特開 2024-88526 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024088526

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20240625BHJP

   F28F 3/12 20060101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 Z

F28F3/12 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022203759

(22)【出願日】2022-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】マレリ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 充

(72)【発明者】

【氏名】松平 範光

(72)【発明者】

【氏名】林 栄樹

(72)【発明者】

【氏名】狐塚 裕美

【テーマコード（参考）】

5F136

【Ｆターム（参考）】

5F136BA02

5F136CB07

5F136CB08

5F136DA27

5F136DA41

(57)【要約】

【課題】熱交換に寄与する熱交換面の面積を増加させることと、熱交換面に接触する流体の流通を促進させることとを両立させる。
【解決手段】熱交換器１は、第一部材１１と、第一部材１１と対向して設けられて第一部材１１との間に流体の流路２０を形成する第二部材１２と、を有し、被冷却デバイスに連結された本体部１０を備え、本体部１０は、第一部材１１及び第二部材１２の少なくとも一方に形成され、第一部材１１と第二部材１２とが対向する方向において流路２０を狭める方向に突出し、流路２０の延びる方向と交差する方向に延びる少なくとも一つの突起部３０と、第一部材１１及び第二部材１２に連結されるとともに突起部３０に連結された柱部４１と、を有し、柱部４１は、被冷却デバイスにおける発熱体に対応する位置に配置されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発熱体を有する被冷却デバイスとの間で流体を介して熱交換を行う熱交換器であって、
第一部材と、前記第一部材と対向して設けられて前記第一部材との間に前記流体の流路を形成する第二部材と、を有し、前記被冷却デバイスに連結された本体部を備え、
前記本体部は、
前記第一部材及び前記第二部材の少なくとも一方に形成され、前記第一部材と前記第二部材とが対向する方向において前記流路を狭める方向に突出し、前記流路の延びる方向と交差する方向に延びる少なくとも一つの突起部と、
前記第一部材及び前記第二部材に連結されるとともに前記突起部に連結された柱部と、
を有し、
前記柱部は、前記被冷却デバイスにおける前記発熱体に対応する位置に配置された、
熱交換器。

【請求項2】

請求項１に記載の熱交換器において、
前記流路の延びる方向における前記柱部の長さは、前記流路の幅方向における前記柱部の幅よりも大きく、
前記突起部は、前記柱部の前記流路の延びる方向における少なくとも下流側の部位に連結された、
熱交換器。

【請求項3】

請求項１に記載の熱交換器において、
前記柱部は、
前記流路の延びる方向において、上流側の部位における前記流路の幅方向の幅及び下流側の部位における前記流路の幅方向の幅よりも、前記上流側の部位と前記下流側の部位との間の中間部の前記流路の幅方向における幅の方が大きく、
前記柱部の前記流路の延びる方向における少なくとも前記下流側の部位に、前記突起部が連結された、
熱交換器。

【請求項4】

請求項２または３に記載の熱交換器において、
複数の前記柱部を備え、
複数の前記柱部の各々は、前記流路の幅方向に離間して並んで配置された、
熱交換器。

【請求項5】

請求項４に記載の熱交換器において、
離間し隣り合う前記柱部は、互いに対向する各々の壁面に平面部を有し、
前記柱部は、前記平面部が互いに平行になるように配置されており、
前記対向する前記平面部が前記突起部により連結されている、
熱交換器。

【請求項6】

請求項５に記載の熱交換器において、
前記突起部は、前記流路の延びる方向に沿った仮想線に対して傾斜して配置された、
熱交換器。

【請求項7】

請求項１に記載の熱交換器において、
複数の前記突起部を備え、
複数の前記突起部の各々は、前記流路の幅方向に隣接して配置され、
前記流路の幅方向に隣接する前記突起部は、前記流路の延びる方向に沿った仮想線に対して互いに線対称に配置された、
熱交換器。

【請求項8】

請求項１に記載の熱交換器において、
複数の前記突起部を備え、
複数の前記突起部の各々は、前記流路の幅方向に隣接して配置され、
前記流路の幅方向に隣接する前記突起部は、前記流路の延びる方向に沿った仮想線に対して互いに線対称に配置されるとともに、前記流路の延びる方向に並んで配置された、
熱交換器。

【請求項9】

請求項１に記載の熱交換器において、
複数の前記突起部を備え、
複数の前記突起部の各々は、
前記流路の延びる方向における上流側から下流側に向けて上り傾斜に形成された第一傾斜面と、
前記上流側から前記下流側に向けて下り傾斜に形成された第二傾斜面と、
を有し、
前記第一傾斜面及び前記第二傾斜面は、前記第一部材と前記第二部材とが対向する方向において、前記第一部材から前記第二部材に向けて凸状となる湾曲面である、
熱交換器。

