CN116772636A - 冷却部件 - Google Patents

Abstract

冷却部件具有：板状的基座部，其在沿着制冷剂流动的方向的第一方向和与第一方向正交的第二方向上扩展，在与第一方向及第二方向正交的第三方向上具有厚度；以及多个翅片，其从基座部向第三方向一侧突出并在第一方向上延伸，并且在第二方向上排列配置。多个翅片分别具有弯曲部，该弯曲部通过将向第二方向一侧突出的凸部和从第二方向另一侧向一侧凹陷的凹部配置在第一方向上的相同位置而弯曲。

Description

冷却部件

技术领域

本发明涉及一种冷却部件。

背景技术

以往，在发热体的冷却中使用冷却部件。冷却部件具有基座部、多个柱状翅片和多个板状翅片。多个柱状翅片从基座部向制冷剂的流路突出。多个板状翅片沿制冷剂的流通方向延伸，将相邻的柱状翅片连结。通过板状翅片能够抑制制冷剂的流速降低，与仅具有柱状翅片的结构相比能够提高冷却性能(例如，参照专利文献1)。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]WO2019/176620号公报

以往的冷却部件需要通过钎焊等接合方法来连结柱状翅片和板状翅片。因此，若将多个板状翅片分别与柱状翅片连结，则存在制造成本变高的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够通过实现了低成本化的结构来确保有效的冷却性能的技术。

本发明的示例的冷却部件具有：板状的基座部，其在沿着制冷剂流动的方向的第一方向和与第一方向正交的第二方向上扩展，在与第一方向及第二方向正交的第三方向上具有厚度；以及多个翅片，其从所述基座部向第三方向一侧突出并沿第一方向延伸，并且在第二方向上排列配置。所述多个翅片分别具有弯曲部，所述弯曲部通过将向第二方向一侧突出的凸部和从第二方向另一侧向一侧凹陷的凹部配置在第一方向上的相同位置而弯曲。

根据本发明，能够以实现低成本化的结构确保有效的冷却性能。

附图说明

图1是本发明的实施方式的冷却部件的立体图。

图2是冷却部件的侧视图。

图3是冷却部件的俯视图。

图4是冷却部件的仰视图。

图5是冷却部件的局部放大剖视图。

图6是从第二方向一侧观察翅片的立体图。

图7是从第二方向一侧观察翅片的局部放大立体图。

图8是从第二方向另一侧观察翅片的立体图。

图9是从第二方向另一侧观察翅片的局部放大立体图。

图10是变形例1的冷却部件的局部放大剖视图。

图11是变形例2的冷却部件的局部放大剖视图。

图12是比较例1的冷却部件的局部放大剖视图。

图13是比较例2的冷却部件的局部放大剖视图。

图14是比较例3的冷却部件的局部放大剖视图。

图15是示出实施方式及变形例和比较例的冷却部件的发热体的最大温度的曲线图。

图16是示出实施方式及变形例和比较例的冷却部件的制冷剂的压力损失的曲线图。

图17是示出改变实施方式的冷却部件的翅片形状时的发热体的最大温度的曲线图。

图18是示出改变实施方式的冷却部件的翅片形状时的制冷剂的压力损失的曲线图。

(符号说明)

1…冷却部件，2…基座部，3…翅片，3a…壁部，3b…底板部，3c…顶板部，4…罩部件，31…弯曲部，31a…凸部，31b…凹部，31M…弯曲部，31N…弯曲部，102…基座部，103…翅片，202…基座部，203…翅片，302…基座部，303…翅片，304…分隔件，H…发热体，X…第一方向，Y…第二方向，Z…第三方向。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的示例的实施方式进行说明。另外，本发明的范围并不限定于以下的实施方式，能够在本发明的技术思想的范围内任意变更。

