JP2009024967A - 冷却装置の放熱部、および該放熱部を備える冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性、強度、耐久性、耐蝕性に優れ、かつ、小型軽量化および生産性の向上を可能にした、冷却装置の放熱部、該放熱部を備えた冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却装置の放熱部１は、金属製の管部材１０と金属製のコルゲートフィン２０とが交互に多重に重ねて固定され、管部材１０内を流通する流体の熱がコルゲートフィン２０から放出し、その管部材１０は、コルゲートフィン２０に重ねて固定される偏平管状の偏平管部１２と、コルゲートフィン２０に重ならない丸管状の丸管部１１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属製の管部材と金属製のコルゲートフィンとが交互に多重に重ねて固定され、前記管部材内を流通する流体の熱が前記コルゲートフィンから放出される、冷却装置の放熱部および該放熱部を備えた冷却装置に関する。

従来の一般的な冷却装置の放熱部（コア）は、フィンの形状によってコルゲートフィンタイプとプレートフィンタイプとに分類することができる。コルゲートフィンタイプのものとしては、例えば特許文献１の特開２００７−０９３０２４号公報に記載されたようなものがあり、プレートフィンタイプのものとしては、例えば特許文献２の特開２００７−１２０８１３号公報に記載されたようなものがある。

図６は、従来技術におけるコルゲートフィンタイプの放熱部を示し、（ａ）は、その正面図であり、（ｂ）は平面図である。図７は、従来技術におけるプレートフィンタイプの放熱部の一例を示し、（ａ）は、その正面図であり、（ｂ）は平面図である。図８は、従来技術におけるプレートフィンタイプの放熱部の他の例を示し、（ａ）は、その正面図であり、（ｂ）は平面図である。

すなわち、図６に示すコルゲートフィンタイプの放熱部６０は、肉薄の金属板を等間隔に折り重なるように曲げたコルゲートフィン６１と金属製管部材の偏平管６２とを交互に多重に重ねて、コルゲートフィン６１を隣接する偏平管６２の側面に沿うように溶着固定したものである。

このようなコルゲートフィンタイプの放熱部６０の製造は、例えば偏平管６２を銅管とした場合には、先ず、その銅製偏平管６２の表面にハンダによるメッキ等の処理を施しておく。一方、コルゲートフィン６１は、銅、黄銅の肉薄板を等間隔に折り重ねるように曲げておく。次に、コルゲートフィン６１を隣り合う銅製偏平管６２によって挟むようにしたものを多重に重ねて所定の寸法に組み上げる。その後、フラックスを付けて炉内にて高温に加熱する。これにより、ハンダが溶融して偏平管６２とコルゲートフィン６１との間に溶け込み、それらを溶着固定することができる。

また、偏平管６２がアルミ管の場合にはアルミ製コルゲートフィンと組み合わせて製造される。このようにコルゲートフィンタイプの放熱部６０は、製造が容易なので生産性が優れているうえにコルゲートフィン６１の表面積が広いので放熱性にも優れている。

一方、図７に示すプレートフィンタイプの放熱部７０は、金属板に丸穴７３を必要な数だけ開けたプレートフィン７１を積み重ねて全体を所定の寸法にし、その後、それぞれの丸穴７３に金属製管部材の丸管７２を通し、その後、プレートフィン７１に通した丸管７２を拡管することにより、プレートフィン７１と丸管７２とを圧着固定させたものである。

このようにプレートフィンタイプの放熱部７０の製造方法は、管部材６２とコルゲートフィン６１とを溶着固定するコルゲートフィンタイプの放熱部６０の製造方法とは異なり、管部材７２とプレートフィン７１とを圧着で固定するので、管部材７２とプレートフィン７１とを異種金属の組合せにしても製造することができる。また、プレートフィンタイプの放熱部７０は、管部材７２を円筒状にして強度に優れたものにすることができるとともに、プレートフィン７１を強度に優れた材質のものから選択することができるので、全体として強度に非常に優れたものにすることができる。

