JP2016207897A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた性能を有すると共に、電力変換装置の寿命特性を従来と同等以上にすることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器１は、頂壁部２１及び底壁部２２を有し、両者の間に内部空間２００を有する本体部２、仕切り板３、層状空間４、ヒートシンク５、供給ヘッダ部及び排出ヘッダ部を有している。頂壁部２１は発熱体を搭載する発熱体搭載面１３を外表面に有している。本体部２の内部空間２００は仕切り板３により層状に区画されている。複数の層状空間４は頂壁部２１と底壁部２２との対向方向に並んでいる。第１層状空間４ａに設けられた第１ヒートシンク５ａは、頂壁部２１と、第１層状空間４ａに面する仕切り板３ａとの両方に接合されている。最終層状空間４ｃに設けられた最終ヒートシンク５ｃは底壁部２２または最終層状空間４ｃに面する仕切り板３ｂのうちいずれか一方に接合されていると共に、他方との間に隙間４２が存在している。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体等の発熱体を冷却する熱交換器に関する。

インバータやコンバータ等の電力変換装置には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やダイオード等の半導体素子が組み込まれている。これらの半導体素子は、冷却能力の観点から、通常、セラミックス板の両面に金属箔を接合してなる回路基板に実装されている。

電力変換装置は、半導体素子の冷却を効率よく行うための熱交換器を備えており、熱交換器の外表面に回路基板がはんだ付けされていることが多い。例えば特許文献１には、アルミニューム製ヒートシンクが開示されている。このヒートシンクの本体は中空部を有しており、冷却能力を向上させるためのインナーフィンが中空部に設けられている。また、ヒートシンク本体の表面には、半導体素子等の電子部品を実装した伝熱性絶縁基板がはんだ付けされている。

特開２００８−１６６３５６号公報

近年では、電力変換装置の高出力化に伴って、半導体素子の発熱量が増大している。それ故、半導体素子の冷却を効率よく行うために、熱交換器の性能を従来よりも格段に向上させることが強く求められている。

例えば、熱交換器の冷却能力を向上させようとする場合には、インナーフィンと冷媒との接触面積を広くすることが有効である。しかし、インナーフィンと冷媒との接触面積を広くするとインナーフィン内の冷媒流路の断面積が狭くなるため、熱交換器内へ冷媒を流通させる際の圧力損失が大きくなるという問題がある。

また、高出力の電力変換装置においても、従来と同等以上の寿命特性を確保することが求められている。ところが、回路基板のセラミックス板は熱交換器を構成するアルミニウム部材と線膨張係数が大きく異なっているため、電力変換装置の使用中等に、アルミニウム部材との線膨張係数の差に応じた熱応力がセラミックス板に発生する。半導体素子の発熱量が大きくなると、アルミニウム部材やセラミックス板の温度変化が大きくなり、結果としてセラミックス板に加わる熱応力の増大を招く。それ故、高出力の電力変換装置に従来の熱交換器を適用すると、回路基板のセラミックス板にクラック等が発生し易いという問題がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、優れた性能を有すると共に、電力変換装置の寿命特性を従来と同等以上にすることができる熱交換器を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、アルミニウム部材より構成された熱交換器であって、
発熱体を搭載する発熱体搭載面を外表面に有する頂壁部と、該頂壁部に対向して配置された底壁部と、上記頂壁部と上記底壁部との間に形成された内部空間とを有する本体部と、
上記内部空間を層状に区画する１枚以上の仕切り板と、
該仕切り板により区画され、上記頂壁部と上記底壁部との対向方向に並んだ複数の層状空間と、
各々の上記層状空間に配置されたヒートシンクと、
隣り合う上記層状空間を連通させる連通路と、
複数の上記層状空間のうち、上記頂壁部に面する第１層に連通する供給ヘッダ部と、
複数の上記層状空間のうち、上記底壁部に面する最終層から連通する排出ヘッダ部とを有し、
上記第１層に配置された第１ヒートシンクは、上記頂壁部と、上記第１層に面する上記仕切り板との両方に接合されており、
上記最終層に配置された最終ヒートシンクは、上記底壁部または上記最終層に面する上記仕切り板のうちいずれか一方に接合されていると共に、他方との間に隙間を有していることを特徴とする熱交換器にある。

上記熱交換器は、上記仕切り板により区画された複数の上記層状空間を有しており、隣り合う上記層状空間が上記仕切り板に設けられた上記連通路により連通している。上記熱交換器は、上記本体部の上記内部空間を層状に区画することにより、冷媒を流通させる際の圧力損失の増大を抑制することができる。

また、それぞれの上記層状空間には上記ヒートシンクが配置されている。それ故、上記熱交換器は高い冷却能力を有する。

また、上記最終ヒートシンクは、上記底壁部または上記最終層に面する上記仕切り板のうちいずれか一方に固定されていると共に、他方との間に隙間を有している。これにより、上記熱交換器は、剛性が過度に高くなることを容易に回避することができる。そして、上記熱交換器は、剛性が過度に高くなることを容易に回避できる結果、例えば、セラミックス板と、該セラミックス板の両面に接合された金属箔または金属板とを有する回路基板と、上記金属箔上に実装された半導体素子とを有する発熱体を上記発熱体搭載面に搭載した場合に、上記セラミックス板に加わる熱応力を容易に低減することができる。それ故、上記熱交換器は、セラミックス板にクラック等が発生することを抑制できる。

以上のように、上記熱交換器は、優れた性能を有すると共に、電力変換装置の寿命特性を向上させることができる。

実施例１における、熱交換器の斜視図。 図１の部品展開図。 実施例１における、熱交換器の上面図。 実施例１における、熱交換器の下面図。 図３のV−V線矢視断面図。 図５のVI−VI線矢視断面図。 図５のVII−VII線矢視断面図。 図５のVIII−VIII線矢視断面図。 実施例１における、積層型ヒートシンクの（ａ）第１プレートの平面図、（ｂ）第２プレートの平面図、（ｃ）第１プレートと第２プレートを重ね合わせた状態の平面図。 変形例１における、最終ヒートシンクにピンフィン型ヒートシンクを採用した熱交換器の要部を示す拡大断面図。 変形例１における、最終ヒートシンクの斜視図。 変形例２における、最終ヒートシンクにコルゲートフィン型ヒートシンクを採用した熱交換器の要部を示す拡大斜視図。 変形例３における、長方形状の開口部を有する積層型ヒートシンクの（ａ）第１プレートの平面図、（ｂ）第２プレートの平面図。 実施例２における、モデルＥ１の斜視図。 実施例２における、モデルＥ１の部品展開図。 図１４のXVI−XVI線矢視断面図。 図１６のXVII−XVII線矢視断面図。 図１６のXVIII−XVIII線矢視断面図。 図１６のXIX−XIX線矢視断面図。 モデルＥ１における、積層型ヒートシンクの（ａ）第１プレートの平面図、（ｂ）第２プレートの平面図、（ｃ）第１プレートの開口部近傍の拡大平面図。 実施例２における、１層の層状空間を有するモデルＣ１の部品展開図。 モデルＣ１における、図１６に相当する断面図。 図２２のXXIII−XXIII線矢視断面図。 実施例２における、２層の層状空間を有するモデルＣ２の部品展開図。 モデルＣ２における、図１６に相当する断面図。 図２５のXXVI−XXVI線矢視断面図。 図２５のXXVII−XXVII線矢視断面図。 実施例２における、３層の層状空間を有し、最終ヒートシンクと仕切り板とが当接しているモデルＣ３の、図１６に相当する断面図。 実施例２における、熱解析の結果を示す説明図。 実施例２における、歪み解析の結果を示す説明図。

