(57)【要約】【課題】熱交換用流体の流れ方向で互いに隙間をあけて配置された多数のフィンを有する熱交換体の機械的強度の向上にある。【解決手段】ベースプレート部４０から立設されるとともに熱交換媒体の流れ方向及び流れ方向を横断する幅方向に配置された複数のフィン４１とからなる熱交換体４。流れ方向に隣接するフィン４１の間に幅方向に並んだ複数のフィン４１にわたって延びるリブ部４２が形成されており、リブ部４２のベースプレート部４０からの高さがフィン４１のベースプレート部４０からの高さより低い。【選択図】図３
2010210202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレート部と、前記ベースプレート部から立設されるとともに熱交換媒体の流れ方向及び前記流れ方向を横断する幅方向に配置された複数のフィンとからなる熱交換体であって、
流れ方向に隣接するフィンの間に前記幅方向に並んだ複数のフィンにわたって延びるリブ部が形成されており、前記リブ部の前記ベースプレート部からの高さが前記フィンの前記ベースプレート部からの高さより低い熱交換体。
【請求項２】
前記流れ方向に配列された複数のフィンが交互に前記幅方向にオフセットして配置されている請求項１に記載の熱交換体。
【請求項３】
前記ベースプレート部と前記リブ部と前記フィンによって凹部が形成され、前記凹部を挟んで向き合っている前記リブ部の面のうち前記流れ方向における少なくとも一方の面が末広がりの傾斜面として形成されている請求項１または２に記載の熱交換体。
【請求項４】
前記凹部を挟んで向き合っている前記リブ部の面のうち前記流れ方向で下流側の面が末広がりの傾斜面として形成されている請求項３記載の熱交換体。
【請求項５】
前記フィンの前記凹部に向かい合っている面が末広がりの傾斜面として形成されている請求項３または４に記載の熱交換体。
【請求項６】
隣接する前記フィンと前記リブ部とが前記幅方向で一体的に結合している請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換体。
【請求項７】
前記フィンの断面が前記幅方向に比べ前記流れ方向に長い形状である請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換体。
【請求項８】
前記ベースプレート部の前記フィンの立設面からの前記フィンの高さは、前記リブ部の前記立設面からの高さの２倍以上となっている請求項１から７のいずれか一項に記載の熱交換体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベースプレート部と、前記ベースプレート部から立設されるとともに冷媒の流れ方向及び前記流れ方向を横断する幅方向に配置された複数のフィンとからなる熱交換体に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなタイプの熱交換体として、特許文献１に、流体の流れ方向に互いに隙間をあけてオフセットしながら配置された多数のフィン列からなるプレートフィン熱交換器が記載されている。このプレートフィン熱交換器では、フィン列を構成するフィン間の隙間によって作り出される流路の面積が流体の流れ方向に対してほぼ一定となるように設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７ー２２５０９１号公報（段落番号〔０００２〕-〔０００７〕、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来のプレートフィン熱交換器では、流体の流れ方向にオフセットされて並んでいるフィンの間に流れ方向の隙間が形成されているが、この隙間領域においては板状のベースプレート部が存在するだけとなるので、機械的強度が弱い。
【０００５】
