JP6191540B2 - 積層型熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、複数積層された扁平形状の熱交換チューブ部において熱交換を行う積層型熱交換器に関するものである。

複数積層された扁平形状の熱交換チューブ部において熱交換を行う積層型熱交換器が、従来から知られている。例えば、特許文献１に記載された積層型熱交換器がそれである。その積層型熱交換器は、冷媒が流れる扁平形状の複数の熱交換チューブ部と、その熱交換チューブ部の一端が接続され、熱交換チューブ部へ冷媒を供給する供給ヘッダ部と、その熱交換チューブ部の他端が接続され、熱交換チューブ部から冷媒を排出する排出ヘッダ部とを備えている。そして、複数の熱交換チューブ部は電子部品をその両面から挟持しており、その電子部品は、熱交換チューブ部内を流れる冷媒と熱交換することにより冷却される。

また、供給ヘッダ部、排出ヘッダ部、および複数の熱交換チューブ部は、冷却管が複数積層されることにより構成され、その冷却管は、一対の外殻プレートとその外殻プレートの間に配置された中間プレートとから構成されている。すなわち、複数の冷却管の一端部分が積層され互いに連結されることにより供給ヘッダ部が構成され、複数の冷却管の他端部分が積層され互いに連結されることにより排出ヘッダ部が構成されている。また、供給ヘッダ部および排出ヘッダ部の何れにおいても、冷媒を冷却管の積層方向へ流すため、中間プレートに貫通孔である冷媒流通孔が形成されている。

また、それぞれのヘッダ部は、積層された冷却管同士をそれぞれのヘッダ部において連通させるため、外殻プレートから突き出た突出管部が互いに接合されることにより構成された管路形成部を有している。

特開２００６−５０１４号公報

ところで、積層型熱交換器の熱交換性能を高めつつ積層型熱交換器の大型化を抑えるため、例えば特許文献１の積層型熱交換器において、熱交換チューブ部が出来るだけ幅広の扁平形状を成すようにしつつ、供給ヘッダ部および排出ヘッダ部の一方または両方を、その内部空間が熱交換チューブ部に近いほどチューブ積層方向と直交する熱交換チューブ部の幅方向すなわちチューブ幅方向へ拡幅するように形成することが考えられる。

ここで、各ヘッダ部において熱交換チューブ部の積層方向への冷媒流れは中間プレートの冷媒流通孔を通るので、その冷媒流れは冷媒流通孔によって絞られる。従って、中間プレートの冷媒流通孔が、供給ヘッダ部または排出ヘッダ部の内部空間の形状とは無関係に例えば円孔等で形成されていたとすれば、その冷媒流通孔は不必要に小さく形成されることになる。そうなれば、その冷媒流通孔を通り抜ける冷媒の流通抵抗が過剰に大きくなることが想定される。

本発明は上記点に鑑みて、中間プレートの冷媒流通孔を通り抜ける冷媒の流通抵抗を低減することが可能な積層型熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の積層型熱交換器の発明では、冷媒が流れるチューブ冷媒流路（２ｄ）を形成し、チューブ積層方向（ＤＲｓｔ）に積層配置され、チューブ冷媒流路を流れる冷媒に吸熱または放熱させる扁平形状の複数の熱交換チューブ部（２ｃ）と、
熱交換チューブ部の一端が接続され、チューブ冷媒流路へ冷媒を供給する供給ヘッダ部（１１）と、
熱交換チューブ部の他端が接続され、チューブ冷媒流路から排出された冷媒が流入する排出ヘッダ部（１２）とを備え、
熱交換チューブ部は、その熱交換チューブ部の外殻を成しチューブ積層方向に並んで配置された一対の外殻プレート（２７）と、その一対の外殻プレートの間に配置された中間プレート（２８）とから構成され、
供給ヘッダ部と排出ヘッダ部とのうちの少なくとも一方のヘッダ部である対象ヘッダ部は、その対象ヘッダ部の内部空間（２７６）が熱交換チューブ部に近いほどチューブ積層方向と直交する方向（ＤＲｗ）へ拡幅するように形成され、
中間プレートは、熱交換チューブ部内から対象ヘッダ部内へ延設され、冷媒が対象ヘッダ部内においてチューブ積層方向へ流れるように貫通した冷媒流通孔（２８１ａ、２８２ａ）を形成している開口部（２８１、２８２）を有し、
外殻プレートは対象ヘッダ部にまで延設され、その対象ヘッダ部においてチューブ積層方向へ突き出るように設けられた突出管部（２２）を有し、
突出管部は、対象ヘッダ部内の冷媒をチューブ積層方向へ流すヘッダ管路（２２４ａ）を形成し、
チューブ積層方向から見たときに、冷媒流通孔は、少なくともヘッダ管路の中心よりも熱交換チューブ部側において熱交換チューブ部の長手方向（ＤＲｔｂ）の中央に近いほど冷媒流通孔の孔幅（ＷＤｈ）が拡がるように形成されていることを特徴とする。

上述の発明によれば、上記対象ヘッダ部は、その対象ヘッダ部の内部空間が熱交換チューブ部に近いほどチューブ積層方向と直交する方向へ拡幅するように形成され、中間プレートの冷媒流通孔は、熱交換チューブ部の長手方向における中央に近いほど孔幅が拡がるように形成されているので、その冷媒流通孔を対象ヘッダ部の内部空間形状に合った孔形状とすることができる。そのため、冷媒流通孔が対象ヘッダ部の内部空間形状とは無関係に例えば円孔等で形成されている構成と比較して、対象ヘッダ部の内部空間形状に合わせて冷媒流通孔を大きく形成することができ、その結果として、冷媒流通孔を通り抜ける冷媒の流通抵抗を低減することが可能である。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載の具体的内容との対応関係を示す一例である。

