JP2010101596A - Heat exchanger and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】容易かつ低コストに製造できるとともに、高い冷却効果を得ることができる熱交換器及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】熱交換器10では、外枠を形成するフレーム30の内部に、冷媒の流路25を形成する複数のフィン22を備えたフィン部材20が、冷媒の流れ方向(A方向)に並べて配置されている。フレーム30は、フレーム30の内部に突出し、冷媒の流れ方向と交差する方向(B方向)へ延びる凸部35a,35b,36を備えている。凸部35a,35b,36は、B方向におけるフレーム30の両側内壁まで延設されており、A方向に所定間隔をおいて並設されている。フィン部材20は、隣り合う凸部35a,35b,36の間に配置されている。
【選択図】図1To provide a heat exchanger that can be manufactured easily and at low cost, and that can obtain a high cooling effect, and a method of manufacturing the same.
In a heat exchanger 10, a fin member 20 including a plurality of fins 22 forming a refrigerant flow path 25 is arranged in a refrigerant flow direction (direction A) inside a frame 30 forming an outer frame. They are arranged side by side. The frame 30 includes projecting portions 35a, 35b, and 36 that protrude into the frame 30 and extend in a direction (direction B) intersecting the refrigerant flow direction. The convex portions 35a, 35b, and 36 extend to the inner walls on both sides of the frame 30 in the B direction, and are arranged in parallel at a predetermined interval in the A direction. The fin member 20 is disposed between adjacent convex portions 35a, 35b, and 36.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、内部を流れる冷媒により熱を放出させる熱交換器に関する。より詳細には、半導体素子等の微細部品を冷却する熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger that releases heat by a refrigerant flowing inside. More specifically, the present invention relates to a heat exchanger that cools fine components such as semiconductor elements.
従来、ハイブリッド自動車等の電源として、電力変換機能を有するインバータ装置が用いられてきた。インバータ装置は、スイッチング素子として複数の半導体素子を備えている。このインバータ装置の半導体素子は、電力変換等に伴って発熱するため、積極的に冷却される必要があった。 Conventionally, an inverter device having a power conversion function has been used as a power source for a hybrid vehicle or the like. The inverter device includes a plurality of semiconductor elements as switching elements. Since the semiconductor element of the inverter device generates heat with power conversion or the like, it has to be actively cooled.
ここで、半導体素子等の微細部品を冷却する熱交換器としては、外枠を形成するフレームの内部に、直線状に延びる複数のフィンを平行に配置することにより、冷媒の流路を形成したものが知られている(特許文献1)。
しかしながら、上記特許文献1に開示されたような熱交換器によると、次のような問題点があった。
すなわち、このような熱交換器では、図8に示すように、フィン101,101間を流れる冷媒の速度分布(太線矢印参照)によると、フィン101に近づくにつれて冷媒の速度が遅くなっている。これは、冷媒の粘性の影響により、冷媒がフィン101に引っ張られるためである。これにより、フィン101付近には、他の領域に比べて冷媒の流れる速度が遅いか又は冷媒がほとんど停止した領域(境界層)102が形成される。この境界層102が形成されると、集熱したフィン101は、主にフィン101周辺に形成された境界層102内の冷媒103aのみと熱交換することになり、境界層102以外の領域を流れる冷媒103bとの熱交換がほとんど行われない。その結果、熱交換器の内部を流れる冷媒全域と有効に熱交換が行われず、高い冷却効果を得ることができないという問題があった。
However, the heat exchanger as disclosed in Patent Document 1 has the following problems.
That is, in such a heat exchanger, as shown in FIG. 8, according to the speed distribution of the refrigerant flowing between the
この境界層102の形成を抑制すべく、発明者らは、図9に示すように、板状のベース111上に、冷媒の流路114を形成する複数のフィン112を備えたフィン部材110において、隣り合うフィン112間に、冷媒の流れ方向(太線矢印参照)と交差する方向に延び、フィン112の先端に向かって突出する突起113を形成することを考えた(特願2008−179786、特願2008−190946)。この突起113は、ベース111を塑性変形させたり、各フィン112間に別部品を圧入したり、ベース111又はフィン112に別部品を接着したりして形成されている。
In order to suppress the formation of the
このフィン部材110によれば、各流路114を流れる冷媒を、突起113に衝突させて攪拌することができる。これにより、冷媒の流れに乱流115を発生させて、境界層102(図8参照)の形成を効果的に抑制することができる。その結果、半導体素子116を、熱交換器の内部を流れる冷媒全域と有効に熱交換させることができる。
According to the
しかしながら、このフィン部材110では、隣り合うフィン部材112間に形成される各流路114に、それぞれ突起113を形成する必要がある。つまり、多数の突起113を形成することが必要となる。このため、突起113を形成する作業が煩雑となり、フィン部材110の製造コストが上昇するという問題があった。
However, in this
また、半導体素子等の微細部品を冷却するフィン部材110には、小型化や高冷却性が要求されている。そのため、各フィン112を微細形状で複数形成して、隣り合うフィン112間に形成される流路114の幅を狭くする必要があった。ところが、このように流路114の幅を狭く形成した場合には、突起形成工程において、ベース111を塑性変形させたり、各フィン112間に別部品を圧入したり、ベース111又はフィン112に別部品を接着したりする作業が困難であった。
特に、ベース111をプレス成形して多数の突起113を形成する場合には、各フィン112に対応した微細形状の成形型を用いる必要がある。ところが、こうした微細形状の成形型は、強度が低いため、プレス時に破損するおそれがあった。また、流路114の幅が狭いため、成形型を取り付ける作業自体も困難であった。
Further, miniaturization and high cooling performance are required for the
In particular, when the
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、容易かつ低コストに製造できるとともに、高い冷却効果を得ることができる熱交換器及びその製造方法を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object to provide a heat exchanger that can be manufactured easily and at low cost, and that can obtain a high cooling effect, and a method for manufacturing the same. And
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る熱交換器は、外枠を形成するフレームの内部に、冷媒の流路を形成する複数のフィンを備えたフィン部材を、冷媒の流れ方向に並べて配置した熱交換器において、前記フレームは、前記フレームの内部に突出し、前記冷媒の流れ方向と交差する方向へ延びる凸部を備えていることを特徴とする。 The heat exchanger according to the present invention, which has been made to solve the above-described problems, includes a fin member having a plurality of fins forming a refrigerant flow path in a frame forming an outer frame, and a refrigerant flow direction. In the heat exchanger arranged side by side, the frame includes a convex portion that protrudes into the frame and extends in a direction that intersects the flow direction of the refrigerant.
