(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被対象物を面接させるケースの放熱面と、
前記ケースの放熱面より内部側に配設され、熱交換媒体を直進させる直進部、及び前記直進部から次の直進部へ熱交換媒体の流れを変更するターン部で前記放熱面に沿って蛇行するように形成された熱交換媒体の流路と、
薄板状で、前記直進部及び前記次の直進部の前記放熱面側の壁面から前記直進部及び前記次の直進部内へ複数立設されて、前記直進部及び前記次の直進部内を複数の同方向流れに仕切り、前記ターン部に収容される部分が切除されるようにして熱交換媒体との接触面積を大きくする熱交換促進部と、
を備え、
前記ターン部は、前記ケースの一部を前記放熱面と反対方向である下方に張り出させた形状として前記ターン部の深さが前記直進部及び前記次の直進部の深さよりも深くすることで前記流路を拡大した拡大ターン部を備え、
前記直進部及び前記次の直進部からの前記拡大ターン部への変更部分を垂直な段差にし、
前記熱交換促進部の前記直進部の直進方向の端部位置を、前記拡大ターン部の一部と重なる位置まで延長して、前記熱交換媒体の流れが、前記熱交換促進部の仕切りがなくなる前に、前記直進部から前記ターン部の前記放熱面と反対方向側へ開始するようにし、
前記ターン部は、前記熱交換媒体が、前記直進部を直進し、前記ターン部では前記段差へ移行し、前記拡大ターン部の下方へ流れて、前記拡大ターン部では前記次の直進部へ向けて向きを変え、前記次の直進部へ向けて上方に向きを変えて該次の直進部へ流れるようにした、
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、
前記拡大ターン部は、前記直進部及び前記次の直進部の流れ方向と直交する方向に流れを変更する角部の形状を面取り形状にした、
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、主に直交流の変換を行うインバーターの冷却に用いられる熱交換器の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、アルミダイキャスト等の鋳造工程により製造したケース体の設置面に溝として設けられた冷却水通路の内壁から突出させてフィンを設け、この冷却水通路を部材で閉塞し、冷却水を冷却水通路に流すことにより冷却を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００７−２０２３０９号公報（第２−１１頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来にあっては、放熱性能を向上させるため、冷却水の水路を、複数回ターンさせて流路長を長くし、又通水抵抗の低減のために流路ターン部のＲ寸法を大きくしているが、放熱性能高く使用する場合、パワーモジュールより外側にターン部を設定しなければならず、冷却する装置のサイズが必然的に大きくなり、容積、コストの何れも大きくなる問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、冷却を行う装置を小型化にでき、容積、重量、コストを抑制することができる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、被対象物を面接させるケースの放熱面と、前記ケースの放熱面より内部側に配設され、熱交換媒体を直進させる直進部、及び前記直進部から次の直進部へ熱交換媒体の流れを変更するターン部で前記放熱面に沿って蛇行するように形成された熱交換媒体の流路と、薄板状で、前記直進部及び前記次の直進部の前記放熱面側の壁面から前記直進部及び前記次の直進部内へ複数立設されて、前記直進部及び前記次の直進部内を複数の同方向流れに仕切り、前記ターン部に収容される部分が切除されるようにして熱交換媒体との接触面積を大きくする熱交換促進部と、を備え、前記ターン部は、前記ケースの一部を前記放熱面と反対方向である下方に張り出させた形状として前記ターン部の深さが前記直進部及び前記次の直進部の深さよりも深くすることで前記流路を拡大した拡大ターン部を備え、前記直進部及び前記次の直進部からの前記拡大ターン部への変更部分を垂直な段差にし、前記熱交換促進