JP5949616B2

JP5949616B2 - 積層型冷却器

Info

Publication number: JP5949616B2
Application number: JP2013059858A
Authority: JP
Inventors: 忠史吉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: JP2014187118A

Description

本発明は、それぞれ冷却対象と当接するように並設されると共に互いに連結されて冷媒の流通路を形成する複数の冷却管を含む積層型冷却器に関する。

従来、この種の積層型冷却器として、冷媒流路を有すると共に電子部品を両面から挟持できるように積層配置される複数の扁平な冷却管を含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この積層型冷却器では、冷却管の積層方向に突出すると共に開口した突出管部が各冷却管に形成されており、互いに隣り合う冷却管同士は、突出管部同士を嵌合させると共に当該突出管部の側壁同士を接合することにより連結される。また、互いに対向する突出管部の一方の周囲には、上記積層方向に変形するダイヤフラム部が形成されている。そして、積層型冷却器は、互いに隣り合う冷却管同士の間に電子部品が配置された状態で例えば加圧バネ等によって圧縮され、それにより各冷却管が対応する電子部品に密着する。なお、半導体モジュールやリアクトルを含む電力変換装置として、半導体モジュールを冷却する冷却器を構成する複数の冷却管の間にリアクトルを挟持させることで、ケース内にリアクトルを固定すると共にリアクトルの冷却効率を向上させたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４１０７２６７号公報特開２００８−１９８９９１号公報

上記特許文献１に記載された積層型冷却器では、突出管部の長さを大きくすることで複数の冷却管の間に比較的厚みが大きい冷却対象を挟み込むことができる。しかしながら、厚みの大きい電子部品の寸法公差は厚みの小さい電子部品に比べて大きく、電子部品の実寸法によっては上述のように加圧バネ等により積層型冷却器が圧縮された際にダイヤフラム部が大きく変形してしまい、突出管部（ダイヤフラム部）の耐久性が損なわれてしまうおそれがある。また、特許文献１の積層型冷却器では、冷却管の突出管部が絞り加工（プレス加工）により形成されることから、突出管部の延長に限界（絞り加工の限界）があり、より厚みの大きな冷却対象に当該積層型冷却器を適用するのは困難である。

そこで、本発明は、厚みの大きい冷却対象を冷却可能であると共に高い耐久性を有する積層型冷却器の提供を主目的とする。

本発明による積層型冷却器は、それぞれ冷却対象と当接するように並設されると共に互いに連結されて冷媒の流通路を形成する２つの冷却管を含む積層型冷却器において、前記２つの冷却管は、該冷却管の並設方向に延びる突出管部をそれぞれ有すると共に、互いに対向する突出管部の間に配置される連結管を介して連結され、前記連結管の両端部には、該連結管の長手方向における中央部から離間するにつれて拡径する拡径部と、該拡径部から外方に延びると共に前記突出管部に接合されるフランジ部とが形成されていることを特徴とする。

この積層型冷却器は、それぞれ冷却対象と当接するように並設されると共に互いに連結されて冷媒の流通路を形成する２つの冷却管を含むものであり、当該２つの冷却管は、並設方向に延びる突出管部をそれぞれ有すると共に、互いに対向する突出管部の間に配置される連結管を介して連結される。そして、連結管の両端部には、当該連結管の長手方向における中央部から離間するにつれて拡径する拡径部と、当該拡径部から外方に延びると共に突出管部に接合されるフランジ部とが形成されている。これにより、この積層型冷却器では、連結管の長さを調整することで２つの冷却管の間に厚みが大きい冷却対象を挟み込むことができる。また、連結管の両端部に形成された拡径部の変形によって寸法公差が大きいことに起因した冷却対象の実寸法の変動を良好に吸収することが可能となり、フランジ部と突出管部との接合部付近における連結管や突出管部の大きな変形を抑制してそれらの耐久性を良好に確保することができる。従って、この積層型冷却器では、厚みの大きい冷却対象を冷却すると共に耐久性を向上させることが可能となる。

また、前記突出管部は、前記冷却管から延出された筒状部と、該筒状部から離間するにつれて拡径する拡径部と、該拡径部から外方に延びると共に前記連結管の前記フランジ部に接合されるフランジ部とを含むものであってもよい。このように、上記連結管と同様の拡径部とフランジ部とを冷却管の突出管部に設けることにより、連結管および突出管部の双方の拡径部の変形によって寸法公差が大きいことに起因した冷却対象の実寸法の変動をより良好に吸収することが可能となり、積層型冷却器の耐久性をより向上させることができる。

