KR101498402B1 - 냉각기 및 이를 구비한 냉동장치 - Google Patents

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Abstract

냉각기(50)는, 열매체가 유통하는 원관(圓管)부재(53)를 구비하고, 이 원관부재(53) 내를 흐르는 열매체에 의해 파워모듈(80)이 냉각되도록 이 파워모듈(80)에 열적으로 접촉하도록 설치된다. 원관부재(53) 내에는, 축방향으로 연장되어 이 원관부재(53)의 내주면(內周面)과의 사이에 열매체의 협유로(C0)를 형성하는 유로형성 부재(54)가 배치된다.

Description

냉각기 및 이를 구비한 냉동장치{COOLER AND REFRIGERATION DEVICE PROVIDED WITH SAME}
본 발명은, 내부에 열매체가 유통하여 발열부품을 냉각하는 냉각기 및 이를 구비한 냉동장치에 관한 것이다.
종래, 냉매회로 등의 열매체가 유통하는 열매체 유로(流路)에 설치되어, 내부를 유통하는 열매체에 의해 파워모듈 등의 발열부품을 냉각하는 냉각기가 이용되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이 냉각기는, 증기압축식 냉동 사이클을 행하는 냉매회로의 흡입관에 접속되어 이 흡입관의 일부를 구성하는 원관부(圓管部)와, 이 원관부에 파워모듈을 장착하기 위한 전열판(傳熱板)을 구비하고 있다. 상기 냉각기에서는, 파워모듈에서 발생한 열을 전열판을 개재하여 원관부 내를 흐르는 저온의 냉매에 방출시킴으로써 파워모듈을 냉각하고 있다.
일본 특허공개 평성8-145405호 공보
그런데, 최근, 파워모듈의 소형화가 진행되어, 파워모듈의 발열밀도가 증대하는 경향이 있다. 이에 대해, 상기 냉각기에서는, 예를 들어, 원관부와 장착판, 및 장착판과 파워모듈 각각의 접촉 열저항을 저감함으로써 냉각성능을 향상시켜 발열밀도가 높은 파워모듈에 대처하는 것이 생각되나, 접촉 열저항의 저감에 의한 냉각성능의 향상에는 한계가 있고, 금후 파워모듈이 한층 소형화됨에 의한 발열밀도의 증대에 대응하지 못할 우려가 있었다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 냉각성능이 높은 냉각기 및 이를 구비한 냉동장치를 제공하는 데 있다.
제 1 발명은, 열매체가 유통하는 원관부재(53)를 구비하고, 이 원관부재(53) 내를 흐르는 열매체에 의해 발열부품(80)이 냉각되도록 이 발열부품(80)에 열적으로 접촉하도록 설치되는 냉각기에 있어서, 상기 원관부재(53) 내에서 축방향으로 연장되고, 이 원관부재(53)의 내주면(內周面)과의 사이에 상기 열매체의 협유로(狹流路)(C0)를 형성하는 유로형성 부재(54)를 구비한다.
제 1 발명에서는, 냉각기의 원관부재(53) 내에는, 축방향으로 연장되는 유로형성 부재(54)가 배치됨으로써, 이 유로형성 부재(54)와 원관부재(53)의 내주면과의 사이에 열매체의 협유로(C0)가 형성된다. 이 협유로(C0)는, 유로형성 부재(54)가 배치되지 않은 경우에 원관부재(53) 내에 형성되는 유로에 비해, 유로형성 부재(54)의 지름방향의 길이분만큼 지름방향의 폭이 좁아진다. 발열부품(80)은, 냉각기의 원관부재(53) 내의 협유로(C0)를 흐르는 열매체에 방열함으로써 냉각된다.
그리고, 원관 내의 열전달률은, 원관 내 유로의 단면(斷面) 치수에 반비례한다. 즉, 열매체의 유로가 온도 구배(temperature gradient) 방향으로 좁을수록, 대폭으로 열전달률이 향상한다. 때문에, 상술과 같이, 원관부재(53) 내에 유로형성 부재(54)를 배치함으로써 원관부재(53) 내의 열매체 유로를 통상보다 지름방향으로 좁게 함으로써, 냉각기의 열전달률이 향상하게 된다.
제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서, 상기 유로형성 부재(54)는, 상기 원관부재(53) 내에서, 상기 협유로(C0)가 상기 원관부재(53) 내주면을 따른 고리형 유로가 되도록 배치된다.
제 2 발명에서는, 협유로(C0)가 원관부재(53) 내주면을 따라 고리형으로 형성된다. 이에 따라, 원관부재(53) 내주면이 모두 전열면(傳熱面)으로 된다.
제 3 발명은, 제 2 발명에 있어서, 상기 원관부재(53) 내에서 축방향으로 연장되어 상기 협유로(C0)를 둘레방향으로 분할하는 복수의 구획벽(55)을 구비한다.
제 3 발명에서는, 복수의 구획벽(55)에 의해, 원관부재(53) 내에 형성되는 고리형의 협유로(C0)가 둘레방향으로 분할된다. 이에 따라, 원관부재(53) 내에 유입한 열매체는, 고리형의 협유로(C0)에 유입할 때에 복수의 구획벽(55)에 의해 분류(分流)되어, 각 분할유로를 축방향으로 흐르게 된다. 그 결과, 협유로(C0)의 열매체 흐름이 둘레방향으로 거의 균일하게 된다. 즉, 복수의 구획벽(55)에 의해 고리형 협유로(C0)의 열매체 편류(偏流)가 억제된다.
제 4 발명은, 제 3 발명에 있어서, 상기 각 구획벽(55)의 사이에는, 금속에 의해 상기 원관부재(53)와 일체로 형성된 축방향으로 연장되는 전열판(57)이 각각 배치된다.
제 4 발명에서는, 각 구획벽(55) 사이에, 금속에 의해 원관부재(53)와 일체로 형성된 전열판(57)을 배치함으로써, 열매체와 원관부재(53)와의 사이의 전열면적이 현격히 증대한다.
제 5 발명은, 제 3 또는 제 4 발명에 있어서, 상기 각 구획벽(55) 사이에는, 난류(亂流)촉진 부재(56)가 배치된다.
제 5 발명에서는, 각 구획벽(55) 사이에 난류촉진 부재(56)가 배치됨으로써, 각 구획벽(55) 사이의 열매체의 층류(層流)로부터 난류로의 변화가 촉진된다.
제 6 발명은, 제 5 발명에 있어서, 상기 난류촉진 부재(56)는, 수지를 사출 성형함으로써 상기 유로형성 부재(54)와 일체로 형성된 복수의 돌기편(56a)에 의해 구성된다.
제 6 발명에서는, 난류촉진 부재(56)를 구성하는 복수의 돌기편(56a)은, 수지를 사출 성형함으로써 유로형성 부재(54)와 일체로 형성함에 의해, 용이하게 형성된다.
제 7 발명은, 제 3 내지 6 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 복수의 구획벽(55)은, 수지를 사출 성형함으로써 상기 유로형성 부재(54)와 일체로 형성된다.
제 7 발명은, 복수의 구획벽(55)은, 수지를 사출 성형함으로써 유로형성 부재(54)와 일체로 형성함에 의해, 용이하게 형성된다.
제 8 발명은, 제 2 발명에 있어서, 상기 협유로(C0)는, 열매체가 둘레방향으로 흐르도록 구성된다.
제 8 발명에서는, 원관부재(53) 내에 유입한 열매체는, 유로형성 부재(54)의 일단(一端)측으로부터 협유로(C0)에 유입하면, 유통방향이 축방향에서 둘레방향으로 변경되고, 지름방향의 폭이 좁은 협유로(C0)에서 둘레방향으로 흐른다. 그리고, 열매체는, 협유로(C0)로부터 유로형성 부재(54)의 타단(他端)측으로 유출하면, 유통방향이 둘레방향에서 축방향으로 변경되어, 원관부재(53)로부터 유출된다. 이와 같이, 협유로(C0)에서 열매체가 둘레방향으로 흐르도록 구성함으로써, 협유로(C0)에서 열매체가 축방향으로 흐르도록 구성하는 경우보다, 유로 단면적(열매체의 유통방향으로 수직인 면의 면적)을 크게 할 수 있으므로 협유로(C0)의 열매체 유속(流速)이 저하되고, 또, 유로 길이(열매체의 유통방향 길이)가 짧아지므로, 협유로(C0)에 있어서 열매체 압력 손실이 작아진다.
제 9 발명은, 제 8 발명에 있어서, 상기 원관부재(53) 내에서 상기 협유로(C0)를 축방향으로 분할하여 복수의 둘레방향으로 연장되는 분할유로(C2)를 구획하는 복수의 구획벽(58)을 구비하고, 상기 유로형성 부재(54)에는, 축방향 일단측에 형성되는 열매체의 유입공간(S1, S2)과 상기 각 분할유로(C2)를 연통시키는 유입측 연통로(P1, P2)와, 축방향 타단측에 형성되는 유출공간(S2, S1)과 상기 각 분할유로(C2)를 연통시키는 유출측 연통로(P2, P1)가 형성된다.
제 9 발명에서는, 원관부재(53) 내의 유입공간(S1, S2)에 유입한 열매체는, 유입측 연통로(P1, P2)를 통해 각 분할유로(C2)에 유입하고, 각 분할유로(C2)에서 둘레방향으로 유통한 후, 유출측 연통로(P2, P1)를 통해 유출공간(S2, S1)으로 유출한다. 즉, 원관부재(53) 내에 유입한 열매체는, 복수의 구획벽(58)에 의해 유통방향이 축방향에서 둘레방향으로 변경되고, 지름방향의 폭이 좁은 각 분할유로(C2)에서 둘레방향으로 흐른다. 이와 같이, 지름방향의 폭이 좁은 협유로(C0)를 축방향으로 분할하여 둘레방향으로 연장되는 복수의 분할유로(C2)를 형성함으로써, 협유로(C0)를 둘레방향으로 분할하여 축방향으로 연장되는 분할유로를 형성하는 경우보다, 분할유로의 단면적을 크게 할 수 있으므로 분할유로의 열매체 유속이 저하되고, 또, 분할유로의 길이가 짧아지므로, 각 분할유로에서의 열매체의 압력손실이 작아진다. 또, 복수의 구획벽(58)에 의해 고리형의 협유로(C0)에서의 열매체의 편류가 억제되고, 흐름이 축방향으로 거의 균일하게 된다.
제 10 발명은, 제 1 내지 9 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 원관부재(53)는, 상기 유로형성 부재(54)가 배치되는 본체부(53a)와, 이 본체부(53a)의 축방향 단부(端部)에 연속하여 상기 열매체가 유통하는 배관에 접속되는 접속부(53b)를 가지고, 상기 본체부(53a)는, 상기 접속부(53b)보다 큰 지름으로 형성된다.
그런데, 상술과 같이 원관부재(53) 내에 유로형성 부재(54)를 배치하고 원관부재(53) 내에 형성되는 유로를 좁게 하면, 열매체의 유속이 증대함과 동시에 열매체의 유동(流動)저항이 증대하여 압력손실이 증대한다.
그러나, 제 10 발명에서는, 원관부재(53)에서는, 유로형성 부재(54)가 배치되는 본체부(53a)가, 이 본체부(53a)의 축방향 단부에 연속하여 열매체가 유통하는 배관에 접속되는 접속부(53b)보다 큰 지름으로 형성된다. 즉, 본체부(53a)는, 원관부재(53)가 접속되는 배관보다 큰 지름으로 형성된다. 이에 따라, 본체부(53a)가 접속부(53b)와 동일 지름인 경우보다, 유로형성 부재(54)에 의해 원통부재(53) 내에 형성되는 협유로(C0)의 단면적이 증대된다.
제 11 발명은, 제 3 내지 5 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 복수의 구획벽(55)은, 열전도성 재료에 의해 상기 유로형성 부재(54)와 일체로 형성되어 상기 열매체 유로를 형성하는 스페이서(59)를 구성하고, 상기 원관부재(53)와 상기 스페이서(59)는, 이 스페이서(29)가 상기 원관부재(53) 내에 위치하는 상태에서 상기 원관부재(53) 및 상기 스페이서(59) 중 적어도 한쪽을 변형시킴으로써 열전달 가능하게 접촉함과 동시에 서로 고정된다.
제 11 발명에서는, 복수의 구획벽(55)이, 열전도성 재료에 의해 유로형성 부재(54)와 일체로 형성된 스페이서(59)를 구성하고, 이 스페이서(59)가, 원관부재(53) 및 스페이서(59) 중 적어도 한쪽이 변형함으로써 원관부재(53)와 열전달 가능하게 접촉한다. 이에 따라, 스페이서(59)가 원관부재(53)와 함께 발열부품(80)의 열을 원관부재(53) 내의 협유로(C0)를 흐르는 열매체에 방열하는 방열부재가 된다. 즉, 원관부재(53) 내의 협유로(C0)를 흐르는 열매체에 대한 방열면적이 증가한다. 또, 원관부재(53)와 스페이서(59)는, 상술과 같이 원관부재(53) 및 스페이서(59) 중 적어도 한쪽을 변형시킴으로써 서로 고정된다.
제 12 발명은, 제 11 발명에 있어서, 상기 유로형성 부재(54)는 원통형으로 형성되고, 상기 원관부재(53)와 상기 스페이서(59)는, 이 스페이서(59)가 상기 원관부재(53) 내에 위치하는 상태에서 소정 방향으로 프레스 가공되어 상기 원관부재(53) 및 상기 스페이서(59)의 양쪽이 변형함으로써 열전달 가능하게 접촉함과 동시에 서로 고정된다.
