JP2012084731A - プレート積層型冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を少なくしてろう付不良を削減し、信頼性の高いプレート積層型冷却装置を提供することを目的とする。
【解決手段】交互に積層された第１の放熱プレートと第２の放熱プレートが一対のエンドプレートで挟持されてなる積層体と、角型開口部が積層体の側面に設けられている第１の角型挿入口に挿入後接合されている第１の継手パイプと、角型開口部が積層体の側面に設けられている第２の角型挿入口に挿入後接合されている第２の継手パイプとから構成される。積層体の第１の放熱プレートは、一端側に設けられている第１の矩形開口部と、別端側に設けられ第１の矩形開口部と対称な形状を有する第２の矩形開口部と、第１の矩形開口部には連続するが第２の矩形開口部とは断絶している中央開口部が開口されていて、積層体の第２の放熱プレートは、第１の放熱プレートを長手方向に裏返しした形状を有する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、冷却装置に関し、特に複数枚の放熱プレートを重ねて構成されるプレート積層型冷却装置に関するものである。

近年、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やインバータなどの大容量化と小型化に伴い、それらに使われる冷却装置の伝熱特性が向上している。伝熱特性の高い冷却装置の一つとして、スリット状の長孔を穿孔された放熱プレートを幾層にも重ね、それらをろう付により接合したプレート積層型冷却装置が知られている。プレート積層型冷却装置は、その容積に対し、伝熱面積を大きくとることができるため冷却性に優れている。プレート積層型冷却装置は上部プレートと放熱プレートと下部プレートを積層方向に重ねることで、冷媒の流路を形成している。

一般的なプレート積層型熱交換器では、継手部が放熱プレート部の冷却液流れ方向に対し、垂直に取り付けられている。このタイプの構造では、継手の接合が容易であるが、継手から放熱プレートに冷却液が流入する際に、垂直方向に流路が変化するため、曲がり損失が発生する。

性能の高いプレート積層型熱交換器として、特許文献１に開示されたものが知られている。この発明では、金属の薄板を打ち抜き加工して成形された積層プレートが、一枚ごとに厚み方向に積層されている。放熱プレートの長手方向の端部には端板、端板には冷却液の流入出用継手が取り付けられる。それらをろう付けしてプレート積層型冷却装置が完成する。

特許文献１に係るプレート積層型熱交換器では、継手部が放熱プレート部の冷却液流れ方向に対し、平行に取り付けられているので、曲がり損失の発生が少ない。しかし、継手は円形状であるので、打ち抜きで製作された放熱プレートに直接接合することはできない。放熱プレートと継手間には円形状の継手挿入用の端板が必要である。また、継手と端板、端板と放熱プレートと、ろう付箇所が多いため、ろう付不良が生じやすい。

特開２００５−１６６８５５号公報

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、部品点数を少なくしてろう付不良を削減し、信頼性の高いプレート積層型冷却装置を提供することを目的としている。

本発明に係わるプレート積層型冷却装置は、交互に積層された第１の放熱プレートと第２の放熱プレートが一対のエンドプレートで挟持されてなり、対向する側面には第１の角型挿入口と第２の角型挿入口が設けられている積層体と、一端に角型開口部を有していてこの角型開口部が積層体の側面に設けられている第１の角型挿入口に挿入後接合されている第１の継手パイプと、一端に角型開口部を有していてこの角型開口部が積層体の側面に設けられている第２の角型挿入口に挿入後接合されている第２の継手パイプと、を備えているプレート積層型冷却装置である。積層体の第１の放熱プレートは、一端側に設けられている第１の矩形開口部と、別端側に設けられ第１の矩形開口部と対称な形状を有する第２の矩形開口部と、第１の矩形開口部には連続するが第２の矩形開口部とは断絶している中央開口部が開口されていて、積層体の第２の放熱プレートは、第１の放熱プレートを長手方向に裏返しした形状を有するものである。

この発明によれば、片方が角型で片方が円型の継手を、長方形の孔を有する放熱プレートを幾層にも積層した際にできる角形挿入孔に挿入し、直接ろう付で接合する。端板が不要になり、部品点数を少なくすることができるので、安価であり、かつろう付不良が少ない。

