JP2009300057A - 冷却ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電気系統の制御のみではなく、コンパクトな機械的構成によって冷却対象物の過冷却を検知し、冷却ユニットの運転を停止させるものであり、温度センサーの検知による制御との二重の検知制御により、電気系統に不具合があっても冷やし過ぎることを防止して使用者の安全を保障することができる冷却ユニットを提供する。
【解決手段】冷凍サイクルの蒸発器を断熱壁体19、20で形成され冷却ファンと冷気の吹き出し風路27および戻り風路28を設けた冷却室21内に収納し、生成された冷気を冷却ファンによって冷却対象物26側に吹き出し冷却するものにおいて、冷却対象物側の冷気温度により冷凍サイクルおよび冷却ファンを制御し、吹き出し冷気を調整して冷却対象物に送風し戻り風路へ戻る循環風路26ｃを形成するとともに、冷却対象物から冷却室への戻り口近傍の循環風路に、冷気温度が所定温度以下に低下した際に動作して電源回路を遮断するバイメタル31を設けた。
【選択図】 図７

Description

本発明は、冷却対象物に冷気を供給してこれを冷却する冷却ユニットの構成に関する。

従来、トラックなどの自動車の運転台においては、キャビン内に睡眠をとるためのベッドルームが設けられ、随時横になって休息や睡眠ができるように構成されている。そして、夏場における高温多湿の熱帯夜などにおいて睡眠をとる場合は、カーエアコンを運転して室内を空調することで快眠を確保してきたが、エアコンの運転による部屋全体の空調では、大きな電力消費量となり、さらに、アイドリング運転が必要となって、電力消費のみでなく、膨大な炭酸ガスの排出にともなう地球温暖化への影響が大きいものであった。

一方、図１０に示すように、内部に人間（Ａ）が横たわる空間（78）を形成した寝袋（56）内に、熱交換器（61）と送風装置（62）とを有する空気調和装置（51）からの空気を循環させることで前記空間内を冷房するようにし、これにより、冷凍機自体を小電力で作動させることで、エネルギー資源の浪費や環境汚染を抑えるようにした構成が特許文献１に示されている。

また、図１１に示す特許文献２には、水平に平坦に延びるマット（86）の長手方向の一端部に、熱交換器を備えて熱交換空気を供給し、供給された空気が通気性マット内（87）を流動して人間（Ａ）に対して快適な感覚が得られるようにした空気循環式マットの構造が記載されている。
特開２００７−０９８０４４号公報 特開２００７−１０５０８４号公報

前記特許文献１に記載の寝袋や特許文献２に記載のマット装置は、冷凍機を設定温度に基づいて冷却運転し、所定温度に冷却された冷気を冷却対象物に供給するものであり、冷却対象物の冷やし過ぎを防止するためには、温度センサーにより供給冷気の温度を検知して冷却ユニットを停止させるようにしてきた。

しかしながら、振動などの衝撃により電気系統に何らかの不具合を生じてマイコンや温度センサーが動作せず制御が困難となった場合は、冷却運転の継続によって過冷却状態になることを防止できず、睡眠中の使用者の身体への影響が懸念された。

本発明は上記の事情を考慮してなされたものであり、電気系統の制御のみではなく、コンパクトな機械的構成によって冷却対象物の過冷却を検知し、冷却ユニットの運転を停止、あるいは冷気の流れを制御するものであり、温度センサーの検知による制御との二重の検知制御により、電気系統に不具合があっても冷やし過ぎることを防止して使用者の安全を保障することができる冷却ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の請求項１記載の冷却ユニットは、圧縮機と凝縮器と蒸発器とを連結して形成した冷凍サイクルの前記蒸発器を断熱壁体で形成され冷却ファンと冷気の吹き出し風路および戻り風路を設けた冷却室内に収納し、生成された冷気を前記冷却ファンによって冷却対象物側に吹き出し冷却するものにおいて、前記冷却対象物側の冷気温度により前記冷凍サイクルおよび冷却ファンを制御し、吹き出し冷気を調整して冷却対象物に送風し戻り風路へ戻る循環風路を形成するとともに、前記冷却対象物から冷却室への戻り口の近傍の循環風路に、冷気温度が所定温度以下に低下した際に動作して電源回路を遮断するバイメタルを設けたことを特徴とする。

