JP7253896B2 - Electrical component module and chilling unit - Google Patents
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本発明は、電装品モジュール、及びチリングユニットに関する。 The present invention relates to electrical component modules and chilling units.
空調装置の一例として、チリングユニット(熱交換ユニット)を備えたものが知られている。このチリングユニットは、空気熱交換器と、空気熱交換器に送風する送風機と、冷媒回路内の冷媒を圧縮する圧縮機と、を主に有している。送風機による送風が空気熱交換器に触れることで、冷媒回路内を循環する冷媒と、外部の空気との間で熱交換が行われる。 As an example of an air conditioner, one having a chilling unit (heat exchange unit) is known. This chilling unit mainly has an air heat exchanger, a blower that blows air to the air heat exchanger, and a compressor that compresses the refrigerant in the refrigerant circuit. When the air blown by the blower contacts the air heat exchanger, heat exchange is performed between the refrigerant circulating in the refrigerant circuit and the outside air.
このような装置は、長時間にわたって高出力のもと継続的に運転される場合があることから、内部の電源回路や制御回路も大容量の電力に対応できる構成とされている。その結果、回路素子(電装品)から放出される熱量も大きくなる。この熱を効率的に放熱させるため、各電装品にはヒートシンクが取り付けられている。さらに、ヒートシンクの近傍に送風用のファンを設けることで、ヒートシンクに空気を積極的に接触させて放熱効果が高められている。この種の構成を有する装置の具体例として、下記特許文献1に記載されたものが挙げられる。特許文献1に記載された装置では、ヒートシンクに対して、より効率的に空気の流れを案内するべく、複数のヒートシンク同士の間に仕切板が設けられている。
Since such a device may be operated continuously for a long time with high output, the internal power supply circuit and control circuit are configured to be able to handle a large amount of power. As a result, the amount of heat emitted from the circuit elements (electrical components) also increases. In order to dissipate this heat efficiently, a heat sink is attached to each electrical component. Furthermore, by providing a fan for blowing air in the vicinity of the heat sink, the air is positively brought into contact with the heat sink, thereby enhancing the heat dissipation effect. A specific example of a device having this type of configuration is described in
ここで、電装品の発熱量が大きいほど、より大きなヒートシンクが用いられることが一般的である。しかしながら、ヒートシンクが大きくなるとヒートシンク仕様によっては当該ヒートシンクが位置する流路の圧力損失が他方の流路に比べて増大する。その結果、より積極的な冷却が必要な流路に空気が十分に流れ込まず、ヒートシンクの放熱性能を十分に発揮できない可能性がある。したがって、より効率的に放熱することが可能な電装品モジュールに対する要請が高まっている。 Here, generally, the larger the amount of heat generated by the electrical equipment, the larger the heat sink used. However, if the heat sink becomes large, the pressure loss in the flow path where the heat sink is located increases compared to the other flow path, depending on the heat sink specifications. As a result, there is a possibility that sufficient air will not flow into the flow path that requires more aggressive cooling, and the heat dissipation performance of the heat sink will not be fully exhibited. Therefore, there is an increasing demand for electrical component modules that can dissipate heat more efficiently.
そこで本発明は、より効率的に放熱することが可能な電装品モジュール、及びチリングユニットを提供する。 Accordingly, the present invention provides an electrical component module and a chilling unit that can dissipate heat more efficiently.
