(57)【要約】      （修正有）【課題】発熱電子部品をコンパクトな配列でパッケージングし、かつ当該配列内の各電子部品の両側面を冷却する単一の蝋付け熱交換器を提供する。【解決手段】複数の層で配置された複数の発熱電子部品４４を冷却するための熱交換器組立体１０は、複数の平行な流体流路を画定する扁平管２２の積層を備える。当該管は、発熱電子部品４４を収容するための空間分だけ離され、流体流路の少なくともいくつかの内部に１または複数の流量制限リブが配置されることにより、流体流路の幅の少なくとも一部に沿って伝熱エリアの外部で流体流路の高さを低減することによって、少なくとも１つのマニホールド３２、３４と伝熱エリアとの間で流体流を部分的に遮断する。これにより、熱交換器組立体１０の流体流路間および熱交換器組立体１０の流体流路内の伝熱流体の流量分布を改善し、かつ、流体流路の外縁のバイパス流を最小にする。【選択図】図１
2018148208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の扁平管を有する熱交換器コアを備える熱交換器組立体であって、
前記複数の扁平管の各々は、上部壁と、底部壁と、横方向に互いに間隔を置いて配された外縁の対とを有する細長い流体流路を取り囲み、前記流体流路の幅は前記外縁の間で画定され、
前記複数の扁平管が積層内に、前記流体流路が前記積層の高さに沿って互いに間隔を置いて平行な関係にある状態で配置されることにより、発熱電子部品を収容するための複数の空間が、前記積層の前記高さにわたって、隣接する扁平管の間で画定され、前記複数の扁平管は伝熱表面を画定し、前期伝熱表面に沿って、前記複数の扁平管は前記発熱電子部品との熱的接触に適合し、
前記複数の扁平管は、流入口マニホールドおよび流出口マニホールドを形成するよう接合され、前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドの各々は、前記積層の前記高さにわたって延び、前記流入口マニホールドは前記流体流路の各々の第１端と直接流れ連通し、前記流出口マニホールドは、前記流体流路の各々の第２端と直接流れ連通し、
前記複数の扁平管の各々の前記流体流路は、前記流入口マニホールドと前記流出口マニホールドとの間に位置付けられた伝熱エリアを有し、前記伝熱エリアの内部に乱流促進インサートが設けられ、前記流体流路の各々における前記伝熱エリアは、前記扁平管の外側表面の少なくとも１つの前記伝熱表面に正対し、前記流体流路は、前記伝熱エリアにおいて前記上部壁と前記底部壁との間で最大高さを有し、前記乱流促進インサートは、前記上部壁および前記底部壁と直接熱的に接触しており、
前記熱交換器組立体はさらに、前記伝熱エリアの外部で前記流体流路の高さを前記流体流路の前記幅の少なくとも一部に沿って低減することによって、前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドのうちの少なくとも１つと前記伝熱エリアとの間で流体流を部分的に遮断するための、前記流体流路の少なくともいくつかの内部に配置された１または複数の流量制限リブを備える、
熱交換器組立体。
【請求項２】
前記流体流路の各々における前記１または複数の流量制限リブは、前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドのうちの少なくとも１つと前記伝熱エリアとの間で、前記流体流路の高さを前記流体流路の前記幅の少なくとも一部に沿って低減する、請求項１に記載の熱交換器組立体。
【請求項３】
前記流体流路の各々における前記１または複数の流量制限リブは、前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドのうちの少なくとも１つと前記伝熱エリアとの間で、前記流体流路の高さを実質的に前記流体流路の前記幅の全体にわたって低減する、請求項１に記載の熱交換器組立体。
【請求項４】
前記１または複数の流量制限リブは、前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドのうちの少なくとも１つと前記伝熱エリアとの間の前記流体流路の前記外縁に近接する外縁部と、流体流が可能な少なくとも１つの間隙とを含み、
前記１または複数の流量制限リブの前記外縁部は、前記流体流路の前記上部壁から前記底部壁に延びる、
請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器組立体。
【請求項５】
前記乱流促進インサートが、前記流体流路の前記外縁から間隔を置いて配された長手方向の縁の対を有することにより、前記乱流促進インサートの長手方向の縁に沿って、前記流入口マニホールドと前記流出口マニホールドとの間に延びるバイパス路が形成され、
前記１または複数の流量制限リブの前記外縁部は、前記バイパス路への流れ、および前記バイパス路から流出する直接的な流体流のうちの少なくとも一方を少なくとも部分的に遮断するよう、長手方向に前記バイパス路に揃えられる、
請求項４に記載の熱交換器組立体。
【請求項６】
前記複数の扁平管の各々は、隆起し、開口を備えたボスを両端に有する、嵌め合う細長いコアプレートの対を備え、隣接する扁平管の前記隆起したボスが接合されることにより、前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドが画定され、嵌め合うコアプレートの対の中央部は、前記複数の扁平管の各々の前記上部壁および前記底部壁を画定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器組立体。
【請求項７】
前記流体流路の各々は、前記流体流路の前記幅の約１〜４倍の長さを有し、前記乱流促進インサートの長手方向の縁と前記流体流路の前記外縁との間に狭いバイパス路が存在し、
前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドと前記伝熱エリアとの間で流体流を部分的に遮断するために、前記流体流路の少なくともいくつかの内部に１または複数の流量制限リブが配置され、前記１または複数の流量制限リブは、前記コアプレートにおいて形成される、
請求項６に記載の熱交換器組立体。
【請求項８】
前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドのうちの１つと前記伝熱エリアとの間に前記１または複数の流量制限リブのうちの第１の流量制限リブが設けられる、請求項７に記載の熱交換器組立体。
【請求項９】
前記流入口マニホールドと前記伝熱エリアとの間に前記１または複数の流量制限リブのうちの第１の流量制限リブが設けられ、前記流出口マニホールドと前記伝熱エリアとの間に前記１または複数の流量制限リブのうちの第２の流量制限リブが設けられる、請求項７に記載の熱交換器組立体。
【請求項１０】
前記１または複数の流量制限リブの各々は、前記複数の扁平管の長手軸に対して横断方向に延びる、請求項８または９に記載の熱交換器組立体。
【請求項１１】
前記流体流路の前記外縁は、前記コアプレートの周辺フランジに位置付けられ、前記周辺フランジに沿って、前記複数の扁平管の各々の前記コアプレートは接合され、
前記１または複数の流量制限リブの各々は、前記１または複数の流量制限リブの全長に沿った低背リブであり、前記低背リブの各々の上面は、前記低背リブが形成される前記コアプレートの前記周辺フランジより低く、
これにより、前記コアプレートが前記複数の扁平管へと組み立てられたとき、前記複数の扁平管の各々の対向する前記コアプレートにおける前記低背リブの前記上面は、前記上面の間に流体流間隙を与えるよう互いに間隔を置いて配され、前記流体流間隙の高さは、最大高さよりも低い、
請求項７から１０のいずれか一項に記載の熱交換器組立体。
【請求項１２】
前記１または複数の流量制限リブの各々は全高リブであり、前記全高リブの各々の上面は、前記全高リブが形成される前記コアプレートの周辺フランジと実質的に同一平面上にあり、
これにより、前記コアプレートが前記複数の扁平管へと組み立てられたとき、前記複数の扁平管の各々の対向する前記コアプレートにおける前記全高リブの前記上面は互いに接触し、
前記全高リブの各々は、リブの高さが全高よりも低い１または複数の間隙によって前記全高リブの長さに沿って隔てられる、
請求項７から１０のいずれか一項に記載の熱交換器組立体。
【請求項１３】
前記全高リブの各々における前記１または複数の間隙の各々は、前記コアプレートの前記周辺フランジから内側に間隔を置いて配されている、請求項１２に記載の熱交換器組立体。
【請求項１４】
前記コアプレートの各々には、前記伝熱エリアの両端に位置付けられた第１の低背リブおよび第２の低背リブが設けられ、前記第１の低背リブは第１の高さを有し、前記第２の低背リブは第２の高さを有し、前記第１の高さは前記第２の高さより大きく、
