JPH08195457A - 熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏平管を偏平面間に隙間が形成されないよう
に積層することにより、冷却効率を向上させるととも
に、冷却むらをなくす。 【構成】 基板２１の相対向する一対の端部に、基板２
１より厚肉の側板２２，２２が設けられ、その側板２
２，２２間に、偏平面３２同士が当接された複数の偏平
管３１が圧入されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トランジスタ、Ｉ
Ｃ、ＬＳＩなどの被冷却体を冷却するために用いられる
熱交換器および熱交換器の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の偏平管が、偏平管の断面の
長軸と平行する側面（以下、偏平面と略す）同士を当接
させて金属製ケースに収容され、各偏平管と金属製ケー
スとの隙間が、ハンダ、ろうなどの高熱伝導性物質で充
填された熱交換器が知られている（特開平６−２１６５
５４号公報）。そして、そのように構成された熱交換器
は、被冷却体上に取り付けられ、複数の偏平管の内部に
冷却媒体を流通させることにより、被冷却体が発生する
熱を奪うように作用する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、偏平管の製
造段階において、製造上の誤差により、偏平面に捩じれ
やうねりが生じたり、小さい凹凸が形成されて、形状が
いびつになってしまう場合がある。しかし、前記従来の
熱交換器は、単に、偏平管の複数本が互いの偏平面同士
が当接されて金属製ケース内に並列に収容されているだ
けのものであるため、いびつになった偏平管を金属製ケ
ース内に偏平面同士を当接させて収容すると、形状がい
びつであるがために、偏平面間に隙間が形成されてしま
う。

【０００４】したがって、かかる隙間によって偏平面間
に伝熱されない部分が形成されてしまい、熱交換器全体
の冷却効率が低下するという問題が生じる。しかも、そ
の隙間によって冷却むらが生じるため、被冷却体を均一
に冷却することができない。そこで、この発明の目的
は、偏平管を偏平面間に隙間が形成されないように積層
することにより、冷却効率を向上させるとともに、冷却
むらをなくすことができる熱交換器およびその製造方法
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するため、請求項１に記載の発明では、基板（２１）
と、この基板（２１）の相対向する一対の端部に設けら
れ、前記基板（２１）と直交する一対の側板（２２，２
２）とからなる金属製の保持体（２）と、前記保持体
（２）の前記一対の側板（２２，２２）間に並べられ、
偏平面（３２）同士が当接された複数の偏平管（３１）
とを備え、前記基板（２１）の外表面上に被冷却体
（４）を接触させて、その被冷却体（４）の熱を奪う熱
交換器（１）であって、前記一対の側板（２２，２２）
が、前記基板（２１）より厚肉にそれぞれ形成され（Ｌ
２＞Ｌ１）、前記複数の偏平管（３１）が、前記一対の
側板（２２，２２）間に圧入されてなるという技術的手
段を採用する。

【０００６】請求項２に記載の発明では、基板（２１）
と、この基板（２１）の相対向する一対の端部に設けら
れ、前記基板（２１）と直交する一対の側板（２２，２
２）とからなる金属製の保持体（２）と、前記保持体
（２）の前記一対の側板（２２，２２）間に並べられ、
偏平面（３２）同士が当接された複数の偏平管（３１）
とを備え、前記基板（２１）の外表面上に被冷却体
（４）を接触させて、その被冷却体（４）の熱を奪う熱
交換器（１）であって、前記一対の側板（２２，２２）
にリブ（２４）が形成され、前記複数の偏平管（３１）
が、前記一対の側板（２２，２２）間に圧入されてなる
という技術的手段を採用する。

【０００７】請求項３に記載の発明では、請求項１また
は請求項２に記載の熱交換器（１）であって、前記複数
の偏平管（３１）の両端部に、前記複数の偏平管（３
１）同士を連通させて、冷却媒体を流通させる偏平管接
続部材（６，７）がそれぞれ取り付けられてなるという
技術的手段を採用する。請求項４に記載の発明では、基
板（２１）と、この基板（２１）の相対向する一対の端
部に設けられ、前記基板（２１）と直交し、前記基板
（２１）よりも厚肉の一対の側板（２２，２２）とから
なる金属製の保持体（２）を製造する保持体製造工程
（Ｓ１）と、前記複数の偏平管（３１）をその偏平面
（３２）同士を当接させて、積層後の積層方向の全長
（Ａ）が前記一対の側板（２２，２２）の内壁面間の距
離（Ｂ）よりも若干量長くなるように積層する積層工程
（Ｓ２）と、その積層工程（Ｓ２）により積層された複
数の偏平管（３１）を、その積層方向の全長（Ａ）が前
記一対の側板の内壁面間の距離（Ｂ）になるように圧縮
させて、前記一対の側板（２２，２２）間に圧入する圧
入工程（Ｓ３）と、を備えるという技術的手段を採用す
る。

