JP2005331141A - 冷却システム、空調機、冷凍空調装置、冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気品を冷却する十分な能力を有し、かつ、冷凍サイクルを構成する機器配置に制約されない構成で、しかも、冷凍サイクルの冷却効率を保証し、さらに、電気品室を密閉構造にすることができる冷却システム、空調機、冷凍空調装置、冷却方法を提供する。
【解決手段】 冷却モジュール６を形成するヒートパイプ８の受熱側８１が密閉構造の電気品室１（電気品が収容されている）に設置され、直接または受熱ブロックを介して電気品に結合され、ヒートパイプ８の放熱側８７が冷却ファン４によって形成される風路内に配置される。また、ヒートパイプ８の放熱側８７には放熱フィン７が設置されたり、配置された放熱フィン７に相当する範囲の熱交換器５の冷却ファンの間隔がその他の範囲より広くなったりしている。さらに、ヒートパイプ８の放熱側８７が熱交換器５の冷媒細管または冷却フィンに直接結合している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却システム、空調機、冷凍空調装置、および冷却方法に関する。

図２４は、空気調和機（以下「空調機」と称す）に装備された冷凍サイクルを模式的に説明する構成図である。図２４において、空調機９００に装備された冷凍サイクル９０は、冷媒を圧縮する圧縮機９１と、冷媒と大気との間で熱交換をする熱源側熱交換器９３と、冷媒を減圧する減圧手段９４（キャピラリーチューブ、電子膨張機構等）と、冷媒と大気との間で熱交換をする利用側熱交換器９５と、これらを接続して冷媒が循環する冷媒回路を形成する冷媒管９６とによって形成されている。そして、該冷媒回路には冷媒の循環方向を切り換える循環方向変更手段９２（四方弁等）が設置されている。
また、冷凍サイクル９０に対峙して、熱源側熱交換器９３を通過する風路を形成する熱源側ファン９３ｆ（以下「室外ファン」と称す）と、利用側熱交換器９５を通過する風路を形成する利用側ファン９５ｆ（以下「室内ファン」と称す）とが配置されている。

そして、空調機９００は、圧縮機９１、循環方向変更手段９２、熱源側熱交換器９３（室外熱交換器に同じ）、減圧手段９４、および室外ファン９３ｆを収納する室外ユニット９１０と、利用側熱交換器９５（室内熱交換器に同じ）および室内ファン９５ｆを収納する室内ユニット９２０とを有している。そして、室外ユニッ９１０と室内ユニット９２０とは冷媒管９６の一部によって連結され、該連結部の内、気液二相状態の冷媒が流れる範囲を冷媒液配管９６ｃと、ガス状態の冷媒が流れる範囲を冷媒ガス配管９６ｇと称す。

図２４の（ａ）は、室内ユニット９２０によって室内を冷房する状況、すなわち、室外ユニット９１０において冷媒が凝縮され、室内ユニット９２０において冷媒が蒸発する状況を示している。
まず、圧縮機９１において圧縮されて高温高圧になったガス状の冷媒は、循環方向変更手段９２において熱源側熱交換器９３に向かう（図中、位置Ａから位置Ｂに向かう）流れ方向に切り換えられ、熱源側熱交換器９３に流入する。熱源側熱交換器９３は室外ファン９３ｆの形成する風路内にあって、大気との間で熱交換しているため、ガス状の冷媒は冷却されて凝縮（液化に同じ）する。
そして、凝縮した低温高圧冷媒（位置Ｃから位置Ｄの間）は減圧手段９４に流入し、そこで、減圧された低温低圧冷媒は冷媒液配管９６ｃ（位置Ｅから位置Ｆの間）を経由して利用側熱交換器９５に流入する。利用側熱交換器９５は室内ファン９５ｆの形成する風路内にあって、室内空気との間で熱交換しているため、低温低圧冷媒は加熱されて蒸発するから、このときの蒸発熱によって室内空気は冷却されることになる。
さらに、蒸発ガス化した冷媒は循環方向変更手段９２において熱源側熱交換器９１に向かう（位置Ｇから位置Ｈに向かう）流れ方向に切り換えられ、熱源側熱交換器９１に再度流入、すなわち、循環する。

図２４の（ｂ）は、室内ユニット９２０によって室内を暖房する状況、すなわち、室外ユニット９１０において冷媒は蒸発し、室内ユニット９２０において冷媒が凝縮して室内空気を加熱する状況を示している。
まず、圧縮機９１において圧縮されて高温高圧になったガス状の冷媒は、循環方向変更手段９２において利用側熱交換器９５に向かう（図中、位置Ａから位置Ｇに向かう）流れ方向に切り換えられ、冷媒ガス配管９６ｇを経由して利用側熱交換器９５に流入する。利用側熱交換器９５は室内ファン９５ｆの形成する風路内にあって、室内空気と熱交換しているため、ガス状の冷媒は冷却されて凝縮（液化に同じ）するから、このときの凝縮熱によって室内空気が加熱される。
そして、液状になった低温高圧冷媒は冷媒液配管９６ｃ（位置Ｆから位置Ｅの間）を経由して減圧手段９４に流入し、そこで、減圧されて気液二相状態の低温低圧冷媒（位置Ｄから位置Ｃの間）となり、さらに、熱源側熱交換器９３に流入する。熱源側熱交換器９３は室外ファン９３ｆの形成する風路内にあって、大気との間で熱交換しているから、低温低圧冷媒は加熱されて蒸発することになる。そして、蒸発ガス化した冷媒は循環方向変更手段９２において熱源側熱交換器９１に向かう（位置Ｂから位置Ｈに向かう）流れ方向に切り換えられ、熱源側熱交換器９１に再度流入、すなわち、循環する。

図２５は従来の空調機を模式的に示す、（ａ）は室外ユニットの正面図、（ｂ）は電気品室の拡大正面図である。
図２５の（ａ）において、空調機９００の室外ユニット９１０には、圧縮器９１の上方に電気品室９７と、圧縮器９１の側方に室外ファン９３ｆと、室外ファン９３ｆに対峙して熱源側熱交換器９３（室外熱交換器に同じ）が配置されている。そして、電気品室９７の側壁（外面）で室外ファン９３ｆに近い位置に配にヒートシンク９９が設置されている。
図２５の（ｂ）において、電気品室９７の内部には電気品９８が収納されている。電気品９８とは、発熱性の半導体素子９８ｈ（電力変換素子等）およびその他の電気素子９８ｓ（電気部品や電子部品類を含む）の総称であって、それぞれ、基板９８ｋに形成された回路の所定位置に設置され、基板９８ｋが電気品室９７内に収納されている。

したがって、発熱性半導体素子９８ｈは、電気品室９７の側壁を介してヒートシンク９９に熱的に結合しているから、発熱性半導体素子９８ｈにおいて発生した熱は直接または電気品室９７の側壁を介してヒートシンク９９に伝達され、大気中に放散されることになる。なお、ヒートシンク９９は、熱伝導性の良好な板材（金属板等）を所定間隔で並設したものである（いわゆるラジエータに同じ）。
また、その他の電気素子９８ｓにおいて発生した熱（発熱量は僅かである）を放散するため、電気品室９７に開口部９７ａ、９７ｂ、９７ｃを設け、積極的に空気流れ（図中、矢印で模式的に示す）を形成している。
なお、発熱性半導体素子９８ｈやその他の電気素子９８ｓの数や配置の形態、並びにヒートシンク９９の形態や開口部９７ａ、９７ｂ、９７ｃの数量等は図示するものに限定しない。

ところで、近年、空調機の大型化に伴い前記発熱性の半導体素子から発生する熱量が増大し、該増大に対応するためヒートシンクの放熱面積の増大や放熱効率の向上、すなわち、前記金属板の面積や枚数の増大あるいは並設間隔の拡大が要請されている。しかしながら、かかる要請は空調機の室外ユニットの小型化に逆行したり、また、室外ユニットを大型にしないようにしようとすると、ヒートシンクの設置エリアの限界から放熱量に限界が生じたりしていた。このため、発熱性半導体素子の駆動限界から空調機の性能を低下させる運転を強いられることになっていた。
そこで、ヒートシンクに代えてヒータパイプを用い、発熱性半導体素子から発生する熱を冷凍サイクルの低圧部に熱輸送して熱放散を促進し、放熱効率を向上させる発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２３４７６７号公報（４頁、図１）

前記特許文献１に開示された発明は、発熱性半導体素子の発熱部に取付金具を設置して、該取付金具と冷凍サイクルの低圧部との間をヒートパイプによって熱的に結合したものである。このため、発熱性半導体素子の発熱部の放熱に有効であって、高い能力で冷凍サイクルを運転する場合でも、該発熱部の十分な放熱が得られるものである。
しかしながら、発熱性半導体素子と冷凍サイクルの低圧部とをヒートパイプを用いて熱的に結合するため以下の問題がある。

