JP2018006458A - 電気機器用放熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性能を低下させることなく小型化を図る。【解決手段】電気機器用放熱器は、内部に冷媒流体を流すための複数の流路を有し板状に形成され厚み方向に所定距離離間させて積層された複数の放熱板を備える。放熱板に形成された各流路は、流路が延びる方向に直角方向でかつ放熱板の面に沿った方向に向かって所定間隔で離間して配置されている。積層方向に隣接する２枚の放熱板について見た場合、一方の放熱板に形成された流路と他方の放熱板に形成された流路とは、それぞれ流路が延びる方向に対して直角方向の面で切断した断面視において千鳥状に配置されている。【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、電気機器用放熱器に関する。

近年、変圧器等の電気機器に採用される冷却方式としては、火災防止等の安全上の理由から、従来の絶縁油を用いた方式に代えて、例えばＳＦ６やＣＯ２ガス、又は乾燥空気などの冷媒気体を用いた方式が多くなってきている。しかしながら、上記した冷媒気体は、従来の絶縁油に比べて熱伝達率が悪く、冷却能力に劣る。そのため、従来、冷媒気体を用いた放熱器では、絶縁油を用いた放熱器と同等の冷却能力を得ようとした場合に、絶縁油を用いた放熱器に比べて大きくなってしまい、設置スペースを圧迫していた。

特開平３−６８１１４号公報

そこで、本発明の実施形態は、放熱性能を低下させることなく小型化を図ることができる電気機器用放熱器を提供する。

実施形態の電気機器用放熱器は、内部に冷媒流体を流すための複数の流路を有し板状に形成され厚み方向に所定距離離間させて積層された複数の放熱板を備える。前記放熱板に形成された各前記流路は、前記流路が延びる方向に直角方向でかつ前記放熱板の面に沿った方向に向かって所定間隔で離間して配置されている。積層方向に隣接する２枚の前記放熱板について見た場合、一方の前記放熱板に形成された前記流路と他方の前記放熱板に形成された前記流路とは、それぞれ前記流路が延びる方向に対して直角方向の面で切断した断面視において千鳥状に配置されている。

一実施形態による電気機器用放熱器の一例を示す側面図 一実施形態による電気機器用放熱器の一例を示す正面図 一実施形態による電気機器用放熱器について、図２のＸ３−Ｘ３線に沿って示すもので、積層方向に隣接する２つ放熱板の断面を拡大して示す断面図 従来構成の電気機器用放熱器について、図３に相当する断面図

以下、一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示す実施形態の電気機器用放熱器１０（以下、単に放熱器１０と称す）は、電気機器用のいわゆるパネルラジエータであって、複数の放熱板２０と、２つの接続部３１と、を備えている。複数の放熱板２０は、放熱板２０の厚み方向に向かって所定間隔離間した状態で積層されている。各放熱板２０は、図１及び図２に示すように、全体として矩形の板状に形成されている。放熱板２０は、図２及び図３に示す複数の流路２１と、図１及び図２に示す２つのヘッダ部２２と、を有している。各流路２１は、図２に示すように、放熱板２０の面に沿って直線状に延びている。なお、以下の説明においては、各流路２１が延びる方向を、放熱器１０の上下方向とする。また、各流路２１が延びる方向に直角方向でかつ放熱板２０の面に沿った方向を、放熱器１０の左右方向とする。

各流路２１は、流路２１の長手方向つまり放熱板２０の上下方向に対して直角方向の面で切断した断面が、図３に示すように円形となるように形成されている。なお、流路２１の断面形状は円形に限られず、例えば楕円や矩形、又は多角形等であっても良い。各流路２１は、一の放熱板２０において、流路２１の延びる方向に対して直角方向でかつ放熱板２０の面に沿った方向、つまり左右方向に向かって所定間隔で離間して配置されている。この場合、図３に示すように、一の放熱板２０内において隣接する２つの流路２１の中心間の距離を中心間距離Ｌとする。

放熱板２０は、例えばプレス加工された２枚の薄鋼板を溶接することで構成されている。この場合、１枚の薄鋼板には、プレス加工によって流路２１の半分が形成される。そして、流路２１の半分が形成された薄鋼板を２枚重ね合わせて溶接することで、放熱板２０が構成される。流路２１の内部には、例えばＳＦ６やＣＯ２ガス、又は乾燥空気などの冷媒流体が流される。なお、冷媒流体は、気体に限られず、絶縁油等の流体であっても良い。

