CN104976702A - 冷却装置以及包括该冷却装置的空调机 - Google Patents

Abstract

一种冷却装置以及包括该冷却装置的空调机，所述冷却装置包括管路和热传导件，所述冷却装置结构简单，能减少靠近功率元件侧的管路内壁或容器内壁处聚集气态制冷剂的情况，确保接触管路内壁或容器内壁的为液态制冷剂，提高散热效率，由此实现对功率元件快速均匀的散热效果。本发明的冷却装置用于空调机，所述冷却装置包括管路和热传导件，所述管路供制冷剂在其内部从上游侧朝下游侧流动，所述热传导件与所述管路相互接触，在所述管路中设置有沿铅垂方向剖切而得到的截面中的至少一个截面的高度大于所述管路的直径的容器，所述热传导件接触所述容器的外壁的底部，或设置在所述管路的比所述容器靠下游侧的部分的外壁上。

Description

冷却装置以及包括该冷却装置的空调机

技术领域

本发明涉及冷却装置以及包括该冷却装置的空调机。

背景技术

在空调机领域，目前出现了通过制冷循环中的液态制冷剂对功率元件进行散热的技术。在采用这种散热技术时，为了提高对功率元件的散热能力，可考虑改善散热效率（即热传导率），或考虑使冷却用的制冷剂的温度降低。

在考虑采用使冷却用的制冷剂的温度降低这一方式时，可以通过使用过冷却热交换器后的低温液态制冷剂实现。不过，这种方法会使液态制冷剂的温度处于室外环境温度的露点（引起结露的温度）以下，致使冷却装置与功率元件产生结露，进而导致功率元件出现绝缘不良，发生故障，影响产品可靠性。

为了防止产生结露，可考虑像日本特开平03-75424、日本特开2011-112254所公开的技术那样，利用制冷循环中膨胀阀与室外热交换器之间的液态制冷剂（所流经的管路部分）来对功率元件进行散热，也就是使用空冷热交换器出口处的液态制冷剂。这是因为，空冷热交换器利用空气的显热来冷却制冷剂，因此制冷剂的温度不会降低至空气的干球温度以下，另一方面，空气的露点（引起结露的温度）一定会低于空气的干球温度，因此制冷剂的温度不会下降至露点（引起结露的温度）以下，从而能解决易结露的问题。

但是，在采用日本特开平03-75424、日本特开2011-112254所公开的技术时，由于对功率元件进行冷却的管路所处的环境（如温度、风等）以及该管路内部的制冷剂因素（如流量、流速等）的影响，管路内部会存在气液两相的现象，管路内壁处会有气泡（气态制冷剂）。众所周知，气体的热传导性较液体差，因此，若如图7所示那样使功率元件60X通过热传导件53X与沿铅垂方向G延伸的管路51X接触，则如图7所示，会因气泡的阻隔而大大降低对功率元件60X的散热效果（图8中，大箭头表示热传导性好，小箭头表示热传导性差），并导致功率元件60X散热不均。

为解决上述问题，可考虑如图9所示那样使功率元件60X通过热传导件53X与沿垂直于铅垂方向G的水平方向延伸的管路的外壁底部接触，这样一来，能减小气泡对散热效果的影响。但是，在空调领域，通常供制冷剂流动的管路的管径较细，而管径越细则液体的流速就越快，流速快则易产生乱流，会致使气泡在管路内散乱，仍然会有气泡对传热造成阻隔。因此，即使采用图9所示的结构，也会影响对功率元件的散热效果。

发明内容

本发明是基于现有技术中的问题而完成的，其目的在于提供一种冷却装置以及包括该冷却装置的空调机，所述冷却装置包括管路和热传导件，所述冷却装置结构简单，能减少靠近功率元件侧的管路内壁或容器内壁处聚集气态制冷剂的情况，确保接触管路内壁或容器内壁的为液态制冷剂，提高散热效率，由此实现对功率元件快速均匀的散热效果。

为实现上述目的，本发明第一方面的冷却装置用于空调机，所述冷却装置包括管路和热传导件，所述管路供制冷剂在其内部从上游侧朝下游侧流动，所述热传导件与所述管路相互接触，在所述管路中设置有沿铅垂方向剖切而得到的截面中的至少一个截面的高度大于所述管路的直径的容器，所述热传导件接触所述容器的外壁的底部，或设置在所述管路的比所述容器靠下游侧的部分的外壁上。

