JP6186146B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の発熱体を冷却するための熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger for cooling a heating element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
現在広く使用されるようになってきたハイブリッド自動車や、次世代の環境対策自動車として注目される電気自動車には、駆動用モータを制御するための電子部品としてインバーターユニットが用いられている。インバーターユニットには、スイッチング機能を果たすIGBTが備えられている。IGBTは、使用時に発熱するが、高温になれば本来の機能を発揮し得ないため、冷却を十分に行う必要がある。一方、高速スイッチング機能等のIGBTに求められる特性が年々高まり、これに伴って発熱量も増大してきており、IGBTを冷却するシステムの機能向上がますます重要視されている。 Inverter units are used as electronic components for controlling drive motors in hybrid vehicles that are now widely used and electric vehicles that are attracting attention as next-generation environmentally-friendly vehicles. The inverter unit is provided with an IGBT that performs a switching function. The IGBT generates heat during use, but it cannot perform its original function at a high temperature. Therefore, the IGBT needs to be sufficiently cooled. On the other hand, the characteristics required of IGBTs such as a high-speed switching function are increasing year by year, and the amount of heat generation is also increasing along with this, and improvement of the function of the system for cooling the IGBTs is increasingly regarded as important.
IGBTの冷却には、ヒートシンクを用いるのが効果的である。ヒートシンクは、熱伝導性のよい材料を用いて作製され、単位面積当たりの表面積を大きくすることにより、接触配置された発熱体からの熱を放熱する機能を有する。表面積を大きくする形態としては、フィンタイプ、コルゲートタイプなどの様々な形態がある。 It is effective to use a heat sink for cooling the IGBT. The heat sink is manufactured using a material having good thermal conductivity, and has a function of dissipating heat from the heating elements arranged in contact with each other by increasing the surface area per unit area. As forms for increasing the surface area, there are various forms such as a fin type and a corrugated type.
また、放熱性能をさらに向上させるため、ヒートシンクのフィン部分を冷却液が流通する冷媒流路内に配置することによって、冷却液を媒体として効率よく放熱する液冷式の冷却システムが知られている。例えば、特許文献1には、冷却液の流通する冷媒流路と、冷却液の入口及び出口とがヒートシンクとしてのアッパーケースを受けるロワケースに形成された熱交換器が提案されている。特許文献1に記載された熱交換器は、ヒートシンクのフィン部分をロワケースの冷媒流路部分に配置した状態で、アッパーケースとロワケースとを摩擦撹拌接合により接合している。このようにして作製した熱交換器は、アッパーケースのフィン部と反対側の面にIGBTなどの発熱体を接触配置させることで、その冷却機能が発揮されることとなる。
Further, in order to further improve the heat dissipation performance, a liquid cooling type cooling system that efficiently dissipates heat using the coolant as a medium is known by disposing the fin portion of the heat sink in the coolant channel through which the coolant flows. . For example,
また、車載用のIGBTを冷却するための熱交換器には、放熱性能のみならず、小型かつ軽量であることが求められている。このような要求に対応するため、アルミニウム合金を採用した熱交換器がある。 In addition, a heat exchanger for cooling an in-vehicle IGBT is required to be small and light as well as heat dissipation performance. In order to meet such demands, there is a heat exchanger that employs an aluminum alloy.
しかしながら、特許文献1に開示された熱交換器は、アッパーケース及びロワケースの双方とも比較的複雑な形状を呈している。このようなアッパーケース及びロワケースを形成する方法としては、一般的にはダイキャスト成形などの鋳造や、鍛造が採用されている。しかしながら、鋳造や鍛造によってハウジングを形成する方法は必ずしも生産性に優れるとは言えず、他の製法の開発が望まれていた。
However, the heat exchanger disclosed in
また、上記ハウジング部を鍛造により形成する場合には、流路の壁面や底面等の肉厚を薄くすることは困難であるため、ハウジング部の軽量化及び小型化には限界があるという問題があった。 In addition, when the housing part is formed by forging, it is difficult to reduce the wall thickness and the bottom surface of the flow path, so there is a problem that there is a limit to the weight reduction and miniaturization of the housing part. there were.
本発明は上記の背景に鑑みてなされたものであって、放熱性に優れるとともに、小型軽量であり、生産性に優れた熱交換器を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above-described background, and aims to provide a heat exchanger that is excellent in heat dissipation, is small and lightweight, and is excellent in productivity.
本発明の一態様は、発熱体を搭載するための発熱体搭載面を外側面に有する天板部と、
底板部と、該底板部の外周縁部から立設された側壁部と、上記底板部から外方に向けて立設された筒状のカラー部とを有するハウジング部と、
上記天板部と、上記ハウジング部とに囲まれた冷媒流路内に配されるヒートシンク部と、
上記カラー部内に配置され、上記冷媒流路に連通する一対の冷媒導排口と、
上記カラー部内に挿入され、上記一対の冷媒導排口に接続される一対の冷媒導排管とを有し、
上記天板部及び上記ハウジング部は、アルミニウム板をプレス加工して形成されており、
該アルミニウム板は、心材と該心材の少なくとも内面側に積層されたブレージング材とからなるクラッド材よりなり、上記ブレージング材は、上記心材よりも融点が低く、かつ、上記ヒートシンク部を構成する材料よりも融点が低く、
上記ブレージング材により、上記天板部と上記ハウジング部とがろう付け接合され、かつ、上記ヒートシンク部が少なくとも上記天板部とろう付け接合されており、
上記ハウジング部における上記カラー部の内周面に設けられた上記ブレージング材により、上記カラー部と上記カラー部内に挿入された上記冷媒導排管の一端とがろう付け接合されていることを特徴とする熱交換器にある(請求項1)。
One aspect of the present invention is a top plate portion having a heating element mounting surface on the outer surface for mounting a heating element;
A housing portion having a bottom plate portion, a side wall portion erected from an outer peripheral edge portion of the bottom plate portion, and a cylindrical collar portion erected outward from the bottom plate portion ;
A heat sink portion disposed in a refrigerant flow path surrounded by the top plate portion and the housing portion;
A pair of refrigerant inlets and outlets disposed in the collar portion and communicating with the refrigerant flow path;
A pair of refrigerant conduits inserted into the collar portion and connected to the pair of refrigerant conduits ;
Upper Kitenban portion and the housing portion is formed an aluminum plate by pressing,
The aluminum plate is made of a clad material composed of a core material and a brazing material laminated on at least the inner surface side of the core material, and the brazing material has a lower melting point than the core material and is made of a material constituting the heat sink part. Has a low melting point,
By the brazing material, the top plate portion and the housing portion are brazed and joined, and the heat sink portion is brazed and joined to at least the top plate portion ,
The brazing material provided on the inner peripheral surface of the collar part in the housing part is characterized in that the collar part and one end of the refrigerant guide / exhaust pipe inserted into the collar part are brazed and joined. (1).
上記熱交換器は、上記ヒートシンク部と上記天板部とがろう付け接合されている。そのため、発熱体から発生する熱が上記発熱体搭載面から上記ヒートシンク部に伝達されやすくなり、上記冷媒流路内に冷媒液が流通した場合に、上記冷媒流路の壁面と上記冷媒液との間での熱交換がより効率よく行われる。その結果、上記冷媒液が放熱フィン部から効率よく熱を除去することができるため、上記熱交換器は放熱性能に優れたものとなる。 In the heat exchanger, the heat sink part and the top plate part are brazed and joined. Therefore, the heat generated from the heating element is easily transferred from the heating element mounting surface to the heat sink part, and when the refrigerant liquid circulates in the refrigerant flow path, the wall surface of the refrigerant flow path and the refrigerant liquid Heat exchange between them is performed more efficiently. As a result, since the refrigerant liquid can efficiently remove heat from the heat radiating fin portion, the heat exchanger has excellent heat radiating performance.
また、上記天板部及び上記ハウジング部は、アルミニウム板を素材として、これをプレス加工することにより形成されている。板材のプレス加工は肉厚の薄い部材を形成しやすい加工方法であるため、上記天板部及び上記ハウジング部の肉厚を容易に薄肉化することができる。その結果、上記熱交換器を容易に軽量化することができる。 The top plate portion and the housing portion are formed by pressing an aluminum plate as a material. Since the pressing of the plate material is a processing method that easily forms a thin member, the thickness of the top plate portion and the housing portion can be easily reduced. As a result, the heat exchanger can be easily reduced in weight.
また、上記天板部及び上記ハウジング部の素材をアルミニウム板とすることにより、主要な部品の作製工程に、鋳造あるいは鍛造を用いる必要がなくなる。そのため、主要な部品の作製工程を短縮化することが容易となり、上記熱交換器全体の生産性を容易に向上させることができる。 In addition, by using an aluminum plate as the material for the top plate portion and the housing portion, it is not necessary to use casting or forging in the production process of main parts. Therefore, it becomes easy to shorten the manufacturing process of main components, and the productivity of the whole heat exchanger can be easily improved.