これにより、前記積層における前記複数の扁平管のうちの１または複数は、前記伝熱エリアの一端において、対向する第１の低背リブの各対の前記上面の間に第１の間隙が設けられるよう、前記コアプレートの前記第１の低背リブが互いに対向する状態で、かつ、前記伝熱エリアの反対端において、対向する第２の低背リブの各対の前記上面の間に第２の間隙が設けられるよう、前記コアプレートの前記第２の低背リブが互いに対向する状態で組み立てられ、前記第２の間隙は前記第１の間隙より高い、および、
これにより、前記積層における前記複数の扁平管のうちの１または複数は、前記伝熱エリアの両端において、対向する低背リブの各対の前記上面の間に中間間隙が設けられるよう、一方のコアプレートの前記第１の低背リブが、向かい合うコアプレートの前記第２の低背リブに対向する状態で組み立てられ、前記中間間隙は、前記第１の間隙より高く、前記第２の間隙より低い、
のうちの少なくとも一方である、
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の熱交換器組立体。
【請求項１５】
前記ボスは、前記発熱電子部品を前記複数の扁平管の間の前記複数の空間に挿入する前、前記複数の空間の各々の前記高さが前記発熱電子部品のうちの１つの厚さより僅かに大きいような高さを有して、前記発熱電子部品が前記伝熱表面の間の前記複数の空間に挿入されることを可能にし、
前記ボスはそれぞれ、前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドの前記高さに平行な圧縮軸に沿って力を加えることによって、前記複数の扁平管の間の前記複数の空間の前記高さが低減されることを可能にする圧縮可能側壁領域を有し、
前記コアプレートの各々はさらに、１または複数の支持突起を有し、前記１または複数の支持突起の各々は、前記隆起したボスのうちの１つの基部に近接する実質的に平坦なエリアに位置付けられ、
前記１または複数の支持突起の各々は、前記隆起したボスが前記コアプレートの上部から延びる方向とは逆方向に前記コアプレートの下側から延び、
前記１または複数の支持突起の各々は、前記支持突起の基部と上面との間の距離として定義される高さを有し、前記高さは、前記支持突起の前記上面が、前記コアプレートの周辺フランジと実質的に同一平面上にあるような高さであり、
これにより、前記コアプレートが前記複数の扁平管を形成するよう組み立てられたとき、前記複数の扁平管の各々の一方のコアプレートの前記１または複数の支持突起は、前記扁平管を形成するもう片方のコアプレートの前記１または複数の支持突起と接触している、
請求項６から１４のいずれか一項に記載の熱交換器組立体。
【請求項１６】
前記１または複数の支持突起は円形のくぼみの形であり、前記円形のくぼみの各々は、前記隆起したボスのうちの１つの前記基部のすぐ隣に位置付けられる、請求項１５に記載の熱交換器組立体。
【請求項１７】
請求項１５に記載の熱交換器組立体と、複数の前記発熱電子部品とを備える熱交換器モジュールであって、
前記熱交換器モジュールはさらに、前記熱交換器モジュールの組み立て中に、および、前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドの各々の前記高さに沿って前記熱交換器モジュールに圧縮力を加えて、前記複数の扁平管の前記伝熱表面を前記発熱電子部品の側面と熱的に接触させる段階の前に、前記熱交換器モジュールに取り付けるための複数の強固な圧縮固定具を備え、
前記圧縮固定具の各々は、実質的にＵ字型をしており、前記発熱電子部品と実質的に同じ厚さを有し、
前記圧縮固定具の各々は、前記圧縮固定具の３側面に沿って前記複数の扁平管の前記隆起したボスを囲み、かつ、圧縮力を加える前記段階の間の前記コアプレートの望ましくない変形を防ぐよう、隣接する扁平管の間に挿入可能である、
熱交換器モジュール。
【請求項１８】
熱交換器モジュールを組み立てるための方法であって、
蝋付けによって請求項１５に記載の熱交換器組立体を組み立てる段階と、
隣接する扁平管の間の前記複数の空間に１または複数の発熱電子部品を挿入する段階と、
前記流入口マニホールドおよび流出口マニホールドの各々の前記高さに沿って前記熱交換器モジュールに圧縮力を加えて、前記複数の扁平管の前記伝熱表面を前記発熱電子部品の側面と熱的に接触させる段階と
を備える方法。
【請求項１９】
圧縮力を加える前記段階の前に、複数の強固な圧縮固定具を前記熱交換器モジュールに取り付ける段階をさらに備え、
前記圧縮固定具の各々は、実質的にＵ字型をしており、前記発熱電子部品と実質的に同じ厚さを有し、
隣接する扁平管の間に前記圧縮固定具の各々が挿入されることにより、前記圧縮固定具の３側面に沿って前記複数の扁平管の前記隆起したボスを囲み、圧縮する前記段階の間の前記コアプレートの望ましくない変形を防ぐ、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記熱交換器組立体は、前記熱交換器コアの第１端に位置付けられた前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドを有するＵ字流形状を有し、
１つおきの前記複数の扁平管が前記流入口マニホールドとだけ流れ連通し、流入口流体流路を画定し、一方、その他の前記複数の扁平管の各々は、前記流出口マニホールドとだけ流れ連通し、流出口流体流路を画定し、
前記流入口流体流路の各々と前記流出口流体流路のうちの隣接するものとの間に連通路が設けられ、前記連通路の各々は、前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドより遠位の、前記熱交換器コアの第２端に近接して位置付けられる、
請求項１に記載の熱交換器組立体。
【請求項２１】
前記複数の扁平管の前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドを形成する部分は、前記複数の扁平管の突出端部に位置付けられる、請求項２０に記載の熱交換器組立体。
【請求項２２】
前記複数の扁平管の外縁には、タイロッドが通される、間隔を置いて配された開口が設けられ、前記タイロッドは、ナットが設けられたねじ切り端を有し、扁平管の前記積層を圧縮して、前記発熱電子部品と熱的に接触させるのに適している、請求項２０または２１に記載の熱交換器組立体。
【請求項２３】
前記複数の扁平管は、前記熱交換器コアの前記複数の扁平管と一体的に形成されるか、または前記熱交換器コアの前記複数の扁平管に蝋付けされた管状コンジットの形で管状接続によって接合され、
管状の前記連通路の各々は、第１の管状部分および第２の管状部分を含む高さ調整可能な摺動シールを有し、前記第１の管状部分および前記第２の管状部分の各々は、前記複数の扁平管のうちの１つに固定され、
前記第２の管状部分の内径は、前記第１の管状部分の外径より大きく、前記第１の管状部分の直径と前記第２の管状部分の直径との間に環状弾性シール部材が設けられる、
請求項２０から２２のいずれか一項に記載の熱交換器組立体。
【請求項２４】
請求項２３に記載の熱交換器組立体を備える熱交換器モジュールであって、前記第１の管状部分が前記第２の管状部分に収容されることにより、管状の前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドと管状の前記連通路とを形成し、
隣接する扁平管の間の前記複数の空間に前記発熱電子部品のうちの１または複数が収容され、
前記熱交換器組立体は、複数のタイロッドによる圧縮下で維持され、前記複数のタイロッドによって加えられる圧縮力が前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドの各々の前記高さに沿って方向付けられることにより、前記伝熱表面は、前記発熱電子部品の側面と熱的に接触する、
熱交換器モジュール。
【請求項２５】
熱交換器モジュールを組み立てるための方法であって、
請求項２３に記載の熱交換器組立体の前記複数の扁平管を設ける段階と、
前記第１の管状部分および前記第２の管状部分のうちの少なくとも１つに前記環状弾性シール部材を取り付ける段階と、
前記第１の管状部分を前記第２の管状部分に挿入して管状の前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドと管状の前記連通路とを形成することによって、請求項２３に記載の熱交換器組立体を組み立てる段階と、
隣接する扁平管の間の前記複数の空間に１または複数の発熱電子部品を挿入する段階と、
請求項２２のタイロッドで前記流入口マニホールドおよび前記流出口マニホールドの各々の前記高さに沿って前記熱交換器モジュールに圧縮力を加えて、前記複数の扁平管の前記伝熱表面を前記発熱電子部品の側面と熱的に接触させる段階と
