JP2011208814A - 水冷ジャケット - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導率を向上し、安価に製造することができる水冷ジャケットを提供すること。
【解決手段】冷却水給水用の流入継手１１及び冷却水排出用の流出継手１２を対向する二辺に配置した板状の天板１０と、前記冷却水が前記流入継手１１から流出継手１２に向かって流れるための流路２１をコ字形状に形成する開口部を設けた板状の流路板２０と、この流路板２０の開口部を天板１０と協動して塞ぐ板形状のベース板３０とを備え、前記天板１０と流路板２０とベース板３０とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉した水冷ジャケット。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱機器の熱を吸収して放熱するための水冷ジャケットに係り、特に熱伝導率を向上し、安価に製造することができる水冷ジャケットに関する。

従来、発熱機器、例えば、電動モータを冷却する手段として、電動モータの円筒状外周部の周囲に密着して取り付けられ、外部からの冷却水を循環することによってモータを冷却する水冷ジャケットが知られている。

従来技術による水冷ジャケットは、２枚のアルミ板の間に冷却水を循環させるためのステンレス製パイプを何重にも湾曲するように配置し、このステンレス製パイプ内に冷却水を循環させるように構成されている。

なお、従来技術による湾曲したパイプによって冷却水を循環させる構造の水冷ジャケットに関する技術が記載された文献としては、例えば、下記の特許文献１が挙げられる。

特開平１０−１５６４２号公報

前記湾曲したパイプによって冷却水を循環させる構造の水冷ジャケットは、熱交換率を向上させるためにアルミ板とパイプとを密着する必要があるため、２枚のアルミ板を湾曲するパイプの形状に沿った溝を形成するように押し出し成型し、この押し出し成型したアルミ板間に湾曲したパイプを挟み込むことによって製造されていた。このため従来技術による水冷ジャケットは、前記アルミ板とパイプとの密着性を確保しなければ熱伝導効率が低下することと、製造方法の異なる多種の部品を組み合わせて精密に製造することによって製造コストが高価になると共に、多種形状のものを製造する場合、パイプの湾曲形状に合った多種の押し出し成型をしなければならず、このために製造コストが更に高価になるという課題があった。

また、従来技術による水冷ジャケットは、発熱機器からの熱をアルミ板に伝える段階と、このアルミ板の熱をパイプに伝える段階と、このパイプの熱を冷却水に伝える段階の３段階の熱伝導を要すると共に、アルミ板とパイプとの材質の違いによる熱伝導率が異なるために熱伝導効率が比較的低いという課題と、冷却水への熱伝導率を高めるためにはパイプの円筒内壁面積を大きくすることが望ましいが、湾曲するパイプ径には制限があり、熱伝導率を高めることが困難であるという課題があった。

本発明の目的は、前述の従来技術による課題を解決することであり、熱伝導率を向上し、安価に製造することができる水冷ジャケットを提供することである。

前記目的を達成するために請求項１記載の本発明は、冷却水給水用の流入継手及び冷却水排出用の流出継手を配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路を構成する開口部を設けた板状の流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、冷却水給水用の流入継手及び冷却水排出用の流出継手を四辺の内の一辺に沿って間隔を空けて配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路をコ形状の開口部により構成した板状の流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、冷却水給水用の流入継手及び冷却水排出用の流出継手を四辺の内の二辺に対向して配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路を前記天板の縮小相似形状の開口部により構成した板状の流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、冷却水給水用の流入継手及び冷却水排出用の流出継手を四辺の対向する角部に配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路をＮ字形状の開口部により構成した流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、冷却水給水用の流入継手及び冷却水排出用の流出継手を四辺の内の一辺に沿って間隔を空けて配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路をＭ字形状の開口部により構成した板状の流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉したことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、冷却水給水用の流入継手を四辺の内の１つの角部に配置し、冷却水排出用の流出継手を四辺の中央部に配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路を外側から内側へ向かって螺旋状に収縮する渦巻き形状の開口部により構成した板状の流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉したことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、前記何れかの特徴の水冷ジャケットにおいて、前記流路の任意位置の開口幅を他の位置よりも狭く形成したことを特徴とする。