本発明の一態様によれば、電装品モジュールは、実装面を有し、該実装面同士が互いに向かい合うように配置されることで、流路を間に形成する一対の基板本体と、各前記実装面に配置された複数の電装品と、前記複数の電装品ごとに取り付けられ、前記流路に露出する複数のヒートシンクと、前記流路内に空気の流れを形成するファンと、各前記実装面に設けられ、前記空気の流れ方向から見て、前記流路を第一流路、及び第二流路に区画する仕切板と、を備え、前記第一流路には、前記複数のヒートシンクのうち、発熱量が相対的に大きい前記電装品に取り付けられた前記ヒートシンクが配置され、前記第二流路には、発熱量が相対的に小さい前記電装品に取り付けられた前記ヒートシンクが配置され、前記第一流路における前記空気の流れ方向の下流側の端部と前記第二流路における前記空気の流れ方向の下流側の端部とに跨って配置された前記電装品としてのリアクタをさらに備え、前記リアクタにおける前記第一流路側での前記空気の流れ方向への投影面積よりも、前記リアクタにおける前記第二流路側での前記投影面積の方が大きい。 According to one aspect of the present invention, an electrical component module has a mounting surface, and is arranged so that the mounting surfaces face each other, thereby forming a pair of substrate bodies forming a flow path therebetween; a plurality of electrical components arranged on a mounting surface; a plurality of heat sinks attached to each of the plurality of electrical components and exposed to the flow path; a fan forming an air flow in the flow path; a partition plate provided on the surface and partitioning the flow path into a first flow path and a second flow path when viewed from the air flow direction, wherein the first flow path includes one of the plurality of heat sinks. , the heat sink attached to the electrical component having a relatively large amount of heat generation is disposed; the heat sink attached to the electrical component having a relatively small amount of heat generation is disposed in the second flow path ; further comprising a reactor as the electrical component disposed across the downstream end of the first channel in the air flow direction and the downstream end of the second channel in the air flow direction, The projected area of the reactor on the second flow path side is larger than the projected area of the reactor on the first flow path side in the air flow direction.
この構成によれば、第二流路に発熱量が相対的に小さい電装品に取り付けられたヒートシンクが配置され、さらに当該流路には、電装品の一つとしてのリアクタが配置される。これにより、第二流路の圧力損失を大きくすることができる。その結果、第二流路にリアクタを配置しないことで第二流路側の圧力損失が小さい場合に比べて、第一流路に流れ込む空気の流量を増やすことができる。よって、第一流路に配置された発熱量が相対的に大きい電装品に取り付けられたヒートシンクの放熱性能を高めることができる。According to this configuration, a heat sink attached to an electrical component that generates relatively small heat is arranged in the second channel, and a reactor as one of the electrical components is arranged in the channel. Thereby, the pressure loss in the second flow path can be increased. As a result, the flow rate of air flowing into the first flow path can be increased compared to the case where the pressure loss on the side of the second flow path is small by arranging no reactor in the second flow path. Therefore, it is possible to improve the heat dissipation performance of the heat sink attached to the electrical component that is arranged in the first flow path and that generates a relatively large amount of heat.
また、リアクタの一部を第一流路側に露出させることで、第一流路と第二流路とにおける空気の配分をより細かく設定することができる。Moreover, by exposing a part of the reactor to the first channel side, it is possible to more finely set the air distribution between the first channel and the second channel.
さらに、より積極的な冷却が必要な電装品に取り付けられたヒートシンクに先に空気の流れを接触させ、その後、下流側のリアクタに空気を接触させることができる。したがって、ヒートシンクの放熱性能を十分に発揮させることができる。Additionally, the air flow can first contact a heat sink attached to an electrical component that requires more aggressive cooling, and then contact the downstream reactor. Therefore, the heat dissipation performance of the heat sink can be fully exhibited.
また、本発明の一態様によれば、チリングユニットは、送風機と、前記送風機によって取り込まれた空気と冷媒との間で熱交換する冷媒回路と、前記冷媒と水との間で熱交換することで温度調節された水を生成する給水系統と、前記送風機、前記冷媒回路、及び前記給水系統の動作を制御するコントローラとしての上記電装品モジュールとを備える。 Further, according to one aspect of the present invention, the chilling unit includes a blower, a refrigerant circuit that exchanges heat between air taken in by the blower and a refrigerant, and heat exchange between the refrigerant and water. and a water supply system for generating temperature-controlled water, and the electric component module as a controller for controlling operations of the blower, the refrigerant circuit, and the water supply system.
上記態様の電装品モジュール、及びチリングユニットによれば、より効率的に放熱することが可能となる。 According to the electrical component module and the chilling unit of the above aspect, it is possible to dissipate heat more efficiently.