제 12 발명에서는, 스페이서(59)가 원관부재(53) 내에 위치하는 상태에서 원관부재(53)와 스페이서(59)가 프레스 가공됨으로써, 원관부재(53) 및 스페이서(59)의 양쪽이 변형한다. 그 결과, 원관부재(53)와 스페이서(59)가 열전달 가능하게 접촉함과 동시에 서로 고정된다. 또, 스페이서(59)의 유로형성 부재(54)가 원통형으로 형성되므로, 스페이서(59)는 용이하게 변형된다.
그런데, 상술과 같이, 원관부재(53)와 스페이서(59)를 소정 방향으로 프레스 가공함으로써 변형시키는 경우, 원관부재(53)와 스페이서(59)는, 프레스 방향에는 용이하게 접촉하나, 프레스 방향에 직교하는 방향에서는 반대로 떨어지기 쉬우므로, 전체적으로 접촉면적을 크게 확보할 수 없었다.
제 13 발명은, 제 12 발명에 있어서, 상기 원관부재(53)와 상기 스페이서(59)는, 상기 원관부재(53)의 상기 발열부품(80)측인 발열측 부분의 곡률(曲率)이 반대측인 비(非)발열측 부분의 곡률보다 크게 되도록 프레스 가공된다.
제 13 발명에서는, 원관부재(53)의 발열측 부분의 곡률이 비발열측 부분의 곡률보다 크게 되도록 원관부재(53)와 스페이서(59)를 프레스 가공함으로써, 전체적으로 스페이서(59)가 발열부품(80)측으로 눌리게 된다. 그 결과, 원관부재(53)와 스페이서(59)와의 발열측 부분의 접촉면적이 증대한다.
제 14 발명은, 제 12 발명에 있어서, 상기 스페이서(59)는, 상기 발열부품(80)측인 발열측 부분의 강성(剛性)이 반대측인 비발열측 부분의 강성보다 낮아지도록 형성된다.
제 14 발명에서는, 스페이서(59)가 원관부재(53) 내에 위치하는 상태에서 소정 방향으로 프레스 가공한 때에, 스페이서(59)의 발열측 부분이 비발열측 부분에 비해 강성이 낮으므로, 전체적으로 스페이서(59)가 발열부품(80)측으로 눌려지게 된다. 그 결과, 원관부재(53)와 스페이서(59)와의 발열측 부분의 접촉면적이 증대한다.
제 15 발명은, 제 14 발명에 있어서, 상기 유로형성 부재(54)는, 상기 발열부품(80)측인 발열측 부분(54b)이 반대측인 비발열측 부분(54a)보다 얇게 형성된다.
제 15 발명에서는, 원통형의 유로형성 부재(54)가, 발열부품(80)측인 발열측 부분(54b)이 반대측인 비발열측 부분(54a)보다 얇게 형성된다. 이에 따라, 스페이서(59)의 발열측 부분의 강성이 비발열측 부분의 강성보다 낮아진다.
제 16 발명은, 제 12 발명에 있어서, 상기 스페이서(59)는, 상기 복수의 구획벽(55)에 의해 상기 협유로(C0)가 둘레방향으로 분할되어 이루어지는 복수의 축방향 유로(C1) 중 상기 발열부품(80)측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적(斷面積)이 상기 발열부품(80)과 반대측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적보다 크게 되도록 형성된다.
제 16 발명에서는, 복수의 구획벽(55)에 의해 협유로(C0)가 둘레방향으로 분할되어 이루어지는 복수의 축방향 유로(C1) 중 발열부품(80)측인 축방향 유로(C1)의 유로 단면적이 발열부품(80)과 반대측인 축방향 유로(C1)의 유로 단면적보다 크게 형성된다. 때문에, 협유로(C0)의 발열부품(80)측에 많은 열매체가 흐르게 된다.
제 17 발명은, 제 1 내지 제 16 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 원관부재(53)가 끼워지는 오목부(52d)와, 상기 발열부품(80)의 방열면이 장착되는 장착면(52c)이 형성되고, 이 장착면(52c)에서 흡수한 열을 상기 오목부(52d)로 전달하는 전열부재(52)를 구비한다.
제 18 발명은, 제 17 발명에 있어서, 상기 오목부(52d)는, 상기 장착면(52c)의 이면에서, 이 장착면(52c)에 장착되는 발열부품(80)에 대응하는 위치에 형성된다.
제 17 및 제 18 발명에서는, 냉각기는, 원관부재(53)가 끼워지는 오목부(52d)와 발열부품(80)의 방열면이 장착되는 장착면(52c)이 형성되고, 이 장착면(52c)에서 흡수한 열을 오목부(52d)로 전달하는 전열부재(52)를 구비한다. 때문에, 이와 같은 전열부재(52)에 발열부품(80)과 원관부재(53)를 장착함으로써, 발열부품(80)과 원관부재(53) 내의 열매체와의 사이의 열교환이 용이해진다. 그 결과, 발열부품(80)에서 발생한 열은, 전열부재(52)를 개재하고 효율 좋게 원관부재(53) 내의 열매체에 흡수된다.
특히, 제 18 발명에서는, 오목부(52d)가, 장착면(52c) 이면에 있어서, 이 장착면(52c)에 장착되는 발열부품(80)에 대응하는 위치에 형성된다. 즉, 발열부품(80)과 원관부재(53)는, 전열부재(52)의 표면과 이면에서 각각 대응하는 위치에 장착되게 된다. 이에 따라, 발열부품(80)과 원관부재(53)가 대응하지 않는 위치에 장착되는 경우에 비해, 발열부품(80)으로부터 전열부재(52)를 개재하여 원관부재(53)에 도달하기까지의 열의 경로가 짧아지고, 발열부품(80)과 원관부재(53)와의 사이 열저항이 작아진다.
제 19 발명은, 제 17 또는 제 18 발명에 있어서, 상기 원관부재(53)는, 1개의 직관형 부재에 의해 구성된다.
그런데, 원관부재(53)로서 U자관을 이용하고, 2개의 직관부를 전열부재(52)의 2개 오목부(52d)에 끼우도록 하면, U자관의 완성 정밀도에 따라서는, 한쪽의 직관부를 오목부(52d) 내면에 접촉하도록 누르면, 다른 쪽 직관부와 오목부(52d) 내면과의 접촉성이 나빠져 전열(傳熱)성능이 저하될 우려가 있다.
그러나, 제 19 발명에서는, 원관부재(53)가 1개의 직관형 부재에 의해 구성된다. 때문에, 원관부재(53)를 단지 오목부(52d) 내에 끼워 넣고 내면으로 누르는 것만으로 원관부재(53)와 오목부(52d)의 내면이 접촉한다.
제 20 발명은, 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동 사이클을 행하는 냉매회로(20)를 구비한 냉동장치에 있어서, 상기 냉매회로(20)의 액배관에 제 1 내지 제 19 중 어느 하나의 발명에 관한 냉각기가 접속된다.
제 20 발명에서는, 냉각기의 원관부재(53)에는, 냉매회로(20)의 액배관을 유통하는 액냉매가 열매체로서 유통하게 된다. 그리고, 냉각기에서는 원관부재(53) 내를 유동(流動)하는 액냉매에 의해 발열부품이 냉각된다.
제 1 발명에 의하면, 원관부재(53) 내에 유로형성 부재(54)에 의해 지름방향으로 좁은 열매체의 협유로(C0)를 형성함으로써, 유로형성 부재(54)를 배치하지 않는 경우에 비해 냉각기의 열전달률을 향상시킬 수 있다. 따라서, 냉각성능이 높은 냉각기를 제공할 수 있고, 이 냉각기에 의해 발열밀도가 높은 발열부품을 충분히 냉각시킬 수 있다.
또, 제 2 발명에 의하면, 유로형성 부재(54)에 의해 원관부재(53) 내에 형성된 협유로(C0)가 원관부재(53)의 내주면을 따라 고리형 유로가 되도록 유로형성 부재(54)를 배치함으로써, 원관부재(53)의 내주면을 모두 전열면으로서 구성할 수 있다. 이와 같이 열매체와 원관부재(53)와의 사이의 전열면적을 최대한 크게 함으로써, 냉각기의 냉각성능을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 제 3 발명에 의하면, 유로형성 부재(54)에 의해 원관부재(53) 내에 형성되는 고리형의 협유로(C0)를 복수의 구획벽(55)에 의해 둘레방향으로 분할함으로써, 고리형의 협유로(C0)에서의 열매체의 편류를 억제할 수 있다. 고리형의 협유로(C0)에서 편류가 발생하면, 열전달 효율이 현저하게 저하한다. 때문에, 상술과 같이, 고리형의 협유로(C0)에서의 열매체의 편류를 억제함으로써, 냉각기의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
또, 제 4 발명에 의하면, 각 구획벽(55) 사이에, 금속에 의해 원관부재(53)와 일체로 형성된 전열판(57)을 배치함으로써, 열매체와 원관부재(53)와의 사이의 전열면적을 현격히 증대시킬 수 있다. 따라서, 냉각기의 냉각성능을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 제 5 발명에 의하면, 난류촉진 부재(56)에 의해 각 구획벽(55) 사이의 열매체의 층류로부터 난류로의 변화를 촉진함으로써, 열매체와 원관부재(53)와의 사이의 열전달률이 향상한다. 따라서, 냉각기의 냉각성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 제 6 발명에 의하면, 난류촉진 부재(56)를 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 제 7 발명에 의하면, 복수의 구획벽(55)을 용이하게 형성할 수 있다.
또, 제 8 발명에 의하면, 지름방향의 폭이 좁은 협유로(C0)에서 열매체가 둘레방향으로 흐르도록 구성함으로써, 협유로(C0)에서 열매체가 축방향으로 흐르도록 구성하는 경우보다, 협유로(C0)에서의 열매체의 압력손실을 저감시킬 수 있다.
또한, 제 9 발명에 의하면, 지름방향의 폭이 좁은 협유로(C0)를 축방향으로 분할하여 둘레방향으로 연장되는 복수의 분할유로(C2)를 형성함으로써, 협유로(C0)를 둘레방향으로 분할하여 축방향으로 연장되는 분할유로를 형성한 경우보다, 각 분할유로(C2)에서의 열매체의 압력손실을 저감시킬 수 있다. 또, 복수의 구획벽(58)에 의해, 원관부재(53) 내에 형성되는 고리형의 협유로(C0)를 축방향으로 분할함으로써, 고리형의 협유로(C0)에서의 열매체의 편류를 억제할 수 있다. 여기서, 고리형의 협유로(C0)에서 편류가 발생하면, 열전달 효율이 현저하게 저하된다. 이로써, 상술과 같이, 고리형의 협유로(C0)에서의 열매체의 편류를 억제하고, 열매체의 흐름을 축방향으로 거의 균일하게 함으로써, 냉각기의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
또, 제 10 발명에 의하면, 원관부재(53)의 본체부(53a)를 원관부재(53)가 접속되는 배관보다 큰 지름으로 형성함으로써, 원관부재(53)의 내부에 유로형성 부재(54)를 형성함에 의한 열매체 협유로(C0)의 단면적 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 원관부재(53) 내에 유로형성 부재(54)를 배치함에 의한 열매체의 압력손실 증대를 억제할 수 있다.
또한, 제 11 발명에 의하면, 복수의 구획벽(55)과 유로형성 부재(54)를 열전도성 재료에 의해 일체로 형성하여 스페이서(59)로 하고, 이 스페이서(59)를 원관부재(53) 및 스페이서(59) 중 적어도 한쪽이 변형함으로써 원관부재(53)와 열전달 가능하게 접촉시키므로, 스페이서(59)를, 원관부재(53)와 함께 발열부품(80)의 열을 원관부재(53) 내의 협유로(C0)를 흐르는 열매체에 방열하는 방열부재로 할 수 있다. 이에 따라, 원관부재(53) 내의 협유로(C0)를 흐르는 열매체에 대한 방열면적을 증가시킬 수 있으므로, 냉각기의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
또, 제 11 발명에 의하면, 원관부재(53) 및 스페이서(59) 중 적어도 한쪽을 변형시킴으로써 원관부재(53)와 스페이서(59)를 서로 고정하도록 하므로, 복잡한 구성의 고정구를 형성하는 일 없이 용이하게 원관부재(53)와 스페이서(59)를 고정할 수 있다.
또한, 제 12 발명에 의하면, 스페이서(59)가 원관부재(53) 내에 위치하는 상태에서 소정 방향으로 프레스 가공함으로써, 용이하게 원관부재(53)와 스페이서(59)를 열전달 가능하게 접촉시킴과 동시에 고정할 수 있다.
또, 제 13 발명에 의하면, 원관부재(53)의 발열측 부분의 곡률이 비발열측 부분의 곡률보다 크게 되도록 원관부재(53)와 스페이서(59)를 프레스 가공하여, 전체적으로 스페이서(59)를 발열부품(80)측으로 누름으로써, 원관부재(53)와 스페이서(59)와의 발열측 부분의 접촉면적을 증대시킬 수 있다. 따라서, 원관부재(53) 내 협유로(C0)의 발열부품(80)에 가까운 발열측 부분을 흐르는 열매체에 대한 방열면적을 증대시킬 수 있고, 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 발열부품(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
또한, 제 14 발명에 의하면, 발열부품(80)측인 발열측 부분의 강성이 반대측인 비발열측 부분의 강성(剛性)보다 낮아지도록 스페이서(59)를 형성하므로, 원관부재(53)와 스페이서(59)를 프레스 가공할 때에, 전체적으로 스페이서(59)를 발열부품(80)측으로 누름으로써, 원관부재(53)와 스페이서(59)와의 발열측 부분의 접촉면적을 증대시킬 수 있다. 따라서, 원관부재(53) 내 협유로(C0)에 있어서 발열부품(80)에 가까운 발열측 부분을 흐르는 열매체에 대한 방열면적을 증대시킬 수 있고, 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 발열부품(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
또, 제 15 발명에 의하면, 용이한 구성에 의해, 발열측 부품의 강성이 비발열측 부분의 강성보다 낮아지도록 스페이서(59)를 구성할 수 있다.
