JP2015138840A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力用半導体モジュールを冷却するヒートシンク、等の熱交換器において、偏平な一対のプレート内部に二段以上にインナーフィンが積層されたものに関する。 The present invention relates to a heat exchanger such as a heat sink for cooling a power semiconductor module, in which inner fins are stacked in two or more stages inside a pair of flat plates.
電力用半導体モジュールを冷却するヒートシンクの例としては、皿状に形成された一対のプレートからなる偏平流路内にインナーフィンを介装し、その偏平流路内に伝熱媒体(以下、熱媒体)を流通し、プレート外面に電力用半導体モジュールを接合し、その半導体モジュールと熱媒体との間で熱交換を行うものである。
従来、この種の熱交換器において、熱交換をより効率的に行うため、複数段積層された各インナーフィンの流通抵抗を変え、流量分布を調整したものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
As an example of a heat sink for cooling a power semiconductor module, an inner fin is interposed in a flat flow path made of a pair of plates formed in a dish shape, and a heat transfer medium (hereinafter, heat medium) is inserted in the flat flow path. ), A power semiconductor module is joined to the outer surface of the plate, and heat exchange is performed between the semiconductor module and the heat medium.
Conventionally, in this type of heat exchanger, in order to perform heat exchange more efficiently, there has been proposed one in which the flow resistance is adjusted by changing the flow resistance of each inner fin laminated in a plurality of stages (for example, Patent Documents). 1).
上記特許文献1に記載された熱交換器においては、コルゲートフィンまたはウェーブフィンをそれぞれ、ピッチ等の仕様を変えて積層させるため、フィンとフィンとの接触部および接触面積が小さく、よって、フィン間の伝熱が悪く、ひいては熱媒体と熱交換対象物との熱交換が低下する欠点がある。
そこで本発明は、積層されたフィンとフィンとの接触面積を可及的に大きくし、熱交換対象物の熱を各フィンに確実に伝熱して、熱媒体と熱交換対象物との熱交換を促進させることを目的とする。
In the heat exchanger described in
In view of this, the present invention increases the contact area between the laminated fins as much as possible, reliably transfers the heat of the heat exchange object to each fin, and exchanges heat between the heat medium and the heat exchange object. The purpose is to promote.
請求項1に記載の本発明は、対向する一対の金属製のプレート(1)(2)により、内部に伝熱媒体(以下熱媒体(7))が流通する流路(3)が形成され、その流路(3)内で、その金属プレート(1)(2)の厚み方向に少なくとも二段以上のインナーフィンが互いに接触して積層され、積層方向の両端位置のインナーフィンとプレートが接合され、少なくとも一方の前記プレート(1)の外面に熱交換対象物(4)が接続されてなる熱交換器において、
各段に配置されるインナーフィンとして、頂部および底部が平坦な台形または矩形の波形に曲折され、その波の立ち上がる両側壁に、その頂部の稜線(5a)方向に定間隔に、平面視で千鳥状に多数切り起されてなるオフセットフィンが用いられ、
上段のオフセットフィンの前記平坦な底部が、下段の前記平坦な頂部に面接触して、その接触部が互いにろう付され、
前記熱交換対象物(4)が取付けられるプレート(1)またはプレート(2)に接する少なくとも1つの第1オフセットフィン(5)の流通抵抗が、第1オフセットフィン(5)以外のインナーフィンである第2オフセットフィン(6)の流通抵抗より小さく形成されたことを特徴とする熱交換器である。
According to the first aspect of the present invention, a channel (3) in which a heat transfer medium (hereinafter referred to as heat medium (7)) flows is formed by a pair of opposed metal plates (1) and (2). In the flow path (3), at least two or more stages of inner fins are stacked in contact with each other in the thickness direction of the metal plates (1) and (2), and the inner fins and the plates at both end positions in the stacking direction are joined. In the heat exchanger in which the heat exchange object (4) is connected to the outer surface of at least one of the plates (1),
As inner fins arranged on each stage, the top and bottom are bent into a flat trapezoidal or rectangular corrugated shape, and on both side walls where the wave rises, at regular intervals in the direction of the ridge (5a) of the top, staggered in plan view Offset fins that are cut and raised in a shape are used,
The flat bottom portion of the upper offset fin is in surface contact with the flat top portion of the lower step, and the contact portions are brazed to each other,
The flow resistance of at least one first offset fin (5) in contact with the plate (1) or plate (2) to which the heat exchange object (4) is attached is an inner fin other than the first offset fin (5). It is a heat exchanger characterized by being formed smaller than the flow resistance of the second offset fin (6).
