WO2016067501A1 - 熱交換器 - Google Patents

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WO2016067501A1
WO2016067501A1 PCT/JP2015/004098 JP2015004098W WO2016067501A1 WO 2016067501 A1 WO2016067501 A1 WO 2016067501A1 JP 2015004098 W JP2015004098 W JP 2015004098W WO 2016067501 A1 WO2016067501 A1 WO 2016067501A1
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fin
fins
heat exchanger
heat
flow path
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佑有紀 鈴木
智寛 島津
安浩 水野
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株式会社デンソー
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
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    • HELECTRICITY
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    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • This disclosure relates to a heat exchanger.
  • liquid-cooled heat sink in which two plates formed in a dish-like shape are overlapped face to face and the space between them is liquid-tightly brazed is known.
  • the liquid-cooled heat sink there is one in which the ends of the vertical ribs constituting the helibone-type fins housed therein are bent so that the flow rate of the coolant flowing through each part of the fins is uniform (for example, a patent Reference 1).
  • Patent Document 1 is designed to make the flow rate of the coolant flowing through each part of the fin uniform by bending the tip of the longitudinal rib that constitutes the helibone type fin. There is a possibility that the heat exchange performance (cooling performance, etc.) deteriorates due to a change in the distribution of the coolant flow rate.
  • Patent Document 1 cannot improve the heat exchange performance of a specific portion, for example, because the distance between the ends of the longitudinal ribs is constant.
  • the present disclosure has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a heat exchanger capable of improving the heat exchange performance of a specific portion without changing the fin shape of the main cooling area.
  • the heat exchanger includes a channel tube and a plate-like inner fin.
  • a heat medium that exchanges heat with the heat exchange object flows, and a flow channel cross section orthogonal to the flow direction of the heat medium has a flat shape.
  • the inner fin is disposed inside the flow path pipe and increases the heat transfer area with the heat medium.
  • the inner fin has a plurality of first fins and a plurality of second fins. The plurality of first fins divide the main channel through which the heat medium flows into a plurality of narrow channels.
  • the plurality of second fins are parallel to the flow direction of the heat medium at at least one of the upstream end portion located upstream in the flow direction and the downstream end portion located downstream from the region where the plurality of first fins are formed. It is formed to become.
  • the fin pitch between the plurality of first fins is all the same. At least one of the fin pitches between the plurality of second fins is different from the other fin pitches between the plurality of second fins.
  • the inner fin has a plurality of first fins and a plurality of second fins, and the plurality of first fins have the same fin pitch, and the plurality of first fins.
  • the fin pitch of a part of the two fins is different from the fin pitch of the other part of the plurality of second fins. Therefore, it is possible to improve the heat exchanging performance of the specific part without changing the fin shape of the main cooling area.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 2.
  • FIG. 4 is an arrow view of a flow channel pipe in the IV direction of FIG. It is the figure which showed a mode that the inner fin was mounted in the one surface side of the intermediate plate of the heat exchanger which concerns on 1st Embodiment. It is a perspective view of the field in which the 1st fin was formed in the inner fin of the heat exchanger concerning a 1st embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a heat medium that circulates in the flow path pipe 3.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 9. It is the figure which looked at the flow-path pipe
  • This embodiment demonstrates the example which comprises the cooler which cools the several electronic component 2 as a "heat exchange target object" with the laminated heat exchanger 1 comprised using the heat exchanger of this indication.
  • the stacked heat exchanger 1 has a heat medium that exchanges heat with a plurality of electronic components 2.
  • the laminated heat exchanger 1 has a plurality of flow channel tubes 3 in which a flow channel cross section perpendicular to the flow direction of the heat medium has a flat shape.
  • the plurality of flow channel tubes 3 are configured by being stacked and arranged in a state where the electronic component 2 is disposed in a gap formed between adjacent flow channel tubes 3.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. In FIG. 2, the electronic component 2 is not shown in order to clarify the shape of the flow path tube 3.
  • the inner fin 34 accommodated in the flow channel pipe 3 is indicated by a dotted line.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
  • the heat exchanger of the present disclosure includes a flow path pipe 3 in which a heat medium that exchanges heat with the electronic component 2 circulates, and an inner fin 34 accommodated in the flow path pipe 3.
  • the channel tube 3 has a pair of peripheral edges in the short direction extending in parallel along the longitudinal direction, and the shape of the peripheral edges in the longitudinal direction forms a semicircle. Furthermore, it has a semicircular arc shape.
  • the channel tube 3 of the present embodiment is configured by laminating metal plates having high thermal conductivity such as aluminum and copper, and joining these plates.
  • the flow path pipe 3 includes a pair of outer shell plates 31, 32, an intermediate plate 33 disposed between the pair of outer shell plates 31, 32, and an outer shell plate. 31 and 32 and two corrugated inner fins 34 disposed between the intermediate plates 33.
  • a medium flow path 30 through which a heat medium flows is formed between the outer shell plates 31 and 32 and the intermediate plate 33.
  • the heat medium for example, water mixed with an ethylene glycol antifreeze, natural refrigerant such as water or ammonia, or the like can be used.
  • the pair of outer shell plates 31 and 32 are plate members that constitute the outer shell of the flow channel tube 3.
  • the pair of outer shell plates 31 and 32 are joined together by a brazing material disposed inside the peripheral edge portion.
  • the brazing material disposed inside the outer shell plates 31 and 32 is also used to join the intermediate plate 33 and the inner fin 34 to the outer shell plates 31 and 32.
  • tube 3 is a joining site
  • the intermediate plate 33 is a rectangular plate member and is joined to the pair of outer shell plates 31 and 32 via the inner fins 34. Although not shown, the intermediate plate 33 is formed with a circular opening corresponding to an opening of a protruding tube part 35 described later. The peripheral edge of the intermediate plate 33 may be sandwiched between the pair of outer shell plates 31 and 32.
