WO2023281912A1 - 車両用空調装置 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00507—Details, e.g. mounting arrangements, desaeration devices
    • B60H2001/00614—Cooling of electronic units in air stream

Definitions

  • the present disclosure relates to an air conditioner for vehicles.
  • the fan controller controls the voltage of the fan while dissipating the heat generated by power elements (such as MOS-FETs) with heat dissipation fins. It is carried out.
  • power elements such as MOS-FETs
  • HVAC vehicle air conditioning systems
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a vehicle air conditioner capable of improving heat radiation efficiency without changing the height dimension of the heat radiation fins.
  • a vehicle air conditioner includes a casing having an air intake and an air discharge, and in which a flow path communicating between the air intake and the air discharge is formed; a fan for generating an air flow from the air intake port to the air discharge port via the flow path; a heat generating portion provided outside the casing; and a heat radiating portion;
  • the heat dissipating portion is thermally connected to the heat generating portion and has a base having an installation surface; a plurality of plate-shaped fins erected on the surface of the plurality of fins, and a plurality of ridges formed along the flow direction are provided on the surface of the plurality of fins over the erecting direction of the fins .
  • heat dissipation efficiency can be improved without changing the height dimension of the heat dissipation fins.
  • FIG. 1 is a front view of a vehicle air conditioner according to one aspect of the present disclosure
  • FIG. It is a perspective view which shows the inside (near the flow path) of a casing. It is an upper perspective view of a heat-generating part and a heat-dissipating part. It is a lower perspective view of a heat-generating part and a heat-dissipating part. It is a front view of a heat-generating part and a heat radiating part. It is an enlarged view of a heat radiating part. It is an enlarged view of a fin. It is an enlarged view of a heat radiating part.
  • the vehicle air conditioner 1 includes a casing 10 that houses devices such as a fan 41 and an evaporator (not shown).
  • the casing 10 has an air intake 11 and an air outlet 12 . Further, the casing 10 defines a channel C that communicates with the air intake port 11 and the air discharge port 12 .
  • the air intake port 11 is an opening for taking in air from the outside of the casing 10 to the inside of the casing 10 .
  • the air discharge port 12 is an opening for discharging air heat-exchanged by an evaporator (not shown) to the outside of the casing 10 .
  • a fan 41 generates an air flow from the air intake port 11 to the air discharge port 12 via the flow path C. As shown in FIG.
  • the fan 41 is housed in the casing 10 on the air intake port 11 side.
  • Fan 41 is rotationally driven by a motor (not shown).
  • the rotation of the motor that drives the fan 41 is controlled by a power element (eg MOS-FET).
  • a power element is a semiconductor element for power control, and generates heat when energized. Therefore, when the vehicle air conditioner 1 is operated, the power element as the heat generating portion is cooled by the heat radiating portion 30 .
  • the unit 20 containing the heat generating portion is attached to the wall portion 13 of the casing 10 defining the flow path C. As shown in FIG. At this time, the unit 20 is arranged outside the wall portion 13 (outside the casing 10).
  • the heat radiating section 30 has a base 31 and a plurality of fins 32. As shown in FIG.
  • the heat radiating portion 30 is made of a metal (for example, an aluminum alloy) with excellent heat conductivity.
  • the base 31 is a portion of the heat radiating section 30 that is in thermal contact with the heat generating section (power element). As a result, the heat generated by the heat generating portion is transmitted to the heat radiating portion 30 .
  • the base 31 has an installation surface 31a.
  • the installation surface 31a is a surface along the flow direction of the air flowing through the flow path C. As shown in FIG.
  • the installation surface 31a has a raised central portion in the width direction in a cross section perpendicular to the air flow direction (see FIG. 5).
  • the bulge at the central portion is not limited to the stepped shape as shown in FIG. 5, and may be mountain-shaped.
  • a plurality of fins 32 are provided on the installation surface 31a.
  • Each fin 32 is a thin plate-like portion that extends along the direction of air flow and is erected from the installation surface 31a in a direction orthogonal to the direction of air flow.