図３に示すように、積層方向に隣接する２枚の放熱板２０について見ると、一方の放熱板２０に形成された流路２１と、他方の放熱板２０に形成された流路２１とは、それぞれ流路２１が延びる方向に対して直角方向の面で切断した断面視において互い違いとなるような千鳥状に配置されている。すなわち、他方の放熱板２０に形成された各流路２１は、それぞれ一方の放熱板２０に形成された各流路２１に対して、左右方向においてＬ／２ずれて配置されている。

この場合、一の放熱板２０について見ると、各流路２１は、図２に示すように、放熱板２０を左右方向に二分割する中心線Ｃｈに対して非対称となるように配置されている。すなわち、放熱板２０は、図２及び図３に示すように、左右両端側の縁部２４１、２４２の幅寸法が左右で異なっている。具体的には、左右両端側の縁部２４１、２４２のうち、幅寸法の小さい方の縁部を第１縁部２４１とし、幅寸法の大きい方の縁部を第２縁部２４２とする。また、放熱板２０の左右両側の端部のうち、第１縁部２４１側の端部を第１端部２５１とし、第２縁部２４２側の端部を第２端部２５２とする。そして、各流路２１のうち、第１端部２５１側の流路を第１端部側流路２１１とし、第２端部２５２側の流路を第２端部側流路２１２とする。

また、図３に示すように、第１端部側流路２１１の中心Ｐｘから第１端部２５１までの距離寸法を距離Ｘとし、第２端部側流路２１２の中心Ｐｙから第２端部２５２までの距離寸法を距離Ｙとする。この場合、距離Ｙと距離Ｘとの差は、同一の放熱板２０において隣接する２つの流路２１の中心間距離Ｌの半分つまりＬ／２に設定されている。

２つのヘッダ部２２は、図１及び図２に示すように管状に形成されており、放熱板２０を厚み方向に貫くと共に各流路２１に連通して設けられている。また、ヘッダ部２２は、図１に示すように、放熱板２０の面に対して直角方向に突出つまり積層方向の両側へ向かって突出して設けられている。すなわち、ヘッダ部２２は、放熱板２０を厚み方向に貫くように形成されている。各放熱板２０は、積層方向に隣接する放熱板２０のヘッダ部２２を突き合わせた状態で溶接されている。これにより、各放熱板２０が相互に連結されていると共に、各放熱板２０の流路２１がヘッダ部２２を介して相互に連通されている。

図１及び図２に示すように、２つの接続部３１は、積層された複数の放熱板２０のうち、積層方向における一方端側の放熱板２０に設けられている。接続部３１は、フランジ管状に形成されており、ヘッダ部２２に溶接されている。接続部３１は、冷媒流体を流す図示しない管部材に接続される。また、放熱器１０において接続部３１とは反対側の面を構成する放熱板２０は、そのヘッダ部２２の一部つまり最外面を形成する部分が塞がれている。これにより、複数のヘッダ部２２を放熱板２０の積層方向に連結して形成された直線状の経路の終端部分が形成されている。

この構成において、２つの接続部３１のうち、一方例えば上側の接続部３１から放熱器１０内に流入した冷媒流体は、一方この場合上側のヘッダ部２２を通って各放熱板２０に分配されるとともに、各放熱板２０の流路２１を上から下へ向かって流れる。その際、流路２１を流れる冷媒流体と外気との熱交換によって冷媒流体の放熱が行われる。そして、放熱板２０の流路２１を流れた冷媒流体は、他方この場合下側のヘッダ部２２を通って合流した後、他方この場合下側の接続部３１から外部すなわち電気機器側へ流出する。

この場合、２つのヘッダ部２２は、図１に示すように、各ヘッダ部２２の中心が放熱板２０の左右方向の中心線Ｃｈ上に位置するように、又は放熱板２０の中心点Ｏに対して点対称となるように設けられている。本実施形態の場合、２つのヘッダ部２２は、放熱板２０を上下方向に二分割する中心線Ｃｖに対して対称で、かつ、ヘッダ部２２の中心位置が左右方向の中心線Ｃｈ上に位置するように配置されている。

この場合、各放熱板２０は、それぞれ同一形状に形成されているが、配置される姿勢つまり放熱板２０の向きが、積層方向に向かって交互に入れ替わるように異なっている。すなわち、各放熱板２０は、積層方向に向かって交互に裏表反転又は中心点Ｏを支点に放熱板２０の面に沿って１８０°回転させた姿勢で配置されている。これにより、図３に示すように、各放熱板２０の流路２１がそれぞれ千鳥状となるように配置されている。

