JP2016205802A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器の熱性能を向上させる。
【解決手段】扁平形状に形成された流路管と、流路管の内部に配置された板状のインナーフィンと、を備え、インナーフィンは、熱媒体が流通する主流路を複数の細流路に分割するウェーブフィン３４０ｃと、ウェーブフィン３４０ｃに接続された案内壁３７とを有し、ウェーブフィン３４０ｃに、複数の細流路のうちウェーブフィン３４０ｃを挟んで隣り合う２つの細流路を連結する開口部３６が形成されており、案内壁３７は、ウェーブフィン３４０ｃの開口部３６の周りの端部のうち、熱媒体の流れの下流側に位置する部分に接続され、ウェーブフィンから細流路に突出し、先端が熱媒体の流れの上流側に対向しているか、または、ウェーブフィン３４０ｃの開口部３６の周りの端部のうち、熱媒体の流れの上流側に位置する部分に接続され、ウェーブフィン３４０ｃから細流路に突出し、先端が熱媒体の流れの下流側に対向している。
【選択図】図７

Description

本発明は、ウェーブフィンを有する熱交換器に関するものである。

従来、半導体素子を内蔵した半導体モジュール等の発熱体の放熱を行うために、発熱体を両面から挟持するように流路管を配設して構成される熱交換器が知られている。このような熱交換器では、発熱体と流路管とが交互に積層された構成となっており、積層された複数の流路管は、連通部材によって連通され、冷却媒体が各流路管に流通するよう構成されている。

この種の熱交換器において、熱交換性能を向上させるために、流路管内に仕切部材を配設して１つの流路管内に熱媒体流路を流路管の厚み方向に２段形成するとともに、２段に形成された熱媒体流路のそれぞれにインナーフィンを配置したものが開示されている。

例えば、特許文献１に記載の熱交換器では、伝熱面積を増大させる部品としてウェーブフィンを使用している。

特開２０１２−９８２６号公報

特許文献１に記載のウェーブフィンにより熱交換器の熱性能を向上させることができるが、熱交換器のさらなる熱性能向上が求められている。

本発明は上記点に鑑みて、熱交換器の熱性能を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、扁平形状に形成され、熱交換対象物と熱交換する熱媒体が内部を流通する流路管（３）と、流路管の内部に配置され、熱交換対象物と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、インナーフィンは、熱媒体が流通する主流路を複数の細流路に分割するウェーブフィン（３４０ｃ）と、ウェーブフィンに接続された案内壁（３７）とを有し、ウェーブフィンは、流路管の長手方向であるｘ方向に垂直でかつ流路管の厚み方向であるｚ方向に垂直なｙ方向の一方側に向かって凸の形状とされた第１凸部（３４０ｄ）と、ｙ方向の他方側に向かって凸の形状とされた第２凸部（３４０ｅ）とが中間部（３４０ｆ）を介して交互に並ぶことにより、ｚ方向に垂直な断面形状が波形状とされており、ウェーブフィンに、複数の細流路のうちウェーブフィンを挟んで隣り合う２つの細流路を連結する開口部（３６）が形成されており、案内壁は、ウェーブフィンの開口部の周りの端部のうち、２つの細流路のうち一方の細流路における熱媒体の流れの下流側に位置する部分に接続され、ウェーブフィンから一方の細流路に突出し、先端が一方の細流路における熱媒体の流れの上流側に対向しているか、または、ウェーブフィンの開口部の周りの端部のうち、一方の細流路における熱媒体の流れの上流側に位置する部分に接続され、ウェーブフィンから一方の細流路に突出し、先端が一方の細流路における熱媒体の流れの下流側に対向している。

これによれば、案内壁の先端が熱媒体の流れの上流側に対向する場合、案内壁の先端に熱媒体が衝突する。そのため、伝熱を促進し、熱交換器の熱性能を向上させることができる。

また、案内壁が、ウェーブフィンの開口部周りの端部のうち熱媒体の流れの下流側に位置する部分に接続され、ウェーブフィンから細流路に突出することにより、細流路を流れる熱媒体の一部が開口部を通って隣の細流路に流れ込み、細流路のうちウェーブフィン付近における剥離の発生が抑制される。そのため、熱交換器の熱性能を向上させることができる。

また、案内壁の先端が熱媒体の流れの下流側に対向する場合においても、細流路を流れる熱媒体の一部が開口部を通って隣の細流路へ流れ込むことにより、剥離の発生が抑制され、熱交換器の熱性能を向上させることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態における熱交換器を用いた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。 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す図である。 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３のVII−VII断面図である。 図６の部分拡大図である。 図７のIX−IX断面図である。 従来の熱交換器における細流路の断面図であって、図７に相当する図である。 従来の熱交換器における剥離の様子を示す断面図であって、図１２に相当する図である。 図３のVII−VII断面図である。 従来の熱交換器におけるウェーブフィンの断面図であって、図１４に相当する図である。 図７のIX−IX断面図である。 第２実施形態における細流路の断面図であって、図７に相当する図である。 第２実施形態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って、図８に相当する図である。 第２実施形態における細流路の断面図であって、図１２に相当する図である。 第３実施形態における細流路の断面図であって、図１２に相当する図である。 第３実施形態におけるウェーブフィンの断面図であって、図１４に相当する図である。 第４実施形態における細流路の断面図であって、図１２に相当する図である。 他の実施形態における連通路の配置を示す断面図であって、図７に相当する図である。 他の実施形態における連通路の配置を示す断面図であって、図７に相当する図である。 他の実施形態における連通路の配置を示す断面図であって、図７に相当する図である。 他の実施形態における連通路の配置を示す断面図であって、図７に相当する図である。 他の実施形態におけるウェーブフィンの断面図であって、図９に相当する図である。 他の実施形態におけるウェーブフィンの断面図であって、図９に相当する図である。 他の実施形態における細流路の断面図であって、図２８に相当する図である。 図１５の部分拡大図である。

