(57)【要約】【課題】冷却性能の低下を抑制する技術を提供する。【解決手段】冷却器１００は、一端側から流入した冷媒が他端側で折り返して一端側に戻る流路を折り返し部分の前後で往路９１と復路９３に分離する隔壁セパレータ３、６を備えており、往路９１と復路９３の双方を冷媒の流れ９０の方向に横切る分割面で分割可能に構成されている。下側セパレータ及び上側セパレータの分割面３３、６３が冷媒の流れ９０の方向に波形状をなしている。これにより、上側と下側のセパレータの間に隙間Ｓが存在しても、その隙間Ｓに流入する冷媒の流れ９０の方向は、上側及び下側セパレータの流路面３１、３２、６１、６２に対してほぼ平行又は鋭角になる。そのため、流路面３１、３２、６１、６２に直交する分割面３３、６３が冷媒の進路に対して障害になることから、隙間Ｓに流れ込む冷媒流量が減少する。往路９１の下流や折返部９２を流れる冷媒流量の減少が抑えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側から流入した冷媒が他端側で折り返して一端側に戻る流路を折り返し部分の前後で往路と復路に分離する隔壁を備えた冷却器であり、
冷却器は、往路と復路の双方を冷媒の流れ方向に横切る分割面で分割可能であり、隔壁の分割面が冷媒の流れ方向に波形状をなしていることを特徴とする冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、一端側から流入した冷媒が他端側で折り返して一端側に戻るＵ字形状やコ字形状の流路を備えた冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｕ字形状やコ字形状の流路を往路と復路に分離する隔壁を備えた冷却器が知られている。そのような冷却器の例が下記特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された技術では、冷却水入口管に通じる往路部と、この往路部に並行に位置して冷却水出口管に通じる復路部と、を区画する隔壁を両流路の間に設ける。これらの流路は、器状のヒートシンク本体の開口を蓋部により閉塞することによって形成されている。隔壁はヒートシンク本体の底面から立ち上がる長板状に形成され、隔壁の頂部が蓋部に当接する。これにより、隔壁が往路部と復路部を区画する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなヒートシンク本体はアルミダイカストなどによる鋳造により成形すること多い。そのため、ヒートシンク本体の形状には、成形精度に起因した寸法上の公差がある。ヒートシンク本体の底部から立ち上がる隔壁にも公差による寸法誤差が存在することから、ヒートシンク本体に組み付けられる蓋部と隔壁の頂部の間には隙間が生じ得る。蓋部と隔壁に間にこのような隙間があると、往路部を流れる冷却水が折り返し部分よりも上流でこの隙間を通り復路部にショートカットして流れ込む。そのため、往路部と復路部の折り返し地点の付近を流れる冷却水の流量が減少して冷却性能の低下に繋がる虞がある。本明細書は、冷却性能の低下を抑制する技術を提供する。
【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、往路と復路の双方を冷媒の流れ方向に横切る分割面で分割可能であり（即ち、隔壁が冷媒の流れ方向であって往路と復路を連通する方向に分割されており）、隔壁の分割面が冷媒の流れ方向に波形状をなしている。これにより、隔壁を分割する分割面同士の間に隙間が存在しても、その隙間に流入する冷媒の流れ方向は、隔壁の壁面に対してほぼ平行又は鋭角になる。そのため、分割面が冷媒の進路に対して障害になることから、隙間に流入しようとする冷媒の抵抗が増加する。その結果、隙間に流れ込む冷媒流量が減少するため、往路の上流で隙間を通り復路にショートカットする冷媒が減る。したがって、往路の下流を流れる冷媒流量の減少が抑えられ、冷却性能の低下が抑制できる。
