JP2021081128A - Heat exchanger and heat exchanger manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器及び熱交換器の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger and a method for manufacturing the heat exchanger.
例えば、特許文献1には、複数の孔が形成された薄板を、各孔が連通するように積層して形成される熱交換器が開示されている。この熱交換器においては、上記孔が連通されることにより形成された冷却流路中を冷却媒体が流れており、冷却媒体と熱交換することにより冷却対象物を冷却する。
For example,
このような薄板を積層して形成される熱交換器においては、薄板同士を拡散接合により接合している。このような薄板における接合面は、冷却媒体の流れ方向と直交する面とされ、金属組織が、拡散接合後の再硬化時に変異する可能性がある。そして、薄板が積層されることで形成された側面のうちの一面は、冷却対象物と接触する伝熱面とされる。拡散接合の場合、伝熱面及び冷却流路における金属組織の変異が生じる可能性があり、伝熱を阻害する可能性がある。 In a heat exchanger formed by laminating such thin plates, the thin plates are joined by diffusion bonding. The joint surface in such a thin plate is a surface orthogonal to the flow direction of the cooling medium, and the metal structure may mutate during re-hardening after diffusion bonding. One of the side surfaces formed by laminating the thin plates is a heat transfer surface that comes into contact with the object to be cooled. In the case of diffusion bonding, mutations in the metallographic structure in the heat transfer surface and cooling flow path may occur, which may hinder heat transfer.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、熱交換器の製造時における伝熱性能の低下を防止することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to prevent deterioration of heat transfer performance during manufacturing of a heat exchanger.
上記目的を達成するために、本発明では、熱交換器に係る第1の手段として、複数の薄板が積層されることにより形成され、冷却対象物と対向または接触する伝熱面と、一方向に冷却媒体を案内する内部流路とを有する熱交換器であって、前記薄板の積層方向に沿う面であって、前記伝熱面を含まない側面に相当する部位に設けられると共に、前記薄板同士の外周が溶接されることにより形成される溶接部を有する、という構成を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as the first means relating to the heat exchanger, a heat transfer surface formed by laminating a plurality of thin plates and facing or in contact with the object to be cooled is unidirectionally provided. A heat exchanger having an internal flow path for guiding a cooling medium, which is provided on a portion of a surface along the stacking direction of the thin plates and corresponding to a side surface not including the heat transfer surface, and the thin plate is provided. A configuration is adopted in which the outer periphery of each other is welded to form a welded portion.
熱交換器に係る第2の手段として、上記第1の手段において、前記溶接部は、前記側面において前記積層方向に複数形成されると共に、前記積層方向及び前記冷却媒体の流れ方向に直交する方向において前記内部流路と重ならない位置に設けられる、という構成を採用する。 As a second means relating to the heat exchanger, in the first means, a plurality of the welded portions are formed in the stacking direction on the side surface, and the direction orthogonal to the stacking direction and the flow direction of the cooling medium. In, a configuration is adopted in which the inner flow path is provided at a position that does not overlap with the internal flow path.
熱交換器に係る第3の手段として、上記第1または第2の手段において、前記溶接部は、3枚以上の前記薄板にわたって形成される、という構成を採用する。 As a third means relating to the heat exchanger, in the first or second means, the welded portion is formed over three or more thin plates.
熱交換器の製造方法に係る第1の手段として、流路孔を有する薄板を、所定の形状となるようにプレス加工するプレス加工工程と、プレス加工された前記薄板を前記流路孔が重なるように複数積層する積層工程と、積層された前記薄板の外周の一部を溶接することにより複数の前記薄板を接合する溶接工程とを有し、前記プレス加工工程、前記積層工程及び前記溶接工程を複数回繰り返す、という構成を採用する。 As a first means according to a method for manufacturing a heat exchanger, a press working step of pressing a thin plate having a flow path hole so as to have a predetermined shape and the flow path hole of the pressed thin plate overlap with each other. It has a laminating step of laminating a plurality of such thin plates and a welding step of joining a plurality of the thin plates by welding a part of the outer periphery of the laminated thin plates, the press working step, the laminating step and the welding step. Is repeated multiple times.
本発明によれば、伝熱面を含まない部位に溶接部を設けることにより、伝熱面における金属組織の変異を防止することが可能である。したがって、熱交換器の製造時における伝熱性能の低下を防止することが可能である。 According to the present invention, it is possible to prevent mutation of the metal structure on the heat transfer surface by providing a welded portion at a portion that does not include the heat transfer surface. Therefore, it is possible to prevent a decrease in heat transfer performance during the manufacture of the heat exchanger.
