熱交換器
【課題】簡易な構成で冷却フィン先端とハウジングとの隙間への冷媒の流れ込みを抑制することができる熱交換器を提供すること。
【解決手段】
ハウジング２０内に冷却フィン３２を備える熱交換器１０において、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに冷媒の流れ方向と交差するように配置され、冷媒の流れを阻害する棒状の冷媒流れ阻害部材４０を有し、冷媒流れ阻害部材４０は、冷却フィン３２の先端に形成した切り欠き３３（２３）に圧入されて固定されている。
【解決手段】
ハウジング２０内に冷却フィン３２を備える熱交換器１０において、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに冷媒の流れ方向と交差するように配置され、冷媒の流れを阻害する棒状の冷媒流れ阻害部材４０を有し、冷媒流れ阻害部材４０は、冷却フィン３２の先端に形成した切り欠き３３（２３）に圧入されて固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング内に冷却フィンが設けられた熱交換器に関する。より詳細には、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間に冷媒が流れることを阻止することにより熱交換効率を向上させる熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機を駆動源として搭載したハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両が普及してきた。このような電動車両には、電動機の他に、充放電可能なバッテリ、バッテリの直流電力を電動機駆動用の三相交流電力に変換等するインバータなどが搭載されている。インバータは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の半導体素子のスイッチング動作によって電力変換を行うものであり、スイッチング動作によって半導体素子が発熱する。そのため、この熱を除去して半導体素子（発熱体）の過熱を防止するために、熱交換器が取り付けられる。そして、インバータは、より高出力が求められる一方で小型化や軽量化の要求が厳しくなってきているため、熱交換効率に優れた熱交換器が求められている。
【０００３】
ここで、発熱体を冷却する熱交換器としては、発熱体に固定されたフィン部材（冷却フィンとフィンベースとを備えている）に設けられた冷却フィンをハウジング内に設け、その冷却フィン間（ハウジング内部）に冷媒が流れるように構成されたものが知られている。この種の熱交換器では、各部品が公差を持っているため、冷却フィンの高さとハウジングの深さを等しくすることが困難であった。そして、図１３に示すように、冷却フィン１３２の高さＨよりハウジング１２０の深さｄｅが浅いと（Ｈ＞ｄｅ）、フィンベース１３１とハウジング１２０とが密着しなくなり冷媒が漏れてしまう。
【０００４】
そこで、図１４に示すように、冷却フィン１３２の高さＨよりハウジング１２０の深さｄｅが深くなるように設計されているのが一般的である（Ｈ＜ｄｅ）。ところがこの場合、冷却フィン１３２の先端とハウジング１２０の底面との間に隙間が生じてしまうため、冷媒がその隙間に流れ易くなり、冷却フィン１３２の間に流れる冷媒の量が減少する。そうすると、冷媒と冷却フィンとの間における熱交換が効率的に行われなくなり、熱交換効率が低下するという問題があった。
【０００５】
そのため、熱交換効率を低下させないように、例えば、特許文献１に記載の積層モジュールでは、バネ性を持たせた別部材を冷却フィン先端とケースとの間に設け、冷却フィンとケースとを密着させている。これにより、冷却フィンとケースとの間に隙間が形成されないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１４０９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の技術では、別部材（冷却フィンが含まれる場合もある）の変形量によっては、ケース（ハウジング）と中板（フィンベース）とが密着しなくなり、冷媒が漏れてしまうおそれがあった。
また、バネ性を持たせた別部材を設けるため、構造が複雑になるとともにコストアップを招いてしまうという問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、簡易な構成で冷却フィン先端とハウジングとの隙間への冷媒の流れ込みを抑制することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、ハウジング内に冷却フィンを備える熱交換器において、前記ハウジングの底面と前記冷却フィンとの隙間に冷媒の流れ方向と交差するように配置され、冷媒の流れを阻害する棒状の冷媒流れ阻害部材を有し、前記冷媒流れ阻害部材は、前記冷却フィンの先端あるいは前記ハウジングの底部の少なくとも一方に形成した切り欠きに圧入されて固定されている
ことを特徴とする。
【００１０】
この熱交換器では、棒状の冷媒流れ阻害部材が、冷却フィンの先端あるいはハウジングの底部の少なくとも一方に形成した切り欠きに圧入されて固定されている。すなわち、冷媒流れ阻害部材は、冷却フィンの先端に形成した切り欠きに圧入されている、ハウジングの底部に形成した切り欠きに圧入されている、又は冷却フィンの先端及びハウジングの底部のそれぞれに形成した各切り欠きに圧入されているかのいずれかである。これにより、冷媒流れ阻害部材が、冷却フィンの先端とハウジングの底面との間に存在する隙間に配置されて固定される。そして、冷媒流れ阻害部材は、冷媒の流れ方向と交差するように配置されるため、冷媒流れ阻害部材により、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間への冷媒の流れ込みが阻止される。これにより、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間へ冷媒が流れ難くなり、冷媒を冷却フィン間に流すことができる。その結果、冷媒と冷却フィンとの間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率を向上させることができる。
【００１１】
そして、この熱交換器では、棒状の冷媒流れ阻害部材を、冷却フィンの先端あるいはハウジングの底部の少なくとも一方に形成した切り欠きに圧入して、ハウジングの底面と冷却フィンとの隙間に配置している。そのため、簡易な構造かつ安価にて、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間への冷媒の流れ込みを阻止することができる。
【００１２】
また、上記課題を解決するためになされた本発明の別態様は、ハウジング内に冷却フィンを備える熱交換器において、前記ハウジングの底面と前記冷却フィンとの隙間に冷媒の流れ方向と交差するように配置され、冷媒の流れを阻害する円管状の冷媒流れ阻害部材を有し、前記冷媒流れ阻害部材は、前記冷却フィンの先端と前記ハウジングの底面との間に挟まれて弾性変形した状態で固定されていることを特徴とする。
【００１３】
この熱交換器では、円管状の冷媒流れ阻害部材が、冷却フィンの先端とハウジングの底面との間に挟まれて弾性変形した状態で固定されている。これにより、冷媒流れ阻害部材が、冷却フィンの先端とハウジングの底面との間に存在する隙間に配置されて固定される。そして、冷媒流れ阻害部材は、冷媒の流れ方向と交差するように配置されるため、冷媒流れ阻害部材により、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間への冷媒の流れ込みが阻止される。これにより、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間へ冷媒が流れ難くなり、冷媒を冷却フィン間に流すことができる。その結果、冷媒と冷却フィンとの間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率を向上させることができる。
【００１４】
そして、この熱交換器でも、円管状の冷媒流れ阻害部材を、冷却フィンの先端とハウジングの底面との間に挟んで弾性変形させて固定し、ハウジングの底面と冷却フィンとの隙間に配置している。そのため、簡易な構造かつ安価にて、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間への冷媒の流れ込みを阻止することができる。