（あ）ヒートパイプの蒸発側（受熱側に同じ）を発熱性半導体素子に、凝縮側（放熱側に同じ）をアキュムレータ又はその近傍の冷媒管（低圧の冷媒が通過する範囲）に設置するため、凝縮側の配置位置が限定され、かつ、凝縮側を蒸発側よりも鉛直方向で高い位置に配置する必要から機器配置の自由度が低下する。
（い）発熱性半導体素子以外の電気素子からの発熱は僅かではあるが、その放熱は電気品室内を流れる空気流れに依存しているため、かかる空気流れを形成するため電気品室を密閉構造にすることができない。
（う）このため、前記空気流れを形成するために設けた開口部から、塩分、水分、粉塵、あるいは昆虫や小動物等が電気品室内に侵入することがあり、保全性が低下する。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、電気品を冷却する十分な能力を有する信頼性の高い冷却システム、空調機、冷凍空調装置、および冷却方法を提供することを目的とする。

本発明に係る冷却システムは、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と大気との間で熱交換をする熱源側熱交換器と、冷媒を減圧する減圧手段と、冷媒と大気との間で熱交換をする利用側熱交換器と、これらの機器を接続して冷媒が循環する冷媒回路を形成する冷媒管と、前記熱源側熱交換器を通過する風路を形成する熱源側ファンと、前記利用側熱交換器を通過する風路を形成する利用側ファンと、これらの機器の１または２以上を制御するための電気品と、該電気品の一部または全部を収納する電気品室と、該電気品室に収納された電気品の発熱を放散するための冷却モジュールとを有し、
前記冷却モジュールがヒートパイプによって形成され、該ヒートパイプの蒸発側が、前記電気品室に収納された電気品の略全部の電気品に直接または受熱ブロックを介して設置され、前記電気品室から離隔して配置されることを特徴とする。

したがって、本発明に係る冷却システムは、電気品を冷却する十分な放熱能力を有し、かつ、機器配置に制約されない構成であって、高い冷却性能と信頼性とを有する。

以下、本発明に係る冷却システム、空調機、冷凍空調装置、および冷却方法を説明する。なお、以下の各図において、同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。

［実施の形態１］
（冷却システム）
図１〜１２は本発明に係る冷却システムの実施の形態１を説明するための模式図であって、図１は斜視図、図２は電気品室の断面図、図３および４は冷却モジュールの斜視図、図５〜１２はバリエーションを示す斜視図である。
図１〜１２において、冷却システム１０１〜１０９は、冷凍サイクルを構成する各機器と、冷凍サイクルを制御する電気系と、電気系からの発熱を放散する放熱手段とを有している。以下、まず、冷却システム１０１〜１０９に共通する内容を、冷却システム１０１（図１〜５）について説明し、その後、バリエーションである冷却システム１０２〜１０９について、その特徴を説明する。

（冷凍サイクル）
冷却システム１０１における冷凍サイクルは背景技術における冷凍サイクル９０（図２４参照）に同じであって、冷媒を圧縮する圧縮機３と、冷媒と大気との間で熱交換をする熱源側熱交換器５（以下「熱交換器」と称す）と、冷媒を減圧する減圧手段（キャピラリーチューブ、電子膨張機構等、図示しない）と、冷媒と大気との間で熱交換をする利用側熱交換器（図示しない）と、これらを接続して冷媒が循環する冷媒回路を形成する冷媒管（図示しない）とによって形成され、該冷媒回路には冷媒の循環方向を切り換える循環方向変更手段（四方弁等、図示しない）が設置されている。
また、該冷凍サイクルに対峙して、熱交換器５を通過する風路を形成する熱源側ファン４（以下「冷却ファン」と称す）と、利用側熱交換器を通過する風路を形成する利用側ファン（図示しない）とが配置されている。

（冷却ファン）
冷却ファン４は、熱交換器５と大気との熱交換を促進するために、風の流れ（以下「冷却風」または「風路」と称す）を形成するものである。図中、風の流れを矢印で模式的に示す。なお、熱交換器５は冷却ファン４に対して風路の上流側に配置されるものに限定するものではなく、下流側に配置されてもよい。

（電気系）
電気系は、前記冷凍サイクルを制御するための電気品２と、電気品２を収納する電気品室１とを有する。電気品２とは、発熱性半導体素子（電力変換素子等）２１と、その他の電気素子２２であって、通常、回路が形成された基板２３上に配置されている。なお、発熱性半導体素子２１やその他の電気素子２２の数や配置の形態は図示するものに限定しない。

（冷却モジュール）
放熱手段６（以下「ヒートパイプ冷却モジュール」または単に「冷却モジュール」と称す）は、ヒートパイプ８と、放熱フィン７と、受熱ブロック８２とを有している。
すなわち、ヒートパイプ８の蒸発側８１（以下「受熱側」と称す）には受熱ブロック８２が設置され、受熱ブロック８２が発熱性半導体素子２１およびその他の電気素子２２に当接し、一方、ヒートパイプ８の凝縮側８７（以下「放熱側」と称す）には放熱フィン７が設置され、放熱フィン７は冷却ファン４の形成する風路内に配置されている。
したがって、発熱性半導体素子２１およびその他の電気素子２２において発生した熱は、受熱ブロック８２を経由してヒートパイプ８の受熱側８１に熱伝導され、ヒートパイプ８によって放熱側８７に熱輸送され、ヒートパイプ８の放熱側８７からは放熱フィン７に熱伝導され、そして、放熱フィン７から前記風路内に効果的に放散される。

図４の（ａ）において、冷却モジュール６ａでは、ヒートパイプ８ａの受熱側８１ａが、略Ｘ方向に配置され、放熱側８７ａが略Ｙ方向に配置されている。このため、受熱ブロック８２ａはＸＹ面に略平行で、放熱フィン７ａはＹＺ面に略平行になっている。なお、ヒートパイプ８ａの受熱側８１ａは放熱側８７ａに対して、Ｚ方向（鉛直方向に同じ）で下方に配置される。

図４の（ｂ）において、冷却モジュール６ｂでは、ヒートパイプ８ｂの受熱側８１ｂが、略Ｙ方向に配置され、放熱側８７ｂが略Ｚ方向に配置されている。このため、受熱ブロック８２ｂはＸＹ面に略平行で、放熱フィン７ｂもＸＹ面に略平行になっている。なお、ヒートパイプ８ｂの受熱側８１ｂは放熱側８７ｂに対して、Ｚ方向（鉛直方向に同じ）で下方に配置される。

図４の（ｃ）において、冷却モジュール６ｃでは、ヒートパイプ８ｃが直線上であって略Ｚ方向に配置され、受熱ブロック８２ｃはＸＺ面に略平行で、放熱フィン７ｂはＸＹ面に略平行になっている。なお、ヒートパイプ８ｃの受熱側８１ｃは放熱側８７ｃに対して、Ｚ方向（鉛直方向に同じ）で下方に配置される。

図４の（ｄ）において、冷却モジュール６ｄは冷却モジュール６ａ（図４の（ａ））に略同一形状であるが、冷却モジュール６ｄは受熱ブロック８２ｄを電気品（図示しない）に摺動させながら当接するのに対して、前記冷却モジュール６ａは受熱ブロック８２ａを電気品（図示しない）に押し当てる点で相違する。
なお、以上は実施例の一部であって、ヒートパイプ８の本数や形態、受熱ブロック８２や放熱フィンの形態や、これらの位置関係は適宜変更されるものある。

（ヒートパイプ）
ヒートパイプ８は、内部に作動液（水、代替フロン等）が封入された管体であって、熱伝導性の良好な金属（たとえば、銅、アルミニウム）等で形成されている。
すなわち、ヒートパイプ８の受熱側８１は放熱側８７より鉛直方向で低い位置または略同じ位置に配置されるから、作動液は、ヒートパイプ８の受熱側８１に熱伝達された熱によって蒸発し、蒸気流れとなって放熱側８７に移動し、放熱側８７の管壁に接触して冷却、凝縮され、そして、凝縮した作動液は重力によって受熱側８１に戻ることになる。
つまり、受熱側８１では蒸発潜熱を吸収して電気品２を冷却し、一方、放熱側では凝縮潜熱を放出し、該凝縮潜熱が放熱フィン７から前記風路内に放散されるから、効率の良い熱輸送が達成されている。

ヒートパイプ８は１本または複数本であって、それぞれが略直線状で互いに略平行に配置されたり、あるいは発熱性半導体素子２１またはその他の電気素子２２の配置に対応してそれぞれ屈曲して配置されたりしている。
また、ヒートパイプ８の形状は断面円形や断面楕円形の管体に限定するものではなく、いずれの形状（たとえば、扁平な空洞等）であってもよい。また、大きさ（内径や長さ）はいずれであってもよい。さらに、ヒートパイプ８の内面は平滑なものに限定されず、微細な凹溝または凸条を設けてもよい。このとき、凝縮した作動液は毛細管現象によって移動が促進されることになる。

