JP2012182282A - 冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却器において、冷媒が漏れることなく、効果的に熱交換を行うことである。
【解決手段】冷却器１０は、ベース板と、ベース板の両端部設けられる壁部と、複数の部分フィンとを有するフィン体として、一方側フィン体２０と他方側フィン体３０を用いる。一方側フィン体２０と他方側フィン体３０のそれぞれの壁部の先端側が互いに向かい合わされて一体化され、一体化されたときに、それぞれの部分フィンである一方側部分フィン２６と他方側部分フィン３６の先端が合わされてフィン１６を形成する。ここで、向かい合う部分フィンは、互いに向かい合う対向面４２，４４の間に対向隙間４６が形成されるようにそれぞれのベース板からの対向面４２，４４の高さがそれぞれ設定され、それぞれのベース板から立設する方向に対し対向面４２，４４が傾斜する形状を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却器に係り、特に、冷媒が流れる方向に沿って流路内に延伸する複数のフィンを含む冷却器に関する。

冷媒が流れる冷却器に発熱体等の冷却対象を接触させて、冷媒に熱を運び出させることができる。そして、効率的な冷却のために、冷却対象に接触する冷却器のケースからフィンを冷媒の流れの中に延ばすことが行われる。

例えば、特許文献１には、液冷ジャケットにおいて、枠体形状のジャケット本体の両面の開口部に両側から封止体を固定する構成が述べられている。それぞれの封止体は、板状の蓋板部と、蓋板部の片面に互いに平行で蓋板部に対して直交して配置された複数のフィンを含んで構成される。ここで、フィンの高さは、その先端部が対向する封止対の先端面と当接あるいは近接するように設定されると述べられている。

特許文献２には、内部に冷却液を貫流させる冷却体として、冷却対の発熱体との接触面となる対向する両面からそれぞれ仕切板を交互に突き出すようにする構成が開示されている。この構成によって、冷却液の流れが、冷却体の一方端から他方端へ、接触面に垂直な方向−接触面に平行な方向−接触面に垂直で先ほどと逆の方向−接触面に平行な方向−と変更しながら、ジグザグ状に貫流する。これによって、流れの方向が変更されるところで渦が発生し、流れが攪拌されて効率的な冷却ができると述べられている。

特許文献３には、互いに平行に配置される複数のフィンの間に冷媒を流すヒートシンク装置において、隣接するフィンの間に板材を冷媒の流れ方向に対し斜めに配置し、その板材に開口を設ける構成が開示されている。この構成によって、冷媒はフィンに当たりながら流すようにでき、フィンに伝導した熱を効率的に除去できると述べられている。

特開２０１０−１４１１１３号公報 特開２００４−３３２９７７号公報 特開２０１０−２７８２８６号公報

冷媒の流れの中にフィンを設けて、フィンを通して熱交換を行うことで効率的な冷却を行うことができる。冷媒が流れる管路の両側に冷却対象がある場合には、管路の両側からフィンを延ばすことになる。これを進めると、管路の中を冷媒の流れる方向に延伸するフィンで仕切ることが考えられる。内部がフィンで仕切られた管路を製作するには、複雑な加工が必要となる。

そこで、特許文献１に述べられているように、平行にフィンが設けられた板材を上下から突き合わせて、管路を形成し、これを冷却器とすることが行われる。このように２つの部材を突き合わせて冷却器の外形と、その内部のフィンを形成すると、冷媒が漏れないように冷却器を形成しようとするときに、加工精度のばらつきにより、内部のフィンがうまく突き合わせられないことが生じ得る。

１つの場合は、冷却器を形成するために２つの部材の外形を突き合わせると、向かい合うフィンの間に隙間ができる。もう１つの場合は、向かい合うフィンの方が先に突き当てられて、向かい合う外形の間に隙間ができる。前者の場合には、流路がフィンで仕切られることが不十分となり、例えば、フィンの根元側の冷媒の流れが少なくなって熱交換の効率が低下する。後者の場合には、冷媒が管路から漏れる。