本発明の目的は、熱交換用流体の流れ方向で互いに隙間をあけて配置された多数のフィンを有する熱交換体の機械的強度の向上にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る熱交換体は、ベースプレート部と、前記ベースプレート部から立設されるとともに冷媒の流れ方向及び前記流れ方向を横断する幅方向に配置された複数のフィンとからなり、流れ方向に隣接するフィンの間に前記幅方向に並んだ複数のフィンにわたって延びるリブ部が形成されており、前記リブ部の前記ベースプレート部からの高さが前記フィンの前記ベースプレート部からの高さより低く構成されている。
【０００７】
この構成によると、流れ方向に隣接するフィンの間、つまりフィン間の隙間にリブ部が形成されているので、この隙間領域の機械的強度が強化されている。また、従来と同じ強度を保証するだけならベースプレート部の厚みを薄くすることができる。従って、高さ方向に制約がある場合でも、ベースプレート部の厚みを薄くする分だけフィン高さを高くすることができ、熱交換効率を低下させることなく、フィン設計の自由度が広がる。また、リブ部のベースプレート部からの高さがフィンのベースプレート部からの高さより低くなっているので、フィンの側面を通過した熱交換媒体はスムーズにリブ部を越えることができる。
【０００８】
隙間領域にリブ部が形成されることで機械的強度を向上させているので、フィン間の隙間が大きくなってしまうオフセットフィン構造にも本発明の熱交換体は適している。従って、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記フィンは前記幅方向にオフセットして流れ方向に並んで配置されている。
【０００９】
さらに、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記ベースプレート部と前記リブ部と前記フィンによって凹部が形成され、前記凹部を挟んで向き合っている前記リブ部の面のうち前記流れ方向における少なくとも一方の面が末広がりの傾斜面として形成されている。この構成により、フィンの側面を通過した熱交換媒体はリブ部での滞留が抑制され、よりスムーズにリブ部を通過して流れることができ、良好な冷却効果が得られる。その際、前記凹部を挟んで向き合っている前記リブ部の面のうち前記流れ方向で下流側の面を末広がりの傾斜面として形成すると、凹部内に流れ込んだ熱交換媒体がスムーズに傾斜面に沿って流れ、リブ部を通過することができる。
【００１０】
幅方向に隣り合うフィンの下部の間に作り出された凹部内を熱交換媒体がスムーズに流れるためには、前記フィンの前記凹部に向かい合っている面を末広がりの傾斜面として形成することも好適である。
【００１１】
上述したように、流れ方向に隣接するフィンとフィンの間にリブ部が存在するだけでも熱交換体の機械的強度は向上するが、さらなる機械的強度の向上を図るには、隣接する前記フィンと前記リブ部とを前記幅方向で一体的に結合させることが好適である。
【００１２】
フィンの側方を熱交換媒体がスムーズに流れるために、前記フィンの断面が前記幅方向に比べ前記流れ方向に長い形状とすることも有効であり、これによりフィンと熱交換媒体とのあいだの熱交換効率を高めることができる。
【００１３】
フィンの側面を通過した熱交換媒体がよりスムーズにリブ部を越えるように、前記ベースプレート部の前記フィンの立設面からの前記フィンの高さを、前記リブ部の前記立設面からの高さの２倍以上とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る熱交換体を用いた冷却機能を有する駆動装置の概略構成を示す側断面図である。
【図２】熱交換体ための冷媒循環路を示す概略図である。
【図３】放熱面側からみた熱交換体の一部を示す斜視図である。
【図４】放熱面側からみた熱交換体の一部を示す平面図である。
【図５】図４のＶ-Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】別実施形態における熱交換体の図５に対応する断面図である。
【図７】さらに別な実施形態における熱交換体の図５に対応する断面図である。