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１７年３月６日に出願された米国仮特許出願第６２／４６７，４５９号と、２０１７年１０月１９日に出願された中国特許出願第２０１７１０９７９２２８．３号とに基づく優先権およびそれらの利益を主張し、それらの内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、複数の層において配置された発熱電子部品を両面冷却するためのコンパクトな熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気自動車（「ＥＶ」）およびハイブリッド電気自動車（「ＨＥＶ」）は、大量の熱エネルギーを発生するパワーエレクトロニクスデバイスを用いる。損傷または性能低下につながりかねない、これらのデバイスの過度の加熱を回避するべく、この熱エネルギーを放散する必要がある。
【０００４】
自動車用パワーエレクトロニクスデバイスは典型的には、トランジスタ、抵抗、キャパシタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、電力インバータ、ＤＣ−ＤＣ変換器、およびＤＣ−ＡＣ変換器などの１または複数の発熱電子部品を含む。これらのコンポーネントは、プリント回路板などの基板に取り付けられてよい。 
【０００５】
自動車用パワーエレクトロニクスデバイスの構造は可変だが、いくつかの用途におけるパワーエレクトロニクスデバイスには、対向する平坦面が設けられ、当該平坦面に沿って冷却を達成し得る。ＩＧＢＴは、この構造を有し得るパワーエレクトロニクスデバイスの例である。典型的なＥＶまたはＨＥＶは、３つの複数の群で配置されてよい多数のＩＧＢＴを含んでよい。ＩＧＢＴは、各ＩＧＢＴの対向する平坦面の片方または両方をヒートシンクと接触させることによって冷却され得る。伝熱性を高めるべく、空気または液体冷却剤などの冷却流体をヒートシンクに沿って、またはヒートシンクの中を循環させてよい。例えば、２０１６年１２月１４日に出願された、同一出願人による米国仮出願第６２／４３３，９３６号に開示されているように、電子部品の両面冷却のための熱交換器は、単一の層において配置された、１または複数の電子部品の対向する平坦面と接触するヒートシンク対を備えてよい。
【０００６】
空間的な制限のために、およびコストを考慮して、発熱電子部品をコンパクトな配列でパッケージングし、かつ当該配列内の各電子部品の両側面を冷却する単一の蝋付け熱交換器を提供することは有利であると考えられる。このタイプの熱交換器は、例えば、同一出願人による、２０１６年８月２６日に出願された国際出願第ＰＣＴ／ＣＡ２０１６／０５１０１０号において知られている。しかしながら、依然として、コンパクトな配列でパッケージングされた発熱電子部品の両面冷却のための単純かつ効果的な熱交換器が必要とされる。そのような熱交換器は、電子部品との効果的な熱的連通と、パッケージ内のすべての電子部品の側面に沿った、冷却流体の均衡のとれた流れとをもたらす。
【発明の概要】
【０００７】
一態様において、熱交換器組立体が提供される。当該熱交換器組立体は、複数の扁平管を有する熱交換器コアを備える。当該扁平管の各々は、上部壁と、底部壁と、横方向に互いに間隔を置いて配された外縁の対とを有する細長い流体流路を取り囲み、当該流体流路の幅は当該外縁の間で画定され、当該扁平管が積層内に、当該流体流路が当該積層の高さに沿って互いに間隔を置いて平行な関係にある状態で配置されることにより、発熱電子部品を収容するための複数の空間が、積層の高さにわたって、隣接する扁平管間で画定され、扁平管は伝熱表面を画定し、当該伝熱表面に沿って、扁平管は発熱部品との熱的接触に適合し、扁平管は、流入口マニホールドおよび流出口マニホールドを形成するよう接合され、マニホールドの各々は積層の高さにわたって延び、流入口マニホールドは当該流体流路の各々の第１端と直接流れ連通し、流出口マニホールドは当該流体流路の各々の第２端と直接流れ連通し、当該扁平管の各々の流体流路は、マニホールド間に位置付けられた伝熱エリアを有し、伝熱エリアの内部に乱流促進インサートが設けられ、当該流体流路の各々における伝熱エリアは、当該扁平管の外側表面の少なくとも１つの当該伝熱表面に正対し、流体流路は、当該伝熱エリアにおいて上部壁と底部壁との間で最大高さを有し、乱流促進インサートは、上部壁および底部壁と直接熱的に接触しており、熱交換器組立体はさらに、伝熱エリア外部で流体流路の高さを流体流路の幅の少なくとも一部に沿って低減することによって、少なくとも１つのマニホールドと伝熱エリアとの間で流体流を部分的に遮断するための、流体流路の少なくともいくつかの内部に配置された１または複数の流量制限リブを備える。
【０００８】
一実施形態において、扁平管の各々は、隆起し、開口を備えたボスを両端に有する、嵌め合う細長いコアプレートの対を備え、隣接する扁平管の隆起したボスが接合されることにより、流入口マニホールドおよび流出口マニホールドが画定され、嵌め合うコアプレートの対の中央部は、当該扁平管の各々の上部壁および底部壁を画定する。
【０００９】
一実施形態において、隆起し、開口を備えたボスは、発熱電子部品を扁平管間の空間に挿入する前、空間の各々の高さが発熱部品のうちの１つの厚さより僅かに大きいような高さを有して、発熱電子部品が伝熱表面間の空間に挿入されることを可能にし、ボスはそれぞれ、マニホールドの高さに平行な圧縮軸に沿って力を加えることによって、扁平管間の空間の高さが低減されることを可能にする圧縮可能側壁領域を有し、コアプレートの各々はさらに、１または複数の支持突起を有し、支持突起の各々は、隆起したボスのうちの１つの基部に近接する実質的に平坦なエリアに位置付けられ、支持突起の各々は、隆起したボスがコアプレートの上部から延びる方向とは逆方向にコアプレートの下側から延び、支持突起の各々は、支持突起の基部と上面との間の距離として定義される高さを有し、当該高さは、支持突起の上面がコアプレートの周辺フランジと実質的に同一平面上にあるようなものであり、これにより、コアプレートが組み立てられて当該扁平管が形成されたとき、当該扁平管の各々の一方のコアプレートの支持突起は、扁平管を形成するもう片方のコアプレートの支持突起と接触する。
【００１０】
別の態様において、熱交換器モジュールが提供される。当該熱交換器モジュールは、圧縮可能側壁領域を有する、隆起し、開口を備えたボスを有する熱交換器組立体を備え、当該熱交換器モジュールはさらに、熱交換器モジュールの組み立て中、および、当該マニホールドの各々の高さに沿って熱交換器に圧縮力を加えて、扁平管の伝熱表面を発熱電子部品の側面と熱的に接触させる段階の直前に、熱交換器モジュールに取り付けるための複数の強固な圧縮固定具と、複数の当該発熱部品とを備え、当該圧縮固定具の各々は、実質的にＵ字型をしており、発熱電子部品と実質的に同じ厚さを有し、圧縮固定具の各々は、圧縮固定具の３側面に沿って扁平管の隆起したボスを囲み、かつ、圧縮力を加える段階中のコアプレートの望ましくない変形を防ぐよう、隣接する扁平管間に挿入可能である。
【００１１】
別の態様によると、上述したような、圧縮可能側壁領域を有する、隆起し、開口を備えたボスを有する蝋付け熱交換器を有する熱交換器モジュールを組み立てるための方法が提供される。当該方法は、隣接する扁平管間の空間に１または複数の発熱電子部品を挿入する段階と、当該マニホールドの各々の高さに沿って熱交換器に圧縮力を加えて、扁平管の伝熱表面を発熱電子部品の側面と熱的に接触させる段階とを備える。 
【００１２】
一実施形態において、上述した方法はさらに、圧縮力を加える当該段階の前に、複数の強固な圧縮固定具を熱交換器モジュールに取り付ける段階を備え、当該圧縮固定具の各々は、実質的にＵ字型をしており、発熱電子部品と実質的に同じ厚さを有し、圧縮固定具の各々が隣接する扁平管間に挿入されることにより、圧縮固定具の３側面に沿って、扁平管の隆起したボスを囲み、圧縮段階中のコアプレートの望ましくない変形を防ぐ。
【００１３】
一実施形態において、熱交換器は、コアの第１端に位置付けられた流入口マニホールドおよび流出口マニホールドを有するＵ字流形状を有し、１つおきの扁平管が流入口マニホールドとだけ流れ連通し、流入口流体流路を画定し、一方、その他の扁平管の各々は、流出口マニホールドとだけ流れ連通し、流出口流体流路を画定し、流入口流体流路の各々と流出口流体流路のうちの隣接するものとの間に連通路が設けられ、連通路の各々は、マニホールドより遠位の、コアの第２端に近接して位置付けられる。本実施形態によると、扁平管のマニホールドを形成する部分は、扁平管の突出端部に位置付けられる。本実施形態によると、扁平管の外縁には、タイロッドが通される、間隔を置いて配された開口が設けられてよく、タイロッドは、ナットが設けられたねじ切り端を有し、扁平管の積層を圧縮して電子部品を熱的に接触させるのに適している。
