(57)【要約】【課題】  熱交換器の内部に、二段以上にインナーフィンを積層したものにおいて、熱交換効率を向上させること。【解決手段】  熱媒体７の流通方向に対し、熱交換対象物４側の第１オフセットフィン５の稜線5aを平行に配置し、それ以外のインナーフィンである第２オフセットフィン６の稜線6aを直交するように配置する。【選択図】        図１
2015138840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の金属製のプレート(1)(2)により、内部に伝熱媒体（以下熱媒体(7)）が流通する流路(3)が形成され、その流路(3)内で、その金属プレート(1)(2)の厚み方向に少なくとも二段以上のインナーフィンが互いに接触して積層され、積層方向の両端位置のインナーフィンとプレートが接合され、少なくとも一方の前記プレートの外面に熱交換対象物(4)が接続されてなる熱交換器において、
各段に配置されるインナーフィンとして、頂部および底部が平坦な台形または矩形の波形に曲折され、その波の立ち上がる両側壁に、その頂部の稜線(5a)方向に定間隔に、平面視で千鳥状に多数切り起されてなるオフセットフィンが用いられ、
上段側のオフセットフィンの前記平坦な底部が、それより下段側のオフセットフィンの前記平坦な頂部に面接触して、その接触部が互いにろう付され、
前記熱交換対象物(4)が取付けられるプレート(1)またはプレート(2)に接する少なくとも１つの第１オフセットフィン(5)の流通抵抗が、第１オフセットフィン(5)以外のインナーフィンである第２オフセットフィン(6)の流通抵抗より小さく形成されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、  
第１オフセットフィン(5)は、その稜線(5a)が熱媒体(7)の流通方向に平行に配置され、第２オフセットフィン(6)は、その稜線(6a)が熱媒体(7)の流通方向に直交する方向に配置されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項２に記載の熱交換器において、
第１オフセットフィン(5)と第２オフセットフィン(6)とが同一のプレス型で形成されて、両フィン(5)(6)のフィンピッチ、フィン高さ、厚みが同一である熱交換器。
【請求項４】
請求項１に記載の熱交換器において、
第１オフセットフィン(5)および第２オフセットフィン(6)の各稜線(5a)(6a)が熱媒体の流通方向に対して同一方向に配置されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項４に記載の熱交換器において、
両オフセットフィン(5)(6)のフィンピッチが同一で且つ、第１オフセットフィン(5)のフィン高さが第２オフセットフィン(6)のそれより高く形成されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項４に記載の熱交換器において、
第１オフセットフィン(5)のフィンピッチが第２オフセットフィン(6)のそれより大きく形成されたことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用半導体モジュールを冷却するヒートシンク、等の熱交換器において、偏平な一対のプレート内部に二段以上にインナーフィンが積層されたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体モジュールを冷却するヒートシンクの例としては、皿状に形成された一対のプレートからなる偏平流路内にインナーフィンを介装し、その偏平流路内に伝熱媒体（以下、熱媒体）を流通し、プレート外面に電力用半導体モジュールを接合し、その半導体モジュールと熱媒体との間で熱交換を行うものである。
従来、この種の熱交換器において、熱交換をより効率的に行うため、複数段積層された各インナーフィンの流通抵抗を変え、流量分布を調整したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６９４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された熱交換器においては、コルゲートフィンまたはウェーブフィンをそれぞれ、ピッチ等の仕様を変えて積層させるため、フィンとフィンとの接触部および接触面積が小さく、よって、フィン間の伝熱が悪く、ひいては熱媒体と熱交換対象物との熱交換が低下する欠点がある。