このように、プレートフィンタイプの放熱部７０は、強度がコルゲートフィンタイプの放熱部６０よりも優れているうえに管部材７２とプレートフィン７１との素材が異なる金属であってもよいという利点を有している。但し、プレートフィンタイプの放熱部であっても図８に示す放熱部８０のように管部材８２を丸管ではなく偏平管にして、プレートフィン８１に形成した矩形穴８３に通すようにしたものでは、管部材８２をプレートフィン８１に圧着固定することができないので、溶着固定にしなければならない。したがって、この場合には管部材８２およびプレートフィン８１の素材を異種金属の組合せにして製造することはできない。

以上のようにコルゲートフィンタイプの放熱部６０とプレートフィンタイプの放熱部７０，８０とには、それぞれの構成に基づく利点がある。

特開２００７−０９３０２４号公報 特開２００７−１２０８１３号公報

しかしながら、コルゲートフィンタイプの放熱部６０は、その構成上の特徴から、使用可能な管部材は偏平管６２であり、丸管とコルゲートフィン６１とを組み合わせることは実質的にできない。このため、管部材６２を丸管にして、形状による強度の向上を図ることができないという問題点がある。また、管部材６２とコルゲートフィン６１とは溶着によって固定するので、管部材６２とコルゲートフィン６１との素材が異種金属となる組合せでは溶着が難しく、実質的に異種金属の組合せによる製造はできないという問題点がある。

一方、プレートフィンタイプの放熱部７０，８０は、そのプレートフィン７１，８１の表面積がコルゲートフィン６１よりも小さいので放熱性に劣る。さらに、重ね合わせた複数枚のプレートフィン７１，８１の穴７３，８３に管部材７２，８２を通すために、プレートフィン７１，８１の板厚は、コルゲートフィン６１の板厚と比較してかなり厚いものを使用せざるを得ない。したがって冷却能力はコルゲートフィンタイプの放熱部６０よりも劣るという問題点がある。

また、プレートフィンタイプの放熱部７０，８０の製造工程には、管部材７２，８２をプレートフィン７１，８１の穴７３，８３に通して組み上げるという特徴的な作業工程が有り、コルゲートフィンタイプの放熱部６０の製造工程には、管部材６２とコルゲートフィン６１とを積み上げていくという特徴的な作業工程が有る。そして、プレートフィンタイプの放熱部７０，８０の製造工程における作業工程は、コルゲートフィンタイプの放熱部６０の製造工程における作業工程よりも簡易ではない。したがって、プレートフィンタイプの放熱部７０，８０は、コルゲートフィンタイプの放熱部６０よりも生産性の点で劣るという問題点がある。

さらにまた、プレートフィンタイプの放熱部であっても、図８に示したもののように管部材８２を偏平管８２にした場合には偏平管８２とプレートフィン８１とを溶着固定しなければならないが、管部材８２とプレートフィン８１とが異種金属となる組合せでは溶着固定は難しいので、製造がきわめて難しいという問題点がある。

本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、放熱性、強度、耐久性、小型軽量化および生産性の向上を可能にした、冷却装置の放熱部および該放熱部を備えた冷却装置を提供することを目的とする。さらに、耐蝕性にも優れた冷却装置の放熱部および該放熱部を備えた冷却装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］ 金属製の管部材（１０）と金属製のコルゲートフィン（２０）とが交互に多重に重ねて固定され、前記管部材（１０）内を流通する流体の熱が前記コルゲートフィン（２０）から放出される、冷却装置の放熱部（１）において、
前記管部材（１０）は、前記コルゲートフィン（２０）に重ねて固定される偏平管状の偏平管部（１２）と、前記コルゲートフィン（２０）に重ならない丸管状の管端部（１１）とを有することを特徴とする冷却装置の放熱部（１）。

［２］ 金属製の管部材（１０）と金属製のコルゲートフィン（２０）とが交互に多重に重ねて固定され、前記管部材（１０）内を流通する流体の熱が前記コルゲートフィン（２０）から放出される、冷却装置の放熱部（１）において、
前記管部材（１０）の外周面に密接して前記管部材（１０）を包むように保持する金属製の中間部材（３０）を有し、
前記中間部材（３０）は、外周面が前記コルゲートフィン（２０）に溶着固定されたことを特徴とする冷却装置の放熱部（１）。

