JP5601257B2

JP5601257B2 - プレート型冷却器の製造方法

Info

Publication number: JP5601257B2
Application number: JP2011063098A
Authority: JP
Inventors: 裕児井本; 正雄菊池; 裕也生田; 洋輔菊地; 誠司羽下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: JP2012199421A

Description

本発明は、冷媒を循環させて発熱体を冷却するプレート型冷却器及びその製造方法に関する。

電力制御用半導体装置などの発熱体を冷却するためにプレート型冷却器が用いられる。冷却器の冷却性能を向上するには、冷却フィンを微細化して冷却フィンと冷媒間の伝熱面積を増加させればよい。また、小さな乱流促進体を形成して冷却フィン表面の温度境界層を破壊して伝熱性能を上げてもよい。

このような微細な形状の冷却フィンを有する冷却器として積層型冷却器がある（例えば、特許文献１参照）。積層型冷却器を製造するには、まず、冷媒の流路となるスリットをプレス加工等で打ち抜いた平板を形成する。この平板を複数積層することにより、積層型冷却器が製造される。

特開２００９−１２３７８３号公報

発熱体を搭載する面積が大きくなるほど、冷却フィンのサイズも大きくなる。しかし、従来は冷却フィンをそのままの大きさで加工していたため、打ち抜き精度やロウ付け時の位置精度の限界により、微細なスリットを形成することは困難であった。従って、十分な放熱性能を得るために冷却フィンを大きくする必要があり、製品の小型化に制約があった。さらに、大きな平板を打ち抜き加工するため、材料歩留りが悪いという問題もあった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、微細なスリットを持つ冷却フィンを材料歩留まり良く製造することができるプレート型冷却器及びその製造方法を得るものである。

本発明に係るプレート型冷却器の製造方法は、複数の線状部と前記複数の線状部を連接する連接部とを持つ第１の平板を形成する工程と、複数の前記第１の平板を第２の平板上に積層する工程と、積層された前記第１の平板の前記連接部を切断して除去することでフィン部分を形成する工程と、互いに分離された複数の前記フィン部分を有する冷却フィンをヘッダ枠体内に組み付ける工程とを備え、前記複数のフィン部分をそれぞれ個別に形成することを特徴とする。

本発明により、微細なスリットを持つ冷却フィンを材料歩留まり良く製造することができる。

本発明の実施の形態１に係るプレート型冷却器を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係るプレート型冷却器の内部を示す上面図である。本発明の実施の形態１に係るプレート型冷却器の製造方法を説明するための斜視図である。本発明の実施の形態１に係るプレート型冷却器の製造方法を説明するための斜視図である。本発明の実施の形態１に係るプレート型冷却器の変形例１を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係るプレート型冷却器の変形例２を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る冷却フィンの製造方法を説明するための図である。本発明の実施の形態１に係る冷却フィンの製造方法を説明するための図である。本発明の実施の形態１に係る冷却フィンの製造方法を説明するための図である。本発明の実施の形態２に係るプレート型冷却器の製造方法を説明するための斜視図である。本発明の実施の形態２に係るプレート型冷却器の製造方法を説明するための斜視図である。

本発明の実施の形態に係るプレート型冷却器及びその製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプレート型冷却器を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るプレート型冷却器の内部を示す上面図である。

ヘッダ枠体１内に冷却フィン２が組み付けられている。冷却フィン２とヘッダ枠体１は、積層した３層以上の平板により構成されている。冷却フィン２の下に底板３が設けられ、冷却フィン２の上に天板４が設けられている。ヘッダ枠体１の側面には冷媒導入パイプ５と冷媒導出パイプ６が設けられている。冷却フィン２は、互いに分離された複数のフィン部分２ａを有する。

続いて、本実施の形態に係るプレート型冷却器の動作について説明する。冷媒導入パイプ５から導入された冷媒は、ヘッダ枠体１の上流側の流路を通って冷却フィン２に分配される。この冷媒は冷却フィン２のスリットを流れ、この際に発熱体からの熱を熱交換する。熱交換した冷媒は、ヘッダ枠体１の下流側の流路を通って冷媒導出パイプ６から導出される。

続いて、本実施の形態に係るプレート型冷却器の製造方法について説明する。まず、冷却フィン２を構成する平板に、エッチングやパンチング等により冷却フィン形状を形成する。次に、図３に示すように、この平板を積層することで冷却フィン２を形成する。この際に、複数のフィン部分２ａをそれぞれ個別に形成する。

また、平板を積層することでヘッダ枠体１を形成する。積層された平板は、冷媒が外部に漏れないようにロウ付けで接合される。平板の接合時に、冷媒導入パイプ５と冷媒導出パイプ６も同時に接合する。ヘッダ枠体１の下に底板３をロウ付けで接合する。

次に、図４に示すように、冷却フィン２をヘッダ枠体１の開口内に組み付ける。そして、ヘッダ枠体１及び冷却フィン２の上に天板４をロウ付けで接合する。以上の工程により本実施の形態に係るプレート型冷却器が製造される。

続いて、本実施の形態の効果について説明する。従来のようにサイズの大きな冷却フィン２をそのままの大きさで加工すると形状の精度が低下する。そこで、本実施の形態では、冷却フィン２を複数のフィン部分２ａに個片化してサイズを小さくする。これにより、各フィン部分２ａの微細なスリットを高精度に形成することができる。よって、微細なスリットを持つ冷却フィンを材料歩留まり良く製造することができる。