  • the inner fins 34 are members that increase the heat transfer area between the heat medium flowing through the medium flow path 30 and the electronic component 2.
  • the inner fin 34 is formed, for example, by pressing a metal plate-like plate having high thermal conductivity such as aluminum.
  • the configuration of the inner fin 34 of the present embodiment will be described in detail later.
  • cylindrical projecting pipe portions 35 that open in the stacking direction and protrude in the stacking direction are provided on both sides in the longitudinal direction of the flow path tube 3.
  • the adjacent flow path pipes 3 are connected by fitting the protruding pipe parts 35 to each other and joining the side walls of the protruding pipe parts 35 to each other.
  • the flow channel tubes 3 other than the pair of flow channel tubes 3 positioned on the outermost side in the stacking direction have a pair of surfaces on both sides of the opposing surface facing the adjacent flow channel tubes 3.
  • a protruding pipe part 35 is provided.
  • the pair of flow channel tubes 3 positioned on the outermost side in the stacking direction are provided with the protruding tube portions 35 only on one surface facing the adjacent flow channel tubes 3.
  • Adjacent channel pipes 3 communicate with each other through the medium flow paths 30 by joining the protruding pipe portions 35 to each other.
  • One of the pair of protruding pipe portions 35 functions as the supply header portion 11 for supplying the heat medium to the medium flow path 30 of each flow path pipe 3, and the other from the medium flow path 30 of each flow path pipe 3. It functions as a discharge header portion 12 for discharging the heat medium.
  • the flow path pipe 3 is roughly divided into a contact surface 3c and a part 3d.
  • the contact surface 3 c is in contact with the electronic component 2 and constitutes a heat exchange region for exchanging heat between the heat medium flowing through the medium flow path 30 and the electronic component 2.
  • the part 3d constitutes the supply header part 11 and the discharge header part 12.
  • one of the pair of flow path pipes 3 arranged on the outermost side in the stacking direction is provided with a heat medium at both ends in the longitudinal direction to the stacked heat exchanger 1.
  • a medium introducing unit 4 for introducing the medium and a medium deriving unit 5 for deriving the heat medium from the laminated heat exchanger 1 are connected.
  • the medium introduction part 4 and the medium lead-out part 5 are joined to one flow path pipe 3 arranged on the outermost side in the stacking direction by a joining technique such as brazing.
  • FIG. 5 is a view showing a state in which the inner fin 34 is mounted on one surface side of the intermediate plate 33.
  • FIG. 6 is a perspective view of a region 34b of the inner fin 34 where the first fin 340 is formed.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing a portion B in FIG.
  • the inner fin 34 of the present embodiment has a plurality of first fins 340 and a plurality of second fins 341.
  • the plurality of first fins 340 divide the main channel through which the heat medium flows into a plurality of narrow channels.
  • the plurality of second fins 341 includes an upstream end portion 34a located upstream in the flow direction of the heat medium and a downstream end portion 34c located downstream from the region 34b where the plurality of first fins are formed. It is formed to be parallel to the distribution direction.
  • the first fin 340 has a corrugated cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the flow path tube 3 (the heat medium flow direction) and is viewed from the stacking direction of the flow path tubes 3.
  • it has a shape (wave shape) that is bent in a triangular wave shape in the flow direction of the heat medium.
  • the stacking direction of the flow path pipes 3 is the normal direction of the inner fins 34.
  • the second fin 341 has a cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction of the flow channel tube 3, and a linear shape when viewed from the stacking direction of the flow channel tubes 3. ing.
  • the second fin 341 connected to the upstream end portion 34a, the first fin 340, and the second fin 341 connected to the downstream end portion 34c are continuous to form one fin. Yes.
  • the uppermost second fin 341 and the second second fin 341 from the top the lowermost second fin 341 and the second second fin 341 from the bottom.
  • a portion (wide portion) D having a wider fin pitch than the other portions is formed.
  • the part (wide part) where one of the fin pitches between the plurality of second fins 341 is wider than the other fin pitch between the plurality of second fins 341.
  • the connecting portion 34d where the first fin 340 and the second fin 341 are connected is a portion of the first fin 340 in which the width Wda in the amplitude direction (waveform amplitude direction) is smaller than the maximum width Wd. Is located.
  • the second to fourth second fins 341 from the top are connected to the first fin 340 at the connection portion 34e where the width in the amplitude direction of the first fin 340 is the maximum width Wd.
  • the connection portion 34e having the maximum width Wd in the amplitude direction of the first fin 340 corresponds to the bottom portion 340b in FIG. 7 of the first fin 340.
  • the uppermost second fin 341 is connected to the first fin 340 at the connection portion 34d where the width Wda in the amplitude direction of the first fin 340 is smaller than the maximum width Wd.
  • the connecting portion 34 d is located at an intermediate portion of the first fin 340 between the top portion 340 a and the bottom portion 340 b in the amplitude direction.
  • the distance between the uppermost second fin 341 and the second fin 341 that is the second from the top is set to Fp1a, the second fin 341 that is the second from the top, and the second fin 341 that is the third from the top.
  • Fp1a ⁇ Fp2 Fp3.
  • the heat medium flows from the supply header portion 11 into the flow path pipe 3
  • the heat medium is flow-distributed by the second fins 341 formed at the upstream end portion 34a. That is, in the second fin 341, the flow rate of the heat medium flowing into the portion where the fin pitch is widened increases, and the flow rate of the heat medium flowing into the portion where the fin pitch is narrowed decreases.
  • the heat medium easily passes through the center in the short direction of the channel tube 3 and does not easily pass through both ends of the channel tube 3 in the short direction.
  • the fin pitch of the second fin 341 at both ends in the direction orthogonal to the flow direction of the heat medium is wider than the intermediate fin pitch at both ends. That is, in the heat exchanger of this embodiment, wide portions D are formed at both ends of the upstream end portion 34a and the downstream end portion 34c in the direction orthogonal to the flow direction of the heat medium. As a result, the heat medium can flow uniformly in the flow path pipe 3.