請求項８記載の発明は、前記何れかの特徴の水冷ジャケットにおいて、前記天板と流路板とベース板とを同一曲率により湾曲して形成したことを特徴とする。

本発明による水冷ジャケットは、冷却水給水用の流入継手及び冷却水排出用の流出継手を配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための所定の流路を構成する開口部を設けた板状の流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉したことによって、熱伝導率を向上し、安価に製造することができる。

本発明の第１の実施形態による水冷ジャケットの構造を示す図 本発明の第２の実施形態による水冷ジャケットの構造を示す図 本発明の第３の実施形態による水冷ジャケットの構造を示す図 本発明の第４の実施形態による水冷ジャケットの構造を示す図 本発明の第５の実施形態による水冷ジャケットの構造を示す図 本発明の第６の実施形態による水冷ジャケットの構造を示す図

以下、本発明による水冷ジャケットの実施形態を図面を参照して詳細に説明するが、まず、本発明による水冷ジャケットの基本的構造について説明する。
本発明による水冷ジャケットは、冷却水給水用の流入継手及び排出用の流出継手を設けた板状の天板と、この板状天板と同形状の板状のベース板と、前記天板及びベース板の間に挟まれ、冷却水が還流するための所定の流路を構成する開口部を設けた板状の流路板とを備え、前記天板及びベース板の間に流路を形成する開口部を設けた流路板を挟み込みむように積層し、前記開口部の縁に沿って前記３枚の板をレーザ溶接して前記開口部が冷却水を循環させるための流路を形成することによって、前記天板及びベース板と冷却水間の熱伝導効率を高くし、且つ安価に製造することができる。以下、本発明の実施形態による水冷ジャケットの具体的構造を説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１の実施形態による冷水ジャケットは、図１に示す如く、冷却水を図示しないパイプから流入するための流入継手１１及び冷却水をパイプから外部へ流出するための流出継手１２を一辺に沿って間隔を空けて配置した四辺板形状の天板１０と、この天板１０と同外形状のベース板３０と、これら天板１０及びベース板３０の間に配置され、コ字形状の開口部を開口した流路板２０とを備え、前記天板１０と流路板２０とベース板３０とを積層した状態で前記開口部の縁に沿った箇所を天板１０と流路板２０とベース板３０とが密閉するように溶接することによって製造する。前記天板１０と流路板２０とベース板３０とは、同一材料、例えば、アルミ板であり、前記流路板２０の開口部の開口加工及び溶接加工はレーザ加工によって行うものであって、後述する実施形態においても同様であるが、これに限られるものではない。

このように構成した冷水ジャケットは、前記流入継手１１から流入させた冷却水をコ字形状の開口部に沿った流路２１に沿って流して前記流出継手１２から排出するため、天板１０又はベース板３０からの熱を直接冷却水に伝えることができると共に、冷却水と天板１０及びベース板３０との接触面積を増大させたことによって、冷却水に伝える熱伝導効率を従来の２倍から３倍に向上させることができる。この熱伝導効率は、同サイズの従来の水冷ジャケットと比較し、熱抵抗値で表した場合、従来品が０．０３度Ｃ／Ｗ程度だったものを、０．０１度Ｃ／Ｗ以下に向上することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２の実施形態による冷水ジャケットは、図２に示す如く、冷却水を図示しないパイプから流入するための流入継手１１及び冷却水をパイプにより外部へ流出するための流出継手１２を対向する二辺に近接して配置した四辺板形状の天板１０と、この天板１０と同外形状のベース板３０と、これら天板１０及びベース板３０の間に配置され、内部に天板１０と縮小相似形の開口部を設けた流路板４０とを備え、前記天板１０と流路板４０とベース板３０とを積層させた状態で前記開口部の縁に沿った箇所を天板１０と流路板４０とベース板３０とが密閉するように溶接することによって製造する。