【請求項10】

請求項１に記載の熱交換器において、
複数の前記突起部を備え、
複数の前記突起部の各々は、
前記流路の延びる方向における上流側から下流側に向けて上り傾斜に形成された第一傾斜面と、
前記上流側から前記下流側に向けて下り傾斜に形成された第二傾斜面と、
を有し、
前記第一傾斜面及び前記第二傾斜面は、前記第一部材と前記第二部材とが対向する方向において、前記第二部材から前記第一部材に向けた凸状となる湾曲面である、
熱交換器。

【請求項11】

請求項１に記載の熱交換器において、
複数の前記突起部を備え、
複数の前記突起部の各々は、
前記流路の延びる方向における上流側から下流側に向けて上り傾斜に形成された第一傾斜面と、
前記上流側から前記下流側に向けて下り傾斜に形成された第二傾斜面と、
を有し、
前記第一傾斜面と前記第二傾斜面とは平面である、
熱交換器。

【請求項12】

請求項１に記載の熱交換器であって、
複数の前記突起部を備え、
複数の前記突起部の各々は、
前記流路の延びる方向における上流側から下流側に向けて上り傾斜に形成された第一傾斜面と、
前記上流側から前記下流側に向けて下り傾斜に形成された第二傾斜面と、
を有し、前記流路の延びる方向に並んで配置されており、
前記第一傾斜面と当該第一傾斜面の前記下流側に連なる前記第二傾斜面との間の頂部の半径は、前記第二傾斜面と当該第二傾斜面の前記下流側に連なる前記第一傾斜面との間の頂部の半径よりも小さい、
熱交換器。

【請求項13】

請求項１に記載の熱交換器であって、
前記突起部は、前記第一部材及び前記第二部材のうち前記発熱体を有する前記被冷却デバイスと連結された部材に形成された、
熱交換器。

【請求項14】

請求項１に記載の熱交換器であって、
前記突起部は、前記第一部材及び前記第二部材の両方に形成された、
熱交換器。

【請求項15】

請求項１に記載の熱交換器であって、
複数の本体部を備え、
一の本体部において、前記第一部材及び前記第二部材のうち前記突起部が形成された部材が前記被冷却デバイスの一方の面と連結され、
他の本体部において、前記第一部材及び前記第二部材のうち前記突起部は形成された部材が前記被冷却デバイスの他方の面と連結された、
熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被冷却デバイスを冷却する熱交換器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、冷却用の流体の流路に複数の柱状フィンを形成し、被冷却デバイスからの熱を柱状フィンによって流体に伝えるようにした熱交換器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】独国特許出願公開第１０２０１１１１８４８３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された熱交換器では、柱状フィンの密度を高めることにより、被冷却デバイスと流体との熱交換効率を高めることができる。一方で、柱状フィンは、流路を遮蔽するため、柱状フィンの密度を高め過ぎると通水抵抗が上昇して、流路における流体の流速が低下し、流体の滞留が生じて、被冷却デバイスと流体との熱交換効率が低下するという問題があった。

【0005】

このため、例えば、特許文献１に記載された熱交換器では、流体が流通しやすい流路断面積を確保するために、柱状フィンを流路の厚み方向に長くして、流路を厚み方向に拡大する等の対策が考えられる。しかしながら、柱状フィンを長くすると、被冷却デバイスからの熱が柱状フィンの長手方向における先端まで伝わりにくくなるため、熱交換に寄与しない部分が増加して、熱変換効率は伸び悩む。

【0006】

このように、熱交換効率を高めるという観点において、熱交換に寄与する熱交換面の面積を増加させることと、熱交換面に接触する流体の流通を促進させることとの間には、トレードオフの関係があった。

【0007】

本発明は、熱交換に寄与する熱交換面の面積を増加させることと、熱交換面に接触する流体の流通を促進させることとを両立させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のある態様によれば、発熱体を有する被冷却デバイスとの間で流体を介して熱交換を行う熱交換器であって、第一部材と、前記第一部材と対向して設けられて前記第一部材との間に前記流体の流路を形成する第二部材と、を有し、前記被冷却デバイスに連結された本体部を備え、前記本体部は、前記第一部材及び前記第二部材の少なくとも一方に形成され、前記第一部材と前記第二部材とが対向する方向において前記流路を狭める方向に突出し、前記流路の延びる方向と交差する方向に延びる少なくとも一つの突起部と、前記第一部材及び前記第二部材に連結されるとともに前記突起部に連結された柱部と、を有し、前記柱部は、前記被冷却デバイスにおける前記発熱体に対応する位置に配置されている。

【発明の効果】

【0009】

上記態様によれば、熱交換器は、流路を形成する第一部材及び第二部材の少なくとも一方に突起部を有する。また、被冷却デバイスの発熱体に対応する位置に配置され、第一部材及び第二部材に連結された柱部を有する。熱交換器は、流体の流路に突起部及び柱部を備えることにより、被冷却デバイスに連結された本体部の熱交換面を増加させることができる。

