(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】2024-02-19
(45)【発行日】2024-02-28
(54)【発明の名称】熱交換器
(51)【国際特許分類】
H01L 23/473 20060101AFI20240220BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20240220BHJP
【ＦＩ】
H01L23/46 Z
H05K7/20 N
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020567709
(86)(22)【出願日】2020-01-16
(86)【国際出願番号】 JP2020002432
(87)【国際公開番号】W WO2020153462
(87)【国際公開日】2020-07-30
【審査請求日】2023-01-12
(31)【優先権主張番号】P 2019010871
(32)【優先日】2019-01-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000222484
【氏名又は名称】株式会社ティラド
(72)【発明者】
【氏名】小室 朗
(72)【発明者】
【氏名】大久保 厚
【審査官】庄司 一隆
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－０１８９６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１２６７８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０３３０６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０６４４２８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２３／２９
２３／３４ －２３／３６
２３／３７３－２３／４２７
２３／４４
２３／４６７－２３／４７３
Ｈ０５Ｋ ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷媒の流路を形成するコア（３）と、コア（３）の外周を被蔽するケーシング（４）と、を具備し、ケーシング（４）の外面に冷媒の出入口（５）が開口され、
各部品がフラックスおよびろう材を用いて互いに接合され、ろう付中にフラックスがケーシング（４）の内部から前記出入口（５）に向かって流出する熱交換器において、
前記ケーシング（４）の出入口（５）と連通する開口（６）が設けられた出入口プレート（７）を有し、前記開口（６）と前記出入口（５）とが重ね合わされており、
少なくとも出入口プレート（７）の開口（６）の縁（７ａ）に、外面側に突出する環状凸部（８）が形成されており、その環状凸部（８）により、ろう付の際、前記縁（７ａ）の近傍においてフラックスの拡散を抑制することを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
前記出入口プレート（７）の環状凸部（８）が、前記開口（６）の径方向の外側に向かって、同心状に離間して複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主として、電子部品等の発熱体を冷却する液冷型熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
電子部品等の発熱体を冷却する液冷型熱交換器として、下記特許文献１のものが知られている。図５に記載の熱交換器は、特許文献１と類似する形態の熱交換器である。
この熱交換器は、皿状に形成されたケーシング本体４ａと、その開口を被嵌する蓋４ｂによりケーシング４が形成されている。そのケーシング４内には、コア３が配置されている。この例では、ケーシング本体４ａの平面に、互いに離間して配置された一対の出入口５が穿設されている。ケーシング本体４ａの表面には、平坦で且つ、一対の出入口５に整合する開口６が設けられた出入口プレート７が被着されている。
このヒートシンクは、一対の開口６に、図示しない、冷媒パイプがシール材を介して、それぞれ接続される。その冷媒パイプから流入した冷媒がヒートシンクの内部に配置されたコア３を流通する。冷媒がコア３を流通することにより、発熱体から生じる熱を吸収するようになっている。
