CN102440085B - 热交换器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

热交换器(21)具有：冷却翅片(24)，所述冷却翅片包括多个翅片部(22)和支承多个翅片部(22)的基座部(23)；以及多个销(26)，所述多个销(26)压入到这些翅片部(22)之间。在热交换器(21)中，多个销(26)被从翅片部(22)的顶端侧朝向基座部(23)压入到预先相互平行且形成为直线形状的多个翅片部(22)之间的间隙(25)中，多个销(26)的宽度比该间隙(25)的宽度宽。由此，多个翅片部(22)通过塑性变形而形成为波浪形状，多个销(26)以与基座部(23)分离的状态固定在多个翅片部(22)之间。在各间隙(25)沿其长度方向隔开间隔而排列有多个销(26)，在相邻的间隙(25)中排列的多个销(26)交替地错开配置。

Description

热交换器及其制造方法
技术领域
本发明涉及例如用于冷却电力变换装置的冷却装置所使用的热交换器及其制造方法。
背景技术
以往，搭载于混合动力汽车、电动汽车等的电力变换装置构成为具有电力变换用的半导体元件和电气部件。对于该装置，由于在其工作时来自半导体元件等的发热量多，所以为了确保散热性而设置有冷却装置。此处，作为冷却装置，在冷却壳体中容纳散热翅片，使冷媒在冷却壳体中流动而将来自半导体元件等的发热从散热翅片向冷媒放出。作为这种散热翅片，例如在下述的专利文献1中公开了将多个散热翅片部平行地形成于散热基板部的散热翅片。
此处，本申请人作为提高上述的散热翅片(冷却翅片)的冷却性能的技术，提出了新的“冷却翅片以及冷却翅片的制造方法”，并已经对其提出了申请(例如日本专利文献特愿2007-322831号公报)。对于该冷却翅片，呈列状配置的多个翅片部和支承这些翅片部的基座部一体地形成。对于多个翅片部的冷媒流动方向的形状，与基座部相连的根部分形成为直线形状，顶端部分形成为波浪形状。为了制造该冷却翅片，首先最初以形成梳齿状且直线形状的方式将多个翅片部与基座部一体地挤出成形。接着，利用夹具(销)朝与挤出方向交叉的方向对挤出成形为直线形状的多个翅片部的顶端部分进行弯曲加工。通过将夹具(销)插入多个翅片部之间的间隙来进行该弯曲加工。通过这样进行弯曲加工，将多个翅片部的顶端部分沿着冷媒的流动方向形成为波浪形状。
专利文献1：日本专利文献特开2007-110025号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在上述申请所涉及的冷却翅片中，如果多个翅片部之间的间隙的大小存在些许的偏差，则当利用夹具(销)对翅片部的顶端部分进行弯曲加工时，插入这些间隙的夹具(销)的侧面一端碰撞翅片部而对夹具(销)作用弯曲应力，从而夹具(销)有可能折损。此外，在对翅片部进行弯曲加工后，有时夹具(销)会粘附于翅片部而难以拔出，如果强行拔出则对夹具(销)会施加弯曲应力和拉伸应力，从而夹具(销)有可能折损。
本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于提供一种无需考虑夹具的耐久性而能够通过促进冷媒的紊流来提高冷却性能的热交换器及其制造方法。
用于解决问题的手段
(1)为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种热交换器，其宗旨在于，所述热交换器具有冷却翅片，该冷却翅片包括多个翅片部和支承多个翅片部的基座部，多个销被从翅片部的顶端侧朝向基座部压入到多个翅片部之间的间隙中，从而多个翅片部通过塑性变形而形成为波浪形状，多个销以与基座部分离的状态固定在多个翅片部之间，所述多个翅片部相互平行且形成为直线形状，所述多个销的宽度比所述间隙的宽度宽。
