JP4886617B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気部品を収容した配電盤と凝縮器を冷却する凝縮器ファンとを備え、冷凍サイクルによって被冷却流体を冷却する冷却装置に関するものである。

圧縮空気除湿装置、冷蔵庫、エアコンディショナなどには、冷凍サイクルによる冷却装置が多く用いられている。冷凍サイクルでは、圧縮・凝縮・膨張・蒸発の工程で冷媒を循環させている。被冷却流動体としての空気などは、冷却された冷媒と熱交換されて冷却される。

冷凍サイクルで構成された冷却装置としての圧縮空気除湿装置が、例えば特許文献１に示されている。この装置では、インバータ式の圧縮機（コンプレッサ）、インバータ式の凝縮器ファンを備えた凝縮器（コンデンサ）、電子膨張弁、熱交換器内の蒸発器を通って冷媒が圧縮機に循環する。蒸発器では、冷却された冷媒と圧縮空気とが熱交換器内で熱交換することによって圧縮空気が冷却され、圧縮空気内の水分が結露して結露水として除去される。これにより、圧縮空気が除湿される。

この装置では、熱交換器内の圧縮空気の温度を検知する圧縮空気温度センサ、および圧縮機の吐出する冷媒の温度を検知する冷媒吐出温度センサが設けられて各温度センサの検知した温度に基づいて制御部がインバータを制御して圧縮機の圧送量を制御する。また、凝縮器を通過した冷媒の温度を検知する冷媒凝縮温度センサと周囲温度を検知する周囲温度センサとが設けられて各温度センサの出力に基づいて制御部がインバータを制御して凝縮器ファンの冷却能力を制御する。

一般的に、このような圧縮機用のインバータ、凝縮器ファン用のインバータ、およびその他のセンサや電磁弁などの電源、或いはそれら電源を制御する制御部などの電気部品は、冷凍サイクルの作動による温度の影響を避けるためや、製造組立の効率化、保守管理の効率化のために、配電盤内にまとめて配置されている。

ところが、通電した電気部品は発熱を伴う。このため、配電盤内の温度の上昇による電気部品の劣化を防止するために、配電盤内の放熱が必要である。配電盤に吸気口／排気口を形成して内部にファンを取り付け、強制的に低温の外気を吸気し、内部の温度上昇した空気を外部へ排気して配電盤内の熱を放熱することが行われている。このようなファンを備えた配電盤が、例えば特許文献２に示されている。

特開２００５−２４６３３６号公報 特開２００２−１１２４１２号公報

従来の冷却装置には、配電盤の放熱専用にファンが装備されている。このため、このファンの部品費用が必要であってその分だけ装置の価格が増加しているとともにファンの消費電力の分だけ装置の消費電力が増加している。したがって、このファンが無いほうが望ましいという課題がある。

本発明はこの課題を解決するためになされたもので、配電盤の放熱専用にファンを装備することなく配電盤内の熱が確実に放熱される冷却装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された冷却装置は、箱体の中に電気部品を収容した配電盤と、正面側から背面側の一方向に流れる空気で冷媒を冷却可能な凝縮器と、該凝縮器の該背面側に配置されて該一方向に送風して該凝縮器を冷却する凝縮器ファンと、これらを含む装置全体を一体的に収容する装置筐体とを備え、冷凍サイクルによって該冷媒を循環させて熱交換器内で被冷却流体を冷却する冷却装置であって、該配電盤の壁面に、外気を取り入れる吸気口と該配電盤内の空気を排気する排気口とを形成し、該凝縮器ファンの羽の少なくとも一部を囲うと共に該凝縮器の側面を壁状に囲って該凝縮器を通風路として形成するファンフードを、該装置筐体の内部に設け、該凝縮器ファンと該凝縮器との間の該ファンフード壁面に配電盤用吸引口を形成し、該排気口と該配電盤用吸引口との間に空気経路を形成する排気ダクトが配設され、該排気ダクトが、硬質の材質によって形成されると共に両端部の外形が中央部の外形よりも小さく形成され、該排気口および該配電盤用吸引口は、各々該排気ダクトの両端部の外形よりも大きく、かつ中央部の外形よりも小さく形成されて、該排気ダクトの両端部を該排気口および該配電盤吸引口に差し込んで、該配電盤と該ファンフードとで挟み込むことで該排気ダクトが取り付けられていることを特徴とする。