次に、図３に示す本実施形態と図４に示す従来構成とにおける、離間距離Ｄと積層距離Ｈａ、Ｈｂとの関係について説明する。なお、図４に示す従来構成の放熱器は、放熱板９０によって構成されている。従来構成の放熱板９０は、左右方向に対称に構成されている。この場合、従来構成の放熱板９０は、本実施形態の放熱板２０と同様に、流路２１を有している。

なお、積層距離Ｈａ、Ｈｂとは、積層方向に隣接する２つの放熱板２０間又は放熱板９０間の距離、つまり２つの放熱板２０、９０の厚みの中心間距離を意味する。また、離間距離Ｄとは、図３及び図４に示すように、積層方向に隣接する２つの放熱板２０間又は放熱板９０間において、最も接近している２つの流路２１の中心間距離を意味する。この離間距離Ｄは、隣接する放熱板２０間又は放熱板９０間に対し、流路２１内を流れる冷媒流体との熱交換に必要な外気等を円滑に流すために確保することが必要な距離である。離間距離Ｄは、流路２１の径や冷媒流体の種類等に応じて適宜設定される。なお、この場合、図３に示す本願実施形態における離間距離Ｄと、図４に示す従来構成における離間距離Ｄとは、同一の値に設定されている。

まず、図４に示す従来構成における積層距離Ｈｂについて見る。図４に示す各放熱板９０は、各流路２１が千鳥状とはならない態様で単純に積層して配置したものである。この構成において、積層方向に隣接する２つの放熱板９０間で最接近する２つの流路２１は、積層方向の直線上に並んでいる。そのため、図４の構成において、積層距離Ｈｂは、離間距離Ｄとなる。

これに対し、図３に示す本実施形態では、各流路２１は相互に互い違いとなるような千鳥状に配置されている。この構成において、各放熱板２０間で最接近する２つの流路２１は、積層方向に対して傾斜した状態で配置される。すなわち、隣接する２つの放熱板２０間で最接近する２つの流路２１は、積層方向において直線上には並ばない。この場合、これら最接近する２つの流路２１の中心間の距離が離間距離Ｄとなる。そして、これら最接近する２つの流路２１の中心間を結ぶ直線と、一方の放熱板２０の面との成す角度を角度αとすると、積層距離Ｈａは、次式（１）で表される。
Ｈａ＝Ｈｂ×ｓｉｎα＝Ｄ×ｓｉｎα ・・・（１）

この場合、０＜α＜９０°である。そのため、式（１）によれば、図３に示す本実施形態における積層距離Ｈａは、図４に示す従来構成の積層距離Ｈｂつまり離間距離Ｄを超えることがない。そして、この場合、例えば離間距離Ｄと中心間距離Ｌとが等しければ、α＝６０°となり、Ｈａ＝Ｄ×（√３／２）となる。すなわち、この場合、離間距離Ｄと中心間距離Ｌとが等しければ、図３に示す本実施形態における積層距離Ｈａは、図４に示す従来構成の積層距離Ｈｂの（√３／２）倍となる。また、例えばα＝４５°である場合、図３に示す本実施形態の積層距離Ｈａは、図４に示す従来構成の積層距離Ｈｂの（１／√２）倍となる。このように、各流路２１を千鳥状に配置することで、従来構成と同一の離間距離Ｄを確保しつつ、各放熱板２０間の積層距離Ｈａを、千鳥状に配置されていない従来構成の積層距離Ｈｂよりも縮めることができる。

以上説明した実施形態によれば、放熱器１０は、複数の放熱板２０を備えている。放熱板２０は、内部に冷媒流体を流すための複数の流路２１を有し、板状に形成され、その板状の厚み方向に所定距離Ｈａ離間させて積層されている。各放熱板２０は、複数の流路２１を有している。各流路２１は、流路２１が延びる方向に直角方向でかつ放熱板２０の面に沿った方向に向かって所定間隔で離間して配置されている。そして、積層方向に隣接する２枚の放熱板２０について見た場合、一方の放熱板２０に形成された流路２１と他方の放熱板２０に形成された流路２１とは、それぞれ流路２１が延びる方向に対して直角方向の面で切断した断面視において千鳥状に配置されている。

