(57)【要約】【課題】電装部品を清浄に保ち、かつより一層効率よく冷却する。【解決手段】電装ボックスは、互いに水平方向に対向するように設けられて、上下方向にわたって延びる冷却流路Ｆを形成する流路形成面３０Ｓを有する一対の冷却プレート３０と、冷却流路Ｆに下方から上方に向かって空気を流通させるファンと、冷却プレート３０における流路形成面３０Ｓとは反対側の面である取付面３１Ｓとともに収容空間を画成するカバーと、収容空間内で取付面３１Ｓに固定された電装部品と、一対の流路形成面３０Ｓの下端から、一対の冷却プレート３０の対向方向の内側に突出するように設けられた一対の乱流形成部７０と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに水平方向に対向するように設けられて、上下方向にわたって延びる冷却流路を形成する流路形成面を有する一対の冷却プレートと、
前記冷却流路に下方から上方に向かって空気を流通させるファンと、
各前記冷却プレートにおける前記流路形成面とは反対側の面である取付面とともに収容空間を画成するカバーと、
前記収容空間内で前記取付面に固定された電装部品と、
前記一対の流路形成面の下端から、前記一対の冷却プレートの対向方向の内側に突出するように設けられた一対の乱流形成部と、
を備える電装ボックス。
【請求項２】
前記一対の冷却プレートから互いに離れる方向に向かって延びて、前記取付け面及び前記カバーとともに前記収容空間を画成し、かつ、前記冷却流路の下端に連通するとともに前記対向方向の外側から空気を導入するダクトを画成する底板をさらに備え、
前記乱流形成部は、
前記流路形成面の下端から、前記対向方向内側に向かって延びる水平部と、該水平部の先端から下方に向かって延びる鉛直部と、
を有する請求項１に記載の電装ボックス。
【請求項３】
前記底板は、該底板の下面から下方に向かって突出するとともに、下端が前記鉛直部の下端よりも下方に位置する突出部を有する請求項２に記載の電装ボックス。
【請求項４】
前記底板の下面に対向する床面上に設けられて、上方に向かうに従って前記対向方向の外側に向かって延びる返し部材を備える請求項２又は３に記載の電装ボックス。
【請求項５】
床面上に機械室を形成するとともに該機械室の上方に熱交換室を形成するケーシングと、
前記熱交換室に設けられた熱交換器と、
前記機械室に設けられたコンプレッサと、
前記機械室に設けられた請求項１から４のいずれか一項に記載の電装ボックスと、
を備え、
前記電装部品は、前記コンプレッサの制御に用いられる部品である冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電装ボックス、及び冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チラーユニットの発熱する電装部品を冷却するために電動ファンを設けて、当該電装部品を空冷する方法が知られている。下記特許文献１には、電装部品に冷却用空気を送る電動ファンを備えた冷凍サイクル装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２０１４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電装ボックスに設置された発熱する電装部品の冷却は、該電装ボックス外部から空気を送気して空気冷却を行う場合がある。しかしながら上記特許文献１の技術では、外部から送気された空気が電装部品に直接接触するため、外部空気に含まれる埃や塵などが電装部品に付着してしまう。埃や塵が堆積すると、電装部品の動作不良や通電不良につながる可能性がある。したがって、電装部品を清浄に保つことができるとともに、当該電装部品をさらに効率良く冷却する技術も望まれている。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、電装部品を清浄に保ち、かつより一層効率よく冷却することが可能な電装ボックス、及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る電装ボックスは、互いに水平方向に対向するように設けられて、上下方向にわたって延びる冷却流路を形成する流路形成面を有する一対の冷却プレートと、前記冷却流路に下方から上方に向かって空気を流通させるファンと、各前記冷却プレートにおける前記流路形成面とは反対側の面である取付面とともに収容空間を画成するカバーと、前記収容空間内で前記取付面に固定された電装部品と、前記一対の流路形成面の下端から、前記一対の冷却プレートの対向方向の内側に突出するように設けられた一対の乱流形成部と、を備える。