  • the inner fin 34 has the plurality of first fins 340 and the plurality of second fins 341.
  • the plurality of first fins 340 divide the main channel through which the heat medium flows into a plurality of narrow channels.
  • the plurality of second fins 341 are formed to be parallel to the flow direction of the heat medium in at least one of the upstream end portion 34a and the downstream end portion 34c from the region 34b where the plurality of first fins 340 are formed. ing.
  • the fin pitches Fp1, Fp2, and Fp3 between the plurality of first fins 340 are all the same.
  • one fin pitch Fp1a is different from the other fin pitches Fp2a and Fp3a between the plurality of second fins 341. Therefore, it is possible to improve the heat exchanging performance of the specific part without changing the fin shape of the main cooling area.
  • the plurality of first fins 340 when viewed from the normal direction of the plate-like inner fin 34, the plurality of first fins 340 have a wave shape, and the plurality of second fins 341 have a linear shape, Each of the second fins 341 is connected to the plurality of first fins 340 so as to be continuous. Thereby, favorable heat exchange performance can be obtained and the passage resistance of a heat carrier can also be reduced.
  • the heat medium may easily pass through the center of the channel tube 3 in the short direction, and may not easily pass through both ends of the channel tube 3 in the short direction.
  • the fin pitch Fp1a at both ends of the plurality of second fins 341 in the direction orthogonal to the flow direction of the heat medium is larger than the fin pitch Fp2a, Fp3a in the middle between both ends in the direction orthogonal to the flow direction of the heat medium. Since it is wide, the heat medium can flow uniformly in the flow path tube 3.
  • FIG. 9 shows a state in which the inner fin 34 is mounted on one surface side of the intermediate plate 33 in the heat exchanger of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along line XX in FIG.
  • the inner fin 34 of the heat exchanger of this embodiment is the same as that shown in FIG.
  • the heat exchanger of the present embodiment is characterized in that rectifying ribs 33a for adjusting the flow rate of the heat medium are formed on both surfaces of the intermediate plate 33. Different.
  • the inner fin 34 is assembled to the intermediate plate 33 by inserting the rectifying rib 33 a into the flow path formed in the inner fin 34.
  • the width of the flow path formed in the inner fin 34 is narrow, workability at the time of assembly is low, and in some cases, the flow regulating rib 33a may not be inserted into the flow path formed in the inner fin 34.
  • the fin pitch of a part of the second fin 341 is wider than the fin pitch of the other part of the second fin 341.
  • the rectifying rib 33a is inserted into the portion where the fin pitch is widened, and the inner fin 34 is assembled to the intermediate plate 33. For this reason, it is possible to easily assemble the inner fin 34 to the intermediate plate 33.
  • the inner fin 34 is assembled to the intermediate plate 33 by inserting the rectifying rib 33a into the portion where the fin pitch of the second fin 341 is widened.
  • a wide portion for improving the heat exchange performance of a specific part may be formed in the inner fin 34 as in the heat exchanger of the first embodiment.
  • FIG. 11 shows a view of the flow path pipe 3 of the heat exchanger according to the third embodiment viewed from the normal direction of the inner fin 34.
  • the inner fin 34 accommodated in the flow path pipe 3 is indicated by a dotted line.
  • the second fin 341 is disposed inside the cooling area. Cooling performance will decrease. In addition, if the first fin 340 is disposed outside the cooling area, the passage resistance of the heat medium increases.
  • the first fin 340 is arranged inside the cooling area so that the cooling performance is not deteriorated, and the second fin 341 is arranged outside the cooling area. In this way, the passage resistance of the heat medium is suppressed.
  • the heat exchanger of this embodiment arrange
  • the second fin 341 Is arranged outside the cooling area.
  • tube 3 can be improved.
  • the 1st fin 340 is arrange
  • FIG. 12 schematically shows the inner fins 34 of the heat exchanger according to the fourth embodiment.
  • the wide end portion D is formed at both ends in the direction orthogonal to the flow direction of the heat medium at the upstream end portion 34a and the downstream end portion 34c located upstream from the region 34b where the first fin 340 is formed. did.
  • some fin pitches differ from other fin pitches among the fin pitches between the plurality of second fins 341. As a result, the flow rate of the heat medium in the inner fin 34 at the portion in contact with the electronic components 2a and 2b increases, and the electronic components 2a and 2b are actively cooled.
  • the position of the heat medium in the first fin 340 at the portion in contact with the electronic components 2a, 2b is positioned at the portion in contact with the electronic components 2a, 2b so as to increase.
  • the fin pitch of the second fins 341 connected to the first fins 340 is increased. Note that, as indicated by Fp1, Fp2, and Fp3 in FIG. 12, the fin pitch of a part of the second fin 341 is different from the fin pitch of the other part of the second fin 341.
  • FIG. 13 schematically shows the inner fins 34 of the heat exchanger according to the fifth embodiment.
  • the first fins 340 of the first embodiment have a wave shape when viewed from the stacking direction of the flow path tubes 3 (the normal direction of the inner fins 34).
  • the first fin 340 of this embodiment has a linear shape when viewed from the stacking direction of the flow path tubes 3.
  • each second fin 341 has a linear shape when viewed from the stacking direction of the flow path tubes 3.
  • the interval between the uppermost second fin 341 and the second second fin 341 from the top is Fp2a
  • the interval between the second second fin 341 from the top and the third second fin 341 from the top Fp2a
  • Fp3a the interval between the second fin 341 third from the top and the second fin 341a fourth from the top
  • the first fin 340 is formed in a straight line shape when viewed from the stacking direction of the flow path pipes 3, and at the upstream end portion 34 a of the inner fin 34, at least one fin pitch of the second fin 341 is different from other portions. Even if it is configured differently, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 14 schematically shows the inner fins 34 of the heat exchanger according to the sixth embodiment.