この熱交換器では、外枠を形成するフレームの内部に、冷媒の流路を形成する複数のフィンを備えたフィン部材が、冷媒の流れ方向に並べて配置されている。そして、熱交換器に流れ込んだ冷媒は、各フィンにより形成された流路を流れていく。ここで、この熱交換器のフレームには、フレームの内部に突出し、冷媒の流れ方向と交差する方向へ延びる凸部が備わっている。こうした構成により、各流路を流れる冷媒を、凸部に衝突させて攪拌することができる。これにより、冷媒の流れに乱流を発生させて、境界層(図8に示す符号102参照)の形成を効果的に抑制することができる。その結果、熱交換器の内部を流れる冷媒全域を有効に活用して、高い冷却効果を得ることができる。
また、この熱交換器では、フィン部材ではなく、フィン部材を配置するフレームに凸部が形成されている。このように、フレームに凸部を形成することにより、微細加工されるフィン部材に多数の凸部(突起)を形成する場合に比べ、凸部を容易かつ低コストに形成することができる。さらに、この熱交換器では、フィン部材をフレームの内部に配置する際に、凸部をフィン部材の配置の位置決めに利用することができる。これにより、フィン部材の組付を容易にして、熱交換器の製造を容易にすることができる。
In this heat exchanger, fin members including a plurality of fins that form a flow path for the refrigerant are arranged in the flow direction of the refrigerant inside the frame that forms the outer frame. And the refrigerant | coolant which flowed into the heat exchanger flows through the flow path formed of each fin. Here, the frame of the heat exchanger is provided with a convex portion that protrudes into the frame and extends in a direction intersecting the refrigerant flow direction. With such a configuration, the refrigerant flowing through each flow path can be agitated by colliding with the convex portion. Thereby, a turbulent flow is generated in the flow of the refrigerant, and the formation of the boundary layer (see
Moreover, in this heat exchanger, the convex part is formed in the flame | frame which arrange | positions a fin member instead of a fin member. As described above, by forming the convex portions on the frame, the convex portions can be formed easily and at a lower cost than when a large number of convex portions (projections) are formed on the fin member to be finely processed. Further, in this heat exchanger, when the fin member is disposed inside the frame, the convex portion can be used for positioning of the fin member. Thereby, assembly | attachment of a fin member can be made easy and manufacture of a heat exchanger can be made easy.
本発明に係る熱交換器において、前記凸部は、金型により前記フレームと一体成形されていることが望ましい。
ここで、「フレームと一体成形されている」ことには、フレームが複数の部品から構成されている場合には、フレームを構成する一部品と一体成形されている場合を含むものとする。
In the heat exchanger according to the present invention, it is desirable that the convex portion is integrally formed with the frame by a mold.
Here, “molded integrally with the frame” includes a case where the frame is formed of a plurality of parts and integrally formed with one part of the frame.
このように、凸部を金型によりフレームと一体成形することにより、凸部を形成するために、フィン部材を構成するベース(図9に示す符号111参照)を塑性変形させたり、各フィン間に別部品を圧入したり、ベース又はフィンに別部品を接着したりする必要がない。したがって、本発明に係る熱交換器をより容易に製造することができる。
In this way, by forming the convex part integrally with the frame by the mold, the base (refer to
本発明に係る熱交換器において、前記凸部は、前記冷媒の流れ方向と交差する方向における前記フレームの両側内壁まで延設されていることが望ましい。 In the heat exchanger according to the present invention, it is desirable that the convex portion is extended to the inner walls on both sides of the frame in a direction crossing the flow direction of the refrigerant.
