JP4306120B2 - Stacked cooler - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数枚のプレートを積層して内部に冷却水路を形成し、この冷却水路に冷却水を流通させて発熱素子を冷却する積層冷却器に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、車両用等の大電流を必要とするインバータ装置は、発熱素子の発熱量が大きいため、冷却水などを用いた強制的な冷却が必要である。そこで、本発明者は、図9に示す様に、複数枚のプレートを積層して内部に冷却水路を形成した積層冷却器100を用いたインバータ装置Aを考案した。
積層冷却器100は、外側プレートの表面にインバータモジュールや平滑コンバータ等の発熱部品110がボルト120により固定され、内部の冷却水路に通じる一組のパイプ130を介して外部の冷却水回路と接続される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一組のパイプ130をそれぞれ冷却器100の両側面に取り付けると、パイプ130に接続するホースの取り回しが複雑になり、車両への搭載性が悪化する要因となる。
そこで、例えば図10に示す様に、冷却器100の内部に仕切り板140を設けて左側水路と右側水路とを形成し、左側水路から右側水路へ冷却水をUターンさせる構造にすれば、冷却器100の同一側面に一組のパイプ130を取り付けることができるので、上記の問題を解決できる。
【0004】
しかし、図10に示した様に、冷却水路を単純にUターンさせる構造では、冷却器100の表面(発熱部品110の取り付け面)に左側と右側とで大きな温度分布を生じるため、効果的な冷却が期待できないという問題がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、複数枚のプレートを積層して構成される積層冷却器において、冷却水路がUターンする構造を有し、且つ発熱部品が取り付けられるプレート表面での温度分布を低減できる積層冷却器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(請求項1の手段)
本発明の冷却容器は、複数枚の中間プレートの間に仕切りプレートを介在させて、自身の厚さ方向に冷却流路をUターンさせることで、仕切りプレートの上側と下側とで冷却性能が異なり、且つ、冷却容器の同一側面に冷却流路の入口と出口が設けられて、冷却容器の同一側面に冷却流路の入口と出口が設けられている。
また、中間プレートは、複数のスリットが略一定のピッチで並列して設けられ、
冷却容器の厚さ方向で仕切りプレートの上側に配される中間プレートと仕切りプレートの下側に配される中間プレートは、並列するスリット同士間のピッチあるいはスリットの幅が異なることを特徴とする。
上記の構成によれば、発熱部品が取り付けられる冷却容器の同一表面上(外側プレートの表面上)に大きな温度分布を生じることがないので、発熱部品を冷却するために必要な冷却性能を確保できる。
また、冷却流路を冷却容器の厚さ方向にUターンさせることにより、仕切りプレートの上側と下側とで冷却性能が異なる様に構成することが可能である。
さらに、仕切りプレートの上側と下側とで、各中間プレートに設けられるスリット同士間のピッチあるいはスリットの幅を変えることにより、仕切りプレートの上側と下側とで冷却性能を異ならせることができる。
【0008】
(請求項2の手段)
請求項1に記載した積層冷却器において、
冷却容器は、自身の厚さ方向で仕切りプレートの上側に配される中間プレートの枚数と仕切りプレートの下側に配される中間プレートの枚数が異なることを特徴とする。
この場合、仕切りプレートの上側と下側とで、中間プレートの枚数を変えることにより、冷却性能を異ならせることができる。
【0009】
(請求項3の手段)
請求項1または2に記載した積層冷却器において、
冷却容器は、一方の外側プレートの表面に発熱量の大きい発熱素子を内蔵する発熱部品が取り付けられ、他方の外側プレートの表面に発熱量の小さい発熱素子を内蔵する発熱部品が取り付けられ、且つ仕切りプレートに対し一方の外側プレート側の方が他方の外側プレート側より冷却性能が高くなる様に構成されていることを特徴とする。
【0010】
発熱量の大きい発熱素子を内蔵する発熱部品と、発熱量の小さい発熱素子を内蔵する発熱部品とを一つの冷却容器に取り付けて冷却する場合は、一般に発熱量の大きい発熱素子の方が高い冷却性能を要求される。従って、仕切りプレートの上側と下側とで冷却性能が異なる場合は、その冷却性能が高い方の外側プレート(一方の外側プレート)に発熱量の大きい発熱素子を内蔵する発熱部品を取付けた方が効率的に冷却を行うことができる。
【0011】
(請求項4の手段)
請求項3に記載した積層冷却器において、
冷却容器は、仕切りプレートの上側と下側とで冷却性能が高い方から冷却媒体を流入させるように構成したことを特徴とする。
冷却性能が高い方の外側プレートに発熱量の大きい発熱素子を内蔵する発熱部品を取付けた場合、冷却性能が高い方から冷却媒体を流入させた方が、その逆の場合(冷却性能が低い方から冷却媒体を流入させる)より、それぞれの冷却性能に応じた冷却効果を得ることができる。