本発明の実施形態における積層型冷却器１の全体構成を示した図である。 上記実施形態の積層型冷却器１の供給ヘッダ部１１付近を示す断面図である。 上記実施形態の積層型冷却器１が有する熱交換チューブ部２ｃの斜視図である。 上記実施形態の積層型冷却器１において、中間プレート２８とそれに取り付けられるインナーフィン２９とを表した図である。 上記実施形態の積層型冷却器１において、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａにてヘッダ管路２２４ａを重ねて表示した図であって、（ａ）には上記実施形態を示し、（ｂ）にはその実施形態と対比される比較例を示した図である。 図４において中間プレート２８の供給ヘッダ側部位２８ａおよびその近傍を抜粋した図である。 上記実施形態の積層型冷却器１の供給ヘッダ部１１の構造を示す図であって、図２のVII−VII断面図である。 上記実施形態に対する比較例において、中間プレート２８の供給ヘッダ部１１側を抜粋してチューブ積層方向ＤＲｓｔから見た図であって、冷媒流通孔２８１ａの面積Ｓｘが上記実施形態よりも小さいＳ１である場合を想定した図である。 上記実施形態および図８の比較例において、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａを示す図であって、（ａ）は図８の面積Ｓ１を示した図であり、（ｂ）は上記実施形態の冷媒流通孔２８１ａの面積Ｓｘを面積Ｓ２として示した図である。 上記実施形態の積層型冷却器１において、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａをチューブ積層方向ＤＲｓｔから見た図であって、上記実施形態の作用効果を説明するための図である。 図２と同様の供給ヘッダ部１１の断面図であって、上記実施形態の作用効果を説明するための図である。 上記実施形態の第１の変形例を示した図であって、図４に相当する図である。 上記実施形態の第２の変形例において、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａにてヘッダ管路２２４ａを重ねて表示した図であって、（ａ）には上記第２の変形例を示し、（ｂ）にはその第２の変形例と対比される比較例を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、後述の他の実施形態を含む以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

図１は、本発明の実施形態における積層型冷却器１の全体構成を示した図である。この積層型冷却器１は、その内部を循環する冷媒と熱交換対象とを熱交換させることによりその熱交換対象を冷却する積層型熱交換器である。具体的には、その熱交換対象すなわち冷却対象は、板状に形成された複数の電子部品４であり、積層型冷却器１は、その電子部品４をその両面から冷却する。積層型冷却器１の冷媒としては、例えばエチレングリコール系の不凍液が混入した水すなわち冷却水が用いられる。なお、図１のチューブ積層方向ＤＲｓｔ、チューブ長手方向ＤＲｔｂ、および後述の図３のチューブ幅方向ＤＲｗは何れも互いに直交する方向である。

上記冷却対象としての電子部品４は、具体的には、大電力を制御するパワー素子などを収容しており、扁平な直方体形状に形成されている。そして、電子部品４は、その一方の長辺側外周面から電力用電極が延び出し、その他方の長辺側外周面から制御用電極が延びだしている。詳細には、電子部品４は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子とダイオードとを内蔵した半導体モジュールである。そして、その半導体モジュールは、自動車用インバータの一部を構成している。

図１に示すように、積層型冷却器１は、複数の冷却管２がチューブ積層方向ＤＲｓｔへ積層されることによって構成されている。そして、個々の冷却管２は、その一端部分に供給ヘッダ構成部２ａを有すると共に、他端部分に排出ヘッダ構成部２ｂを有している。そして、供給ヘッダ構成部２ａと排出ヘッダ構成部２ｂとの間に、それらをつなぐと共に、冷媒が流れるチューブ冷媒流路２ｄ（図２参照）を形成している扁平形状の熱交換チューブ部２ｃを有している。

その供給ヘッダ構成部２ａは、チューブ積層方向ＤＲｓｔへ積層され、それにより、チューブ冷媒流路２ｄへ冷媒を供給する供給ヘッダ部１１を構成している。すなわち、その供給ヘッダ部１１は、複数の供給ヘッダ構成部２ａから構成され、複数の熱交換チューブ部２ｃの一端がそれぞれ接続されている。

排出ヘッダ構成部２ｂは、チューブ積層方向ＤＲｓｔへ積層され、それにより、チューブ冷媒流路２ｄから排出された冷媒が流入する排出ヘッダ部１２を構成している。すなわち、その排出ヘッダ部１２は、複数の排出ヘッダ構成部２ｂから構成され、複数の熱交換チューブ部２ｃの他端がそれぞれ接続されている。なお、本実施形態では、供給ヘッダ部１１と排出ヘッダ部１２とのそれぞれが本発明の対象ヘッダ部に該当するが、供給ヘッダ部１１と排出ヘッダ部１２との一方だけがその対象ヘッダ部に該当し、他方はその対象ヘッダ部に該当しなくても差し支えない。

熱交換チューブ部２ｃは、その一方の扁平面において電子部品４の一方の主平面に接し、他方の扁平面において別の電子部品４の他の主平面にも接するように配置されている。すなわち、チューブ積層方向ＤＲｓｔにおいて、複数の電子部品４と複数の熱交換チューブ部２ｃとが交互に積層配置されている。そして、その複数の電子部品４と複数の熱交換チューブ部２ｃとを積層配置した組み立て体におけるチューブ積層方向ＤＲｓｔの両端には更に熱交換チューブ部２ｃが配置されている。このような積層配置により、熱交換チューブ部２ｃは、チューブ冷媒流路２ｄを流れる冷媒に電子部品４へ放熱させ、複数の電子部品４を両面から冷却する。