請求項２に記載された冷却装置は、請求項１に記載されたものであって、該吸気口の面積が該排気口の面積よりも大きく形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載された冷却装置は、請求項１に記載されたものであって、該吸気口は該配電盤の底部に設けられ、該排気口は該吸気口よりも上部に設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載された冷却装置は、請求項１に記載されたものであって、該電気部品の中で最も発熱する電気部品が該排気口の近くに配置されていることを特徴とする。

請求項５に記載された冷却装置は、請求項１に記載されたものであって、外気の温度を検知する周囲温度センサを備え、該凝縮器ファンはインバータ式のファンで構成されて、制御部が少なくとも該周囲温度センサの検知信号に基づいてインバータ信号を制御して該凝縮器ファンの回転数を制御することを特徴とする。

請求項６に記載された冷却装置は、請求項１に記載されたものであって、該排気口と該配電盤用吸引口との対が複数形成され、これらの対に対応するように配設された複数の該排気ダクトを備えていることを特徴とする。

排気ダクトは丸型の導管であってもよいし、角型の導管であってもよい。

請求項１記載の冷却装置によれば、配電盤の排気口から凝縮器ファンまでの空気経路を形成する排気ダクトを設け、凝縮器を冷却するために作動している凝縮器ファンを利用することで配電盤の吸気口から外気が強制的に吸気されて排気口から排気される。これにより、配電盤の放熱専用にファンを装備することなく配電盤内を強制的に外気が流れることで確実に放熱できて電気部品を確実に冷却することができる。したがって、配電盤内のファンの部品費用を削減できるとともに、このファンの消費電力を削減できて低消費電力化することができる。

請求項２記載の冷却装置によれば、吸気口の面積を排気口の面積よりも大きく形成したことにより、抵抗無くスムーズに外気を吸気することができるため、配電盤内の熱を一層確実に放熱することができる。

請求項３記載の冷却装置によれば、配電盤の底部に吸気口が設けられ、吸気口よりも上部に排気口が設けられているため、電気部品の熱を奪って軽くなり上方へ移動する空気の流れと凝縮器ファンの回転による強制的な外気の流れとが一致してスムーズに空気が流れることにより、配電盤内の熱を一層確実に放熱することができる。

請求項４記載の冷却装置によれば、電気部品の中で最も発熱する電気部品を排気口の近くに配置したため、この電気部品によって暖められた配電盤内で最も温度の高い空気が即座に排気口から排気される。したがって、この温度の高い空気によって他の電気部品が暖められることを防止することができる。

請求項５記載の冷却装置によれば、凝縮器ファンはインバータ式のファンで構成されて、制御部が外気の温度を検知する周囲温度センサの検知信号に基づいてインバータ信号を制御して凝縮器ファンの回転数を制御する。外気温度が高い場合には、凝縮器ファンの回転数を高く制御することから、これに連動して、配電盤内を流れる外気の量が増加する。したがって、外気温度が高い場合であっても配電盤内の熱を効率よく確実に放熱することができる。

請求項６記載の冷却装置によれば、凝縮器ファンと凝縮器との間のファンフード壁面に配電盤用吸引口を形成し、吸気口から配電盤用吸引口までを排気ダクトで接続したことにより、凝縮器ファンの回転による負圧がファンフードを設けたことにより一層大きくなって配電盤用吸引口から空気を効率よく吸引することができる。したがって、配電盤内を流れる外気の量を多くすることができるため、配電盤内の熱を効率よく確実に放熱することができる。

請求項７記載の冷却装置によれば、排気ダクトを硬質の材質で形成すると共に両端部の外形を中央部の外形よりも小さく形成し、排気ダクトの両端部を排気口および配電盤吸引口に差し込んで、配電盤とファンフードとで排気ダクトを挟み込んで取り付ける。このように、排気ダクトは、ネジ止め部が無く簡単な構造のため安価であり、部品費用を低減することができる。また、排気ダクトは、挟み込むだけで簡単に取り付けることができるため、ネジ止め作業が不要であり、作業工賃も低減することができる。

