JP2005121345A - 板型ヒートパイプおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気自動車に搭載された二次電池などの冷却に適した放熱性に優れる板型ヒートパイプを提供する。
【解決手段】金属製コンテナ１内に作動液が封入された板型ヒートパイプにおいて、金属製コンテナ１の少なくとも放熱部２となる部分の表面にディンプル凹部３が設けられており、放熱部表面２ａに複数のフィン４が熱的に接続されており、複数のフィン４の少なくとも1部が放熱部２のディンプル凹部３に熱的に接続されている板型ヒートパイプ。前記複数のフィン４の熱的接続が、摩擦撹拌接続法、スタッド溶接法または超音波溶接法などの低温直接接続法によりなされている板型ヒートパイプ。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車に搭載された二次電池などの発熱体を効率よく冷却することができる板型ヒートパイプおよびその製造方法に関する。

例えば、電気自動車用二次電池は、走行中に多大の負荷が掛かり高温に発熱するため、板型ヒートパイプを用いた冷却方法が検討されている。

前記板型ヒートパイプは、図３に示すように、ディンプル凹部３を形成した２枚の金属薄板１１ｂの端面１１ｃを、内部に空洞１１ａが形成されるように水密に貼り合わせて金属製コンテナとし、前記空洞１１ａ内に作動液（シクロペンタン、水などの揮発性液体）を封入したものである。

前記ディンプル凹部３は、金属製コンテナ１１を強化し、作動液の気化或いは液化時の圧力変化で金属製コンテナ１１が変形するのを防止する。

前記板型ヒートパイプでは、その吸熱部１２が発熱体１３に接して受熱し、受熱部分の作動液が蒸発し、この蒸発物が放熱部１４で凝縮して放熱される。

放熱部１４には放熱を促進するために板状フィン１５が取り付けられ、板状フィン１５は必要に応じてファン（図示省略）により風冷される。板状フィン１５は放熱部１４の片面或いは両面に熱的に接続されるが、ディンプル凹部３には接続されていない（例えば、特許文献１）。

特開２００１−９４０２２（図１）

本発明は、電気自動車に搭載された二次電池などの冷却に適した、放熱性に優れる板型ヒートパイプおよびその製造方法の提供を目的とする。

請求項１記載発明は、金属製コンテナ内に作動液が封入された板型ヒートパイプにおいて、前記金属製コンテナの少なくとも放熱部となる部分の表面にディンプル凹部が設けられており、前記放熱部表面に複数のフィンが熱的に接続されており、前記複数のフィンの少なくとも1部が前記ディンプル凹部に熱的に接続されていることを特徴とする板型ヒートパイプである。

請求項２記載発明は、前記金属製コンテナはディンプル凹部が形成された金属薄板の2枚を内部に空洞が連続して形成されるように貼り合わせて構成されていることを特徴とする請求項１記載の板型ヒートパイプである。

請求項３記載発明は、前記ディンプル凹部が形成された金属薄板は、縁部を除く部分が高原状に突き出すエンボス加工が施されており、前記エンボス加工面（高原状突き出し面）にディンプル凹部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の板型ヒートパイプである。

請求項４記載発明は、前記フィンの熱的接続が低温直接接続法によりなされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の板型ヒートパイプである。

請求項５記載発明は、前記低温直接接続法が、摩擦撹拌接続法、スタッド溶接法または超音波溶接法であることを特徴とする請求項４記載の板型ヒートパイプである。

請求項６記載発明は、前記フィンがピン状フィンであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の板型ヒートパイプである。

請求項７記載発明は、前記金属薄板が、板厚０．２〜１．０mmの銅板であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の板型ヒートパイプである。

請求項８記載発明は、金属製コンテナの放熱部となる箇所にフィンを熱的に接続する板型ヒートパイプの製造方法において、前記金属製コンテナを、金属薄板の縁部を除く部分をエンボス加工して高原状突き出し面を形成する工程、前記高原状突き出し面をディンプル加工してディンプル凹部を形成する工程、前記金属薄板２枚をその縁部同士を内部に空洞が形成されるように水密に貼り合わせる工程により作製し、前記金属製コンテナの放熱部となる部分の高原状突き出し面およびディンプル凹部にフィンを熱的に接続し、その後、前記空洞内に作動液を封入することを特徴とする板型ヒートパイプの製造方法である。

本発明の板型ヒートパイプは、放熱部のディンプル凹部にもフィンが熱的に接続されているので、フィンを板型ヒートパイプの放熱部全体に接続することができる。また前記ディンプル凹部底面に熱的に接続されたフィンはディンプル凹部内面全体から受熱するので受熱面積が広い。従って本発明の板型ヒートパイプは放熱性に優れる。