部の前記直進部の直進方向の端部位置を、前記拡大ターン部の一部と重なる位置まで延長して、前記熱交換媒体の流れが、前記熱交換促進部の仕切りがなくなる前に、前記直進部から前記ターン部の前記放熱面と反対方向側へ開始するようにし、前記ターン部は、前記熱交換媒体が、前記直進部を直進し、前記ターン部では前記段差へ移行し、前記拡大ターン部の下方へ流れて、前記拡大ターン部では前記次の直進部へ向けて向きを変え、前記次の直進部へ向けて上方に向きを変えて該次の直進部へ流れるようにした、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にあっては、冷却を行う装置を小型化にでき、容積、重量、コストを抑制することができる。この場合、熱交換促進部による仕切りがなくなる前に下方ターン部へ熱交換媒体の流れが開始するようにして、スムーズに流れが下方に向かうよう誘導し、流れの変更が損失少なくスムーズに行えるようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の熱交換器を実現する実施の形態を、請求項１，２に係る発明に対応する実施例１に基づいて説明する。
【０００８】
＜実施例１＞
まず、構成を説明する。
図１は実施例１の熱交換器の平面図である。図２は実施例１の熱交換器の正面図である。図３は図１のＡ−Ａ断面図である。
実施例１では、車両の駆動に用いるインバーターにおいて、電源供給を行うパワーモジュール１を熱交換器２により冷却する。
熱交換器２は、放熱フィン３、アッパーケース４、ロワケース５を主要な構成とし、図１〜図３に示す流路２１に冷却水を流すことにより冷却を行うものである。
【０００９】
図４は実施例１の放熱フィンが設けられたアッパーケースの平面図である。図５は実施例１の放熱フィンが設けられたアッパーケースの正面図である。
放熱フィン３は、アッパーケース４の下面から下方に突出した矩形の舌片である。図１、図２に示すように同じ方向を長手方向として、所定の間隔で複数配置されたものである。実施例１ではアッパーケース４から押し出し工法により形成されたものとする。
実施例１において、放熱フィン３、アッパーケース４はアルミを材質とするものとする。放熱フィン３は、アッパーケース４と一体にアルミで形成されるため高い伝熱性を有し、熱交換する表面積を広くすることにより熱交換を促進する。
【００１０】
アッパーケース４は、矩形板状のアルミ部材であり、下面には放熱フィン３が複数配列して設けられる。そして、放熱フィン３が設けられている範囲が、冷却水の流路２１の上壁となる。
【００１１】
図６は実施例１の熱交換器のロワケースの平面図である。図７は実施例１の熱交換器のロワケースの正面図である。
ロワケース５は、矩形板状の上面を基端面５１とし、基端面５１から凹むようにして流路部５２が形成されている。流路部５２は、長手方向に伸びる直進部５２１と、曲がり部５２２からなり、蛇行する流れとなる形状である。
ここで、実施例１の放熱フィン３は、流路部５２の直進部５２１に収容される部分のみに設けるものとし、曲がり部５２２に収容される部分は切除される。
【００１２】
さらにロワケース５には、図７において正面側となる側面から内部の流路部５２の始端部及び終端部と連通する連通路５３，５４を設けるようにし、冷却水の取り入れ口、排出口とする。
図８はロワケースの一部拡大断面図である。
実施例１のロワケース５の流路部５２の曲がり部５２２は、下方ターン部５２３を備えている。下方ターン部５２３は、図８に示すように、曲がり部５２２の深さ（図８の寸法Ｂ）を直進部５２１の深さ（図８の寸法Ａ）よりも深くする。さらに、冷却水直進方向の外側の端は、曲がり部５２２と同じとし、冷却水直進方向の内側の端は、放熱フィン３と数ｍｍ重なる位置とする（図８の寸法Ｃ、寸法ｄ）。さらにこの下方ターン部５２３の深さ（＝寸法Ｂ−寸法Ａ）は、長さ（寸法Ｃ）より大きくする。実施例１では、長さ：深さ＝１：３程度にしている。
【００１３】
このように下方ターン部５２３が設けられることにより、図２、図３に示すように、ロワケース５は、一部が下方に張り出した形状となる。さらに、図２に示すように、この下方ターン部の冷却水直進方向と直交する方向、つまり図２の左右方向の下端の角部には、Ｃ面取りを設け、傾斜した角部５２４となるようにする。
