JP4144571B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機やその他の機器を制御する制御部が、ケーシング内の熱交換器室に配設されるヒートポンプ装置に関するものである。

従来の空気調和機用室外機として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。この室外機においては、ケーシング内は、圧縮機が配設される部品収納室と、熱交換器およびファンが配設される熱交換器室とに区画されている。そして、圧縮機の作動制御用のインバータ制御素子や各種運転制御用の制御基板等が、ＥＣＵボックス（特許文献１中ではスイッチボックス）内に収容されて、熱交換器室に配設されている。尚、ＥＣＵボックスの外表面にはインバータ制御素子冷却用の冷却フィンが形成されている。

尚、ここでは制御基板はインバータ制御素子に直付けされており、ＥＣＵボックスは、熱交換器室内において制御基板がケーシングの天板、側板、底板のいずれかに沿う姿勢となるように配置されている。

これにより、サービス性の確保や熱交換器室内に外部から水が浸入してもＥＣＵボックスによって、インバータ制御素子や制御基板は被水すること無く、また、ファンや冷却フィンによって、インバータ制御素子や制御基板の冷却性能を向上でき、更には、ＥＣＵボックスのコンパクトな配置を可能としている。
特開平９−２５７２７６号公報

しかしながら、実際にはインバータ制御素子や制御基板からは複数本のハーネスが圧縮機や各種機器に接続されるものであり、ＥＣＵボックスからのハーネスの取出し部においては、ＥＣＵボックス内部に対する防水構造が必要となる。上記特許文献１中ではそれに関する詳細な記載は特に無く、確実な防水を施すためには、複雑な防水構造を必要とし、ひいては組付け性の悪化、コストの上昇を伴う。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、ＥＣＵボックス全体を熱交換器室内に配設して充分な冷却を維持しつつ、簡素な構造でＥＣＵボックス内への防水性を確保可能とするヒートポンプ装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、箱状のケーシング（１１０）内が仕切り板（１１１）によって、圧縮機（１２１）が配設される機械室（１１０ａ）と、熱交換器（１２２）およびこの熱交換器（１２２）に外気を供給するファン（１２３）が配設される熱交換器室（１１０ｂ）とに区画されており、圧縮機（１２１）の作動を制御するインバータ制御素子（１５０）およびこのインバータ制御素子（１５０）に関わる電気部品（１６０）を収容するＥＣＵボックス（１３０）を有し、ＥＣＵボックス（１３０）の全体が、熱交換器室（１１０ｂ）内に配設されるヒートポンプ装置において、ＥＣＵボックス（１３０）の仕切り板（１１１）側で開口する開口部（１３１）と、開口部（１３１）の位置に対応して、仕切り板（１１１）を貫通する貫通穴（１１１ａ）とを設けると共に、開口部（１３１）から水滴が容易に浸入しないように、開口部（１３１）および貫通穴（１１１ａ）を接続する接続部（１４０）を形成し、インバータ制御素子（１５０）および電気部品（１６０）のハーネス（１６０ａ）は、接続部（１４０）内を通って機械室（１１０ａ）側に取り回しされ、ＥＣＵボックス（１３０）の反開口部側には、防滴機構を有する抜き穴（１３３）が設けられ、前記接続部（１４０）は、前記開口部（１３１）および前記貫通穴（１１１ａ）のうち、一方側（１３１）に設けられた筒状の延設部（１３２）が他方側（１１１ａ）に挿入されて形成されたことを特徴としている。

これにより、ファン（１２３）作動時に熱交換器室（１１０ｂ）内を流通する外気によってＥＣＵボックス（１３０）は冷却され、内部のインバータ制御素子（１５０）や電気部品（１６０）の耐熱性を向上できる。

そして、接続部（１４０）の形成によって、ＥＣＵボックス（１３０）内への水（熱交換器室に入り込む雨水等）の浸入を阻止しつつ、ハーネス（１６０ａ）の機械室（１１０ａ）側への取り回しが可能となり、通常、ＥＣＵボックス（１３０）からハーネス（１６０ａ）を取出す部位に設定される複雑な防水構造を不要とすることができる。
また、ファン（１２３）の作動により、熱交換器室（１１０ｂ）内の圧力は機械室（１１０ａ）内の圧力に対して低くなる（負圧になる）ので、機械室（１１０ａ）から開口部（１３１）、ＥＣＵボックス（１３０）内を通り、抜き穴（１３３）から抜ける空気の流れが形成され、ＥＣＵボックス（１３０）内のインバータ制御素子（１５０）や電気部品（１６０）を効果的に冷却することができる。

