KR101217310B1

KR101217310B1 - 공기조화기

Info

Publication number: KR101217310B1
Application number: KR1020117001756A
Authority: KR
Inventors: 노리유키 오쿠다; 노리히로 다케나카; 도모히로 마스이
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2012-12-31
Also published as: ES2622478T3; CN102066849A; CN103542464A; EP2314940A4; EP2314940A1; WO2010010673A1; AU2009275111A1; KR20110020314A; AU2009275111B2; US9010142B2; EP2314940B1; JP4488093B2; US20110126568A1; CN103542464B; US8978404B2; JP2010025515A; US20140190196A1

Abstract

공기조화기에 있어서, 파워 소자(33)가 장착된 프린트기판(31)과, 이 파워 소자(33)와 연결됨과 더불어, 냉동사이클에 사용되는 냉매가 내부로 유통하는 냉매 재킷(20)을 구성시킨다. 또 프린트기판(31)은 스위치박스(40)에 수납시킨다. 그리고 냉매 재킷(20)을 전열판(50)을 개재하여 스위치박스(40)에 고정시키고, 냉매 재킷(20)과 프린트기판(31)을 스위치박스(40)에 의해 연결시킨다.
(색인어)
파워 소자, 냉매 재킷, 프린트기판, 공기조화기, 냉동사이클

Description

공기조화기{AIR CONDITIONER}

본 발명은, 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동사이클을 실행하는 공기조화기에 관한 것이다.

냉매가 순환하여 증기압축식 냉동사이클을 실행하는 공기조화기에서는, 압축기 전동기의 운전상태를 제어하기 위해 인버터회로 등의 전기회로가 탑재된다. 일반적으로 이 인버터회로에는 고열이 발생하는 파워 소자가 이용되며, 종래의 공기조화기에서는 이 파워 소자가 동작 가능한 온도보다 고온이 되지 않도록, 파워 소자를 냉각시키는 수단이 설치된다. 이와 같은 냉각수단의 일례로서, 냉동사이클에 이용되는 냉매에 의해 파워 소자를 냉각시키도록 한 것이 있다(예를 들어 특허문헌 1을 참조). 특허문헌 1의 공기조화기에서는, 냉동사이클에 이용되는 냉매가 흐르는 냉매통로를 냉매 재킷(이 문헌에서는 히트싱크)에 형성하고, 이 냉매 재킷에 파워 소자(이 문헌에서는 GTR(giant transistor))를 고정시킴과 더불어, 냉매 재킷을 전기부품상자에 수납한다.

[선행기술문헌]

(특허문헌)

특허문헌 1 : 일본 특허공개 소화 62-69066호 공보

그런데, 공기조화기 중에는, 파워 소자를 프린트기판 상에 배치하여 전기회로를 구성하고, 그 프린트기판을 스위치박스 내에 고정시키는 것이 있다.

이와 같이, 파워 소자를 프린트기판 상에 배치한 경우에, 종래의 공기조화기와 같이 파워 소자에 냉매 재킷을 장착하면, 운전 중에 압축기로부터 가해지는, 냉매배관을 전달되어 온 진동에 의해, 파워 소자의 리드선에 과도한 하중이 작용되어 접촉불량을 일으키거나, 파워 소자가 파손되거나 할 가능성을 생각할 수 있다.

본 발명은 상기 문제에 착안하여 이루어진 것으로, 냉매 재킷을 유통하는 냉매에 의해 파워 소자를 냉각하는 공기조화기에 있어서, 파워 소자의 리드선에 대하여 과도한 하중이 작용하지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 제 1 발명은, 파워 소자(33)가 장착된 프린트기판(31)과, 이 파워 소자(33)가 연결됨과 더불어, 냉동사이클에 사용되는 냉매가 내부로 유통하는 냉매 재킷(20)을 구비하며, 이 냉매 재킷(20)을 유통하는 냉매에 의해 이 파워 소자(33)를 냉각하는 공기조화기에 있어서, 상기 프린트기판(31)과 상기 냉매 재킷(20)은 공통의 지지부재(40)에 의해 연결되는 것을 특징으로 한다.

이로써, 프린트기판(31)과 냉매 재킷(20)이 지지부재(40)에 의해 연결되며, 예를 들어 냉매배관을 전달되어 온 진동에 의해 냉매 재킷(20)에 진동이 가해진 경우에, 프린트기판(31)과 냉매 재킷(20)이 마찬가지의 움직임(진동)을 한다.

