JP2021005604A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 伝熱性能が高く、製作費を抑えることができる熱交換器を提供すること。【解決手段】 対向する一対のプレート１，２と、それらの外周を被蔽する周壁部３とにより熱交換器本体４を形成し、その熱交換器本体４の内部にインナーフィン５が介装され、熱交換器本体４の外表面に熱交換対象物１４が取付られ、熱交換器本体４の内部に熱交換媒体が流通して、熱交換対象物１４を熱交換する熱交換器において、インナーフィン５は、熱交換媒体の流通方向に直交する断面が櫛歯形状であり、各櫛歯５ａの先端が熱交換対象物１４側のプレート１に接する熱交換器とすることにより、課題を解決する。【選択図】図１
Description
本発明は、熱交換器本体の外面に熱交換対象物が取り付けられ、内部を流通する熱交換媒体によりそれと熱交換される熱交換器に関し、それらの伝熱を向上させたものに関する。
熱交換器の一つに、その内部にインナーフィンが介装されると共に、その内部に熱交換媒体を流通させて、熱交換器本体の外面側に取り付けられた熱交換対象物との間で熱交換をするものがある。
そのインナーフィンとして、帯状金属板を波形に曲折したものがある。
そのインナーフィンとして、帯状金属板を波形に曲折したものがある。
その一例として、特許文献１における放熱フィンは櫛歯形状に形成されており、その根元側が伝熱基板に接合されている。
この場合、その根元側の放熱フィンの部分が、その板厚方向の熱伝導における熱抵抗となる。
そこで、熱交換媒体と熱交換対象物との間の熱抵抗を可及的に減少させ、熱通過率を向上させるものを提供することを課題とする。
この場合、その根元側の放熱フィンの部分が、その板厚方向の熱伝導における熱抵抗となる。
そこで、熱交換媒体と熱交換対象物との間の熱抵抗を可及的に減少させ、熱通過率を向上させるものを提供することを課題とする。
請求項１に記載の本発明は、対向する一対のプレート１，２と、それらの外周を被蔽する周壁部３とにより熱交換器本体４を形成し、その熱交換器本体４の内部にインナーフィン５が介装され、熱交換器本体４の外表面に熱交換対象物１４が取付られ、前記熱交換器本体４の内部に熱交換媒体が流通して、前記熱交換対象物１４を熱交換する熱交換器において、
前記インナーフィン５は、前記熱交換媒体の流通方向に直交する断面が櫛歯形状であり、
各櫛歯５ａの先端が前記熱交換対象物１４側のプレート１に接する熱交換器である。
前記インナーフィン５は、前記熱交換媒体の流通方向に直交する断面が櫛歯形状であり、
各櫛歯５ａの先端が前記熱交換対象物１４側のプレート１に接する熱交換器である。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の熱交換器において、
前記インナーフィン５は、帯状金属板７が波形に曲折され、その各波形の隣合う立上げ面７ａと立下げ面７ｂが背中合わせに圧着され、その断面が前記櫛歯形状に形成されたものであることを特徴とする熱交換器である。
前記インナーフィン５は、帯状金属板７が波形に曲折され、その各波形の隣合う立上げ面７ａと立下げ面７ｂが背中合わせに圧着され、その断面が前記櫛歯形状に形成されたものであることを特徴とする熱交換器である。
請求項３に記載の本発明は、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の熱交換器において、
前記インナーフィン５は、各櫛歯５ａの根元部５ｂの外面が、高さ方向外側に波形に湾曲しており、根元部５ｂと熱交換対象物１４側ではないプレート２との間にはそれらが接触していない隙間６が形成されていることを特徴とする熱交換器である。