  • the installation surface 31a and the fins 32 are arranged in the flow path C (inside the casing 10).
  • the air flowing through the flow path C takes heat from the heat radiating section 30, and as a result, the heat generating section is cooled.
  • a plurality of ridges 33 are formed on the side surfaces of the fins 32 along the air flow direction.
  • Each ridge 33 is an elongated projecting portion extending along the direction of air flow so as to be parallel to the installation surface 31a.
  • Each ridge 33 is formed continuously and integrally along the direction of air flow.
  • the plurality of ridges 33 are provided along the direction in which the fins 32 are erected (vertical direction in FIG. 6).
  • the surface area of the fins 32 can be increased and the heat dissipation efficiency of the heat dissipation portion 30 can be improved.
  • the existence of the ridges 33 makes it difficult for the air flowing on the installation surface 31a to move in the direction in which the fins 32 are erected, and the ridges 33 act as flow path resistance to slightly reduce the flow velocity of the air. It is possible to suppress separation of the air flowing above from the installation surface 31a. In particular, it is possible to suppress separation from the rear half portion (the rear half portion in the air flow direction) of the installation surface 31a.
  • the ridges 33 may be formed over the entire height of the fins 32 .
  • the surface area of the fins 32 can be increased by making the most of the height dimension of the fins 32 (the dimension along the erecting direction).
  • the protrusions 33 may be omitted from a portion of the fin 32 on the side of the tip 32a and a portion of the fin 32 on the side of the base 32b.
  • the ridges 33 are a part of the flow path C as a whole that can be a flow resistance, so by omitting the ridges 33 in a part of the area in the standing direction, the pressure loss caused by the fins 32 can be reduced. can be made
  • the ridges 33 may be formed only on the base end 32b side of the half of the fins 32 in the direction in which the fins 32 are erected.
  • the heat radiating section 30 configured as described above is manufactured by, for example, extrusion molding. As a result, a large number of heat radiating portions 30 having the same cross-sectional shape can be manufactured.
  • This embodiment has the following effects.
  • a plurality of ridges 33 formed along the flow direction are provided on the surface of the fins 32 over the erecting direction of the fins 32, so that the surface area of the fins 32 is increased and the heat dissipation efficiency of the heat dissipation part 30 is improved. can be improved.
  • the existence of the ridges 33 makes it difficult for the air flowing on the installation surface 31a to move in the direction in which the fins 32 are erected, and the ridges 33 act as flow path resistance to slightly reduce the flow velocity of the air. It is possible to suppress separation of the air flowing above from the installation surface 31a. Therefore, since the air flow is maintained on the installation surface 31a (that is, there is no region where the flow velocity becomes zero or the region where the air flows backward), the air conditioner is installed on and from the installation surface 31a. A decrease in heat radiation efficiency in the fins 32 can be suppressed.
  • the surface area of the fins 32 can be maximized.
  • the ridges 33 are formed only on half of the fins 32 on the base end 32b side in the erecting direction of the fins 32, separation of air on the base end 32b side is suppressed, while air separation is suppressed on the tip 32a side. Pressure loss due to the protrusions 33 can be suppressed.
  • a vehicle air conditioner according to an aspect of the present disclosure has an air intake (11) and an air discharge port (12), and a flow path (C) communicating between the air intake and the air discharge port.
  • a casing (10) formed with a fan (41) housed in the casing and generating an air flow from the air intake port to the air discharge port via the flow path;
  • a heat-generating portion and a heat-radiating portion (30) are provided, wherein the heat-radiating portion is thermally connected to the heat-generating portion and is arranged in a base (31) having an installation surface (31a) and the flow path.
  • a plurality of plate-like fins (32) extending along the direction of air flow and erected from the installation surface in a direction perpendicular to the direction of flow;
  • a plurality of ridges (33) formed along the flow direction are provided over the erecting direction of the fins.
