JP2017183588A - 発熱体冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体冷却装置において、発熱体に対する冷却性能を高める。
【解決手段】実施の形態の発熱体冷却装置は、筐体、複数の発熱体、ヒートシンク及び導風機構を備える。筐体は、冷風の循環流路を内部に備える。複数の発熱体は、互いに間隔を空けて筐体内に配列されている。また、複数の発熱体は、互いに空けた間隔によって循環流路に沿った複数の第１の冷風移送流路を構成し、これら複数の第１の冷風移送流路を通る冷風によって冷却される。ヒートシンクは、複数の第１の冷風移送流路を通過した冷風が接触する冷風接触面をそれぞれ備えたプレート状の複数のフィンが互いに間隔を空けて筐体内に配列されている。また、ヒートシンクは、フィンどうしの間に循環流路に沿った複数の第２の冷風移送流路を構成する。導風機構は、複数の第１の冷風移送流路を通過した冷風の流れの向きとフィン毎の冷風接触面の向きとを相対的に傾斜させる。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明の実施形態は、発熱体冷却装置に関する。

二次電池（蓄電池）としての例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池といった充放電時に発熱する発熱体を、冷却機能を搭載する筐体内に収容した発熱体冷却装置が知られている。

この種の発熱体冷却装置は、発熱体である例えば複数のバッテリセルがブスバーで接続された形態の蓄電モジュール（バッテリセルの集合体）などを筐体内に収容している。また、上記した蓄電モジュールは、筐体内に配置された例えば冷却ファンが発生させる冷風などによって冷却される。

特開２００４−２８１４８４号公報 実用新案登録第３１７０６５９号公報 特開平９−３２６４５５号公報 真っ直ぐな円管内の乱流旋回流の特性，旋回による境界層発達の抑制効果，日大・理工・精密，畠沢政保・小松安雄，〔原著論文〕ながれ１６（１９９７） １３９−１４８．

ところで、このような発熱体冷却装置は、発熱を増大させる要因となる蓄電モジュールの大容量化や発熱体冷却装置本体の小型化が図られている一方で、発熱体に対する冷却性能の向上が絶えず求められている。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、発熱体に対する冷却性能を高めることができる発熱体冷却装置を提供することである。

実施の形態の発熱体冷却装置は、筐体、複数の発熱体、ヒートシンク及び導風機構を備えている。筐体は、冷風の循環流路が内部に形成されている。複数の発熱体は、互いに間隔を空けて筐体内に配列されている。また、複数の発熱体は、前記空けられた間隔によって循環流路に沿った複数の第１の冷風移送流路を構成し、これら複数の第１の冷風移送流路を通る冷風によって冷却される。ヒートシンクは、複数の第１の冷風移送流路を通過した冷風が接触する冷風接触面をそれぞれ備えたプレート状の複数のフィンが互いに間隔を空けて筐体内に配列されている。さらに、ヒートシンクは、フィンどうしの間に循環流路に沿った複数の第２の冷風移送流路を構成する。導風機構は、複数の第１の冷風移送流路を通過した冷風の流れの向きとフィン毎の冷風接触面の向きとを相対的に傾斜させる。

第１の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を概略的に示す断面図。 図１Ａに示す発熱体冷却装置のＡ−Ａ断面図。 比較例の発熱体冷却装置の構成を概略的に示す断面図。 図２Ａに示す発熱体冷却装置のＢ−Ｂ断面図。 第２の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を概略的に示す断面図。 図３Ａに示す発熱体冷却装置のＣ−Ｃ断面図。 第３の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を概略的に示す断面図。 図４Ａに示す発熱体冷却装置のＤ−Ｄ断面図。 第４の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を概略的に示す断面図。 図５Ａに示す発熱体冷却装置のＥ−Ｅ断面図。 第５の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を概略的に示す断面図。 図６Ａに示す発熱体冷却装置のＦ−Ｆ断面図。 第６の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を概略的に示す断面図。 図７Ａに示す発熱体冷却装置のＧ−Ｇ断面図。 第７の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を概略的に示す断面図。 図８Ａに示す発熱体冷却装置のＨ−Ｈ断面図。 第８の実施形態に係る発熱体冷却装置の構成を概略的に示す断面図。 図９Ａに示す発熱体冷却装置のＫ−Ｋ断面図。 図９Ａに示す発熱体冷却装置のＬ−Ｌ断面図。