図２は、積層型冷却器１の供給ヘッダ部１１付近を示す断面図である。冷却管２は、例えばアルミニウム合金などの高い熱伝導性をもつ金属板製のプレートを積層し、これらプレートをろう付けなどの接合技術により接合して構成されている。具体的には、図１及び図２に示すように、冷却管２は、一対の外殻プレート２７と中間プレート２８とから構成されている。その一対の外殻プレート２７は、冷却管２の外殻を成しチューブ積層方向ＤＲｓｔに並んで配置されている。また、中間プレート２８は、その一対の外殻プレート２７の間に配置されている。

言い換えれば、熱交換チューブ部２ｃは一対の外殻プレート２７と中間プレート２８とから構成され、一対の外殻プレート２７は供給ヘッダ構成部２ａと排出ヘッダ構成部２ｂとにまでそれぞれ延設されている。そして、中間プレート２８は、熱交換チューブ部２ｃ内から供給ヘッダ構成部２ａ内および排出ヘッダ構成部２ｂ内へそれぞれ延設されている。

外殻プレート２７は、チューブ積層方向ＤＲｓｔへ突き出るように設けられた突出管部２２を、供給ヘッダ構成部２ａおよび排出ヘッダ構成部２ｂを構成する部位に有している。その突出管部２２は、チューブ積層方向ＤＲｓｔへ開口している。そして、複数の冷却管２の突出管部２２が互いに接合されることにより、複数の冷却管２がチューブ積層方向ＤＲｓｔへ連結され、供給ヘッダ部１１及び排出ヘッダ部１２がそれぞれ構成される。

また、外殻プレート２７は、突出管部２２の付け根部周辺すなわち突出管部２２の基部周辺に、所定の径方向幅をもって環状に形成されたダイヤフラム部２３を有している。そのダイヤフラム部２３は、供給ヘッダ構成部２ａおよび排出ヘッダ構成部２ｂにおいて、そのヘッダ構成部２ａ、２ｂの内部へ向けてチューブ積層方向ＤＲｓｔに窪んでいる。

また、外殻プレート２７の突出管部２２は、インロー接続される。すなわち、チューブ積層方向ＤＲｓｔに接続されている２つの突出管部２２のうち、一方の突出管部２２は、インロー接続において外側に配置される段付き大径突出管部２２３となっており、他方の突出管部２２は、その大径突出管部２２３の内側に挿入配置される小径突出管部２２２となっている。従って、冷却管２を構成する一対の外殻プレート２７の一方は、突出管部２２としての大径突出管部２２３を有し、一対の外殻プレート２７の他方は、突出管部２２としての小径突出管部２２２を有している。

そして、供給ヘッダ部１１および排出ヘッダ部１２の各々において小径突出管部２２２が大径突出管部２２３へ嵌合されることにより、その小径突出管部２２２および大径突出管部２２３は、１つの管路形成部２２４を構成している。その管路形成部２２４は、各ヘッダ部１１、１２において冷媒をチューブ積層方向ＤＲｓｔへ流す円管状のヘッダ管路２２４ａを形成している。

但し、図１に示すように、チューブ積層方向ＤＲｓｔにおける積層型冷却器１の両端に設けられた端部用の外殻プレート２７（図２参照）はそれぞれ、突出管部２２を有していない。すなわち、図１の下方である一方の端部用の外殻プレート２７は、突出管部２２を有さず開口していない。図１の上方である他方の端部用の外殻プレート２７は、後述の冷媒導入パイプ３１及び冷媒排出パイプ３２が接続される突出開口部２４ａ、２４ｂを有している。

図２に示すように、大径突出管部２２３は、その内部に小径突出管部２２２を受け容れる。大径突出管部２２３内に形成された段部は、小径突出管部２２２の挿入長さを規制するための規制部分として機能する。小径突出管部２２２の先端は段部に当接して、軸方向すなわちチューブ積層方向ＤＲｓｔへの小径突出管部２２２の挿入長さが規制される。大径突出管部２２３の内面と、小径突出管部２２２の外面との間には、その組み付け過程では挿入可能な程度の隙間があるが、両者はろう付けにより接合され、隙間は閉じられ、密封される。

接合後の突出管部２２は、それらの軸方向すなわちチューブ積層方向ＤＲｓｔにおいて、ダイヤフラム部２３が塑性変形する程度の加圧力を受けても坐屈しない程度の剛性を提供する。

外殻プレート２７の外側縁部には、図２に示すように、チューブ積層方向ＤＲｓｔに立ち上がる外周壁面２７４と、その外周壁面２７４から外側へ広がる細い幅のフランジ部２７５とが形成されている。フランジ部２７５は、積層方向と垂直な方向に広がる平面を提供している。

一対の外殻プレート２７は、それぞれのフランジ部２７５を相対向させ、そのフランジ部２７５で中間プレート２８の縁部を挟むようにして配置されている。そして、その一対の外殻プレート２７および中間プレート２８は、ろう付けにより接合されている。

上述のごとく、隣合う冷却管２の突出管部２２同士が嵌合されその突出管部２２の側壁同士が接合されることにより、互いの供給ヘッダ構成部２ａ同士が連通し、互いの排出ヘッダ構成部２ｂ同士が連通する。これにより、供給ヘッダ部１１及び排出ヘッダ部１２が形成されている。

また、図２に示すように、冷却管２では、チューブ積層方向ＤＲｓｔに変形するダイヤフラム部２３が、突出管部２２の周囲に形成されている。そのダイヤフラム部２３は、積層型冷却器１に電子部品４を配設するに当たって、隣合う冷却管２の間の間隔を狭める際に、チューブ積層方向ＤＲｓｔにおける冷却管２の内側に向かって変形する。

