JP7301554B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

この発明は、熱交換器に関し、特に、内部の流路を流れる流体によって、表面上に配置された温度調整の対象物との熱交換を行う熱交換器に関する。

従来、内部の流路を流れる流体によって、表面上に配置された温度調整の対象物との熱交換を行う熱交換器が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１では、流体冷却剤を搬送するチャネルを画定するチャネル部分を有し、かつ各々が発熱部品を受ける複数のボスを有するコールドプレートが開示されている。ボスの各々は、冷却すべき電子部品、光学部品またはその他の熱を発生する部品などの構成要素を受ける。コールドプレートは、流体入口を有している。コールドプレートは、流体出口を含んでいる。上記特許文献１では、流体入口と流体出口との間には、流体チャネルが延びている。ボスの周囲に、複数のフィン構造が配置されている。各フィン構造はチャネルから流体を受け取り、流体をボスの周辺へ送って、ボスに載置されている電子部品を冷却する。

特表２０００－５０２５１６号公報

上記特許文献１のように、表面上に配置された温度調整の対象物との熱交換を行う熱交換器では、対象物の設置位置や形状に応じて内部の流路の形状が決まる。そのため、流路には、流路幅が急激に変化する部分が形成されることがある。流路幅が急激に変化する部分は、たとえば、上記特許文献１のように対象物を固定するためのボスなどの構造部分を避けることにより流路幅が変化する部分や、対象物の平面形状に応じて流路幅が変化する部分などである。このような流路幅が急激に変化する部分があると、流路幅が急激に変化する部分の下流側に流体が行き渡らない領域（よどみ領域）が形成されて熱交換が阻害される。その結果、流体が行き渡らない領域で局所的に熱交換能力が不足する場合がある。

そのため、熱交換器に設置された対象物の温度をより均一に調整するために、流路幅が急激に変化する部分がある場合でも、熱交換能力の局所的なばらつきを抑制することが求められる。

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、この発明の１つの目的は、流路幅が急激に変化する部分がある場合でも、熱交換能力の局所的なばらつきを抑制することが可能な熱交換器を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明による熱交換器は、温度調整の対象物が設置される設置面を有する本体部と、本体部内の設置面を挟んで対象物と隣接する第１層に設けられ、本体部の外部にそれぞれ開口する第１入口から第１出口に向けて流体を流通させて対象物と熱交換を行う第１流路と、第１流路とは異なる流路として区画され、第１層の厚み方向から、第１流路に接続する第２流路とを備え、第２流路は、第１流路内で流路幅が急激に変化する急変化部に対して下流側の接続位置に開口し、接続位置から第１流路内に流体を供給するように構成されている。

この発明による熱交換器では、上記のように構成することによって、第１流路内で流路幅が急激に変化する急変化部に対して下流側の接続位置から第１流路内に、第１流路とは異なる流路として区画された第２流路を通る流体が供給される。つまり、第１流路内に、流路幅が急激に変化する急変化部がある場合に、第１流路において第１入口から第１出口に向けて流体を流通させるだけでは流体が行き渡らない領域（よどみ領域）が、急変化部の下流側に形成される。この急変化部の下流側の流体が行き渡らない領域に対して、第１流路の厚み方向から、第２流路によって流体を送り込むことができる。これにより、流体が行き渡らない領域が形成されることを回避できるので、流路幅が急激に変化する部分がある場合でも、熱交換能力の局所的なばらつきを抑制することができる。また、この結果、熱交換器に設置された対象物の温度を、より均一に調整することが可能となる。

上記発明において、好ましくは、第１流路内の急変化部は、設置面上に設置された対象物を固定する固定部材が結合される取付部を含む。ここで、固定部材は、取付部に対して固定されることにより対象物を設置面上に固定するための部材であり、たとえば、ねじ、ボルト、リベット、ピンなどを含む。取付部は、本体部において固定部材を固定状態で保持するように形成された構造部分である。このような取付部は、対象物の位置および形状に応じて、第１流路内に突出するように形成されたり、第１流路を迂回させるように形成されたりするので、流路幅が急激に変化する急変化部となりうる。上記構成によれば、第２流路によって、取付部（急変化部）に対して下流側の接続位置から流体を供給できるので、第１流路内に取付部が設けられる場合でも、取付部に起因する熱交換能力の局所的なばらつきを抑制することができる。言い換えると、熱交換能力のばらつき抑制のために取付部の配置位置または第１流路の流路形状が制約されることを抑制できるので、熱交換器の設計の自由度を向上させることができる。

上記発明において、好ましくは、本体部は、第１流路が形成された第１層と、仕切板を介して第１層に積層され、第２流路が形成された第２層とを含み、第２流路は、第２層から、接続位置に形成された仕切板の開口を介して第１流路に接続する。このように構成すれば、第１流路と第２流路とを、多層構造の本体部の別々の層に形成できる。そのため、第２層において、第２流路を、第１層の構造による制約を受けることなく容易に形成することができる。

この場合、好ましくは、第２流路は、第２層において本体部の外部に開口する第２入口と、接続位置に開口する第２出口と、第２層内で第２入口と第２出口とを接続する接続路と、を含む。このように構成すれば、第１流路とは別の経路で外部から第２流路への流体供給を行うことができる。そのため、たとえば第１流路の途中で第２流路が分岐した後、接続位置において合流するような場合と異なり、第１流路の構造によって制約されることなく、第２流路の形状（経路）および第２流路における流体の流量等を適切に設定することができる。

上記本体部が第１層と第２層とを含む構成において、好ましくは、第１流路は、接続位置を含む範囲に設けられたコルゲートフィンを有し、第２流路は、仕切板の開口を介して、コルゲートフィンと仕切板との間に流体を供給するように設けられている。なお、コルゲートフィンとは、波形に形成された板状の伝熱フィンである。このように構成すれば、第１流路のコルゲートフィンによって熱交換器の性能を向上させることができる。また、コルゲートフィンは波形の断面形状を有するので、仕切板と仕切板上のコルゲートフィンとの間に流体が通過可能な微小流路（チャネル）が形成される。そのため、接続位置においてコルゲートフィンが第２流路の開口を覆うように設けられていても、第２流路からの流体をコルゲートフィンと仕切板との間のチャネルに送り込み、熱交換を行わせることができる。