前記フィンの放熱部（ディンプル凹部を含む）への熱的接続を、摩擦撹拌接合法、スタッド溶接法、超音波溶接法などの低温直接接続法により行うことにより、フィン接続時の発熱による金属製コンテナの損傷を防止でき、またフィン接続部の熱抵抗を小さくできる。ピン状フィンを用いることによりディンプル凹部へのフィンの熱的接続が容易に行える。

本発明の板型ヒートパイプは、金属薄板の縁部を除く部分をエンボス加工して高原状突き出し面を形成する工程、前記高原状突き出し面をディンプル加工してディンプル凹部を形成する工程、前記金属薄板２枚をその縁部同士を内部に空洞が形成されるように水密に貼り合わせる工程により金属製コンテナを作製し、前記金属製コンテナの放熱部となる部分の高原状突き出し面およびディンプル凹部にフィンを熱的に接続し、前記空洞内に作動液を封入することにより容易に製造することができる。

以下に本発明の板型ヒートパイプを、図を参照して具体的に説明する。
なお、本発明を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は本発明の板型ヒートパイプの実施形態を示す部分斜視説明図である。
金属製コンテナ１の空洞部１ａに作動液が封入された板型ヒートパイプの放熱部２において、その表面２ａおよびディンプル凹部３の底面３ａにピン状フィン４が所定間隔を開け、直立して、熱的に接続されている。
前記金属製コンテナ１は、金属薄板をエンボス加工し、さらにエンボス加工面をディンプル加工した金属薄板１ｂを2枚貼り合わせて形成したものである。

本発明において、フィンの熱的接続は低温直接接続法により行うのが望ましい。前記低温直接接続法とは接続時に接続部の温度が過度に上昇せず、かつフィンと放熱部表面などとの接続部の熱抵抗が小さいもので、具体的には摩擦撹拌接合法、スタッド溶接法、超音波溶接法などである。

フィンの接続時温度が過度に上昇すると、図１に示す金属製コンテナ１を構成する2枚の金属薄板１ｂの貼り合わせ部１ｃが剥離して作動液が漏出したり、金属製コンテナ１が熱変形したりする。またフィン４の接続部４aの熱抵抗が大きいとフィン４による放熱効果が十分に得られない。

前記フィンの熱的接続に接着剤や低融点ろう材を用いる方法、或いはクリップで挟む方法は、接続時温度は低いが、前者（接着剤や低融点ろう材）は接続部の熱抵抗が大きくなり、後者は接続面全体を均一に接触させるのが困難であり、いずれの方法もフィンによる冷却効果が十分に得られない。

本発明で推奨する低温直接接続法は、接続時温度が低くかつ接続部の熱抵抗が小さい。このため前記低温直接接続法によりフィンを熱的に接続した板型ヒートパイプは、金属製コンテナの品質およびフィンによる放熱効果が良好で、冷却特性に優れる。

請求項８記載発明（本発明の板型ヒートパイプの製造方法）において、エンボス加工とディンプル加工を1回のプレス工程で行うと生産性が向上する。
前記ピン状フィン４の熱的接続を、図１に示すように、ピン状フィン４をチャック５で把持して行うと接続作業が容易に行える。また接続位置の精度も向上する。チャック５はピン状フィン４をディンプル凹部底面４ａに熱的に接続する際に特に有用である。

図２は本発明の板型ヒートパイプの他の実施形態を示す断面説明図である。
ピン状フィン４が放熱部表面２ａおよびディンプル凹部底面３ａに、直立して、熱的に接続されており、ディンプル凹部底面３ａの直径Ａは、ピン状フィン４の直径Ｂより大きい。しかし熱的接続方法によってはピン状フィン４の接続端部が溶融または変形して拡径することがあるので、ディンプル凹部底面３ａの径は、前記拡径後の接続端部４ａの径Ｃより大きくしておくことが望ましい。

本発明において、ピン状フィン４の長さ方向と板型ヒートパイプ（金属製コンテナ１）の放熱部表面２ａ（または凹部底面３ａ）とのなす角度θ（図２参照）は９０°（直立）に限らず接続条件の許す範囲で任意の角度で良い。

ピン状フィン４は、予め所定長さに切断しておいて接続しても、針金状長尺物を所定長さに切断しながら接続しても良い。

ピン状フィン４の断面形状は、円形（図１参照）に限らず、接続性を害さない範囲で任意である。表面積の大きい形状が放熱性の点で有利である。

本発明において、金属製コンテナおよびフィンの材料には、アルミニウムや銅などの熱伝導率の大きい金属材料が好適である。

コンテナ用金属薄板には、板厚が０．２〜１．０mm、望ましくは０．２〜０．６mm、さらに望ましくは０．２〜０．５ｍｍ、さらに望ましくは０．２〜０．４ｍｍの銅板が、エンボス加工性およびディンプル加工性に優れ、かつヒートパイプとして使用するときの強度および熱伝導率も十分に得られ望ましい。

