JP5601928B2

JP5601928B2 - 高密度積層型熱交換器

Info

Publication number: JP5601928B2
Application number: JP2010177492A
Authority: JP
Inventors: 多加司伊神; 勇太小林
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-08-06
Also published as: JP2012037136A

Description

本発明は、多数のインナーフィンを積層し、それらの外周をカッププレートで被蔽し、内部に冷却液を通し、カッププレート上の発熱体を冷却するヒートシンクに最適な熱交換器に関する。

本出願人は、下記特許文献に記載の発明をすでに提案している。
これは各インナーフィンがプレス打ち抜き加工されて、それが多数の並列した縦部材とその縦部材間を連結する斜めの部材とで構成する。そして、その各インナーフィンを積層してそれぞれの縦部材を整合させるとともに、斜め部材は互いに重ならないように配置したものである。そして、積層方向の上下両端に端板を配置し、その端板に被冷却用の発熱体を接合したものである。

特開２０１０−１１４１７４号公報

上記特許文献に記載の熱交換器は、インナーフィンをその板厚方向に積層したものであり、発熱体からの熱がその積層方向に伝熱される。その伝熱を良好に行なうため、各インナーフィンの表面にはろう材が被覆されたものが用いられ、それらを積層して組立てた状態で全体を高温の炉内に挿入し、一体にろう付け固定したものである。

ところが、本発明者の実験によれば、各インナーフィンの縦部材の間隔をより狭くし、高密度にすると、その隙間にろう付け時のろう材が保持され、目詰まりを生じることがあった。それを避けるにはインナーフィンの並列した縦部材の間隔を広くする必要があり、その場合には伝熱面積が小さくなり、熱交換性能が低下するという別の問題が生じた。
そこで、本発明は可能な限り高密度で且つ、ろう材による目詰まりがなく、伝熱性の高い積層型熱交換器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、少なくとも一方が溝状に形成された一対の細長い本体プレート(1)を有し、その一対の本体プレート(1)の幅方向の縁部どうしが互いに接合されて内部に、その幅ｗがその高さｈに比して著しく広い偏平な流路(2)を形成し、その内部に冷却液(3)がその長手方向に流通し、偏平な外面に被冷却用の発熱体(16)が接続される熱交換器本体(4)と、
その熱交換器本体(4)の前記偏平な流路に挿入され、多数の細長いフィンプレート(5)がその厚み方向へ高密度に積層されるフィンプレート積層体(6)と、
を具備する高密度積層型熱交換器において、
それぞれの前記フィンプレート(5)は、前記偏平な流路(2)の前記高さｈに整合する高さを有する平坦な細長い金属板からなり、その金属板にプレス成形によりその厚み方向に、凸部(7)が複数互いに離間して突設され、
隣接するフィンプレート(5)の凸部(7)どうしまたは、その凸部(7)とフィンプレート(5)とが互いに接触して、全体が前記溝状の幅ｗに整合する前記フィンプレート積層体(6)を構成し、
本体プレート(1)の幅方向中間部に位置するプレートフィン(5)は、半抜きの凸部(7)が互いに対向して接触し、それらのプレートフィン(5)間の隙間が凸部(7)の二倍となり、
本体プレート(1)の幅方向両端部に位置する一対の端部プレートフィン(5a)の凸部(7)は、それ単体で本体プレート(1)に直接接触し、その端部フィンプレート(5a)と本体プレート(1)間との隙間が前記中間部の半分の間隔になり、
前記本体プレート(1)と、各フィンプレート(5)の高さ方向の両端面とのみがろう付けされ、各フィンプレート(5)どうしは、ろう付けされないように構成した高密度積層型熱交換器である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の高密度積層型熱交換器において、
前記本体プレート(1)の内面には、ろう材(1a)が被覆された金属板が用いられ、各フィンプレート(5)の表面にはろう材が存在しない金属板が用いられ、それらの組立て体が炉内で一体にろう付け固定されてなる高密度積層型熱交換器である。