この場合、好ましくは、コルゲートフィンは、第１方向に延びるフィン部と、第１方向と交差する第２方向に流体を流通可能な通路部とを有する。ここで、板状フィンを単純に波形に形成したプレーンフィンでは、フィン部によって流体が第２方向へ流通することはできない。そこで、上記のように通路部を有するコルゲートフィンを採用すれば、コルゲートフィンと仕切板との間のチャネルに供給された流体が、通路部を介して第２方向に移動して、別のチャネルに流入することができる。その結果、第１流路にコルゲートフィンを設ける場合でも、第２流路からの流体を、より広範囲に行き渡らせることができる。これにより、熱交換能力の局所的なばらつきを効果的に抑制することができる。

上記発明において、好ましくは、第１流路に対する第２流路の接続位置に対して下流側の位置に開口し、第２流路を介して第１流路内に供給された流体を排出する第３流路をさらに備える。このように構成すれば、第２流路から接続位置に供給された流体を、第３流路を介して容易に排出できる。そのため、たとえば第１流路の形状に起因して、接続位置から第１流路の第１出口に至る経路の圧力損失が大きくなる場合でも、第２流路における流体の供給圧力が不必要に上昇することを抑制できる。

上記発明において、好ましくは、接続位置は、急変化部に対して下流側に隣接する位置に配置されている。このように構成すれば、第１流路において、急変化部の下流側の直後の位置に、第２流路からの流体を供給することができる。そのため、急変化部の下流側において流体が行き渡りにくい領域を極小化することができるので、より効果的に、熱交換能力の局所的なばらつきを抑制することができる。

流路幅が急激に変化する部分がある場合でも、熱交換能力の局所的なばらつきを抑制することができる。

本実施形態による熱交換器の模式的な正面図である。 図１の５００－５００線に沿った模式的な水平断面図である。 図２の５０１－５０１線に沿った断面の模式的な端面図である。 図２の５０２－５０２線に沿った断面の模式的な端面図である。 図２の５０３－５０３線に沿った断面の模式的な端面図である。 第１流路を示した上部プレートの下面図である。 本体部の第２層を構成する下部プレートの上面および側面の図である。 仕切板の上面および開口部を通る断面の図である。 パーフォレートフィンの一例を示した斜視図である。 オフセットフィンの一例を示した斜視図である。 第２流路を示した第２層の拡大断面図（Ａ）および第２出口の拡大断面図（Ｂ）である。 温度調整の対象物をＹ方向に沿って複数配置可能な本体部の変形例を示す図である。 温度調整の対象物をＸ方向に沿って複数配置可能な本体部の変形例を示す図である。 流路幅の急変化部の変形例を示す図である。 第２流路の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図１１を参照して、一実施形態による熱交換器１００の構成について説明する。図１に示すように、本実施形態による熱交換器１００は、設置面１１上に設置された温度調整の対象物Ｍと、内部を流通する冷媒５（図２参照）との熱交換により、対象物Ｍの温度調整を行う温度調整器である。対象物Ｍは、特に限定されない。

一例として、本実施形態による熱交換器１００は、設置面１１上に設置された発熱体からの熱を冷媒５に吸収させて冷却する液冷式のコールドプレート（冷却装置）である。発熱体である対象物Ｍは、たとえば各種の電子機器、電子回路（または電子回路を構成する素子）などの発熱体である。対象物Ｍは、たとえば電力変換装置に搭載されるパワーモジュールや、コンピュータに搭載されるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサである。以下では、対象物Ｍが、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの電力制御用スイッチング素子を備えたパワーモジュールである例について説明する。

（本体部）
熱交換器１００は、本体部１を備えている。本体部１は、温度調整の対象物Ｍが設置される設置面１１を有する。本体部１は、設置面１１上に設置された対象物Ｍを冷却するための冷媒５を流通させる冷媒流路２を内部に有している。冷媒５は、特許請求の範囲の「流体」の一例である。

本体部１は、概略で矩形（長方形または正方形、図２参照）の平板形状を有する。本体部１は、第１面（上面）と、第２面（下面）とを有する。以下、便宜的に、平面視（上面視）における直交する２方向のうち、本体部１の一対の辺に沿った方向をＸ方向とし、本体部１の他の一対の辺に沿った方向をＹ方向とする。本体部１の厚み方向（上下方向）をＺ方向とする。

図１の例では、本体部１の第１面（上面）が設置面１１である。設置面１１は、たとえば平坦面であるが、対象物Ｍの形状に応じて凹凸が形成されていてもよい。設置面１１には、対象物Ｍを配置するための配置領域１２が形成されている。配置領域１２は、設置面１１内で、対象物Ｍが載置されて対象物Ｍの表面と設置面１１とが接触する領域である。

図１の例では、パワーモジュールである対象物Ｍは、平面視で矩形の板状形状を有する。配置領域１２は、平面視における対象物Ｍの外形形状に概ね一致するように形成されている。対象物Ｍの平面形状は任意である。本実施形態では、シンプルな構成例として、本体部１の平面形状（設置面１１の形状）が、対象物Ｍの平面形状と略一致する例を示している。本体部１の設置面１１の略全面に渡って１つの配置領域１２が設けられている。熱交換器１００には、１つの対象物Ｍを配置することが可能である。設置面１１には、配置領域１２以外の領域が存在していてもよい。

本体部１の設置面１１には、配置領域１２に対応するねじ穴１３(図２、図３参照)が設けられ、取付ねじ（またはボルト）１４によって対象物Ｍを配置領域１２に位置決めして固定することが可能である。取付ねじ１４は、特許請求の範囲の「固定部材」の一例である。対象物Ｍは、熱伝導性コンパウンドや放熱グリスなどにより隙間をなくした状態で、設置面１１上に密着するように設置される。図２の例では、ねじ穴１３は、設置面１１における配置領域１２の四隅にそれぞれ設けられている。