本発明の実施の形態１に係わるプレート積層型冷却装置の全体を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態に係わる放熱プレートの斜視図である。 本発明の実施の形態に係わる継手の斜視図である。 本発明の実施の形態に係わるプレート積層型冷却装置の全体を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係わるプレート積層型冷却装置の断面図である。 本発明の実施の形態２に係わり、プレート積層型冷却装置の継手を３工程で成形する場合の第１工程目を表していて、ダイスにパイプをセッティングしたときのパイプ軸方向から見た図である。 第１工程目を表していて、パイプを成形するためのパンチを挿入する前の断面図である。 第１工程目を表していて、パンチを挿入した後の断面図である。 第１工程目を表していて、ダイスにパイプをセッティング後、パンチを挿入した後のパイプをパイプ軸方向から見た図である。 プレート積層型冷却装置の継手を３工程で成形する場合の第２工程目を表していて、パイプをダイスにセッティングしたときのパイプ軸方向から見た図である。 第２工程目を表していて、パイプを成形するためのパンチを挿入する前の断面図である。 第２工程目を表していて、パンチを挿入した後の断面図である。 第２工程目を表していて、ダイスにパイプをセッティング後パンチを挿入した後のパイプをパイプ軸方向から見た図である。 プレート積層型冷却装置の継手を３工程で成形する場合の第３工程目を表していて、パイプをダイスにセッティングしたときのパイプ軸方向から見た図である。 第３工程目を表していて、パイプを成形するためのパンチを挿入する前の断面図である。 第３工程目を表していて、パンチを挿入した後の断面図である。 第３工程目を表していて、ダイスにパイプをセッティング後パンチを挿入した後のパイプをパイプ軸方向から見た図である。 本発明の実施の形態３に係わり、プレート積層型冷却装置の継手を鍛造で成形する前の、ダイスに丸ロッドをセッティングした状態の模式図である。 プレート積層型冷却装置の継手を鍛造で成形した直後の模式図である。 鍛造で成形されたパイプをプレスで底板を打ちぬくためにダイスにセッティングした状態の模式図である。 鍛造で成形されたパイプの底板をプレスで打ちぬいた直後の模式図である。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。尚、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１は、本発明に係わるプレート積層型冷却装置の全体を示す概略斜視図である。プレート積層型冷却装置１００は、複数枚の相互に固定されたプレートからなる積層体３０と、積層体３０の側面に接合されたパイプ状の継手３５aと、積層体３０の別の側面に接合されたパイプ状の継手３５ｂから構成されている。積層体３０は一対のエンドプレート３４ａ、３４ｂの間に、複数枚の放熱プレート３１が挟持されたもので、長辺側の両側面には角型挿入口５ａ、５ｂが形成されている。放熱プレート３１は配設方向の異なる放熱プレート３１ａと放熱プレート３１ｂに分けられる。プレート３１ａと放熱プレート３１ｂは交互に積層されている。

角型挿入口５ａと角型挿入口５ｂの大きさは同じである。継手３５ａは角型挿入口５ａに嵌合し、ろう付け固定されている。継手３５ｂは角型挿入口５ｂに嵌合し、ろう付け固定されている。継手３５aの寸法形状は継手３５ｂの寸法形状と同じである。冷却液は継手３５aから流入し、積層体３０の内部に形成された流路を通過したのち、継手３５ｂから流出する。継手３５ａ、３５ｂの配設方向はプレート積層型冷却装置１００の長手方向と直交している。

図２は本発明に係わる放熱プレートを示す斜視図である。放熱プレート３１は、薄板を打ち抜き加工などして得られるもので、中央部にスリット状の長孔（中央開口部）３２が櫛歯型形状に開口されている。放熱プレート３１の長手方向の両側面には矩形孔３３ａ、３３ｂがプレスで穿孔されている。矩形孔（第１の矩形開口部）３３ａと矩形孔（第２の矩形開口部）３３ｂは放熱プレート３１の両端の対称な位置に設けられている。矩形孔３３ａと長孔３２は繋がっていて連絡しているが、矩形孔３３ｂと長孔３２は断絶（独立）している。矩形孔３３ａと矩形孔３３ｂの幅は同じである。放熱プレート３１の長手方向の回転軸を中心に１８０度回転させた関係にあるのが、放熱プレート３１ａと放熱プレート３１ｂである。