또한, 제 16 발명에 의하면, 복수의 축방향 유로(C1) 중 발열부품(80)측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적이 발열부품(80)과 반대측 축방향 유로(C1)의 유로 단면적보다 크게 되도록 스페이서(59)를 형성하도록 하므로, 협유로(C0)의 발열부품(80)측에 많은 열매체를 유통시킬 수 있고, 발열부품(80)측의 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 발열부품(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
또, 제 17 및 제 18 발명에 의하면, 원관부재(53)가 끼워지는 오목부(52d)와 발열부품(80)의 방열면이 장착되는 장착면(52c)이 형성되고, 이 장착면(52c)에서 흡수한 열을 오목부(52d)에 전달하는 전열부재(52)에, 발열부품(80)과 원관부재(53)를 장착하도록 구성하므로, 발열부품(80)과 원관부재(53) 내 열매체와의 사이에서 용이하게 열교환을 행하게 할 수 있다. 따라서, 발열부품(80)에서 발생한 열을, 전열부재(52)를 개재하고 효율 좋게 원관부재(53) 내의 열매체에 흡수시킬 수 있고, 발열부품(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
특히, 제 18 발명에 의하면, 오목부(52d)가, 장착면(52c)의 이면에서, 이 장착면(52c)에 장착되는 발열부품(80)에 대응하는 위치에 형성되므로, 발열부품(80)과 원관부재(53)는, 전열부재(52)의 표면과 이면에서 각각 대응하는 위치에 장착된다. 그 결과, 발열부품(80)과 원관부재(53)가 대응하지 않는 위치에 장착되는 경우에 비해, 발열부품(80)으로부터 전열부재(52)를 개재하고 원관부재(53)에 도달하기까지의 열의 경로를 짧게 형성할 수 있다. 이에 따라, 발열부품(80)에서 원관부재(53)까지 사이의 열저항을 저감시킬 수 있다. 따라서, 냉각기의 냉각성능을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 제 19 발명에 의하면, 다른 부재의 영향을 받는 일 없이, 원관부재(53)와 오목부(52d) 내면을 용이하게 접촉시킬 수 있다. 이에 따라, 용이하게 원관부재(53)와 전열부재(52)와의 접촉 열저항을 저감시킬 수 있으므로, 냉각기의 냉각성능을 용이하게 향상시킬 수 있다.
또, 제 20 발명에 의하면, 상기 냉각기를 냉매회로(20)의 액배관에 접속함으로써, 발열밀도가 높은 발열부품을 냉매회로(20)의 액냉매에 의해 충분히 냉각시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 공조기(空調機)의 개략구성을 나타내는 냉매 회로도이다.
도 2는, 제 1 실시형태에 관한 냉각기의 평면도이다.
도 3은, 제 1 실시형태에 관한 냉각기 본체의 종단면도이다.
도 4는, 제 1 실시형태에 관한 냉각기 및 파워모듈의 횡단면도이다.
도 5는, 제 2 실시형태에 관한 냉각기 본체의 원관부재 일부를 절결(切缺)하여 내부의 구조를 나타내는 도이다.
도 6은, 제 3 실시형태에 관한 냉각기의 횡단면도이다.
도 7의 (A)는, 제 4 실시형태에 관한 냉각기 본체의 원관부재 일부를 절결하여 내부의 구조를 나타내는 도이고, 도 7의 (B)는, 제 4 실시형태에 관한 냉각기 본체의 종단면도이다.
도 8은, 제 4 실시형태에 관한 냉각기 본체의 횡단면도이다.
도 9의 (A)는, 제 5 실시형태에 관한 냉각기 본체의 원관부재의 일부를 절결하여 내부의 구조를 나타내는 도이고, 도 9의 (B)는, 제 5 실시형태에 관한 냉각기 본체의 종단면도이다.
도 10은, 제 5 실시형태에 관한 냉각기 본체의 횡단면도이다.
도 11은, 제 6 실시형태에 관한 냉각기 및 파워모듈의 횡단면도이다.
도 12의 (A)는, 제 7 실시형태에 관한 냉각기 본체의 종단면도이고, 도 12의 (B)는, 고정구조의 변형 상태를 확대하여 나타낸 도이다.
도 13은, 제 8 실시형태에 관한 냉각기 본체의 종단면도이다.
도 14는, 제 9 실시형태에 관한 냉각기의 종단면도이다.
도 15는, 제 9 실시형태에 관한 냉각기 및 파워모듈의 횡단면도이다.
도 16의 (A) 및 도 16의 (B)는, 제 9 실시형태에 관한 냉각기 본체의 원관부재와 스페이서를 프레스 가공할 때의 동작도이다.
도 17의 (A) 및 도 17의 (B)는, 제 10 실시형태에 관한 냉각기 본체의 원관부재와 스페이서를 프레스 가공할 때의 동작도이다.
도 18의 (A) 및 도 18의 (B)는, 제 11 실시형태에 관한 냉각기 본체의 원관부재와 스페이서를 프레스 가공할 때의 동작도이다.
도 19의 (A) 및 도 19의 (B)는, 제 12 실시형태에 관한 냉각기 본체의 원관부재와 스페이서를 프레스 가공할 때의 동작도이다.
도 20의 (A) 및 도 20의 (B)는, 제 13 실시형태에 관한 냉각기 본체의 원관부재와 스페이서를 프레스 가공할 때의 동작도이다.
도 21의 (A) 및 도 21의 (B)는, 제 14 실시형태에 관한 냉각기 본체의 원관부재와 스페이서를 프레스 가공할 때의 동작도이다.
도 22는, 제 15 실시형태에 관한 냉각기의 종단면도이다.
도 23은, 제 15 실시형태에 관한 냉각기 및 파워모듈의 횡단면도이다.
도 24는, 제 16 실시형태에 관한 냉각기 및 파워모듈의 횡단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 냉각기 및 이를 구비한 냉동장치의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 그리고, 이하에서는, 본 발명에 관한 냉동장치의 일례로 공조기에 대해 설명하나, 본 발명에 관한 냉동장치는 공조기에 한정되지 않는다.
≪제 1 실시형태≫
도 1에 나타내듯이, 본 제 1 실시형태의 공조기(10)는, 옥외에 설치되는 실외유닛(11)과, 옥내에 설치되는 실내유닛(12)을 1개씩 구비한다. 실외유닛(11)에는, 실외회로(21)가 수용된다. 실내유닛(12)에는, 실내회로(22)가 수용된다. 이 공조기(10)에서는, 실외회로(21)와 실내회로(22)를 한 쌍의 연결배관(23, 24)으로 접속함으로써 냉매회로(20)가 형성된다.
실외회로(21)에는, 압축기(30)와, 사방전환밸브(41)와, 실외 열교환기(42)와, 냉각기(50)와, 팽창밸브(43)가 설치된다. 냉각기(50)에는, 압축기(30) 등에 전력을 공급하는 전력공급장치(도시 않음)의 파워모듈(80)이 장착된다. 그리고, 냉각기(50)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
실외회로(21)에서는, 압축기(30)의 토출(吐出)측이 사방전환밸브(41)의 제 1 포트에 접속되고, 흡입(吸入)측이 어큐뮬레이터(accumulator)(34)를 개재하여 사방전환밸브(41)의 제 2 포트에 접속된다. 사방전환밸브(41)는, 제 3 포트가 실외 열교환기(42)의 일단(一端)에 접속되고, 제 4 포트가 가스측 폐쇄밸브(44)에 접속된다. 실외 열교환기(42)의 타단(他端)은, 냉각기(50)를 개재하여 팽창밸브(43)의 일단에 접속된다. 팽창밸브(43)의 타단은, 액측 폐쇄밸브(45)에 접속된다.
실내회로(22)에는, 실내 열교환기(46)가 설치된다. 실내회로(22)는, 가스측 단부(端部)가 가스측 연결배관(23)을 통해 가스측 폐쇄밸브(44)에 접속되고, 액측의 단부가 액측 연결배관(24)을 통해 액측 폐쇄밸브(45)에 접속된다.
상기 압축기(30)는, 이른바 전(全)밀폐형 압축기이다. 즉, 압축기(30)에서는, 냉매를 압축하는 압축기구(32)와, 이 압축기구(32)를 회전 구동하기 위한 전동기(33)가, 1개의 케이싱(31) 내에 수용된다. 사방전환밸브(41)는, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통하며 또한 제 2 포트와 제 4 포트가 연통하는 제 1 상태(도 1에 실선으로 나타내는 상태)와, 제 1 포트와 제 4 포트가 연통하며 또한 제 2 포트와 제 3 포트가 연통하는 제 2 상태(도 1에 파선으로 나타내는 상태)로 전환한다. 팽창밸브(43)는, 밸브체가 펄스모터(pulse motor)에 의해 구동되는 개방도 가변(可變)인 전동 팽창밸브이다.
상기 실외 열교환기(42)는, 핀튜브형 열교환기에 의해 구성되고, 실외공기와 냉매를 열교환시킨다. 또, 실외유닛(11)의 실외 열교환기(42) 근방에는, 이 실외 열교환기(42)로 실외공기를 보내기 위한 실외팬(13)이 설치된다.
상기 실내 열교환기(46)는, 핀튜브형 열교환기에 의해 구성되고, 실내공기와 냉매를 열교환시킨다. 또, 실내유닛(12)의 실내 열교환기(46) 근방에는, 이 실내 열교환기(46)로 실내공기를 보내기 위한 실내팬(14)이 설치된다.
상기 실외유닛(11)에는, 압축기(30) 등의 기기에 전력을 공급하는 전력공급장치(도시 않음)가 설치된다. 전력공급장치는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 다이오드 등의 파워모듈이 설치된다. 상술한 냉각기(50)는, 상기 파워모듈(80)에 장착된다.
<냉각기>
도 2 내지 도 4에 나타내듯이, 상기 냉각기(50)는, 냉각기 본체(51)와, 전열부재(52)를 구비한다.
냉각기 본체(51)는, 원관부재(53)와, 이 원관부재(53) 내부에 배치되어 원관부재(53)의 내주면과의 사이에 협유로(C0)를 형성하는 유로형성 부재(54)와, 이 유로형성 부재(54)에 의해 형성된 협유로(C0)를 둘레방향으로 복수로 분할하는 구획벽(55)을 구비한다.
원관부재(53)는, 1개의 직관형 부재에 의해 구성된다. 원관부재(53)는, 본체부(53a)와, 이 본체부(53a)의 양 단부에 형성된 접속부(53b)를 구비한다. 원관부재(53)는, 접속부(53b)가 상기 냉매회로(20)를 구성하는 냉매배관에 접속됨으로써, 냉매회로(20)의 일부를 구성한다. 본체부(53a)는, 접속부(53b)보다 큰 지름으로 형성된다. 또, 접속부(53b)는, 원관부재(53)가 접속되는 냉매회로(20)의 냉매배관과 거의 동일 지름으로 형성된다. 즉, 본체부(53a)는, 원관부재(53)가 접속되는 냉매회로(20)의 냉매배관보다 큰 지름으로 형성된다. 그리고, 상세한 것은 후술하나, 원관부재(53)는, 구리관으로 이루어지는 직관형 부재 내에 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)을 설치한 후에, 축방향의 양 단부에 드로잉(drawing) 가공을 행함으로써 접속부(53b)가 구성된다. 그리고, 접속부(53b)는, 본체부(53a)보다 작은 지름으로 형성하고, 본체부(53a)에 납땜(brazing）하여도 된다.
유로형성 부재(54)는, 원관부재(53)의 본체부(53a)보다 약간 작은 지름인 원기둥 형상으로 형성되고, 축방향의 양 단부가 테이퍼형으로 형성된다. 도 4에 나타내듯이, 유로형성 부재(54)는, 축심(軸心)이 원관부재(53)의 축심과 일치하도록 배치된다. 이와 같이 유로형성 부재(54)가 배치됨으로써, 유로형성 부재(54)의 외주면과 원관부재(53) 본체부(53a)의 내주면과의 사이에는, 지름방향의 폭이 좁은 고리형 협유로(C0)가 형성된다.
구획벽(55)은, 유로형성 부재(54)로부터 방사형으로 연장되는 판형상 부재에 의해 구성된다. 구획벽(55)은, 제 1 실시형태에서는 8개 설치되고, 상기 협유로(C0)를 둘레방향으로 8개로 분할하고, 축방향으로 연장되는 8개 축방향 유로(C1)를 형성한다. 제 1 실시형태에서는, 8개의 구획벽(55)은, 수지의 사출 성형에 의해 유로형성 부재(54)와 일체로 구성된다. 또, 일체로 구성된 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)은, 바깥 지름이 원관부재(53)의 본체부(53a) 안지름보다 약간 크게 되도록 구성되고, 본체부(53a) 내에 압입(壓入)됨으로써 고정된다.
상술과 같은 구성에 의해, 도 3에 나타내듯이, 냉각기 본체(51)의 원관부재(53) 내부에는, 유로형성 부재(54)에 의해 이 유로형성 부재(54)의 축방향 일단측에 제 1 공간(S1)이 형성되는 한편, 타단측에 제 2 공간(S2)이 형성된다. 또, 원관부재(53) 내부의 제 1 공간(S1)과 제 2 공간(S2)과의 사이에는, 유로형성 부재(54)와 축방향으로 연장되는 8개의 구획벽(55)에 의해 8개의 축방향 유로(C1)가 형성된다. 제 1 실시형태에서는, 냉각기 본체(51)의 원관부재(53)는, 제 1 공간(S1)측의 접속부(53b)가 실외 열교환기(42)에 접속된 냉매배관에 접속되고, 제 2 공간(S2)측의 접속부(53b)가 팽창밸브(43)에 접속된 냉매배관에 접속된다.