このように、凸部を冷媒の流れ方向と交差する方向におけるフレームの両側内壁まで延設することにより、各フィン間に形成される全ての流路を流れる冷媒を、確実に凸部に衝突させて攪拌することができる。これにより、すべての流路を流れる冷媒に確実に乱流を発生させて、境界層の形成をより効果的に抑制することができる。その結果、熱交換器の内部を流れる冷媒をさらに有効に活用して、より高い冷却効果を得ることができる。
また、このように凸部をフレームの両側内壁まで延設することにより、冷却効果を高めるのに必要な凸部の数を極力少なくする(多数の突起形成を避ける)ことができる。そのため、熱交換器をより容易かつ低コストに製造することができる。
In this way, by extending the convex part to the inner walls on both sides of the frame in the direction intersecting the refrigerant flow direction, the refrigerant flowing through all the flow paths formed between the fins is reliably caused to collide with the convex part. Can be stirred. Thereby, a turbulent flow can be reliably generated in the refrigerant flowing through all the flow paths, and the formation of the boundary layer can be more effectively suppressed. As a result, the refrigerant flowing inside the heat exchanger can be more effectively used to obtain a higher cooling effect.
In addition, by extending the protrusions to the inner walls on both sides of the frame in this way, the number of protrusions necessary to enhance the cooling effect can be reduced as much as possible (a large number of protrusions can be avoided). Therefore, a heat exchanger can be manufactured more easily and at low cost.
本発明に係る熱交換器において、前記凸部は、前記冷媒の流れ方向と直交していることが望ましい。 In the heat exchanger according to the present invention, it is desirable that the convex portion is orthogonal to the flow direction of the refrigerant.
このように、凸部を冷媒の流れ方向と直交させることにより、冷媒の流れ方向と交差する方向の中で最大の流れ抵抗を形成することができる。その結果、最も効果的に乱流を発生させて、冷却効果をより確実に高めることができる。 Thus, by making the convex part orthogonal to the flow direction of the refrigerant, the maximum flow resistance can be formed in the direction intersecting the flow direction of the refrigerant. As a result, turbulence can be generated most effectively, and the cooling effect can be more reliably enhanced.
本発明に係る熱交換器において、前記凸部は、前記冷媒の流れ方向に所定間隔をおいて並設されており、前記フィン部材は、隣り合う前記凸部の間に配置されていることが望ましい。 The heat exchanger which concerns on this invention WHEREIN: The said convex part is arranged in parallel at predetermined intervals in the flow direction of the said refrigerant | coolant, and the said fin member is arrange | positioned between the said adjacent convex parts. desirable.
このように、凸部を冷媒の流れ方向に所定間隔をおいて並設し、フィン部材を隣り合う凸部の間に配置することにより、凸部を利用してフィン部材をフレームの内部に容易に配置することができる。
ここで、特に限定されないが、隣り合う凸部の間隔を、フィン部材における冷媒の流れ方向の長さと同程度とすることが好ましい。このように、隣り合う凸部の間隔を、フィン部材における冷媒の流れ方向の長さと同程度とすることにより、フレーム内に配置されたフィン部材を、凸部によってずれないように保持することができる。
Thus, by arranging the convex portions in parallel in the refrigerant flow direction at a predetermined interval and disposing the fin member between the adjacent convex portions, the fin member can be easily placed inside the frame using the convex portion. Can be arranged.
Here, although not particularly limited, it is preferable that the interval between the adjacent convex portions is approximately the same as the length of the fin member in the refrigerant flow direction. In this way, by setting the interval between the adjacent convex portions to be approximately the same as the length of the fin member in the flow direction of the refrigerant, the fin members arranged in the frame can be held so as not to be displaced by the convex portions. it can.
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る熱交換器の製造方法は、外枠を形成するフレームの内部に、冷媒の流路を形成する複数のフィンを備えたフィン部材を、冷媒の流れ方向に並べて配置した熱交換器の製造方法において、前記フレームを成形する成形工程と、前記成形工程により成形されたフレームの内部に前記フィン部材を配置する配置工程とを含み、前記成形工程では、前記フレームと、前記フレームの内部に突出し、前記冷媒の流れ方向と交差する方向へ延び、前記冷媒の流れ方向に所定間隔をおいて並設される凸部とを、金型により一体成形し、前記配置工程では、前記フィン部材を、隣り合う前記凸部の間に配置することが望ましい。 In order to solve the above problems, a heat exchanger manufacturing method according to the present invention includes a fin member including a plurality of fins forming a refrigerant flow path in a frame forming an outer frame. In the method of manufacturing a heat exchanger arranged in the flow direction, the forming step includes forming the frame, and the disposing step of disposing the fin member inside the frame formed by the forming step. Then, the frame and a protrusion projecting into the frame, extending in a direction intersecting the refrigerant flow direction, and juxtaposed at a predetermined interval in the refrigerant flow direction are integrally formed by a mold. And it is desirable to arrange | position the said fin member between the said adjacent convex parts at the said arrangement | positioning process.