【０００８】請求項５に記載の発明では、請求項４に記
載の熱交換器（１）の製造方法であって、前記圧入工程
（Ｓ３）の後に、前記一対の側板（２２，２２）間に圧
入された複数の偏平管（３１）を、偏平管（３１）の積
層方向と直交する方向から前記基板（２１）へ向けて圧
縮する圧縮工程（Ｓ４）を備えるという技術的手段を採
用する。

【０００９】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すもので
ある。

【００１０】

【発明の作用効果】請求項１ないし請求項５に記載の発
明によれば、保持体２の側板２２間に、偏平面３２同士
が当接された複数の偏平管３１が圧入されることによ
り、偏平面３２のいびつな形状を矯正して平坦にするこ
とができるため、偏平面３２同士の密着度を高めること
ができる。

【００１１】したがって、偏平管３１の相互間と、偏平
管３１と側板２２間との熱伝導率を向上することができ
るし、冷却むらを解消することもできる。しかも、両側
板２２が、基板と比較して厚肉に形成されているため、
両側板２２の剛性を高めることができ、複数の偏平管３
１を側板２２間に圧入するときに、側板２２が内側から
外側に押圧されても、側板２２が外側に反って側板２２
と両端の偏平管３１との間に隙間が形成されることがな
い。

【００１２】したがって、側板２２と偏平管３１との間
の熱伝導率を高めることができる。なお、請求項２に記
載の発明は、両側板２２にリブが形成されることによ
り、両側板２２の剛性を高めることができるため、両側
板２２を厚肉に形成しなくても、前記請求項１に記載の
発明と同じ作用効果を奏することができる。また、請求
項５に記載の発明によれば、偏平面３２同士を当接させ
て積層された複数の偏平管３１を側板２２間に圧入した
後に、その複数の偏平管３１を、さらに積層方向と直交
する方向から基板２１へ向けて圧縮するため、複数の偏
平管３１を、その圧縮力により、その長軸を縮めて短軸
を延ばす方向に変形させることができる。

【００１３】したがって、さらに、偏平管３１の偏平面
３２間と、偏平管３１と保持体２間との密着度を高める
ことができるため、より一層熱伝導率を向上することが
できるし、冷却むらを解消することができる。

【００１４】

【実施例】まず、この発明にかかる熱交換器の一実施例
を図面に基づいて説明する。図１は、被冷却体として、
電気自動車のモータの回転を制御するインバータ発熱素
子を冷却するために用いられる熱交換器の説明図であ
る。（ａ）は、その外観斜視説明図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ矢視説明図である。２は、複数の偏平管３１を収
容する保持体であり、アルミニウム板のプレス加工、ア
ルミニウムの押出加工、または、アルミニウムの鋳造に
より形成されている。

【００１５】保持体２は、長方形の基板２１の相対向す
る端部に、基板２１と直交する一対の長方形の側板２
２，２２がそれぞれ一体形成された構造となっている。
基板２１の肉厚Ｌ１は、本例では10mmであるのに対し
て、両側板２２の肉厚Ｌ２は、本例ではそれぞれ20mmと
厚肉になっており、側板２２を保持体２の外側、また
は、内側に変形させようとする外力が作用しても、変形
し難いように高い剛性が確保されている。両側板２２の
内壁面２３間の距離は、本例では79mm、長手方向の全長
は300mm である。

【００１６】なお、両側板２２の肉厚Ｌ２は、上記剛性
を確保するため、基板２１の肉厚Ｌ１より厚肉であっ
て、Ｌ１の２倍以上とすることが望ましい。偏平管３１
の外面には、ろう材が予めクラッドされている。両側板
２２の内壁面２３間には、偏平面３２同士を当接させて
積層された複数の偏平管３１からなる偏平管ユニット３
が圧入されている。