  • the first fin 340 of the present embodiment has a linear shape when viewed from the stacking direction of the flow path tubes 3 (the normal direction of the inner fins 34).
  • a part of the fin pitch of the second fin 341 is set to the second fin so that the flow rate of the heat medium in the fin in the portion in contact with the electronic component 2a is increased. It differs from the fin pitch of the other part of 341.
  • the interval between the uppermost second fin 341 and the second second fin 341 from the top is defined as the fin pitch Fp1a, the second second fin 341 from the top, and the third second fin 341 from the top.
  • the interval is the fin pitch Fp2a
  • the interval between the second fin 341 third from the top and the second fin 341 fourth from the top is the fin pitch Fp3a
  • the fin pitch interval with the fin 341a is Fp4a
  • the interval between the fifth second fin 341 from the top and the sixth second fin 341 from the top is the fin pitch Fp5a.
  • both the fin pitch Fp3a and the fin pitch Fp4a are larger than the fin pitch FP1a, the fin pitch FP2a, and the fin pitch FP5a.
  • the first fin 340 is formed in a straight line shape when viewed from the stacking direction of the flow path pipes 3, and at the upstream end portion 34 a of the inner fin 34, at least one fin pitch of the second fin 341 is different from other portions. Even if it is configured differently, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the fin 34 in the part 34 that contacts the electronic part 2a It is possible to control the flow rate of the heat medium to an appropriate flow rate.
  • the configuration in which the electronic component 2 as the heat exchange object is cooled by the present heat exchanger has been described.
  • the heat exchange object may be heated by the present heat exchanger. it can.
  • the second fin 341 is formed at both the upstream end portion 34a and the downstream end portion 34c of the inner fin 34. However, you may make it form the 2nd fin 341 in one of the upstream end part 34a and the downstream end part 34c.
  • the second fin 341 is formed at the upstream end 34 a of the inner fin 34. However, you may make it form the 2nd fin 341 in both the upstream end part 34a and the downstream end part 34c.
  • each of the plurality of second fins 341 in the inner fin 34 is configured to be connected to the plurality of first fins 340 so as to be continuous.
  • it is not necessary that all of the second fins 341 and the first fins 342 are connected, and a configuration in which a part of the second fins 341 and the first fins 342 are not connected may be employed.

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Abstract

 熱交換器は、流路管(3)と板状のインナーフィン(34)を備える。流路管は、熱媒体が流通するとともに、熱媒体の流通方向と直交する流路断面が扁平形状を有する。インナーフィンは、複数の第1フィン(340)と複数の第2フィン(341)を有する。複数の第1フィンは、熱媒体が流通する主流路を複数の細流路に分割する。複数の第2フィンは、複数の第1フィンが形成された領域(34b)より流通方向の上流側に位置する上流端部(34a)および下流側に位置する下流端部(34c)の少なくとも一方において、熱媒体の流通方向と平行となるように形成されている。複数の第1フィン同士の間のフィンピッチ(Fp1、Fp2、Fp3、・・・、FpN)が全て同一となっている。複数の第2フィン同士の間のフィンピッチのうち少なくとも1つが複数の第2フィン同士の間の他のフィンピッチと異なっている。

Description

熱交換器 関連出願の相互参照