【００１５】
上記した熱交換器において、前記冷媒流れ阻害部材は、その端面と前記ハウジングの側面との間隔が、前記冷却フィンと前記ハウジングの側面との間隔よりも小さくなるように、配置されていることが望ましい。
【００１６】
このように冷媒流れ阻害部材を配置することにより、冷媒流れ阻害部材の端面とハウジングの側面との間隔における圧損が、冷却フィンとハウジングの側面との間隔における圧損よりも大きくなるので、冷媒流れ阻害部材の端部へ冷媒が流れ難くなる。これにより、熱交換器の端部においても、冷媒を冷却フィン側（冷却フィン間）に流すことができる。従って、冷媒と冷却フィンとの間における熱交換がより効率的に行われるため、熱交換効率を一層向上させることができる。
【００１７】
上記した熱交換器において、前記冷媒流れ阻害部材は、その長手方向の少なくとも一部分に伸縮可能であり、かつ冷媒の流れを阻害する弾性部材を備えていることが望ましい。
【００１８】
このような構成にすることにより、冷媒流れ阻害部材の端部をハウジングの側面に密着させることができる。これにより、冷媒流れ阻害部材の端部とハウジングの側面との間に隙間がなくなるので、冷媒流れ阻害部材の端部へ冷媒が流れなくなる。その結果、冷媒を冷却フィン間に流すことができるため、冷媒と冷却フィンとの間における熱交換がより一層効率的に行われるため、熱交換効率をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る熱交換器によれば、上記した通り、簡易な構成で安価に冷却フィン先端とハウジングとの隙間への冷媒の流れ込みを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す熱交換器の側面図である。
【図３】冷媒流れ阻害部材の配置位置付近におけるハウジング内部を模式的に示す図である。
【図４】冷媒の流れ方向から見たハウジング内部を模式的に示す図である。
【図５】第１変形例に係る熱交換器におけるハウジング内部を模式的に示す図である。
【図６】冷媒流れ阻害部材の変形例を示す平面図である。
【図７】第２変形例に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。
【図８】図７に示す熱交換器の側面図である。
【図９】第２の実施の形態に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す熱交換器の側面図である。
【図１１】冷媒流れ阻害部材の配置位置付近におけるハウジング内部を模式的に示す図である。
【図１２】冷媒の流れ方向から見たハウジング内部を模式的に示す図である。
【図１３】部品公差によりフィンベースとハウジングとの間に隙間が生じた状態を示す図である。
【図１４】冷却フィンとハウジングの底面との間に隙間が生じた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の熱交換器を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。ここでは、小型化かつ高い冷却性能が要求されるインバータ装置の半導体素子を冷却するために用いる熱交換器を例示する。以下に示す二つの実施形態に係る熱交換器は、内部を流れる冷媒（例えば冷却水）と熱交換を行うことにより、発熱する半導体素子を冷却するものである。
【００２２】
［第１の実施の形態］
まず、第１の実施の形態に係る熱交換器について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、第１の実施の形態に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す熱交換器の側面図である。図３は、冷媒流れ阻害部材の配置位置付近におけるハウジング内部を模式的に示す図である。図４は、冷媒の流れ方向から見たハウジング内部を模式的に示す図である。なお、図１及び図２では、熱交換器内部を示すためにハウジングの側壁を図示していない。
【００２３】
図１及び図２に示すように、第１の実施の形態に係る熱交換器１０は、ハウジング２０と、フィン部材３０と、冷媒流れ阻害部材４０とを備えている。そして、フィン部材３０の上面に発熱体である半導体素子１１がヒートスプレッダ１２を介して載置されている。
【００２４】
ハウジング２０は、アルミニウム合金製の素材を例えばプレス加工によって上面が開口する直方体形状に形成したものである。このハウジング２０には、冷媒を内部に導入するための導入口２１と、冷媒を外部に排出するための排出口２２とが設けられている。そして、ハウジング２０に対して、ハウジング２０の開口を塞ぐようにしてフィン部材３０が取り付けられている。これにより、ハウジング２０とフィンベース３１とにより熱交換器１０のケースが構成されるとともに、ハウジング２０の内部に冷却フィン３２が収容されるようになっている。
【００２５】
フィン部材３０は、図１及び図２に示すように、複数の冷却フィン３２と、それらの冷却フィン３２が設けられたフィンベース３１とを備えている。このフィン部材３０は、アルミニウム合金製の素材を例えば押出加工によって成形されている。そして、複数の冷却フィン３２は、それぞれ一定の間隔をあけて平行にフィンベース３１上に設けられており、冷却フィン３２間（両端は冷却フィンとハウジング側壁との間）が、冷媒が流れる冷媒通路となっている。これにより、導入口２１を介してハウジング２０内に導入された冷媒は、冷却フィン３２間を流れていき排出口２２を介して外部に排出されるようになっている。
【００２６】
ここで、ハウジング２０の深さｄｅは、冷却フィン３２の高さＨよりも大きくされている（ｄｅ＞Ｈ）。そのため、熱交換器１０では、図２に示すように、ハウジング２０にフィン部材３０を組み付けた状態で、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との間に隙間Ｓが形成されている。
【００２７】
冷媒流れ阻害部材４０は、冷媒の流れを阻害する棒状の部材である。本実施の形態では、冷媒流れ阻害部材４０として丸棒を使用しているが、丸棒に限られず、後述する切り欠き３３に圧入可能な連続体であれば良く、例えば中空パイプや角棒などを使用することもできる。また、本実施の形態では、冷媒流れ阻害部材４０を２つ設けているが、冷媒流れ阻害部材４０は少なくとも１つあればよい。
【００２８】
そして、冷却フィン３２の先端には、切り欠き３３が設けられている。この切り欠き３２には、冷媒流れ阻害部材４０が圧入されている。切り欠き３３は各冷却フィン３２に対して形成されており、各切り欠き３２は冷媒の流れ方向と直交する方向における同一直線上に設けられている。これにより、棒状の冷媒流れ阻害部材４０を、各冷却フィン３２に簡単に圧入することができるとともに、冷媒の流れ方向と直交する方向に配置することができるようになっている。
【００２９】
ここで、図３に示すように、切り欠き３３の幅Ｋｗは、冷媒流れ阻害部材４０の直径Ｄ以下（Ｋｗ≦Ｄ）となっている。また、切り欠き３３の深さＫｄは、冷媒流れ阻害部材４０の半径Ｄ／２より大きく（Ｋｄ＞Ｄ／２）なっている。このように切り欠き３３を設定することにより、確実に、切り欠き３３に対して冷媒流れ阻害部材４０を圧入して、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間Ｓに冷媒流れ阻害部材４０を配置することができる。これにより、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止され、冷媒が隙間Ｓへ流れ難くなって冷却フィン間に流れるようになっている。
【００３０】
そして、このようにして冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間に設けられた冷媒流れ阻害部材４０は、図４に示すように、その端面４０ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｅが、冷却フィン３２とハウジング２０の側面との間隔Ｉｆよりも小さく（Ｉｅ＜Ｉｆ）なるように配置されている。すなわち、冷媒流れ阻害部材４０は、その端面４０ｅが、冷却フィン３２のうち最も外側に位置する冷却フィン３２ｅ（なお、この冷却フィンの符号を単に「３２」と表記することもある）の外側、つまり冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間に位置している。これにより、冷媒流れ阻害部材４０の端面４０ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｅにおける圧損が、冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｆにおける圧損よりも大きくなるので、冷媒流れ阻害部材４０の端部へ冷媒が流れ難くなっている。そのため、熱交換器１０の両端部においても、冷媒が冷却フィン側（冷却フィン間）を流れるようになっている。