また、請求項２記載の冷却ユニットは、圧縮機と凝縮器と蒸発器とを連結して形成した冷凍サイクルの前記蒸発器を断熱壁体で形成され冷却ファンと冷気の吹き出し風路および戻り風路を設けた冷却室内に収納し、生成された冷気を前記冷却ファンによって冷却対象物側に吹き出し冷却するものにおいて、前記冷却対象物側の冷気温度により前記冷凍サイクルおよび冷却ファンを制御し、吹き出し冷気を調整して冷却対象物に送風し戻り風路へ戻る循環風路を形成するとともに、前記冷却対象物への冷気の取り入れ口近傍の循環風路に、冷気温度が所定温度以下に低下した際に動作して冷気流を制御するダンパーを設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、電気系統のマイコンや温度センサーなどが動作不良となっても、コンパクトな機械的構成によって冷却対象物の過冷却を検出し冷却ユニットの運転を停止させるので、電気的制御および機械的制御の二重の検知制御により冷却対象物の冷やし過ぎを防止して使用者の安全を保障することができるものである。

また、請求項２の発明によれば、前記請求項１と同様にコンパクトな機械的構成によって冷却対象物の過冷却を検出するとともに、冷却対象物内を循環する冷気流を制御することで冷やし過ぎを防止して使用者の身体への影響を抑制することができる。

以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。冷却ユニット（１）の正面からの断面図である図１、および図１の側断面図である図２に示すように、薄鋼板製の外板（２）で横長の箱体状の外郭を形成し、高さ方向のほぼ中央部を発泡スチロール成形体などからなる断熱仕切壁（３）で上下の空間に区分している。

前記断熱仕切壁（３）の上方の空間には、冷凍サイクル（６）の一環をなす冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（７）と、吐出された高温高圧の冷媒を受けて放熱し凝縮する凝縮器（８）およびこれら凝縮器（８）などの高温部品を冷却する放熱ファン（９）を剛性のある鋼板などで形成した仕切板（４）上に設置し、機械室（５）としている。

前記冷凍サイクル（６）は、図３に示すように、前記圧縮機（７）、凝縮器（８）、減圧器である毛細管（10）、蒸発器（11）を環状に連結して、圧縮機（７）の駆動により冷媒を循環し蒸発器（11）で蒸発させることによって冷気を生成するものであり、前記機械室（５）内の横断面図である図４に示すように、重量物である圧縮機（７）は、前記仕切板（４）上の幅方向の一側に偏倚し、振動吸収用のクッション体（12）を介して固着されている。

蛇行曲げした冷媒管を多数のフィンに嵌入させて奥行き寸法を薄くした直方体状の凝縮器（８）は、面積の大きなその前面を外板（２）の前面に形成した吸込み開口（13）に沿わせて立設させ、この吸込み開口（13）と凝縮器（８）との間には埃などを遮蔽するためにフィルター（14）を設けている。

凝縮器（８）の背面には、前記圧縮機（７）の運転に同期して駆動する放熱ファン（９）を前記圧縮機（７）に対向する平面における１コーナーの底部に開口した排気口（15）の端縁に面して立設させており、駆動時には、外気を前面の開口（13）から内部に吸引して凝縮器（８）を冷却し、熱交換した空気を外板（２）の前記排気口（15）から下方の排気ダクト（16）に向けて放出するようにしている。

このとき、前述したように、圧縮機（７）は機械室（５）内の側部に偏倚しているため放熱ファン（９）による冷却作用を直接受けないようにしており、過冷却による蒸発温度を低下を防いでいるとともに、偏倚している分奥行き方向で放熱ファン（９）と圧縮機（７）が重ならないように配置することで、機械室（５）の奥行き寸法の短縮化をはかっている。

前記機械室（５）の上部には、ＰＣ基板上にＤＣ−ＡＣインバータを収納した幅方向に長い筒状の電装室（17）を区画して配設するとともに、その前面には操作パネル（18）を配置して冷却ユニット（１）の運転を制御するようにしている。

そして、前記断熱仕切壁（３）の下方空間には、前記断熱仕切壁（３）に連なるように同様の断熱材で形成された断熱側壁（19）を外板の内面側に配設し、底部には剛性のある断熱壁（20）を設けることで内部を断熱空間とした冷却室（21）を設置しており、図５の横断面図で示すように、そのほぼ中央部から前方の部分には、前記凝縮器（８）からの冷媒を受けてこれを蒸発させることで低温化した冷気を生成する蒸発器（11）を冷却室（21）の幅方向に亙って立設状態で配置している。

この蒸発器（11）も前記凝縮器（８）と同様に、蛇行曲げした冷媒管と冷媒管に嵌着した多数のフィンとから所定の幅と高さ寸法を有して奥行き寸法を薄くした横長の直方体をなしており、前記蒸発器（11）の一端側の冷却室（21）の側部、すなわち、図５中の左側には、シロッコファンからなる冷却ファン（22）を蒸発器（11）の長手方向に直交するように、冷却室（21）の奥行き方向に亙り、立設させて併置している。