図１の例では、本体部１は、厚み方向（Ｚ方向）に積層された複数の層を有する。具体的には、本体部１は、第１流路２０が形成された第１層Ｓ１と、仕切板７を介して第１層Ｓ１に積層され、第２流路３０が形成された第２層Ｓ２とを含む。第１層Ｓ１は、本体部１の上側（第１面側）の層である。第１層Ｓ１の上面が設置面１１である。第２層Ｓ２は、本体部１の下側（第２面側）の層である。第２層Ｓ２の下面が第２面である。

本体部１は、内部の冷媒流路２を区画する複数の部材の組立体として構成されている。本体部１は、上部プレート６と、仕切板７と、下部プレート８とを含む。上部プレート６と仕切板７とにより、第１層Ｓ１が構成されている。上部プレート６と仕切板７とにより、第１層Ｓ１内の冷媒流路２が区画されている。仕切板７と下部プレート８とにより、第２層Ｓ２が構成されている。仕切板７と下部プレート８とにより、第２層Ｓ２内の冷媒流路２が区画されている。上部プレート６と、仕切板７と、下部プレート８と、第１流路２０内の後述するコルゲートフィン９との組立体がろう付けによって一括で接合されることにより、本体部１が構成されている。

（冷媒流路）
図２に示すように、冷媒流路２は、本体部１の内部に形成された冷媒の流通空間である。冷媒流路２は、冷媒５を流通させる通路である。冷媒流路２は、少なくとも、配置領域１２の直下の位置（すなわち、平面視で配置領域１２と重なる位置）を通過するように形成されている。冷媒流路２に供給される冷媒５は、特に限定されない。冷媒５は、たとえば水、不凍液（ブライン）などが利用できる。冷媒流路２は、一部または全部が液相の冷媒５が飽和状態で流入し、一部が対象物Ｍの熱により気化して、気液混相の冷媒５が流出するように構成されてもよい。つまり、熱交換器１００は、冷媒５の相変化（気化）に伴う気化熱を利用して対象物Ｍの冷却を行うように構成されてもよい。このような冷媒５としては、たとえばＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）またはＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）などのフッ素系有機化合物の冷媒を用いることが可能である。

冷媒流路２は、第１流路２０と、第２流路３０と、第３流路４０とを含む。

〈第１流路〉
第１流路２０は、本体部１内の設置面１１（図１参照）を挟んで対象物Ｍ（図１参照）と隣接する第１層Ｓ１に設けられている。第１流路２０は、上部プレート６と仕切板７とによって区画された本体部１内の空間である。第１流路２０は、本体部１の外部にそれぞれ開口する第１入口２１および第１出口２２を含む。第１流路２０は、第１入口２１から第１出口２２に向けて冷媒５を流通させて対象物Ｍと熱交換を行うように構成されている。図２において、第１入口２１は本体部１のＹ１方向側の側端面に開口し、導入口３ａと連通する。第１出口２２は本体部１のＹ２方向側の側端面に開口し、導出口３ｂと連通する。冷媒５は、第１入口２１から第１出口２２に向けてＹ２方向に流れる。導入口３ａおよび導出口３ｂは、冷媒流路２に対して外部配管などを接続するための接続部材により構成されている。

図６に示すように、第１流路２０には、第１流路２０内で流路幅が急激に変化する急変化部２５が形成されている。すなわち、第１流路２０は、流路幅が一定の単純な流路ではなく、冷媒５の流通方向の位置に応じて流路幅が変化するように構成されている。第１流路２０は、第１入口２１から流路幅Ｗ１で連続する入口部２３と、流路幅Ｗ２（＞Ｗ１）の幅広部２４との境界部で、流路幅がＷ１からＷ２に急激に変化している。入口部２３と幅広部２４との境界部で、第１流路２０を区画する内壁が、流通方向と直交する流路幅方向（Ｘ方向）に略直角に曲がっている。幅広部２４では、入口部２３からＸ方向の両側に流路幅が拡大している。そのため、第１流路２０の流路幅方向（Ｘ方向）の両側に、それぞれ急変化部２５が形成されている。

なお、第１流路２０には、第１流路２０内で流路幅が急激に減少する急変化部２７が形成されている。第１流路２０は、流路幅Ｗ２の幅広部２４と、第１出口２２に連続する出口部２６との境界部で、流路幅がＷ２からＷ１（＜Ｗ２）に急激に減少している。幅広部２４と出口部２６との境界部で、第１流路２０を区画する内壁が、流通方向と直交する流路幅方向（Ｘ方向）に略直角に曲がっている。これにより、第１流路２０の流路幅方向の両側に、それぞれ流路幅が急激に減少する急変化部２７が形成されている。

第１流路２０内の急変化部２５および急変化部２７は、第１流路２０を区画する上部プレート６に形成された取付部２８によって形成されている。取付部２８は、上部プレート６によって構成された第１流路２０の周壁部において、上述したねじ穴１３（図２参照）が形成された構造部分である。すなわち、図３に示すように、ねじ穴１３は、上部プレート６の第１面（設置面１１）に開口し、第１流路２０が形成された第１層Ｓ１内まで厚み方向（Ｚ方向）に延びている。そのため、図２に示すように、第１層Ｓ１における本体部１の四隅の位置に、ねじ穴１３が形成された取付部２８が設けられている。第１流路２０の入口部２３および出口部２６では、取付部２８が形成されていることによって、幅広部２４よりも流路幅が小さくなっている。つまり、第１流路２０は、取付部２８が形成されているために、流路幅が急変化している。このように、第１流路２０内の急変化部２５および急変化部２７は、設置面１１上に設置された対象物Ｍを固定する取付ねじ１４が結合される取付部２８を含む。

