JP2020155734A - Cooler - Google Patents
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Description
本明細書に開示の技術は、冷却器に関する。 The techniques disclosed herein relate to coolers.
特許文献1に開示の冷却器は、筐体と複数の分離フィンを有している。筐体は、冷媒供給口と、冷媒排出口と、冷媒供給口から冷媒排出口まで冷媒を流す冷媒空間を有している。複数の分離フィンが、冷媒空間を複数の冷媒流路に分割している。各冷媒流路は、直線状に伸びている。各分離フィンには、貫通孔と、貫通孔の縁部から突出するルーバーが設けられている。貫通孔は、隣接する冷媒流路同士を接続している。このように、分離フィンに貫通孔とルーバーを設けることで、冷却器の冷却性能を向上させることができる。 The cooler disclosed in Patent Document 1 has a housing and a plurality of separating fins. The housing has a refrigerant supply port, a refrigerant discharge port, and a refrigerant space for flowing the refrigerant from the refrigerant supply port to the refrigerant discharge port. A plurality of separation fins divide the refrigerant space into a plurality of refrigerant flow paths. Each refrigerant flow path extends linearly. Each separation fin is provided with a through hole and a louver protruding from the edge of the through hole. Through holes connect adjacent refrigerant flow paths to each other. By providing the separation fins with through holes and louvers in this way, the cooling performance of the cooler can be improved.
本明細書では、圧力損失が小さいとともに冷却性能が高い冷却器の構造を提案する。 This specification proposes a structure of a cooler having a small pressure loss and a high cooling performance.
本明細書が開示する冷却器は、筐体と複数の分離フィンを有する。前記筐体が、冷媒供給口と、冷媒排出口と、前記冷媒供給口から前記冷媒排出口まで冷媒を流す冷媒空間、を有する。前記複数の分離フィンが、前記冷媒空間を複数の冷媒流路に分割している。前記複数の分離フィンと前記複数の冷媒流路が蛇行している。前記複数の分離フィンが、前記冷媒供給口から前記冷媒排出口に向かう方向に対して傾斜する傾斜部を有している。前記傾斜部に、貫通孔と、前記貫通孔の縁部から前記冷媒流路の上流側に向かって突出するルーバーが設けられている。 The cooler disclosed herein has a housing and a plurality of separating fins. The housing has a refrigerant supply port, a refrigerant discharge port, and a refrigerant space for flowing a refrigerant from the refrigerant supply port to the refrigerant discharge port. The plurality of separation fins divide the refrigerant space into a plurality of refrigerant flow paths. The plurality of separation fins and the plurality of refrigerant flow paths meander. The plurality of separation fins have inclined portions that are inclined with respect to the direction from the refrigerant supply port to the refrigerant discharge port. The inclined portion is provided with a through hole and a louver protruding from the edge of the through hole toward the upstream side of the refrigerant flow path.