상기 전열부재(52)는, 알루미늄 등 열전도율이 높은 금속재료로 구성된다. 전열부재(52)는, 파워모듈(80)이 고정되는 판형상부(52a)와, 이 판형상부(52a)의 한쪽 면으로부터 돌출되어 냉각기 본체(51)의 원관부재(53)가 고정되는 유지부(52b)를 갖는다.
판형상부(52a)의 유지부(52b)와 반대측 면에는, 파워모듈(80)의 방열면이 장착되는 장착면(52c)이 형성된다. 파워모듈(80)은, 방열면이 열전도 그리스(grease) 등을 개재하여 장착면(52c)에 접촉하도록 배치되고, 나사에 의해 전열부재(52)에 고정된다. 또한, 파워모듈(80)은, 도시를 생략하나, 복수의 파워 반도체칩이 실장(實裝)된 절연기판의 파워 반도체칩 실장면의 이면에 금속판에 의해 구성된 방열판이 장착되고, 이 방열판의 절연기판과는 반대측 면이 상기 파워모듈(80)의 방열면을 구성한다.
유지부(52b)에는, 원관부재(53)가 끼워지는 오목부(52d)가 형성된다. 도 4에 나타내듯이, 오목부(52d)는, 횡단면이 원관부재(53)가 끼워지는 원호(圓弧)형상으로 형성된다. 오목부(52d)는, 장착면(52c)의 이면에서, 이 장착면(52c)에 장착되는 파워모듈(80)에 대응하는 위치에 형성된다. 원관부재(53)는, 외주면의 일부가 열전도 그리스 등을 개재하여 오목부(52d)를 구성하는 벽면에 접촉하도록 배치되고, 도시하지 않는 누름부재에 의해 오목부(52d) 내로 눌려진다. 상기 누름부재는, 원관부재(53)의 전열부재(52)와는 반대측에 배치되고, 전열부재(52)에 나사에 의해 고정됨으로써 원관부재(53)를 오목부(52d) 내로 누른다. 이와 같이 구성함으로써, 원관부재(53)를 분리 가능하게 구성할 수 있다. 그리고, 원관부재(53)는, 접착제나 납땜에 의해 전열부재(52)에 고정하도록 하여도 된다.
상술과 같은 구성에 의해, 전열부재(52)에는, 1개의 냉각기 본체(51)의 원관부재(53)와 1개의 파워모듈(80)이, 서로 전열부재(52)를 사이에 두고 마주 보는 위치에 장착된다. 즉, 냉각기 본체(51)는, 전열부재(52)의 장착면(52c)에 장착되는 파워모듈(80)의 바로 위가 되는 위치에 장착된다. 이와 같이 배치됨으로써, 원관부재(53)와 파워모듈(80)이 어긋난 위치에 장착되는 경우에 비해, 파워모듈(80)로부터 전열부재(52)를 개재하여 원관부재(53)에 도달하기까지의 열의 경로가 짧아지고, 파워모듈(80)과 냉각기 본체(51)와의 사이의 열저항이 작아진다.
-운전동작-
다음에, 본 실시형태의 공조기(空調機)(10)의 운전동작에 대해 설명한다. 제 1 실시형태의 공조기(10)는, 냉방동작과 난방동작을 선택적으로 행한다.
<냉방동작>
냉방동작 중의 공조기(10)에서는, 사방전환밸브(41)가 제 1 상태(도 1에 실선으로 나타내는 상태)로 설정되고, 실외팬(13)과 실내팬(14)이 운전된다. 그리고, 냉방동작 중의 냉매회로(20)에서는, 실외 열교환기(42)가 응축기가 되고, 실내 열교환기(46)가 증발기가 되는 냉동 사이클이 행해진다.
냉방동작 중의 냉매회로(20)에서, 압축기(30)로부터 토출된 냉매는, 사방전환밸브(41)를 통해 실외 열교환기(42)에 유입하고, 이 실외 열교환기(42)에서 실외공기에 방열하고 응축된다. 응축 후의 냉매는, 냉각기(50)의 냉각기 본체(51)에 유입한다.
냉각기 본체(51)에 유입한 냉매는, 먼저 원관부재(53)의 제 1 공간(S1)에 유입한다. 그리고, 제 1 공간(S1)에 유입한 냉매는, 유로형성 부재(54)의 제 1 공간(S1)측 단부(端部)에 의해 원관부재(53)의 내주면과의 사이에 형성되는 고리형의 유로를 흘러 8개의 축방향 유로(C1)에 유입한다. 그리고, 유로형성 부재(54)의 제 1 공간(S1)측의 단부는 테이퍼형으로 형성되므로, 고리형 유로는, 하류측일수록 지름방향의 폭이 좁아지고, 머지않아 8개의 축방향 유로(C1)의 지름방향 폭과 동일 정도의 협유로가 된다. 그리고, 고리형 유로의 냉매는, 8개의 축방향 유로(C1)로 분류(分流)되어 각 축방향 유로(C1)를 축방향으로 흘러 제 2 공간(S2)에서 합류하여 냉각기 본체(51)로부터 유출된다.
냉각기(50)의 냉각기 본체(51)를 유출한 냉매는, 팽창밸브(43)를 통과할 때에 감압되고, 실내 열교환기(46)에 유입한다. 실내 열교환기(46)에서는, 냉매가 실내공기로부터 흡열하고 증발된다. 이에 따라, 실내공기가 냉각된다. 증발 후의 냉매는, 사방전환밸브(41)와 어큐뮬레이터(34)를 차례로 통과하고, 압축기(30)에 흡입되고 압축된다.
<난방동작>
난방동작 중의 공조기(10)에서는, 사방전환밸브(41)가 제 2 상태(도 1에 파선으로 나타내는 상태)로 설정되고, 실외팬(13)과 실내팬(14)이 운전된다. 그리고, 난방동작 중의 냉매회로(20)에서는, 실내 열교환기(46)가 응축기가 되고, 실외 열교환기(42)가 증발기가 되는 냉동 사이클이 행해진다. 난방동작 중의 냉매회로(20)에 있어서, 냉각기(50)는, 팽창밸브(43)와 증발기인 실외 열교환기(42)와의 사이에 위치한다.
난방동작 중의 냉매회로(20)에 있어서, 압축기(30)로부터 토출된 냉매는, 사방전화밸브(41)를 통해 실내 열교환기(46)에 유입하고, 이 실내 열교환기(46)에서 실내공기에 방열하고 응축된다. 그 결과, 실내공기가 가열된다. 실내 열교환기(46)에서 응축된 냉매는, 팽창밸브(43)를 통과할 때 감압된 후에 냉각기(50)의 냉각기 본체(51)에 유입된다.
냉각기 본체(51)에 유입한 냉매는, 먼저 원관부재(53)의 제 2 공간(S2)으로 유입한다. 그리고, 제 2 공간(S2)에 유입한 냉매는, 유로형성 부재(54)의 제 2 공간(S2)측 단부에 의해 원관부재(53)의 내주면과의 사이에 형성되는 고리형 유로를 흘러 8개의 축방향 유로(C1)에 유입한다. 그리고, 유로형성 부재(54)의 제 2 공간(S2)측의 단부는 테이퍼형으로 형성되므로, 고리형 유로는, 하류측일수록 지름방향의 폭이 좁아지고, 머지 않아 8개의 축방향 유로(C1)의 지름방향의 폭과 동일 정도의 협유로가 된다. 그리고, 고리형 유로의 냉매는, 8개의 축방향 유로(C1)로 분류되어 각 축방향 유로(C1)를 축방향으로 흘러 제 1 공간(S1)에서 합류하여 냉각기 본체(51)로부터 유출된다.
냉각기(50)의 냉각기 본체(51)를 유출한 냉매는, 실외 열교환기(42)에 유입하고, 실외공기로부터 흡열하고 증발된다. 실외 열교환기(42)에서 증발된 냉매는, 사방전환밸브(41)와 어큐뮬레이터(34)를 차례로 통과하여, 압축기(30)에 흡입되고 압축된다.
<파워모듈의 냉각>
상기 공조기(10)에서는, 전력공급장치(공급장치)의 파워모듈(80)이 통전(通電)에 수반되어 발열한다. 여기서, 상술과 같이, 냉각기(50)의 냉각기 본체(51)에는, 냉방운전 시에는 실외 열교환기(42)에서 응축된 냉매가 흐르고, 난방운전 시에는 팽창밸브(43)에서 감압한 냉매가 흐른다. 냉각기(50)의 냉각기 본체(51)의 원관부재(53) 내를 흐르는 냉매는, 가동 중인 파워모듈(80)의 온도보다 낮다. 때문에, 파워모듈(80)의 열은, 전열부재(52) 및 원관부재(53)를 개재하여, 이 원관부재(53)를 흐르는 냉매에 흡열된다. 그 결과, 파워모듈(80)이 냉각되고, 이 파워모듈(80)의 온도상승이 억제된다.
그리고, 상기 냉각기(50)에서는, 원관부재(53) 내에는 유로형성 부재(54)에 의해 지름방향의 폭이 좁은 협유로(C0)가 형성되므로, 통상의 원관을 이용한 경우에 비해 열전달률이 현격히 향상되고, 파워모듈(80)이 효율 좋게 냉각된다.
-냉각기 본체의 조립-
원관부재(53)를 구성하는 직관형 부재의 내부에 구획벽(55)이 일체로 형성된 유로형성 부재(54)를 압입한다(압입공정). 그리고, 상기 직관형 부재는, 나중의 공정에서, 중앙부가 본체부(53a)가 되고, 양 단부에 형성된 접속부(53b)가 본체부(53a)보다 지름이 작은 접속부(53b)가 되나, 본 압입공정에서는, 본체부(53a)와 접속부(53b)의 구별은 없고 축방향으로 동일하게 구성된다. 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)은, 바깥지름이 원관부재(53)를 구성하는 직관형 부재의 안지름보다 약간 크게 되도록 구성되므로, 직관형 부재 내에 압입됨으로써 고정된다.
직관형 부재 내에 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)이 압입된 후, 직관형 부재의 양 단부를 드로잉 가공에 의해 형성하고, 본체부(53a)가 되는 중앙부보다 지름이 작은 접속부(53b)를 형성한다(드로잉 공정).
이상과 같은 압입공정과 드로잉 공정에 의해, 냉각기 본체(51)가 조립된다. 그리고, 원관부재(53)의 본체부(53a)와 접속부(53b)를 별개로 제작하여, 압입공정 후에, 드로잉 공정이 아닌, 접속부(53b)를 본체부(53a)에 납땜함으로써 냉각기 본체(51)를 조립하도록 하여도 된다.
-제 1 실시형태의 효과-
상기 냉각기(50)에서는, 원관부재(53) 내에서 유로형성 부재(54)에 의해 지름방향으로 좁은 냉매의 협유로(C0)를 형성하도록 한다. 그리고, 원관 내의 열전달률은, 원관 내 유로의 단면 치수에 반비례한다. 즉, 열매체의 유로가 온도 구배 방향으로 좁을수록, 대폭으로 열전달률이 향상된다. 때문에, 상기 냉각기(50)에 의하면, 원관부재(53) 내에 유로형성 부재(54)를 배치하고, 원관부재(53) 내에서 지름방향으로 좁은 냉매의 협유로(C0)를 형성함으로써, 유로형성 부재(54)를 배치하지 않는 경우에 비해 냉각기(50)의 열전달률을 향상시킬 수 있다. 따라서, 냉각기(50)의 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 냉각기(50)에 의해, 발열밀도가 높은 파워모듈(80)을 충분히 냉각시킬 수 있다.
또, 상기 냉각기(50)에 의하면, 원관부재(53)의 본체부(53a)를 원관부재(53)가 접속되는 배관보다 큰 지름으로 형성함으로써, 원관부재(53)의 내부에 유로형성 부재(54)를 배치함에 따른 냉매의 협유로(C0)의 단면적 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 원관부재(53)의 내부에 유로형성 부재(54)를 배치함에 따른 원관부재(53) 내에서의 냉매의 압력손실 증대를 억제할 수 있다.
또한, 이와 같이 원관부재(53)의 본체부(53a)를 큰 지름으로 형성함으로써, 원관부재(53)의 강성이 높아지므로, 원관부재(53)의 분리 시의 변형을 억제할 수 있다. 따라서, 변형에 의한 접촉 열저항의 증대를 억제할 수 있다.