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、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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図１４を用いて説明する。ここでは、本実施形態の積層型熱交換器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が、本実施形態の積層型熱交換器１を他の用途に用いてもよい。また、本実施形態の積層型熱交換器１を加熱のために用いてもよい。電子部品２は、例えば、走行用電動機に対して三相交流電圧を出力するインバータ回路に適用されるパワーカードである。積層型熱交換器１は、熱交換器に相当する。

積層型熱交換器１は、流路管３と、流路管３の内部に配置されたインナーフィン３４と、を備えている。積層型熱交換器１は、図１に示すように、複数の流路管３を、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。

流路管３は、電子部品２と熱交換する熱媒体が内部を流通するものである。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。図２に示すように、流路管３は、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、長手方向の周縁端部の形状が半円形状となっている。なお、流路管３の積層方向に垂直で、かつ、流路管３の長手方向に垂直な方向を、流路管３の短手方向とする。また、流路管３の積層方向を、流路管３の厚み方向とする。また、図３に示すように、流路管３は、長手方向と直交する流路断面が扁平形状に形成されている。流路管３の長手方向、短手方向、厚み方向はそれぞれｘ方向、ｙ方向、ｚ方向に相当する。

なお、図２は図１のII−II線における断面図であるが、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の内部に配置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２、図３、図５、図６では、後述する開口部３６および案内壁３７の図示を省略している。

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、これらのプレートを接合して構成されている。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、中間プレート３３とを有する。

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り、外殻プレート３１、３２を通して電子部品２と熱媒体との熱交換が行われる。中間プレート３３は、長方形状の板部材で構成され、外殻プレート３１、３２の間に、外殻プレート３１、３２それぞれと対向するように配置されている。中間プレート３３の流路管３の長手方向における両端部には、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。

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。また、外殻プレート３１と中間プレート３３との間、外殻プレート３２と中間プレート３３との間に、インナーフィン３４が配置され、後述する第１フィン３４０、第２フィン３４１により、主流路である媒体流路３０が複数の細流路に分割される。

インナーフィン３４は、熱媒体と電子部品２との伝熱面積を増大させる部品である。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。インナーフィン３４の詳細については後述する。

流路管３は、外殻プレート３１と中間プレート３３との間、外殻プレート３２と中間プレート３３との間にそれぞれインナーフィン３４を配置し、外殻プレート３１、３２、中間プレート３３の周縁部の内側をろう材により接合することで構成されている。また、インナーフィン３４は、外殻プレート３１、３２に対してろう材により接合されている。

このような構造により、隣り合う２つの流路管３の間に形成される隙間に電子部品２を配設して積層型熱交換器１を構成する際に、積層方向の外側から加わる力により流路管３が変形することを抑制できる。なお、中間プレート３３は、その周縁部が外殻プレート３１、３２の間に狭持されていてもよい。

図２に示すように、流路管３の長手方向の両側には、突出管部３５が設けられている。積層型熱交換器１は、突出管部３５も備えている。突出管部３５は、隣り合う流路管３を連結する配管であり、図４に示すように、流路管３の積層方向に開口すると共に、流路管３の積層方向に突出した円筒状とされている。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、積層方向の両側に突出管部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には、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。複数の流路管３は、突出管部３５同士を嵌合させると共に、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。これにより、隣り合う流路管３は、互いの媒体流路３０が連通している。

流路管３の長手方向の両側に設けられた一対の突出管部３５のうち、一方を供給ヘッダ部１１、他方を排出ヘッダ部１２とする。供給ヘッダ部１１は、流路管３の媒体流路３０へ熱媒体を供給する配管であり、排出ヘッダ部１２は、流路管３の媒体流路３０から熱媒体を排出する配管である。

図１に示すように、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、媒体導入部４および媒体導出部５が接続されている。媒体導入部４は、熱媒体を積層型熱交換器１に導入するための配管であり、媒体導出部５は、熱媒体を積層型熱交換器１から導出するための配管である。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流路管３に接合されている。積層型熱交換器１は、媒体導入部４、媒体導出部５も備える。

熱媒体は、図示しないポンプにより、媒体導入部４を通して積層型熱交換器１へ供給され、媒体導出部５を通して積層型熱交換器１から排出される。また、積層型熱交換器１を流れる熱媒体は、図示しないポンプにより流量を一定とされている。

インナーフィン３４の構成について図５〜図９を用いて説明する。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。図５に示すように、インナーフィン３４のうち、複数の第１フィン３４０が形成された領域を領域３４ｂ、領域３４ｂより熱媒体流れ上流側の端部を端部３４ａ、下流側の端部を端部３４ｃとする。

第１フィン３４０は、熱媒体が流通する主流路である媒体流路３０を複数の細流路に分割するものである。図３、図６に示すように、インナーフィン３４のうち、複数の第１フィン３４０が形成された領域３４ｂは、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おり、波形の頂点付近は外殻プレート３１、３２、中間プレート３３と接している。

１つの第１フィン３４０のうち、流路管３の厚み方向の一方の向きに凸の形状とされ、外殻プレート３１または３２と接する部分を頂部３４０ａとし、流路管３の厚み方向の他方の向きに凸の形状とされ、中間プレート３３と接する部分を底部３４０ｂとする。第１フィン３４０のうち、頂部３４０ａと底部３４０ｂとを接続する部分を壁面部３４０ｃとする。