この冷却器では、複数の分離フィンと複数の冷媒流路が蛇行している。このため、冷媒流路内を流れる冷媒が分離フィンに接触する面積が広い。これによって、冷却器の冷却性能が向上される。また、この冷却器では、分離フィンの傾斜部に貫通孔とルーバーが設けられている。このため、貫通孔を通って冷媒流路からその隣の冷媒流路に冷媒が流れることができる。特に、ルーバーが貫通孔の縁部から冷媒流路の上流側に向かって突出しているので、冷媒がルーバーに案内されて貫通孔側へ流れやすい。したがって、貫通孔を通る冷媒の流れが生じやすい。このように分離フィンを貫通する冷媒の流れが生じることで、分離フィン近傍に境界層(冷媒流路の中心部を流れる冷媒よりも流速が遅い冷媒の層)が形成され難い。したがって、分離フィンと冷媒との間での熱交換効率が向上する。これによって、冷却器の冷却性能がさらに向上される。以上に説明したように、この冷却器の構造によれば、冷却器の冷却性能を向上させることができる。また、この冷却器では、ルーバーが貫通孔の縁部から冷媒流路の上流側に向かって突出しているので、ルーバーによって冷媒の流れが乱され難い。このため、この冷却器では、圧力損失が生じ難い。 In this cooler, a plurality of separation fins and a plurality of refrigerant channels meander. Therefore, the area where the refrigerant flowing in the refrigerant flow path contacts the separation fins is large. This improves the cooling performance of the cooler. Further, in this cooler, a through hole and a louver are provided in the inclined portion of the separation fin. Therefore, the refrigerant can flow from the refrigerant flow path to the adjacent refrigerant flow path through the through hole. In particular, since the louver protrudes from the edge of the through hole toward the upstream side of the refrigerant flow path, the refrigerant is easily guided by the louver and flows to the through hole side. Therefore, the flow of the refrigerant through the through hole is likely to occur. Since the flow of the refrigerant penetrating the separation fins is generated in this way, it is difficult to form a boundary layer (a layer of the refrigerant having a slower flow velocity than the refrigerant flowing in the center of the refrigerant flow path) in the vicinity of the separation fins. Therefore, the heat exchange efficiency between the separation fin and the refrigerant is improved. This further improves the cooling performance of the cooler. As described above, according to the structure of this cooler, the cooling performance of the cooler can be improved. Further, in this cooler, since the louver protrudes from the edge of the through hole toward the upstream side of the refrigerant flow path, the flow of the refrigerant is less likely to be disturbed by the louver. Therefore, pressure loss is unlikely to occur in this cooler.
図1に示す電力変換モジュール10は、複数の冷却器12と、複数の半導体モジュール14とを、交互に積層した構造を備えている。各半導体モジュール14は、扁平形状の本体部分14aを有している。本体部分14aは、樹脂により構成されており、スイッチング素子を内蔵している。本体部分14aの側面から複数の端子14bが伸びている。各端子14bは図示しない配線に接続されている。複数の半導体モジュール14によって、電力変換回路(例えば、インバータ回路、DC−DCコンバータ回路等)が構成されている。一対の冷却器12の間に、1つ半導体モジュール14が挟まれている。
The