図３は本発明に係わる継手を表す斜視図である。継手３５は、矩形形状に一端が開口している角型開口部３５ａと、一端が円形に開口している円管部３５ｃと、角型開口部３５ａと円管部３５ｃをつなぐ連絡部３５ｂとから構成されている。継手３５は、角型開口部３５ａと、連絡部３５ｂと、円管部３５ｃが、一体成形されたものである。

図４は、本発明に係わるプレート積層型冷却装置の全体を示す分解斜視図である。エンドプレート３４ａとエンドプレート３４ｂの間には、６枚の放熱プレート３１が積層されている。矩形孔３３ａと矩形孔３３ｂが交互に配置されることで、角型挿入口５ａ、５ｂが形成される。放熱プレート３１ａと放熱プレート３１ｂの枚数は、同じである。

要するに、スリット状の長孔３２と矩形孔３３ａ、３３ｂがプレスで穿孔された放熱プレート３１ａと、放熱プレート３１ａを長手方向に裏返しにした放熱プレート３１ｂを交互に幾層にも重ね、それらをエンドプレート３４で上下で挟み込んでいる。放熱プレートの矩形孔３３ａ、３３ｂが幾層にも重ねた際に角型の孔となり、その角型孔には片側が角形状、片側が円形状の継手３５ａ、３５ｂが挿入されている。

図５は本実施の形態のプレート積層型冷却装置を表す断面図である。放熱プレート３１ａと放熱プレート３１ｂが交互に積層されている。冷却液６０は継手３５aから流入し、積層された放熱プレート３１ａ、３１ｂの長穴が形成する、連続する流路空間を通過したのち、継手３５ｂから流出する。放熱プレート３１ａ、３１ｂ、エンドプレート３４ａ、３４ｂ、継手３５ａ、３５ｂの接合は炉中で一括ろう付により行う。

放熱プレート３１には両面にろう材がプレコートされたブレージングシートを使用するとよい。継手３５と放熱プレート３１の接合部のろう材の置き方は、継手３５にペーストろう材を塗布するか、周囲にリングろうを巻くかで行う。放熱プレート３１を幾層かに重ねたときに、矩形孔３３は角型の挿入孔になるので、放熱プレート３１と継手３５の位置決めが容易である。また、継手３５と放熱プレート３１を直接接合する構造のため、部品点数を増やすことなく接合できるため、安価かつろう付不良を抑制できる。

また、継手３５の片側が円形であるため、外部配管との接続が容易である。また、継手３５の片側を角型にすることで、放熱プレート３１を幾層に重ねた際にできる角型孔とのクリアランスを極力低減することができるので、ろう付不良を抑制できる。継手３５の成形方法によっては、角型の角は少しＲがつく。Ｒが大きいと挿入孔と継手の角部での隙間が大きくなり、ろう付不良が発生しやすくなる。ろう付不良の発生を抑制するためには、角型継手の角Ｒは１ｍｍ以下が望ましい。

実施の形態２．
実施の形態２では、図６から図１７に基づいて、継手の製造方法について説明する。実施の形態２ではプレート積層型冷却装置の継手３５を３工程のプレス成形で得る。図６は、第１工程目でダイスに丸パイプをセッティングしたときのパイプ軸方向から見た図である。上ダイス３７ａと下ダイス３７ｂの間に、丸パイプ３６が装着されている状態を示している。

図７は、パイプを成形するためのパンチをダイスに挿入する前の状態を示す断面図である。上ダイス３７ａと下ダイス３７ｂを組み合わせると、パンチの挿入側に拡管用の空間が現れる。図８はパンチを挿入した後の状態を示す断面図である。パンチ３８がダイス穴に挿入され、丸パイプの一端が拡管されている状態を示している。図９は第１工程目でダイスにパイプをセッティング後、パンチを挿入した後のパイプをパイプ軸方向から見た図である。

図１０から図１３は、第２工程を表している。第１工程で拡管成形したパイプをダイスにセッティングしたときのパイプ軸方向から見た図である。第２工程では、第２ダイス４０と第２パンチ４１を使う。この工程では、第１工程で拡管された丸パイプ３９を、楕円型に拡管する。