この熱交換器の製造方法では、成形工程において、フレームと、冷媒の流れ方向と交差する方向へ延びる凸部とが、金型により一体成形される。このように、凸部を金型によりフレームと一体成形することにより、凸部を形成するために、フィン部材を構成するベースを塑性変形させたり、各フィン間に別部品を圧入したり、ベース又はフィンに別部品を接着したりする必要がない。したがって、本発明に係る熱交換器をより容易に製造するこ
とができる。また、フレームに冷媒の流れ方向と交差する方向へ延びる凸部を形成することにより、微細加工されるフィン部材に多数の凸部を形成する場合に比べ、凸部を容易かつ低コストに形成することができる。そして、成形された凸部は、フレームの内部に突出し、冷媒の流れ方向と交差する方向へ延び、冷媒の流れ方向に所定間隔をおいて並設されている。したがって、この製造方法により製造された熱交換器によれば、熱交換器の内部を流れる冷媒の流れに乱流を発生させて、境界層の形成を効果的に抑制することができる。その結果、熱交換器の内部を流れる冷媒全域を有効に活用して、高い冷却効果を得る
ことができる。また、配置工程において、フィン部材を、隣り合う凸部の間に配置するこ
とにより、凸部を利用してフィン部材をフレームの内部に容易に配置することができる。
In this heat exchanger manufacturing method, in the molding step, the frame and the convex portion extending in a direction crossing the flow direction of the refrigerant are integrally molded by a mold. In this way, by forming the convex part integrally with the frame by the mold, the base constituting the fin member is plastically deformed, or another part is press-fitted between the fins, in order to form the convex part. Or, it is not necessary to attach another part to the fin. Therefore, the heat exchanger according to the present invention can be manufactured more easily. Further, by forming convex portions extending in the direction intersecting with the refrigerant flow direction on the frame, the convex portions can be formed easily and at a lower cost than when a large number of convex portions are formed on the fin member to be finely processed. be able to. The formed convex portions protrude into the frame, extend in a direction intersecting the refrigerant flow direction, and are arranged in parallel at a predetermined interval in the refrigerant flow direction. Therefore, according to the heat exchanger manufactured by this manufacturing method, a turbulent flow can be generated in the flow of the refrigerant flowing inside the heat exchanger, and the formation of the boundary layer can be effectively suppressed. As a result, a high cooling effect can be obtained by effectively utilizing the entire refrigerant flowing inside the heat exchanger. Further, in the arrangement step, the fin member can be easily arranged inside the frame by using the convex portion by arranging the fin member between the adjacent convex portions.
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る熱交換器の製造方法は、外枠を形成するフレームの内部に、冷媒の流路を形成する複数のフィンを備えたフィン部材を、冷媒の流れ方向に並べて配置した熱交換器の製造方法において、前記フレームを成形する成形工程と、前記成形工程により成形されたフレームの内部に前記フィン部材を配置する配置工程とを含み、前記配置工程では、前記フィン部材と、前記冷媒の流れ方向と交差する方向に延びる板状部材とを、前記冷媒の流れ方向に交互に配置することが望ましい。 In order to solve the above problems, a heat exchanger manufacturing method according to the present invention includes a fin member including a plurality of fins forming a refrigerant flow path in a frame forming an outer frame. In the method of manufacturing a heat exchanger arranged side by side in the flow direction, the molding step includes molding the frame, and the step of arranging the fin member inside the frame molded by the molding step. Then, it is desirable that the fin members and the plate-like members extending in the direction intersecting the refrigerant flow direction are alternately arranged in the refrigerant flow direction.
この熱交換器の製造方法では、配置工程において、フィン部材と、冷媒の流れ方向と交差する方向に延びる板状部材とを、冷媒の流れ方向に交互に配置することにより、各フィン部材を板状部材で位置決め又は保持しながら配置することができる。この製造方法により製造された熱交換器によれば、板状部材により熱交換器の内部を流れる冷媒の流れに乱流を発生させて、境界層の形成を効果的に抑制することができる。その結果、熱交換器の内部を流れる冷媒全域を有効に活用して、高い冷却効果を得ることができる。また、フレームやフィン部材とは別部品である板状部材を利用することにより、複数の凸部を形成するために、フィン部材を構成するベースを塑性変形させたり、各フィン間に別部品を圧入したり、ベース又はフィンに別部品を接着したりする必要がない。これにより、熱交換器を容易かつ低コストに製造することができる。 In this heat exchanger manufacturing method, in the arranging step, fin members and plate-like members extending in a direction crossing the refrigerant flow direction are alternately arranged in the refrigerant flow direction so that each fin member is a plate. It can arrange | position, positioning or holding | maintaining with a shaped member. According to the heat exchanger manufactured by this manufacturing method, a turbulent flow can be generated in the flow of the refrigerant flowing inside the heat exchanger by the plate-like member, and the formation of the boundary layer can be effectively suppressed. As a result, a high cooling effect can be obtained by effectively utilizing the entire refrigerant flowing inside the heat exchanger. In addition, by using a plate-like member that is a separate part from the frame and the fin member, in order to form a plurality of convex portions, the base constituting the fin member is plastically deformed, or a separate part is provided between the fins. There is no need to press fit or attach another part to the base or fin. Thereby, a heat exchanger can be manufactured easily and at low cost.
本発明に係る熱交換器及びその製造方法によれば、上記した通り、容易かつ低コストに製造できるとともに、高い冷却効果を得ることができる熱交換器を提供することができる。 According to the heat exchanger and the method for manufacturing the same according to the present invention, as described above, it is possible to provide a heat exchanger that can be manufactured easily and at low cost and can obtain a high cooling effect.