本发明第二方面的冷却装置是在本发明第一方面的冷却装置的基础上，所述容器的直径方向与铅垂方向平行，所述容器的直径大于所述管路的直径，并且，所述热传导件接触所述容器的外壁的底部。

本发明第三方面的冷却装置是在本发明第二方面的冷却装置的基础上，所述容器嵌入所述热传导件。

本发明第四方面的冷却装置是在本发明第一方面的冷却装置的基础上，所述容器的直径方向与铅垂方向垂直，所述容器的高度大于所述管路的直径，并且，所述热传导件接触所述容器的外壁的底部，或设置在所述管路的比所述容器靠下游侧的部分的外壁上。

本发明第五方面的冷却装置是在本发明第四方面的冷却装置的基础上，所述管路在所述容器的上游侧包括与该容器直接连接的上游侧管段，且在所述容器的下游侧包括与该容器直接连接的下游侧管段，所述上游侧管段和所述下游侧管段以相对的方式设置在所述容器的上部的外侧壁上，或者以相对的方式设置在所述容器的下部的外侧壁上。此处，“上游侧管段和下游侧管段以相对的方式设置”不局限于上游侧管段和下游侧管段沿一直线延伸，只需使上游侧管段与容器的连通孔以及下游侧管段与容器的连通孔位于大致相同的高度即可。

本发明第六方面的冷却装置是在本发明第四方面的冷却装置的基础上，所述管路在比所述容器靠下游侧的位置包括沿水平方向延伸的水平管段，所述热传导件接触所述水平管段的外壁的底部。

本发明第七方面的冷却装置是在本发明第六方面的冷却装置的基础上，所述水平管段嵌入所述热传导件。

本发明第八方面的冷却装置是在本发明第一方面的冷却装置的基础上，所述热传导件由金属材料制成。

本发明第九方面的空调机包括：本发明第一方面至第八方面中任一方面所述的冷却装置；以及功率元件，该功率元件与所述冷却装置的所述热传导件接触。

本发明第十方面的冷却装置是在本发明第九方面的冷却装置的基础上，所述热传导件设置在所述管路与所述功率元件之间。

根据本发明，冷却装置包括沿铅垂方向剖切而得到的截面中的至少一个截面的高度大于管路的直径的容器，因此，基于制冷剂流速的减小以及重力作用，能使制冷剂中的气态制冷剂可靠地集中在容器的上部，并能减少比容器靠下游侧的管路部分中的气态制冷剂的量。藉此，能确保与容器下方内壁以及比容器靠下游侧的管路部分的内壁接触的为液态制冷剂，因此，能提高制冷剂与热传导件之间的热传导效率，从而实现对功率元件的快速均匀散热。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的空调机的制冷剂回路的示意结构图。