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態について、図1と図2を参照して説明する。本実施形態に係る電装品モジュール90は、チリングユニット100のコントローラに好適に適用される。まず、チリングユニット100の構成について説明する。チリングユニット100は、水等の各種の液体を、温度をコントロールしながら循環させるための装置であり、空調機や給湯機を含む様々な産業機械に付随して設置される。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. The
具体的には図1に示すように、チリングユニット100は、送風機1と、冷媒回路2と、給水系統3と、ハウジング4と、電装品モジュール90(コントローラ)と、を備えている。送風機1の下方には、一対の空気熱交換器21(後述)が設けられている。一対の空気熱交換器21は、水平方向に互いに対向するように間隔をあけて配置されている。より詳細には、これら空気熱交換器21同士の間の間隔は、下方から上方に向かうに従って次第に大きくなっている。詳しくは図示しないが、空気熱交換器21は内部に冷媒が流通する伝熱管を有している。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
冷媒回路2は、空気熱交換器21と、圧縮機22と、膨張弁23と、水熱交換器24と、四方弁(不図示)と、を有している。空気熱交換器21、圧縮機22、膨張弁23、四方弁は、ハウジング4内の空間に配置されている。空気熱交換器21、圧縮機22、膨張弁23、及び四方弁は配管によって接続されている。送風機1は、空気熱交換器21によって挟まれた空間の空気を、この空間の外部へ向かって上方へ吹き出す。
The
給水系統3は、温度調節された水を生成する。給水系統3は、水と上記の水熱交換器24を流通する冷媒との間で熱交換させるための配管と、水を圧送するポンプ31と、を有している。水熱交換器24は、ハウジング4内における空気熱交換器21の下方に配置されている。水熱交換器24はポンプ31と接続されており、ポンプ31によって圧送された水は、水熱交換器24内を通過することで加熱されたり冷却されたりする。
The
次に、冷媒回路2の動作について説明する。まず、圧縮機22は、冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を冷媒回路に供給する。空気熱交換器21は、冷媒と、送風機1によって取り込まれた外部の空気との間で熱交換を行う。膨張弁23は、空気熱交換器21内で熱交換をすることで液化した高圧の冷媒を膨張させて低圧化する。空気熱交換器21は、冷却運転時には、凝縮器として用いられ室外へ放熱し、加熱運転時には、蒸発器として用いられ室外から吸熱する。
Next, operation of the
水熱交換器24は、冷媒と、給水配管を通じて取り込まれた水との間で熱交換を行う。水熱交換器24は、冷却運転時には蒸発器として用いられ、水の熱を吸熱し、加熱運転時には凝縮器として用いられ、水に対して放熱する。四方弁は、冷却運転時と加熱運転時とで冷媒の流通する方向を切り替える。これにより、冷却運転時には、冷媒が、圧縮機22、空気熱交換器21、膨張弁23及び水熱交換器24の順に循環する。一方、加熱運転時には、冷媒が、圧縮機22、水熱交換器24、膨張弁23及び空気熱交換器21の順に循環する。
The water heat exchanger 24 exchanges heat between the refrigerant and water taken in through the water supply pipe. The
電装品モジュール90は、上記のような冷却運転と加熱運転の切換や、吐出される水の温度を調節するための制御を行う。詳しくは図示しないが、電装品モジュール90は、制御回路と、電源回路と、を主に備えている。これら回路は、電子回路又は電気回路として構成されている。電装品モジュール90は、互いに同等の機能・構成を有する一対の回路基板5と、ファン9と、ケーシング10と、を有している。図1に示すように、一対の回路基板5は、ハウジング4内の下部に、垂直方向に立つように配置されている。回路基板5の上方にはファン9が設けられている。
The
図2に示すように、各回路基板5は、基板本体6と、複数の電装品7と、ヒートシンク8と、を備えている。基板本体6は、ガラスエポキシやアルミナ、ベークライト等で形成された板状部材であり、厚さ方向における一方側の面(実装面6S)には、上述の回路を構成するためのプリント配線が施されている。図3に示すように、各回路基板5における基板本体6は、この実装面6S同士が互いに向かい合うように配置されている。
互いに向かい合う基板本体6同士を隔てるように、互いに向かい合う基板本体6上に空間Sを画成する仕切部材11が設けられている。仕切部材11は各基板本体6上の電装品7を覆うように設けられている。仕切部材11は電装品7の鉛直方向の上下には設けられず、空間Sは上下に開口している。
さらに、本実施形態では、水平方向にも同一の構成を有する回路基板5が隣接して配置されている。即ち、この電装品モジュール90は、計4つの回路基板5を有している。上記仕切部材11は、隣接して配置された各々の回路基板5における基板本体6を個別に覆っている。
各回路基板5の実装面6S上の空間Sは、ファン9によって形成された空気の流れが流通する流路Fとされている。ファン9は、この流路Fの上端部(鉛直上方の端部)に、水平方向に間隔をあけて複数(4つ)配列されている。より詳細には、一対の回路基板5ごとに2つずつのファン9が設けられている。