インナーフィン３４のうち第１フィン３４０が形成された領域３４ｂは、頂部３４０ａと底部３４０ｂとが壁面部３４０ｃを介して交互に並ぶことにより、流路管３の長手方向に垂直な断面形状が波形状とされている。具体的には、第１フィン３４０は、底部３４０ｂ、壁面部３４０ｃ、頂部３４０ａ、壁面部３４０ｃ、底部３４０ｂが順に並ぶ構成とされている。このような第１フィン３４０が互いの底部３４０ｂを接続させて複数並ぶことにより、インナーフィン３４のうち、複数の第１フィン３４０が形成された領域３４ｂは、流路管３の長手方向に垂直な断面形状が波形状とされている。

図７に示すように、壁面部３４０ｃは、凸部３４０ｄと、凹部３４０ｅと、中間部３４０ｆとをそれぞれ複数有する。壁面部３４０ｃは、凸部３４０ｄと凹部３４０ｅとが、凸部３４０ｄと凹部３４０ｅとを連結する中間部３４０ｆを介して交互に並ぶことにより、流路管３の厚み方向に垂直な断面形状が波形状とされている。

凸部３４０ｄは、流路管３の厚み方向に垂直な断面形状が流路管３の短手方向の一方側に向かって凸の曲線状とされており、凹部３４０ｅは、流路管３の厚み方向に垂直な断面形状が流路管３の短手方向の他方側に向かって凸の曲線状とされている。凸部３４０ｄ、凹部３４０ｅはそれぞれ第１凸部、第２凸部に相当する。中間部３４０ｆは、流路管３の厚み方向に垂直な断面形状が直線状とされている。

このような凸部３４０ｄ、凹部３４０ｅ、中間部３４０ｆにより壁面部３４０ｃを構成することで、壁面部３４０ｃは、流路管３の厚み方向から見て、流路管３の長手方向に三角波形状に屈曲する形状となっている。壁面部３４０ｃは、ウェーブフィンに相当する。

第２フィン３４１は、第１フィン３４０とともに細流路を形成するものであり、流路管３の長手方向と平行となるように、端部３４ａ、端部３４ｃに形成されている。第２フィン３４１は、流路管３の厚み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のうち第２フィン３４１が形成された端部３４ａ、端部３４ｃは、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。

インナーフィン３４において、端部３４ａに形成された第２フィン３４１と、第１フィン３４０と、端部３４ｃに形成された第２フィン３４１により連続する１本のフィンが構成されている。

図７に示すように、壁面部３４０ｃには、壁面部３４０ｃを挟んで隣り合う２つの細流路を連結する開口部３６が複数形成されている。開口部３６は、本実施形態では、凸部３４０ｄから中間部３４０ｆに至る部分と、凹部３４０ｅから中間部３４０ｆに至る部分とに形成されている。

壁面部３４０ｃには案内壁３７が接続されており、インナーフィン３４は案内壁３７も有する。案内壁３７は、前縁効果により熱伝達を改善し、また、熱媒体を隣の細流路に案内して剥離の発生を抑制するためのものである。

案内壁３７は、壁面部３４０ｃの開口部３６の周りの端部のうち、開口部３６により連結される２つの細流路のうち一方の細流路における熱媒体の流れの下流側に接続され、壁面部３４０ｃから一方の細流路に突出しており、先端が熱媒体の流れの上流側に対向している。案内壁３７は、複数の開口部３６それぞれに対応して配置されており、インナーフィン３４は、案内壁３７を複数有する。

本実施形態では、図７に示すように、凸部３４０ｄと案内壁３７、凹部３４０ｅと案内壁３７とが、滑らかに接続されている。また、本実施形態では、図８に示すように、案内壁３７のうち、熱媒体の流れに対向する端部以外の端部は、頂部３４０ａ、底部３４０ｂまたは壁面部３４０ｃに接続されている。

このような開口部３６および案内壁３７は、インナーフィン３４の材料となる板状のプレートの切断と、切断部の曲げとを同時に行うプレス加工により形成できる。この場合、切断部付近に位置する部分のうち、加工後に切断部よりも媒体流路３０の上流側となる部分は第１フィン３４０の一部となり、下流側となる部分は第１フィン３４０から起こされて案内壁３７となる。また、案内壁３７および第１フィン３４０との境界と、切断部の側面のうち第１フィン３４０側に残る部分とで囲まれた部分は、開口部３６となる。また、インナーフィン３４の材料となる板状のプレートにあらかじめ切れ目を入れておき、切れ目を入れたプレートをプレス加工することにより、開口部３６および案内壁３７を形成してもよい。

上述したように、本実施形態では、熱媒体は案内壁３７の先端に対向する向きに流れる。図７に示すように、案内壁３７は、このような向きで熱媒体が流れる場合に熱媒体が凸部３４０ｄから凹部３４０ｅに向かって流れる領域Ｒ１では、凹部３４０ｅの凸の側に壁面部３４０ｃから突出している。また、案内壁３７は、熱媒体が凹部３４０ｅから凸部３４０ｄに向かって流れる領域Ｒ２では、凸部３４０ｄの凸の側に壁面部３４０ｃから突出している。なお、熱媒体は、図７の紙面左側から右側に向かって流れる。

また、細流路における熱媒体の流れのうち、案内壁３７により隣の細流路に案内されずに同じ細流路に残る流れを本流、案内壁３７により隣の細流路に案内される流れを分流とすると、本流の流路断面積は、分流の流路断面積よりも大きい。