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の熱交換器において、
第1オフセットフィン(5)は、その稜線(5a)が熱媒体(7)の流通方向に平行に配置され、第2オフセットフィン(6)は、その稜線(6a)が熱媒体(7)の流通方向に直交する方向に配置されたことを特徴とする熱交換器である。
The invention according to
The first offset fin (5) has its ridge line (5a) arranged in parallel with the flow direction of the heat medium (7), and the second offset fin (6) has its ridge line (6a) of the heat medium (7). The heat exchanger is arranged in a direction perpendicular to the flow direction.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の熱交換器において、
第1オフセットフィン(5)と第2オフセットフィン(6)とが同一のプレス型で形成されて、両フィン(5)(6)のフィンピッチ、フィン高さ、厚みが同一である熱交換器である。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の熱交換器において、
第1オフセットフィン(5)および第2オフセットフィン(6)の各稜線(5a)(6a)が熱媒体の流通方向に対して同一方向に配置されたことを特徴とする熱交換器である。
The invention according to claim 3 is the heat exchanger according to
A heat exchanger in which the first offset fin (5) and the second offset fin (6) are formed by the same press die, and the fin pitch, fin height and thickness of both fins (5) and (6) are the same. It is.
The invention according to
The heat exchanger is characterized in that the ridge lines (5a) and (6a) of the first offset fin (5) and the second offset fin (6) are arranged in the same direction with respect to the flow direction of the heat medium.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の熱交換器において、
両オフセットフィン(5)(6)のフィンピッチが同一で且つ、第1オフセットフィン(5)のフィン高さが第2オフセットフィン(6)のそれより高く形成されたことを特徴とする熱交換器である。
請求項6に記載の発明は、請求項4に記載の熱交換器において、
第1オフセットフィン(5)のフィンピッチが第2オフセットフィン(6)のそれより大きく形成されたことを特徴とする熱交換器である。
The invention according to
The heat exchange characterized in that the fin pitch of both offset fins (5) and (6) is the same and the fin height of the first offset fin (5) is higher than that of the second offset fin (6). It is a vessel.
The invention according to
The heat exchanger is characterized in that the fin pitch of the first offset fin (5) is formed larger than that of the second offset fin (6).
本発明の熱交換器は、熱交換対象物4に隣接する第1オフセットフィン5の熱媒体7の流通抵抗が、それ以外のインナーフィンである第2オフセットフィン6の流通抵抗より小さく、熱交換対象物4側の流速が速められるので、その熱交換対象物4を効果的に冷却できる。
しかも二段以上にオフセットフィンを積層した熱交換器において、上段のオフセットフィンの平坦な底部が、下段のオフセットフィンの平坦な頂部に面接触して、その接触部が互いにろう付されてなるから、第1オフセットフィン5と第2オフセットフィン6との接触および、ろう付面積が大きく、熱交換対象物4からの熱が各フィンに効果的に伝熱され、熱媒体7と熱交換対象物4との熱交換が促進される効果がある。
In the heat exchanger of the present invention, the flow resistance of the
Moreover, in a heat exchanger in which offset fins are stacked in two or more stages, the flat bottom portion of the upper offset fin is in surface contact with the flat top portion of the lower offset fin, and the contact portions are brazed to each other. The contact between the
上記構成において、請求項2に記載の発明のように、熱交換対象物4側の第1オフセットフィン5の稜線5aを熱媒体7の流通方向に平行に配置し、それ以外のインナーフィンである第2オフセットフィン6の稜線6aをその流通方向に直交させた場合には、請求項1の効果に加えて、第1オフセットフィン5と第2オフセットフィン6の各熱媒体7の流通抵抗の差を著しく大きくすることができる。そのため、熱交換対象物4側により多くの熱媒体を流通させて、熱交換対象物4をより効果的に冷却できる。
In the above configuration, as in the invention described in