【０００７】
上記構成では、電装部品は冷却プレートの冷却面の反対面である取付面に収容されており、電装部品の熱は冷却プレートに伝達される。さらに、冷却プレートの熱は冷却プレートの流路形成面と流路上方向に向かって流れる空気との間で生じる熱伝達により、空気へ伝達される。このように、電装部品の冷却は、電装部品から冷却プレートへの熱伝達、および冷却プレートから空気への熱伝達によって行われる。ところで、空気の流れには層流及び乱流の二つの状態がある。乱流は、乱れによって運動量が高い状態となっているため、流れに輸送される熱量が増加する。そのため、乱流は、層流と比較すると熱伝達係数が大きくなる。上記の構成では、冷却プレートの対向方向内側に突出するように設けられた一対の乱流形成部において冷却流路下方から入った空気は乱流になる。その結果、流路上方向に向かって流れる乱流状態の空気と冷却プレートにおける流路形成面と間で生じる熱伝達は、空気の流れを乱流化することで向上し、これにより電装部品を冷却することができる。さらに、電装部品は収容空間を画成するカバー内部に配置されているため、冷却用の空気に接することはない。その結果、冷却用の空気に含まれる埃や塵などが電装部品に付着して電装部品の誤動作や破損を生じることはない。
【０００８】
上記電装ボックスは、前記一対の冷却プレートから互いに離れる方向に向かって延びて、前記取付け面及び前記カバーとともに前記収容空間を画成し、かつ、前記冷却流路の下端に連通するとともに前記対向方向の外側から空気を導入するダクトを画成する底板をさらに備え、前記乱流形成部は、前記流路形成面の下端から、前記対向方向内側に向かって延びる水平部と、該水平部の先端から下方に向かって延びる鉛直部と、を有してもよい。
【０００９】
上記構成によれば、空気は、底面により画成されたダクトの対向方向外側から導入され、一対の冷却プレートで構成される冷却流路の下端から上端へ向かって流入する。対向方向外側から流入する空気は乱流形成部の鉛直部で乱流を形成する。また、冷却流路の下端から上端へ向かって流入する空気は乱流形成部の水平部で乱流を形成する。これにより冷却流路を流通する空気が乱流となり、電装部品を冷却することができる。
【００１０】
上記電装ボックスでは、前記底板は、該底板の下面から下方に向かって突出するとともに、下端が前記鉛直部の下端よりも下方に位置する突出部を有してもよい。
【００１１】
上記構成によれば、ダクトの対向方向外側から導入された空気は、底板の下面から下方に向かって突出するとともに、下端が鉛直部の下端よりも下方に位置する突出部で乱流を形成する。乱流に変化した空気は一対の冷却プレートで構成される冷却流路の下端から上端へ向かって流入する。これにより電装部品を冷却することができる。
【００１２】
上記電装ボックスは、前記底板の下面に対向する床面上に設けられて、上方に向かうに従って前記対向方向の外側に向かって延びる返し部材を備えてもよい。
【００１３】
上記構成によれば、ダクトを通じて導入される空気に埃や塵が含まれている場合であっても、返し部材によってこれらの埃や塵を捕捉することができる。これにより、返し部材の下流側の領域には、埃や塵を含まない清浄な空気を供給することができる。即ち、この清浄な空気を電装部品の冷却に供することができる。特に、返し部材が、床面から上方に向かうに従って対向方向の外側に向かって延びていることから、一度捕捉された埃や塵が再び空気の流れに乗って飛散する可能性も低減することができる。
【００１４】
本発明の一態様に係る冷凍サイクル装置は、床面上に機械室を形成するとともに該機械室の上方に熱交換室を形成するケーシングと、前記熱交換室に設けられた熱交換器と、前記機械室に設けられたコンプレッサと、前記機械室に設けられた上記のいずれか一態様に係る電装ボックスと、を備え、前記電装部品は、前記コンプレッサの制御に用いられる部品である。
【００１５】
上記構成によれば、電装部品を清浄に保ち、かつ効率よく冷却できる電装ボックスを備えることから、より安定的に運転することが可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電装部品を清浄に保ち、かつより一層効率よく冷却することが可能な電装ボックス、及び冷凍サイクル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態に係る冷凍サイクル装置の系統図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成を示す模式図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る電装ボックスの構成を示す要部拡大図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る電装ボックスの構成を示す要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。本実施形態に係る冷凍サイクル装置１は、水等の液体を、温度をコントロールしながら循環させるための装置（ヒートポンプチラー）であり、空調機や給湯機を含む様々な産業機械に付随して設置される。