本明細書において、「接合」の用語は、別々に準備された部材が冶金的に接合されている場合に限らず、機械的に接合されている場合、および接着されている場合にも用いられる。伝熱性及び熱効率を高める観点からは、冶金的な接合が最も好ましい。冶金的な接合としては、具体的には溶接、圧接、ろう付、はんだ付、拡散接合等の方法を採用することができる。ろう付や拡散接合を行う場合には、予め接合面をメタライズした後にろう付等を行っても良い。また、冶金的な接合として、活性金属を用いて直接接合する方法を採用することも可能である。接着により部材間の接合を行う場合には、耐熱性の観点から、通常、無機系接着剤が使用される。

上記熱交換器を構成するアルミニウム部材は、純アルミニウムまたは従来公知のアルミニウム合金より構成されている。アルミニウム部材の材質は、熱交換器に要求される冷却能力、耐熱性及び剛性等に応じて純アルミニウムまたは従来公知のアルミニウム合金から適宜選択することができる。

上記熱交換器は上記底壁部の外表面に発熱体を搭載する第２発熱体搭載面を有しており、上記最終ヒートシンクは上記底壁部に固定されており、上記最終ヒートシンクと、上記最終層に面する上記仕切り板との間に隙間が存在していてもよい。

最終ヒートシンクと仕切り板との間に隙間を有していない従来の熱交換器は、頂壁部に搭載した発熱体からの熱が底壁部及び最終ヒートシンクまで伝達されやすい。これに対し、上記熱交換器は、上記隙間が存在しているため、頂壁部に搭載した発熱体から底壁部及び最終ヒートシンクへの熱移動を従来よりも低減することができる。

それ故、上記熱交換器は、頂壁部の発熱体搭載面及び底壁部の第２発熱体搭載面の各々において、発熱体を十分に冷却することができる。そして、このように構成された熱交換器は、底壁部に第２発熱体搭載面を有しない場合に比べて、熱交換器の体積を増大させることなく、より多数の発熱体を冷却することができる。

上記内部空間は上記仕切り板により３層の上記層状空間に区画されており、上記第１層と隣り合う第２層には第２ヒートシンクが配置されており、該第２ヒートシンクは上記第１層側の上記仕切り板及び上記第２層側の上記仕切り板の両方に接合されていることが好ましい。この場合、上記熱交換器は、頂壁部に搭載された発熱体の熱を、上記第１層側の上記仕切り板及び上記第２層側の上記仕切り板の両方に拡散させることができる。その結果、頂壁部の発熱体搭載面における冷却能力をより向上させることができる。

また、熱交換器が頂壁部の外表面及び底壁部の両方に発熱体を搭載できるように構成されている場合には、上記内部空間を３層に区画することにより、底壁部の第２発熱体搭載面における冷却能力を十分に高くすることができる。

上記第１ヒートシンク及び上記第２ヒートシンクは、多数の開口部を有するプレートが複数枚積層されており、隣り合うプレートの開口部が互いに連通してなる冷媒流路を有していることが好ましい。即ち、第１ヒートシンク及び第２ヒートシンクは、複数の上記プレートからなる積層型ヒートシンクであることが好ましい。

上記熱交換器は、第１層から最終層に向けて冷媒が流通するよう構成されている。そのため、第１ヒートシンク及び第２ヒートシンクの内部を流通する冷媒の温度は、最終ヒートシンクの内部を流通する冷媒の温度よりも低くなる。それ故、上記熱交換器は、第１ヒートシンク及び第２ヒートシンクに冷却能力の高い積層型ヒートシンクを採用することにより、頂壁部の発熱体搭載面における冷却能力をより効果的に向上させることができる。

第１ヒートシンク及び第２ヒートシンクに採用する積層型ヒートシンクは、上記層状空間に配置した状態における冷媒の流通方向に測定して得られる幅寸法が上記流通方向と直角方向に測定して得られる長さ寸法よりも短いことが好ましい。積層型ヒートシンクは、プレートフィンやピンフィンを有するヒートシンクに比べて冷媒との接触面積を広くし易いため、優れた冷却能力を有する。しかし、積層型ヒートシンクは、ヒートシンク内の流路の断面積が狭くなりやすいため、熱交換器の圧力損失が高くなりやすいという問題があった。

これに対し、上記熱交換器は、第１ヒートシンク及び第２ヒートシンクに採用する積層型ヒートシンクの寸法及び配置を上記のように特定することにより、ヒートシンクと冷媒との接触面積を十分に確保しつつ、ヒートシンク内を流通する冷媒の流路長を容易に短縮することができる。その結果、上記熱交換器は、圧力損失をより低減することができる。

上記最終ヒートシンクは、平板状のベース部と、該ベース部から立設された多数のフィンとを有していることが好ましい。即ち、最終ヒートシンクはフィン型ヒートシンクであることが好ましい。この場合には、上記熱交換器に冷媒を流通させる際の圧力損失をより低減することができる。上記フィンとしては、プレートフィン、ピンフィン及びコルゲートフィン等の公知の形状のフィンを採用することができる。

（実施例１）
上記熱交換器１の実施例について、図を用いて説明する。熱交換器１はアルミニウム部材より構成されており、図１、図５、図６及び図８に示すように、頂壁部２１及び底壁部２２を有する本体部２と、１枚以上の仕切り板３（３ａ、３ｂ）と、複数の層状空間４（４ａ、４ｂ、４ｃ）と、複数のヒートシンク５（５ａ、５ｂ、５ｃ）と、供給ヘッダ部１１と、排出ヘッダ部１２とを有している。図１及び図３に示すように、頂壁部２１は発熱体を搭載する発熱体搭載面１３を外表面に有している。図２及び図５に示すように、底壁部２２は頂壁部２１に対向して配置されており、頂壁部２１と底壁部２２との間に内部空間２００が形成されている。

図５に示すように、仕切り板３は、本体部２の内部空間２００を区画している。仕切り板３により層状に区画された複数の層状空間４は、頂壁部２１と底壁部２２との対向方向に並んでいる。また、隣り合う層状空間４は連通路４１（４１ａ、４１ｂ）により連通している。各々の層状空間４にはヒートシンク５（５ａ、５ｂ、５ｃ）が配置されている。