本発明の高密度積層型熱交換器は、細長い金属板からなる多数のフィンプレート５を積層して、フィンプレート積層体６とする。そして、それを熱交換器本体４の流路２に挿入し、その本体プレート１と、各フィンプレート５の高さ方向両端面と、のみがろう付けされている。そして、フィンプレート５どうしはろう付けされないように構成したから、ろう材の量を可及的に少なくし、流路内のフィンプレート積層体６が高密度であっても、ろう付け時にろう材による目詰まりを生じることがない。
しかも、各フィンプレート５はその高さ方向に本体プレート１とろう付けされ、その本体プレート１の偏平な外面に被冷却用の発熱体16が接触されるので、その熱は本体プレート１を介して直接各フィンプレート５に伝熱され、内部を流通する冷却液３によって効率よく熱交換される。
また、本体プレート１の幅方向両端部に位置する流路２の隙間が、本体プレート１の幅方向中間部に位置する流路２の隙間の半分の間隔になるように形成している。即ち、本体プレート１に流通する冷却液３が少なく流入する幅方向中間部と、多く流入する幅方向両端部とで、その流路２の間隔を異にしているので、目詰まりが起こりにくい場所と、目詰まりの起こりやすい場所とで、流路間隔の変更を容易に行うことができ、効率的に熱交換を行うことができる。
さらに、高密度でコンパクトな伝熱性の良い熱交換器を容易に量産できる。

上記構成において、本体プレート１の内面にろう材1ａを被覆し、フィンプレート５表面にはそれが存在しないようにした場合には、ろう材による目詰まりのない高密度積層型熱交換器を容易に製造できる。

本発明の高密度積層型熱交換器の要部斜視略図。同要部平面図並びにそのＢ-Ｂ矢視断面図。同熱交換器の分解斜視図。同高密度積層型熱交換器14の斜視図。図４のＶ−Ｖ矢視断面図であって、ろう付け前の状態を示す。同ろう付け後の状態を示す。本発明の高密度積層型熱交換器の他の例の要部斜視略図。同熱交換器の要部断面図であって、ろう付け後の状態を示す。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
本発明の高密度積層型熱交換器14は、図３に示すごとく上下一対の本体プレート１とその内部に挿入されるフィンプレート積層体６とを有する。
本体プレート１は、周縁にフランジ部13を有する細長く浅い皿状に形成され、その長手方向両端にそれぞれ半筒部10が形成されている。上下一対の本体プレート１を各フランジ部13が接触するように重ね合わせたとき、内部に流路２が形成される。その流路２の高さｈは、その幅ｗに比べて著しく小である。各本体プレート１はこの例ではアルミニウム材からなり、その内面側にろう材が被覆されたものが用いられる。また、本体プレート１の長手方向両端には一対の出入口パイプ11が嵌着される。

次に、フィンプレート積層体６は、図１および図２に示すごとく、多数の細長いフィンプレート５をその厚み方向に重ね合わせたものである。このフィンプレート５の高さは、一対の本体プレート１の内部に形成された流路２の高さｈに等しい。各フィンプレート５は、その両面に多数の凸部７が突設されている。この凸部７は、プレス機械による抜き孔加工を半分行なった半抜きにより形成されたものからなり、その凸部７の裏面側には凹部９が形成されている。凸部７の高さは、フィンプレート５の厚みの略半分である。

各フィンプレート５は、それぞれの凸部７が互いに当接するように、図２のごとく重ね合わされる。すると、各フィンプレート５の間に凸部７の２つ分の隙間が形成され、それがそれぞれフィンプレート５の厚みに略等しい。なお、積層方向の両端には、端部フィンプレート5aが配置されている。この端部フィンプレート5aは、その一方の外面側にのみ凸部７が突設されている。そして、それが本体プレート１の皿状の立上がり面に接する。その端部フィンプレート5aの両面側の隙間はそれぞれ凸部７の突出量のみである。これは他のフィンプレート５間の隙間の半分である。端部には冷却水が他の位置より流通しやすいので、他の半分の隙間で十分である。
なお、各フィンプレート５および端部フィンプレート5aは、その表面にろう材が被覆されていないアルミニウム材又はその合金が使用される。或いは、その両面に犠牲陽極材を被覆したアルミ合金を使用することができる。

フィンプレート積層体６の幅は、本体プレート１の流路２の幅ｗに等しい。そして、図３に示すごとくフィンプレート積層体６を一対の本体プレート１の流路２内に嵌着するとともに、本体プレート１の両端部に一対の出入口パイプ11を配置し、上下一対の本体プレート１のフランジ部13どうしを接触させる。それとともに、本体プレート１の４隅に設けた孔にそれぞれ熱交換器取付用のボス12を配置する。このように組立てた状態で全体を高温の炉内に挿入し、一体にろう付け固定する。