このように構成した冷水ジャケットは、前記流入継手１１から流入させた冷却水が流出継手１２に向かって直線的に流れる流路４２と、開口部の縁に沿って流出継手１２に向かって湾曲して流れる流路４１とを形成し、これら流路４１及び４２に沿って流れた冷却水を流出継手１２から排出するため、天板１０又はベース板３０からの熱を直接冷却水に伝える接触面積を第１実施形態に比べて更に広くすることができ、冷却水に伝える熱伝導効率を更に向上させることができる。

［第３実施形態］
本発明の第３の実施形態による冷水ジャケットは、図３に示す如く、冷却水を図示しないパイプから流入するための流入継手１１及び冷却水をパイプにより外部へ流出するための流出継手１２を対向する二角辺に配置した四辺板形状の天板１０と、この天板１０と同外形状のベース板３０と、これら天板１０及びベース板３０の間に配置され、内部に交互に逆方向に突出する突出部５２によってＮ字形状の流路を開口部により形成した流路板５０とを備え、前記天板１０と流路板５０とベース板３０とを積層させた状態で前記開口部の縁に沿った箇所を天板１０と流路板５０とベース板３０とが密閉するように溶接することによって製造する。

このように構成した冷水ジャケットは、前記流入継手１１から流入させた冷却水がＮ字形状の一端部から一筆書きのようにＮ字開口部に沿って流れて流出継手１２から流出するように流れる流路５１を形成し、この流路５１に沿って流れる冷却水を流出継手１２から排出するため、天板１０又はベース板３０からの熱を直接冷却水に伝える接触面積長を長くすることができ、冷却水に伝える熱伝導効率を更に向上させることができる。

［第４実施形態］
本発明の第４の実施形態による冷水ジャケットは、図４に示す如く、冷却水を図示しないパイプから流入するための流入継手１１及び冷却水をパイプにより外部へ流出するための流出継手１２を一辺に間隔を持って配置した四辺板形状の天板１０と、この天板１０と同外形状のベース板３０と、これら天板１０及びベース板３０の間に配置され、Ｍ字形状の流路を開口部により形成した流路板６０とを備え、前記天板１０と流路板６０とベース板３０とを積層させた状態で前記開口部の縁に沿った箇所を天板１０と流路板６０とベース板３０とが密閉するように溶接することによって製造する。

このように構成した冷水ジャケットは、前記流入継手１１から流入させた冷却水がＭ字形状の一端部から一筆書きのようにＭ字状の開口部に沿って流れて流出継手１２から流出するように流れる流路６１を形成し、この流路６１に沿って流れる冷却水を流出継手１２から排出するため、天板１０又はベース板３０からの熱を直接冷却水に伝える接触面積の長さを長くすることができ、冷却水に伝える熱伝導効率を更に向上させることができる。

［第５実施形態］
本発明の第５の実施形態による冷水ジャケットは、図５に示す如く、冷却水を図示しないパイプから流入するための流入継手１１を１つの角部近傍に配置し、流出継手１２を中央に配置した四辺板形状の天板１０と、この天板１０と同外形状のベース板３０と、これら天板１０及びベース板３０の間に配置され、内部に外側から内側へ向かって螺旋状に収縮する渦巻き形状の流路を開口部により形成した流路板７０とを備え、前記天板１０と流路板７０とベース板３０とを積層させた状態で前記開口部の縁に沿った箇所を天板１０と流路板７０とベース板３０とが密閉するように溶接することによって製造する。

このように構成した冷水ジャケットは、前記流入継手１１から流入させた冷却水が渦巻き状の外周の一端部から内方に向かって螺旋を描きながら流れて流出継手１２から流出するように流れる流路７１を形成し、この流路６１に沿って流れる冷却水を中央の流出継手１２から排出するため、天板１０又はベース板３０からの熱を直接冷却水に伝える接触面積の長さを更に長くすることができ、冷却水に伝える熱伝導効率を更に向上させることができる。
［第６実施形態］
本発明の第６の実施形態による冷水ジャケットは、図６に示す如く、流入継手１１及び流出継手１２を対向する四辺角部に配置した四辺板形状の天板１０と、この天板１０と同外形状のベース板３０と、これら天板１０及びベース板３０の間に配置され、Ｎ字形状の一部が狭まった幅狭部８１を有する開口部により流路を形成する流路板８０とを備え、前記天板１０と流路板８０とベース板３０とを積層させた状態で前記開口部の縁に沿った箇所を天板１０と流路板８０とベース板３０とが密閉するように溶接することによって製造する。

