(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-18
(45)【発行日】2023-01-26
(54)【発明の名称】積層型熱交換器
(51)【国際特許分類】
H01L 23/473 20060101AFI20230119BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20230119BHJP
【ＦＩ】
H01L23/46 Z
H05K7/20 N
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2018234390
(22)【出願日】2018-12-14
(65)【公開番号】P2020096123
(43)【公開日】2020-06-18
【審査請求日】2021-12-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000222484
【氏名又は名称】株式会社ティラド
(74)【代理人】
【識別番号】100082843
【弁理士】
【氏名又は名称】窪田 卓美
(72)【発明者】
【氏名】文後 卓也
(72)【発明者】
【氏名】大久保 厚
(72)【発明者】
【氏名】坂井 耐事
【審査官】高橋 優斗
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－２３５９６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１３１２４０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００５－２６８３０５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ２３／２９
Ｈ０１Ｌ２３／３４－２３／３６
Ｈ０１Ｌ２３／３７３－２３／４２７
Ｈ０１Ｌ２３／４４
Ｈ０１Ｌ２３／４６７－２３／４７３
Ｈ０５Ｋ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
それぞれ多数の開口部（１ａ）と非開口部（１ｂ）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（１ａ）が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、を具備し、
それら各部品間が一体にろう付け固定されて、
冷媒（１５）が各パンチングプレート（２）（３）の各開口部（１ａ）内を厚み方向に蛇行しつつ全体として平面方向に流通する多数の冷媒（１５）の流通路（７）を有する積層型熱交換器において、
パンチングプレート（２）（３）の前記冷媒（１５）の流通路（７）の途中には分岐口（８）が形成され、その分岐口（８）から、２以上の第１流路（７ａ）、第２流路（７ｂ）が下流側に形成され、第１流路（７ａ）と第２流路（７ｂ）とが互いに隣接して形成され、両流路の下流側に両流路を連結する合流口（９）が設けられた積層型熱交換器。
【請求項2】
請求項１に記載の積層型熱交換器において、
パンチングプレート（２）（３）の外周には、プレート固定用の爪（１０）、または切欠き（１１）、または締結孔またはその他の各プレートどうしの位置決め部材（１３）が設けられ、その近傍には異形の部位（１４）が外周に突出し、その部位（１４）に第２流路（７ｂ）が配置された積層型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献１には、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。その発熱体は、ケーシングの外表面に配置され、ケーシング内を流通する冷媒との間に熱交換が行われる。
このような熱交換器の内部の熱交換器コアは、各プレート同士を位置決めする位置決め部材が外周に配置されているため、その外周は平端ではなく異形に形成されることが多い。すると、その異形部分の外周近傍には、冷媒が流通できない部分が生じる。そのため、異形部分の近傍に配置された発熱体からの発熱を効果的に冷却できない場合がある。
このような熱交換器の内部の熱交換器コアは、各プレート同士を位置決めする位置決め部材が外周に配置されているため、その外周は平端ではなく異形に形成されることが多い。すると、その異形部分の外周近傍には、冷媒が流通できない部分が生じる。そのため、異形部分の近傍に配置された発熱体からの発熱を効果的に冷却できない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１７／１３１２４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
そこで本発明は、従来型コアでは冷媒を流通させることができなかった部位の改良により、流路形成範囲を拡大し発熱体等と効果的に熱交換できる積層型熱交換器を提供することを課題とする。