発明を実施するための好ましい形態

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

図１は本発明を適用する冷却装置の一実施形態として、圧縮空気除湿装置を示す斜視図である。この圧縮空気除湿装置１は、被冷却流動体として圧縮空気を冷却する。

図１に示すように、圧縮空気除湿装置１には、配電盤１０および凝縮器２２などが備えられている。配電盤１０は例えば６面を金属板で箱体に形成されて、その中には、制御部４１、圧縮機用インバータ４２および凝縮器ファン用インバータ４３や電源部４４などの電気部品が収納されている。図１では、配電盤１０の内部を示すために、前面の金属板の一部を省略して図示している。配電盤１０の底部壁面の左側（図１参照）には、外気を吸気するための吸気口５１が形成されている。吸気口５１は、ベース５６の下部まで通じる、メッシュ状の複数の孔で構成されている。また、配電盤１０には、配電盤１０内の空気を排気するための排気口５２が形成されている。排気口５２は、配電盤１０の背面の壁面右上（図１参照）に２つの丸孔によって構成されている。吸気口５１の面積は、排気口５２の面積よりも大きく形成されている。また、吸気口５１の面積は、後述する凝縮器ファン２３の回転が最低の回転数であっても十分に配電盤１０内の空気を排気可能な大きさに形成されている。

この排気口５２の近くには、電気部品の中で最も発熱する圧縮機用インバータ４２の電気部品（回路）が配置されている。また、発熱の大きな凝縮器ファン用インバータ４３の電気部品も配置されている。

凝縮器２２は、つづら折り状に曲がりくねった配管で構成され、圧縮空気除湿装置１の壁際に備えられている。なお、図１では、凝縮器２２を示すために、圧縮空気除湿装置１の壁面パネル５５の一部を省略して図示している。この壁面パネル５５には、凝縮器２２に外気が通風するように、凝縮器２２の位置に例えばメッシュ状の通風口が開けられている（非図示）。また、この通風口には、外気が通風した際に、塵や埃などが圧縮空気除湿装置１に入らないように空気フィルタが取り付けられている（非図示）。

配電盤１０側からの凝縮器２２および凝縮器ファン２３を視た図を図２に示す。この凝縮器２２には、圧縮空気除湿装置１の内面側（壁と反対側）に凝縮器ファン２３が備えられている。凝縮器ファン２３の羽の少なくとも一部を囲うと共に凝縮器２２の側面を壁状に囲って凝縮器２２を通風路として形成するファンフード５０が設けられている。このファンフード５０には、凝縮器ファン２３と凝縮器２２との間のファンフード５０の壁面に、配電盤１０に形成された排気口５２に連通する位置に排気口５２と同じ大きさの２つの丸孔の配電盤用吸引口５３が形成されている。凝縮器ファン２３の作動によって、空気は凝縮器２２から凝縮器ファン２３の方向（図２の矢印方向）に送風される。したがって、配電盤用吸引口５３は、凝縮器ファン２３の空気吸込み側に形成されている。

図１に示すように、配電盤１０の排気口５２の２つの孔とファンフード５０の配電盤用吸引口５３の２つの孔とは、２本の排気ダクト１３，１３によって接続されている。この排気ダクト１３は、硬質の材質、一例として塩化ビニールによって、円筒状（パイプ状）に形成されている。

図３に示すように、排気ダクト１３は、両端部の外径（外形）が中央部の外径（外形）よりも小さく形成されている。この両端部の外径は、排気口５２および配電盤用吸引口５３の孔径よりも小さく、かつ中央部の外径は、排気口５２および吸引口５３の孔径よりも大きく形成されている。したがって、排気ダクト１３は、その両端部を排気口５２および吸引口５３に差し込んでも、中央部に当たってそれ以上は差し込まれずに止まる。この中央部の円筒軸方向の長さは、配電盤１０とファンフード５０との距離（排気口５２と配電盤吸引口５３との距離）に等しい長さで形成されている。

