CN112470329A

CN112470329A - 冷却器

Info

Publication number: CN112470329A
Application number: CN201980049209.8A
Authority: CN
Inventors: 平野裕; 中村拓海
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: CN112470329B; JP2020017454A; EP3832785A1; JP7031524B2; EP3832785B1; EP3832785A4; WO2020021848A1

Abstract

提供一种冷却器，能抑制电池等发热体的温度偏差的发展，并且能抑制冷却器表面的温度偏差，从而能高效且均匀地冷却发热体。冷却器包括：受热面侧的上板(10)；以夹着制冷剂流路(2)的方式与所述上板平行地面对的下板(20)；以及配置于所述上板与所述下板之间的波纹翅片(30)，以与所述制冷剂流路正交的状态在制冷剂流动方向上隔开适当间隔地配置多个所述波纹翅片，并且通过突设于所述上板和所述下板中的任一个板的突起部(11)来定位各波纹翅片的制冷剂流动方向的两侧部，通过突设于所述上板和所述下板中的任一个板并与另一个板接合的接合部(21)将所述上板与所述下板连接，并且将两个板的周边部接合在一起。

Description

冷却器

技术领域

本发明涉及例如对从电动汽车、混合动力汽车等的车用电池、逆变器等功率设备、半导体元件等发出的热量进行冷却的冷却器。

背景技术

一般而言，在电动汽车、混合动力汽车等车辆中，在对车辆进行驱动的马达的电源中使用电池。

电池除了在车辆启动和行驶时对马达进行驱动以使车辆加速之外，在紧急停车时刹车来控制车辆，因此，使用大容量的电池。

因此，为了抑制因电池的温度上升而使性能下降，需要强制地使用冷却器来冷却电池。

作为以往这种冷却器，已知以下结构：在配置于电池底部的冷却板(冷却器)的内部设置制冷剂通路，并通过供给至制冷剂通路的制冷剂的汽化热来对冷却器进行冷却，并且将电池的热量传递至冷却后的冷却器从而对电池进行冷却(例如，日本专利特开2010-50000号公报)。

作为日本专利特开2010-50000号公报中的冷却器的一个方式，能使用如下结构：在具有互为平行的多个制冷剂通路的铝合金制的扁平管中固定有散热翅片。

根据日本专利特开2010-50000号公报所记载的冷却器，能将制冷剂供给至配置于连接有多个电池单体的电池底部的冷却器，以对连接有多个电池单体的电池进行冷却。

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在多个电池单体之间存在由温度差引起的温度边界层，因此，在冷却器表面将会产生温度的不均(温度偏差)，从而存在无法高效且均匀地冷却电池的问题。

此外，在电池以外的例如逆变器等功率设备、半导体元件等发热体中，同样也会在冷却器表面产生温度的不均(温度偏差)，从而存在无法高效且均匀地冷却发热体的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种冷却器，能抑制电池等发热体的温度偏差的发展，并且能抑制冷却器表面的温度偏差，从而能高效且均匀地冷却发热体。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述问题，本发明的冷却器包括：受热面侧的上板；下板，所述下板以夹着制冷剂流路的方式与所述上板平行地面对；以及波纹翅片，所述波纹翅片配置于所述上板与所述下板之间，其特征是，所述波纹翅片以与所述制冷剂流路正交的状态在制冷剂流动方向上隔开适当间隔地配置有多个，并且各波纹翅片的制冷剂流动方向的两侧部通过突设于所述上板和所述下板中的任一个板的突起部定位，所述上板和所述下板通过突设于所述上板和所述下板中的任一个板并与另一个板接合的接合部连接，并且两个板的周边部被接合在一起。

通过以上述方式构成，能通过突设于上板和下板中的任一个板的突起部将波纹翅片定位并配置于使波纹翅片与电池等发热体的发热区域相应的位置。

在本发明中，较为理想的是，接合部设置成在与制冷剂流动方向正交的方向上隔开适当间隔，并且夹着波纹翅片的接合部排列成锯齿状，突起部的与位于最近的接合部相对的部位非连续。

在上述情况下，较为理想的是，接合部形成为俯视观察时呈大致圆形，突起部的一端位于从自与波纹翅片相对的一侧的接合部的中心起向波纹翅片方向45度的假想线上的、与接合部最外圆的交点开始向着所述波纹翅片侧的正交状的假想线上，突起部的另一端位于从自与波纹翅片相对的另一侧的接合部的中心起向波纹翅片方向45度的假想线上的、与接合部最外圆的交点开始向着所述波纹翅片侧的正交状的假想线上。

