JP2020035830A - ウェーブフィンおよび熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却対象物に対する冷却性能を満たしつつ、熱媒体の圧力損失を低減することの可能なウェーブフィンを提供する。【解決手段】ウェーブフィン６は、熱媒体が流れる流路管２の内側に設けられ、流路管２の長手方向に直交する断面視が凹凸形状であると共に、流路管２の厚み方向から視た平面視も波形状である。ウェーブフィン６は、１枚のウェーブフィン６の中に、ウェーブピッチＷｐ、ウェーブ深さＷｄ、屈折角αおよびウェーブラップＷＬの少なくとも１つが異なる部位を有している。【選択図】図３

Description

本発明は、ウェーブフィン、およびそれを備える熱交換器に関するものである。

従来、熱媒体が流れる複数の流路管と、冷却対象物としての発熱部品とを交互に積層して構成された積層型の熱交換器が知られている。その熱交換器が備える複数の流路管の内側には、熱媒体と発熱部品との熱伝達率を高めるためのウェーブフィンが設けられている。

特許文献１には、熱交換器が備えるウェーブフィンに関し、ウェーブピッチとウェーブ深さの設定により、流路管を層流域で流れる熱媒体の混合促進効果を高めることが記載されている。なお、ウェーブフィンの各諸元に関し、ウェーブピッチとは、流路管の厚み方向からウェーブフィンを平面視した波形状において流路管の長手方向に隣り合う頂点部同士の距離である。また、ウェーブ深さとは、その波形状において振幅方向の距離である。

特開２０１２−９８２６号公報

ところで、熱交換器が、流路管を流れる熱媒体と発熱部品との熱交換により発熱部品を冷却する場合、流路管を流れる熱媒体は、流路管を上流側から下流側へ流れるに従い温度が次第に高くなる。これに対し、特許文献１に記載のウェーブフィンは、流路管の上流側から下流側に亘り、ウェーブピッチおよびウェーブ深さ等が同一の諸元で形成されている。そのため、特許文献１に記載のウェーブフィンは、流路管のうち熱媒体の温度が最も高くなる下流側の部位で、発熱部品を所定温度に冷却するための性能を満たすように各諸元に関する性能設計が行われることになる。

しかしながら、ウェーブフィンの各諸元に関する性能設計がそのように行われると、流路管のうち上流側の部位の冷却性能が必要以上のものとなり、それに伴って、熱媒体の流れに不必要な圧力損失が発生してしまう。流路管を流れる熱媒体の圧力損失が増大すると、熱交換器の流路管に熱媒体を循環させるための循環ポンプの大型化などが必要となり、製造コストおよび運転コストが増加することが懸念される。

本発明は上記点に鑑みて、冷却対象物に対する冷却性能を満たしつつ、熱媒体の圧力損失を低減することの可能なウェーブフィン、およびそれを備える熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、熱媒体が流れる流路管の内側に設けられ、流路管の長手方向に直交する断面視が凹凸形状であると共に、流路管の厚み方向から視た平面視も波形状のウェーブフィンである。ウェーブフィンの諸元に関し、平面視における波形状において流路管の長手方向に隣り合う頂点部同士の距離をウェーブピッチ（Ｗｐ）とする。平面視における波形状の振幅方向の距離をウェーブ深さ（Ｗｄ）とする。平面視における波形状の頂点部の内角を屈折角（α）とする。平面視における所定の波形状と、所定の波形状に対し振幅方向に隣り合う別の波形状とが流路管の長手方向から視て重なる距離をウェーブラップ（ＷＬ）とする。この場合、ウェーブフィンは、１枚のウェーブフィンの中に、ウェーブピッチ、ウェーブ深さ、屈折角およびウェーブラップの少なくとも１つが異なる部位を有している。

これによれば、ウェーブフィンは、ウェーブピッチが小さい、ウェーブ深さが大きい、屈折角が小さい、または、ウェーブラップが大きい部位を有することで、その部位の熱伝達率を高めることが可能である。また、ウェーブフィンは、ウェーブピッチが大きい、ウェーブ深さが小さい、屈折角が大きい、または、ウェーブラップが小さい部位を有することで、その部位を流れる熱媒体の圧力損失を低減することが可能である。そのため、このウェーブフィンは、１枚のウェーブフィンの中に、熱伝達率が高い部位と、熱媒体の圧力損失が小さい部位を有するものとなる。したがって、このウェーブフィンは、冷却対象物に対する冷却が必要な部位の熱伝達率を高めて熱交換器の冷却性能を満たしつつ、それ以外の部位を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。
また、このウェーブフィンは、１枚のウェーブフィンの中に複数の諸元を有することで、性能設計の自由度を高めると共に、部品点数の増加を防ぎ、製造コストを低減することができる。