（受熱ブロック）
受熱ブロック８２はヒートパイプ８に密着し、熱伝導性の良好な材料（たとえば、銅、アルミニウム等の金属）で略平面状に形成されている。そして、平面を形成するように配置された発熱性半導体素子２１およびその他の電気素子２２の面（図２において、下面）に当接しているから、広い面積で熱伝達され、これらが発生する熱を効果的にヒートパイプ８に熱伝導・熱伝達・熱輸送している。なお、受熱ブロック８２を撤去して、発熱性半導体素子２１およびその他の電気素子２２にヒートパイプ８の受熱側８１を直接当接してもよい。
さらに、発熱性半導体素子２１の面およびその他の電気素子２２の面が不揃いであって、凹凸面が形成される場合には、該凹凸面に対応して受熱ブロック８２に凹凸面を形成ししたり、熱伝導グリースの塗布または熱伝導シートの貼付等の伝熱対策をしたりしてもよい。

（放熱フィン）
放熱フィン７は、熱伝導性の良好な板材（たとえば、銅、アルミニウム等の金属板）を所定間隔で並設したものであって、ヒートパイプ８の放熱側８７からの熱放散を促進するものである（いわゆるラジエータに同じ）。なお、各板材の形状、大きさ、厚さおよび配置の間隔等は、設計的事項であって、放熱フィン７が配置される位置における風路の状況に対応して選定されるものである。
なお、放熱フィン７は冷凍サイクルを構成する熱交換器５と離隔、すなわち、空気絶縁されているから、放熱フィン７からの放熱が冷凍サイクルに影響することはない。

（電気品室）
電気品室１は、ヒートパイプ８が貫通する貫通孔１１を有するだけで、それ以外に開口部を具備しない筐体である。すなわち、電気品室１は電気品２を収納した状態で密閉構造になっているため、外部から、塩分、水分、粉塵、あるいは昆虫や小動物等が侵入することがなく、電気品２の劣化や損傷が防止されるから、保全性が維持される。
また、ヒートパイプ８の外周と電気品室１の貫通孔１１の内周との間に、断熱性のシール材を配置して、気密性ないし水密性の向上と、電気品室１の側壁への熱伝導の防止とを図ってもよい。
なお、前記密閉とは厳密な意味の密閉あるいは密封に限定するものではなく、電気品室に外部に通じる隙間があってもよい。このとき、冷却モジュールによって十分に放熱されるため、電気品を冷却する風流れ（電気品室を通過する）を積極的に形成する必要がなく、かかる風流れが形成されないから、前記効果が奏されることになる。

以上より、冷却システム１０１は、電気品２の発熱をヒートパイプによって冷却効率の高い位置（風路内の所望の位置）に熱輸送して、該位置において放散するから以下の効果を奏する。
（１）冷却モジュールの放熱フィンを設置する位置選定の自由度が増す。
（２）放熱フィンおよびヒートパイプを小型にすることができる。
（３）冷凍サイクルの冷却のための風路設計の自由度が増す。
（４）電気品を収納する電気品室の構造形態の自由度が増す。
（５）電気品室を小型にすることができる。
（６）電気品室を密閉構造にすることができる。
（７）また、冷却モジュールと冷凍サイクルが熱的に絶縁されているから、発熱性半導体素子の発熱を放散しても、冷凍サイクルに影響が生じない。
よって、冷却システム１０１は、電気品を冷却する十分な能力を有するため、大出力であっても冷却効率が保証され、かつ、冷凍サイクルを構成する機器配置に制約されない構成で設計の自由度が高いから、小型化の推進並びに保全性の向上が可能になる。
なお、後記冷却システム１０２〜１０９もかかる作用効果を有している。

（冷却システム−その２）
図５において、冷却システム１０２は、電気品室１が圧縮器３の下方に配置され、冷却モジュール６ｂ（図４の（ｂ）参照）が設置されたものである。このとき、冷却モジュール６ｂを構成する放熱フィン７ｂは圧縮器３の側方に位置し、冷却ファン４が形成する風路内に位置している。たとえば、冷却ファン４の回転範囲を熱交換５に投影した際の投影範囲内、放熱フィン７ｂの投影範囲が重なって位置している。
よって、前記冷却システム１０１と同様の作用効果を奏する。特に、冷却モジュール６ｂの受熱ブロック（図示しない）が電気品室１の天井面または床面の近くにあって、冷却システム１０２における鉛直方向の低い位置にあるから、該受熱ブロックよりも高い位置に配置される放熱フィン７ｂは、その配置する位置選定の自由度がさらに拡大する。さらに、冷却モジュール６ｂに替えて、冷却モジュール６ａ、６ｃ、６ｄを設置してもよい。

（冷却システム−その３）
図６において、冷却システム１０３は、電気品室１が圧縮器３と冷却ファン４との間に配置され、冷却モジュール６ｃ（図４の（ｃ）参照）を設置したものである。このとき、冷却モジュール６ｃを構成する放熱フィン７ｃは圧縮器３の斜め上方に位置し、冷却ファン４が形成する風路内に位置している。また、電気品室１は冷却ファン４と圧縮器３との隔壁の一部となって風の流れを案内するため、電気品室１の側壁が該風の流れに曝されて直接冷却されている。

（冷却システム−その４）
図７において、冷却システム１０４は、電気品室１が圧縮器３に対して風路の下流側に配置され、冷却モジュール６ｃ（図４の（ｃ）参照）を設置したものである。このとき、冷却モジュール６ｃを構成する放熱フィン７ｃは圧縮器３の斜め上方に位置し、冷却ファン４が形成する風路内に位置している。また、冷却ファン４と圧縮器３との間には風路の障害となるものがないため、広い範囲に風路が形成されるから、熱交換器５の有効熱交換面積が拡大することになる。

（冷却システム−その５）
図８において、冷却システム１０５は、冷却システム１０１（図１参照）における、熱交換器５の熱交換フィン５２の間隔を一部変更したものである。
すなわち、熱交換器５は冷媒管から分岐した複数本の冷媒細管５１と、冷媒細管５１に設置された複数枚の熱交換フィン５２から構成されて、熱交換フィン５２は冷却ファン４が形成する風路において、所定の放熱効率を奏するように所定間隔５３（以下「フィンピッチ」を設けて略平行に配置されている。そして、熱交換フィン５２の間を通過することによって熱交換された空気は、冷却モジュール６の放熱フィン７の間に流れ込むことになる。

そこで、上流側に熱交換フィン５２が配置されていることによる下流側の放熱フィン７への冷却風の流れ難さを解消するため、熱交換フィン５２のフィンピッチ５３を一部不均一にしている。具体的には、冷却モジュール６の放熱フィン７に流れ込む風路に相当する範囲の熱交換フィン５２について（放熱フィン７に流れ込む風路について流線を描いた場合、該流線が熱交換フィン５２を通過する範囲に同じ）、その間隔５４をフィンピッチ５３よりも広くしている（以下「フィン粗ピッチ」と称す）。
よって、冷却システム１０５において、熱交換フィン５２を流れる風の風速を均一または不均一にすることが可能になるから、均一にすることによって、冷却モジュール６の放熱フィン７の設置場所の自由度が上がり、また、不均一にする（フィン粗ピッチを設けるに同じ）ことによって、多くの風量を放熱フィン７に流すことができる。
なお、冷却システム１０２〜１０４（図５〜７参照）においても、同様に熱交換器におけるフィンピッチを不均一にする（フィン粗ピッチを設けるに同じ）ことができる。

（冷却システム−その６）
図９において、冷却システム１０６は、冷却システム１０１（図１参照）における冷却モジュール６から放熱フィン７を撤去して、ヒートパイプ８を熱交換器５の熱交換フィン５２に接合したものである（以下、放熱フィン７を撤去した冷却モジュール６を「冷却モジュール９」と称す）。
したがって、冷却モジュール９は簡素な構成になると共に、放熱フィン７が風路内に配置されないため、冷却ファン４によって形成される風路が影響を受けることがない。また、熱交換フィン５２自体が風路において風冷されているから、ヒートパイプ８から冷媒細管５１（冷凍サイクルに同じ）への熱伝達は無視できる程度に小さい。
なお、図中、熱交換フィン５２に貫通孔を設け、該貫通孔にヒートパイプ８を直接嵌挿しているが、該貫通孔の内周とヒートパイプ８の外周との間に伝熱リングを配置して両者を熱的に接合してもよい。