図2に示すように、各冷却器12は、扁平形状を有している。冷却器12は、筐体20を有している。図3に示すように、筐体20の内部空間は、分離壁21によって厚み方向に2つに分離されている。これによって、筐体20の内部に2つの冷媒空間22が形成されている。各冷媒空間22内には、冷媒が流れる。本実施形態では、冷媒は、冷却水である。図2に示すように、各冷却器12の長手方向の両端部に、冷媒供給口24aと冷媒排出口24bが設けられている。図1に示すように、各冷却器12の冷媒供給口24aに冷媒供給管16が接続されており、各冷却器12の冷媒排出口24bに冷媒排出管18が接続されている。冷媒供給管16と冷媒排出管18は、図示しないポンプに接続されている。ポンプが作動すると、図1において矢印で示すように、冷媒供給管16から冷媒供給口24aを介して各冷却器12の内部(すなわち、冷媒空間22)に冷媒が流入する。各冷却器12の内部の冷媒は、冷媒排出口24bを介して冷媒排出管18へ排出される。冷却器12の内部に冷媒が流れることで、半導体モジュール14で生じる熱が冷媒に吸収され、半導体モジュール14が冷却される。なお、以下の説明では、図2、3に示すように、冷却器12の厚み方向をz方向といい、冷却器12の長手方向(冷媒供給口24aから冷媒排出口24bに向かう方向)をy方向といい、冷却器12の幅方向(y方向及びz方向に対して直交する方向)をx方向という。筐体20の表面のうちのz方向の両端に位置する平面が、半導体モジュール14に接触する冷却面である。
As shown in FIG. 2, each
図4は、z方向に沿って見たときの冷媒空間22の構造を示している。図4に示すように、冷媒空間22内には、複数の分離フィン30が設けられている。分離フィン30は、蛇行しながらy方向に伸びている。図3に示すように、分離フィン30のz方向の両端部は、筐体20と分離壁21に接続されている。図3、4に示すように、分離フィン30によって、冷媒空間22が、y方向に伸びる複数の冷媒流路32に分割されている。分離フィン30が蛇行していることによって、各冷媒流路32も蛇行している。すなわち、各冷媒流路32は、蛇行しながらy方向に伸びている。
FIG. 4 shows the structure of the
図4に示すように、各分離フィン30は、折れ曲がり部38と、傾斜部34と、傾斜部36を有している。折れ曲がり部38では、分離フィン30が折れ曲がっている。傾斜部34は、平面状であり、y方向に対して傾斜している。傾斜部36は、平面状であり、y方向に対して傾斜している。傾斜部36は、傾斜部34がy方向に対して傾斜する向きとは反対向きにy方向に対して傾斜している。傾斜部34と傾斜部36がy方向に交互に配置されており、折れ曲がり部38によって傾斜部34と傾斜部36が接続されている。これによって、分離フィン30が蛇行する形状となっている。一部の傾斜部34、36には、貫通孔40とルーバー42が設けられている。貫通孔40とルーバー42は、図5のように分離フィン30に切り込み44を設け、その後、図6のように切り込み44に囲まれた部分で分離フィン30を曲げることで形成される。貫通孔40は、分離フィン30を貫通しており、分離フィン30の両側に位置する冷媒流路32を接続している。ルーバー42は、貫通孔40の縁部から冷媒流路32の上流側に向かって突出している。
As shown in FIG. 4, each separation fin 30 has a
次に、各冷媒流路32内における冷媒の流れについて説明する。上述したように、ポンプを作動させると、各冷媒流路32内に、上流側(冷媒供給口24a側)から下流側(冷媒排出口24b側)へ向かって冷媒が流れる。各分離フィン30が蛇行しているので、冷媒と分離フィン30とが接触する部分の面積が広い。このため、冷媒と分離フィン30の間で熱が伝わり易く、冷却器12の冷却効率が向上される。また、各分離フィン30には、貫通孔40とルーバー42が設けられている。貫通孔40とルーバー42が設けられることで、各分離フィン30の表面積が広くなっている。このため、冷媒と分離フィン30の間で熱が伝わり易く、冷却器12の冷却効率が向上される。また、各冷媒流路32内を冷媒が流れるときに、各分離フィン30の近傍では冷媒流路32の中心部よりも冷媒の流速が遅くなる。すなわち、各分離フィン30の表面に沿って、冷媒の流速が遅い境界層が形成される。しかしながら、本実施形態では、分離フィン30に貫通孔40が設けられている。このため、分離フィン30を介して隣接する2つの冷媒流路32の一方から他方へ、冷媒が貫通孔40を通って流れる。特に、貫通孔40の縁部から冷媒流路32の上流側に向かってルーバー42が伸びているので、冷媒流路32内を流れる冷媒がルーバー42に案内されて貫通孔40内に流入し易い。このため、貫通孔40を通って分離フィン30を貫通する冷媒の流れが生じやすい。このように、貫通孔40を通って分離フィン30を貫通する冷媒の流れが生じるので、分離フィン30の近傍に境界層が形成され難い。このため、冷媒と分離フィン30の間で熱が伝わり易く、冷却器12の冷却効率が向上される。以上に説明したように、本実施形態の冷却器12では、蛇行する分離フィン30と、分離フィン30に設けられた貫通孔40及びルーバー42によって、冷却器12の冷却性能が向上される。
Next, the flow of the refrigerant in each
また、冷却器12では、分離フィン30が蛇行していることで、各冷媒流路32も蛇行している。各冷媒流路32の幅は位置によらず略一定である。このため、各冷媒流路32内で冷媒の流れのよどみが生じ難い。また、ルーバー42が分離フィン30から冷媒流路32内に突出しているが、ルーバー42が冷媒流路32の上流側に向かって伸びているので、ルーバー42によって冷媒の流れが乱され難い。このように、冷媒のよどみや冷媒の流れの乱れが生じ難いので、冷却器12では圧力損失が生じ難い。したがって、少ない消費電力で冷媒を各冷媒流路32に流すことができる。
Further, in the cooler 12, each