【０００６】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】冷却器の平面図である。
【図２】図１のII−II線による断面図である。
【図３】図１のIII−III線による断面図である。
【図４】図２のIV−IV線による断面図である。
【図５】隔壁の隙間に対する冷媒の流れを示す模式図である。
【図６】隔壁の他の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面を参照して実施例の冷却器１００を説明する。まず、図１を参照して冷却器１００の概要を説明する。図１に冷却器１００の平面図を示す。
【０００９】
実施例の冷却器１００は、電気自動車やハイブリッド車のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）に内蔵される部品であり、インバータ回路や電圧コンバータに使われるリアクトルや平滑化コンデンサなどを冷却する装置である。冷却器１００は、主に、プレート２及び本体ケース４を備えており、内部に冷媒（例えばＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ））が流れる。リアクトルやコンデンサなどの冷却対象物は、本体ケース４の表面に熱伝達可能に接触するように配置される。なお、図面では冷却対象物の図示は省略している。
【００１０】
冷却器１００は、一端側１００ａから流入した冷媒が他端側１００ｂで折り返して一端側１００ａに戻るＵ字形状の流路９１−９３を内部に備えている。冷却器１００の一端側１００ａには、供給管７及び排出管８が取り付けられている。供給管７には、図略の冷媒タンクから導入チューブを介して冷媒が供給される。供給管７から供給された冷媒は、往路９１を通って折返部９２で折り返した後、復路９３を通過して排出管８に排出される。排出管８には、冷媒タンクへ戻る排出チューブが接続されている。
【００１１】
往路９１、折返部９２及び復路９３は、プレート２と本体ケース４により区画形成されている。平板状をなすプレート２の面上に、一端面側が開口した薄い平箱状の本体ケース４を伏せて蓋をするように載置することにより、本体ケース４の開口がプレート２で閉塞されてこれらの流路９１−９３が形成される。プレート２と本体ケース４の間には図略のシール部材が介在して両者間を液密にシールする。供給管７及び排出管８は、本体ケース４に直接取り付けられる。
【００１２】
本体ケース４は、往路９１、折返部９２、及び復路９３を流れる冷媒の流れ９０を制御するフィン５を複数箇所に設けている。また、本体ケース４のほぼ中央には、往路９１と復路９３を分離する上側セパレータ６が設けられている。この上側セパレータ６は、プレート２に形成される下側セパレータ３と共に冷却器１００の内部空間の中央を仕切る隔壁を構成する。この隔壁については後で詳細に説明する。
【００１３】
次に、プレート２及び本体ケース４の構成について、図２、３を参照して説明する。図２（Ａ）に図１のII−II線による断面図（ＹＺ平面で切断してＸ軸の負方向へ向かって見た断面図）、図２（Ｂ）に本体ケース４、図２（Ｃ）にプレート２、図２（Ｄ）に分割面Ｐ、をそれぞれ示す。図３（Ａ）に図１のIII−III線による断面図（ＸＺ平面で切断してＹ方向から見た断面図）、図３（Ｂ）に本体ケース４、図３（Ｃ）にプレート２、図３（Ｄ）に分割面Ｐ、をそれぞれ示す。なお、図３では、同じ部品にはその一つにだけ符号を付し、残りの部品への符号は省略することがある。
【００１４】