ここで、図７の直線Ｌ１は、案内壁３７のうち熱媒体の流れに対向する先端を通り、本流における熱媒体の流通方向に垂直な平面を示し、直線Ｌ２は、案内壁３７のうち熱媒体の流れに対向する先端を通り、分流における熱媒体の流通方向に垂直な平面を示している。また、本流の流路断面積を、直線Ｌ１で示される平面において、頂部３４０ａまたは底部３４０ｂと、壁面部３４０ｃと、外殻プレート３１、３２または中間プレート３３と、案内壁３７とで囲まれた部分の面積とする。また、分流の流路断面積を、直線Ｌ２で示される平面において、頂部３４０ａまたは底部３４０ｂと、壁面部３４０ｃと、案内壁３７とで囲まれた部分の面積とする。

また、本実施形態では、図９に示すように、案内壁３７が、壁面部３４０ｃを挟んで隣り合う２つの細流路のうち一方の細流路の領域Ｒ３に突出し、熱媒体を他方の細流路の領域Ｒ４に案内している。

ここで、領域Ｒ３、領域Ｒ４は、それぞれ、流路管３の短手方向における各細流路の幅が流路管３の厚み方向において変化することにより各細流路に形成された、所定の幅よりも幅が狭い領域、幅が広い領域である。

インナーフィン３４は、金属製の板状のプレートをプレス加工して製造される。そのため、頂部３４０ａ、壁面部３４０ｃ、中間プレート３３で囲まれる細流路のうち、頂部３４０ａ側の領域の流路管３の短手方向における幅ｗ１は、中間プレート３３側の領域の幅ｗ２よりも小さい。また、底部３４０ｂと、壁面部３４０ｃと、外殻プレート３１または外殻プレート３２とで囲まれる細流路のうち、底部３４０ｂ側の領域の流路管３の短手方向における幅ｗ３は、外殻プレート３１または外殻プレート３２側の領域の幅ｗ４よりも小さい。

本実施形態では、各細流路において、流路管３の厚み方向において頂部３４０ａからの距離と底部３４０ｂからの距離とが互いに等しく、流路管３の厚み方向に垂直な平面の両側に位置する領域をそれぞれ領域Ｒ３、Ｒ４とする。流路管３の厚み方向において頂部３４０ａからの距離と底部３４０ｂからの距離とが互いに等しい部分の幅（上述の所定の幅に相当する）をｗ５とすると、領域Ｒ３の幅は幅ｗ５よりも小さく、領域Ｒ４の幅は幅ｗ５よりも大きい。

領域Ｒ３は、細流路において、この平面と、頂部３４０ａまたは底部３４０ｂとで挟まれた領域である。領域Ｒ４は、細流路において、この平面と、外殻プレート３１、３２、または、中間プレート３３とで挟まれた領域である。図９の直線Ｌ３は、領域Ｒ３と領域Ｒ４との境界を示している。領域Ｒ３、Ｒ４は、それぞれ、第１領域、第２領域に相当する。

上記した構成において、熱媒体は媒体導入部４から直接、あるいは、供給ヘッダ部１１を通って流路管３に流れ込み、流路管３から直接、あるいは排出ヘッダ部１２を通って媒体導出部５から導出される。このとき、電子部品２と熱媒体との熱交換により、電子部品２が冷却される。

流路管３においては、熱媒体は、複数形成された波形状の細流路を蛇行して流れる。図１０、図１１は、開口部３６が形成されていない従来の熱交換器の断面図である。

本実施形態では、案内壁３７の先端が熱媒体の流れの上流側に対向している。これにより、案内壁３７の先端に熱媒体が衝突し、前縁効果により伝熱が促進されるため、熱交換器の熱性能が向上する。

また、図１０に示すように開口部３６が形成されていない従来の熱交換器では、図１１の矢印Ａ１で示すように熱媒体が蛇行して流れる際に、剥離が発生する。剥離は、図１１の領域Ｒ５で示すように、熱媒体が２つの凸部３４０ｄまたは２つの凹部３４０ｅにより形成されたカーブを通り過ぎたとき、カーブの内側だった方の壁面部３４０ｃ付近に発生する。剥離部は流れが遅く、流れが速い部分よりも伝熱促進への寄与が小さい。また、剥離の発生により流路管３における圧力損失が増加する。そのため、剥離の発生により熱交換器の性能が低下する。

これに対し、本実施形態では、開口部３６が形成され、案内壁３７が、壁面部３４０ｃの開口部３６周りの端部のうち熱媒体の流れの下流側に位置する部分に接続され、壁面部３４０ｃから壁面部３４０ｃを挟んで隣り合う２つの細流路のうち一方の細流路に突出している。そのため、図１２の矢印Ａ２で示す蛇行流れの一部が、矢印Ａ３で示すように、開口部３６を通って開口部３６が形成されていない場合に剥離が発生する部分である壁面部３４０ｃの付近に流れ込み、この部分における剥離の発生が抑制される。図１２の領域Ｒ６は、本実施形態において剥離が発生する部分であり、開口部３６が形成されていない場合に剥離が発生する領域Ｒ５よりも小さい。

このように、本実施形態では、剥離の発生が抑制され、インナーフィン３４と熱媒体とが接する部分のうち、伝熱促進に寄与する部分の面積が増加し、また、圧力損失の増加が抑制される。これにより、熱交換器の熱性能が向上する。なお、このとき、上記のように本流の流路断面積が分流の流路断面積よりも大きいため、開口部３６を通らず、同じ細流路を流れ続ける本流の流量は、開口部３６を通って隣の細流路に流れ込む分流の流量よりも大きく、本来の蛇行流れは維持されている。