更に、前記互いに対向する突出管部の間には、前記連結管が複数介設されてもよい。これにより、各連結管の拡径部の変形によって寸法公差が大きいことに起因した冷却対象の実寸法の変動を極めて良好に吸収することができるので、より厚みの大きい冷却対象を冷却することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る積層型冷却器を示す斜視図である。図１の冷却器を示す拡大断面図である。図１の冷却器の要部を示す拡大断面図である。変形態様にかかる積層型冷却器の要部を示す拡大断面図である。

次に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る積層型冷却器１を示す斜視図である。同図に示す積層型冷却器１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されるインバータを構成する半導体モジュールといった比較的厚みの小さい電子部品２や、例えば昇圧コンバータを構成するリアクトルといった比較的厚みの大きい電子部品３といった冷却対象を冷却するのに用いられるものである。図示するように、積層型冷却器１は、それぞれ対応する電子部品２，３と当接するように一方向に積層（並設）される複数の扁平な冷却管１０，２０ａ，２０ｂを含む。そして、互いに隣り合う冷却管１０，２０ａ，２０ｂは互いに連結されて例えばエチレングリコール系の不凍液が混入された冷却水（冷媒）の流通路を形成する。

各冷却管１０は、上述の比較的厚みの小さい電子部品２の冷却に供されるものであり、図２に示すように、それぞれ例えば高い熱伝導性を有する銅やアルミといった金属を絞り加工（プレス加工）することにより略矩形状に形成された一対の外殻プレート１１ａ，１１ｂにより構成される。各外殻プレート１１ａ，１１ｂの外周部には、冷却管１０の積層方向に立ち上がる外周壁部１２と、外周壁部１２から外方に延びるフランジ部１３と、フランジ部１３の外周から斜めに延出された縁部１４とが形成されている。フランジ部１３は、上記積層方向に直交するように延在し、一対の外殻プレート１１ａ，１１ｂは、それぞれのフランジ部１３同士を突き合わせてろう付け等により液密に接合することで互いに固定される。

冷却管１０の内部、すなわち一対の外殻プレート１１ａ，１１ｂの間には、開口１５ｏを有する中間プレート１５が配置される。外殻プレート１１ａと中間プレート１５との間には、冷却水の流通路が画成されると共に図示しないフィンが配置される。同様に、外殻プレート１１ｂと中間プレート１５との間にも、冷却水の流通路が画成されると共に図示しないフィンが配置される。外殻プレート１１ａ，１１ｂと中間プレート１５と図示しないフィンとは、ろう付け等により互いに固定される。そして、外殻プレート１１ａ，１１ｂは、対応する電子部品２の一表面と当接すると共に内部の流通路と対向して冷却水と接触する伝熱部１１ｈをそれぞれ有する。これにより、電子部品２は、両側の冷却管１０の伝熱部１１ｈを介した冷却水との熱交換により冷却されることになる。

更に、各冷却管１０は、上記積層方向に沿って互いに反対側に延びる突出管部１７ａ，１７ｂをそれぞれ２つずつ有する。すなわち、冷却管１０を構成する外殻プレート１１ａの長手方向における両端部からは、絞り加工等により筒状の突出管部１７ａが延出されており、外殻プレート１１ｂの長手方向における両端部からは、突出管部１７ａの内部に密に嵌め込まれる（インロー接続される）突出管部１７ｂが絞り加工等により延出されている。そして、突出管部１７ａと突出管部１７ｂとは、ろう付け等により液密に接合され、互いに隣り合う冷却管１０の内部の流通路同士は、突出管部１７ａ，１７ｂを介して互いに連通する。また、本実施形態において、外殻プレート１１ａの突出管部１７ａの周囲には、上記積層方向に変形可能なダイヤフラム部１８が形成される。

なお、本実施形態において、複数の冷却管１０，２０ａ，２０ｂのうち、積層方向における一端（図１における奥側）に配置される冷却管１０の外殻プレート１１ａには、突出管部１７ａが形成されていない。また、複数の冷却管１０，２０ａ，２０ｂのうち、積層方向における他端（図１における手前側）に配置される冷却管１０の２つの突出管部１７ｂの一方には、図示しない冷却水供給管が接続され、他方には、図示しない冷却水排出管が接続される。そして、当該冷却水供給管には、図示しないリザーブタンクから冷却水を吸引して吐出するウォーターポンプ（図示省略）からの冷却水が図示しないラジエータを経由して供給され、各冷却管１０，２０ａ，２０ｂを流通した冷却水は、冷却水排出管へと流入し、当該冷却水排出管を介して上記リザーブタンクへと戻される。