平板状をなすプレート２は、アルミニウム製であり、アルミダイカストなどによる鋳造により下側セパレータ３を一体に形成している（図２（Ｃ））。下側セパレータ３は、プレート２の平面から立設する壁であり、その壁は流路の方向に沿って延びている。下側セパレータ３は、その上面が冷媒の流れ９０の方向に波形状をなすように形成されている。実施例では、二等辺三角形状（直角三角形状でもよい）を繰り返す三角波を形成している（図３（Ｃ））。下側セパレータ３の肉厚（壁厚）は、プレート２の平板部分の板厚相当に設定されており、この厚みにより形成される面（壁の上面）は、下側セパレータ３の往路９１や復路９３に面する流路面３１、３２に対して直交している。以下、この面のことを下側セパレータ３の分割面３３と称する。プレート２は、このような流路面３１、３２及び分割面３３からなる三角波形状の下側セパレータ３を備えている。
【００１５】
本体ケース４は、上壁４１と、上壁４１の周囲を囲む側壁４２により、一端面側が開口した薄い平箱状を形成している。上壁４１からは、前述したフィン５や上側セパレータ６が立ち下がる。本体ケース４はアルミニウム製であり、アルミダイカストなどによる鋳造によりフィン５及び上側セパレータ６を上壁４１や側壁４２と共に一体に形成している（図２（Ｂ）、図３（Ｂ））。上側セパレータ６は、プレート２の下側セパレータ３と同様に、その壁の頂面（図２、図３では図の下側を向く面）が冷媒の流れ９０の方向に波形状をなすように形成されており、下側セパレータ３の波形状と逆相の波形状をなす。即ち、下側セパレータ３と上側セパレータ６の波形状が互い違いに組み合わさることが可能に、波の繰り返し形状が交互にずれて形成されている。実施例では、上側セパレータ６も三角形状を繰り返す三角波を形成している。上側セパレータ６の肉厚（壁厚）は、本体ケース４の上壁４１や側壁４２の板厚相当に設定されており、この厚みにより形成される面は、上側セパレータ６の往路９１や復路９３に面する流路面６１、６２に対して直交している。以下、この面のことを上側セパレータ６の分割面６３と称する。
【００１６】
本体ケース４の開口がプレート２により閉塞された状態において、下側セパレータ３の三角波形状が上側セパレータ６の三角波形状に組み合わさることにより、冷却器１００の内部空間の中央を仕切る隔壁を構成する（図２（Ａ）、図３（Ａ））。下側セパレータ３と上側セパレータ６の間は、互いに接することなく隙間Ｓが形成される。つまり、下側セパレータ３の分割面３３と上側セパレータ６の分割面６３の間には、隙間Ｓが存在する。この隙間Ｓは、鋳造により成形されるプレート２及び本体ケース４の成形精度に起因した寸法上の公差を許容するためのものである。隙間Ｓの大きさは鋳造成形の特性に応じて、実験や計算機シミュレーションなどにより予め定められる。
【００１７】
冷却器１００では、下側セパレータ３及び上側セパレータ６を冷媒の流れ９０の方向に互いに組み合わさる波形状をなすように形成して、冷却器１００を、往路９１と復路９３の双方を冷媒の流れ９０の方向に横切る分割面Ｐで分割可能に構成する（図２（Ｄ）、図３（Ｄ））。これにより、例えば、隔壁の分割面をこのような波形状にすることなく、直線状に構成した場合に比べて、往路９１から復路９３にショートカットする冷媒の流量が減る。即ち、公差を許容する隙間が、例えば、冷媒の流れ９０の方向に平面状に延びて形成される場合には、往路９１を流れる冷媒が折返部９２よりも上流において、このような隙間を通りショートカットして復路９３に流れ込む。そのため、往路９１の下流を流れる冷媒の流量が減少することから、冷却器１００の他端側１００ｂにおける冷却性能が低下する。
【００１８】
実施例では、下側セパレータ３及び上側セパレータ６の分割面Ｐを冷媒の流れ９０の方向に波形状をなすように構成する。これにより、図４に示すように、冷媒の流れ９０の方向に対して、公差を許容する隙間Ｓが不連続に形成される。図４は、図２のIV−IV線による断面図（ＸＹ平面で切断してＺ軸の負方向に向かって見た断面図）であり、この図において隙間Ｓは、下側セパレータ３と上側セパレータ６の断面の間に、縦の二重線として描かれている。このため、隙間Ｓを形成する下側セパレータ３の分割面３３や上側セパレータ６の分割面６３が冷媒の進路を妨げる障害になる。
