JP5724709B2 - 冷媒冷却機構及び冷却ユニット - Google Patents
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Description
本発明に係る実施形態は、冷媒回路(10)を有して冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う空気調和機(1)である。空気調和機(1)は、室内に設置される室内ユニット(20)と、室外に設置される室外ユニット(30)とを有している。室内ユニット(20)と室外ユニット(30)とが、2本の連絡配管(11,12)によって互いに接続されることで、閉回路となる冷媒回路(10)が構成される。冷媒回路(10)には、冷媒が充填される。冷媒回路(10)の冷媒が循環することで、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
室内ユニット(20)は、室内熱交換器(21)と室内ファン(22)と室内膨張弁(23)とを有している。室内熱交換器(21)は、例えばクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成される。室内熱交換器(21)では、その伝熱管の内部を流れる冷媒と、室内ファン(22)が送風する空気とが熱交換する。室内膨張弁(23)は、例えば電子膨張弁で構成される。
室外ユニット(30)は、室外熱交換器(31)と室外ファン(32)と室外膨張弁(33)と圧縮機(34)と四方切換弁(35)とを有している。室外熱交換器(31)は、例えばクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成される。室外熱交換器(31)では、その伝熱管の内部を流れる冷媒と、室外ファン(32)が送風する空気とが熱交換する。室外膨張弁(33)は、例えば電子膨張弁で構成される。圧縮機(34)は、例えばスクロール圧縮機等の回転式圧縮機で構成される。四方切換弁(35)は、第1から第4までのポートを有し、冷媒回路(10)の冷媒の循環方向を切り換えるように構成される。四方切換弁(35)は、冷房運転時に第1ポートと第2ポートを連通させ且つ第3ポートと第4ポートを連通させる状態(図1の実線で示す状態)となり、暖房運転時に第1ポートと第3ポートを連通させ且つ第2ポートと第4ポートとを連通させる状態(図1の破線で示す状態)となる。
電装品室(49)内の構成部品について、図1〜図4を参照しながら詳細に説明する。電装品室(49)内には、電力変換装置(60)、及び該電力変換装置(60)の発熱部品を冷却するための冷媒冷却機構(55)が収容されている。
冷媒冷却機構(55)は、図3及び図4に示すように、冷媒が流れる冷却管(15)と、該冷却管(15)が取り付けられる伝熱部材としての冷媒ジャケット(70)と、冷却管(15)を冷媒ジャケット(70)に対して押圧する押圧機構(65)とを備えている。
空気調和機(1)の運転動作について図1を参照しながら説明する。空気調和機(1)は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う。
冷房運転では、圧縮機(34)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(31)で凝縮する。凝縮した冷媒は、例えば全開状態の室外膨張弁(33)を通過し、冷却管(15)を流れる。
暖房運転では、圧縮機(34)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(21)で凝縮する。これにより、室内空気が加熱される。凝縮した冷媒は、例えば全開状態の室内膨張弁(23)を通過し、冷却管(15)を流れる。この冷媒は、上記の冷房運転と同様にして、パワー素子(63)の冷却に利用される。冷却管(15)を流れた冷媒は、室外膨張弁(33)で減圧された後、室外熱交換器(31)で蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機(34)に吸入されて圧縮される。
本実施形態では、冷媒ジャケット(70)の各溝部(72a,72b)の設計値(基準寸法)は、各直管部(16a,16b)や各溝部(72a,72b)の寸法に許容差の範囲内で誤差が生じた場合であっても、各直管部(16a,16b)が各溝部(72a,72b)に対して確実に配置され、且つ第1直管部(16a)と第1溝部(72a)との隙間が極力小さくなるような値に設定される。
式(1)において、φは第1直管部(16a)の外径の設計値、bは第1直管部(16a)の外径の許容差(本実施形態では0.05mm程度)、dは第1溝部(72a)の曲率半径の許容差(本実施形態では0.1〜0.2mm程度)である。
式(2)において、φは第2直管部(16b)の外径の設計値、bは第2直管部(16b)の外径の許容差(本実施形態では0.05mm程度)、dは第2溝部(72b)の曲率半径の許容差(本実施形態では0.1〜0.2mm程度)、aは2本の直管部(16a,16b)の間隔の許容差(本実施形態では1mm程度)、cは2本の溝部(72a,72b)の間隔の許容差(本実施形態では0.1〜0.2mm程度)である。また、図6におけるWcpは、2本の直管部(16a,16b)の間隔の設計値、Wjは、2本の溝部(72a,72b)の間隔の設計値である。
冷媒冷却機構(55)では、冷媒ジャケット(70)の各溝部(72a,72b)に各直管部(16a,16b)が配置される。この状態で、冷媒ジャケット(70)に対向して板バネ部材(80)を配置する。冷媒ジャケット(70)のビス穴(75)と板バネ部材(80)の貫通穴(85)との位置を合わせ、ビス(91)をビス穴(75)に締結する。この締結作業は、前面パネル(41)をケーシング(40)の本体から取り外した状態で行われる。なお、ケーシング(40)の外部において、冷媒ジャケット(70)と板バネ部材(80)をビス(91)によって仮締めした後、冷媒ジャケット(70)と板バネ部材(80)との間に冷却管(15)を挟み込んでビス(91)を本締めすると、ビス(91)の締結作業を簡便に行うことができる。