根据上述结构(1)，使多个翅片部呈波浪形状地塑性变形的多个销，被压入到多个翅片部之间的间隙中并一直残留于间隙，无需将这些销从间隙拔出。使该热交换器与发热体直接或者间接接触，通过使冷媒在该间隙流动，发热体所产生的热经由翅片部朝冷媒放出。此外，能够在形成为波浪形状的相邻的翅片部之间的间隙形成收缩部和鼓起部，因此，能够使在该间隙流动的冷媒引起紊流。并且，由于在该间隙的上端侧配置有销，所以能够使在该间隙流动的冷媒在间隙的上端侧越过销时引起紊流。
(2)为了实现上述目的，优选的是，在上述结构(1)中，多个翅片部之间的间隙设置为多个，在各间隙中沿其长度方向隔开间隔而排列有多个销，在相邻的间隙中排列的多个销交替地错开配置。
根据上述结构(2)，在上述结构(1)的作用的基础上，在沿长度方向隔开间隔形成多个波浪形状的相邻的翅片部之间的间隙，沿其长度方向交替地排列配置多个收缩部和多个鼓起部。因而，能够使在多个间隙流动的冷媒反复引起紊流。并且，在多个间隙的上端侧沿其长度方向隔开间隔配置多个销。因而，能够使在多个间隙流动的冷媒在这些间隙的上端侧越过多个销时反复引起紊流。
(3)为了实现上述目的，优选的是，在上述结构(1)或者上述结构(2)中，多个销至少其顶端形成为锥形状。
根据上述结构(3)，在上述结构(1)或者上述结构(2)的作用的基础上，各销借助其锥形状顺畅地压入到多个翅片部之间的间隙中。
(4)为了实现上述目的，优选的是，在上述结构(1)或者上述结构(2)中，多个销由至少顶端形成为锥形状的螺钉构成，并通过螺钉的拧入而压入到所述间隙中。
根据上述结构(4)，在上述结构(1)或者上述结构(2)的作用的基础上，与仅将销压入到多个翅片部之间的间隙中这一点不同，通过在多个翅片部之间拧入螺钉，螺钉被压入到间隙中，翅片部被挤出弯曲而塑性变形为波浪形状。此处，仅凭借利用螺旋夹具对螺钉施加小的扭矩，就能够对螺钉赋予推力和基于锥形状的楔力。
(5)为了实现上述目的，本发明的另一方面提供一种热交换器的制造方法，其宗旨在于，所述热交换器具有冷却翅片，该冷却翅片包括多个翅片部和支承多个翅片部的基座部，所述制造方法包括以下工序：挤出成形冷却翅片，使得多个翅片部相互平行且呈直线形状；和将多个销从翅片部的顶端侧朝向基座部压入到被挤出成形的冷却翅片的多个翅片部之间的间隙中，从而将多个翅片部通过塑性变形而形成为波浪形状，并将多个销以与基座部分离的状态固定在多个翅片部之间，所述多个销的宽度比所述间隙的宽度宽。
根据上述结构(5)，使多个翅片部呈波浪形状塑性变形的多个销被压入到多个翅片部之间的间隙中，并一直残留于间隙，无需将这些销从间隙拔出。使该热交换器与发热体直接或者间接接触，通过使冷媒在该间隙流动，发热体所产生的热经由翅片部朝冷媒放出。此外，能够在形成为波浪形状的相邻的翅片部之间的间隙形成收缩部和鼓起部，因此，能够使在该间隙流动的冷媒引起紊流。并且，由于在该间隙的上端侧配置有销，所以能够使在该间隙流动的冷媒在间隙的上端侧越过销时引起紊流。
(6)为了实现上述目的，优选的是，在上述结构(5)中，设置多个多个翅片部之间的间隙，在各间隙中沿其长度方向隔开间隔而排列多个销，在相邻的间隙中排列的多个销交替地错开配置。
根据上述结构(6)，在上述结构(5)的作用的基础上，在沿长度方向隔开间隔形成多个波浪形状的相邻的翅片部之间的间隙中，沿其长度方向交替地排列配置多个收缩部和多个鼓起部。因而，能够使在多个间隙流动的冷媒反复引起紊流。并且，在多个间隙的上端侧沿其长度方向隔开间隔配置多个销。因而，能够使在多个间隙流动的冷媒在间隙的上端侧越过多个销时反复引起紊流。
(7)为了实现上述目的，优选的是，在上述结构(5)或者上述结构(6)中，多个销至少其顶端形成为锥形状。
