85)と、
前記圧縮機、前記ファン及び前記基板部を収容し、上方向に前記空気流を吹き出すための吹出口(402)が形成されたケーシング(40、40´)と、
を備え、
前記空気流は、前記ケーシング内において下方から上方へ向かって流れ前記吹出口から流出する空気の流れであり、
前記第1冷却器は、前記空気流の流路上に位置し前記空気流と熱交換を行う第1放熱フィン(81)を複数含み、
前記第1電気部品は、前記ファンよりも低い高さ位置であって前記第2電気部品よりも高い高さ位置に配置され、
前記第1冷却器は、前記第1電気部品と熱交換を行う冷却材を封入されたヒートパイプ(83)をさらに含み、
前記ヒートパイプは、前記第1電気部品及び前記第1放熱フィンの間に介在して、前記第1電気部品及び前記第1放熱フィンに熱的に接続され、
前記第2冷却器は、前記空気流と熱交換を行う第2放熱フィン(86)を複数含み、
前記第1放熱フィンは、前記第2放熱フィンよりも高い高さ位置に配置される、
冷凍装置の室外ユニット(10、10´)。 - 前記ヒートパイプは、長手方向が水平方向に沿うように配置される、
請求項1に記載の冷凍装置の室外ユニット(10、10´)。 - 前記ケーシング内に配置され、前記基板部を収容する電気部品ボックス(50)をさらに備え、
前記電気部品ボックスには、空気を流出させる排気口(52e)が天面に形成され、
前記排気口は、前記ファンよりも低い高さ位置であって前記第1放熱フィンよりも高い高さ位置に配置される、
請求項1又は請求項2に記載の冷凍装置の室外ユニット(10、10´)。 - 前記電気部品ボックスの上方には、前記排気口への液体の浸入を妨げるカバー部(53)が、前記排気口から間隔をおいて配置される、
請求項3に記載の冷凍装置の室外ユニット(10、10´)。 - 前記第1冷却器においては、複数の前記第1放熱フィンが第1のフィンピッチ(P1)で並んでおり、
前記第2冷却器においては、複数の前記第2放熱フィンが第2のフィンピッチ(P2)で並んでおり、
前記第1のフィンピッチは、前記第2のフィンピッチよりも小さい、
請求項1に記載の冷凍装置の室外ユニット(10、10´)。 - 前記第1電気部品には、前記第2電気部品よりも通電時の発熱量が大きいパワーデバイス、又は前記パワーデバイスを含むパワーモジュールが含まれる、
請求項1から5のいずれか1項に記載の冷凍装置の室外ユニット(10、10´)。 - 前記基板部は、第1基板(76)と、第2基板(77)と、を含み、
前記第1部分は、前記第1基板に配置され、
前記第2部分は、前記第2基板に配置される、
請求項1から6のいずれか1項に記載の冷凍装置の室外ユニット(10、10´)。
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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