第１流路２０には、コルゲートフィン９が設けられている。コルゲートフィン９は、板状の伝熱板を波形に成形した伝熱フィンである。コルゲートフィン９は、平面内の第１方向に沿って延びる複数のフィン部５１が、平面内で第１方向と直交する第２方向に間隔を隔てて並ぶ構造を有している。第１流路２０のコルゲートフィン９は、フィン部５１が延びる第１方向が、第１流路２０における冷媒５の流通方向（Ｙ方向）に沿うように設けられている。コルゲートフィン９は、複数のフィン部５１によって第１流路２０を局所的に複数のチャネル５２に分割し、これにより冷媒５の伝熱面積を増大する。コルゲートフィン９は、第１入口２１から幅広部２４を介して第１出口２２に至る経路に設けられている。つまり、コルゲートフィン９は、第１流路２０内の略全面に亘って設けられている。図３～図５に示すように、コルゲートフィン９は、仕切板７上に固定されている。

なお、図１～図５および図１１では、便宜的に、コルゲートフィン９の断面形状を簡略化して示している。コルゲートフィン９の種類（フィン形状）としては、たとえば、図９に示すパーフォレートフィン９ａ、図１０に示すオフセットフィン９ｂなどを採用することができる。オフセットフィン９ｂは、セレートフィンとも呼ばれる。図９に示すパーフォレートフィン９ａは、第１方向（Ａ方向）に直線状に延びるフィン部５１が、第２方向（Ｂ方向）に一定のピッチＰｃで配列された構造のプレーンフィンに、複数の貫通孔５３が設けられた構造を有する。隣り合うフィン部５１は、それぞれ高さ方向（上下方向）のいずれかの端部同士が板状の接続部５４によって接続されている。図１０に示すオフセットフィン９ｂは、第１方向（Ａ方向）に延びるフィン部５１が第２方向（Ｂ方向）に配列されて構成された複数の列５５が、互いに第２方向（Ｂ方向）へずれる（オフセットする）ように設けられているフィンである。本実施形態では、コルゲートフィン９は、オフセットフィン９ｂにより構成されている。

〈第２流路〉
図４に示すように、第２流路３０は、第１層Ｓ１の厚み方向から、第１流路２０に接続している。つまり、第２流路３０は、第１層Ｓ１の外側から、Ｚ方向に延びて、第１流路２０内の所定位置に接続している。

図２に示すように、第２流路３０（破線部参照）は、第１流路２０内で流路幅が急激に変化する急変化部２５に対して下流側の接続位置Ｐ１に開口し、接続位置Ｐ１から第１流路２０内に冷媒５を供給するように構成されている。接続位置Ｐ１は、第２流路３０が第１流路２０に接続する位置である。仮に第２流路３０が形成されていないケースを仮定すると、第１流路２０内では、急変化部２５の下流側に、冷媒５が流れにくいよどみ領域（冷媒５の流速がゼロに近くなる領域）が形成される。接続位置Ｐ１は、急変化部２５の下流側のよどみ領域内に配置されている。本実施形態では、接続位置Ｐ１は、急変化部２５に対して下流側に隣接する位置に配置されている。つまり、第２流路３０は、取付部２８に対して下流側に隣接するように開口している。第２流路３０は、接続位置Ｐ１から第１流路２０内に冷媒５を供給する。

図４に示すように、第２流路３０は、第２層Ｓ２から、接続位置Ｐ１に形成された仕切板７の開口（図８参照）を介して第１流路２０に接続している。具体的には、図４および図７に示すように、第２流路３０は、第２層Ｓ２において本体部１の外部に開口する第２入口３１（図７参照）と、接続位置Ｐ１に開口する第２出口３２（図４参照）と、第２層Ｓ２内で第２入口３１と第２出口３２とを接続する接続路３３（図７参照）と、を含む。第２流路３０は、第２層Ｓ２に形成された流路である。つまり、第２流路３０は、第２層Ｓ２を構成する下部プレート８に形成されている。

図７に示すように、下部プレート８には、第２流路３０の第２入口３１および接続路３３が溝加工によって形成されている。そして、図８に示すように、仕切板７に、仕切板７をＺ方向に貫通する第２出口３２が形成されている。第２流路３０は、下部プレート８の溝と仕切板７とによって区画された流路である。なお、図７では、説明のため便宜的に、下部プレート８の上面にハッチングを付している。

第２入口３１は、本体部１のＹ１方向側の側端面に開口している。図１に示すように、第２入口３１は、第１流路２０の第１入口２１と、仕切板７を挟んで厚み方向に並ぶように形成されている。第１入口２１と第２入口３１とには、共通の導入口３ａから冷媒５が供給される。

図２に示すように、接続路３３は、第２入口３１から、取付部２８に沿って回り込んで接続位置Ｐ１まで延びるように形成されている。すなわち、接続路３３は、第２入口３１からＹ２方向に延びた後、Ｘ方向に屈曲して、第２出口３２が開口した接続位置Ｐ１の直下の位置まで延びている。接続路３３は、平面視で取付部２８の周面に沿って回り込むように、第２層Ｓ２（図７参照）においてＬ字状に形成されている。図４に示したように、接続路３３は、接続位置Ｐ１で、第２出口３２に対してＺ方向に接続している。

ここで、第１流路２０は、接続位置Ｐ１を含む範囲に設けられたコルゲートフィン９を有している。つまり、コルゲートフィン９は、仕切板７の上面上で、接続位置Ｐ１に形成された開口（第２出口３２）を覆うように設けられている。そして、第２流路３０は、開口（第２出口３２）を介して、コルゲートフィン９と仕切板７との間に冷媒５を供給するように設けられている。

コルゲートフィン９は、波形の断面形状を有しているため、コルゲートフィン９と上部プレート６との間、およびコルゲートフィン９と仕切板７との間に、それぞれチャネル５２を形成する。第２流路３０は、第２出口３２を介して、コルゲートフィン９と仕切板７との間のチャネル５２に冷媒５を供給する。