図３は、積層型冷却器１に含まれて主として上述の比較的厚みの大きい電子部品３の冷却に供される冷却管２０ａ，２０ｂを示す拡大断面図である。図３に示すように、図中上側の冷却管２０ａは、上述の冷却管１０の外殻プレート１１ａと、例えば銅やアルミといった当該外殻プレート１１ａと同一の素材を絞り加工（プレス加工）することにより略矩形状に形成された外殻プレート２１ａとにより構成される。また、図中下側の冷却管２０ｂは、上述の冷却管１０の外殻プレート１１ｂと、例えば当該外殻プレート１１ｂと同一の素材を絞り加工（プレス加工）することにより略矩形状に形成された外殻プレート２１ｂとにより構成される。

各外殻プレート２１ａ，２１ｂの外周部には、冷却管１０等の積層方向に立ち上がる外周壁部２２と、外周壁部２２から外方に延びるフランジ部２３と、フランジ部２３の外周から斜めに延出された縁部２４とが形成されている。フランジ部２３は、上記積層方向に直交するように延在する。そして、一対の外殻プレート１１ａおよび外殻プレート２１ａは、それぞれのフランジ部１３，２３同士を突き合わせてろう付け等により液密に接合することで互いに固定され、一対の外殻プレート１１ｂおよび外殻プレート２１ｂは、それぞれのフランジ部１３，２３同士を突き合わせてろう付け等により液密に接合することで互いに固定される。

冷却管２０ａの内部、すなわち一対の外殻プレート１１ａ，２１ａの間には、開口１５ｏを有する中間プレート１５が配置される。外殻プレート１１ａと中間プレート１５との間には、冷却水の流通路が画成されると共に図示しないフィンが配置され、外殻プレート２１ａと中間プレート１５との間にも、冷却水の流通路が画成されると共に図示しないフィンが配置される。同様に、冷却管２０ｂの内部、すなわち一対の外殻プレート１１ｂ，２１ｂの間には、開口１５ｏを有する中間プレート１５が配置される。外殻プレート１１ｂと中間プレート１５との間には、冷却水の流通路が画成されると共に図示しないフィンが配置され、外殻プレート２１ｂと中間プレート１５との間にも、冷却水の流通路が画成されると共に図示しないフィンが配置される。外殻プレート１１ａ，２１ａと中間プレート１５と図示しないフィンとは、ろう付け等により互いに固定され、外殻プレート１１ｂ，２１ｂと中間プレート１５と図示しないフィンとは、ろう付け等により互いに固定される。そして、外殻プレート２１ａ，２１ｂは、対応する電子部品３の一表面と当接すると共に内部の流通路と対向して冷却水と接触する伝熱部２１ｈをそれぞれ有する。これにより、電子部品３は、両側の冷却管２０ａ，２０ｂの伝熱部２１ｈを介した冷却水との熱交換により冷却されることになる。

更に、冷却管２０ａの外殻プレート２１ａは、それに対応した外殻プレート１１ａの突出管部１７ａとは反対側（図３における下側）に延びる２つの突出管部２７ａを有する。すなわち、冷却管２０ａを構成する外殻プレート２１ａの長手方向における両端部からは、絞り加工等により筒状の突出管部２７ａが延出されている。各突出管部２７ａは、冷却管から延出された筒状部２７１ａと、当該筒状部２７１ａから離間するにつれて拡径する拡径部２７２ａと、当該拡径部２７２ａから外方に延びるフランジ部２７３ａとを含む。図示するように、フランジ部２７３ａは、上記積層方向に直交するように延在し、円弧状の断面形状を有するように湾曲させられた拡径部２７２ａを介して筒状部２７１ａに連なる。本実施形態において、拡径部２７２ａは、上述の冷却管１０の外殻プレート１１ａ（突出管部１７ａの周囲）に形成されたダイヤフラム部１８よりも変形しやすくなるようにラッパ状に形成される。

また、冷却管２０ｂの外殻プレート２１ｂは、それに対応した外殻プレート１１ｂの突出管部１７ｂとは反対側（図３における上側）に延びる２つの突出管部２７ｂを有する。すなわち、冷却管２０ｂを構成する外殻プレート２１ｂの長手方向における両端部からは、絞り加工等により筒状の突出管部２７ａが延出されている。各突出管部２７ｂは、冷却管から延出された筒状部２７１ｂと、当該筒状部２７１ｂから離間するにつれて拡径する拡径部２７２ｂと、当該拡径部２７２ｂから外方に延びるフランジ部２７３ｂとを含む。図示するように、フランジ部２７３ｂは、上記積層方向に直交するように延在し、円弧状の断面形状を有するように湾曲させられた拡径部２７２ｂを介して筒状部２７１ｂに連なる。本実施形態において、拡径部２７２ｂは、上述の冷却管１０の外殻プレート１１ａ（突出管部１７ａの周囲）に形成されたダイヤフラム部１８よりも変形しやすくなるようにラッパ状に形成される。