図６に示すように、供給ヘッダ部１１は、複数の層状空間４のうち頂壁部２１に面する第１層４ａに連通している。図８に示すように、排出ヘッダ部１２は、複数の層状空間４のうち底壁部２２に面する最終層４ｃから連通している。図５に示すように、第１層４ａに配置された第１ヒートシンク５ａは、頂壁部２１と、第１層４ａに面する仕切り板３ａとの両方に接合されている。また、最終層４ｃに配置された最終ヒートシンク５ｃは、底壁部２２または最終層４ｃに面する仕切り板３ｂのうちいずれか一方に接合されていると共に、他方との間に隙間４２が存在している。以下、本例の熱交換器１について詳説する。

図１に示すように、本例の熱交換器１は略直方体状の本体部２を有している。本体部２の長手方向における一端側には供給ヘッダ部１１に冷媒を供給する冷媒供給管１４が配置されており、他端側には排出ヘッダ部１２から冷媒を排出する冷媒排出管１５が配置されている。

本例においては、本体部２の長手方向を「縦方向Ｘ」といい、縦方向Ｘにおける冷媒供給管１４側を「前方Ｘ１」、冷媒排出管１５側を「後方Ｘ２」ということがある。また、頂壁部２１と底壁部２２との並び方向を「高さ方向Ｚ」といい、高さ方向Ｚにおける頂壁部２１側を「上方Ｚ１」といい、底壁部２２側を「下方Ｚ２」ということがある。また、縦方向Ｘ及び高さ方向Ｚの双方に直交する方向を「横方向Ｙ」ということがある。これらの方向に関する表示は便宜上のものであり、熱交換器１を使用する際の実際の向きとは何ら関係が無い。

図３に示すように、本例の頂壁部２１は高さ方向Ｚから見て長方形状を呈している。頂壁部２１は、その外表面に発熱体搭載面１３（以下、頂壁部２１の発熱体搭載面１３を、「第１発熱体搭載面１３１」という。）を有している。第１発熱体搭載面１３１には、例えば、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を実装した回路基板等の発熱体を搭載することができる。これらの発熱体は、例えば第１ヒートシンク５ａの上方Ｚ１に相当する領域に搭載することができる。

図４に示すように、本例の底壁部２２は頂壁部２１と略同一の形状を呈している。底壁部２２は、縦方向Ｘにおける両端部に切り欠き部２２１、２２２を有している。縦方向Ｘにおける前方Ｘ１に設けられた切り欠き部２２１には冷媒供給管１４が取り付けられている。また、後方Ｘ２に設けられた切り欠き部２２２には冷媒排出管１５が取り付けられている。

本例の熱交換器１は、底壁部２２の外表面にも発熱体搭載面１３（以下、底壁部２２の発熱体搭載面１３を「第２発熱体搭載面１３２」という。）を有している。第２発熱体搭載面１３２には、例えば、第１発熱体搭載面１３１に搭載する発熱体よりも発熱量の低い発熱体を搭載することができる。具体的には、第２発熱体搭載面１３２には、キャパシタ等の発熱体を搭載することができる。これらの発熱体は、例えば、後述するフィン群７１（図４及び図８参照）の下方Ｚ２に相当する領域に搭載することができる。

また、図１及び図２に示すように、底壁部２２の前方Ｘ１の端縁、後方Ｘ２の端縁及び横方向Ｙの一対の端縁には、それぞれ、前方壁部２３、後方壁部２４及び一対の側方壁部２５が立設されている。前方壁部２３、後方壁部２４及び一対の側方壁部２５は、上方Ｚ１において頂壁部２１と接合されている。

図１及び図４に示すように、冷媒供給管１４は、底壁部２２の切り欠き部２２１に取り付けられ、前方Ｘ１に向けて延設されている。また、冷媒排出管１５は、底壁部２２の切り欠き部２２２に取り付けられ、後方Ｘ２に向けて延設されている。

図２及び図５に示すように、本体部２は、頂壁部２１、底壁部２２、前方壁部２３、後方壁部２４及び一対の側方壁部２５により囲まれた内部空間２００を層状に区画する仕切り板３を有している。図５に示すように、本例の本体部２における内部空間２００は、２枚の仕切り板３（３ａ、３ｂ）により高さ方向Ｚに並んだ３層の層状空間４（４ａ、４ｂ、４ｃ）に区画されている。以下において、３層の層状空間４を、上方Ｚ１から順に第１層４ａ、第２層４ｂ及び最終層４ｃという。また、第１層４ａと第２層４ｂとを区画する仕切り板３を第１仕切り板３ａといい、第２層４ｂと最終層４ｃとを区画する仕切り板３を第２仕切り板３ｂという。

図２及び図５に示すように、本例の熱交換器１は、横方向Ｙに間隔をあけて互いに並んだ２枚の第１仕切り板３ａを有している。２枚の第１仕切り板３ａの間の隙間は第１層４ａと第２層４ｂとを連通させる連通路４１ａ（図５及び図６参照）となる。

また、図２及び図５に示すように、本例の熱交換器１は長方形状を呈する１枚の第２仕切り板３ｂを有している。図５及び図７に示すように、第２仕切り板３ｂは横方向Ｙの両側において側方壁部２５から離間して配置されている。第２仕切り板３ｂと側方壁部２５との間の隙間は第２層４ｂと最終層４ｃとを連通させる連通路４１ｂとなる。

図６に示すように、第１層４ａに冷媒を供給する供給ヘッダ部１１は、前方壁部２３に沿って延設された分配路部１１１と、分配路部１１１の両端から後方Ｘ２に向かって延設された一対の延出路部１１２とを有している。

分配路部１１１は、本体部２における横方向Ｙの全体に亘って設けられており、底壁部２２から立設された分配壁部２２３（図６〜図８参照）により、第１層４ａ、第２層４ｂ及び最終層４ｃから隔離されている。分配路部１１１は、冷媒供給管１４から流入した冷媒を横方向Ｙの両側へ分配しつつ、一対の延出路部１１２へ導くことができるように構成されている。

図６に示すように、一対の延出路部１１２は、本体部２における縦方向Ｘの全体に亘って設けられており、横方向Ｙの外方から第１層４ａ内に冷媒を供給可能に構成されている。また、延出路部１１２は、分配路部１１１側の基端から後方Ｘ２へ向かうにつれて流路幅が次第に狭くなっている。

図５及び図６に示すように、第１層４ａは頂壁部２１と第１仕切り板３ａとの間に形成された層状空間である。第１層４ａには横方向Ｙに間隔をあけて互いに並んだ２つの第１ヒートシンク５ａが配置されている。２つの第１ヒートシンク５ａは横方向Ｙの外方において延出路部１１２に面している。

本例の第１ヒートシンク５ａは、多数の開口部６１を有するプレート６（図９参照）が複数枚積層されており、開口部６１が互いに連通してなる冷媒流路６２を有する積層型ヒートシンクである。図９（ｃ）に示すように、第１ヒートシンク５ａの冷媒流路６２は横方向Ｙに冷媒を流通させることができるように構成されている。