通过以上述方式构成，能通过突起部的非连续部分散从波纹翅片的流入侧流入的制冷剂，从而能使制冷剂均匀地流至波纹翅片。也就是说，若没有突起部，则制冷剂在接合部的上游/下游不易流动，在没有接合部的部位容易流动，因此，通过在制冷剂容易流动的部位设置兼作定位的突起部，能使制冷剂整体均匀地流动。

此外，由于使得设置于冷却器的制冷剂流路的两端侧的制冷剂流入口和制冷剂流出口与制冷剂的流入侧和流出侧均能对应，因此，能给冷却器的设置带来自由度。

在这种情况下，通过将接合部形成为俯视观察呈大致圆形，使突起部的一端位于从自与波纹翅片相对的一侧的接合部的中心起向波纹翅片方向45度的假想线上的、与接合部最外圆的交点开始向着所述波纹翅片侧的正交状的假想线上，使突起部的另一端位于从自与波纹翅片相对的另一侧的接合部的中心起向波纹翅片方向45度的假想线上的、与接合部最外圆的交点开始向着所述波纹翅片侧的正交状的假想线上，能使与接合部碰撞的制冷剂流顺畅地流至突起部的非连续部侧，能通过突起部的非连续部分散从波纹翅片的流入侧流入的制冷剂，从而使制冷剂均匀地流至波纹翅片。此外，能使流过波纹翅片并被波纹翅片的流出侧的突起部的非连续部分分散，以使与接合部碰撞的制冷剂顺畅地流至接合部的两侧。

除此之外，在本发明中，较为理想的是，突起部与上板和下板中的任一个板成型为一体。

通过以上述方式构成，能容易地形成具有波纹翅片的定位功能的突起部。

发明效果

根据本发明，能以上述方式构成，因此，能获得以下这样的效果。

(1)根据技术方案1所记载的发明，能通过突设于上板和下板中的任一个板的突起部将波纹翅片定位并配置于与电池等发热体的发热区域对应的位置，因此，能抑制电池等发热体的温度偏差的发展，并且能抑制冷却器表面的温度偏差，从而能高效且均匀地冷却发热体。

(2)根据技术方案2所记载的发明，能通过突起部的非连续部分散从波纹翅片的流入侧流入的制冷剂，从而能使制冷剂均匀地流至波纹翅片，因此，除了上述(1)以外，能进一步抑制制冷剂流的乱流，并高效且均匀地冷却电池等发热体。

此外，使得设置于冷却器的制冷剂流路的两端侧的制冷剂流入口和制冷剂流出口与制冷剂的流入侧和流出侧均能对应，因此，能给冷却器的设置带来自由度。

(3)根据技术方案3所记载的发明，能使与接合部碰撞的制冷剂流顺畅地流至突起部的非连续部侧，并且能将流过波纹翅片并被突起部的非连续部分散，以使与接合部碰撞的制冷剂顺畅地流至接合部的两侧，因此，除了上述(1)、(2)以外，能使制冷剂流更顺畅，并能高效且均匀地冷却电池等发热体。

(4)根据技术方案4所记载的发明，能容易地形成具有波纹翅片的定位功能的突起部，因此，除了上述(1)～(3)以外，能进一步实现构成部件的削减，并且能使冷却器的制作变得容易。

附图说明

图1的(a)是通过截面表示本发明的冷却器的一部分的俯视图，图1的(b)是省略了局部的放大侧视图。

图2的(a)是沿图1的(a)的I－I线的放大剖视图，图2的(b)是沿图2的(a)的II－I I线的放大剖视图。

图3是沿图1的(a)的III-III线的放大剖视图。

图4是图1的(a)的IV部分的放大示意俯视图。

图4A是表示本发明的制冷剂流的示意俯视图。

图5的(a)是沿本发明的上板的仰视图，图5的(b)是沿图5的(a)的V-V线的放大剖视图。

图6的(a)是沿本发明的下板的俯视图，图6的(b)是沿图6的(a)的VI-VI线的放大剖视图。

图7的(a)是本发明的波纹翅片的俯视图，图7的(b)是省略了局部的放大侧视图，图7的(c)是图7的(b)的VII部分放大图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的冷却器的方式进行详细说明。在此，说明冷却器应用于对从车用电池发出的热量进行冷却的冷却器的情况。

如图1和图2所示，本发明的冷却器1例如包括：受热面侧的上板10，所述上板10配置于连接有多个电池单体(未图示)的电池B底部，多个所述电池单体被作为驱动车辆的马达的电源使用；下板20，所述下板20以夹着制冷剂流路2的方式与上板10平行地面对；以及多个波纹翅片30，多个所述波纹翅片30配置在上板10与下板20之间。另外，在冷却器1的两个端部连接有与制冷剂流路2连通的制冷剂流入管3和制冷剂流出管4。