【0010】

また、上記態様によれば、突起部は、流路の延びる方向と交差する方向に延びて形成されている。このため、突起部に当たった流体は、突起部に妨げられることなく、突起部に沿って流路の延びる方向と交差する方向に流れる。また、突起部は、第一部材と第二部材とが対向する方向において流路を狭める方向に突出して形成されているため、流路が狭められた箇所において、突起部に当たった流体の流速が高められる。これにより、熱交換面に接触する流体の流通を促進させることができる。

【0011】

したがって、上記態様によれば、熱交換に寄与する熱交換面の面積を増加させることと、熱交換面に接触する流体の流通を促進させることとを両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器を斜め上方から見た外観斜視図である。

【図2】図２は、熱交換器を下方から見た分解斜視図である。

【図3】図３は、流路を形成する第一部材の表面の要部拡大図である。

【図4】図４は、熱交換器を下方から見た分解斜視図において、流路を形成する第一部材の表面における要部の拡大図である。

【図5】図５は、第一部材の要部を拡大して示す平面図である。

【図6】図６は、図５に示すＶ－Ｖ線における断面の一部を拡大して示す断面拡大図である。

【図7】図７は、従来の柱状フィンにおける流体の流れ方向を説明する模式図である。

【図8】図８は、本発明の実施形態に係る熱交換器において、突起部及び柱部における流体の流速のシミュレーション結果を表す説明図である。

【図9】図９は、突起部の第一変形例を説明する断面図である。

【図10】図１０は、突起部の第二変形例を説明する断面図である。

【図11】図１１は、別の実施態様に係る熱交換器を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る熱交換器１について説明する。

【0014】

図１は、熱交換器１を斜め上方から見た外観斜視図である。図２は、熱交換器１を下方から見た分解斜視図である。

【0015】

本実施形態において、熱交換器１は、流体としての冷却水との熱交換によって、発熱体を有する被冷却デバイスとしてのインバータモジュール２を冷却する装置である。

【0016】

図１に示すように、熱交換器１は、第一部材１１と、第二部材１２と、流路２０（図２参照）とを有する本体部１０を備える。

【0017】

第一部材１１は、側壁１１Ｓに囲まれた矩形状の平面部分１１Ｐを有するトレイ形状に形成されている。また、第二部材１２は、側壁１２Ｓに囲まれた、平面部分１１Ｐと略同寸法の平面部分１２Ｐを有するトレイ形状に形成されている。

【0018】

上述した第一部材１１の側壁１１Ｓの縁と、第二部材１２の側壁１２Ｓの縁とを合わせることにより、第一部材１１と第二部材１２との間に、流路高さ分の空間が確保され、扁平状の流路２０が形成される。

【0019】

図２に示すように、本体部１０は、第一部材１１の平面部分１１Ｐに、複数の突起部３０を有する。また、本体部１０は、第一部材１１の平面部分１１Ｐに、第一部材１１及び第二部材１２に連結される柱部４１，４２，４３を有する。

【0020】

第二部材１２の各々の端部側の所定位置には、開口部１２Ａ及び開口部１２Ｂが形成されている。開口部１２Ａには、流体が流通する流路２０に流体を取り込む入口流路３が取り付けられている。また、開口部１２Ｂには、流路２０から流体が排出される出口流路４が取り付けられている。

【0021】

本実施形態において、入口流路３が接続される開口部から出口流路４が接続される開口部までの流路２０の延びる方向（図２における矢印Ｆ）を「流路方向」と称し、流路２０の延びる方向と交差し、第一部材１１及び第二部材１２に平行な方向（図２における矢印Ｗ）を「流路幅方向」と称し、第一部材１１と第二部材１２とが対向する方向（図２における矢印Ｈ）を「流路高さ方向」と称する。

【0022】

なお、突起部３０等の影響を受けて局所的に変化した冷却水の進行方向は、「流れ方向」と称し、流路方向とは区別する。

【0023】

本体部１０は、インバータモジュール２に連結されている。本実施形態においては、第一部材１１がインバータモジュール２と一体的に形成されている。すなわち、第一部材１１がインバータモジュール２の底面を構成する。

【0024】

インバータモジュール２は、例えば、車両の駆動用モータ（図示省略）を制御するものである。図２に示すように、本実施形態においては、インバータモジュール２は、本体部１０の長手方向に沿って、３つのスイッチング回路５を有する。スイッチング回路５の各々は、熱伝導部材、はんだ、或いはその他の材料により、インバータモジュール２と一体的に形成された第一部材１１に接続又は固定されている。