この隣合う冷却管２の間の間隔を電子部品４の配設の際に狭めることに関しては、前述の特許文献１に記載された積層型冷却器と同様である。すなわち、熱交換チューブ部２ｃの間に電子部品４を挟持させる前においては、複数の冷却管２は電子部品４の厚みよりも若干広い間隔をもって積層されており、冷却管２の突出管部２２において互いに接続されている。この状態にある積層型冷却器１の冷却管２の間に、複数の電子部品４を配置し、その配置後、積層型冷却器１をチューブ積層方向ＤＲｓｔへ挟圧する。

これにより、突出管部２２を通じてダイヤフラム部２３に押圧力が加えられ、図２に示すごとく、ダイヤフラム部２３が冷却管２の内側に向かって変形する。その結果、隣合う冷却管２の間の間隔が狭められ、冷却管２の熱交換チューブ部２ｃと電子部品４とが密着して、積層型冷却器１は、電子部品４が冷却管２によって挟持されている状態となる。

また、熱交換チューブ部２ｃの斜視図である図３に示すように、冷却管２は、熱交換チューブ部２ｃを構成する部位に、中間プレート２８を挟んでチューブ積層方向ＤＲｓｔに積層されて一対を成すインナーフィン２９を有している。そのインナーフィン２９は、中間プレート２８と外殻プレート２７との間に配置されており、波形状に成形され冷媒の熱交換を促進する。言い換えれば、熱交換チューブ部２ｃにおいて中間プレート２８と外殻プレート２７との間にはチューブ冷媒流路２ｄが形成されており、インナーフィン２９はそのチューブ冷媒流路２ｄ内に配設されている。そして、外殻プレート２７、中間プレート２８、及びインナーフィン２９は、互いにろう付け接合されることにより、冷却管２を構成している。

図４は、中間プレート２８とそれに取り付けられるインナーフィン２９とを表した図である。その図４は、中間プレート２８およびインナーフィン２９をチューブ積層方向ＤＲｓｔから見た図である。図４に示すように、中間プレート２８は、供給ヘッダ部１１に属する供給ヘッダ側部位２８ａと、排出ヘッダ部１２に属する排出ヘッダ側部位２８ｂと、熱交換チューブ部２ｃに属するチューブ構成部位２８ｃとを有している。そのチューブ構成部位２８ｃの両面にはインナーフィン２９が設けられている。

中間プレート２８は、供給ヘッダ部１１および排出ヘッダ部１２において外殻プレート２７の外形からはみ出ないように形成されている。詳細には、チューブ積層方向ＤＲｓｔから見た中間プレート２８の外形は、供給ヘッダ構成部２ａ、排出ヘッダ構成部２ｂ、および熱交換チューブ部２ｃの何れにおいても、冷却管２の外形と一致するように成形されている。これらのこと及び図４の中間プレート２８の外形から判るように、供給ヘッダ部１１および排出ヘッダ部１２は何れも、その内部空間２７６（図２参照）が熱交換チューブ部２ｃ（図２参照）に近いほどチューブ幅方向ＤＲｗへ拡幅するように形成されている。冷却管２がこのような形状を有するのは、積層型冷却器１の大型化を抑えつつ、熱交換性能を高めるためである。

また、中間プレート２８は、冷媒が供給ヘッダ部１１内においてチューブ積層方向ＤＲｓｔへ流れるように貫通した冷媒流通孔２８１ａを形成している第１開口部２８１を有している。また、排出ヘッダ部１２でも同様に、中間プレート２８は、冷媒が排出ヘッダ部１２内においてチューブ積層方向ＤＲｓｔへ流れるように貫通した冷媒流通孔２８２ａを形成している第２開口部２８２を有している。

これらの冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａは、冷却管２の強度が不十分とならない範囲内で出来るだけ大きく形成されている。具体的に、冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａは、インナーフィン２９を挟んで対称形状を成している。そして、冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａはそれぞれ、熱交換チューブ部２ｃ（図１参照）の長手方向ＤＲｔｂであるチューブ長手方向ＤＲｔｂにおける中央に近いほど孔幅ＷＤｈが拡がるように形成されている。言い換えれば、冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａはそれぞれ、インナーフィン２９に近いほど孔幅ＷＤｈが拡がるように形成されている。

なお、図４では、ヘッダ管路２２４ａと冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａの形状を対比させるため、一方の冷媒流通孔２８１ａに対してヘッダ管路２２４ａを二点鎖線で重ねて表示すると共に、その冷媒流通孔２８１ａのうちヘッダ管路２２４ａの断面形状に対して拡大されている部分は、点ハッチングで示されている。

また、冷却管２の強度確保のため、図４に示すように、第１開口部２８１の冷媒流通孔２８１ａは、その冷媒流通孔２８１ａの縁部のうちインナーフィン２９に最も近い最近接縁部２８１ｂとインナーフィン２９との間にチューブ長手方向ＤＲｔｂの間隔ＤＳ１が空くように形成されている。排出ヘッダ部１２でも同様であり、第２開口部２８２の冷媒流通孔２８２ａは、その冷媒流通孔２８２ａの縁部のうちインナーフィン２９に最も近い最近接縁部２８２ｂとインナーフィン２９との間にチューブ長手方向ＤＲｔｂの間隔ＤＳ２が空くように形成されている。また、それぞれの冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａは、中間プレート２８のうち外殻プレート２７のフランジ部２７５に当接しろう付けで接合される接合部位に対しても、或る程度の間隔が空くように形成されている。