また、図１０に示したように、コルゲートフィン９は、第１方向（Ａ方向）に延びるフィン部５１と、第１方向と交差する第２方向（Ｂ方向）に冷媒５を流通可能な通路部５６とを有する。オフセットフィン９ｂでは、フィン部５１の奇数番目の列５５と、偶数番目の列５５とで、フィン部５１の位置が第２方向（Ｂ方向）にずれている。そのため、偶数番目の列５５を構成するフィン部５１と、奇数番目の列５５を構成するフィン部５１との間には、Ｂ方向のオフセット量Ｏｓに応じた大きさの隙間５７が形成される。これにより、冷媒５は、隙間５７を介してオフセットフィン９ｂに対して第２方向（Ｂ方向）に移動可能である。オフセットフィン９ｂの隙間５７が、通路部５６として機能する。

なお、図９に示したパーフォレートフィン９ａについても、通路部５６が設けられている。パーフォレートフィン９ａでは、フィン部５１に形成された貫通孔５３が、第２方向（Ｂ方向）に流通する冷媒５の通り道となる。そのため、冷媒５はパーフォレートフィン９ａに対して第２方向（Ｂ方向）に通過可能である。パーフォレートフィン９ａの貫通孔５３が、通路部５６として機能する。

したがって、図１１に示すように、第２流路３０に供給される冷媒５は、第２入口３１、Ｌ字状の接続路３３を通過して（図１１（Ａ）参照）、第２出口３２から第１流路２０に流入（図１１（Ｂ）参照）する。冷媒５は、コルゲートフィン９と仕切板７との間のチャネル５２に流入し、通路部５６（図１０参照）を通って、隣り合うチャネル５２にも流入する。そのため、冷媒５は、急変化部２５（取付部２８）の下流側において、コルゲートフィン９と仕切板７との間のチャネル５２だけでなく、コルゲートフィン９と上部プレート６との間のチャネル５２にも流通し、対象物Ｍとの熱交換を行う。

なお、通路部５６を有するコルゲートフィン９（図９および図１０参照）において、冷媒５の流通抵抗は、第１方向（Ａ）に流れる場合の方が、第２方向（Ｂ）に流れる場合よりも小さい。そのため、第１流路２０に通路部５６を有するコルゲートフィン９が設けられたとしても、第１入口２１からＹ２方向に流れる冷媒５を、第１流路２０のみで急変化部２５の下流側位置（接続位置Ｐ１）へ十分に流通させることは困難である。第２流路３０から接続位置Ｐ１へ冷媒５を供給することにより、急変化部２５の下流側へ十分な冷媒流通量を確保できる。

〈第３流路〉
図２に戻り、第３流路４０は、第１流路２０に対する第２流路３０の接続位置Ｐ１に対して下流側の位置に開口している。第３流路４０は、第２流路３０を介して第１流路２０内に供給された冷媒５を排出する。また、本実施形態では、第３流路４０は、第１流路２０の第１出口２２側の急変化部２７（取付部２８）に対して上流側の位置に接続している。また、第３流路４０が急変化部２７に対して上流側の接続位置Ｐ２に開口することにより、流路幅が急激に減少する急変化部２７に対して上流側の領域にも、冷媒５を行き渡らせることが可能である。

第３流路４０の接続位置Ｐ２と、第２流路３０の接続位置Ｐ１とは、第１流路２０における冷媒５の流通方向（Ｙ方向）に並ぶように配置されている。接続位置Ｐ２は、急変化部２７に対して上流側に隣接する位置に配置されている。したがって、第２流路３０の接続位置Ｐ１が幅広部２４の上流側の２箇所の隅部にそれぞれ配置され、第３流路４０の接続位置Ｐ２が幅広部２４の下流側の２箇所の隅部にそれぞれ配置されている。

第３流路４０は、図７に示すように、接続位置Ｐ２（図２参照）から第２層Ｓ２内を延びて、本体部１の外部に開口している。これにより、第３流路４０は、接続位置Ｐ２から第１流路２０内の冷媒５を排出する。第３流路４０は、第２層Ｓ２に形成された流路である。

図７および図８に示すように、第３流路４０は、接続位置Ｐ２（図８参照）に形成された仕切板７の開口を介して、第２層Ｓ２内に連通している。具体的には、第３流路４０は、接続位置Ｐ２に開口する第３入口４１（図８参照）と、第２層Ｓ２において本体部１の外部に開口する第３出口４２（図７参照）と、第２層Ｓ２内で第３入口４１と第３出口４２とを接続する接続路４３（図７参照）と、を含む。

下部プレート８（図７参照）には、溝加工によって第３流路４０の第３出口４２および接続路４３が形成されている。第３流路４０は、下部プレート８の溝と仕切板７とによって区画された流路である。

第３出口４２は、本体部１のＹ２方向側の側端面に開口している。図示は省略するが、第３出口４２は、図１に示したＹ１方向側の側端面と同様に、第１流路２０の第１出口２２と、仕切板７を挟んで厚み方向に並ぶように形成されている。第１出口２２と第３出口４２とから、冷媒５が共通の導出口３ｂへ排出される。図２に示したように、接続路４３は、第３入口４１から、取付部２８に沿って回り込んで第３出口４２まで延びるように形成されている。すなわち、接続路４３は、第３入口４１が開口した接続位置Ｐ２の直下の位置から、Ｘ方向に延びた後、Ｙ２方向に屈曲して、第３出口４２まで延びている。接続路４３は、平面視で取付部２８の周面に沿って回り込むように、第２層Ｓ２（図７参照）においてＬ字状に形成されている。接続路４３は、接続位置Ｐ２の直下の位置で、仕切板７（図８参照）に形成された第３入口４１に対してＺ方向に接続している。