 本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2014年10月28日に出願された日本特許出願2014-219292号を基にしている。
 本開示は、熱交換器に関するものである。
 従来、皿状に形成された2枚のプレートが向かい合わせて重ね合わされ、それらの間が液密にろう付けされた液冷ヒートシンクが知られている。当該液冷ヒートシンクでは、フィンの各部を流通する冷却液の流量が均一となるように、内部に収納されたヘリボーン型のフィンを構成する縦リブの先端を曲折させたものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2013-65609号公報
 しかしながら、上記特許文献1に記載された装置は、ヘリボーン型のフィンを構成する縦リブの先端を曲折させることでフィンの各部を流通する冷却液の流量を均一にするようになっているが、冷却液の流量の分配性が変化することにより熱交換性能(冷却性能等)が悪化する可能性がある。
 また、上記特許文献1に記載された装置は、縦リブの先端の間隔が一定となっているので、例えば特定部位の熱交換性能を向上させることはできない。
 また、例えば、主冷却エリアのインナーフィンを大型化する等、主冷却エリアのフィン形状を変更することにより熱交換性能を向上することも可能であるが、主冷却エリアのフィン形状を変更すると汎用性に欠ける場合がある。
 本開示は上記点に鑑みたもので、主冷却エリアのフィン形状を変更することなく特定部位の熱交換性能の向上を図ることができる熱交換器を提供することを目的とする。
 本開示の熱交換器は、流路管と板状のインナーフィンを備える。流路管は、熱交換対象物と熱交換する熱媒体が流通するとともに、熱媒体の流通方向と直交する流路断面が扁平形状を有している。インナーフィンは、流路管の内部に配置され、熱媒体との伝熱面積を増大させる。インナーフィンは、複数の第1フィンと複数の第2フィンを有している。複数の第1フィンは、熱媒体が流通する主流路を複数の細流路に分割する。複数の第2フィンは、複数の第1フィンが形成された領域より流通方向の上流側に位置する上流端部および下流側に位置する下流端部の少なくとも一方において、熱媒体の流通方向と平行となるように形成されている。複数の第1フィンの間のフィンピッチが全て同一となっている。複数の第2フィン同士の間のフィンピッチのうち少なくとも1つが複数の第2フィン同士の間の他のフィンピッチと異なっている。
 このような構成によれば、インナーフィンは、複数の第1フィンと、複数の第2フィンと、を有し、複数の第1フィンは全てのフィンピッチが同一となっており、複数の第2フィンの一部のフィンピッチが複数の第2フィンの他の部分のフィンピッチと異なっている。従って、主冷却エリアのフィン形状を変更することなく特定部位の熱交換性能の向上を図ることができる。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第1実施形態に係る積層型熱交換器の正面図である。 図1のII-II断面図である。 図2のIII-III断面図である。 図2のIV方向における流路管の矢視図である。 第1実施形態に係る熱交換器の中間プレートの一面側にインナーフィンが搭載された様子を示した図である。 第1実施形態に係る熱交換器のインナーフィンにおける第1フィンが形成された領域の斜視図である。 図5中のB部を模式的に示した図である。 第2実施形態に係る熱交換器の中間プレートとインナーフィンを接触面の法線方向から見た図である。 流路管3の内部を流通する熱媒体について説明するための図である。 図9中のX-X線に沿った断面図である。 本開示の第3実施形態の熱交換器の流路管をインナーフィンの法線方向から見た図である。 本開示の第4実施形態の熱交換器のインナーフィンを模式的に示した図である。 本開示の第5実施形態の熱交換器のインナーフィンを模式的に示した図である。 本開示の第6実施形態の熱交換器のインナーフィンを模式的に示した図である。
 以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、各実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。
 (第1実施形態)
 本実施形態では、本開示の熱交換器を用いて構成された積層型熱交換器1により「熱交換対象物」として複数の電子部品2を冷却する冷却器を構成する例について説明する。
 積層型熱交換器1は、図1、図2に示すように、複数の電子部品2と熱交換する熱媒体が流通する。積層型熱交換器1は、熱媒体の流通方向と直交する流路断面が扁平形状を有する複数の流路管3有している。複数の流路管3は、隣り合う流路管3との間に形成される隙間に電子部品2を配設した状態で積層配置して構成されている。図2は図1のII-II線に沿った断面図である。図2において、流路管3の形状を明確にするために、電子部品2の図示を省略している。また、図2には、流路管3の内部に収容されているインナーフィン34を点線で示してある。また、図3は、図2のIII-III線に沿った断面図である。本開示の熱交換器は、電子部品2と熱交換する熱媒体が内部を流通する流路管3と、この流路管3に収容されたインナーフィン34と、を備えている。
 流路管3は、図2に示すように、その短手方向の一対の周縁部が長手方向に沿って並行に延在すると共に、その長手方向の周縁端部の形状が半円を描くように、半円弧形状となっている。
 本実施形態の流路管3は、アルミニウムや銅等の高い熱伝導性を有する金属製のプレートを積層し、これらプレートを接合して構成されている。具体的には、流路管3は、図3に示すように、一対の外殻プレート31、32と、一対の外殻プレート31、32の間に配された中間プレート33と、外殻プレート31、32および中間プレート33の間に配された2つの波形状のインナーフィン34とを有する。
 そして、外殻プレート31、32および中間プレート33の間に、熱媒体が流通する媒体流路30が形成されている。なお、熱媒体としては、例えば、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、水やアンモニア等の自然冷媒等を用いることができる。
 一対の外殻プレート31、32は、流路管3の外殻を構成する板部材である。一対の外殻プレート31、32は、その周縁部の内側に配されたろう材により接合されている。この外殻プレート31、32の内側に配されたろう材は、外殻プレート31、32に対して中間プレート33およびインナーフィン34を接合するためにも利用される。なお、流路管3における周縁部は、一対の外殻プレート31、32同士がろう材等により接合された接合部位である。
 中間プレート33は、長方形状の板部材であり、インナーフィン34を介して一対の外殻プレート31、32に接合されている。図示しないが、中間プレート33には、後述する突出管部35の開口部に対応して円形の開口部が形成されている。なお、中間プレート33は、その周縁部が一対の外殻プレート31、32の間に狭持されていてもよい。
 インナーフィン34は、媒体流路30を流通する熱媒体と電子部品2との伝熱面積を増大させる部材である。インナーフィン34は、例えば、アルミニウム等の高い熱伝導性を有する金属製の板状のプレートをプレス加工して形成される。本実施形態のインナーフィン34の構成については後で詳細に説明する。
