JP2011258699A - Cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却媒体流路を備える冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device including a cooling medium flow path.
従来から、電気自動車の充電器や内燃機関の排気循環装置などに冷却装置が設けられている(例えば、下記特許文献1参照)。 Conventionally, a cooling device is provided in a charger of an electric vehicle, an exhaust circulation device of an internal combustion engine, or the like (see, for example, Patent Document 1 below).
この特許文献1に記載された排気冷却器は、外形が円筒状に形成されており、水平方向に延設された複数の伝熱管をクーラケース内に収容すると共に、前記伝熱管を網目状の仕切板を介して保持し、該クーラケースの上端部にエア抜き口を設けている。 The exhaust cooler described in Patent Document 1 has a cylindrical outer shape, and accommodates a plurality of heat transfer tubes extending in a horizontal direction in a cooler case, and the heat transfer tubes are mesh-shaped. An air vent is provided at the upper end of the cooler case.
そして、前記伝熱管内の流路には高温の排気が流通し、クーラケース内には冷却水が流通する。これによって、排気の熱が伝熱管を介して冷却水に移動して、排気を冷却すると共に、前記エア抜き口を通してエア抜きを行う。 And high temperature exhaust gas distribute | circulates the flow path in the said heat exchanger tube, and a cooling water distribute | circulates in a cooler case. As a result, the heat of the exhaust moves to the cooling water through the heat transfer tube, cools the exhaust, and vents air through the air vent.
しかしながら、水平方向の大きさを小さくするために冷却装置を扁平状にして縦置きに配置すると、冷却水中に混入したエアが流路最上部に局所的に溜まることになり、該溜まったエアによって流路内の水面が押し下げられて下がり、水面が下がる分冷却性能が低下することになる。 However, if the cooling device is flattened and placed vertically in order to reduce the size in the horizontal direction, air mixed in the cooling water will locally accumulate at the top of the flow path, and the accumulated air The water surface in the flow path is pushed down and lowered, and the cooling performance is lowered as the water surface is lowered.
そこで、本発明は、冷却媒体流路の上部に局所的に溜まるエアによる冷却媒体流路内の媒体面の低下代を極力小さくして冷却性能を高めることを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to improve the cooling performance by minimizing the margin of reduction of the medium surface in the cooling medium flow path due to air locally accumulated in the upper part of the cooling medium flow path.
本発明は、冷却媒体流路の上部に設けたエア抜き部は、冷却媒体流路の上部に連通するエア入口部に対し、該エア入口部より上方の通路断面積を大きくしたことを特徴とする。 The present invention is characterized in that the air vent provided in the upper part of the cooling medium flow path has a larger passage cross-sectional area above the air inlet part than the air inlet part communicating with the upper part of the cooling medium flow path. To do.
本発明によれば、冷却媒体流路の上部に設けたエア抜き部に局所的に溜まるエアは、エア入口部より通路断面積を大きくしたエア入口部の上方に入り込むことで、エアがより上方に移動し、溜まったエアの下面がより上方に位置することになり、その結果エアによって押し下げられる冷媒面の低下代を極力小さくして冷却性能を高めることができる。 According to the present invention, the air locally accumulated in the air vent provided in the upper part of the cooling medium flow path enters above the air inlet having a passage cross-sectional area larger than that of the air inlet so that the air is further upward. Thus, the lower surface of the accumulated air is positioned higher, and as a result, the cooling margin of the refrigerant surface pushed down by the air can be reduced as much as possible to improve the cooling performance.