更に、請求項２に記載の発明のように、延設部（１３２）を開口部（１３１）および貫通穴（１１１ａ）のうち、開口部（１３１）側に設けるようにすれば、ＥＣＵボックス（１３０）をケーシング（１１０）内に装着する際の作業性を向上させることができる。

請求項３に記載の発明では、インバータ制御素子（１５０）および電気部品（１６０）の少なくとも一方は、開口部（１３１）、抜き穴（１３３）のいずれかに近接する領域に配置されたことを特徴としている。

開口部（１３１）および抜き穴（１３３）近傍は、空気の流通面積が小さく、ＥＣＵボックス（１３０）内部よりも空気の流通速度が速くなる。よって、インバータ制御素子（１５０）や電気部品（１６０）をより効果的に冷却することができる。

請求項４に記載の発明では、熱交換器（１２２）は、外気から吸熱して、内部を流通する内部流体を加熱するものであって、インバータ制御素子（１５０）および電気部品（１６０）の少なくとも一方は、熱交換器（１２２）に近接する領域に配置されたことを特徴としている。

これにより、熱交換器（１２２）は、外気よりも低温となるので、インバータ制御素子（１５０）や電気部品（１６０）をより効果的に冷却することができる。

尚、請求項５に記載の発明のように、電気部品（１６０）としては、冷却による耐熱性の維持向上を必要とするノイズフィルタ用素子（１６１）、平滑用コンデンサ（１６２）、電流検出用素子（１６３）を対象として好適である。

請求項６に記載の発明では、熱交換器（１２２）は、外気から吸熱して、内部を流通する内部流体を加熱するものであって、ＥＣＵボックス（１３０）は、支持部（１７１）によって支持されており、支持部（１７１）は、熱交換器（１２２）に接触していることを特徴としている。

これにより、ＥＣＵボックス（１３０）からの熱が外気より低温となる熱交換器（１２２）側に伝達されるので、インバータ制御素子（１５０）や電気部品（１６０）を更に効果的に冷却することができる。また、熱交換器（１２２）にとっては、伝達される熱によって内部流体を加熱できるので、熱交換性能を向上させることができる。

請求項７に記載の発明では、インバータ制御素子（１５０）には、発生する自身の熱を前記外気側に放出する冷却フィン（１５１）が設けられており、冷却フィン（１５１）は、支持部（１７１）に接触していることを特徴としている。

これにより、インバータ制御素子（１５０）からの熱が、冷却フィン（１５１）から外気より低温となる熱交換器（１２２）側に伝達されるので、インバータ制御素子（１５０）の冷却性能を向上でき、冷却フィン（１５１）を小型にすることができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。尚、図１、図２はヒートポンプ装置１００を示す平面図および側面図、図３、図４はＥＣＵボックス１３０を示す平面図および正面図、図５は接続部１４０を示す平面図および側面図である。

図１、図２に示すように、本発明のヒートポンプ装置１００は、給湯装置に用いられて室外に設置されるものであり、ケーシング１１０内にヒートポンプサイクルを構成する機器（圧縮機１２１、水熱交換器１２４、熱交換器１２２等）およびＥＣＵボックス１３０が配設されている。

ケーシング１１０は、直方体の箱状を成しており、その内部が仕切り板１１１によって、機械室１１０ａと熱交換器室１１０ｂとに区画されている。熱交換器室１１０ｂ側において、互いに対向し合うケーシング１１０の側壁には、空気吸入口１１２と空気吹出口１１３とが設けられている。熱交換器室１１０ｂには、上記空気吸入口１１２、空気吹出口１１３から浸入する雨水や、後述する熱交換器１２２で生成される凝縮水が存在する。

機械室１１０ａには、電動式の圧縮機１２１および水熱交換器１２４が配設されている。また、熱交換器室１１０ｂには、空気吸入口１１２側に対応して熱交換器１２２が、空気吹出口１１３に対応してモータ１２３ａによって駆動されるファン１２３が配設されている。尚、ファン１２３（モータ１２３ａ）は、ケーシング１１０の底面および熱交換器１２２の上端に固定（接触）されるファンブラケット１７０によって支持されている。

因みに、ヒートポンプサイクルは、上記圧縮機１２１、水熱交換器１２４、図示しない膨張弁、熱交換器１２２が順次接続されて、内部を冷媒（本発明における内部流体に対応）が循環する閉回路として形成さるものである。

図３、図４に示すように、ＥＣＵボックス１３０は、樹脂材から成る扁平状の箱体であって、この内部には上記圧縮機１２１、ファン１２３（モータ１２３ａ）、図示しない膨張弁等の作動を制御するためのインバータ制御素子１５０やそれに関わる各種電気部品１６０が収容されている。そして、ＥＣＵボックス１３０は、全体が熱交換器室１１０ｂ内に配設されて、ファンブラケット１７０から一体で水平方向に延設されるステー部（本発明における支持部に対応）１７１（図２）に固定されている。