 また、流路管3の長手方向の両側には、図4に示すように、積層方向に開口すると共に、積層方向に突出した円筒状の突出管部35が設けられている。隣り合う流路管3は、突出管部35同士を嵌合させると共に、当該突出管部35の側壁同士を接合することにより連結されている。なお、複数の流路管3のうち、積層方向の最も外側に位置する一対の流路管3以外の流路管3には、隣り合う流路管3に対向する対向面の両面に一対の突出管部35が設けられている。一方、複数の流路管3のうち、積層方向の最も外側に位置する一対の流路管3は、隣り合う流路管3に対向する一面にだけ突出管部35が設けられている。
 隣り合う流路管3は、互いの突出管部35の接合により、互いの媒体流路30が連通している。一対の突出管部35のうち、一方が各流路管3の媒体流路30へ熱媒体を供給するための供給ヘッダ部11として機能し、他方が各流路管3の媒体流路30から熱媒体を排出するための排出ヘッダ部12として機能する。
 流路管3は、接触面3cと部位3dとに大別される。接触面3cは電子部品2と接触し、媒体流路30を流通する熱媒体と電子部品2とを熱交換させるための熱交換領域を構成する。部位3dは、供給ヘッダ部11および排出ヘッダ部12を構成する。
 図1に戻り、複数の流路管3のうち、積層方向の最も外側に配置される一対の流路管3の一方には、長手方向の両端部に熱媒体を積層型熱交換器1に導入するための媒体導入部4と、熱媒体を積層型熱交換器1から導出するための媒体導出部5とが接続されている。媒体導入部4および媒体導出部5は、ろう付け等の接合技術により積層方向の最も外側に配置される一方の流路管3に接合されている。
 次に、本実施形態の熱交換器のインナーフィン34の構成について図5~図7を用いて説明する。図5は中間プレート33の一面側にインナーフィン34が搭載された様子を示した図である。また、図6はインナーフィン34における第1フィン340が形成された領域34bの斜視図である。また、図7は図5中のB部を模式的に示した図である。
 図5に示すように、本実施形態のインナーフィン34は、複数の第1フィン340と複数の第2フィン341とを有している。複数の第1フィン340は、熱媒体が流通する主流路を複数の細流路に分割する。複数の第2フィン341は、複数の第1フィンが形成された領域34bより熱媒体の流通方向の上流側に位置する上流端部34aおよび下流側に位置する下流端部34cにおいて、熱媒体の流通方向と平行となるように形成されている。
 第1フィン340は、図6に示すように、流路管3の長手方向(熱媒体の流通方向)と直交する断面形状が波形状となっているとともに、流路管3の積層方向から見て、熱媒体の流通方向に三角波形状に屈曲する形状(波形状)となっている。流路管3の積層方向とは、換言すれば、インナーフィン34の法線方向である。
 第2フィン341は、図3に示したように、流路管3の長手方向と直交する断面形状が波形状となっているとともに、流路管3の積層方向から見て、直線形状となっている。
 また、インナーフィン34において、上流端部34aに接続する第2フィン341と、第1フィン340と、下流端部34cに接続する第2フィン341とが連続して1本のフィンが構成されている。
 また、図7に示すように、インナーフィン34に形成された複数の第1フィン340同士の間のフィンピッチが全て同一となっている。すなわち、図7に示すように、最上部の第1フィン340と上から2番目の第1フィン340の間隔をFp1、上から2番目の第1フィン340と上から3番目の第1フィン340の間隔をFp2、上から3番目の第1フィン340と上から4番目の第1フィン340の間隔をFp3とすると、Fp1=Fp2=Fp3となっている。
 これに対し、インナーフィン34の上流端部34aと、インナーフィン34の下流端部34cにおいて、複数の第2フィン341同士の間のフィンピッチのうち、一部のフィンピッチが他のフィンピッチと異なっている。
 具体的には、図5中の上流端部34aにおいて、最上部の第2フィン341と上から2番目の第2フィン341の間と、最下部の第2フィン341と下から2番目の第2フィン341の間に、それぞれ他の部分よりもフィンピッチの広い部位(幅広部)Dが形成されている。
 また、図5中の下流端部34cにおいても、最上部の第2フィン341と上から2番目の第2フィン341の間と、最下部の第2フィン341と下から2番目の第2フィン341の間に、それぞれ他の部分よりもフィンピッチの広い幅広部Dが形成されている。
 なお、図7に示すように、複数の第2フィン341同士の間のフィンピッチのうちの1つが複数の第2フィン341同士の間の他のフィンピッチよりも広くなっている部位(幅広部D)において第1フィン340と第2フィン341とが接続する接続部34dは、第1フィン340のうち、振幅方向(波形状の振幅方向)における幅Wdaが、最大幅Wdよりも小さくなる部分に位置している。
 すなわち、図7において、上から2~4番目の第2フィン341は、第1フィン340の振幅方向における幅が最大幅Wdとなる接続部34eにおいて第1フィン340と接続されている。第1フィン340の振幅方向における幅が最大幅Wdとなる接続部34eは、第1フィン340のうち、図7中の底部340bに相当する。これに対し、最上部の第2フィン341は、第1フィン340の振幅方向における幅Wdaが最大幅Wdより小さくなる接続部34dにおいて第1フィン340と接続されている。図7において、接続部34dは、第1フィン340のうち振幅方向における頂部340aと底部340bの中間部分に位置する。
 なお、上流端部34aにおいて、最上部の第2フィン341と上から2番目の第2フィン341の間隔をFp1a、上から2番目の第2フィン341と上から3番目の第2フィン341の間隔をFp2a、上から3番目の第2フィン341と上から4番目の第2フィン341の間隔をFp3aとすると、Fp1a≠Fp2=Fp3となっている。
 上記した構成において、供給ヘッダ部11から流路管3へ熱媒体が流入すると、この熱媒体は上流端部34aに形成された第2フィン341で流量分配される。すなわち、第2フィン341のうち、フィンピッチが広くなっている部分に流入する熱媒体の流量は多くなり、フィンピッチが狭くなっている部分に流入する熱媒体の流量は少なくなる。
 このような熱交換器では、図8に示すように、熱媒体は流路管3の短手方向の中央を通りやすく流路管3の短手方向の両端は通りにくい。しかしながら、本実施形態の熱交換器においては、第2フィン341は、熱媒体の流通方向と直交方向の両端におけるフィンピッチが、両端の中間のフィンピッチよりも広くなっている。すなわち、本実施形態の熱交換器では、上流端部34aと下流端部34cにおいて、熱媒体の流通方向と直交方向の両端に幅広部Dが形成されている。これにより、流路管3の内部に熱媒体が均一に流れるようにすることが可能である。