［３］ 金属製の管部材（１０）と金属製のコルゲートフィン（２０）とが交互に多重に重ねて溶着固定され、前記管部材（１０）内を流通する流体の熱が前記コルゲートフィン（２０）から放出される、冷却装置の放熱部（１）において、
前記管部材（１０）は、少なくとも前記コルゲートフィン（２０）に重ねて固定される部分が前記コルゲートフィン（２０）との溶着固定の可能な金属によってコーティングされたことを特徴とする冷却装置の放熱部（１）。

［４］ 前記管部材（１０）は、前記コルゲートフィン（２０）と異なる種類の金属からなることを特徴とする項［２］または［３］に記載の冷却装置の放熱部（１）。

［５］ 前記管部材（１０）は、前記コルゲートフィン（２０）に重ならない管端部（１１）を丸管状としたことを特徴とする項［２］から［４］のいずれか一項に記載の冷却装置の放熱部（１）。

［６］ 流体から熱を放出させて冷却するための冷却装置において、
前記項［１］から［５］のいずれか一項に記載の放熱部（１）を備えることを特徴とする冷却装置。

前記本発明は次のように作用する。
放熱部（１）の金属製の管部材（１０）は、偏平管部（１２）を金属製のコルゲートフィン（２０）と重ねて溶着固定するので、従来のコルゲートフィンタイプの放熱管と同様に製造が容易であり、優れた生産性がある。また、管部材（１０）は、コルゲートフィン（２０）に重ならない両側の管端部（１１）が丸管状となっているので、従来のような偏平管の管端部のものよりも強度が優れている。

また、管部材（１０）の外周面に密接して管部材（１０）を包むように保持する金属製の中間部材（３０）を備え、該中間部材（３０）の外周面をコルゲートフィン（２０）に溶着固定することによって管部材（１０）とコルゲートフィン（２０）とを固定したものでは、管部材（１０）の材質を選択する際に、コルゲートフィン（２０）の材質との組合せの可／不可による制限を受けないので、管部材（１０）とコルゲートフィン（２０）とを異種金属の組合せにするなどして、様々な特性を有する放熱部（１）を製造することができる。また、管部材（１０）は、コルゲートフィン（２０）に重ならない両側の管端部（１１）を丸管状とすることにより、管端部が偏平管のものよりも強度に優れたものにすることができる。

また、管部材（１０）は、少なくともコルゲートフィン（２０）に重ねて固定される部分にコルゲートフィン（２０）との溶着固定が可能な金属をコーティングされたものであり、この重ねて固定される部分をコルゲートフィン（２０）に溶着する場合には、前記中間部材（３０）がなくても管部材（１０）の材質を選択する際に、管部材（１０）の材質とコルゲートフィン（２０）の材質との組合せの可／不可による制限を受けない。このため、管部材（１０）とコルゲートフィン（２０）とを異種金属の組合せにするなどして、様々な特性を有する放熱部（１）を製造することができる。また、管部材（１０）は、コルゲートフィン（２０）に重ならない両側の管端部（１１）を丸管状とすることにより、管端部が偏平管のものよりも強度に優れたものにすることができる。

以上のような放熱部（１）を備えた冷却装置は、強度、耐久性、耐蝕性に優れ、かつ、小型軽量化および生産性の向上を達成したものとして実現することができる。

本発明にかかる冷却装置の放熱部によれば、フィンがコルゲートフィンであるので、優れた放熱性を有しており、小型軽量化が可能であり、生産性に優れるとともにコルゲートフィンに重ならない部分が丸管状であるので、強度や耐久性に優れた放熱部とすることができる。

また、管部材の外周面を密接して包む中間部材を有し、該中間部材をコルゲートフィンに溶着固定するようにしたものでは、管部材とコルゲートフィンとの溶着可能性を考慮することなくそれらの素材となる金属を選択することができるので、耐蝕性に優れたものとしたり、より優れた放熱性を発揮するものとしたりすることができる。

また、中間部材の代わりに、管部材が少なくともコルゲートフィンに重ねて固定される部分をコルゲートフィンとの溶着固定の可能な金属によってコーティングしたものでは、管部材とコルゲートフィンとの溶着可能性を考慮することなくそれらの素材となる金属を選択することができるので、耐蝕性に優れたものとしたり、より優れた放熱性を発揮するものとしたりすることができるうえに、小型軽量化を一層に向上させることができる。