As shown in FIG. 2 , each
A
Furthermore, in this embodiment, the
A space S on the mounting
各ファン9としては、例えばプロペラファンやシロッコファンが好適に用いられる。各ファン9は、下方から上方に向かって空気の流れを形成することができるような姿勢で配置されている。即ち、本実施形態では、各ファン9の回転軸は鉛直方向に延びている。
As each
実装面6S上の空間S内には、プリント配線を介して互いに接続された複数の電装品7が取り付けられている。電装品7の具体例としては、第一電装品71としてのIPM(インテリジェントパワーモジュール)や、第二電装品72としてのDM(ダイオードモジュール)等のパワーモジュールや、リアクタ73等の受動素子が挙げられる。チリングユニット100は通常、大容量の電力を扱うことから、これらの電装品7はチリングユニット100の運転中に大きく発熱する。またパワーモジュールからの発熱量は、受動素子の発熱量に比べて大きい。この熱を放熱させるために、電装品7ごとにヒートシンク8が取り付けられている。上記の各ファン9は、これらヒートシンク8に向かう空気の流れをハウジング4内に形成する。より具体的には、ファン9によって、下方からヒートシンク8を経て上方に向かう空気の流れが形成される。
A plurality of
各々の実装面6S上には、鉛直方向から見て、流路F(空間S)を2つに分割する仕切板Bが設けられている。仕切板Bは、鉛直方向に延びるとともに、実装面6Sから基板本体6の厚さ方向に突出する板状の部材である。仕切板Bを基準として一方側の領域は第一流路F1とされ、他方側の領域は第二流路F2とされている。上述の複数の電装品7のうち、第一流路F1に配置されている電装品7は第一電装品71とされ、第二流路F2に配置されている電装品7は第二電装品72とされている。
A partition plate B is provided on each mounting
具体的に第一電装品71としてはIPMが適用される。第二電装品72としてはDMが適用される。DMに比べてIPMは発熱量が大きいため、第二電装品72の発熱量に比べて、第一電装品71の発熱量の方が大きい。これに伴って、第一電装品71に取り付けられているヒートシンク8(第一ヒートシンク81)は、第二電装品72に取り付けられているヒートシンク8(第二ヒートシンク82)よりも寸法が大きく設定されている。また、例えば各々のヒートシンク8の表面には複数の放熱フィン(不図示)が設けられているが、第一ヒートシンク81の放熱フィンのピッチの方が第二ヒートシンク82の放熱フィンのピッチよりも狭くなっている。
Specifically, an IPM is applied as the first
第二流路F2における第二電装品72の下流側(即ち、鉛直方向における上側)に、さらに電装品7としてのリアクタ73が設けられている。リアクタ73は、他の電装品7と同様に、実装面6S上に取り付けられている。
A
基板本体6、電装品7、ヒートシンク8、及びファン9は、ケーシング10の内部に収容されている。ケーシング10は箱状をなしており、図2に示すように、ファン9の上方を覆う天井部10Aと、この天井部10Aを下方から支持する前壁部10Bと、後壁部10Cと、これら前壁部10B及び後壁部10Cを接続する一対の側壁部10Dと、を有している。このうち、後壁部10Cの上部には、空気とともに熱を外部に排出する排気孔10Hが形成されている。即ち、この排気孔10Hは、水平方向において各ファン9による空気の流れの下流側に形成されている。
The
以上、説明したように、上述の構成によれば、第一流路F1に発熱量が相対的に大きい電装品7(第一電装品71)に取り付けられた第一ヒートシンク81が配置され、第二流路F2に発熱量が相対的に小さい電装品7(第二電装品72)に取り付けられた第二ヒートシンク82が配置され、第二流路F2には、電装品7の一つとしてのリアクタ73が配置される。
ここで仮にリアクタ73が第二流路F2に配置されない場合、第一流路F1内で、第一ヒートシンク81が相対的に大きな体積を占めることやフィンピッチが狭いことから、第二流路F2での空気の通風抵抗(圧力損失)に比べて、第一流路F1での通風抵抗の方が大きくなってしまう。その結果、より積極的な冷却(空気の供給)が必要とされる第一流路F1ではなく、第二流路F2により多くの空気が流れ込んでしまう可能性がある。
As described above, according to the above-described configuration, the
Here, if the
本実施形態では、リアクタ73を第二流路F2に配置することで、第二流路F2での空気の通風抵抗を増大させ、リアクタ73が設けられていない場合に比べて、より積極的な冷却が必要な第一流路F1に、より多くの空気を供給することができる。これにより、第一ヒートシンク81の放熱性能を十分に発揮させることができ、第一電装品71の冷却効果を高め、電装品モジュール90をより効率的に冷却することができる。
In this embodiment, by arranging the