  • the casing, the fan, the heat-generating section, and the heat-radiating section are provided. It has a plurality of plate-shaped fins that are arranged in the air passage and extend along the air flow direction and stand upright from the installation surface in a direction perpendicular to the air flow direction. Since a plurality of ridges formed along the fins are provided in the standing direction of the fins, it is possible to increase the surface area of the fins and improve the heat dissipation efficiency of the heat dissipation portion.
  • the heat generating part is, for example, a power element that controls the rotation of the fan.
  • the plurality of ridges are formed over the entire area in the erecting direction of the fins.
  • the plurality of ridges are formed over the entire area of the fins in the erecting direction, so that the surface area of the fins can be maximized.
  • the plurality of ridges are formed on a portion of the fin on the tip end side and a portion of the fin on the base end side in the erecting direction of the fin. Absent.
  • the pressure loss in the portion on the distal end side and the portion on the proximal end side is reduced. can be suppressed. As a result, the pressure loss in the flow path as a whole can be suppressed.
  • the plurality of ridges are formed only on the proximal half of the fin in the standing direction of the fin.
  • the plurality of ridges are formed only on the proximal half portion of the fin in the direction in which the fin is erected, so separation of the air on the proximal end side is suppressed. At the same time, it is possible to suppress the pressure loss due to the protrusions on the tip side.
  • the extending direction of the plurality of protrusions is parallel to the installation surface.
  • the heat radiating section can be manufactured by extrusion molding.

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Abstract

放熱フィンの高さ寸法を変更することなく放熱効率を向上させることができる室車両用空調装置を提供する。空気取入口及び空気吐出口を有し、空気取入口と空気吐出口とを連通する流路が形成されたケーシングと、ケーシングに収容され、空気取入口から流路を介して空気吐出口へ至る空気の流れを生成するファンと、ケーシングの外部に設けられた発熱部と、放熱部と、を備え、放熱部は、発熱部と熱的に接続され、設置面（３１ａ）を有するベース（３１）と、流路に配置され、空気の流れ方向に沿って延在するとともに設置面（３１ａ）から流れ方向に直交する方向に立設された板状の複数のフィン（３２）を有し、複数のフィン（３２）の表面には、流れ方向に沿って形成された突条（３３）がフィン（３２）の立設方向に亘って複数設けられている。

