JP5999969B2 - 積層型熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、パワートランジスタや集積回路パッケージ等の発熱体を冷却する積層型熱交換器に関する。

半導体素子等の発熱体を冷却する冷却装置の一例として、小孔を多数穿設したパンチングプレートを積層すると共に、その外周をケーシングで被嵌するものが提案されている。そして発熱体をそのケーシングの外面にビス等により固定し、内部に冷媒を流通させるものである。その発熱体をケーシング及びパンチングプレートにビス止めするため、それらに雌ネジ孔が形成されている。そしてそのネジ孔の外周は島状に形成され、そこには小孔がパンチングされない。その理由は、ネジ孔の周縁を液密に保つ必要があるからである。
その場合、ネジ孔周縁の流路が分断され、熱交換性能が低下するおそれがある。そこで下記特許文献１には、ネジ孔周縁部にバイパス流路を設けた提案がなされている。

特開２００５−１６６７３７号公報 特開２００２−１６４４８９号公報

特許文献１には、ネジ孔の周縁の島部によって遮断される流体を迂回させるため、バイパス路を設けている。しかしその場合には、そのバイパス路において流体抵抗が増加し、結果としてネジ孔周縁部の冷媒の流れが円滑に行われないおそれがある。
そこで、本発明は係る欠点を取り除き、ネジ孔またはボルト孔周縁部においても冷媒を円滑に流通させ、熱交換器の各部の放熱性を可能な限り均一に維持することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、それぞれ多数の開口部（１）と非開口部（１０）とが交互に二次元に並列して穿設された平坦な複数の金属製のパンチングプレート（２）（３）を有し、各パンチングプレート（２）（３）が互いに接触して積層されると共に、隣接する各パンチングプレート（２）（３）の各開口部（１）は互いに平面方向に位置ずれされたコア（４）と、
そのコア（４）の外周を被嵌し、端部に冷媒のマニホールド部（５）を有するケーシング（６）と、
その積層方向のケーシング（６）の外面およびそれに隣接するパンチングプレート（２）（３）に穿設された取付孔（７）と、を具備し、
それら各部品間が一体にろう付け固定されて、ケーシング（６）の外面に発熱体が取付られると共に、冷媒（８）が各パンチングプレート（２）（３）の各開口部（１）内を前記平面方向に流通する積層型熱交換器において、
前記ケーシング（６）に隣接するパンチングプレート（２）（３）の前記取付孔（７）の周縁には前記開口部（１）が存在しない島部（９）を有し、
前記冷媒（８）の流通方向で、島部（９）が遮る位置にある第１開口部（１ａ）と、その流通方向に交差する方向で、その島部（９）が遮らない位置にある島部周縁の第２開口部（１ｂ）との間の非開口部（１０）が取り除かれて、そこに各開口部より大きな大径口部（１１）が形成され、
各パンチングプレート（２）（３）の取付孔（７）の中心に対して対角位置に、一対の前記大径口部（１１）が互いに逆向きに形成され、
積層された一方のパンチングプレート（２）と、それに隣接する他方のパンチングプレート（３）では、取付孔（７）の中心に対して逆の対角位置に前記大径口部（１１）が形成され、
一方のパンチングプレート（２）の前記取付孔（７）の上流側に位置する大径口部（１１）の幅方向の中央位置には、前記第１開口部（１ａ）が連通し、
その第１開口部（１ａ）から大径口部（１１）に流入する冷媒は、大径口部（１１）内を前記取付孔（７）の周縁方向に沿って回り込むようにしてその下流端側に収束され、
次いで、それに隣接する他方のパンチングプレート（３）の大径口部（１１）内ではその冷媒がその大径口部（１１）内を拡散して、そこから下流側の各開口部（１）に供給されることを特徴とする積層型熱交換器である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の積層型熱交換器において、
前記大径口部(11)の島部(9)側の孔縁(11a) は、前記取付孔(7)から略等距離になるように、その取付孔(7)の回りに傾斜または湾曲形成された積層型熱交換器である。

