JP5724710B2

JP5724710B2 - プレート積層型冷却器

Info

Publication number: JP5724710B2
Application number: JP2011159958A
Authority: JP
Inventors: 井本　裕児; 裕児井本; 菊池　正雄; 正雄菊池; 和郎舟橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2031-07-21
Also published as: JP2013024483A

Description

本発明は、液冷媒を循環させて電力制御用半導体装置などの発熱体を冷却するプレート積層型冷却器に関する。

液冷媒を流して発熱体を冷却する冷却器として、フィン部と流路部を形成した薄いプレートを複数積層したプレート積層型冷却器が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２８２９６９号公報

プレート積層型冷却器の積層フィンは、複数のプレートを積層することにより構成される。このため、プレートの厚みや平面の状態などの影響を受け、積層フィンの高さはばらつきやすい。また、コルゲート（波板形状）フィンに比べてフィン本体の変形による高低差を吸収し難い。このため、積層フィンの上面がヘッダ枠体の上面より低いと、天板をヘッダ枠体と積層フィンに接合した場合に、天板と積層フィンとの接合面積が減少する。この結果、冷却性能が低下して、品質安定性が劣化するという問題があった。

この問題を回避するには、積層フィンの高さを測定して、積層フィンの切削加工やシム板の挿入などの後工程により、天板とヘッダ枠体の平面との間の間隙を調整すればよい。しかし、このような調整を積層フィンごとに行うと、製造効率が悪化してしまうという問題があった。

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、その目的は製造効率と品質安定性を向上させることができるプレート積層型冷却器を得るものである。

本発明に係るプレート積層型冷却器は、内壁と平面を持つ段差が周縁部に設けられたヘッダ枠体と、積層したプレートにより構成され、前記ヘッダ枠体内に取付けられた積層フィンと、前記積層フィンの上面に接合され、前記段差の前記内壁の内側に配置された天板と、前記段差の前記平面と前記天板の下面との間の間隙を埋設し前記平面と前記天板を接合するろう材とを備え、前記ヘッダ枠体内に取付けられた前記積層フィンの上面は、前記段差の前記平面よりも前記ヘッダ枠体の底面から離れ、前記天板は、前記積層フィンに接合される中央部分と、前記ヘッダ枠体の前記平面に接合される周辺部分とを有し、前記周辺部分は前記中央部分に対して変形しやすい構造となっていることを特徴とする。

本発明により、製造効率と品質安定性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係るプレート積層型冷却器を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係るプレート積層型冷却器の内部を示す上面図である。図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。本発明の実施の形態１に係るプレート積層型冷却器の製造工程を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係るプレート積層型冷却器の製造工程を示す斜視図である。本発明の実施の形態２に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。本発明の実施の形態３に係るプレート積層型冷却器を示す斜視図である。本発明の実施の形態３に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大上面図である。本発明の実施の形態３に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大上面図である。本発明の実施の形態４に係るプレート積層型冷却器を示す斜視図である。本発明の実施の形態５に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。本発明の実施の形態６に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。本発明の実施の形態６に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。本発明の実施の形態７に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。本発明の実施の形態７に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。本発明の実施の形態８に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。

本発明の実施の形態に係るプレート積層型冷却器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に係るプレート積層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に係るプレート積層型冷却器の内部を示す上面図である。図３は、図１のＩ−ＩＩに沿った断面図である。

ヘッダ枠体１内に積層フィン２が取付けられている。ヘッダ枠体１と積層フィン２は、積層した３層以上のプレートにより構成されている。積層フィン２の上面に天板３が接合されている。ヘッダ枠体１の側面には冷媒導入パイプ４と冷媒導出パイプ５が設けられている。

ヘッダ枠体１の周縁部に段差６が設けられている。段差６は内壁７と平面８を持つ。天板３は、段差６の内壁７の内側に配置されている。ろう材９が、段差６の平面８と天板３の下面との間の間隙を埋設し、平面８と天板３を接合する。ろう材９は例えばペーストろうや線ろうなどである。なお、ろう材９の代わりに接着剤などの他の接合材料を用いてもよい。天板３とヘッダ枠体１の間に、シート状の接着剤やろう材を挟み込んで両者を接合してもよい。

ヘッダ枠体１内に取付けられた積層フィン２の上面は、ヘッダ枠体１の段差６の平面８よりもヘッダ枠体１の底面から離れている。さらに、ヘッダ枠体１の平面８は、ヘッダ枠体１の内側に向かうほどヘッダ枠体１の底面から離れるような傾斜を有する。

続いて、上記冷却器の動作を説明する。冷媒導入パイプ４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積層フィン２に分配される。この冷媒は積層フィン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５から導出される。