そこで本発明は、積層されたフィンとフィンとの接触面積を可及的に大きくし、熱交換対象物の熱を各フィンに確実に伝熱して、熱媒体と熱交換対象物との熱交換を促進させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の本発明は、対向する一対の金属製のプレート(1)(2)により、内部に伝熱媒体（以下熱媒体(7)）が流通する流路(3)が形成され、その流路(3)内で、その金属プレート(1)(2)の厚み方向に少なくとも二段以上のインナーフィンが互いに接触して積層され、積層方向の両端位置のインナーフィンとプレートが接合され、少なくとも一方の前記プレート(1)の外面に熱交換対象物(4)が接続されてなる熱交換器において、
各段に配置されるインナーフィンとして、頂部および底部が平坦な台形または矩形の波形に曲折され、その波の立ち上がる両側壁に、その頂部の稜線(5a)方向に定間隔に、平面視で千鳥状に多数切り起されてなるオフセットフィンが用いられ、
上段のオフセットフィンの前記平坦な底部が、下段の前記平坦な頂部に面接触して、その接触部が互いにろう付され、
前記熱交換対象物(4)が取付けられるプレート(1)またはプレート(2)に接する少なくとも１つの第１オフセットフィン(5)の流通抵抗が、第１オフセットフィン(5)以外のインナーフィンである第２オフセットフィン(6)の流通抵抗より小さく形成されたことを特徴とする熱交換器である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、  
第１オフセットフィン(5)は、その稜線(5a)が熱媒体(7)の流通方向に平行に配置され、第２オフセットフィン(6)は、その稜線(6a)が熱媒体(7)の流通方向に直交する方向に配置されたことを特徴とする熱交換器である。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱交換器において、
第１オフセットフィン(5)と第２オフセットフィン(6)とが同一のプレス型で形成されて、両フィン(5)(6)のフィンピッチ、フィン高さ、厚みが同一である熱交換器である。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、
第１オフセットフィン(5)および第２オフセットフィン(6)の各稜線(5a)(6a)が熱媒体の流通方向に対して同一方向に配置されたことを特徴とする熱交換器である。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の熱交換器において、
両オフセットフィン(5)(6)のフィンピッチが同一で且つ、第１オフセットフィン(5)のフィン高さが第２オフセットフィン(6)のそれより高く形成されたことを特徴とする熱交換器である。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の熱交換器において、
第１オフセットフィン(5)のフィンピッチが第２オフセットフィン(6)のそれより大きく形成されたことを特徴とする熱交換器である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱交換器は、熱交換対象物４に隣接する第１オフセットフィン５の熱媒体７の流通抵抗が、それ以外のインナーフィンである第２オフセットフィン６の流通抵抗より小さく、熱交換対象物４側の流速が速められるので、その熱交換対象物４を効果的に冷却できる。
しかも二段以上にオフセットフィンを積層した熱交換器において、上段のオフセットフィンの平坦な底部が、下段のオフセットフィンの平坦な頂部に面接触して、その接触部が互いにろう付されてなるから、第１オフセットフィン５と第２オフセットフィン６との接触および、ろう付面積が大きく、熱交換対象物４からの熱が各フィンに効果的に伝熱され、熱媒体７と熱交換対象物４との熱交換が促進される効果がある。
【００１０】
上記構成において、請求項２に記載の発明のように、熱交換対象物４側の第１オフセットフィン５の稜線5aを熱媒体７の流通方向に平行に配置し、それ以外のインナーフィンである第２オフセットフィン６の稜線6aをその流通方向に直交させた場合には、請求項１の効果に加えて、第１オフセットフィン５と第２オフセットフィン６の各熱媒体７の流通抵抗の差を著しく大きくすることができる。そのため、熱交換対象物４側により多くの熱媒体を流通させて、熱交換対象物４をより効果的に冷却できる。
【００１１】
請求項２の構成において、請求項３に記載の発明のように、第１オフセットフィン５と第２オフセットフィン６とを同一のプレス型で形成して、両フィン５，６のフィンピッチ、フィン高さ、厚みを同一とした場合には、熱交換器の製造コストを抑え、量産性の高いものを安価に提供できる。
【００１２】