また、上記天板部及び上記ハウジング部を構成する上記アルミニウム板は上記クラッド材よりなり、上記ブレージング材が上記熱交換器の少なくとも内面側に配されている。そのため、上記天板部を上記ハウジング部に載置しつつ、少なくとも上記天板部の上記ブレージング材に上記ヒートシンク部を当接させた状態で上記ブレージング材を溶融させることにより、上記天板部と上記ハウジング部との間のろう付け接合と、上記天板部と上記ヒートシンク部との間のろう付け接合とを一度に行うことができる。その結果、上記熱交換器は生産性に優れたものとなる。 Moreover, the said aluminum plate which comprises the said top-plate part and the said housing part consists of the said clad material, and the said brazing material is distribute | arranged to the at least inner surface side of the said heat exchanger. Therefore, by placing the top plate portion on the housing portion and melting the brazing material in a state where the heat sink portion is in contact with at least the brazing material of the top plate portion, the top plate portion and The brazing joint between the housing part and the brazing joint between the top plate part and the heat sink part can be performed at a time. As a result, the heat exchanger is excellent in productivity.
以上のごとく、上記熱交換器は、放熱性に優れるとともに、小型軽量であり、生産性に優れたものとなる。 As described above, the heat exchanger has excellent heat dissipation, is small and light, and has excellent productivity.
上記熱交換器において、上記冷媒導排管は、上記冷媒導排口に接続されるニップル部と、該ニップル部に接続されるパイプ部とから構成されていてもよい(請求項2)。この場合には、上記ニップル部をろう付け接合した後に上記パイプ部を上記ニップル部と接続させることができる。その結果、ろう付け接合の際に上記パイプ部の形状を考慮する必要がなくなるため、上記パイプ部の形状をより自由に選択することができる。 The said heat exchanger WHEREIN: The said refrigerant | coolant conducting / exhausting pipe may be comprised from the nipple part connected to the said refrigerant | coolant conducting / exhausting port, and the pipe part connected to this nipple part (Claim 2). In this case, the pipe portion can be connected to the nipple portion after the nipple portion is brazed and joined. As a result, it is not necessary to consider the shape of the pipe part at the time of brazing and joining, so the shape of the pipe part can be selected more freely.
また、上記底板部と上記ニップル部とは、両者の間に介在させたブレージングシートによりろう付け接合されていてもよい。 Moreover, the said baseplate part and the said nipple part may be brazed and joined by the brazing sheet interposed between both .
この場合には、ろう付け接合の際に上記ニップル部と上記ブレージングシートとの間に充分な量のろう材が供給される。その結果、上記底板部と上記ニップル部との接合をより確実に行うことができる。ここで、上記ブレージングシートとしては、例えば、いわゆる心材とその両面に積層されたブレージング材とからなる3層クラッド材等を用いることが可能である。 In this case, a sufficient amount of brazing material is supplied between the nipple portion and the brazing sheet during brazing and joining. As a result, the bottom plate portion and the nipple portion can be more reliably joined. Here, as the brazing sheet, for example, a three-layer clad material composed of a so-called core material and a brazing material laminated on both surfaces thereof can be used.
また、上記一対の冷媒導排口は、上記底板部から外方に向けて立設された筒状のカラー部を有し、該カラー部の内周面に上記ブレージング材が配されており、上記カラー部内に挿入された冷媒導排管の一端が、上記ブレージング材によりろう付け接合されている。そのため、上記冷媒導排管と上記底板部とのろう付け接合に、別途ろう材を準備する必要がなくなる。また、上記冷媒導排管と上記底板部とのろう付け接合を、上記ヒートシンク部のろう付け接合と同時に行うことができる。その結果、上記熱交換器は、より生産性の高いものとなる。 Further, the pair of refrigerant inlet / outlet ports have a cylindrical collar portion erected outward from the bottom plate portion, and the brazing material is disposed on the inner peripheral surface of the collar portion, One end of the refrigerant guide / exhaust pipe inserted into the collar portion is brazed and joined by the brazing material . Therefore , it is not necessary to separately prepare a brazing material for brazing and joining the refrigerant guide / exhaust pipe and the bottom plate portion. Further, the joining of the refrigerant guide / exhaust pipe and the bottom plate can be performed simultaneously with the joining of the heat sink. As a result, the heat exchanger is more productive.
上記ヒートシンク部としては種々の態様を採用することができるが、冷媒液との接触面積が大きく、かつ、冷媒液の流通抵抗が小さいものが好ましい。上記ヒートシンク部と冷媒液との接触面積が大きいほど冷媒液が熱を除去しやすくなるため、熱交換器の放熱性能がより向上する。また、冷媒液の流通抵抗が小さいほど、冷媒液の流量を大きくしやすくなるため、熱交換器の放熱性能がより向上する。 Although various aspects can be adopted as the heat sink part, those having a large contact area with the refrigerant liquid and a small flow resistance of the refrigerant liquid are preferable. The larger the contact area between the heat sink part and the refrigerant liquid, the easier it is for the refrigerant liquid to remove heat, so the heat dissipation performance of the heat exchanger is further improved. In addition, the smaller the flow resistance of the refrigerant liquid, the easier it is to increase the flow rate of the refrigerant liquid, so that the heat dissipation performance of the heat exchanger is further improved.
上記ヒートシンク部の一態様としては、板状のベース部と、該ベース部の一方の面から立設された放熱フィン部とからなるものを採用することができる(請求項3)。このように構成された上記ヒートシンク部は、寸法精度を容易に高くすることができる。また、上記ヒートシンク部は、上記冷媒流路に配置する際の位置合わせを上記ベース部により行うことができるため、冷媒流路内の位置ずれを低減しやすくなる。その結果、上記ヒートシンク部を用いた上記熱交換器は、冷媒液の流通抵抗を低減しやすくなり、放熱性能を向上させやすくなる。 As an embodiment of the heat sink portion, can be employed which consists of a plate-like base portion, and one radiating fin portion erected from the surface of the base portion (claim 3). The heat sink portion configured as described above can easily increase the dimensional accuracy. Moreover, since the said heat sink part can perform position alignment at the time of arrange | positioning in the said refrigerant | coolant flow path by the said base part, it becomes easy to reduce the position shift in a refrigerant | coolant flow path. As a result, the heat exchanger using the heat sink portion can easily reduce the flow resistance of the refrigerant liquid and can easily improve the heat dissipation performance.
また、上記ベース部と上記放熱フィン部とを有するヒートシンク部を用いる場合には、上記ベース部と上記底板部とが上記ブレージング材によりろう付け接合され、上記放熱フィン部の先端と上記天板部とが上記ブレージング材によりろう付け接合されていることが好ましい(請求項4)。上記ヒートシンク部をこのように配置することにより、冷媒流路と発熱体搭載面との間には天板部のみが配されることとなる。そのため、上記冷媒流路と上記発熱体搭載面との間の金属の厚みを低減しやすくなり、熱抵抗を低減することができる。その結果、上記熱交換器の放熱性能をより向上させることができる。 Further, when using a heat sink part having the base part and the radiating fin part, the base part and the bottom plate part are brazed and joined by the brazing material, and the tip of the radiating fin part and the top plate part Are preferably brazed and joined by the brazing material ( claim 4 ). By disposing the heat sink portion in this way, only the top plate portion is disposed between the refrigerant flow path and the heating element mounting surface. Therefore, it becomes easy to reduce the thickness of the metal between the refrigerant flow path and the heating element mounting surface, and the thermal resistance can be reduced. As a result, the heat dissipation performance of the heat exchanger can be further improved.
なお、上記放熱フィン部の形状には、例えば多数の放熱板がその厚み方向に配列され、断面が櫛歯状を呈するプレートフィンや、円柱や角柱等の多数の柱状体が立設されたピンフィン、あるいは断面が波形となるコルゲートフィン等の種々の態様を採用することができる。 The shape of the heat radiating fin part is, for example, a pin fin in which a large number of heat radiating plates are arranged in the thickness direction, and a plate fin having a cross-sectional cross-section or a large number of columnar bodies such as a cylinder or a prism. Alternatively, various modes such as a corrugated fin having a corrugated cross section can be adopted.