【００１４】
実施例１の熱交換器２では、流路部５２の直進部５２１の底は、緩やかな傾斜を介することなく、深さの深い下方ターン部５２３へ段差を経るよう変更される構成となる。
次に、アッパーケース４とロワケースの組付構造、及びパワーモジュールの取付構造について説明する。
実施例１では、図１、図３に示すようにアッパーケース４の下面に突出するように設けられている放熱フィン３が、ロワケース５の流路部５２内に収容されるようにして、アッパーケース４の下面とロワケース５の上面である基端面５１を当接させる。
【００１５】
そして、摩擦攪拌接合工法や溶接等により、水密性のある流路２１を形成するように、アッパーケース４とロワケース５を接合する。
このようにして、内部に放熱フィン３を備えた流路２１を形成した熱交換器２のアッパーケース４の上面に、パワーモジュール１を載せるように配置する。
パワーモジュール１は底面がアッパーケース４の上面に面接するようにして、締結等により熱交換器２に固定する構造である。
【００１６】
作用を説明する。
[パワーモジュールの冷却作用]
図９は実施例１の熱交換器２の冷却水の流れの説明図である。
実施例１の熱交換器２では、連通路５３に冷却水を注入し，連通路５４から冷却水を排水させる。この冷却水は、例えばインバーターが車両の駆動に用いられるものとすれば、空調システム、あるいは別個に設けられる冷却システムから冷却水を得るようにし、供給される冷却水が冷却に有効な状態になるよう循環されるものとする。実施例１では冷却水として説明するが、冷媒であればよい。
【００１７】
冷却水は連通路５３から流路２１のロワケース５の直進部５２１の部分を直進する。この直進部５２１の部分では、放熱フィン３により表面積広く熱交換が行われ、熱交換が促進される。また、この直進部５２１の部分では、放熱フィン３により複数の小流路が並列し、互いの小流路同士はあまり流通しない状態となる。
そして、流路２１のロワケース５の曲がり部５２２の部分では、流路２１の底部が下方ターン部５２３の深い段差へ移行することにより、冷却水は多くが下方へ流れる（図９の矢印１０１、矢印１０２参照）。そして、下方ターン部５２３では、放熱フィン３が設けられていない部分であるため、次の直進部５２１の方向へ下方ターン部５２３を流れるよう側方へほぼ９０度向きを変える流れとなる（図９の矢印１０２、矢印１０３、矢印１０４参照）。そして、次の直進部５２１に近づくと上方へ流れをほぼ９０度向きを変えて（図９の矢印１０４、矢印１０５、矢印１０６参照）、さらに次の直進部５２１へ向きを変えて流れる（図９の矢印１０６、矢印１０７参照）。
【００１８】
言わば、流れは下方ターン部５２３への下方の流れを経由しつつ１８０度向きを変更する。また、一部の流れは、曲がり部５２２の放熱フィン３のない端部で１８０度流れを変更するようにして次に直進部５２１へ向かう。
また、下方ターン部５２３においては、Ｃ面取り形状にした角部５２４を設けているので、よりスムーズに冷却水の流れ方向を変更することができる（図９の矢印１０３、矢印１０５参照）。
【００１９】
このようにして、冷却水は蛇行して流れ、多くの水量が流れつつ流路２１内にあることにより、そして放熱フィン３により広い面積と接触することにより効率よく冷却が行われる。
また、冷却の際には、アッパーケース４の上面に冷却対象物であるパワーモジュール１が面接していることになる。そのため、放熱フィン３の冷却は同じ部材の熱伝達によりアッパーケース４の上面で行われることになり、非常に効率がよい。
【００２０】
[小型化作用]
実施例１の熱交換器２では、直進部５２１の流れの大部分を下方ターン部５２３で変更することによって、直進部５２１の流れ方向に短い曲がり部５２２にする。そのため、熱交換器２の直進部５２１の流れ方向長さを短くすることが可能となる。
【００２１】
例えば、負荷として３相モータを用いる場合には、３相に対応したパワーモジュール１の構成となるため、チップ等が多く、パワーモジュール１の冷却面積は大きなものとなる。特に出力向上のために、例えばＩＧＢＴチップを２パラ（１２個＋ＦＲＤ１２個）や３パラ（１８個＋ＦＲＤ１８個）で用いるとパワーモジュール自体の面積が広くなる。
【００２２】