【図８】さらに別な実施形態における熱交換体の図５に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る熱交換体の実施形態として、この熱交換体を採用した熱交換体を組み込んだ車両用駆動装置の一例を、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１に示すように、この車両用駆動装置（以下、「駆動装置」と呼ぶ。）は、電気自動車やハイブリッド車等に用いられるもので、回転電機１と、回転電機１を収容する駆動装置ケース２と、回転電機１を制御するインバータ３とを備えている。駆動装置ケース２は、回転電機１としてのモータ又はジェネレータ若しくはそれら両方だけでなく、ここでは図示されていないディファレンシャル装置やカウンタギヤ機構等の付属機構も収容している。
【００１７】
一方、熱交換体４は、詳細については後述するが、図２に示すように、インバータ３や回転電機１等の発熱体が発生した熱を、媒体循環システム５においてラジエータ５２との間で循環する熱交換媒体としての冷媒に対して放熱させて、当該発熱体を熱的に保護する冷却体として用いられている。
【００１８】
インバータ３は、バッテリ電源の直流をスイッチング作用で交流（回転電機が３相交流回転電機の場合は３相交流）に変換するスイッチングトランジスタや付随の回路素子と、それらを配した回路基板からなるパワーモジュールを意味する。このインバータ３は、図１から理解できるように、インバータケース７の底部に固定されている熱交換体４のベースプレート部４０の上面側に配置されている。その際、インバータ３の基板自体がベースプレート部４０と直接的に一体化された形態あるいはインバータ３の基板をベースプレート部４０に取り付けることでベースプレート部４０と間接的に一体化された形態を採用することができる。この実施の形態では、ベースプレート部４０の上面側がインバータ３と接続された受熱面として機能し、ベースプレート部４０の下面側が冷媒に熱を放出する放熱面４０ａとして形成されている。この放熱面４０ａはインバータ３と熱的に接続されている。尚、インバータケース７は、内部のインバータ３を外部からの水や埃から保護すべくインバータ３を覆うように形成されている。
【００１９】
一方、回転電機１は駆動装置ケース２に収容され、その駆動装置ケース２の上面が熱交換体４の放熱面４０ａと対向配置されている対向面２ａとして形成され、この対向面２ａは回転電機１と熱的に接続されている。即ち、駆動装置ケース２の上面には、熱交換体４のベースプレート部４０を駆動装置ケース２の上に搭載した状態で、ベースプレート部４０の下面即ち放熱面４０ａとの間に冷媒が流通する熱交換チャンバＲを形成するための矩形の凹部が形成されている。その凹部の底面が上記対向面２ａとなっている。
また、上記駆動装置ケース２の上面とベースプレート部４０の下面との間の接合部４５には、図示は省略するが、上記熱交換チャンバＲを外部に対して密閉するためにシール材が適宜設けられている。
尚、放熱面４０ａ及び対向面２ａがインバータ３及び回転電機１と熱的に接続されるとは、インバータ３及び回転電機１が発生した熱が直接又は間接的に、当該放熱面４０ａ及び対向面２ａに伝達される状態を言う。
【００２０】
熱交換体４のベースプレート部４０の放熱面４０ａと駆動装置ケース２の対向面２ａとの間に熱交換チャンバＲが形成されており、当該熱交換チャンバＲに、放熱面４０ａを作り出しているベースプレート部４０の下面から対向面２ａに向けて複数のフィン４１が突起状に立設されている。隣接するフィン４１の間には隙間が形成されており、この隙間により冷媒が貫流するフィン間通路Ｒｐが作り出されている。
【００２１】
上記放熱面４０ａを介してインバータ３が冷却され、及び上記対向面２ａを介して回転電機１が冷却されるため、各フィン４１の間に作り出される複数のフィン間通路Ｒｐに冷媒を流通させる必要がある。このため、図２に模式的に示されているような、熱交換チャンバＲに冷媒を貫流させる媒体循環システム５が備えられている。
媒体循環システム５は、ベースプレート部４０と駆動装置ケース２との間の熱交換チャンバＲを通して単一の冷媒を循環させるものとされている。媒体循環システム５は、圧送源としての媒体ポンプ５１と、熱交換器としてのラジエータ５２と、それらをつなぐ流路５３，５４，５５とから構成されている。