このため、図２に示すように、接続位置Ｐ１において、第２流路３０の第２出口３２から第１流路２０内に流入した冷媒５は、主としてＹ２方向に流れて、接続位置Ｐ２に到達する。冷媒５は、接続位置Ｐ２に開口した第３入口４１に流入する。第３入口４１に流入した冷媒５は、第２層Ｓ２の第３流路４０（接続路４３）を通って第３出口４２から排出される。この結果、第１流路２０の下流側の急変化部２７に対して上流側によどみ領域が形成されることが抑制される。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態による熱交換器１００では、上記のように、第１流路２０内で流路幅が急激に変化する急変化部２５に対して下流側の接続位置Ｐ１から第１流路２０内に、第２流路３０を通る冷媒５が供給される。つまり、第１流路２０内に、流路幅が急激に変化する急変化部２５がある場合に、第１流路２０において第１入口２１から第１出口２２に向けて冷媒５を流通させるだけでは冷媒５が行き渡らない領域（よどみ領域）が、急変化部２５の下流側に形成される。この急変化部２５の下流側の冷媒５が行き渡らない領域に対して、第１流路２０の厚み方向（Ｚ方向）から、第２流路３０によって冷媒５を送り込むことができる。これにより、冷媒５が行き渡らない領域が形成されることを回避できるので、流路幅が急激に変化する部分がある場合でも、熱交換能力の局所的なばらつきを抑制することができる。また、この結果、熱交換器１００に設置された対象物Ｍの温度をより均一に調整することが可能となる。

また、第１流路２０内の急変化部２５が、設置面１１上に設置された対象物Ｍを固定する取付ねじ１４が結合される取付部２８を含むので、対象物Ｍを固定するために第１流路２０（第１層Ｓ１）中で急変化部２５となる取付部２８が設けられる場合でも、第２流路３０によって、取付部２８（急変化部２５）に対して下流側の接続位置Ｐ１から冷媒５を供給できる。その結果、第１流路２０内に取付部２８が設けられる場合でも、取付部２８に起因して熱交換能力の局所的なばらつきを抑制することができる。言い換えると、熱交換能力のばらつき抑制のために取付部２８の配置位置または第１流路２０の流路形状が制約を受けることを抑制できるので、熱交換器１００の設計の自由度を向上させることができる。

また、本体部１が、第１流路２０が形成された第１層Ｓ１と、第２流路３０が形成された第２層Ｓ２とを含み、第２流路３０が、第２層Ｓ２から、接続位置Ｐ１に形成された仕切板７の開口を介して第１流路２０に接続するので、第１流路２０と第２流路３０とを、多層構造の本体部１の別々の層に形成できる。そのため、第２層Ｓ２において、第２流路３０を、第１層Ｓ１の構造による制約を受けることなく容易に形成することができる。

また、第２流路３０が、第２層Ｓ２において本体部１の外部に開口する第２入口３１と、接続位置Ｐ１に開口する第２出口３２と、第２層Ｓ２内で第２入口３１と第２出口３２とを接続する接続路３３と、を含むので、第１流路２０とは別の経路で外部から第２流路３０への冷媒供給を行うことができる。そのため、たとえば第１流路２０の途中で第２流路３０が分岐した後、接続位置Ｐ１において合流するような場合と異なり、第１流路２０の構造によって制約されることなく、第２流路３０の形状（経路）および第２流路３０における冷媒５の流量等を適切に設定することができる。

また、第１流路２０が、接続位置Ｐ１を含む範囲に設けられたコルゲートフィン９を有するので、第１流路２０のコルゲートフィン９によって熱交換器１００の性能を向上させることができる。また、コルゲートフィン９は波形の断面形状を有するので、仕切板７と仕切板７上のコルゲートフィン９との間にチャネル５２が形成される。そして、第２流路３０が、仕切板７の開口（第２出口３２）を介して、コルゲートフィン９と仕切板７との間に冷媒５を供給するように設けられているので、接続位置Ｐ１においてコルゲートフィン９が第２流路３０の開口を覆うように設けられていても、第２流路３０からの冷媒５をコルゲートフィン９と仕切板７との間のチャネル５２に送り込み、熱交換を行わせることができる。

また、コルゲートフィン９が、第１方向に延びるフィン部５１と、第１方向（Ａ方向）と交差する第２方向（Ｂ方向）に冷媒５を流通可能な通路部５６とを有するので、コルゲートフィン９と仕切板７との間のチャネル５２に供給された冷媒５が、通路部５６を介して第２方向に移動して、別のチャネル５２に流入できる。その結果、第１流路２０にコルゲートフィン９を設ける場合でも、第２流路３０からの冷媒５をより広範囲に行き渡らせることができるので、熱交換能力の局所的なばらつきを効果的に抑制することができる。

また、第１流路２０に対する第２流路３０の接続位置Ｐ１に対して下流側の位置に開口し、第２流路３０を介して第１流路２０内に供給された冷媒５を排出する第３流路４０が設けられているので、第２流路３０から接続位置Ｐ１に供給された冷媒５を、第３流路４０を介して容易に排出できる。そのため、たとえば図２に示したように、接続位置Ｐ１の下流側に流路幅が急激に縮小する急変化部２７が設けられる場合に、第１流路２０の形状に起因して、接続位置Ｐ１から第１流路２０の第１出口２２に至る経路の圧力損失が大きくなる場合でも、第２流路３０における流体の供給圧力が不必要に上昇することを抑制できる。

また、接続位置Ｐ１が、急変化部２５に対して下流側に隣接する位置に配置されているので、第１流路２０において、急変化部２５の下流側の直後の位置に、第２流路３０からの冷媒５を供給することができる。そのため、急変化部２５の下流側において冷媒５が行き渡りにくい領域を極小化することができるので、より効果的に、熱交換能力の局所的なばらつきを抑制することができる。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、対象物Ｍが電力制御用スイッチング素子を備えたパワーモジュールである例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、対象物Ｍは特に限定されず、どのような物であってもよい。

また、上記実施形態では、設置面１１に１つの配置領域１２を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。配置領域１２の数（つまり、設置面１１に設置可能な対象物Ｍの数）は、２つ以上（複数）でもよい。

たとえば、図１２に示す変形例では、第１入口２１から第１出口２２に向かう冷媒５の流通方向（Ｙ２方向）に沿って、２つの対象物Ｍが配置可能な例を示している。つまり、配置領域（図示せず）が、Ｙ２方向に２つ並んで設けられている。取付部２８が、２つの配置領域に４箇所ずつ、合計８箇所に設けられている。熱交換器１００は、このように複数の配置領域１２を設けてもよい。