在这种情况下，波纹翅片30以与制冷剂流路2正交的状态在制冷剂流动方向上隔开与电池单体(未图示)相应的适当间隔地配置多个，并且各波纹翅片30的制冷剂流动方向的两侧部被突设于上板10的突起部11定位。

此外，上板10和下板20通过突设于下板20并与上板10接合的接合部21连接，并且上板10与下板20的周边部被接合在一起。

上板10由铝合金制的大致矩形的板材形成，如图2和图5所示，在上板10的下表面沿制冷剂流动方向隔开适当间隔地突设有定位用的突起部11，所述突起部11与波纹翅片30的宽度方向(短边方向)的两侧部卡合。突起部11通过冲压加工而与上板10形成为一体(参照图5的(b))。

在上述情况下，突起部11的与位于最近的接合部21相对的部分非连续，如图4所示，突起部11的一端位于从自与波纹翅片30相对的一侧的俯视观察呈圆形的接合部21的中心起向波纹翅片方向45度的假想线La上的、与接合部最外圆的交点开始向着波纹翅片侧的正交状的假想线Lb上，突起部11的另一端位于从自与波纹翅片30相对的另一侧的接合部21的中心起向波纹翅片方向45度的假想线Lc上的、与接合部最外圆的交点开始向着波纹翅片侧的正交状的假想线Ld上。

如上所述，通过使突起部11的两端位于从自位于最近的接合部21的中心起向波纹翅片方向45度的假想线La、Lc上的、与接合部最外圆的交点开始向着波纹翅片侧的正交状的假想线Lb、Ld上，从而如图4A所示能使与接合部21碰撞的制冷剂5顺畅地向位于接合部21下游侧的突起部11之间的非连续部流动。此外，能使流过波纹翅片30并与接合部21碰撞的制冷剂5顺利地流向接合部21的两侧。

在上板10的制冷剂流动方向、即长边方向的两端部设置有连通口12a、12b，所述连通口12a、12b与制冷剂流入管3或制冷剂流出管4连接。此外，在上板10的与接合部21的中心部对应的位置处设置有小孔13，所述小孔13用于与车体的固定。

另外，在这种情况下，上板10的厚度设定为3mm，突起部11的高度设定为1mm，但上板10的尺寸并不一定限定于此。

下板20由铝合金制部件形成，如图6所示形成为在周边具有朝外凸缘部22的扁平盘状。在下板20底部，以夹着波纹翅片30(具体而言，供波纹翅片30配置的位置)的方式排列成锯齿状的状态，在与制冷剂流动方向正交的方向上隔开适当间隔地设置多个接合部21。

接合部21形成为通过冲压加工使从下板20底部隆起到与凸缘部22同一个面上的上端平坦的俯视观察呈大致圆形的形状，在与上板10的下表面抵接的平坦部21a的中心处设置有圆形孔21b，所述圆形孔21b用于与车体的固定。

另外，在这种情况下，下板20的厚度设定为1mm，接合部21的高度设定为3mm，但下板20的尺寸并不一定限定于此。

波纹翅片30由铝合金制部件形成，如图7所示形成为山部31和谷部32平坦的波状。

另外，在这种情况下，波纹翅片30的厚度设定为0.3mm，间隙(山-谷之间的间距P)设定为1.5mm，高度设定为3mm，但波纹翅片30的尺寸并不一定限定于此。

在以上述方式形成的波纹翅片30被宽度方向的两侧部突设于上板10的相对的突起部11定位，山部31的平坦面与上板10的下表面抵接，谷部32的平坦面与下板20的底面抵接的状态下，在上板10与下板20之间配置有波纹翅片30。

以上述方式形成的上板10、下板20和波纹翅片30通过钎焊而被接合在一起。即，波纹翅片30被钎焊于上板10和下板20，突设于下板20的接合部21钎焊于上板10的下表面，下板20的凸缘部22钎焊于上板10的周边部。

在这种情况下，例如，通过钎焊料作为表皮材料粘贴在一起的钎焊板来形成波纹翅片30和上板10、或是通过将钎焊料涂布于波纹翅片30和上板10，能对上板10、下板20和波纹翅片30进行钎焊。

另外，在上述说明中对将突起部11突设于上板10的下表面的情况进行了说明，但也可以将突起部11突设于下板20的底面。

此外，若要保持上板10的受热面的平坦，也可以将接合部21突设于上板10的下表面并与下板20的底面接合。

根据以上述方式构成的实施方式的冷却器1，通过突设于上板10和下板20中的任一个板的突起部11，能将波纹翅片30配置成定位在与电池的发热区域对应的位置处，因此，能抑制电池B的温度偏差的发展，并且能抑制冷却器表面的温度偏差，从而能高效且均匀地冷却电池B。