この熱交換器は、皿状に形成されたケーシング本体４ａと、その開口を被嵌する蓋４ｂによりケーシング４が形成されている。そのケーシング４内には、コア３が配置されている。この例では、ケーシング本体４ａの平面に、互いに離間して配置された一対の出入口５が穿設されている。ケーシング本体４ａの表面には、平坦で且つ、一対の出入口５に整合する開口６が設けられた出入口プレート７が被着されている。
このヒートシンクは、一対の開口６に、図示しない、冷媒パイプがシール材を介して、それぞれ接続される。その冷媒パイプから流入した冷媒がヒートシンクの内部に配置されたコア３を流通する。冷媒がコア３を流通することにより、発熱体から生じる熱を吸収するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１２－０１８９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述の熱交換器を製造する際、各部品にろう材が被覆される。それと共に、ケーシング内の各部品にはフラックスが塗布される。その状態で、高温の炉内で、各部品が一体的にろう付固定される。
しかしながら、フラックスを用いたろう付工程の際、各部品に塗布されたフラックスは、濡れ性が良好で広がり性が大きいため、表面張力により、図５の矢印に示す如く、ケーシング内の各部品から上昇し、出入口プレート７の開口６まで這い上がる。そして、そのフラックスは出入口プレート７の開口６の近傍に付着し、その近傍の表面粗さを増加させるおそれがあった。
その結果、開口６と、そこに接続される冷媒パイプ等との間で、冷媒漏れが生じ、熱交換器の性能が低下する。
また、熱交換器の製造における各種工程で、出入口プレート７の開口６と治具や作業台とが接触すると、開口６の近傍に直接、治具や作業台が当接するので、開口６の近傍にキズがつき易く、冷媒パイプ等の接続不良を起こし易い欠点があった。
そこで、本発明はこれらの問題点を解決する熱交換器を提供することを課題とする。
しかしながら、フラックスを用いたろう付工程の際、各部品に塗布されたフラックスは、濡れ性が良好で広がり性が大きいため、表面張力により、図５の矢印に示す如く、ケーシング内の各部品から上昇し、出入口プレート７の開口６まで這い上がる。そして、そのフラックスは出入口プレート７の開口６の近傍に付着し、その近傍の表面粗さを増加させるおそれがあった。
その結果、開口６と、そこに接続される冷媒パイプ等との間で、冷媒漏れが生じ、熱交換器の性能が低下する。
また、熱交換器の製造における各種工程で、出入口プレート７の開口６と治具や作業台とが接触すると、開口６の近傍に直接、治具や作業台が当接するので、開口６の近傍にキズがつき易く、冷媒パイプ等の接続不良を起こし易い欠点があった。
そこで、本発明はこれらの問題点を解決する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に記載の発明は、冷媒の流路を形成するコア３と、コア３の外周を被蔽するケーシング４と、を具備し、
ケーシング４の外面に冷媒の出入口５が開口され、
各部品がフラックスおよびろう材を用いて互いに接合され、ろう付中にフラックスがケーシング４の内部から前記出入口５に向かって流出する熱交換器において、
前記ケーシング４の出入口５と連通する開口６が設けられた出入口プレート７を有し、前記開口６と前記出入口５とが重ね合わされており、
少なくとも出入口プレート７の開口６の縁７ａに、外面側に突出する環状凸部８が形成されており、その環状凸部８により、ろう付の際、前記縁７ａの近傍においてフラックスの拡散を抑制することを特徴とする熱交換器である。
請求項２に記載の発明は、前記出入口プレート７の環状凸部８が、前記開口６の径方向の外側に向かって、同心状に離間して複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器である。
ケーシング４の外面に冷媒の出入口５が開口され、
各部品がフラックスおよびろう材を用いて互いに接合され、ろう付中にフラックスがケーシング４の内部から前記出入口５に向かって流出する熱交換器において、
前記ケーシング４の出入口５と連通する開口６が設けられた出入口プレート７を有し、前記開口６と前記出入口５とが重ね合わされており、