【0012】
(請求項5の手段)
請求項3に記載した積層冷却器において、
冷却容器は、仕切りプレートの上側と下側とで冷却性能が低い方から冷却媒体を流入させるように構成したことを特徴とする。
発熱素子は、発熱量が小さくても低い温度に保つ必要があるもの(例えば平滑コンデンサ、フォトカプラ等)がある。
そこで、冷却性能が低い方の外側プレートに発熱量の小さい発熱素子を内蔵する発熱部品を取付ける場合は、冷却性能が低い方から冷却媒体を流入させた方が前記発熱素子(発熱量が小さくても低い温度に保つ必要があるもの)を効果的に冷却することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(実施例)
図1は積層冷却器1の全体形状を示す斜視図である。
本実施例の積層冷却器1(以下冷却器1と略す)は、内部に形成される冷却水路に冷却水を流通させて、発熱部品2(例えば電気自動車用のインバータモジュールと平滑コンバータ)に内蔵される発熱素子を冷却するもので、複数枚の中間プレート3(3A、3B、3C、3D)と1枚の仕切りプレート4、及び2枚の外側プレート5とを積層し、一組のパイプ6(6A、6B)を組付けた後、一体ろう付けにより製造される。
【0014】
a)中間プレート3は、一定の厚みを有する金属板(例えばアルミニウム板)の表面にろう材層を具備したブレージングシートを使用する。
この中間プレート3は、仕切りプレート4の上側に冷却水路を形成する2種類の中間プレート3A、3B(図2参照)と、仕切りプレート4の下側に冷却水路を形成する2種類の中間プレート3C、3D(図3参照)を有し、それぞれプレス加工によって製造される。
【0015】
中間プレート3A〜3Dは、図2及び図3に示す様に、それぞれ一組のヘッダ開口部7(7a、7b、7c、7d)、パイプ取付け部8(8a、8b)、複数個のボルト孔9、及び複数のスリット10が設けられている。
ヘッダ開口部7は、中間プレート3の長手方向(図2及び図3の上下方向)の両側に設けられ、幅方向(図2及び図3の左右方向)に大きく矩形状に開口している。但し、中間プレート3A、3Cに設けられるヘッダ開口部7a、7cの方が中間プレート3B、3Dに設けられるヘッダ開口部7b、7dより長手方向の幅(図2及び図3の上下幅)が狭く形成されている。
【0016】
パイプ取付け部8は、パイプ6を取り付けるための開口部で、各中間プレート3にそれぞれ1箇所設けられ、一方のヘッダ開口部7に通じている。但し、中間プレート3A、3Bに設けられるパイプ取付け部8aと、中間プレート3C、3Dに設けられるパイプ取付け部8bとは、幅方向の位置が異なる様に形成される(図2及び図3参照)。
ボルト孔9は、冷却器1に発熱部品2を固定するためのボルト11(図1参照)を通す丸孔で、両ヘッダ開口部7の間に6箇所開けられている。
【0017】
スリット10は、両ヘッダ開口部7の間に略一定のピッチ、及び略同一のスリット幅で複数並列して設けられ、且つ中間プレート3に対し斜め方向に形成されている。
上記の中間プレート3A〜3Dは、図4及び図5に示す様に、ヘッダ開口部7が同じ位置に設けられる2種類同士(3Aと3B、3Cと3D)を、互いのスリット10の向きが逆方向となる様に交互に重ね合わされる(何枚ずつでも良い)。これにより、互いのスリット10同士が連通して網目状に冷却水路が形成され、且つ中間プレート3A、3Bのヘッダ開口部7同士及び中間プレート3C、3Dのヘッダ開口部7同士が重なってヘッダ12が形成される。
【0018】
また、中間プレート3A、3Bでは、中間プレート3Bのヘッダ開口部7bと中間プレート3Aに設けられたスリット10の端部とが連通することにより、ヘッダと冷却水路とが連通する。
同様に、中間プレート3C、3Dでは、中間プレート3Dのヘッダ開口部7dと中間プレート3Cに設けられたスリット10の端部とが連通することにより、ヘッダと冷却水路とが連通する。
【0019】
b)仕切りプレート4は、図6に示す様に、6個のボルト孔9と、矩形状に開口するヘッダ連通口4aとを有している。このヘッダ連通口4aは、仕切りプレート4の長手方向で片側のみに形成され、中間プレート3A、3Bによって形成される一方のヘッダと中間プレート3C、3Dによって形成される一方のヘッダとを連通している。これにより、冷却器1の内部には、中間プレート3A、3Bによって形成される上側の冷却水路と中間プレート3C、3Dによって形成される下側の冷却水路とが仕切りプレート4のヘッダ連通口4aを介して連通するU字状の冷却水路が形成される。
【0020】
c)外側プレート5は、上記の中間プレート3と仕切りプレート4を積層して、その両外層に重ね合わされることにより、冷却器1の上下両面を閉じている。この外側プレート5には、図7に示す様に、6個のボルト孔9が開けられ、プレート表面に発熱部品2が取り付けられて、ボルト11により固定される(図1参照)。
d)パイプ6は、外部の冷却水回路(図示しない)と冷却器1とを接続するもので、一方のパイプ取付け部8aに取り付けられる入口パイプ6Aと、他方のパイプ取付け部8bに取り付けられる出口パイプ6Bから成る(図1参照)。