以下、実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図面は、冷風の流れの向きを、先端部を塗り潰した矢印線で図示している。
＜第１の実施の形態＞
図１Ａ、図１Ｂに示すように、この実施形態に係る発熱体冷却装置１０は、一般の住宅や工場などで使用される例えば定置型の組電池装置である。この発熱体冷却装置１０は、筐体（第１の筐体）１、複数のバッテリセル３、ヒートシンク９、複数の冷却ファン６、仕切り板１１、１２、導風機構５を主に備えている。

筐体１は、外観が直方体状の密閉ケースとして構成されており、内部には各冷却ファン６によって移送される冷風（冷媒）の循環流路２が形成されている。仕切り板１１、１２は、筐体１の内部空間を部分的に仕切る例えばプレート状の部材である。つまり、循環流路２は、図１Ｂに示すように、筐体１の内壁部分と仕切り板１１、１２とによって構成されている。

複数のバッテリセル３は、それぞれ直方体状に形成されており、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池（蓄電池）である。これらのバッテリセル３は、充放電時に発熱する発熱体であり、例えばポリプロピレン（ＰＰ）などの絶縁樹脂によって外側部分が覆われている。また、これらのバッテリセル３は、それぞれの端子部がブスバーなどを介して互いに接続された蓄電モジュール（複数のバッテリセルの集合体）の形態で筐体１内に収容されている。なお、本実施形態及び以降の実施形態では、筐体１内に収容される複数の発熱体において、１つの発熱体の構成単位がバッテリセルである例について説明するが、これに代えて、１つの発熱体の構成単位が、上記した蓄電モジュール（複数のバッテリセルの集合体）であってもよい。

また、複数のバッテリセル３は、所定の間隔を空けてこれらを機械的に連結するための専用の固定具などを介して、図１Ｂに示すように、筐体１の内壁部分と仕切り板１２との間に挟持されるかたちで循環流路２上に配置されている。すなわち、図１Ａに示すように、複数のバッテリセル３は、互いに間隔を空けて筐体１内に配列されている。また、複数のバッテリセル３は、互いに空けられた間隔によって循環流路２に沿った（図１Ａ中の矢印Ｚ方向に沿った）複数の第１の冷風移送流路（発熱体間流路）７を構成し、これら複数の第１の冷風移送流路７を通る冷風によって冷却される。なお、第１の冷風移送流路７は、図１Ａに示すように、筐体１の内壁部分と、この内壁部分と対向するバッテリセル３と、の間にも設けられている。

ここで、複数のバッテリセル３は、図１Ａ、図１Ｂに示すように、循環流路２を横断する第１の流路横断方向（図１Ａ中の矢印Ｘ方向）、若しくは、循環流路２を横断しかつ第１の流路横断方向に対して直交する方向となる第２の流路横断方向（図１Ｂ中の矢印Ｙ方向）、に沿って互いに間隔を空けて配列されている。本実施形態では、複数のバッテリセル３が、第１の流路横断方向（矢印Ｘ方向）に沿って配列されている例を示している。なお、このように配列された各バッテリセル３における所定の一組の側面は、図１Ｂに示すように、筐体１の内壁部分及び仕切り板１２にそれぞれ固定されている。

ヒートシンク９は、フィン支持面９ｄを有する直方体状の台座部９ｂ、及びプレート状の複数のフィン（第１のフィン）９ａを備えている。台座部９ｂは、図１Ａ、図１Ｂに示すように、直方体状の外観を有する筐体１の６つの外形面のうちの、複数のバッテリセル３との間で複数のフィン９ａ（フィン群）を挟んで対向する外形面（図１Ａ、図１Ｂ中の上面部分）の位置に配置されている。つまり、台座部９ｂは、フィン支持面９ｄの背面側に位置する部位、及び当該台座部９ｂ本体の側面（端面）が、筐体１本体の外側に露出するように配置されており、複数のフィン９ａを介して伝達される筐体１内の熱を外部に放熱する。

ここで、本実施形態及び以降の実施形態では、各図面中にＸ方向（水平方向）、Ｙ方向（水平方向のうちの前記Ｘ方向と直交する方向）、Ｚ方向（鉛直上向き方向）を矢印で図示し、発熱体冷却装置の設置姿勢を例示している。ただし、各実施形態における発熱体冷却装置の設置姿勢は、各図で例示されている設置姿勢に必ずしも限定されるものではない。なお、図１Ａ、図１Ｂなどに例示したように、筐体１内における暖気を効率的に鉛直上向き（Ｚ方向）へと逃しやすくすることを考慮して、ヒートシンク９の台座部９ｂを、筐体１の上面部分に配置してもよい。