또 제 2 발명은, 제 1 발명의 공기조화기에 있어서, 상기 지지부재(40)는, 상기 프린트기판(31)을 수납하는 스위치박스(40)에 의해 구성되는 것을 특징으로 한다.

이로써, 스위치박스(40)가 지지부재로서 기능하며, 예를 들어 냉매배관을 전달되어 온 진동에 의해 냉매 재킷(20)에 진동이 가해진 경우에, 프린트기판(31)과 냉매 재킷(20)이 마찬가지의 움직임(진동)을 한다.

또한 제 3 발명은, 제 1 발명의 공기조화기에 있어서, 상기 파워 소자(33)는 전열판(50)을 개재하여 상기 냉매 재킷(20)에 장착되는 것을 특징으로 한다.

이로써, 전열판(50)에 의해 소정의 열 용량이 확보된다.

또 제 4 발명은, 제 3 발명의 공기조화기에 있어서, 상기 전열판(50)은 상기 지지부재(40)에 장착되는 것을 특징으로 한다.

이로써, 냉매 재킷(20)이 전열판(50)을 개재하여 지지부재(40)에 간접적으로 고정되고, 그 결과 프린트기판(31)과 냉매 재킷(20)이 지지부재(40)에 의해 연결된다.

제 1 발명 또는 제 2 발명에 의하면, 냉매 재킷(20)에 진동이 가해진 경우에 프린트기판(31)과 냉매 재킷(20)이 마찬가지의 움직임(진동)을 하므로, 파워 소자(33)의 리드선(33a)에 대하여 과도한 하중이 작용하지 않도록 할 수 있다. 따라서 파워 소자(33)의 파손을 방지할 수 있다.

또 제 3 발명에 의하면, 전열판(50)에 의해 소정의 열 용량이 확보되므로, 예를 들어 냉매 유량이 적은 경우에 파워 소자(33)의 열을 방열시킬 수 있다.

또한 제 4 발명에 의하면, 냉매 유량이 적은 경우에 파워 소자(33)의 열을 방열시키기 위한 소정의 열 용량을 확보하면서, 파워 소자(33)의 리드선(33a)에 대하여 과도한 하중이 작용하지 않도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 공기조화기에 있어서 냉매회로의 배관 계통도이다.
도 2는 파워 소자, 냉매 재킷, 전열판의 설치구조를 나타내는 도이다.
도 3은 실외기의 횡단면 형상을 모식적으로 나타내는 도이며, 압축기 등 주요부품의 배치를 나타낸다.

(실시형태)

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 그리고 이하의 실시형태는 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물, 또는 그 용도 범위의 제한을 의도하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 공기조화기(1)에 있어서 냉매회로(10)의 배관 계통도이다. 이 공기조화기(1)는 냉방운전과 난방운전이 가능한 증기압축식 냉동사이클의 공기조화기이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 공기조화기(1)는 실외에 설치되는 실외기(100)와, 실내에 설치되는 실내기(200)를 구비한다. 실외기(100)와 실내기(200)는 제 1 접속배관(11) 및 제 2 접속배관(12)을 개재하여 서로 접속되며, 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동사이클을 실행하는 냉매회로(10)를 구성한다.

<실내기>

실내기(200)에는 냉매를 실외공기와 열교환 시키기 위한 실내열교환기(210)가 설치된다. 이 실내열교환기(210)로는, 예를 들어 크로스핀식 핀튜브형 열교환기 등을 채용할 수 있다. 또 실내열교환기(210) 근방에는 실내 팬(도시 생략)이 설치된다.

<실외기>

실외기(100)에는 압축기(13), 오일분리기(14), 실외열교환기(15), 실외 팬(16), 팽창밸브(17), 어큐뮬레이터(18), 사방밸브(19), 냉매 재킷(20), 및 전기회로(30)가 배치되며, 케이스(후술하는 실외기 케이싱(70))에 수납된다.

압축기(13)는 냉매를 흡입포트로부터 흡입하여 압축하며, 압축한 냉매를 토출포트로부터 토출한다. 이 압축기(13)로는, 예를 들어 스크롤 압축기 등 각종 압축기를 채용할 수 있다.

오일분리기(14)는 압축기(13)로부터 토출된 윤활유가 섞인 냉매를 냉매와 윤활유로 분리하며, 냉매는 사방밸브(19)로 보내며, 윤활유는 압축기(13)로 되돌리도록 구성된다.