請求項３に記載の本発明は、それぞれ多数の開口部（１）と非開口部（１０）とが交互に二次元に並列されて穿設されたフィン部（１６）および、その外周の端部に一体に枠部（１７ａ）が突設されて、その枠部（１７ａ）の内側にマニホールド部（１７）が形成された平坦な複数の金属製のパンチングプレート（１８）（１９）を有し、各パンチングプレート（１８）（１９）が互いに接触して積層されると共に、隣接する各パンチングプレート（１８）（１９）の各開口部（１）は互いに平面方向に位置ずれされたコア（２０）と、
各パンチングプレート（１８）（１９）の積層方向の両端に配置された一対の閉塞板（２１）と、
その閉塞板（２１）の外面およびそれに隣接するパンチングプレート（１８）（１９）に穿設された取付孔（７）と、を具備し、
それら各部品間が一体にろう付け固定されて、閉塞板（２１）の外面に発熱体が取付られると共に、冷媒（８）が各パンチングプレート（１８）（１９）の各開口部（１）内を前記平面方向に流通する積層型熱交換器において、
前記閉塞板（２１）に隣接するパンチングプレート（１８）（１９）の前記取付孔（７）の周縁には前記開口部（１）が存在しない島部（９）を有し、
前記冷媒（８）の流通方向で、島部（９）が遮る位置にある第１開口部（１ａ）と、その流通方向に交差する方向で、その島部（９）が遮らない位置にある島部周縁の第２開口部（１ｂ）との間の非開口部（１０）が取り除かれて、そこに各開口部より大きな大径口部（１１）が形成され、
各パンチングプレート（１８）（１９）の取付孔（７）の中心に対して対角位置に、一対の前記大径口部（１１）が互いに逆向きに形成され、
積層された一方のパンチングプレート（１８）と、それに隣接する他方のパンチングプレート（１９）では、取付孔（７）の中心に対して逆の対角位置に前記大径口部（１１）が形成され、
一方のパンチングプレート（１８）の前記取付孔（７）の上流側に位置する大径口部（１１）の幅方向の中央位置には、前記第１開口部（１ａ）が連通し、
その第１開口部（１ａ）から大径口部（１１）に流入する冷媒は、大径口部（１１）内を前記取付孔（７）の周縁方向に沿って回り込むようにしてその下流端側に収束され、
次いで、それに隣接する他方のパンチングプレート（１９）の大径口部（１１）内ではその冷媒がその大径口部（１１）内を拡散して、そこから下流側の各開口部（１）に供給されることを特徴とする積層型熱交換器である。

請求項１および請求項３に記載の本発明の積層型熱交換器は、そのパンチングプレート２、３および、パンチングプレート１８，１９と、それの島部９の回りの第１開口部１ａと大径口部１１とが連通され、そこに各開口部より大きな大径口部１１を一体に形成したものである。
そのため、島部９で遮断されるべき第１開口部１ａの流体を、大径口部１１を介して下流側へ流通させることができる。しかも、その大径口部１１が各開口より大きく形成されているため、各第１開口部１ａおよびその近傍の流体の流通を円滑に行い、その流通に伴う圧損を 低下して、熱交換を促進できる。
さらに、取付孔７の中心に対して対角位置に、一対の前記大径口部１１が互いに逆向きに形成され、
積層された一方のパンチングプレート２と、それに隣接する他方のパンチングプレート３及び、一方のパンチングプレート１８と、それに隣接する他方のパンチングプレート１９では、取付孔７の中心に対して逆の対角位置に前記大径口部１１が形成され、
一方のパンチングプレート２及び、一方のパンチングプレート１８の前記取付孔７の上流側に位置する大径口部１１の幅方向の中央位置には、前記第１開口部１ａが連通し、
その第１開口１ａから大径口部１１に流入する冷媒は、大径口部１１内を前記取付孔７の周縁方向に沿って回り込むようにしてその下流端側に収束され、
次いで、それに隣接する他方のパンチングプレート３及び、他方のパンチングプレート１９の大径口部１１内ではその冷媒がその大径口部１１内を拡散して、そこから下流側の各開口部１に供給されるから、島部９の回りに沿って円滑に導かれ、冷媒の流通抵抗を可及的に低く抑えることができる。