또, 상기 냉각기(50)에 의하면, 유로형성 부재(54)에 의해 원관부재(53) 내에 형성되는 협유로(C0)가 원관부재(53)의 내주면을 따른 고리형 유로가 되도록 유로형성 부재(54)를 배치함으로써, 원관부재(53)의 내주면을 모두 전열면으로서 구성할 수 있다. 이와 같이 냉매와 원관부재(53)와의 사이의 전열면적을 최대한 크게 함으로써, 냉각기(50)의 냉각성능을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 냉각기(50)에 의하면, 유로형성 부재(54)에 의해 원관부재(53) 내에 형성되는 고리형 협유로(C0)를 복수의 구획벽(55)에 의해 둘레방향으로 분할함으로써, 고리형 협유로(C0)에서의 냉매의 편류를 억제할 수 있다. 고리형 협유로(C0)에서 편류가 발생하면, 열전달 효율이 현저하게 저하된다. 때문에, 상술과 같이, 고리형 협유로(C0)에서의 냉매의 편류를 억제하고, 냉매의 흐름을 둘레방향으로 거의 균일하게 함으로써, 냉각기(50)의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 냉각기(50)에 의하면, 수지를 사출 성형함에 따라 복수의 구획벽(55)을 유로형성 부재(54)와 일체로 형성함으로써, 복수의 구획벽(55)을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 상기 냉각기(50)에서는, 원관부재(53)가 끼워지는 오목부(52d)와 파워모듈(80)의 방열면이 장착되는 장착면(52c)이 형성된 전열부재(52)에, 파워모듈(80)과 원관부재(53)를 장착하도록 구성하므로, 파워모듈(80)과 원관부재(53) 내의 냉매와의 사이에서 용이하게 열교환을 행하게 할 수 있다. 따라서, 파워모듈(80)에서 발생한 열을, 전열부재(52)를 개재하여 효율 좋게 원관부재(53) 내의 냉매에 흡수시킬 수 있어, 파워모듈(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
특히, 상기 냉각기(50)에서는, 오목부(52d)가, 장착면(52c)의 이면에서, 이 장착면(52c)에 장착되는 파워모듈(80)에 대응하는 위치에 형성되므로, 파워모듈(80)과 원관부재(53)는, 전열부재(52)의 표면과 이면에서 각각 대응하는 위치에 장착된다. 그 결과, 파워모듈(80)과 원관부재(53)가 대응하지 않는 위치에 장착되는 경우에 비해, 파워모듈(80)로부터 전열부재(52)를 개재하여 원관부재(53)에 도달하기까지의 열의 경로를 짧게 형성할 수 있다. 이에 따라, 파워모듈(80)에서 원관부재(53)까지 사이의 열저항을 저감시킬 수 있다. 따라서, 냉각기(50)의 냉각성능을 보다 향상시킬 수 있다.
그런데, 원관부재(53)로써 U자관을 이용하여, 2개의 직관부를 전열부재(52)의 2개 오목부(52d)에 끼우도록 하면, U자관의 완성 정밀도에 따라서는, 한쪽의 직관부를 오목부(52d)의 내면에 접촉하도록 누르면, 다른 쪽 직관부와 오목부(52d)의 내면과의 접촉성이 나빠져 전열성능이 저하될 우려가 있다.
그러나, 상기 냉각기(50)에 의하면, 원관부재(53)가 1개의 직관형 부재에 의해 구성된다. 때문에, 원관부재(53)를 단순히 오목부(52d) 내에 끼워 내면으로 누르는 것만으로 원관부재(53)와 오목부(52d)의 내면을 용이하게 접촉시킬 수 있다. 이에 따라, 용이하게 원관부재(53)와 전열부재(52)와의 접촉 열저항을 저감시킬 수 있으므로, 냉각기(50)의 냉각성능을 용이하게 향상시킬 수 있다.
≪제 2 실시형태≫
도 5에 나타내듯이, 제 2 실시형태는, 제 1 실시형태의 냉각기 본체(51)의 구성을 일부 변경한 것이다. 그리고, 도 5는, 냉각기 본체(51)의 원관부재(53)의 일부(도 5의 앞쪽 절반)를 절결하여 내부의 구조를 나타내는 도이다.
구체적으로는, 유로형성 부재(54)와 축방향으로 연장되는 복수의 구획벽(55)에 의해 형성된 복수의 축방향 유로(C1) 각각에, 난류촉진 부재(56)가 배치된다. 난류촉진 부재(56)는, 수지를 사출 성형함으로써 유로형성 부재(54)와 일체로 형성된 복수의 돌기편(56a)에 의해 구성된다. 복수의 돌기편(56a)은, 각 축방향 유로(C1)에서, 2개가 V자형으로 배열된 것을 한 조로 하여 축방향으로 복수 조(본 실시형태에서는 7조) 배열된다. 복수의 돌기편(56a)은, 이른바 볼텍스 제너레이터(voltex generator)이다.
각 축방향 유로(C1)에 이와 같은 복수의 돌기편(56a)을 형성함으로써, 각 축방향 유로(C1)에서의 경계층의 천이(遷移)가 촉진되고, 층류로부터 난류로의 변화가 촉진된다. 이에 따라, 냉매와 원관부재(53)와의 사이의 열전달률이 향상된다. 그 결과, 냉각기(50)의 냉각성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 상기 구성에 의하면, 난류촉진 부재(56)를, 수지를 사출 성형함으로써 유로형성 부재(54)와 일체로 형성된 복수의 돌기편(56a)에 의해 구성하도록 하므로, 난류촉진 부재(56)를 용이하게 형성할 수 있다.
≪제 3 실시형태≫
도 6에 나타내듯이, 제 3 실시형태는, 제 1 실시형태의 냉각기 본체(51)의 구성을 일부 변경한 것이다.
구체적으로는, 유로형성 부재(54)와 축방향으로 연장되는 복수의 구획벽(55)에 의해 형성된 복수의 축방향 유로(C1) 각각에, 금속에 의해 형성된 전열판(57)이 배치된다. 전열판(57)은, 금속에 의해 원관부재(53)와 일체로 형성되고, 축방향으로 연장되어 판형상으로 구성된다.
각 축방향 유로(C1)에 이와 같은 금속에 의해 원관부재(53)와 일체로 형성된 전열판(57)을 형성함으로써, 각 축방향 유로(C1)의 냉매와 원관부재(53)와의 사이의 전열면적을 현격히 증대시킬 수 있다. 따라서, 냉각기(50)의 냉각성능을 보다 향상시킬 수 있다.
그리고, 제 3 실시형태의 냉각기(50)에, 상기 제 2 실시형태의 유로형성 부재(54)를 추가하도록 하여도 된다.
≪제 4 실시형태≫
도 7의 (A), (B) 및 도 8에 나타내듯이, 제 4 실시형태는, 제 1 실시형태의 냉각기 본체(51)의 구성을 일부 변경하여, 협유로(C0)를 냉매가 둘레방향으로 흐르도록 구성한 것이다. 그리고, 도 7의 (A)는, 냉각기 본체(51)의 원관부재(53)의 일부(도 7의 앞쪽 절반)를 절결하여 내부의 구조를 나타내는 도이고, 도 7의 (B)는, 냉각기 본체(51)의 종단면도이다. 또, 도 8은 냉각기 본체(51)의 횡단면도이다.
구체적으로는, 제 4 실시형태에서는, 냉각기 본체(51)는, 원관부재(53)와, 이 원관부재(53) 내부에 배치되어 원관부재(53)의 내주면과의 사이에 후술하는 협유로(C0)를 형성하는 유로형성 부재(54)와, 이 유로형성 부재(54)에 의해 형성된 협유로(C0)를 축방향으로 복수로 분할하는 구획벽(58)을 구비한다.
유로형성 부재(54)는, 원관부재(53)의 본체부(53a)보다 약간 지름이 작은 원기둥 형상으로 형성된다. 도 8에 나타내듯이, 유로형성 부재(54)는, 축심이 원관부재(53)의 축심과 일치하도록 배치된다. 이와 같이 유로형성 부재(54)가 배치됨으로써, 유로형성 부재(54)의 외주면과 원관부재(53) 본체부(53a)의 내주면과의 사이에는, 지름방향의 폭이 좁은 고리형의 협유로(C0)가 형성된다.
제 4 실시형태에 있어서도, 냉각기 본체(51)의 원관부재(53) 내부에는, 유로형성 부재(54)에 의해 이 유로형성 부재(54)의 축방향 일단측에 제 1 공간(S1)이 형성되는 한편, 타단측에 제 2 공간(S2)이 형성된다.
구획벽(58)은, 유로형성 부재(54)의 외주(外周) 전체둘레로부터 외측을 향해 연장되는 고리형의 판형상 부재에 의해 구성된다. 구획벽(58)은, 제 4 실시형태에서는 5개 배치되어, 상기 협유로(C0)를 축방향으로 4개로 분할하고, 둘레방향으로 연장되는 4개의 둘레방향 유로(C2)를 형성한다. 제 4 실시형태에서는, 5개의 구획벽(58)은, 수지의 사출 성형에 의해 유로형성 부재(54)와 일체로 구성된다. 또, 일체로 구성된 유로형성 부재(54) 및 구획벽(58)은, 바깥지름이 원관부재(53) 본체부(53a)의 안지름보다 약간 크게 되도록 구성되고, 본체부(53a) 내에 압입됨으로써 고정된다.
또, 제 4 실시형태에서는, 유로형성 부재(54)에, 제 1 공간(S1)과 각 둘레방향 유로(C2)를 연통시키는 제 1 연통로(P1)와, 제 2 공간(S2)과 상기 각 둘레방향 유로(C2)를 연통시키는 제 2 연통로(P2)가 형성된다. 제 1 연통로(P1) 및 제 2 연통로(P2)는, 각각 유로형성 부재(54)의 외주면에 형성된 축방향으로 연장되는 홈에 의해 구획된다. 또한, 제 1 연통로(P1)는 제 1 공간(S1)에 개구하는 한편, 제 2 공간(S2)에는 개구하지 않도록 구성되고, 제 2 연통로(P2)는 제 2 공간(S2)에 개구하는 한편, 제 1 공간(S1)에는 개구하지 않도록 구성된다.
또한, 5개의 구획벽(58) 중 제 1 공간(S1)에 접하는 구획벽(58)(도 7의 (A), (B)에서 가장 하측의 구획벽(58))에는, 제 1 연통로(P1)에 대응하는 절결이 형성되고, 제 2 공간(S2)에 접하는 구획벽(58)(도 7 (A), (B)에서 가장 상측의 구획벽(58))에는, 제 2 연통로(P2)에 대응하는 절결이 형성되며, 양 단을 제외한 3개의 구획벽(58)에는, 제 1 연통로(P1) 및 제 2 연통로(P2)에 각각 대응하는 2개의 절결이 형성된다.
그리고, 제 4 실시형태에서도, 냉각기 본체(51)의 원관부재(53)는, 제 1 공간(S1)측의 접속부(53b)가 실외 열교환기(42)에 접속된 냉매배관에 접속되고, 제 2 공간(S2)측의 접속부(53b)가 팽창밸브(43)에 접속된 냉매배관에 접속된다. 때문에, 냉방동작에서는, 원관부재(53)의 제 1 공간(S1)이 유입공간이 되고, 제 2 공간(S2)이 유출공간이 된다. 그리고, 제 1 연통로(P1)가 유입측 연통로를 구성하고, 제 2 연통로(P2)가 유출측 연통로를 구성하게 된다. 한편, 난방동작에서는, 원관부재(53)의 제 2 공간(S2)이 유입공간이 되고 제 1 공간(S1)이 유출공간이 된다. 그리고, 제 2 연통로(P2)가 유입측 통로를 구성하고, 제 1 연통로(P1)가 유출측 연통로를 구성하게 된다.
-운전동작-
냉매회로(20)에서의 냉매의 흐름은 제 1 실시형태와 마찬가지이다. 이하에서는, 제 1 실시형태와 다른 냉각기 본체(51) 내에서의 냉매의 흐름에 대해 설명한다.
<냉방동작>
냉방동작 중에는, 냉각기 본체(51)에 유입한 냉매는, 먼저 원관부재(53)의 제 1 공간(S1)에 유입한다. 그리고, 제 1 공간(S1)에 유입한 냉매는, 이 제 1 공간(S1)에 개구하는 제 1 연통로(P1)에 유입하여 축방향으로 흐른다. 그리고, 냉매는, 제 1 연통로(P1)에서 각 구획벽(58)에 의해 분류되어 4개의 둘레방향 유로(C2)에 유입한다. 그리고, 4개의 둘레방향 유로(C2)에 유입한 냉매는, 각 둘레방향 유로(C2)에서 둘레방향으로 흘러 각각 제 2 연통로(P2)에 유입하여 합류한다. 제 2 연통로(P2)에서 합류한 냉매는, 축방향으로 흘러 제 2 연통로(P2)가 개구하는 제 2 공간(S2)으로 유출하고, 이 제 2 공간(S2)을 축방향으로 통과하여 냉각기 본체(51)에서 유출한다.
<난방동작>
난방동작 중에는, 냉각기 본체(51)에 유입한 냉매는, 먼저 원관부재(53)의 제 2 공간(S2)에 유입한다. 그리고, 제 2 공간(S2)에 유입한 냉매는, 이 제 2 공간(S2)에 개구하는 제 2 연통로(P2)에 유입하여 축방향으로 흐른다. 그리고 냉매는, 제 2 연통로(P2)에서 각 구획벽(58)에 의해 분류되어 4개의 둘레방향 유로(C2)에 유입한다. 그리고, 4개의 둘레방향 유로(C2)에 유입한 냉매는, 각 둘레방향 유로(C2)에서 둘레방향으로 흘러 각각 제 1 연통로(P1)에 유입하고 합류한다. 제 1 연통로(P1)에서 합류한 냉매는, 축방향으로 흘러 제 1 연통로(P1)가 개구하는 제 1 공간(S1)에 유출하고, 이 제 1 공간(S1)을 축방향으로 통과하여 냉각기 본체(51)로부터 유출한다.
-제 4 실시형태의 효과-
제 4 실시형태의 냉각기(50)에 의해서도, 원관부재(53) 내에 유로 형성부재(54)를 배치하고, 원관부재(53) 내에 지름방향으로 좁은 냉매의 협유로(C0)를 형성함으로써, 유로형성 부재(54)를 배치하지 않는 경우에 비해 냉각기(50)의 열전달률을 향상시킬 수 있다. 따라서, 냉각기 (50)의 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 냉각기(50)에 의해, 발열밀도가 높은 파워모듈(80)을 충분히 냉각시킬 수 있다.