실외열교환기(15)는 냉매를 실외공기와 열교환 시키기 위한 공기열교환기이며, 예를 들어 크로스핀식 핀튜브형 열교환기 등을 채용할 수 있다. 실외열교환기(15) 근방에는, 실외열교환기(15)로 실외공기를 보내는 실외 팬(16)이 설치된다.

팽창밸브(17)는 실외열교환기(15)와 실내열교환기(210)에 접속되며, 유입된 냉매를 팽창시켜 소정 압력까지 감압시킨 후 유출시킨다. 팽창밸브(17)는, 예를 들어 개방도 가변의 전자팽창밸브로 구성할 수 있다.

어큐뮬레이터(18)는 유입된 냉매를 기액 분리하며, 분리된 가스냉매를 압축기(13)로 보낸다.

사방밸브(19)는 제 1에서 제 4의 4개 포트가 형성되며, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통하는 동시에 제 2 포트와 제 4 포트가 연통하는 제 1 상태(도 1에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트와 제 4 포트가 연통하는 동시에 제 2 포트와 제 3 포트가 연통하는 제 2 상태(도 1에 파선으로 나타낸 상태)로 전환 가능하게 구성된다. 이 실외기(100)에서, 제 1 포트는 오일분리기(14)를 개재하여 압축기(13)의 토출포트에, 제 2 포트는 어큐뮬레이터(18)를 개재하여 압축기(13)의 흡입포트에 각각 접속된다. 또 제 3 포트는 실외열교환기(15) 및 팽창밸브(17)를 개재하여 제 2 접속배관(12)에, 제 4 포트는 제 1 접속배관(11)에 각각 접속된다. 그리고 실외기(100)에서 냉방운전이 실행되는 경우에는 제 1 상태로 전환되며, 난방운전이 실행되는 경우에는 제 2 상태로 전환된다.

냉매 재킷(20)은, 예를 들어 알루미늄 등의 금속을 편평한 직방체로 형성한 것이며, 실외열교환기(15)와 팽창밸브(17)를 접속하는 냉매배관(21)의 일부를 피복하며, 냉매배관(21)과 열적으로 접속된다. 상세하게는, 이 냉매 재킷(20)에는, 도 2에 나타내는 바와 같이 냉매배관(21)이 끼워지는 2개의 관통공이 형성되며, 냉매배관(21)은 한쪽 관통공을 통과한 후 "U"자형으로 절곡되고 다른 쪽 관통공을 통과한다. 즉, 냉매 재킷(20)은, 냉동사이클에 사용되는 냉매가 내부로 유통하고 있다고 간주할 수 있다.

전기회로(30)는 압축기(13)의 전동기 회전수 등을 제어한다. 이 전기회로(30)는 프린트기판(31) 상에 형성되며, 프린트기판(31)은 스위치박스(40) 내에 스페이서(32)에 의해 고정된다. 이 프린트기판(31) 상에는, 도 2에 나타내는 바와 같이 리드선(33a)을 갖는 파워 소자(33) 등이, 리드선(33a)을 납땜하는 등에 의해 배치된다. 이 파워 소자(33)는, 예를 들어 압축기(13)의 전동기로 전력을 공급하는 인버터회로의 스위칭소자이며, 압축기(13)의 운전 시에는 발열되므로, 파워 소자(33)를 냉각해 두지 않으면 파워 소자(33)가 동작 가능한 온도(예를 들어 90℃)를 초과할 가능성이 있다. 따라서 공기조화기(1)에서는 냉매 재킷(20)을 유통하는 냉매에 의해 파워 소자(33)를 냉각하도록 구성된다.

구체적으로 공기조화기(1)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 냉매 재킷(20)을 스위치박스(40)에 고정시켜 스위치박스(40) 내 파워 소자(33)를 냉각한다. 보다 상세하게는, 스위치박스(40)는 1개의 면이 개구된 편평한 상자형으로 형성되고, 그 개구부가 대향하는 면에는 관통공(40a)이 형성되며, 판상으로 형성된 전열판(50)이 관통공(40a)을 피복하도록 나사(51)에 의해 고정된다. 전열판(50)은 알루미늄 등의 비교적 열 저항이 작은 재료로 구성된다. 이 전열판(50)은, 소정의 열 용량을 확보하여, 냉매의 유량이 적은 경우에 파워 소자(33)의 열을 방열시키는 목적으로 설치된다. 따라서 냉매 재킷(20)이 충분한 열 용량을 갖는 경우 등에는, 전열판(50)을 반드시 설치할 필요는 없다.