続いて、上記冷却器の製造工程を説明する。図４及び図５は、本発明の実施の形態１に係るプレート積層型冷却器の製造工程を示す斜視図である。

まず、積層フィン２を構成するプレートに、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。このプレートを積層することで積層フィン２を形成する。また、プレートを積層することでヘッダ枠体１を形成する。積層されたプレートは、冷媒が外部に漏れないようにろう付けで接合される。プレートの接合時に、冷媒導入パイプ４と冷媒導出パイプ５も同時に接合する。なお、プレートにろう材がクラッドされたブレージングシートを用いると、効率よく積層することができる。

次に、図４に示すように、積層フィン２をヘッダ枠体１の開口内に取付ける。次に、図５に示すように、積層フィン２の上面に天板３をろう付けで接合する。なお、予め積層フィン２と天板３を積層して積み上げた状態でろう付けしてもよい。次に、ろう材９により、段差６の平面８と天板３の下面との間の間隙を埋設し、平面８と天板３を接合する。以上の工程により上記冷却器が製造される。

続いて、本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態では、ヘッダ枠体１内に取付けられた積層フィン２の上面が段差６の平面８よりもヘッダ枠体１の底面から離れるように設定する。これにより、積層フィン２の高さのばらつきを吸収して、天板３と積層フィン２を確実に接合することができる。両者の平面積を確保できるため、天板３からの熱が積層フィン２に確実に伝わり、冷却性能を確保することができる。さらに、積層フィン２の高さのばらつきに対して、間隙を調整するための後加工が不要となり、製造効率と品質安定性を向上させることができる。

また、積層フィン２の上面を段差６の平面８よりもヘッダ枠体１の底面から離れるようにすることで、天板３とヘッダ枠体１の平面８との間に間隙が生じる。冷却器内の密閉性を確保するために、この間隙を確実に埋める必要がある。そこで、本実施の形態では、天板３とヘッダ枠体１の平面８との間隙をろう材９で埋める。ただし、これに限らず、天板３やスペーサーを変形させることで間隙を埋めてもよい。

また、ヘッダ枠体１の平面８は、ヘッダ枠体１の内側に向かうほどヘッダ枠体１の底面から離れるような傾斜を有する。これにより、毛細管力によってろう材９が天板３とヘッダ枠体１の間隙に流入するため、更に確実に気密性を確保することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。ヘッダ枠体１の平面８は、溝部１０と、溝部１０よりもヘッダ枠体１の外側に配置された外側平面８ａと、溝部１０よりもヘッダ枠体１の内側に配置された内側平面８ｂとを有する。内側平面８ｂは外側平面８ａよりヘッダ枠体１の底面に近い。

冷却器の気密性を確保するために十分な量のろう材を供給しても、余剰のろう材９を溝部１０に溜めることができる。そして、内側平面８ｂが外側平面８ａよりヘッダ枠体１の底面に近いため、溝部１０の内側では天板３とヘッダ枠体１との間隙が広がる。このため、毛細管力が無くなり、余剰のろう材９が積層フィン２に流れ込むのを防止することができる。この結果、積層フィン２の詰まりや熱伝達の悪化を防止することができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係るプレート積層型冷却器を示す斜視図である。図８及び図９は、本発明の実施の形態３に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大上面図である。

天板３の側面に突出部１１が設けられている。突出部１１の幅は先端に向かうほど狭くなる。ヘッダ枠体１の段差６の内壁７に凹部１２が設けられている。突出部１１の先端部が凹部１２に挿入される。凹部１２の開口幅は突出部１１の最大幅よりも小さい。突出部１１の側面が凹部１２の入り口の角部に当たることで、突出部１１以外において天板３の側面と段差６の内壁７との間の間隙が確保される。

これにより、天板３とヘッダ枠体１の段差６の平面８との間隙にろう材９を確実に供給して気密性を確保することができる。また、ヘッダ枠体１と天板３を位置決めする治具が不要であるため、製造の簡略化と品質安定性を両立することができる。

実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係るプレート積層型冷却器を示す斜視図である。天板３の側面に突出部１３が設けられている。突出部１３の先端が段差６の内壁７に当たることで、突出部１３の長さだけ確実に突出部１３以外において天板３の側面と段差６の内壁７との間の間隙が確保される。

実施の形態５．
図１１は、本発明の実施の形態５に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。ヘッダ枠体１の段差６の平面８に突起１４が設けられている。天板３の外周部の下面に窪み１５が設けられている。突起１４が窪み１５に挿入されることで、ヘッダ枠体１と天板３が位置決めされ、天板３の側面と段差６の内壁７との間の間隙が確保される。

実施の形態６．
図１２及び図１３は、本発明の実施の形態６に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。天板３は、積層フィン２に接合される中央部分３ａと、ヘッダ枠体１の段差６の平面８に接合される周辺部分３ｂとを有する。周辺部分３ｂが中央部分３ａよりも薄いため、周辺部分３ｂが中央部分３ａに対して変形しやすくなっている。