ＥＣＵボックス１３０の仕切り板１１１側となる側壁には開口部１３１が設けられ、後述する延設部１３２を介して外部と連通するようにしている。また、開口部１３１の反対側となるＥＣＵボックス１３０の側壁には、防滴機構、具体的にはラビリンス構造を有する抜き穴１３３が形成され、外部と連通するようにしている。

ＥＣＵボックス１３０内に収容されるインバータ制御素子１５０は、スイッチング素子の切替えにより、直流電力を交流電力に変換すると共に、圧縮機１２１に供給する電力（交流電力）を可変して圧縮機１２１の作動回転数を制御するものである。尚、インバータ制御素子１５０は、作動時に発熱を伴うため、インバータ制御素子１５０には、ＥＣＵボックス１３０の外部に突出して、インバータ制御素子１５０から発生する熱を熱交換器室１１０ｂ内の外気側に放出する（インバータ制御素子１５０を冷却する）冷却フィン１５１が設けられており、冷却フィン１５１は、ＥＣＵボックス１３０が固定されるステー部１７１に接触するようにしている。

また、インバータ制御素子１５０に関わる各種電気部品１６０は、電気ノイズを除去するノイズフィルタ用素子１６１、電流の平滑化を図る平滑用コンデンサ１６２、インバータ制御素子１５０に流れる電流を検出する電流検出用素子１６３、およびインバータ制御素子１５０、ファン１２３（モータ１２３ａ）、図示しない膨張弁等を制御する制御素子１６４等を含んでおり、ＥＣＵ基板１６５に組み付けられている。

尚、ノイズフィルタ用素子１６１、電流検出用素子１６３は、作動時においてインバータ制御素子１５０と同様に発熱する部品であり、また、平滑用コンデンサ１６２は自身の発熱は少ないものの熱による寿命の影響を受けやすく、共に、耐熱性の維持向上のために冷却を必要とする部品となっている。

ＥＣＵ基板１６５上において、各種電気部品１６０（１６１、１６２、１６３）の配置をここでは以下のようにしている。即ち、ノイズフィルタ用素子１６１を開口部１３１の近傍に、平滑用コンデンサ１６２を熱交換器１２２に近接する領域に、また、電流検出用素子１６３を抜き穴１３３の近傍に配置している。

上記インバータ制御素子１５０や各種電気部品１６０（１６１〜１６４）から延びる複数本のハーネス１６０ａは、ＥＣＵボックス１３０の外部に取出されて、更に機械室１１０ａ側に取り回されているが、本発明においてはその構造に特徴を持たせており、以下その詳細について説明する。

即ち、図５に示すように、ＥＣＵボックス１３０の開口部１３１には、仕切り板１１１側に延設される筒状（ここでは断面四角形状）の延設部１３２が一体で形成されている。また、仕切り板１１１においては、開口部１３１（延設部１３２）に対応する位置に貫通穴１１１ａが設けられており、延設部１３２が貫通穴１１１ａに挿入されている。更に、延設部１３２と貫通穴１１１ａとの隙間は、パッキン１３４によってシールされており、熱交換器室１１０ｂにおいて、開口部１３１からＥＣＵボックス１３０内に水滴が容易に浸入しないようにしている。この開口部１３１、延設部１３２、貫通穴１１１ａ、パッキン１３４によって、本発明における接続部１４０が形成される。そして、ハーネス１６０ａは、開口部１３１から延設部１３２内を通って、機械室１１０ａ側に取り回しされている。

次に、上記構成に基づくヒートポンプ装置１００の作動およびその作用効果について説明する。

ＥＣＵボックス１３０内の制御素子１６４は、ファン１２３（モータ１２３ａ）の作動回転数、図示しない膨張弁の弁開度、インバータ制御素子１５０のスイッチング素子の切替えを制御し、インバータ制御素子１５０によって圧縮機１２１の作動回転数が制御される。ファン１２３の作動によって、外気が空気吸入口１１２より取り入れられ、外気は熱交換器１２２を通過して、空気吹出口１１３から排出される。

圧縮機１２１は熱交換器１２２からの冷媒を高温高圧に圧縮して水熱交換器１２４に吐出し、水熱交換器１２４は高温の冷媒と給湯水との間で熱交換し、給湯水を加熱して湯とする。水熱交換器１２４から流出される冷媒は、図示しない膨張弁によって低温低圧に膨張され、熱交換器１２２に流入される。熱交換器１２２はファン１２３によって供給される外気から吸熱して冷媒を加熱し、圧縮機１２１に戻す。尚、熱交換器１２２の吸熱作用によって外気は温度低下し、露点温度を下回ると外気中の水蒸気が凝縮して、凝縮水が生成される。