【００２２】
尚、媒体ポンプ５１の駆動モータ等の付属機器については、図示を省略されている。媒体循環システム５の起点としての媒体ポンプ５１の吐出側流路５３は、熱交換チャンバＲの入口側の流入側ポート５７に接続され、熱交換チャンバＲの出口側の流出側ポート５８は、戻り流路５４を経てラジエータ５２の入口側に接続され、ラジエータ５２の出口側が媒体ポンプ５１の吸込側流路５５に接続されている。したがって、この媒体循環システム５において、冷却水などの冷媒は、媒体ポンプ５１から送り出された後、熱交換チャンバＲに形成されたフィン間通路Ｒｐを流れる際にインバータ３を構成するモジュールからの熱と駆動装置ケース２の熱を吸収して加熱され、戻り流路５４を経由でラジエータ５２に送り込まれて空気への放熱により冷却され、媒体ポンプ５１に戻されて一巡のサイクルを終わる循環を繰り返すことになる。
尚、この媒体循環システム５は、途中、例えば戻り流路５４の部分で、更なる冷却のために駆動装置ケース２内を通る流路とすることもできる。
【００２３】
次に図３、図４、図５を用いて熱交換体４の構造を詳しく説明する。図３と図４は放熱面４０ａ側からみた熱交換体４の一部を示す斜視図と平面図であり、図５は図４のＶ-Ｖ線に沿った断面図である。
ベースプレート部４０の放熱面４０ａ側から立設されているフィン４１の横断面は横辺長さ：Ｘが縦辺長さ（厚み）：Ｙに比べて大きい長方形状である。ここでは、フィン４１を通り抜けながら冷媒が流れる方向が流れ方向と定義され、流れ方向に対する横断方向が幅方向と定義されているが、上記横辺の延び方向は流れ方向に一致しており、上記縦辺の延び方向は幅方向に一致している。
図３と図４とから明らかなように、フィン４１は幅方向に所定のオフセット量：ΔＳだけオフセットするとともに幅方向に所定の隙間：ΔＤだけ間隔をあけて配置されている。この隙間：ΔＤはフィン４１の縦辺長さ：Ｙと同じ長さからその２倍程度が好ましいが、そのような寸法形状に限定されわけではない。また、冷媒が貫流するフィン間通路Ｒｐを実質的に作り出している各フィン４１の流れ方向の隙間：Ｗは、ここではフィン４１の幅方向の長さ：Ｙに略一致しているが、これに限定されるわけではない。さらに、流れ方向における隣接するフィン４１の間には幅方向に延びたリブ部４２が形成されており、このリブ部４２は、幅方向に配置された、実質的に全てのフィン４１にわたって連続して延びている。フィン４１の流れ方向の長さ：Ｘはリブ部４２の流れ方向の長さ：Ｗよりかなり長く、例えば２倍から数倍が適切である。流れ方向でのフィン４１とフィン４１との間の冷媒の流れをせき止めてはいけないので、ベースプレート部４０のフィン４１の立設面からのフィン４１は高さ：Ｈは、リブ部４２の高さ：ｈより高く設定されており、例えば２倍以上となっている。
【００２４】
上述したフィン４１とリブ部４２の構造により、幅方向に隣接するフィン４１とリブ部４２とによって凹部４３が形成されることになるが、この実施の形態では、図５に示すように、リブ部４２の凹部４３に向き合っているそれぞれの面４２ａと４２ｂが、凹部４３の深さ方向で末広がりの傾斜面として形成されている。この傾斜面４２ａと４２ｂにより、流れ方向に沿ってフィン４１間を流れる冷媒が、スムーズに凹部４３内にも流れ込み、フィン４１の根本部分との間においても良好な熱交換が可能となる。なお、流れ方向が一方方向の場合、各凹部４３における流れ方向で下流側の面だけが傾斜面として形成されても、類似した効果は得られる。もちろん、凹部４３の深さが浅い場合など、条件によってはこのような傾斜面を形成しなくともよい。また、冷媒のスムーズな流れを得るために、図では示されていないが、フィン４１の凹部４３に向かい合っている面も凹部４３の深さ方向で末広がりの傾斜面として形成してもよい。
【００２５】