少なくとも出入口プレート７の開口６の縁７ａに、外面側に突出する環状凸部８が形成されており、その環状凸部８により、ろう付の際、前記縁７ａの近傍においてフラックスの拡散を抑制することを特徴とする熱交換器である。
請求項２に記載の発明は、前記出入口プレート７の環状凸部８が、前記開口６の径方向の外側に向かって、同心状に離間して複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器である。
【発明の効果】
【0006】
請求項１に記載の熱交換器は、出入口プレート７の外面側の開口６の縁７ａに、環状凸部８が形成されたものである。この構成により、外側に這い上がるフラックスが環状凸部８により、抑制され、その環状凸部８より半径方向外側には拡散しない。そのため、出入口プレート７の表面がフラックスで汚損されることがなく、配管とのシール面を確保できる。
また、環状凸部８が存在することにより、製造工程時に治具や、作業台などが直接、開口６の縁７ａの周辺に接触することがないので、開口６の縁７ａの周辺にキズが生じ難くなる。これにより、冷媒パイプなどとの接続不良が起き難い熱交換器を提供できる。
請求項２に記載の熱交換器は、上記構成において、出入口プレート７の環状凸部８が、開口６の径方向の外側に向かって、同心状に離間して複数設けられているものである。この構造により、開口６の縁７ａの周辺をより効果的に保護する。
また、環状凸部８が存在することにより、製造工程時に治具や、作業台などが直接、開口６の縁７ａの周辺に接触することがないので、開口６の縁７ａの周辺にキズが生じ難くなる。これにより、冷媒パイプなどとの接続不良が起き難い熱交換器を提供できる。
請求項２に記載の熱交換器は、上記構成において、出入口プレート７の環状凸部８が、開口６の径方向の外側に向かって、同心状に離間して複数設けられているものである。この構造により、開口６の縁７ａの周辺をより効果的に保護する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図１は本発明の第１実施形態を示す要部斜視図（Ａ）、図１（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図（Ｂ）、全体斜視図（Ｃ）。
図２は同実施形態の分解斜視図。
図３は本発明の第２実施形態を示す要部斜視図（Ａ）、図３（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図（Ｂ）。
図４は本発明の第３実施形態を示す要部斜視図（Ａ）、図４（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図（Ｂ）。
図５は従来型熱交換器の要部斜視図（Ａ）、図５（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図（Ｂ）、従来型熱交換器の全体斜視図（Ｃ）。
図２は同実施形態の分解斜視図。
図３は本発明の第２実施形態を示す要部斜視図（Ａ）、図３（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図（Ｂ）。
図４は本発明の第３実施形態を示す要部斜視図（Ａ）、図４（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図（Ｂ）。
図５は従来型熱交換器の要部斜視図（Ａ）、図５（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図（Ｂ）、従来型熱交換器の全体斜視図（Ｃ）。
【発明を実施するための形態】
【0008】
次に、図面に基づいて本発明の実施形態につき説明する。
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態を示す説明図である。
本発明は、図２に示す如く、皿状に形成されたケーシング本体４ａと、その開口を被嵌する蓋４ｂによりケーシング４が形成されている。この例では、ケーシング本体４ａの平面に互いに離間して一対の出入口５が穿設されている。出入口５は蓋４ｂに設けられていても良い。
ケーシング４の内部には、冷媒が内部に流通するコア３が配置されている。