このように、本実施形態の熱交換器を用いて構成された積層型熱交換器１では、開口部３６および案内壁３７を形成することにより、インナーフィン３４を、伝熱をより促進できる形状とし、熱交換器の熱性能（熱交換量）を向上させることができる。

また、従来のウェーブフィンにおいて、幅が広い領域では、幅が狭い領域に比べて流速が遅く、図１３の領域Ｒ７で示すように、剥離部が大きい。また、積層型熱交換器１を冷却に用いる場合、流速の影響から、幅が広い領域では、幅が狭い領域に比べて熱媒体の温度が高い。

このようなウェーブフィンの特性を考えると、幅が狭い領域を通る熱媒体を、隣り合う細流路の幅が広い領域に流し込むことで、熱媒体の速度分布と温度分布を効果的に改善し、熱交換器の熱性能を向上させることができると推察される。

これについて、本実施形態では、案内壁３７が、隣り合う２つの細流路のうち一方の細流路の領域Ｒ３に突出し、図１４の矢印Ａ４で示すように、熱媒体を他方の細流路の領域Ｒ４に案内している。そのため、熱媒体の速度分布と温度分布が改善され、剥離の発生が抑制される。図１４の領域Ｒ８は、本実施形態において剥離が発生する部分であり、開口部３６が形成されていない場合に剥離が発生する領域Ｒ７よりも小さい。これにより、熱交換器の熱性能をさらに向上させることができる。

なお、剥離の発生を抑制することにより流路管３における圧力損失の増加が抑制される一方、案内壁３７の細流路への突出により圧力損失が増加する。これに対し、本実施形態では、案内壁３７を上記のように配置して効率よく剥離の発生を抑制し、これにより圧力損失の増加を大きく抑制することで、剥離の発生を抑制しつつ熱交換器全体での圧損の上昇を抑制し、熱交換器の熱性能をさらに向上させることができる。

また、本実施形態では、案内壁３７が、幅が狭く熱媒体の流速が大きい領域Ｒ３に突出している。これにより、熱媒体が案内壁３７の先端に流速の大きい状態で衝突するため、前縁効果による伝熱促進が大きくなり、熱交換器の熱性能をさらに向上させることができる。

なお、案内壁３７は、各細流路において、熱媒体の流速が最大となる部分に形成されていることが好ましい。これにより、熱媒体が案内壁３７の先端に流速の大きい状態で衝突するため、前縁効果による伝熱促進が大きくなり、熱交換器の熱性能をさらに向上させることができる。

また、凸部３４０ｄ、凹部３４０ｅの内側で、かつ、領域Ｒ４に含まれる部分では、特に剥離が発生しやすい。そのため、この部分に分流が流れ込むように開口部３６および案内壁３７を配置することが好ましい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して開口部３６および案内壁３７の位置を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、図１５、図１６に示すように、開口部３６が、凸部３４０ｄおよび凹部３４０ｅに形成されている。凸部３４０ｄに形成された開口部３６に対応する案内壁３７は、凸部３４０ｄに接続され、凸部３４０ｄの凸の側に壁面部３４０ｃから突出している。凹部３４０ｅに形成された開口部３６に対応する案内壁３７は、凹部３４０ｅに接続され、凹部３４０ｅの凸の側に壁面部３４０ｃから突出している。

また、案内壁３７は、流路管３の厚み方向に垂直な少なくとも一部の断面において、距離ｄ１が距離ｄ２よりも大きくなるように配置されている。

ここで、ｄ１は、壁面部３４０ｃのうち連続するそれぞれ１つの凸部３４０ｄ、中間部３４０ｆ、凹部３４０ｅに含まれる部分と、この凹部３４０ｅに接続された案内壁３７とで構成される部分の、流路管３の短手方向における一方側の表面において、一方側の最も外側に位置する部分と、他方側の最も外側に位置する部分との間の、流路管３の短手方向における距離である。

なお、本実施形態では、壁面部３４０ｃのうち連続するそれぞれ１つの凸部３４０ｄ、中間部３４０ｆ、凹部３４０ｅに含まれる部分と、この凹部３４０ｅに接続された案内壁３７とで構成される部分の、流路管３の短手方向における他方側の表面において、一方側の最も外側に位置する部分と、他方側の最も外側に位置する部分との間の、流路管３の短手方向における距離もｄ１とされている。

また、ｄ２は、壁面部３４０ｃのうち連続するそれぞれ１つの凸部３４０ｄ、中間部３４０ｆ、凹部３４０ｅに含まれる部分の、流路管３の短手方向における一方側の表面において、一方側の最も外側に位置する部分と、他方側の最も外側に位置する部分との間の、流路管３の短手方向における距離である。

なお、本実施形態では、壁面部３４０ｃのうち連続するそれぞれ１つの凸部３４０ｄ、中間部３４０ｆ、凹部３４０ｅに含まれる部分の、流路管３の短手方向における他方側の表面において、一方側の最も外側に位置する部分と、他方側の最も外側に位置する部分との間の、流路管３の短手方向における距離もｄ２とされている。

また、本実施形態では、壁面部３４０ｃのうち連続するそれぞれ１つの凸部３４０ｄ、中間部３４０ｆ、凹部３４０ｅに含まれる部分と、この凸部３４０ｄに接続された案内壁３７とで構成される部分の、流路管３の短手方向における一方側の表面において、一方側の最も外側に位置する部分と、他方側の最も外側に位置する部分との間の、流路管３の短手方向における距離をｄ３とすると、ｄ３＝ｄ１とされ、距離ｄ３は距離ｄ２よりも大きくされている。また、流路管３の短手方向の他方側の表面についても同様である。