また、図５（ａ）に示すように、チューブ積層方向ＤＲｓｔから見たときに、第１開口部２８１の冷媒流通孔２８１ａは、図５（ａ）の一対を成す仮想接線ＬＮｔｇに対し、熱交換チューブ部２ｃの幅方向すなわちチューブ幅方向ＤＲｗにおいて外側へはみ出している。その一対の仮想接線ＬＮｔｇは、チューブ長手方向ＤＲｔｂに対して平行に引かれチューブ幅方向ＤＲｗに並んで設けられた直線である。そして、一対の仮想接線ＬＮｔｇはそれぞれ、冷媒流通孔２８１ａを通る冷媒流れ（図２の矢印ＦＷｒｆ）での冷媒流通孔２８１ａに対する上流側で且つ突出管部２２の基部２２ａ（図２参照）において、ヘッダ管路２２４ａに接する。

なお、図５（ｂ）には、冷媒流通孔２８１ａが一対の仮想接線ＬＮｔｇに対してチューブ幅方向ＤＲｗの外側へはみ出していない比較例を示している。また、図５（ａ）では、冷媒流通孔２８１ａのうちヘッダ管路２２４ａの断面形状に対して拡大されている部分が、上述の図４と同様に点ハッチングで示されている。

上記の図５を用いた説明は供給ヘッダ部１１のものであるが排出ヘッダ部１２でも同様である。すなわち、チューブ積層方向ＤＲｓｔから見たときに、第２開口部２８２の冷媒流通孔２８２ａは、ヘッダ管路２２４ａに接する一対の仮想接線ＬＮｔｇに対してチューブ幅方向ＤＲｗの外側へはみ出している。

図１に戻り、供給ヘッダ部１１は、外殻プレート２７に設けられた２つの突出開口部２４ａ、２４ｂのうちの一方である第１突出開口部２４ａを有している。また、排出ヘッダ部１２は、上記２つの突出開口部２４ａ、２４ｂのうちの他方である第２突出開口部２４ｂを有している。

第１突出開口部２４ａは、冷媒を供給ヘッダ部１１へ導入するための冷媒導入口を形成しており、第１突出開口部２４ａには、冷媒導入パイプ３１が嵌合され接続されている。その一方で、第２突出開口部２４ｂは、冷媒を排出ヘッダ部１２から排出するための冷媒排出口を形成しており、第２突出開口部２４ｂには、冷媒排出パイプ３２が嵌合され接続されている。

このような配管構成のため、冷媒は、図１の矢印ＦＷｉｎのように、冷媒導入パイプ３１から第１突出開口部２４ａを経て供給ヘッダ部１１内へ流入する。供給ヘッダ部１１では、第１突出開口部２４ａから流入した冷媒がヘッダ管路２２４ａをチューブ積層方向ＤＲｓｔに流れると共に、複数の熱交換チューブ部２ｃのチューブ冷媒流路２ｄの各々に分配される。各々のチューブ冷媒流路２ｄを流れる冷媒はチューブ冷媒流路２ｄから排出ヘッダ部１２内へ流入し、それと共に、排出ヘッダ部１２内では冷媒は第２突出開口部２４ｂへ向けてヘッダ管路２２４ａをチューブ積層方向ＤＲｓｔに流れる。そして、排出ヘッダ部１２内の冷媒は、図１の矢印ＦＷｏｕｔのように、第２突出開口部２４ｂから冷媒排出パイプ３２へ排出される。

上述したように、本実施形態によれば、供給ヘッダ部１１は、その供給ヘッダ部１１の内部空間２７６が熱交換チューブ部２ｃに近いほどチューブ幅方向ＤＲｗへ拡幅するように形成されている。そして、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａは、チューブ長手方向ＤＲｔｂにおける熱交換チューブ部２ｃの中央に近いほど孔幅ＷＤｈが拡がるように形成されている。従って、その冷媒流通孔２８１ａを供給ヘッダ部１１の内部空間２７６形状に合った孔形状とすることができる。そのため、冷媒流通孔２８１ａが上記内部空間２７６形状とは無関係に例えば円孔等で形成されている構成と比較して、供給ヘッダ部１１の内部空間２７６形状に合わせて冷媒流通孔２８１ａを大きく形成することができ、その結果として、冷媒流通孔２８１ａを通り抜ける冷媒の流通抵抗を低減することが可能である。このことは、排出ヘッダ部１２側の冷媒流通孔２８２ａについても同様である。

また、本実施形態によれば、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａは、チューブ長手方向ＤＲｔｂにおける熱交換チューブ部２ｃの中央に近いほど孔幅ＷＤｈが拡がるように形成されている。従って、各ヘッダ部１１、１２において冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａを通過する冷媒を、各ヘッダ部１１、１２の内部空間２７６の拡幅に合わせて、図６で冷媒流れ（冷却水流れ）を示す矢印のように熱交換チューブ部２ｃに満遍なく流すことができる。そのため、熱交換チューブ部２ｃ内を流れる冷媒の流量がチューブ幅方向ＤＲｗにおいて偏ることを抑制することができ、インナーフィン２９に対し冷媒としての冷却水を均等に流すことができる。例えば、熱交換チューブ部２ｃ内でチューブ幅方向ＤＲｗにおける中央部分の冷媒流量が側方部分に比して多くなることを抑制することができる。その結果として、積層型冷却器１の熱交換性能の向上を図ることができる。すなわち、電子部品４を冷却する冷却効率向上につながる。