請求項１の構成において、請求項４に記載の発明のように、第１オフセットフィン５および第２オフセットフィン６の各稜線5a，6aを熱媒体の流通方向に対して同一方向に配置した場合においても、第１オフセットフィン５と第２オフセットフィン６との接触および、ろう付面積が大きく、熱交換対象物４からの熱を第１オフセットフィン５から第２オフセットフィン６に効果的に伝熱し、各フィンを介して、熱媒体と熱交換対象物との熱交換を促進する効果がある。
【００１３】
請求項４の構成において、請求項５に記載の発明のように、両オフセットフィン５、６のフィンピッチを同一とし、第１オフセットフィン５のフィン高さを第２オフセットフィンのそれより高くした場合には、頂部と底部とを整合することができ、両オフセットフィンの接触面積および、ろう付面積が大きくなり、熱交換性能を向上できる。
請求項４の構成において、請求項６に記載の発明のように、第１オフセットフィン(5)のフィンピッチを第２オフセットフィン(6)のそれより大きく形成した場合でも、両フィン５，６の接触面積を確保して熱交換を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施例の熱交換器の分解斜視図。
【図２】その第１オフセットフィン５および第２オフセットフィン６の積層状態を示す説明図。
【図３】同熱交換器の縦断面略図。
【図４】本発明の第２実施例の縦断面略図。
【図５】本発明の第３実施例の横断面略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１〜図３は、本発明の第１実施例を示す。
この例では、夫々皿状に形成された一対のプレート１、２を逆向きに重ね合わせることにより、内部に偏平な流路３を形成する。そして、プレート２の長手方向両端に一対の出入口８を設け、一方の出入口８から他方の出入口８に熱媒体７を流通させる。熱媒体７としては、水や気液二相状態の熱媒体を用いることができる。そして、この例では、プレート１側の外表面のみに、電力用半導体モジュール等の熱交換対象物４が接合される。
【００１６】
そして、偏平な流路３の内部で熱交換対象物４側に、第１オフセットフィン５が配置され、それに遠い側に第２オフセットフィン６が配置されている。第１オフセットフィン５および第２オフセットフィン６は、図２に示す如く、頂部および底部が平坦な台形または矩形の波形に形成されている。そして、その波の立ち上がりの両側壁に、稜線5a方向に定間隔に千鳥状の多数の切り起こしが形成されてなるものである。
第１オフセットフィン５は、その稜線5aが熱媒体７の流通方向と平行に配置され、第２オフセットフィン６は、その稜線6aが熱媒体７の流通方向に直交するように配置されている。この例では、第１オフセットフィン５、第２オフセットフィン６は、それぞれ同一の金属板および同一の金型から形成されて、そのフィンピッチおよび高さが同一である。そして、それぞれの外周が図１に示す如く、偏平な流路３の内周に整合するように切断されている。
【００１７】
そのプレート１、２の長手方向に平行な縦断面は、図３に示す如く、第１オフセットフィン５の各切り起こし部の側壁が熱媒体７の流通方向に平行に位置され、その流通抵抗が小さい。これに対し、第２オフセットフィン６はその切り起こし部の側壁が、熱媒体７の流通方向に直交するため、その熱媒体の流通抵抗が第１オフセットフィン５に比べて著しく大きなものとなる。
そして、第１オフセットフィン５と第２オフセットフィン６とは、図１から明らかなように、その稜線5aと稜線6aとが直交するとともに、第１オフセットフィン５の底部と第２オフセットフィン６の頂部とが平坦な状態で接触し、且つ、第１オフセットフィン５はプレート１に接触するとともに、第２オフセットフィン６は偏平な流路３に接触し、その状態で各接触部が一体的にろう付け固定されるものである。
【００１８】
（第１実施例の作用）
一対のプレート１、２の長手方向に熱媒体７が流通すると、熱交換対象物４側に位置する第１オフセットフィン５は熱媒体７の流通方向に平行であるため、その流通抵抗が小さい。そのため、第１オフセットフィン５側の流量が大きくなり、第１オフセットフィン５に近接する熱交換対象物４との熱交換を促進する。また、熱交換対象物４の熱は、第１オフセットフィン５を介して第２オフセットフィン６に伝達される。
この時、第１オフセットフィン５の底部と第２オフセットフィン６の頂部とは、ともに平坦に形成されているため、両フィン間の接触面積および伝熱面積が大きく、第２オフセットフィン６に熱交換対象物４の熱を迅速に伝えることができる。そして、第２オフセットフィン６を流通する熱媒体７との熱交換により、結果的に熱媒体７と熱交換対象物４との熱交換を促進する。