（冷却システム−その７）
図１０は本発明に係る冷却システムの実施の形態１のバリエーションを模式的に示すものであって、（ａ）は斜視図、（ｂ）および（ｃ）は一部を示す拡大図である。図１０において、冷却システム１０７は、冷却モジュール９（放熱フィン７を撤去した冷却モジュール６に同じ）を構成するヒートパイプ８を、熱交換器５の冷媒細管５１に熱的に結合したものである。
図１０の（ａ）において、ヒートパイプ８を、図示しない冷媒管から分岐した冷媒細管５１に直接当接している。

また、図１０の（ｂ）および（ｃ）において、ヒートパイプ８を、冷媒細管５１に放熱ブロック８３ａまたは放熱ブロック８３ｂを介して熱的に接合している。放熱ブロック８３ａは熱伝導性の良好な材料（銅、アルミニウム等の金属等）で形成され、貫通孔８４ａ、８５ａ設けられている。そして、貫通孔８４ａにヒートパイプ８の放熱側８７が嵌挿され、一方、貫通孔８５ａには冷媒細管５１が嵌挿されている（図１０の（ｂ）参照）。

また、放熱ブロック８３ｂは熱伝導性の良好な材料（銅、アルミニウム等の金属等）で形成され、溝８４ｂ、８５ｂが設けられている。そして、溝８４ｂにヒートパイプ８の放熱側が載置され熱的に接合され、一方、溝８５ｂには冷媒細管５１が載置され熱的に接合されている（図１０の（ｃ）参照）。なお、一対の放熱ブロック８３ｂを貼り合わせて放熱ブロック８３ａを形成してもよい。
したがって、冷却モジュール９は簡素な構成になると共に、放熱フィン７が風路内に配置されないため、冷却ファン４によって形成される風路が影響を受けることがない。また、ヒートパイプ８と冷媒細管５１（高圧冷媒が流れている）とが熱的に結合しているものの、熱交換フィン５２自体が風路において風冷されるから、冷凍サイクルへの熱流入は無視できる程度に小さい。

（冷却システム−その８、サーモサイフォン）
図１１は本発明に係る冷却システムの実施の形態１のバリエーションを模式的に示すものであって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はサーモサイフォン型ヒートパイプ（以下「サーモサイフォン」と称す）を模式的に示す一部断面の斜視図である。
図１１の（ｂ）において、サーモサイフォン１０は、熱伝導性の良好な材料からなる板材１１ａと板材１１ｂとを貼り合わせたものであって、板材１１ａ、１１ｂにそれぞれ形成された列状の溝１２ａ、１２ｂ（凹部に同じ）、回路状の溝１３ａ、１３ｂ（凹部に同じ）、これらに交差する溝１４ａ、１４ｂ（凹部に同じ）によって、それぞれ空洞１２、１３、１４が形成されている。そして、空洞１２、１３、１４には作動液（水、代替フロン等）が封入されている。
また、一部に平面状の受熱部１５が形成されているから、受熱部１５を発熱体に当接すれば。受熱部１５に近い範囲で作動液は蒸発し、一方、受熱部１５から離れた範囲を冷却すれば蒸発した作動液は凝縮することになる。すなわち、複数のヒートパイプ８（図３参照）を平面状に並べて、該平面内に、ヒートパイプ８同士を連結する放熱フィンを設けたものと熱力学的に同様に作用する。

なお、板材１１ａおよび板材１１ｂは平面に限定するものではなく、断面円弧状や断面Ｌ字状ないし断面コ字状にしてもよい。
また、空洞１２、１３、１４や受熱部１５の形状や数量は例示であって、これに限定するものでなく、これらは適宜、添削ないし増減したり、分岐ないし統合したりすることができる。さらに、受熱部１５は、これに当接する放熱体の形状に合わせて凹凸に形成したものでもよく、放熱のために放熱面（平面または凹凸面）を設けてもよい。
さらに、一方の板材１１ａにのみ溝１２ａ、１３ａ、１４ａを形成して、他方の板材１１ｂを平坦にしてもよい。このとき、受熱する面（発熱体との当接部に同じ）や放熱する面（放熱体（風路等）との当接部に同じ）の位置選定の自由度が増す。
なお、空洞１２、１３、１４は、平坦な板材１１ａと板材１１ｂとを貼り合わせた後で形成しても、あるいは、あらかじめ溝１２ａ等、１２ｂ等が加工されている板材１１ａと板材１１ｂとを貼り合わせて形成してもよい。

図１１の（ａ）において、冷却システム１０８は、圧縮器３（図示しない）を包囲する隔壁３２の内、冷却ファン４に対峙する面の下方を電気品室１の側壁で、該面の上方をサーモサイフォン１０で形成している。そして、電気品室１に収納された電気品２にサーモサイフォン１０の受熱部１５を直接または受熱ブロックを介して当接している（図示しない、図２参照）。また、電気品室２は実施の形態１と同様に密閉構造になっている。
したがって、サーモサイフォン１０は冷却ファン４が形成する風路に接するため、これによって冷却されることになる。このとき、風路内には障害となるものがないため、風路が影響を受けることがなく、熱交換器５の放熱効率が保証される。

（冷却システム−その９、サーモサイフォン）
図１２は本発明に係る冷却システムの実施の形態１のバリエーションを模式的に示す斜視図である。図１２において、冷却システム１０９は、電気品室２の一方の面をサーモサイフォン１０によって形成し、これを密閉構造にしたものである。そして、電気品室１に収納された電気品２をサーモサイフォン１０の受熱部１５に当接している（図示しない）。
なお、該当接の要領は限定するものではなく、たとえば、発熱性半導体素子２１やその他の電気素子２２の面が平面になるように基板２３に設置し（図２参照）、基板２３を受熱部１５に対して僅かに斜めに摺動して、緊密に当接させてもよい（いわゆるスロット式に同じ）。

そして、サーモサイフォン１０が冷却ファン４に対峙するように、電気品室２が冷却ファン４と圧縮器３との間に配置されている。したがって、サーモサイフォン１０は冷却ファン４が形成する風路に接するから、これによって冷却されることになる。
さらに、サーモサイフォン１０を断面Ｌ字状に形成して、一方の面でもって電気品室１の一面を形成し、他方の面を熱交換器５に対峙させれば、サーモサイフォン１０の冷却が促進されることになる。なお、サーモサイフォン１０と電気品室１のサーモサイフォン１０以外の側壁との間に断熱性のシール材を配置してもよい。

図１３〜２０は本発明に係る空調機の実施の形態１を模式的に示す斜視図である。
図１３〜１５に示す空調機２０１〜２０５は冷却モジュール６を具備するもの、図１６〜１８に示す空調機３０１〜３０４は冷却モジュール９（放熱フィン７を具備しない冷却モジュール６に同じ）を具備するもの、図１９に示す空調器４０１は室内ユニットに冷却モジュール９を具備するもの、図２０に示す空調器５０１は室外ユニットの底板にヒートパイプが設置されたものである。なお、図１３〜１８、２０は空調機の室外ユニットの一部を示すものであって、別途、図示しない室内ユニットを有している（実施の形態１の説明に準じる）。

（空調機−その１）
図１３の（ａ）において、空調機２０１の室外ユニットは、底板３１と、底板３１に設置された平面視Ｌ字状の熱交換器５と、熱交換器５に対峙した冷却ファン４と、底板３１に設置された圧縮器３と、冷却ファン４と圧縮器３との間に設置された隔壁３２と、隔壁３２の上端に設置された電気品室１（図示しない電気品を収納している）とを有している。
そして、電気品室１に収納された図示しない電気品（発熱性半導体素子およびその他の電気素子）には冷却モジュール６の受熱ブロック８２が当接し、一方、冷却モジュール６の放熱フィン７は冷却ファン４の形成する風路内で、冷却ファン４の下流側に配置されている。すなわち、冷却モジュール６と冷凍サイクルとが熱的に絶縁（空気絶縁）されている。
すなわち、空調機２０１は前述の冷却システム１０１を装備しているため、図示しない電気品を冷却する十分な放熱能力を有し、適宜放熱フィン７の位置を選定できるから、室外ユニットは小型であって、高い冷却能力を発揮する。また、電気品室を密閉構造にすることができるから、保全性が保証される。

（空調機−その２）
図１３の（ｂ）において、空調機２０２の室外ユニットは、冷却モジュール６の放熱フィン７を冷却ファン４の形成する風路の上流側、すなわち、熱交換器５と冷却ファン４との間に配置したものであって、その他は空調機２０１（図１３の（ａ）参照）に同じであるから、空調機２０１と同様の作用効果を奏する。