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態に係る冷却装置1を示す分解斜視図、図2は図1の冷却装置1の冷却装置本体5を示す拡大斜視図、および、図3は図2の冷却装置本体5の正面図である。
1 is an exploded perspective view showing a cooling device 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a
図1に示すように、本実施形態に係る冷却装置1は、冷却媒体である冷却液(例えば水)が流通する冷却媒体流路としての流路3を設けた冷却装置本体5と、該冷却装置本体5を封鎖するように冷却装置本体5に取り付ける蓋体7と、を備え、上下方向に沿って配置している。これらの冷却装置本体5および蓋体7は、正面視で略矩形状に形成してある。冷却装置本体5の外周縁部に形成した取付孔9に、蓋体7の外周縁に形成した貫通孔11を対応させて配置し、前記貫通孔11と取付孔9に図外のボルトを挿入して締結することにより冷却装置1を組み付けることができる。
As shown in FIG. 1, the cooling device 1 according to the present embodiment includes a cooling device
前記蓋体7は、アルミニウム等の金属製の平板からなる。蓋体7の下端部には、冷却装置1内に冷却液が流入する流入管13と、冷却装置1から冷却液が排出される流出管15と、冷却液に混入したエア(水泡)が排出されるエア排出管17とが左右方向に並列して接続している。この際、エア排出管17を蓋体7における図1の右端の角部に配置している。
The
また、蓋体7における図1の右端部には、正面視逆L字状の膨出部19を上下方向に沿って形成している。該膨出部19の下端部21には、前記エア排出管17を接続しており、膨出部19の下端部21から上端部23にかけて左右方向の幅寸法を略同一に形成している。
Further, a bulging
しかし、上端部23においては、図1の左側に突出した延設部25を形成しているため、上端部23の左右方向の幅寸法は、下端部21から上端部23の直前までの幅寸法よりも大きく形成している。
However, since the extended
なお、前記膨出部19は、冷却装置本体5の右端部に形成した突設部27を覆うようにして係合してあり、その際冷却装置1内において、突設部27の図3中で左側の面27aと、上面27bと、右側の面27cとの間に、エア流通路29(図3参照)を画成する。このエア流通路29については、詳細に後述する。
The bulging
図2,3に示すように、冷却装置本体5には、上下方向に配置した縦壁部31から、複数の横壁部が略水平方向に突出している。具体的には、前記横壁部は、流路3の外周側を画成する外周側壁部33と、流路3の内周側を画成する内周側壁部35と、図3の左側に配置した3つの上流側仕切壁37と、該上流側仕切壁37の右側に配置した3つの下流側仕切壁39とを有する。
As shown in FIGS. 2 and 3, in the cooling device
さらに、上記横壁部は、この3つの下流側仕切壁39相互間および、外周側壁部33と下流側仕切壁39との間ならびに、内周側壁部35と下流側仕切壁39との間に、それぞれ配置した4つの中間仕切壁41と、流路3の最も下流側に配置した1つの下流端部仕切壁43とを有する。
Further, the lateral wall portion is between the three downstream
なお、上記した内周側壁部35は、縦壁部31から略水平方向に突出するボス部44の外周壁部で構成している。また、外周側壁部33は、流路3の下流側では縦壁部31から略水平方向に突出するボス部46の外周壁部で構成している。これらボス部44からなる内周側壁部35および、ボス部46を含む外周側壁部33は、冷却装置本体5の外周縁部48に連続して形成されて、その各先端面が互いに同一面であって蓋体7の裏面69に密着して流路3を形成することになる。
The inner peripheral
上記した上流側仕切壁37と下流側仕切壁39と中間仕切壁41と下流端部仕切壁43とによって、冷却液が流通する流路3を各部位において複数に分割している。例えば、3つの上流側仕切壁37によって4つの分割流路100a,100b,100c,100dを形成し、3つの下流側仕切壁39によって4つの分割流路200a,200b,200c,200dを形成している。
The
さらに、上記4つの分割流路200a,200b,200c,200dは、4つの中間仕切壁41を設けた部位において、該4つの中間仕切壁41と、4つの下流側仕切壁39と、外周側壁部33(ボス部46)と、内周側壁部35(ボス部44)とによって8つの分割流路300a,300b,300c,300d,300e,300f,300g,300hに分割形成している。
Further, the four divided
ここで、本実施形態では、冷却装置1を扁平に形成して縦置きとしている。このため、流路3も扁平となってコンパクト化した冷却装置1内に流路3を充分確保するには流路3の幅をある程度広くするとともに、湾曲部分も適宜形成する必要がある。
Here, in this embodiment, the cooling device 1 is formed flat and is set vertically. For this reason, in order to sufficiently secure the
流路3が幅広になると、仕切壁を設けない場合には、特に湾曲部分で冷却液が外周側に偏って流れることになる。このため、本実施形態では仕切壁を設けて流路3を複数に分割することで、湾曲部分であっても冷却液の偏りを抑えて冷却効果を確保している。