【0025】

スイッチング回路５は、交流電流を直流電流に変換する回路である。３つのスイッチング回路５は、インバータモジュール２のＵ相，Ｖ相，及びＷ相の各々に対応している。

【0026】

スイッチング回路５には、複数のスイッチング素子６が備えられている。本実施形態においては、一つのスイッチング回路５に、４つのスイッチング素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが実装されている。スイッチング素子６への電流の入力のＯＮ／ＯＦＦが高速で切り換えられることにより、交流電流を直流電流に変換することができる。

【0027】

スイッチング素子６は、交直流変換によって発熱する。スイッチング素子６は、発熱により高温になると、変換効率が低下するため、冷却を要する。本実施形態においては、インバータモジュール２が、冷却水の流路２０を有する本体部１０に連結されている。このため、本体部１０に形成された流路２０を流れる冷却水によって、スイッチング素子６から発生した熱が本体部１０に形成された流路２０を流れる冷却水と熱交換することで、スイッチング素子６を冷却することができる。

【0028】

インバータモジュール２において、スイッチング回路５が配置される面には、スイッチング回路５を熱交換器１側に押圧する押さえ部材（図示せず）が設けられている。これにより、インバータモジュール２に配置されたスイッチング回路５から第一部材１１への熱伝導性を高めることができる。

【0029】

図３は、流路２０を形成する第一部材１１の表面の要部拡大図である。また、図４は、熱交換器１を下方から見た分解斜視図において、流路２０を形成する第一部材１１の表面における要部の拡大図である。図５は、第一部材１１の要部を拡大して示す平面図である。

【0030】

本実施形態において、突起部３０は、第一部材１１と第二部材１２とが対向する方向において流路２０を狭める方向に突出し、流路方向に沿った仮想線Ｖ１に対して所定の角度θで交差する仮想線Ｖ２に沿って延びる。

【0031】

第一部材１１は、複数の突起部３０を有し、突起部３０の各々が流路幅方向に隣接して配置されている。本実施形態においては、流路幅方向に隣接する突起部３０同士が流路方向に沿った仮想線Ｖ２に対して互いに線対称に配置されている。また、各突起部３０は、流路方向にも並んで配置されている。

【0032】

また、仮想線Ｖ１に対して線対称に配置された一対の突起部３０が流路方向及び流路幅方向に連続して配置されていることにより、第一部材１１を平面部分１１Ｐの法線方向から見た際に、突起部３０は、杉綾織柄（ヘリンボーン柄）を呈する。

【0033】

図６は、図５に示すＶ－Ｖ線における断面の一部を拡大して示す断面拡大図である。

【0034】

図５に示すように、突起部３０は、第一傾斜面３１と、第二傾斜面３２と、第一傾斜面３１と第二傾斜面３２とを緩やかに連結する頂部３３と、を有する。

【0035】

第一傾斜面３１は、流路方向における上流側から下流側に向けて上り傾斜に形成されている。また、第二傾斜面３２は、流路方向における上流側から下流側に向けて下り傾斜に形成されている。本実施形態においては、第一傾斜面３１及び第二傾斜面３２の各々は、流路高さ方向において、第一部材１１から第二部材１２に向けて凸状となる湾曲面である。

【0036】

柱部４１，４２，４３は、第一部材１１に連結されたインバータモジュール２に配置されたスイッチング回路５におけるスイッチング素子６に対応する位置に配置されている。図３には、柱部４１，４２，４３に対応する位置にあるスイッチング素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが二点鎖線により示されている。柱部４１，４２，４３は、第一部材１１に形成された突起部３０にも連結されている。

【0037】

本実施形態では、柱部４１のサイズは、発熱するスイッチング素子６（６ａ，６ｂ）の流路方向における上流側の端部から下流側の端部の範囲に対応する領域を含み、かつ、スイッチング素子６（６ａ，６ｂ）の流路幅方向の両端を含む範囲に対応する領域を覆うサイズに形成されている。これにより、柱部４１によるスイッチング素子６ａ，６ｂの放熱を、より確実に行うことができる。

【0038】

柱部４１は、スイッチング素子６ａ，６ｂに対応する位置に配置され、柱部４２は、スイッチング素子６ｄに対応する位置に配置され、柱部４３は、スイッチング素子６ｃに対応する位置に配置されている。スイッチング素子６ａ，６ｂに対応する柱部４１のように、スイッチング素子６が流路方向に互いに近接している箇所では、複数のスイッチング素子６ａ，６ｂに対して一つの柱部（柱部４１）を対応付けて配置することができる。このように、複数の柱状フィンが互いに近接して設けられた従来の熱交換器に比べて、流路２０における柱部４１，４２，４３を少なくしたことで、通水抵抗を下げ、冷却水の流通を促進することができる。