図１２の例では、第１流路２０の流路幅が急拡大する急変化部２５が、Ｙ方向に２箇所設けられている。また、それぞれの急変化部２５の下流側に、第１流路２０の流路幅が急減少する急変化部２７が、それぞれ設けられている。そして、上流側の１つ目の急変化部２５の下流側に第２流路３０ａが接続し、２つ目の急変化部２５の下流側に第２流路３０ｂが接続している。第２流路３０ａは、上記実施形態と同様の構成を有し、本体部１のＹ１方向側の側端面に開口して、１つ目の急変化部２５に対して下流側の接続位置Ｐ１に接続している。下流側の第２流路３０ｂは、接続位置Ｐ１に対してＹ２方向側（下流側）の接続位置Ｐ１１に開口した第２入口１３１を含む。第２流路３０ｂは、第２層Ｓ２に形成された接続路１３３を介して、２つ目の急変化部２５に対して下流側の接続位置Ｐ１２に開口した第２出口１３２に接続している。このため、第２流路３０ｂは、第２入口１３１から冷媒５を受け入れ、第２層Ｓ２を通って、２つ目の急変化部２５の下流側の接続位置Ｐ１２から第１流路２０内に、冷媒５を供給する。このように、第２流路は、外部に開口する入口（第２入口３１）を備えずに、第１流路２０内に開口した入口（第２入口１３１）と、接続位置に冷媒５を供給する出口（第２出口１３２）とを備えた構成であってもよい。

なお、図１２の変形例では、第２流路３０ｂから第１流路２０内に供給された冷媒５が、２つ目の急変化部２７に対して上流側に接続した第３流路４０を介して、外部に排出される。

また、図１３に示す変形例では、図１２とは異なり、流路幅方向（Ｘ方向）に沿って、２つの対象物Ｍが配置可能な例を示している。つまり、配置領域が、Ｘ方向に２つ並んで設けられている。

図１３の例では、第１流路２０の上流側（Ｙ１方向側）の２つの隅部に、流路幅が急拡大する急変化部２５がそれぞれ形成され、第１流路２０の下流側（Ｙ２方向側）の２つの隅部に、流路幅が急減少する急変化部２７がそれぞれ形成されている点は、上記実施形態と同様である。図１３の変形例では、さらに、流路幅方向（Ｘ方向）の中央部において、第１流路２０内に柱状に設けられた取付部１２８からなる急変化部１２５が設けられている。取付部１２８の形成位置において、第１流路２０の流路幅がＷ１１となり、急変化部１２５において、第１流路２０の流路幅がＷ１１からＷ１２に拡大している。そして、第２流路３０は、急変化部１２５の下流側の接続位置Ｐ２１に開口している。このように、第１流路２０内で流路幅が急激に変化する急変化部は、第１流路２０内に柱状または島状に形成された構造部分（取付部１２８）によって形成されうる。なお、図１３では、下流側の取付部１２８により、流路幅が急減少する急変化部１２７が形成されている。第３流路４０が、急変化部１２７に対して上流側の接続位置Ｐ２２に開口するように設けられている。

図示は省略するが、図１２の構成および図１３の構成を組み合わせて、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ複数ずつ、対象物Ｍを配置可能なように本体部１を構成してもよい。

また、本実施形態では、第１流路２０内の急変化部２５および２７が、対象物Ｍを固定するための取付部２８によって形成された例を示したが、急変化部は、取付部２８によって形成される必要はない。たとえば図１４に示す変形例では、単純に第１流路２０の第１入口２１（入口部２３）および第１出口２２（出口部２６）の流路幅が狭く、幅広部２４との境界部において流路幅が変化していることによって、急変化部２５、２７がそれぞれ形成されている。このように、急変化部は、第１流路２０内において取付部２８の有無とは無関係に形成されうる。

また、上記実施形態では、本体部１の第１面（上面）を設置面１１とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本体部１の第２面（下面）が設置面１１であってもよいし、第１面および第２面の両方が設置面１１であってもよい。第１面および第２面の両方が設置面１１である場合には、第１面と隣接する第１流路２０（第１層Ｓ１）と、第２面と隣接する第１流路２０（第１層Ｓ１）とを設け、それらの第１流路２０（第１層Ｓ１）の間に第２流路３０（第２層Ｓ２）を設ける事ができる。

また、上記実施形態では、本体部１のＹ１方向の側端面に第１入口２１を設け、Ｙ２方向の側端面に第１出口２２を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、本体部１の同一の側端面に第１入口２１および第１出口２２を設けてもよい。この場合、第１入口２１から延びた第１流路２０が第１入口２１とは反対側の端部で逆向きに折り返して（Ｕターンして）、第１出口２２に接続するようにしてもよい。第１入口２１および第１出口２２は、いずれも、本体部１のどの表面に開口していてもよく、たとえば上部プレート６または下部プレート８を厚み方向に貫通して第１面または第２面に開口してもよい。

また、上記実施形態では、第１流路２０の第１入口２１と第２流路３０の第２入口３１とが本体部１の同じＹ１方向側の側端面に開口する例を示したが、本発明はこれに限られない。第１流路２０の第１入口２１と第２流路３０の第２入口３１とが、それぞれ本体部１の異なる面に開口してもよい。たとえば図１５に示すように、第１入口２１が本体部１の側端面に開口し、第２入口３１が本体部１の第２面に開口してもよい。図１５では、第２流路３０が、接続位置Ｐ１の直下の位置で、第２層Ｓ２（下部プレート８）を厚み方向（Ｚ方向）に貫通して第１流路２０に接続している。このように第１入口２１と第２入口３１とが異なる面に設けられる場合、導入口および導出口をそれぞれ別々に設ければよい。

なお、図１５の変形例では、本体部１に仕切板７が設けられておらず、本体部１に第１層Ｓ１のみが設けられている。このように、第２流路３０が第１流路２０と平行に延びる接続路を有しない場合、第２層Ｓ２を設ける必要はなく、本体部１が第１層Ｓ１のみを有していてもよい。