そして、冷却管２０ａ（外殻プレート２１ａ）の各突出管部２７ａは、冷却管２０ｂ（外殻プレート２１ｂ）の対応する各突出管部２７ｂと対向し、冷却管２０ａと冷却管２０ｂとは、互いに対向する突出管部２７ａ，２７ｂの間に配置される連結管（パイプ）３０を介して連結される。連結管３０は、例えば銅やアルミといった当該外殻プレート１１ａと同一の素材を絞り加工することにより、突出管部１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂよりも長尺の筒体として構成される。これにより、積層型冷却器１では、連結管３０の長さを調整することで２つの冷却管２０ａ，２０ｂの間に厚みが大きい電子部品３を挟み込むことが可能となる。

図３に示すように、連結管３０の両端部には、当該連結管３０の長手方向における中央部３１から離間するにつれて拡径する拡径部３２と、当該拡径部３２から外方に延びるフランジ部３３とが形成されている。フランジ部３３は、上記積層方向に直交するように延在し、円弧状の断面形状を有するように湾曲させられた拡径部３２を介して上記中央部３１に連なる。本実施形態において、拡径部３２は、上述の冷却管１０の外殻プレート１１ａ（突出管部１７ａの周囲）に形成されたダイヤフラム部１８よりも変形しやすくなるようにラッパ状に形成される。連結管３０の図中上側のフランジ部３３は、冷却管２０ａの対応する突出管部２７ａのフランジ部２７３ａにろう付け等により液密に接合され、連結管３０の図中下側のフランジ部３３は、冷却管２０ｂの対応する突出管部２７ａのフランジ部２７３ｂにろう付け等により液密に接合される。これにより、冷却管２０ａと冷却管２０ｂとが連結されると共に、両者の内部の流通路同士が突出管部２７ａ，２７ｂおよび連結管３０を介して連通する。

上述のような構成を有する積層型冷却器１は、互いに隣り合う冷却管１０同士の間隔、互いに隣り合う冷却管１０および２０ａの間隔、互いに隣り合う冷却管１０および２０ｂの間隔が、比較的厚みの小さい電子部品２の設計寸法よりも若干広くなると共に、互いに隣り合う冷却管２０ａおよび２０ｂの間隔が比較的厚みの大きい電子部品３の設計寸法よりも若干広くなるように組み立てられる。そして、互いに隣り合う冷却管１０同士の間や、互いに隣り合う冷却管１０および２０ａの間、互いに隣り合う冷却管１０および２０ｂの間に電子部品２が配置されると共に、互いに隣り合う冷却管２０ａおよび２０ｂの間に電子部品３が配置された後、積層型冷却器１は、図示しない加圧バネによって冷却管１０等の積層方向に圧縮される。これにより、冷却管１０，２０ａおよび２０ｂが、それぞれ対応する電子部品２または３と密着すると共に、複数の電子部品２，３が積層型冷却器１により保持（挟持）されることになる。

ここで、厚みの大きい電子部品３の寸法公差は厚みの小さい電子部品２に比べて大きいことから、特に公差の範囲内で電子部品３の実寸法が設計寸法よりも小さい場合、加圧バネ等により積層型冷却器が圧縮された際に当該電子部品３すなわち冷却管２０ａ，２０ｂの周辺で積層型冷却器１の構成部材の変形が大きくなる。これに対して、積層型冷却器１では、電子部品３に対応した冷却管２０ａと冷却管２０ｂとが、互いに対向する突出管部２７ａ，２７ｂの間に配置される連結管３０を介して連結される。そして、各連結管３０の両端部には、当該連結管３０の長手方向における中央部３１から離間するにつれて拡径する拡径部３２が形成されている。これにより、連結管３０の両端部に形成された拡径部３２の変形によって寸法公差が大きいことに起因した電子部品３の実寸法の変動を良好に吸収することができる。更に、積層型冷却器１では、各突出管部２７ａ，２７ｂにも、冷却管２０ａまたは２０ｂ側の筒状部２７１ａから離間するにつれて拡径する拡径部２７２ａ，２７２ｂが形成されており、拡径部２７２ａ，２７２ｂの変形によっても寸法公差が大きいことに起因した電子部品３の実寸法の変動を吸収することができる。従って、積層型冷却器１では、フランジ部３３とフランジ部２７３ａ，２７３ｂとの接合部付近における連結管３０や突出管部２７ａ，２７ｂの大きな変形を抑制してそれらの耐久性を良好に確保することが可能となり、装置全体の耐久性をより向上させることができる。