【００１９】
図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、圧縮機５と、四方弁６と、水熱交換器７と、膨張弁８と、空気熱交換器９と、アキュムレータ１０と、ファン１１と、ポンプ１２と、電装ボックス１３と、を備えている。圧縮機５と、四方弁６と、水熱交換器７と、膨張弁８と、空気熱交換器９と、アキュムレータ１０は、冷媒配管３によって結ばれ、冷媒回路を構成する。
【００２０】
圧縮機５は、内部にモータ（不図示）を有しており、インバータによって当該モータが駆動される。圧縮機５では、インバータの出力周波数によってモータの回転数、すなわち冷媒の吐出量が調整される。
【００２１】
空気熱交換器９は、ファン１１の送風によって導入された外気と、冷媒とを熱交換させる。水熱交換器７は、ポンプ１２によって圧送された水と冷媒とを熱交換させる。アキュムレータ１０は、蒸発器（水熱交換器７又は空気熱交換器９）でガス化しきれなかった冷媒が液状のまま圧縮機５に吸入されるのを防ぐ。
【００２２】
冷凍サイクル装置１において、加熱運転と冷却（又は除霜）運転とは、四方弁６の切り替えに伴って、冷媒の流れ方向を変化させることによって切り替わる。四方弁の開閉状態の制御や運転温度の調整等は、電装ボックス１３内に収容された制御回路や電源回路によって行われる。加熱運転時には、圧縮機５から吐出された冷媒は、水熱交換器７、膨張弁８、空気熱交換器９、アキュムレータ１０の順に流れる。このとき、水熱交換器７は凝縮器として機能し、空気熱交換器９は蒸発器として機能する。水熱交換器７で加熱された温水が水配管１１を介して外部へ供給される。
【００２３】
一方で、冷却（除霜）運転時には、圧縮機５から吐出された冷媒は、空気熱交換器９、膨張弁８、水熱交換器７、アキュムレータ１０の順に流れる。空気熱交換器９は凝縮器として機能し、水熱交換器７は蒸発器として機能する。水熱交換器７で冷却された冷水が水配管１１を介して外部へ供給される。
【００２４】
以上のように構成された冷凍サイクル装置１は、図２に示すような位置関係のもとでハウジング２０内に収容されている。同図に示すように、ハウジング２０内の空間は、水平方向に広がる仕切板２１によって、上下方向に２つに区画されている。仕切板２１よりも上方の空間は熱交換室Ｒ１とされ、仕切板２１よりも下方の空間は機械室Ｒ２とされている。
【００２５】
上記の空気熱交換器９、及びファン１１は、熱交換室Ｒ１に収容されている。より具体的には、空気熱交換器９の上方に複数（４つ）のファン１１が配列されている。上記の圧縮機５と、四方弁６と、水熱交換器７と、膨張弁８と、アキュムレータ１０と、ポンプ１２と、電装ボックス１３とは、機械室Ｒ２に収容されている。より具体的には、一例として、水熱交換器７とポンプ１２とは、機械室Ｒ２内で上下方向に隣接して配置されている。これら水熱交換器７及びポンプ１２の水平方向一方側には、一方側から他方側に向かって、四方弁６、膨張弁８、アキュムレータ１０、圧縮機５、及び電装ボックス１３がこの順に配列されている。
【００２６】
上記の各機器のうち、電装ボックス１３について図３を参照して説明する。同図に示すように、この電装ボックス１３は、一対の冷却プレート３０と、Ｂファン４０と、カバー５０と、電装部品６０と、乱流形成部７０と、底板８０と、を備えている。
【００２７】
一対の冷却プレート３０は、水平方向に互いに対向するとともに、上下方向にわたって延びている。これにより、一対の冷却プレート３０同士の間には、上下方向に延びる冷却流路Ｆが形成されている。冷却プレート３０の厚さ方向における両面のうち、冷却流路Ｆを臨む側の面は流路形成面３０Ｓとされている。冷却流路Ｆの上方には、Ｂファン４０が配置されている。Ｂファン４０は、冷却流路Ｆ中で、下方から上方に向かって空気を流通させる。また、この冷却流路Ｆ中には、後述する電装部品６０の流路形成面３０Ｓ側に取り付けられたフィン６１が露出している。詳しくは図示しないが、フィン６１は電装部品６０で生じた発熱を冷却流路Ｆ中に放散させるための放熱部材である。