コア３の形状は多種多様なものが採用できる。そのため、図１（Ｂ）ではその記載を簡略化し、図２では記載を省略する。第２の実施形態の図３（Ｂ）及び第３の実施形態の図４（Ｂ）も同様、コア３を簡略化して記載する。
このコア３は、例えば、平面状の第１のプレートおよび第２のプレートに多数の矩形孔を穿設し、隣接する第１プレートと第２のプレートでは、その矩形孔の配置が一枚置きに異なるようにしておく。それらのプレートが交互に積層されてコア３を形成することができる。
このようなコア３の場合、コア３内を積層方向に対して上下方向に蛇行する冷媒流路が形成される。
また、ケーシング４の蓋４ｂの外面には、図示しない複数の半導体が、互いに離間して配置される。そして、一方の開口６から冷媒が内部に導かれ、それがコア３の各プレート内を流通して他方の開口６から流出し、半導体からの放熱を吸収する。
本発明の特徴は、ケーシング本体４ａの平面に取付けられる出入口プレート７の構造にある。
出入口プレート７は、ケーシング本体４ａの出入口５より小さい開口６を有する。その出入口プレート７の開口６を出入口５の外面に重ね合わされる。その状態を示す断面図が、図１（Ｂ）である。この例では、図１（Ｂ）に示す如く、開口６の近傍の断面は、出入口プレート７の外側からケーシング４の内側に向かうにつれて拡開する逆階段状に形成されている。つまり、出入口５と開口６とが重なることにより段付き部１１が形成される。この時、出入口プレート７の開口６は、ケーシング４の出入口５と相似形であることが好ましい。
次に、出入口プレート７の少なくともその外面側の開口６の縁７ａには、ケーシング４の外部方向へ向けて突出する環状凸部８が形成されている。この環状凸部８は、部分的に途切れていても発明の効果を発揮する。また、図１及び図２に示す如く、環状凸部８を複数の同心状に設けることができる。
この環状凸部８は、出入口５から這い上がってきたフラックスが出口プレート７のシール面１０に拡がることを効果的に抑制する効果がある。
この例では、環状凸部８の裏面側に、環状凸部８の形状に対応した環状凹部９が形成される。この出入口プレート７の開口６の縁７ａの近傍に形成された環状凹部９は、その凹部の長さ分だけ、環状凸部８の頂部までの距離が延ばすことができる。
出入口プレート７の環状凸部８は、出入口プレート７をプレス成型時にリブ状に形成する。この環状凸部８が複数ある場合、各環状凸部８の高さは、同じ高さとすると良い。このリブ形状の環状凸部８の構成は、その構造上、環状凸部８が形成された周辺の剛性を高めることができる。
この熱交換器は、少なくともコア３に用いられる部材の表面には、ろう材が被覆されており、コア組み工程の際、そのコア３に用いる部材に、フラックスを塗布しておく。その状態で、高温の炉内で各部品の接触部が一体にろう付される。そのろう付の際の姿勢は、出入口プレート７の開口６が重力方向の上方に位置する。
そのろう付の時、出入口５から環状凸部８の頂部までの高低差があることにより、フラックスの這い上がりの障壁となり、開口６から這い上がってきたフラックスが出口プレート７のシール面１０に拡がることを効果的に抑制する。
なお、出入口プレート体７に環状凸部８を設けた場合、その環状凸部８の頂部により、シール面１０に治具や作業台等が直接当接することを防止し、シール面１０にキズが生じ難い構成となっている。
また、逆階段状の段付き部１１は、出入口５と開口６との径の差を比較的大きくすることにより、コア３を構成する部品から流出するフラックスの出入口プレート７の表面への這い上がりの障壁となる。そして、その逆階段状の段付き部１１の存在により、出入口プレート７のシール面までの距離を、段付き部１１及び環状凸部８がない図５のような状態よりも長くすることができる。この場合、表面張力で上昇するフラックスが段付き部１１及び環状凸部８でトラップすることができる。
次に、図３は本発明の第２の実施形態であり、この実施形態が第１実施形態と異なる部分は、環状凸部８の形状である。
この例の環状凸部８は、図３（Ｂ）に示す如く、半抜きにより環状凸部８が形成されている。この環状凸部８の形状でも、第１実施形態と同じように、出入口５から這い上がってきたフラックスが出入口プレート７のシール面１０に拡がることを効果的に抑制する。また、シール面１０にキズが生じ難い構成となっている。さらにこの構造上、環状凸部８が形成された周辺の剛性を高めることができる。