これに対して、実施例１の熱交換器２では、曲がり部５２２が短いものになるため、全体の大きさの広さ方向が抑制され小型化されたものとなる。車両への搭載性の点からは、上下左右の全ての方向に制約があり、１方向のみ非常に大きくなることは、致命的な問題である。例えば、この冷却水をターンさせる部分が従来のように、パワーモジュール１の外側に大きく張り出したものは、搭載性が実質的に低下したものとなる。この点について、全体として小型化した実施例１の熱交換器２は有利となる。
【００２３】
次に、効果を説明する。
実施例１の熱交換器にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００２４】
(1)パワーモジュール１を面接させるアッパーケース４の上面と、アッパーケース４とロワケース５を接合した内部に配設され、冷却水を直進させる直進部５２１、及び直進部５２１から次の直進部５２１へ冷却水の流れを変更する曲がり部５２２でアッパーケース４の上面に沿って蛇行するように形成された冷却水の流路部５２と、直進部５２１のアッパーケース４の下面から直進部５２１の内部へ向かって複数立設され、薄板状で直進部５２１の内部を複数の同方向流れに仕切るようにして冷却水との接触面積を大きくする放熱フィン３を備え、曲がり部５２２には、冷却面（放熱面）と反対方向に流路を拡大した下方ターン部５２３を設けたため、冷却を行う装置を小型化にでき、容積、重量、コストを抑制することができる。
【００２５】
(2)上記(1)において、下方ターン部５２３は、直進部５２１の流路から拡大した流路への変更部分を垂直な段差にしたため、流れを下方へ向かって確実に変更させ、下方に流路を拡大した下方ターン部５２３で冷却水の流れ方向をさらに左右方向に変更し、その後に上方へ向かって流れを変更して流れを蛇行できるようにする。これにより、略垂直に流れを変更させ、復帰させる上下方向の流れに蛇行のためのターンさせる流れを組み合わせて、曲がり部５２２の直進方向の流路長さを短くし、冷却を行う装置を小型化にでき、容積、重量、コストを抑制することができる。
【００２６】
(4)上記(2)において、下方ターン部５２３は、直進部５２１と直交する方向に流れを変更する角部５２４の形状を面取り形状にしたため、下方ターン部５２３へ向かうよう下方へ流れを変更した後、下方ターン部５２３で次の直進部への流れの変更が損失少なくスムーズに行えるようにできる。
【００２７】
(5)上記(2)及び(4)において、放熱フィン３の端部位置を、下方ターン部５２３の一部と重なる位置まで延長したため、放熱フィン３による複数の流れの仕切りがなくなる前に下方ターン部５２３への流れが開始するようにして、スムーズに流れが下方へ向かうよう誘導し、流れの変更が損失少なくスムーズに行えるようにできる。
【００２８】
＜参考例＞
参考例は、下方ターン部５２３は、直進部５２１の流路から放熱面と反対側に拡大した流路への変更部分を緩やかな傾斜にした例である。
構成を説明する。
図１０は参考例の熱交換器の正面図である。図１１は図１０のＢ−Ｂ断面図である。
参考例のロワケース５の流路部５２の曲がり部５２２は、下方ターン部５２５を備えるようにしている。下方ターン部５２５は、図１１に示すように、曲がり部５２５の深さを直進部５２１の深さよりも深くする。そして、直進部５２１の底面が下方ターン部５２５の底面に切り替わる部分は傾斜面にして緩やかに切り替わるようにする。この傾斜面を傾斜部５２６（図１３参照）とする。
【００２９】
さらに、参考例では、下方ターン部５２５の深さを実施例１の下方ターン部５２３よりも浅くするとともに、放熱フィン３と下方ターン部５２５との位置の重なりが十数ｍｍ〜数十ｍｍとなるように実施例１より長く重なるようにする。
これにより、下方ターン部５２５の深さは浅いが充分な流れの変更のための容積を有するようにする。
【００３０】
作用を説明する。
[パワーモジュールの冷却作用]
図１３は参考例の熱交換器２の冷却水の流れの説明図である。
参考例の熱交換器２では、冷却水は連通路５３から流路２１のロワケース５の直進部５２１の部分を直進し（図１３の矢印２０１参照）、傾斜部５２６により斜め下方へ誘導されて下方ターン部５２５へ多くの部分が流れる（図１３の矢印２０２参照）。