一方、プレート状の複数のフィン９ａは、図１Ａに示すように、複数の第１の冷風移送流路７を通過した冷風が接触する冷風接触面９ｃをそれぞれ備えている。個々の冷風接触面９ｃは、プレート状に形成されたフィン９ａ毎の一対の主面のうちの一方の主面によって構成されている。また、これらのフィン９ａは、その厚さ方向に互いに間隔（所定のピッチ）を空けて筐体１内に配列されている。このように配列されたフィン９ａを有するヒートシンク９は、フィン９ａどうしの間に循環流路２に沿った複数の第２の冷風移送流路（フィン間流路）８を構成する。

詳述すると、上述した台座部９ｂのフィン支持面９ｄは、図１Ａ、図１Ｂに示すように、複数のバッテリセル３との間で複数のフィン９ａを挟んで対向する位置に配置されていることになる。複数のフィン９ａは、その基端部がフィン支持面９ｄ上に支持されている。一方、バッテリセル３側に突出する各フィン９ａの先端部は、循環流路２に沿って移送される冷風を各フィン９ａ間へ（複数の第２の冷風移送流路８へと）流入する冷風流入端９ｅとなる。さらに、図１Ｂに示すように、各フィン９ａの先端部（冷風流入端９ｅ）を構成する辺部と角部（コーナ部分）を介して隣り合う一方の辺部（フィン９ａの先端面と直交する一方の端面）は、循環流路２に沿って移送される冷風を各フィン９ａ間（複数の第２の冷風移送流路８）から流出させる冷風流出端９ｆとなる。

冷却ファン６は、循環流路２上に例えば２つ配置されており、循環流路２に沿って冷風を移送するための動力源となる。各冷却ファン６は、ヒートシンク９の各フィン９ａとの間で、複数のバッテリセル３を挟む位置に配置されている。また、各冷却ファン６は、回転翼を支持する回転軸の一端部側から冷風を取り込み、回転軸の他端部側へと冷風を排気する軸流ファンである。つまり、図１Ａ、図１Ｂに示すように、２つの冷却ファン６は、それぞれの回転軸の軸方向を、循環流路２に沿った方向と一致させるようにして、筐体１の内壁部分と仕切り板１２との間に挟持されるかたちで並べて配置されている。

次に、本実施形態の発熱体冷却装置１０が備える導風機構５について詳述する。導風機構５は、図１Ａに示すように、複数の第１の冷風移送流路７を通過した冷風の流れの向きとヒートシンク９が備えるフィン９ａ毎の冷風接触面９ｃの向きとを相対的に傾斜させる。導風機構５は、ヒートシンク９が備える台座部９ｂを含んで構成されている。すなわち、台座部９ｂは、図１Ａに示すように、複数のフィン９ａを、その配列方向（フィンピッチ方向）にα°傾けた姿勢で、フィン支持面９ｄ上に支持している。

図１Ａに示すように、複数のフィン９ａを配列方向に傾けたフィン傾斜角度（フィン９ａにおける冷風接触面９ｃの背面側に位置する他方の主面とフィン支持面９ｄとがなす角度）αは、４５°以上でかつ６０°以下であることが望ましい。また、複数のフィン９ａは、例えば、高さ（フィン９ａの基端部から先端部までの冷風接触面９ｃに沿った方向の長さ）が約３０ｍｍ、幅（冷風流出端９ｆに平行なフィン９ａの他方の端面と冷風流出端９ｆとの間の離間距離）が約３００ｍｍ、厚さが約１ｍｍである。また、各フィン９ａのピッチ（隣り合うフィン９ａどうしの厚さ方向の離間距離）は、例えば約１０ｍｍである。

このような導風機構５を備える発熱体冷却装置１０では、図１Ａ、図１Ｂに示すように、バッテリセル３間の複数の第１の冷風移送流路７から流出する冷風は、ヒートシンク９における各フィン９ａの冷風流入端９ｅ側からフィン９ａ間に流入し、フィン９ａ毎の冷風接触面９ｃに対して斜めに接触する。冷風接触面９ｃに接触した冷風は、冷風接触面９ｃに沿ってフィン９ａの基端部側（台座部９ｂのフィン支持面９ｄ側）へと向い、さらに、この冷風接触面９ｃを有するフィン９ａと隣り合う（対向する）フィン９ａの背面（冷風接触面の背面側に位置する他方の主面）に沿って、当該隣り合うフィン９ａの先端部（冷風流入端９ｅ）側へ戻る。つまり、冷風接触面９ｃに接触した冷風は、図１Ａに示すように、この冷風接触面９ｃと、フィン支持面９ｄと、当該冷風接触面９ｃと対向するフィン９ａの背面と、に沿って旋回する第１の旋回流れを生じさせる。