すなわち、積層方向に隣接する２枚の放熱板２０における各流路２１は、それぞれ千鳥状に配置されている。これによれば、隣接する２つの放熱板２０間において最接近する流路２１間の離間距離Ｄを所定値以上に確保しつつ、放熱板２０間の積層距離Ｈａを、従来構成の積層距離Ｈｂよりも縮めることができる。換言すれば、離間距離Ｄを小さくすることなく、放熱板２０間の積層距離Ｈａを、従来構成の積層距離Ｈｂよりも縮めることができる。その結果、放熱器１０において、従来構成の放熱器と同等の放熱性能を維持しつつ、放熱板２０の積層方向の厚みを低減して全体としての小型化を図ることができる。

各放熱板２０は、それぞれ２つのヘッダ部２２を有している。２つのヘッダ部２２は、流路２１の長手方向の両端部つまり上下方向の両端部に設けられている。各ヘッダ部２２は、それぞれ放熱板２０を厚み方向に貫くと共に流路２１に連通している。そして、２つのヘッダ部２２は、ヘッダ部２２の中心が放熱板２０の左右方向の中心線Ｃｈ上に位置するように、又は放熱板２０の中心点Ｏに対して点対称となるように設けられている。

これによれば、同一形状の各放熱板２０を、積層方向に向かって交互に裏表反転又は中心点Ｏを支点に放熱板２０の面に沿って１８０°回転させた形態で配置することで、図３に示すように、各放熱板２０の流路２１を千鳥状に配置することができる。すなわち、これによれば、流路２１を千鳥状に配置するために、積層方向に配置された各放熱板２０の形状を異ならせる必要がない。つまり、流路２１を千鳥状に配置した場合であっても、各放熱板２０の形状を共通化することができる。これにより、例えば放熱板２０の製造に要するプレス型も共通化することができ、その結果、流路２１を千鳥状に配置することによる部品種類の増加や製造コストの増加等を抑制することができる。

また、同一の放熱板２０において、例えば第２端部２５２側に設けられた第２端部側流路２１２の中心部Ｐｙから第２端部２５２までの距離Ｙ寸法と、第１端部２５１側に設けられた第１端部側流路２１１の中心Ｐｘから第１端部２５１までの距離Ｘ寸法との差が、同一の放熱板２０において隣接する２つの流路２１の中心間距離Ｌの半分であるＬ／２に設定されている。これによれば、図３に示すように、各放熱板２０を、積層方向に向かって交互に裏表反転又は中心点Ｏを支点に放熱板２０の面に沿って１８０°回転させた姿勢で配置した場合に、各端部２５１、２５２が積層方向に伸びる直線上に揃う。このため、各流路２１を千鳥状に配置した場合であっても、放熱器１０全体を見た場合に、第１端部２５１と第２端部２５２とが互い違いに段差状となることを防ぐことができる。その結果、放熱器１０全体を見た場合における外観上の意匠性を向上させることができる。

以上本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中１０は電気機器用放熱器、２０は放熱板、２１は流路、２２はヘッダ部、２５１は第１端部（一方の端部）、２５２は第２端部（他方の端部）を示す。

Claims (3)

1. 内部に冷媒流体を流すための複数の流路を有し板状に形成され厚み方向に所定距離離間させて積層された複数の放熱板を備え、
   前記放熱板に形成された各前記流路は、前記流路が延びる方向に直角方向でかつ前記放熱板の面に沿った方向に向かって所定間隔で離間して配置されており、
   積層方向に隣接する２枚の前記放熱板について見た場合、一方の前記放熱板に形成された前記流路と他方の前記放熱板に形成された前記流路とは、それぞれ前記流路が延びる方向に対して直角方向の面で切断した断面視において千鳥状に配置されている、
   電気機器用放熱器。
2. 前記放熱板は、前記流路の両端部に設けられて前記放熱板を厚み方向に貫くと共に前記流路に連通した２つのヘッダ部を有し、
   ２つの前記ヘッダ部は、各ヘッダ部の中心が前記放熱板において前記流路の長手方向に対する直角方向の中心を通る中心線上に位置するように又は前記放熱板の中心点に対して相互に点対称となる位置に設けられている、
   請求項１に記載の電気機器用放熱器。
3. 同一の前記放熱板において、一方の端部側に設けられた前記流路の中心から前記放熱板の一方の端部までの距離寸法と他方の端部側に設けられた前記流路の中心から前記放熱板の他方の端部までの距離寸法との差が、同一の前記放熱板において隣接する２つの前記流路の中心間距離の半分に設定されている、
   請求項１又は２に記載の電気機器用放熱器。

Images