請求項１３に係る発明は、積層型の熱交換器であり、複数の流路管と、冷却対象物としての発熱部品と、請求項１等に記載のウェーブフィンを備える。複数の流路管は、熱媒体が流れる。発熱部品は、複数の流路管同士の間に設けられる。ウェーブフィンは、流路管の内側に設けられる。そして、熱交換器は、複数の流路管と複数の発熱部品とが交互に積層された状態で構成されている。
これによれば、熱交換器は、ウェーブフィンが上記請求項１の構成を備えることで、冷却対象物に対する冷却性能を満たしつつ、流路管を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。また、熱交換器の流路管の内側にウェーブフィンを設けることで、熱交換器の製造工程において、複数の流路管等に対し積層方向に荷重を印加する際、流路管が変形することを抑制することができる。また、熱交換器の流路管の内側にウェーブフィンを設けることで、流路管の内側を流れる熱媒体の圧力により流路管が膨らむことを防ぐことができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る熱交換器の外観図である。 図１のＩＩ―ＩＩ線の断面図である。 ウェーブフィンを流路管の厚み方向から視た平面図である。 図３のＩＶ部分において、ウェーブフィンの諸元を説明するための説明図である。 図３のＶ部分において、ウェーブフィンの諸元を説明するための説明図である。 第２実施形態に係る熱交換器が備えるウェーブフィンの平面図である。 第３実施形態に係る熱交換器が備えるウェーブフィンの平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の熱交換器１は、複数の流路管２と、冷却対象物としての複数の発熱部品３が交互に積層された積層型熱交換器である。この熱交換器１は、複数の流路管２の内側を流れる熱媒体と、その複数の流路管２同士の間に設けられた複数の発熱部品３との熱交換により、その複数の発熱部品３を冷却する冷却器として用いられるものである。

流路管２の内側を流れる熱媒体として、例えばエチレングリコールを主成分とした不凍液、または水などが用いられる。

複数の発熱部品３は、例えば、自動車の走行用モータに電力を供給するために直流電流を交流電流に変換する電力変換装置に用いられるパワーモジュールである。パワーモジュールは、パワーカードとも呼ばれるものであり、通電により発熱するＩＧＢＴまたはＦＥＴなどの半導体素子と、その半導体素子で発生した熱を放熱するための放熱板などを樹脂モールドにより一体に構成したものである。なお、パワーモジュールが有する半導体素子と放熱板は、発熱部品３が有する発熱部に相当する。発熱部品３は、１個または複数の発熱部を有している。

まず、熱交換器１の構成について、図１および図２を参照して説明する。なお、図２では、流路管２の外側に配置された発熱部品３を省略している。熱交換器１は、複数の流路管２、入口パイプ４、出口パイプ５、および、流路管２の内側に設けられるウェーブフィン６などを備えている。熱交換器１が備える各部品は、例えばアルミニウムまたは銅など、高い熱伝導性を有する金属により形成されている。また、熱交換器１が備える各部品は、ろう付けなどにより接合されている。

図１に示すように、複数の流路管２は、連結通路７１、７２を介して積層方向に連結されている。なお、複数の流路管２の積層方向は、流路管２の厚み方向に一致する。連結通路７１、７２は、流路管２の長手方向の一方と他方にそれぞれ設けられている。連結通路７１、７２は、流路管２と一体に形成されている。

複数の流路管２のうち、積層方向の最上部の流路管２には、入口パイプ４と出口パイプ５が接続されている。入口パイプ４から一方の連結通路７１を経由して複数の流路管２に熱媒体が供給される。複数の流路管２の内側の流路を流れた熱媒体は、他方の連結通路７２を経由して出口パイプ５から流出する。

図２に示すように、流路管２は、皿状に形成された２枚の外殻プレート２１、２２と、その２枚の外殻プレート２１、２２の間に設けられた板状の中間プレート２３を有している。中間プレート２３の外縁は、一方の外殻プレート２１の外縁と他方の外殻プレート２２の外縁との間に挟まれている。

一方の外殻プレート２１と中間プレート２３との間に形成される一方の流路と、他方の外殻プレート２２と中間プレート２３との間の形成される他方の流路に、それぞれウェーブフィン６が設けられている。なお、本実施形態では、一方の流路に設けられるウェーブフィン６と他方の流路に設けられるウェーブフィン６とは同一の構成である。

図２に示すように、ウェーブフィン６は、流路管２の長手方向に直交する断面視が凹凸形状である。また、図３に示すように、ウェーブフィン６は、流路管２の厚み方向から視た平面視も波形状である。ウェーブフィン６は、流路管２の内側を流れる熱媒体の伝熱面積を増加させて、熱媒体と発熱部品３との熱伝達率を高めることで、熱交換器１が発熱部品３を冷却する性能を向上する機能を備えている。
また、ウェーブフィン６は、流路管２の内側を流れる熱媒体の圧力により流路管２が膨らむことを防ぐ機能も備えている。

さらに、ウェーブフィン６は、熱交換器１の製造工程において、流路管２が変形することを抑制する機能も備えている。具体的には、熱交換器１の製造工程では、発熱部品３と同一の大きさの治具（不図示）と複数の流路管２とが交互に積層された状態で各部品が組み立てられた後、複数の流路管２と複数の治具に対して積層方向に荷重が印加され、その状態で加熱炉内で加熱される。これにより、熱交換器１を構成する各部品は、ろう付けにより接合される。その際、ウェーブフィン６は、流路管２の厚み方向に対する剛性が高いので、複数の流路管２および複数の治具の積層方向に印加される荷重に対して流路管２を厚み方向に支持し、流路管２が変形することを抑制することが可能である。
熱交換器１を構成する各部品がろう付けにより接合された後、複数の流路管２の間から治具が取り外され、そこに発熱部品３が設置される。これにより、複数の流路管２と、複数の発熱部品３とは、交互に積層されて密着した状態で構成される。

次に、第１実施形態のウェーブフィン６について、図３〜図５を参照して詳細に説明する。なお、図３では、熱媒体が流れる方向を、矢印Ａ、Ｂで示している。また、図３では、１枚のウェーブフィン６の中間位置を一点鎖線Ｃで示している。なお、ウェーブフィン６は、長手方向の両端部にそれぞれストレート部を有しているが、このストレート部は廃止してもよい。