また、上記ヒートシンク部の他の態様として、断面が波形を呈する波形板を採用し、少なくとも該波形板の一方の面の頂点と上記天板部とが上記ブレージング材によりろう付け接合されていてもよい(請求項5)。上記波形板は、板厚を容易に薄くすることができるため、比較的少ない材料で冷媒液との接触面積を増大させることができる。そのため、上記熱交換器を容易に軽量化できるとともに、その放熱性能をより向上させることができる。 Further, as another aspect of the heat sink portion, a corrugated plate having a corrugated cross section is employed, and at least the top of one surface of the corrugated plate and the top plate portion are brazed and joined by the brazing material. ( Claim 5 ). Since the corrugated plate can be easily thinned, the contact area with the refrigerant liquid can be increased with a relatively small amount of material. Therefore, the heat exchanger can be easily reduced in weight, and the heat dissipation performance can be further improved.
また、上記ヒートシンク部のさらに他の態様として、押出加工により形成され内部に複数の冷媒流通穴を有する押出多穴管を採用し、該押出多穴管は上記天板部及び上記底板部の双方と上記ブレージング材によりろう付け接合されていてもよい(請求項6)。押出成形は生産性に優れた加工方法であるため、上記押出多穴管は生産性に優れたものとなる。その結果、上記熱交換器全体の生産性を容易に向上させることができる。さらに、上記押出多穴管の長さを自由に選択できるため、上記熱交換器は、冷却能力の変更等の設計変更が容易なものとなる。 Further, as yet another aspect of the heat sink part, an extruded multi-hole pipe formed by extrusion and having a plurality of refrigerant flow holes therein is adopted, and the extruded multi-hole pipe is formed by both the top plate part and the bottom plate part. And the brazing material may be brazed and joined ( claim 6 ). Since extrusion molding is a processing method with excellent productivity, the extruded multi-hole tube has excellent productivity. As a result, the productivity of the entire heat exchanger can be easily improved. Furthermore, since the length of the extruded multi-hole tube can be freely selected, the heat exchanger can be easily changed in design such as a change in cooling capacity.
また、上記冷媒流路は、上記天板部と上記底板部との間に配される中央壁部によって複数の流路領域に区画されており、該複数の流路領域に各々ヒートシンク部が配設されていてもよい(請求項7)。この場合には、上記熱交換器は、複数列に並べた発熱体を冷却する場合に好適なものとなる。また、上記複数の流路領域は、各々の幅を個々の流路領域に流通する冷媒液の流速分布を一様とするのに適切な範囲とすることができる。これにより、冷媒液が上記ヒートシンク部全体に均一に接触しやすくなるため、上記ヒートシンク部全体から均一に放熱することが可能となる。その結果、上記熱交換器は、複数の発熱体を均一に冷却することが可能なものとなる。 Further, the refrigerant flow path is divided into a plurality of flow path areas by a central wall part arranged between the top plate part and the bottom plate part, and a heat sink part is arranged in each of the plurality of flow path areas. It may be provided ( Claim 7 ). In this case, the heat exchanger is suitable for cooling the heating elements arranged in a plurality of rows. In addition, the plurality of flow channel regions can have an appropriate range for making the flow velocity distribution of the refrigerant liquid flowing through the individual flow channel regions uniform. Thereby, since it becomes easy for a refrigerant | coolant liquid to contact the said heat sink part uniformly, it becomes possible to thermally radiate heat uniformly from the said heat sink part whole. As a result, the heat exchanger can cool a plurality of heating elements uniformly.
また、上記天板部及び上記ハウジング部における、上記心材は、Mg:1.3%(質量%、以下同様)以下を含有し、残部Al及び不可避不純物からなる化学成分を有し、かつ、上記ブレージング材は、Si:6〜13%、Li:0.004〜0.1%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなる化学成分を有していてもよい(請求項8)。このように構成された上記クラッド材を上記天板部及び上記ハウジング部の素材として用いることにより、上記熱交換器のろう付け接合を、不活性ガス雰囲気下においてフラックスを用いずに行うことが可能となる。その結果、上記熱交換器のろう付け工程における生産性を向上させやすくなるため、上記熱交換器全体の生産性をより向上させることができる。 Further, the core material in the top plate part and the housing part contains Mg: 1.3% (mass%, the same applies hereinafter) or less, has a chemical component consisting of the balance Al and inevitable impurities, and the above The brazing material contains Si: 6 to 13%, Li: 0.004 to 0.1%, and may have a chemical component composed of the balance Al and inevitable impurities ( claim 8 ). By using the clad material configured in this way as a material for the top plate part and the housing part, it is possible to perform brazing joining of the heat exchanger without using flux in an inert gas atmosphere. It becomes. As a result, since it becomes easy to improve the productivity in the brazing process of the heat exchanger, the productivity of the entire heat exchanger can be further improved.
上記ブレージング材は、6〜13%のSiを含有している。これにより、上記ブレージング材の接合部への流入量を十分に多くすることができ、不活性ガス雰囲気下でフラックスを使用しないろう付け接合を行う場合にも接合の健全性をより高めることができる。Siの含有量が6%未満の場合には、ブレージング材の流入量が不足しやすくなり、また、ブレージング材の流動性が低下するおそれがある。そのため、この場合には接合の健全性が低下するおそれがある。一方、Siの含有量が13%を超える場合には、母材の溶解量が過剰になるおそれがあり、また、ブレージング材中に粗大な初晶Siが形成されやすくなる。そのため、この場合にはろう付け接合の際に溶融穴が発生するおそれがある。 The brazing material contains 6 to 13% Si. As a result, the amount of the brazing material flowing into the joint can be sufficiently increased, and the soundness of the joint can be further improved even when brazing without using a flux in an inert gas atmosphere. . If the Si content is less than 6%, the amount of inflow of the brazing material tends to be insufficient, and the fluidity of the brazing material may be reduced. Therefore, in this case, there is a possibility that the soundness of the bonding is lowered. On the other hand, if the Si content exceeds 13%, the amount of dissolution of the base material may be excessive, and coarse primary crystal Si is likely to be formed in the brazing material. Therefore, in this case, there is a possibility that a melting hole is generated during brazing and joining.
また、上記ブレージング材は、0.004〜0.1%のLiを含有している。そして、上記心材は、1.3%以下のMgを含有している。Liを含有するブレージング材とMgを含有する心材とが互いに隣接して積層されていることにより、不活性ガス雰囲気下でフラックスを使用しないろう付け接合を行う場合にも接合の健全性をより向上させることができる。Li及びMgによる接合の健全性向上のメカニズムは完全に解明されているわけではないが、現時点において妥当と考えられるメカニズムは以下の通りである。 The brazing material contains 0.004 to 0.1% Li. And the said core material contains 1.3% or less of Mg. The brazing material containing Li and the core material containing Mg are laminated adjacent to each other, so that the joint soundness is improved even when brazing without using flux in an inert gas atmosphere. Can be made. Although the mechanism for improving the soundness of bonding by Li and Mg has not been completely elucidated, the mechanisms considered to be appropriate at present are as follows.
Mgは、上記ブレージング材により外気と接触しにくくなっているため、反応性の低いMgOの存在比率が少なくなっている。この状態においてろう付け接合のための加熱が開始されると、Mgが上記ブレージング材側へゆっくりと拡散し始め、該ブレージング材の溶融開始とともに該ブレージング材の溶融液内へ急速に拡散する。このとき、ブレージング材の溶融液内に存在するMg及びLiは、不活性ガス雰囲気のため酸化されにくくなっており、反応性の高い状態となっている。 Since Mg is difficult to come into contact with the outside air due to the brazing material, the abundance ratio of MgO having low reactivity is reduced. When heating for brazing is started in this state, Mg begins to diffuse slowly toward the brazing material, and rapidly diffuses into the melt of the brazing material as the brazing material begins to melt. At this time, Mg and Li present in the melt of the brazing material are hardly oxidized due to the inert gas atmosphere, and are in a highly reactive state.
上記溶融液内のMgは、接合するべき部分に存在する酸化皮膜(Al2O3)と接触すると、酸化皮膜と反応してAlMgO4のスピネル型化合物を生成する。これにより、酸化皮膜を脆弱化させることができる。また、上記溶融液内のLiも、酸化皮膜を脆弱化させる作用を有している。そのため、上記ブレージング材の溶融液と接触した酸化皮膜は、MgとLiとの相乗効果により破壊されやすくなり、接合すべき部分に新生面を露出させやすくなる。 When Mg in the molten liquid comes into contact with the oxide film (Al 2 O 3 ) present in the portion to be joined, it reacts with the oxide film to produce an AlMgO 4 spinel compound. Thereby, an oxide film can be made weak. Moreover, Li in the melt also has an action of weakening the oxide film. Therefore, the oxide film in contact with the brazing material melt is likely to be broken by the synergistic effect of Mg and Li, and the new surface is easily exposed at the portion to be joined.