このように構成した冷水ジャケットは、前記流入継手１１から流入させた冷却水がＮ字形状の一端部から一筆書きのようにＮ字開口部に沿って流れて流出継手１２から流出すると共に前記幅狭部５２においては流速が早くなるように流れる流路８１を形成し、この流路８１に沿って流れる冷却水を流出継手１２から排出するため、天板１０又はベース板３０からの熱を直接冷却水に伝える接触面積長を長くすることができると共に、例えば前記幅狭部５２の接する位置に発熱部が位置するように冷水ジャケットを取り付けることによって、全体の圧力損失を抑えつつ発熱の集中部のみ流速を速くし、冷却水に伝える熱伝導効率を更に向上させることができる。

なお、前述の実施形態においては、コ字形状、四角形状、Ｎ字形状、Ｍ字形状、幅狭部を有する開口部によって流路を形成する例を説明したが、本発明はこれらに限られることなく、流入継手から流出継手を結ぶ流路を板状の流路板を開口部により形成することによって、任意形状の流路を形成することができる。

更に、本発明による水冷ジャケットは、平坦な板状のもの限られるものではなく、例えば、筒状の外周面を持つ電気モータの外周面に密着するように湾曲した板状部材を用いて構成しても良い。また、天板とベース板とは同形状のものに限られるものではなく、少なくとも流路板の開口部を天板とベース板によって協動して塞ぐことが可能な形状であれば良い。

１０ 天板 、１１ 流入継手 、１２ 流出継手 、２０ 流路板 、２１ 流路 、３０ ベース板 、４０ 流路板 、４１ 流路 、４２ 流路 、５０ 流路板 、５１ 流路 、５２ 突出部 、５２ 幅狭部 、６０ 流路板 、６１ 流路 、７０ 流路板 、７１ 流路 、８０ 流路板 、８１ 幅狭部

Claims (8)

1. 冷却水給水用の流入継手及び冷却水排出用の流出継手を配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路を形成する開口部を設けた板状の流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉した水冷ジャケット。
2. 冷却水給水用の流入継手及び冷却水排出用の流出継手を四辺の内の一辺に沿って間隔を空けて配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路をコ形状の開口部により形成した板状の流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉した水冷ジャケット。
3. 冷却水給水用の流入継手及び冷却水排出用の流出継手を四辺の内の二辺に対向して配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路を前記天板の縮小相似形状の開口部により形成した板状の流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉した水冷ジャケット。
4. 冷却水給水用の流入継手及び冷却水排出用の流出継手を四辺の対向する角部に配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路をＮ字形状の開口部により形成した流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉した水冷ジャケット。
5. 冷却水給水用の流入継手及び冷却水排出用の流出継手を四辺の内の一辺に沿って間隔を空けて配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路をＭ字形状の開口部により形成した板状の流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉した水冷ジャケット。
6. 冷却水給水用の流入継手を四辺の内の１つの角部に配置し、冷却水排出用の流出継手を四辺の中央部に配置した板状の天板と、前記冷却水が前記流入継手から流出継手に向かって流れるための流路を外側から内側へ向かって螺旋状に収縮する渦巻き形状の開口部により形成した板状の流路板と、前記流路板の開口部を天板と協動して塞ぐ形状のベース板とを備え、前記天板と流路板とベース板とを積層した状態で前記開口部の周縁を密閉した水冷ジャケット。
7. 前記流路の任意位置の開口幅を他の位置よりも狭く形成した請求項１から６何れかに記載の水冷ジャケット。
8. 前記天板と流路板とベース板とを同一曲率により湾曲して形成した請求項１から７何れかに記載の水冷ジャケット。

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