本発明の目的は、冷媒が漏れることなく、効果的に熱交換を行うことができる冷却器を提供することである。

本発明に係る冷却器は、冷媒が流れる方向に沿って流路内に延伸する複数のフィンを含む冷却器であって、冷媒が流れる方向に延伸する一方側ベース板と、一方側ベース板の両端部にそれぞれ立設して設けられる一方側壁部と、両端部の一方側壁部の間に互いに流路幅間隔を開けて一方側ベース板から立設して配置される複数の一方側部分フィンと、を有する一方側フィン体と、冷媒が流れる方向に延伸する他方側ベース板と、他方側ベース板の両端部にそれぞれ立設して設けられる他方側壁部と、両端部の他方側壁部の間に互いに流路幅間隔を開けて他方側ベース板から立設して配置される複数の他方側部分フィンと、を有し、一方側フィン体と組み合わされる他方側フィン体と、を含み、一方側壁部の先端側とこれに対応する他方側壁部の先端側とが互いに向かい合わされて一方側フィン体と他方側フィン体とが一体化され、一体化されたときに、一方側部分フィンの先端側とこれに対応する他方側部分フィンの先端側が互いに向かい合わされてフィンを形成し、一方側部分フィンとこれに対応する他方側部分フィンは、互いに向かい合う対向面の間に対向隙間が形成されるように一方側ベース板または他方側ベース板からの対向面の高さがそれぞれ設定され、一方側ベース板または他方側ベース板から立設する方向に対し対向面が傾斜する形状を有することを特徴とする。

また、本発明に係る冷却器において、互いに隣接するフィンの間に形成される流路について、その流路の両側の各フィンのそれぞれの対向隙間の高さ位置が相互に食い違っていることが好ましい。

また、本発明に係る冷却器において、一方側フィン体は、他方側フィン体と同一形状であることが好ましい。

上記構成により、冷却器は、ベース板と、ベース板の両端部設けられる壁部と、複数の部分フィンとを有するフィン体を２つ用い、２つのフィン体のそれぞれの壁部の先端側が互いに向かい合わされて２つのフィン体が一体化され、一体化されたときに、それぞれの部分フィンの先端が合わされてフィンを形成する。ここで、向かい合う部分フィンは、互いに向かい合う対向面の間に対向隙間が形成されるようにそれぞれのベース板からの対向面の高さがそれぞれ設定され、それぞれのベース板から立設する方向に対し対向面が傾斜する形状を有する。

このように、向かい合う部分フィンの対向面の間に対向隙間が形成されるので、２つのフィン体のそれぞれの壁部の先端側が向かい合わされたときに隙間が生じない。これによって、冷媒が冷却器から漏れることがない。また、対向面は部分フィンの立設する方向に対し傾斜するので、対向面を傾斜させない場合に比べ対向隙間に流れる流れを抑制できる。これによって、フィンの根元の流れが少なくなることが抑制され、対向面を傾斜させない場合に比べ、効率的に熱交換を行うことができる。

また、冷却器において、互いに隣接するフィンの間に形成される流路について、その流路の両側の各フィンのそれぞれの対向隙間の高さ位置が相互に食い違っている。これによって、対向隙間に流れる流れをさらに抑制でき、さらに効率的に熱交換を行うことができる。

また、冷却器において、一方側フィン体は、他方側フィン体と同一形状であるので、熱交換器の製造コストを削減できる。

本発明に係る実施の形態の冷却器の構成を説明する図である。 本発明に係る実施の形態の冷却器が組み立てられる様子を説明する図である。 従来技術と比較して、本発明に係る実施の形態の冷却器の作用効果を説明する図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、フィンの数が３の場合を述べるが、これは説明のための例示であって、冷却器の仕様に応じて、フィンの数を増減できる。また、以下で述べる形状、寸法等は、説明のための例示であって、冷却器の仕様に合わせ、適宜変更が可能である。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、冷却器１０の構成を説明する斜視図である。ここでは、冷却器１０の構成要素ではないが、冷却対象としての発熱体２，４が冷却器１０の両側の外壁に接触して配置される様子が示されている。また、冷却器１０を流れる冷媒として、紙面において冷却器１０の左側の流入口に向かう流入冷媒６、冷却器１０の右側の排出口から流れ出る排出冷媒８が示されている。

冷却器１０は、断面が矩形形状の管路が冷媒の流れる方向に延伸する管路状製品である。冷却器１０は、一方側フィン体２０と他方側フィン体３０を組み合わせて構成される。
一方側フィン体２０は、冷媒が流れる方向に延伸する一方側ベース板２２と、一方側ベース板２２の両端部にそれぞれ立設して設けられる一方側壁部２４，２５と、両端部の一方側壁部２４，２５の間に互いに流路幅間隔Ｗを開けて一方側ベース板２２から立設して配置される２つの一方側部分フィン２６を有する。