なお、図６は、図４の供給ヘッダ側部位２８ａおよびその近傍を抜粋した図である。また、図６では、冷媒流通孔２８１ａのうち孔幅ＷＤｈが拡がったことにより形成された拡張孔部は点ハッチングで示されている。すなわち、冷媒流通孔２８１ａはこの拡張孔部を有していないとすれば、チューブ長手方向ＤＲｔｂにおける熱交換チューブ部２ｃの中央に近いほど孔幅ＷＤｈが拡がるように形成されているとは言えない。従って、上記の冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａの孔幅ＷＤｈが熱交換チューブ部２ｃの中央に近いほど拡がっている孔形状とは、厳密に言えば、少なくともヘッダ管路２２４ａ（図４参照）の中心よりも熱交換チューブ部２ｃ側において上記孔幅ＷＤｈが熱交換チューブ部２ｃの中央に近いほど拡がっている孔形状である。

また、本実施形態によれば、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａは、その冷媒流通孔２８１ａの縁部のうちインナーフィン２９に最も近い最近接縁部２８１ｂとインナーフィン２９との間に間隔ＤＳ１が空くように形成されている。従って、中間プレート２８の中でインナーフィン２９が接合されている部位にまで冷媒流通孔２８１ａが及んでいる構成と比較して、冷却管２の曲げ強度を高くすることが可能である。すなわち、上記間隔ＤＳ１を空けることは、冷却管２の耐圧・耐座屈強度の低下防止およびチューブ積層方向ＤＲｓｔの曲げに対する強度確保につながる。このことは、排出ヘッダ部１２側の冷媒流通孔２８２ａについても同様である。

また、本実施形態によれば、図５（ａ）に示すように、チューブ積層方向ＤＲｓｔから見たときに、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａは、供給ヘッダ部１１のヘッダ管路２２４ａに接する一対の仮想接線ＬＮｔｇに対し、チューブ幅方向ＤＲｗにおいて外側へはみ出している。従って、図５（ｂ）に示す比較例と比較して、冷媒流通孔２８１ａの流路面積が拡大されているので、冷媒流通孔２８１ａを通る冷媒の流通抵抗を低減することができ、延いては、積層型冷却器１における冷媒の流通抵抗を低減することができる。このことは、排出ヘッダ部１２側の冷媒流通孔２８２ａについても同様である。また、冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａの拡大により冷媒の流通抵抗を低減することができるので、その流通抵抗の低減のために新たな部品を必要としない。例えばコストアップにつながりにくい。

このことを、図７〜図９を用いて更に説明する。図７は、供給ヘッダ部１１の構造を示す図であって、図２のVII−VII断面図である。図７に示す矢印ＡＲ０１はヘッダ管路２２４ａを流れる冷媒流れを示している。その矢印ＡＲ０１のように流れる冷媒は、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａを通り抜ける際、その冷媒流れが矢印ＡＲ０２のように絞られるので、縮流に起因した流通抵抗が冷媒流れに発生する。

そして、矢印ＡＲ０１で示す冷媒流れ方向において冷媒流通孔２８１ａの上流側の外殻プレート２７によって形成された流路断面積を流路断面積Ｓ０とすれば、冷媒流通孔２８１ａの流通抵抗は、その流路断面積Ｓ０に対する冷媒流通孔２８１ａの面積Ｓｘの比率（＝Ｓｘ／Ｓ０）が小さいほど大きくなる。

下記式〔１〕を用いて説明すれば、上記比率（＝Ｓｘ／Ｓ０）が大きいほど下記式〔１〕の係数ζが小さくなり、そのため、下記式〔１〕から算出される冷媒流通孔２８１ａでの圧力損失ΔＰｗが低下し流通抵抗も小さくなる。なお、下記式〔１〕においてρは冷媒の密度であり、Ｖは冷媒の流速である。
ΔＰｗ＝（ζ×ρ×Ｖ^２）／２ …〔１〕
ここで、仮に冷媒流通孔２８１ａの面積Ｓｘすなわち中間プレート２８の流路断面積Ｓｘが、図８に示すＳ１程度であったとすれば、外殻プレート２７の流路断面積Ｓ０に対して冷媒流通孔２８１ａの面積Ｓｘ（＝Ｓ１）が格段に小さいため、矢印ＡＲ０２（図７参照）に示す冷媒の縮流に起因して流通抵抗が大きくなる。

なお、図８は、中間プレート２８の供給ヘッダ部１１側を抜粋してチューブ積層方向ＤＲｓｔから見た図であって、冷媒流通孔２８１ａの面積Ｓｘが本実施形態よりも小さいＳ１である場合を想定した図である。図８では、上流側の外殻プレート２７によって形成された流路断面積Ｓ０が二点鎖線で重ねて図示されている。図８の面積Ｓ１は、図５（ｂ）の比較例における冷媒流通孔２８１ａの面積Ｓｘを示している。

本実施形態では、冷媒流通孔２８１ａの面積Ｓｘが、図９に示すように、Ｓ１からＳ２にまで拡大されているので、その分、上記式〔１〕の係数ζが小さくなり、冷媒流通孔２８１ａの圧力損失ΔＰｗすなわち縮流による流通抵抗が小さくなっている。以上のようにして、積層型冷却器１内を流れる冷媒の流通抵抗が小さくなれば、例えば積層型冷却器１へ冷媒を供給するためのポンプの負荷を低減することが可能である。なお、図９は、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａを示す図であって、（ａ）は図８の面積Ｓ１を示した図であり、（ｂ）は本実施形態の冷媒流通孔２８１ａの面積Ｓｘを面積Ｓ２として示した図である。

また、本実施形態によれば、中間プレート２８は、供給ヘッダ部１１および排出ヘッダ部１２において外殻プレート２７の外形からはみ出ないように形成されているので、はみ出している場合と比較して、積層型冷却器１の省スペース化を図ることが可能である。