【００１４】
別の態様によると、上述したような、Ｕ字流形状を有する熱交換器を備える熱交換器モジュールを組み立てるための方法が提供される。当該方法は熱交換器組立体の扁平管を設ける段階と、第１の管状部分および／または第２の管状部分に弾性シール部材を取り付ける段階と、第１の管状部分を第２の管状部分に挿入して管状マニホールドおよび管状連通路を形成することによって、熱交換器組立体を組み立てる段階と、隣接する扁平管間の空間に１または複数の発熱電子部品を挿入する段階と、上述したようなタイロッドで当該マニホールドの各々の高さに沿って熱交換器に圧縮力を加えて、扁平管の伝熱表面を発熱電子部品の側面と熱的に接触させる段階とを備える。
【００１５】
別の態様において、熱交換器モジュールが提供される。当該熱交換器モジュールは、上述したＵ字流熱交換器を備え、第１の管状部分が第２の管状部分に収容されることにより、管状マニホールドおよび管状連通路を形成し、隣接する扁平管間の空間に当該発熱電子部品のうちの１または複数が収容され、熱交換器組立体は複数の当該タイロッドによる圧縮下で維持され、当該タイロッドによって加えられる圧縮力が当該マニホールドの各々の高さに沿って方向付けられることにより、伝熱表面は、発熱電子部品の側面と熱的に接触する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
ここで、以下の添付の図面を参照して、本発明が単に例として説明される。
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る熱交換器の上面斜視図である。
【００１８】
【図２】図１の線２−２'に沿った断面図である。
【００１９】
【図３】図１の熱交換器のコアプレートの上面斜視図である。
【００２０】
【図４】図１の熱交換器のコアプレートの底面斜視図である。
【００２１】
【図５】図２の断面図と同じ平面において得られる、図１の熱交換器のプレート対の左端を示す拡大された部分断面図である。
【００２２】
【図６】図１の線６−６'に沿った、クローズアップの横断面図である。
【００２３】
【図７】請求項１の熱交換器を組み込んだ圧縮前の熱交換器モジュールの一部を示す拡大された長手方向断面図である。
【００２４】
【図８】圧縮後の熱交換器モジュールを示す図７に類似した断面図である。
【００２５】
【図９】圧縮固定具の単独の斜視図である。
【００２６】
【図１０】第１の実施形態に係る熱交換器の一端に取り付けられる複数の圧縮固定具を示す部分長手方向断面図である。
【００２７】
【図１１】第１の実施形態に係る熱交換器の一端に取り付けられる複数の圧縮固定具を示す部分横断面図である。
【００２８】
【図１２】圧縮中の圧縮固定具とコアプレートの突起との間の連携を示す、図１１の一部のクローズアップである。
【００２９】
【図１３】第２の実施形態に係る熱交換器モジュールの上面斜視図である。
【００３０】
【図１４】図１３の熱交換器モジュールのコアプレートの上面斜視図である。
【００３１】
【図１５】図１３の熱交換器モジュールのコアプレートの底面斜視図である。
【００３２】
【図１６】図１３の熱交換器モジュールのプレート対を通る部分長手方向断面図である。
【００３３】
【図１７】代替の流量制限リブ形状を有する熱交換器モジュールのプレート対を通る部分長手方向断面図である。
【００３４】
【図１８】代替の流量制限リブ形状を有する熱交換器モジュールのプレート対を通る部分長手方向断面図である。
【００３５】
【図１９】代替の流量制限リブ形状を有する熱交換器モジュールのプレート対を通る部分長手方向断面図である。
【００３６】
【図２０】代替の流量制限リブ形状を有する熱交換器モジュールのプレート対を通る部分長手方向断面図である。
【００３７】
【図２１】代替の流量制限リブ形状を有する熱交換器モジュールのプレート対を通る部分長手方向断面図である。
【００３８】
【図２２】代替の流量制限リブ形状を有する熱交換器モジュールのコアプレートの上面斜視図である。
【００３９】
【図２３】図２３のコアプレートの底面斜視図である。
【００４０】
【図２４】図２２および図２３の流量制限リブ形状を有するプレート対を通る部分横断面図である。
【００４１】
【図２５】第３の例示的実施形態に係る熱交換器の側面斜視図である。
【００４２】
【図２６】図２５の熱交換器の正面斜視図である。
【００４３】
【図２７】タイロッドを追加した、図２５の熱交換器の側面斜視図である。
【００４４】
【図２８】図２５の熱交換器のプレート対を調節可能に接合するための、摺動弾性シールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下は、特定の例示的実施形態に係る熱交換器の詳細な説明である。本明細書において説明される熱交換器は、コアプレートの積層を有するコンパクトな熱交換器であり、本明細書では場合により「積層プレート」熱交換器と呼ばれる。コストを最小にすべく、積層内のコアプレートのほとんど、またはすべては互いに同一のものであってよい。また、熱交換器は、蝋付けされた一体構造を有してよい。熱交換器の蝋付けは高温で行われ、典型的には蝋付け炉における熱交換器組立体全体の加熱を伴うので、熱交換器コアプレートは、熱交換器および発熱電子部品を有する熱交換器モジュールの組み立て前に共に蝋付けされる必要がある。
【００４６】
熱交換器を構成するコアプレートは、対向する平面状側面を有する複数の発熱電子部品と熱的に接触するよう配置された、間隔をあけて配された伝熱表面を提供する。ここで、各発熱電子部品の対向する平面状側面の各々は、熱交換器の伝熱表面と熱的に接触し、発熱電子部品は、間隔をあけて配された複数の層などのコンパクトな配列で配置される。
【００４７】
熱交換器モジュールの組み立てを可能にするべく、熱交換器のコアプレートには、熱交換器の永久的な変形を生じさせるための、蝋付け後の熱交換器の圧縮を可能にする特徴が与えられ、当該変形は、熱交換器の流体流路間および熱交換器の流体流路内の伝熱流体の流量分布に悪影響を及ぼすことなく、熱交換器の伝熱表面に発熱電子部品の対向する側面との密接な熱的接触をもたらす。
【００４８】
冷却効率を最大にするため、熱交換器のコアプレートには、適切な流体背圧を提供して流体流路間および流体流路内の流体の流量分布を制御し、かつ、流体流路内のバイパス流を低減もする特徴が与えられる。
【００４９】
ここで、図１から図６を参照して、第１の例示的実施形態に係る熱交換器組立体１０と、熱交換器組立体１０および複数の発熱電子部品４４を有する熱交換器モジュール４２とが以下で説明される。
【００５０】
熱交換器組立体１０は、複数の細長い扁平管２２を有するコアを含む。当該扁平管の各々は、細長い流体流路３６を取り囲んでいる。扁平管は積層内に、流体流路が当該積層の高さに沿って（図１の軸Ｃに沿って）互いに間隔を置いて平行な関係にある状態で配置され、これにより、積層の高さにわたって、隣接する扁平管２２間で、発熱電子部品４４を収容するための複数の空間が画定される。扁平管２２は伝熱表面４０を画定し、当該伝熱表面に沿って、扁平管２２は発熱部品４４との熱的接触に適合する。扁平管２２は、流入口マニホールド３２および流出口マニホールド３４を形成するよう接合され、マニホールド３２、３４の各々は積層の高さにわたって延びており、流入口マニホールド３２は、当該流体流路３６の各々の第１端と直接流れ連通し、流出口マニホールド３４は、当該流体流路３６の各々の第２端と流体流れ連通する。流体流路の第１端および第２端は、軸Ａに沿って長手方向に間隔をあけて配されている。
【００５１】
本実施形態において、熱交換器１０はコアプレートから構成され、当該コアプレートは、複数の中間コアプレート１２と、プレート積層上部の上部コアプレート１４と、プレート積層底部の底部コアプレート１６とを含む。各扁平管２２は、コアプレート１２、１４、１６の対を備え、ゆえに、本明細書において扁平管２２は、「プレート対２２」とも呼ばれる。本実施形態において、すべての中間コアプレート１２および上部プレート１４は、互いに同一であり、以下でさらに説明するように、底部プレート１６とは異なっている。上部プレート１４に、流入口フィッティング１８および流出口フィッティング２０が封止して固定されるが、以下でさらに記載するように、流入口フィッティング１８および流出口フィッティング２０の位置は変えることができる。 
【００５２】