【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、それぞれ多数の開口部１ａと非開口部１ｂ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１ａが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、を具備し、
それら各部品間が一体にろう付け固定されて、
冷媒１５が各パンチングプレート２，３の各開口部１ａ内を厚み方向に蛇行しつつ全体として平面方向に流通する多数の冷媒１５の流通路７を有する積層型熱交換器において、
パンチングプレート２，３の前記冷媒１５の流通路７の途中には分岐口８が形成され、その分岐口８から、２以上の第１流路７ａ、第２流路７ｂが下流側に形成され、第１流路７ａと第２流路７ｂとが互いに隣接して形成され、両流路の下流側に両流路を連結する合流口９が設けられた積層型熱交換器である。
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、を具備し、
それら各部品間が一体にろう付け固定されて、
冷媒１５が各パンチングプレート２，３の各開口部１ａ内を厚み方向に蛇行しつつ全体として平面方向に流通する多数の冷媒１５の流通路７を有する積層型熱交換器において、
パンチングプレート２，３の前記冷媒１５の流通路７の途中には分岐口８が形成され、その分岐口８から、２以上の第１流路７ａ、第２流路７ｂが下流側に形成され、第１流路７ａと第２流路７ｂとが互いに隣接して形成され、両流路の下流側に両流路を連結する合流口９が設けられた積層型熱交換器である。
【0007】
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、
パンチングプレート２，３の外周には、プレート固定用の爪１０、または切欠き１１、または締結孔またはその他の各プレートどうしの位置決め部材１３が設けられ、その近傍には異形の部位１４が外周に突出し、その部位１４に第２流路７ｂが配置された積層型熱交換器である。
パンチングプレート２，３の外周には、プレート固定用の爪１０、または切欠き１１、または締結孔またはその他の各プレートどうしの位置決め部材１３が設けられ、その近傍には異形の部位１４が外周に突出し、その部位１４に第２流路７ｂが配置された積層型熱交換器である。
【発明の効果】
【0008】
請求項１に記載の発明は、パンチングプレート２，３の冷媒１５の流通路７の途中に設けた分岐口８から２以上の第１流路７ａ、第２流路７ｂが下流側に分岐されたものである。そのため、流通路７の途中から新たな流路を設け、冷媒を任意の方向に流通させ、流路形成範囲を拡大して、可及的に熱交換器の性能を向上することができる。
【0009】
また、第１流路７ａと第２流路７ｂとを連結する合流口９が設けられたものである。この合流口９により、流路形成の自由度がさらに向上し流路形成範囲をいっそう拡大することができる。
請求項２に記載の発明は、パンチングプレート２，３の外周には、プレート固定用の爪１０、または切欠き１１、または締結孔またはその他の各プレートどうしの位置決め部材１３が設けられ、その近傍には異形の部位１４が外周に突出し、その部位１４に第２流路７ｂが配置されたものである。
この構成により、冷媒を流通させることができなかった部位１４に対して、流通路７の一部の冷媒流れを迂回できるように、上記構成を適用することで、その部位１４の占める面積を少なくして、流路形成範囲を大きく確保できる。
請求項２に記載の発明は、パンチングプレート２，３の外周には、プレート固定用の爪１０、または切欠き１１、または締結孔またはその他の各プレートどうしの位置決め部材１３が設けられ、その近傍には異形の部位１４が外周に突出し、その部位１４に第２流路７ｂが配置されたものである。
この構成により、冷媒を流通させることができなかった部位１４に対して、流通路７の一部の冷媒流れを迂回できるように、上記構成を適用することで、その部位１４の占める面積を少なくして、流路形成範囲を大きく確保できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】（Ａ）は本発明の積層型熱交換器のコア４の要部平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図。
【図2】同熱交換器の分解斜視図。
【図3】同熱交換器の第２実施形態の要部平面図。
【図4】同熱交換器の第３実施形態の要部平面図。
【図5】同熱交換器の第４実施形態の要部平面図。
【図6】本発明の第５実施形態の分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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及び図２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。図１（Ａ）はそのコア４の要部平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。また、図２は同熱交換器の分解斜視図である。