第１ヒートシンク５ａの縦方向Ｘにおける一対の端面は、分配壁部２２３及び後方壁部２４に当接している。また、第１ヒートシンク５ａの高さ方向Ｚにおける上方Ｚ１の端面は頂壁部２１に接合され、下方Ｚ２の端面は第１仕切り板３ａに接合されている。なお、第１ヒートシンク５ａの縦方向Ｘにおける一対の端面は、分配壁部２２３及び後方壁部２４に接合されていても良い。また、第１ヒートシンク５ａのより詳細な構成については後述する。また、図２及び図５〜図８においては、便宜上、開口部６１の記載を省略している。

図５及び図７に示すように、第２層４ｂは、第１仕切り板３ａと第２仕切り板３ｂとの間に形成された層状空間である。第２層４ｂには、横方向Ｙに間隔をあけて互いに並んだ２つの第２ヒートシンク５ｂが配置されている。図５に示すように、第２ヒートシンク５ｂは第１ヒートシンク５ａの下方Ｚ２に相当する位置に配置されている。また、２つの第２ヒートシンク５ｂの間には、第１層４ａと第２層４ｂとを連通させる連通路４１ａが開口している。

本例の第２ヒートシンク５ｂは、第１ヒートシンク５ａと同一の構成を有する積層型ヒートシンクである。第２ヒートシンク５ｂは、横方向Ｙに冷媒を流通可能に構成された冷媒流路６２を有している。第２ヒートシンク５ｂの縦方向Ｘにおける一対の端面は分配壁部２２３及び後方壁部２４に当接している。また、第２ヒートシンク５ｂの上方Ｚ１の端面は第１仕切り板３ａに接合され、下方Ｚ２の端面は第２仕切り板３ｂに接合されている。なお、第２ヒートシンク５ｂの縦方向Ｘにおける一対の端面は、分配壁部２２３及び後方壁部２４に接合されていても良い。

図５及び図８に示すように、最終層４ｃは、第２仕切り板３ｂと底壁部２２との間に形成された層状空間である。最終層４ｃには最終ヒートシンク５ｃが配置されている。

図８に示すように、本例の最終ヒートシンク５ｃは、平板状の底壁部２２と、底壁部２２ら立設された多数のフィン７を有するフィン型ヒートシンクである。即ち、本例の最終ヒートシンク５ｃは底壁部２２と一体に形成されている。

具体的には、本例の最終ヒートシンク５ｃは横方向Ｙに間隔をあけて並んだ２組のフィン群７１を有している。個々のフィン群７１は、図５に示すように第１ヒートシンク５ａ及び第２ヒートシンク５ｂの下方Ｚ２に相当する位置に配置されている。

図８に示すように、フィン群７１は一定のピッチで縦方向Ｘに並んだ多数のフィン７から構成されている。本例のフィン７はプレートフィンである。図５に示すように、フィン７の先端と第２仕切り板３ｂとの間には、１ｍｍ程度の隙間４２が存在している。

図８に示すように、２つのフィン群７１よりも後方Ｘ２には排出ヘッダ部１２が配置されている。排出ヘッダ部１２は冷媒排出管１５に連通しており、最終層４ｃに流入した冷媒を冷媒排出管１５に導くことができるように構成されている。

上述したように、本例の第１ヒートシンク５ａ及び第２ヒートシンク５ｂは、多数の開口部６１（６１ａ、６１ｂ）を有するプレート６（６ａ、６ｂ）が複数枚積層されてなる積層型ヒートシンクである。図６及び図７に示すように、第１ヒートシンク５ａ及び第２ヒートシンク５ｂを横方向Ｙに測定して得られる幅寸法は、これらを縦方向Ｘに測定して得られる長さ寸法よりも短い。

第１ヒートシンク５ａ及び第２ヒートシンク５ｂは、図９（ａ）に示す第１プレート６ａと、図９（ｂ）に示す第２プレート６ｂとが交互に積層された４層構造を有している。

図９（ａ）に示すように、第１プレート６ａは、多数の開口部６１ａからなる開口部列６３ａと、多数の開口部６１ｂからなる開口部列６３ｂとを有している。開口部列６３ａと開口部列６３ｂとは一定のピッチで縦方向Ｘに交互に並んでいる。

開口部列６３ａを構成する開口部６１ａは、一定のピッチで横方向Ｙに並んでいる。開口部６１ａは、横方向Ｙの中央が両端よりも後方Ｘ２に位置するようにＶ字状に折れ曲がっている。

一方、開口部列６３ｂを構成する開口部６１ｂは、開口部６１ａと同一のピッチで横方向Ｙに並んでいる。また、横方向Ｙにおける開口部６１ｂの位置は、開口部６１ａに対して半ピッチずれている。個々の開口部６１ｂは、横方向Ｙの中央が両端よりも前方Ｘ１側に位置するようにＶ字状に折れ曲がっている。

第２プレート６ｂは、図９（ｂ）に示すように、第１プレート６ａにおける開口部列６３ａの位置と開口部列６３ｂの位置とを入れ替えた以外は第１プレート６ａと同様の構成を有している。

図９（ｃ）に一例を示すように、第２プレート６ｂにおける開口部６１の端部は、第１プレート６ａと第２プレート６ｂとを交互に積層したときに、第１プレート６ａにおける開口部６１の端部と重なるように配置されている。これにより、隣り合うプレート６の開口部６１が互いに連通し、横方向Ｙに冷媒を流通可能な冷媒流路６２が形成されている。

次に、熱交換器１の作用効果について説明する。図５に示すように、本例の熱交換器１は、仕切り板３により区画された３層の層状空間４を有しており、隣り合う層状空間４が仕切り板３に設けられた連通路４１により連通している。それ故、熱交換器１の冷却能力を容易に向上させることができる。

また、熱交換器１は、底壁部２２に面する最終層４ｃに最終ヒートシンク５ｃを有している。そして、最終ヒートシンク５ｃにおけるフィン７の先端と第２仕切り板３ｂとの間には隙間４２が存在している。これにより、熱交換器１は、剛性が過度に高くなることを容易に回避することができる。

また、本例の熱交換器１は、第１層４ａに２つの第１ヒートシンク５ａを有しており、供給ヘッダ部１１は２つの第１ヒートシンク５ａの横方向Ｙにおける外方に冷媒を導くように構成されている。また、第１層４ａに面した第１仕切り板３ａは、２つの第１ヒートシンク５ａの間に連通路４１ａを有している。更に、第２層４ｂは２つの第２ヒートシンク５ｂを有しており、第２層４ｂと最終層４ｃとを区画する第２仕切り板３ｂは、第２ヒートシンク５ｂよりも下流側、即ち横方向Ｙにおける外方に連通路４１ｂを有している。

本例の熱交換器１は、供給ヘッダ部１１、ヒートシンク５及び連通路４１を上記特定の位置関係となるように配置することにより、第１ヒートシンク５ａ及び第２ヒートシンク５ｂと冷媒との接触面積を十分に確保しつつ、冷媒の流路長を短縮することができる。その結果、本例の熱交換器１は、冷却能力をより向上させることができると共に、圧力損失をより低減することができる。