【００３１】
このような熱交換器１０は、次のようにして製造される。まず、ハウジング２０の底部の所定位置に冷媒流れ阻害部材４０を配置する。次に、そのように配置された冷媒流れ阻害部材４０の真上から、フィン部材３０を下方へ押し下げて切り欠き３３に冷媒流れ阻害部材４０を圧入していきながらハウジング２０に組み付ける。このとき、フィン部材３０は、フィンベース３１がハウジング２０に当接したところで止まるため、ハウジング２０とフィンベース３１とを密着させることができる。
【００３２】
上記のようにして製造された熱交換器１０では、棒状の冷媒流れ阻害部材４０を、冷却フィン３２の先端に形成した切り欠き３３に圧入して、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに配置した簡易な構造により、隙間Ｓへの冷媒の流れ込みを効果的に阻止することができる。また、このような簡易な構成であるから安価に熱交換器１０を製造することができる。
【００３３】
続いて、このような構成を有する熱交換器１０の動作について簡単に説明する。熱交換器１０には、図１及び図２に示すように、フィン部材３０（フィンベース３１）に、ヒートスプレッダ１２を介して半導体素子１１が取り付けられる。なお、図１及び図２には、ヒートスプレッダ１２上に１つの半導体素子１１が載置されているが、熱交換器１０又は半導体素子１１の大きさ等に応じて、複数の半導体素子１１を載置するようにしても良い。
【００３４】
そして、冷媒は、導入口２１から熱交換器１０の内部へと導入される。熱交換器１０内部に導入された冷媒は、冷却フィン３２により形成された冷媒通路に従って流れていき、排出口２２から外部へと排出される。
このとき、発熱体である半導体素子１１は、自らが発した熱をヒートスプレッダ１２に伝達する。ヒートスプレッダ１２に伝達された熱は、そこで拡散されてフィンベース３１を介して冷却フィン３２へと伝えられる。そして、冷却フィン３２と冷媒との間で熱交換が行われる。
【００３５】
ここで、熱交換器１０の内部では、冷媒流れ阻害部材４０により、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止されている。そのため、冷媒は、隙間Ｓへ流れずに冷却フィン３２の間、及び冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面（側壁）との間を流れる。これにより、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率が向上する。具体的には、熱伝達率で１０％程度向上させることができた。その結果、半導体素子１１は、熱交換器１０により効果的に冷却される。
【００３６】
以上、詳細に説明したように第１の実施の形態に係る熱交換器１０によれば、棒状の冷媒流れ阻害部材４０を、冷却フィン３２の先端に形成した切り欠き３３に圧入して、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに、冷媒の流れ方向と交差するように配置している。そのため、冷媒流れ阻害部材４０により、隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止され、冷媒が冷却フィン３２の間、及び冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間を流れる。従って、隙間Ｓが存在しても、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率を向上させることができる。
【００３７】
ここで、第１の実施の形態に係る熱交換器の変形例について、図５〜図８を参照しながら説明する。図５は、第１変形例に係る熱交換器におけるハウジング内部を模式的に示す図である。図６は、冷媒流れ阻害部材の変形例を示す平面図である。図７は、第２変形例に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。図８は、図７に示す熱交換器の側面図である。なお、図７及び図８は、図１及び図２に対応する図面であり、図１及び図２と同様、熱交換器内部を示すためにハウジングの側壁を図示していない。
【００３８】
第１変形例に係る熱交換器は、基本的な構成を熱交換器１０とほぼ同じくするが、冷媒流れ阻害部材の構造が異なっている。
すなわち、図５に示すように、熱交換器１０ａでは、冷媒流れ阻害部材４１が両端部に弾性部材４１ａを備えている。弾性部材４１ａは、冷媒流れ阻害部材４１の長手方向に伸縮可能であり、かつ冷媒の流れを阻害するものである。図５では、弾性部材４１ａを両端部に設けた冷媒流れ阻害部材４１を示しているが、弾性部材４１ａは冷媒流れ阻害部材４１の長手方向に少なくとも１つ設ければ良い。なお、弾性部材としては、冷媒に対して耐腐食性を有する樹脂やゴムなどを使用することができる。
【００３９】
これにより、熱交換器１０ａでは、冷媒流れ阻害部材４１の両端部をハウジング２０の側面に密着させることができる。従って、冷媒流れ阻害部材４１の端面とハウジング２０の側面との間に隙間がなくなるため、冷媒流れ阻害部材４１の端部へ冷媒が流れなくなる。その結果、冷媒が冷却フィン３２の間、及び冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面（側壁）との間に流れるため、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換がより一層効率的に行われるため、熱交換効率をさらに向上させることができる。
【００４０】
また、図６に示すように、弾性部材４１ａの代わりに、蛇腹状の板材４２ａを設け、その両端に棒状部材４２ｂ，４２ｂを設けて冷媒流れ阻害部材４２を構成することもできる。このような冷媒流れ阻害部材４２は、蛇腹状の板材４２ａを縮めた状態でハウジング２０内にセットし、蛇腹状の板材４２ａが立った状態（冷媒が通過しない状態）でハウジング２０の底部に配置すればよい。なお、図６では、蛇腹状の板材４２ａの両側に棒状部材４２ｂ，４２ｂを設けて冷媒流れ阻害部材を構成しているが、蛇腹状の板材４２ａの片側だけに棒状部材４２ｂを設けて冷媒流れ阻害部材を構成しても良い。
そして、このような冷媒流れ阻害部材４２を設けた熱交換器でも、熱交換効率を向上させることができる。
【００４１】
第２変形例に係る熱交換器は、基本的な構成を熱交換器１０とほぼ同じくするが、冷媒流れ阻害部材を圧入する切り欠きの形成位置が異なっている。
すなわち、図７及び図８に示すように、熱交換器１０ｂでは、冷媒流れ阻害部材４０を圧入する切り欠き２３がハウジング２０の底部に形成されている。そして、冷却フィン３２の先端には切り欠きは形成されていない。なお、熱交換器１０ｂでは、冷却フィン３２の先端には切り欠きを設けていないが、冷却フィン３２の先端に切り欠き３３を設けても良い。つまり、切り欠きを冷却フィン３２の先端及びハウジング２０の底部の両方に設けることもできる。
【００４２】
このような熱交換器１０ｂでは、棒状の冷媒流れ阻害部材４０を、ハウジング２０の底部に形成した切り欠き２３に圧入して、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに、冷媒の流れ方向と交差するように配置している。そのため、冷媒流れ阻害部材４０により、隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止され、冷媒が冷却フィン間を流れる。従って、隙間Ｓが存在しても、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率を向上させることができる。