また、Mg及びLiは、酸化皮膜を脆弱化させるほかに、溶融液の表面張力を低下させ、流動性を改善する作用を有している。そのため、MgとLiとの相乗効果により、フィレットの大きさを十分に大きくすることができるとともに、狭い隙間に対しても上記ブレージング材が浸入しやすいものとなる。以上のように、上記クラッド材は、酸化皮膜の脆弱化と、流動性改善との双方の作用により接合の健全性をより向上させることができると考えられる。 Moreover, Mg and Li have the effect | action which lowers | hangs the surface tension of a melt and improves fluidity besides making an oxide film weak. Therefore, due to the synergistic effect of Mg and Li, the size of the fillet can be made sufficiently large, and the brazing material can easily enter even in a narrow gap. As described above, it is considered that the clad material can further improve the soundness of bonding due to both the weakening of the oxide film and the improvement of fluidity.
Liの含有量が0.004%未満の場合には、流動性が不十分となるおそれがあり、また、酸化皮膜の脆弱化が不十分となるおそれがある。そのため、この場合には接合の健全性が低下するおそれがある。一方、Liの含有量が0.1%を超える場合には、ろう付け接合中に形成されるLiO2が過剰となるため、接合の健全性が低下するおそれがある。 If the Li content is less than 0.004%, the fluidity may be insufficient, and the oxide film may be insufficiently brittle. Therefore, in this case, there is a possibility that the soundness of the bonding is lowered. On the other hand, when the content of Li exceeds 0.1%, LiO 2 formed during brazing joining becomes excessive, and the soundness of joining may be reduced.
また、Mgの含有量が1.3%を超える場合には、心材の融点が過度に下がるおそれがあり、ろう付け接合が困難となるおそれがある。一方、Mgの含有量の下限は特に限定されないが、ろう付け接合の健全性をより向上させるためには、含有量が0.2%以上であることがより好ましい。この場合には、ブレージング材の流動性をより向上させやすくなり、また、酸化皮膜の脆弱化を十分に行うことができる。 On the other hand, if the Mg content exceeds 1.3%, the melting point of the core material may be excessively lowered, and brazing joining may be difficult. On the other hand, the lower limit of the Mg content is not particularly limited, but the content is more preferably 0.2% or more in order to further improve the soundness of the brazing joint. In this case, it becomes easier to improve the fluidity of the brazing material, and the oxide film can be sufficiently weakened.
上記心材は、さらにMn:0.05〜1.8%、Si:1.0%以下、Fe:1.0%以下、Cu:0.9%以下、Zn:6.5%以下、Ti:0.2%以下、Zr:0.5%以下よりなる群より選択される1種または2種以上の化学成分を含有していてもよい(請求項9)。このような化学成分を有するアルミニウム合金としては、例えば3000系(Al−Mn系)、5000系(Al−Mg系)、6000系(Al−Mg−Si系)または7000系(Al−Zn系)に属する合金を用いることができる。これらのアルミニウム合金は、強度や耐食性、成形性等の熱交換器に要求される特性に応じて適宜選択することができる。 The core material further includes Mn: 0.05 to 1.8%, Si: 1.0% or less, Fe: 1.0% or less, Cu: 0.9% or less, Zn: 6.5% or less, Ti: It may contain one or more chemical components selected from the group consisting of 0.2% or less and Zr: 0.5% or less ( claim 9 ). Examples of aluminum alloys having such chemical components are 3000 series (Al-Mn series), 5000 series (Al-Mg series), 6000 series (Al-Mg-Si series), or 7000 series (Al-Zn series). Alloys belonging to can be used. These aluminum alloys can be appropriately selected according to characteristics required for a heat exchanger such as strength, corrosion resistance, and formability.
また、上記天板部及び上記ハウジング部の素材として、上述した2層クラッド材以外に3層クラッド材を使用することもできる。すなわち、上記天板部及び上記ハウジング部を構成する上記クラッド材は、上記心材と上記ブレージング材との間に中間材が積層されており、該中間材はMg:1.3%以下を含有し、残部Al及び不可避不純物からなる化学成分を有しており、かつ、上記ブレージング材はSi:6〜13%、Li:0.004〜0.1%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなる化学成分を有していてもよい(請求項10)。この場合にも、Liを含有するブレージング材とMgを含有する中間材とが互いに隣接して積層されているため、上述と同様に、不活性ガス雰囲気下でフラックスを使用しないろう付け接合を行う場合にも接合の健全性をより向上させることができる。 In addition to the above-described two-layer clad material, a three-layer clad material can also be used as a material for the top plate portion and the housing portion. That is, the clad material constituting the top plate part and the housing part has an intermediate material laminated between the core material and the brazing material, and the intermediate material contains Mg: 1.3% or less. And the brazing material contains Si: 6-13% and Li: 0.004-0.1%, and consists of the balance Al and inevitable impurities. It may have a chemical component ( claim 10 ). Also in this case, since the brazing material containing Li and the intermediate material containing Mg are laminated adjacent to each other, brazing joining is performed without using a flux in an inert gas atmosphere as described above. Even in this case, the soundness of the bonding can be further improved.
上記中間材は、さらにMn:0.05〜1.8%、Si:1.0%以下、Fe:1.0%以下、Cu:0.9%以下、Zn:6.5%以下、Ti:0.2%以下、Zr:0.5%以下からなる群より選択される1種または2種以上の化学成分を含有していてもよい(請求項11)。このような化学成分を有するアルミニウム合金としては、例えば3000系(Al−Mn系)、5000系(Al−Mg系)、6000系(Al−Mg−Si系)または7000系(Al−Zn系)に属する合金を用いることができる。 The intermediate material further includes Mn: 0.05 to 1.8%, Si: 1.0% or less, Fe: 1.0% or less, Cu: 0.9% or less, Zn: 6.5% or less, Ti May contain one or more chemical components selected from the group consisting of: 0.2% or less, Zr: 0.5% or less ( claim 11 ). Examples of aluminum alloys having such chemical components are 3000 series (Al-Mn series), 5000 series (Al-Mg series), 6000 series (Al-Mg-Si series), or 7000 series (Al-Zn series). Alloys belonging to can be used.
また、上記天板部及び上記ハウジング部の素材として3層クラッド材を用いる場合には、上記心材は、Mn:0.05〜1.8%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなる化学成分を有していてもよい(請求項12)。また、この場合には、上記心材が、さらにSi:1.0%以下、Fe:1.0%以下、Cu:0.9%以下、Zn:6.5%以下、Ti:0.2%以下、Zr:0.5%以下からなる群より選択される1種または2種以上の化学成分を含有していてもよい(請求項13)。このような化学成分を有するアルミニウム合金としては、例えば3000系(Al−Mn系)、7000系(Al−Zn系)に属する合金を用いることができる。これらのアルミニウム合金は、強度や耐食性、成形性等の熱交換器に要求される特性に応じて適宜選択することができる。 Further, when a three-layer clad material is used as a material for the top plate and the housing, the core material contains Mn: 0.05 to 1.8%, and a chemical component composed of the balance Al and inevitable impurities. ( Claim 12 ). In this case, the core material further contains Si: 1.0% or less, Fe: 1.0% or less, Cu: 0.9% or less, Zn: 6.5% or less, Ti: 0.2% Hereinafter, one or more chemical components selected from the group consisting of Zr: 0.5% or less may be contained ( claim 13 ). As an aluminum alloy having such a chemical component, for example, alloys belonging to 3000 series (Al-Mn series) and 7000 series (Al-Zn series) can be used. These aluminum alloys can be appropriately selected according to characteristics required for a heat exchanger such as strength, corrosion resistance, and formability.
また、上記ブレージング材は、さらにBi:0.004〜0.2%、Mg:0.05〜0.4%からなる群より選択される1種または2種の化学成分を含有していてもよい(請求項14)。これらの化学成分は、上記ブレージング材の溶融液の表面張力を低下させ、流動性を向上させる作用を有している。また、これらの化学成分は、単独で添加してもよく、複合して添加してもその作用を発揮する。そのため、この場合には、上記ブレージング材の流動性をより向上させることができ、接合の健全性をより向上させることができる。 The brazing material may further contain one or two chemical components selected from the group consisting of Bi: 0.004 to 0.2% and Mg: 0.05 to 0.4%. ( Claim 14 ). These chemical components have the effect of reducing the surface tension of the melt of the brazing material and improving the fluidity. Further, these chemical components may be added alone or exert their effects even when added in combination. Therefore, in this case, the fluidity of the brazing material can be further improved, and the soundness of bonding can be further improved.