図５は、本発明の実施の形態１に係るプレート型冷却器の変形例１を示す斜視図である。変形例１では、冷却器に搭載する発熱部材の発熱量や大きさに合わせて、冷却性能や大きさが異なるフィン部分２ａとフィン部分２ｂを組み合わせる。図６は、本発明の実施の形態１に係るプレート型冷却器の変形例２を示す斜視図である。変形例２では、冷却器に搭載する発熱部材の発熱量や大きさに合わせて、冷却フィン形状が異なる冷却フィン２ａと冷却フィン２ｃを組み合わせる。

ここで、冷却フィンのスリットが微細になるほど、放熱性能が高くなるが、圧損が上がる。従って、従来の冷却フィンでは、放熱性能をモジュールの最大発熱部分に合わせると、冷却器全体の圧損が上がってしまう。

これに対し、変形例１，２では、放熱性能が互いに異なるフィン部分２ａ，２ｂ，２ｃを用いる。そして、例えば、発熱量が大きい発熱部材の直下に微細スリットのフィン部分２ａを配置し、他の発熱部材の直下に大きいスリットのフィン部分２ｃを配置する。これにより、圧損を軽減させつつ、冷却能力を向上させることができる。また、同一のヘッダ枠体１を用いながら冷却フィン２の組み合わせを変更することで、複数の品種に対応した冷却装置を安価に製造することができる。なお、フィン部分２ａ，２ｂ，２ｃの一部を間引いて流路形状を最適化してもよい。

図７〜９は、本発明の実施の形態１に係る冷却フィンの製造方法を説明するための図である。まず、図７に示すように、直線又はそれに類似した形状の複数の線状部７とそれらを連接する連接部８とを持つ第１の平板９と、平坦な第２の平板１０とを形成する。次に、図８に示すように、複数の第１の平板９を第２の平板１０上に積層してロウ付けする。次に、図９に示すように、積層された第１の平板９の連接部８を切断して除去することで冷却フィン２を形成する。

複数の線状部７を連接部８で連接することにより、微細な形状を持つ第１の平板９の剛性を確保することができる。従って、微細な冷却フィン２を精度よく安定に製造することができる。また、組立後に連接部８を削除することにより、連接部８が流路を妨げて圧力損失が増加するのを防ぐことができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るプレート型冷却器の製造方法について説明する。実施の形態２はヘッダ枠体１の形成方法が実施の形態１とは異なる。その他の構成は実施の形態１と同様である。

まず、図１０に示す片側開口形状（コの字状）の平板１１を打ち抜き形成する。次に、図１１に示すように、この平板１１を互いにずらして積層することで第１の枠体部分１ａを形成する。同様に、平板１１を互いにずらして積層することで第２の枠体部分１ｂを形成する。そして、第１の枠体部分１ａと第２の枠体部分１ｂをロウ付けで接合することでヘッダ枠体１を形成する。

続いて、本実施の形態の効果について説明する。ヘッダ枠体１をそのままの大きさで加工すると、平板を大きく打ち抜く必要がある。このため、製品サイズが大きくなるに従って歩留りが悪化してしまう。そこで、本実施の形態では、ヘッダ枠体１をおよそ中央部で２分割した第１の枠体部分１ａと第２の枠体部分１ｂを個別に形成し、それらを接合する。これにより、第１の枠体部分１ａと第２の枠体部分１ｂのサイズが小さくなるため、歩留まりが改善される。

なお、上記の実施の形態では、積層した平板によりヘッダ枠体１を構成した場合について説明した。これに限らず、ヘッダ枠体１をダイキャスト、機械加工、鍛造などにより、一体的に形成することもできる。これにより、ヘッダ枠体１の生産性が向上する。

また、ヘッダ枠体１を構成する平板と冷却フィン２を構成する平板とを同じプレート部材から打ち抜き加工することが好ましい。これにより、ヘッダ枠体１の高さと冷却フィン２の高さを高精度に揃えることができるため、漏れのない高品質な冷却器を製造することができる。

また、ヘッダ枠体１を構成する平板と冷却フィン２を構成する平板の枚数を増減させれば、冷却器の高さ（厚さ）を簡単に変更することができる。

また、ヘッダ枠体１や冷却フィン２の平板の接合には、ロウ付に限らず、接着や溶接などを用いてもよい。例えば、平板の間にシート状の接着剤やロウ材を挟み込んで接合する。予めロウ材が貼り付けられた平板を用いれば、効率よく組み立てることができる。

１ヘッダ枠体
１ａ第１の枠体部分
１ｂ第２の枠体部分
２冷却フィン
２ａ，２ｂ，２ｃフィン部分
７線状部
８連接部
９第１の平板
１０第２の平板

Claims

複数の線状部と前記複数の線状部を連接する連接部とを持つ第１の平板を形成する工程と、
複数の前記第１の平板を第２の平板上に積層する工程と、
積層された前記第１の平板の前記連接部を切断して除去することでフィン部分を形成する工程と、
互いに分離された複数の前記フィン部分を有する冷却フィンをヘッダ枠体内に組み付ける工程とを備え、
前記複数のフィン部分をそれぞれ個別に形成することを特徴とするプレート型冷却器の製造方法。
前記複数のフィン部分の放熱性能は互いに異なることを特徴とする請求項１に記載のプレート型冷却器の製造方法。
平板を積層することで前記ヘッダ枠体を形成する工程を更に備え、
前記ヘッダ枠体を構成する平板と前記フィン部分を構成する平板とを同じプレート部材から打ち抜き加工することを特徴とする請求項１又は２に記載のプレート型冷却器の製造方法。
コの字状の平板を互いにずらして積層することで第１の枠体部分を形成する工程と、
コの字状の平板を互いにずらして積層することで第２の枠体部分を形成する工程と、
前記第１の枠体部分と前記第２の枠体部分を接合することで前記ヘッダ枠体を形成する工程とを更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のプレート型冷却器の製造方法。