이 전열판(50)에 대해서는, 스위치박스(40)의 바깥쪽에서 냉매 재킷(20)이 나사(51)로 고정되며, 스위치박스(40)의 안쪽에서 파워 소자(33)가 나사(51)로 고정된다. 즉, 프린트기판(31)과 냉매 재킷(20)은 공통의 지지부재인 스위치박스(40)에 의해 연결되는 구조로 구성된다. 이 구조에서, 파워 소자(33)의 열은 전열판(50)을 통해 냉매 재킷(20)으로 전도되고, 냉매 재킷(20)을 유통하는 냉매에 방열하게 된다.

도 3은 실외기(100)의 횡단면 형상을 모식적으로 나타내는 도이며, 압축기(13) 등 주요부품의 배치를 나타낸다. 도 3에 나타내는 바와 같이 실외기 케이싱(70)은 구획판(60)에 의해 2개(열교환실과 기계실)로 구획된다. 열교환실에는 단면형상이 "L"자형으로 형성된 실외열교환기(15)가 실외기 케이싱(70)의 측면 및 배면에 면하여 배치되며, 이 실외열교환기(15) 근방에는 실외 팬(16)이 설치된다. 또, 기계실에는 냉매 재킷(20), 압축기(13), 스위치박스(40) 등이 배치된다. 이 예에서, 스위치박스(40)는 그 개구부가 실외기 케이싱(70)의 정면측을 향하며, 전열판(50)이 장착되는 쪽(즉, 냉매 재킷(20) 쪽)이 압축기(13)를 향한다. 이로써, 전기회로(30)의 점검 등을 실외기 케이싱(70)의 정면측에서 실시할 수 있다.

-공기조화기(1)의 운전동작-

다음에, 공기조화기(1)의 운전동작을 설명한다. 공기조화기(1)는 사방밸브(19)를 제 1 상태 또는 제 2 상태로 전환함으로써 냉방운전과 난방운전을 수행한다.

(냉방운전)

냉방운전 시, 사방밸브(19)는 제 1 상태(도 1에 실선으로 나타내는 상태)로 전환된다. 그리고 압축기(13)가 운전상태로 되면, 냉매는 도 1의 실선 화살표로 나타내는 방향으로 냉매회로(10) 내를 순환한다.

압축기(13)로부터 토출된 냉매는 오일분리기(14), 사방밸브(19)를 통해 실외열교환기(15)로 유입하며, 실외열교환기(15)에서는 실외 팬(16)에 의해 도입된 실외공기에 방열하여 응축된다. 응축된 냉매는 냉매 재킷(20)을 통과한 후 팽창밸브(17)에서 팽창되며, 제 2 접속배관(12)을 통해 실내기(200)로 유입한다.

실내기(200)에서 냉매는 실내열교환기(210)로 도입되며, 실내열교환기(210)에서 실내공기로부터 흡열하여 증발한다. 이로써 실내공기는 냉각되며, 냉방이 이루어진다. 그 후, 증발된 냉매는 사방밸브(19)와 어큐뮬레이터(18)를 통해 압축기(13)로 흡입되어 압축된다.

(난방운전)

한편, 난방운전 시에는, 사방밸브(19)는 제 2 상태(도 1에 파선으로 나타내는 상태)로 전환된다. 그리고 압축기(13)가 운전상태로 되면, 냉매는 도 1의 파선 화살표로 나타내는 방향으로 냉매회로(10) 내를 순환한다.

압축기(13)로부터 토출된 냉매는 오일분리기(14), 사방밸브(19), 그리고 제 1 접속배관(11)을 통해 실내기(200)로 유입한다. 실내기(200)에서냉매는 실내열교환기(210)로 도입되며, 실내열교환기(210)에서 실내공기에 방열하여 응축된다. 이로써 실내공기는 가열되며, 난방이 이루어진다. 그 후, 응축된 냉매는 제 2 접속배관(12)을 통해 실외기(100)로 도입된다.

실외기(100)에서는 냉매가 팽창밸브(17)에서 팽창하며, 냉매 재킷(20)을 통해 실외열교환기(15)로 유입한다. 실외열교환기(15)에서 냉매는, 실외 팬(16)에 의해 도입된 실외공기로부터 흡열하여 증발한다. 증발된 냉매는 사방밸브(19)와 어큐뮬레이터(18)를 통해 압축기(13)로 흡입되어 압축된다.