また、上記実施形態では、第１流路２０に設けられるコルゲートフィン９が、オフセットフィン９ｂである例を示したが、本発明はこれに限られない。第１流路２０に設けられるコルゲートフィン９が、図９に示したパーフォレートフィン９ａであってもよい。第１流路２０に設けられるコルゲートフィン９は、プレーンフィンなどの通路部５６を有しないコルゲートフィンであってもよい。第１流路２０に設けられるコルゲートフィン９として、これら以外のルーバーフィンやヘリンボーンフィンが採用されてもよい。さらに、本発明では、第１流路２０にコルゲートフィン９を設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、第１流路２０が１つの第１入口２１と１つの第１出口２２とを備えた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１流路２０が複数に分岐して複数の第１出口２２にそれぞれつながってもよいし、複数の第１入口２１から合流してもよい。

同様に、上記実施形態では、２つの第２流路３０が、Ｘ方向の両側の接続位置Ｐ１に対して１つずつ接続する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、１つの第２流路３０が、１つの第２入口３１から分岐して、２箇所（複数）の接続位置Ｐ１にそれぞれ接続するように複数の第２出口３２を備えていてもよい。第３流路４０についても同様であり、２箇所（複数）の接続位置Ｐ２の２つ（複数）の第３入口４１から合流して、１つの第３出口４２に接続してもよい。

また、上記実施形態では、第３流路４０を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第３流路４０を設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、コルゲートフィン９が接続位置Ｐ１（第２出口３２）を含む範囲に設けられた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、接続位置Ｐ１（第２出口３２）にはコルゲートフィン９が形成されなくてもよい。また、コルゲートフィン９は、接続位置Ｐ１（第２出口３２）の全体を含むのではなく、接続位置Ｐ１（第２出口３２）の一部を含むように設けられていてもよい。つまり、コルゲートフィン９が第２出口３２の一部だけを覆うように設けられていてもよい。コルゲートフィン９が接続位置Ｐ１（第２出口３２）を含む範囲に設けられる場合、第１流路２０内で、コルゲートフィン９が存在する部位と存在しない部位（接続位置Ｐ１）との間での伝熱面積の差異が生じないので、冷却能力の局所的な変化を生じにくくすることができる。

また、上記実施形態では、接続位置Ｐ１が、急変化部２５に対して下流側に隣接する位置に配置された例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、接続位置Ｐ１が、急変化部２５に対して下流側に離れていてもよい。接続位置Ｐ１は、第２流路３０が形成されずに第１流路２０のみから冷媒５を流通させたときに急変化部２５の下流側に形成されるよどみ領域に冷媒５を供給可能であれば、急変化部２５に隣接していなくてもよい。

また、上記実施形態では、熱交換器１００が、発熱体である対象物Ｍからの熱を冷媒５に吸収させて冷却する液冷式のコールドプレートである例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、熱交換器１００は、高温側の流体の熱を、熱交換により低温側の対象物Ｍに供給して、対象物Ｍを加温する温度調整器であってもよい。また、熱交換器１００は、低温の冷媒５と、高温の流体とを切り替えて供給され、対象物Ｍの温度に応じて冷却または加温を切り替えられるように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、取付部２８のねじ穴１３（図３参照）が上部プレート６に形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。ねじ穴１３は、上部プレート６を貫通していてもよい。たとえば、ねじ穴１３が上部プレート６および仕切板７を貫通して、下部プレート８まで達するように形成されていてもよい。

１ 本体部
５ 冷媒（流体）
７ 仕切板
９ コルゲートフィン
１１ 設置面
１４ 取付ねじ（固定部材）
２０ 第１流路
２１ 第１入口
２２ 第１出口
２５、１２５ 急変化部
２７、１２７ 急変化部
２８、１２８ 取付部
３０、３０ａ、３０ｂ 第２流路
３１、１３１ 第２入口
３２、１３２ 第２出口
３３、１３３ 接続路
４０ 第３流路
５１ フィン部
５６ 通路部
１００ 熱交換器
Ｍ 対象物
Ｐ１、Ｐ１１、Ｐ１２ 接続位置
Ｐ２、Ｐ２１、Ｐ２２ 接続位置
Ｓ１ 第１層
Ｓ２ 第２層

Claims (8)

1. 温度調整の対象物が設置される設置面を有する本体部と、
   前記本体部内の前記設置面を挟んで前記対象物と隣接する第１層に設けられ、前記本体部の外部にそれぞれ開口する第１入口から第１出口に向けて流体を流通させて前記対象物と熱交換を行う第１流路と、
   前記第１流路とは異なる流路として区画され、前記第１層の厚み方向から、前記第１流路に接続する第２流路とを備え、
   前記第２流路は、前記第１流路内で流路幅が急激に変化する急変化部に対して下流側の接続位置に開口し、前記接続位置から前記第１流路内に流体を供給するように構成されている、熱交換器。
2. 前記第１流路内の前記急変化部は、前記設置面上に設置された前記対象物を固定する固定部材が結合される取付部を含む、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記本体部は、前記第１流路が形成された前記第１層と、仕切板を介して前記第１層に積層され、前記第２流路が形成された第２層とを含み、
   前記第２流路は、前記第２層から、前記接続位置に形成された前記仕切板の開口を介して前記第１流路に接続する、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記第２流路は、前記第２層において前記本体部の外部に開口する第２入口と、前記接続位置に開口する第２出口と、前記第２層内で前記第２入口と前記第２出口とを接続する接続路と、を含む、請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記第１流路は、前記接続位置を含む範囲に設けられたコルゲートフィンを有し、
   前記第２流路は、前記仕切板の開口を介して、前記コルゲートフィンと前記仕切板との間に流体を供給するように設けられている、請求項３または４に記載の熱交換器。
6. 前記コルゲートフィンは、第１方向に延びるフィン部と、前記第１方向と交差する第２方向に流体を流通可能な通路部とを有する、請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記第１流路に対する前記第２流路の前記接続位置に対して下流側の位置に開口し、前記第２流路を介して前記第１流路内に供給された流体を排出する第３流路をさらに備える、請求項１～６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 前記接続位置は、前記急変化部に対して下流側に隣接する位置に配置されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の熱交換器。

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