【００２８】
冷却プレート３０における流路形成面３０Ｓとは反対側の面は電装部品６０が固定される取付面３１Ｓとされている。電装部品６０としては、圧縮機５を制御する制御回路や電源回路を形成する回路素子が設計や仕様に応じて適宜選択される。この取付面３１Ｓは、カバー５０によって外側から覆われている。即ち、カバー５０は取付面３１Ｓ、及び底板８０とともに、上記の電装部品６０を収容する収容空間Ｖを画成する。底板８０は、一対の冷却プレート３０から互いに離れる方向に向かって水平面内に広がっている。底板８０は、当該底板８０の下方に間隔をあけて床面９０との間に、空気が流通するダクト９１を画成する。このダクト９１は、冷却流路Ｆの下端に接続され、冷却プレート３０の対向する方向（以下、対向方向と呼ぶ。）の外側から内側に向かって外部の空気を導入する。より具体的には、上記のＢファン４０の送風によって、ダクト９１内に空気の流れが形成される。なお、床面９０上に、当該床面９０に対向する他の板が設けられ、この板と底板８０とによってダクト９１が画成される構成を採ることも可能である。
【００２９】
乱流形成部７０は、上記の冷却流路Ｆ中を流通する空気の流れを乱して乱流を形成するために設けられている。図４に示すように、乱流形成部７０は、一対の流路形成面３０Ｓの下端から、それぞれ対向方向の内側に向かって延びる（即ち、水平方向において互いに近接する側に延びる）一対の水平部７１と、これら水平部７１の先端から下方に向かってそれぞれ延びる一対の鉛直部７２と、を有している。各鉛直部７２の互いに対向する一対の面は、それぞれ乱流形成面７２Ｓとされている。これら乱流形成面７２Ｓ同士の間には、空気が流通するための乱流導入口７２Ｈとされている。
【００３０】
続いて、本実施形態に係る冷凍サイクル装置１、及び電装ボックス１３の動作について説明する。冷凍サイクル装置１を運転すると、内部抵抗等によって上述の電装部品６０が発熱する。ここで、電装部品６０は冷却プレート３０の流路形成面３０Ｓの反対面である取付面３１Ｓに取り付けられている。したがって、電装部品６０の熱は、冷却プレート３０に伝達される。さらに、冷却プレート３０の熱は冷却プレート３０の流路形成面３０Ｓと冷却流路Ｆの上方向に向かって流れる空気との間で生じる熱伝達により、空気へ伝達される。このように、電装部品６０の冷却は、電装部品６０から冷却プレート３０への熱伝達、および冷却プレート３０から空気への熱伝達によって行われる。ところで、空気の流れには層流及び乱流の二つの状態がある。乱流は、乱れによって運動量が高い状態となっているため、流れに輸送される熱量が増加する。そのため、乱流は、層流と比較すると熱伝達係数が大きくなる。上記の構成では、冷却プレート３０の対向方向内側に突出するように設けられた一対の乱流形成部７０において冷却流路Ｆの下方から入った空気は乱流になる。その結果、冷却流路Ｆの上方向に向かって流れる乱流状態の空気と冷却プレート３０における流路形成面３０Ｓとの間で生じる熱伝達は、空気の流れを乱流化することで向上し、これにより電装部品６０を冷却することができる。さらに、電装部品６０は収容空間Ｖを画成するカバー５０内部に配置されているため、冷却用の空気に接することはない。その結果、冷却用の空気に含まれる埃や塵などが電装部品６０に付着して電装部品６０の誤動作や破損を生じることはない。その結果、電装部品６０を清浄に保ち、かつより一層効率よく冷却することが可能な電装ボックス１３、及び冷凍サイクル装置１を提供することができる。
【００３１】
さらに、上記構成によれば、空気は、底面８０と床面９０とにより画成されたダクト９１の対向方向外側から導入され、一対の冷却プレート３０で構成される冷却流路Ｆの下端から上端へ向かって流入する。対向方向外側から流入する空気は乱流形成部７０の鉛直部７２で乱流を形成する。また、冷却流路Ｆの下端から上端へ向かって流入する空気は乱流形成部７０の水平部７１で乱流を形成する。これにより冷却流路Ｆを流通する空気が乱流となり、電装部品６０を冷却することができる。
【００３２】
以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、図３に基づいて説明した各電装部品６０の配置や寸法はあくまで一例であり、設計や仕様に応じて適宜変更することが可能である。
【００３３】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図５を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、上記第一実施形態で説明した底板８０に突出部８１が設けられ、床面９０上に返し部材９２が設けられている点で上記第一実施形態とは異なっている。