图2是表示本发明实施方式1的空调机的冷却装置及利用该冷却装置进行冷却的功率元件的示意图。

图3是用于说明本发明实施方式1的空调机的冷却装置对功率元件的冷却效果的示意图。

图4是表示本发明实施方式2的空调机的冷却装置及利用该冷却装置进行冷却的功率元件的示意立体图。

图5是表示本发明实施方式3的空调机的冷却装置及利用该冷却装置进行冷却的功率元件的示意图。

图6是表示本发明实施方式4的空调机的冷却装置及利用该冷却装置进行冷却的功率元件的示意图。

图7是表示使功率元件通过热传导件与沿铅垂方向延伸的管路接触的冷却方式的示意图。

图8是用于说明图7的冷却方式的冷却效果的示意图。

图9是表示使功率元件通过热传导件与沿水平方向延伸的管路接触的冷却方式的示意图。

（符号说明）

11  室外单元

12  室内单元

20  制冷剂回路

21  室外回路

22  室内回路

23  制冷剂连通管

24  制冷剂连通管

30  压缩机

41   四通切换阀

42   室外热交换器

43   膨胀阀

46   室内热交换器

50   冷却装置

51   管路

511  上游侧管段

512  下游侧管段

52、52’、52”  容器

53、53’  热传导件

60   功率元件

51X  管路

53X  热传导件

60X  功率元件

G    铅垂方向

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的空调机的各实施方式进行说明。

（1）实施方式1

首先，参照图1～图3对本发明实施方式1的空调机进行说明。

如图1所示，本实施方式的空调机包括室外单元11和室内单元12。

另外，室外单元11具有室外回路21，室内单元12具有室内回路22，并且，室外回路21和室内回路22通过制冷剂连通管23、24连接在一起，从而构成制冷剂回路20。

另外，在室外回路21中设置有压缩机30、四通切换阀41、室外热交换器42、对功率元件60进行冷却的冷却装置50、膨胀阀43，在室内回路22中设置有室内热交换器46。在制冷运转时，从压缩机30喷出的制冷剂依次流过室外热交换器42、冷却装置50、膨胀阀43、室内热交换器46，然后返回到压缩机30中。

在此，由于压缩机30、四通切换阀41、室外热交换器42、膨胀阀43和室内热交换器46均属于公知的技术，因此不对它们进行详细说明，而只对作为本发明的特征结构的冷却装置50及利用其进行冷却的功率元件60进行说明。

如图2所示，冷却装置50包括管路51和热传导件53，其中，管路51供制冷剂在其内部如图中粗箭头所示那样从上游侧向下游侧流动，在管路51中设置有直径大于该管路51的直径的容器52，管路51在容器52的上游侧包括与该容器52直接连接的上游侧管段511，且在容器52的下游侧包括与该容器52直接连接的下游侧管段512，热传导件53设置在容器52的外壁的底部，且与功率元件60接触。

在本实施方式中，上游侧管段511、下游侧管段512以及容器52均沿水平方向延伸（即容器52的直径方向与铅垂方向G平行），并且，容器52嵌入热传导件53，热传导件53设置在容器52与功率元件60之间，且由金属材料制成。

根据本实施方式，冷却装置50包括直径比管路51的直径大的容器52，因此，基于制冷剂从管路51流入容器52时流速的减小以及重力作用，能使制冷剂中的气态制冷剂可靠地集中在容器52的上部。藉此，能确保与容器52下方内壁接触的为液态制冷剂，因此，如图3所示，能提高容器52内的制冷剂与设置在容器52的外壁的底部的热传导件53之间的热传导的效率，从而实现对功率元件60的快速均匀散热。

（2）实施方式2

本发明实施方式2的空调机与上述实施方式1的空调机在结构方面基本相同，不同之处仅在于冷却装置的部分结构。在此，对与上述实施方式1相同的部件标注相同的符号标记，并以不同之处为中心，参照图4进行说明。

在上述实施方式1中，上游侧管段511、下游侧管段512以及容器52均沿水平方向延伸（即容器52的直径方向与铅垂方向G平行）。

与此相对，在本实施方式中，上游侧管段511和下游侧管段512沿水平方向延伸，但容器52’沿铅垂方向G延伸（即容器52’的直径方向与铅垂方向G垂直），并且，容器52’的高度大于管路51的直径，上游侧管段511和下游侧管段512以相对的方式设置在容器52’的上部侧壁上，其它结构与上述实施方式1相同。

根据本实施方式，冷却装置50包括高度比管路51的直径大的容器52’，因此，基于制冷剂从管路51流入容器52’时流速的减小以及重力作用，能使制冷剂中的气态制冷剂可靠地集中在容器52’的上部。藉此，能确保与容器52’下方内壁接触的为液态制冷剂，因此，能提高容器52’内的制冷剂与设置在容器52’的外壁的底部的热传导件53之间的热传导的效率，从而实现对功率元件60的快速均匀散热。

（3）实施方式3

本发明实施方式3的空调机与上述实施方式2的空调机在结构方面基本相同，不同之处仅在于冷却装置的部分结构。在此，对与上述实施方式2相同的部件标注相同的符号标记，并以不同之处为中心，参照图5进行说明。

在上述实施方式2中，上游侧管段511和下游侧管段512以相对的方式设置在容器52’的上部侧壁上。

与此相对，在本实施方式中，上游侧管段511和下游侧管段512以相对的方式设置在容器52’’的下部侧壁上，其它结构与上述实施方式2相同。

根据本实施方式，能起到与上述实施方式2基本相同的效果。

（4）实施方式4

本发明实施方式4的空调机与上述实施方式3的空调机在结构方面基本相同，不同之处仅在于冷却装置的部分结构。在此，对与上述实施方式3相同的部件标注相同的符号标记，并以不同之处为中心，参照图6进行说明。