本実施形態においても、開口部３６が形成されているため、図１７の矢印Ａ５で示す蛇行流れの一部が、矢印Ａ６で示すように、開口部３６が形成されていない場合に剥離が発生する部分に流れ込み、この部分における剥離の発生が抑制される。図１７の領域Ｒ９は、本実施形態において剥離が発生する部分であり、開口部３６が形成されていない場合に剥離が発生する領域Ｒ５よりも小さい。これにより、第１実施形態と同様に、熱交換器の熱性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、流路管３における熱媒体の流路を長くして局所的な流速を増加させることにより熱交換器の熱性能を向上させるというウェーブフィンの効果を、さらに高めることができる。

例えば、実開昭５４−１１５６５４号公報に記載の熱交換器では、伝熱効果の向上のために、フィンに切り起こし部を設けて乱流促進を図っている。しかし、この熱交換器では、蛇行する冷媒流れを逃がす形に切り起こし部が形成され、ウェーブフィンの特徴である蛇行流れを崩す形となっているため、局所流速の増速による伝熱促進効果が得られない。

これに対し、本実施形態では、凸部３４０ｄ、凹部３４０ｅに形成された開口部３６に対応する案内壁３７が、それぞれ、凸部３４０ｄ、凹部３４０ｅの凸の側に壁面部３４０ｃから突出している。また、案内壁３７は、壁面部３４０ｃと案内壁３７とで構成される部分のうち、インナーフィン３４の厚み方向に垂直な少なくとも一部の断面において、距離ｄ１、ｄ３が、距離ｄ２よりも大きくなるように配置されている。

これにより、熱媒体の蛇行流れの深さが案内壁３７が形成されていない場合に比べて大きくなっている。つまり、インナーフィン３４の寸法、インナーフィン３４を通過する熱媒体の流量を一定とした場合、本実施形態では、蛇行流れを深くし、実質的に流路を長くして、局所的な流速を増加させ、熱交換器の熱性能をさらに向上させることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して熱媒体の流れの向きを変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１８に示すように、本実施形態では、第１実施形態とは逆の向きに熱媒体が流れている。つまり、本実施形態では、案内壁３７は、壁面部３４０ｃの開口部３６の周りの端部のうち、開口部３６により連結される２つの細流路のうち一方の細流路における熱媒体の流れの上流側に接続され、壁面部３４０ｃから一方の細流路に突出しており、先端が熱媒体の流れの下流側に対向している。

このような構成では、図１９の矢印Ａ９で示すように、熱媒体が開口部３６を通って領域Ｒ４から領域Ｒ３に流れ込み、第１実施形態と同様に、熱媒体の速度分布と温度分布が改善される。これにより、図１８、図１９に示すように、本実施形態において剥離が発生する領域Ｒ１０、Ｒ１１は、開口部３６が形成されていない場合に剥離が発生する領域Ｒ５、Ｒ７よりも小さくなる。このように、本実施形態においても、剥離の発生を抑制し、熱交換器の熱性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、図１８の矢印Ａ７で示す本流が、矢印Ａ８で示す分流によりカーブの外側へ引っ張られて、第１実施形態よりも蛇行流れが深くなる。したがって、局所的な流速の増加により、熱交換器の熱性能をさらに向上させることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して熱媒体の流れの向きを変更したものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図２０に示すように、本実施形態では、第２実施形態とは逆の向きに熱媒体が流れ、案内壁３７の先端は、熱媒体の流れの下流側に対向している。

このような構成の本実施形態では、図２０の矢印Ａ１０で示す本流が、矢印Ａ１１で示す分流によりカーブの外側へ引っ張られて、第２実施形態よりも蛇行流れが深くなる。これにより、本実施形態において剥離が発生する領域Ｒ１２は、第２実施形態において剥離が発生する領域Ｒ９よりも小さくなる。また、蛇行流れが深くなることにより、局所的な流速が増加する。したがって、熱交換器の熱性能をさらに向上させることができる。

（他の実施形態）
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、上記第１、第２実施形態の図７、図１５では、すべての壁面部３４０ｃに開口部３６を形成しているが、一部の壁面部３４０ｃにのみ開口部３６を形成してもよい。例えば、図２１、図２２に示すように、開口部３６が形成された壁面部３４０ｃと、開口部３６が形成されていない壁面部３４０ｃとが交互に並んでいてもよい。

また、上記第１実施形態では、領域Ｒ１および領域Ｒ２に開口部３６を形成したが、領域Ｒ１のみ、または、領域Ｒ２のみに開口部３６を形成してもよい。また、開口部３６を、領域Ｒ１および領域Ｒ２に形成するか、領域Ｒ１のみに形成するか、領域Ｒ２のみに形成するかを、複数の壁面部３４０ｃそれぞれで変化させてもよい。例えば、図２３に示すように、開口部３６が領域Ｒ１のみに形成された壁面部３４０ｃと、領域Ｒ２のみに形成された壁面部３４０ｃとが交互に並んでいてもよい。

また、上記第２実施形態では、凸部３４０ｄおよび凹部３４０ｅに開口部３６を形成したが、凸部３４０ｄのみ、または、凹部３４０ｅのみに開口部３６を形成してもよい。また、開口部３６を、凸部３４０ｄおよび凹部３４０ｅに形成するか、凸部３４０ｄのみに形成するか、凹部３４０ｅのみに形成するかを、複数の壁面部３４０ｃそれぞれで変化させてもよい。例えば、図２４に示すように、開口部３６が凸部３４０ｄのみに形成された壁面部３４０ｃと、凹部３４０ｅのみに形成された壁面部３４０ｃとが交互に並んでいてもよい。