（空調機−その３）
図１４の（ａ）において、空調機２０３の室外ユニットは、冷却モジュール６の放熱フィン７を熱交換器５に載置したものであって、空調機２０１と同様の作用効果を奏する。
すなわち、冷却ファン４によって熱交換器５の周囲にも風路が形成されるから、該風路内において放熱フィン７は冷却されることになる。このとき、熱交換器５の熱交換フィンと放熱フィン７との間に放熱フィン７が位置していないため、この間の風路に影響がでることはない。
なお、圧縮器３や熱交換器５等は図示しない筐体に収納され、該筐体の開口部を連結するように冷却ファン４によって風路が形成されるから、放熱フィン７の位置に対応して筐体に開口部を設けておけば、放熱フィン７の冷却が促進されることになる。

（空調機−その４）
図１４の（ｂ）において、空調機２０４の室外ユニットは、冷却モジュール６の放熱フィン７を熱交換器５の側方に配置したものである。すなわち、冷却ファン４によって熱交換器５の周囲にも風路が形成されるから、該風路内において放熱フィン７は冷却されることになる。このとき、熱交換器５の熱交換フィンと放熱フィン７との間に放熱フィン７が位置していないため、この間の風路に影響がでることはない。
また、当該室外ユニットの筐体に、放熱フィン７の位置に対応して開口部を設けておけば、放熱フィン７の冷却が促進されることになる。

（空調機−その５）
図１５において、空調機２０５の室外ユニットは、冷却モジュール６の放熱フィン７を熱交換器５の側方に配置し、放熱フィン７に向けて換気ファン４１から室内空気を吹き付けるものである。すなわち、図示しない室内ユニット（利用側熱交換器（室内熱交換器）等を装備している）から、室内空気を吸引して室外に排出する換気ファン４１が設置され、換気ファン４１の吹出側に放熱フィン７が配置されている。
このとき、冷却モジュール６の放熱フィン７は、室内を冷房する際には冷却された室内空気によって冷却されるため、十分な放熱効果が得られる。また、放熱フィン７とは別個に換気ファン４１によって冷却されるから、放熱フィン７が形成する風の流れは全て、熱交換器５における熱交換に供されることになる。

（空調機−その６）
図１６において、空調機３０１の室外ユニットは、底板３１と、底板３１に設置された断面略Ｌ字状の熱交換器５と、図示しない冷却ファンと、底板３１に設置された圧縮器３と、前記冷却ファンと圧縮器３との間に設置された隔壁３２と、隔壁３２の上端に設置された電気品室１（発熱性半導体素子およびその他の電気素子（図示しない）を収納している）とを有している。
そして、電気品室１に収納された発熱性半導体素子およびその他の電気素子（図示しない）には冷却モジュール９（放熱フィンを具備しない冷却モジュール６に同じ）の受熱ブロック８２が当接し、一方、冷却モジュール９のヒートパイプ８の放熱側８７は、電気品室１の上方で、電気品室１の上壁から離隔した位置に配置されている。したがって、冷却ファン４に吸引されて電気品室１の上方に形成される風路内に、ヒートパイプ８の放熱側８７が配置されているから、該風路において冷却されることになる。
また、空調機３０１の電気品室１は前記空調機２０１等の電気品室１と同様に密閉構造である。よって、空調機３０１は空調機２０１等と同様の作用効果を奏する。
なお、ヒートパイプ８の放熱側８７を圧縮器３とは反対の方向で、熱交換器５の上端に沿って、あるいは熱交換器５と送風ファンとの間、若しくは送風ファンの下流側に配置してもよい。さらに、ヒートパイプ８の放熱側８７を熱交換器５の冷媒細管または熱交換ファンに熱的に結合してもよい。

（空調機−その７）
図１７の（ａ）において、空調機３０２の室外ユニットは、底板３１と、底板３１に直接設置された電気品室１と、電気品室１（発熱性半導体素子およびその他の電気素子（図示しない）を収納している）の上面に設置された圧縮器３と、底板３１に設置された断面略Ｌ字状の熱交換器５と、図示しない冷却ファンと、該冷却ファンと熱交換器５との間で電気品室１の上面に設置された隔壁３２とを有している。
そして、電気品室１に収納された発熱性半導体素子およびその他の電気素子（図示しない）には冷却モジュール９の受熱ブロック８２が当接し、一方、冷却モジュール９のヒートパイプ８の放熱側８７は、圧縮器３とは反対の方向で、熱交換器５の下流側に配置されている。このため、ヒートパイプ８の放熱側８７の配置（いわゆる「引き回し」に同じ）の自由度がさらに増す。よって、空調機３０２は空調機２０１等と同様の作用効果を奏する。なお、ヒートパイプ８の放熱側８７を熱交換器５の冷媒細管または熱交換ファンに熱的に結合してもよい。

（空調機−その８）
図１７の（ｂ）において、空調機３０３の室外ユニットは、前記空調機３０２における冷却モジュール９のヒートパイプ８の放熱側８７を、隔壁３２に略平行に配置したものである。すなわち、冷却ファンによって形成される風路は隔壁３２によって案内され、隔壁３２に沿った風流れ形成するから、放熱側８７は、かかる風流れの中において、効果的に冷却されることになる。よって、空調機３０３は空調機２０１等と同様の作用効果を奏する。なお、ヒートパイプ８の放熱側８７を隔壁３２に熱的に結合して、隔壁３２への熱伝達を図ってもよい。また、ヒートパイプ８に替えて、サーモサイフォン１０（図１１参照）を設置してもよい。

（空調機−その９）
図１８において、空調機３０４の室外ユニットは、熱交換器５の側方に水槽３３（以下「ドレンピット」と称す）を有している。ドレンピット３３には、図示しない室内ユニットにおいて回収された水（以下「ドレン」と称す）が誘導され蓄積されている。
そして、冷却モジュール９のヒートパイプ８の放熱側８７がドレンピット３３に侵入し、ドレンによって水冷されている。すなわち、前記空調機３０１におけるヒートパイプ８の放熱側８７の風冷に替えて、これを水冷するものであるから、空調機３０４は空調機２０５と同様の作用効果を奏する。
なお、ドレンピット３３を設置する位置は図示するものに限定するものではない。たとえば、空調機３０２、３０３にドレンピットを設置してもよい。

（空調機−その１０）
図１９において、空調機４０１の室内ユニットは、室内空気の吸込口と吹出口を具備する筐体であって、その内部に当該冷却システムを制御する電気品（図示しない）を収納した室内電気品室１ｒと、利用側熱交換器（室内熱交換器に同じ、図示しない）と、利用側ファン（室内ファンに同じ、図示しない）とが配置されている。
そして、室内電気品室１ｒは密閉構造であって、冷却モジュール９（放熱フィン７を具備しない冷却モジュール６に同じ）が設置され、冷却モジュール９を構成するヒートパイプ８の放熱側８７が、前記室内送風ファンによって形成される風路内、すなわち、吹出口に配置されている。
したがって、空調機４０１の室内電気品室１ｒは効果的に冷却され、保全性が保証されることになる。なお、空調機４０１における室外ユニットについては、空調機２０１〜２０５または３０１〜２０４の何れの室外ユニットを採用してもよい。

（空調機−その１１）
図２０において、空調機５０１の室外ユニットの底板３１にヒートパイプ８の放熱側８７が設置され、一方、ヒートパイプ８の受熱側８１が圧縮器３に設置されている。
したがって、室内を暖房する際、室外ユニットの熱交換器（図示しない）が蒸発器として動作し、熱交換器において冷媒は外気から熱を受け取って蒸発ガス化するから、この時に冷却された外気は結露して熱交換器に付着することがある。そして、該結露した水（以下「結露水」と称す）が底板３１に流れ落ちた場合であっても、該結露水は、ヒートパイプ８を経由して底板３１に熱輸送される圧縮器３の温熱によって加熱されることになる。すなわち、該結露水が凍結することがないから、これによる機器の損傷が防止される。
なお、本発明は放熱側８７を底板３１に直接設置するものに限定するものではなく、放熱ブロックを介して設置してもよい。また、空調機５０１のかかる構成は、空調機２０１〜２０５、３０１〜２０４または４０１の何れにも採用することができるものである。