【0039】

本実施形態において、柱部４１は、第一柱部４１１、第二柱部４１２、第三柱部４１３、第四柱部４１４を有する。第一柱部４１１、第二柱部４１２、第三柱部４１３、第四柱部４１４の各々は、流路幅方向に互いに離間して並んで配置されている。

【0040】

柱部４１は、スイッチング素子６ａ，６ｂの流路方向における上流側の端部から下流側の端部の範囲に対応する領域を含み、かつ、スイッチング素子６ａ，６ｂの流路幅方向の両端の範囲に対応する領域を覆うように配置されている。さらに、本実施形態においては、柱部４１は、複数の各柱部（第一柱部４１１、第二柱部４１２、第三柱部４１３、第四柱部４１４）から構成されており、スイッチング素子６ａ，６ｂの流路幅方向における両端を含む範囲に対応する領域に、複数の各柱部（第一柱部４１１、第二柱部４１２、第三柱部４１３、第四柱部４１４）が互いに離間して並んで配置されている。このため、柱部４１（第一柱部４１１、第二柱部４１２、第三柱部４１３、第四柱部４１４）は、スイッチング素子６ａ，６ｂの放熱を、より確実に行うことができる。

【0041】

また、柱部４１を構成する複数の各柱部のうち離間し隣り合う柱部は、互いに対向する各々の壁面に平面部を有する。一例として、図３に示すように、第一柱部４１１、第二柱部４１２、第三柱部４１３、第四柱部４１４のうち、第一柱部４１１は、平面部４１１ｐを有し、第二柱部４１２は、平面部４１２ｐを有し、これら平面部４１１ｐと平面部４１２ｐとは互いに対向している。

【0042】

本実施形態においては、柱部４１を構成する第一柱部４１１と第二柱部４１２とは、平面部４１１ｐと４１２ｐとが互いに平行になるように配置されている。隣接する第一柱部４１１と第二柱部４１２とにおいて、平面部４１１ｐと４１２ｐとは、突起部３０により連結されている。

【0043】

流路方向における第一柱部４１１の長さＬ１は、流路幅方向における第一柱部４１１の幅Ｌ２よりも大きく形成されている。第二柱部４１２、第三柱部４１３、第四柱部４１４も同様に、流路方向における長さは、流路幅方向における幅よりも大きく形成されている。

【0044】

第三柱部４１３は、流路方向の上流側の部位における流路幅方向の幅及び流路方向の下流側の部位における流路幅方向の幅よりも、上流側の部位と下流側の部位との間の中間部の流路幅方向における幅の方が大きく形成されている。

【0045】

本実施形態においては、一例として、図３及び図４に示すように、第三柱部４１３は、流路方向の上流側端部４１３Ｕにおける流路幅方向の幅及び流路方向の下流側端部４１３Ｄにおける流路幅方向の幅よりも、上流側端部４１３Ｕと下流側端部４１３Ｄとの間の中間部４１３Ｍの流路幅方向における幅の方が大きく形成されている。

【0046】

第四柱部４１４は、流路方向に沿った仮想線に対して線対称の形状となっており、第三柱部４１３と同様に、上流側端部４１４Ｕと下流側端部４１４Ｄとの間の中間部４１４Ｍの流路幅方向における幅の方が大きく形成されている。

【0047】

本実施形態においては、柱部４１は、換言すれば、外形が楕円柱である柱部４１に、流路方向に沿った３つの間隙が形成されることにより、互いに所定間隔離間して配置された第一柱部４１１、第二柱部４１２、第三柱部４１３及び第四柱部４１４に分割されたものである。

【0048】

柱部４２は、半円柱部４２１，４２２を有し、柱部４３は、半円柱部４３１，４３２を有する。半円柱部４２１は、流路方向の上流側端部４２１Ｕにおける流路幅方向の幅及び流路方向の下流側端部４２１Ｄにおける流路幅方向の幅よりも、上流側端部４２１Ｕと下流側端部４２１Ｄとの間の中間部４２１Ｍの流路幅方向における幅の方が大きく形成されている。

【0049】

本実施形態において、柱部４２は、換言すれば、外形が楕円柱である柱部４２に、流路方向に沿った間隙が形成されることにより、互いに所定間隔離間して配置された半円柱部４２１，４２２に分割されたものである。柱部４３も同様である。

【0050】

図４から図５に示すように、各柱部の側面の上流側から下流側に亘って、複数の突起部３０の各々が連結されている。

【0051】

以上のように説明した突起部３０の平面部分１１Ｐからの凹凸サイズ及び柱部４１，４２，４３の平面部分１１Ｐからの高さは、ダイキャストにより形成可能なサイズである。

【0052】

［効果］
以下、本実施形態に係る熱交換器１の作用効果を説明するが、作用効果の説明に先立って、従来の柱状フィンについて説明する。

【0053】

図７は、従来の柱状フィンにおける冷却水の流れ方向を説明する模式図である。

【0054】

従来の柱状フィン３００では、冷却水の流路方向（矢印Ｆ）において、柱状フィン３００の下流側に位置するエリアでは、冷却水は、柱状フィン３００に遮蔽されて滞留しやすくなる。このため、柱状フィン３００における流路方向下流側の表面では、熱交換効率が低下することがあった。