Biの含有量が0.004%未満の場合にはBi添加による流動性向上効果を得にくくなる。一方、Biの含有量が0.2%を超えるとブレージング材の変色が著しくなり、接合性の向上も認められなくなる。また、Mgの含有量が0.05%未満の場合にはMg添加による流動性向上効果を得にくくなる。一方、Mgの含有量が0.4%を超える場合には、ブレージング材表面に反応性の低いMgOが形成されやすくなり、Mgの添加に見合った効果を得にくくなる。 When the Bi content is less than 0.004%, it is difficult to obtain the fluidity improving effect by adding Bi. On the other hand, if the Bi content exceeds 0.2%, the color of the brazing material is remarkably changed and no improvement in the bonding property is recognized. On the other hand, when the Mg content is less than 0.05%, it is difficult to obtain the fluidity improvement effect by adding Mg. On the other hand, when the Mg content exceeds 0.4%, MgO having low reactivity is easily formed on the surface of the brazing material, and it becomes difficult to obtain an effect commensurate with the addition of Mg.
また、上記ブレージング材は、さらにSr:0.002〜0.05%、Sb:0.003〜0.07%からなる群より選択される1種または2種の化学成分を含有していてもよい(請求項15)。これらの化学成分は、上記ブレージング材内部に含まれるAl−Si共晶組織を微細化させ、流動性を向上させる作用を有している。また、これらの化学成分は、単独で添加してもよく、複合して添加してもその作用を発揮する。そのため、この場合には、Al−Si共晶組織が微細化されることにより、上記ブレージング材の流動性がより向上し、接合の健全性をより高めることができる。 The brazing material may further contain one or two chemical components selected from the group consisting of Sr: 0.002 to 0.05% and Sb: 0.003 to 0.07%. ( Claim 15 ). These chemical components have the effect of refining the Al—Si eutectic structure contained in the brazing material and improving the fluidity. Further, these chemical components may be added alone or exert their effects even when added in combination. Therefore, in this case, when the Al—Si eutectic structure is refined, the fluidity of the brazing material is further improved, and the soundness of bonding can be further increased.
Srの含有量が0.002%未満の場合には、Al−Si共晶組織を微細化する効果が不十分となるおそれがある。一方、Srの含有量が0.05%を超える場合には、Al−Si共晶組織を微細化する効果が飽和し始め、添加量に見合った効果を得ることができない。Sbの含有量が0.003%未満の場合には、Al−Si共晶組織を微細化する効果が不十分となるおそれがある。一方、Sbの含有量が0.07%を超える場合には、ブレージング材が狭い隙間へ充填されにくくなるおそれがある。 When the Sr content is less than 0.002%, the effect of refining the Al—Si eutectic structure may be insufficient. On the other hand, when the Sr content exceeds 0.05%, the effect of refining the Al—Si eutectic structure begins to saturate, and an effect commensurate with the added amount cannot be obtained. If the Sb content is less than 0.003%, the effect of refining the Al—Si eutectic structure may be insufficient. On the other hand, when the Sb content exceeds 0.07%, the brazing material may not be filled into the narrow gap.
また、上記ブレージング材は、さらにFe:0.05〜0.8%、Mn:0.05〜0.2%、Ti:0.01〜0.15%からなる群より選択される1種または2種以上の化学成分を含有していてもよい(請求項16)。これらの元素は、上記ブレージング材の溶融液の粘度を高める作用を有している。また、これらの元素は単独で添加してもよく、複合して添加してもその作用を発揮する。これらの化学成分を添加することにより、上記ブレージング材の溶融液の粘度が高くなるため、上記ブレージング材の溶融液が自重によって下方に垂れ落ちることをより抑制しやすくなる。その結果、接合の健全性をより高めることができる。 Moreover, the brazing material is one or more selected from the group consisting of Fe: 0.05 to 0.8%, Mn: 0.05 to 0.2%, Ti: 0.01 to 0.15%, or Two or more chemical components may be contained ( claim 16 ). These elements have the effect of increasing the viscosity of the melt of the brazing material. Further, these elements may be added alone or exert their effects even when added in combination. By adding these chemical components, the viscosity of the melt of the brazing material is increased, so that it is easier to suppress the melt of the brazing material from dripping down due to its own weight. As a result, the soundness of bonding can be further increased.
(参考例1)
上記熱交換器の参考例を図1〜図7を用いて説明する。図1に示すように、熱交換器1は、天板部2と、ハウジング部3と、ヒートシンク部4とを有している。天板部2は、発熱体を搭載するための発熱体搭載面21を外側面に有している。ハウジング部3は、底板部31と、底板部31の外周縁部から立設された側壁部32とを有している。ヒートシンク部4は、天板部2とハウジング部3とに囲まれた冷媒流路12内に配されている。また、図1に示すように、底板部31には冷媒流路12に連通する一対の冷媒導排口311が設けられており、図6に示すように、一対の冷媒導排口311には一対の冷媒導排管5が接続されている。
( Reference Example 1 )
A reference example of the heat exchanger will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the
天板部2及びハウジング部3は、アルミニウム板をプレス加工して形成されている。天板部2及びハウジング部3の素材として用いられるアルミニウム板は、図5に示すように、心材Aと心材Aの少なくとも内面側に積層されたブレージング材Bとからなるクラッド材Cより構成されている。また、ブレージング材Bは、心材Aよりも融点が低く、かつ、ヒートシンク部4を構成する材料よりも融点が低い。そして、図5に示すように、ブレージング材Bにより、天板部2とハウジング部3とがろう付け接合され、かつ、ヒートシンク部4が少なくとも天板部2とろう付け接合されている。
The
図3に示すように、熱交換器1は、天板部2と底板部31との重なり方向(以下、この方向を「高さ方向Z」という。)から見て略長方形状を呈している。また、図1、図3及び図5に示すように、天板部2と底板部31との間には、2個のヒートシンク部4が互いに並んで配されている(以下、ヒートシンク部4の並び方向を「横方向Y」といい、横方向Y及び高さ方向Zの双方と直交する方向を「縦方向X」という。)。
As shown in FIG. 3, the
また、図1及び図5に示すように、2個のヒートシンク部4の間には、冷媒流路12を区画する中央壁部13が配されている。これにより、冷媒流路12は、図5に示すように天板部2と底板部31との間に配される中央壁部13によって2つの流路領域120に区画されており、2つの流路領域120の各々に1個ずつのヒートシンク部4が配設されている。また、図には示さないが、冷媒流路12の縦方向Xにおける両端部には、2つの流路領域120の間に冷媒液を分配させる連通路が形成されている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 5, a
また、図2及び図3に示すように、熱交換器1を高さ方向Zから見た略長方形における互いに向かい合う角部100のそれぞれには、縦方向Xに向けて突出した一対の突出部11が形成されている。そして、図2〜図4に示すように、一対の突出部11における底板部31側には、それぞれ冷媒導排管5が配設されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, each of the
また、図2及び図3に示すように、熱交換器1を高さ方向Zから見た略長方形における外周部分には、熱交換器1を搭載位置に締結するための複数の固定部14が設けられている。固定部14は、図1、図4及び図5に示すように、略円板状の補強部材140を天板部2とハウジング部3との間に配して構成されている。また、補強部材140の両端面は、天板部2及びハウジング部3のブレージング材Bにより、これらとろう付け接合されている。また、複数の固定部14は、図3に示すように、熱交換器1を締結するためのボルトを挿通するボルト挿通穴141を有している。
Moreover, as shown in FIG.2 and FIG.3, several fixing | fixed