根据上述结构(7)，在上述结构(5)或者上述结构(6)的作用的基础上，各销借助其锥形状顺畅地压入到多个翅片部之间的间隙中。
(8)为了实现上述目的，优选的是，在上述结构(5)或者上述结构(6)中，多个销由至少顶端形成为锥形状的螺钉构成，并通过螺钉的拧入而压入到间隙中。
根据上述结构(8)，在上述结构(5)或者上述结构(6)的作用的基础上，与仅将销压入到多个翅片部之间的间隙中这一点不同，通过在多个翅片部之间拧入螺钉，螺钉被压入，翅片部被挤出弯曲而塑性变形为波浪形状。此处，仅凭借利用螺旋夹具对螺钉施加小的扭矩，就能够对螺钉赋予推力和基于锥形状的楔力。
发明效果
根据上述结构(1)，无需在制造时考虑夹具的耐久性，能够利用残留于多个翅片部之间的多个销提高构造上的刚度和强度。此外，通过使冷媒在多个翅片部之间的间隙流动，能够促进冷媒的紊流而增加从各翅片部向冷媒放出的热量，能够提高冷却性能。
根据上述结构(2)，在上述结构(1)的效果的基础上，通过使在多个间隙流动的冷媒反复引起紊流，能够进一步促进紊流，能够进一步提高冷却性能。
根据上述结构(3)，在上述结构(1)或者上述结构(2)的效果的基础上，能够将销容易地压入到多个翅片部之间的间隙中。
根据上述结构(4)，在上述结构(1)或者上述结构(2)的效果的基础上，无需对螺钉赋予为了将螺钉压入到多个翅片部之间的间隙而需要的轴力以上的大的轴力，能够防止螺钉从翅片部之间脱落。
根据上述结构(5)，无需在制造时考虑夹具的耐久性，能够利用残留于多个翅片部之间的多个销提高构造上的刚度和强度。此外，通过使冷媒在多个翅片部之间的间隙流动，能够促进冷媒的紊流而增加从各翅片部向冷媒放出的热量，能够提高冷却性能。
根据上述结构(6)，在上述结构(5)的效果的基础上，通过使在多个间隙流动的冷媒反复引起紊流，能够进一步促进紊流，能够进一步提高冷却性能。
根据上述结构(7)，在上述结构(5)或者上述结构(6)的效果的基础上，能够将销容易地压入到多个翅片部之间的间隙中。
根据上述结构(8)，在上述结构(5)或者上述结构(6)的效果的基础上，无需对螺钉赋予为了将螺钉压入到多个翅片部之间的间隙而需要的轴力以上的大的轴力，能够防止螺钉从翅片部之间脱落。
附图说明
图1是示出本发明第一实施方式所涉及的热交换器的俯视图；
图2是示出本发明第一实施方式所涉及的热交换器的图1的2-2线剖视图；
图3是示出本发明第一实施方式所涉及的热交换器的图1的点划线椭圆的局部的放大俯视图；
图4是示出本发明第一实施方式所涉及的热交换器的图3的4-4线剖视图；
图5是示出本发明第一实施方式所涉及的热交换器的制造方法的流程图；
图6是示出本发明第一实施方式所涉及的冷却翅片的挤出成形的情况的立体图；
图7是示出本发明第一实施方式所涉及的刚挤出成形之后的冷却翅片的立体图；
图8是示出在本发明第一实施方式所涉及的挤出成形为直线形状的多个翅片部之间的间隙压入多个销的情况的主视图；
图9是示出本发明第一实施方式所涉及的冷却装置的局部结构的俯视图；
图10是在图9的10-10线位置切断本发明第一实施方式所涉及的冷却装置整体而示出的剖视图；
图11是在图10的11-11线位置切断本发明第一实施方式所涉及的冷却装置的一部分而示出的剖视图；
图12是在图11的12-12线位置切断本发明第一实施方式所涉及的冷却装置的一部分而示出的剖视图；
图13是示出第二实施方式所涉及的热交换器的基于图3的局部放大俯视图；
图14是示出第二实施方式所涉及的热交换器的图13的14-14线剖视图；
图15是示出其他实施方式所涉及的销的主视图。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下，参照附图对将本发明的热交换器及其制造方法具体化的第一实施方式进行详细说明。