在本说明书中，将第一方向作为X方向，在图中示出了指示第一方向一侧的箭头X1和指示第一方向另一侧的箭头X2。第一方向X沿着制冷剂流动的方向。另外，将与第一方向X正交的第二方向作为Y方向，在图中示出了指向第二方向一侧的箭头Y1和指向第二方向另一侧的箭头Y2。另外，将与第一方向X及第二方向Y正交的第三方向作为Z方向，在图中示出了指向第三方向一侧的箭头Z1和指向第三方向另一侧的箭头Z2。另外，这些方向的定义并不限定冷却部件的使用时的朝向及位置关系。另外，在本说明书中使用的“平行”、“正交”并不示出严格意义上的平行、正交，而是包括大致平行、大致正交。

＜1.冷却部件的概略结构＞

图1是实施方式的冷却部件1的立体图。图2是冷却部件1的侧视图。图3及图4是冷却部件1的俯视图及仰视图。

在本实施方式中，冷却部件1设置于未图示的液冷套，是对在第一方向X上排列配置的多个发热体H进行冷却的部件。发热体H例如是用于驱动车辆的车轮的牵引马达所具备的逆变器的功率晶体管。该功率晶体管例如是IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)。在这种情况下，冷却部件1安装在牵引马达上。另外，发热体H的个数可以是图2所示的六个以外的多个，也可以是1个。

冷却部件1具有基座部2和多个翅片3。

基座部2是在第一方向X且第二方向Y上扩展、在第三方向Z上具有厚度的板状。基座部2由热传导性高的金属构成，例如由铜构成。

多个翅片3配置在基座部2的第三方向一侧Z1的一面上。多个翅片3从基座部2向第三方向一侧Z1突出，并沿第一方向X延伸。翅片3是沿第一方向X和第三方向Z延伸的板状，例如由金属构成。多个翅片3在第二方向Y上排列配置。

发热体H与基座部2的第三方向另一侧Z2的一面直接或间接地接触。发热体H在从第三方向Z观察时与多个翅片3重叠。制冷剂在第二方向Y上彼此相邻的多个翅片3之间沿第一方向X流动。由此，制冷剂经由基座部2及多个翅片3从发热体H吸热。制冷剂例如是水或乙二醇水溶液。这样，冷却部件1对发热体H进行冷却。

＜2.翅片的详细结构＞

＜2-1.实施方式的基本结构＞

图5是冷却部件1的局部放大剖视图。图6和图7是从翅片3的第二方向一侧Y1观察的立体图和局部放大立体图。图8及图9是从翅片3的第二方向另一侧Y2观察的立体图及局部放大立体图。

如上所述，翅片3沿第一方向X和第三方向Z延伸。翅片3相对于第三方向Z在制冷剂流动的第一方向X上较长地延伸。翅片3具有壁部3a、底板部3b和顶板部3c。

壁部3a为沿第一方向X及第三方向Z延伸且在第二方向Y上具有厚度的板状。底板部3b从壁部3a的第三方向另一侧Z2的端部向第二方向一侧Y1折弯而形成。顶板部3c从壁部3a的第三方向一侧Z1的端部向第二方向一侧Y1弯折而形成。底板部3b和顶板部3c在第三方向Z上相对。因此，当从第一方向X观察时，翅片3具有U形截面。

另外，底板部3b和顶板部3c各自的第二方向Y的前端部与在第二方向Y上相邻的另一翅片3的壁部3a接触。由此，形成由在第二方向Y上相邻的翅片3彼此的两个壁部3a、以及一个翅片3的底板部3b和顶板部3c围成的封闭空间。制冷剂在该封闭空间内沿第一方向X流通。在多个翅片3的第二方向一侧Y1的端部配置有仅由相当于壁部3a的部分构成的罩部件4(参照图3)。

多个翅片3分别具有弯曲部31。弯曲部31配置在翅片3的壁部3a上。弯曲部31由在第一方向X上相对的凸部31a和凹部31b构成。

弯曲部31以凸部31a和凹部31b配置在第一方向X的相同位置的方式弯曲。凸部31a向第二方向一侧Y1突出。凹部31b从第二方向另一侧Y2向第二方向一侧Y1凹陷。弯曲部31能够通过对翅片3的壁部3a进行例如冲压加工而形成。

根据上述结构，能够通过冲压加工等容易地在沿制冷剂流动的第一方向X延伸的翅片3上形成一体的弯曲部31。而且，当制冷剂与弯曲部31碰撞时，在沿第一方向X延伸的壁部3a的侧面上发展的温度边界层被破坏，热传递特性提高。因此，通过实现低成本化的结构，能够确保有效的冷却性能。