以下、図面を参照して、本発明に係る熱交換器の一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the heat exchanger according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
本実施形態に係る熱交換器100は、図1に示すように、略直方体状とされ、複数の金属製の薄板1を積層することにより形成されている。また、熱交換器100は、複数の内部流路Rが一方向に向けて形成されており、内部流路Rの流れ方向に沿う面であって、表面積の大きな面が伝熱面Aとされる。なお、熱交換器100には、内部流路Rの一方の面に入口開口が形成され、入口開口が形成された面と対向する面に出口開口が形成されている。このような内部流路Rは、例えば水等の冷却媒体が流通し、冷却媒体を熱交換器100内において一方向に向けて案内する。また、熱交換器100は、内部流路Rの流れ方向に沿う面であって、伝熱面Aと直交する2つの側面Bにおいて、溶接部2が形成される。なお、熱交換器100の伝熱面Aには、例えば、図2に一点鎖線で示すように、自動車のパワーモジュールにおけるパワー半導体素子や回路基板が冷却対象物として載置される。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the
薄板1は、流路孔1aが多数(本実施形態においては3列)等間隔で形成された板状部材である。このような薄板1は、プレス加工により流路孔1aが形成されている。また、全ての薄板1は、同一の位置に流路孔1aが形成されており、積層時に流路孔1a同士が連通されることで熱交換器100の複数の内部流路Rを形成する。このような薄板1は、外周がスポット溶接されることにより隣り合う薄板1と接合されている。
The
溶接部2は、図2に示すように、薄板1の外周において対向する二辺に形成され、隣り合う2枚の薄板1の間に3カ所ずつ、計6カ所設けられる。そして、積層方向に隣り合う2枚の薄板1の間にそれぞれ溶接部2が設けられ、2つの対向する側面Bを構成する。このような溶接部2は、レーザスポット溶接によって形成される。また、溶接部2は、積層方向及び冷却媒体の流れ方向に直交する方向において、内部流路Rと重ならない位置に設けられている。なお、溶接部2は、図3に示すように、内部流路Rの壁面に到達しない程度の深さであり、かつ、図2に示すように、伝熱面A及び伝熱面Aに対向する面に接触しないように設けられている。
As shown in FIG. 2, the
このような熱交換器100の製造方法を説明する。
初めに、プレス加工工程として、所定の厚さに形成され、流路孔1aを有する金属板が、金属プレス加工装置に設置される。そして、金属プレス加工装置により、金属板は、複数のパンチ工具により打ち抜かれることで、開口が形成される。すなわち、金属板は、金属プレス加工装置により、薄板1へと加工される。
A method of manufacturing such a
First, as a press working step, a metal plate formed to a predetermined thickness and having a
続いて、積層工程として、2枚の薄板1が、全ての流路孔1a同士が重なるように配置され、工具等により固定される。そして、溶接工程として、積層された2枚の薄板1は、外周の2辺、すなわち、側面Bに相当する部位において、レーザスポット溶接により溶接される。これにより、2枚の薄板1は、1面において互いに当接した状態で固定される。
Subsequently, as a laminating step, the two
そして、このようなプレス加工工程、積層工程及び溶接工程により形成された一対の薄板1は、さらに、同様の工程により形成された一対の薄板1と積層された後に溶接される。このように、プレス加工工程、積層工程及び溶接工程が複数回繰り返されることにより、複数の薄板1が積層されて一体の熱交換器100が形成される。
Then, the pair of
このような熱交換器100において、冷却媒体は、内部流路R内に案内される。そして、冷却媒体は、伝熱面Aを介してパワー半導体素子の熱を伝えられることにより温度が上昇しつつ、熱交換器100の外部へと排出される。なお、排出された冷却媒体は、外部の冷却装置等により冷却された後に、再び熱交換器100へと供給される。
In such a
本実施形態に係る熱交換器100によれば、伝熱面Aを含まない側面Bにおいて、溶接部2が設けられている。したがって、伝熱面Aにおいて、溶接による金属組織に変異が生じることがない。すなわち、薄板1を溶接することによる伝熱性能の低下を防止することができる。
According to the
また、本実施形態に係る熱交換器100によれば、側面Bにおいて、複数の溶接部2が形成される。したがって、薄板1同士をより確実に接合することが可能である。さらに、溶接部2は、積層方向及び冷却媒体の流れ方向に直交する方向において、内部流路Rと重ならないように設けられることにより、内部流路Rからの直線距離が相対的に遠くなり、内部流路Rへの伝熱性能の低下を防止することが可能である。
Further, according to the
[第2実施形態]
続いて、上記第1実施形態の変形例を第2実施形態として、図4を参照して説明する。なお、第1実施形態と同一の構成については符号を同一とし、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Subsequently, a modified example of the first embodiment will be described as a second embodiment with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment have the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
本実施形態に係る熱交換器200は、第1実施形態と同様に、流路孔1aが形成された薄板1を複数積層することにより形成されている。そして、溶接部2は、2つの側面Bにおいて、図4に示すように、3枚の薄板1に対して形成される。すなわち、溶接部2は、側面Bにおいて、3枚の薄板1にわたって形成されている。また、溶接部2は、第1実施形態と同様に、積層方向及び冷却媒体の流れ方向に直交する積層方向において3カ所ずつ形成される。なお、3枚の薄板1のうち1枚の薄板1には2つの溶接部2が形成される。この1枚の薄板1に形成される溶接部2同士は重なり合うものでもよい。
The