【0055】

これに対して、本実施形態に係る熱交換器１は、発熱体を有する被冷却デバイスとしてのインバータモジュール２との間で流体（冷却水）を介して熱交換を行う熱交換器である。熱交換器１は、第一部材１１と、第一部材１１と対向して設けられて第一部材１１との間に冷却水の流路２０を形成する第二部材１２と、を有し、インバータモジュール２に連結された本体部１０を備える。本体部１０は、第一部材１１及び第二部材１２の少なくとも一方に形成され、第一部材１１と第二部材１２とが対向する流路高さ方向において流路２０を狭める方向に突出し、流路方向と交差する流路幅方向に延びる少なくとも一つの突起部３０を有する。また、本体部１０は、第一部材１１及び第二部材１２に連結されるとともに、突起部３０に連結された柱部４１，４２，４３を有する。柱部４１，４２，４３は、インバータモジュール２における発熱体に対応する位置に配置されている。

【0056】

本実施形態に係る熱交換器１は、流路２０を形成する第一部材１１及び第二部材１２の少なくとも一方に突起部３０を有する。また、インバータモジュール２の発熱体に対応する位置に配置され、第一部材１１及び第二部材１２に連結された柱部４１，４２，４３を有する。熱交換器１は、冷却水の流路２０に突起部３０及び柱部４１，４２，４３を備えることにより、インバータモジュール２に連結された本体部１０の熱交換面を増加させることができる。

【0057】

熱交換器１において、突起部３０は、流路２０の延びる方向（流路方向）に交差する方向（流路幅方向）に延びて形成されている。このため、突起部３０に当たった冷却水は、突起部３０に妨げられることなく、突起部３０に沿って流路方向と交差する方向に流れる。

【0058】

また、突起部３０は、第一部材１１と第二部材１２とが対向する方向（流路高さ方向）において、流路２０を狭める方向に突出して形成されているため、突起部３０に当たった冷却水の流速は、流路２０が狭められた箇所において高められる。これにより、熱交換面に接触する冷却水の流通を促進させることができる。

【0059】

したがって、熱交換器１によれば、熱交換に寄与する熱交換面の面積を増加させることと、熱交換面に接触する流体の流通を促進させることとを両立させることができる。

【0060】

図５に示すように、熱交換器１において、流路方向における柱部４１（第一柱部４１１）の長さＬ１は、流路幅方向における柱部４１（第一柱部４１１）の幅Ｌ２よりも大きい。このため、特に、柱部４１の流路方向下流側に位置するエリアにおける冷却水の流通が、柱部４１によって妨げられることを防止できる。

【0061】

熱交換器１は、第一部材１１に複数の突起部３０を有し、複数の突起部３０の各々が流路幅方向に隣接して配置されており、流路幅方向に隣接する突起部３０が流路方向において互いに仮想線Ｖ１に対して線対称に配置されている。また、このように線対称に配置された一対の突起部３０が流路方向及び流路幅方向に連続して配置されている。

【0062】

複数の突起部３０が第一部材１１の流路方向及び流路幅方向に亘って連続して配置されていることにより、冷却水が突起部のない経路からバイパスして、冷却に寄与しないまま流通することがなく、熱交換効率の低下を防止することができる。

【0063】

また、流路幅方向に隣接する突起部３０が流路方向の上流側に開いた状態となる連結部分は、流路方向に流れる冷却水を連結部分に集約する機能を有する。一方、流路幅方向に隣接する突起部３０が流路方向の下流側に開いた状態となる連結部分は、流路方向に流れる冷却水を突起部３０に沿って分流する機能を有する。

【0064】

また、第一柱部４１１を例示して説明すると、流路方向における第一柱部４１１の長さＬ１が流路幅方向における第一柱部４１１の幅Ｌ２よりも大きく形成されていたとしても、第一柱部４１１の流路方向下流側に位置するエリアでは、冷却水の滞留が起こりやすい。

【0065】

このことから、突起部３０は、第一柱部４１１の流路方向における少なくとも下流側端部４１１Ｂに連結されていることで、第一柱部４１１の流路方向下流側に位置するエリアにおいて、冷却水の流通を促進する効果を一層高めることができる。