したがって、この排気ダクト１３は、その両端部を排気口５２および吸引口５３に差し込んで、中央部を配電盤１０とファンフード５０とで挟み込むことで圧縮空気除湿装置１に取り付けることができる。

本発明を適用する冷凍装置を用いる圧縮空気除湿装置の一実施形態のブロック図が図４に示されている。

図４に示すように、圧縮空気除湿装置１には、主に配電盤１０および冷凍サイクル１１が備えられている。

配電盤１０には、上記したように、各部の動作を制御する制御部４１、圧縮機用インバータ４２、凝縮器ファン用インバータ４３、および電源部４４などの電気部品が備えられている。

冷凍サイクル１１には、インバータ式の圧縮機２１、凝縮器２２、インバータ式の凝縮器ファン２３、冷媒ストレーナ２４、電子膨張弁２５、キャピラリチューブ２６、および蒸発器２７を含む熱交換器２８が備えられている。配管接続された圧縮機２１、凝縮器２２、冷媒ストレーナ２４、電子膨張弁２５、キャピラリチューブ２６、蒸発器２７を冷媒が通過して、圧縮機２１に循環する。圧縮空気は、熱交換器２８内を通過する際に冷却されて、圧縮空気内の水分が結露して結露水として除去されることで除湿される。図４の熱交換器２８内の白い矢印は圧縮空気の流れる方向を示す。結露水はドレン排出用電磁弁２９から圧縮空気除湿装置１の外部に排出される。冷凍サイクル１１については、従来技術であるため、詳細の説明を省略する。

また、冷凍サイクル１１には、センサとして、周囲温度を検知する周囲温度センサ３１、凝縮器を通った冷媒の温度を検知する冷媒凝縮温度センサ３２、圧縮機２１が吐出する冷媒の温度を検知する冷媒吐出温度センサ３３、蒸発器に入る冷媒の温度を検知する蒸発器冷媒温度センサ３４、熱交換器内の除湿された圧縮空気の露点温度を検知する露点温度センサ３５、熱交換器内の圧縮空気の圧力を検知する空気圧力センサ３６、ドレン水温度センサ３７、および圧縮機２１が吸入する冷媒の温度を検知する冷媒吸入温度センサ３８が備えられている。これらの各センサは、制御部４１に接続されている。周囲温度センサ３１は、外乱の影響を受けづらい圧縮空気除湿装置１のベース５６（図１参照）の下に配設されて、周囲（外気）の温度を検知する。

この圧縮空気除湿装置１では、制御部４１が周囲温度センサ３１の検知信号に基づいて凝縮器ファン用インバータ４３を制御して、凝縮器ファン２３の回転数を制御する。この場合、制御部４１は、周囲温度が高いときには凝縮器ファン２３の回転数を高くし、周囲温度が低いときには凝縮器ファン２３の回転数を低くして、冷媒が凝縮（液化）するように制御する。なお、凝縮器２２の冷却が十分でないと、冷媒の温度が所定の温度まで下がらずに液化が促進されず、冷媒の圧力が所定の圧力まで下がらない。圧縮空気の通過量が多く冷凍サイクル１１の負荷が高いときには、冷媒の温度および圧力が所定の範囲内よりも高くなる。このため制御部４１は、冷媒凝縮温度センサ３２の検知した冷媒の温度が所定の範囲内まで低下しているか否かを判別し、所定の範囲内まで低下していないときには、所定の範囲内に入るまで凝縮器ファン２３の回転数をさらに高くするか、または最高回転数で運転させる。

本発明を適用する冷凍装置を用いる圧縮空気除湿装置の一実施形態の正面図および正面図においてＡ−Ａ視した断面図が図５に示されている。

配電盤１０の放熱について図５を参照して説明する。

圧縮空気除湿装置１の作動に伴い、前述したように、凝縮器ファン２３が回転する。凝縮器ファン２３の回転によってファンフード５０内が負圧になり、壁面パネル５５の通風口（非図示）から外気が吸引される。同図において通風口から吸引された外気の流れが点線で図示されている。吸引された外気は、ファンフード５０を通過する際に凝縮器２２を冷却して、凝縮器ファン２３の後方に放出され、外部に排気される。