【００１７】偏平管３１は、アルミニウムで断面楕円形
状の管状に形成され、その内部に冷却媒体としての水が
流通するようになっている。偏平管３１の大きさは、本
例では長軸方向の長さが15mm、短軸方向の長さが3mm 、
肉厚が0.3mm 、全長が310mmである。なお、偏平管３１
の内面に犠牲腐食層を有するアルミクラッド材を用いれ
ば、冷却媒体に水やロングライフクーラントなどを用い
る場合も、良好な耐蝕性を確保することができる。

【００１８】偏平管ユニット３は、側板２２の内壁面２
３間に圧入されることにより、圧入する前の積層方向の
全長が縮んだ形となっている。すなわち、その圧入によ
り、偏平管３１の偏平面３２は、互いに押圧し合って、
いびつな部分が矯正されて平坦となるため、偏平面５２
間は、隙間なく密着された状態となっている。保持体２
の開口した両側面から突出した偏平管ユニット３の両端
部には、円筒形状の流出用のタンク６および流入用のタ
ンク７がそれぞれ取り付けられている。偏平管接続部材
としてのタンク６，７の一端はそれぞれ開口形成され、
他端はめくら板などでそれぞれ閉塞されている。また、
タンク６，７の外周面には、長手方向に沿って嵌合孔
（図示しない）が配置されている。タンク６，７は、前
記嵌合孔に偏平管３１の端部をそれぞれ嵌合することに
より、偏平管ユニット３の両端にそれぞれ組付けられて
いる。

【００１９】このように構成された熱交換器１は、ろう
付け炉内へ搬入され、ろう材の溶融温度にまで加熱する
ことにより、偏平管３１の偏平面３２同士と、偏平管ユ
ニット３と保持体２と、タンク６，７と偏平管ユニット
３とが、ろう付け接合される。そして、基板２１の外表
面には、被冷却体４が取付けられる。被冷却体４のケー
ス４１は、アルミ、銅、鉄などの伝熱性材料で形成さ
れ、その内部には、インバータ発熱素子が収容されてい
る。被冷却体４は、ケース４１と一体形成されたつば部
４２にボルト５を挿通し、そのボルト５を基板２１のボ
ルト挿通孔２５にねじ込むことにより取付けられる。な
お、基板２１とつば部４２との間に、熱伝導率の高いグ
リスを介在させることにより、より一層、冷却効率を高
めることができる。

【００２０】そして、熱交換器１のタンク６，７間に、
ポンプ８およびラジエタ９が直列に接続される。そし
て、ポンプ８を駆動させると、偏平管ユニット３の内部
を流れる間に被冷却体４の熱を奪って熱せられた水は、
流出用のタンク６から流出し、ラジエタ９において冷却
され、流入用のタンク７へ流入し、再び偏平管ユニット
３の内部を流れて被冷却体４の熱を奪うという循環を繰
り返す。

【００２１】以上のように、この実施例にかかる熱交換
器１は、保持体２に圧入された複数の偏平管３１の偏平
面３２間が隙間なく密着された状態であるため、偏平管
３１相互間の熱伝導率を高めることができるし、冷却む
らを解消することができる。しかも、積層方向の両端に
位置する偏平管３１の外側の偏平面３２が、それぞれ側
板２２の内壁面２３に密着された状態であるため、偏平
管３１と保持体２との間の熱伝導率を高めることもでき
る。

【００２２】なお、保持体２は、図２に示すように、厚
肉形成された側板２２をボルト１０によって基板２１の
端面に固定することにより、側板２２の剛性を高めたも
のでもよい。また、保持体２は、図３に示すように、側
板２２にリブ２４を所定間隔置きに形成することによ
り、側板２２の剛性を高めたものでもよい。リブ２４
は、基板２１の板面と直交する方向に、円柱の外周面形
状に膨出させて形成されているが、その形状は、四角柱
形状などでもよい。図３（ａ）は、保持体２の端部の斜
視部分説明図、図３（ｂ）は、その正面説明図である。

【００２３】次に、この発明にかかる熱交換器の製造方
法の一実施例を図面に基づいて説明する。図４は、熱交
換器の製造工程を示す説明図であり、図５は、その工程
順序を示す工程図である。まず、アルミニウム板をプレ
ス加工して、保持体２を製造する（工程Ｓ１）。次に、
複数の偏平管３１をその偏平面３２同士を当接させて積
層し、偏平管ユニット３を組み立てる（工程Ｓ２）。こ
こで、偏平管ユニット３の積層方向の全長Ａは81mmで、
保持体２の側板２２の内壁面２３間の距離Ｂの79mmより
も、 2mm長い寸法になっている。