また、本例の熱交換器１は、第２仕切り板３ｂと最終ヒートシンク５ｃとの間に隙間４２が存在している。そのため、第１発熱体搭載面１３１及び第２発熱体搭載面１３２に発熱体を搭載した際に、発熱体に加わる熱応力を低減することができる。更に、隙間４２の存在により、第１発熱体搭載面１３１から第２発熱体搭載面１３２への熱移動をより低減することができる。その結果、熱交換器１の体積を増大させることなく、より多数の発熱体を効果的に冷却することができる。

更に、本例の熱交換器１は、図６に示すように、分配路部１１１側から後方Ｘ２へ向かうにつれて流路幅が次第に狭くなるように形成された延出路部１１２を有している。これにより、延出路部１１２における縦方向Ｘの全長に亘って冷媒の圧力を十分に大きくすることができる。その結果、縦方向Ｘの全体に十分な量の冷媒を供給することができ、ひいては第１ヒートシンク５ａの全体に十分な量の冷媒を供給することができる。

以上の結果、熱交換器１は、優れた性能を有すると共に、電力変換装置の寿命特性を向上させることができる。

なお、実施例１においては、供給ヘッダ部１１が２つの第１ヒートシンク５ａの並び方向における外方に冷媒を導くように構成された熱交換器１の例を示したが、供給ヘッダ部１１は２つの第１ヒートシンク５ａの間に冷媒を導くように構成されていてもよい。この場合、第１層４ａと第２層４ｂとを連通させる連通路４１ａを２つの第１ヒートシンク５ａの横方向Ｙにおける外方に配置し、第２層４ｂと最終層４ｃとを連通させる連通路４１ｂを２つの第２ヒートシンク５ｂの間に配置することが好ましい。かかる構成を有する熱交換器１においても、本例と同様に、冷却性能の向上、圧力損失の低減、及び寿命特性の向上の効果を得ることができる。

また、実施例１においては第１ヒートシンク５ａ及び第２ヒートシンク５ｂが全て同一の構成を有する例を示したが、要求される性能等に合わせて異なる構成のヒートシンクを用いることも可能である。例えば、積層型ヒートシンクに変えて、平板状のベース部から多数のピンが立設されたピンフィン型ヒートシンクや、アルミニウム板材を波型に成形してなるコルゲートフィン型ヒートシンクを用いることも可能である。また、積層型ヒートシンクの例として、開口部がＶ字状に折れ曲がった例を示したが、冷媒が横方向Ｙに流通可能であれば、開口部の形状を適宜変更することができる。

以下、実施例１の構成の変形例１〜３を具体的に示す。変形例１〜３は、いずれも実施例１と同様の作用効果を奏することができる。なお、変形例１〜３において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に説明の無い限り実施例１と同様の構成要素等を示す。

（変形例１）
本例は、図１０に示すように、底壁部２２とは別体に準備した最終ヒートシンク５ｄを最終層４ｃに配置した熱交換器１の例である。本例の最終ヒートシンク５ｄは、図１１に示すように、略長方形状のベース部７２と、ベース部７２から立設された多数のピンフィン７３とを有するフィン型ヒートシンクである。図１１に示すように、最終ヒートシンク５ｄのベース部７２は第２仕切り板３ｂに接合されている。そして、ピンフィン７３の先端と底壁部２２との間には隙間４２が存在している。その他は実施例１と同様である。本例に示す構成は、例えば発熱体を底壁部２２に搭載しない場合に採用することができる。

（変形例２）
本例は、図１２に示すように、底壁部２２とは別体に準備した最終ヒートシンク５ｅを最終層４ｃに配置した熱交換器１の例である。本例の最終ヒートシンク５ｅは、アルミニウム板を波型に加工してなるコルゲートフィンである。最終ヒートシンク５ｅは、上方Ｚ１の頂部７４において第２仕切り板３ｂに接合されており、下方の頂部７５と底壁部２２との間に隙間４２が存在している。また、本例の最終ヒートシンク５ｅは、第２仕切り板３ｂとの間に形成される流路７６が横方向Ｙと平行な方向に伸びるように配置されている。その他は実施例１と同様である。本例に示す構成は、例えば発熱体を底壁部２２に搭載しない場合に採用することができる。

（変形例３）
本例は、積層型ヒートシンクを構成するプレートの開口部６１の形状を変形した例である。図１３に示すように、本例の第１プレート６ｃ及び第２プレート６ｄは、実施例１におけるＶ字状の開口部６１ａ、６１ｂに代えて、長方形状の開口部６１ｃ、６１ｄを多数有している。縦方向Ｘ及び横方向Ｙにおける開口部６１ｃ、６１ｄのピッチは、実施例１と同様である。

（実施例２）
本例は、熱交換器１０２の性能及び剛性をシミュレーションにより評価した例である。本例においては、第１仕切り板３ａ及び第２仕切り板３ｂにより区画された３層の層状空間４（４ａ、４ｂ、４ｃ）を有すると共に、最終ヒートシンク５ｈと第２仕切り板３ｂとの間に隙間４２を有する構造モデル（モデルＥ１、図１４〜図２０参照）を作成し、有限要素法による熱解析及び歪み解析を行った。また、モデルＥ１との比較のため、１層の層状空間４を有するモデルＣ１（図２１〜図２３）、２層の層状空間４（４ａ、４ｂ）を有するモデルＣ２（図２４〜図２７）及び３層の層状空間４を有し、最終ヒートシンク５ｈと第２仕切り板３ｂとが当接しているモデルＣ３（図２８）の３種の構造モデルを作成し、モデルＥ１と同様に解析を行った。

以下、各構造モデルの詳細及び解析手順について詳説する。なお、図１４〜図２８において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に説明の無い限り実施例１と同様の構成要素等を示す。

［構造モデル］
＜モデルＥ１＞
図１４に示すように、モデルＥ１の本体部２ｂは頂壁部２１及び底壁部２２を有する略直方体状を呈しており、頂壁部２１に発熱体搭載面１３を有している。また、図１５及び図１６に示すように、本体部２ｂは、内部空間２００を３層の層状空間４（４ａ、４ｂ、４ｃ）に区画する２枚の仕切り板３（３ａ、３ｂ）を有している。第１層４ａ、第２層４ｂ及び最終層４ｃの中央には、それぞれ、第１ヒートシンク５ｆ、第２ヒートシンク５ｇ及び最終ヒートシンク５ｈが配置されている。

図１４及び図１７に示すように、頂壁部２１と底壁部２２とを接続する４枚の壁部のうち互いに対向する一対の壁部は、その長手方向における中央に冷媒導排口１６を有している。冷媒導排口１６は、供給ヘッダ部１１または排出ヘッダ部１２のいずれかに連通している。

本例においては、冷媒導排口１６を有する壁部の対向方向を「縦方向Ｘ」といい、縦方向Ｘにおける供給ヘッダ部１１側を「前方Ｘ１」、排出ヘッダ部１２側を「後方Ｘ２」という。また、頂壁部２１と底壁部２２との並び方向を「高さ方向Ｚ」といい、高さ方向Ｚにおける頂壁部２１側を「上方Ｚ１」といい、底壁部２２側を「下方Ｚ２」という。また、縦方向Ｘ及び高さ方向Ｚの双方に直交する方向を「横方向Ｙ」という。これらの方向に関する表示は便宜上のものである。