【００１９】
（第２実施例）
次に、図４は本発明の第２実施例であり、この例は一対のプレート１およびプレート２の両者に熱交換対象物４が配置されたものである。そして、三段にオフセットフィンが積層されている。その上段には、熱媒体７の流通方向に平行な切り起こし部を有する第１オフセットフィン５が配置され、中間部には、その切り起こし部が熱媒体７の流通方向に直交するように第２オフセットフィン６が配置され、最下段に、その切り起こし部が熱媒体７の流通方向に平行な第１オフセットフィン５が配置されている。
この例でも、第１オフセットフィン５と第２オフセットフィン６とはそれぞれ同一のフィンピッチおよびフィン高さおよびフィン厚さであるとともに、その外周が互いに整合するように切断されている。
【００２０】
（第２実施例の作用）
上下の両プレート１、２にはそれぞれ熱交換対象物４が接合され、その熱交換対象物４側に第１オフセットフィン５が配置され、中段に第２オフセットフィン６が配置されている。そのため、両プレート１、２に隣接した位置に熱媒体７がより多く流通し、熱交換対象物４からの熱が熱媒体７に伝えられる。また、中段に配置された第２オフセットフィン６と上下の第１オフセットフィン５とは面接触して接合されるので、全体としてのフィン効率が向上し、熱交換対象物４との熱交換が促進される。
【００２１】
（第３実施例）
次に、図５は本発明の第３実施例を示す要部横断面図である。即ち、図１において、プレート１、２の幅方向に横断した断面図である。
この例では、第１オフセットフィン５および第２オフセットフィン６の各切り起こし部が熱媒体７の流通方向に平行に配置されている。そして、第１オフセットフィン５および第２オフセットフィン６は、そのフィンピッチが同一であり、且つ、第１オフセットフィン５のフィン高さが第２オフセットフィン６よりも高い。
そのため、第２オフセットフィン６に比べて第１オフセットフィン５の熱媒体７に対する流通抵抗が小さい。
そして、第１オフセットフィン５および第２オフセットフィン６は、フィンピッチが同一であるので、第１オフセットフィン５の底部と第２オフセットフィン６との頂部とを整合させることができる。それにより、第１オフセットフィン５と第２オフセットフィン６との伝熱面積を増大することができる。
【００２２】
（第３実施例の作用）
熱媒体７は、第１オフセットフィン５側をより多く流通し、熱交換対象物４の冷却を促進する。また、第１オフセットフィン５と第２オフセットフィン６との接触面積が大きく、結果として熱交換対象物４の熱を第２オフセットフィン６に伝え、第２オフセットフィン６と熱媒体７との熱交換を促進することができる。
【００２３】
（変形例）
図５の例は、第１オフセットフィン５および第２オフセットフィン６の各切り起こし部を熱媒体７の流通方向に平行にし、第２オフセットフィン６の高さを、第１オフセットフィン５の高さより低くしたが、それに代えて、両者の向きおよび高さを同じとし、第２オフセットフィン６のフィンピッチを第１オフセットフィン５のそれより小さくしてもよい。
さらには、両者の向きを同じとし、第２オフセットフィン６に比べて、第１オフセットフィン５のフィンピッチおよびフィン高さをより小さくしてもよい。
また、図５の例は、第１オフセットフィン５および第２オフセットフィン６の各切り起こし部が熱媒体７の流通方向に平行に形成されたが、それに替えて、第１オフセットフィン５、第２オフセットフィン６の切り起こし部が共に熱媒体７の流通方向に直交するように配置してもよい。その場合にも、第１オフセットフィン５の流通抵抗を第２オフセットフィン６のそれより小さくするため、第１オフセットフィン５のフィンピッチおよび／またはフィン高さを、第２オフセットフィン６のそれらに比べて大きくすることができる。
図１および図４の各実施例では、第１オフセットフィン５と第２オフセットフィン６のフィンピッチ、フィン高さが同一であったが、それらを変えることもできる。
上記例では、一対のプレート１、２が皿状に形成されていたが、それに変えて、平坦な一対のプレートとそれらの間に挟持される枠体とで構成してもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１  プレート
２  プレート
３  流路
４  熱交換対象物
５  第１オフセットフィン
5a  稜線
６  第２オフセットフィン
6a  稜線
７  熱媒体
８  出入口
【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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