(57)【要約】【課題】  圧力損失が小さいとともに冷却性能が高い冷却器を実現する。【解決手段】  冷却器であって、筐体と複数の分離フィンを有する。前記筐体が、冷媒供給口と、冷媒排出口と、前記冷媒供給口から前記冷媒排出口まで冷媒を流す冷媒空間、を有する。前記複数の分離フィンが、前記冷媒空間を複数の冷媒流路に分割している。前記複数の分離フィンと前記複数の冷媒流路が蛇行している。前記複数の分離フィンが、前記冷媒供給口から前記冷媒排出口に向かう方向に対して傾斜する傾斜部を有する。前記傾斜部に、貫通孔と、前記貫通孔の縁部から前記冷媒流路の上流側に向かって突出するルーバーが設けられている。【選択図】図４
2020155734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却器であって、
筐体と複数の分離フィンを有し、
前記筐体が、冷媒供給口と、冷媒排出口と、前記冷媒供給口から前記冷媒排出口まで冷媒を流す冷媒空間、を有し、
前記複数の分離フィンが、前記冷媒空間を複数の冷媒流路に分割しており、
前記複数の分離フィンと前記複数の冷媒流路が蛇行しており、
前記複数の分離フィンが、前記冷媒供給口から前記冷媒排出口に向かう方向に対して傾斜する傾斜部を有し、
前記傾斜部に、貫通孔と、前記貫通孔の縁部から前記冷媒流路の上流側に向かって突出するルーバーが設けられている、
冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、冷却器に関する。
【０００２】
特許文献１に開示の冷却器は、筐体と複数の分離フィンを有している。筐体は、冷媒供給口と、冷媒排出口と、冷媒供給口から冷媒排出口まで冷媒を流す冷媒空間を有している。複数の分離フィンが、冷媒空間を複数の冷媒流路に分割している。各冷媒流路は、直線状に伸びている。各分離フィンには、貫通孔と、貫通孔の縁部から突出するルーバーが設けられている。貫通孔は、隣接する冷媒流路同士を接続している。このように、分離フィンに貫通孔とルーバーを設けることで、冷却器の冷却性能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０４４６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書では、圧力損失が小さいとともに冷却性能が高い冷却器の構造を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する冷却器は、筐体と複数の分離フィンを有する。前記筐体が、冷媒供給口と、冷媒排出口と、前記冷媒供給口から前記冷媒排出口まで冷媒を流す冷媒空間、を有する。前記複数の分離フィンが、前記冷媒空間を複数の冷媒流路に分割している。前記複数の分離フィンと前記複数の冷媒流路が蛇行している。前記複数の分離フィンが、前記冷媒供給口から前記冷媒排出口に向かう方向に対して傾斜する傾斜部を有している。前記傾斜部に、貫通孔と、前記貫通孔の縁部から前記冷媒流路の上流側に向かって突出するルーバーが設けられている。
【０００６】
この冷却器では、複数の分離フィンと複数の冷媒流路が蛇行している。このため、冷媒流路内を流れる冷媒が分離フィンに接触する面積が広い。これによって、冷却器の冷却性能が向上される。また、この冷却器では、分離フィンの傾斜部に貫通孔とルーバーが設けられている。このため、貫通孔を通って冷媒流路からその隣の冷媒流路に冷媒が流れることができる。特に、ルーバーが貫通孔の縁部から冷媒流路の上流側に向かって突出しているので、冷媒がルーバーに案内されて貫通孔側へ流れやすい。したがって、貫通孔を通る冷媒の流れが生じやすい。このように分離フィンを貫通する冷媒の流れが生じることで、分離フィン近傍に境界層（冷媒流路の中心部を流れる冷媒よりも流速が遅い冷媒の層）が形成され難い。したがって、分離フィンと冷媒との間での熱交換効率が向上する。これによって、冷却器の冷却性能がさらに向上される。以上に説明したように、この冷却器の構造によれば、冷却器の冷却性能を向上させることができる。また、この冷却器では、ルーバーが貫通孔の縁部から冷媒流路の上流側に向かって突出しているので、ルーバーによって冷媒の流れが乱され難い。このため、この冷却器では、圧力損失が生じ難い。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】電力変換モジュールの斜視図。