一方、上記した第１の旋回流れを生じさせつつ、各フィン９ａ間の複数の第２の冷風移送流路８を通る冷風は、図１Ｂに示すように、各フィン９ａにおける冷風接触面９ｃ上に沿って旋回しながら、各フィン９ａの冷風流入端９ｅ側から冷風流出端９ｆ側へと移動する第２の旋回流れを生じさせる。したがって、各フィン９ａの冷風流入端９ｅ側からフィン９ａ間に流入した冷風は、第１及び第２の旋回流れによってフィン９ａ間でスパイラル状に旋回しながら冷風流出端９ｆより流出（循環流路２へと流出）される。

上記したように、本実施形態の発熱体冷却装置１０では、ヒートシンク９のフィン９ａ間でスパイラル状の旋回流れを生じさせることで、冷風接触面９ｃとフィン支持面９ｄと冷風接触面９ｃの背面とにおけるそれぞれの表面全体にわたって冷風を効率良く接触させることが可能となる。これにより、フィン９ａの表面（冷風接触面９ｃ及び冷風接触面９ｃの背面）上などにおいて温度境界層が厚くなってしまうことが抑制されるので、フィン本体の熱伝達率を向上させることができる。このように除熱効果を高めたヒートシンク９のフィン９ａ間で効率良く冷風が冷却されるので、フィン９ａ間を通過した後、循環流路２に沿って移送されるこの冷風によって、バッテリセル３を効果的に冷却することができる。

ここで、図２Ａ、図２Ｂに基づき、比較例の発熱体冷却装置１００について説明する。比較例の発熱体冷却装置１００は、図２Ａに示すように、各フィン１０９ａを傾斜させていないヒートシンク１０９を備えている。したがって、比較例の発熱体冷却装置１００は、図２Ａ、図２Ｂに示すように、フィン１０９ａ間で冷風の旋回流れが生じないため、各フィン１０９の冷風流入端１０９ｅ側から冷風流出端１０９ｆ側へ向うにつれて、各フィン１０９ａの表面（各フィンの一対の主面）などにおいて速度境界層が厚くなって、フィン１０９ａ本体から空気への熱通過率が低下する。このため、フィン１０９ａ間を通過して冷風流出端１０９ｆから流出する冷風は、十分に冷却されているとはいえず、その後、循環流路２に沿って移送されるものの、当該冷風によってバッテリセル３を効果的に冷却することが難しくなっている。

なお、傾斜したフィン９ａを有するヒートシンク９を適用する場合でも、各フィン９ａのフィン傾斜角度αは、上述したように、４５°以上でかつ６０°以下であることが望ましい。フィン傾斜角度αが４５°未満の場合や６０°を超える場合では、理想的なスパイラル状の旋回流れを生じさせることが困難となり、フィン９ａ間のフィン支持面９ｄ側に冷風を例えば滞留させてしまう可能性などがある。

これに対して、フィン傾斜角度αを４５°以上でかつ６０°以下にしたヒートシンク９を適用した場合では、フィン９ａ間に所望の第１、第２の旋回流れを生じさせることができ、ヒートシンク９に優れた放熱効果を発揮させることができる。

既述したように、本実施形態に係る発熱体冷却装置１０によれば、複数のバッテリセル（発熱体）３に対する冷却性能を高めることができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施形態を図３Ａ、図３Ｂに基づき説明する。なお、図３Ａ、図３Ｂにおいて、図１Ａ、図１Ｂに示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。

図３Ａ、図３Ｂに示すように、本実施形態の発熱体冷却装置２０は、第１の実施形態の発熱体冷却装置１０に対して、バッテリセル３の配列方向を変更したものである。つまり、本実施形態の発熱体冷却装置２０が備える複数のバッテリセル３は、循環流路２を横断しかつ第１の流路横断方向（図３Ａ中の矢印Ｘ方向）に対して直交する方向となる第２の流路横断方向（図３Ｂ中の矢印Ｙ方向）に沿って、互いに間隔を空けて配列されている。

具体的には、発熱体冷却装置２０は、図３Ｂに示すように、第２の流路横断方向に沿って、互いに間隔を空けて配列した例えば３つのバッテリセル３を、図３Ａに示すように、当該バッテリセルの幅方向に２セット並べて（３×２＝６個のバッテリセルを）配置したものである。

このような発熱体冷却装置２０においても、図３Ａ、図３Ｂに示すように、バッテリセル３間の複数の第１の冷風移送流路７から流出する冷風は、ヒートシンク９における各フィン９ａの冷風流入端９ｅ側からフィン９ａ間に流入し、この流入した冷風は、上記した第１、第２の旋回流れによってフィン９ａ間でスパイラル状に旋回しながら冷風流出端９ｆより流出（循環流路２へと流出）される。