Description

車両用空調装置
　本開示は、車両用の空気調和装置に関する。
　例えば特許文献１に記載されているようなＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ　Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）の分野において、ファンコントローラは、パワー素子（ＭＯＳ－ＦＥＴ等）の発熱を放熱フィンで放熱しながら、ファンの電圧制御を行っている。
特開２０２０－１７９７６９号公報
　近年、外気温の高温化が進み、車両用空調装置（ＨＶＡＣ）にとっての環境条件が悪化している中、ファンコントローラは外気温の影響を受けやすく、既存の放熱フィンではパワー素子の放熱が十分に行われない可能性がある。
　そこで、放熱効率（放熱性能）を向上させるために、放熱フィンの高さ・幅、長さ寸法を大きくする方法が考えられる。しかしながら、放熱フィンが設置される流路の広さはＨＶＡＣの仕様によって既に決定されるため、放熱フィンの高さ・幅、長さ寸法を十分に大きくできるとは限らない。また、仮に高さ・幅、長さ寸法を大きくしたとしても、その分だけ流路での圧力損失が大きくなるので、流路抵抗の観点からも有効な方法とはいえない。
　本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、放熱フィンの高さ寸法を変更することなく放熱効率を向上させることができる車両用空調装置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、本開示の車両用空調装置は以下の手段を採用する。
　すなわち、本開示の一態様に係る車両用空調装置は、空気取入口及び空気吐出口を有し、前記空気取入口と前記空気吐出口とを連通する流路が形成されたケーシングと、前記ケーシングに収容され、前記空気取入口から前記流路を介して前記空気吐出口へ至る空気の流れを生成するファンと、前記ケーシングの外部に設けられた発熱部と、放熱部と、を備え、前記放熱部は、該発熱部と熱的に接続され、設置面を有するベースと、前記流路に配置され、空気の流れ方向に沿って延在するとともに前記設置面から前記流れ方向に直交する方向に立設された板状の複数のフィンを有し、複数の前記フィンの表面には、前記流れ方向に沿って形成された突条が前記フィンの立設方向に亘って複数設けられている。
　本開示によれば、放熱フィンの高さ寸法を変更することなく放熱効率を向上させることができる。
本開示の一態様に係る車両用空調装置の正面図である。 ケーシングの内部（流路近傍）を示す斜視図である。 発熱部及び放熱部の上方斜視図である。 発熱部及び放熱部の下方斜視図である。 発熱部及び放熱部の正面図である。 放熱部の拡大図である。 フィンの拡大図である。 放熱部の拡大図である。
　以下、本開示の一実施形態に係る車両用空調装置について図面を参照して説明する。
　図１及び図２に示すように、車両用空調装置１は、ファン４１やエバポレータ（図示せず）等の機器を収容するケーシング１０を備えている。
　ケーシング１０は、空気取入口１１及び空気吐出口１２を有している。
　また、ケーシング１０は、空気取入口１１と空気吐出口１２と連通する流路Ｃを画定している。
　空気取入口１１は、ケーシング１０の外部からケーシング１０の内部に空気を取り込むための開口とされている。
　空気吐出口１２は、エバポレータ（図示せず）で熱交換された空気をケーシング１０の外部に吐出するための開口とされている。
　空気取入口１１から流路Ｃを介して空気吐出口１２に至る空気の流れは、ファン４１によって生成される。
　ファン４１は、空気取入口１１側のケーシング１０に収容されている。
　ファン４１は、モータ（図示せず）によって回転駆動される。
　ファン４１を駆動するモータの回転は、パワー素子（例えばＭＯＳ－ＦＥＴ）によって制御される。
　パワー素子とは、電力制御用の半導体素子であり、通電時には発熱する。このため、車両用空調装置１を運転する際には発熱部としてのパワー素子を放熱部３０で冷却している。
　図２に示すように、発熱部を内部に含むユニット２０は、流路Ｃを画定しているケーシング１０の壁部１３に取り付けられている。
　このとき、ユニット２０は、壁部１３の外部（ケーシング１０の外部）に配置されている。
　図２から図５に示すように、放熱部３０は、ベース３１及び複数のフィン３２を有している。
　放熱部３０は、伝熱性に優れた金属（例えばアルミ合金）によって形成されている。