請求項２に記載の本発明のように 大径口部１１の島部９側の孔縁１１ａを、取付孔７から略等距離になるように、その取付孔７の回りに傾斜または湾曲形成した場合には、島部９を取付孔７の回りに略円形に近く形成して、島部９の面積を必要最小限とし、熱交換を促進できる。

本発明の第１実施例の積層型熱交換器の分解斜視図。 同熱交換器の冷媒８の流れを示す説明図。 同熱交換器に用いられるパンチングプレート２，３の要部を示す平面図であって、（Ａ）はパンチングプレート２，３を積層した状態であり、（Ｂ）はパンチングプレート２の平面図、（Ｃ）はパンチングプレート３の平面図。 図３におけるＩＶ−ＩＶ矢視断面略図。 図３のＶ−Ｖ矢視断面略図。 他の積層型熱交換器に用いられるパンチングプレート２の大径口部11の説明図。 図６に比較した第１実施例のパンチングプレート２の大径口部11の説明図。 本発明の他の実施例の積層型熱交換器の分解斜視図。 同熱交換器に用いられるパンチングプレート18，19の平面図。 同パンチングプレート18及びパンチングプレート19を重ね合わせた状態の平面図。 同熱交換器の図１０におけるＸＩ−ＸＩ矢視断面略図であって、冷媒８の流れを示す説明図。

次に、図面に基づいて本発明の各実施の形態につき説明する。
図１〜図５は、本発明の第１の実施の形態を示す積層型熱交換器である。
この熱交換器は、第１のパンチングプレート２と第２のパンチングプレート３とが交互に積層されてコア４を構成し、そのコア４の外周を一対のプレートからなるケーシング６によって被嵌したものである。
第１のパンチングプレート２と第２のパンチングプレート３は、図３（Ｂ）及び（Ｃ）にその要部を示す如く、夫々多数の同一形状の長方形の小孔からなる開口部１を非開口部10を介して二次元に並列する。その第１のパンチングプレート２の開口部１と、第２のパンチングプレート３の開口部１とは、図３に示す如く、半ピッチ冷媒８の流通方向に位置ずれする。そして両パンチングプレート２，３を交互に積層したとき、図３（Ａ）に示す如く、一方のパンチングプレート２の開口部１内に、他方のパンチングプレート３の非開口部10が位置する。

両パンチングプレート２，３には、互いに整合する位置に開口部１の存在しない島部９が設けられ、その島部９の中心に取付孔７が穿設されている。そして各プレート２，３の取付孔７は整合すると共に、ケーシング６に設けられた取付孔７もパンチングプレート２，３の取付孔７と整合する。
これら各部品は、互いに圧接した積層状態で、一体的にろう付け固定され、その後に各取付孔７に雌ネジが螺刻される。なお、その取付孔７は、ろう付け後にそれをケーシング６の外面側から穿設してもよい。この取付孔７は、図示しない半導体等をケーシング６の外面に取り付けるためのビス孔である。この取付孔７の周りには開口部１を設けず、島部９とする。理由は、積層方向に液密性を保持するためである。

ところが、その島部９は冷媒８の流れを遮断してしまう。
そこで本発明では、島部９の周りで、その島部９が冷媒８を遮断する位置にある第１開口部1aと、遮断する位置にはない第２開口部1bとを大径口部11で連結する。この大径口部11は、第１開口部1a及び第２開口部1bの何れよりも大きな開口である。この例の大径口部11は、その各部が図７に示す如く、異形の台形または略三角形に形成され、その斜辺が取付孔７の孔縁11aから略等距離にある。そして取付孔７の周りの島部９の外周を略円形に保持して、その液密性を高めている。なお、第１のパンチングプレート２の大径口部11は、取付孔７の回りで、それに対して対角位置に一対、配置されている。