銅製コンテナは、エンボス加工を施しさらにディンプル加工を施した銅薄板の縁部をろう付け法または溶接法により貼り合わせて製造するが、前記ろう付け法は、ろう材と作動液とが接触した際、両者の材料によってはガスが発生してヒートパイプの熱伝達性能が低下する場合があるので、溶接法が望ましい。

アルミ製コンテナの場合は、金属薄板にブレージングシート（アルミ合金芯材とアルミ合金ろう材の合わせ材）を用いるのが、金属薄板の貼り合わせが簡便に行えて望ましい。
即ち、エンボス加工を施しさらにディンプル加工を施したブレージングシート２枚の縁部同士を、ろう材側が相互に接するように重ね合わせてコンテナ形状体とし、これを炉内に保持してろう材の融点直上温度に加熱することにより縁部同士が貼り合わされたアルミ製コンテナが製造できる。大型炉を用いれば１回の加熱で多数のコンテナを製造できるので生産性に優れる。

板型ヒートパイプの吸熱部を二次電池などの発熱体に接触させる際は、伝熱シートを介在させるのが望ましい。伝熱シートは、微細な金属粉末を練り込んで熱伝導率を高めたゴムシートなどであり、前記吸熱部および発熱体に隙間なく密着させることができるため、両者間の熱交換が効率良く行われる。伝熱シートを介在させる他、シリコングリースなどの熱伝導性グリースを介在させても同様の効果が得られる。

本発明の板型ヒートパイプの実施形態を示す部分斜視説明図である。 本発明の板型ヒートパイプの他の実施形態を示す断面説明図である。 従来の板型ヒートパイプの平面図、断面図および背面図である。

符号の説明

１ 本発明で用いる金属製コンテナ
１ａ 作動液が封入された空洞
１ｂ エンボス加工面をさらにディンプル加工した金属薄板
１ｃ 2枚の金属薄板の貼り合わせ部（縁部）
２ 放熱部
２ａ 放熱部表面
３ ディンプル凹部
３ａ ディンプル凹部の底面
４ ピン状フィン
４ａ ピン状フィンの接続拡径部
５ チャック
１１ 従来の金属製コンテナ
１１ａ 作動液が封入された空洞
１１ｂ ディンプル凹部を形成した金属薄板
１１ｃ 2枚の金属薄板の貼り合わせ部（端面）
１２ 吸熱部
１３ 発熱体
１４ 放熱部
１５ 板状フィン

Claims (8)

1. 金属製コンテナ内に作動液が封入された板型ヒートパイプにおいて、前記金属製コンテナの少なくとも放熱部となる部分の表面にディンプル凹部が設けられており、前記放熱部表面に複数のフィンが熱的に接続されており、前記複数のフィンの少なくとも1部が前記ディンプル凹部に熱的に接続されていることを特徴とする板型ヒートパイプ。
2. 前記金属製コンテナはディンプル凹部が形成された金属薄板の2枚を内部に空洞が連続して形成されるように貼り合わせて構成されていることを特徴とする請求項１記載の板型ヒートパイプ。
3. 前記ディンプル凹部が形成された金属薄板は、縁部を除く部分が高原状に突き出すエンボス加工が施されており、前記エンボス加工面（高原状突き出し面）にディンプル凹部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の板型ヒートパイプ。
4. 前記フィンの熱的接続が低温直接接続法によりなされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の板型ヒートパイプ。
5. 前記低温直接接続法が、摩擦撹拌接続法、スタッド溶接法または超音波溶接法であることを特徴とする請求項４記載の板型ヒートパイプ。
6. 前記フィンがピン状フィンであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の板型ヒートパイプ。
7. 前記金属薄板が、板厚０．２〜１．０mmの銅板であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の板型ヒートパイプ。
8. 金属製コンテナの放熱部となる箇所にフィンを熱的に接続する板型ヒートパイプの製造方法において、前記金属製コンテナを、金属薄板の縁部を除く部分をエンボス加工して高原状突き出し面を形成する工程、前記高原状突き出し面をディンプル加工してディンプル凹部を形成する工程、前記金属薄板２枚をその縁部同士を内部に空洞が形成されるように水密に貼り合わせる工程により作製し、前記金属製コンテナの放熱部となる部分の高原状突き出し面およびディンプル凹部にフィンを熱的に接続し、その後、前記空洞内に作動液を封入することを特徴とする板型ヒートパイプの製造方法。

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