請求項2の構成において、請求項3に記載の発明のように、第1オフセットフィン5と第2オフセットフィン6とを同一のプレス型で形成して、両フィン5,6のフィンピッチ、フィン高さ、厚みを同一とした場合には、熱交換器の製造コストを抑え、量産性の高いものを安価に提供できる。
In the structure of
請求項1の構成において、請求項4に記載の発明のように、第1オフセットフィン5および第2オフセットフィン6の各稜線5a,6aを熱媒体の流通方向に対して同一方向に配置した場合においても、第1オフセットフィン5と第2オフセットフィン6との接触および、ろう付面積が大きく、熱交換対象物4からの熱を第1オフセットフィン5から第2オフセットフィン6に効果的に伝熱し、各フィンを介して、熱媒体と熱交換対象物との熱交換を促進する効果がある。
In the configuration of
請求項4の構成において、請求項5に記載の発明のように、両オフセットフィン5、6のフィンピッチを同一とし、第1オフセットフィン5のフィン高さを第2オフセットフィンのそれより高くした場合には、頂部と底部とを整合することができ、両オフセットフィンの接触面積および、ろう付面積が大きくなり、熱交換性能を向上できる。
請求項4の構成において、請求項6に記載の発明のように、第1オフセットフィン(5)のフィンピッチを第2オフセットフィン(6)のそれより大きく形成した場合でも、両フィン5,6の接触面積を確保して熱交換を促進できる。
In the configuration of
Even if the fin pitch of the first offset fin (5) is formed larger than that of the second offset fin (6) as in the sixth aspect of the invention, the two
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図1〜図3は、本発明の第1実施例を示す。
この例では、夫々皿状に形成された一対のプレート1、2を逆向きに重ね合わせることにより、内部に偏平な流路3を形成する。そして、プレート2の長手方向両端に一対の出入口8を設け、一方の出入口8から他方の出入口8に熱媒体7を流通させる。熱媒体7としては、水や気液二相状態の熱媒体を用いることができる。そして、この例では、プレート1側の外表面のみに、電力用半導体モジュール等の熱交換対象物4が接合される。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 3 show a first embodiment of the present invention.
In this example, a flat flow path 3 is formed inside by overlapping a pair of
そして、偏平な流路3の内部で熱交換対象物4側に、第1オフセットフィン5が配置され、それに遠い側に第2オフセットフィン6が配置されている。第1オフセットフィン5および第2オフセットフィン6は、図2に示す如く、頂部および底部が平坦な台形または矩形の波形に形成されている。そして、その波の立ち上がりの両側壁に、稜線5a方向に定間隔に千鳥状の多数の切り起こしが形成されてなるものである。
第1オフセットフィン5は、その稜線5aが熱媒体7の流通方向と平行に配置され、第2オフセットフィン6は、その稜線6aが熱媒体7の流通方向に直交するように配置されている。この例では、第1オフセットフィン5、第2オフセットフィン6は、それぞれ同一の金属板および同一の金型から形成されて、そのフィンピッチおよび高さが同一である。そして、それぞれの外周が図1に示す如く、偏平な流路3の内周に整合するように切断されている。
And the
The
そのプレート1、2の長手方向に平行な縦断面は、図3に示す如く、第1オフセットフィン5の各切り起こし部の側壁が熱媒体7の流通方向に平行に位置され、その流通抵抗が小さい。これに対し、第2オフセットフィン6はその切り起こし部の側壁が、熱媒体7の流通方向に直交するため、その熱媒体の流通抵抗が第1オフセットフィン5に比べて著しく大きなものとなる。
そして、第1オフセットフィン5と第2オフセットフィン6とは、図1から明らかなように、その稜線5aと稜線6aとが直交するとともに、第1オフセットフィン5の底部と第2オフセットフィン6の頂部とが平坦な状態で接触し、且つ、第1オフセットフィン5はプレート1に接触するとともに、第2オフセットフィン6は偏平な流路3に接触し、その状態で各接触部が一体的にろう付け固定されるものである。
The longitudinal section parallel to the longitudinal direction of the
As is apparent from FIG. 1, the first offset
(第1実施例の作用)
一対のプレート1、2の長手方向に熱媒体7が流通すると、熱交換対象物4側に位置する第1オフセットフィン5は熱媒体7の流通方向に平行であるため、その流通抵抗が小さい。そのため、第1オフセットフィン5側の流量が大きくなり、第1オフセットフィン5に近接する熱交換対象物4との熱交換を促進する。また、熱交換対象物4の熱は、第1オフセットフィン5を介して第2オフセットフィン6に伝達される。
この時、第1オフセットフィン5の底部と第2オフセットフィン6の頂部とは、ともに平坦に形成されているため、両フィン間の接触面積および伝熱面積が大きく、第2オフセットフィン6に熱交換対象物4の熱を迅速に伝えることができる。そして、第2オフセットフィン6を流通する熱媒体7との熱交換により、結果的に熱媒体7と熱交換対象物4との熱交換を促進する。
(Operation of the first embodiment)
When the
At this time, since the bottom of the first offset
(第2実施例)
次に、図4は本発明の第2実施例であり、この例は一対のプレート1およびプレート2の両者に熱交換対象物4が配置されたものである。そして、三段にオフセットフィンが積層されている。その上段には、熱媒体7の流通方向に平行な切り起こし部を有する第1オフセットフィン5が配置され、中間部には、その切り起こし部が熱媒体7の流通方向に直交するように第2オフセットフィン6が配置され、最下段に、その切り起こし部が熱媒体7の流通方向に平行な第1オフセットフィン5が配置されている。
この例でも、第1オフセットフィン5と第2オフセットフィン6とはそれぞれ同一のフィンピッチおよびフィン高さおよびフィン厚さであるとともに、その外周が互いに整合するように切断されている。