図１４及び図１５に示すように、頂壁部２１は、第１ヒートシンク５ｆの上方Ｚ１に相当する中央部２１１と、中央部２１１を取り囲む周縁部２１２とを有している。中央部２１１は周縁部２１２から分離できるように構成されている。モデルＥ１と同一の構造を有する熱交換器１０２を実際に製造する場合、中央部２１１は、第１ヒートシンク５ｆを第１層４ａに収容した後に周縁部２１２に接合される。

図１４及び図１５に示すように、周縁部２１２及び底壁部２２は、冷媒導排口１６を有する前方壁部２３及び後方壁部２４と一体に形成されている。即ち、モデルＥ１の本体部２ｂは、これらの壁部よりなり、横方向Ｙの両側及び上方Ｚ１が開口した箱状体２０を有している。なお、上方Ｚ１の開口面２０１には頂壁部２１の中央部２１１が配置される。

図１５及び図１６に示すように、箱状体２０における横方向Ｙの開口面２０２（２０２ａ、２０２ｂ）には、一対の側方壁部２５（２５ａ、２５ｂ）が配置される。一対の側方壁部２５のうち一方の側方壁部２５ａは、２枚の仕切り板３のうち上方Ｚ１に配置される第１仕切り板３ａと一体に形成されている。また、他方の側方壁部２５ｂは、２枚の仕切り板３のうち下方Ｚ２に配置される第２仕切り板３ｂと一体に形成されている。

以下において、便宜上、横方向Ｙにおける一方の側方壁部２５ａ側を「右側Ｙ１」といい、他方の側方壁部２５ｂ側を「左側Ｙ２」という。なお、モデルＥ１と同一の構造を有する熱交換器１０２を実際に製造する場合、一方の側方壁部２５ａ及び第１仕切り板３ａは右側Ｙ１の開口面２０２ａから箱状体２０の内部に挿入され、他方の側方壁部２５ｂ及び第２仕切り板３ｂは左側Ｙ２の開口面２０２ｂから箱状体２０の内部に挿入される。

図１６〜図１８に示すように、第１仕切り板３ａの先端と他方の側方壁部２５ｂとの間および第２仕切り板３ｂの先端と一方の側方壁部２５ａとの間には、それぞれ隙間が存在している。第１仕切り板３ａの先端と他方の側方壁部２５ｂとの間の隙間は第１層４ａと第２層４ｂとを連通させる連通路４１ａとなる。また、第２仕切り板３ｂの先端と一方の側方壁部２５ａとの間の隙間は第２層４ｂと最終層４ｃとを連通させる連通路４１ｂとなる。

図１７に示すように、第１層４ａに冷媒を供給する供給ヘッダ部１１は前方壁部２３及び一方の側方壁部２５ａに沿って設けられた冷媒流路を有している。供給ヘッダ部１１は、冷媒導排口１６から流入した冷媒を前方壁部２３に沿って右側Ｙ１へ導き、次いで一方の側方壁部２５ａに沿って後方Ｘ２へ導くことができるように構成されている。

第１層４ａの中央には、第１ヒートシンク５ｆが配置されている。モデルＥ１の第１ヒートシンク５ｆは、横方向Ｙに冷媒を流通させることができるように構成された積層型ヒートシンクである。

第１ヒートシンク５ｆの縦方向Ｘにおける一対の端面は、前方壁部２３、後方壁部２４及び後述するヘッダ隔壁部１２１（図１７参照）に当接している。また、第１ヒートシンク５ｆの高さ方向Ｚにおける上方Ｚ１の端面は頂壁部２１に接合され、下方Ｚ２の端面は第１仕切り板３ａに接合されている。なお、第１ヒートシンク５ｆの縦方向Ｘにおける一対の端面は、前方壁部２３、後方壁部２４及び後述するヘッダ隔壁部１２１に接合されていてもよい。第１ヒートシンク５ｆのより詳細な構成については後述する。また、図１５〜図１８においては、便宜上、開口部６１の記載を省略している。

図１８に示すように、第２層４ｂの中央には、第１ヒートシンク５ｆと同一の構成を有する第２ヒートシンク５ｇが配置されている。

第２ヒートシンク５ｇの縦方向Ｘにおける一対の端面は、前方壁部２３、後方壁部２４及びヘッダ隔壁部１２１に当接している。また、第２ヒートシンク５ｇの上方Ｚ１の端面は第１仕切り板３ａに接合され、下方Ｚ２の端面は第２仕切り板３ｂに接合されている。なお、第２ヒートシンク５ｇの縦方向Ｘにおける一対の端面は、前方壁部２３、後方壁部２４及び後述するヘッダ隔壁部１２１に接合されていてもよい。

図１９に示すように、最終層４ｃの中央には最終ヒートシンク５ｈが配置されている。最終ヒートシンク５ｈは、底壁部２２から立設された多数のフィン７を有するフィン型ヒートシンクである。最終ヒートシンク５ｈのフィン７はプレートフィンであり、一定のピッチで縦方向Ｘに並んでいる。また、図１６に示すように、フィン７の先端と第２仕切り板３ｂとの間には隙間４２が存在している。

図１７〜図１９に示すように、モデルＥ１の排出ヘッダ部１２は、後方壁部２４の冷媒導排口１６を基端として、左側Ｙ２へ向かって延設されている。図１７及び図１８に示すように、排出ヘッダ部１２は、他方の側方壁部２５ｂに立設されたヘッダ隔壁部１２１により第１層４ａ及び第２層４ｂから隔離されている。また、図１９に示すように、排出ヘッダ部１２は、ヘッダ隔壁部１２１の左側Ｙ２の端部に設けられた貫通穴１２２により最終層４ｃに連通している。

第１ヒートシンク５ｆ及び第２ヒートシンク５ｇは、図２０（ａ）に示す第１プレート６ｅと、図２０（ｂ）に示す第２プレート６ｆとを交互に積層した４層構造を有する積層型ヒートシンクである。

第１プレート６ｅは、図２０（ａ）に示すように、縦方向Ｘに一定のピッチで並んだ開口部列６３ｅを多数有している。個々の開口部列６３ｅは横方向Ｙに一定のピッチで並んだ多数の開口部６１ｅを有している。開口部６１ｅは、横方向Ｙの中央が両端よりも後方Ｘ２に位置するようにＶ字状に折れ曲がっている。

第２プレート６ｆは、図２０（ｂ）に示すように、第１プレート６ｅにおける開口部列６３ｅと同一のピッチで縦方向Ｘに並んだ開口部列６３ｆを多数有している。個々の開口部列６３ｆは、第１プレート６ｅにおける開口部６１ｅと同一のピッチで横方向Ｙに並んだ複数の開口部６１ｆを有している。