(파워 소자(33)의 냉각)

상기와 같이 냉매 재킷(20)에서는, 냉방운전 시에는 실외열교환기(15)에서 응축되어, 파워 소자(33)의 온도보다 저온의 냉매가 흐르며, 난방 운전 시에는 실내열교환기(210)에서 응축되어, 파워 소자(33)의 온도보다 저온의 냉매가 흐른다. 이들의 경우, 냉매 재킷(20)을 흐르는 냉매의 온도는 운전조건이나 외기조건 등에 따라 다르나, 예를 들어 40℃～45℃ 정도로 된다. 따라서 전기회로(30)의 파워 소자(33)에서 발생한 열은 전열판(50)을 통해 냉매 재킷(20)으로 전달되며, 냉매 재킷(20)에서 냉매배관(21) 내 냉매에 방열한다. 이로써, 파워 소자(33)는 동작 가능한 온도로 유지되게 된다.

(파워 소자(33)의 리드선(33a)에 작용하는 하중)

그런데, 냉방운전 시나 난방운전 시에, 압축기(13)는 그 전동기의 운전에 따라 진동을 발생시킨다. 이 진동은 냉매배관(21)을 전도하여 냉매 재킷(20)으로 전달된다. 따라서, 예를 들어 프린트기판(31)이 고정된 상태에서 냉매 재킷(20)이 진동했다 하면, 파워 소자(33)의 리드선(33a)에 과도한 하중이 작용하게 된다.

이에 반해, 본 실시형태에서는 냉매 재킷(20)과 프린트기판(31)은 스위치박스(40)에 고정되므로, 예를 들어 스위치박스(40)가 충분한 강성을 갖는다면, 냉매배관(21)으로부터 진동이 전달되어 와도, 냉매 재킷(20), 프린트기판(31) 모두 진동하지 않으며, 파워 소자(33)의 리드선(33a)에 대하여, 진동에 의해 과도한 하중이 작용되는 일은 없다.

또 스위치박스(40)의 강성에 따라서는, 냉매배관(21)을 전도해 온 진동에 의해 냉매 재킷(20)에 진동이 가해져 진동되지만, 냉매 재킷(20)과 프린트기판(31)은 스위치박스(40)에 의해 연결되어 있으므로, 냉매 재킷(20)과 프린트기판(31)이 마찬가지의 움직임(진동)을 한다. 따라서 이 경우에도 파워 소자(33)의 리드선(33a)에 대하여 과도한 하중이 작용하는 일은 없다.

[그 밖의 실시형태]

여기서, 냉매 재킷(20)과 프린트기판(31)은, 상기의 예와 같이 냉매 재킷(20)이 전열판(50)을 개재하여 지지부재(스위치박스(40))에 간접적으로 고정되고, 프린트기판(31)이 지지부재에 직결되는 것 외에, 예를 들어 냉매 재킷(20)을, 소정의 강성을 갖는 브래킷(지지부재)에 직결시키고, 프린트기판(31)을 스위치박스(40)를 개재하여 그 브래킷으로 간접적으로 고정시키도록 해도 된다. 즉, 냉매 재킷(20)과 프린트기판(31)은 지지부재에 대하여 직결될 필요는 없으며, 간접적으로 지지부재에 고정되어도 된다. 이를테면, 냉매 재킷(20)에 진동이 가해진 경우에, 냉매 재킷(20)과 프린트기판(31)이 마찬가지의 움직임(진동)을 하도록 공통의 지지부재에 의해 고정되면 된다.

[산업상 이용 가능성]

본 발명에 관한 공기조화기는, 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동사이클을 실행하는 공기조화기로서 유용하다.

[부호의 설명]

1 : 공기조화기 20 : 냉매 재킷

31 : 프린트기판 33 : 파워 소자

40 : 스위치박스(지지부재) 50 : 전열판

Claims

파워 소자(33)가 장착된 프린트기판(31)과, 냉동사이클에 사용되는 냉매가 내부로 유통하는 냉매 재킷(20)과, 스페이서(32)를 개재하여 상기 프린트기판(31)이 고정된 스위치박스(40)를 구비하며, 이 냉매 재킷(20)을 유통하는 냉매에 의해 이 파워 소자(33)를 냉각하는 공기조화기에 있어서,
상기 파워 소자(33)는, 전열판(50)을 개재하여 상기 냉매 재킷(20)에 장착되고,
상기 전열판(50)은, 상기 스위치박스(40)에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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