本実施形態の各コアプレート１２、１４、１６は、隆起した中央部２６を囲む平面状周辺フランジ２４を有する。各扁平管２２のコアプレート１２、１４、１６は、それらの周辺フランジ２４に沿って、向かい合わせの配置で共に封止して接合される。例示された実施形態において、中間プレート１２の対によって形成される扁平管２２は、互いに同一であり、中間プレート１２および上部プレート１４によって形成される最上部の扁平管２２と同一である。中間プレート１２および下部プレート１６によって形成される最下部の扁平管は、以下に記載する理由によりその他の扁平管２２とは異なり、図１および図２では２２'と表示されている。 
【００５３】
コアプレート１２、１４、１６は概して細長い形状であり、各中間コアプレート１２の両端と上部プレート１４の両端には、隆起し、開口を備えたボス２８が設けられている。隆起したボス２８は、各コアプレート１２、１４の、隆起した中央部２６に位置付けられている。底部プレート１６には隆起したボス２８は備わっておらず、その代わりに、実質的に平坦であり、かつ穴があけられていない中央部２６を有してよい。これにより、図２に示すように、熱交換器１０の底部が封止される。 
【００５４】
扁平管２２の各々は、その対向する両側から突出する、隆起したボス２８の対を有する。隣接する扁平管２２の隆起したボス２８は接合されており、これにより、熱交換器１０の両端において流入口マニホールド３２および流出口マニホールド３４が画定される。最下部の扁平管２２'は、その上側だけから突出する、隆起したボス２８の対を有し、当該上側を通して、隣接する扁平管の隆起したボス２８に接合される。流入口マニホールド３２は、流入口フィッティング１８から、閉じられた底部プレート１６に延び、流出口マニホールド３４は、流出口フィッティング２０から、閉じられた底部プレート１６に延びている。
【００５５】
各扁平管２２、２２'は、長手軸Ａに沿って流入口マニホールド３２から流出口マニホールド３４に延びる、各扁平管２２、２２'の両端の隆起したボス２８の間の流体流路３６を取り囲む。流体流路３６は、それぞれ上部壁および底部壁を有する。当該上部壁および底部壁は、本実施形態において、扁平管２２の各々を構成するコアプレート１２、１４、１６の中央部２６を備える。流体流路３６は、それぞれ外縁の対を有する。当該外縁の対は、（図１の軸Ｂに沿って）互いに横方向に間隔を置いて配されている。ここで、流体流路３６の幅は外縁の間で画定される。本実施形態において、流体流路３６の外縁は、例えば、図６に示すように、周辺フランジ２４のすぐ内側に位置付けられる。扁平管２２の上部壁２、底部壁４、および外縁６、８は、図６において表示されている。管２２は必ずしもコアプレート１２、１４、１６の対から形成されるわけではないことを理解されたい。むしろ、管２２はそれぞれ、押し出される、または継ぎ目に沿って折り曲げられ、封止される、のいずれかである単一の材料から形成され得る。
【００５６】
各流体流路３６は、マニホールド３２、３４間に位置付けられた伝熱エリア７６を有する。ここで、扁平管２２の各々の伝熱エリア７６において乱流促進インサート３８が設けられてよい。乱流促進インサート３８の各々は、フィンまたはタービュライザを含んでよい。本明細書において使用されるとき、「フィン」および「タービュライザ」という用語は、側壁によって接続される、軸方向に延びる複数のリッジまたは頂部を有する波形の乱流促進インサートであって、リッジは丸みを帯びたもの、または平坦なものである、波形の乱流促進インサートを指すよう意図されている。本明細書において定義するように、「フィン」が連続したリッジを有する一方で、「タービュライザ」は、タービュライザを通る軸方向の流れがねじれるよう、長さ方向に沿って遮られたリッジを有する。場合によりタービュライザは、オフセットまたはランスのストリップフィンと呼ばれ、そのようなタービュライザの例が米国再発行特許第３５，８９０号（Ｓｏ氏）および米国特許第６，２７３，１８３号（Ｓｏ氏その他）において説明されている。Ｓｏ氏、およびＳｏ氏その他の人に与えられた特許は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００５７】
本明細書において示される実施形態では、乱流促進インサート３８は、単純な波形のフィンとして示されており、当該フィンはそれぞれ、長手軸Ａに沿って延びる複数の平行なひだ３９を備える。ひだ３９は、互いに間隔を置いて平行な関係で配置された実質的に鉛直の側壁４１によって画定され、隣接する側壁４１は頂部４３および谷部４５に沿って接合されている。ここで、頂部４３および谷部４５は流体流路３６の上部壁２および底部壁４と熱的に接触している。すなわち、流体流路３６は、伝熱エリア７６において上部壁２と底部壁４との間で最大高さを有し、乱流促進インサート３８は、上部壁２および底部壁４と直接熱的に接触している。 
【００５８】
例示された実施形態において、乱流促進インサート３８は、穴があけられていない、実質的に鉛直の側壁４１と、丸みを帯びた頂部４３および谷部４５とを有する。しかしながら、理解されるように、側壁４１は互いに対して傾斜していてよく、側壁は、例えばルーバによって穴があけられていてよく、および／または、頂部４３および谷部４５は、角ばったものであってよい。
【００５９】
各乱流促進インサート３８の隣接する側壁４１間の細長い空間は、インサート３８の両端において開いており、それにより、軸Ａに沿ったインサート３８を通る流体流を可能にすることが分かる。インサート３８の中を流れる流体はインサート３８の表面と熱的に接触しており、これにより、流体とインサート３８との間で熱が伝導する。インサート３８は本質的に、そこを流れる流体と熱交換器コアとの間で熱が伝導される表面の面積を増大させる。
【００６０】
隣接する扁平管２２、２２'間において画定される空間において複数の発熱電子部品４４が位置付けられる。平面状伝熱表面４０は、扁平管２２の上部壁２および底部壁４の外側表面に沿って画定され、扁平管の中において画定される流体流路３６に正対し、伝熱エリア７６に正対している。扁平管２２の各々は、上部および底部の平面状伝熱表面４０を有し、一方、最下部の扁平管２２'は、上部の平面状伝熱表面４０だけを有する。隣接する扁平管２２、２２'によって画定される伝熱表面４０は、隆起したボス２８の高さの２倍と実質的に同じ距離だけ互いに間隔をあけて配されている。ボス２８の高さは、隣接する扁平管２２の伝熱表面４０間の間隔が発熱部品４４の厚さより僅かに大きくなるように選択されて、以下で記載されるように、蝋付けによる熱交換器１０の組み立て後かつ圧縮前に、隣接する伝熱表面４０間の空間に発熱電子部品４４を滑り込ませることによって熱交換器モジュール４２を組み立てることを可能にする。 
【００６１】
本実施形態の発熱電子部品４４は、長方形角柱として概略的に示されており、当該長方形角柱は、長方形角柱の主面であり、かつ概して正方形または長方形の形状を有する対向する側面の対４６を有する。発熱電子部品４４の各々は、電気絶縁材料の層の間に挟まれた１または複数のＩＧＢＴおよび／またはダイオードを含んでよい。図面では、隣接する扁平管２２、２２'の伝熱表面４０の間に、間隔を置いて、隣り合わせに配置された２つの発熱電子部品４４が示されている。しかしながら、発熱電子部品４４の各層は、隣り合わせに配置された３つの別個の発熱電子部品４４を含んでよい。
【００６２】
上述したように、蝋付け後の熱交換器１０の、隣接する扁平管２２の伝熱表面４０の間の間隔は、初めに、その中に発熱電子部品４４を挿入して熱交換器モジュール４２を組み立てることを可能にするのに十分な間隔である必要がある。しかしながら、発熱電子部品４４と、熱交換器１０の流体流路３６の中を循環する流体との間で効率的な伝熱をもたらすべく、伝熱表面４０と発熱電子部品４４の側面４６との密接な熱的接触が達成される必要がある。ゆえに、熱交換器１０は、隣接する扁平管２２の伝熱表面４０間の間隔を、マニホールド３２、３４の高さに平行な圧縮軸Ｃに沿って力を加えることによって狭くすることが可能なように、圧縮可能であり、かつ永久変形可能である。
【００６３】
本実施形態において、隆起したボス２８は、ある程度の圧縮性が与えられるよう形成され、圧縮軸Ｃに沿って十分に力を加えることによって、それらを僅かに平坦にすることを可能にする。図５に示すように、隆起したボス２８の各々は、側壁４８を備える。側壁４８は、隆起した中央部２６にそれが接合される環状基部５０から、中央開口５６を囲む平面状シール面５４を画定する環状上面５２まで、コアプレート１２、１４の隆起した中央部２６より高く立ち上がっている。平面状シール面５４は、コアプレート１２、１４、１６の隆起したボス２８が、隣接するコアプレート１２、１４、１６の隆起したボスに封止して接合される表面であり、かつ、上部コアプレート１４の隆起したボス２８がフィッティング１８、２０に封止して接合される表面である。
【００６４】
さらに図５に示されるように、隆起したボス２８の側壁４８は、基部５０と上面５２との間に複数の部分を含む。これに関して、側壁４８は、基部５０から上方に延び、軸Ａとコアプレート１２、１４、１６の平面状周辺フランジ２４とに対して約６０〜９０度の角度を成し、かつ、軸Ａに対して垂直または実質的に垂直であってよい直立壁部６０を含む。