前記蒸発器（11）の下面に対応する冷却室（21）の底面には、一側に向かって下方傾斜させた露受け樋（23）を形成しており、この露受け樋（23）によって、冷却運転時に蒸発器（11）に付着する霜の融解水を集めるようにしている。集められたドレン水は、露受け樋（23）の傾斜下端部と前記排気ダクト（16）とを連通するように形成した排水路（24）を流下し、排気ダクト（16）から外部に流出する。

前記排気ダクト（16）は、冷却室（21）をその平面からみた状態で、前記機械室（５）の底部に開口させた前記排気口（15）に対応する断熱仕切壁（３）、断熱側壁（19）および底面の断熱壁（20）の１コーナー部、本実施例では右奥のコーナー部を内方に凹陥させて形成し、機械室（５）側の圧縮機（７）および凝縮器（８）から導出した配管と下方の蒸発器（11）からの延出管とを接続する配管スペースとして利用した凹陥部（25）と前記排気口（15）とによって設けられたものであり、上方に位置する機械室（５）から本体底面まで貫通させることで、冷却ユニット（１）の駆動時には、凝縮器（８）や圧縮機（７）と熱交換して温度上昇した空気を前記放熱ファン（９）の回転により下方に流下させ、外気中に放出するようにしている。

冷却室（21）における前記冷却ファン（22）の設置部の前方には、ファンケーシングによって連結され、冷却対象物、例えば、図６に示す冷却ユニット（１）の前面側に相対向して配置した空気循環式の冷却マット（26）の空洞内部に冷気を導入するようにその冷気取り入れ口（26ａ）に連結した円筒状の吹き出し風路（27）を外方に突出させている。また、この吹き出し風路（27）の幅方向の反対側に位置する前記蒸発器（11）の前面には、戻り風路（28）を前記吹き出し風路（27）と同様に突出させて設けており、前記冷却マット（26）内を循環冷却した冷気を戻り口（26ｂ）から前記戻り風路（28）を介して冷却室（21）内の前記蒸発器（11）の一端側に流入させるようにしている。

冷却ユニット（１）は、上記のように、冷却室（21）を機械室（５）の下方に配設したので、冷却室（21）からの冷気の吹き出し風路（27）や戻り風路（28）の位置が冷却ユニット（１）の下方部となり、特に、冷却対象物が前記空気循環式の冷却マット（26）などのように床面近傍に配置するものの場合は、その接続構成がきわめて容易となり、熱損失が少ないので冷気の伝達効率を向上させることができる。また、床面近傍に設置した冷却マット（26）の冷気取り入れ口（26ａ）や戻り口（26ｂ）と前記冷気の吹き出し風路（27）や戻り風路（28）とを直接連結することができるので、長尺のダクト部材が不必要になり、ダクトスペースを削減できるばかりか、部品数やコストアップを抑制でき、ダクト部材が突出しないので外観を良好に保つことができる。

以上の構成により、冷却ユニット（１）における圧縮機（７）を運転した場合には、凝縮器（８）からの冷媒を蒸発させることで蒸発器（11）を低温化して冷却室（21）内の空気を冷却し、生成された冷気を冷却ファン（22）によって吹き出し風路（27）から冷却対象物である冷却マット（26）側の冷気取り入れ口（26ａ）から循環風路（26ｃ）に吹き出してこれを冷却するものであり、循環風路（26ｃ）の循環後は、戻り口（26ｂ）を介して戻り風路（28）から冷却室（21）内の蒸発器（11）に流入させ、再び冷却して吹き出す冷気循環を繰り返す。

そして、前記冷却マット（26）から冷却ユニット（１）への冷気の戻り口（26ｂ）には、図７に示すように、温度センサー（29）を配設している。温度センサー（29）は、水平状態に配設して戻り口（26ｂ）の上方からの戻り空気が垂直に温度センサー（29）に吹き付けるようにし、温度センサー（29）部に対する戻り空気の接触面積を多くしてより的確な温度検出を可能にするとともに、剛性の筒体（30）を介することで万一踏まれたりしても柔軟構造によって破損を防止するようにしている。