天板部2は、図1〜図3に示すように、熱交換器1を高さ方向Zから見た形状と略同一の形状を呈している。また、図5に示すように、天板部2は、心材Aと、その片面に5〜15%のクラッド率で積層されたブレージング材Bとからなるクラッド材Cより構成されており、ブレージング材Bは内面側(冷媒流路12側)に配されている。本例においては、心材AにJIS6063合金を用い、ブレージング材BにJIS4004合金を用いた。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
ハウジング部3は、図1に示すように、高さ方向Zから見て略長方形状の底板部31と、底板部31の外周縁部に立設された側壁部32とを有している。また、ハウジング部3は、天板部2と同様のクラッド材Cより構成されており、ブレージング材Bが内面側に配されている。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、底板部31は高さ方向Zから見て略長方形状を呈しており、突出部11を構成する部分に、厚み方向(高さ方向Z)に貫通形成された冷媒導排口311を有している。図6に示すように、冷媒導排口311には冷媒導排管5が接続されており、冷媒流路12と冷媒導排管5との間に冷媒液を流通可能に構成されている。
As shown in FIG. 1, the
また、底板部31の外周縁部に立設された側壁部32は、図5に示すように、天板部2側の先端から外方(冷媒流路12と反対側)へ向けて延設されたフランジ部321を有している。フランジ部321は天板部2と当接しており、天板部2及びハウジング部3の双方のブレージング材Bにより両者がろう付け接合されている。また、フランジ部321の外周端縁は高さ方向Zの底板部31側に向けて屈曲されており、さらにその端縁から固定部14を構成する部分が横方向Yの外方へ向けて延伸されている。
Further, as shown in FIG. 5, the
ヒートシンク部4は、図7に示すように、板状のベース部41と、ベース部41の一方の面から立設された放熱フィン部42とから構成されている。本例のヒートシンク部4は、放熱フィン部42を構成する多数の放熱板420がその厚み方向(横方向Y)に配列され、縦方向Xにおける断面が櫛歯状(図5参照)を呈するプレートフィンである。また、ヒートシンク部4は、JIS6063合金を押出成形して形成されている。
As shown in FIG. 7, the
また、ヒートシンク部4は、図5に示すように、ベース部41と底板部31とが当接し、放熱フィン部42の先端421と天板部2とが当接するように配されている。そして、ヒートシンク部4は、ベース部41と底板部31とがブレージング材Bによりろう付け接合され、放熱フィン部42の先端と天板部2とがブレージング材Bによりろう付け接合されている。
As shown in FIG. 5, the
ヒートシンク部4の間に配された中央壁部13は、図1及び図3に示すように、略直方体状を呈しており、アルミニウム合金により形成されている。また、中央壁部13は、図5に示すように、高さ方向Zの両端面において天板部2及び底板部31と当接しており、ブレージング材Bによりろう付け接合されている。これにより、冷媒流路12におけるヒートシンク部4が配設されている領域が2つの流路領域120に区画され、各々の流路領域120に1つずつのヒートシンク部4が配されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
また、図には示さないが、中央壁部13の縦方向Xにおける両端面は、各々の端面と面している側壁部32から離間した位置に配されている。これにより、熱交換器1の縦方向Xにおける両端部に連通路が形成され、連通路を通じて2つの流路領域120の間に冷媒液を分配させることができるよう構成されている。
Although not shown in the drawing, both end surfaces in the longitudinal direction X of the
また、本例の中央壁部13は、図1及び図5に示すように、天板部2側の頂面における中央部分を高さ方向Zに陥没させてなる陥没部131を有している。そして、天板部2における陥没部131に相当する領域には中央開口部22が形成されている。これにより、図2及び図3に示すように、本例の熱交換器1は、陥没部131と中央開口部22とからなる中央凹部15が設けられている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 5, the
冷媒導排管5は、図6に示すように、冷媒導排口311に接続されるニップル部51と、ニップル部51に接続されるパイプ部52とから構成されている。図6に示すように、ニップル部51は円筒状のニップル本体部510と、ニップル部51の一方の開口端511側に立設された流路挿入部513とを有している。流路挿入部513は、ニップル本体部510の一方の開口端511における内周縁部に沿って立設されており、冷媒導排口311の開口径と略同一の外径に形成されている。
As shown in FIG. 6, the refrigerant guide /
また、図6に示すように、底板部31とニップル本体部510とは、両者の間に介在させたブレージングシート7によりろう付け接合されている。ブレージングシート7は、JIS6063合金よりなる板材の両面にJIS4004合金を積層して形成されている。また、ブレージングシート7は円板状に形成されており、その中央に冷媒導排口311と同一の開口径に形成された貫通穴72を有している。そして、図6に示すように、流路挿入部513が貫通穴72に挿入配置され、ニップル部51と底板部31とがブレージングシート7を介してろう付け接合されている。
Moreover, as shown in FIG. 6, the
また、図6に示すニップル本体部510の他方の開口端512には、開口部の内周面に雌ねじ(図示略)が形成されており、後述するようにパイプ部52の雄ねじを締結可能に構成されている。
Also, a female screw (not shown) is formed on the inner peripheral surface of the opening at the other opening
パイプ部52は、円筒状を呈しており、その一端の外周面520(図6参照)に雄ねじが形成されている。これにより、パイプ部52の雄ねじとニップル部51の雌ねじとが締結され、図6に示すようにパイプ部52とニップル部51とが接続されている。
The
このように構成された熱交換器1には、一対の冷媒導排管5に各々外部配管が接続され、以下のごとく発熱体の冷却が行われる。まず、一方の冷媒導排管5から冷媒液が供給されると、冷媒液は連通路に流入する。次いで、冷媒液は中央壁部13により分配され、2つの流路領域120の各々に流入する。そして、各々の冷媒流路12に流入した冷媒液は、縦方向Xの他方の冷媒導排管5側へ向けて流通しつつ、流路内部において放熱フィン部42と接触する。これにより、放熱フィン部42との間で熱交換を行い、放熱フィン部42に蓄積される熱を除去する。そして、他方の冷媒導排管5側の連通路に到達した冷媒液は、冷媒導排管5を通過して外部配管へ排出される。
In the
また、上述のごとく熱交換器1により冷却される発熱体としては、例えば、IGBT等のパワー半導体素子や、リアクトルやコンデンサ等の電子部品、あるいはこれらを組み合わせたパワーモジュール等、種々のものを発熱体として発熱体搭載面21に搭載することができる。
Further, as described above, the heating element cooled by the
次に、本例の作用効果について説明する。熱交換器1は、図5に示すように、ヒートシンク部4と天板部2とがろう付け接合されている。そのため、発熱体から発生する熱が発熱体搭載面21からヒートシンク部4に伝達されやすくなり、冷媒流路12内に冷媒液が流通した場合に、冷媒流路12の壁面と冷媒液との間での熱交換がより効率よく行われる。その結果、冷媒液が放熱フィン部42から効率よく熱を除去することができるため、熱交換器1は放熱性能に優れたものとなる。
Next, the function and effect of this example will be described. As shown in FIG. 5, in the
また、天板部2及びハウジング部3は、アルミニウム板を素材として、これをプレス加工することにより形成されている。板材のプレス加工は肉厚の薄い部材を形成しやすい加工方法であるため、天板部2及びハウジング部3の肉厚を容易に薄肉化することができる。その結果、熱交換器1を容易に軽量化することができる。
The
また、天板部2及びハウジング部3の素材をアルミニウム板とすることにより、主要な部品の作製工程に、鋳造あるいは鍛造を用いる必要がなくなる。そのため、主要な部品の作製工程を短縮化することが容易となり、熱交換器1全体の生産性を容易に向上させることができる。
In addition, by using an aluminum plate as the material for the
また、天板部2及びハウジング部3を構成するアルミニウム板はクラッド材Cよりなり、ブレージング材Bが熱交換器1の少なくとも内面側に配されている。そのため、天板部2をハウジング部3に載置しつつ、天板部2及び底板部31の双方のブレージング材Bにヒートシンク部4を当接させた状態でブレージング材Bを溶融させることにより、天板部2とハウジング部3との間のろう付け接合と、天板部2及び底板部31とヒートシンク部4との間のろう付け接合とを一度に行うことができる。その結果、熱交換器1は生産性に優れたものとなる。
The aluminum plate constituting the
また、図6に示すように、冷媒導排管5は、冷媒導排口311に接続されるニップル部51と、ニップル部51に接続されるパイプ部52とから構成されている。そのため、ニップル部51をろう付け接合した後にパイプ部52をニップル部51と接続させることができる。その結果、ろう付け接合の際にパイプ部52の形状を考慮する必要がなくなるため、パイプ部52の形状をより自由に選択することができる。
As shown in FIG. 6, the refrigerant guide /
また、図6に示すように、底板部31とニップル部51とは、両者の間に介在させたブレージングシート7によりろう付け接合されている。そのため、ろう付け接合の際にニップル部51とブレージングシート7との間に充分な量のろう材が供給される。その結果、底板部31とニップル部51との接合をより確実に行うことができる。
Moreover, as shown in FIG. 6, the
また、図7に示すように、板状のベース部41と、ベース部41の一方の面から立設された放熱フィン部42とからなるヒートシンク部4を用いている。そのため、ヒートシンク部4の寸法精度を容易に高くすることができる。また、ヒートシンク部4は、冷媒流路12に配置する際の位置合わせをベース部41により行うことができるため、冷媒流路12内の位置ずれを低減しやすくなる。その結果、ヒートシンク部4を用いた熱交換器1は、冷媒液の流通抵抗を低減しやすくなり、放熱性能を向上させやすくなる。
Further, as shown in FIG. 7, a
また、図5に示すように、ベース部41と底板部31とがブレージング材Bによりろう付け接合され、放熱フィン部42の先端421と天板部2とがブレージング材Bによりろう付け接合されている。これにより、冷媒流路12と発熱体搭載面21との間には天板部2のみが配されるため、冷媒流路12と発熱体搭載面21との間の金属の厚みを低減しやすくなり、熱抵抗を低減することができる。その結果、熱交換器1の放熱性能をより向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