另外，如图5所示，多个翅片3分别具有在第一方向X上排列配置的多个弯曲部31。在本实施方式中，多个弯曲部31例如在第一方向X上每隔距离L1等间隔地排列配置。根据该结构，能够破坏在壁部3a的侧面发展的温度边界层，促进紊流的生成。由此，能够进一步提高热传递特性，能够提高冷却性能。

另外，如图5所示，多个弯曲部31朝向第二方向一侧Y1弯曲。即，多个弯曲部31向第二方向Y的相同方向弯曲。根据该结构，能够容易地在翅片3上形成多个弯曲部31。

另外，如图5所示，多个翅片3分别由相同形状的部件构成。由此，弯曲部31被配置在多个翅片3各自的第一方向X上的相同位置。换言之，弯曲部31在多个翅片3之间沿着第二方向Y排列。根据该结构，通过排列相同形状的翅片3，能够形成实现冷却性能提高的流路，能够抑制成本上升。

另外，如图5至图9所示，弯曲部31从第三方向Z观察为半圆状。而且，弯曲部31从第二方向Y观察为矩形。即，弯曲部31形成为将沿第三方向Z延伸的圆筒沿第一方向X和第三方向Z分割的半圆筒状。根据该结构，在翅片3的壁部3a的侧面，能够在第三方向Z的整个区域促进紊流的生成，能够提高热传递特性。

＜2-2.变形例1＞

图10是变形例1的冷却部件1的局部放大剖视图。变形例1的冷却部件1具有多个翅片3。多个翅片3分别具有多个弯曲部31。弯曲部31在第二方向Y上每隔一个排列配置的多个翅片3中，分别配置在第一方向X上的相同位置。

＜2-3.变形例2＞

图11是变形例2的冷却部件1的局部放大剖视图。变形例2的冷却部件1具有多个翅片3。多个翅片3分别具有多个弯曲部31。多个弯曲部31中，向第二方向一侧Y1弯曲的弯曲部31M和向第二方向另一侧Y2弯曲的弯曲部31N在第一方向X上交替配置。

＜3.冷却部件的冷却性能＞

接着，关于本发明的冷却部件的冷却性能，评价了冷却部件的结构对发热体的最大温度和制冷剂的压力损失的影响。使用图12至图18说明其结果。另外，本发明的实施方式(Ex)、变形例1(Ev1)以及变形例2(Ev2)的冷却部件1具有使用图1至图11在前面说明的结构。

＜3-1.相对于比较例的效果＞

图12、图13和图14是比较例1(C1)、比较例2(C2)和比较例3(C3)的冷却部件的局部放大剖视图。

如图12所示，比较例1(C1)的冷却部件相对于基座部102具有多个翅片103。翅片103具有沿第一方向X和第三方向Z延伸的板状。翅片103相对于第三方向Z在制冷剂流动的第一方向X上较长地延伸。多个翅片103在第二方向Y上隔开规定的间隔并排配置。制冷剂通过在第二方向Y上彼此相邻的多个翅片103之间并沿第一方向X流通。

如图13所示，比较例2(C2)的冷却部件相对于基座部202具有多个翅片203。翅片203是沿第三方向Z延伸的圆柱形状的所谓的针翅片。多个翅片203在第一方向X和第二方向Y上相互隔开间隔地排列配置。制冷剂通过在第一方向X和第二方向Y上彼此相邻的多个翅片203之间并沿着第一方向X流通。

如图14所示，比较例3(C3)的冷却部件相对于基座部302具有多个翅片303和多个分隔件304。翅片303是沿第三方向Z延伸的圆柱形状的所谓的针翅片。多个翅片303在第一方向X和第二方向Y上相互隔开间隔地排列配置。分隔件304具有沿第一方向X和第三方向Z延伸的板状。分隔件304将在第一方向X上彼此相邻的两个翅片303连接。制冷剂通过由多个翅片303和多个分隔件304分隔并沿第一方向X延伸的间隙内，并沿第一方向X流通。