【００２４】次に、図４（ａ）に示すように、偏平管ユ
ニット３の両端をジグ１１で挾み、偏平管ユニット３を
保持体２の両側板２２の内壁面２３間へ圧入する（工程
Ｓ３）。この圧入により、偏平管ユニット３は、積層方
向と反対方向に圧縮される。そして、この圧縮により、
偏平面３２のいびつな部分が矯正されて平坦になるた
め、偏平面３２間は、隙間なく密着させることができ
る。

【００２５】次に、図４（ｂ）に示すように、保持体２
に圧入された偏平管ユニット３を、上方から、プレス板
１２により、プレスする（工程Ｓ４）。このプレスは、
偏平管ユニット３の積層方向と直交する方向から基板２
１へ向けて行われる。図４（ｃ）にプレスされた偏平管
ユニットを示す。なお、プレス板１２は、プレス機（図
示しない）に接続されている。このプレスにより、各偏
平管３１の基板２１側の面が平坦となり、偏平管ユニッ
ト３と基板２１との伝熱面積が増大するため、より一
層、熱伝導率を高めることができる。しかも、各偏平管
３１は、その短軸方向に膨らもうとするため、偏平面３
２同士の密着度をより一層高めることができる。さら
に、両端の偏平管３１の偏平面３２と側板２２の内壁面
２３との密着度も、より一層高めることができる。

【００２６】次に、タンク６，７を偏平管ユニット３の
両端に取付ける（工程Ｓ５）。そして、偏平管ユニット
３が収容され、タンク６，７が取付けられた保持体２を
ろう付け炉内に搬入し、ろう材の溶融温度にまで加熱す
ることにより、各偏平管３１の偏平面３２同士と、偏平
管ユニット３と保持体２とをろう付け接合する（工程Ｓ
６）。

【００２７】このように、この製造方法によれば、各偏
平管３１相互間と、偏平管ユニット３と保持体２間との
熱伝導率を高めることができるし、冷却むらを解消する
ことができる。なお、前記ステップＳ２とＳ３との間
に、偏平管ユニット３を予めある程度積層方向と反対方
向に圧縮する工程を入れてもよい。

【００２８】図６は、この発明にかかる熱交換器の製造
方法の他の実施例を示す説明図である。図６（ａ）は、
保持体２に偏平管ユニット３を収容するところを示す平
面説明図、図６（ｂ）は、その正面説明図、図６（ｃ）
は、保持体２に偏平管ユニット３が収容された状態を示
す平面部分説明図をそれぞれ示す。１３は、偏平管ユニ
ット３を保持体２の側板２２間へ圧入するためのガイド
である。ガイド１３は、鉄などの金属製材料で箱状に形
成され、その内部には偏平管ユニット３を案内するため
の案内路１４が形成されている。また、一側面には偏平
管ユニット３を圧入するための圧入口１８が、他側面に
は保持体２を挿入するための挿入口１７がそれぞれ案内
路１４に連通して形成されている。

【００２９】図６（ａ）および（ｂ）に示すように、圧
入口１８の開口部１５は、外方に開いたテーパ形状に形
成されている。そして、開口部１５の開口面の幅Ｃは、
偏平管ユニット３の積層方向の全長Ａより僅かに長くな
っており、偏平管ユニット３を案内し易くなっている。
なお、案内路１４の幅Ｂは、偏平管ユニット３の積層方
向の全長Ａより僅かに短くなっている。挿入口１７は、
保持体２を挿入することができる大きさに形成されてい
る。また、挿入口１７は、保持体２を挿入すると、保持
体２の側板２２の内壁面２３が、ガイド１３の案内路１
４の内壁面１６の延長線上にくるように形成されてい
る。１９は、ガイド１３を用いて保持体２に偏平管ユニ
ット３を収容するときに、偏平管ユニット３を所定の位
置に停止させるための規制部材である。

【００３０】次に、そのガイド４を用いた熱交換器の製
造方法を説明する。まず、図６（ａ）に示すように、保
持体２の一方の開口側面２４を、ガイド１３の挿入口１
７へ挿入し、規制部材１９を保持体２の他方の開口側面
（図示しない）に取付け、その規制部材１９を所定箇所
に固定する。そして、偏平管ユニット３をガイド１３の
圧入口１８へ、プレス機などの押圧手段により圧入し、
案内路１４内を保持体２の方向に向けて、進行側の端部
が規制部材１９に当接するまで押し進める。