前記インナーフィン５は、各櫛歯５ａの根元部５ｂの外面が、高さ方向外側に波形に湾曲しており、根元部５ｂと熱交換対象物１４側ではないプレート２との間にはそれらが接触していない隙間６が形成されていることを特徴とする熱交換器である。
請求項４に記載の本発明は、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の熱交換器において、
前記櫛歯５ａが前記熱交換対象物１４側のプレート１に対して斜行形状１１をなすことを特徴とする熱交換器である。
前記櫛歯５ａが前記熱交換対象物１４側のプレート１に対して斜行形状１１をなすことを特徴とする熱交換器である。
請求項５に記載の本発明は、請求項２に記載の熱交換器において、
前記櫛歯５ａの立上げ面７ａと立ち下げ面７ｂの少なくとも一方には、櫛歯５ａの先端と根元との間にリブ１６が、熱交換媒体の流通方向に沿って適宜間隔で形成されていることを特徴とする熱交換器である。
前記櫛歯５ａの立上げ面７ａと立ち下げ面７ｂの少なくとも一方には、櫛歯５ａの先端と根元との間にリブ１６が、熱交換媒体の流通方向に沿って適宜間隔で形成されていることを特徴とする熱交換器である。
請求項６に記載の本発明は、請求項２に記載の熱交換器において、
前記櫛歯５ａの立上げ面７ａと立ち下げ面７ｂの少なくとも一方には、櫛歯５ａの先端と根元との間に切り起こされた突起１７が、熱交換媒体の流通方向に沿って適宜間隔で形成されていることを特徴とする熱交換器である。
前記櫛歯５ａの立上げ面７ａと立ち下げ面７ｂの少なくとも一方には、櫛歯５ａの先端と根元との間に切り起こされた突起１７が、熱交換媒体の流通方向に沿って適宜間隔で形成されていることを特徴とする熱交換器である。
請求項１に記載の熱交換器は、そのインナーフィン５が熱交換媒体の流通方向に直交する断面が櫛歯形状であり、各櫛歯５ａの先端が前記熱交換対象物１４側のプレート１に接するものである。
それにより、櫛歯形状のインナーフィンの根本部分によってプレートが覆われることが抑制されるので、熱交換媒体と熱交換対象物との間の熱抵抗が減少する。
それにより、櫛歯形状のインナーフィンの根本部分によってプレートが覆われることが抑制されるので、熱交換媒体と熱交換対象物との間の熱抵抗が減少する。
さらに、請求項２に記載の熱交換器は、前記インナーフィン５が、帯状金属板７が波形に曲折され、その各波形の隣合う立上げ面７ａと立下げ面７ｂが背中合わせに圧着され、その断面が前記櫛歯形状に形成されたものである。
このように、インナーフィン５を帯状金属板７から成形することにより、量産性の高い熱交換器を安価に提供できる。
このように、インナーフィン５を帯状金属板７から成形することにより、量産性の高い熱交換器を安価に提供できる。
さらに、請求項３に記載の熱交換器は、前記インナーフィン５の各櫛歯５ａの根元部５ｂの外面が、高さ方向外側に波形に湾曲しており、根元部５ｂと熱交換対象物１４側ではないプレート２との間にはそれらが接触していない隙間６が形成されたものである。
そのため、熱交換器本体４の内面に収納されたインナーフィン５に、根元部５ｂの湾曲した面の変形作用により、弾性が付与され、インナーフィンと熱交換器本体の内面との接合における寸法誤差による接触不良が緩和されるので、厳格な寸法管理をせずに良好な接合をすることができる。
そのため、熱交換器本体４の内面に収納されたインナーフィン５に、根元部５ｂの湾曲した面の変形作用により、弾性が付与され、インナーフィンと熱交換器本体の内面との接合における寸法誤差による接触不良が緩和されるので、厳格な寸法管理をせずに良好な接合をすることができる。