さらに、上述の構成によれば、リアクタ73が第二ヒートシンク82の下流側に設けられている。したがって、より積極的な冷却が必要な第二電装品72に取り付けられた第二ヒートシンク82対して先に空気の流れを接触させ、その後、下流側のリアクタ73が冷却される。その結果、第二ヒートシンク82の放熱性能を十分に発揮させることができる。
Furthermore, according to the above configuration, the
以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば上記実施形態では、リアクタ73以外に2つの電装品7(第一電装品71,第二電装品72)が設けられている例について説明した。しかしながら、電装品7の個数は上記に限定されず、第一流路F1、及び第二流路F2にそれぞれ2つ以上の電装品7が設けられている構成を採ることも可能である。要するに、第二流路F2内にリアクタ73が設けられることによって、より冷却が必要となる第一流路F1への風量が増加する限り、当該構成は本発明の要旨に包含される。
The first embodiment of the present invention has been described above. Various changes and modifications can be made to the above configuration without departing from the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, an example in which two electrical components 7 (the first
また、リアクタ73は第二電装品72の上流側に設けられてもよい。
Also, the
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について、図4を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図4に示すように、本実施形態では、リアクタ73の少なくとも一部が、第一流路F1側に露出している。言い換えると、リアクタ73は第一流路F1と第二流路F2とに跨るようにして実装面6S上に配置されている。また、このリアクタ73は、仕切板Bの上端部の上側に配置されている。リアクタ73における第一流路F1側に露出する一部分の鉛直方向上方(空気の流れ方向)への投影面積よりも、リアクタ73における第二流路F2側に露出する一部分の投影面積の方が大きくなっている。なお、第一流路F1に露出するリアクタ73の大きさ(鉛直方向上方への投影面積)は、第一流路F1及び第二流路F2において必要とされるそれぞれの風量に基づいて適宜調節される。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code|symbol is attached|subjected about the structure similar to said 1st embodiment, and detailed description is abbreviate|omitted. As shown in FIG. 4, in this embodiment, at least part of the
この構成によれば、リアクタ73の一部を第一流路F1側に露出させることで、第一流路F1と第二流路F2とにおける空気(風量)の配分をより細かく設定することができる。その結果、電装品モジュール90をより効率的に冷却することができる。
According to this configuration, by exposing a part of the
以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記の各実施形態では、電装品モジュール90をチリングユニット100のコントローラに適用した例について説明した。しかしながら、電装品モジュール90の適用対象はチリングユニット100に限定されず、他の空調装置や給湯機等に適用することが可能である。また、上記の実施形態では流路Fは鉛直方向に延びている場合について説明したが、流路Fの延びる方向は鉛直方向である場合に限定されず、例えば水平方向であってもよい。
The second embodiment of the present invention has been described above. Various changes and modifications can be made to the above configuration without departing from the gist of the present invention. For example, in each of the above embodiments, an example in which the
1…送風機
2…冷媒回路
3…給水系統
4…ハウジング
5…回路基板
6…基板本体
6S…実装面
7…電装品
8…ヒートシンク
9…ファン
10…ケーシング
10A…天井部
10B…前壁部
10C…後壁部
10D…側壁部
10H…排気孔
11…仕切部材
21…空気熱交換器
22…圧縮機
23…膨張弁
24…水熱交換器
31…ポンプ
71…第一電装品
72…第二電装品
73…リアクタ
81…第一ヒートシンク
82…第二ヒートシンク
90…電装品モジュール
100…チリングユニット
B…仕切板
F…流路
F1…第一流路
F2…第二流路
S…空間
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