更に、図４に示すように、当該熱交換チャンバＲに冷媒を流入させる流入側ポート５７と熱交換チャンバＲから冷媒を流出させる流出側ポート５８とが互いに平行に延びて、熱交換チャンバＲの一方側の側端部に接続されている。また、熱交換チャンバＲにおいて、流入側ポート５７から熱交換チャンバＲの他方側の側端部に延出する冷媒流入部Ｒｉと、流出側ポート５８から熱交換チャンバＲの他方側の側端部に延出する冷媒流出部Ｒｏとが互いに平行に形成されている。この冷媒流入部Ｒｉと冷媒流出部Ｒｏとの間を横断する形態で複数のフィン間通路Ｒｐが並列配置されているが、フィン４１のオフセット配置によってそのフィン間通路Ｒｐは蛇行状に延びることになる
【００２６】
上述したように構成された熱交換体４は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金、ステンレス鋼など熱伝導性が良好な材料を用いて、材料特性に応じた種々の加工法によって製作することができ、本発明は特定の制作方法を限定するものではない。
〔別実施形態〕
【００２７】
（１）上記実施の形態では、図５に示すようにフィン４１の形状では、幅方向から見た正面視でリブ４２よりも上側の上部領域が実質的には矩形であり、リブ４２よりも下側の下部領域が下方に向かって流れ方向で狭くなっているほぼ台形状であった。この形状は、例えば、図６に示すように、その上部領域もほぼ台形形状として、全体的には六角形形状にすることもできる。後者の形状は前者に比べ、冷媒の滞留をより少なくすることができ、冷却性能が向上する。さらに、図７に示すようにフィン４１の角部、特に流れ方向に向き合っている角部に丸みを形成して、湾曲状の台形形状にすることも好適である。また、リブ４２の凹部４３に向き合う傾斜面を平坦平面以外の湾曲面としてもよい。
（２）上記実施の形態では、フィン４１は、その横断面の横縦比が異なる略長方形の扁平フィンとして形成されていたが、その断面の形状は任意であり、例えば円形や楕円断面を有するピンフィンとして形成されてもよい。
（３）上記実施の形態では、フィン４１は放熱面４０ａから対向面２ａに向けて真っ直ぐに立設されていたが、放熱面４０ａから対向面２ａに向けて斜めに立設されてもよいし、あるいはカールした状態で立設されてもよい。もちろん、それらを組み合わせた形状でもよい。
（４）上記実施の形態では、流れ方向で隣接するフィン４１とリブ部４２とが幅方向で一体的に結合していたが、図８に示すように、フィン４１とリブ部４２との間に凹部４３を連通するように幅方向に延びた連通凹部４３ａが形成された構成を採用してもよい。また、フィン４１とリブ部４２とが接する構成を採用してもよい。
（５）上記実施の形態では、熱交換体４を車両用駆動装置のインバータ３や回転電機１等の発熱体が発生した熱を冷媒に対して放熱させて当該発熱体を熱的に保護するものとして構成したが、別に、この熱交換体４を、別な装置のインバータや他の電子部品等の発生した熱を冷媒に対して放熱させるように構成してもよい。
（６）上記実施の形態では、熱交換体４は冷媒に熱を与える冷却目的に用いられていたが、これとは逆に熱媒から熱を受け取る加熱目的に用いられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る熱交換体は、種々の熱交換装置における熱交換プレートとして種々の技術分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１：回転電機
２ａ：対向面
３：インバータ
４：熱交換体
５：媒体循環システム
７：インバータケース
４０：ベースプレート部
４０ａ：放熱面
４１：フィン
４２：リブ部
４２ａ：傾斜面
４３ｂ：傾斜面
４３：凹部
Ｒ：熱交換チャンバＲ
Ｒｐ：フィン間通路
Ｒｏ：冷媒流出部
Ｒｉ：冷媒流入部
【図１】
2010210202.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010210202.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010210202.tif 000007
【図６】
2010210202.tif 000008
【図７】
2010210202.tif 000009
【図８】
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