さらに、請求項４に記載の熱交換器は、そのインナーフィンの各櫛歯５ａが熱交換対象物１４側のプレート１に対して、斜行形状１１をなすものである。
そのため、熱交換器本体４の内面に収納されたインナーフィン５には、各櫛歯５ａを傾斜させたことにより剛性が下がり、弾性が付与され、インナーフィンと熱交換器本体の内面との接合における寸法誤差による接触不良が緩和されるので、厳格な寸法管理をせずに良好な接合をすることができる。
そのため、熱交換器本体４の内面に収納されたインナーフィン５には、各櫛歯５ａを傾斜させたことにより剛性が下がり、弾性が付与され、インナーフィンと熱交換器本体の内面との接合における寸法誤差による接触不良が緩和されるので、厳格な寸法管理をせずに良好な接合をすることができる。
さらに、請求項５に記載の熱交換器は、櫛歯５ａの立上げ面７ａと立ち下げ面７ｂの少なくとも一方には、櫛歯５ａの先端と根元との間にリブ１６が、熱交換媒体の流通方向に沿って適宜な間隔で形成されているものである。
この形状により、熱交換媒体とインナーフィンとの熱伝達が向上するので、より伝熱性能が高い熱交換器を得ることができる。
さらに、請求項６に記載の熱交換器は、櫛歯５ａの立上げ面７ａと立ち下げ面７ｂの少なくとも一方には、櫛歯５ａの先端と根元との間に切り起こされた突起１７が、熱交換媒体の流通方向に沿って適宜な間隔で形成されているものである。
この形状により、熱交換媒体とインナーフィンとの熱伝達が向上するので、より伝熱性能が高い熱交換器を得ることができる。
この形状により、熱交換媒体とインナーフィンとの熱伝達が向上するので、より伝熱性能が高い熱交換器を得ることができる。
さらに、請求項６に記載の熱交換器は、櫛歯５ａの立上げ面７ａと立ち下げ面７ｂの少なくとも一方には、櫛歯５ａの先端と根元との間に切り起こされた突起１７が、熱交換媒体の流通方向に沿って適宜な間隔で形成されているものである。
この形状により、熱交換媒体とインナーフィンとの熱伝達が向上するので、より伝熱性能が高い熱交換器を得ることができる。
次に、図面に基づいて、本発明の熱交換器の実施の形態につき説明する。
下記に記載する各実施形態は、熱交換器の内部に冷媒（熱交換媒体）を流通させて、熱交換器の外面に取付けられた半導体などの発熱体（熱交換対象物）の冷却をする熱交換器を例示している。しかし、その実施形態に限られず、熱交換対象物に熱を与えるために、熱交換媒体を温熱流体とし、熱交換器の内部を流通させるものであっても良い。
下記に記載する各実施形態は、熱交換器の内部に冷媒（熱交換媒体）を流通させて、熱交換器の外面に取付けられた半導体などの発熱体（熱交換対象物）の冷却をする熱交換器を例示している。しかし、その実施形態に限られず、熱交換対象物に熱を与えるために、熱交換媒体を温熱流体とし、熱交換器の内部を流通させるものであっても良い。
図１は本発明の熱交換器の分解斜視図（Ａ）、及びそれに用いるインナーフィン５の要部斜視図（Ｂ）、並びに同熱交換器の要部縦断面図（Ｃ）である。
この例は、図１（Ａ）に示す如く、熱交換器本体４が一対のプレート１，２と、そのプレート２の周縁に立ち上げられた周壁部３とにより形成される。そして、プレート１とプレート２との間にインナーフィン５が介装される。プレート２の長手方向両端には、熱交換媒体である冷媒の出入口２１が配置され、そこに入口用ボス１９及び出口用ボス２０が取り付けられる。プレート１の外面には、この例では複数の発熱体１４が並列されている。
この例は、図１（Ａ）に示す如く、熱交換器本体４が一対のプレート１，２と、そのプレート２の周縁に立ち上げられた周壁部３とにより形成される。そして、プレート１とプレート２との間にインナーフィン５が介装される。プレート２の長手方向両端には、熱交換媒体である冷媒の出入口２１が配置され、そこに入口用ボス１９及び出口用ボス２０が取り付けられる。プレート１の外面には、この例では複数の発熱体１４が並列されている。