【００４３】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る熱交換器について、図９〜図１２を参照しながら説明する。図９は、第２の実施の形態に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。図１０は、図９に示す熱交換器の側面図である。図１１は、冷媒流れ阻害部材の配置位置付近におけるハウジング内部を模式的に示す図である。図１２は、冷媒の流れ方向から見たハウジング内部を模式的に示す図である。なお、図９及び図１０では、熱交換器内部を示すためにハウジングの側壁を図示していない。
【００４４】
第２の実施の形態に係る熱交換器は、第１の実施の形態と構成をほぼ同じくするが、冷媒流れ阻害部材を圧入する切り欠きが設けられていないこと、及び冷媒流れ阻害部材の構成が異なっている。そのため、第１の実施の形態と同じ構成については同符号を付して、その説明を適宜省略する。
【００４５】
図９及び図１０に示すように、第２の実施の形態に係る熱交換器５０は、ハウジング２０と、フィン部材３０と、冷媒流れ阻害部材６０とを備えている。そして、フィン部材３０の上面に発熱体である半導体素子１１がヒートスプレッダ１２を介して載置されている。なお、フィン部材３０は、第１の実施の形態と基本的には同じものであるが、本実施の形態では、冷却フィン３２に切り欠きが形成されていない。
【００４６】
冷媒流れ阻害部材６０は、冷媒の流れを阻害する円管状の部材である。そして、この冷媒流れ阻害部材６０は、冷媒の流れ方向と直交する方向に配置され、冷却フィン３２とハウジング２０の底面との間に挟まれて弾性変形している。これにより、図１１に示すように、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底部との隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止され、冷媒が隙間Ｓへ流れ難くなって冷却フィン間に流れるようになっている。なお、本実施の形態でも、冷媒流れ阻害部材６０を２つ設けているが、冷媒流れ阻害部材６０は少なくとも１つあればよい。
【００４７】
そして、このようにして冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間Ｓに、弾性変形領域内で潰されて配置された冷媒流れ阻害部材６０は、図１２に示すように、その端面６０ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｅが、冷却フィン３２とハウジング２０の側面との間隔Ｉｆよりも小さく（Ｉｅ＜Ｉｆ）なるように配置されている。すなわち、冷媒流れ阻害部材６０は、その端面６０ｅが、冷却フィン３２のうち最も外側に位置する冷却フィン３２ｅの外側、つまり冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間に位置している。これにより、冷媒流れ阻害部材６０の端面６０ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｅにおける圧損が、冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｆにおける圧損よりも大きくなるので、冷媒流れ阻害部材４０の端部へ冷媒が流れ難くなっている。そのため、熱交換器５０の両端部においても、冷媒が冷却フィン側（冷却フィン間）を流れるようになっている。
【００４８】
このような熱交換器５０は、次のようにして製造される。まず、ハウジング２０の底面の所定位置に冷媒流れ阻害部材６０を配置する。次に、そのように配置された冷媒流れ阻害部材６０の真上から、フィン部材３０を下方へ押し下げて冷媒流れ阻害部材６０を変形させていきながらハウジング２０に組み付ける。このとき、フィン部材３０は、フィンベース３１がハウジング２０に当接したところで止まるため、ハウジング２０とフィンベース３１とを密着させることができる。
【００４９】
上記のようにして製造された熱交換器５０では、円管状の冷媒流れ阻害部材６０を、冷却フィン３２の先端で押圧して弾性変形させ、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに配置した簡易な構造により、隙間Ｓへの冷媒の流れ込みを効果的に阻止することができる。また、このような簡易な構成であるから安価に熱交換器５０を製造することができる。
【００５０】
そして、このような構成を有する熱交換器５０でも、第１の実施の形態と同様に動作して、冷媒流れ阻害部材６０により、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止されている。そのため、冷媒は、隙間Ｓへ流れずに冷却フィン３２の間、及び冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面（側壁）との間を流れる。これにより、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率が向上し、半導体素子１１が、熱交換器５０により効果的に冷却される。
【００５１】
以上、詳細に説明したように第２の実施の形態に係る熱交換器５０によれば、円管状の冷媒流れ阻害部材６０を、弾性変形させて、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに、冷媒の流れ方向と交差するように配置している。そのため、冷媒流れ阻害部材６０により、隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止され、冷媒が冷却フィン３２の間、及び冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間を流れる。従って、隙間Ｓが存在しても、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率を向上させることができる。
【００５２】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、２つの冷媒流れ阻害部材４０（６０）を、両端にハウジング２０の側面と隙間が生じるように配置しているが、それぞれをずらして一端にハウジング２０の側面と隙間が生じるように（他端に密着させて）配置してもよい。このような配置により、熱交換器１０（５０）の両端部において、冷媒を冷却フィン側（冷却フィン間）に流すことができる。
【００５３】
また、上記した実施の形態では、冷却フィンはブロック状フィンを平行に配置したものであるが、冷却フィンはこれに限らず、例えば、多数の棒状フィンを互い違いに配置したものや、コルゲートフィンなどであっても良い。
【００５４】
さらに、上記した実施の形態では、半導体素子１１に対し本発明を適用した場合を示したが、これに限られることなく、冷却効果を必要とする様々な発熱体に対して本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 熱交換器
１１ 半導体素子
２０ ハウジング
２１ 導入口
２２ 排出口
３０ フィン部材
３１ フィンベース
３２ 冷却フィン
３３ 切り欠き
４０ 冷媒流れ阻害部材
４０ｅ 端面
５０ 熱交換器
６０ 冷媒流れ阻害部材
Ｄ 直径
ｄｅ ハウジングの深さ
Ｈ フィン高さ
Ｓ 隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング内に冷却フィンが設けられた熱交換器に関する。より詳細には、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間に冷媒が流れることを阻止することにより熱交換効率を向上させる熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機を駆動源として搭載したハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両が普及してきた。このような電動車両には、電動機の他に、充放電可能なバッテリ、バッテリの直流電力を電動機駆動用の三相交流電力に変換等するインバータなどが搭載されている。インバータは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の半導体素子のスイッチング動作によって電力変換を行うものであり、スイッチング動作によって半導体素子が発熱する。そのため、この熱を除去して半導体素子（発熱体）の過熱を防止するために、熱交換器が取り付けられる。そして、インバータは、より高出力が求められる一方で小型化や軽量化の要求が厳しくなってきているため、熱交換効率に優れた熱交換器が求められている。