この温度センサー（29）は、冷却マット（26）の循環風路（26ｃ）内を流れて戻り口（26ｂ）に至った空気温度を検知し、この検知温度によって冷却ユニット（２）における圧縮機（９）の運転を制御し、冷却された空気を循環風路（26ｃ）内に供給して、冷却マット（26）内を使用者（Ａ）の希望する温度に冷却させるものであり、外気による冷却マット（26）の外面からの熱漏洩や使用者（Ａ）の体温による発熱負荷など様々な負荷変動があっても循環風路（26ｃ）内を流れる空気温度を的確に検出して就寝空間内を常に快適な温度状態にコントロールする。

しかして、前記戻り口（26ｂ）における前記温度センサー（29）に対向する循環風路（26ｃ）の上部内面位置には、接触する冷気の所定の低温度、例えば、２０℃以下で変形動作して電源回路を遮断するバイメタル（31）を設けている。

したがって、冷却ユニット（１）を駆動して冷却マット（26）を使用中に、振動などの衝撃により冷却ユニット（１）の電気系統に何らかの不具合を生じて温度センサー（29）マイコンが動作せずに制御が困難となり、冷却運転が継続して冷却マット（26）を冷やし続け、過冷却状態となるような事態を生じても、冷却マット（26）の循環風路（26ｃ）を流れる冷気温度が所定温度以下を検出した場合には、前記バイメタル（31）が変形動作することにより、電源回路を切断するため、使用者（Ａ）が睡眠中で過冷却状態になっていることに長時間気づかず、その結果風邪をひくなど身体への悪影響を未然に防止することができる。

しかも、過冷却時には電源回路を遮断するバイメタル（31）は小形であり、電気系統に接続して循環風路（26ｃ）内に容易に設置が可能であることから、簡単でコンパクトな構成によって、冷却対象物である冷却マット（26）の過冷却を検知し、冷却ユニットの運転を停止させることができ、温度センサーの検知による制御との二重の検知制御により、電気系統に不具合があっても冷やし過ぎることを確実に防止して使用者（Ａ）の安全を保障することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。前記実施例と同一部分に同一符号を附した図８に示すように、冷却ユニット（１）から冷却マット（26）への冷気取り入れ口（26ａ）の内面側には、剛体で形成した筒体（32）を設け、この筒体（32）および冷気取り入れ口（26ａ）の一部に開口（33）を穿設し、この開口（33）を閉塞するようにダンパー（35）を設けるとともに、このダンパー（35）の一部を前記開口（33）に対応させた形状記憶合金（36）で形成するものである。

前記ダンパー（35）の形状記憶合金（36）は、循環風路（26ｃ）内を流れる冷気温度を検知するように配置されており、通常は、前記循環風路（26ｃ）の壁面における前記開口（33）を蓋片（37）で閉塞しているが、冷気温度が所定値、例えば、２０℃以下より低下した場合は、その温度により変形して壁面の閉塞状態を解除して開口（33）を開放させるように動作するものである。

そして、電気系統に不具合が生じて温度センサーやマイコンが動作せず、冷却ユニット（１）の制御が困難となった際には、冷却運転が継続し冷却マット（26）を冷やし続けることになるが、本実施例においては、循環風路（26ｃ）を流れる冷気温度が２０℃以下になった場合には、前記ダンパー（35）の形状記憶合金（36）部分が変形動作して、その蓋片（37）が冷気取り入れ口（26ａ）や筒体（32）の面から離間するので、循環風路（26ｃ）の壁面に開口（33）が形成されることになり、前記開口（33）を介して温度の高い外気を循環風路（26ｃ）に取り入れることになるので、冷却マット（26）内の温度が上昇して過冷却になることを防ぎ、睡眠中の使用者（Ａ）が過冷却状態になっていることに長時間気づかず、その結果生じる身体への悪影響を未然に防止することができる。

また、前記構造に限らず、前記同様に符号を附した図９に示すように、ダンパー（38）を循環風路（26ｃ）内に設けるようにしてもよい。この場合、通常時は、冷気の流れを阻害しないように、ダンパーを形成するフラップ片（39）を、２点鎖線で示すように冷気の流れ方向と平行状態に保持して冷気を循環風路（26ｃ）内に循環させ、冷却マット（26）を冷却するが、循環風路（26）内を流通する冷気の温度が所定値以下に低下したような場合は、形状記憶合金を用いた部分が冷気の流れ方向とほぼ垂直に変形して流通路を閉塞するように形成するものである。

このとき、循環風路（26ｃ）を完全閉塞せずとも、流れる冷気量をある程度絞ることで温度低下を抑制するようにしてもよく、この構成によれば、循環風路（26ｃ）内を冷気が流れにくくなることから冷却マット（26）が過冷却になることを防ぐことができる。