在上述实施方式3中，热传导件53设置在容器52’’的外壁的底部。

与此相对，在本实施方式中，热传导件53’设置在下游侧管段512外壁的底部。

根据本实施方式，冷却装置50包括高度比管路51的直径大的容器52’’，因此，基于制冷剂从管路51流入容器52’’时流速的减小以及重力作用，能使制冷剂中的气态制冷剂可靠地集中在容器52’’的上部，能减少下游侧管段512中的气态制冷剂的量，并且，基于制冷剂从容器52’’流出至下游侧管段512时流速的增大，如图6中的虚线箭头所示，能使下游侧管段512的内壁上的气态制冷剂易于剥离。藉此，能确保与下游侧管段512下方内壁接触的为液态制冷剂，因此，能提高下游侧管段512内的制冷剂与设置在下游侧管段512的外壁的底部的热传导件53’之间的热传导的效率，从而实现对功率元件60的快速均匀散热。

上面对本发明的具体实施方式进行了描述，但应当理解，上述具体实施方式并不构成对本发明的限制，本领域技术人员可以在以上公开内容的基础上进行多种修改，而不超出本发明的范围。

例如，图1所示的结构只是本发明的空调机的一个示例，本发明的空调机的具体结构并不局限于此。

另外，对功率元件进行冷却的冷却装置在制冷剂回路中的设置位置不局限于图1所示的位置，也可根据需要进行变更。

另外，在上述实施方式中，作为冷却装置包括的容器，例举了直径或高度大于管路的直径的圆柱状容器，但并不局限于此，冷却装置包括的容器只要满足如下条件即可：沿铅垂方向剖切而得到的截面中的至少一个截面的高度大于管路的直径，以便利用制冷剂流速的减小以及重力作用使制冷剂中的气态制冷剂可靠地集中在容器的上部。

另外，在上述实施方式中，冷却装置的管段嵌入热传导件，但并不局限于此，热传导件只需与管段的外壁接触即可。

另外，在上述实施方式中，热传导件由金属材料制成，但并不局限于此，热传导件也可由其它导热材料制成。

另外，在上述实施方式中，管路包括的上游侧管段和下游侧管段均沿水平方向延伸，但并不局限于此，上游侧管段和下游侧管段的设置方式可根据需要进行变更。

Claims (9)

1.一种冷却装置，用于空调机，所述冷却装置包括管路和热传导件，所述管路供制冷剂在其内部从上游侧朝下游侧流动，所述热传导件与所述管路相互接触，其特征在于，

在所述管路中设置有沿铅垂方向剖切而得到的截面中的至少一个截面的高度大于所述管路的直径的容器，所述热传导件接触所述容器的外壁的底部，或设置在所述管路的比所述容器靠下游侧的部分的外壁上。

2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，

所述容器的直径方向与铅垂方向平行，所述容器的直径大于所述管路的直径，并且，所述热传导件接触所述容器的外壁的底部。

3.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，

所述容器嵌入所述热传导件。

4.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，

所述容器的直径方向与铅垂方向垂直，并且，所述容器的高度大于所述管路的直径，所述热传导件接触所述容器的外壁的底部，或设置在所述管路的比所述容器靠下游侧的部分的外壁上。

5.如权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，

所述管路在所述容器的上游侧包括与该容器直接连接的上游侧管段，且在所述容器的下游侧包括与该容器直接连接的下游侧管段，

所述上游侧管段和所述下游侧管段以相对的方式设置在所述容器的上部的外侧壁上，或者以相对的方式设置在所述容器的下部的外侧壁上。

6.如权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，

所述管路在比所述容器靠下游侧的位置包括沿水平方向延伸的水平管段，所述热传导件接触所述水平管段的外壁的底部。

7.如权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，

所述水平管段嵌入所述热传导件。

8.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，

所述热传导件由金属材料制成。

9.一种空调机，其特征在于，包括：

权利要求1至8中任一项所述的冷却装置；以及

功率元件，该功率元件与所述冷却装置的所述热传导件接触。10.如权利要求9所述的空调机，其特征在于，

所述热传导件设置在所述管路与所述功率元件之间。