また、本実施形態によれば、後述の図１０に示すように、供給ヘッダ部１１および排出ヘッダ部１２のそれぞれでは、チューブ積層方向ＤＲｓｔから見たときに、チューブ長手方向ＤＲｔｂでヘッダ管路２２４ａの中心よりも熱交換チューブ部２ｃの中央側において、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａは、ダイヤフラム部２３が占める範囲ＡＲＡｄよりも外側へはみ出すように形成されている。

従って、供給ヘッダ部１１の内部空間２７６（図２参照）と熱交換チューブ部２ｃとの間で流れる冷媒の流通抵抗が、内部空間２７６側へのダイヤフラム部２３の窪み変形に起因して増大することを抑えることが可能である。このことは、排出ヘッダ部１２側の冷媒流通孔２８２ａについても同様である。

このことを、図１０および図１１を用いて詳しく説明する。図１０は、中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａをチューブ積層方向ＤＲｓｔから見た図であって、本実施形態の作用効果を説明するための図である。図１１は、図２と同様の供給ヘッダ部１１の断面図であって、本実施形態の作用効果を説明するための図である。

図１０では、供給ヘッダ部１１のヘッダ管路２２４ａが破線ハッチングで示され、ダイヤフラム部２３が占める範囲ＡＲＡｄすなわち供給ヘッダ部１１においてその内部空間２７６へ向けて外殻プレート２７がチューブ積層方向ＤＲｓｔに窪んでいる窪み範囲ＡＲＡｄが斜線ハッチングで示され、冷媒流通孔２８１ａのうち上記窪み範囲ＡＲＡｄから外側へはみ出た部分ＡＲＡｈが点ハッチングで示されている。また、上記窪み範囲ＡＲＡｄから外側へはみ出していないと仮定した比較例の冷媒流通孔２８１ａが二点鎖線ＨＬ０で示されている。

図１１では、冷媒流通孔２８１ａが図１０の二点鎖線ＨＬ０の通りであると仮定された場合の中間プレート２８が二点鎖線で示されている。また、ダイヤフラム部２３が変形させられる前の外殻プレート２７すなわち電子部品４を挟持する前の外殻プレート２７が実線で表示され、ダイヤフラム部２３が変形させられた後の外殻プレート２７すなわち電子部品４を挟持した外殻プレート２７が二点鎖線で表示されている。また、矢印ＦＷ１、ＦＷ２、ＦＷ３は冷媒流れを示している。

冷媒流通孔２８１ａが図１０の二点鎖線ＨＬ０のようであったとすれば、図１１に示すように、ヘッダ管路２２４ａから熱交換チューブ部２ｃへ流れる冷媒流れはダイヤフラム部２３の変形によりチューブ積層方向ＤＲｓｔの幅ＷＤ１ｆに絞られる。これに対し、本実施形態では、冷媒流通孔２８１ａが、図１０に示すように外殻プレート２７の窪み範囲ＡＲＡｄの外側にまで拡がっているので、上記冷媒流れを絞るダイヤフラム部２３の内側の流路幅は、上記幅ＷＤ１ｆに対し２倍以上広い幅ＷＤ２ｆとなっている。

従って、上述したように、内部空間２７６側へのダイヤフラム部２３の窪み変形に起因して冷媒の流通抵抗が増大することを抑えることが可能である。

（他の実施形態）
（１）上述の実施形態において、外殻プレート２７の突出管部２２は、外殻プレート２７の扁平部分から突き出ておりその扁平部分と一体に構成されているが、外殻プレート２７の扁平部分とは別体の管状部材によって構成されていても差し支えない。

（２）上述の実施形態において、電子部品４は、積層型冷却器１の冷却管２に挟持され、それにより冷却管２内の冷媒が電子部品４と熱交換可能になっているが、その電子部品４は、冷却管２に直接接触させた状態で配設されてもよいし、必要に応じて、電子部品４と冷却管２との間に、セラミック等の絶縁板を介在させてもよいし、熱伝導性グリス等を介在させてもよい。

（３）上述の実施形態において、図４では、チューブ積層方向ＤＲｓｔから見たときに、各冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａの孔幅ＷＤｈは、インナーフィン２９に対しヘッダ管路２２４ａの中心よりも遠い側から広がり始めているが、各冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａは図１２のような形状であっても差し支えない。図１２は、上述の実施形態の第１の変形例を示した図であって、図４に相当する図である。

図１２に示す中間プレート２８では、冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａのチューブ幅方向ＤＲｗ両側を構成する縁部は、互いに平行な直線状の縁部と、インナーフィン２９に近いほど孔幅ＷＤｈを拡大させる縁部とから成っている。すなわち、チューブ積層方向ＤＲｓｔから見たときに、図１２の冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａは、ヘッダ管路２２４ａと重なる部分およびその周りにおいてチューブ幅方向ＤＲｗの孔幅ＷＤｈが一定となる箇所を有している。これにより、冷却管２の強度向上を図ることが可能である。

（４）上述の実施形態において、チューブ積層方向ＤＲｓｔから見たときに、ヘッダ管路２２４ａは、図５（ａ）に示すように、ヘッダ管路２２４ａの全部が中間プレート２８の冷媒流通孔２８１ａが占める範囲内に入るように設けられているが、図１３（ａ）に示すように設けられていても差し支えない。図１３（ａ）では、ヘッダ管路２２４ａの一部が、冷媒流通孔２８１ａが占める範囲からはみ出している。このことは、もう１つの冷媒流通孔２８２ａでも同様である。なお、図１３（ｂ）には、図５（ｂ）に相当し図１３（ａ）と対比される比較例を示している。

（５）上述の実施形態において、中間プレート２８の２つの冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａはそれぞれ、インナーフィン２９に近いほど孔幅ＷＤｈが拡がるように形成されているが、その冷媒流通孔２８１ａ、２８２ａの一方の孔幅ＷＤｈがインナーフィン２９に近いほど拡がっているだけであっても差し支えない。