各前記実装面に配置された複数の電装品と、
前記複数の電装品ごとに取り付けられ、前記流路に露出する複数のヒートシンクと、
前記流路内に空気の流れを形成するファンと、
各前記実装面に設けられ、前記空気の流れ方向から見て、前記流路を第一流路、及び第二流路に区画する仕切板と、
を備え、
前記第一流路には、前記複数のヒートシンクのうち、発熱量が相対的に大きい前記電装品に取り付けられた前記ヒートシンクが配置され、前記第二流路には、発熱量が相対的に小さい前記電装品に取り付けられた前記ヒートシンクが配置され、
前記第一流路における前記空気の流れ方向の下流側の端部と前記第二流路における前記空気の流れ方向の下流側の端部とに跨って配置された前記電装品としてのリアクタをさらに備え、
前記リアクタにおける前記第一流路側での前記空気の流れ方向への投影面積よりも、前記リアクタにおける前記第二流路側での前記投影面積の方が大きい電装品モジュール。 a pair of substrate bodies having mounting surfaces and arranged so that the mounting surfaces face each other to form a flow path therebetween;
a plurality of electrical components arranged on each of the mounting surfaces;
a plurality of heat sinks attached to each of the plurality of electrical components and exposed to the flow path;
a fan that forms an air flow in the flow path;
a partition plate provided on each of the mounting surfaces and partitioning the flow path into a first flow path and a second flow path when viewed from the air flow direction;
with
Among the plurality of heat sinks, the heat sink attached to the electrical component having a relatively large amount of heat generation is disposed in the first flow path, and the heat sink having a relatively small heat generation amount is disposed in the second flow path. The heat sink attached to the electrical equipment is arranged,
The reactor further comprises a reactor as the electrical component disposed across the downstream end of the first flow path in the air flow direction and the downstream end of the second flow path in the air flow direction. ,
The electrical component module, wherein the projected area of the reactor on the second flow path side is larger than the projected area of the reactor on the first flow path side in the air flow direction.
前記送風機によって取り込まれた空気と冷媒との間で熱交換する冷媒回路と、
前記冷媒と水との間で熱交換することで温度調節された水を生成する給水系統と、
前記送風機、前記冷媒回路、及び前記給水系統の動作を制御するコントローラとしての請求項1又は2に記載の電装品モジュールと、
を備えるチリングユニット。 a blower; and a refrigerant circuit that exchanges heat between the air taken in by the blower and the refrigerant;
a water supply system that generates temperature-controlled water by exchanging heat between the refrigerant and water;
3. The electrical component module according to claim 1 or 2 as a controller that controls operations of the blower, the refrigerant circuit, and the water supply system;
Chilling unit with
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