他方側フィン体３０も、一方側フィン体２０と同様に、冷媒が流れる方向に延伸する他方側ベース板３２と、他方側ベース板３２の両端部にそれぞれ立設して設けられる他方側壁部３４，３５と、両端部の他方側壁部３４，３５の間に互いに流路幅間隔Ｗを開けて他方側ベース板３２から立設して配置される２つの他方側部分フィン３６を有する。

冷却器１０は、一方側フィン体２０と他方側フィン体３０を向かい合わせて構成される。具体的には、一方側壁部２４，２５の先端側と、これに対応する他方側壁部３４，３５の先端側とが互いに向かい合わされて一方側フィン体２０と他方側フィン体３０とが一体化される。図１でＢと示される箇所が、一方側壁部２４，２５の先端側と、これに対応する他方側壁部３４，３５の先端側とが互いに向かい合わされて一体化される箇所である。一体化は、適当な接合手段を用いることができる。接合手段としては、接着を用いてもよく、ボルトとナット等の締結具を用いてもよい。

そして、一体化されたときに、一方側フィン体２０の一方側部分フィン２６の先端側と、これに対応する他方側フィン体３０の他方側部分フィン３６の先端側が互いに向かい合わされてフィン１６を形成する。図１でＡと示される部分が、一方側部分フィン２６の先端側と、これに対応する他方側部分フィン３６の先端側が互いに向かい合わされてフィン１６を形成する部分である。

ここで、一方側部分フィン２６と、これに対応する他方側部分フィン３６は、互いに向かい合う対向面４２，４４の間に対向隙間４６が形成されるように、一方側ベース板２２または他方側ベース板３２からの対向面４２，４４の高さがそれぞれ設定される。

対向隙間４６を設ける理由は、一方側フィン体２０と他方側フィン体３０の加工精度のばらつきで、一方側壁部２４，２５の先端側と、これに対応する他方側壁部３４，３５の先端側とが互いに向かい合わされて一体化するときに、一方側部分フィン２６の先端側と、これに対応する他方側部分フィン３６の先端側が互いに干渉することがないようにするためである。仮に、一方側部分フィン２６の先端側と、これに対応する他方側部分フィン３６の先端側が互いに干渉すると、一方側壁部２４，２５の先端側と、これに対応する他方側壁部３４，３５の先端側とが互いに向かい合わされたときに、その間に隙間ができる。その隙間のために、一方側フィン体２０と他方側フィン体３０との一体化が不十分となって、冷媒が冷却器１０から外部に漏れることになる。

このように、対向隙間４６は、一体化するときに、一方側部分フィン２６の先端側と、これに対応する他方側部分フィン３６の先端側が互いに干渉しないようにするためである。したがって、対向隙間４６の大きさは、一方側フィン体２０と他方側フィン体３０の加工精度に基づいて設定することができる。例えば、対向隙間４６の大きさは、加工精度の幅よりも十分大きく、流路幅Ｗよりも十分小さい範囲で設定できる。一例を上げると、加工精度を±０．１ｍｍとすると、加工精度の幅は０．２ｍｍである。流路幅は数ｍｍから数ｃｍに設定することができる。したがって、この場合には、加工精度の幅の数倍程度の０．４ｍｍから１ｍｍ程度を対向隙間４６の大きさとすることができる。勿論、冷却器１０の仕様に応じ、対向隙間４６の大きさをこれ以外の値とすることができる。

また、一方側部分フィン２６と、これに対応する他方側部分フィン３６は、一方側ベース板２２または他方側ベース板３２から立設する方向に対し、対向面４２，４４が傾斜する形状を有する。傾斜角度は、例えば、４５°程度とすることができる。勿論、これ以外の傾斜角度としてもよい。

傾斜角度を設けるので、一方側ベース板２２からの対向面４２の高さは、一方側部分フィン２６の両側において異なるものとなる。同様に、他方側ベース板３２からの対向面４４の高さは、他方側部分フィン３６の両側においても異なるものとなる。傾斜角度と、一方側部分フィン２６の幅が設定されれば、一方側部分フィン２６の両側における対向面４２の高さ位置の差が計算できる。同様に、傾斜角度と、他方側部分フィン３６の幅が設定されれば、他方側部分フィン３６の両側における対向面４４の高さ位置の差が計算できる。