 上記した構成によれば、インナーフィン34は、複数の第1フィン340および複数の第2フィン341を有している。複数の第1フィン340は、熱媒体が流通する主流路を複数の細流路に分割する。複数の第2フィン341は、複数の第1フィン340が形成された領域34bより上流端部34aおよび下流側の端部34cの少なくとも一方において、熱媒体の流通方向と平行となるように形成されている。複数の第1フィン340同士の間のフィンピッチFp1、Fp2、Fp3は、全て同一となっている。複数の第2フィン341同士の間のフィンピッチのうち、1つのフィンピッチFp1aが複数の第2フィン341同士の間の他のフィンピッチFp2a、Fp3aと異なっている。従って、主冷却エリアのフィン形状を変更することなく特定部位の熱交換性能の向上を図ることができる。
 ところで、板状のインナーフィン34の法線方向から見て、複数の第1フィン340を直線形状にすると、良好な熱交換性能が得られなくなってしまい、複数の第2フィン341を波形状にすると、熱媒体の通過抵抗が大きくなってしまう恐れがある。
 しかし、上記した構成では、板状のインナーフィン34の法線方向から見て、複数の第1フィン340は波形状となっており、複数の第2フィン341は直線形状となっており、複数の第2フィン341の各々は、複数の第1フィン340と連続するように接続されている。これにより、良好な熱交換性能を得ることができ、熱媒体の通過抵抗を低減することもできる。
 また、熱媒体は流路管3の短手方向の中央を通りやすく流路管3の短手方向の両端は通りにくい恐れがある。しかし、上記した構成では、複数の第2フィン341の熱媒体の流通方向と直交方向の両端におけるフィンピッチFp1aが、熱媒体の流通方向と直交方向の両端の中間におけるフィンピッチFp2a、Fp3aよりも広くなっているので、流路管3の中を熱媒体が均一に流れるようにすることができる。
 (第2実施形態)
 第2実施形態の熱交換器における中間プレート33の一面側にインナーフィン34が搭載された様子を図9に示す。また、図10は、図9中のX-X線に沿った断面図である。本実施形態の熱交換器のインナーフィン34は図5に示したものと同じである。本実施形態の熱交換器は、前述の第1実施形態の熱交換器と比較して、中間プレート33の両面に、熱媒体の流量を調整するための整流リブ33aが形成されている点が異なる。
 このような熱交換器では、インナーフィン34に形成された流路に整流リブ33aを挿入してインナーフィン34を中間プレート33に組み付けるようになっている。ここで、インナーフィン34に形成された流路の幅が狭いと組み付け時の作業性が低く、場合によってはインナーフィン34に形成された流路に整流リブ33aを挿入できない場合もある。
 しかし、本熱交換器のインナーフィン34には、第2フィン341の一部のフィンピッチが第2フィン341の他の部分のフィンピッチよりも広くなっている。このフィンピッチが広くなった部位に整流リブ33aを挿入してインナーフィン34を中間プレート33に組み付けるようになっている。このため、中間プレート33へのインナーフィン34の組み付けを容易に行うことが可能となっている。
 なお、本実施形態の熱交換器は、第2フィン341のフィンピッチが広くなった部位に整流リブ33aを挿入してインナーフィン34を中間プレート33に組み付けるようにした。これに加えて、第1実施形態の熱交換器と同様に、特定部位の熱交換性能を向上するための幅広部をインナーフィン34に形成するようにしてもよい。
 (第3実施形態)
 第3実施形態の熱交換器の流路管3をインナーフィン34の法線方向から見た図を図11に示す。この図では、流路管3の内部に収容されたインナーフィン34を点線で示してある。
 インナーフィン34の法線方向から見て、流路管3と熱交換対象物としての電子部品2とが重なる領域を冷却エリアとしたとき、冷却エリアの内側に第2フィン341が配置されると冷却性能が低下してしまう。また、冷却エリアの外側まで第1フィン340を配置すると熱媒体の通過抵抗が上昇してしまう。
 このため、本実施形態の熱交換器は、冷却エリアの内側に第1フィン340が配置されるようにして冷却性能が低下しないようにするとともに、冷却エリアの外側に第2フィン341が配置されるようにして熱媒体の通過抵抗が抑制されるようになっている。
 また、流路管3の内部に大きな空隙があると、流路管3の内圧が高くなったときに流路管3が変形してしまう場合がある。このため、本実施形態の熱交換器は、突出管部35の近くまで第2フィン341を配置して流路管3の内部の空隙の部分を減少させ、各流路管3の耐圧性を向上させるようにしている。
 上記した構成によれば、板状のインナーフィン34の法線方向から見て、流路管3と電子部品2(熱交換対象物)とが重なる領域を冷却エリアとしたとき、第2フィン341は、冷却エリアの外側に配置されている。これにより、熱媒体の通過抵抗を抑制するとともに、流路管3の耐圧性を向上させることができる。また、板状のインナーフィン34の法線方向から見て、第1フィン340は、冷却エリアの内側に配置されているので、良好な冷却性能を得ることができる。
 (第4実施形態)
 第4実施形態の熱交換器のインナーフィン34を模式的に示した図を図12に示す。上記第1実施形態では、第1フィン340が形成された領域34bより上流側に位置する上流端部34aと下流端部34cにおいて、熱媒体の流通方向と直交方向の両端に幅広部Dを形成した。これに対して、本実施形態では、複数の第2フィン341同士の間のフィンピッチのうち、一部のフィンピッチが他のフィンピッチと異なっている。これにより、電子部品2a、2bと接触する部位のインナーフィン34内の熱媒体の流量が多くなり、電子部品2a、2bが積極的に冷却される。
 具体的には、図12中に示すように、電子部品2a、2bと接触する部位の第1フィン340内の熱媒体の流量が多くなるように、電子部品2a、2bと接触する部位に位置する第1フィン340に接続される第2フィン341のフィンピッチが広くなっている。なお、図12中のFp1、Fp2、Fp3に示すように、第2フィン341の一部のフィンピッチが第2フィン341の他の部分のフィンピッチと異なっている。
 このように、積極的に冷却したい電子部品2a、2bと接触する部位に位置する第1フィン340に接続される第2フィン341のフィンピッチを異ならせることで、図12に示すように、電子部品2a、2bと接触する部位のフィン34内の熱媒体の流量を適切な流量に制御することが可能である。
 (第5実施形態)
 第5実施形態に係る熱交換器のインナーフィン34を模式的に示した図を図13に示す。上記第1実施形態の第1フィン340は、流路管3の積層方向(インナーフィン34の法線方向)から見て波形状となっている。これに対し、本実施形態の第1フィン340は、流路管3の積層方向から見て直線形状となっている。
 図13に示すように、最上部の第1フィン340と上から2番目の第1フィン340の間隔をフィンピッチFp1、上から2番目の第1フィン340と上から3番目の第1フィン340の間隔をフィンピッチFp2、上から3番目の第1フィン340と上から4番目の第1フィン340の間隔をフィンピッチFp3とする。さらに、上からN番目の第1フィン340と上からN+1番目の第1フィン340の間隔をフィンピッチFpNとすると、Fp1=Fp2=Fp3=FpNとなっている。