【0021】
次に、本実施例の作動及び効果を説明する。
外部の冷却水回路から入口パイプ6Aに供給される冷却水は、図8に示す様に、入口パイプ6Aからヘッダ12を経て上側の冷却水路を流れた後、仕切りプレート4のヘッダ連通口4aを通って下側の冷却水路へUターンし、更に下側の冷却水路を流れた後、ヘッダ12を経て出口パイプ6Bから流出し、再び外部の冷却水回路へ還流する。
【0022】
この構成によれば、発熱部品2が取り付けられる冷却器1の同一表面上(外側プレート5の表面上)に大きな温度分布を生じることがないので、発熱部品2を冷却するために必要な冷却性能を確保できる。また、冷却器1の同一側面に入口パイプ6Aと出口パイプ6Bを取り付けることができるので、入口パイプ6A及び出口パイプ6Bに接続するホース(図示しない)の取り回しが容易であり、車両への搭載性を向上できる。
【0023】
なお、発熱部品2としてインバータモジュールと平滑コンバータを有するインバータ装置では、一般にインバータモジュールの方が発熱量が大きいので、平滑コンバータより高い冷却性能が要求される。従って、発熱量が異なる2種類の発熱部品2を冷却する場合は、高い冷却性能が要求される発熱部品2(発熱量が大きい方)側の冷却水路から冷却水を流入させる方が良い。即ち、上記の実施例では、上側の外側プレート5に発熱量の大きい発熱部品2を取り付けて、下側の外側プレート5に発熱量の小さい発熱部品2を取り付けた方が、両方の発熱部品2を効率的に冷却することができる。
但し、発熱量が小さくても、より低温な冷却が求められる発熱部品2を有する場合は、その発熱量の小さい発熱部品2を冷却性能が低い下側の外側プレート5に取り付ける場合でも、下側の冷却水路から冷却水を流入させた方が良い。
【0024】
(変形例)
上記の実施例では、各中間プレート3のスリットを略一定のピッチで設けているが、上記の様に発熱量が異なる2種類の発熱部品2を冷却する場合は、仕切りプレート4の上側と下側とでスリットのピッチあるいはスリット幅を変更しても良い。即ち、あまり冷却性能が要求されない側(本実施例では仕切りプレート4の下側)に使用される中間プレート3では、スリットのピッチを大きく、あるいはスリット幅を小さくして、冷却性能を必要最小限まで低下させても良い。この場合、冷却水が流れる際に発生する圧力損失を低く抑えることができるので、小型のポンプでも十分な流量を得ることができ、省エネルギ、低コストなシステムを実現できる。
【0025】
また、仕切りプレート4より上側と下側とで、それぞれ中間プレート3の枚数を変更することにより、上側の冷却性能と下側の冷却性能とに差を持たせることもできる。即ち、あまり冷却性能が要求されない側(本実施例では仕切りプレート4の下側)に使用される中間プレート3の枚数を少なくして、冷却性能を必要最小限まで低下させても良い。この場合、冷却器1の薄型化、低コスト化に効果がある。
【0026】
更に、上記実施例では、仕切りプレート4の上側と下側とで、それぞれ2種類の中間プレート3を使用しているが、1種類の中間プレート3を180度回転して使用しても良い。あるいは、それぞれスリットパターンが異なる3種類以上の中間プレート3を使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】冷却器の斜視図である。
【図2】中間プレートの平面図である。
【図3】中間プレートの平面図である。
【図4】2種類の中間プレートを重ね合わせた状態を示す平面図である。
【図5】2種類の中間プレートを重ね合わせた状態を示す平面図である。
【図6】仕切りプレートの平面図である。
【図7】外側プレートの平面図である。
【図8】冷却水の流れ方向を示す冷却器の模式図である。
【図9】従来のインバータ装置の断面図である。
【図10】冷却水の流れ方向を示す冷却器の模式図である(従来技術)。
【符号の説明】
1 積層冷却器(冷却容器)
2 発熱部品
3 中間プレート
4 仕切りプレート
5 外側プレート
6A 入口パイプ(入口)
6B 出口パイプ(出口)
10 スリット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stacked cooler in which a plurality of plates are stacked to form a cooling water channel therein, and cooling water is circulated through the cooling water channel to cool a heating element.
[0002]
[Prior art]
For example, an inverter device that requires a large current for a vehicle or the like requires a forced cooling using a cooling water or the like because the heat generation amount of the heating element is large. Therefore, as shown in FIG. 9, the present inventor has devised an inverter device A using a laminated