本発明にかかる放熱部を備えた冷却装置は、放熱性、強度、耐久性、小型軽量化および生産性の向上したものとすることができる。

以下、図面に基づき本発明の好適な一実施の形態を説明する。
図１〜５は本発明の一実施の形態を示している。
図１および図２に示すように、放熱部１は、金属製の管部材１０と金属製のコルゲートフィン２０とを金属製の中間部材３０を介して交互に多重に重ねて溶着によって接合したものであり、不図示の冷却装置に装備されるものである。管部材１０とコルゲートフィン２０とは、それぞれの長手方向が一致するように重ねられている。管部材１０は、直線状に延びる伝熱管であり、管端部１１がベント管４０によって連結されており、流路を形成している。図示した例では、管部材１０の隣り合うもの同士がベント管４０によって連結され、全体として１本の流路が形成されている。このようにベント管４０によって連結された管部材１０の内部には流体が流通し、その流体の熱が管部材１０と中間部材３０とを経てコルゲートフィン２０に伝導し、コルゲートフィン２０から放出される。

図１から図５に示すように、管部材１０は、中間部材３０を介してコルゲートフィン２０に重ねて固定される部分が偏平状の偏平管部１２として形成されている。また、コルゲートフィン２０に重ならない管端部１１は、その横断面の形状が円形の丸管状となっている。図３は、中間部材３０が取り付けられた管部材１０を模式的に示す正面図であり、図４は、図３の管部材１０を示す平面図であり、図５は、図３の管部材１０を示す側面図である。

図３および図５に示すように、管部材１０は、偏平管部１２の高さａが管端部１１の外径ｂよりも大きくなっている。また、図４に示すように、中間部材３０の幅ｃは、管端部１１の内径よりも小さくなっている。これらの図に示すように、管部材１０は、丸管の両管端部１１を残して、対向する２方向から所定の圧力をかけて所定量だけ潰すことによって容易に製造することができる。

コルゲートフィン２０は、肉薄の長い帯状の金属板を折り重なるように曲げたものである。このコルゲートフィン２０は、相対する面同士の間隔がほぼ等しくなるように形成されている。このコルゲートフィン２０の長手方向に延びる側面であって、金属板の曲がった板面部分が並んで成る側面は、管部材１０を溶着固定によって接合するための接合面である。管部材１０を溶着固定するためのこの接合面間の幅は、長手方向全体を通して同じになるように形成されている。すなわち、肉薄の長い帯状の金属板は、全長に亘って略同じ幅のものが用いられている。また、管部材１０の偏平管部１２の長さは、コルゲートフィン２０の長手方向の長さと略同じか、やや長めである。

このコルゲートフィン２０と管部材１０との金属材質の組合せが溶着可能なものの場合、例えば管部材１０が銅製であり、コルゲートフィン２０が銅製あるいは黄銅製である場合は、コルゲートフィン２０と管部材１０とを直接に溶着固定することができる。溶着は、コルゲートフィン２０の長手方向に沿うように前記接合面に管部材１０の偏平管部１２を溶着する。

図示した例では、管部材１０の外周面に接して該管部材１０を包むように金属製の中間部材３０が配設されている。中間部材３０は、偏平管状に形成された部材である。中間部材３０は、例えば、金属板を管部材１０の偏平管部１２に巻き付けるように屈曲したものであり、その内面３１が管部材１０の外周面に密接するようにしたものである。中間部材３０の内面３１が管部材１０の外周面に密接するようにするためには、管部材１０に巻き付けるようにした中間部材３０を管部材１０に圧着すればよい。

この中間部材３０とコルゲートフィン２０とは、溶着固定が可能な組合せの金属であり、中間部材３０がコルゲートフィン２０に金属溶着によって固定されている。したがって、管部材１０は、コルゲートフィン２０と直接には溶着固定されていないが、コルゲートフィン２０と重なる偏平管部１２が中間部材３０と圧着しているので、中間部材３０を介してコルゲートフィン２０に固定されている。