次に、インナーフィン５は、この例では図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示す如く、帯状金属板７を成形してなり、その横断面が櫛歯状に形成されている。
即ち、帯状金属板７が波形に曲折され、その波形の隣合う立上げ面７ａ，立下げ面７ｂを背中合わせに圧着したものであり、その櫛歯５ａの先端が図１（Ｃ）において上側のプレート１の内面に接触し、その根元部５ｂが下側のプレート２に接触する。
即ち、帯状金属板７が波形に曲折され、その波形の隣合う立上げ面７ａ，立下げ面７ｂを背中合わせに圧着したものであり、その櫛歯５ａの先端が図１（Ｃ）において上側のプレート１の内面に接触し、その根元部５ｂが下側のプレート２に接触する。
そして、図１において入口用ボス１９から一方の出入口２１を介して冷媒がインナーフィン５の各櫛歯５ａ間に流通し、図示しない他方の出入口２１からそれが流出する。そして、その冷媒の流通によりプレート１の表面の発熱体１４を冷却する。
このとき図１（Ｃ）において、インナーフィン５の櫛歯５ａがプレート１に接合され、インナーフィン５の根元部５ｂがプレート２に接合されている。そして、櫛歯５ａとプレート１との熱抵抗は、根元部５ｂとプレート２との熱抵抗よりも小となる。それにより、発熱体１４を効率的に冷媒により冷却することができる。
このとき図１（Ｃ）において、インナーフィン５の櫛歯５ａがプレート１に接合され、インナーフィン５の根元部５ｂがプレート２に接合されている。そして、櫛歯５ａとプレート１との熱抵抗は、根元部５ｂとプレート２との熱抵抗よりも小となる。それにより、発熱体１４を効率的に冷媒により冷却することができる。
次に、図２は熱交換器本体の他の実施例であり、この例は一対のプレート１とプレート２との間に枠状の周壁部３が介装されて熱交換器本体４を構成するものである。その他は、図１のものと同一である。
次に、図３は熱交換器本体のさらに他の実施例であり、一対のプレート１とプレート２との間に薄い枠状の周壁部３が積層され、それらにより熱交換器本体４を構成するものである。その他は、図１のものと同一である。
次に、図３は熱交換器本体のさらに他の実施例であり、一対のプレート１とプレート２との間に薄い枠状の周壁部３が積層され、それらにより熱交換器本体４を構成するものである。その他は、図１のものと同一である。
図１の熱交換器の例では、図４に示す如く、治具１５によりプレート１とプレート２間が圧着された状態で、インナーフィン５とプレート１及びプレート２とが一体的にろう付接合される。このとき、インナーフィン５の立上げ面７ａと立下げ面７ｂとの間もろう付される。
ここで使用されるインナーフィン５は、図５（Ａ）に示す如く、各櫛歯５ａの根元部５ｂの外面が、高さ方向外側に波形に湾曲しており、根元部５ｂと熱交換対象物１４側ではないプレート２との間にはそれらが接触していない隙間６が形成されている。
ここで使用されるインナーフィン５は、図５（Ａ）に示す如く、各櫛歯５ａの根元部５ｂの外面が、高さ方向外側に波形に湾曲しており、根元部５ｂと熱交換対象物１４側ではないプレート２との間にはそれらが接触していない隙間６が形成されている。
即ち、図５においてプレート１とプレート２との間に押圧力を加えることにより、インナーフィン５は、波形に湾曲した根元部５ｂの弾性により、図５（Ａ）の状態から図５（Ｂ）の状態に変形し、隙間６が縮小した状態で、インナーフィン５の先端とプレート１の間、及びインナーフィンの根元部５ｂとプレート２との間をろう付固定することができる。根元部５ｂとプレート２とが接触していない隙間６にはろう材が浸入することで、その隙間が埋められる。