なお、上記実施例においては、ダンパー（35）（38）の一部を形状記憶合金で形成することにより、低温化による変形で冷気量を制御するようにしたが、これに限らず、ダンパー全体を形状記憶合金で形成してもよく、また、小形のステッピングモータによる回動やカムによる変位を利用するようにしてもよい。

上記の各構成においては、ダンパー（35）（38）は、冷却ユニット（１）への戻り口（28）ではなく、冷却マット（26）への冷気の取り入れ口（26ａ）近傍の循環風路（26ｃ）に設置した方が、吹き出し冷気の温度を上昇させ、あるいは、流れにくくすることができ、過冷却による身体への影響をより少なくすることができる。

そしてまた、冷却対象物としての前記冷却マット（26）は、内部の空洞内に冷気を導入することにより、その上部や内部に入る人体を冷却するものであるが、冷却対象物はこれに限るものではなく、その形態や設置スペースから、冷却ユニットと冷却対象物とが一体化できない構成のものであればよい。

本発明の１実施形態を示す冷却ユニットの正面からの断面図である。 図１の側断面図である。 図１に配設した冷凍サイクルの概略構成図である。 図１における上部機械室部分の横断面図である。 図１における下部冷却室部分の横断面図である。 図１の冷却ユニットの使用状態の例を示す説明図である。 図６の要部を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施例を示す図７と同一部分の拡大断面図である。 本発明のさらに他の実施例を示す図７と同一部分の拡大断面図である。 本発明の従来例の寝袋を示す断面図である。 本発明のさらに従来例を示す空気循環式マットの断面図である。

符号の説明

１ 冷却ユニット ２ 外板 ３ 断熱仕切壁
４ 仕切板 ５ 機械室 ６ 冷凍サイクル
７ 圧縮機 ８ 凝縮器 ９ 放熱ファン
11 蒸発器 13 吸込み開口 14 フィルター
15 排気口 16 排気ダクト 17 電装室
19 断熱側壁 20 断熱壁 21 冷却室
22 冷却ファン 23 露受け樋 24 排水路
25 凹陥部 26 冷却マット 26ａ 冷気取り入れ口
26ｂ 戻り口 26ｃ 循環風路 27 吹き出し風路
28 戻り風路 29 温度センサー 30 筒体
31 バイメタル 32 筒体 33 開口
35、38 ダンパー 36 形状記憶合金 37 蓋片
39 フラップ片 Ａ 使用者

Claims (5)

1. 圧縮機と凝縮器と蒸発器とを連結して形成した冷凍サイクルの前記蒸発器を断熱壁体で形成され冷却ファンと冷気の吹き出し風路および戻り風路を設けた冷却室内に収納し、生成された冷気を前記冷却ファンによって冷却対象物側に吹き出し冷却するものにおいて、前記冷却対象物側の冷気温度により前記冷凍サイクルおよび冷却ファンを制御し、吹き出し冷気を調整して冷却対象物に送風し戻り風路へ戻る循環風路を形成するとともに、前記冷却対象物から冷却室への戻り口の近傍の循環風路に、冷気温度が所定温度以下に低下した際に動作して電源回路を遮断するバイメタルを設けたことを特徴とする冷却ユニット。
2. 圧縮機と凝縮器と蒸発器とを連結して形成した冷凍サイクルの前記蒸発器を断熱壁体で形成され冷却ファンと冷気の吹き出し風路および戻り風路を設けた冷却室内に収納し、生成された冷気を前記冷却ファンによって冷却対象物側に吹き出し冷却するものにおいて、前記冷却対象物側の冷気温度により前記冷凍サイクルおよび冷却ファンを制御し、吹き出し冷気を調整して冷却対象物に送風し戻り風路へ戻る循環風路を形成するとともに、前記冷却対象物への冷気の取り入れ口近傍の循環風路に、冷気温度が所定温度以下に低下した際に動作して冷気流を制御するダンパーを設けたことを特徴とする冷却ユニット。
3. 循環風路内の冷気温度が所定温度以下に低下した場合にはダンパーを動作させることにより外気を循環風路内に導入するようにしたことを特徴とする請求項２記載の冷却ユニット。
4. 循環風路内の冷気温度が所定温度以下に低下した場合にはダンパーを動作させることにより循環風路内の冷気の流れを遮断するようにしたことを特徴とする請求項２記載の冷却ユニット。
5. ダンパーを所定温度以下で変形し所定温度以上で回復する形状記憶合金を用いて形成し、冷気温度により変形させたことを特徴とする請求項３あるいは４記載の冷却ユニット。

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