図３〜図５に示すように、本実施形態のウェーブフィン６は、１枚のウェーブフィン６の中に、ウェーブピッチＷｐ、ウェーブ深さＷｄ、屈折角αおよびウェーブラップＷＬの少なくとも１つが異なる部位を有している。なお、以下の説明において、ウェーブピッチＷｐ、ウェーブ深さＷｄ、屈折角αおよびウェーブラップＷＬのことを、「ウェーブフィン６の諸元」または、単に「諸元」という。また、以下の説明において、ウェーブフィン６を流路管２の厚み方向から視たときの平面視における波形状を、「ウェーブフィン６の波形状」という。

ウェーブフィン６の諸元に関し、ウェーブピッチＷｐとは、ウェーブフィン６の波形状において、流路管２の長手方向に隣り合う頂点部同士の距離である。ウェーブ深さＷｄとは、ウェーブフィン６の波形状において、振幅方向の距離である。屈折角αとは、ウェーブフィン６の波形状において、頂点部の内角である。ウェーブラップＷＬとは、ウェーブフィン６の所定の波形状と、その所定の波形状に対し振幅方向に隣り合う別の波形状とが流路管２の長手方向から視て重なる距離である。

図３では、ウェーブフィン６の諸元のうち、ウェーブピッチＷｐが大きい、ウェーブ深さＷｄが小さい、屈折角αが大きい、またはウェーブラップＷＬが小さいことの、少なくとも１つの要件を満たす部位が配置される領域の範囲を、両矢印Ｓ１で示している。一方、ウェーブフィン６の諸元のうち、ウェーブピッチＷｐが小さい、ウェーブ深さＷｄが大きい、屈折角αが小さい、またはウェーブラップＷＬが大きいことの、少なくとも１つの要件を満たす部位が配置された領域の範囲を、両矢印Ｓ２で示している。

両矢印Ｓ１で示した領域と、両矢印Ｓ２で示した領域との境界Ｄは、１枚のウェーブフィン６の中間位置から下流側にずれた位置にある。このように、１枚のウェーブフィン６の中で諸元の異なる部位同士の境界Ｄは、任意に設定することが可能であり、ウェーブフィン６の中間位置から下流側または上流側にずれた位置にあってもよい。

第１実施形態では、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位は、熱媒体の流れの下流側の部位に比べて、ウェーブピッチＷｐが大きい、ウェーブ深さＷｄが小さい、屈折角αが大きい、およびウェーブラップＷＬが小さいことの、少なくとも１つの要件を満たしている。これにより、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。また、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位で熱媒体の温度上昇が抑制されるので、熱媒体の流れの下流側の部位で熱交換器１が発熱部品３を冷却する性能の低下を防ぐことができる。

なお、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位とは、発熱部品３が複数の発熱部を有している場合、上流側に配置された発熱部に対応する領域と、それより上流側の領域を含んでいる。また、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの下流側の部位とは、発熱部品３が複数の発熱部を有している場合、下流側に配置された発熱部に対応する領域と、それより下流側の領域を含んでいる。

なお、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位とは、複数の発熱部品３が配置されている場合、上流側に配置された発熱部品に対応する領域と、それより上流側の領域を含んでいる。また、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの下流側の部位とは、複数の発熱部品３が配置されている場合、下流側に配置された発熱部品に対応する領域と、それより下流側の領域を含んでいる。

第１実施形態のウェーブフィン６について、さらに詳細に説明する。
図４に示すように、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位のウェーブピッチＷｐを上流側ウェーブピッチＷｐ_１とする。一方、図５に示すように、熱媒体の流れの下流側の部位のウェーブピッチＷｐを下流側ウェーブピッチＷｐ_２とする。このとき、ウェーブピッチＷｐは、Ｗｐ_１＞Ｗｐ_２の関係を有する。

図４に示すように、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位のウェーブ深さＷｄを上流側ウェーブ深さＷｄ_１とする。一方、図５に示すように、熱媒体の流れの下流側の部位のウェーブ深さＷｄを下流側ウェーブ深さＷｄ_２とする。このとき、ウェーブ深さＷｄは、Ｗｄ_１＜Ｗｄ_２の関係を有する。

図４に示すように、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位の屈折角αを上流側屈折角α_１とする。一方、図５に示すように、熱媒体の流れの下流側の部位の屈折角αを下流側屈折角α_２とする。このとき、屈折角αは、α_１＞α_２の関係を有する。

図４に示すように、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位のウェーブラップＷＬを上流側ウェーブラップＷＬ_１とする。一方、図５に示すように、熱媒体の流れの下流側の部位のウェーブラップＷＬを下流側ウェーブラップＷＬ_２とする。このとき、ウェーブラップＷＬは、ＷＬ_１＜ＷＬ_２の関係を有する。

なお、上述したように、ウェーブフィン６は、Ｗｐ_１＞Ｗｐ_２、Ｗｄ_１＜Ｗｄ_２、α_１＞α_２、ＷＬ_１＜ＷＬ_２の関係のうち、少なくとも１つの要件を満たしていればよく、全ての要件を満たしていなくてもよい。したがって、第１実施形態では、１枚のウェーブフィン６の中間位置よりも上流側の領域に、ウェーブピッチＷｐが小さい、ウェーブ深さＷｄが大きい、屈折角αが小さい、またはウェーブラップＷＬが大きいことの、少なくとも１つの要件を満たす部位が配置されていればよい。また、１枚のウェーブフィン６の中間位置よりも下流側の領域に、ウェーブピッチＷｐが大きい、ウェーブ深さＷｄが小さい、屈折角αが大きい、またはウェーブラップＷＬが小さいことの、少なくとも１つの要件を満たす部位が配置されていればよい。