【0066】

第三柱部４１３は、流路方向の上流側端部４１３Ｕにおける流路幅方向の幅及び流路方向の下流側端部４１３Ｄにおける流路幅方向の幅よりも、上流側端部４１３Ｕと下流側端部４１３Ｄとの間の中間部４１３Ｍの流路幅方向における幅の方が大きく形成されているため、第三柱部４１３の流路方向下流側に位置するエリアに、冷却水を引き込みやすくなっている。

【0067】

これにより、第三柱部４１３の流路方向下流側に位置するエリアにおいて、冷却水の流通を促進する効果を一層高めることができる。第三柱部４１３と線対称に形成された第四柱部４１４もまた、第三柱部４１３と同等の効果を奏する。

【0068】

本実施形態において、第一柱部４１１、第二柱部４１２、第三柱部４１３、第四柱部４１４の各々は、流路幅方向に互いに離間して並んで配置されている。

【0069】

第一柱部４１１と第二柱部４１２との間、また、第一柱部４１１と第三柱部４１３との間、また、第二柱部４１２と第四柱部４１４との間には、冷却水が流通できる。

【0070】

このため、第一柱部４１１と第二柱部４１２とが対向する面、第一柱部４１１と第三柱部４１３とが対向する面、第二柱部４１２と第四柱部４１４とが対向する面が熱交換面を形成することができる。

【0071】

さらに、第一柱部４１１と第二柱部４１２との間、また、第一柱部４１１と第三柱部４１３との間、また、第二柱部４１２と第四柱部４１４との間には、冷却水が流通することにより、第一柱部４１１、第二柱部４１２、第三柱部４１３、第四柱部４１４の流路方向下流側に位置するエリアにおいて、冷却水の流通を促進する効果が高められる。

【0072】

本実施形態において、柱部４１を構成する複数の各柱部のうち離間し隣り合う柱部（一例として、第一柱部４１１と第二柱部４１２）は、互いに対向する各々の壁面に平面部（４１１ｐ，４１２ｐ）を有する。平面部４１１ｐと平面部４１２ｐとは互いに対向し、また、互いに平行になるように配置されており、平面部４１１ｐと４１２ｐとは、突起部３０により連結されている。

【0073】

また、平面部４１１ｐと４１２ｐとを連結する突起部３０は、流路方向に沿った仮想線Ｖ１に対して角度θ傾斜して配置されている。

【0074】

これにより、平面部４１１ｐと４１２ｐとが対向する離間部分において、冷却水が突起部３０を乗り越えることによって、縦渦が発生しやすくなる。これにより、平面部４１１ｐと４１２ｐとが対向する離間部分近傍における流速が高められ、熱交換が促進される。

【0075】

熱交換器１において、第一傾斜面３１は、流路方向における上流側から下流側に向けて上り傾斜に形成されている。また、第二傾斜面３２は、流路方向における上流側から下流側に向けて下り傾斜に形成されている。本実施形態においては、第一傾斜面３１及び第二傾斜面３２の各々は、流路高さ方向において、第一部材１１から第二部材１２に向けて凸状となる湾曲面である。

【0076】

図６に示すように、熱交換器１においては、突起部３０の第一傾斜面３１から流路方向下流側に隣接する第二傾斜面３２に冷却水が流れる際に、突起部３０（第一傾斜面３１）が存在するところでは、流路２０の流路高さ方向に流路２０が狭められているため、冷却水が第一傾斜面３１に当たって、冷却水の流速が高められる。第一傾斜面３１に当たった冷却水は、第二部材１２に向けた流れ方向と、隣接する第二傾斜面３２に沿った流れ方向とに分流される。

【0077】

これにより、第一傾斜面３１と第一傾斜面３１に隣接する第二傾斜面３２との間に形成される空間において、冷却水の縦渦が発生する。このため、冷却水と突起部３０との間の熱交換が促進される。

【0078】

図８は、本発明の実施形態に係る熱交換器において、突起部及び柱部における流体の流れをシミュレーションした結果を説明する図である。図８において、濃色であるほど、着色された部位に当たる冷却水の流速が高いことを示す。なお、図８において、白色は、冷却水の流速がゼロであることを示すものではない。

【0079】

熱交換器１によれば、突起部３０及び柱部４１，４２，４３を備えることにより、図８に示すように、流路２０を流れる冷却水の流速に緩急の変化を生じさせることができ、特に、冷却水の流れに対向する突起部３０における第一傾斜面３１や、隣接する突起部３０同士の連結部分や、突起部３０と柱部４１との連結部分において、冷却水の流通を促進する効果が高められる。

【0080】

［突起部の変形例］
本実施形態において、突起部３０の形状は、冷却水の流速変化をもたらす構造であれば、種々の変更が可能である。

【0081】

＜第一変形例＞
図９は、突起部の第一変形例を説明する模式図である。図９に示す突起部１３０の各々は、第一傾斜面１３１と、第二傾斜面１３２と、第一傾斜面１３１と第二傾斜面１３２とを連結する頂部１３３と、を有する。