（冷蔵庫）
図２１、２２は本発明に係る冷凍空調装置の実施の形態１を模式的に示すものであって、図２１は冷蔵庫の斜視図、図２２は 給湯機の正面図である。
図２１において、冷蔵庫６００は、冷蔵室（または冷凍室）６１０の下方または最下段の冷蔵室（または冷凍室）の後部に機械室６２０が設けられ、機械室６２０に、冷凍システム１０１〜１０５に準じる冷凍サイクルを構成する圧縮器６０３および熱源側熱交換器（図示しない）と、該熱源側熱交換器を冷却する冷却ファン６０４と、冷凍サイクルを制御する電気品を収納する電気品室６０１と、前記電気品からの発熱を放散する冷却モジュール６０６とが収納されている。
そして、機械室６２０には冷却ファン６０４によって略Ｕ字状の風路が形成され（図中、矢印にて示す）、該風路の上流から下流に向かって、放熱フィン６０７、熱源側熱交換器（図示しない）、圧縮器６０３が順次配置されている。したがって、冷却モジュール６０６の放熱フィン６０７は確実に冷却されている。
すなわち、冷却モジュール６０６は前述の冷却モジュール６に準じるから、放熱フィン６０７は小型であって、所望の位置において良好な放熱性能を発揮するため、電気品室６０１を機械室６２０内に収納することが可能になる。また、冷却モジュ−ルの十分な放熱能力によって冷蔵庫の冷却能力は保証されるものである。
なお、従来は、図中、斜線で示す位置に電気品室を配置していたため、冷蔵室（または冷凍室）の容積が減少していたのに対し、本発明の冷蔵庫６００では該電気品室を機械室６２０内に移設することが可能になるため、電気品室の容積分だけ冷蔵室（または冷凍室）の容積が増大している。

（給湯機）
図２２において、給湯機７００は冷却システム１０１を装備している。すなわち、給湯機７００は、底板７３１と、底板７３１に設置された平面視略Ｌ字状の熱交換器７０５（熱源側熱交換器に相当）と、熱交換器７０５に対峙した冷却ファン７０４と、底板７３１に設置された圧縮器７０３と、圧縮器７０３の上方に設置された電気品室７０１（図示しない電気品を収納している）と、底板７３１に設置された冷媒−水熱交換器７１０（利用側熱交換器を具備している）とを有している。
そして、電気品室７０１に収納された発熱性半導体素子およびその他の電気素子（図示しない）には冷却モジュール７０６（冷却モジュール６に準じる）の受熱ブロック（図示しない）が当接し、一方、冷却モジュール７０６の放熱フィン７０７は冷却ファン７０４が形成する風路内に配置されている。
したがって、給湯機７００の室外ユニットは小型であっても、電気品を冷却する十分な放熱能力を有し、適宜放熱フィン７０７の位置を選定でき、さらに、電気品室７０１を密閉構造にすることができることになる。なお、冷媒−水熱交換器７１０において、利用側ファン（図示しない）は水撹拌手段と読み替えるものである。

次に、空調機２０２（図４および図１３の（ｂ）参照）における冷却性能の確認結果を示す。まず、冷却モジュールについて熱モデルの作成し、これに基づいて冷却モジュールの熱特性を計算し、該計算結果に基づいた冷却モジュールを試作した。
以下、まず、冷却モジュールの設計、特に、電子機器筐体（電気品室に同じ）にて比較的遅い風速にて冷却を行う冷却モジュールについてフィンピッチの最適値の評価について簡単に説明する。

（熱モデル）
図２３の（ａ）は熱モデルを示す説明図である。すなわち、冷却モジュール６を蒸発部６１、凝縮部６２、およびフィン部６３の３部分の構成にモデル化している。そして、それぞれの部分における熱抵抗を、蒸発部熱抵抗Ｒｅ、凝縮部熱抵抗Ｒｃ、およびフィン−空気間熱抵抗Ｒｆとし、これらの合計をモジュール全熱抵抗Ｒａｌｌ（＝Ｒｅ＋Ｒｃ＋Ｒｆ）とする。このとき、
蒸発部熱抵抗 ：Ｒｅ＝１／（αｅ×Ａｅ）・・・・・式（１）
凝縮部熱抵抗 ：Ｒｃ＝１／（αｃ×Ａｃ）・・・・・式（２）
フィン−空気間熱抵抗：Ｒｆ＝１／（η×ｈｆ×Ａｆ）・・・式（３）
ここで、
αｅ：作動液の蒸発熱伝達率
αｃ：作動液の凝縮熱伝達率
Ａｅ：蒸発部の表面積［ｍ²］
Ａｃ：凝縮部の表面積［ｍ²］
Ａｆ：フィンの放熱面積［ｍ²］
η ：フィン効率
ｈｆ：フィン部熱伝達率［（Ｗ／（ｍ²・Ｋ）］
である。なお、フィン−空気間熱抵抗Ｒｆは、小列パイプ数で比較的遅い風速域を対称とするフィン部モデルに基づいている。また、蒸発部６１の入熱側の温度（受熱ブロックの温度に同じ）をＴｂ、蒸発部６１と凝縮部６２との接点の温度をＴｖ、凝縮部６２とフィン部６３との接点の温度をＴｃ、およびフィン部６３の放熱側の温度（室温に同じ）をＴａとする。

（熱特性）
図２３の（ｂ）は熱伝達率とフィンピッチとの関係を示す熱特性図であって、縦軸は熱伝達率、横軸はフィンピッチである。すなわち、風速を０．５〜２．０ｍ／秒、フィンピッチＰｆを１．５〜５ｍｍ、フィン厚さを０．２〜０．５ｍｍのパラメータ範囲を想定して、パラメータ検討を行い、風速１ｍ／秒、フィンピッチ３ｍｍのとき、放熱フィンの上流側と下流側との圧力損失（圧力差）が一定値となるように、各フィンピッチにて風速を調整（変更）した条件で、熱特性を示している。なお、フィン厚さも熱特性に影響するものの、フィンピッチに比較するとその影響が小さいため、熱特性に影響が大きい設計パラメータともなりやすいフィンピッチについて評価している。

すなわち、フィンピッチを狭め、熱伝達率を上げると圧損も大きくなる傾向であることから、前記条件（常に一定のファン駆動力が得られる場合）において、フィンピッチ（Ｐｆ）が３．５ｍｍで熱的特性が最大となり、これが、フィン部の最適設計の目安となる。
つまり、フィンピッチ（Ｐｆ）を３．５ｍｍ以上とすると、外的なパラメータに左右されず熱的な特性は一定になる。一方、フィンピッチ（Ｐｆ）を３．５ｍｍ以下とすると、熱的特性は大きく向上するが圧力損失も大きくなり、空調機の冷凍サイクルにおける性能への影響が懸念される。

（確認試験）
そこで、放熱フィンのフィンピッチ（Ｐｆ）を３ｍｍとした後記試作冷却モジュールを空調機に搭載して確認試験を行ったところ、以下の事項が明かになった。
冷却能力の実測値が前記設計における計算値とも比較して良好な精度であることが確認され、該試作冷却モジュールの冷却能力は充分にあり、かつ、空調能力（冷凍サイクルの特性）にも影響がないことが確認された。
すなわち、冷却モジュールの放熱フィンには、放熱能力を最大にするフィンピッチが存在することが確認された。
また、冷却モジュールのフィンピッチを最適値（熱伝達率を極大にするフィンピッチに同じ）に設計しておけば、該最適値（３ｍｍ）が熱交換器の熱交換フィンのフィンピッチ（１〜２ｍｍ）よりも十分大きく、放熱フィンを小型にすることができるから、空気通過面積比を小さくする（２〜３％、これについては後述する）ことが可能になる。
これより、その程度のフィンピッチでその程度の空気通過面積比の冷却モジュールを配置しても冷却モジュールによる圧力損失（空気抵抗に同じ）は発生するも、熱交換器全体の圧力損失と比較してその割合は小さく全体としてその増加分は無視できる程度にあるから、冷凍サイクルへの影響はないことが確認された。すなわち、本発明が顕著な作用効果を奏することが確認された。

（試作冷却モジュール−その１）
・ヒートパイプ ：外径６ｍｍ×２本（リン脱酸銅製）
・フィン形状 ：６０×４５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ（アルミニウム製）
・フィンピッチ ：３ｍｍ
・フィン枚数 ：２７枚
・フィン投影面積：６０×７８．５ｍｍ
・形式 ：冷却モジュール６ａ（図４の（ａ）参照）

（試作冷却モジュール−その２）
・ヒートパイプ ：外径６ｍｍ×２本、外径８ｍｍ×２本（何れもリン脱酸銅製）
・フィン形状 ：６０×４５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ（アルミニウム製）
・フィンピッチ ：３ｍｍ
・フィン枚数 ：４２枚
・フィン投影面積：６０×１２３．５ｍｍ
・形式 ：冷却モジュール６ａ（図４の（ａ）参照）

（空調機と試作冷却モジュールとの関係）
・空気通過面積比（空調機の熱交換器の空気通過面積に対する冷却モジュ−ルの空気通過面積（熱交換器への投影面積）の割合）：２〜３％
・空調機の熱交換フィン（アルミニウム製）のフィンピッチ：１〜５ｍｍ
・空調機の熱交換フィンの種類：フラットフィン、スリットフィン、切り起しフィン、折り曲げフィン
・空調機の冷媒細管（リン脱酸銅製）の外径：５〜１５ｍｍ
・空調機の熱交換フィンと冷却モジュールの放熱フィンとの間隔は数ｍｍ確保して直接の熱伝導がない。
・空調機の冷却ファンと冷却モジュールの放熱フィンとの距離は数十ｍｍ確保。
冷却モジュールの放熱フィンの設置位置は、空調機の冷却ファンの投影部分に重なる範囲にする（正面視のとき重なって見えるに同じ）。