この熱交換器は、図１（Ｂ）において第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、夫々多数の同一形状の長方形の小孔からなる開口部１ａと非開口１ｂが２次元に並列する。上下に隣接する第１のパンチングプレート２の開口部１ａと第２のパンチングプレート３の開口部１ａとは、冷媒１５の流通方向に半ピッチ位置ずれしている。そして、第１のパンチングプレート２の開口部１ａ内に、第２のパンチングプレート３の非開口１ｂが位置する。
図１及び図２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。図１（Ａ）はそのコア４の要部平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。また、図２は同熱交換器の分解斜視図である。
この熱交換器は、図１（Ｂ）において第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、夫々多数の同一形状の長方形の小孔からなる開口部１ａと非開口１ｂが２次元に並列する。上下に隣接する第１のパンチングプレート２の開口部１ａと第２のパンチングプレート３の開口部１ａとは、冷媒１５の流通方向に半ピッチ位置ずれしている。そして、第１のパンチングプレート２の開口部１ａ内に、第２のパンチングプレート３の非開口１ｂが位置する。
【0012】
このような第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との積層体からなるコア４は、図２に示す如く、その外周にケーシング６が被嵌される。ケーシング６は皿状のケーシング本体６ａと、その上端フランジ部を閉塞する蓋６ｂとを有する。そして、ケーシング本体６ａに冷媒用の一対のパイプが取付られていて、各プレートの流通路７を幅方向に冷媒１５が流通する。
即ち、冷媒１５は、一方のパイプ１６からケーシング６内に供給され、コア４の各パンチングプレートを幅方向に流通する。このとき、冷媒１５は上下方向に各プレートを蛇行しながら、全体として直線的に流通する。そしてケーシング６の蓋６ｂに接合された発熱体１７から生じる熱を流通路７を流通する冷媒１５によって冷却する。
この例では、コア４の積層方向の上端及び下端に位置するプレートに爪１０が突設され、それが各プレートの切欠き１１に嵌着して、各プレートどうしが位置決めされる。
即ち、冷媒１５は、一方のパイプ１６からケーシング６内に供給され、コア４の各パンチングプレートを幅方向に流通する。このとき、冷媒１５は上下方向に各プレートを蛇行しながら、全体として直線的に流通する。そしてケーシング６の蓋６ｂに接合された発熱体１７から生じる熱を流通路７を流通する冷媒１５によって冷却する。
この例では、コア４の積層方向の上端及び下端に位置するプレートに爪１０が突設され、それが各プレートの切欠き１１に嵌着して、各プレートどうしが位置決めされる。
【0013】
（本発明の特徴）
本発明の特徴は、コア４に形成された従来型コアでは冷媒を流通させることができなかった部位１４に、流通路７からの迂回路となる第２流路７ｂと分岐口８及び合流口９が配置されている点にある。
即ち、コア４の長手方向の両端位置には、爪１０及び切欠き１１を取り付けるための位置決め部材１３が設けられ、その近傍には異形の部位１４がコア４の外周に突出する。
その部位１４に第２流路７ｂが配置される。第２流路７ｂの両端に分岐口８と合流口９とが配置されている。その部位１４の第２流路７ｂは、流通路７に隣接している。流通路７の第２流路７ｂに隣接する位置の流路が、第１流路７ａとなる。冷媒は、第１流路７ａから分岐口８を介して、第２流路７ｂへ流入する。
本発明の特徴は、コア４に形成された従来型コアでは冷媒を流通させることができなかった部位１４に、流通路７からの迂回路となる第２流路７ｂと分岐口８及び合流口９が配置されている点にある。
即ち、コア４の長手方向の両端位置には、爪１０及び切欠き１１を取り付けるための位置決め部材１３が設けられ、その近傍には異形の部位１４がコア４の外周に突出する。
その部位１４に第２流路７ｂが配置される。第２流路７ｂの両端に分岐口８と合流口９とが配置されている。その部位１４の第２流路７ｂは、流通路７に隣接している。流通路７の第２流路７ｂに隣接する位置の流路が、第１流路７ａとなる。冷媒は、第１流路７ａから分岐口８を介して、第２流路７ｂへ流入する。
【0014】
第２流路７ｂの上流部に分岐口８を有し、分岐口８を介して冷媒は第１流路７ａと第２流路７ｂとに分岐する。そして、第１流路７ａに隣接する第２流路７ｂの下流端に配置された合流口９を介して二つの流路の冷媒が合流する。
このように、コア４の長手方向の両端の外周に隣接して第２流路７ｂを設け、且つ、その両端に分岐口８と合流口９とを設けることにより、従来型コアでは冷媒を流通させることができなかった部位１４の近傍に冷媒流路を確保することができ、その分だけ流路形成範囲を拡大することができ、熱交換を促進できる。
このように、コア４の長手方向の両端の外周に隣接して第２流路７ｂを設け、且つ、その両端に分岐口８と合流口９とを設けることにより、従来型コアでは冷媒を流通させることができなかった部位１４の近傍に冷媒流路を確保することができ、その分だけ流路形成範囲を拡大することができ、熱交換を促進できる。
【0015】