【０００３】
ここで、発熱体を冷却する熱交換器としては、発熱体に固定されたフィン部材（冷却フィンとフィンベースとを備えている）に設けられた冷却フィンをハウジング内に設け、その冷却フィン間（ハウジング内部）に冷媒が流れるように構成されたものが知られている。この種の熱交換器では、各部品が公差を持っているため、冷却フィンの高さとハウジングの深さを等しくすることが困難であった。そして、図１３に示すように、冷却フィン１３２の高さＨよりハウジング１２０の深さｄｅが浅いと（Ｈ＞ｄｅ）、フィンベース１３１とハウジング１２０とが密着しなくなり冷媒が漏れてしまう。
【０００４】
そこで、図１４に示すように、冷却フィン１３２の高さＨよりハウジング１２０の深さｄｅが深くなるように設計されているのが一般的である（Ｈ＜ｄｅ）。ところがこの場合、冷却フィン１３２の先端とハウジング１２０の底面との間に隙間が生じてしまうため、冷媒がその隙間に流れ易くなり、冷却フィン１３２の間に流れる冷媒の量が減少する。そうすると、冷媒と冷却フィンとの間における熱交換が効率的に行われなくなり、熱交換効率が低下するという問題があった。
【０００５】
そのため、熱交換効率を低下させないように、例えば、特許文献１に記載の積層モジュールでは、バネ性を持たせた別部材を冷却フィン先端とケースとの間に設け、冷却フィンとケースとを密着させている。これにより、冷却フィンとケースとの間に隙間が形成されないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１４０９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の技術では、別部材（冷却フィンが含まれる場合もある）の変形量によっては、ケース（ハウジング）と中板（フィンベース）とが密着しなくなり、冷媒が漏れてしまうおそれがあった。
また、バネ性を持たせた別部材を設けるため、構造が複雑になるとともにコストアップを招いてしまうという問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、簡易な構成で冷却フィン先端とハウジングとの隙間への冷媒の流れ込みを抑制することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、ハウジング内に冷却フィンを備える熱交換器において、前記ハウジングの底面と前記冷却フィンとの隙間に冷媒の流れ方向と交差するように配置され、冷媒の流れを阻害する棒状の冷媒流れ阻害部材を有し、前記冷媒流れ阻害部材は、前記冷却フィンの先端あるいは前記ハウジングの底部の少なくとも一方に形成した切り欠きに圧入されて固定されている
ことを特徴とする。
【００１０】
この熱交換器では、棒状の冷媒流れ阻害部材が、冷却フィンの先端あるいはハウジングの底部の少なくとも一方に形成した切り欠きに圧入されて固定されている。すなわち、冷媒流れ阻害部材は、冷却フィンの先端に形成した切り欠きに圧入されている、ハウジングの底部に形成した切り欠きに圧入されている、又は冷却フィンの先端及びハウジングの底部のそれぞれに形成した各切り欠きに圧入されているかのいずれかである。これにより、冷媒流れ阻害部材が、冷却フィンの先端とハウジングの底面との間に存在する隙間に配置されて固定される。そして、冷媒流れ阻害部材は、冷媒の流れ方向と交差するように配置されるため、冷媒流れ阻害部材により、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間への冷媒の流れ込みが阻止される。これにより、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間へ冷媒が流れ難くなり、冷媒を冷却フィン間に流すことができる。その結果、冷媒と冷却フィンとの間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率を向上させることができる。
【００１１】
そして、この熱交換器では、棒状の冷媒流れ阻害部材を、冷却フィンの先端あるいはハウジングの底部の少なくとも一方に形成した切り欠きに圧入して、ハウジングの底面と冷却フィンとの隙間に配置している。そのため、簡易な構造かつ安価にて、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間への冷媒の流れ込みを阻止することができる。
【００１２】
また、上記課題を解決するためになされた本発明の別態様は、ハウジング内に冷却フィンを備える熱交換器において、前記ハウジングの底面と前記冷却フィンとの隙間に冷媒の流れ方向と交差するように配置され、冷媒の流れを阻害する円管状の冷媒流れ阻害部材を有し、前記冷媒流れ阻害部材は、前記冷却フィンの先端と前記ハウジングの底面との間に挟まれて弾性変形した状態で固定されていることを特徴とする。
【００１３】
この熱交換器では、円管状の冷媒流れ阻害部材が、冷却フィンの先端とハウジングの底面との間に挟まれて弾性変形した状態で固定されている。これにより、冷媒流れ阻害部材が、冷却フィンの先端とハウジングの底面との間に存在する隙間に配置されて固定される。そして、冷媒流れ阻害部材は、冷媒の流れ方向と交差するように配置されるため、冷媒流れ阻害部材により、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間への冷媒の流れ込みが阻止される。これにより、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間へ冷媒が流れ難くなり、冷媒を冷却フィン間に流すことができる。その結果、冷媒と冷却フィンとの間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率を向上させることができる。
【００１４】
そして、この熱交換器でも、円管状の冷媒流れ阻害部材を、冷却フィンの先端とハウジングの底面との間に挟んで弾性変形させて固定し、ハウジングの底面と冷却フィンとの隙間に配置している。そのため、簡易な構造かつ安価にて、冷却フィンの先端とハウジングの底面との隙間への冷媒の流れ込みを阻止することができる。
【００１５】
上記した熱交換器において、前記冷媒流れ阻害部材は、その端面と前記ハウジングの側面との間隔が、前記冷却フィンと前記ハウジングの側面との間隔よりも小さくなるように、配置されていることが望ましい。
【００１６】
このように冷媒流れ阻害部材を配置することにより、冷媒流れ阻害部材の端面とハウジングの側面との間隔における圧損が、冷却フィンとハウジングの側面との間隔における圧損よりも大きくなるので、冷媒流れ阻害部材の端部へ冷媒が流れ難くなる。これにより、熱交換器の端部においても、冷媒を冷却フィン側（冷却フィン間）に流すことができる。従って、冷媒と冷却フィンとの間における熱交換がより効率的に行われるため、熱交換効率を一層向上させることができる。
【００１７】
上記した熱交換器において、前記冷媒流れ阻害部材は、その長手方向の少なくとも一部分に伸縮可能であり、かつ冷媒の流れを阻害する弾性部材を備えていることが望ましい。
【００１８】
このような構成にすることにより、冷媒流れ阻害部材の端部をハウジングの側面に密着させることができる。これにより、冷媒流れ阻害部材の端部とハウジングの側面との間に隙間がなくなるので、冷媒流れ阻害部材の端部へ冷媒が流れなくなる。その結果、冷媒を冷却フィン間に流すことができるため、冷媒と冷却フィンとの間における熱交換がより一層効率的に行われるため、熱交換効率をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る熱交換器によれば、上記した通り、簡易な構成で安価に冷却フィン先端とハウジングとの隙間への冷媒の流れ込みを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す熱交換器の側面図である。
【図３】冷媒流れ阻害部材の配置位置付近におけるハウジング内部を模式的に示す図である。
【図４】冷媒の流れ方向から見たハウジング内部を模式的に示す図である。
【図５】第１変形例に係る熱交換器におけるハウジング内部を模式的に示す図である。
【図６】冷媒流れ阻害部材の変形例を示す平面図である。