【００３１】すると、偏平管ユニット３は、図６（ｃ）
に示すように、案内路１４を通過することにより、その
積層方向の全長を縮める方向に圧縮された状態となっ
て、保持体２の側板２２間に収容される。以後の工程
は、前記実施例のステップＳ４〜Ｓ６の工程と同じであ
る。このように、この製造方法によれば、偏平管ユニッ
ト３を保持体２の側板２２間に容易に圧入することがで
きる。しかも、前記実施例同様に各偏平管３１の偏平面
３２間と、偏平管ユニット３と保持体２間との熱伝導率
を高めることができるし、冷却むらを解消することがで
きる。

【００３２】なお、偏平管３１をその短軸方向の側面を
当接させて、保持体２に圧入してもよく、偏平管３１の
形状も三角柱などでもよい。また、偏平管３１の内部に
インナフィンを介在させてもよい。さらに、この発明
は、ヒートパイプ式の熱交換器にも適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、この発明にかかる熱交換器の外観斜
視説明図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面説明図
である。

【図２】厚肉の側板をボルトで基板に取付けた保持体の
端部の正面部分説明図である。

【図３】（ａ）は、側板にリブが形成された保持体の斜
視部分説明図である。（ｂ）は、（ａ）の正面説明図で
ある。

【図４】（ａ）は、偏平管ユニットを保持体へ圧入する
ところを示す説明図である。（ｂ）は、偏平管ユニット
を上方からプレスするところを示す説明図である。
（ｃ）は、プレスされた偏平管ユニットを示す説明図で
ある。

【図５】この発明にかかる熱交換器の製造工程の順序を
示す工程図である。

【図６】（ａ）は、ガイドを用いて偏平管ユニットを保
持体に収容するところを示す平面説明図である。（ｂ）
は、（ａ）の正面説明図である。（ｃ）は、偏平管ユニ
ットが保持体に収容された状態を示す平面部分説明図で
ある。

【符号の説明】

１・・熱交換器、２・・保持体、２１・・基板、２２・
・側板、３１・・偏平管、３２・・偏平面、４・・被冷
却体、６，７・・タンク。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、この基板の相対向する一対の端
   部に設けられ、前記基板と直交する一対の側板とからな
   る金属製の保持体と、 前記保持体の前記一対の側板間に並べられ、偏平面同士
   が当接された複数の偏平管とを備え、 前記基板の外表面上に被冷却体を接触させて、その被冷
   却体の熱を奪う熱交換器であって、 前記一対の側板が、前記基板より厚肉にそれぞれ形成さ
   れ、前記複数の偏平管が、前記一対の側板間に圧入され
   てなることを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 基板と、この基板の相対向する一対の端
   部に設けられ、前記基板と直交する一対の側板とからな
   る金属製の保持体と、 前記保持体の前記一対の側板間に並べられ、偏平面同士
   が当接された複数の偏平管とを備え、 前記基板の外表面上に被冷却体を接触させて、その被冷
   却体の熱を奪う熱交換器であって、 前記一対の側板にリブが形成され、前記複数の偏平管
   が、前記一対の側板間に圧入されて成ることを特徴とす
   る熱交換器。
3. 【請求項３】 前記複数の偏平管の両端部に、前記複数
   の偏平管同士を連通させて、冷却媒体を流通させる偏平
   管接続部材がそれぞれ取り付けられてなることを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 基板と、この基板の相対向する一対の端
   部に設けられ、前記基板と直交し、前記基板よりも厚肉
   の一対の側板とからなる金属製の保持体を製造する保持
   体製造工程と、 前記複数の偏平管をその偏平面同士を当接させて、積層
   後の積層方向の全長が前記一対の側板の内壁面間の距離
   よりも若干量長くなるように積層する積層工程と、 その積層工程により積層された複数の偏平管を、その積
   層方向の全長が前記一対の側板の内壁面間の距離になる
   ように圧縮させて、前記一対の側板間に圧入する圧入工
   程と、 を備えたことを特徴とする熱交換器の製造方法。
5. 【請求項５】 前記圧入工程の後に、前記一対の側板間
   に圧入された複数の偏平管を、偏平管の積層方向と直交
   する方向から前記基板へ向けて圧縮する圧縮工程を備え
   たことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器の製造方
   法。