以上説明した第１実施形態の熱交換器１およびウェーブフィン６は、次の作用効果を奏する。
（１）ウェーブフィン６は、１枚のウェーブフィン６の中に、ウェーブピッチＷｐ、ウェーブ深さＷｄ、屈折角αおよびウェーブラップＷＬの少なくとも１つが異なる部位を有している。
これにより、ウェーブフィン６は、ウェーブピッチＷｐが小さい、ウェーブ深さＷｄが大きい、屈折角αが小さい、または、ウェーブラップＷＬが大きい部位を有することで、その部位の熱伝達率を高めることが可能である。また、ウェーブフィン６は、ウェーブピッチＷｐが大きい、ウェーブ深さＷｄが小さい、屈折角αが大きい、または、ウェーブラップＷＬが小さい部位を有することで、その部位を流れる熱媒体の圧力損失を低減することが可能である。そのため、このウェーブフィン６は、１枚のウェーブフィン６の中に、熱伝達率が高い部位と、熱媒体の圧力損失が小さい部位を有するものとなる。したがって、このウェーブフィン６は、冷却対象物に対する冷却が必要な部位の熱伝達率を高めて熱交換器１の冷却性能を満たしつつ、それ以外の部位を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。
また、このウェーブフィン６は、１枚のウェーブフィン６の中に複数の諸元を有することで、性能設計の自由度を高めると共に、部品点数の増加を防ぎ、製造コストを低減することができる。

そして、このウェーブフィン６を備える熱交換器１は、発熱部品３に対する冷却性能を満たしつつ、流路管２を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。また、熱交換器１の流路管２の内側にウェーブフィン６を設けることで、熱交換器１の製造工程において、複数の流路管２および複数の治具に対し積層方向に荷重を印加する際、流路管２が変形することを抑制することができる。さらに、熱交換器１の流路管２の内側にウェーブフィン６を設けることで、流路管２の内側を流れる熱媒体の圧力により流路管２が膨らむことを防ぐことができる。

（２）第１実施形態では、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位は、熱媒体の流れの下流側の部位に比べて、ウェーブピッチＷｐが大きい、ウェーブ深さＷｄが小さい、屈折角αが大きい、およびウェーブラップＷＬが小さいことの、少なくとも１つの要件を満たしている。すなわち、ウェーブフィン６は、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位は、熱媒体の流れの下流側の部位に比べて、熱伝達率の小さい諸元が採用されている。これにより、１枚のウェーブフィン６のうち熱媒体の流れの上流側の部位で熱媒体の温度上昇が抑制されるので、熱媒体の流れの下流側の部位で熱交換器１が発熱部品３を冷却する性能の低下を防ぐことができる。そして、熱媒体の流れの上流側の部位では、熱媒体の圧力損失を低減することができる。

（３）第１実施形態では、上流側ウェーブピッチＷｐ_１と下流側ウェーブピッチＷｐ_２は、Ｗｐ_１＞Ｗｐ_２の関係を有する。
これにより、ウェーブフィン６の上流側の部位では、ウェーブフィン６の壁面への熱媒体の衝突や、流れ方向の変更回数が少なくなるので、熱媒体の圧力損失を低減することができる。一方、ウェーブフィン６の下流側の部位では、ウェーブフィン６の壁面への熱媒体の衝突や、流れ方向の変更回数が多くなるので、熱伝達率を高めるができる。

（４）或いは、第１実施形態では、上流側ウェーブ深さＷｄ_１と下流側ウェーブ深さＷｄ_２は、Ｗｄ_１＜Ｗｄ_２の関係を有する。
これにより、ウェーブフィン６の上流側の部位では、ウェーブフィン６の壁面への熱媒体の衝突が少なくなると共に、実質的な流路長さが短くなるので、熱媒体の圧力損失を低減することができる。一方、ウェーブフィン６の下流側の部位では、ウェーブフィン６の壁面への熱媒体の衝突が多くなると共に、実質的な流路長さが長くなるので、熱伝達率を高めることができる。

（５）或いは、第１実施形態では、上流側屈折角α_１と下流側屈折角α_２は、α_１＞α_２の関係を有する。
これにより、ウェーブフィン６の上流側の部位では、ウェーブフィン６の壁面への熱媒体の衝突が少なくなるので、熱媒体の圧力損失を低減することができる。一方、ウェーブフィン６の下流側の部位では、ウェーブフィン６の壁面への熱媒体の衝突が多くなるので、熱伝達率を高めることができる。

（６）或いは、第１実施形態では、上流側ウェーブラップＷＬ_１と下流側ウェーブラップＷＬ_２は、ＷＬ_１＜ＷＬ_２の関係を有する。
これにより、ウェーブフィン６の上流側の部位では、ウェーブフィン６の壁面への熱媒体の衝突が少なくなるので、熱媒体の圧力損失を低減することができる。一方、ウェーブフィン６の下流側の部位では、ウェーブフィン６の壁面への熱媒体の衝突が多くなるので、熱伝達率を高めることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について、図６を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対してウェーブフィン６の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６でも、熱媒体が流れる方向を、矢印Ａ、Ｂで示している。また、図６では、流路管２の外側に配置される発熱部品３の位置を破線ＰＭで示し、その発熱部品３が有する複数の発熱部の位置を破線Ｈで示している。