　ベース３１は、放熱部３０において発熱部（パワー素子）に熱的に接触している部分である。これによって、発熱部で発生した熱が放熱部３０に伝わる。
　ベース３１には、設置面３１ａが形成されている。
　設置面３１ａは、流路Ｃを流れる空気の流れ方向に沿う面である。
　設置面３１ａは、空気の流れ方向に直交する断面（図５参照）において幅方向の中央部が凸状に盛り上がっている。なお、中央部の盛り上がりは、図５のような階段状に限らず山型状であってもよい。
　設置面３１ａには、複数のフィン３２が設けられている。
　各フィン３２は、空気の流れ方向に沿って延在するとともに空気の流れ方向に直交する方向において設置面３１ａから立設する薄い板状の部分である。
　図２に示すように、設置面３１ａ及びフィン３２は、流路Ｃ（ケーシング１０の内部）に配置されている。
　これによって、流路Ｃを流れる空気が放熱部３０から熱を奪うので、結果として発熱部が冷却されることになる。
　以上のように構成された放熱部３０の放熱効率を向上させるために、本実施形態では、以下の構成を採用した。
　すなわち、図６及び図７に示すように、フィン３２の表面のうち空気の流れ方向に沿った側面には、複数の突条３３が形成されている。
　各突条３３は、設置面３１ａと平行になるように空気の流れ方向に沿って延在した細長い突出部分である。
　各突条３３は、空気の流れ方向に沿って連続的、一体的に形成されている。また、複数の突条３３は、フィン３２の立設方向（図６において上下方向）に亘って設けられている。
　突条３３を設けることによって、フィン３２の表面積を増大させて放熱部３０での放熱効率を向上させることができる。
　また、突条３３の存在によって設置面３１ａ上を流れる空気がフィン３２の立設方向に移動しにくくなることや突条３３が流路抵抗となり空気の流速がやや低下することで、設置面３１ａ上を流れる空気が設置面３１ａからはく離することを抑制できる。特に、設置面３１ａにおける後半部分（空気の流れ方向の後半部分）からのはく離を抑制することができる。
［突条の配置例１］
　突条３３は、フィン３２の高さ方向の全域に亘って形成されていてもよい。
　この場合、フィン３２の高さ寸法（立設方向に沿った寸法）を最大限に活用してフィン３２の表面積を増大させることができる。
［突条の配置例２］
　また、フィン３２の先端３２ａ側の一部及び基端３２ｂ側の一部で突条３３を省略してもよい。
　上記の通り、突条３３は流路Ｃ全体として見れば流路抵抗になり得る部分なので、立設方向における一部の領域で突条３３を省略することでフィン３２に起因する圧力損失を減少させることができる。
［突条の配置例３］
　また、図８に示すように、フィン３２の立設方向においてフィン３２の半分よりも基端３２ｂ側の部分にのみ突条３３を形成してもよい。
　この場合、フィン３２の基端３２ｂ側では空気のはく離を抑制しつつ、先端３２ａ側では突条３３による圧力損失を抑制することができる。
　以上のように構成された放熱部３０は、例えば押出成形によって製作される。これによって、同じ断面形状の放熱部３０を大量に製作することができる。
　本実施形態では以下の効果を奏する。
　フィン３２の表面には、流れ方向に沿って形成された突条３３がフィン３２の立設方向に亘って複数設けられているので、フィン３２の表面積を増大させて放熱部３０での放熱効率を向上させることができる。
　また、突条３３の存在によって設置面３１ａ上を流れる空気がフィン３２の立設方向に移動しにくくなることや突条３３が流路抵抗となり空気の流速がやや低下することで、設置面３１ａ上を流れる空気が設置面３１ａからはく離することを抑制できる。
　このため、設置面３１ａ上では空気の流れが維持されるので（すなわち、流速がゼロになる領域、或いは空気が逆流する領域が存在しないので）、設置面３１ａ上及び設置面３１ａから立設するフィン３２における放熱効率の低下を抑制できる。
　また、突条３３が、フィン３２の立設方向の全域に亘って形成されている場合、フィン３２の表面積を最も増加させることができる。
　また、突条３３が、フィン３２の立設方向において、フィン３２の先端３２ａ側の一部及び基端３２ｂ側の一部に形成されていない場合、先端３２ａ側の一部及び基端３２ｂ側の一部における圧力損失を抑制することができる。これによって、流路Ｃ全体としての圧力損失を抑制することができる。
　また、突条３３が、フィン３２の立設方向において、フィン３２の基端３２ｂ側半分の部分にのみ形成されている場合、基端３２ｂ側では空気のはく離を抑制しつつ、先端３２ａ側では突条３３による圧力損失を抑制することができる。
　以上の通り説明した本実施形態は、例えば、以下のように把握される。