 また、第1フィン340が形成された領域34bより上流側に位置する上流端部34aには、複数の第2フィン341が形成されている。各第2フィン341は、流路管3の積層方向から見て直線形状となっている。
 図13に示すように、最上部の第2フィン341と上から2番目の第2フィン341の間隔をFp2a、上から2番目の第2フィン341と上から3番目の第2フィン341の間隔をFp2a、上から3番目の第2フィン341と上から4番目の第2フィン341aの間隔をFp3a。とする。さらに、上からN番目の第2フィン341と上から5番目の第2フィン341の間隔をFpNaとすると、Fp1a≠Fp2a≠Fp3=FpNとなっている。
 このように、流路管3の積層方向から見て第1フィン340を直線形状とし、更に、インナーフィン34の上流端部34aにおいて、第2フィン341の少なくとも1つのフィンピッチが他の部分と異なるように構成しても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
 (第6実施形態)
 第6実施形態に係る熱交換器のインナーフィン34を模式的に示した図を図14に示す。本実施形態の第1フィン340は、上記第5実施形態と同様に、流路管3の積層方向(インナーフィン34の法線方向)から見て直線形状となっている。
 本実施形態では、電子部品2aを積極的に冷却するため、電子部品2aと接触する部位のフィン内の熱媒体の流量が多くなるように第2フィン341の一部のフィンピッチが第2フィン341の他の部分のフィンピッチと異なっている。
 図14において、最上部の第2フィン341と上から2番目の第2フィン341との間隔をフィンピッチFp1a、上から2番目の第2フィン341と上から3番目の第2フィン341との間隔をフィンピッチFp2a、上から3番目の第2フィン341と上から4番目の第2フィン341との間隔をフィンピッチFp3a、上から4番目の第2フィン341と上から5番目の第2フィン341aとのフィンピッチ間隔をFp4a、上から5番目の第2フィン341と上から6番目の第2フィン341の間隔をフィンピッチFp5aとする。図14に示すように、フィンピッチFp3aおよびフィンピッチFp4aはともに、フィンピッチFP1a、フィンピッチFP2a、およびフィンピッチFP5aよりも大きくなっている。
 このように、流路管3の積層方向から見て第1フィン340を直線形状とし、更に、インナーフィン34の上流端部34aにおいて、第2フィン341の少なくとも1つのフィンピッチが他の部分と異なるように構成しても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
 また、積極的に冷却したい電子部品2aと接触する部位に位置する第1フィン340に接続される第2フィン341のフィンピッチを大きくすることで、電子部品2aと接触する部位のフィン34内の熱媒体の流量を適切な流量に制御することが可能である。
 (他の実施形態)
 上記第1~第6実施形態では、本熱交換器で熱交換対象物としての電子部品2を冷却する構成を示したが、本熱交換器で熱交換対象物を加熱する構成とすることもできる。
 また、上記第1~第4実施形態では、インナーフィン34の上流端部34aと下流端部34cの両方に第2フィン341を形成するようにした。しかしながら、上流端部34aと下流端部34cの一方に第2フィン341を形成するようにしてもよい。
 また、上記第5~第6実施形態では、インナーフィン34の上流端部34aに第2フィン341を形成するようにした。しかしながら、上流端部34aと下流端部34cの両方に第2フィン341を形成するようにしてもよい。
 また、上記第1~第6実施形態では、インナーフィン34における複数の第2フィン341の各々が、複数の第1フィン340と連続するように接続されているように構成した。しかしながら、第2フィン341と第1フィン342の全てが接続されている必要はなく、第2フィン341と第1フィン342の一部が接続されていない構成とすることもできる。
 なお、本開示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。上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。
 上記各実施形態において、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。
 上記各実施形態において、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。
 上記各実施形態において、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。

 

Claims (5)

  1.  熱交換対象物(2)と熱交換する熱媒体が流通するとともに、前記熱媒体の流通方向と直交する流路断面が扁平形状を有する流路管(3)と、
     前記流路管の内部に配置され、熱媒体との伝熱面積を増大させる板状のインナーフィン(34)と、を備え、
     前記インナーフィンは、
      前記熱媒体が流通する主流路を複数の細流路に分割する複数の第1フィン(340)と、
      前記複数の第1フィンが形成された領域(34b)より前記流通方向の上流側に位置する上流端部(34a)および下流側に位置する下流端部(34c)の少なくとも一方に前記流通方向と平行となるように形成された複数の第2フィン(341)と、を有し、
     前記複数の第1フィン同士の間のフィンピッチ(Fp1、Fp2、Fp3、・・・、FpN)が全て同一となっており、
     前記複数の第2フィン同士の間のフィンピッチのうち少なくとも1つのフィンピッチが前記複数の第2フィン同士の間の他のフィンピッチと異なっている熱交換器。
  2.  前記インナーフィンの法線方向から見て、前記複数の第1フィンは波形状となっており、前記複数の第2フィンは直線形状となっており、前記複数の第2フィンの各々は、前記複数の第1フィンと連続するように接続されている請求項1に記載の熱交換器。
  3.  前記複数の第2フィン同士の間のフィンピッチが前記複数の第2フィン同士の間の他のフィンピッチよりも広くなっている部位において前記第1フィンと前記第2フィンとが接続する接続部(34d)は、前記第1フィンのうち、前記波形状の振幅方向における幅(Wda)が最大幅(Wd)よりも小さくなる部分に位置している請求項2に記載の熱交換器。
  4.  前記複数の第2フィン同士の間のフィンピッチのうち、前記熱媒体の流通方向と直交する直交方向の両端におけるフィンピッチが、前記直交方向の両端の中間におけるフィンピッチよりも広くなっている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の熱交換器。
  5.  前記インナーフィンの法線方向から見て、前記流路管と前記熱交換対象物とが重なる領域を冷却エリアとしたとき、前記複数の第2フィンは、前記冷却エリアの外側に配置されている請求項1ないし4のいずれか1つに記載の熱交換器。

     
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