此外，能通过突起部11对波纹翅片30定位并配置，因此，能容易且可靠地进行波纹翅片30的安装。

此外，通过使突起部11的两端位于从自位于最近的接合部21的中心起向波纹翅片方向45度的假想线La、Lc上的、与接合部最外缘的交点开始向着波纹翅片侧的正交状的假想线Lb、Ld上，从而如图4A所示，能使与接合部21碰撞的制冷剂5顺畅地流向位于接合部21的下游侧的突起部11之间的非连续部侧。能通过突起部11的非连续部使从波纹翅片30的流入侧流入的制冷剂5分散，能使制冷剂5均匀地流至波纹翅片30。

此外，能使流过波纹翅片30并被波纹翅片30的流出侧的突起部11的非连续部分散而与接合部21碰撞的制冷剂5顺畅地流至接合部21的两侧，因此，能高效且均匀地冷却电池B。

此外，通过将接合部21以夹着波纹翅片30的方式排列成锯齿状，使得设置于冷却器1的制冷剂流路的两端侧的制冷剂连通口12a、12b与制冷剂的流入侧和流出侧均能对应，因此，能给冷却器1的设置带来自由度。

而且，能容易地形成具有波纹翅片30的定位功能的突起部11，因此，能实现构成部件的削减，并且使冷却器1的制作变得容易。

另外，在上述实施方式中，对将本发明的冷却器用作对从作为驱动车辆的马达的电源使用的电池B发出的热量进行冷却的情况进行了说明，但本发明的冷却器1并不限定于此，例如还能应用于对从逆变器等功率设备、半导体元件等发热体发出的热量进行冷却的冷却器中。

实施例

以下，对用于研究本发明的冷却器(实施例1、2)与未设置突起部的冷却器(比较例1、2)的表面的温度不均(温度偏差)的分析进行说明。

＜试样＞

·波纹翅片

厚度：0.3mm，间隙(山-谷间的间距)：1.5mm，长度：100mm

·突起部

高度：1mm，宽度：2mm

·发热部

发热量：360W×2

＜制冷剂的物理特性值＞

密度：1038kg/m³

粘度：0.00128Pa·s

比热：3482J/(kgK)

导热率：0.424W/(mK)

假定冷却器的周边全部设为隔热，发热全部通过波纹翅片与制冷剂的热交换进行冷却。在分析时使用ANSYS Icepak R18.1。

在上述条件下，对制冷剂流量为10L/min(比较例1、实施例1)和制冷剂流量为20L/min(比较例2、实施例2)的情况进行分析之后，冷却器表面温度与入口液温之差为表1所示的结果。此外，基于分析结果的整体性能的推断结果如表2所示。

[表1]

[表2]

上述分析结果为：在具有突起部的实施例1、2中，与不具有突起部的比较例1、2相比，压力损失略微增大，但制冷剂流量为10L/min时的比较例1的整体温度不均(温度偏差)为6.22℃，与此相对的是，实施例1的整体温度不均(温度偏差)为6.01℃。此外，制冷剂的流量为20L/min时的比较例2的整体温度不均(温度偏差)为6.11℃，与此相对的是，实施例2的整体温度不均(温度偏差)为5.90℃。

由此可知，通过不连续地设置突起部11，能减小整体温度不均(温度偏差)。

Claims

1.一种冷却器，包括：

受热面侧的上板；

下板，所述下板以夹着制冷剂流路的方式与所述上板平行地面对；以及

波纹翅片，所述波纹翅片配置于所述上板与所述下板之间，

其特征在于，

所述波纹翅片以与所述制冷剂流路正交的状态在制冷剂流动方向上隔开适当间隔地配置有多个，并且各波纹翅片的制冷剂流动方向的两侧部被突设于所述上板和所述下板中的任一个板的突起部定位，

所述上板和所述下板被突设于所述上板和所述下板中的任一个板并与另一个板接合的接合部连接，并且两个板的周边部被接合在一起。

2.如权利要求1所述的冷却器，其特征在于，

所述接合部设置成在与制冷剂流动方向正交的方向上隔开适当间隔，并且夹着所述波纹翅片的接合部排列成锯齿状，

所述突起部的与位于最近的所述接合部相对的部位非连续。

3.如权利要求2所述的冷却器，其特征在于，

所述接合部形成为俯视观察呈大致圆形，

所述突起部的一端位于从自与所述波纹翅片相对的一侧的所述接合部的中心起向波纹翅片方向45度的假想线上的、与接合部最外圆的交点开始向着所述波纹翅片侧的正交状的假想线上，突起部的另一端位于从自与所述波纹翅片相对的另一侧的所述接合部的中心向波纹翅片方向45度的假想线上的、与接合部最外圆的交点向着所述波纹翅片侧的正交状的假想线上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的冷却器，其特征在于，

所述突起部与所述上板和所述下板中的任一个板成型为一体。