【００６５】
直立壁部６０と上面５２との間には圧縮可能領域５８があり、それに沿って、組み立てられた熱交換器モジュール４２の隆起したボス２８は圧縮され得る。圧縮可能領域５８の各々は、軸Ａに対して約０〜３０度の角度を成す、内側に傾斜した壁部６２を備える。直立壁部６０の上端は、壁部６０、６２間において約９０度より大きく約１５０度よりも小さい鈍角α（図７〜図８参照）が形成されるよう、角度がついた縁６４において、傾斜した壁部６２の下端に接合される。隆起したボス２８の構造は、予め決定された量の力を軸Ｃに沿って加えると、優先的に、内側に傾斜した壁部６２を永久的に平坦にさせるようなものであり、隆起したボス２８の他のエリアにおいて著しく変形を生じさせることなく角度αを永久的に小さくする。 
【００６６】
図７および図８において示すように、隆起したボス２８の高さは、伝熱表面４０に発熱電子部品４４の側面４６との密接な熱的接触をもたらすのに十分な量だけ低減され得る。図７は、伝熱表面４０と発熱部品４４の側面４６との間に間隙ができるよう、隣接する扁平管２２の伝熱表面４０間の空間の初期の（蝋付け後の）高さを、発熱電子部品４４の厚さまたは高さより僅かに大きいものとして示している。これにより、蝋付け熱交換器１０の扁平管２２間の空間に発熱部品４４を滑り込ませることが可能になる。
【００６７】
図８は、ボス２８を鉛直方向に圧縮した後の熱交換器モジュール４２を示している。発熱電子部品４４の両側面４６が、隣接する扁平管２２の伝熱表面４０と接触していることが分かる。さらに、ボス２８の圧縮可能領域５８の外部に何の変形も発生していないことが分かる。これに関して、圧縮することで、内側に傾斜した壁部６２を少し平坦にさせ、角度αを僅かに小さくする。 
【００６８】
熱交換器１０の伝熱表面４０と発熱電子部品４４の側面４６との熱的接触は、伝熱表面４０と側面４６との接触面に熱伝導材料（ＴＩＭ）の薄層を設けることによって高められてよい。ＴＩＭは、熱伝導性グリース、ワックス、または金属材料を含んでよい。
【００６９】
圧縮力は隆起したボス２８のエリアに局在するが、コアプレート１２、１４、１６は、隆起したボス２８を囲むエリア、特に、実質的に平坦（すなわち、軸Ａに対して実質的に平行な）支持されていないエリアにおけるコアプレート１２、１４、１６の変形に抵抗するさらなる特徴を含んでよい。例えば、本実施形態において、コアプレート１２、１４、１６には、隆起したボス２８に隣接する平坦なエリアにおける、コアプレート１２、１４、１６の下側から、すなわち、隆起したボス２８がコアプレート１２、１４、１６の上部から延びる方向とは逆方向に延びる、１または複数の突起６６が設けられる。コアプレート１２、１４、１６の各端に、２つのそのような円形のくぼみの形の突起６６が設けられており、隆起したボス２８のうちの１つのいずれの側にも１つ設けられている。 
【００７０】
突起６６の各々は、その基部６８と上面７０との間の距離として定義される高さであって、上面７０がコアプレート１２、１４、１６の周辺フランジ２４と実質的に同一平面上にあるのに十分な高さを有してよい。したがって、コアプレート１２、１４、１６が扁平管２２へと組み立てられたとき、一方のコアプレート１２、１４、１６の突起６６は、扁平管２２を形成する他方のコアプレート１２、１４、１６の突起６６と接触してよく、それに蝋付けされてよい。このようにして、突起６６は、熱交換器１０の性能に悪影響を及ぼし得る、コアプレート１２、１４の隆起したボス２８を囲む部分の望ましくない、制御されない変形を防ぐ。例えば、図７および図８は、扁平管２２の対向するプレート１２の対向する突起６６が、それらの上面７０に沿って接触し、それにより、ボス２８の周りのプレート１２の隆起部２６における望ましくない変形を防ぐことを示している。
【００７１】
マニホールド３２、３４のエリアにおけるコアプレート１２、１４、１６の望ましくない変形をさらに防ぐべく、図９から図１２に示すように、圧縮段階中、熱交換器モジュール４２の各端に一連の強固な圧縮固定具３０が取り付けられてよい。各圧縮固定具３０は、端部３３に取り付けられた脚２９、３１の対を備え、発熱電子部品４４（図１５には図示されていない）と実質的に同じ（軸Ｃに沿った）厚さを有する、実質的にＵ字型のブロックである。脚２９、３１および端部３３は、Ｕ字型の切り欠き３５を画定する。当該切り欠きは、接合されたボス２８の対の側壁４８の周りで密な篏合を形成するよう成形されている。
【００７２】
図１０〜図１２に示すように、圧縮固定具３０は隆起したボス２８を３側面に沿って囲み、圧縮段階中、コアプレート１２、１４の望ましくない変形を防ぐ。図１０は、中心平面に沿った長手方向断面図であり、設置状態にある固定具３０を示し、脚２９はボス２８の側に沿って長手方向に延び、端部３３は、熱交換器の端を横切って横方向に延びる。図１１は、コアプレート１２の突起６６を通る平面に沿った横断面図である。図１１は、熱交換器モジュール４２の圧縮後の形状を示す。発熱電子部品４４の縁は点線で示されている。図１１から、固定具３０の厚さは、発熱電子部品４４の厚さと実質的に同じであり、各固定具３０及びコンポーネント４４は、隣接する扁平管２２の対の隆起部２６と接触していることが分かる。固定具３０は、隆起部２６と、およびボス２８の基部５０と、Ｕ字型の切り欠き３５の内側周縁に沿って支持係合していることがさらに分かる。
【００７３】
図１２は、矢印方向へのコアの圧縮前の、発熱部品４４と同じ高さを有し、蝋付け熱交換器コアの２つの扁平管２２の縁の間に挿入された圧縮固定具３０を示す。図７に示されるように、圧縮固定具３０および発熱部品４４の上面と上側の扁平管２２の隆起部２６との間には小さい間隙があることが分かる。図８を参照して上述したように、熱交換器１０を圧縮することによって、扁平管２２の伝熱表面４０を発熱部品４４の側面４６と接触させる。図１２の発熱部品４４および圧縮固定具３０は同じ高さを有するので、圧縮固定具３０によって可能となる最大の変形量は、伝熱表面４０を発熱部品４４の側面４６と接触させる変形量であり、さらなる変形および／または圧縮は、圧縮固定具３０があることで防がれる。一たび圧縮動作が完了すると、固定具３０は取り除かれる。
【００７４】
図１１および図１２から分かるように、圧縮固定具３０の脚２９、３１は、鉛直方向にコアプレート１２、１４の突起６６に（軸Ｃに沿って）揃えられることに留意されたい。突起６６は隆起部２６の壁を支持して、ボス２８を囲むエリアにおける扁平管２２の変形を防ぐ。図１２に示すように、上部の扁平管２２の突起６６は、熱交換器１０を圧縮する前に僅かに間隔をあけて配された上面を有する。予期され得るように、圧縮中、突起６６には片方との接触がもたらされる。それとは対照的に、図１２の下側の扁平管２２から分かるように、圧縮前、突起６６は既に互いと接触していてよく、蝋付けによって接合されてよい。
【００７５】
コアプレート１２、１４、１６はまた、熱交換器１０の複数の流体流路３６の間で流量分布を最適化するための、また、バイパス流を最小にしつつ、個々の流体流路３６内の流量分布を最適化するための１または複数の特徴を含む。熱交換器１０の流体流路３６は平行に配置されており、これにより、各流路３６への流体の流量分布は、マニホールド３２、３４の相対的な圧力降下と個々の流体流路３６とに依存することが理解されよう。発熱電子部品４４が比較的正方形または長方形の形状をしており、かつ、各層における発熱電子部品４４の数が限られているおかげで、本明細書において説明されるタイプの熱交換器の流体流路は、（軸Ａに沿った）比較的短い長さ寸法を有する。例えば、熱交換器１０において、流体流路３６の長さは、典型的には、それらの幅の約１〜４倍である。発明者は、流体流路３６の形状に起因して、マニホールド３２、３４の圧力降下に対する流体流路３６の圧力降下は、熱交換器１０の流体流路３６全体にわたって冷却流体の均一な分布を維持するのに不十分な場合があることを発見した。このため、熱交換器１０はまた、各流体流路３６内の圧力降下を制御し、それにより、流体流路３６への流体の流量分布を最適化する１または複数の流量分布特徴を含む。 
【００７６】
発明者はまた、流体流路３６内の圧力降下を増大させることにより、より高いバイパス流が生じ得ることを発見した。当該バイパス流は、例えば、流入口マニホールド３２から流出口マニホールド３４に延び、かつ、乱流促進インサート３８の（軸Ａに沿った）長手方向の縁と流体流路３６の外縁６、８との間に位置付けられる狭いバイパス路７２を通るものである。流路７２を通るこのバイパス流の増大は、熱交換器１０の効率に悪影響を及ぼす。ゆえに、本明細書において説明される流量分布特徴は、流体流路３６の外縁６、８における、流路７２を通るバイパス流量の最小化もまた行うよう構成され、発熱部品４４のより効果的な冷却をもたらす。