以下、本発明に係る熱交換器及びその製造方法を具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態では、小型化かつ高冷却性が要求されるインバータ装置の半導体素子に対して本発明に係る熱交換器を適用した場合について説明する。以下に示す二つの実施形態に係る熱交換器は、内部を流れる冷媒(例えば冷却水)により熱を放出させるものである。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a most preferred embodiment in which a heat exchanger according to the present invention and a manufacturing method thereof are embodied will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a case will be described in which the heat exchanger according to the present invention is applied to a semiconductor element of an inverter device that is required to be downsized and highly cooled. The heat exchanger according to the two embodiments described below is configured to release heat by a refrigerant (for example, cooling water) flowing inside.
[第一実施形態]
まず、第一実施形態に係る熱交換器について、図1〜図3を参照しながら説明する。図1は、第一実施形態に係る熱交換器の全体構成を示す斜視図である。図2は、同熱交換器のフィン部材を示す斜示図である。図3は、同熱交換器のフレームを示す分解斜示図である。
本実施形態に係る熱交換器10は、図1に示すように、外枠を形成するフレーム30と、フレーム30内に収容される4つのフィン部材20とを備えている。
[First embodiment]
First, the heat exchanger which concerns on 1st embodiment is demonstrated, referring FIGS. 1-3. FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the heat exchanger according to the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing a fin member of the heat exchanger. FIG. 3 is an exploded perspective view showing a frame of the heat exchanger.
As shown in FIG. 1, the
フィン部材20は、冷媒の流れ方向(A方向)に所定の間隔で並べて配置されている。また、すべてのフィン部材20は、同一形状に形成されている。各フィン部材20は、図2に示すように、A方向に直交する方向(B方向)に延びる長方形板状をなすベース21と、ベース21の一面から突出した複数のフィン22とを備えている。
各フィン22は、長方形板状をなしており、B方向へ10個並べられている。より詳細には、各フィン22は、A方向と平行な向きでかつB方向に所定の間隔で配置されている。こうして、各フィン22の間には、所定の幅を有し、A方向へと冷媒を導く冷媒の流路25が形成されている。
The
Each
フレーム30は、図3に示すように、断面略コ字状をなす型枠32と、型枠32に蓋をするための当板31とを備えている。そして、型枠32にフィン部材20を収納した状態で、型枠32の側壁33,34に当板31をろう付けすることにより、フレーム30の内部にフィン部材20が収納される構成となっている。また、フレーム30の開口する一端は、冷媒を導入するための導入口30aとなっており、フレーム30の開口する他端は、冷媒を排出するための排出口30bとなっている。
As shown in FIG. 3, the
型枠32は、導入口30a側に形成された導入口側凸部35aと、排出口30b側に形成された排出口側凸部35bと、導入口側凸部35aと排出口側凸部35bとの間に形成された中間凸部36とを備えている。なお、本実施形態の導入口側凸部35a、排出口側凸部35b及び中間凸部36が、本発明の「凸部」の一例である。
The
導入口側凸部35aは、フレーム30の内部に突出するように、型枠32の導入口30a側に形成された段差である。この導入口側凸部35aは、B方向へ延設されている。つまり、導入口側凸部35aは、冷媒の流れ方向と直交している。そして、導入口側凸部35aは、B方向における型枠32の両側壁33,34の内壁面まで達している。
排出口側凸部35bは、フレーム30の内部に突出するように、型枠32の排出口30b側に形成された段差である。この排出口側凸部35bも、B方向へ延設されている。つまり、排出口側凸部35bは、冷媒の流れ方向と直交している。そして、排出口側凸部35bは、B方向における型枠32の両側壁33,34の内壁面まで達している。また、導入口側凸部35aと排出口側凸部35bとは、同じ高さに形成されており、冷媒がフレーム30内へ導入されたりフレーム30内から排出されたりするのを阻害しないように、ある程度低めの高さに設計されている。
The introduction port side
The discharge port side
中間凸部36は、フレーム30の内部に突出するように、導入口側凸部35aと排出口側凸部35bとの間に形成された板状の突起である。この中間凸部36も、B方向へ延設されている。つまり、中間凸部36は、冷媒の流れ方向と直交している。そして、中間凸部36は、B方向における型枠32の両側壁33,34の内壁面まで達している。また、中間凸部36は、A方向に所定間隔をおいて3つ並設されている。そして、すべての中間凸部36は、同じ高さ及び厚さに形成されている。また、中間凸部36は、導入口側凸部35a及び排出口側凸部35bより高く形成されている。
さらに、本実施形態では、隣り合う各凸部35a,35b,36の間隔は、フィン部材20のA方向の長さと同程度とされている。また、隣り合う凸部35a,35b,36の間には、上述したフィン部材20が配置されている(図1参照)。
The