また、上記第１実施形態では、流路管３は、一対の外殻プレート３１、３２と、中間プレート３３とを有しているが、流路管３が、中間プレート３３を有していなくてもよい。また、流路管３にインナーフィン３４が１つのみ配置されていてもよい。

また、上記第１実施形態では、案内壁３７が領域Ｒ３に突出し、熱媒体を隣の細流路の領域Ｒ４に案内しているが、案内壁３７の一部が、領域Ｒ４に突出し、熱媒体を隣の細流路の領域Ｒ３に案内していてもよい。この場合、開口部３６のうち、隣り合う２つの細流路のうち案内壁３７が突出している一方の細流路の領域Ｒ３と他方の細流路の領域Ｒ４とを連結する部分の面積は、一方の細流路の領域Ｒ４と他方の細流路の領域Ｒ３とを連結する部分の面積よりも大きくされている。つまり、分流の領域Ｒ３における流路断面積は、領域Ｒ４における流路断面積よりも大きくされており、分流の流路断面の幾何学中心Ｐ１は、領域Ｒ３に存在する。

また、開口部３６および案内壁３７の形状を、上記第１〜第４実施形態とは異なる形状としてもよい。ただし、隣り合う２つの流路管３の間に形成される隙間に電子部品２を配設して積層型熱交換器１を構成することにより、流路管３には積層方向の外側から力が加わる。このとき、例えば図２５に示すように案内壁３７が屈曲した形状とされていると、屈曲部３７ａに応力が集中するため、インナーフィン３４および流路管３が変形しやすくなる。したがって、開口部３６および案内壁３７の形状を、案内壁３７に応力が集中しにくい形状とし、案内壁３７の座屈強度を高めることが好ましい。例えば、上記第１〜第４実施形態のように開口部３６の断面形状を三角形状とし、あるいは、図２６に示すように開口部３６の断面形状を台形状とし、案内壁３７の流路管３の長手方向に垂直な断面形状を、頂部３４０ａと底部３４０ｂとを接続する直線状とすることが好ましい。

また、上記第２、第４実施形態において、凸部３４０ｄおよび凹部３４０ｅの形状を他の形状としてもよい。例えば、図２７に示すように、流路管３の厚み方向に垂直な断面において、凸部３４０ｄのうち開口部３６の両側に位置する部分の形状がそれぞれ直線状とされ、中間部３４０ｆと共に平坦な面を形成していてもよい。

ただし、上記第２、第４実施形態の効果を高めるためには、熱媒体が隣の細流路へ滑らかに流れ込むことが好ましい。そのため、上記第２、第４実施形態のように、凸部３４０ｄの開口部３６の周りの端部のうち案内壁３７とは反対側の端部から中間部３４０ｆに至る部分の流路管３の厚み方向に垂直な断面形状を、凸部３４０ｄの凸の側に向かって凸となるように丸みを帯びた形状とすることが好ましい。これにより、図２８の矢印Ａ１２で示すように、熱媒体が隣の細流路へ滑らかに流れ込む。また、凹部３４０ｅの開口部３６の周りの端部のうち案内壁３７とは反対側の端部から中間部３４０ｆに至る部分の流路管３の厚み方向に垂直な断面形状を、凹部３４０ｅの凸の側に向かって凸となるように丸みを帯びた形状とすることが好ましい。

また、上記第２、第４実施形態の効果を高めるためには、開口部３６の幅が大きいことが好ましい。これについて、上記第２、第４実施形態では、凸部３４０ｄ、凹部３４０ｅから中間部３４０ｆに至る部分の丸みを帯びた形状により、開口部３６の幅ｗ７が、図２７での開口部３６の幅ｗ６に比べて大きくされており、上記の効果を高めることができる。

また、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。

例えば、インナーフィン３４が、上記第１実施形態における開口部３６が形成され、案内壁３７が接続された壁面部３４０ｃと、上記第２実施形態における開口部３６が形成され、案内壁３７が接続された壁面部３４０ｃとを有していてもよい。また、１つの壁面部３４０ｃに、上記第１実施形態における開口部３６が形成され、案内壁３７が接続され、上記第２実施形態における開口部３６が形成され、案内壁３７が接続されていてもよい。

３ 流路管
３４ インナーフィン
３４０ｃ 壁面部
３４０ｄ 凸部
３４０ｅ 凹部
３４０ｆ 中間部
３６ 開口部
３７ 案内壁

Claims (12)