図２は、冷却器１０を組み立てる様子を説明する図である。冷却器１０は、同じ形状である一方側フィン体２０と他方側フィン体３０を用いて組み立てられる。ここでは、一方側部分フィン２６の先端側の対向面４２の一方側ベース板２２からの高さとして、傾斜の下部側の高さがＨ₁、上部側の高さがＨ₂として示されている。他方側部分フィン３６の先端側の対向面４４についても、同様に、他方側ベース板３２からの高さとして、傾斜の下部側の高さがＨ₁、上部側の高さがＨ₂とある。

図２に示されるように、冷却器１０を組み立てるには、まず一方側フィン体２０を、そのまま冷却器１０の下部側として用いる。そして、一方側フィン体２０と同じ形状である他方側フィン体３０を、上下逆向きとして、一方側フィン体２０の上方からかぶせるように配置する。その様子は、図２において、他方側フィン体３０の両側の他方側壁部３４，３５が、最初の状態から左右逆転して一方側フィン体２０の上に配置されていることで示されている。

一方側フィン体２０と他方側フィン体３０を組み立てる際には、一方側フィン体２０の一方側壁部２４に、他方側フィン体３０の他方側壁部３４を合わせ、一方側フィン体２０の一方側壁部２５に、他方側フィン体３０の他方側壁部３５を合わせる。このように合わせることで、一方側フィン体２０の一方側部分フィン２６の先端側は、他方側フィン体３０の対応する他方側部分フィン３６の先端側と、対向隙間４６を隔てて向かい合い、フィン１６を形成する。対向隙間４６の大きさは、図２でＳとして示されている。

ここで、一方側フィン体２０の一方側壁部２４と、他方側フィン体３０の他方側壁部３４との間を接着等で一体化し、一方側フィン体２０の一方側壁部２５と、他方側フィン体３０の他方側壁部３５とを接着等で一体化することで、冷却器１０が形成される。

図３は、上記構成の作用効果を従来技術と比較して説明する図である。図３（ａ），（ｂ）は従来技術、図３（ｃ）は、図１、図２で説明した構成のものである。これらの図では、流路５０の中の流れについて、フィンの根元側、つまり、発熱体２，４に近い部分の流れ５２と、部分フィンの対向面の近くの部分の流れ５４，５６，５８，５９が示されている。冷却器１０としては、発熱体２，４に近い部分の流れの流量が多く、流速が速い方が熱交換の効率がよい。

従来技術の１つを示す図３（ａ）は、部分フィンの対向面が部分フィンの立設する方向に対し９０°である。そして、２つのフィン体は同じように製作されたが、加工精度のばらつきで、Ｂで示される壁部での一体化を行った結果、向かい合う部分フィンの間に隙間ができてしまった場合である。この場合、Ｃで示されるように、流路５０において、部分フィンの間の隙間のために、流路５０の中央部の流れ５４の面積が増大し、冷媒は、この流路面積が増大した中央部の流れ５４が多くなる。これにより、発熱体２，４に近い部分の流れ５２が少なくなり、熱交換の効率が低下する。

従来技術のもう１つを示す図３（ｂ）は、図３(ａ）と同様に、部分フィンの対向面が部分フィンの立設する方向に対し９０°である。ここでも、２つのフィン体は同じように製作されたが、加工精度のばらつきで、一体化したときに、向かい合う部分フィンが先に互いにぶつかってしまい、Ｂで示される壁部のところにΔで示される隙間ができてしまった場合である。この場合、３つの流路のうち、真ん中の流路５０においては、向かい合う部分フィンの間の隙間がないので、中央部の流れ５６の流路面積が増大することもなく、発熱体２，４に近い部分の流れ５２が少なくなることもない。しかし、３つの流路のうち、左右の流路において、壁部の間の隙間Δによって、冷媒が外部に流れ出し、冷却器の全体としては欠陥を有したものとなる。