第２実施形態のウェーブフィン６も、１枚のウェーブフィン６の中に、ウェーブピッチＷｐ、ウェーブ深さＷｄ、屈折角αおよびウェーブラップＷＬの少なくとも１つが異なる部位を有している。
図６では、ウェーブフィン６の諸元のうち、ウェーブピッチＷｐが大きい、ウェーブ深さＷｄが小さい、屈折角αが大きい、またはウェーブラップＷＬが小さいことの、少なくとも１つの要件を満たす部位が配置された領域の範囲を、両矢印Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５で示している。一方、ウェーブフィン６の諸元のうち、ウェーブピッチＷｐが小さい、ウェーブ深さＷｄが大きい、屈折角αが小さい、またはウェーブラップＷＬが大きいことの、少なくとも１つの要件を満たす部位が配置された領域の範囲を、両矢印Ｓ６、Ｓ７で示している。

第２実施形態では、１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する部位は、それ以外の部位に比べて、ウェーブピッチＷｐが小さい、ウェーブ深さＷｄが大きい、屈折角αが小さい、およびウェーブラップＷＬが大きいことの、少なくとも１つの要件を満たしている。すなわち、１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する部位は、それ以外の部位に比べて、熱伝達率の高い諸元が採用されている。これにより、１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する部位の熱伝達率が高くなり、発熱部品３に対する熱交換器１の冷却性能を満たすことができる。そして、１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する部位以外の部位により、流路管２を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。

第２実施形態のウェーブフィン６について、さらに詳細に説明する。
１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する部位のウェーブピッチＷｐを対応部ウェーブピッチＷｐ_ｕとする。一方、それ以外の部位のウェーブピッチＷｐを非対応部ウェーブピッチＷｐ_Ｏとする。このとき、ウェーブピッチＷｐは、Ｗｐ_ｕ＜Ｗｐ_Ｏの関係を有する。

１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する部位のウェーブ深さＷｄを対応部ウェーブ深さＷｄ_ｕとする。一方、それ以外の部位のウェーブ深さＷｄを非対応部ウェーブ深さＷｄ_Ｏとする。このとき、ウェーブ深さＷｄは、Ｗｄ_ｕ＞Ｗｄ_Ｏの関係を有する。

１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する部位の屈折角αを応部屈折角α_ｕとする。一方、それ以外の部位の屈折角αを非対応部屈折角α_Ｏとする。このとき、屈折角αは、α_ｕ＜α_Ｏの関係を有する。

１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する部位のウェーブラップＷＬを対応部ウェーブラップＷＬ_ｕとする。一方、それ以外の部位のウェーブラップＷＬを非対応部ウェーブラップＷＬ_Ｏとする。このとき、ウェーブラップＷＬは、ＷＬ_ｕ＞ＷＬ_Ｏの関係を有する。

なお、第２実施形態においても、ウェーブフィン６は、Ｗｐ_ｕ＜Ｗｐ_Ｏ、Ｗｄ_ｕ＞Ｗｄ_Ｏ、α_ｕ＜α_Ｏ、ＷＬ_ｕ＞ＷＬ_Ｏの関係のうち、少なくとも１つの要件を満たしていればよく、全ての要件を満たしていなくてもよい。したがって、ウェーブフィン６は、１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する領域に、ウェーブピッチＷｐが小さい、ウェーブ深さＷｄが大きい、屈折角αが小さい、またはウェーブラップＷＬが大きいことの、少なくとも１つの要件を満たす部位が配置されていればよい。また、ウェーブフィン６は、１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する領域以外の領域に、ウェーブピッチＷｐが大きい、ウェーブ深さＷｄが小さい、屈折角αが大きい、またはウェーブラップＷＬが小さいことの、少なくとも１つの要件を満たす部位が配置されていればよい。

以上説明した第２実施形態では、１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する部位は、それ以外の部位に比べて、熱伝達率の高い諸元が採用されている。これにより、１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する部位の熱伝達率が高くなり、発熱部品３に対する熱交換器１の冷却性能を満たすことができる。そして、１枚のウェーブフィン６のうち発熱部品３が有する発熱部に対応する部位以外の部位により、流路管２を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について、図７を参照して説明する。第３実施形態も、第１実施形態等に対してウェーブフィン６の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態等と同様であるため、第１実施形態等と異なる部分についてのみ説明する。

図７でも、熱媒体が流れる方向を、矢印Ａ、Ｂで示している。第３実施形態では、発熱部品３が有する複数の発熱部のうち、熱媒体の流れの上流側の部位に配置される発熱部を第１発熱部と呼び、熱媒体の流れの下流側の部位に配置される発熱部を第２発熱部と呼ぶこととする。図７では、流路管２の外側に配置される発熱部品３の位置を破線ＰＭで示し、その発熱部品３が有する第１発熱部の位置を破線Ｈ１で示し、第２発熱部の位置を破線Ｈ２で示している。

第３実施形態のウェーブフィン６も、１枚のウェーブフィン６の中に、ウェーブピッチＷｐ、ウェーブ深さＷｄ、屈折角αおよびウェーブラップＷＬの少なくとも１つが異なる部位を有している。
図７では、ウェーブフィン６の諸元のうち、ウェーブピッチＷｐが大きい、ウェーブ深さＷｄが小さい、屈折角αが大きい、またはウェーブラップＷＬが小さいことの、少なくとも１つの要件を満たす部位が配置された領域の範囲を、両矢印Ｓ８、Ｓ９で示している。また、ウェーブフィン６の諸元のうち、ウェーブピッチＷｐが小さい、ウェーブ深さＷｄが大きい、屈折角αが小さい、またはウェーブラップＷＬが大きいことの、少なくとも１つの要件を満たす部位が配置された領域の範囲を、両矢印Ｓ１０で示している。