图15是示出实施方式及变形例和比较例的冷却部件的发热体的最大温度的曲线图。图15示出通过模拟得到的发热体的最大温度的结果。图15的横轴示出比较例1(C1)、比较例2(C2)及比较例3(C3)的冷却部件与本发明的实施方式(Ex)、变形例1(Ev1)及变形例2(Ev2)的冷却部件1的结果。图15的纵轴“MT”是发热体的最大温度，越向上方示出温度越高。

根据图15可知，相对于仅由板状的翅片103构成的比较例1(C1)的冷却部件，具有针翅片的比较例2(C2)及比较例3(C3)的冷却部件的发热体的最大温度低，冷却性能高。比较例2(C2)及比较例3(C3)的冷却部件通过设置针翅片，显示出对发热体的冷却性能提高。

与此相对，可知实施方式(Ex)、变形例1(Ev1)及变形例2(Ev2)的冷却部件1与比较例2(C2)及比较例3(C3)的冷却部件同样，发热体的最大温度低，冷却性能高。实施方式(Ex)、变形例1(Ev1)以及变形例2(Ev2)的冷却部件1通过在翅片3上设置弯曲部31，与具有针翅片的比较例的冷却部件同样地，显示出对发热体的冷却性能提高。因此，通过实现低成本化的结构，能够确保有效的冷却性能。

图16是示出实施方式及变形例和比较例的冷却部件的制冷剂的压力损失的曲线图。图16示出通过模拟得到的制冷剂的压力损失的结果。图16的横轴示出比较例1(C1)、比较例2(C2)及比较例3(C3)的冷却部件与本发明的实施方式(Ex)、变形例1(Ev1)及变形例2(Ev2)的冷却部件1的结果。图16的纵轴“PL”是制冷剂的压力损失，示出越向上方损失越大。

根据图16可知，仅由板状的翅片103构成的比较例1(C1)的冷却部件，制冷剂的压力损失最低。比较例2(C2)及比较例3(C3)的冷却部件由于具有针翅片，因此与比较例1(C1)的冷却部件相比，制冷剂的压力损失高。但是，如果考虑对发热体的冷却性能(参照图15)，则该压力损失在可容许的范围内。

实施方式(Ex)、变形例1(Ev1)以及变形例2(Ev2)的冷却部件1中的制冷剂的压力损失与比较例2(C2)以及比较例3(C3)的冷却部件为相同程度。即，实施方式(Ex)、变形例1(Ev1)以及变形例2(Ev2)的冷却部件1为容许范围内的制冷剂的压力损失，与比较例的冷却部件相比能够以实现低成本化的结构确保有效的冷却性能。

另外，如图10所示，变形例1(Ev1)的冷却部件1的弯曲部31在沿第二方向Y每隔一个排列配置的多个翅片3中，分别配置在第一方向X的相同位置。另外，变形例2(Ev2)的冷却部件1的多个弯曲部31如图11所示，向第二方向一侧Y1弯曲的弯曲部31M和向第二方向另一侧Y2弯曲的弯曲部31N在第一方向X上交替配置。在这些变形例中，通过实现低成本化的结构，也能够确保有效的冷却性能。

＜3-2.改变翅片形状时的效果＞

本发明的冷却部件1具有例如图5所示的翅片3的形状。在第二方向Y上相邻的翅片3彼此具有间隔L0。在第一方向X上相邻的弯曲部31彼此具有距离L1。弯曲部31相对于壁部3a以突出量L2向第二方向Y突出。然后，以图5所示的实施方式(Ex)的冷却部件1的翅片3为代表，评价了改变翅片形状时的效果。

图17是示出改变了实施方式的冷却部件1的翅片形状的情况下的发热体H的最大温度的曲线图。图17示出通过模拟得到的发热体的最大温度的结果。详细地说，在本发明的实施方式(Ex)的冷却部件1的翅片3(参照图5)中，改变了弯曲部31向第二方向Y的突出量L2相对于在第二方向Y上相邻的翅片3彼此的间隔L0的比例“L2/L0”。图17的横轴是翅片3的“L2/L0”，以5种进行评价。本发明的实施方式(Ex)中，L2/L0＝0.533。图17的纵轴“MT”是发热体的最大温度，对应于图15所示的温度T1至T2的范围。