開口部６１ｆは、横方向Ｙの中央が両端よりも前方Ｘ１に位置するようにＶ字状に折れ曲がっている。また、横方向Ｙにおける開口部６１ｆの位置は、第１プレート６ｅにおける開口部６１ｅに対して半ピッチずれている。

図には示さないが、第１プレート６ｅと第２プレート６ｆとを交互に積層した状態においては、実施例１と同様に、第１プレート６ｅにおける開口部６１ｅの端部と、第２プレート６ｆにおける開口部６１ｆの端部とが重なっている。これにより、隣り合うプレート６の開口部６１が互いに連通し、横方向Ｙに冷媒を流通可能な冷媒流路６２が形成されている。

モデルＥ１における各部の寸法は、以下の通りである。
・本体部２ｂ
縦方向Ｘにおける外寸法：７５ｍｍ
横方向Ｙにおける外寸法：７３ｍｍ
高さ方向Ｚにおける外寸法：１４ｍｍ

・第１ヒートシンク５ｆ及び第２ヒートシンク５ｇ
縦方向Ｘにおける外寸法：４９ｍｍ
横方向Ｙにおける外寸法：４９ｍｍ
高さ方向Ｚにおける外寸法：４ｍｍ

・第１プレート６ｅ及び第２プレート６ｆ
厚み：１ｍｍ
開口部列６３ｅ及び開口部列６３ｆの縦方向ＸにおけるピッチＰ_Ｘ（図２０（ｃ）参照）：４．９ｍｍ
開口部６１ｅ及び開口部６１ｆの横方向ＹにおけるピッチＰ_Ｙ：４．５ｍｍ
開口部６１ｅ及び開口部６１ｆの横方向Ｙにおける外寸法Ｌ：３．５ｍｍ
開口部６１の幅Ｗ：１ｍｍ
横方向Ｙを基準としたときの開口部６１ｆの端部の傾き角θ：２０度

・最終ヒートシンク５ｈ
底壁部２２の厚み：１ｍｍ
フィン７：幅１ｍｍ×長さ４９ｍｍ×高さ１ｍｍ
隣り合うフィン７の間隔：１．５ｍｍ
フィン７の先端と第２仕切り板３ｂとの間の隙間４２：１ｍｍ

＜モデルＣ１＞
モデルＣ１は、図２１〜図２３に示すように、本体部２ｃの内部空間２００に仕切り板３を有しておらず、頂壁部２１と底壁部２２との間に１層の層状空間４が形成されている。また、層状空間４の中央には１個のヒートシンク５ｉが配置されている。ヒートシンク５ｉは、図２０に示す第１プレート６ｅと第２プレート６ｆとを交互に積層した８層構造を有する積層型ヒートシンクである。その他はモデルＥ１と同様である。なお、図２１〜図２３において用いた符号のうち、図１４〜図２０と同一のものは、特に説明のない限りモデルＥ１と同一の構成要素等を示す。また、図２１〜図２３においては、便宜上、開口部６１の記載を省略している。

モデルＣ１における各部の寸法は、以下の通りである。なお、第１プレート６ｅ及び第２プレート６ｆについては、モデルＥ１と同一のため省略する。
・本体部２ｃ
縦方向Ｘにおける外寸法：７５ｍｍ
横方向Ｙにおける外寸法：７３ｍｍ
高さ方向Ｚにおける外寸法：１０ｍｍ

・ヒートシンク５ｉ
縦方向Ｘにおける外寸法：４９ｍｍ
横方向Ｙにおける外寸法：４９ｍｍ
高さ方向Ｚにおける外寸法：８ｍｍ

＜モデルＣ２＞
モデルＣ２は、図２４〜図２７に示すように、本体部２ｄの内部空間２００に１枚の仕切り板３を有している。図２５に示すように、モデルＣ２の内部空間２００は、仕切り板３により、第１層４ａ及び最終層４ｃの２層の層状空間４に区画されている。仕切り板３は、図２４及び図２５に示すように、右側Ｙ１の側方壁部２５ａと一体に形成されている。図２５及び図２６に示すように、仕切り板３の先端と他方の側方壁部２５ｂとの間には隙間が存在している。この隙間は、第１層４ａと最終層４ｃとを連通させる連通路４１となる。

図２５〜図２７に示すように、第１層４ａ及び最終層４ｃの中央には、それぞれ第１ヒートシンク５ｊ及び最終ヒートシンク５ｋが配置されている。これらのヒートシンク５は、モデルＥ１における第１ヒートシンク５ｆと同一の構成を有している。即ち、第１ヒートシンク５ｊ及び最終ヒートシンク５ｋは、図２０に示す第１プレート６ｅと第２プレート６ｆとを交互に積層した４層構造を有する積層型ヒートシンクである。

図２７に示すように、排出ヘッダ部１２は、一方の側方壁部２５ａ及び後方壁部２４に沿って設けられた冷媒流路を有している。排出ヘッダ部１２は、最終ヒートシンク５ｋを通過した冷媒を一方の側方壁部２５ａに沿って後方Ｘ２へ導き、次いで後方壁部２４に沿って冷媒導排口１６へ導くことができるように構成されている。

その他はモデルＥ１と同様である。なお、図２４〜図２７において用いた符号のうち、図１４〜図２０と同一のものは、特に説明のない限りモデルＥ１と同一の構成要素等を示す。また、図２４〜図２７においては、便宜上、開口部６１の記載を省略している。

モデルＣ２における各部の寸法は、以下の通りである。なお、第１プレート６ｅ及び第２プレート６ｆについては、モデルＥ１と同一のため省略する。
・本体部２ｄ
縦方向Ｘにおける外寸法：７５ｍｍ
横方向Ｙにおける外寸法：７３ｍｍ
高さ方向Ｚにおける外寸法：１１ｍｍ

・第１ヒートシンク５ｊ及び最終ヒートシンク５ｋ
縦方向Ｘにおける外寸法：４９ｍｍ
横方向Ｙにおける外寸法：４９ｍｍ
高さ方向Ｚにおける外寸法：４ｍｍ

＜モデルＣ３＞
モデルＣ３は、図２８に示すように、最終ヒートシンク５ｃにおけるフィン７の先端が第２仕切り板３ｂに当接している以外は、モデルＥ１と同様の構成を有している。即ち、モデルＣ３は、最終ヒートシンク５ｃと第２仕切り板３ｂとの間に隙間４２を有していない。図２８において用いた符号のうち、図１４〜図２０と同一のものは、特に説明のない限りモデルＥ１と同一の構成要素等を示す。また、図２８においては、便宜上、開口部６１の記載を省略している。

モデルＣ３における各部の寸法は、以下の通りである。なお、第１プレート６ｅ、第２プレート６ｆ、第１ヒートシンク５ａ、第２ヒートシンク５ｂ及び最終ヒートシンク５ｃについては、モデルＥ１と同一のため省略する。

・本体部２ｅ
縦方向Ｘにおける外寸法：７５ｍｍ
横方向Ｙにおける外寸法：７３ｍｍ
高さ方向Ｚにおける外寸法：１３ｍｍ

［熱解析］
解析ソフト（ダッソー・システムズ・ソリッドワークス社製「SolidWorks（登録商標） FlowSimulation」）を用いて上述したモデルＥ１及びモデルＣ１〜Ｃ３の冷却性能及び圧力損失を解析した。熱解析の詳細な条件は以下の通りである。