【００７７】
本実施形態において、熱交換器組立体１０はさらに、流体流路３６の少なくともいくつかの内部に配置された１または複数の流量制限リブ７４を備える流量分布特徴を備える。１または複数の流量制限リブ７４は、流体流路３６の幅の少なくとも一部に沿って、伝熱エリア７６の外部で流体流路３６の高さを低減することによってマニホールド３２、３４のうちの少なくとも１つと伝熱エリア７６との間で流体流を部分的に遮断する。１または複数の流量制限リブ７４の各々は、扁平管２２の上部壁２または底部壁４から延びる。例えば、流体流路３６のいずれか１つの内部で、１または複数の流量制限リブ７４は、マニホールド３２、３４のうちの少なくとも１つと伝熱エリア７６との間で、流体流路３６の幅の少なくとも一部に沿って流体流路３６の高さを低減する。 
【００７８】
上述したように、熱交換器１０のコアプレート１２、１４は互いに同一であり、ゆえに、すべてが同じ流量制限リブ７４の形状を有する。底部プレート１６には、隆起し、開口を備えたボス２８がないが、底部プレート１６も、コアプレート１２、１４と同じ流量制限リブ７４の形状を有してよい。流量制限リブ７４はコアプレート１２、１４、１６の隆起部２６において形成され、コアプレート１２、１４、１６の下側から、すなわち、隆起したボス２８がコアプレート１２、１４、１６の上部から延びる方向とは逆方向に延びる。各流量制限リブ７４は、その基部７８と上面８０との間の距離として定義される高さを有する。
【００７９】
本実施形態において、コアプレート１２、１４、１６の各々には、流入口マニホールド３２と伝熱エリア７６との間に第１の流量制限リブ７４が設けられ、流出口マニホールド３４と伝熱エリア７６との間に第２の流量制限リブ７４が設けられる。いくつかの実施形態において、流入口マニホールド３２と伝熱エリア７６との間にだけ、または流出口マニホールド３４と伝熱エリア７６の間にだけ、流量制限リブ７４が設けられてよい。言い換えると、すべての実施形態において、伝熱エリア７６の両端に流量制限リブ７４が設けられることは必須ではない。このことは、流体流路３６の寸法と、リブ７４によって与えられる所望の背圧の量と、バイパス路７２を通る、結果として生じるバイパス流量とにいくぶん依存する。
【００８０】
コアプレート１２、１４、１６の流量制限リブ７４は、長手軸Ａに対して横断方向の横軸Ｂに沿って延びるよう示されているが、このことはすべての実施形態において必要であるわけではないと考えられる。本実施形態の流量制限リブ７４を横断配置にすることにより、伝熱表面４０の面積を最大にできる。いくつかの実施形態において、流量制限リブ７４は長手軸Ａに対して実質的に、またはおおよそ横断方向であってよく、および／または、長手軸Ａに対して角度を成してよい。
【００８１】
本実施形態の流量制限リブ７４は、それらの全長に沿った「低背」リブであり、リブ７４の上面８０が周辺フランジ２６より低いことを意味する。したがって、コアプレート１２、１４、１６が扁平管２２へと組み立てられたとき、各扁平管２２の対向するコアプレート１２、１４、１６におけるリブ７４の上面８０は、図２、図５、図７および図８に示すように、流体流間隙８１を与えるよう、互いに間隔を置いて配されている。
【００８２】
図１３〜図１６は、第２の例示的実施形態に係る熱交換器１０'を含む熱交換器モジュール４２'を示す。熱交換器１０'は、それが突起６６を含まないという点で、および、リブ７４が熱交換器１０のものとは異なる形状をしているという点で、熱交換器１０とは異なる。熱交換器１０'の他のすべての要素は、熱交換器１０のものと同一である。これらの要素は、同様の参照番号によって識別され、熱交換器１０に関連した、これらの同様の要素についての上記の説明は、熱交換器１０'に等しく当てはまる。
【００８３】
熱交換器１０'のコアプレート１２、１４、１６はまた、伝熱エリア７６の両端に位置付けられた流量制限リブ７４の対を含む。熱交換器１０'のリブ７４は「全高」リブであり、その基部７８と上面８０との間の距離として定義される最大高さを有することを意味し、これにより、上面８０は、コアプレート１２、１４、１６の周辺フランジ２４と実質的に同一平面上にある。したがって、図１２から分かるように、コアプレート１２、１４、１６が扁平管２２へと組み立てられたとき、一方のコアプレート１２、１４、１６のリブ７４の上面８０は、扁平管２２を形成する他方のコアプレート１２、１４、１６のリブ７４と接触し、それに蝋付けされてよい。
【００８４】
各リブ７４は、熱交換器１０に示されるように、コアプレート１２、１４、１６の両側の周辺フランジ２４間で連続して延びてよいか、または、リブ７４は、１または複数の間隙８２によって隔てられてよいかのいずれかである。１または複数の間隙８２においては、リブ７４の高さはその全高よりも低いか、またはリブ７４の高さは０に低減される。熱交換器１０'において、各リブ７４は２つの間隙８２を有し、当該間隙において、リブ７４の高さは０、すなわち、間隙８２のエリアにリブは形成されず、ゆえに、当該間隙８２は、隆起部２６の下側と同一平面上にある。本実施形態の２つの間隙８２は、周辺フランジ２４から内側に、実質的に等しい量だけ間隔を置いて配されており、中央リブ部分７４ａと２つの縁部分７４ｂおよび７４ｃとが残される。 
【００８５】
図１５に示すように、結果として得られる流体流分布は、コアプレート１２、１４、１６および結果として得られる扁平管２２の中央部に集中し、より流量の高いエリアがより明るいエリアとして示されている。図１５から分かるように、冷却流体の流れは、バイパス路７２が存在する流体流路３６の縁から離れて迂回させられ、伝熱エリア７６の乱流促進インサート３８中を流れるようになり、発熱電子部品４４と伝熱流体との間の最適な伝熱をもたらす。さらに、発熱電子部品４４のうちの１つの内部に埋め込まれたＩＧＢＴおよび／またはダイオード９０のおおよその位置が、伝熱エリア７６内に異なる寸法の正方形によって図１４に示されている。これらの正方形は、「ホットスポット」、すなわち、より高い熱が発生するエリアを示し、ゆえに、熱交換器１０'のリブ形状によって提供される流量分布は、それが冷却流体の流れをこれらのホットスポットに集中させるので有利であることが理解されよう。
【００８６】
具体的用途において流量分布を変更するために使用されてよい、流量制限リブ７４の他の形状は多数ある。例えば、図１７および図１８は、２つの同一のコアプレート１２で構成される扁平管２２を示している。当該扁平管において、各コアプレート１２の両端の流量制限リブ７４の高さは異なる。これに関して、図１７および図１８の各コアプレート１２には、伝熱エリア７６の両端に「低背」リブ７４が設けられる。ここで、伝熱エリア７６の一端のリブ７４（７４−１と識別されている）は第１の高さを有し、伝熱エリア７６の他端のリブ７４（７４−２と識別されている）は第２の高さを有し、第１の高さは第２の高さより大きい。 
【００８７】
図１７に示される形状において、扁平管２２は、一方のコアプレート１２の高い方のリブ７４−１が、向かい合うコアプレート１２の高い方のリブ７４−１と対向する状態で組み立てられ、これにより、伝熱エリア７６の一端に小さい間隙８４が位置付けられる。また、一方のコアプレート１２、１４、１６の低い方のリブ７４−２が、向かい合うコアプレート１２、１４、１６の低い方のリブ７４−２と対向し、これにより、伝熱エリア７６の反対端に大きい間隙８６が位置付けられる。小さい間隙８４は、流入口マニホールド３２に近接して位置付けられても、流出口マニホールド３４に近接して位置付けられても、いくつか用途においては望ましい場合がある比較的高い背圧をもたらす。
【００８８】
図１８は、各コアプレート１２、１４、１６の高い方のリブ７４−１が、向かい合うコアプレート１２、１４、１６の低い方のリブ７４−２と対向し、これにより、伝熱エリア７６の両端において中間間隙８８（すなわち、間隙８４より大きく、間隙８６より小さい）が設けられる代替形状を示す。これにより、図１７の扁平管形状に比べて比較的小さい圧力降下がもたらされる。理解されるように、伝熱エリア７６の両対向端において異なる高さの流量制限リブ７４を使用することで、すべてのコアプレート１２、１４、１６が同一であること、および／または同一のリブ７４の形状を有することを可能にしつつ、熱交換器１０の異なる流体流路３６における背圧の何らかの変動を可能にする。これに関して、単にコアプレート１２のうちの１つを鉛直方向の軸の周りに回転させることによって、図１７または図１８のいずれかにおける形状が選択され得る。
【００８９】