【図２】冷却器１２の斜視図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。
【図４】ｚ方向に沿って見たときの冷媒流路３２の平面図。
【図５】ルーバー４２の構造の説明図。
【図６】ルーバー４２の構造の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示す電力変換モジュール１０は、複数の冷却器１２と、複数の半導体モジュール１４とを、交互に積層した構造を備えている。各半導体モジュール１４は、扁平形状の本体部分１４ａを有している。本体部分１４ａは、樹脂により構成されており、スイッチング素子を内蔵している。本体部分１４ａの側面から複数の端子１４ｂが伸びている。各端子１４ｂは図示しない配線に接続されている。複数の半導体モジュール１４によって、電力変換回路（例えば、インバータ回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路等）が構成されている。一対の冷却器１２の間に、１つ半導体モジュール１４が挟まれている。
【０００９】
図２に示すように、各冷却器１２は、扁平形状を有している。冷却器１２は、筐体２０を有している。図３に示すように、筐体２０の内部空間は、分離壁２１によって厚み方向に２つに分離されている。これによって、筐体２０の内部に２つの冷媒空間２２が形成されている。各冷媒空間２２内には、冷媒が流れる。本実施形態では、冷媒は、冷却水である。図２に示すように、各冷却器１２の長手方向の両端部に、冷媒供給口２４ａと冷媒排出口２４ｂが設けられている。図１に示すように、各冷却器１２の冷媒供給口２４ａに冷媒供給管１６が接続されており、各冷却器１２の冷媒排出口２４ｂに冷媒排出管１８が接続されている。冷媒供給管１６と冷媒排出管１８は、図示しないポンプに接続されている。ポンプが作動すると、図１において矢印で示すように、冷媒供給管１６から冷媒供給口２４ａを介して各冷却器１２の内部（すなわち、冷媒空間２２）に冷媒が流入する。各冷却器１２の内部の冷媒は、冷媒排出口２４ｂを介して冷媒排出管１８へ排出される。冷却器１２の内部に冷媒が流れることで、半導体モジュール１４で生じる熱が冷媒に吸収され、半導体モジュール１４が冷却される。なお、以下の説明では、図２、３に示すように、冷却器１２の厚み方向をｚ方向といい、冷却器１２の長手方向（冷媒供給口２４ａから冷媒排出口２４ｂに向かう方向）をｙ方向といい、冷却器１２の幅方向（ｙ方向及びｚ方向に対して直交する方向）をｘ方向という。筐体２０の表面のうちのｚ方向の両端に位置する平面が、半導体モジュール１４に接触する冷却面である。
【００１０】
図４は、ｚ方向に沿って見たときの冷媒空間２２の構造を示している。図４に示すように、冷媒空間２２内には、複数の分離フィン３０が設けられている。分離フィン３０は、蛇行しながらｙ方向に伸びている。図３に示すように、分離フィン３０のｚ方向の両端部は、筐体２０と分離壁２１に接続されている。図３、４に示すように、分離フィン３０によって、冷媒空間２２が、ｙ方向に伸びる複数の冷媒流路３２に分割されている。分離フィン３０が蛇行していることによって、各冷媒流路３２も蛇行している。すなわち、各冷媒流路３２は、蛇行しながらｙ方向に伸びている。
【００１１】
図４に示すように、各分離フィン３０は、折れ曲がり部３８と、傾斜部３４と、傾斜部３６を有している。折れ曲がり部３８では、分離フィン３０が折れ曲がっている。傾斜部３４は、平面状であり、ｙ方向に対して傾斜している。傾斜部３６は、平面状であり、ｙ方向に対して傾斜している。傾斜部３６は、傾斜部３４がｙ方向に対して傾斜する向きとは反対向きにｙ方向に対して傾斜している。傾斜部３４と傾斜部３６がｙ方向に交互に配置されており、折れ曲がり部３８によって傾斜部３４と傾斜部３６が接続されている。これによって、分離フィン３０が蛇行する形状となっている。一部の傾斜部３４、３６には、貫通孔４０とルーバー４２が設けられている。貫通孔４０とルーバー４２は、図５のように分離フィン３０に切り込み４４を設け、その後、図６のように切り込み４４に囲まれた部分で分離フィン３０を曲げることで形成される。貫通孔４０は、分離フィン３０を貫通しており、分離フィン３０の両側に位置する冷媒流路３２を接続している。ルーバー４２は、貫通孔４０の縁部から冷媒流路３２の上流側に向かって突出している。