周辺部分３ｂが中央部分３ａに対して変形しやすいため、ろう付時に加圧する際に天板３の周辺部分３ｂが変形して、天板３の周辺部分３ｂがヘッダ枠体１の段差６の平面８に近づいて確実にろう付することができる。一方、天板３の中央部分３ａは変形しないため、天板３と積層フィン２の接合状態には影響を与えず、冷却性能を確保することができる。

なお、ここでは天板３とヘッダ枠体１の平面８を平行にしたが、これに限らず天板３の側面をヘッダ枠体１に接触させて天板３の周辺部分３ｂを変形させてもよい。

実施の形態７．
図１４及び図１５は、本発明の実施の形態７に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。天板３は、積層フィン２に接合される中央部分３ａと、ヘッダ枠体１の段差６の平面８に接合される周辺部分３ｂとを有する。周辺部分３ｂと中央部分３ａとの間にスリット１６が設けられているため、周辺部分３ｂが中央部分３ａに対して変形しやすい構造となっている。

実施の形態８．
図１６は、本発明の実施の形態８に係るプレート積層型冷却器の主要部を示す拡大断面図である。天板３の周縁部に立ち上がり部分１７が設けられている。立ち上がり部分１７は、ヘッダ枠体１の段差６の内壁７に接合される。これにより、天板３とヘッダ枠体１を更に確実に接合することができる。

また、ヘッダ枠体１の段差６の内壁７は、立ち上がり部分１７よりも緩やかな傾斜を有する。これにより、ろう材９の流入方向に間隙が狭まっていくため、毛細管力によりろう材９が天板３とヘッダ枠体１の段差６の平面８との間隙に引き込まれる。この結果、更に確実に気密性を確保することができる。

１ヘッダ枠体、２積層フィン、３天板、３ａ中央部分、３ｂ周辺部分、６段差、７内壁、８平面、８ａ外側平面、８ｂ内側平面、９ろう材（接合材料）、１０溝部、１１，１３突出部、１２凹部、１４突起、１５窪み、１６スリット、１７立ち上がり部分

Claims

内壁と平面を持つ段差が周縁部に設けられたヘッダ枠体と、
積層したプレートにより構成され、前記ヘッダ枠体内に取付けられた積層フィンと、
前記積層フィンの上面に接合され、前記段差の前記内壁の内側に配置された天板と、
前記段差の前記平面と前記天板の下面との間の間隙を埋設し前記平面と前記天板を接合する接合材料とを備え、
前記ヘッダ枠体内に取付けられた前記積層フィンの上面は、前記段差の前記平面よりも前記ヘッダ枠体の底面から離れ、
前記天板は、前記積層フィンに接合される中央部分と、前記ヘッダ枠体の前記平面に接合される周辺部分とを有し、
前記周辺部分は前記中央部分に対して変形しやすい構造となっていることを特徴とするプレート積層型冷却器。
前記ヘッダ枠体の前記平面は、前記ヘッダ枠体の内側に向かうほど前記ヘッダ枠体の底面から離れるような傾斜を有することを特徴とする請求項１に記載のプレート積層型冷却器。
前記ヘッダ枠体の前記平面は、溝部と、前記溝部よりも前記ヘッダ枠体の外側に配置された外側平面と、前記溝部よりも前記ヘッダ枠体の内側に配置された内側平面とを有し、
前記内側平面は前記外側平面より前記ヘッダ枠体の底面に近いことを特徴とする請求項１に記載のプレート積層型冷却器。
前記天板は、側面に設けられた突出部を有し、
前記突出部の幅は先端に向かうほど狭くなり、
前記ヘッダ枠体は、前記段差の前記内壁に設けられ、前記突出部の先端部が挿入される凹部を有し、
前記凹部の開口幅は前記突出部の最大幅よりも小さく、
前記突出部の側面が前記凹部の入り口の角部に当たることで、前記突出部以外において前記天板の側面と前記段差の前記内壁との間の間隙が確保され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積層型冷却器。
前記天板は、側面に設けられた突出部を有し、
前記突出部の先端が前記段差の前記内壁に当たることで、前記突出部以外において前記天板の側面と前記段差の前記内壁との間の間隙が確保され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積層型冷却器。
前記ヘッダ枠体は、前記平面に設けられた突起を有し、
前記天板は、外周部の下面に設けられた窪みを有し、
前記突起が前記窪みに挿入されることで、前記ヘッダ枠体と前記天板が位置決めされ、前記天板の側面と前記段差の前記内壁との間の間隙が確保され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積層型冷却器。
前記天板は、周縁部に設けられた立ち上がり部分を有し、
前記立ち上がり部分は、前記ヘッダ枠体の前記段差の前記内壁に接合されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のプレート積層型冷却器。
前記ヘッダ枠体の前記段差の前記内壁は、前記立ち上がり部分よりも緩やかな傾斜を有することを特徴とする請求項７に記載のプレート積層型冷却器。