（６）上述の実施形態において、供給ヘッダ部１１および排出ヘッダ部１２は何れも、その内部空間２７６（図２参照）が熱交換チューブ部２ｃに近いほどチューブ幅方向ＤＲｗへ拡幅するように形成されているが、その内部空間２７６の拡幅は、供給ヘッダ部１１と排出ヘッダ部１２との一方だけであっても差し支えない。

（７）上述の実施形態において、積層型冷却器１は、熱交換対象としての電子部品４を冷却する装置であるが、熱交換対象は電子部品４である必要はなく、例えば、積層型冷却器１は、熱交換対象を暖める機能を備えた加熱装置であっても差し支えない。

（８）上述の実施形態において、積層型冷却器１の熱交換対象は電子部品４すなわち固体であるが、その熱交換対象は気体または液体であっても差し支えない。

（９）上述の実施形態では、チューブ積層方向ＤＲｓｔから見たときに、図４に示すように、第１開口部２８１の冷媒流通孔２８１ａとインナーフィン２９との間に間隔ＤＳ１が空いているが、冷媒流通孔２８１ａとインナーフィン２９とが互いに重ならなければ、その間隔ＤＳ１は零であっても差し支えない。第２開口部２８２の冷媒流通孔２８２ａとインナーフィン２９との間の間隔ＤＳ２についても同様である。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

１ 積層型冷却器（積層型熱交換器）
２ｃ 熱交換チューブ部
２ｄ チューブ冷媒流路
１１ 供給ヘッダ部（対象ヘッダ部）
１２ 排出ヘッダ部（対象ヘッダ部）
２７ 外殻プレート
２８ 中間プレート
２７６ 内部空間
２８１ａ、２８２ａ 冷媒流通孔
２８１ 第１開口部（開口部）
２８２ 第２開口部（開口部）

Claims (6)

1. 冷媒が流れるチューブ冷媒流路（２ｄ）を形成し、チューブ積層方向（ＤＲｓｔ）に積層配置され、前記チューブ冷媒流路を流れる冷媒に吸熱または放熱させる扁平形状の複数の熱交換チューブ部（２ｃ）と、
   前記熱交換チューブ部の一端が接続され、前記チューブ冷媒流路へ前記冷媒を供給する供給ヘッダ部（１１）と、
   前記熱交換チューブ部の他端が接続され、前記チューブ冷媒流路から排出された前記冷媒が流入する排出ヘッダ部（１２）とを備え、
   前記熱交換チューブ部は、該熱交換チューブ部の外殻を成し前記チューブ積層方向に並んで配置された一対の外殻プレート（２７）と、該一対の外殻プレートの間に配置された中間プレート（２８）とから構成され、
   前記供給ヘッダ部と前記排出ヘッダ部とのうちの少なくとも一方のヘッダ部である対象ヘッダ部は、該対象ヘッダ部の内部空間（２７６）が前記熱交換チューブ部に近いほど前記チューブ積層方向と直交する方向（ＤＲｗ）へ拡幅するように形成され、
   前記中間プレートは、前記熱交換チューブ部内から前記対象ヘッダ部内へ延設され、前記冷媒が前記対象ヘッダ部内において前記チューブ積層方向へ流れるように貫通した冷媒流通孔（２８１ａ、２８２ａ）を形成している開口部（２８１、２８２）を有し、
   前記外殻プレートは前記対象ヘッダ部にまで延設され、該対象ヘッダ部において前記チューブ積層方向へ突き出るように設けられた突出管部（２２）を有し、
   前記突出管部は、前記対象ヘッダ部内の前記冷媒を前記チューブ積層方向へ流すヘッダ管路（２２４ａ）を形成し、
   前記チューブ積層方向から見たときに、前記冷媒流通孔は、少なくとも前記ヘッダ管路の中心よりも前記熱交換チューブ部側において前記熱交換チューブ部の長手方向（ＤＲｔｂ）の中央に近いほど前記冷媒流通孔の孔幅（ＷＤｈ）が拡がるように形成されていることを特徴とする積層型熱交換器。
2. 前記熱交換チューブ部は、前記中間プレートと前記外殻プレートとの間に配置され前記冷媒の吸熱または放熱を促進するインナーフィン（２９）を有し、
   前記冷媒流通孔は、前記インナーフィンに近いほど前記孔幅が拡がるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器。
3. 前記冷媒流通孔は、該冷媒流通孔の縁部のうち前記インナーフィンに最も近い最近接縁部（２８１ｂ、２８２ｂ）と前記インナーフィンとの間に間隔（ＤＳ１、ＤＳ２）が空くように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の積層型熱交換器。
4. 前記外殻プレートは、前記突出管部の周囲に設けられ前記対象ヘッダ部の内部へ向けて前記チューブ積層方向に窪んだダイヤフラム部（２３）を有し、
   前記チューブ積層方向から見たときに、前記冷媒流通孔は、前記ヘッダ管路に接し且つ前記熱交換チューブ部の長手方向に延びるように引かれ前記熱交換チューブ部の幅方向（ＤＲｗ）に並んで一対を成す仮想接線（ＬＮｔｇ）に対し、前記幅方向において外側へはみ出していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の積層型熱交換器。
5. 前記一対の仮想接線は、前記冷媒流通孔を通る冷媒流れでの該冷媒流通孔に対する上流側で且つ前記突出管部の基部（２２ａ）において、前記ヘッダ管路に接する直線であることを特徴とする請求項４に記載の積層型熱交換器。
6. 前記中間プレートは、前記対象ヘッダ部において前記外殻プレートの外形からはみ出ないように形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の積層型熱交換器。

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