The laminated
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, if a pair of
Therefore, for example, as shown in FIG. 10, a
[0004]
However, as shown in FIG. 10, in the structure in which the cooling water channel is simply U-turned, a large temperature distribution is generated on the left side and the right side on the surface of the cooler 100 (the mounting surface of the heat generating component 110). There is a problem that cooling cannot be expected.
The present invention has been made based on the above circumstances, and its object is to have a structure in which a cooling water channel is U-turned in a stacked cooler configured by stacking a plurality of plates, and a heat generating component is An object of the present invention is to provide a stacked cooler that can reduce the temperature distribution on the surface of a plate to be attached.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
(Means of Claim 1)
Cooling container of the present invention, by interposing a partition plate between a plurality of intermediate plates cooled at, at Rukoto to U-turn cooling channels in its thickness direction, the upper and lower sides of the partition plate performance However, the inlet and outlet of the cooling channel are provided on the same side surface of the cooling vessel, and the inlet and outlet of the cooling channel are provided on the same side surface of the cooling vessel.
The intermediate plate is provided with a plurality of slits arranged in parallel at a substantially constant pitch,
The intermediate plate disposed on the upper side of the partition plate in the thickness direction of the cooling container and the intermediate plate disposed on the lower side of the partition plate are characterized in that the pitch between slits arranged in parallel or the width of the slits is different.
According to the above configuration, since a large temperature distribution does not occur on the same surface (on the surface of the outer plate) of the cooling container to which the heat generating component is attached, it is possible to ensure the cooling performance necessary for cooling the heat generating component. .