可変な背圧を他のやり方で熱交換器１０の流体流路３６に導入することが可能なことが理解されよう。例えば、各コアプレート１２、１４、１６の伝熱エリア７６の一端において低背または全高リブ７４が設けられてよく、その一方、反対端においてリブ７４は設けられない。図１９〜図２０は、各コアプレート１２が、一端において低背流量制限リブ７４−１（図１７〜図１８のリブ７４−１と同一）を含み、反対端においては流量制限リブ７４を含まない形状を示している。この形状において、図１７〜図１８の低い方のリブ７４−２は完全に除去されており、これにより、各コアプレート１２は、コアプレート１２の流入口端または流出口端のいずれかにおいて配置されてよい単一の流量制限リブ７４−１だけを有する。低い方のリブ７４−２を除去した効果は、大きい間隙８６（図２０）が流体流路３６の全高である一方、中間間隙８８（図１９）は、取り去った低い方のリブ７４−２の高さに等しい量だけ高いということである。
【００９０】
図２１は、リブ７４−１が、突起６６の上面７０と同一平面上にある上面８０を有する全高リブであること以外は図１９と同一の扁平管形状を示している。突起６６の上面７０は、周辺フランジ２４（図２１には示されていない）のシール面と同一平面上にある。図２１の流体流間隙８８の高さは、流体流路３６の最大高さの半分に等しい。
【００９１】
図１７〜図２１のリブ７４は、それらの長さの一部に沿って全高であり、それらの長さの他の部分に沿って低背であってよいことが理解されよう。
【００９２】
図２２から図２４は、熱交換器１０'において使用されてよい代替のリブパターンと、それにより生じる流量分布とを示している。これに関して、熱交換器１０'の（部分７４ａ、７４ｂ、７４ｃを有する）３部分の流量制限リブ７４は、中央に位置付けられた間隙８２によって分離される全高部分７４ａおよび７４ｂを有する、図２２〜図２４に示すような、全高の、２部分の流量制限リブ７４によって置き換えられてよい。間隙８２は、流体流路３８の全高にわたって延び、リブ部分７４ａ、７４ｂは、プレート１２、１４、１６の外縁から内側に延び、リブ部分７４ａ、７４ｂの上部８０は、例えば蝋付けによって共に封止して接合される。ゆえに、図２２のリブ形状は、中央に位置付けられた間隙８２を通ってすべての流体を迂回させ、図２３の点線で示されるような流量分布をもたらす。ここで、流体は、プレート１２、１４、１６の縁、すなわち、バイパス流路７２のエリアを回避しつつ、プレート１２、１４、１６の中間エリア、すなわち、乱流促進インサート３８を含むエリアの中を流される。図２２〜図２４の実施形態において、リブ７４のうちの１つが、伝熱エリアのいずれの端からも除去されてよいことが理解されよう。 
【００９３】
ここで図２５から図２８を参照して、第３の実施形態に係る熱交換器１１０が説明される。熱交換器１１０は、上述した熱交換器１０および１０'と共通の多数の特徴を共有し、同様の要素を示すために同様の参照番号が使用される。熱交換器１０および１０'の同様の要素についての上記の説明は、以下で特に明記しない限り、熱交換器１１０に等しく当てはまる。
【００９４】
図面から分かるように、熱交換器１１０は、扁平管２２の同一端に位置付けられる流入口フィッティング１８および流出口フィッティング２０とマニホールド３２、３４とを備えるＵ字流形状を有する。熱交換器１１０の扁平管２２が図面において概略的に示されている。しかしながら、理解されるように、扁平管２２は、熱交換器１０、１０'と類似した構造を有してよく、周辺フランジに沿って向かい合わせの関係で共に蝋付けられたコアプレート対を備え、乱流促進インサートが扁平管２２の伝熱エリアを画定する。
【００９５】
熱交換器１１０の隣接する扁平管２２間に、発熱電子部品４４（図示されていない）を収容するための空間が画定される。熱交換器１１０の１つおきの扁平管（２２ａと表示されている）が流入口マニホールド３２とだけ連通する一方、その他の扁平管の各々（２２ｂと表示されている）は、流出口マニホールド３４とだけ連通することが分かる。ゆえに、各扁平管２２ａ（本明細書では「流入口扁平管」とも呼ばれる）が流入口流体流路３６ａを画定する一方、各扁平管２２ｂ（本明細書では「流出口扁平管」とも呼ばれる）は、流出口流体流路３６ｂを画定する。
【００９６】
各流入口扁平管２２ａ、隣接する流出口扁平管２２ｂとの間に管状連通路１１２が提供され、連通路１１２は、マニホールド３２、３４より遠位の扁平管２２ａ、２２ｂの端に位置付けられることが分かる。
【００９７】
熱交換器１１０の高さにわたって直線的なマニホールドの接続を可能にするために、扁平管２２ａ、２２ｂの突出端部に扁平管２２ａ、２２ｂのマニホールド３２、３４を形成する部分が位置付けられる。具体的には、流入口扁平管２２ａは、流出口扁平管２２ｂの縁の外側に突出する突出端部１１４を有し、これにより、流入口マニホールド３２が熱交換器１１０の高さにわたって鉛直方向に延びることが可能になる。同様に、流出口扁平管２２ｂは、流入口扁平管２２ａの縁の外側に突出する突出端部１１６を有し、これにより、流出口マニホールド３４が熱交換器１１０の高さにわたって鉛直方向に延びることが可能になる。図面では、流入口扁平管２２ａおよび流出口扁平管２２ｂは、平坦なものとして、かつ管状の流入口連通路１１８および流出口連通路１２０によって接合されるものとして概略的に示されている。しかしながら、理解されるように、その代わりに、扁平管２２ａおよび２２ｂは、熱交換器１０を参照して上述したようなマニホールド３２、３４を形成するよう接合された、隆起し、開口を備えたボスを有する、上述したものに類似した型打ちのコアプレートから形成されてよい。同様に、管状連通路１１２は、隆起し、開口を備えたボスによって置き換えられてよい。
【００９８】
上述した熱交換器１０および１０'において示されるように、熱交換器１１０はその高さ寸法が圧縮されてよく、これにより、熱交換器モジュール４２を形成するために、隣接する扁平管２２間の空間に挿入されるべき発熱電子部品４４と扁平管２２との密接な熱的接触が生み出される。図２７に示すように、扁平管２２の縁には、間隔を置いて配された開口が設けられてよい。当該開口を通してタイロッド１２２が設けられてよい。タイロッド１２２は、扁平管２２の積層を圧縮して電子部品４４と熱的に接触させるためのナットまたは同様のものが設けられたねじ切り端を有してよい。例えば、熱交換器１１０が上述したような周辺フランジ２４を有する扁平管から構成される場合、間隔を置いて配された開口は周辺フランジ２４において提供されてよい。
【００９９】
熱交換器１１０のマニホールド３２、３４には、発熱電子部品４４との熱的接触を高めるために、それらを圧縮性を持ったものにする特徴も与えられてよい。例えば、扁平管２２が、管状連通路１１２、１１８、１２０ではなく、隆起し、開口を備えたボス２８を有する上述したようなコアプレートから構成される場合、ボス２８を、圧縮性を持ったものにするよう、ボス２８は、熱交換器１０に関連して上述したように構成されてよい。あるいは、熱交換器１１０が、熱交換器１１０の扁平管２２と一体的に形成される、または熱交換器１１０の扁平管２２に蝋付けされる管状コンジットの形の連通路１１２、１１８、１２０で構成される場合、管状連通路１１２、１１８、１２０は、図２８に示すような高さ調整可能な摺動シールで構成されてよい。
【０１００】
図２８に示すように、隣接する扁平管２２間の管状連通路１１２、１１８、１２０は、第１の管状部分１２４および第２の管状部分１２６から構成される。第１の管状部分１２４および第２の管状部分１２６の各々は、扁平管２２のうちの１つに固定される。第２の管状部分１２６の内径は、第１の管状部分１２４の外径より大きく、第１の管状部分１２４の直径と第２の管状部分１２６の直径との間に環状弾性シール部材１２８が設けられる。弾性シール部材１２８は、第１の管状部分１２４の外側表面または第２の管状部分の内側表面の溝におさまっていてよい。 
【０１０１】
管状連通路１１２、１１８、１２０が図２８の摺動シール配置に従って構成される場合、関連付けられる管状部分１２４、１２６を備えた各扁平管２２はまず、蝋付けによって組み立てられることが理解されよう。その後、弾性シール部材１２８が管状部分１２４および／または１２６に取り付けられ、その後、管状連通路１１２、１１８、１２０を形成するよう第１の管状部分１２４を第２の管状部分１２６に挿入し、扁平管２２間に発熱電子部品４４を挿入し、最後に、例えば図２７に示したタイロッド１２２で扁平管２２を圧縮して電子部品４４と熱的に接触させることによって、熱交換器１１０が組み立てられる。
【０１０２】
本発明が特定の実施形態に関連して説明されたが、本発明はそれに限定されない。むしろ、本発明は、以下の特許請求の範囲内に含まれ得るすべての実施形態を含む。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【外国語明細書】
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