凝縮器、蒸発器およびこれらを連結する冷媒配管の内部に冷媒を循環させ、送風機である冷却フアンの通風にて凝縮器からの放熱もしくは蒸発器への吸熱を行う冷凍サイクルを設け、空調機あるいは冷凍装置を動作させるこの冷凍サイクル内を圧縮機の様に冷媒を循環させもしくは流量調整弁や四方弁の様に冷媒の流れを制御する機械部品を構成部品とし、更には冷凍サイクルの近傍に配置してこれら機械部品もしくは冷却フアンの運転動作を基板に設けたマイコンなど電気品にて制御する。
機械部品もしくは電気品の発熱部に設けた受熱部と冷却フアンの通風を行う主とする風路に配置した放熱部により形成し、機械部品もしくは電気品に対し冷却を行う冷却モジュールを凝縮器や蒸発器などの熱交換器とは独立させて設ける。
この冷却モジュールの放熱部と受熱部の間を自然循環冷媒を内部に封入した金属体等の熱の良導体で熱輸送させるとともに、冷却モジュールの放熱部の断面積は主とする風路の断面積の数パーセント以下とする補助的な熱交換器である放熱部は、主とする風路の通風をほとんど妨害することなく、冷却モジュールの放熱部フィンピッチを凝縮器もしくは蒸発器のフィンピッチより大きくする等して、冷却フアンの通風量が変化しても放熱部から通風への熱伝達の変化の少ない形状寸法となる様にすることで、冷凍サイクルに影響を与えない形で冷凍サイクルなどを形成する部品、機器類の冷却を行える補助的な冷却システムを形成させることが出来る。

この様に本発明の冷却システムや冷却方法を利用した空調機や冷蔵庫などの冷凍空調装置では、室外機や室内機などの送風機を設けた本体の熱源側熱交換器や利用側熱交換器を外気などの大気、あるいは室内空気などの大気で冷却する主たる風路内に、部品などの冷却を行う冷却モジュールの放熱部を設けるが、主たる風路の通風を出来るだけ妨げない様に、放熱用のフィン、あるいはフィンを設けずに放熱パイプそのままの通風方向の面積を主たる風路の断面積、例えば凝縮器あるいは蒸発器である主とする熱交換器の通風面積に対し、数％以下、例えば1パーセント程度にする。

本発明では上述した様に、実験や計算によりこの主たる風路内に主とする熱交換器とは離して補助的な空気熱交換器である冷却モジュールの放熱部を通過して大気に熱伝達され放熱される冷却熱特性の効果、冷却フアンとその通風回路による通風特性の通風効果に与える影響は所定の条件の時に最も都合の良い効果が得られることが判明している。
即ち図２３の（ｂ）は熱伝達率とフィンピッチとの関係を示す熱特性図の様に、縦軸は熱伝達率、横軸は放熱部のフィンピッチで、放熱部を流れる風速を０．５〜２．０ｍ／秒、フィンピッチＰｆを１．５〜５ｍｍ、フィン厚さを０．２〜０．５ｍｍのパラメータ範囲を想定して、パラメータ検討を行い、風速１ｍ／秒、フィンピッチ３ｍｍのとき、放熱フィンの上流側と下流側との圧力損失（圧力差）が一定値となるように、各フィンピッチにて風速を調整（変更）した条件で、熱特性を示すとフィンピッチ３．５ｍｍで最適になると報告している。
この放熱部の最適な効果の算出は、実験結果で裏付けられているが、この算出には、先ず前提として冷凍サイクルにおける発熱体の熱量を設定し、発熱体の許容温度を決定し、熱量と許容温度から求まる冷却モジュールとして必要な全体の熱抵抗を算出し、この全体の熱抵抗を満足させる放熱部の形状、寸法全体の範囲を設定する。次にフィン枚数、フィンピッチを仮定して熱特性、通風特性を計算し、各パラメータを変更した計算をカットアンドトライで繰返し、熱特性、通風特性の変化を求めれば良い。

更に加えて冷却フアンのＰＱ特性や通風回路の風路抵抗などの要素を考慮すると、フィンピーチは１〜５ｍｍ程度が望ましく、この中でも１．５〜４ｍｍ程度のピッチにすると良い。その場合、放熱部の風速は０．１〜３ｍ／秒程度が得られ、主たる熱交換器の通風風速０．５〜５ｍ／秒よりも少ない風速となる。
言いかえるとフィンピッチをこの程度の値より狭く小さくすると圧力損失が大きくなるのでフアンの能力を大きくしなければならず、更に風速が大きくなるとフィンの熱伝達率は良くなるが、フィンの熱伝導効率（フィン効率）は悪くなる。一方、フィンピッチを広く大きな寸法とすると、熱伝達率が低下していく。この様にあらかじめ設定されたフアン能力一定、即ち放熱部の静圧一定とすると放熱部の通風断面積を抑え、フィンピッチを１〜５ｍｍ程度とすることにより主たる通風回路への影響を出来るだけ押さえ、熱特性の変化が少なく特性バランスの良好な構造が得られる。

当然ながらヒートパイプは凝縮し蒸発を行う発熱都に設けた受熱部と通風域に存在する放熱部の間を自然循環する冷媒により熱輸送が行われるので、凝縮側が蒸発側より高い位置にすると、重力の利用により効率の良い熱輸送が行える。
但し位置の高い低いの高低差がない状態や逆の位置になっても、毛細管材料の入ったヒートパイプでの熱輸送は可能である。
更にこのようなヒートパイプは通常熱伝導の良い金属をケースとするが、板状のフィン取り付けにこだわらない等の場合、内部に冷媒を封入する平板状や屈曲パイブ形状のようなものであれば金属以外でも良いことは当然である。また、冷却モジュールの放熱部に凝緒器もしくは蒸発器のフィンの一部を利用することも可能である。

本発明は主熱交換器を冷却する風路に冷却フアンを設け通風し、この風路内に配置された補助熱交換器である冷却モジュールの放熱部へ、主熱交換器の放熱する熱源とは異なる熱源であって風路外の熱源部からヒートパイプで熱を伝達し、冷却モジュールの放熱部より通風により放熱させるものであって、冷却モジュールの放熱部は風路の通風を妨げないように放熱部の断面積を主回路の風路断面積の数パーセント以下とするが、この放熱部はフィン付きの熱交換器であっても、あるいはフィンを設けないパイブや平板だけの熱交換器であっても良いし、ヒートパイプは往復のある複数の本数でも1本だけのパイプでも良いし、放熱部が室外機や室内機の本体内部の風路に設けられても、あるいは本体外部の風路に設けられても良いことは以上の説明から明かである。

本発明に係る冷却システムの実施の形態１を模式的に示す斜視図。 本冷却システムにおける電気品室の断面図。 本冷却システムにおける冷却モジュール（部分）の斜視図。 本冷却システムにおける冷却モジュールの実施例の斜視図。 本冷却システムのバリエーション２（下部配置）の斜視図。 本冷却システムのバリエーション３（中間配置）の斜視図。 本冷却システムのバリエーション４（後方配置）の斜視図。 本冷却システムのバリエーション５（フィン粗ピッチ）の斜視図。 本冷却システムのバリエーション６（熱交換ファン）の斜視図。 本冷却システムのバリエーション７（冷媒細管）の斜視図。 本冷却システムのバリエーション８（サイフォン）の斜視図。 本冷却システムのバリエーション９（サイフォン）の斜視図。 本発明に係る空調機の実施の形態１（上下流側）を模式的に示す斜視図。 本空調機のバリエーション２（側方側）を模式的に示す斜視図。 本空調機のバリエーション３（換気ファン）を模式的に示す斜視図。 本空調機のバリエーション４（放熱フィン無し）を模式的に示す斜視図。 本空調機のバリエーション５（放熱フィン無し）を模式的に示す斜視図。 本空調機のバリエーション６（水冷）を模式的に示す斜視図。 本空調機のバリエーション７（室内ユニット）を模式的に示す斜視図。 本空調機のバリエーション８（室外ユニット底板）の一部を示す斜視図。 本発明に係る冷凍空調装置（冷蔵庫）の実施の形態１を示す斜視図。 本発明に係る冷凍空調装置（給湯機）の実施の形態１を示す斜視図。 冷却モジュールの熱特性図、および計算に用いた熱モデルを示す説明図。 従来の空調機を模式的に示す室外ユニットおよび電気品室の正面図。 従来の空調機の室外ユニットの正面図、電気品室の拡大正面図。