図１１はパイプを成形するためのパンチを挿入する前の状態を示す断面図である。丸パイプ３９の片側の先端はすでに円形に拡管されている。図１２はパンチ４１を挿入した後の状態を示す断面図である。図１３は第２工程目でダイス４０に丸パイプ３９をセッティング後、パンチ４１を挿入した後の丸パイプ４２をパイプ軸方向から見た図である。拡管された円形部は楕円状に変形されている。

第３工程では、楕円状部を矩形状に変形させる。図１４は、第２工程目で成形したパイプをダイスにセッティングしたときのパイプ軸方向から見た図である。第３ダイス４３の先端は、矩形形状に開口している。楕円形状の丸パイプ４２は第３ダイス４３の矩形部に挟持されている。図１５は丸パイプ４２を成形するための第３パンチ４４を挿入する前の状態を示す断面図である。

図１６は第３ダイス４３に第３パンチ４４を挿入した後の状態を示す断面図である。図１７は第３工程目でダイスに丸パイプをセッティング後、パンチを挿入した後の丸パイプをパイプ軸方向から見た図である。丸パイプ４５は先端部が楕円形状から矩形に変形していることを表している。

図６〜１７に示すとおり、本発明の実施の形態２に係わる継手は丸パイプ３６の端部を徐々に拡管し、最後に角型に成形されている。本方法で継手を成形することにより、機械加工を不要とし、安価で製造することができる。本実施例では、３工程で押し出し成形する方法を述べているが、材料、板厚によっては、１工程〜１０工程になる可能性がある。

実施の形態３．
実施の形態３では、プレート積層型冷却装置の継手を鍛造で形成する方法を説明する。図１８は、ダイスに丸ロッドをセッティングした状態の模式図を示す。中空状の第４ダイス４６に丸ロッド４７がセッティングされている。第４パンチ４８は第４ダイス４６に圧入される。図１９は丸ロッドに第４パンチ４８が圧入された直後の模式図を示す。丸ロッドから有底パイプ４９が成形されている。

図２０に鍛造で成形された有底パイプからプレスで底板を打ちぬくためにダイスにセッティングした状態の模式図を示す。第５ダイス４９は貫通している。有底パイプ５１に第５パンチ５０が圧入される前の状態を示している。図２１に鍛造で成形されたパイプの底板をプレスで打ちぬいた直後の模式図を示す。第５パンチ５０を圧入したため、有底パイプ５１の底板が打ち抜かれている。

実施の形態２の製造方法に比べ、実施の形態３では継手を鍛造で製作するため、材料の移動が容易で、継手の角部のＲを極力小さくすることができる。

１００ プレート積層型冷却装置、３４ エンドプレート、３１ 放熱プレート、３０ 積層体、３５ 継手３５

Claims (4)

1. 交互に積層された第１の放熱プレートと第２の放熱プレートが一対のエンドプレートで挟持されてなり、対向する側面には第１の角型挿入口と第２の角型挿入口が設けられている積層体と、
   一端に角型開口部を有していてこの角型開口部が前記積層体の側面に設けられている第１の角型挿入口に挿入後接合されている第１の継手パイプと、
   一端に角型開口部を有していてこの角型開口部が前記積層体の側面に設けられている第２の角型挿入口に挿入後接合されている第２の継手パイプと、を備えているプレート積層型冷却装置であり、
   前記積層体の第１の放熱プレートは、一端側に設けられている第１の矩形開口部と、別端側に設けられ前記第１の矩形開口部と対称な形状を有する第２の矩形開口部と、前記第１の矩形開口部には連続するが前記第２の矩形開口部とは断絶している中央開口部が開口されていて、
   前記積層体の第２の放熱プレートは、前記第１の放熱プレートを長手方向に裏返しした形状を有することを特徴とするプレート積層型冷却装置。
2. 第１の継手パイプと第２の継手パイプは、プレス加工で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層型冷却装置。
3. 第１の継手パイプと第２の継手パイプは、鍛造加工で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層型冷却装置。
4. 放熱プレートの中央開口部には矩形の櫛刃が複数長手方向に等間隔に並べられていることを特徴とする請求項１に記載のプレート積層型冷却装置。

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