以下に、実施形態の冷却器12と比較例の冷却器との性能を比較した結果について説明する。比較例の冷却器は、貫通孔40とルーバー42を有さない。比較例の冷却器のその他の構造は、実施形態の冷却器12と等しい。実施形態の冷却器12と比較例の冷却器とに10L/minの流量で冷媒を流したときの熱伝達率(冷却性能)と圧力損失をシミュレーションにより評価した。その結果、実施形態の冷却器12では、比較例の冷却器よりも、熱伝達率が約8%向上し、圧力損失は約3%増加(悪化)した。すなわち、貫通孔40とルーバー42を設けることで、圧力損失の増加を約3%にとどめながら、熱伝達率を約8%向上させることができる。
The results of comparing the performances of the cooler 12 of the embodiment and the cooler of the comparative example will be described below. The cooler of the comparative example does not have the through
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in this specification or drawings achieve a plurality of objectives at the same time, and achieving one of the objectives itself has technical usefulness.
10 :電力変換モジュール
12 :冷却器
14 :半導体モジュール
16 :冷媒供給管
18 :冷媒排出管
20 :筐体
21 :分離壁
22 :冷媒空間
24a :冷媒供給口
24b :冷媒排出口
30 :分離フィン
32 :冷媒流路
34 :傾斜部
36 :傾斜部
38 :折れ曲がり部
40 :貫通孔
42 :ルーバー
10: Power conversion module 12: Cooler 14: Semiconductor module 16: Refrigerant supply pipe 18: Refrigerant discharge pipe 20: Housing 21: Separation wall 22:
Claims (1)
筐体と複数の分離フィンを有し、
前記筐体が、冷媒供給口と、冷媒排出口と、前記冷媒供給口から前記冷媒排出口まで冷媒を流す冷媒空間、を有し、
前記複数の分離フィンが、前記冷媒空間を複数の冷媒流路に分割しており、
前記複数の分離フィンと前記複数の冷媒流路が蛇行しており、
前記複数の分離フィンが、前記冷媒供給口から前記冷媒排出口に向かう方向に対して傾斜する傾斜部を有し、
前記傾斜部に、貫通孔と、前記貫通孔の縁部から前記冷媒流路の上流側に向かって突出するルーバーが設けられている、
冷却器。 It ’s a cooler,
It has a housing and multiple separation fins,
The housing has a refrigerant supply port, a refrigerant discharge port, and a refrigerant space for flowing a refrigerant from the refrigerant supply port to the refrigerant discharge port.
The plurality of separation fins divide the refrigerant space into a plurality of refrigerant flow paths.
The plurality of separation fins and the plurality of refrigerant flow paths meander.
The plurality of separation fins have an inclined portion inclined with respect to the direction from the refrigerant supply port to the refrigerant discharge port.
The inclined portion is provided with a through hole and a louver protruding from the edge of the through hole toward the upstream side of the refrigerant flow path.
Cooler.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019055413A JP2020155734A (en) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Cooler |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2019055413A JP2020155734A (en) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Cooler |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016205802A (en) * | 2015-04-17 | 2016-12-08 | 株式会社デンソー | Heat exchanger |
-
2019
- 2019-03-22 JP JP2019055413A patent/JP2020155734A/en active Pending
Patent Citations (1)
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JP2016205802A (en) * | 2015-04-17 | 2016-12-08 | 株式会社デンソー | Heat exchanger |
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