또, 제 4 실시형태의 냉각기(50)에 의하면, 지름방향의 폭이 좁은 협유로(C0)를 축방향으로 분할하여 둘레방향으로 연장되는 복수의 둘레방향 유로(C2)를 형성함으로써, 협유로(C0)를 둘레방향으로 분할되어 축방향으로 연장되는 분할유로를 형성한 경우보다, 유로 단면적을 증대시켜 냉매의 유속(流速)을 저하시킬 수 있으며 또한 유로 길이를 짧게 할 수 있다. 그 결과, 각 둘레방향 유로(C2)에서의 냉매의 압력손실을 저감시킬 수 있다.
또한, 제 4 실시형태의 냉각기(50)에 의하면, 복수의 구획벽(58)에 의해, 원관부재(53) 내에 형성되는 고리형 협유로(C0)를 축방향으로 분할함으로써, 고리형 협유로(C0)에서의 열매체의 편류를 억제할 수 있다. 여기서, 고리형 협유로(C0)에서 편류가 발생하면, 열전달 효율이 현저하게 저하된다. 때문에, 상술과 같이, 고리형 협유로(C0)에서의 열매체의 편류를 억제하고, 열매체의 흐름을 축방향으로 거의 균일하게 함으로써, 냉각기(50)의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
여기서, 제 4 실시형태에서는, 복수의 구획벽(58)에 의해, 협유로(C0)를 축방향으로 분할하여 복수의 둘레방향 유로(C2)를 구획하도록 했으나, 2개의 구획벽(58)으로 1개의 둘레방향 유로(C2)를 구획하도록 하여도 된다. 이와 같은 형태라도, 협유로(C0)에서 냉매가 둘레방향으로 흐르도록 구성되므로, 협유로(C0)에서 냉매가 축방향으로 흐르도록 구성되는 경우보다, 유로 단면적을 증대시켜 냉매의 유속을 저하시킬 수 있고, 또한 유로 길이를 짧게 할 수 있다. 그 결과, 협유로(C0)에서의 냉매의 압력손실을 저감시킬 수 있다.
≪제 5 실시형태≫
도 9의 (A), 도 9의 (B) 및 도 10에 나타내듯이, 제 5 실시형태는, 제 4 실시형태의 냉각기 본체(51)의 구성을 일부 변경한 것이다. 그리고, 도 9의 (A)는, 냉각기 본체(51)의 원관부재(53) 일부(도 9의 앞쪽 절반)를 절결하여 내부의 구조를 나타내는 도이고, 도 9의 (B)는, 냉각기 본체(51)의 종단면도이다. 또, 도 10은 냉각기 본체(51)의 횡단면도이다.
구체적으로는, 제 4 실시형태에서는, 유로형성 부재(54)에 각각 1개씩 형성되어 있던 제 1 연통로(P1) 및 제 2 연통로(P2)를, 각각 복수개씩 형성하도록 한 것이다. 도 9의 (A), 도 9의 (B) 및 도 10에서는, 유로형성 부재(54)에 제 1 연통로(P1) 및 제 2 연통로(P2)를 각각 2개씩 형성하도록 한다. 복수의 제 1 연통로(P1) 및 제 2 연통로(P2)는, 둘레방향으로 교대로 배열된다.
이와 같이 형성함에 의해서도 제 4 실시형태와 마찬가지 효과를 발휘할 수 있다. 또, 이와 같은 형태에 의하면, 원관부재(53) 내를 유통하는 냉매의 압력손실을 보다 저감시킬 수 있다.
≪제 6 실시형태≫
도 11에 나타내듯이, 제 6 실시형태는, 제 1 실시형태의 냉각기(50)에 장착되는 파워모듈(80)의 구성을 일부 변경한 것이다.
구체적으로는, 제 1 실시형태에서는, 냉각기(50)의 전열부재(52) 장착면(52c)에 장착되는 파워모듈(80)은, 복수의 파워 반도체칩(81)이 실장된 절연기판(82)의 파워 반도체칩(81) 실장면의 이면에 금속판에 의해 구성된 방열판이 장착되었으나, 제 6 실시형태에서는, 이 금속판이 장착되지 않는다.
제 6 실시형태에서는, 파워모듈(80)은, 절연기판(82)에 복수의 파워 반도체칩(81)이 실장되어 본딩 와이어(bonding wire)로 접속되고, 수지로 봉지(封止)된다. 그리고, 파워모듈(80)은, 절연기판(82)의 파워 반도체칩(81) 실장면의 이면이 파워모듈(80)의 방열면을 구성하고, 전열부재(52)의 장착면(52c)에 장착된다. 구체적으로는, 장착면(52c)과 절연기판(82)은, 열전도성의 접착시트로 접합된다.
그리고, 도 11에서 부호 (83)은 히트 스프레더(heat spreader)를 나타내나, 이 히트 스프레더(83)는 설치되지 않아도 된다. 또, 도 11에서는, 파워 반도체칩(81)은, 본딩 와이어로 접속되어 있으나, 리드 프레임(lead frame)으로 접합하도록 하여도 된다.
이와 같이 파워모듈(80)의 금속판을 생략하고, 파워 반도체칩(81)이 실장된 절연기판(82)을 전열부재(52)의 장착면(52c)에 바로 장착함으로써, 파워모듈(80)과 냉각기(50)와의 사이의 열저항을 저감시킬 수 있다. 따라서, 파워모듈(80)을 보다 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
≪제 7 실시형태≫
도 12의 (A), 도 12의 (B)에 나타내듯이, 제 7 실시형태는, 제 1 실시형태의 냉각기 본체(51)의 구성을 일부 변경한 것이다.
구체적으로는, 구획벽(55)의 최외부(最外部)에 고정구조(60)가 형성된다. 도 12의 (B)에 확대하여 나타내듯이, 고정구조(60)는, 구획벽(55)의 최외부로부터 돌출되어 축방향으로 마주 보는 2개의 돌기편(61)에 의해 구성되고, 이 2개의 돌기편(61)은, 선단을 향할수록 근접하도록 형성된다. 또, 2개의 돌기편(61)은, 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)이 원관부재(53) 내에 삽입될 때에, 원관부재(53)의 내주면에 접촉하여 탄성 변형하도록 형성된다. 구체적으로는, 도 12의 (B)에 나타내듯이, 원관부재(53) 내에 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)을 삽입하면, 2개의 돌기편(61)은 구획벽(55)을 향해 접히도록 탄성 변형된다. 이 때, 2개의 돌기편(61)은 원래 형상으로 복원하고자 하여 원관부재(53)의 내주면을 외측을 향해 누른다. 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)은, 이와 같은 돌기편(61)이 복원력에 의해 원관부재(53) 내에서 움직이지 않도록 고정되게 된다.
여기서, 도 12에서는, 고정구조(60)는, 각 구획벽(55)에 2개씩 형성되나, 고정구조(60)의 개수 및 형성위치는, 도 12의 것에 한정되지 않는다.
또한, 상기 고정구조(60)는, 제 2, 제 3, 제 6 실시형태에도 적용 가능하며, 제 4, 제 5 실시형태의 구획벽(58)에 적용하여도 된다.
≪제 8 실시형태≫
도 13에 나타내듯이, 제 8 실시형태는, 제 1 실시형태의 냉각기 본체(51)의 구성을 일부 변경한 것이다.
구체적으로는, 제 1 실시형태에서는, 일체로 구성된 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)을 원관부재(53) 내에 압입함으로써 고정하였으나, 제 8 실시형태에서는, 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)을 원관부재(53) 내에 삽입한 후에, 원관부재(53)의 일부를 외측에서 가압하여 조임으로써 고정하도록 한다. 때문에, 제 8 실시형태에서는, 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)은, 바깥지름이 원관부재(53) 본체부(53a)의 안지름보다 약간 작아지도록 구성된다.
상술과 같이 구성하도록 하여도, 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)을, 원관부재(53) 내에서 움직이지 않도록 단단히 고정할 수 있다.
그리고, 도 13과 같이, 원관부재(53)의 상하 2개소를 외측에서 가압하여 조이는 것이 바람직하나, 원관부재(53)를 외측에서 가압하여 조이는 개소는 이에 한정되지 않는다.
또, 상술과 같은 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)의 고정방법은, 제 2, 제 3, 제 6 실시형태에 적용할 수 있다.
≪제 9 실시형태≫
도 14 및 도 15에 나타내듯이, 제 9 실시형태는, 제 1 실시형태의 냉각기 본체(51) 및 전열부재(52)의 구성을 일부 변경한 것이다.
제 9 실시형태에서는, 유로형성 부재(54)와 복수의 구획벽(55)이, 열전도율이 높은 재료, 예를 들어, 알루미늄이나 구리 등의 금속에 의해 일체로 형성되어 스페이서(59)를 구성한다. 그리고, 유로형성 부재(54)는, 원통형으로 형성된다. 이 원통형 유로형성 부재(54)의 외주면과 원관부재(53)의 내주면과의 사이에 협유로(C0)가 형성된다. 한편, 원통형의 유로형성 부재(54)의 내측에는 내측유로(C3)가 형성된다. 또, 제 9 실시형태에서는, 구획벽(55)은 12개 배치되고, 협유로(C0)를 둘레방향으로 12개로 분할한다. 유로형성 부재(54)는 제 1 실시형태의 유로형성 부재(54)보다 작은 지름으로 형성되고, 각 구획벽(55)은 제 1 실시형태보다 지름방향 길이가 길게 형성된다.
한편, 제 9 실시형태에서는, 원관부재(53)는, 본체부(53a)가 접속부(53b)보다 약간 두꺼우나 거의 동일 정도로 형성된다. 즉, 본체부(53a)는, 원관부재(53)가 접속되는 냉매회로(20)의 냉매배관과 거의 동일 정도의 두께로 형성된다.
제 1 실시형태에서는, 원관부재(53)와 스페이서(59)는, 이 스페이서(59)를 원관부재(53) 내에 압입함으로써 고정하였다. 그러나, 제 9 실시형태에서는, 스페이서(59)를 원관부재(53) 내에 삽입한 후에, 소정 방향으로 프레스 가공하여 원관부재(53) 및 스페이서(59)를 타원형으로 변형시킴으로써, 원관부재(53)와 스페이서(59)를 열전달 가능하게 접촉시킴과 동시에 서로 고정하도록 한다.
구체적으로는, 도 16의 (A)에 나타내듯이, 스페이서(59)는, 바깥지름이 원관부재(53) 본체부(53a)의 안지름보다 약간 작아지도록 구성된다. 그리고, 이 스페이서(59)를 원관부재(53) 내에 삽입한 상태(도 16의 (A)의 상태)에서, 프레스 가공기에 의해 횡단면이 타원형상이 되도록 소정 방향으로 프레스 가공한다(도 16의 (B) 참조). 이와 같은 프레스 가공에 의해, 원관부재(53) 및 스페이서(59)는 프레스 방향으로 눌려 변형되고, 횡단면이 타원형상이 된다. 이 때 원관부재(53)와 스페이서(59)는, 프레스 방향의 지름이 작아짐으로써, 프레스 방향에 있어서 원관부재(53)의 내벽과 스페이서(59) 구획벽(55)의 외단(外端)이 접촉함과 동시에 고정된다. 상술과 같이, 제 9 실시형태에서는, 스페이서(59)가 열전도율이 높은 금속에 의해 형성되므로, 원관부재(53)와 스페이스(59)가 접촉함으로써, 원관부재(53)와 스페이서(59)와의 사이에서 열전달이 가능해진다. 이에 따라, 스페이서(59)가 원관부재(53)와 함께 발열부품인 파워모듈(80)의 열을 원관부재(53) 내의 협유로(C0)를 흐르는 열매체에 방열하는 방열부재가 된다.
그리고, 원관부재(53) 및 스페이서(59)는, 원관부재(53)가 전열부재(52)의 오목부(52d)에 끼워진 때에 파워모듈(80)에 가장 근접하는 부분과 가장 떨어진 부분을 연결하는 원관부재(53)의 지름이 작아지도록 프레스 가공된다.
또, 도 15에 나타내듯이, 제 9 실시형태에서는, 전열부재(52)의 유지부(52b)에 형성된 원관부재(53)가 끼워지는 오목부(52d)는, 횡단면이 상기 타원형상으로 변형된 원관부재(53)가 끼워지도록 타원형상으로 형성된다. 또, 전열부재(52)의 오목부(52d)에 끼워진 원관부재(53)는, 나사로 고정된 누름판(91)에 의해 오목부(52d)로 눌려지고 고정된다.
이상과 같이, 제 9 실시형태에서는, 복수의 구획벽(55)과 유로형성 부재(54)를 금속에 의해 일체로 형성하여 스페이서(59)로 하고, 이 스페이서(59)를 원관부재(53) 및 스페이서(59)의 양쪽을 변형시켜 원관부재(53)와 열전달 가능하게 접촉시키므로, 스페이서(59)를, 원관부재(53)와 함께 발열부품인 파워모듈(80)의 열을 원관부재(53) 내의 협유로(C0)를 흐르는 열매체에 방열하는 방열부재로 할 수 있다. 이에 따라, 원관부재(53) 내의 협유로(C0)를 흐르는 열매체에 대한 방열면적을 증가시킬 수 있으므로, 냉각기(50)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 제 9 실시형태에 의하면, 원관부재(53) 및 스페이서(59)를, 스페이서(59)가 원관부재(53) 내에 위치하는 상태에서 소정 방향으로 프레스 가공하여 변형시킴으로써 원관부재(53)와 스페이서(59)를 서로 고정하도록 했기 때문에, 복잡한 구성의 고정구(固定具)를 형성하는 일 없이 용이하게 원관부재(53)와 스페이서(59)를 열전달 가능하게 접촉시킴과 동시에 고정시킬 수 있다.
≪제 10 실시형태≫
제 10 실시형태는, 제 9 실시형태의 냉각기 본체(51)의 구성을 일부 변경한 것이다.