第３実施形態では、１枚のウェーブフィン６のうち第２発熱部に対応する部位は、それ以外の部位に比べて、ウェーブピッチＷｐが小さい、ウェーブ深さＷｄが大きい、屈折角αが小さい、およびウェーブラップＷＬが大きいことの、少なくとも１つの要件を満たしている。すなわち、１枚のウェーブフィン６のうち第２発熱部に対応する部位は、それ以外の部位に比べて、熱伝達率の高い諸元が採用されている。これにより、１枚のウェーブフィン６のうち第２発熱部に対応する部位の熱伝達率が高くなり、第２発熱部に対する熱交換機１の冷却性能を満たすことができる。そして、１枚のウェーブフィン６のうち第２発熱部に対応する部位以外の部位により、流路管２を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

（１）上記各実施形態では、熱交換器１の冷却対象物となる発熱部品３として、パワーモジュールを例示したが、これに限らない。他の実施形態では、熱交換器１の冷却対象物となる発熱部品３は、パワーモジュール以外の電子部品またはその他の物体であってもよい。また、発熱部品３が有する発熱部は、半導体素子や放熱板に限らず、発熱する部位であればよい。すなわち、熱交換器１は、パワーモジュール以外の電子部品またはその他の物体の冷却に用いることが可能である。

（２）上記各実施形態では、熱交換器１は、流路管２同士の間に１個の発熱部品３を配置したが、これに限らない。他の実施形態では、熱交換器１は、流路管２同士の間に複数の発熱部品３を配置してもよい。この場合、複数の発熱部品３はそれぞれ、１個または複数の発熱部を有する構成としてもよい。

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、請求項１に係る発明は、熱媒体が流れる流路管の内側に設けられ、流路管の長手方向に直交する断面視が凹凸形状であると共に、流路管の厚み方向から視た平面視も波形状のウェーブフィンである。ウェーブフィンの諸元に関し、平面視における波形状において流路管の長手方向に隣り合う頂点部同士の距離をウェーブピッチとする。平面視における波形状の振幅方向の距離をウェーブ深さとする。平面視における波形状の頂点部の内角を屈折角とする。平面視における所定の波形状と、所定の波形状に対し振幅方向に隣り合う別の波形状とが流路管の長手方向から視て重なる距離をウェーブラップとする。この場合、ウェーブフィンは、１枚のウェーブフィンの中に、ウェーブピッチ、ウェーブ深さ、屈折角およびウェーブラップの少なくとも１つが異なる部位を有している。

これによれば、このウェーブフィンは、１枚のウェーブフィンの中に、熱伝達率が高い部位と、熱媒体の圧力損失が小さい部位を有することで、冷却対象物に対する熱交換器の冷却性能を満たしつつ、流路管を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。また、このウェーブフィンは、１枚のウェーブフィンの中に複数の諸元を有することで、性能設計の自由度を高めると共に、部品点数の増加を防ぎ、製造コストを低減することができる。

ところで、流路管の外側に配置した発熱部品と流路管を流れる熱媒体との熱交換により発熱部品を冷却する場合、流路管を流れる熱媒体は、その流路管を上流側から下流側へ流れるに従い温度が次第に高くなる。そのため、仮に、ウェーブフィンを上流側から下流側に亘り同一の諸元で形成すると、熱交換器が発熱部品を冷却する性能は、流路管の上流側の部位に比べて下流側の部位で低下する。

そこで、第２の観点では、１枚のウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位は、熱媒体の流れの下流側の部位に比べて、ウェーブピッチが大きい、ウェーブ深さが小さい、屈折角が大きい、およびウェーブラップが小さいことの、少なくとも１つの要件を満たしている。すなわち、ウェーブフィンは、１枚のウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位は、熱媒体の流れの下流側の部位に比べて、熱伝達率の小さい諸元が採用されている。

これにより、１枚のウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位で熱媒体の温度上昇が抑制されるので、熱媒体の流れの下流側の部位で熱交換器が発熱部品を冷却する性能の低下を防ぐことができる。そして、１枚のウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。

第３の観点によれば、流路管の外側には冷却対象物としての発熱部品が設けられている。その発熱部品は、熱を発する発熱部を有している。そして、１枚のウェーブフィンのうち発熱部品が有する発熱部に対応する部位は、それ以外の部位に比べて、ウェーブピッチが小さい、ウェーブ深さが大きい、屈折角が小さい、およびウェーブラップが大きいことの、少なくとも１つの要件を満たしている

これによれば、１枚のウェーブフィンのうち発熱部品が有する発熱部に対応する部位は、それ以外の部位に比べて、熱伝達率の高い諸元が採用されている。これにより、１枚のウェーブフィンのうち発熱部品が有する発熱部に対応する部位の熱伝達率が高くなり、発熱部品に対する熱交換器の冷却性能を満たすことができる。そして、１枚のウェーブフィンのうち発熱部品が有する発熱部に対応する部位以外の部位により、流路管を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。