【0082】

第一変形例では、流路方向（矢印Ｆ）において、上流側から下流側に向けて上り傾斜に形成された第一傾斜面１３１と、上流側から下流側に向けて下り傾斜に形成された第二傾斜面１３２とがともに、平面に形成されている。すなわち、断面視において、三角形になるように形成されている。

【0083】

これにより、第一変形例に係る突起部１３０によれば、第一傾斜面１３１と第一傾斜面１３１に隣接する第二傾斜面１３２との間に形成される空間において、冷却水の縦渦が発生する。このため、冷却水と突起部１３０との間の熱交換が促進される。

【0084】

＜第二変形例＞
図１０は、突起部の第二変形例を説明する模式図である。図１０に示す突起部２３０の各々は、第一傾斜面２３１と、第二傾斜面２３２と、第一傾斜面２３１と第二傾斜面２３２とを連結する頂部２３３とを有する。

【0085】

第二変形例では、流路方向（矢印Ｆ）において、突起部２３０の各々は、流路方向に並んで配置されており、第一傾斜面２３１と第一傾斜面２３１の流路方向下流側に連なる第二傾斜面２３２との間の頂部２３３の半径は、第二傾斜面２３２と第二傾斜面２３２の流路方向下流側に連なる第一傾斜面２３１との間の底部２３４の半径よりも小さい。

【0086】

これにより、第二変形例に係る突起部２３０によれば、第一傾斜面２３１と第一傾斜面２３１に隣接する第二傾斜面２３２との間に形成される空間において、冷却水の縦渦が発生する。このため、冷却水と突起部２３０との間の熱交換が促進される。

【0087】

［インバータモジュールと熱交換器との連結形態］
図１に示す本実施形態では、本体部１０の一方の面（第一部材１１）にインバータモジュール２が一体的に形成された場合を説明した。これに対して、別の連結態様として、複数の本体部を備え、インバータモジュール２の両面に本体部を配置してもよい。

【0088】

図１１は、別の実施態様に係る熱交換器１００を説明する模式図である。

【0089】

図１１に示す熱交換器１００は、第一本体部１０１と、第二本体部１０２とを有し、インバータモジュール２の両面には、第一本体部１０１及び第二本体部１０２が各々連結されている。

【0090】

第一本体部１０１及び第二本体部１０２は、図１から図６に示す熱交換器１における本体部１０を適用可能である。

【0091】

第一本体部１０１において、突起部３０が形成された第一部材１１がインバータモジュール２の一方の面（底面）と連結されている。また、第二本体部１０２において、突起部３０が形成された第一部材１１がインバータモジュール２の他方の面（インバータモジュール２のスイッチング回路５が配置された面）と連結されている。

【0092】

本形態においても、第一本体部１０１に形成された柱部４１（柱部４２，４３も同様）と、第二本体部１０２に形成された柱部４１（柱部４２，４３も同様）とが、インバータモジュール２のスイッチング回路５に実装されたスイッチング素子６に対応する位置に配置されている。

【0093】

したがって、熱交換器１００によれば、インバータモジュール２のスイッチング回路５が配置された面からもスイッチング回路５との熱交換を行うことができ、熱変換効率を高めることができる。

【0094】

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0095】

例えば、上記実施形態では、熱交換器１は、インバータモジュール２を冷却するものであるが、これらに代えて、他の被冷却デバイスを冷却するものであってもよい。

【0096】

柱部４１，４２，４３は、外形が楕円形状であるほか、流路方向の下流側ほど流路幅方向の長さが短くなるような、いわゆる翼形状であってもよい。

【0097】

上記実施形態では、突起部３０は、流路方向に沿った仮想線Ｖ１に対して線対称であって、ヘリンボーン柄を呈する場合を説明した。これに対して、隣接する突起部３０には、対称性がなく、流路方向に沿った仮想線Ｖ１に対して、一の方向のみに交差する形状であってもよい。

【0098】

上記実施形態では、突起部３０が第一部材１１に形成されている場合を説明したが、突起部３０は、第二部材１２に形成されていてもよい。第二部材１２に形成されている場合であっても流路２０の厚み方向における流体の流れに渦流を発生させることができ、流体を滞留させることなく、流通を促す効果が得られる。また、突起部３０は、第一部材１１と第二部材１２の両方に形成されていてもよい。

【符号の説明】

【0099】

１ 熱交換器
２ インバータモジュール
３ 入口流路
４ 出口流路
５ スイッチング回路
６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ） スイッチング素子
１０ 本体部
１１ 第一部材
１２ 第二部材
３０ 突起部
３１ 第一傾斜面
３２ 第二傾斜面
３３ 頂部
４１，４２，４３ 柱部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】