本ヒートポンプ装置１００においては、ＥＣＵボックス１３０全体を熱交換器室１１０ｂ内に配設しているので、ファン１２３作動時に熱交換器室１１０ｂ内を流通する外気によってＥＣＵボックス１３０は冷却され、内部のインバータ制御素子１５０や各種電気部品１６０（１６１〜１６４）の耐熱性を向上できる。

そして、ＥＣＵボックス１３０の延設部１３２を仕切り板１１１の貫通穴１１１ａに挿入して接続部１４０を形成することによって、ＥＣＵボックス１３０内への水（上記した雨水や凝縮水）の浸入を阻止しつつ、ハーネス１６０ａの機械室１１０ａ側への取り回しが可能となり、通常、ＥＣＵボックス１３０からハーネス１６０ａを取出す部位に設定される複雑な防水構造を不要とすることができる。

ここでは、ハーネス１６０ａを通す接続部１４０の形成に当たって、延設部１３２をＥＣＵボックス１３０側に設けて、仕切り板１１１の貫通穴１１１ａに挿入するようにしているので、ＥＣＵボックス１３０をケーシング１１０内に装着する際の作業性を向上させることができる。

また、ヒートポンプ装置１００の作動時においては、ファン１２３の作動により、熱交換器室１１０ｂ内の圧力は機械室１１０ａ内の圧力に対して低くなる（負圧になる）。そして、ＥＣＵボックス１３０には、開口部１３１の反対側に抜き穴１３３を設けるようにしているので、機械室１１０ａから開口部１３１、ＥＣＵボックス１３０内を通り、抜き穴１３３から抜ける空気の流れが形成され、ＥＣＵボックス１３０内のインバータ制御素子１５０や各種電気部品１６０（１６１〜１６４）を効果的に冷却することができる。

特に、開口部１３１および抜き穴１３３の近傍は、空気の流通面積が小さく、ＥＣＵボックス１３０内部よりも空気の流通速度が速くなる。よって、開口部１３１および抜き穴１３３近傍に配置される電気部品１６０（具体的には、ノイズフィルタ用素子１６１、電流検出用素子１６３）をより効果的に冷却することができる。

また、熱交換器１２２は、外気から吸熱して、内部を流通する冷媒を加熱するものであって、外気よりも低温となるので、ＥＣＵボックス１３０内で熱交換器１２２に近接する領域に配置される電気部品１６０（具体的には、平滑用コンデンサ１６２）をより効果的に冷却することができる。

また、ＥＣＵボックス１３０を支持するステー部１７１は、ファンブラケット１７０を介して熱交換器１２２に接触するようにしているので、ＥＣＵボックス１３０からの熱が外気より低温となる熱交換器１２２側に伝達され、インバータ制御素子１５０や各種電気部品１６０（１６１〜１６４）を更に効果的に冷却することができる。また、熱交換器１２２にとっては、伝達される熱によって内部の冷媒を加熱できるので、熱交換性能を向上させることができる。

更に、インバータ制御素子１５０の冷却フィン１５１がステー部１７１に接触するようにしているので、インバータ制御素子１５０からの熱も冷却フィン１５１から熱交換器１２２側に伝達され、インバータ制御素子１５０の冷却性能を向上でき、冷却フィン１５１を小型にすることができる。

尚、接続部１４０の形成にあたっては、延設部１３２を仕切り板１１１の貫通穴１１１ａ側に設けて、ＥＣＵボックス１３０の開口部１３１に挿入するようにしても良い。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６、図７に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、接続部１４０の形状を変更したものである。

ここでは、接続部１４０は、上記第１実施形態で説明した延設部１３２を設けずに、開口部１３１および貫通穴１１１ａの両外周部同士が、パッキン１３４を介して密着されて（開口部１３１から水滴が容易に浸入しないように）形成されるようにしている。

これにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
上記第１、第２実施形態では、本発明のヒートポンプ装置１００は給湯装置用のものとして説明したが、空調装置用のものとしても良い。そして、熱交換器１２２は、熱交換後の外気温度がインバータ制御素子１５０や各種電気部品１６０の作動時温度より低ければ、外気から吸熱するものに限らず、内部冷媒の熱を外気に放出するものとしても良い。