なお、図１（Ａ）の例では、分岐口８及び合流口９が正方形に開口しているが、これに代えて、図３の第２実施形態に示す如く、分岐口８をＬ字状に形成してもよい。
即ち、図３では、分岐口８が平面Ｌ字状に形成され、第１流路７ａを流通する冷媒１５が分岐口８において、第１流路７ａと第２流路７ｂにＬ字状に分流する。分岐口８に流入した冷媒は、同図では図示しない、下面側のプレートの第１流路と第２流路に導かれ、図１（Ｂ）の如く、上下に蛇行しながら、平面内では直線状に流通する。そして、その下流側においては図示しない合流口９が同様に配置されている。
即ち、図３では、分岐口８が平面Ｌ字状に形成され、第１流路７ａを流通する冷媒１５が分岐口８において、第１流路７ａと第２流路７ｂにＬ字状に分流する。分岐口８に流入した冷媒は、同図では図示しない、下面側のプレートの第１流路と第２流路に導かれ、図１（Ｂ）の如く、上下に蛇行しながら、平面内では直線状に流通する。そして、その下流側においては図示しない合流口９が同様に配置されている。
【0016】
次に、図４の第３実施形態においては、従来型コアでは冷媒を流通させることができなかった部位１４に第２流路７ｂと第３流路７ｃとが第１流路７ａに並列し、その上流側に二つの分岐口８が配置されている。そして、第１流路７ａから一方の分岐口８に分流すると共に、上下に隣接する下側のパンチングプレートを介して、さらに下流側の分岐口８に分流し、冷媒１５が第２流路７ｂと第３流路７ｃとに供給される。
この例では、分岐口８のみを記載したが、その下流端においては図示しない合流口９が配置されている。その流通の様子は図１（Ａ）の合流口９と同様である。またその流通は、図１（Ｂ）と同様である。
この例では、分岐口８のみを記載したが、その下流端においては図示しない合流口９が配置されている。その流通の様子は図１（Ａ）の合流口９と同様である。またその流通は、図１（Ｂ）と同様である。
【0017】
次に、図５は本発明の第４実施形態であり、この例では分岐口８が長方形に形成され、その長辺がコアの長手方向に配置されている。そして、第１流路７ａに並列して第２流路７ｂ，第３流路７ｃが存在し、分岐口８において第１流路７ａの冷媒１５が第２流路７ｂ，第３流路７ｃにも分配される。そして、その下流側においては図示しない合流口９が図１（Ａ）と同様に配置されている。
【0018】
次に、図６は本発明の第５実施形態であり、これが図２の第１実施形態と異なる点は、ケーシング６及びコア４の形状である。
この例のコア４は、各パンチングプレートにマニホールド部５が形成されている。そして、その積層体を構成するコア４の上下両端に、天板プレート６ｃと底板プレート６ｄとが配置されている。各プレート及び天板プレート６ｃと底板プレート６ｄは、互いにろう付固定され、それらによりケーシング６が構成されている。そして、この例では天板プレート６ｃに発熱体１７が接合され、それから生じる熱を各流通路７を流通する冷媒１５によって冷却するものである。また、この例では、コア４の長手方向の一端のみに従来型コアでは冷媒を流通させることができなかった部位１４が形成され、そこに隣接して第２流路７ｂと分岐口８及び合流口９とが配置されている。他の構造は、図２のものと同一である。
分岐口８及び合流口９の形状は、第２実施形態～第４実施形態のものを用いても良い。
この例のコア４は、各パンチングプレートにマニホールド部５が形成されている。そして、その積層体を構成するコア４の上下両端に、天板プレート６ｃと底板プレート６ｄとが配置されている。各プレート及び天板プレート６ｃと底板プレート６ｄは、互いにろう付固定され、それらによりケーシング６が構成されている。そして、この例では天板プレート６ｃに発熱体１７が接合され、それから生じる熱を各流通路７を流通する冷媒１５によって冷却するものである。また、この例では、コア４の長手方向の一端のみに従来型コアでは冷媒を流通させることができなかった部位１４が形成され、そこに隣接して第２流路７ｂと分岐口８及び合流口９とが配置されている。他の構造は、図２のものと同一である。
分岐口８及び合流口９の形状は、第２実施形態～第４実施形態のものを用いても良い。
【符号の説明】
【0019】
１ａ 開口部
１ｂ 非開口
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
６ａ ケーシング本体
６ｂ 蓋
６ｃ 天板プレート
６ｄ 底板プレート
１ｂ 非開口
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
６ａ ケーシング本体
６ｂ 蓋
６ｃ 天板プレート
６ｄ 底板プレート
【0020】
７ 流通路
７ａ 第１流路
７ｂ 第２流路
７ｃ 第３流路
８ 分岐口
９ 合流口
１０ 爪
１１ 切欠き
１３ 位置決め部材
１４ 部位
１５ 冷媒
１６ パイプ
１７ 発熱体（素子）
７ａ 第１流路
７ｂ 第２流路
７ｃ 第３流路
８ 分岐口
９ 合流口
１０ 爪
１１ 切欠き
１３ 位置決め部材
１４ 部位
１５ 冷媒
１６ パイプ
１７ 発熱体（素子）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】