When the
また、仕切壁は冷却フィンの役目も果たすので、流路3を複数に分割する際に必要となる仕切壁を設けることで、冷却効果を高めることができる。
Moreover, since the partition wall also plays the role of a cooling fin, the cooling effect can be enhanced by providing the partition wall required when the
前記上流側仕切壁37は、図3に示すように、上流端45から下流端47に至るまで正面視略円弧状に図3中で右回りに湾曲している。また、前記下流側仕切壁39は、上流端49から中間部51に至る正面視略コ字状の部分と、中間部51から下流端53に至る図3中で左回りに湾曲する正面視略半円状に部分と、を有してこれらを連続して一体に形成している。さらに、下流端部仕切壁43は、正面視略円弧状に図3中で右回りに湾曲している。
As shown in FIG. 3, the
なお、下流側仕切壁39の上流端49から中間部51に至る正面視略コ字状の部分は、略直線状の3つの部分を直角に組み合わせて一体に形成される。そして、上流側仕切壁37の下流端47と下流側仕切壁39の上流端49との間は、二点鎖線で示すように、仕切壁がなく、分岐のない合流部としての1つの合流流路55に形成してある。
In addition, the substantially U-shaped portion in front view from the
上記仕切壁のない1つの合流流路55は、下流側仕切壁39側が上流側仕切壁37側よりも上方となるよう図3中で右上がりに傾斜している。この合流流路55と同様にして、合流流路55の上流側の下流端47を含む上流側仕切壁37の下流側端部の一部37a及び、合流流路55の下流側の上流端49を含む下流側仕切壁39の上流側端部の一部39aも、図3中で右上がりに傾斜している。
One merging
すなわち、上流側仕切壁37の下流側端部の一部37aと下流側仕切壁39の上流側端部の一部39aとは、合流流路55を間に挟んで互いに同一直線上に位置し、図3中で右上がりに傾斜する合流流路55を含む流路3の直線部分3bを形成する。
That is, the
したがって、本実施形態における流路3は、冷却液の流通する方向に沿って湾曲する湾曲部分3aと、この湾曲部分3aの下流側に連続して形成されて、前記流通する方向に沿って直線的に延びる直線部分3bとを備えていることになる。そして、この湾曲部分3aを経てその下流側の直線部分3bの一部における複数の分割流路100a,100b,100c,100dを流れるそれぞれの冷却媒体が合流する合流流路55を設けたことになる。
Therefore, the
これにより、湾曲部分3aにおける4つの分割流路100a〜100dを流れる冷却液が、上流側仕切壁37の下流端47から流出し、一つの合流流路55で合流したのち、下流側仕切壁39の上流端49から該下流側仕切壁39を備える下流側流路の4つの分割流路200a〜200dに均等に流れ込むことになる。
As a result, the coolant flowing through the four divided
また、図3に示すように、下流側仕切壁39における最も上側の角部57(図3中で右側上部)の上方には、冷却液中に混入した水泡(エア)を排出する前記したエア流通路29を形成している。
Further, as shown in FIG. 3, above the uppermost corner 57 (upper right side in FIG. 3) of the
このエア流通路29は、正面視逆L字状に形成され、その一方の端部であるエア入口部59は下方に開口して下流側仕切壁39を備える流路3に連通し、他方の端部は下端部に配置したエア出口部61となって、前記蓋体7に設けたエア排出管17に連通している。
The
なお、上記したエア流通路29は、流路3に下端が連通して上下方向に延びる入口流通路29aと、入口流通路29aの上端に一端が連通する水平流通路29bと、水平流通路29bの他端に上端が連通して上下方向に延びる出口流通路29cと、を備えている。そして、出口流通路29cの下端が上記したエア出口部61に連通する。
The
なお、前記流入管13には流路入口部62を接続し、流出管15には流路出口部64を接続し、エア排出管17にはエア出口部61を接続している。
A
そして、流路入口部62から流路3に流入する冷却液は、流路3の下流側ほど広がる拡開部3cを経て上流側仕切壁37を備えた4つの分割流路100a〜100dに分岐して流入する。一方、下流側仕切壁39の下流端53から流出する冷却液は、冷却媒体の流通方向に沿って水平方向に直線的に延びる合流流路3dを経て、下流端部仕切壁43で仕切られた分割流路400a,400bに流入した後、流路出口部64に流出する。
Then, the coolant flowing into the
図4は図3のA−A線による断面図、図5は図3のB−B線による断面図である。 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
図2,3に示すように、下流側仕切壁39のうち前記正面視略コ字状の部分における上流側の直線部には、切欠部63を複数形成している。即ち、図4,5に示すように、前記切欠部63の先端面65を、他の部位の先端面67よりも略水平方向の高さを低く形成して縦壁部31により近づけている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of