第４の観点では、流路管の外側に設けられる冷却対象物としての発熱部品は、熱媒体の流れの上流側の部位に配置される第１発熱部と、熱媒体の流れの下流側の部位に配置される第２発熱部とを有している。この場合、第１発熱部に対応する部位を流れる熱媒体の温度が上昇し、第２発熱部に対応する部位を流れる熱媒体の温度が高くなる。そのため、仮に、ウェーブフィンを入口部側から出口部側に亘り同一の諸元とすれば、第１発熱部を冷却する性能に比べて、第２発熱部を冷却する性能が低くなる。

そこで、第４の観点では、１枚のウェーブフィンのうち第２発熱部に対応する部位は、それ以外の部位に比べて、ウェーブピッチが小さい、ウェーブ深さが大きい、屈折角が小さい、およびウェーブラップが大きいことの、少なくとも１つの要件を満たしている。すなわち、ウェーブフィンは、１枚のウェーブフィンのうち第２発熱部に対応する部位は、それ以外の部位に比べて、熱伝達率の高い諸元が採用されている。これにより、１枚のウェーブフィンのうち第２発熱部に対応する部位の熱伝達率が高くなり、第２発熱部に対する熱交換器の冷却性能を満たすことができる。そして、１枚のウェーブフィンのうち第２発熱部に対応する部位以外の部位により、流路管を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。

第５の観点によれば、１枚のウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位のウェーブピッチを上流側ウェーブピッチＷｐ_１、熱媒体の流れの下流側の部位のウェーブピッチを下流側ウェーブピッチＷｐ_２とすると、Ｗｐ_１＞Ｗｐ_２である。これにより、第２の観点と同様の作用効果を奏することができる。

第６の観点によれば、１枚のウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位のウェーブ深さを上流側ウェーブ深さＷｄ_１、熱媒体の流れの下流側の部位のウェーブ深さを下流側ウェーブ深さＷｄ_２とすると、Ｗｄ_１＜Ｗｄ_２である。これにより、第２の観点と同様の作用効果を奏することができる。

第７の観点によれば、１枚のウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位の屈折角を上流側屈折角α_１、熱媒体の流れの下流側の部位の屈折角を下流側屈折角α_２とすると、α_１＞α_２である。これにより、第２の観点と同様の作用効果を奏することができる。

第８の観点によれば、１枚のウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位のウェーブラップを上流側ウェーブラップＷＬ_１、熱媒体の流れの下流側の部位のウェーブラップを下流側ウェーブラップＷＬ_２とすると、ＷＬ_１＜ＷＬ_２である。これにより、第２の観点と同様の作用効果を奏することができる。

第９の観点によれば、１枚のウェーブフィンのうち発熱部品が有する発熱部に対応する部位のウェーブピッチを、対応部ウェーブピッチＷｐ_ｕ、それ以外の部位のウェーブピッチを、非対応部ウェーブピッチＷｐ_Ｏとすると、Ｗｐ_ｕ＜Ｗｐ_Ｏである。これにより、第３または第４の観点と同様の作用効果を奏することができる。

第１０の観点によれば、１枚のウェーブフィンのうち発熱部品が有する発熱部に対応する部位のウェーブ深さを、対応部ウェーブ深さＷｄ_ｕ、それ以外の部位のウェーブ深さを、非対応部ウェーブ深さＷｄ_Ｏとすると、Ｗｄ_ｕ＞Ｗｄ_Ｏである。これにより、第３または第４の観点と同様の作用効果を奏することができる。

第１１の観点によれば、１枚のウェーブフィンのうち発熱部品が有する発熱部に対応する部位の屈折角を、対応部屈折角α_ｕ、それ以外の部位の屈折角を、非対応部屈折角α_Ｏとすると、α_ｕ＜α_Ｏである。これにより、第３または第４の観点と同様の作用効果を奏することができる。

第１２の観点によれば、１枚のウェーブフィンのうち発熱部品が有する発熱部に対応する部位のウェーブラップを、対応部ウェーブラップＷＬ_ｕ、それ以外の部位のウェーブラップを、非対応部ウェーブラップＷＬ_Ｏとすると、ＷＬ_ｕ＞ＷＬ_Ｏである。これにより、第３または第４の観点と同様の作用効果を奏することができる。

第１３の観点は、積層型の熱交換器であり、複数の流路管と、冷却対象物としての発熱部品と、上記第１〜第１２の観点のいずれか１つに記載のウェーブフィンを備える。複数の流路管には、熱媒体が流れる。発熱部品は、複数の流路管同士の間に設けられる。ウェーブフィンは、流路管の内側に設けられる。そして、熱交換器は、複数の流路管と複数の発熱部品とが交互に積層された状態で構成されている。

これによれば、熱交換器は、ウェーブフィンが上記第１〜第１２の観点のいずれか１つに示した構成を備えることで、冷却対象物に対する冷却性能を満たしつつ、流路管を流れる熱媒体の圧力損失を低減することができる。また、熱交換器の流路管の内側にウェーブフィンを設けることで、熱交換器の製造工程において、複数の流路管に対し積層方向に荷重を印加する際、流路管が変形することを抑制することができる。また、熱交換器の流路管の内側にウェーブフィンを設けることで、流路管の内側を流れる熱媒体の圧力により流路管が膨らむことを防ぐことができる。

２ 流路管
６ ウェーブフィン
Ｗｐ ウェーブピッチ
Ｗｄ ウェーブ深さ
α 屈折角
ＷＬ ウェーブラップ

Claims (13)