根据图17可知，实施方式(Ex，L2/L0＝0.533)的冷却部件1的发热体的最大温度最低，冷却性能最高。并且，可知当达到L2/L0＝0.600以上时，发热体的最大温度逐渐上升。由此，关于发热体的最大温度，翅片3的“L2/L0”优选为0.54以下。

图18是示出改变实施方式的冷却部件1的翅片形状时的制冷剂的压力损失的曲线图。图18示出通过模拟得到的制冷剂的压力损失的结果。图18的横轴与图17相同，是翅片3的“L2/L0”，以5种进行评价。图18的纵轴“PL”是制冷剂的压力损失，示出越向上方损失越大。

根据图18可知，随着翅片3的“L2/L0”变大，制冷剂的压力损失上升。即，可知随着弯曲部31相对于翅片3的壁部3a的突出量L2变大，制冷剂的压力损失上升。由此，关于制冷剂的压力损失，优选尽量减小翅片3的“L2/L0”。

根据基于图17以及图18的评价，冷却部件1在将在第二方向Y上相邻的翅片3彼此的间隔设为L0、将在第一方向X上相邻的弯曲部31彼此的距离设为L1、将弯曲部31向第二方向Y的突出量设为L2时，满足以下的式(1)、式(2)。

L1/L0≥3…(1)

L2/L0≤0.54…(2)

实施方式(Ex)、变形例1(Ev1)以及变形例2(Ev2)的冷却部件1全部基于这两个式子的条件而构成。根据该结构，不会妨碍在第二方向Y上相邻的翅片3之间的制冷剂的流动，能够实现冷却性能的提高。

＜4.其他＞

以上，说明了本发明的实施方式。另外，本发明的范围并不限定于上述内容。本发明能够在不脱离其主旨的范围内实施结构的附加、省略、置换以及其他各种变更。另外，上述的实施方式以及变形例能够在不产生矛盾的范围内适当地任意组合。

例如，也可以采用在发热体与冷却部件之间设置蒸汽室或热管的结构。

本发明能够利用于各种发热体的冷却。

Claims (8)

1.一种冷却部件，其特征在于，具有：

板状的基座部，所述基座部在沿着制冷剂流动的方向的第一方向和与所述第一方向正交的第二方向上扩展，在与所述第一方向和所述第二方向正交的第三方向上具有厚度；以及

多个翅片，所述多个翅片从所述基座部向所述第三方向一侧突出并沿第一方向延伸，并且沿所述第二方向排列配置，

所述多个翅片分别具有弯曲部，所述弯曲部通过将向所述第二方向一侧突出的凸部和从所述第二方向另一侧向一侧凹陷的凹部配置在第一方向上的相同位置而弯曲。

2.根据权利要求1所述的冷却部件，其特征在于，

所述多个翅片分别具有在所述第一方向上排列配置的多个所述弯曲部。

3.根据权利要求2所述的冷却部件，其特征在于，

所述多个弯曲部向与所述第二方向相同的方向弯曲。

4.根据权利要求2所述的冷却部件，其特征在于，

在所述多个弯曲部中，向所述第二方向一侧弯曲的所述弯曲部和向所述第二方向另一侧弯曲的所述弯曲部在所述第一方向上交替地配置。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的冷却部件，其特征在于，

在将所述第二方向上相邻的所述翅片彼此的间隔设为L0、将所述第一方向上相邻的所述弯曲部彼此的距离设为L1、将所述弯曲部向所述第二方向的突出量设为L2时，满足以下的式(1)、式(2)：

L1/L0≥3…(1)

L2/L0≤0.54…(2)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却部件，其特征在于，

所述弯曲部在所述多个翅片中分别配置在所述第一方向的相同位置。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却部件，其特征在于，

所述弯曲部在沿所述第二方向每隔一个地排列配置的所述多个翅片中分别配置在所述第一方向的相同位置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的冷却部件，其特征在于，

所述弯曲部从所述第三方向观察时为半圆状，从所述第二方向观察时为矩形。