これに対し図３（ｃ）の構成は、Ｂで示される壁部での一体化において隙間が生じることがないので、冷媒の漏れがない。また、向かい合う部分フィンの間の対向隙間４６は、流路５０に対し傾斜しているので、流路５０の中央部の流れ５８，５９の流路面積の増大は、図３(ａ)に比べて抑制される。したがって、冷媒が中央部の流れ５８，５９において多くなることが図３（ａ）に比べ抑制され、発熱体２，４に近い部分の流れ５２が少なくなることも抑制される。これによって、従来技術の図３（ａ）に比べ、熱交換の効率が向上する。

また、図１、図２、図３（ｃ）に示されるように、互いに隣接するフィンの間に形成される流路について、その流路の両側の各フィンのそれぞれの対向隙間４６の高さ位置が相互に食い違っている。すなわち、図３（ｃ）に示されるように、流路５０の両側におけるそれぞれの対向隙間４６の高さ位置が異なっている。これによって、対向隙間４６の付近である中央部の流れ５８，５９は、流路５０の中で高さ位置が異なる部分の流れとなっている。仮に、中央部の流れ５８，５９が、流路５０の中で高さ位置が同じであると、中央部の流れの流路面積が図３（ｃ）の場合よりも増大する。

したがって、流路の両側の各フィンのそれぞれの対向隙間４６の高さ位置が相互に食い違っているように設定される方が、流路の両側の各フィンのそれぞれの対向隙間４６の高さ位置が同じに設定される場合に比較して、さらに、熱交換の効率が向上する。なお、流路の両側の各フィンのそれぞれの対向隙間４６の高さ位置が同じに設定される場合でも、対向隙間４６が流路５０に対して傾斜しているので、従来技術の図３（ａ）よりは流路面積の増大は抑制されている。

このように、向かい合う部分フィンについて、互いに向かい合う対向面の間に対向隙間を形成されるように対向面の高さを設定し、対向面を部分フィンの立設する方向に対し傾斜させることで、従来技術に比べ、熱交換の効率が向上する冷却器とすることができる。

本発明に係る冷却器は、冷媒を用いて発熱体等を冷却する冷却器に利用できる。

２，４ 発熱体、６ 流入冷媒、８ 排出冷媒、１０ 冷却器、１６ フィン、２０ 一方側フィン体、２２ 一方側ベース板、２４，２５ 一方側壁部、２６ 一方側部分フィン、３０ 他方側フィン体、３２ 他方側ベース板、３４，３５ 他方側壁部、３６ 他方側部分フィン、４２，４４ 対向面、４６ 対向隙間、５０ 流路、５２，５４，５６，５８，５９ 流れ。

Claims (3)

1. 冷媒が流れる方向に沿って流路内に延伸する複数のフィンを含む冷却器であって、
   冷媒が流れる方向に延伸する一方側ベース板と、一方側ベース板の両端部にそれぞれ立設して設けられる一方側壁部と、両端部の一方側壁部の間に互いに流路幅間隔を開けて一方側ベース板から立設して配置される複数の一方側部分フィンと、を有する一方側フィン体と、
   冷媒が流れる方向に延伸する他方側ベース板と、他方側ベース板の両端部にそれぞれ立設して設けられる他方側壁部と、両端部の他方側壁部の間に互いに流路幅間隔を開けて他方側ベース板から立設して配置される複数の他方側部分フィンと、を有し、一方側フィン体と組み合わされる他方側フィン体と、
   を含み、
   一方側壁部の先端側とこれに対応する他方側壁部の先端側とが互いに向かい合わされて一方側フィン体と他方側フィン体とが一体化され、一体化されたときに、一方側部分フィンの先端側とこれに対応する他方側部分フィンの先端側が互いに向かい合わされてフィンを形成し、
   一方側部分フィンとこれに対応する他方側部分フィンは、互いに向かい合う対向面の間に対向隙間が形成されるように一方側ベース板または他方側ベース板からの対向面の高さがそれぞれ設定され、一方側ベース板または他方側ベース板から立設する方向に対し対向面が傾斜する形状を有することを特徴とする冷却器。
2. 請求項１に記載の冷却器において、
   互いに隣接するフィンの間に形成される流路について、その流路の両側の各フィンのそれぞれの対向隙間の高さ位置が相互に食い違っていることを特徴とする冷却器。
3. 請求項２に記載の冷却器において、
   一方側フィン体は、他方側フィン体と同一形状であることを特徴とする冷却器。