图1通过俯视图示出本实施方式的热交换器21。图2通过图1的2-2线剖视图示出热交换器21。图3通过放大俯视图示出热交换器21的仅由图1的点划线椭圆S1包围的部分。图4通过图3的4-4线剖视图示出热交换器21。
如图1～图4所示，该热交换器21具有铝制的冷却翅片24，该冷却翅片24包括多个翅片部22和支承多个翅片部22的基座部23。在该热交换器21中，多个销26被从翅片部22的顶端侧朝向基座部23压入到相互平行且形成为直线形状的多个翅片部22之间的间隙25中，多个销26的宽度比这些间隙25的宽度宽。由此，多个翅片部22通过塑性变形而形成为波浪形状，多个销26以与基座部23分离的状态固定在多个翅片部22之间。如图2和图4所示，各销26仅压入在翅片部22的顶端侧部分。由此，相邻的翅片部22的销26的压入部分朝向基座部23塑性变形为大致V形。
如图1～图4所示，多个翅片部22之间的间隙25设置有多个。在各间隙25沿着其长度方向等间隔地排列有多个销26。此外，在相邻的间隙25排列的多个销26交替错开配置。通过这样将多个销26相对于冷却翅片24有规则地配置，多个翅片部22形成为有规则的波浪形状。
如图2和图4所示，各销26由铝形成，分别俯视看形成为大致四边形状，侧面的整体形成为锥形状。因而，各销26借助其形成为锥形状的侧面顺畅地压入到相邻的翅片部22之间的间隙25中。因此，能够容易地将销26压入到相邻的翅片部22之间的间隙25中。
接着，对上述的热交换器21的制造方法进行说明。图5通过流程图示出该制造方法。图6通过立体图示出冷却翅片24的挤出成形的情况。图7通过立体图示出刚挤出成形后的冷却翅片24。图8通过主视图示出将多个销26压入到挤出成形为直线形状的多个翅片部22之间的间隙25中的情况。
为了制造该热交换器21，首先最初实施图5的(1)所示的“冷却翅片挤出成形工序”。即，在该工序中，以多个翅片部22相互平行且形成为直线形状的方式对冷却翅片24进行挤出成形。如图6所示，例如通过由挤出成形机31的冲模32从形成为梳齿状的通孔33一体地挤出形成为直线形状的多个翅片部22以及基座23来进行该工序。如图7所示，利用该工序得到在平坦的基座部23上形成相互平行且呈直线形状的多个翅片部22的冷却翅片24。
接着，实施图5的(2)所示的“销压入固定工序”。即，在该工序中，如图8所示，将多个销26从翅片部22的顶端侧朝向基座部23压入到挤出成形为直线形状的多个翅片部22之间的间隙25中，多个销26的宽度比该间隙25的宽度宽。然后，通过塑性变形将多个翅片部22如图1和图3所示地形成为波浪形状，并且如图2和图4所示，多个销26以与基座部23分离的状态固定在多个翅片部22之间。如图1和图2所示，利用该工序得到多个翅片部22借助多个销26形成为波浪形状的热交换器24。
根据以上说明的本实施方式的热交换器21及其制造方法，使多个翅片部22波浪状地塑性变形的多个销26被压入到多个翅片部22之间的间隙25中并一直残留在间隙25中，无需将上述销26从间隙25拔出。因而，不用担心如现有例那样插入翅片部之间的间隙的夹具(销)一端被碰撞而导致夹具(销)折损、或者强行拔出而导致夹具(销)折损。因此，无需在制造时考虑夹具(销)的耐久性。此外，利用残留在多个翅片部22之间的间隙25的多个销26，能够提高热交换器21的构造上的刚度以及强度。
此外，根据本实施方式的热交换器21的制造方法，能够相对于挤出成形的冷却翅片24的多个翅片部22之间的间隙25同时压入多个销26。例如，在将多个销26的顶端部暂时插入冷却翅片24的多个间隙25后，利用加压器等从上同时按压多个销26，由此能够同时压入多个销26。因此，与将各销26单独地压入的情况相比较，能够实现工序的简化。