(Second embodiment)
Next, FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention, in which the
Also in this example, the first offset
(第2実施例の作用)
上下の両プレート1、2にはそれぞれ熱交換対象物4が接合され、その熱交換対象物4側に第1オフセットフィン5が配置され、中段に第2オフセットフィン6が配置されている。そのため、両プレート1、2に隣接した位置に熱媒体7がより多く流通し、熱交換対象物4からの熱が熱媒体7に伝えられる。また、中段に配置された第2オフセットフィン6と上下の第1オフセットフィン5とは面接触して接合されるので、全体としてのフィン効率が向上し、熱交換対象物4との熱交換が促進される。
(Operation of the second embodiment)
A
(第3実施例)
次に、図5は本発明の第3実施例を示す要部横断面図である。即ち、図1において、プレート1、2の幅方向に横断した断面図である。
この例では、第1オフセットフィン5および第2オフセットフィン6の各切り起こし部が熱媒体7の流通方向に平行に配置されている。そして、第1オフセットフィン5および第2オフセットフィン6は、そのフィンピッチが同一であり、且つ、第1オフセットフィン5のフィン高さが第2オフセットフィン6よりも高い。
そのため、第2オフセットフィン6に比べて第1オフセットフィン5の熱媒体7に対する流通抵抗が小さい。
そして、第1オフセットフィン5および第2オフセットフィン6は、フィンピッチが同一であるので、第1オフセットフィン5の底部と第2オフセットフィン6との頂部とを整合させることができる。それにより、第1オフセットフィン5と第2オフセットフィン6との伝熱面積を増大することができる。
(Third embodiment)
Next, FIG. 5 is a cross-sectional view of an essential part showing a third embodiment of the present invention. That is, in FIG. 1, it is a cross-sectional view taken in the width direction of the
In this example, the cut-and-raised portions of the first offset
Therefore, the flow resistance of the first offset
Since the first offset
(第3実施例の作用)
熱媒体7は、第1オフセットフィン5側をより多く流通し、熱交換対象物4の冷却を促進する。また、第1オフセットフィン5と第2オフセットフィン6との接触面積が大きく、結果として熱交換対象物4の熱を第2オフセットフィン6に伝え、第2オフセットフィン6と熱媒体7との熱交換を促進することができる。
(Operation of the third embodiment)
The
(変形例)
図5の例は、第1オフセットフィン5および第2オフセットフィン6の各切り起こし部を熱媒体7の流通方向に平行にし、第2オフセットフィン6の高さを、第1オフセットフィン5の高さより低くしたが、それに代えて、両者の向きおよび高さを同じとし、第2オフセットフィン6のフィンピッチを第1オフセットフィン5のそれより小さくしてもよい。
さらには、両者の向きを同じとし、第2オフセットフィン6に比べて、第1オフセットフィン5のフィンピッチおよびフィン高さをより小さくしてもよい。
また、図5の例は、第1オフセットフィン5および第2オフセットフィン6の各切り起こし部が熱媒体7の流通方向に平行に形成されたが、それに替えて、第1オフセットフィン5、第2オフセットフィン6の切り起こし部が共に熱媒体7の流通方向に直交するように配置してもよい。その場合にも、第1オフセットフィン5の流通抵抗を第2オフセットフィン6のそれより小さくするため、第1オフセットフィン5のフィンピッチおよび/またはフィン高さを、第2オフセットフィン6のそれらに比べて大きくすることができる。
図1および図4の各実施例では、第1オフセットフィン5と第2オフセットフィン6のフィンピッチ、フィン高さが同一であったが、それらを変えることもできる。
上記例では、一対のプレート1、2が皿状に形成されていたが、それに変えて、平坦な一対のプレートとそれらの間に挟持される枠体とで構成してもよい。
(Modification)
In the example of FIG. 5, the cut and raised portions of the first offset
Furthermore, both directions may be the same, and the fin pitch and fin height of the first offset
In the example of FIG. 5, the cut-and-raised portions of the first offset
1 and 4, the fin pitch and fin height of the first offset
In the above example, the pair of
1 プレート
2 プレート
3 流路
4 熱交換対象物
5 第1オフセットフィン
5a 稜線
6 第2オフセットフィン
6a 稜線
7 熱媒体
8 出入口
1
Claims (6)
各段に配置されるインナーフィンとして、頂部および底部が平坦な台形または矩形の波形に曲折され、その波の立ち上がる両側壁に、その頂部の稜線(5a)方向に定間隔に、平面視で千鳥状に多数切り起されてなるオフセットフィンが用いられ、
上段側のオフセットフィンの前記平坦な底部が、それより下段側のオフセットフィンの前記平坦な頂部に面接触して、その接触部が互いにろう付され、