【図７】第２変形例に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。
【図８】図７に示す熱交換器の側面図である。
【図９】第２の実施の形態に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す熱交換器の側面図である。
【図１１】冷媒流れ阻害部材の配置位置付近におけるハウジング内部を模式的に示す図である。
【図１２】冷媒の流れ方向から見たハウジング内部を模式的に示す図である。
【図１３】部品公差によりフィンベースとハウジングとの間に隙間が生じた状態を示す図である。
【図１４】冷却フィンとハウジングの底面との間に隙間が生じた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の熱交換器を具体化した実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。ここでは、小型化かつ高い冷却性能が要求されるインバータ装置の半導体素子を冷却するために用いる熱交換器を例示する。以下に示す二つの実施形態に係る熱交換器は、内部を流れる冷媒（例えば冷却水）と熱交換を行うことにより、発熱する半導体素子を冷却するものである。
【００２２】
［第１の実施の形態］
まず、第１の実施の形態に係る熱交換器について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、第１の実施の形態に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す熱交換器の側面図である。図３は、冷媒流れ阻害部材の配置位置付近におけるハウジング内部を模式的に示す図である。図４は、冷媒の流れ方向から見たハウジング内部を模式的に示す図である。なお、図１及び図２では、熱交換器内部を示すためにハウジングの側壁を図示していない。
【００２３】
図１及び図２に示すように、第１の実施の形態に係る熱交換器１０は、ハウジング２０と、フィン部材３０と、冷媒流れ阻害部材４０とを備えている。そして、フィン部材３０の上面に発熱体である半導体素子１１がヒートスプレッダ１２を介して載置されている。
【００２４】
ハウジング２０は、アルミニウム合金製の素材を例えばプレス加工によって上面が開口する直方体形状に形成したものである。このハウジング２０には、冷媒を内部に導入するための導入口２１と、冷媒を外部に排出するための排出口２２とが設けられている。そして、ハウジング２０に対して、ハウジング２０の開口を塞ぐようにしてフィン部材３０が取り付けられている。これにより、ハウジング２０とフィンベース３１とにより熱交換器１０のケースが構成されるとともに、ハウジング２０の内部に冷却フィン３２が収容されるようになっている。
【００２５】
フィン部材３０は、図１及び図２に示すように、複数の冷却フィン３２と、それらの冷却フィン３２が設けられたフィンベース３１とを備えている。このフィン部材３０は、アルミニウム合金製の素材を例えば押出加工によって成形されている。そして、複数の冷却フィン３２は、それぞれ一定の間隔をあけて平行にフィンベース３１上に設けられており、冷却フィン３２間（両端は冷却フィンとハウジング側壁との間）が、冷媒が流れる冷媒通路となっている。これにより、導入口２１を介してハウジング２０内に導入された冷媒は、冷却フィン３２間を流れていき排出口２２を介して外部に排出されるようになっている。
【００２６】
ここで、ハウジング２０の深さｄｅは、冷却フィン３２の高さＨよりも大きくされている（ｄｅ＞Ｈ）。そのため、熱交換器１０では、図２に示すように、ハウジング２０にフィン部材３０を組み付けた状態で、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との間に隙間Ｓが形成されている。
【００２７】
冷媒流れ阻害部材４０は、冷媒の流れを阻害する棒状の部材である。本実施の形態では、冷媒流れ阻害部材４０として丸棒を使用しているが、丸棒に限られず、後述する切り欠き３３に圧入可能な連続体であれば良く、例えば中空パイプや角棒などを使用することもできる。また、本実施の形態では、冷媒流れ阻害部材４０を２つ設けているが、冷媒流れ阻害部材４０は少なくとも１つあればよい。
【００２８】
そして、冷却フィン３２の先端には、切り欠き３３が設けられている。この切り欠き３２には、冷媒流れ阻害部材４０が圧入されている。切り欠き３３は各冷却フィン３２に対して形成されており、各切り欠き３２は冷媒の流れ方向と直交する方向における同一直線上に設けられている。これにより、棒状の冷媒流れ阻害部材４０を、各冷却フィン３２に簡単に圧入することができるとともに、冷媒の流れ方向と直交する方向に配置することができるようになっている。
【００２９】
ここで、図３に示すように、切り欠き３３の幅Ｋｗは、冷媒流れ阻害部材４０の直径Ｄ以下（Ｋｗ≦Ｄ）となっている。また、切り欠き３３の深さＫｄは、冷媒流れ阻害部材４０の半径Ｄ／２より大きく（Ｋｄ＞Ｄ／２）なっている。このように切り欠き３３を設定することにより、確実に、切り欠き３３に対して冷媒流れ阻害部材４０を圧入して、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間Ｓに冷媒流れ阻害部材４０を配置することができる。これにより、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止され、冷媒が隙間Ｓへ流れ難くなって冷却フィン間に流れるようになっている。
【００３０】
そして、このようにして冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間に設けられた冷媒流れ阻害部材４０は、図４に示すように、その端面４０ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｅが、冷却フィン３２とハウジング２０の側面との間隔Ｉｆよりも小さく（Ｉｅ＜Ｉｆ）なるように配置されている。すなわち、冷媒流れ阻害部材４０は、その端面４０ｅが、冷却フィン３２のうち最も外側に位置する冷却フィン３２ｅ（なお、この冷却フィンの符号を単に「３２」と表記することもある）の外側、つまり冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間に位置している。これにより、冷媒流れ阻害部材４０の端面４０ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｅにおける圧損が、冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｆにおける圧損よりも大きくなるので、冷媒流れ阻害部材４０の端部へ冷媒が流れ難くなっている。そのため、熱交換器１０の両端部においても、冷媒が冷却フィン側（冷却フィン間）を流れるようになっている。
【００３１】
このような熱交換器１０は、次のようにして製造される。まず、ハウジング２０の底部の所定位置に冷媒流れ阻害部材４０を配置する。次に、そのように配置された冷媒流れ阻害部材４０の真上から、フィン部材３０を下方へ押し下げて切り欠き３３に冷媒流れ阻害部材４０を圧入していきながらハウジング２０に組み付ける。このとき、フィン部材３０は、フィンベース３１がハウジング２０に当接したところで止まるため、ハウジング２０とフィンベース３１とを密着させることができる。
【００３２】
上記のようにして製造された熱交換器１０では、棒状の冷媒流れ阻害部材４０を、冷却フィン３２の先端に形成した切り欠き３３に圧入して、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに配置した簡易な構造により、隙間Ｓへの冷媒の流れ込みを効果的に阻止することができる。また、このような簡易な構成であるから安価に熱交換器１０を製造することができる。
【００３３】
続いて、このような構成を有する熱交換器１０の動作について簡単に説明する。熱交換器１０には、図１及び図２に示すように、フィン部材３０（フィンベース３１）に、ヒートスプレッダ１２を介して半導体素子１１が取り付けられる。なお、図１及び図２には、ヒートスプレッダ１２上に１つの半導体素子１１が載置されているが、熱交換器１０又は半導体素子１１の大きさ等に応じて、複数の半導体素子１１を載置するようにしても良い。
【００３４】