以上説明したように、積層型冷却器１は、それぞれ冷却対象としての電子部品３と当接するように並設（積層）されると共に互いに連結されて冷媒の流通路を形成する２つの冷却管２０ａ，２０ｂを含むものであり、当該２つの冷却管２０ａ，２０ｂは、積層方向（並設方向）に延びる突出管部２７ａ，２７ｂをそれぞれ有すると共に、互いに対向する突出管部２７ａ，２７ｂの間に配置される連結管３０を介して連結される。そして、連結管３０の両端部には、当該連結管３０の長手方向における中央部３１から離間するにつれて拡径する拡径部３２と、当該拡径部３２から外方に延びると共に突出管部２７ａまたは２７ｂに接合されるフランジ部３３とが形成されている。また、突出管部２７ａは、冷却管２０ａから延出された筒状部２７１ａと、当該筒状部２７１ａから離間するにつれて拡径する拡径部２７２ａと、当該拡径部２７２ａから外方に延びると共に連結管３０のフランジ部３３に接合されるフランジ部２７３ａとを含む。更に、突出管部２７ｂは、冷却管２０ｂから延出された筒状部２７１ｂと、当該筒状部２７１ｂから離間するにつれて拡径する拡径部２７２ｂと、当該拡径部２７２ｂから外方に延びると共に連結管３０のフランジ部３３に接合されるフランジ部２７３ｂとを含む。これにより、積層型冷却器１では、厚みの大きい冷却対象としての電子部品３を冷却すると共にその耐久性を向上させることが可能となる。

なお、上記積層型冷却器１では、互いに対向する突出管部２７ａ，２７ｂの間に１本の連結管３０が介設されるが、図４に示す積層型冷却器１Ｂのように、互いに対向する突出管部２７ａ，２７ｂの間に複数の連結管３０Ｂが介設されてもよい。積層型冷却器１Ｂにおいて、各連結管３０Ｂの軸長は、上記連結管３０の軸長よりも短く定められ、各連結管３０Ｂの両端部には、上記連結管３０と同様に、長手方向における中央部３１から離間するにつれて拡径する拡径部３２と、当該拡径部３２から外方に延びるフランジ部３３とが形成される。これにより、寸法公差が大きいことに起因した冷却対象としての電子部品３′の実寸法の変動を極めて良好に吸収することができるので、積層型冷却器１Ｂでは、より厚みの大きい冷却対象としての電子部品３′を冷却することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。また、上記実施形態における主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載された発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載された発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施形態はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。

本発明は、電子部品といった冷却対象を冷却する積層型冷却器の製造産業等において利用可能である。

１，１Ｂ積層型冷却器、２，３，３′ 電子部品、１０，２０ａ，２０ｂ冷却管、１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ外殻プレート、１１ｈ，２１ｈ伝熱部、１２，２２外周壁部、１３，２３，３３，２７３ａ，２７３ｂフランジ部、１４，２４縁部、１５中間プレート、１５ｏ開口、１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ突出管部、１８ダイヤフラム部、３０，３０Ｂ連結管、３１中央部、３２，２７２ａ，２７２ｂ拡径部、２７１ａ，２７１ｂ筒状部。

Claims

それぞれ冷却対象と当接するように並設されると共に互いに連結されて冷媒の流通路を形成する２つの冷却管を含む積層型冷却器において、
前記２つの冷却管は、該冷却管の並設方向に延びる突出管部をそれぞれ有すると共に、互いに対向する突出管部の間に配置される連結管を介して連結され、
前記連結管の両端部には、該連結管の長手方向における中央部から離間するにつれて拡径する拡径部と、該拡径部から外方に延びると共に前記突出管部に接合されるフランジ部とが形成され、
前記突出管部は、前記冷却管から延出された筒状部と、該筒状部から離間するにつれて拡径する拡径部と、該拡径部から外方に延びると共に前記連結管の前記フランジ部に接合されるフランジ部とを含むことを特徴とする積層型冷却器。
請求項１に記載の積層型冷却器において、
前記互いに対向する突出管部の間には、前記連結管が複数介設されることを特徴とする積層型冷却器。