(57)【要約】【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１
2010101596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載す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
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載す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
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載す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
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載す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
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
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
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項７】
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
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【特許文献１】特開２００７−３３５５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【発明の効果】
【００２４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
［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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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）。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
［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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
［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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】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】同熱交換器のフィン部材を示す斜示図である。
【図３】同熱交換器のフレームを示す分解斜示図である。
【図４】同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。
【図５】同熱交換器の使用状態を示す説明図である。
【図６】同熱交換器の作用を示す説明図である。
【図７】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。
【図８】境界層が形成される様子を示す説明図である。
【図９】発明者らの考えた熱交換器を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５７】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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