そして、冷媒は、導入口２１から熱交換器１０の内部へと導入される。熱交換器１０内部に導入された冷媒は、冷却フィン３２により形成された冷媒通路に従って流れていき、排出口２２から外部へと排出される。
このとき、発熱体である半導体素子１１は、自らが発した熱をヒートスプレッダ１２に伝達する。ヒートスプレッダ１２に伝達された熱は、そこで拡散されてフィンベース３１を介して冷却フィン３２へと伝えられる。そして、冷却フィン３２と冷媒との間で熱交換が行われる。
【００３５】
ここで、熱交換器１０の内部では、冷媒流れ阻害部材４０により、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止されている。そのため、冷媒は、隙間Ｓへ流れずに冷却フィン３２の間、及び冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面（側壁）との間を流れる。これにより、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率が向上する。具体的には、熱伝達率で１０％程度向上させることができた。その結果、半導体素子１１は、熱交換器１０により効果的に冷却される。
【００３６】
以上、詳細に説明したように第１の実施の形態に係る熱交換器１０によれば、棒状の冷媒流れ阻害部材４０を、冷却フィン３２の先端に形成した切り欠き３３に圧入して、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに、冷媒の流れ方向と交差するように配置している。そのため、冷媒流れ阻害部材４０により、隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止され、冷媒が冷却フィン３２の間、及び冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間を流れる。従って、隙間Ｓが存在しても、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率を向上させることができる。
【００３７】
ここで、第１の実施の形態に係る熱交換器の変形例について、図５〜図８を参照しながら説明する。図５は、第１変形例に係る熱交換器におけるハウジング内部を模式的に示す図である。図６は、冷媒流れ阻害部材の変形例を示す平面図である。図７は、第２変形例に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。図８は、図７に示す熱交換器の側面図である。なお、図７及び図８は、図１及び図２に対応する図面であり、図１及び図２と同様、熱交換器内部を示すためにハウジングの側壁を図示していない。
【００３８】
第１変形例に係る熱交換器は、基本的な構成を熱交換器１０とほぼ同じくするが、冷媒流れ阻害部材の構造が異なっている。
すなわち、図５に示すように、熱交換器１０ａでは、冷媒流れ阻害部材４１が両端部に弾性部材４１ａを備えている。弾性部材４１ａは、冷媒流れ阻害部材４１の長手方向に伸縮可能であり、かつ冷媒の流れを阻害するものである。図５では、弾性部材４１ａを両端部に設けた冷媒流れ阻害部材４１を示しているが、弾性部材４１ａは冷媒流れ阻害部材４１の長手方向に少なくとも１つ設ければ良い。なお、弾性部材としては、冷媒に対して耐腐食性を有する樹脂やゴムなどを使用することができる。
【００３９】
これにより、熱交換器１０ａでは、冷媒流れ阻害部材４１の両端部をハウジング２０の側面に密着させることができる。従って、冷媒流れ阻害部材４１の端面とハウジング２０の側面との間に隙間がなくなるため、冷媒流れ阻害部材４１の端部へ冷媒が流れなくなる。その結果、冷媒が冷却フィン３２の間、及び冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面（側壁）との間に流れるため、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換がより一層効率的に行われるため、熱交換効率をさらに向上させることができる。
【００４０】
また、図６に示すように、弾性部材４１ａの代わりに、蛇腹状の板材４２ａを設け、その両端に棒状部材４２ｂ，４２ｂを設けて冷媒流れ阻害部材４２を構成することもできる。このような冷媒流れ阻害部材４２は、蛇腹状の板材４２ａを縮めた状態でハウジング２０内にセットし、蛇腹状の板材４２ａが立った状態（冷媒が通過しない状態）でハウジング２０の底部に配置すればよい。なお、図６では、蛇腹状の板材４２ａの両側に棒状部材４２ｂ，４２ｂを設けて冷媒流れ阻害部材を構成しているが、蛇腹状の板材４２ａの片側だけに棒状部材４２ｂを設けて冷媒流れ阻害部材を構成しても良い。
そして、このような冷媒流れ阻害部材４２を設けた熱交換器でも、熱交換効率を向上させることができる。
【００４１】
第２変形例に係る熱交換器は、基本的な構成を熱交換器１０とほぼ同じくするが、冷媒流れ阻害部材を圧入する切り欠きの形成位置が異なっている。
すなわち、図７及び図８に示すように、熱交換器１０ｂでは、冷媒流れ阻害部材４０を圧入する切り欠き２３がハウジング２０の底部に形成されている。そして、冷却フィン３２の先端には切り欠きは形成されていない。なお、熱交換器１０ｂでは、冷却フィン３２の先端には切り欠きを設けていないが、冷却フィン３２の先端に切り欠き３３を設けても良い。つまり、切り欠きを冷却フィン３２の先端及びハウジング２０の底部の両方に設けることもできる。
【００４２】
このような熱交換器１０ｂでは、棒状の冷媒流れ阻害部材４０を、ハウジング２０の底部に形成した切り欠き２３に圧入して、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに、冷媒の流れ方向と交差するように配置している。そのため、冷媒流れ阻害部材４０により、隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止され、冷媒が冷却フィン間を流れる。従って、隙間Ｓが存在しても、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率を向上させることができる。
【００４３】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る熱交換器について、図９〜図１２を参照しながら説明する。図９は、第２の実施の形態に係る熱交換器の概略構成を示す斜視図である。図１０は、図９に示す熱交換器の側面図である。図１１は、冷媒流れ阻害部材の配置位置付近におけるハウジング内部を模式的に示す図である。図１２は、冷媒の流れ方向から見たハウジング内部を模式的に示す図である。なお、図９及び図１０では、熱交換器内部を示すためにハウジングの側壁を図示していない。
【００４４】
第２の実施の形態に係る熱交換器は、第１の実施の形態と構成をほぼ同じくするが、冷媒流れ阻害部材を圧入する切り欠きが設けられていないこと、及び冷媒流れ阻害部材の構成が異なっている。そのため、第１の実施の形態と同じ構成については同符号を付して、その説明を適宜省略する。
【００４５】
図９及び図１０に示すように、第２の実施の形態に係る熱交換器５０は、ハウジング２０と、フィン部材３０と、冷媒流れ阻害部材６０とを備えている。そして、フィン部材３０の上面に発熱体である半導体素子１１がヒートスプレッダ１２を介して載置されている。なお、フィン部材３０は、第１の実施の形態と基本的には同じものであるが、本実施の形態では、冷却フィン３２に切り欠きが形成されていない。
【００４６】
冷媒流れ阻害部材６０は、冷媒の流れを阻害する円管状の部材である。そして、この冷媒流れ阻害部材６０は、冷媒の流れ方向と直交する方向に配置され、冷却フィン３２とハウジング２０の底面との間に挟まれて弾性変形している。これにより、図１１に示すように、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底部との隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止され、冷媒が隙間Ｓへ流れ難くなって冷却フィン間に流れるようになっている。なお、本実施の形態でも、冷媒流れ阻害部材６０を２つ設けているが、冷媒流れ阻害部材６０は少なくとも１つあればよい。
【００４７】