次に、第２のパンチングプレート３には、第１のパンチングプレート２とは線対称位置に大径口部11が形成されている。そして、両パンチングプレート２、３が交互に積層されることにより、図３（Ａ）の如く、上側のパンチングプレート２の第１開口部1a及びその近傍に流通する冷媒８を上側プレートの大径口部11を介して第２開口部1bに合流させ、次いでそれが下側パンチングプレート３の大径口部11に流通し、そこで各開口部１に冷媒８を分流させ、各部に分配する。
なお、冷媒８は図４及び図５に示す如く、第１のパンチングプレート２と第２のパンチングプレート３の各開口部１を蛇行状に流通する。

そして大径口部11を通過するときは、それが開口部１より大きくなっているため、各部の冷媒８を円滑に集め、下流側に流通させることができる。そのとき、冷媒の流通抵抗を可及的に低く抑えることができる。
なお、本発明の大径口部11の形状は上記実施例に限定されるものでは勿論無く、図６の如く、略方形に形成しても良い。

次に、図８〜図１１は本発明の積層型熱交換器の他の実施例であり、この例では、第１のパンチングプレート18と第２のパンチングプレート19とが、夫々フィン部16と一対の枠部17aとを有する。そして、枠部17aの内側に一対のマニホールド部17を形成したものである。他の構造は前記実施例と同一であるので、記載を省略する。
このような第１のパンチングプレート18と第２のパンチングプレート19とを、前記実施例と同様にして、交互に積層し、その積層方向の両端に一対の閉塞板21を配置したものである。この例では、上側の閉塞板21の端部に設けた一対の孔24に入口パイプ14及び出口パイプ15が接続される。そして冷媒８が図１０及び図１１の如く、一方の孔24からマニホールド部17を介し各フィン部16を流通して、他方のマニホールド部17より孔24に流出する。そして閉塞板21の取付孔７には、図示しない放熱体がビス等を介し、取付けられる。
なお、この例でも冷媒８の大径口部11における流れは、第１実施例と同一である。

１ 開口部
1a 第１開口部
1b 第２開口部
２ パンチングプレート
３ パンチングプレート
４ コア
５ マニホールド部
６ ケーシング
７ 取付孔
８ 冷媒

９ 島部
10 非開口部
11 大径口部
11a 孔縁
12 フランジ部
13 偏平凹陥部
14 入口パイプ
15 出口パイプ
16 フィン部

17 マニホールド部
17a 枠部
18 パンチングプレート
19 パンチングプレート
20 コア
21 閉塞板
24 孔

Claims (3)