【００１２】
次に、各冷媒流路３２内における冷媒の流れについて説明する。上述したように、ポンプを作動させると、各冷媒流路３２内に、上流側（冷媒供給口２４ａ側）から下流側（冷媒排出口２４ｂ側）へ向かって冷媒が流れる。各分離フィン３０が蛇行しているので、冷媒と分離フィン３０とが接触する部分の面積が広い。このため、冷媒と分離フィン３０の間で熱が伝わり易く、冷却器１２の冷却効率が向上される。また、各分離フィン３０には、貫通孔４０とルーバー４２が設けられている。貫通孔４０とルーバー４２が設けられることで、各分離フィン３０の表面積が広くなっている。このため、冷媒と分離フィン３０の間で熱が伝わり易く、冷却器１２の冷却効率が向上される。また、各冷媒流路３２内を冷媒が流れるときに、各分離フィン３０の近傍では冷媒流路３２の中心部よりも冷媒の流速が遅くなる。すなわち、各分離フィン３０の表面に沿って、冷媒の流速が遅い境界層が形成される。しかしながら、本実施形態では、分離フィン３０に貫通孔４０が設けられている。このため、分離フィン３０を介して隣接する２つの冷媒流路３２の一方から他方へ、冷媒が貫通孔４０を通って流れる。特に、貫通孔４０の縁部から冷媒流路３２の上流側に向かってルーバー４２が伸びているので、冷媒流路３２内を流れる冷媒がルーバー４２に案内されて貫通孔４０内に流入し易い。このため、貫通孔４０を通って分離フィン３０を貫通する冷媒の流れが生じやすい。このように、貫通孔４０を通って分離フィン３０を貫通する冷媒の流れが生じるので、分離フィン３０の近傍に境界層が形成され難い。このため、冷媒と分離フィン３０の間で熱が伝わり易く、冷却器１２の冷却効率が向上される。以上に説明したように、本実施形態の冷却器１２では、蛇行する分離フィン３０と、分離フィン３０に設けられた貫通孔４０及びルーバー４２によって、冷却器１２の冷却性能が向上される。
【００１３】
また、冷却器１２では、分離フィン３０が蛇行していることで、各冷媒流路３２も蛇行している。各冷媒流路３２の幅は位置によらず略一定である。このため、各冷媒流路３２内で冷媒の流れのよどみが生じ難い。また、ルーバー４２が分離フィン３０から冷媒流路３２内に突出しているが、ルーバー４２が冷媒流路３２の上流側に向かって伸びているので、ルーバー４２によって冷媒の流れが乱され難い。このように、冷媒のよどみや冷媒の流れの乱れが生じ難いので、冷却器１２では圧力損失が生じ難い。したがって、少ない消費電力で冷媒を各冷媒流路３２に流すことができる。
【００１４】
以下に、実施形態の冷却器１２と比較例の冷却器との性能を比較した結果について説明する。比較例の冷却器は、貫通孔４０とルーバー４２を有さない。比較例の冷却器のその他の構造は、実施形態の冷却器１２と等しい。実施形態の冷却器１２と比較例の冷却器とに１０Ｌ／ｍｉｎの流量で冷媒を流したときの熱伝達率（冷却性能）と圧力損失をシミュレーションにより評価した。その結果、実施形態の冷却器１２では、比較例の冷却器よりも、熱伝達率が約８％向上し、圧力損失は約３％増加（悪化）した。すなわち、貫通孔４０とルーバー４２を設けることで、圧力損失の増加を約３％にとどめながら、熱伝達率を約８％向上させることができる。
【００１５】
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００１６】
１０    ：電力変換モジュール
１２    ：冷却器
１４    ：半導体モジュール
１６    ：冷媒供給管
１８    ：冷媒排出管
２０    ：筐体
２１    ：分離壁
２２    ：冷媒空間
２４ａ  ：冷媒供給口
２４ｂ  ：冷媒排出口
３０    ：分離フィン
３２    ：冷媒流路
３４    ：傾斜部
３６    ：傾斜部
３８    ：折れ曲がり部
４０    ：貫通孔
４２    ：ルーバー
【図１】
2020155734.tif 000003
【図２】
2020155734.tif 000004
【図３】
2020155734.tif 000005
【図４】
2020155734.tif 000006
【図５】
2020155734.tif 000007
【図６】
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