このような熱交換器200では、積層工程において、3枚の薄板1が、全ての流路孔1a同士が重なるように配置され、工具等により固定される。そして、溶接工程において、積層された3枚の薄板1は、外周の2辺、すなわち、側面Bに相当する部位において、レーザスポット溶接により溶接される。これにより、3枚の薄板1は、1面において互いに当接した状態で固定される。
In such a
このような本実施形態に係る熱交換器200によれば、溶接部2は、3枚の薄板1にわたって形成されている。これにより、金属組織の溶接による変異をより抑制しつつ溶接工程を簡素化することが可能である。
According to the
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above embodiment. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiment are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.
上記実施形態においては、薄板1同士を、流路孔1aが完全に重なるように積層するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数の薄板1において、流路孔1aの形成位置が異なっており、内部流路Rが蛇行するように形成されるものとしてもよい。この場合、内部流路Rの流路内壁の表面積が大きくなり、冷却媒体への伝熱性能が向上する。
In the above embodiment, the
上記実施形態においては、溶接部2が薄板1の外周において対向する二辺に形成され、隣り合う2枚の薄板1の間に3カ所ずつ設けられるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、隣り合う2枚の薄板1の間に1カ所ずつ、又は4カ所以上設けられるものとしてもよい。
In the above embodiment, the welded
また、上記第2実施形態においては、3枚の薄板1を溶接部2において接合するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、4枚以上の薄板1を溶接部2において接合するものとしてもよい。
Further, in the second embodiment, the three
また、上記実施形態においては、伝熱面Aにパワー半導体素子及び回路基板を配置するものとしたが、本発明はこれに限定されず、他の熱をもつ物体の冷却を行うものとしてもよい。 Further, in the above embodiment, the power semiconductor element and the circuit board are arranged on the heat transfer surface A, but the present invention is not limited to this, and other objects having heat may be cooled. ..
また、上記実施形態においては、冷却媒体の一例として水を挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、冷却媒体は気体としてもよい。 Further, in the above embodiment, water is mentioned as an example of the cooling medium, but the present invention is not limited to this. For example, the cooling medium may be a gas.
100、200 熱交換器
1 薄板
1a 流路孔
2 溶接部
A 伝熱面
B 側面
R 内部流路
100, 200
Claims (4)
前記薄板の積層方向に沿う面であって、前記伝熱面を含まない側面に相当する部位に設けられると共に、前記薄板同士の外周が溶接されることにより形成される溶接部を有する
ことを特徴とする熱交換器。 A heat exchanger formed by laminating a plurality of thin plates and having a heat transfer surface facing or contacting an object to be cooled and an internal flow path for guiding a cooling medium in one direction.
It is characterized by having a surface along the laminating direction of the thin plates, which is provided at a portion corresponding to a side surface not including the heat transfer surface, and has a welded portion formed by welding the outer circumferences of the thin plates to each other. Heat exchanger.
プレス加工された前記薄板を前記流路孔が重なるように複数積層する積層工程と、
積層された前記薄板の外周の一部を溶接することにより複数の前記薄板を接合する溶接工程とを有し、
前記プレス加工工程、前記積層工程及び前記溶接工程を複数回繰り返すことを特徴とする熱交換器の製造方法。 A press working process in which a thin plate having a flow path hole is pressed so as to have a predetermined shape.
A laminating step of laminating a plurality of the press-processed thin plates so that the flow path holes overlap.
It has a welding step of joining a plurality of the thin plates by welding a part of the outer circumference of the laminated thin plates.
A method for manufacturing a heat exchanger, which comprises repeating the press working step, the laminating step, and the welding step a plurality of times.
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