そして、このようにして冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間Ｓに、弾性変形領域内で潰されて配置された冷媒流れ阻害部材６０は、図１２に示すように、その端面６０ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｅが、冷却フィン３２とハウジング２０の側面との間隔Ｉｆよりも小さく（Ｉｅ＜Ｉｆ）なるように配置されている。すなわち、冷媒流れ阻害部材６０は、その端面６０ｅが、冷却フィン３２のうち最も外側に位置する冷却フィン３２ｅの外側、つまり冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間に位置している。これにより、冷媒流れ阻害部材６０の端面６０ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｅにおける圧損が、冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間隔Ｉｆにおける圧損よりも大きくなるので、冷媒流れ阻害部材４０の端部へ冷媒が流れ難くなっている。そのため、熱交換器５０の両端部においても、冷媒が冷却フィン側（冷却フィン間）を流れるようになっている。
【００４８】
このような熱交換器５０は、次のようにして製造される。まず、ハウジング２０の底面の所定位置に冷媒流れ阻害部材６０を配置する。次に、そのように配置された冷媒流れ阻害部材６０の真上から、フィン部材３０を下方へ押し下げて冷媒流れ阻害部材６０を変形させていきながらハウジング２０に組み付ける。このとき、フィン部材３０は、フィンベース３１がハウジング２０に当接したところで止まるため、ハウジング２０とフィンベース３１とを密着させることができる。
【００４９】
上記のようにして製造された熱交換器５０では、円管状の冷媒流れ阻害部材６０を、冷却フィン３２の先端で押圧して弾性変形させ、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに配置した簡易な構造により、隙間Ｓへの冷媒の流れ込みを効果的に阻止することができる。また、このような簡易な構成であるから安価に熱交換器５０を製造することができる。
【００５０】
そして、このような構成を有する熱交換器５０でも、第１の実施の形態と同様に動作して、冷媒流れ阻害部材６０により、冷却フィン３２の先端とハウジング２０の底面との隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止されている。そのため、冷媒は、隙間Ｓへ流れずに冷却フィン３２の間、及び冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面（側壁）との間を流れる。これにより、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率が向上し、半導体素子１１が、熱交換器５０により効果的に冷却される。
【００５１】
以上、詳細に説明したように第２の実施の形態に係る熱交換器５０によれば、円管状の冷媒流れ阻害部材６０を、弾性変形させて、ハウジング２０の底面と冷却フィン３２との隙間Ｓに、冷媒の流れ方向と交差するように配置している。そのため、冷媒流れ阻害部材６０により、隙間Ｓへの冷媒の流れ込みが阻止され、冷媒が冷却フィン３２の間、及び冷却フィン３２ｅとハウジング２０の側面との間を流れる。従って、隙間Ｓが存在しても、冷媒と冷却フィン３２との間における熱交換が効率的に行われるため、熱交換効率を向上させることができる。
【００５２】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、２つの冷媒流れ阻害部材４０（６０）を、両端にハウジング２０の側面と隙間が生じるように配置しているが、それぞれをずらして一端にハウジング２０の側面と隙間が生じるように（他端に密着させて）配置してもよい。このような配置により、熱交換器１０（５０）の両端部において、冷媒を冷却フィン側（冷却フィン間）に流すことができる。
【００５３】
また、上記した実施の形態では、冷却フィンはブロック状フィンを平行に配置したものであるが、冷却フィンはこれに限らず、例えば、多数の棒状フィンを互い違いに配置したものや、コルゲートフィンなどであっても良い。
【００５４】
さらに、上記した実施の形態では、半導体素子１１に対し本発明を適用した場合を示したが、これに限られることなく、冷却効果を必要とする様々な発熱体に対して本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 熱交換器
１１ 半導体素子
２０ ハウジング
２１ 導入口
２２ 排出口
３０ フィン部材
３１ フィンベース
３２ 冷却フィン
３３ 切り欠き
４０ 冷媒流れ阻害部材
４０ｅ 端面
５０ 熱交換器
６０ 冷媒流れ阻害部材
Ｄ 直径
ｄｅ ハウジングの深さ
Ｈ フィン高さ
Ｓ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に冷却フィンを備える熱交換器において、
前記ハウジングの底面と前記冷却フィンとの隙間に冷媒の流れ方向と交差するように配置され、冷媒の流れを阻害する棒状の冷媒流れ阻害部材を有し、
前記冷媒流れ阻害部材は、前記冷却フィンの先端あるいは前記ハウジングの底部の少なくとも一方に形成した切り欠きに圧入されて固定されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
ハウジング内に冷却フィンを備える熱交換器において、
前記ハウジングの底面と前記冷却フィンとの隙間に冷媒の流れ方向と交差するように配置され、冷媒の流れを阻害する円管状の冷媒流れ阻害部材を有し、
前記冷媒流れ阻害部材は、前記冷却フィンの先端と前記ハウジングの底面との間に挟まれて弾性変形した状態で固定されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する熱交換器において、
前記冷媒流れ阻害部材は、その端面と前記ハウジングの側面との間隔が、前記冷却フィンと前記ハウジングの側面との間隔よりも小さくなるように、配置されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの熱交換器において、
前記冷媒流れ阻害部材は、その長手方向の少なくとも一部分に伸縮可能であり、かつ冷媒の流れを阻害する弾性部材を備えている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項１】
ハウジング内に冷却フィンを備える熱交換器において、
前記ハウジングの底面と前記冷却フィンとの隙間に冷媒の流れ方向と交差するように配置され、冷媒の流れを阻害する棒状の冷媒流れ阻害部材を有し、
前記冷媒流れ阻害部材は、前記冷却フィンの先端あるいは前記ハウジングの底部の少なくとも一方に形成した切り欠きに圧入されて固定されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
ハウジング内に冷却フィンを備える熱交換器において、
前記ハウジングの底面と前記冷却フィンとの隙間に冷媒の流れ方向と交差するように配置され、冷媒の流れを阻害する円管状の冷媒流れ阻害部材を有し、
前記冷媒流れ阻害部材は、前記冷却フィンの先端と前記ハウジングの底面との間に挟まれて弾性変形した状態で固定されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する熱交換器において、
前記冷媒流れ阻害部材は、その端面と前記ハウジングの側面との間隔が、前記冷却フィンと前記ハウジングの側面との間隔よりも小さくなるように、配置されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの熱交換器において、
前記冷媒流れ阻害部材は、その長手方向の少なくとも一部分に伸縮可能であり、かつ冷媒の流れを阻害する弾性部材を備えている
ことを特徴とする熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１５６３２２（Ｐ２０１２−１５６３２２Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２８１（Ｐ２０１１−１４２８１）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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