Furthermore, in this embodiment, the space | interval of each adjacent
上記のように構成された熱交換器10の製造方法について、図4を参照しながら簡単に説明する。図4は、本実施形態に係る熱交換器のフィン部材をフレーム内に配置する様子を示す説明図である。
この熱交換器10の製造工程は、フィン部材20を成型するフィン部材成形工程と、フレーム30を成形するフレーム成形工程と、フレーム30の内部にフィン部材20を配置するフィン部材配置工程とを含んでいる。
A method of manufacturing the
The manufacturing process of the
フィン部材成形工程では、すべてのフィン部材20が、一種類の成形金型を利用して、押出成形により成形される。このように、フィン部材20を押出成形により成形することで、複数のフィン22を有する微細形状のフィン部材20を高精度に製造することができる。これにより、半導体素子11のように小型かつ高冷却性が要求される微細部品にも対応できるフィン部材20を製造することができる。また、一種類の成形金型を利用して成形するため、フィン部材20を容易かつ低コストで製造することができる。
In the fin member molding step, all the
フレーム成形工程では、型枠32と、各凸部35a,35b,36とを、金型を用いてダイカスト鋳造により一体成形する。また、この工程では、当板31を、例えば平板を所定形状に加工して形成する。
このように、凸部35a,35b,36を金型によって型枠35aと一体成形することにより、微細加工されるフィン部材21に多数の凸部を形成する場合に比べ、凸部35a,35b,36を容易かつ低コストに形成することができる。また、凸部35a,35b,36を形成するために、例えばフィン部材20を構成するベース21を塑性変形させたり、各フィン22間に別部品を圧入したり、ベース21又はフィン22に別部品を接着したりする必要もない。したがって、熱交換器10を容易かつ低コストに製造することができる。
In the frame forming step, the
In this way, the
フィン部材配置工程では、図4に示すように、4つのフィン部材20を、隣り合う凸部35a,35b,36の間に配置する。なお、図4では、すでに二つのフィン部材20が型枠32に配置されている。続いて、フィン部材20aを、型枠32の底面と、中間凸部36aと中間凸部36bとから形成される空間Cに配置する。その後、フィン部材20bを、型枠32の底面と、中間凸部36bと導入口側凸部35とから形成される空間Dに配置してフィン部材20の配置を完了する。
ここで、凸部35a,35b,36はA方向に所定間隔をおいて並設されている。こうした構成により、凸部35a,35b,36を利用してフィン部材20をフレーム30の内部に配置し易くなっている。また、隣り合う各凸部35a,35b,36の間隔は、フィン部材20のA方向の長さと同程度とされている。こうした構成により、配置されたフィン部材20をずれないように凸部35a,35b,36によって保持することができる。
In the fin member arranging step, as shown in FIG. 4, the four
Here, the
上記構成を有する熱交換器10の作用効果について、図5、図6を参照しながら説明する。図5は、本実施形態に係る熱交換器の使用状態を示す説明図である。図6は、同熱交換器の作用を示す説明図である。
本実施形態に係る熱交換器10は、図5に示すように、フレーム30の上面又は下面に、熱拡散部材であるヒートスプレッダ12を介して、発熱体としての半導体素子11が取り付けられる。なお、図5には、当板31を下面、型枠32を上面として使用した場合が示されているが、当板31を上面、型枠32を下面として使用してもよい。ヒートスプレッダ12は、例えばアルミ又は銅製の熱拡散部材であり、フレーム30の上面に広面積にわたるように配設されている。
The effect of the
As shown in FIG. 5, in the
ヒートスプレッダ12の上面には、発熱体としての半導体素子11が載置されている。なお、図5には、一の半導体素子11が載置されているが、熱交換器10又は素子11の大きさ等に応じて、複数の素子11を載置するようにしてもよい。このように、ヒートスプレッダ12の上面に半導体素子11を載置することにより、半導体素子11から発生する熱を広面積に拡散させることができる。
On the upper surface of the
そして、冷媒は、図5に太線矢印で示すように、導入口30aから熱交換器10の内部へと導入される。熱交換器10内部に導入された冷媒は、各フィン部材20のフィン22により形成された流路25に従ってA方向へと流れていく。
And a refrigerant | coolant is introduce | transduced into the inside of the
ここで、熱交換器10の型枠32には、フレーム30の内部に突出し、A方向と交差する方向へ板状に延びる複数の凸部35b,36が備わっている。こうした構成により、各フィン22で形成される流路25を流れる冷媒を、各凸部35b,36により攪拌することができる。これにより、図6に太線矢印で示すように、冷媒の流れに乱流を発生させて、境界層(図8に示す符号102参照)の形成を効果的に抑制することができる。その結果、熱交換器10の内部を流れる冷媒全域を有効に活用して、高い冷却効果を得ることができる。
Here, the
また、この熱交換器10では、各凸部35b,36がB方向におけるフレーム30の両側内壁まで延設されているので、各フィン22間に形成されるすべての流路25を流れる冷媒を、確実に凸部36に衝突させて攪拌することができる。これにより、すべての流路25を流れる冷媒に確実に乱流を発生させて、境界層の形成をより効果的に抑制することができる。
Moreover, in this
さらに、この熱交換器10では、中間凸部36が冷媒の流れ方向であるA方向と直交しているので、冷媒の流れ方向と交差する方向の中で最大の流れ抵抗を形成することができる。その結果、最も確実に乱流を発生させて、冷却効果を確実に高めることができる。また、同一の冷却効果を得るのに、冷媒の流れ方向と交差する方向の中で、中間凸部36をもっとも短く形成することができる。すなわち、凸部36を最小限の材料で形成することができる。これにより、熱交換器10の製造コストを低減することができる。
Furthermore, in this
その後、冷媒は、すべてのフィン部材20の流路25を通過して、各フィン22との熱交換を終えた後、排出口30bから外部へと排出される。