前記熱交換対象物(4)が取付けられるプレート(1)またはプレート(2)に接する少なくとも1つの第1オフセットフィン(5)の流通抵抗が、第1オフセットフィン(5)以外のインナーフィンである第2オフセットフィン(6)の流通抵抗より小さく形成されたことを特徴とする熱交換器。 A pair of metal plates (1) and (2) facing each other form a flow path (3) in which a heat transfer medium (hereinafter referred to as heat medium (7)) flows, and in the flow path (3), In the thickness direction of the metal plates (1) and (2), at least two or more inner fins are stacked in contact with each other, the inner fins and the plates at both end positions in the stacking direction are joined, and the outer surface of at least one of the plates is In the heat exchanger to which the heat exchange object (4) is connected,
As inner fins arranged on each stage, the top and bottom are bent into a flat trapezoidal or rectangular corrugated shape, and on both side walls where the wave rises, at regular intervals in the direction of the ridge (5a) of the top, staggered in plan view Offset fins that are cut and raised in a shape are used,
The flat bottom of the upper offset fin is in surface contact with the flat top of the lower offset fin, and the contact is brazed to each other,
The flow resistance of at least one first offset fin (5) in contact with the plate (1) or plate (2) to which the heat exchange object (4) is attached is an inner fin other than the first offset fin (5). A heat exchanger characterized by being formed smaller than the flow resistance of the second offset fin (6).
第1オフセットフィン(5)は、その稜線(5a)が熱媒体(7)の流通方向に平行に配置され、第2オフセットフィン(6)は、その稜線(6a)が熱媒体(7)の流通方向に直交する方向に配置されたことを特徴とする熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1,
The first offset fin (5) has its ridge line (5a) arranged in parallel with the flow direction of the heat medium (7), and the second offset fin (6) has its ridge line (6a) of the heat medium (7). A heat exchanger arranged in a direction orthogonal to the flow direction.
第1オフセットフィン(5)と第2オフセットフィン(6)とが同一のプレス型で形成されて、両フィン(5)(6)のフィンピッチ、フィン高さ、厚みが同一である熱交換器。 The heat exchanger according to claim 2,
A heat exchanger in which the first offset fin (5) and the second offset fin (6) are formed by the same press die, and the fin pitch, fin height and thickness of both fins (5) and (6) are the same. .
第1オフセットフィン(5)および第2オフセットフィン(6)の各稜線(5a)(6a)が熱媒体の流通方向に対して同一方向に配置されたことを特徴とする熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1,
A heat exchanger characterized in that the ridgelines (5a) (6a) of the first offset fin (5) and the second offset fin (6) are arranged in the same direction with respect to the flow direction of the heat medium.
両オフセットフィン(5)(6)のフィンピッチが同一で且つ、第1オフセットフィン(5)のフィン高さが第2オフセットフィン(6)のそれより高く形成されたことを特徴とする熱交換器。 The heat exchanger according to claim 4, wherein
The heat exchange characterized in that the fin pitch of both offset fins (5) and (6) is the same and the fin height of the first offset fin (5) is higher than that of the second offset fin (6). vessel.
第1オフセットフィン(5)のフィンピッチが第2オフセットフィン(6)のそれより大きく形成されたことを特徴とする熱交換器。 The heat exchanger according to claim 4, wherein
A heat exchanger characterized in that the fin pitch of the first offset fin (5) is formed larger than that of the second offset fin (6).
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