そして、インナーフィン５の櫛歯５ａの先端が発熱体１４を有するプレート１に接合され、インナーフィン５の根元部５ｂがプレート２に接合されて、櫛歯状のインナーフィン５において、プレート１との熱抵抗を低減して、熱交換を促進できるものである。
図２、図３の例でも、同様のインナーフィン５を用いることで、図１と同じ効果を得ることができる。
そして、インナーフィン５の櫛歯５ａの先端が発熱体１４を有するプレート１に接合され、インナーフィン５の根元部５ｂがプレート２に接合されて、櫛歯状のインナーフィン５において、プレート１との熱抵抗を低減して、熱交換を促進できるものである。
図２、図３の例でも、同様のインナーフィン５を用いることで、図１と同じ効果を得ることができる。
次に、図６は本発明に用いるインナーフィン５の第２実施例であり、この例はインナーフィン５の櫛歯５ａが熱交換対象物１４側のプレート１に対して傾斜する斜行形状１１を有するものである。
そのため、熱交換器本体の内面に収納されたインナーフィン５には、各櫛歯５ａを傾斜させたことにより、剛性が低下し、弾性が付与され、インナーフィンと熱交換器本体の内面との接合における寸法誤差による接触不良が緩和されるので、インナーフィンの厳格な寸法管理をせずに良好な接合をすることができる。
そのため、熱交換器本体の内面に収納されたインナーフィン５には、各櫛歯５ａを傾斜させたことにより、剛性が低下し、弾性が付与され、インナーフィンと熱交換器本体の内面との接合における寸法誤差による接触不良が緩和されるので、インナーフィンの厳格な寸法管理をせずに良好な接合をすることができる。
次に、図７は本発明に用いるインナーフィン５の第３実施例であり、この例が前記実施例と異なる点は、インナーフィン５の根元部５ｂの先端に凸部８を設けた点である。
これにより、インナーフィン５の高さ方向の変形を容易にし、インナーフィン５と熱交換器本体４との接触を良好にするものである。
これにより、インナーフィン５の高さ方向の変形を容易にし、インナーフィン５と熱交換器本体４との接触を良好にするものである。
次に、図８は本発明に用いるインナーフィン５の第４実施例であり、この例はインナーフィン５の根元部５ｂとプレート２との間に高さ吸収プレート９を介在させたものである。それにより、全体の高さ調整が円滑に行え、さらに確実にインナーフィン５とプレート１，プレート２との接触を良好にすることができる。
次に、図９は本発明に用いるインナーフィン５の第５実施例であり、この例はインナーフィン５の櫛歯５ａの中間部に厚み方向に膨らみ部１０が形成され、それによりインナーフィン５の高さ方向の変形を容易にしたものである。
次に、図１０は本発明に用いるインナーフィン５の第６実施例であり、この例はインナーフィン５の櫛歯５ａが横断面くの字状に屈曲する中折れ屈曲１２を有するものである。
これにより、櫛歯５ａの先端と根元部５ｂとの高さを、熱交換器本体の内面高さに容易に整合できる。
これにより、櫛歯５ａの先端と根元部５ｂとの高さを、熱交換器本体の内面高さに容易に整合できる。
次に、図１１は本発明に用いるインナーフィン５の第７実施例であり、この例は、櫛歯５ａの立上げ面７ａと立ち下げ面７ｂの少なくとも一方には、櫛歯５ａの先端と根元との間にリブ１６が、熱交換媒体の流通方向に沿って適宜間隔で形成されている。
この例は、リブ１６により、熱交換媒体とインナーフィンとの熱伝達が向上するので、より伝熱性能が高い熱交換器を得ることができる。