　すなわち、本開示の一態様に係る車両用空調装置は、空気取入口（１１）及び空気吐出口（１２）を有し、前記空気取入口と前記空気吐出口とを連通する流路（Ｃ）が形成されたケーシング（１０）と、前記ケーシングに収容され、前記空気取入口から前記流路を介して前記空気吐出口へ至る空気の流れを生成するファン（４１）と、前記ケーシングの外部に設けられた発熱部と、放熱部（３０）と、を備え、前記放熱部は、発熱部と熱的に接続され、設置面（３１ａ）を有するベース（３１）と、前記流路に配置され、空気の流れ方向に沿って延在するとともに前記設置面から前記流れ方向に直交する方向に立設された板状の複数のフィン（３２）を有し、複数の前記フィンの表面には、前記流れ方向に沿って形成された突条（３３）が前記フィンの立設方向に亘って複数設けられている。
　本態様に係る車両用空調装置によれば、ケーシングと、ファンと、発熱部と、放熱部と、を備え、放熱部は、発熱部と熱的に接続され、設置面を有するベースと、流路に配置され、空気の流れ方向に沿って延在するとともに設置面から流れ方向に直交する方向に立設された板状の複数のフィンを有し、複数のフィンの表面には、流れ方向に沿って形成された突条がフィンの立設方向に亘って複数設けられているので、フィンの表面積を増大させて放熱部での放熱効率を向上させることができる。
　また、突条の存在によって設置面上を流れる空気がフィンの立設方向に移動しにくくなることや突条が流路抵抗となり空気の流速がやや低下することで、設置面上を流れる空気が設置面からはく離することを抑制できる。このため、設置面上では空気の流れが維持されるので、設置面上及び設置面から立設するフィンにおける放熱効率の低下を抑制できる。
　ここで、発熱部とは、例えばファンの回転を制御するパワー素子である。
　また、本開示の一態様に係る車両用空調装置において、複数の前記突条は、前記フィンの立設方向の全域に亘って形成されている。
　本態様に係る車両用空調装置によれば、複数の突条は、フィンの立設方向の全域に亘って形成されているので、フィンの表面積を最も増加させることができる。
　また、本開示の一態様に係る車両用空調装置において、複数の前記突条は、前記フィンの立設方向において、前記フィンの先端側の一部及び基端側の一部には形成されていない。
　複数の突条は、フィンの立設方向において、フィンの先端側の一部及び基端側の一部には形成されていないので、先端側の一部及び基端側の一部における圧力損失を抑制することができる。これによって、流路全体としての圧力損失を抑制することができる。
　また、本開示の一態様に係る車両用空調装置において、複数の前記突条は、前記フィンの立設方向において、前記フィンの基端側半分の部分にのみ形成されている。
　本態様に係る車両用空調装置によれば、複数の突条は、フィンの立設方向において、フィンの基端側半分の部分にのみ形成されているので、基端側では空気のはく離を抑制しつつ、先端側では突条による圧力損失を抑制することができる。
　また、本開示の一態様に係る車両用空調装置において、複数の前記突条の延在方向は、前記設置面と平行とされている。
　本態様に係る車両用空調装置によれば、複数の突条の延在方向は、設置面と平行とされているので、放熱部を押出成形によって製作することができる。
１　車両用空調装置
１０　ケーシング
１１　空気取入口
１２　空気吐出口
１３　壁部
２０　ユニット（発熱部を含むユニット）
３０　放熱部
３１　ベース
３１ａ　設置面
３２　フィン
３２ａ　先端
３２ｂ　基端
３３　突条
４１　ファン

Claims (5)

  1. 　空気取入口及び空気吐出口を有し、前記空気取入口と前記空気吐出口とを連通する流路が形成されたケーシングと、
    　前記ケーシングに収容され、前記空気取入口から前記流路を介して前記空気吐出口へ至る空気の流れを生成するファンと、
    　前記ケーシングの外部に設けられた発熱部と、
    　放熱部と、
    を備え、
    　前記放熱部は、
    　該発熱部と熱的に接続され、設置面を有するベースと、
    　前記流路に配置され、空気の流れ方向に沿って延在するとともに前記設置面から前記流れ方向に直交する方向に立設された板状の複数のフィンを有し、
    　複数の前記フィンの表面には、前記流れ方向に沿って形成された突条が前記フィンの立設方向に亘って複数設けられている車両用空調装置。
  2. 　複数の前記突条は、前記フィンの立設方向の全域に亘って形成されている請求項１に記載の車両用空調装置。
  3. 　複数の前記突条は、前記フィンの立設方向において、前記フィンの先端側の一部及び基端側の一部には形成されていない請求項１に記載の車両用空調装置。
  4. 　複数の前記突条は、前記フィンの立設方向において、前記フィンの基端側半分の部分にのみ形成されている請求項１に記載の車両用空調装置。
  5. 　複数の前記突条の延在方向は、前記設置面と平行とされている請求項１から４のいずれかに記載の車両用空調装置。
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