この下方ターン部５２５では、放熱フィン３が設けられていない部分であるため、直進部５２１の流れ方向から略直交する左右方向へ流れを変更する（図１３の矢印２０２、矢印２０３参照）。また、斜め下方へ向かった一部の流れは、下方ターン部５２５の上方に放熱フィン３のない部分に到達し、ここで直進部５２１の流れ方向から略直交する左右方向へ流れを変更する。
また、一部の流れは、曲がり部５２２の放熱フィン３のない端部で１８０度流れを変更するようにして次に直進部５２１へ向かう。
そして、次の直進部５２１に近づくと斜め上方へ流れを変えるようほぼ９０度向きを変えて（図１３の矢印２０３、矢印２０４参照）、さらに次の直進部５２１へ流れるよう向きを変える（図１３の矢印２０４、矢印２０５参照）。
このように参考例においても、曲がり部５２２を直進部５２１の流れ方向に短くして、冷却水を蛇行させて流し、効率のよい冷却を行う。
【００３１】
[小型化作用]
参考例の熱交換器２でも、直進部５２１の流れの大部分を下方ターン部５２５で変更することによって、直進部５２１の流れ方向に短い曲がり部５２２にする。そのため、熱交換器２の直進部５２１の流れ方向長さを短くすることが可能となる。よって、全体として小型化した熱交換器２になる。
【００３２】
効果を説明する。
参考例の熱交換器にあっては、上記(1)の効果に加えて、以下の効果を有する。
(3)上記(1)において、下方ターン部５２５は、直進部５２１の流路面から、アッパーケース４の冷却面と反対側に拡大した流路面までを緩やかな傾斜にしたため、流れを斜め下方へ向かって確実に変更させ、下方に流路を拡大した下方ターン部５２５で冷却水の流れ方向をさらに左右方向に変更し、その後に斜め上方へ向かって流れを変更して流れを蛇行できるようにする。これにより、斜め下方に流れを変更させ、斜め上方に復帰させる流れに蛇行のためのターンさせる流れを組み合わせて、曲がり部５２２の直進方向の流路長さを短くし、冷却を行う装置を小型化にでき、容積、重量、コストを抑制することができる。
【００３３】
以上、本発明の熱交換器を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
例えば、実施例１では、冷却水としたが温水を流すようにして、熱交換器が取り付けた対象物を暖めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１の熱交換器の平面図である。
【図２】実施例１の熱交換器の正面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】実施例１の放熱フィンが設けられたアッパーケースの平面図である。
【図５】実施例１の放熱フィンが設けられたアッパーケースの正面図である。
【図６】実施例１の熱交換器のロワケースの平面図である。
【図７】実施例１の熱交換器のロワケースの正面図である。
【図８】実施例１の熱交換器のロワケースの一部拡大断面図である。
【図９】実施例１の熱交換器の冷却水の流れの説明図である。
【図１０】参考例の熱交換器の平面図である。
【図１１】参考例の熱交換器の正面図である。
【図１２】図１０のＢ−Ｂ断面図である。
【図１３】参考例の熱交換器の冷却水の流れの説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  パワーモジュール
２  熱交換器
３  放熱フィン
４  アッパーケース
５  ロワケース
２１  流路
５１  基端面
５２  流路部
５３  連通路
５４  連通路
５２１  直進部
５２２  曲がり部
５２３  下方ターン部
５２４  角部
５２５  下方ターン部
５２６  傾斜部
【図１】
0004509197.tif 000002
【図２】
0004509197.tif 000003
【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】
0004509197.tif 000008
【図８】
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【図９】
0004509197.tif 000010
【図１０】
0004509197.tif 000011
【図１１】
0004509197.tif 000012
【図１２】
0004509197.tif 000013
【図１３】
0004509197.tif 000014