具体的には、図5に示すように、前記切欠部63は、下流側仕切壁39の端部を平面視略台形状に切り欠いて形成される。また、蓋体7の裏面69と下流側仕切壁39の先端面65,67との間には、略水平方向に沿った隙間71,73を形成しているが、前記切欠部63の先端面65と蓋体7の裏面69との隙間71は、他の部位の先端面67と蓋体7の裏面69との隙間73よりも大きく形成している。
Specifically, as shown in FIG. 5, the
さらに、図4に示すように、下流側仕切壁39の下面75と上面77とは、先端方向(略水平方向)に向かうにつれて徐々に先細りする断面台形状に形成している。下流側仕切壁39の下面75と水平方向とのなす傾斜角度はαであり、上面77と水平方向とのなす角度はβであり、αはβよりも大きく形成している(α>β)。
Furthermore, as shown in FIG. 4, the
このように、下流側仕切壁39の下面75は先端に向かうにつれて上方に傾斜する傾斜面に形成してあり、上面77は先端に向かうにつれて下方に傾斜する傾斜面に形成してある。従って、図4のように、冷却液中に混入した水泡(エア)79は、下流側仕切壁39の下面に沿って移動し、前記隙間71,73から上方に移動する。
Thus, the
なお、中間仕切壁41や下流端部仕切壁43についても、その先端は、蓋体7の裏面69との間に隙間を形成しているものとする。
It is assumed that the
これらの隙間(隙間71,73を含む)を有する状態で、蓋体7を冷却装置本体5に被せて前記図外のボルトにより固定して組み付けると、蓋体7の裏面69が、前述したように冷却装置本体5の外周縁部48、ボス部44からなる内周側壁部35および、ボス部46を含む外周側壁部33のそれぞれの先端面に密着して流路3を形成することになる。
When the
図6は図3のC−C線による断面図、図7(a)は、本発明の実施形態に係るエア入口部59から水泡がエア流通路29内に入り込んで溜まったときの液面高さを示す断面図であり、図6に対応している。また、図7(b)は、比較例に係る液面高さを示す、図7(a)に対応する断面図である。
6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 3, and FIG. 7A is a liquid level height when water bubbles enter and accumulate in the
図1で説明したように、蓋体7の膨出部19における上端部23には、図1中で左側に延びる延設部25を形成してあり、前記蓋体7を冷却装置本体5に組み付けた状態では、図7(a)に示すように、エア入口部59より上方のエア抜き部としてのエア流通路29における冷却装置1の厚さ方向の断面積が、延設部を設けない図7(b)の比較例よりも大きく形成されている。
As described with reference to FIG. 1, the
すなわち、上記したエア抜き部としてのエア流通路29は、流路3の上部に連通するエア入口部59に対し、該エア入口部59より上方のエア流通路29の通路断面積を大きくし形成している。また、一対の縦壁部に相当する縦壁部31と蓋体7との間に、流路3およびエア流通路29が形成され、このエア流通路29のエア入口部59より上方における縦壁部31と蓋体7との間隔を、流路3に連通するエア入口部59おける縦壁部31と蓋体7との間隔よりも大きく形成していることになる。
That is, the
以下、図7を用いて簡単に説明する。図7(b)では、蓋体107と縦壁部131とによってエア流通路129が形成されている。
Hereinafter, this will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 7B, the
図7(a)に示すように、本実施形態に係るエア流通路29の厚さはエア入口部59より厚いD、図7(b)に示す比較例に係るエア流通路129の厚さはエア入口部159と同等のdであり、D>dの大小関係に設定している。
As shown in FIG. 7A, the thickness of the
このように、本実施形態に係るエア流通路29の方が、厚さ方向の断面積を大きく形成している。ここで、エア流通路29,129には、冷却液内に混入した水泡(エア)79が上方に移動して液面H1,H2が低下している。流路3内の水泡79の全量を同等とした場合に、図7(a)に示すように、本実施形態の場合の液面はH1であり、図7(b)に示す比較例の場合はH2である。従って、本実施形態の方が比較例よりも△Hだけ液面が高い位置になっている。
Thus, the
また、図8は本発明の実施形態に係る冷却装置に、冷却させる対象物である被冷却物を当接させた状態を示す正面図である。なお、被冷却物の構成を明瞭に示すために仕切壁を簡略化して示しているが、実際には傾斜面を設けている。 FIG. 8 is a front view showing a state where an object to be cooled, which is an object to be cooled, is brought into contact with the cooling device according to the embodiment of the present invention. In addition, in order to show clearly the structure of a to-be-cooled object, although the partition wall is simplified and shown, the inclined surface is actually provided.