1. 熱媒体が流れる流路管（２）の内側に設けられ、前記流路管の長手方向に直交する断面視が凹凸形状であると共に、前記流路管の厚み方向から視た平面視も波形状のウェーブフィンにおいて、
   前記ウェーブフィンの諸元に関し、
   前記平面視における波形状において前記流路管の長手方向に隣り合う頂点部同士の距離をウェーブピッチ（Ｗｐ）、
   前記平面視における波形状の振幅方向の距離をウェーブ深さ（Ｗｄ）、
   前記平面視における波形状の頂点部の内角を屈折角（α）、
   前記平面視における所定の波形状と、所定の波形状に対し振幅方向に隣り合う別の波形状とが前記流路管の長手方向から視て重なる距離をウェーブラップ（ＷＬ）とすると、
   １枚の前記ウェーブフィンの中に、ウェーブピッチ、ウェーブ深さ、屈折角およびウェーブラップの少なくとも１つが異なる部位を有している、ウェーブフィン。
2. １枚の前記ウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位は、熱媒体の流れの下流側の部位に比べて、ウェーブピッチが大きい、ウェーブ深さが小さい、屈折角が大きい、およびウェーブラップが小さいことの、少なくとも１つの要件を満たしている、請求項１に記載のウェーブフィン。
3. 前記流路管の外側に冷却対象物としての発熱部品（３）が設けられており、
   前記発熱部品は、熱を発する発熱部を有しており、
   １枚の前記ウェーブフィンのうち前記発熱部品が有する前記発熱部に対応する部位は、それ以外の部位に比べて、ウェーブピッチが小さい、ウェーブ深さが大きい、屈折角が小さい、およびウェーブラップが大きいことの、少なくとも１つの要件を満たしている、請求項１に記載のウェーブフィン。
4. 前記流路管の外側に冷却対象物としての発熱部品が設けられており、
   前記発熱部品は、熱媒体の流れの上流側の部位に配置される第１発熱部と、熱媒体の流れの下流側の部位に配置される第２発熱部とを有しており、
   １枚の前記ウェーブフィンのうち前記第２発熱部に対応する部位は、それ以外の部位に比べて、ウェーブピッチが小さい、ウェーブ深さが大きい、屈折角が小さい、およびウェーブラップが大きいことの、少なくとも１つの要件を満たしている、請求項１に記載のウェーブフィン。
5. １枚の前記ウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位のウェーブピッチを上流側ウェーブピッチＷｐ_１、熱媒体の流れの下流側の部位のウェーブピッチを下流側ウェーブピッチＷｐ_２とすると、Ｗｐ_１＞Ｗｐ_２である、請求項２に記載のウェーブフィン。
6. １枚の前記ウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位のウェーブ深さを上流側ウェーブ深さＷｄ_１、熱媒体の流れの下流側の部位のウェーブ深さを下流側ウェーブ深さＷｄ_２とすると、Ｗｄ_１＜Ｗｄ_２である、請求項２または５に記載のウェーブフィン。
7. １枚の前記ウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位の屈折角を上流側屈折角α_１、熱媒体の流れの下流側の部位の屈折角を下流側屈折角α_２とすると、α_１＞α_２である、請求項２、５または６に記載のウェーブフィン。
8. １枚の前記ウェーブフィンのうち熱媒体の流れの上流側の部位のウェーブラップを上流側ウェーブラップＷＬ_１、熱媒体の流れの下流側の部位のウェーブラップを下流側ウェーブラップＷＬ_２とすると、ＷＬ_１＜ＷＬ_２である、請求項２、５〜７のいずれか１つに記載のウェーブフィン。
9. １枚の前記ウェーブフィンのうち前記発熱部品が有する前記発熱部に対応する部位のウェーブピッチを、対応部ウェーブピッチＷｐ_ｕ、それ以外の部位のウェーブピッチを、非対応部ウェーブピッチＷｐ_Ｏとすると、Ｗｐ_ｕ＜Ｗｐ_Ｏである、請求項３または４に記載のウェーブフィン。
10. １枚の前記ウェーブフィンのうち前記発熱部品が有する前記発熱部に対応する部位のウェーブ深さを、対応部ウェーブ深さＷｄ_ｕ、それ以外の部位のウェーブ深さを、非対応部ウェーブ深さＷｄ_Ｏとすると、Ｗｄ_ｕ＞Ｗｄ_Ｏである、請求項３、４または９に記載のウェーブフィン。
11. １枚の前記ウェーブフィンのうち前記発熱部品が有する前記発熱部に対応する部位の屈折角を、対応部屈折角α_ｕ、それ以外の部位の屈折角を、非対応部屈折角α_Ｏとすると、α_ｕ＜α_Ｏである、請求項３、４、９または１０に記載のウェーブフィン。
12. １枚の前記ウェーブフィンのうち前記発熱部品が有する前記発熱部に対応する部位のウェーブラップを、対応部ウェーブラップＷＬ_ｕ、それ以外の部位のウェーブラップを、非対応部ウェーブラップＷＬ_Ｏとすると、ＷＬ_ｕ＞ＷＬ_Ｏである、請求項３、４、９〜１１のいずれか１つに記載のウェーブフィン。
13. 積層型の熱交換器において、
    熱媒体が流れる複数の流路管（２）と、
    複数の前記流路管同士の間に設けられる冷却対象物としての発熱部品（３）と、
    前記流路管の内側に設けられる請求項１〜１２のいずれか１つに記載の前記ウェーブフィン（６）と、を備え、
    複数の前記流路管と複数の前記発熱部品とが交互に積層された状態で構成されている熱交換器。

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