Further, by making the cooling channel U-turn in the thickness direction of the cooling container, it is possible to configure the cooling performance to be different between the upper side and the lower side of the partition plate.
Furthermore, the cooling performance can be made different between the upper side and the lower side of the partition plate by changing the pitch between slits provided in each intermediate plate or the width of the slits on the upper side and the lower side of the partition plate.
[0008]
(Means of Claim 2 )
The stacked cooler according to claim 1, wherein
The cooling container is characterized in that the number of intermediate plates disposed on the upper side of the partition plate and the number of intermediate plates disposed on the lower side of the partition plate are different in the thickness direction of the cooling container.
In this case, the cooling performance can be varied by changing the number of intermediate plates between the upper side and the lower side of the partition plate.
[0009]
(Means of claim 3 )
The stacked cooler according to
The cooling container has a heating component with a built-in heating element with a large heating value on the surface of one outer plate, and a heating component with a heating element with a small heating value mounted on the surface of the other outer plate. It is characterized in that the cooling performance is higher on one outer plate side than the other outer plate side with respect to the plate.
[0010]
When a heat-generating component with a large amount of heat generation element and a heat generation component with a small heat generation amount are mounted in a single cooling container for cooling, the heat generation element with a large heat generation amount is generally cooled more. Performance is required. Therefore, if the cooling performance is different between the upper and lower sides of the partition plate, it is better to attach a heat-generating component that contains a heating element with a large amount of heat generation to the outer plate (one outer plate) with the higher cooling performance. Cooling can be performed efficiently.
[0011]
(Means of claim 4 )
The stacked cooler according to
The cooling container is characterized in that the cooling medium is made to flow in from the higher cooling performance between the upper side and the lower side of the partition plate.
When a heat-generating component with a built-in heating element is installed on the outer plate with higher cooling performance, the opposite is the case when the cooling medium is introduced from the higher cooling performance (lower cooling performance) The cooling effect corresponding to each cooling performance can be obtained.
[0012]
(Means of claim 5 )
The stacked cooler according to
The cooling container is configured to allow the cooling medium to flow in from the lower cooling performance between the upper side and the lower side of the partition plate.
Some heat generating elements need to be kept at a low temperature even if the amount of heat generated is small (for example, a smoothing capacitor, a photocoupler, etc.).
Therefore, when mounting a heat generating component with a built-in heat generating element having a small heat generation amount on the outer plate having a lower cooling performance, the heat generating element (the heat generation amount is smaller because the cooling medium is introduced from the lower cooling performance). Can be effectively cooled).
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Example)
FIG. 1 is a perspective view showing the overall shape of the laminated cooler 1.
The laminated cooler 1 (hereinafter abbreviated as “cooler 1”) of this embodiment allows cooling water to flow through a cooling water passage formed therein and is built in a heat generating component 2 (for example, an inverter module and a smoothing converter for an electric vehicle). A plurality of intermediate plates 3 (3A, 3B, 3C, 3D), one
[0014]
a) The
The
[0015]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The
[0016]
The
The bolt holes 9 are round holes through which bolts 11 (see FIG. 1) for fixing the
[0017]
A plurality of
As shown in FIGS. 4 and 5, the
[0018]
In addition, in the
Similarly, in the
[0019]
b) As shown in FIG. 6, the
[0020]
c) The
d) The
[0021]
Next, the operation and effect of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 8, the cooling water supplied from the external cooling water circuit to the
[0022]
According to this configuration, a large temperature distribution does not occur on the same surface of the cooler 1 to which the
[0023]
Note that in an inverter device having an inverter module and a smoothing converter as the
However, even if the
[0024]
(Modification)
In the above embodiment, the slits of each
[0025]
Further, by changing the number of
[0026]
Furthermore, in the above embodiment, two types of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a cooler.
FIG. 2 is a plan view of an intermediate plate.
FIG. 3 is a plan view of an intermediate plate.
FIG. 4 is a plan view showing a state in which two types of intermediate plates are overlaid.