同様に、ファンフード５０内が負圧のため、吸引口５３と排気ダクト１３で接続された配電盤１０の排気口５２から配電盤１０内の空気が吸引される。このため、配電盤１０内が負圧になって吸気口５１から外気が吸気される。したがって、凝縮器ファン２３の回転によって吸気口５１から外気が強制的に吸気されて排気口５２から排気される。同図において吸気口５１から吸気され吸引口５３から排出される外気の流れが太黒線で図示されている。配電盤１０内を外気が流れることで、配電盤１０内が確実に放熱されて、通電によって発熱した電気部品が確実に冷却される。

この際に、吸気口５１の面積が排気口５２の面積よりも大きく形成したことにより、抵抗無くスムーズに外気を吸気することができるため、配電盤１０内の熱を一層確実に放熱することができる。また、配電盤１０の底部に吸気口５１が設けられ、吸気口５１よりも上部に排気口５２が設けられているため、電気部品の熱を奪って軽くなり上方へ移動する空気の流れと凝縮器ファン２３の回転による強制的な外気の流れとが一致する。このため、スムーズに空気が流れることにより、配電盤１０内の熱を一層確実に放熱することができる。

排気口５２の近くには、電気部品の中で最も発熱する圧縮機用インバータ４２を配置したため、この圧縮機用インバータ４２によって暖められた配電盤１０内で最も温度の高い空気が排気口５２から即座に排気される。したがって、この温度の高い空気によって他の電気部品が暖められることを防止することができる。同様に凝縮器ファン用インバータ４３によって暖められた空気も即座に排気される。

上記したように、外気温度が高い場合には、制御部４１は、凝縮器ファン用インバータ４３を制御して凝縮器ファン２３の回転数を高く制御することから、これに連動して、配電盤１０内を流れる外気の量が増加する。したがって、外気温度が高い場合であっても配電盤１０内の熱を効率よく確実に放熱することができ、温度上昇が防止される。また、冷凍サイクル１１の負荷が大きいときなどのように、冷媒温度（冷媒圧力）が所定の範囲内よりも高いときには、凝縮器ファン２３の回転数はさらに高く制御されるが、この場合には、配電盤１０の放熱も一層促進される。なお、外気温度が低い場合には、凝縮器ファン２３の回転数は低くなるが、回転数が最低であっても十分に外気を吸引する面積の吸気口５１を形成しているため、配電盤１０は確実に放熱することができる。

このように、圧縮空気除湿装置１によれば、配電盤１０の排気口５２から凝縮器ファン２３までの空気経路を形成する排気ダクト１３を設け、凝縮器２２を冷却するために作動している凝縮器ファン２３を利用することで配電盤１０の吸気口５１から外気が強制的に吸気されて排気口５２から排気される。これにより、配電盤１０の放熱専用にファンを装備することなく配電盤１０内を強制的に外気が流れることで確実に放熱できて電気部品を確実に冷却することができる。したがって、配電盤１０内のファンの部品費用を削減できるとともに、このファンの消費電力を削減できて低消費電力化することができる。

また、この圧縮空気除湿装置１によれば、凝縮器ファン２３と凝縮器２２との間のファンフード５０の壁面に配電盤用吸引口５３を形成し、吸気口５１から配電盤用吸引口５３までを排気ダクト１３で接続したことにより、凝縮器ファン２３の回転による負圧がファンフード５０を設けたことにより一層大きくなって配電盤用吸引口５３から空気を効率よく吸引することができる。したがって、配電盤１０内を流れる外気の量を多くすることができるため、配電盤１０内の熱を効率よく確実に放熱することができる。

さらに、この圧縮空気除湿装置１によれば、排気ダクト１３を硬質の材質で形成すると共に両端部の外形を中央部の外形よりも小さく形成し、排気ダクト１３の両端部を排気口５２および配電盤吸引口５３に差し込んで、配電盤１０とファンフード５０とで排気ダクト１３を挟み込んで取り付ける。このように、排気ダクト１３は、ネジ止め部が無く簡単な構造のため安価であり、部品費用を低減することができる。また、排気ダクト１３は、挟み込むだけで簡単に取り付けることができるため、ネジ止め作業が不要であり、作業工賃も低減することができる。