また、ＥＣＵボックス１３０内のインバータ制御素子１５０や各種電気部品１６０の配設位置は、上記実施形態のものに限定されるものでは無く、ＥＣＵボックス１３０内の流通空気や熱交換器１２２による冷却効果を考慮しつつ、設計、製造上の制約等に応じて設定しても良い。

また、インバータ制御素子１５０や各種電気部品１６０の冷却がファン１２３の送風で充分足りるようであれば、ステー部１７１から熱交換器１２２側へ放熱させるファンブラケット１７０等は設けなくても良い。

また、貫通穴１１１ａを仕切り板１１１とケーシング１１０にて形成しても良い。

第１実施形態におけるヒートポンプ装置を示す平面図である。 第１実施形態におけるヒートポンプ装置を示す側面図である。 図１におけるＥＣＵボックスを示す平面図である。 図１におけるＥＣＵボックスを示す正面図である。 図１における接続部を示す平面図および側面図である。 第２実施形態におけるヒートポンプ装置を示す平面図である。 図６における接続部を示す平面図および側面図である。

符号の説明

１００ ヒートポンプ装置
１１０ ケーシング
１１０ａ 機械室
１１０ｂ 熱交換器室
１１１ 仕切り板
１１１ａ 貫通穴
１２１ 圧縮機
１２２ 熱交換器
１２３ ファン
１３０ ＥＣＵボックス
１３１ 開口部
１３２ 延設部
１３３ 抜き穴
１４０ 接続部
１５０ インバータ制御素子
１５１ 冷却フィン
１６０ 電気部品
１６０ａ ハーネス
１６１ ノイズフィルタ用素子
１６２ 平滑用コンデンサ
１６３ 電流検出用素子
１７１ ステー部（支持部）

Claims (7)

1. 箱状のケーシング（１１０）内が仕切り板（１１１）によって、圧縮機（１２１）が配設される機械室（１１０ａ）と、熱交換器（１２２）およびこの熱交換器（１２２）に外気を供給するファン（１２３）が配設される熱交換器室（１１０ｂ）とに区画されており、
   前記圧縮機（１２１）の作動を制御するインバータ制御素子（１５０）およびこのインバータ制御素子（１５０）に関わる電気部品（１６０）を収容するＥＣＵボックス（１３０）を有し、
   前記ＥＣＵボックス（１３０）の全体が、前記熱交換器室（１１０ｂ）内に配設されるヒートポンプ装置において、
   前記ＥＣＵボックス（１３０）の前記仕切り板（１１１）側で開口する開口部（１３１）と、
   前記開口部（１３１）の位置に対応して、前記仕切り板（１１１）を貫通する貫通穴（１１１ａ）とを設けると共に、
   前記開口部（１３１）から水滴が容易に浸入しないように、前記開口部（１３１）および前記貫通穴（１１１ａ）を接続する接続部（１４０）を形成し、
   前記インバータ制御素子（１５０）および前記電気部品（１６０）のハーネス（１６０ａ）は、前記接続部（１４０）内を通って前記機械室（１１０ａ）側に取り回しされ、
   前記ＥＣＵボックス（１３０）の反開口部側には、防滴機構を有する抜き穴（１３３）が設けられ、
   前記接続部（１４０）は、前記開口部（１３１）および前記貫通穴（１１１ａ）のうち、一方側（１３１）に設けられた筒状の延設部（１３２）が他方側（１１１ａ）に挿入されて形成されたことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 前記延設部（１３２）は、前記開口部（１３１）および前記貫通穴（１１１ａ）のうち、前記開口部（１３１）側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記インバータ制御素子（１５０）および前記電気部品（１６０）の少なくとも一方は、前記開口部（１３１）、前記抜き穴（１３３）のいずれかに近接する領域に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
4. 前記熱交換器（１２２）は、前記外気から吸熱して、内部を流通する内部流体を加熱するものであって、
   前記インバータ制御素子（１５０）および前記電気部品（１６０）の少なくとも一方は、前記熱交換器（１２２）に近接する領域に配置されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
5. 前記電気部品（１６０）は、ノイズフィルタ用素子（１６１）、平滑用コンデンサ（１６２）、電流検出用素子（１６３）を含むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記熱交換器（１２２）は、前記外気から吸熱して、内部を流通する内部流体を加熱す
   るものであって、
   前記ＥＣＵボックス（１３０）は、支持部（１７１）によって支持されており、
   前記支持部（１７１）は、前記熱交換器（１２２）に接触していることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
7. 前記インバータ制御素子（１５０）には、発生する自身の熱を前記外気側に放出する冷却フィン（１５１）が設けられており、
   前記冷却フィン（１５１）は、前記支持部（１７１）に接触していることを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ装置。

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