この例でも、環状凸部８の裏面側に、環状凸部８の形状に対応した環状凹部９が形成される。この出入口プレート７の開口６の縁７ａの近傍に形成された環状凹部９は、その凹部の長さ分だけ、環状凸部８の頂部までの距離が延ばすことができる。
次に、図４は本発明の第３の実施形態であり、環状凸部のさらに他の形態である。
この例の環状凸部８は、図４（Ｂ）に示す如く、プレス成型時に出入口プレート７のシール面１０を面圧縮するにより環状凸部８が形成されている。この環状凸部８の形状でも、第１実施形態と同じように、出入口５から這い上がってきたフラックスが出口プレート７のシール面１０に拡がることを効果的に抑制する。また、シール面１０にキズが生じ難い構成となっている。
この例では、第１及び第２の実施形態と異なり、環状凹部９は形成されていない。
上記熱交換器について、３つの環状凸部８の形状について説明した。
この環状凸部８を、次の熱交換器に適用することもできる。
上下一対の天板プレートと、底板プレートの間に、平板状の中間プレートが複数積層される熱交換器に適用することもできる。この場合、天板プレートにこの環状凸部８を設けることができる。
各中間プレートは、その外周に枠部が形成され、その枠部の内側のマニホールドを介して、冷媒が流通する。平面状のプレートには、第１実施例と同様に多数の矩形孔を穿設しておくことができ、隣接するプレートの矩形孔の配置が少なくとも一枚置きに異なっている。
なお、コア３の形状は、第１実施形態または第２実施形態のものに限定されない。また、出入口５、開口６の形状は、本願の図に記載したような楕円形に限定されないものであり、例えば、円形であっても良い。
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態を示す説明図である。
本発明は、図２に示す如く、皿状に形成されたケーシング本体４ａと、その開口を被嵌する蓋４ｂによりケーシング４が形成されている。この例では、ケーシング本体４ａの平面に互いに離間して一対の出入口５が穿設されている。出入口５は蓋４ｂに設けられていても良い。
ケーシング４の内部には、冷媒が内部に流通するコア３が配置されている。
コア３の形状は多種多様なものが採用できる。そのため、図１（Ｂ）ではその記載を簡略化し、図２では記載を省略する。第２の実施形態の図３（Ｂ）及び第３の実施形態の図４（Ｂ）も同様、コア３を簡略化して記載する。
このコア３は、例えば、平面状の第１のプレートおよび第２のプレートに多数の矩形孔を穿設し、隣接する第１プレートと第２のプレートでは、その矩形孔の配置が一枚置きに異なるようにしておく。それらのプレートが交互に積層されてコア３を形成することができる。
このようなコア３の場合、コア３内を積層方向に対して上下方向に蛇行する冷媒流路が形成される。
また、ケーシング４の蓋４ｂの外面には、図示しない複数の半導体が、互いに離間して配置される。そして、一方の開口６から冷媒が内部に導かれ、それがコア３の各プレート内を流通して他方の開口６から流出し、半導体からの放熱を吸収する。
本発明の特徴は、ケーシング本体４ａの平面に取付けられる出入口プレート７の構造にある。
出入口プレート７は、ケーシング本体４ａの出入口５より小さい開口６を有する。その出入口プレート７の開口６を出入口５の外面に重ね合わされる。その状態を示す断面図が、図１（Ｂ）である。この例では、図１（Ｂ）に示す如く、開口６の近傍の断面は、出入口プレート７の外側からケーシング４の内側に向かうにつれて拡開する逆階段状に形成されている。つまり、出入口５と開口６とが重なることにより段付き部１１が形成される。この時、出入口プレート７の開口６は、ケーシング４の出入口５と相似形であることが好ましい。
次に、出入口プレート７の少なくともその外面側の開口６の縁７ａには、ケーシング４の外部方向へ向けて突出する環状凸部８が形成されている。この環状凸部８は、部分的に途切れていても発明の効果を発揮する。また、図１及び図２に示す如く、環状凸部８を複数の同心状に設けることができる。
この環状凸部８は、出入口５から這い上がってきたフラックスが出口プレート７のシール面１０に拡がることを効果的に抑制する効果がある。
この例では、環状凸部８の裏面側に、環状凸部８の形状に対応した環状凹部９が形成される。この出入口プレート７の開口６の縁７ａの近傍に形成された環状凹部９は、その凹部の長さ分だけ、環状凸部８の頂部までの距離が延ばすことができる。