FIG. 5 is a plan view showing a state in which two types of intermediate plates are overlaid.
FIG. 6 is a plan view of a partition plate.
FIG. 7 is a plan view of an outer plate.
FIG. 8 is a schematic view of a cooler showing a flow direction of cooling water.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional inverter device.
FIG. 10 is a schematic diagram of a cooler showing the flow direction of cooling water (prior art).
[Explanation of symbols]
1 Stacked cooler (cooling vessel)
2
6B outlet pipe (exit)
10 slits
Claims (5)
前記冷却容器は、前記複数枚の中間プレートの間に仕切りプレートを介在させて、自身の厚さ方向に前記冷却流路をUターンさせることで、前記仕切りプレートの上側と下側とで冷却性能が異なり、且つ、前記冷却容器の同一側面に前記冷却流路の入口と出口が設けられており、
前記中間プレートは、前記複数のスリットが略一定のピッチで並列して設けられ、
前記冷却容器の厚さ方向で前記仕切りプレートの上側に配される前記中間プレートと前記仕切りプレートの下側に配される前記中間プレートは、並列する前記スリット同士間のピッチあるいは前記スリットの幅が異なることを特徴とする積層冷却器。A heat generating component comprising a cooling container in which a cooling flow path is formed by laminating a plurality of intermediate plates having a plurality of slits and by laminating outer plates on both outer layers, and has a heating element built in the surface of the outer plate Is a laminated cooler that cools the heating element by circulating a cooling medium through the cooling flow path,
The cooling vessel, said plurality by interposing a partition plate between the intermediate plate, the cooling channel to its thickness direction at Rukoto is U-turn, it cooled in the upper and lower sides of the partition plate The performance is different, and the inlet and outlet of the cooling channel are provided on the same side of the cooling vessel ,
The intermediate plate is provided with the plurality of slits arranged in parallel at a substantially constant pitch,
The intermediate plate disposed on the upper side of the partition plate in the thickness direction of the cooling container and the intermediate plate disposed on the lower side of the partition plate have a pitch between the slits in parallel or a width of the slit. Laminated cooler characterized by being different .
前記冷却容器は、自身の厚さ方向で前記仕切りプレートの上側に配される前記中間プレートの枚数と前記仕切りプレートの下側に配される前記中間プレートの枚数が異なることを特徴とする積層冷却器。The stacked cooler according to claim 1, wherein
The cooling container is characterized in that the number of the intermediate plates arranged on the upper side of the partition plate and the number of the intermediate plates arranged on the lower side of the partition plate are different from each other in the thickness direction of the cooling container. vessel.
前記冷却容器は、一方の外側プレートの表面に発熱量の大きい発熱素子を内蔵する発熱部品が取り付けられ、他方の外側プレートの表面に発熱量の小さい発熱素子を内蔵する発熱部品が取り付けられ、且つ前記仕切りプレートに対し前記一方の外側プレート側の方が前記他方の外側プレート側より冷却性能が高くなる様に構成されていることを特徴とする積層冷却器。The stacked cooler according to claim 1 or 2 ,
The cooling container has a heat generating component with a large heat generation element built in on the surface of one outer plate, and a heat generating component with a small heat generation element built in on the surface of the other outer plate, and The laminated cooler, wherein the cooling performance is higher on the one outer plate side than the other outer plate side with respect to the partition plate.
前記冷却容器は、前記仕切りプレートの上側と下側とで冷却性能が高い方から冷却媒体を流入させるように構成したことを特徴とする積層冷却器。The stacked cooler according to claim 3 , wherein
The laminated cooler, wherein the cooling container is configured to allow a cooling medium to flow in from a higher cooling performance between an upper side and a lower side of the partition plate.
前記冷却容器は、前記仕切りプレートの上側と下側とで冷却性能が低い方から冷却媒体を流入させるように構成したことを特徴とする積層冷却器。The stacked cooler according to claim 3 , wherein
The above-mentioned cooling container is constituted so that a cooling medium may be made to flow in from the one where cooling performance is lower in the upper part and the lower part of the above-mentioned partition plate.
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