図５は、そのろう付け前の状態を示し、一対の本体プレート１の内面のみにろう材1ａが被覆されている。ろう付け後には図６に示すごとく、一対の本体プレート１どうしがそのフランジ部13で接合されるとともに、各本体プレート１とフィンプレート５の高さ方向両端面との間がろう付けされ、そこにろうフィレット15が形成される。なお、積層方向の端部に存在する端部フィンプレート5aは唯一その凸部７と本体プレート１との間が接合される。そして、他のフィンプレート５どうしは全くろう付けされることがない。それによって、フィンプレート５間の隙間をろう材により閉塞されるおそれがない。

図４は、本発明の高密度積層型熱交換器14の完成状態を示し、その高密度積層型熱交換器14は上下一対の本体プレート１によって熱交換器本体４を構成し、その熱交換器本体４の平坦面にパワートランジスタ等の発熱体16が接合される。そして、一方の出入口パイプ11から冷却液３が流入し、それがマニホールド８を介して流路２内に導かれる。そして、各フィンプレート５間を流通し、他方のマニホールド８および出入口パイプ11よりそれが外部に流出する。そして、発熱体16の熱が本体プレート１を介して各フィンプレート５に伝熱され、冷却液３との間に熱交換が行なわれる。
この高密度積層型熱交換器14は一例として車両に取付けられ、冷却液３としてエンジン冷却水が導入される。そして、発熱体16としては各種電子部品等がその表面に接合され、その放熱を良好に行い、それが所定温度以上、上昇することを防止し、その性能を維持する。

次に、図７、図８は本発明の高密度積層型熱交換器の他の例の要部斜視略図および、
同熱交換器の要部断面図であって、ろう付け後の状態を示す。この例が、前記実施例の図１、図６の例と異なる点は、凸部７の形状およびプレス成形の仕方である。この例は、凸部７がプレス機械により、切り起こし形成されたものである。その凸部７の高さは、フィンプレート５の厚みと同一である。なお、端部フィンプレート5aでは、その外側の凸部が板厚の半分の厚さであり、内側のそれは端部フィンプレート5aの厚みと同一である。

１本体プレート
1a ろう材
２流路
３冷却液
４熱交換器本体
５フィンプレート
5a 端部フィンプレート

６フィンプレート積層体
７凸部
８マニホールド
９凹部
10 半筒部
11 出入口パイプ

12 ボス
13 フランジ部
14 高密度積層型熱交換器
15 ろうフィレット
16 発熱体

Claims

少なくとも一方が溝状に形成された一対の細長い本体プレート(1)を有し、その一対の本体プレート(1)の幅方向の縁部どうしが互いに接合されて内部に、その幅ｗがその高さｈに比して著しく広い偏平な流路(2)を形成し、その内部に冷却液(3)がその長手方向に流通し、偏平な外面に被冷却用の発熱体(16)が接続される熱交換器本体(4)と、
その熱交換器本体(4)の前記偏平な流路に挿入され、多数の細長いフィンプレート(5)がその厚み方向へ高密度に積層されるフィンプレート積層体(6)と、
を具備する高密度積層型熱交換器において、
それぞれの前記フィンプレート(5)は、前記偏平な流路(2)の前記高さｈに整合する高さを有する平坦な細長い金属板からなり、その金属板にプレス成形によりその厚み方向に、凸部(7)が複数互いに離間して突設され、
隣接するフィンプレート(5)の凸部(7)どうしまたは、その凸部(7)とフィンプレート(5)とが互いに接触して、全体が前記溝状の幅ｗに整合する前記フィンプレート積層体(6)を構成し、
本体プレート(1)の幅方向中間部に位置するプレートフィン(5)は、半抜きの凸部(7)が互いに対向して接触し、それらのプレートフィン(5)間の隙間が凸部(7)の二倍となり、
本体プレート(1)の幅方向両端部に位置する一対の端部プレートフィン(5a)の凸部(7)は、それ単体で本体プレート(1)に直接接触し、その端部フィンプレート(5a)と本体プレート(1)間との隙間が前記中間部の半分の間隔になり、
前記本体プレート(1)と、各フィンプレート(5)の高さ方向の両端面とのみがろう付けされ、各フィンプレート(5)どうしは、ろう付けされないように構成した高密度積層型熱交換器。
請求項１に記載の高密度積層型熱交換器において、
前記本体プレート(1)の内面には、ろう材(1a)が被覆された金属板が用いられ、各フィンプレート(5)の表面にはろう材が存在しない金属板が用いられ、それらの組立て体が炉内で一体にろう付け固定されてなる高密度積層型熱交換器。