出入口プレート７の環状凸部８は、出入口プレート７をプレス成型時にリブ状に形成する。この環状凸部８が複数ある場合、各環状凸部８の高さは、同じ高さとすると良い。このリブ形状の環状凸部８の構成は、その構造上、環状凸部８が形成された周辺の剛性を高めることができる。
この熱交換器は、少なくともコア３に用いられる部材の表面には、ろう材が被覆されており、コア組み工程の際、そのコア３に用いる部材に、フラックスを塗布しておく。その状態で、高温の炉内で各部品の接触部が一体にろう付される。そのろう付の際の姿勢は、出入口プレート７の開口６が重力方向の上方に位置する。
そのろう付の時、出入口５から環状凸部８の頂部までの高低差があることにより、フラックスの這い上がりの障壁となり、開口６から這い上がってきたフラックスが出口プレート７のシール面１０に拡がることを効果的に抑制する。
なお、出入口プレート体７に環状凸部８を設けた場合、その環状凸部８の頂部により、シール面１０に治具や作業台等が直接当接することを防止し、シール面１０にキズが生じ難い構成となっている。
また、逆階段状の段付き部１１は、出入口５と開口６との径の差を比較的大きくすることにより、コア３を構成する部品から流出するフラックスの出入口プレート７の表面への這い上がりの障壁となる。そして、その逆階段状の段付き部１１の存在により、出入口プレート７のシール面までの距離を、段付き部１１及び環状凸部８がない図５のような状態よりも長くすることができる。この場合、表面張力で上昇するフラックスが段付き部１１及び環状凸部８でトラップすることができる。
次に、図３は本発明の第２の実施形態であり、この実施形態が第１実施形態と異なる部分は、環状凸部８の形状である。
この例の環状凸部８は、図３（Ｂ）に示す如く、半抜きにより環状凸部８が形成されている。この環状凸部８の形状でも、第１実施形態と同じように、出入口５から這い上がってきたフラックスが出入口プレート７のシール面１０に拡がることを効果的に抑制する。また、シール面１０にキズが生じ難い構成となっている。さらにこの構造上、環状凸部８が形成された周辺の剛性を高めることができる。
この例でも、環状凸部８の裏面側に、環状凸部８の形状に対応した環状凹部９が形成される。この出入口プレート７の開口６の縁７ａの近傍に形成された環状凹部９は、その凹部の長さ分だけ、環状凸部８の頂部までの距離が延ばすことができる。
次に、図４は本発明の第３の実施形態であり、環状凸部のさらに他の形態である。
この例の環状凸部８は、図４（Ｂ）に示す如く、プレス成型時に出入口プレート７のシール面１０を面圧縮するにより環状凸部８が形成されている。この環状凸部８の形状でも、第１実施形態と同じように、出入口５から這い上がってきたフラックスが出口プレート７のシール面１０に拡がることを効果的に抑制する。また、シール面１０にキズが生じ難い構成となっている。
この例では、第１及び第２の実施形態と異なり、環状凹部９は形成されていない。
上記熱交換器について、３つの環状凸部８の形状について説明した。
この環状凸部８を、次の熱交換器に適用することもできる。
上下一対の天板プレートと、底板プレートの間に、平板状の中間プレートが複数積層される熱交換器に適用することもできる。この場合、天板プレートにこの環状凸部８を設けることができる。
各中間プレートは、その外周に枠部が形成され、その枠部の内側のマニホールドを介して、冷媒が流通する。平面状のプレートには、第１実施例と同様に多数の矩形孔を穿設しておくことができ、隣接するプレートの矩形孔の配置が少なくとも一枚置きに異なっている。
なお、コア３の形状は、第１実施形態または第２実施形態のものに限定されない。また、出入口５、開口６の形状は、本願の図に記載したような楕円形に限定されないものであり、例えば、円形であっても良い。
【符号の説明】
【0009】
３ コア
４ ケーシング
４ａ ケーシング本体
４ｂ 蓋
５ 出入口
６ 開口
７ 出入口プレート
８ 環状凸部
９ 環状凹部
１０ シール面
１１ 段付き部
１２ シール材
４ ケーシング
４ａ ケーシング本体
４ｂ 蓋
５ 出入口
６ 開口
７ 出入口プレート
８ 環状凸部
９ 環状凹部
１０ シール面
１１ 段付き部
１２ シール材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】