接着，以下对使用了上述热交换器21的冷却装置进行说明。图9通过俯视图示出本实施方式的冷却装置41的一部分。图10通过在图9的10-10线位置切断的剖视图示出冷却装置41的整体。图11通过在图10的11-11线位置切断的剖视图示出冷却装置41的一部分。图12通过在图11的12-12线位置切断的剖视图示出冷却装置41的一部分。
如图10所示，本实施方式的冷却装置41构成为用于冷却搭载于混合动力汽车、电动汽车等的发热性高的电力变换用的半导体元件42。即，该冷却装置41包括：冷却壳体43，该冷却壳体43形成为平面四边形，并形成为有底的浅箱形；热交换器21，该热交换器21以基座部23为下而容纳于该冷却壳体43中；盖44，该盖44在容纳有热交换器21的状态下覆盖冷却壳体43的上表面开口43a；以及散热器(heat spreader)45，该散热器45固定于盖44的上表面。发热性高的半导体元件41固定于散热器45的上表面。如图9和图10所示，冷却壳体43在上表面外周具有凸缘43b。盖44通过“钎焊”与该凸缘43b的上表面和热交换器21的上表面(出现多个销26的一侧)接合。在该接合状态下，多个翅片部22之间的多个间隙25由盖44覆盖，从而构成作为冷媒的冷却水的流路。此外，如图9所示，在冷却壳体43的底壁形成有用于导入冷却水的入口43c、和用于导出冷却水的出口43d。
因而，根据上述的冷却装置41，通过从入口43c朝冷却壳体43中供给冷却水，该冷却水在多个翅片部22之间的多个间隙25流动，从出口43d向外部导出。此时半导体元件42所产生的热经由散热器45、盖44以及多个翅片部22向在多个间隙25流动的冷却水放出。通过该散热能够冷却半导体元件42。
此外，该冷却装置41使用上述的热交换器21，因此，如图12所示，在多个翅片部22沿着其长度方向隔开规定间隔形成多个波浪形状，在多个翅片部22之间的多个间隙25沿着其长度方向交替地排列收缩部25a和鼓起部25b。因而，如图12中以粗箭头所示的那样，在这些间隙25中流动的冷却水在多个鼓起部25b处反复引起紊流。此外，即使在多个收缩部25a也有可能引起紊流。因此，借助冷却水的紊流能够增加从各翅片部22向冷却水放出的热量，能够提高作为热交换器21的冷却性能。
并且，如图11所示，在上述的多个间隙25的上端侧沿着这些间隙25的长度方向隔开规定间隔配置有多个销26。因而，如图11中以粗箭头所示的那样，在这些间隙25中流动的冷却水在各间隙25的上端侧越过多个销26时反复产生紊流。因此，能够在各间隙25中促进冷却水的紊流，能够进一步增加从各翅片部22向冷却水放出的热量，能够进一步提高作为热交换器21的冷却性能。
即，在使用了本实施方式的热交换器21的冷却装置41中，能够得到利用多个翅片部22的波浪形状促进冷却水的紊流的效果，在此基础上，能够得到利用多个销26进一步促进冷却水的紊流的效果。因而，这样的两个紊流促进效果协作作用，能够提高作为热交换器21和冷却装置41的冷却性能。
[第二实施方式]
接着，参照附图对将本发明的热交换器及其制造方法具体化的第二实施方式进行详细说明。
另外，在以下的说明中，对与上述第一实施方式相同的构成要素标注相同的符号并省略说明，以下以不同点为中心进行说明。
图13通过基于图3的局部放大俯视图示出本实施方式的热交换器。图14通过图13的14-14线剖视图示出该热交换器。
在本实施方式中，多个销的结构这一点与第一实施方式不同。即，在本实施方式中，作为多个销，使用多个锥形螺钉。对于各锥形螺钉，如图13所示，在上表面形成有十字槽27a，如图14所示，外周的整体形成为锥形状。并且，这些锥形螺钉27通过拧入而压入到相邻的翅片部22之间的间隙25中。本实施方式的其他结构与第一实施方式的其他结构基本上相同。