なお、本発明を適用する冷却装置の一実施形態として圧縮空気除湿装置に適用した例について説明したが、これに限定されず、冷蔵庫、エアコンディショナなど別の用途の冷凍サイクルによる冷却装置に適用してもよい。また、排気ダクト１３を円筒状に形成した例について説明したが、角型の導管を用いてもよい。また、排気口５２および配電盤用吸引口５３を２つの孔で構成し、排気ダクト１３を２本装備した例について説明したが、孔の数および排気ダクトの数は１つでもよいし、３つ以上であってもよい。

本発明を適用する圧縮空気除湿装置の一実施形態を示す斜視図である。 本発明を適用する圧縮空気除湿装置内の要部を示す側面図である。 本発明を適用する圧縮空気除湿装置に用いる排気ダクトの正面図および側面図である。 本発明を適用する圧縮空気除湿装置の一実施形態を示すブロック図である。 本発明を適用する圧縮空気除湿装置の一実施形態を示す正面図およびＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１は圧縮空気除湿装置、１０は配電盤、１１は冷凍サイクル、１３は排気ダクト、２１は圧縮機、２２は凝縮器、２３は凝縮器ファン、２４は冷媒ストレーナ、２５は電子膨張弁、２６はキャピラリチューブ、２７は蒸発器、２８は熱交換器、２９はドレン排出用電磁弁、３１は周囲温度センサ、３２は冷媒凝縮温度センサ、３３は冷媒吐出温度センサ、３４は蒸発器冷媒温度センサ、３５は露点温度センサ、３６は空気圧力センサ、３７はドレン水温度センサ、３８は冷媒吸入温度センサ、４１は制御部、４２は圧縮機用インバータ、４３は凝縮器ファン用インバータ、４４は電源部、５０はファンフード、５１は吸気口、５２は排気口、５３は配電盤用吸引口、５５は壁面パネル、５６はベースである。

Claims (6)

1. 箱体の中に電気部品を収容した配電盤と、正面側から背面側の一方向に流れる空気で冷媒を冷却可能な凝縮器と、該凝縮器の該背面側に配置されて該一方向に送風して該凝縮器を冷却する凝縮器ファンと、これらを含む装置全体を一体的に収容する装置筐体とを備え、冷凍サイクルによって該冷媒を循環させて熱交換器内で被冷却流体を冷却する冷却装置であって、
   該配電盤の壁面に、外気を取り入れる吸気口と該配電盤内の空気を排気する排気口とを形成し、
   該凝縮器ファンの羽の少なくとも一部を囲うと共に該凝縮器の側面を壁状に囲って該凝縮器を通風路として形成するファンフードを、該装置筐体の内部に設け、該凝縮器ファンと該凝縮器との間の該ファンフード壁面に配電盤用吸引口を形成し、該排気口と該配電盤用吸引口との間に空気経路を形成する排気ダクトが配設され、
   該排気ダクトが、硬質の材質によって形成されると共に両端部の外形が中央部の外形よりも小さく形成され、該排気口および該配電盤用吸引口は、各々該排気ダクトの両端部の外形よりも大きく、かつ中央部の外形よりも小さく形成されて、該排気ダクトの両端部を該排気口および該配電盤吸引口に差し込んで、該配電盤と該ファンフードとで挟み込むことで該排気ダクトが取り付けられていることを特徴とする冷却装置。
2. 該吸気口の面積が該排気口の面積よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 該吸気口は該配電盤の底部に設けられ、該排気口は該吸気口よりも上部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
4. 該電気部品の中で最も発熱する電気部品が該排気口の近くに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
5. 外気の温度を検知する周囲温度センサを備え、該凝縮器ファンはインバータ式のファンで構成されて、制御部が少なくとも該周囲温度センサの検知信号に基づいてインバータ信号を制御して該凝縮器ファンの回転数を制御することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
6. 該排気口と該配電盤用吸引口との対が複数形成され、これらの対に対応するように配設された複数の該排気ダクトを備えていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。

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