1. 扁平形状に形成され、熱交換対象物と熱交換する熱媒体が内部を流通する流路管（３）と、
   前記流路管の内部に配置され、熱交換対象物と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ウェーブフィン（３４０ｃ）と、前記ウェーブフィンに接続された案内壁（３７）とを有し、
   前記ウェーブフィンは、前記流路管の長手方向であるｘ方向に垂直でかつ前記流路管の厚み方向であるｚ方向に垂直なｙ方向の一方側に向かって凸の形状とされた第１凸部（３４０ｄ）と、前記ｙ方向の他方側に向かって凸の形状とされた第２凸部（３４０ｅ）とが中間部（３４０ｆ）を介して交互に並ぶことにより、前記ｚ方向に垂直な断面形状が波形状とされており、
   前記ウェーブフィンに、前記複数の細流路のうち前記ウェーブフィンを挟んで隣り合う２つの細流路を連結する開口部（３６）が形成されており、
   前記案内壁は、前記ウェーブフィンの前記開口部の周りの端部のうち、前記２つの細流路のうち一方の細流路における前記熱媒体の流れの下流側に位置する部分に接続され、前記ウェーブフィンから前記一方の細流路に突出し、先端が前記一方の細流路における前記熱媒体の流れの上流側に対向しているか、または、前記ウェーブフィンの前記開口部の周りの端部のうち、前記一方の細流路における前記熱媒体の流れの上流側に位置する部分に接続され、前記ウェーブフィンから前記一方の細流路に突出し、先端が前記一方の細流路における前記熱媒体の流れの下流側に対向している熱交換器。
2. 前記一方の細流路において、前記熱媒体が前記案内壁の先端に対向する向きに流れる場合に、前記熱媒体が前記第１凸部から前記第２凸部に向かって流れる領域（Ｒ１）では、前記案内壁が前記ウェーブフィンから前記他方側に突出している請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記一方の細流路において、前記熱媒体が前記案内壁の先端に対向する向きに流れる場合に、前記熱媒体が前記第２凸部から前記第１凸部に向かって流れる領域（Ｒ２）では、前記案内壁が前記ウェーブフィンから前記一方側に突出している請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記開口部が前記第１凸部に形成されており、
   前記ウェーブフィンのうち連続するそれぞれ１つの前記第１凸部、前記中間部、前記第２凸部に含まれる部分と、該第１凸部に接続された前記案内壁とで構成される部分の、前記一方側の表面において、前記一方側の最も外側に位置する部分と、前記他方側の最も外側に位置する部分との間の、前記ｙ方向における距離をｄ１とし、
   前記ウェーブフィンのうち連続するそれぞれ１つの前記第１凸部、前記中間部、前記第２凸部に含まれる部分の、前記一方側の表面において、前記一方側の最も外側に位置する部分と、前記他方側の最も外側に位置する部分との間の、前記ｙ方向における距離をｄ２としたとき、
   前記案内壁が前記ウェーブフィンから前記一方側に突出することにより、前記距離ｄ１が前記距離ｄ２よりも大きくされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
5. 前記第１凸部の前記開口部の周りの端部のうち前記案内壁とは反対側の端部から前記中間部に至る部分の前記ｚ方向に垂直な断面形状が、前記一方側に向かって凸となるように丸みを帯びた形状とされている請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記開口部が前記第２凸部に形成されており、
   前記ウェーブフィンのうち連続するそれぞれ１つの前記第１凸部、前記中間部、前記第２凸部に含まれる部分と、該第２凸部に接続された前記案内壁とで構成される部分の、前記一方側の表面において、前記一方側の最も外側に位置する部分と、前記他方側の最も外側に位置する部分との間の、前記ｙ方向における距離をｄ３とし、
   前記ウェーブフィンのうち連続するそれぞれ１つの前記第１凸部、前記中間部、前記第２凸部に含まれる部分の、前記一方側の表面において、前記一方側の最も外側に位置する部分と、前記他方側の最も外側に位置する部分との間の、前記ｙ方向における距離をｄ４としたとき、
   前記案内壁が前記ウェーブフィンから前記他方側に突出することにより、前記距離ｄ３が前記距離ｄ４よりも大きくされている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。
7. 前記第２凸部の前記開口部の周りの端部のうち前記案内壁とは反対側の端部から前記中間部に至る部分の前記ｚ方向に垂直な断面形状が、前記他方側に向かって凸となるように丸みを帯びた形状とされている請求項６に記載の熱交換器。
8. 前記２つの細流路それぞれにおいて、前記ｙ方向における細流路の幅が前記ｚ方向において変化することにより、所定の幅よりも幅が狭い第１領域（Ｒ３）と、前記所定の幅よりも幅が広い第２領域（Ｒ４）とが形成されており、
   前記案内壁が、前記一方の細流路の前記第１領域に突出しており、
   前記開口部が、該一方の細流路の前記第１領域と、前記２つの細流路のうち他方の細流路の前記第２領域とを連結している請求項１ないし７のいずれか１つに記載の熱交換器。
9. 前記案内壁が、前記一方の細流路の前記第１領域および前記第２領域に突出しており、
   前記開口部が、該一方の細流路の前記第１領域と、前記他方の細流路の前記第２領域とを連結するとともに、該一方の細流路の前記第２領域と、該他方の細流路の前記第１領域とを連結しており、
   前記開口部のうち、該一方の細流路の前記第１領域と該他方の細流路の前記第２領域とを連結する部分の面積は、該一方の細流路の前記第２領域と該他方の細流路の前記第１領域とを連結する部分の面積よりも大きくされている請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記インナーフィンが、前記ウェーブフィンと、前記ｚ方向の一方の向きに凸の形状とされた頂部（３４０ａ）と、他方の向きに凸の形状とされた底部（３４０ｂ）とをそれぞれ複数有し、前記頂部と前記底部とが前記ウェーブフィンを介して交互に並ぶことにより、前記ｘ方向に垂直な断面形状が波形状とされている請求項１ないし９のいずれか１つに記載の熱交換器。
11. 前記案内壁の前記ｘ方向に垂直な断面形状が、前記頂部と前記底部とを接続する直線状とされている請求項１０に記載の熱交換器。
12. 前記流路管が、対向する２つの外殻プレート（３１、３２）と、前記２つの外殻プレートの間において、前記２つの外殻プレートと対向するように配置された中間プレート（３３）と、を有し、前記インナーフィンが、前記２つの外殻プレートの一方と前記中間プレートとの間に配置されている請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の熱交換器。

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