この例は、リブ１６により、熱交換媒体とインナーフィンとの熱伝達が向上するので、より伝熱性能が高い熱交換器を得ることができる。
次に、図１２は本発明に用いるインナーフィン５の第８実施例であり、この例は、各櫛歯５ａの立上げ面７ａ又は立下げ面７ｂの少なくとも一方に、熱交換媒体の流通方向に沿って、適宜間隔で、面の一部が切り起こされた突起１７が形成されている。
この例も、突起１７により、熱交換媒体とインナーフィンとの熱伝達が向上するので、より伝熱性能が高い熱交換器を得ることができる。
この例も、突起１７により、熱交換媒体とインナーフィンとの熱伝達が向上するので、より伝熱性能が高い熱交換器を得ることができる。
１ プレート
２ プレート
３ 周壁部
４ 熱交換器本体
５ インナーフィン
５ａ 櫛歯
５ｂ 根元部
６ 隙間
７ 帯状金属板
７ａ 立上げ面
７ｂ 立下げ面
８ 凸部
９ 高さ吸収プレート
２ プレート
３ 周壁部
４ 熱交換器本体
５ インナーフィン
５ａ 櫛歯
５ｂ 根元部
６ 隙間
７ 帯状金属板
７ａ 立上げ面
７ｂ 立下げ面
８ 凸部
９ 高さ吸収プレート
１０ 膨らみ部
１１ 斜行形状
１２ 中折れ屈曲
１４ 熱交換対象物（発熱体）
１５ 治具
１６ リブ
１７ 突起
１９ 入口用ボス
２０ 出口用ボス
２１ 出入口
１１ 斜行形状
１２ 中折れ屈曲
１４ 熱交換対象物（発熱体）
１５ 治具
１６ リブ
１７ 突起
１９ 入口用ボス
２０ 出口用ボス
２１ 出入口
Claims (6)
- 対向する一対のプレート（１）（２）と、それらの外周を被蔽する周壁部（３）とにより熱交換器本体（４）を形成し、その熱交換器本体（４）の内部にインナーフィン（５）が介装され、熱交換器本体（４）の外表面に熱交換対象物（１４）が取付られ、前記熱交換器本体（４）の内部に熱交換媒体が流通して、前記熱交換対象物（１４）を熱交換する熱交換器において、
前記インナーフィン（５）は、前記熱交換媒体の流通方向に直交する断面が櫛歯形状であり、
各櫛歯（５ａ）の先端が前記熱交換対象物（１４）側のプレート（１）に接する熱交換器。 - 請求項１に記載の熱交換器において、
前記インナーフィン（５）は、帯状金属板（７）が波形に曲折され、その各波形の隣合う立上げ面（７ａ）と立下げ面（７ｂ）が背中合わせに圧着され、その断面が前記櫛歯形状に形成されたものであることを特徴とする熱交換器。 - 請求項１又は請求項２のいずれかに記載の熱交換器において、
前記インナーフィン（５）は、各櫛歯（５ａ）の根元部（５ｂ）の外面が、高さ方向外側に波形に湾曲しており、根元部（５ｂ）と熱交換対象物（１４）側ではないプレート（２）との間にはそれらが接触していない隙間（６）が形成されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項１又は請求項２のいずれかに記載の熱交換器において、
前記櫛歯（５ａ）が前記熱交換対象物（１４）側のプレート（１）に対して斜行形状（１１）をなすことを特徴とする熱交換器。 - 請求項２に記載の熱交換器において、
前記櫛歯（５ａ）の立上げ面（７ａ）と立ち下げ面（７ｂ）の少なくとも一方には、櫛歯（５ａ）の先端と根元との間にリブ（１６）が、熱交換媒体の流通方向に沿って適宜間隔で形成されていることを特徴とする熱交換器。 - 請求項２に記載の熱交換器において、
前記櫛歯（５ａ）の立上げ面（７ａ）と立ち下げ面（７ｂ）の少なくとも一方には、櫛歯（５ａ）の先端と根元との間に切り起こされた突起（１７）が、熱交換媒体の流通方向に沿って適宜間隔で形成されていることを特徴とする熱交換器。
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