1. それぞれ多数の開口部（１）と非開口部（１０）とが交互に二次元に並列して穿設された平坦な複数の金属製のパンチングプレート（２）（３）を有し、各パンチングプレート（２）（３）が互いに接触して積層されると共に、隣接する各パンチングプレート（２）（３）の各開口部（１）は互いに平面方向に位置ずれされたコア（４）と、
   そのコア（４）の外周を被嵌し、端部に冷媒のマニホールド部（５）を有するケーシング（６）と、
   その積層方向のケーシング（６）の外面およびそれに隣接するパンチングプレート（２）（３）に穿設された取付孔(7)と、を具備し、
   それら各部品間が一体にろう付け固定されて、ケーシング（６）の外面に発熱体が取付られると共に、冷媒（８）が各パンチングプレート（２）（３）の各開口部（１）内を前記平面方向に流通する積層型熱交換器において、
   前記ケーシング（６）に隣接するパンチングプレート（２）（３）の前記取付孔（７）の周縁には前記開口部（１）が存在しない島部（９）を有し、
   前記冷媒（８）の流通方向で、島部（９）が遮る位置にある第１開口部（１ａ）と、その流通方向に交差する方向で、その島部（９）が遮らない位置にある島部周縁の第２開口部（１ｂ）との間の非開口部（１０）が取り除かれて、そこに各開口部より大きな大径口部（１１）が形成され、
   各パンチングプレート（２）（３）の取付孔（７）の中心に対して対角位置に、一対の前記大径口部（１１）が互いに逆向きに形成され、
   積層された一方のパンチングプレート（２）と、それに隣接する他方のパンチングプレート（３）では、取付孔（７）の中心に対して逆の対角位置に前記大径口部（１１）が形成され、
   一方のパンチングプレート（２）の前記取付孔（７）の上流側に位置する大径口部（１１）の幅方向の中央位置には、前記第１開口部（１ａ）が連通し、
   その第１開口部（１ａ）から大径口部（１１）に流入する冷媒は、大径口部（１１）内を前記取付孔（７）の周縁方向に沿って回り込むようにしてその下流端側に収束され、
   次いで、それに隣接する他方のパンチングプレート（３）の大径口部（１１）内ではその冷媒がその大径口部（１１）内を拡散して、そこから下流側の各開口部（１）に供給されることを特徴とする積層型熱交換器。
2. 請求項１に記載の積層型熱交換器において、
   前記大径口部（１１）の島部（９）側の孔縁（１１ａ）は、前記取付孔（７）から略等距離になるように、その取付孔（７）の回りに傾斜または湾曲形成された積層型熱交換器。
3. それぞれ多数の開口部（１）と非開口部（１０）とが交互に二次元に並列されて穿設されたフィン部（１６）および、その外周の端部に一体に枠部（１７ａ）が突設されて、その枠部（１７ａ）の内側にマニホールド部（１７）が形成された平坦な複数の金属製のパンチングプレート（１８）（１９）を有し、各パンチングプレート（１８）（１９）が互いに接触して積層されると共に、隣接する各パンチングプレート（１８）（１９）の各開口部（１）は互いに平面方向に位置ずれされたコア（２０）と、
   各パンチングプレート（１８）（１９）の積層方向の両端に配置された一対の閉塞板（２１）と、
   その閉塞板（２１）の外面およびそれに隣接するパンチングプレート（１８）（１９）に穿設された取付孔（７）と、を具備し、
   それら各部品間が一体にろう付け固定されて、閉塞板（２１）の外面に発熱体が取付られると共に、冷媒（８）が各パンチングプレート（１８）（１９）の各開口部（１）内を前記平面方向に流通する積層型熱交換器において、
   前記閉塞板（２１）に隣接するパンチングプレート（１８）（１９）の前記取付孔（７）の周縁には前記開口部（１）が存在しない島部（９）を有し、
   前記冷媒（８）の流通方向で、島部（９）が遮る位置にある第１開口部（１ａ）と、その流通方向に交差する方向で、その島部（９）が遮らない位置にある島部周縁の第２開口部（１ｂ）との間の非開口部（１０）が取り除かれて、そこに各開口部より大きな大径口部（１１）が形成され、
   各パンチングプレート（１８）（１９）の取付孔（７）の中心に対して対角位置に、一対の前記大径口部（１１）が互いに逆向きに形成され、
   積層された一方のパンチングプレート（１８）と、それに隣接する他方のパンチングプレート（１９）では、取付孔（７）の中心に対して逆の対角位置に前記大径口部（１１）が形成され、
   一方のパンチングプレート（１８）の前記取付孔（７）の上流側に位置する大径口部（１１）の幅方向の中央位置には、前記第１開口部（１ａ）が連通し、
   その第１開口部（１ａ）から大径口部（１１）に流入する冷媒は、大径口部（１１）内を前記取付孔（７）の周縁方向に沿って回り込むようにしてその下流端側に収束され、
   次いで、それに隣接する他方のパンチングプレート（１９）の大径口部（１１）内ではその冷媒がその大径口部（１１）内を拡散して、そこから下流側の各開口部（１）に供給されることを特徴とする積層型熱交換器。

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