また、図5に示すように、冷媒流路12は、天板部2と底板部31との間に配される中央壁部13によって複数の流路領域120に区画されており、複数の流路領域120に各々ヒートシンク部4が配設されている。そのため、熱交換器1は、複数列に並べた発熱体を冷却する場合に好適なものとなる。また、複数の流路領域120は、各々の幅を個々の流路領域120に流通する冷媒液の流速分布を一様とするのに適切な範囲とすることができる。これにより、冷媒液がヒートシンク部4全体に均一に接触しやすくなるため、ヒートシンク部4全体から均一に放熱することが可能となる。その結果、熱交換器1は、複数の発熱体を均一に冷却することが可能なものとなる。
In addition, as shown in FIG. 5, the
また、本例の熱交換器1は、図1、図3及び図5に示すように、天板部2の中央開口部22と中央壁部13の陥没部131とからなる中央凹部15が天板部2側に配設されている。そのため、例えば熱交換器1の周辺部に配置される機器類の一部が熱交換器1側に突出している場合に、当該突出部分を中央凹部15内へ収容することができる。その結果、配置スペースを容易に確保できるとともに、デッドスペースを低減することができる。
In addition, as shown in FIGS. 1, 3, and 5, the
以上のごとく、熱交換器1は、放熱性に優れるとともに、小型軽量であり、生産性に優れたものとなる。
As described above, the
なお、本例においては、ベース部41を底板部31とろう付け接合し、放熱フィン部42を天板部2とろう付け接合した例を示したが、ベース部41と放熱フィン部42との配置を逆にした構成も可能である。すなわち、本例において、ベース部41を天板部2とろう付け接合した構成も可能である。また、この場合には、放熱フィン部42の先端は、底板部31にろう付け接合されていてもよく、底板部31から離間して配置されていてもよい。
また、本例においては、中央凹部15を天板部2側に配設した例を示したが、中央凹部15を底板部31側に配設することも可能である。
In addition, in this example, although the
Moreover, in this example, although the center recessed
(実施例1)
本例は、参考例1におけるニップル部51を用いない熱交換器102の例である。図8及び図9に示すように、本例の熱交換器102における一対の冷媒導排口311は、底板部31から外方に向けて立設された筒状のカラー部312を有しており、カラー部312の内周面にブレージング材Bが配されている。そして、図9に示すように、カラー部312内に挿入された冷媒導排管502の一端が、ブレージング材Bによりろう付け接合されている。
( Example 1 )
This example is an example of the
本例において、底板部31に立設されたカラー部312は、プレス加工において冷媒導排口311を配する領域に貫通穴を形成した後に、当該貫通穴に対してバーリング加工を行うことにより形成されている。これにより、図9に示すように、底板部31に配されたブレージング材Bがカラー部312の内周面まで延設されている。
In this example, the
また、本例の冷媒導排管502は、図9に示すように、カラー部312の開口径と略同一の外径を有する円筒状のパイプを用いている。その他は参考例1と同様である。なお、図8及び図9において用いた符号のうち、参考例1において用いた符号と同一のものについては、特に示さない限り参考例1と同様の構成要素等を表すものとする。
Further, as shown in FIG. 9, the refrigerant guide /
本例のように、カラー部312内に挿入された冷媒導排管502の一端が、カラー部312内のブレージング材Bによりろう付け接合されている場合には、冷媒導排管502と底板部31とのろう付け接合に別途ろう材を準備する必要がなくなる。また、冷媒導排管502と底板部31とのろう付け接合を、ヒートシンク部4のろう付け接合と同時に行うことができる。その結果、熱交換器102は、より生産性の高いものとなる。その他、参考例1と同様の作用効果を奏することができる。
When one end of the refrigerant guide /
(参考例2)
本例は、参考例1におけるベース部41と放熱フィン部42とを有するヒートシンク部4に替えて波形板43を用いた熱交換器103の例である。本例の熱交換器103は、図10に示すように、ヒートシンク部4として縦方向Xにおける断面が波形を呈する波形板43を用いている。波形板43は、アルミニウム合金よりなり、図10に示す波形の断面形状を維持しつつ縦方向Xに向けて延伸した形状を有している。そして、波形板43の一方の面430の頂点と天板部2とがブレージング材Bによりろう付け接合され、他方の面431の頂点と底板部31とがブレージング材Bによりろう付け接合されている。その他は、参考例1と同様である。なお、図10において用いた符号のうち、参考例1において用いた符号と同一のものについては、特に示さない限り参考例1と同様の構成要素等を表すものとする。
( Reference Example 2 )
This example is an example of the
本例においては、ヒートシンク部4として、断面が波形を呈する波形板43を採用し、波形板43の一方の面430の頂点と天板部2とがろう付け接合されている。上述のように、波形板43は、板厚を容易に薄くすることができるため、比較的少ない材料で冷媒液との接触面積を増大させることができる。その結果、熱交換器103を容易に軽量化できるとともに、その放熱性能をより向上させることができる。
In this example, a
また、本例においては、波形板43の他方の面431の頂点と底板部31とがろう付け接合されている。これにより、波形板43が天板部2及び底板部31に対してより強固に接合されるため、波形板43を変形しにくくすることができる。その他、参考例1と同様の作用効果を奏することができる。
Further, in this example, the apex of the
(参考例3)
本例は、参考例1におけるベース部41と放熱フィン部42とを有するヒートシンク部4に替えて押出多穴管44を用いた熱交換器104の例である。本例の押出多穴管44は、押出加工することにより形成されたアルミニウム合金押出材であり、図11に示すように、押出方向(縦方向X)における断面が長方形状を呈するとともに、その内部に複数の冷媒流通穴440を有している。そして、図11に示すように、押出多穴管44の高さ方向Zにおける両端面はそれぞれ天板部2または底板部31と当接しており、天板部2及び底板部31の双方とブレージング材Bによりろう付け接合されている。その他は、参考例1と同様である。なお、図11において用いた符号のうち、参考例1において用いた符号と同一のものについては、特に示さない限り参考例1と同様の構成要素等を表すものとする。
( Reference Example 3 )
This example is an example of a
本例においては、ヒートシンク部4として、押出加工により形成され内部に複数の冷媒流通穴440を有する押出多穴管44を採用し、押出多穴管44は天板部2及び底板部31の双方とブレージング材Bによりろう付け接合されている。上述のように、押出成形は生産性に優れた加工方法であるため、押出多穴管44は生産性に優れたものとなる。その結果、熱交換器104全体の生産性を容易に向上させることができる。さらに、押出多穴管44の長さを自由に選択できるため、熱交換器104は、冷却能力の変更等の設計変更が容易なものとなる。その他、参考例1と同様の作用効果を奏することができる。
In this example, as the
なお、実施例1及び参考例1〜3におけるブレージング材Bやブレージングシート7を用いたろう付け接合は、フラックスを用いて行ってもよく、フラックスを用いずに行ってもよい。フラックスを用いる場合には、アルミニウムのろう付け接合に用いる公知のフラックスを採用することができる。また、フラックスを用いない場合には、例えば真空雰囲気中でろう付けを行う真空ろう付け法を採用することができる。
In addition, brazing joining using the brazing material B and the
また、実施例1及び参考例1〜3には、心材AとしてJIS6063合金を用いた例を示したが、心材Aの材質はこれに限定されることはなく、例えばJIS3003合金等の耐食性の良好な材質を用いることも可能である。 Moreover, although Example 1 and Reference Examples 1-3 showed the example which used JIS6063 alloy as the core material A, the material of the core material A is not limited to this, For example, corrosion resistance, such as JIS3003 alloy, is favorable. It is also possible to use a simple material.
(参考例4)
本例は、参考例1における熱交換器1のろう付けを、フラックスを用いずに不活性ガス雰囲気下で行う例である。本例の熱交換器1は、天板部2及びハウジング部3の素材として、表1に示す種々の化学成分を有する2層もしくは3層に積層されたクラッド材Cを用いている。
( Reference Example 4 )
In this example, the
2層クラッド材としては、全体の厚さを1mmとし、心材Aの片面に10%(厚さ0.1mm)のクラッド率でブレージング材Bが積層されたものを用いた。また、3層クラッド材は、全体の厚さを1mmとし、心材Aの片面に中間材Iとブレージング材Bとがこの順序で積層されたものを用いた。このときの中間材Iのクラッド率は5%(厚さ0.05mm)とし、ブレージング材Bのクラッド率は10%(厚さ0.1mm)とした。これらのクラッド材は、熱間圧延、冷間圧延及び熱処理を適宜組み合わせることにより製造できる。 As the two-layer clad material, a material in which the overall thickness was 1 mm and the brazing material B was laminated on one side of the core material A with a clad rate of 10% (thickness 0.1 mm) was used. In addition, the three-layer clad material used was an overall thickness of 1 mm, and the intermediate material I and the brazing material B were laminated in this order on one side of the core material A. The clad rate of the intermediate material I at this time was 5% (thickness 0.05 mm), and the clad rate of the brazing material B was 10% (thickness 0.1 mm). These clad materials can be produced by appropriately combining hot rolling, cold rolling and heat treatment.