この破線で示した被冷却物は、例えば基板81であり、該基板81上に複数の発熱素子83を配置している。この発熱素子83は、下流側仕切壁39および中間仕切壁41によって画成された流路に対向して配置している。
The object to be cooled indicated by the broken line is, for example, a
特に、中間仕切壁41を設けた流路は該中間仕切壁41が下流側仕切壁39とともに放熱フィンの役目を果たすことから冷却効果が高く、この部位に発熱素子83を多く配置することが好ましい。また、流路3の屈曲部の上流側の冷却液の流速が低下する直前に発熱素子83を多く配置することが冷却効果を高める上で好ましい。
In particular, the flow path provided with the
このように構成した冷却装置1においては、例えば図外の冷却液ポンプによって、冷却液が、流入管13から流入して流路3を順次流れるが、その際被冷却物である発熱素子83を冷却した後、流出管15から外部に排出される。なお、このとき、エア出口部61もしくはエア排出管17は、図外のバルブなどによって閉じてある。
In the cooling device 1 configured as described above, for example, the coolant flows from the
そして、縦置きで扁平とした冷却装置1内の流路3を冷却液が流れる際には、流路3内で発生したエアが上方に向けて移動して集中する。特に本実施形態では、上流側、下流側、中間および下流端部の各仕切壁37,39,41および43の各先端面と、蓋体7の裏面69との間に隙間(図4の隙間71,73を含む)を形成してある。このため、各分割流路100a〜100d,200a〜200dおよび、300a〜300iなどを備える流路3で発生したエアは、上記隙間を通して上方に移動しやすいものとなっている。
When the coolant flows through the
上方に移動したエアは、図7(a)に示したようにエア入口部59からエア流通路29に入り込んで効率よく滞留させることができる。これにより、流路3内にはエアを極力排除した冷却液が流通することになり、冷却効果向上に寄与することができる。
As shown in FIG. 7A, the air that has moved upward can enter the
その際、本実施形態では、蓋体7を冷却装置本体5に組み付けた状態で、図7(a)に示すように、エア入口部59より上方のエア抜き部となるエア流通路29における冷却装置1の厚さ方向の断面積を、延設部を設けない図7(b)の比較例よりも大きく形成している。
At this time, in the present embodiment, in the state where the
このため、エア流通路29,129に溜まったエア79の量を同等とした場合に、本実施形態のエア流通路29では、断面積が大きい分エア79の下面がより上方に位置し、これに伴ない液面H1は、比較例のH2より上方となる。その結果、本実施形態ではエア79によって押し下げられる液面の低下代を極力小さくして冷却性能を高めることができる。
For this reason, when the amount of the
しかも、本実施形態では、エア流通路29における縦壁部31と蓋体7との間隔を、流路3における縦壁部31と蓋体7との間隔より単に大きくすることで、具体的には蓋体7に膨出部19(延設部25)を設けるだけで、エア流通路29における冷却装置1の厚さ方向の断面積を、延設部を設けない図8の比較例よりも大きく形成することが容易に達成できる。
Moreover, in the present embodiment, the interval between the
エア流通路29に滞留したエアを外部に排出する際には、上記したエア出口部61もしくはエア排出管17に設けた図外のバルブを開放させた状態で、図外の冷却液ポンプの駆動により流路3内の冷却液をエア流通路29に流通させればよい。
When the air staying in the
また、本実施形態では、上流側仕切壁37や下流側仕切壁39を、一方の縦壁部である縦壁部31から他方の縦壁部である蓋体7の裏面69に向けて突出させ、これら上流側仕切壁37や下流側仕切壁39の先端と、該先端に対向する蓋体7の裏面69との間に隙間を設けている。
In the present embodiment, the
これにより、前述したように流路3中で発生するエアを効率よく上方に移動させることができ、この上方に効率よく移動したエアをエア流通路29に溜めることで、液面H1の低下代を極力小さく抑えることができる。
As a result, as described above, the air generated in the
3 流路(冷却媒体流路)
7 蓋体(他方の縦壁部)
29 エア流通路(エア抜き部)
29a 入口流通路(エア入口部より上方のエア流通路)
29b 水平流通路(エア入口部より上方のエア流通路)
31 冷却装置本体の縦壁部(一方の縦壁部)
37 上流側仕切壁(仕切壁)
39 下流側仕切壁(仕切壁)
59 エア入口部
71,73 隙間
3 Flow path (cooling medium flow path)
7 Lid (the other vertical wall)
29 Air passage (air vent)
29a Inlet flow passage (air flow passage above the air inlet)
29b Horizontal flow passage (air flow passage above the air inlet)
31 Vertical wall of the cooling device (one vertical wall)
37 Upstream partition wall (partition wall)
39 Downstream partition wall (partition wall)
59
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