구체적으로는, 도 17의 (A) 및 도 17의 (B)에 나타내듯이, 제 10 실시형태에서는, 원관부재(53)와 스페이서(59)는, 원관부재(53)의 파워모듈(80)측(도 15의 하측)인 발열측 부분의 곡률이 반대측인 비발열측 부분의 곡률보다 크게 되도록 하여 프레스 가공된다.
그런데, 상술과 같이, 원관부재(53)와 스페이서(59)를 소정 방향으로 프레스 가공함으로써 변형시키는 경우, 원관부재(53)와 스페이서(59)는, 프레스 방향에는 용이하게 접촉하나, 프레스 방향에 직교하는 방향에서는 반대로 떨어지기 쉬우므로, 전체적으로 접촉면적을 크게 확보할 수 없었다.
그러나, 상술과 같이 원관부재(53)의 파워모듈(80)측(도 15의 하측)인 발열측 부분의 곡률이, 반대측인 비발열측 부분의 곡률보다 크게 되도록 원관부재(53)와 스페이서(59)를 프레스 가공함으로써, 전체적으로 스페이서(59)가 발열측(파워모듈(80)측)으로 눌리게 된다. 따라서, 원관부재(53)와 스페이서(59)와의 발열측 부분의 접촉면적을 증대시킬 수 있다. 따라서, 원관부재(53) 내 협유로(C0)의 파워모듈(80)에 가까운 발열측 부분을 흐르는 냉매에 대한 방열면적을 증대시킬 수 있고, 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 파워모듈(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
≪제 11 실시형태≫
제 11 실시형태는, 제 9 실시형태의 냉각기 본체(51)의 구성을 일부 변경한 것이다.
구체적으로는, 도 18의 (A) 및 도 18의 (B)에 나타내듯이, 제 11 실시형태에서는, 원통형 유로형성 부재(54)의 파워모듈(80)측인 발열측 부분(54b)이 반대측의 비발열측 부분(54a)보다 얇게 형성된다. 이에 따라, 스페이서(59)의 발열측 부분이 비발열측 부분에 비해 강성(剛性)이 낮아진다.
그런데, 상술과 같이, 원관부재(53)와 스페이서(59)를 소정 방향으로 프레스 가공함으로써 변형시킨 경우, 원관부재(53)와 스페이서(59)는, 프레스 방향에는 용이하게 접촉하나, 프레스 방향에 직교하는 방향에서는 반대로 떨어지기 쉬우므로, 전체적으로 접촉 면적을 크게 확보할 수 없었다.
그러나, 제 11 실시형태에서는, 유로형성 부재(54)의 발열측 부분(54b)이 반대측의 비발열측 부분(54a)보다 얇게 형성된다. 때문에, 스페이서(59)가 원관부재(53) 내에 위치하는 상태에서 프레스 가공한 때에, 스페이서(59)의 발열측 부분이 비발열측 부분에 비해 강성이 낮으므로, 전체적으로 스페이서(59)가 파워모듈(80)측으로 눌리게 된다. 따라서, 원관부재(53)와 스페이서(59)와의 발열측 부분의 접촉면적을 증대시킬 수 있다. 따라서, 원관부재(53) 내 협유로(C0)의 파워모듈(80)에 가까운 발열측 부분을 흐르는 냉매에 대한 방열면적을 증대시킬 수 있고, 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 파워모듈(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
또, 제 11 실시형태에서는, 유로형성 부재(54)의 발열측 부분(54b)을 반대측의 비발열측 부분(54a)보다 얇게 형성함으로써, 복수의 축방향 유로(C1) 중 파워모듈(80)측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적이 반대측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적보다 크게 형성된다. 때문에, 협유로(C0)의 파워모듈(80)측에 많은 유체를 유통시킬 수 있으므로, 파워모듈(80)측의 냉각성능의 향상을 한층 더 도모할 수 있다. 따라서, 파워모듈(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
≪제 12 실시형태≫
제 12 실시형태는, 제 9 실시형태의 냉각기 본체(51)의 구성을 일부 변경한 것이다.
구체적으로는, 도 19의 (A) 및 도 19의 (B)에 나타내듯이, 제 12 실시형태에서는, 복수의 축방향 유로(C1) 중 발열측 축방향 유로(C1)의 유로 단면적이 비발열측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적보다 크게 되도록 스페이서(59)가 형성된다. 구체적으로는, 복수의 구획벽(55) 중 파워모듈(80)과는 반대측인 구획벽(55)의 일부를, 다른 부분보다 두껍게 형성한다. 보다 구체적으로는, 파워모듈(80)과는 반대측의 비발열측 구획벽(55)의 중도부가, 횡단면 형상이 지름방향 외측을 향할수록 폭이 넓어지는 사다리꼴 형상으로 형성되고, 다른 부분보다 두꺼운 육후부(肉厚部)(55a)를 구성한다. 이와 같은 육후부(55a)를 형성함으로써, 비발열측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적이 발열측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적보다 작아진다. 때문에, 발열측의 축방향 유로(C1)에 많은 냉매가 유통하게 된다.
또, 제 12 실시형태에서는, 12개의 구획벽(55) 중 4개의 구획벽(55)을 원통형의 유로형성 부재(54) 내측의 내측유로(C3)까지 연장시킨다. 이에 따라, 내측유로(C3)를 유통하는 냉매에 대한 전열면적이 증대한다.
이상과 같이, 제 12 실시형태에 의하면, 복수의 축방향 유로(C1) 중 발열측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적이 비발열측 축방향 유로(C1)의 유로 단면적보다 크게 되도록 구획벽(55)을 형성하므로, 협유로(C0)의 파워모듈(80)측에 많은 냉매를 유통시킬 수 있다. 따라서, 파워모듈(80)측의 냉각성능을 향상시킬 수 있으므로, 파워모듈(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
또한, 제 12 실시형태에 의하면, 12개의 구획벽(55) 중 4개의 구획벽(55)을 원통형 유로형성 부재(54)의 내측까지 연장시키도록 하므로, 원통형 유로형성 부재(54)의 내측을 유통하는 냉매에 대한 전열면적을 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 원관부재(53) 내를 흐르는 냉매에 대한 방열면적을 더욱 증대시킬 수 있고, 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 파워모듈(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
≪제 13 실시형태≫
제 13 실시형태는, 제 9 실시형태의 냉각기 본체(51)의 구성을 일부 변경한 것이다.
구체적으로는, 도 20의 (A) 및 도 20의 (B)에 나타내듯이, 제 13 실시형태에서는, 복수의 축방향 유로(C1) 중 발열측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적이 비발열측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적보다 크게 되도록 스페이서(59)가 형성된다. 구체적으로는, 제 13 실시형태에서는, 원통형 유로형성 부재(54)의 중심위치가, 원관부재(53)의 중심에서 파워모듈(80)로부터 떨어지는 방향으로 어긋나 있다. 그리고, 이와 같은 중심위치가 어긋난 유로형성 부재(54)로부터 복수의 구획벽(55)이 방사형으로 연장됨으로써, 복수의 구획벽(55)은, 발열측(파워모듈(80)측)이, 반대측인 비발열측보다 지름방향 길이가 길게 형성된다. 이와 같이 유로형성 부재(54)의 중심위치를 어긋나게 하여 발열측의 구획벽(55)을 비발열측의 구획벽(55)보다 지름방향 길이가 길어지도록 형성함으로써, 비발열측인 축방향 유로(C1)의 유로 단면적이 발열측인 축방향 유로(C1)의 유로 단면적보다 작아진다. 때문에, 발열측의 축방향 유로(C1)에 많은 냉매가 유통하게 된다.
이상과 같이, 제 13 실시형태에 의하면, 복수의 축방향 유로(C1) 중 발열측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적이 비발열측의 축방향 유로(C1)의 유로 단면적보다 크게 되도록 스페이서(59)를 형성하므로, 협유로(C0)의 파워모듈(80)측에 많은 냉매를 유통시킬 수 있다. 따라서, 파워모듈(80)측의 냉각성능을 향상시킬 수 있으므로, 파워모듈(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
≪제 14 실시형태≫
제 14 실시형태는, 제 9 실시형태의 냉각기 본체(51)의 구성을 일부 변경한 것이다.
그런데, 제 9 실시형태와 같이 유로형성 부재(54)를 원통형으로 형성하면, 유로형성 부재(54)와 원관부재(53)와의 사이에 형성되는 협유로(C0)만이 아니라, 유로형성 부재(54)의 내측에도 냉매가 유통하는 내측유로(C3)가 형성된다. 그러나, 이 내측유로(C3)의 유로 단면적이 크게 되면, 협유로(C0)를 유통하는 냉매량이 감소하고, 냉각성능이 저하된다. 때문에, 유로형성 부재(54)의 내측에 유로가 형성되지 않도록 유로형성 부재(54)를 원기둥형으로 형성하는 것이 바람직하나, 유로형성 부재(54)를 원기둥형으로 형성하면, 프레스 가공에 의해 스페이서(59)가 변형하지 않게 된다.
그래서, 제 14 실시형태에서는, 도 21의 (A) 및 도 21의 (B)에 나타내듯이, 원통형 유로형성 부재(54)의 내측에, 유로저감 부재(64)와, 이 유로 저감부재(64)와 유로형성 부재(54)를 연결하는 연결부재(65)를 배치하도록 했다. 구체적으로는, 유로저감 부재(64)는, 원기둥형으로 형성되고, 유로형성 부재(54)의 내측에서 이 유로형성 부재(54)와 간격을 두고 배치된다. 연결부재(65)는, 판형상으로 형성되고, 유로형성 부재(54)와 유로저감 부재(64)와의 사이에서 지름방향으로 연장되어 양자를 연결한다. 본 실시형태에서는, 유로저감 부재(64)와 연결부재(65)는, 금속에 의해 유로형성 부재(54)와 일체로 형성된다. 여기서, 본 실시형태에서는, 연결부재(65)는 1개만 설치되나, 2개이상 설치되어도 된다.
이상과 같이, 제 14 실시형태에 의하면, 원통형 유로형성 부재(54)의 내측에 원기둥형 유로저감 부재(64)를 배치함으로써, 유로형성 부재(54) 내측에 형성되는 내측유로(C3)의 유로 단면적이 저감되므로, 파워모듈(80)에 가까운 협유로(C0)에 의해 많은 냉매를 유통시킬 수 있다. 따라서, 파워모듈(80)의 냉각성능을 향상시킬 수 있으므로, 파워모듈(80)을 효율 좋게 냉각시킬 수 있다.
또, 제 14 실시형태에 의하면, 원통형 유로형성 부재(54)의 내측에, 원기둥형 유로저감 부재(64)를 유로형성 부재(54)와 간격을 두어 배치하므로, 원관부재(53) 및 스페이서(59)를 프레스 가공에 의해 변형시켜 원관부재(53)와 스페이서(59)를 열전달 가능하게 접촉시킬 때에, 스페이서(59)의 변형을 저해하는 일이 없다.
≪제 15 실시형태≫
제 15 실시형태는, 제 9 실시형태의 냉각기 본체(51) 및 전열부재(52)의 구성을 일부 변경한 것이다.
구체적으로는, 제 9 실시형태에서는, 원관부재(53)를 1개의 직관형 부재에 의해 구성했으나, 제 15 실시형태에서는, 도 22 및 도 23에 나타내듯이, 원관부재(53)를 U자관의 2개 직관부에 의해 구성한다.
상기 냉각기 본체(51)의 형성방법은, 제 9 실시형태와 거의 마찬가지이다. 즉, U자관의 2개 직관부에 의해 구성된 원관부재(53) 각각의 내부에 스페이서(59)를 삽입한 상태에서, 각각 파워모듈(80) 방향으로 프레스 가공한다. 이에 따라, 2조의 원관부재(53) 및 스페이서(59)를 타원형으로 변형시킴으로써, 원관부재(53) 및 스페이서(59)를 열전달 가능하게 접촉시킴과 동시에 서로 고정하도록 한다.
또, 제 15 실시형태에서는, 원관부재(53)를 U자관의 2개 직관부에 의해 구성하는 것에 수반하여, 전열부재(52)의 형상을 변형시킨다. 구체적으로는 전열부재(52)는, 파워모듈(80)이 고정되는 1개의 판형상부(52a)에 대해, 냉각기 본체(51)의 원관부재(53)가 고정되는 유지부(52b)가 2개 형성된다. 그리고, 2개 유지부(52b)의 형상 및 구성은 제 9 실시형태와 마찬가지이다. 또한, 제 15 실시형태에서는, U자관인 2개 직관부에 의해 구성되는 2개의 원관부재(53)가 1개의 누름판(91)에 의해 전열부재(52)의 오목부(52d)로 눌리고 고정된다.
그런데, 상기 제 1 내지 제 8 실시형태에서는, 원관부재(53)로써 U자관을 이용하면, U자관의 완성 정밀도에 따라서는, 한쪽의 직관부를 오목부(52d) 내면에 접촉하도록 누르면, 다른 쪽의 직관부와 오목부(52d) 내면과의 접촉성이 나빠져 전열성능이 저하될 우려가 있으므로, 원관부재(53)를 1개의 직관형 부재에 의해 구성했었다.
그러나, 본 실시형태와 같이, 원관부재(53)와 스페이서(59)를 열전달 가능하게 접촉시킴과 동시에 서로 고정시키기 위해 프레스 가공을 행하도록 하면, 원관부재(53)의 완성 정밀도가 향상한다. 때문에, 상술과 같은 프레스 가공을 행하지 않는 경우에 비해, 한쪽의 직관부를 오목부(52d) 내면에 접촉하도록 누른 때에, 다른 쪽 직관부와 오목부(52d)의 내면과의 접촉성이 나빠질 가능성이 낮아진다. 즉, 상술과 같은 프레스 가공을 행함으로써, 냉각기 본체(51)와 전열부재(52)와의 접촉성을 향상시킬 수 있으므로, 접촉 열저항을 작게 할 수 있다. 따라서, 원관부재(53)로써 U자관을 이용하여도, 냉각성능의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 상기 구성은, 제 10 내지 제 14 실시형태에 적용하여도 된다.