これにより、管部材１０とコルゲートフィン２０とは、溶着可能な組合せの金属とする必要がなくなり、用途に応じて管部材１０とコルゲートフィン２０との金属材質を選択することによってさまざまな特性を有する放熱部１を製造することができる。そして、本願発明の目的とする放熱性、強度、耐久性、耐蝕性に優れ、かつ、小型軽量化および生産性の向上を達成した、冷却装置の放熱部１を実現することができる。

なお、中間部材３０は、外周面が完全に閉じた管状体でもよいし、完全に閉じた管状体でなく、例えば断面形状がＣ字状のように一部が開いたものであってもよい。但し、この場合には、その開いた部分がコルゲートフィン２０の接合面に溶着する側面には位置しないようにする必要がある。

コルゲートフィン２０と重ならない管部材１０の管端部１１は、Ｕ字状に形成されたベント管４０によって連結されており、流体が流通可能な流路を形成している。図示した例では、各管部材１０が放熱部１内に１本の流路を形成して連通するように、隣り合う管部材１０の管端部１１同士がベント管４０によって連結されている。

次に作用を説明する。
放熱部１は、管部材１０とコルゲートフィン２０とが重なって接合するように溶着固定するが、管部材１０とコルゲートフィン２０とを直接に接触させて溶着するのではなく、中間部材３０を介して接合する。そのために、予め管部材１０には、その外周面に密接して管部材１０を包むように保持する中間部材３０を取り付けておく。

管部材１０は、その管端部１１を丸管状にするために、丸管の両管端部を残して中間部分を対向する２方向から押し潰すようにして偏平管状に形成した偏平管部１２を有している。この偏平管部１２に中間部材３０となる金属板を巻き付けて、偏平管部１２と中間部材３０とを圧着させることにより、中間部材３０の内面３１と管部材１０の外周面とが密接するとともに、管部材１０と中間部材３０とが固定される。

次に、中間部材３０の表面に金属製の接合材によるメッキ等の処理を施してから、中間部材３０を備えた管部材１０とコルゲートフィン２０とを交互に多重に重ねるようにして所定の寸法に組み上げる。次に、溶着固定する部分にフラックスを付けてから炉内に入れて高温に加熱する。加熱温度が接合材の溶融温度以上になると、接合材が融けて中間部材３０とコルゲートフィン２０との間隙を埋める。その後に冷却することにより、接合材が固まって中間部材３０とコルゲートフィン２０とが溶着固定される。

このように中間部材３０を介して管部材１０とコルゲートフィン２０とを固定するので、中間部材３０がコルゲートフィン２０と溶着可能な金属であればよい。これにより、管部材１０の材質は、管部材１０とコルゲートフィン２０とが溶着可能な金属の組合せとなるものであるか否かによる制限を受けることがない。すなわち、材質の選択肢が広がることとなり、管部材１０とコルゲートフィン２０とをこれまでは実現できなかった異種金属の組合せにすることができる。

例えば、銅管をアルミ製コルゲートフィンと組み合わせた放熱部の製造が可能である。従来は、管部材を銅管とした場合、銅、黄銅のコルゲートフィンか、または銅、黄銅、アルミのプレートフィンかのいずれかのフィンタイプとの組合せになっていた。しかし、銅、黄銅コルゲートフィンタイプは、使用されるハンダ成分の鉛が環境面から問題となっており、一方、プレートフィンタイプは、冷却能力が劣るために冷却能力を補完する必要から必然的に大型化され、それが重量増にも結びついていた。なお、アルミのプレートフィンとの組合せでは、銅管は、圧着固定に限られるので、丸管に限定されていた。これに対して、本願発明によって可能になった、銅管をアルミ製コルゲートフィンと組み合わせた放熱部によれば、これらの問題が全て解決される。

また、医療用、食品用の冷却器を製造する場合、健康への配慮から金属イオン溶出不可の条件が付帯することが多く、その場合は、ステンレス管を使用することとなるので、フィンタイプはプレートフィンに限定されていた。しかしながら、本願発明の放熱部によれば、アルミの中間部材を介することによってステンレス管をアルミコルゲートフィンとの組合せで使用することが可能になる。これによって冷却能力が高まり、その結果として小型化が可能となって、省スペースおよび軽量化が可能である上に生産性も向上することとなった。
この他、チタンや他の金属を使用して冷却能力の高い放熱部を製造することが可能となる。