Thereafter, the refrigerant passes through the
一方、発熱体である半導体素子11は、自らが発した熱をヒートスプレッダ12に伝える。そして、ヒートスプレッダ12に伝えられた熱は、スプレッダ12全体に広がるように拡散される。こうして拡散された熱は、ヒートスプレッダ12と当接するフレーム30に伝えられる。フレーム30に伝えられた熱は、フレーム30内部に収納された各フィン部材20のフィン22に伝えられる。そして、上記のようにフィン22と冷媒全域とが有効に熱交換を行う。このようにして、半導体素子11は、熱交換器10により効果的に冷却される。
On the other hand, the
以上、詳細に説明したように本実施形態に係る熱交換器10によれば、容易かつ低コストに製造できるとともに、各凸部35a,35b,36を利用して高い冷却効果を得たり、フィン部材20の配置を容易にしたりすることができる。
As described above in detail, according to the
[第二実施形態]
次に、第二実施形態に係る熱交換器及びその製造方法について、図7を参照しながら説明する。図7は、第二実施形態に係る熱交換器の各部材を示す分解斜視図である。なお、第二実施形態に係る熱交換器において、上記第一実施形態のものと同一の構成物品については、図面に同符号を付してその説明を適宜省略し、以下では相違点を中心に説明する。
本実施形態に係る熱交換器40は、フレームを構成する型枠の形状において、上記した第一実施形態と相違する。また、この熱交換器40は、複数の板状部材を新たに備えている点において、上記した第一実施形態と相違する。
[Second Embodiment]
Next, the heat exchanger according to the second embodiment and the manufacturing method thereof will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an exploded perspective view showing each member of the heat exchanger according to the second embodiment. In the heat exchanger according to the second embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof is omitted as appropriate. explain.
The
図7に示すように、本実施形態に係る型枠41は、断面コ字状をなしている。そして、型枠41の底板45及び側壁43,44の内面側は、平らに形成されている。すなわち、上記第一実施形態とは異なり、フレームの内部に突出する凸部を備えていない。
各板状部材42は、長方形状をなしており、型枠41のB方向における長さより僅かに短い長さに形成されている。この板状部材42は、隣り合うフィン部材20同士の間に配置されている。
なお、型枠41に蓋をする当板31については、上記第一実施形態のものと同様であるため、その説明及び図示を省略する。
As shown in FIG. 7, the
Each plate-like member 42 has a rectangular shape and is formed with a length slightly shorter than the length of the
Note that the abutting
上記のように構成された熱交換器40の製造方法について、図7を参照しながら簡単に説明する。
熱交換器40の製造工程は、フィン部材20を成型するフィン部材成形工程と、フレームを成形するフレーム成形工程と、フレームの内部にフィン部材20を配置するフィン部材配置工程とを含んでいる。なお、フィン部材成形工程については、上記した第一実施形態と同一であるため、その説明を省略する。
A method of manufacturing the
The manufacturing process of the
フレーム成形工程では、例えば平板を所定形状に加工することにより型枠41、当板31、板状部材42を別個に形成する。このように、平板を加工して型枠41、当板31、板状部材42を形成することにより、熱交換器40の製造を容易にし、製造コストを低減することができる。
In the frame forming step, for example, the
フィン部材配置工程では、フィン部材20と、板状部材42(42a,42b)とを、A方向に交互に配置する。なお、図7では、すでに二つのフィン部材20a,20bが型枠41に配置されている。また、図7には現れていないが、フィン部材20aとフィン部材20bの間には、板状部材42が両フィン部材20a,20bに当接して配置されている。続いて、フィン部材20cを、板状部材42aに当接させて配置する。その後、板状部材42bを、フィン部材20cに当接させて配置する。最後に、フィン部材20dを、板状部材42bに当接させて配置する。こうして、フィン部材20の配置を完了する。
このようにフィン部材20と板状部材42とを交互に配置することにより、各フィン部材20を板状部材42で位置決め又は保持しながら配置することができる。なお、板状部材42を配置する際、型枠41に接合してもよい。このように板状部材42を型枠41に接合することにより、フィン部材20の位置決め又は保持をより確実なものとすることができる。
In the fin member arranging step, the
Thus, by arranging the
[変更例]
ここで、フィン部材配置工程の変更例について、簡単に説明する。
変更例に係るフィン部材配置工程では、あらかじめ型枠41に板状部材42を配置する。より詳細には、板状部材42を、フィン部材20のA方向における長さと同程度の間隔をおいて、A方向に並べて配置する。このとき、あらかじめ型枠41の内底面45又は側壁43,44の内面に、板状部材42の配置位置に合わせて板状部材42を嵌合させる溝を形成してもよい。このように、型枠41に板状部材42を嵌合させる溝を形成することにより、板状部材42を接合することなく、その配置位置に容易かつ確実に固定することができる。
[Example of change]
Here, the example of a change of a fin member arrangement | positioning process is demonstrated easily.