符号の説明

１:電気品室、１ｒ: 室内電気品室、２:電気品、３:圧縮器、４:冷却ファン、５:熱源側熱交換器、５:熱交換器、６:冷却モジュール、７:放熱フィン、８:ヒートパイプ、９:冷却モジュール、１０:サーモサイフォン、１１:貫通孔、１１ａ:板材、１１ｂ:板材、１２:空洞、１２ａ:溝、１２ｂ:溝、１３:空洞、１３ａ:溝、１３ｂ:溝、１４:空洞、１４ａ:溝、１４ｂ:溝、１５:受熱部、２１:発熱性半導体素子、２２その他の電気素子、２３:基板、３１:底板、３２:隔壁、３３:ドレンピット、４１:換気ファン、５１:熱源側冷媒細管、５２:熱交換フィン、５３:フィンピッチ、５４:フィン粗ピッチ、８１:受熱側、８２:受熱ブロック、８３ａ:放熱ブロック、８３ｂ:放熱ブロック、８４ａ:貫通孔、８４ｂ:溝、８５ａ:貫通孔、８５ｂ:溝、８７:放熱側、１０１〜１０９:冷却システム、２０１〜２０５:空調機、３０１〜３０４:空調機、４０１:空調機、５０１:空調機、６００:冷蔵庫、６１０:冷蔵室、６２０:機械室、７００:給湯機、７１０:冷媒−水熱交換器

Claims (21)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と大気との間で熱交換をする熱源側熱交換器と、冷媒を減圧する減圧手段と、冷媒と大気との間で熱交換をする利用側熱交換器と、これらの機器を接続して冷媒が循環する冷媒回路を形成する冷媒管と、前記熱源側熱交換器を通過する風路を形成する熱源側ファンと、前記利用側熱交換器を通過する風路を形成する利用側ファンと、これらの機器の１または２以上を制御するための電気品と、該電気品の一部または全部を収納する電気品室と、該電気品室に収納された電気品の発熱を放散するための冷却モジュールとを有する冷却システムであって、
   前記冷却モジュールがヒートパイプによって形成され、該ヒートパイプの蒸発側が、前記電気品室に収納された電気品の略全部の電気品に直接または受熱ブロックを介して設置され、前記電気品室から離隔して配置されることを特徴とする冷却システム。
2. 前記冷却モジュールのヒートパイプの凝縮側に放熱フィンが設置され、該放熱フィンが前記熱源側ファンによって形成される風路内に配置されることを特徴とする請求項１記載の冷却システム。
3. 前記熱源側熱交換器が前記冷媒管から分岐した複数の熱源側冷媒細管と、該熱源側冷媒細管に所定間隔で設置された複数枚の熱源側フィンとを具備し、
   前記冷却モジュールのヒートパイプの放熱フィンに流れ込む風路に相当する範囲に限り、前記熱源側熱交換器の熱源側フィンの間隔が前記所定間隔よりも広く配置されることを特徴とする請求項２記載の冷却システム。
4. 前記冷却モジュールのヒートパイプの凝縮側に放熱フィンが設置され、かつ、前記利用側熱交換器側から空気を吸引するための換気ファンが設置され、前記放熱フィンが該換気ファンによって形成される風路内に配置されることを特徴とする請求項１記載の冷却システム。
5. 前記熱源側熱交換器が、前記冷媒管から分岐した複数の熱源側冷媒細管と、該熱源側冷媒細管に所定間隔で設置された複数枚の熱源側フィンとを具備し、
   前記冷却モジュールのヒートパイプの凝縮側が前記熱源側冷媒細管または熱源側フィンに直接または放熱ブロックを介して設置されることを特徴とする請求項１記載の冷却システム。
6. 前記圧縮機と熱源側ファンとの間に隔壁が形成され、該隔壁に前記冷却モジュールのヒートパイプの凝縮側が直接または放熱ブロックを介して設置されることを特徴とする請求項１記載の冷却システム。
7. 前記冷却モジュールのヒートパイプが所定の広さの面を形成するサーモサイフォン型であって、該サーモサイフォン型ヒートパイプによって前記圧縮機と熱源側ファンとの間に隔壁が形成されることを特徴とする請求項１記載の冷却システム。
8. 前記ヒートパイプが所定の広さの面を形成するサーモサイフォン型であって、該サーモサイフォン型ヒートパイプによって前記電気品室の１または２以上の側壁が形成されることを特徴とする請求項１記載の冷却システム。
9. 前記利用側熱交換器またはその近傍において回収されたドレン水を貯蔵する水槽が設置され、該水槽に前記冷却モジュールのヒートパイプの凝縮側が直接または放熱ブロックを介して設置されることを特徴とする請求項１記載の冷却システム。
10. 前記電気品室が密閉構造であることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の冷却システム。
11. 前記圧縮機の下方に前記電気品室が配置されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の冷却システム。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の冷却システムを有し、熱源側である室外ユニットと、利用側である室内ユニットと、前記室外ユニットと室内ユニットとを接続する冷媒液配管および冷媒ガス配管と、を備えたことを特徴とする空調機。
13. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の冷却システムを有し、熱源側である室外ユニットと、利用側である室内ユニットと、前記室外ユニットと室内ユニットとを接続する冷媒液配管および冷媒ガス配管と、を備え、
    前記室内ユニットが、前記利用側熱交換器と、利用側フアンと、前記電気品の一部を収納する室内電気品室と、該室内電気品室に収納された電気品の発熱を放散するための室内冷却モジュールとを収納し、
    前記室内冷却モジュールがヒートパイプによって形成され、該ヒートパイプの蒸発側が、前記室内電気品室に収納された電気品に直接または受熱ブロックを介して設置され、且つ、前記ヒートパイプの凝縮側が、前記利用側フアンの形成する風路内に配置されることを特徴とする空調機。
14. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の冷却システムを有し、熱源側である室外ユニットと、利用側である室内ユニットと、前記室外ユニットと室内ユニットとを接続する冷媒液配管および冷却ガス配管と、を備え、
    前記室外ユニットの底板にヒートパイプの凝縮側が直接または伝熱ブロックを介して設置され、前記圧縮機に該ヒートパイプの蒸発側が直接または伝熱ブロックを介して設置されることを特徴とする空調機。
15. 凝縮器、蒸発器およびこれらを連結する冷媒配管の内部に冷媒を循環させ、冷却フアンの通風にて前記凝縮器からの放熱もしくは前記蒸発器への吸熱を行う冷凍サイクルと、
    前記冷凍サイクルを形成するとともに前記冷媒を循環させもしくは前記冷媒の流れを制御する機械部品と、
    前記冷凍サイクルの近傍に配置され前記機械部品もしくは前記冷却フアンの運転動作を制御する電気品と、
    前記機械部品もしくは前記電気品の発熱部に設けた受熱部と前記冷却フアンの通風を行う風路に配置した放熱部により形成し前記機械部品もしくは前記電気品に対し冷却を行う冷却モジュールと、を備え、
    前記冷却モジュールの放熱部と受熱部の間を自然循環冷媒を内部に封入した金属体等の熱の良導体で熱輸送させるとともに、前記放熱部は前記風路の通風をほとんど妨害することなく且つ前記冷却フアンの通風量が変化しても前記放熱部から通風への熱伝達の変化の少ない形状寸法とすることを特徴とする冷凍空調装置。
16. 前記冷却モジュールの放熱部の断面積は前記風路の断面積の数パーセント以下とすることを特徴とする請求項１５記載の冷凍空調装置。
17. 前記冷却モジュールの放熱部に設置された放熱部フィンの放熱部フィンピッチは前記凝縮器もしくは前記蒸発器に設置されたフィンのフィンピッチより大きくしたことを特徴とする請求項１５または１６記載の冷凍空調装置。
18. 前記冷却モジュールの放熱部フィンピッチは１乃至５ミリメートルの範囲としたことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の冷凍空調装置。
19. 前記冷却モジュールの放熱部を受熱部より高い位置もしくはほぼ同じ高さ位置に設けることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載の冷凍空調装置。
20. 前記冷却モジュールの放熱部に前記凝縮器もしくは前記蒸発器のフィンの一部を利用することを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれかに記載の冷凍空調装置。
21. 熱交換器を冷却する風路に冷却フアンにて通風するステップと、
    前記風路内に配置された冷却モジュールの放熱部へ前記熱交換器の放熱する熱源とは異なる熱源であって前記風路外の熱源部からヒートパイプで熱を伝達するステップと、
    前記冷却モジュールの放熱部より前記通風により放熱させるステップと、を備え、
    前記冷却モジュールの放熱部は前記風路の通風を妨げないように前記放熱部の断面積を前記風路の断面積の数パーセント以下とすることを特徴とする冷却方法。
    

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