さらにまた、管部材１０は、コルゲートフィン２０に重ならない両側の管端部１１を丸管状としてある。これにより、放熱部１は、丸管の持つ優れた強度と耐久性およびコルゲートフィンの持つ高い放熱性それぞれを併せ持って、強度、耐久性、および冷却性に優れたものとなった。

また、両管端部１１の開口部分の形状を真円形状とすることにより、流体がチューブ内に流入する際の圧力損失を小さくすることができる。これにより、放熱部１は、インタークーラーやオイルクーラー等の用途にも適するものとなった。

本実施の形態では、管部材１０として、丸管の両管端部を丸管のままに残し、中間部分を偏平管状に形成したものについて説明したが、管部材１０の全体が偏平管であるものを使用してもよい。また、管部材１０は、角管であってもよい。

この場合にも、中間部材３０を備えることにより、管部材１０とコルゲートフィン２０との組合せを異種金属同士の組合せにすることができ、それに伴う前記の本願発明に特有の各作用効果を発揮することとなる。

さらに、中間部材３０を設けることなく、管部材１０がコルゲートフィン２０と接合する部分にコルゲートフィン２０との溶着が可能な金属によってコーティングした塗装膜を設けてもよい。

この場合にも、前記の本願発明に特有の各作用効果を発揮することとなる。さらに、中間部材３０を備えていない分だけ、より一層の軽量化を図ることができる。

以上に説明してきた放熱部１を冷却装置に備えることによって、前記の各作用効果を有する冷却装置を実現することができる。

本発明の一実施の形態に係る放熱部を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係る放熱部を示す正面図である。 図１における放熱部の管部材と中間部材とを示す正面図である。 図１における放熱部の管部材と中間部材とを示す平面図である。 図１における放熱部の管部材と中間部材とを示す側面図である。 従来のコルゲートフィンタイプの放熱部の一例を示す図である。 従来のプレートフィンタイプの放熱部の一例を示す図である。 従来のプレートフィンタイプの放熱部の他の例を示す図である。

符号の説明

１…放熱部
１０…管部材
１１…管端部
１２…偏平管部
２０…コルゲートフィン
３０…中間部材
３１…内面
４０…ベント管
６０…放熱部
６１…コルゲートフィン
６２…偏平管
７０…放熱部
７１…プレートフィン
７２…丸管
７３…丸穴
８０…放熱部
８１…プレートフィン
８２…管部材
８３…矩形穴

Claims (6)

1. 金属製の管部材と金属製のコルゲートフィンとが交互に多重に重ねて固定され、前記管部材内を流通する流体の熱が前記コルゲートフィンから放出される、冷却装置の放熱部において、
   前記管部材は、前記コルゲートフィンに重ねて固定される偏平管状の偏平管部と、前記コルゲートフィンに重ならない丸管状の管端部とを有することを特徴とする冷却装置の放熱部。
2. 金属製の管部材と金属製のコルゲートフィンとが交互に多重に重ねて固定され、前記管部材内を流通する流体の熱が前記コルゲートフィンから放出される、冷却装置の放熱部において、
   前記管部材の外周面に密接して前記管部材を包むように保持する金属製の中間部材を有し、
   前記中間部材は、外周面が前記コルゲートフィンに溶着固定されたことを特徴とする冷却装置の放熱部。
3. 金属製の管部材と金属製のコルゲートフィンとが交互に多重に重ねて溶着固定され、前記管部材内を流通する流体の熱が前記コルゲートフィンから放出される、冷却装置の放熱部において、
   前記管部材は、少なくとも前記コルゲートフィンに重ねて固定される部分が前記コルゲートフィンとの溶着固定の可能な金属によってコーティングされたことを特徴とする冷却装置の放熱部。
4. 前記管部材は、前記コルゲートフィンと異なる種類の金属からなることを特徴とする請求項２または３に記載の冷却装置の放熱部。
5. 前記管部材は、前記コルゲートフィンに重ならない管端部を丸管状としたことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の冷却装置の放熱部。
6. 流体から熱を放出させて冷却するための冷却装置において、
   前記請求項１から５のいずれか一項に記載の放熱部を備えることを特徴とする冷却装置。

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