本例においては、表1に示す化学成分を有する心材A、ブレージング材B及び中間材Iを組み合わせることにより29種のクラッド材Cを作製し、各々のクラッド材Cを用いて表1に示す熱交換器1(試験体No.1〜No.29)を作製した。また、また、ブレージングシート7には、JIS6063合金よりなる板材の両面に、表1に示す試験体No.1において用いたブレージング材Bを積層したものを用いた。その他は参考例1と同様である。
In this example, 29 kinds of clad materials C are produced by combining the core material A, the brazing material B, and the intermediate material I having the chemical components shown in Table 1, and the heat shown in Table 1 using each clad material C. The exchanger 1 (test body No.1-No.29) was produced. In addition, the
本例におけるろう付け接合は、予熱室とろう付け室とを備えた二室型の窒素ガス炉を用いて以下の手順により行った。なお、予熱室及びろう付け室のそれぞれの内容積は0.4m3であった。 The brazing joining in this example was performed by the following procedure using a two-chamber type nitrogen gas furnace provided with a preheating chamber and a brazing chamber. The internal volume of each of the preheating chamber and the brazing chamber was 0.4 m 3 .
まず、熱交換器1を窒素ガス炉のろう付け室内に装入し、窒素ガス炉の各室に20m3/hの流量にて窒素ガスを送り込み、到達温度が595℃となるようにろう付け室内を昇温させた。このとき、ろう付け室内の温度が450℃から595℃に到達するまでの時間は約12分であった。
First, the
ろう付け室内の温度が595℃に到達した後、熱交換器1の温度が595℃に達した時点で加熱を終了し、熱交換器1を予熱室に移動させた。このとき、ろう付け室内の酸素濃度は7〜17ppmであった。次いで、予熱室にて熱交換器1を550℃まで冷却した後、窒素ガス炉から取り出して大気中で冷却した。
After the temperature in the brazing chamber reached 595 ° C., the heating was terminated when the temperature of the
上述のようにして作製した各々の熱交換器1(試験体No.1〜No.29)について、ろう付け接合部のフィレットを目視及び実体顕微鏡にて観察した。さらに、熱交換器1の略中央部を切断して縦方向Xに垂直な断面を露出させ、実体顕微鏡を用いて当該断面を観察した。
About each
フィレット及び断面を観察した結果を表1に示す。なお、表1における観察結果の欄に記載した記号は、以下の状態を示している。
A:ろう付け接合部の全長にわたって均一なフィレットを形成されている状態
B:ろう付け接合部の全長に渡って均一なフィレットを形成し、Aよりも形成されたフィレットが若干小さい状態
C:フィレットが形成されず、ろう付け接合がなされていない箇所がある状態
D:放熱フィン部の少なくとも一部に溶解した痕跡がある状態
E:心材Aもしくは中間材Iへのエロージョンが確認できる状態
F:クラッド材Cの圧延時に割れが発生し、製造できなかった状態
Table 1 shows the results of observation of the fillet and the cross section. In addition, the symbol described in the column of the observation result in Table 1 has shown the following states.
A: A state in which a uniform fillet is formed over the entire length of the brazed joint B: A state in which a uniform fillet is formed over the entire length of the brazed joint, and the formed fillet is slightly smaller than A. C: Fillet Is formed, and there is a place where brazing is not performed. D: A state where there is a trace of dissolution in at least a part of the radiating fin portion E: A state where erosion to the core material A or the intermediate material I can be confirmed F: Cladding A condition where cracks occurred during rolling of material C and could not be produced
表1より知られるように、試験体No.1〜No.21はいずれも、ろう付け接合部の全長にわたって均一なフィレットが形成され、健全なろう付け接合がなされていることが確認された。 As known from Table 1, the test specimen No. 1-No. In all cases, it was confirmed that a uniform fillet was formed over the entire length of the brazed joint, and a sound brazed joint was made.
試験体No.22は、ブレージング材BのSi含有量が少なすぎたため、フィレットが形成されていない部分があった。 Specimen No. No. 22 had a portion where no fillet was formed because the Si content of the brazing material B was too small.
試験体No.23は、ブレージング材BのSi含有量が多すぎたため、放熱フィン部に溶解した痕跡が見られた。 Specimen No. In No. 23, since the Si content of the brazing material B was too large, traces of dissolution in the radiating fin portion were observed.
試験体No.24及びNo.25は、ブレージング材BのLi含有量が上記特定の範囲外であったため、フィレットが形成されていない部分があった。 Specimen No. 24 and no. In No. 25, since the Li content of the brazing material B was outside the above specific range, there was a portion where no fillet was formed.
試験体No.26は、心材AのMg含有量が多すぎたため、心材Aがエロージョンを受けていることが確認された。 Specimen No. In No. 26, since the Mg content of the core material A was too large, it was confirmed that the core material A was subjected to erosion.
試験体No.27及びNo.29は、心材Aまたは中間材IのMn含有量が多すぎたため、クラッド材Cを圧延した際に割れが発生し、製造できなかった。 Specimen No. 27 and no. In No. 29, since the Mn content of the core material A or the intermediate material I was too large, cracks occurred when the clad material C was rolled, and could not be produced.
試験体No.28は、中間材IのMg含有量が多すぎたため、中間材Iがエロージョンを受けていることが確認された。 Specimen No. In No. 28, since the Mg content of the intermediate material I was too large, it was confirmed that the intermediate material I was subjected to erosion.
なお、実施例1及び参考例1〜4には中央壁部13により冷媒流路12を2つの流路領域120に区画した例を示したが、発熱体搭載面21に複数列の発熱体を搭載する必要がない場合には、中央壁部13を用いず、冷媒流路12を複数の流路領域120に分割しない構成をとることも可能である。
In Example 1 and Reference Examples 1 to 4 , an example in which the
また、実施例1及び参考例1〜4においては、ヒートシンク部5の材質にJIS6063合金を用いた例を示したが、その他の合金を用いることも可能であり、例えばJIS1050合金を用いることもできる。
Moreover, in Example 1 and Reference Examples 1-4 , although the example which used JIS6063 alloy for the material of the
1、102、103、104 熱交換器
12 冷媒流路
2 天板部
21 発熱体搭載面
3 ハウジング部
31 底板部
311 冷媒導排口
32 側壁部
4 ヒートシンク部
5、502 冷媒導排管
A 心材
B ブレージング材
C クラッド材
DESCRIPTION OF
Claims (16)
底板部と、該底板部の外周縁部から立設された側壁部と、上記底板部から外方に向けて立設された筒状のカラー部とを有するハウジング部と、
上記天板部と、上記ハウジング部とに囲まれた冷媒流路内に配されるヒートシンク部と、
上記カラー部内に配置され、上記冷媒流路に連通する一対の冷媒導排口と、
上記カラー部内に挿入され、上記一対の冷媒導排口に接続される一対の冷媒導排管とを有し、
上記天板部及び上記ハウジング部は、アルミニウム板をプレス加工して形成されており、
該アルミニウム板は、心材と該心材の少なくとも内面側に積層されたブレージング材とからなるクラッド材よりなり、上記ブレージング材は、上記心材よりも融点が低く、かつ、上記ヒートシンク部を構成する材料よりも融点が低く、
上記ブレージング材により、上記天板部と上記ハウジング部とがろう付け接合され、かつ、上記ヒートシンク部が少なくとも上記天板部とろう付け接合されており、
上記ハウジング部における上記カラー部の内周面に設けられた上記ブレージング材により、上記カラー部と上記カラー部内に挿入された上記冷媒導排管の一端とがろう付け接合されていることを特徴とする熱交換器。 A top plate having a heating element mounting surface on the outer surface for mounting the heating element;
A housing portion having a bottom plate portion, a side wall portion erected from an outer peripheral edge portion of the bottom plate portion, and a cylindrical collar portion erected outward from the bottom plate portion ;
A heat sink portion disposed in a refrigerant flow path surrounded by the top plate portion and the housing portion;
A pair of refrigerant inlets and outlets disposed in the collar portion and communicating with the refrigerant flow path;
A pair of refrigerant conduits inserted into the collar portion and connected to the pair of refrigerant conduits ;
Upper Kitenban portion and the housing portion is formed an aluminum plate by pressing,
The aluminum plate is made of a clad material composed of a core material and a brazing material laminated on at least the inner surface side of the core material, and the brazing material has a lower melting point than the core material and is made of a material constituting the heat sink part. Has a low melting point,
By the brazing material, the top plate portion and the housing portion are brazed and joined, and the heat sink portion is brazed and joined to at least the top plate portion ,
The brazing material provided on the inner peripheral surface of the collar part in the housing part is characterized in that the collar part and one end of the refrigerant guide / exhaust pipe inserted into the collar part are brazed and joined. Heat exchanger.
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