In the fin member arranging step according to the modified example, the plate-like member 42 is arranged on the
そして、板状部材42を配置した後、フィン部材20を、板状部材42により仕切られた空間に配置する。このように、板状部材42によりあらかじめフィン部材20を配置する空間を形成しておくことで、フィン部材20の配置を容易かつ正確に行うことができる。
And after arrange | positioning the plate-shaped member 42, the
上記構成を有する熱交換器40によれば、上記した第一実施形態と同様に、板状部材42により熱交換器40の内部を流れる冷媒の流れに乱流を発生させて、境界層の形成を効果的に抑制することができる。その結果、熱交換器40の内部を流れる冷媒全域を有効に活用して、高い冷却効果を得ることができる。また、こうした熱交換器40を容易かつ低コストに製造することができる。
According to the
なお、上記した実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。以下にその例を示す。 It should be noted that the above-described embodiment is merely an example, and does not limit the present invention in any way, and various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the invention. An example is shown below.
上記した実施形態では、半導体素子11に対し本発明を適用した場合を示したが、これに限られることなく、冷却効果を必要とする様々な微細部品に対して本発明を適用することができる。
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the
上記した実施形態では、中間凸部36や板状部材42が板状の形状をなす場合について説明したが、目的等に応じて、凸部36や板状部材42の形状を自由に変更することができる。例えば、流路25の位置に合わせた凸部を有するクシ歯状に形成してもよい。これにより、必要な部分のみに凸部を形成して材料費を低減することができる。
In the above-described embodiment, the case where the intermediate
10 熱交換器(第一実施形態)
20,20a〜20d フィン部材
21 ベース
22 フィン
25 流路
30 フレーム
31 当板
32 型枠
33 側壁
34 側壁
35a 導入口側凸部
35b 排出口側凸部
36 中間凸部
40 熱交換器(第二実施形態)
41 型枠
42a 板状部材
42b 板状部材
A 冷却水の流れ方向
B A方向に直交する方向
10 Heat exchanger (first embodiment)
20, 20a to
41
Claims (7)
前記フレームは、前記フレームの内部に突出し、前記冷媒の流れ方向と交差する方向へ延びる凸部を備えている
ことを特徴とする熱交換器。 In a heat exchanger in which fin members including a plurality of fins forming a refrigerant flow path are arranged in the flow direction of the refrigerant inside the frame forming the outer frame,
The frame includes a convex portion that protrudes into the frame and extends in a direction that intersects the flow direction of the refrigerant.
前記凸部は、金型により前記フレームと一体成形されている
ことを特徴とする熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1,
The heat exchanger according to claim 1, wherein the convex portion is integrally formed with the frame by a mold.
前記凸部は、前記冷媒の流れ方向と交差する方向における前記フレームの両側内壁まで延設されている
ことを特徴とする熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1 or claim 2,
The convex portion is extended to the inner walls on both sides of the frame in a direction crossing the flow direction of the refrigerant.
前記凸部は、前記冷媒の流れ方向と直交している
ことを特徴とする熱交換器。 In the heat exchanger as described in any one of Claims 1-3,
The said convex part is orthogonal to the flow direction of the said refrigerant | coolant, The heat exchanger characterized by the above-mentioned.
前記凸部は、前記冷媒の流れ方向に所定間隔をおいて並設されており、
前記フィン部材は、隣り合う前記凸部の間に配置されている
ことを特徴とする熱交換器。 In the heat exchanger as described in any one of Claims 1-4,
The convex portions are juxtaposed at a predetermined interval in the flow direction of the refrigerant,
The said fin member is arrange | positioned between the said adjacent convex parts, The heat exchanger characterized by the above-mentioned.
前記フレームを成形する成形工程と、
前記成形工程により成形されたフレームの内部に前記フィン部材を配置する配置工程とを含み、
前記成形工程では、前記フレームと、前記フレームの内部に突出し、前記冷媒の流れ方向と交差する方向へ延び、前記冷媒の流れ方向に所定間隔をおいて並設される凸部とを、金型により一体成形し、
前記配置工程では、前記フィン部材を、隣り合う前記凸部の間に配置する
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。 In the heat exchanger manufacturing method in which fin members including a plurality of fins that form refrigerant flow paths are arranged in the flow direction of the refrigerant inside the frame that forms the outer frame.
A molding step of molding the frame;
An arrangement step of arranging the fin member inside the frame formed by the molding step,
In the molding step, the frame and a protrusion projecting into the frame, extending in a direction intersecting with the flow direction of the refrigerant, and arranged in parallel at a predetermined interval in the flow direction of the refrigerant, Is integrally molded by
In the arrangement step, the fin member is arranged between the adjacent convex portions.
前記フレームを成形する成形工程と、
前記成形工程により成形されたフレームの内部に前記フィン部材を配置する配置工程とを含み、
前記配置工程では、前記フィン部材と、前記冷媒の流れ方向と交差する方向に延びる板状部材とを、前記冷媒の流れ方向に交互に配置する
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。 In the heat exchanger manufacturing method in which fin members including a plurality of fins that form refrigerant flow paths are arranged in the flow direction of the refrigerant inside the frame that forms the outer frame.
A molding step of molding the frame;
An arrangement step of arranging the fin member inside the frame formed by the molding step,
In the arrangement step, the fin member and the plate-like members extending in a direction intersecting with the flow direction of the refrigerant are alternately arranged in the flow direction of the refrigerant.
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US8365409B2 (en) | 2009-05-22 | 2013-02-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Heat exchanger and method of manufacturing the same |
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