以上のように、実施形態1の冷媒冷却機構(55)では、第1溝部(72a)の開口幅を、第1直管部(16a)が嵌合する大きさに形成し、第2溝部(72b)の開口幅を、直管部(16a,16b)同士の間隔等が許容差の範囲内の誤差によってばらついても第2溝部(72b)が第2溝部(72b)へ配置されるような大きさに形成している。こうすると、各直管部(16a,16b)を各溝部(72a,72b)へ確実に配置できる。しかも、第1直管部(16a)が第1溝部(72a)に嵌合するため、両者(16a,72a)の間の熱抵抗が低減する。従って、発熱したパワー素子(63)の熱が、第1直管部(16a)を流れる冷媒へ付与されやすくなるため、パワー素子(63)を効率的に冷却できる。
実施形態の変形例1に係る空気調和機(1)は、上記実施形態と冷媒冷却機構(55)の板バネ部材(80)の構成が異なるものである。以下には、上記実施形態と異なる点について、図7を参照しながら説明する。
図8に示すように、変形例2の板バネ部材(80)の2つの対向部(82,82)は、水平方向に対する傾きが互いに異なる。具体的には、第1直管部(16a)側(図8の左側)の対向部(82)の方が、第2直管部(16b)側(図8の右側)の対向部(82)よりも、水平方向に対して冷媒ジャケット(70)側(図8(B)の下側)に大きく傾いている。こうすると、板バネ部材(80)における第1直管部(16a)に対する押圧力が、第2直管部(16b)に対する押圧力よりも大きくなる。これにより、第1直管部(16a)と第1溝部(72a)との密着性が増し、両者(16a,72a)の間の熱抵抗が小さくなるため、冷媒ジャケット(70)における第1直管部(16a)寄りの部位に取り付けられたパワー素子(63)を効率的に冷却できる。
図9に示すように、変形例3の板バネ部材(80)の形状は、上記実施形態と比べて、第1直管部(16a)側の部位の形状が異なる。
変形例4の押圧機構(65)は、図11に示す補助板バネ部材(88)を更に備えている。この補助板バネ部材(88)は、板バネ部材(80)における取付板部(84)よりも第2直管部(16b)側(図11の右側)の部位を省略した構成となっている。具体的には、補助板バネ部材(88)は、各々1つずつ設けられた外側板部(81)、対向部(82)、内側板部(83)、取付板部(84)、外側折り返し部(86a)、内側折り返し部(86b)及びV字折り返し部(86c)で構成される。
図13に示すように、変形例5の板バネ部材(80)は、部位によってその厚みが異なっている。具体的には、変形例5の板バネ部材(80)は、取付板部(84)及び該取付板部(84)よりも第1直管部(16a)側(図13の左側)の部位が、取付板部(84)よりも第2直管部(16b)側(図13の右側)の部位よりも厚くなっている。これにより、板バネ部材(80)における第1直管部(16a)に対する押圧力が、第2直管部(16b)に対する押圧力よりも大きくなる。従って、第1直管部(16a)と第1溝部(72a)との間の熱抵抗が小さくなり、第1直管部(16a)寄りに取り付けられたパワー素子(63)を効率的に冷却できる。
図14に示すように、変形例6の押圧機構(65)は、スペーサー(89)を更に備えている。このスペーサー(89)は、ゴム等の弾性部材によって構成され、板バネ部材(80)の長手方向の両端部に亘って延びる薄板状に形成されている。スペーサー(89)は、第1直管部(16a)側の対向部(82)における冷媒ジャケット(70)側(図14(B)の下側)に、例えば接着剤等によって貼り付けられている。これにより、板バネ部材(80)における第1直管部(16a)に対する押圧力が、第2直管部(16b)に対する押圧力よりも大きくなる。従って、第1直管部(16a)と第1溝部(72a)との間の熱抵抗が小さくなり、第1直管部(16a)寄りに取り付けられたパワー素子(63)を効率的に冷却できる。
変形例7の冷媒冷却機構(55)は、上記実施形態と比べて、冷媒ジャケット(70)の第2溝部(72b)の軸直角断面形状が異なる。
なお、式(1)及び式(2)の場合と同様、φは各直管部(16a,16b)の外径の設計値、bは各直管部(16a,16b)の外径の許容差、dは各溝部(16a,16b)の曲率半径の許容差、aは2本の直管部(16a,16b)の間隔の許容差、cは2本の溝部(72a,72b)の間隔の許容差である。
上記実施形態については、以下のような構成にしてもよい。
16a 第1直管部
16b 第2直管部
17 U字管部(曲管部)
50 冷却ユニット
55 冷媒冷却機構
63 パワー素子(被冷却部品)
65 押圧機構
70 冷媒ジャケット(伝熱部材)
70b 伝熱部
72a 第1溝部
72b 第2溝部
Claims (3)
- 互いに平行な第1と第2の直管部(16a,16b)と、該第1と第2の直管部(16a,16b)の端部同士を連結する曲管部(17)とを有する冷媒配管(15)と、
被冷却部品(63)と熱的に接触する伝熱部(70b)と、上記第1直管部(16a)が嵌合する開口幅の第1溝部(72a)と、上記第2直管部(16b)の外径よりも大きな開口幅の第2溝部(72b)とを有する伝熱部材(70)と、
上記第1直管部(16a)と第2直管部(16b)とをそれぞれ第1溝部(72a)と第2溝部(72b)側に向かって押圧する押圧機構(65)と
を備えることを特徴とする冷媒冷却機構。 - 請求項1において、
上記押圧機構(65)は、上記第1直管部(16a)に対する押圧力が、上記第2直管部(16b)に対する押圧力よりも大きいことを特徴とする冷媒冷却機構。 - 請求項1又は2に記載の冷媒冷却機構(55)と、
上記冷媒冷却機構(55)の伝熱部(70b)における第2溝部(72b)よりも第1溝部(72a)寄りの部位に取り付けられる被冷却部品(63)と
を備えることを特徴とする冷却ユニット。
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