因而，根据本实施方式的热交换器，与仅将销压入到多个翅片部22之间的间隙25中这一点不同，通过在多个翅片部22之间拧入锥形螺钉27，锥形螺钉27被压入间隙25中，相邻的翅片部22被挤出弯曲而塑性变形为波浪形状。此处，仅凭借利用螺旋夹具对锥形螺钉27施加小的扭矩，就能够对锥形螺钉27赋予推力和基于锥形状的楔力。因此，无需对锥形螺钉27赋予为了将锥形螺钉27压入多个翅片部22之间的间隙25而需要的轴力以上的大的轴力。此外，在压入后锥形螺钉27的螺纹牙与翅片部22卡合。因此，之后能够防止锥形螺钉27从翅片部22之间脱落。
对于本实施方式的热交换器及其制造方法所涉及的其他作用效果、以及使用了本实施方式的热交换器的冷却装置所涉及的作用效果，与第一实施方式的作用效果基本上相同。
另外，本发明并不限定于上述各实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够对结构的一部分适当地进行变更并加以实施。
在上述各实施方式中，使用侧面的整体形成为锥形状的销26或锥形螺钉27，但如图15中通过主视图示出的那样，也可以使用仅侧面的顶端部28a形成为锥形状的销28或螺钉。
产业上的可利用性
本发明能够利用于用于冷却搭载于动力混合汽车和电动汽车等的电力变换装置的冷却装置。
标号说明
21…热交换器；22…翅片部；23…基座部；24…冷却翅片；25…间隙；25a…收缩部；25b…鼓起部；26…销；27…锥形螺钉(销)；28…销；28a…顶端部。

Claims (8)

1.一种热交换器，其特征在于，
所述热交换器具有冷却翅片，该冷却翅片包括多个翅片部和支承所述多个翅片部的基座部，
多个销被从所述翅片部的顶端侧朝向所述基座部压入到所述多个翅片部之间的间隙中，从而所述多个翅片部通过塑性变形而形成为波浪形状，所述多个销以与所述基座部分离的状态固定在所述多个翅片部之间，所述多个翅片部相互平行且形成为直线形状，所述多个销的宽度比所述间隙的宽度宽。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
所述多个翅片部之间的间隙设置为多个，在各所述间隙中沿其长度方向排列有分别隔开间隔的多个销，在相邻的间隙中排列的多个销交替地错开配置。
3.如权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，
所述多个销至少其顶端形成为锥形状。
4.如权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，
所述多个销由至少顶端形成为锥形状的螺钉构成，并通过所述螺钉的拧入而压入到所述间隙中。
5.一种热交换器的制造方法，其特征在于，
所述热交换器具有冷却翅片，该冷却翅片包括多个翅片部和支承所述多个翅片部的基座部，
所述制造方法包括以下工序：
挤出成形所述冷却翅片，使得所述多个翅片部相互平行且呈直线形状；和
将多个销从所述翅片部的顶端侧朝向所述基座部压入到所述被挤出成形的所述冷却翅片的所述多个翅片部之间的间隙中，从而将所述多个翅片部通过塑性变形而形成为波浪形状，并将所述多个销以与所述基座部分离的状态固定在所述多个翅片部之间，所述多个销的宽度比所述间隙的宽度宽。
6.如权利要求5所述的热交换器的制造方法，其特征在于，
设置多个所述多个翅片部之间的间隙，在各所述间隙中沿其长度方向排列分别隔开间隔的多个销，在相邻的间隙中排列的多个销交替地错开配置。
7.如权利要求5或6所述的热交换器的制造方法，其特征在于，
所述多个销至少其顶端形成为锥形状。
8.如权利要求5或6所述的热交换器的制造方法，其特征在于，
所述多个销由至少顶端形成为锥形状的螺钉构成，并通过所述螺钉的拧入而压入到所述间隙中。
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