【００１９】
即ち、図５（Ａ）に示すように、下側セパレータ３の分割面３３や上側セパレータ６の分割面６３を、往路９１や復路９３に面する流路面３１、３２、６１、６２に対して直交（Ａｇ＝９０度）させているのに対して、隙間Ｓに流入する冷媒は、下側セパレータ３や上側セパレータ６の流路面３１、３２、６１、６２に対して、ほぼ平行又は鋭角に流れる。このため、冷媒が隙間Ｓに流れ込む場合には、冷媒の進路に対して分割面３３、６３が障害になるため、隙間Ｓに流入しようとする冷媒の抵抗が増加する。その結果、隙間Ｓに流れ込む冷媒（図５（Ａ）に示す破線矢印）の流量が減少することから、往路９１の上流で隙間Ｓを通り復路９３にショートカットする冷媒が減って、往路９１の下流や折返部９２を流れる冷媒流量の減少が抑制される。
【００２０】
図５（Ｂ）に変形例を示す。図５（Ｂ）に示すように、上側セパレータと下側セパレータは、その分割面に沿って形成される隙間Ｓｋが斜めに形成されるように構成してもよい。即ち、往路９１や復路９３に面する流路面１３１、１３２、１６１、１６２に対し、直交ではなく、斜めに分割面１３３、１６３を形成する。例えば、冷媒の流れ９０対して反対方向に鋭角Ａｋ（＜９０度）に分割面１３３、１６３を形成する。これにより、このような斜めの隙間Ｓｋに流れ込む場合には、流路面１３１、１３２、１６１、１６２に直交する方向よりもさらに大きく（冷媒の流れ９０の反対方向に）曲がることが必要となる。また、分割面１３３、１６３が斜めに形成されるため、隙間Ｓｋによる流路長が、直交する場合の隙間Ｓ（図５（Ａ））よりも長くなる。したがって、隙間Ｓｋに流入しようとする冷媒の抵抗がさらに増加することから、隙間Ｓｋに流れ込む冷媒の流量が一層減って、往路９１の下流や折返部９２を流れる冷媒流量の減少がより一層抑制される。
【００２１】
以上説明したように、冷却器１００では、流路を往路９１と復路９３に分離する下側セパレータ３及び上側セパレータ６は、冷媒の流れ９０の方向に沿って往路９１と復路９３を区画する流路面３１、３２、６１、６２を両側に有する。そして、冷媒の流れ９０の方向に平面状に拡がるプレート２から下側セパレータ３は立ち上がり、また上側セパレータ６は上壁４１から立ち下がって、流路面３１、３２、６１、６２に直交し、かつ流路面３１、３２、６１、６２の高さ方向に変位して冷媒の流れ９０の方向に波形状をなす分割面３３、６３で対向するように分割される。つまり、冷却器１００は、往路９１と復路９３の双方を冷媒の流れ９０の方向に横切る分割面Ｐで分割可能であり、下側セパレータ３及び上側セパレータ６の分割面３３、６３が冷媒の流れ９０の方向に波形状をなしている。
【００２２】
これにより、下側セパレータ３の分割面３３と上側セパレータ６の分割面６３の間に隙間Ｓが存在しても、その隙間Ｓに流入する冷媒の流れ９０の方向は、下側セパレータ３及び上側セパレータ６の流路面３１、３２、６１、６２に対してほぼ平行又は鋭角になる。そのため、流路面３１、３２、６１、６２に直交する分割面３３、６３が冷媒の進路に対して障害になることから、隙間Ｓに流入しようとする冷媒の抵抗が増加して、隙間Ｓに流れ込む冷媒流量が減少する。したがって、往路９１の下流や折返部９２を流れる冷媒流量の減少が抑えられるため、冷却性能の低下を抑制することができる。下側セパレータ３が形成されるプレート２や上側セパレータ６が形成される本体ケース４は、いずれもアルミダイカストなどの鋳造によって成形されるため、形状自由度が大きい。そのため、下側セパレータ３や上側セパレータ６を形成しても、他の部分と一体に成形されるため、コストに与える影響がないか、又は非常に小さい。したがって、コストアップすることなく、冷却性能の低下を抑制することが可能となる。
【００２３】