≪제 16 실시형태≫
제 16 실시형태는, 제 15 실시형태의 전열부재(52)의 구성을 일부 변경하여, 냉각기 본체(51)의 형성방법을 변경한 것이다.
구체적으로는, 도 24에 나타내듯이, 제 16 실시형태에서도, 제 15 실시형태와 마찬가지로, 전열부재(52) 유지부(52b)의 오목부(52d)는, 횡단면이 타원형으로 변형된 원관부재(53)가 끼워지도록 타원형상으로 형성되나, 제 15 실시형태의 오목부(52d)보다 깊이가 깊게 형성된다. 제 16 실시형태에서는, 오목부(52d)는, 타원형으로 변형한 원관부재(53)의 하측 절반 및 상측 절반의 하부가 오목부(52d)에 피복되는 깊이로 형성된다. 그리고, 오목부(52d)는, 개구폭이, 변형 전 원관부재(53)의 바깥지름보다 크며 또한 변형 후의 원관부재(53)의 최대 바깥지름보다 작아지도록 형성된다.
또, 제 15 실시형태에서는, 원관부재(53) 및 스페이서(59)를 프레스 가공하여 열전달 가능하게 접촉시킴과 동시에 서로 고정시킨 상태에서, 전열부재(52) 유지부(52b)의 오목부(52d)에 끼워 장착하도록 했었다. 그러나, 제 16 실시형태에서는, 프레스 가공 전의 원관부재(53)를 전열부재(52) 유지부(52b)의 오목부(52d)에 끼워 넣고, 이 오목부(52d) 내에서 원관부재(53)를 파워모듈(80)측으로 눌러 외측에서 가압하여 조임으로써 스페이서(59)가 삽입된 원관부재(53)를 오목부(52d) 형상으로 변경시킨다. 이 때, 원관부재(53)의 내부에서는, 제 15 실시형태와 마찬가지로 하여 스페이서(59)가 원관부재(53)와 함께 횡단면이 타원형이 되도록 변형하고, 원관부재(53)와 스페이서(59)가 열전달 가능하게 접촉함과 동시에 서로 고정된다.
이상과 같이, 제 16 실시형태에 의하면, 전열부재(52)를 프레스 가공의 금형 대신으로 하여 오목부(52d) 내에서 원관부재(53) 및 스페이서(59)를 변형시킴으로써, 한 번의 프레스 가공에 의해, 원관부재(53)와 스페이서(59)의 고정과, 냉각기 본체(51)의 전열부재(52)로의 고정을 행할 수 있다. 따라서, 냉각기(50)의 조립을 용이하게 할 수 있다.
그리고, 상술한 전열부재(52)의 구성 및 냉각기 본체(51)의 형성방법은 제 9 내지 제 14 실시형태에 적용하는 것도 가능하다. 즉, 제 9 내지 제 14 실시형태에 있어서, 전열부재(52)의 오목부(52d)를 상술과 같이 깊게 형성하고, 이 오목부(52d) 내에서 스페이서(59)가 삽입된 원관부재(53)를 프레스 가공한다. 이와 같이 형성함으로써, 냉각기(50)의 조립을 용이하게 할 수 있다.
≪그 밖의 실시형태≫
상기 각 실시형태에서는, 냉각기(50)는, 냉매회로(20)의 실외 열교환기(42)와 팽창밸브(43)와의 사이에 접속되나, 냉각기(50)의 접속위치는 이에 한정되지 않는다. 냉매회로(20)의 액배관이면, 어느 부분에 설치되어도 된다.
또, 상기 제 1 내지 제 3 실시형태에 있어서, 구획벽(55)은, 유로형성 부재(54)와 일체로 형성되어 있었으나, 구획벽(55)은, 금속에 의해 원관부재(53)와 일체로 형성되어도 된다. 이와 같은 형태에 의하면, 고리형 유로(C0)를 흐르는 냉매와 원관부재(53) 사이의 전열면적이 현격히 증대하여 열전달률이 현격하게 향상하므로, 냉각기(50)의 냉각성능을 현격히 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 실시형태에 있어서, 구획벽(55)을 생략하여도 된다. 이와 같은 형태라도, 유로형성 부재(54)에 의해 원관부재(53) 내에서 지름방향으로 좁은 냉매의 협유로(C0)를 형성할 수 있으므로, 냉각기(50)의 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상술의 경우, 예를 들어, 유로형성 부재(54)에 제 7 실시형태의 고정구조(60)를 형성함으로써 유로형성 부재(54)를 원관부재(53)에 고정할 수 있으나, 유로형성 부재(54)의 고정방법은 다른 방법이라도 된다.
또, 상기 제 1 내지 제 8 실시형태에 있어서, 유로형성 부재(54)는, 축심이 원관부재(53)의 축심과 일치하도록 배치되나, 축심이 원관부재(53)의 축심과 어긋나게 배치되어도 된다. 또한, 협유로(C0)는, 고리형이 아닌, 예를 들어 단면(斷面)이 초승달 형상이 되도록 형성되어도 된다.
또한, 상기 제 1 내지 제 8 실시형태에서는, 원관부재(53)는, 본체부(53a)가 접속부(53b)보다 큰 지름이 되도록 구성되었으나, 원관부재(53)는, 본체부(53a)와 접속부(53b)의 안지름이 동일 정도가 되도록 구성되어도 된다.
또, 제 9 내지 제 16 실시형태에서는, 스페이서(59)를 원관부재(53) 내에 삽입한 후에, 원관부재(53) 및 스페이서(59)를 프레스 가공에 의해 변형시켰으나, 스페이서(59)를 원관부재(53) 내에 삽입한 후에, 원관부재(53)의 지름을 축소시킴으로써 원관부재(53)와 스페이서(59)를 열전달 가능하게 접촉시킴과 동시에 서로 고정하도록 하여도 된다. 이와 같은 구성에 의해서도, 상기 실시형태와 마찬가지 효과를 발휘할 수 있다. 또, 상술과 같은 유로형성 부재(54) 및 구획벽(55)의 고정방법은, 제 2, 제 3, 제 6 실시형태에도 적용할 수 있다.
또한, 제 9 내지 제 16 실시형태에서는, 스페이서(59)를 원관부재(53) 내에 삽입한 후에, 원관부재(53) 및 스페이서(59)를 프레스 가공에 의해 변형시켰으나, 스페이서(59)를 원관부재(53) 내에 삽입한 후에, 원통형의 유로형성 부재(54)의 지름을 확대시킴으로써 원관부재(53)와 스페이서(59)를 열전달 가능하게 접촉시킴과 동시에 서로 고정하도록 하여도 된다. 이와 같은 구성에 의해서도, 상기 실시형태와 마찬가지 효과를 발휘할 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는, 냉동 사이클을 행하는 냉동장치의 일례로 공조기(10)에 대해 설명하고 있다. 그러나, 냉동장치로서, 예를 들어, 히트 펌프식 칠러유닛(chiller unit)이나, 급탕기, 냉장차나 냉동차의 차 내를 냉각시키는 냉각장치 등을 이용하도록 하여도 된다.
[산업상 이용 가능성]
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 내부에 열매체가 유통하여 발열부품을 냉각하는 냉각기 및 이를 구비한 냉동장치에 대해 유용하다.
10 : 공조기(냉동장치) 20 : 냉매회로
50 : 냉각기 51 : 냉각기 본체
52 : 전열부재 52c : 장착면
52d : 오목부 53 : 원관부재
53a : 본체부 53b : 접속부
54 : 유로형성 부재 54a : 발열측 부분
54b : 비발열측 부분 55, 58 : 구획벽
56 : 난류촉진 부재 56a : 돌기편
57 : 전열판 59 : 스페이서
80 : 파워모듈(발열부품) C0 : 협유로
C1 : 축방향 유로 C2 : 둘레방향 유로(분할유로)
S1 : 제 1 공간(유입공간, 유출공간)
S2 : 제 2 공간(유출공간, 유입공간)
P1 : 제 1 연통로(유입측 연통로, 유출측 연통로)
P2 : 제 2 연통로(유출측 연통로, 유입측 연통로)

Claims (20)

  1. 열매체가 유통하는 원관(圓管)부재(53)를 구비하고, 이 원관부재(53) 내를 흐르는 열매체에 의해 발열부품(80)이 냉각되도록 이 발열부품(80)에 열적으로 접촉하도록 설치되는 냉각기에 있어서,
    상기 원관부재(53) 내에서 축방향으로 연장되고, 이 원관부재(53) 내주면(內周面)과의 사이에 상기 열매체의 협유로(C0)를 형성하는 유로(流路)형성 부재(54)를 구비하고,
    상기 유로형성 부재(54)는, 상기 원관부재(53) 내에서, 상기 협유로(C0)가 상기 원관부재(53)의 내주면을 따른 고리형 유로가 되도록 배치되고,
    상기 원관부재(53)는, 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동 사이클을 행하는 냉매회로(20)의 배관의 일부이며,
    상기 원관부재(53)가 끼워지는 오목부(52d)와, 상기 발열부품(80)의 방열면이 장착되는 장착면(52c)이 형성되고, 이 장착면(52c)에서 흡수한 열을 상기 오목부(52d)에 전달하는 전열부재(52)를 구비하고,
    상기 오목부(52d)는, 상기 장착면(52c)의 이면에서, 이 장착면(52c)에 장착되는 발열부품(80)에 대응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    냉각기.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 원관부재(53) 내에서 축방향으로 연장되어 상기 협유로(C0)를 둘레방향으로 분할하는 복수의 구획벽(55)을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 각 구획벽(55)의 사이에는, 금속에 의해 상기 원관부재(53)와 일체로 형성된 축방향으로 연장되는 전열판(57)이 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 각 구획벽(55) 사이에는, 난류(亂流)촉진 부재(56)가 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 난류촉진 부재(56)는, 수지를 사출 성형함으로써 상기 유로형성 부재(54)와 일체로 형성된 복수의 돌기편(56a)에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  7. 청구항 3 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 구획벽(55)은, 수지를 사출 성형함으로써 상기 유로형성 부재(54)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 협유로(狹流路)(C0)는, 열매체가 둘레방향으로 흐르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 원관부재(53) 내에서 상기 협유로(C0)를 축방향으로 분할하여 복수의 둘레방향으로 연장되는 분할유로(C2)를 구획하는 복수의 구획벽(58)을 구비하고,
    상기 유로형성 부재(54)에는, 축방향 일단측에 형성되는 열매체의 유입공간(S1, S2)과 상기 각 분할유로(C2)를 연통시키는 유입측 연통로(P1, P2)와, 축방향 타단측에 형성되는 유출공간(S2, S1)과 상기 각 분할유로(C2)를 연통시키는 유출측 연통로(P2, P1)가 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  10. 청구항 1, 3 내지 6, 8 및 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원관부재(53)는, 상기 유로형성 부재(54)가 배치되는 본체부(53a)와, 이 본체부(53a)의 축방향 단부(端部)에 연속하여 상기 열매체가 유통하는 배관에 접속되는 접속부(53b)를 가지고,
    상기 본체부(53a)는, 상기 접속부(53b)보다 큰 지름으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  11. 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 구획벽(55)은, 열전도성 재료에 의해 상기 유로형성 부재(54)와 일체로 형성되어 상기 열매체 유로를 형성하는 스페이서(59)를 구성하고,
    상기 원관부재(53)와 상기 스페이서(59)는, 이 스페이서(59)가 상기 원관부재(53) 내에 위치하는 상태에서 상기 원관부재(53) 및 상기 스페이서(59) 중 적어도 한쪽을 변형시킴으로써 열전달 가능하게 접촉함과 동시에 서로 고정되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 유로형성 부재(54)는 원통형으로 형성되고,
    상기 원관부재(53)와 상기 스페이서(59)는, 이 스페이서(59)가 상기 원관부재(53) 내에 위치하는 상태에서 소정 방향으로 프레스 가공되어 상기 원관부재(53) 및 상기 스페이서(59)의 양쪽이 변형함으로써 열전달 가능하게 접촉함과 동시에 서로 고정되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 원관부재(53)와 상기 스페이서(59)는, 상기 원관부재(53)의 상기 발열부품(80)측인 발열측 부분의 곡률(曲率)이 반대측인 비(非)발열측 부분의 곡률보다 크게 되도록 프레스 가공되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 스페이서(59)는, 상기 발열부품(80)측인 발열측 부분의 강성(剛性)이 반대측인 비발열측 부분의 강성보다 낮아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 유로형성 부재(54)는, 상기 발열부품(80)측인 발열측 부분(54b)이 반대측인 비발열측 부분(54a)보다 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 스페이서(59)는, 상기 복수의 구획벽(55)에 의해 상기 협유로(C0)가 둘레방향으로 분할되어 이루어지는 복수의 축방향 유로(C1) 중 상기 발열부품(80)측 축방향 유로(C1)의 유로 단면적이 상기 발열부품(80)과 반대측 축방향 유로(C1)의 유로 단면적보다 크게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 원관부재(53)는, 1개의 직관형 부재에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  20. 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동 사이클을 행하는 냉매회로(20)를 구비한 냉동장치에 있어서,
    상기 냉매회로(20)의 액배관에 청구항 1, 3 내지 6, 8 및 9 중 어느 하나의 냉각기가 접속되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
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