【００３４】
突出部８１は、底板８０の下面から下方に向かって突出するとともに、その下端が鉛直部７２の下端よりも下方に位置している。突出部８１は、ダクト９１中を流れる空気の流れを乱流状態とするために設けられている。即ち、突出部８１は、ダクト９１中の空気の流れに対して交差する方向に延びている。本実施形態では、突出部８１は、底板８０の下面に直交する方向に延びている。なお、図５の例では、乱流形成部７０を基準として対向方向の両側に１つずつの突出部８１が設けられている構成について説明している。しかしながら、突出部８１の個数はこれに限定されず、対向方向に間隔をあけて複数の突出部８１が設けられていてもよい。
【００３５】
返し部材９２は、ダクト９１中を流れる空気に含まれる埃や塵を捕捉して、下流側に清浄な空気を供給するために設けられている。返し部材９２は、床面９０から上方に向かうに従って対向方向の外側に向かうように斜めに延びている。返し部材９２の上端は、上記の鉛直部７２の下端、及び突出部８１の下端よりも下方に位置している。より詳細には、返し部材９２は、ダクト９１を画成する面のうち、図５における紙面奥行き方向の一対の面（不図示）によって支持されている。返し部材９２の下端は、冷凍サイクル装置１を床面９０上に設定した際に、床面９０に当接するようになっている。なお、図５の例では、乱流形成部７０を基準として対向方向の両側に２つずつの返し部材９２が設けられている構成について説明している。しかしながら、返し部材９２の個数はこれに限定されず、対向方向に間隔をあけて６つ以上の返し部材９２が設けられていてもよい。
【００３６】
上記構成によれば、ダクト９１の対向方向外側から導入された空気は、底板８０の下面から下方に向かって突出する突出部８１で乱流を形成する。乱流に変化した空気は一対の冷却プレート３０で構成される冷却流路Ｆの下端から上端へ向かって流入する。これにより電装部品６０を冷却することができる。さらに、突出部８１の下端が鉛直部７２の下端よりも下方に位置していることから、乱流をより十分に発達させることができる。一方で、突出部８１の下端が鉛直部７２の下端よりも上方に位置している場合、ダクト９１内における鉛直部７２の下端よりも上方の領域にのみ流れが集中するため、突出部８１に空気の流れが衝突しにくい。これにより、ダクト９１内に乱流を十分に形成させることが難しくなってしまう。上記の構成によれば、このような可能性を低減することができる。
【００３７】
さらに、上記構成によれば、ダクト９１を通じて導入される空気に埃や塵が含まれている場合であっても、返し部材９２によってこれらの埃や塵を捕捉することができる。これにより、返し部材９２の下流側の領域には、埃や塵を含まない清浄な空気を供給することができる。即ち、この清浄な空気を電装部品６０の冷却に供することができる。特に、返し部材９２が、床面９０から上方に向かうに従って対向方向の外側に向かって延びていることから、一度捕捉された埃や塵が再び空気の流れに乗って飛散する可能性も低減することができる。
【００３８】
以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記の各実施形態では、電装ボックス１３が冷凍サイクル装置１に用いられている例について説明した。しかしながら、電装ボックス１３の適用例は冷凍サイクル装置１に限定されず、大きな発熱を伴う電装部品６０を冷却する必要のある機器である限り、いかなる機器にも上記各実施形態に係る電装ボックス１３を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  冷凍サイクル装置
３  冷媒配管
５  圧縮機
６  四方弁
７  水熱交換器
８  膨張弁
９  空気熱交換器
１０  アキュムレータ
１１  ファン
１２  ポンプ
１３  電装ボックス
２０  ハウジング
２１  仕切板
Ｒ１  熱交換室
Ｒ２  機械室
３０  冷却プレート
３０Ｓ  流路形成面
３１Ｓ  取付面
４０  ファン
５０  カバー
６０  電装部品
６１  フィン
７０  乱流形成部
７１  水平部
７２  鉛直部
７２Ｓ  乱流形成面
７２Ｈ  乱流導入口
８０  底板
８１  突出部
９０  床面
９１  ダクト
９２  返し部材
Ｆ  冷却流路
Ｖ  収容空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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