・発熱体
頂壁部２１の中央部２１１上に、６５０Ｗの発熱量を有する発熱体を２個搭載した。
・冷媒
６０℃のエチレングリコール５０％水溶液を５Ｌ／分の流速で前方Ｘ１の冷媒導排口１６から供給した。また、ヒートシンクの壁面において冷媒に乱流が発生することを想定し、乱流パラメータを２％とした。

上記の条件設定により各モデルの熱解析を行い、定常状態における発熱体搭載面１３の最高温度及び後方Ｘ２の冷媒導排口１６から排出される冷媒の圧力損失を算出した。その結果を図２９に示す。なお、図２９における縦軸は、定常状態における発熱体搭載面１３の最高温度（℃）であり、横軸は冷媒の圧力損失（ｋＰａ）、即ち前方Ｘ１の冷媒導排口１６から供給される冷媒の圧力（ｋＰａ）と、後方Ｘ２の冷媒導排口１６から排出される冷媒の圧力（ｋＰａ）との差である。

図２９より知られるように、モデルＥ１は、モデルＣ１〜Ｃ３に比べて発熱体搭載面１３の最高温度が低かった。また、モデルＥ１は、３層の層状空間４を有し、最終ヒートシンク５ｃと第２仕切り板３ｂとの間に隙間４２を有していないモデルＣ３に比べて圧力損失を低減できた。これらの結果から、モデルＥ１は、３層の冷却層にそれぞれヒートシンク５を有することにより優れた冷却性能を有すると共に、隙間４２の存在により圧力損失を低減できたことが理解できる。

［歪み解析］
解析ソフト（ダッソー・システムズ・ソリッドワークス社製「SolidWorks（登録商標） Simulation」）を用いて上述したモデルＥ１及びモデルＣ１〜Ｃ３に荷重を与えたときの歪み解析を行った。歪み解析の詳細な条件は以下の通りである。

・拘束条件
横方向Ｙにおける本体部２の両端面２５１ａ、２５１ｂの変位を拘束し、それ以外の部分は自由に変位可能に設定した。
・荷重条件
均一な圧力で頂壁部２１の全面を下方Ｚ２に押圧する荷重条件を設定した。頂壁部２１を押圧する圧力は１×１０⁵Ｎ／ｍ²とした。

上記の条件設定により各モデルの歪み解析を行い、定常状態における頂壁部２１の高さ方向Ｚへの変位の最大値を算出した。その結果を図３０に示す。なお、図３０における縦軸は、定常状態における頂壁部２１の変位の最大値（ｍｍ）である。

図３０より知られるように、モデルＥ１における頂壁部２１の変位の最大値は、モデルＣ３よりも大きく、かつ、モデルＣ１及びＣ２よりも小さくなった。高さ方向ＺにおけるモデルＥ１の外寸法が全ての構造モデルの中で最も大きいことを考慮すれば、モデルＥ１は、隙間４２の存在により剛性を低減できたことが理解できる。なお、モデルＣ１及びＣ２は、モデルＥ１に比べて剛性が低いが、これは、モデルＣ１及びＣ２は、高さ方向Ｚにおける外寸法がモデルＥ１に比べて小さいことが原因と考えられる。

以上の結果から、モデルＥ１は、優れた冷却性能を有すると共に、圧力損失及び剛性を低減することができる。

１ 熱交換器
１１ 供給ヘッダ部
１２ 排出ヘッダ部
１３１、１３２ 発熱体搭載面
２、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ 本体部
２１ 頂壁部
２２ 底壁部
３、３ａ、３ｂ 仕切り板
４、４ａ、４ｂ、４ｃ 層状空間
４１、４１ａ、４１ｂ 連通路
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ ヒートシンク

Claims (9)

1. アルミニウム部材より構成された熱交換器であって、
   発熱体を搭載する発熱体搭載面を外表面に有する頂壁部と、該頂壁部に対向して配置された底壁部と、上記頂壁部と上記底壁部との間に形成された内部空間とを有する本体部と、
   上記内部空間を層状に区画する１枚以上の仕切り板と、
   該仕切り板により区画され、上記頂壁部と上記底壁部との対向方向に並んだ複数の層状空間と、
   各々の上記層状空間に配置されたヒートシンクと、
   隣り合う上記層状空間を連通させる連通路と、
   複数の上記層状空間のうち、上記頂壁部に面する第１層に連通する供給ヘッダ部と、
   複数の上記層状空間のうち、上記底壁部に面する最終層から連通する排出ヘッダ部とを有し、
   上記第１層に配置された第１ヒートシンクは、上記頂壁部と、上記第１層に面する上記仕切り板との両方に接合されており、
   上記最終層に配置された最終ヒートシンクは、上記底壁部または上記最終層に面する上記仕切り板のうちいずれか一方に接合されていると共に、他方との間に隙間を有していることを特徴とする熱交換器。
2. 上記熱交換器は上記底壁部の外表面に発熱体を搭載する第２発熱体搭載面を有しており、上記最終ヒートシンクは上記底壁部に固定されており、上記最終ヒートシンクと、上記最終層に面する上記仕切り板との間に隙間が存在していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 上記最終ヒートシンクは、平板状のベース部と、該ベース部から立設された多数のフィンとを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 上記第１層は２つの上記第１ヒートシンクを有しており、上記供給ヘッダ部は２つの上記第１ヒートシンクの間に冷媒を導くように構成されており、上記第１層と、これに隣り合う上記層状空間とを連通させる上記連通路は、２つの上記第１ヒートシンクの並び方向における外方に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 上記第１層は２つの上記第１ヒートシンクを有しており、上記供給ヘッダ部は２つの上記第１ヒートシンクの並び方向における外方に冷媒を導くように構成されており、上記第１層と、これに隣り合う上記層とを連通させる上記連通路は、２つの上記第１ヒートシンクの間に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 上記内部空間は上記仕切り板により３層の上記層状空間に区画されており、上記第１層に隣り合う第２層には第２ヒートシンクが配置されており、該第２ヒートシンクは上記第１層側の上記仕切り板及び上記第２層側の上記仕切り板の両方に接合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 上記第２層は２つの上記第２ヒートシンクを有しており、上記第２層と上記最終層とを連通させる上記連通路は、上記第２ヒートシンクよりも冷媒流路における下流側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
8. 上記第１ヒートシンク及び上記第２ヒートシンクは、多数の開口部を有するプレートが複数枚積層されており、隣り合う上記プレートの上記開口部が互いに連通してなる冷媒流路を有していることを特徴とする請求項６または７に記載の熱交換器。
9. 上記第１ヒートシンク及び上記第２ヒートシンクは、上記層状空間に配置した状態における冷媒の流通方向に測定して得られる幅寸法が、上記流通方向と直角方向に測定して得られる長さ寸法よりも短いことを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。

Images