例えば、本体ケース４からプレート２の近傍まで立ち下がる上側セパレータと、この上側セパレータを長手方向に並列に両側から囲むようにプレート２から本体ケース４の上壁４１近傍まで立ち上がる２枚の下側セパレータにより、図１に示すII−II線断面相当においてラビリンス形状（迷路のように入り組んでいる形状）を形成しても、前述した冷媒のショートカットを抑制することが可能である。しかしこの場合には、プレート２に下側セパレータを２枚設ける必要から、冷媒が流れる流路面積が減るため、その分、冷却面積が減少し、冷媒の流速低下により熱伝達効率も下がる。また流路面積の減少により冷媒の圧力損失が増える。これに対し、実施例では、プレート２から立ち上がる下側セパレータ３と、本体ケース４から立ち下がる上側セパレータ６は、両者が対峙するようにそれぞれの分割面３３、３６を対向させる。このため、プレート２に設ける下側セパレータ３は１枚で足りるため、冷媒が流れる流路面積や冷却面積の減少分を最小限に抑え、冷媒の熱伝達効率の低下や圧力損失の増加を抑制可能にしている。
【００２４】
また、下側セパレータ３と上側セパレータ６の間には、公差を許容する隙間Ｓ、Ｓｋを形成するため、下側セパレータ３の分割面３３と上側セパレータ６の分割面６３が当接（干渉）しない。このため、両者が当接（干渉）することにより、プレート２と本体ケース４（側壁４２）の間に隙間が生じてシール効果を妨げられるようなことを防止している。
【００２５】
実施例では、隔壁（下側セパレータ３と上側セパレータ６）を分割する波形状を二等辺三角形状を繰り返す三角波に設定した。この波形状を楕円弧の繰り返し、円弧の繰り返し、又は、楕円弧と円弧の交互の繰り返しなどに設定してもよい。図６に示す例では、下側セパレータ２０３及び上側セパレータ２０６は、冷媒の流れ９０の方向に楕円弧を繰り返す波形状に形成されている。図６には、図１に示すIII−III線による断面相当の断面図が図示されている。
【００２６】
また、実施例では、プレート２及び本体ケース４をアルミダイカストによる鋳造で成形した。鋳造成形であれば、鉄、銅、真鍮などやこれらの合金によりプレート２及び本体ケース４を形成してもよい。また、プレート２及び本体ケース４は樹脂成形品でもよい。実施例では、プレート２は、本体ケース４の平面形状の外形とほぼ同様の形状に構成した。本体ケース４の開口を閉塞できる形状であれば、矩形状などの任意形状でもよい。
【００２７】
実施例技術に関する留意点を述べる。下側セパレータ３及び上側セパレータ６が、隔壁の一例に相当する。流路面３１、６１が「往路側の流路面」の一例に相当し、流路面３２、６２が「復路側の流路面」の一例に相当し、分割面３３、６３が「隔壁の分割面」の一例に相当する。折返部９２が折り返し部分の一例に相当する。分割面Ｐが「往路と復路の双方を冷媒の流れ方向に横切る分割面」の一例に相当する。
【００２８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、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様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又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、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２９】
２：プレート
３、２０３：下側セパレータ
４：本体ケース
５：フィン
６、２０６：上側セパレータ
７：供給管
８：排出管
３１、６１：流路面（往路側の流路面）
３２、６２：流路面（復路側の流路面）
３３、６３：分割面（隔壁の分割面）
９０：冷媒の流れ
９１：往路
９２：折返部
９３：復路
１００：冷却器
１００ａ：一端側
１００ｂ：他端側
Ｐ：分割面
Ｓ：隙間
【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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