これにより、発熱体冷却装置２０では、冷風接触面９ｃとフィン支持面９ｄと冷風接触面９ｃの背面とにおけるそれぞれの表面全体にわたって冷風を効果的に接触させることができ、フィン９ａの表面（冷風接触面９ｃ及び冷風接触面９ｃの背面）上などにおいて温度境界層が厚くなることが抑制される。したがって、本実施形態の発熱体冷却装置２０によれば、ヒートシンク９における各フィン９ａの伝熱効果を高めることができるので、複数のバッテリセル３に対する冷却性能を向上させることができる。

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施形態を図４Ａ、図４Ｂに基づき説明する。なお、図４Ａ、図４Ｂにおいて、図１Ａ、図１Ｂに示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。

図４Ａ、図４Ｂに示すように、本実施形態の発熱体冷却装置３０は、第１の実施形態の発熱体冷却装置１０に対して、冷却ファン６の配置を変更すると共に、整流格子３１をさらに備えるものである。例えば２つの冷却ファン６は、循環流路２上における複数のバッテリセル３とヒートシンク９との間に配置されている。各冷却ファン６は、上述したように、循環流路２に沿って冷風を移送するための軸流ファンである。

整流格子３１は、循環流路２上における冷却ファン（軸流ファン）６とヒートシンク９との間に介在されている。この整流格子３１は、循環流路２に沿った方向にそれぞれ貫通する格子状に配列された複数の貫通孔を備えている。

本実施形態の発熱体冷却装置３０では、図４Ａ、図４Ｂに示すように、冷却ファン６から流出する冷風についての回転翼の周方向の成分（速度成分）は、整流格子３１を通過する過程で整流され、この整流された冷風は、ヒートシンク９における各フィン９ａの冷風流入端９ｅ側からフィン９ａ間に流入される。

したがって、本実施形態の発熱体冷却装置３０によれば、乱流の成分が極力除去されるように整流した冷風を、冷風流入端９ｅ側から冷風接触面９ｃに接触させることができるので、ヒートシンク９におけるフィン９ａ間に所望の旋回流れを生じさせることができ、これにより、各フィン９ａにおける除熱効果を向上させることが可能となる。

＜第４の実施の形態＞
次に、第４の実施形態を図５Ａ、図５Ｂに基づき説明する。なお、図５Ａ、図５Ｂにおいて、図１Ａ、図１Ｂに示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。

図５Ａ、図５Ｂに示すように、本実施形態の発熱体冷却装置４０は、第１の実施形態の発熱体冷却装置１０が備える冷却ファン６とヒートシンク９とこのヒートシンク９の台座部９ｂを含む導風機構５とに代えて、ヒートシンク４９と冷却ファン４６を含む導風機構４５とを備えている。

ヒートシンク４９は、フィン支持面４９ｄを有する直方体状の上記した台座部４９ｂ、及びプレート状の複数のフィン４９ａを備えている。プレート状の複数のフィン４９ａは、図５Ａに示すように、複数の第１の冷風移送流路７を通過した冷風を、冷却ファン４６を介して接触させる冷風接触面４９ｃをそれぞれ備えている。個々の冷風接触面４９ｃは、プレート状の各フィン４９ａにおける一方の主面にそれぞれ設けられている。さらに、これらのフィン４９ａは、その厚さ方向に互いに間隔を空けて筐体１内に配列されている。このように配列されたフィン４９ａを有するヒートシンク４９は、フィン４９ａどうしの間に循環流路２に沿った複数の第２の冷風移送流路４８を構成する。

また、図５Ａに示すように、各フィン９ａの先端部は、冷風流入端４９ｅとして構成されている。さらに、図５Ｂに示すように、各フィン４９ａの先端部を構成する辺部と角部を介して隣り合う一方の辺部は、循環流路２に沿って移送される冷風を各フィン４９ａ間から流出させる冷風流出端４９ｆとなる。

ここで、台座部４９ｂは、図５Ａに示すように、複数のフィン４９ａを、その配列方向に傾けることなく、フィン支持面４９ｄに対して直交する方向に起立させた姿勢で、当該フィン支持面４９ｄ上に支持している。

一方、冷却ファン４６は、回転翼を支持する回転軸の各端部側から冷風を取り込み、回転軸の径方向側へと冷風を排気する遠心ファンである。冷却ファン４６は、図５Ａに示すように、循環流路２上における複数のバッテリセル３とヒートシンク４９との間に例えば３つ並列的に配置されている。より具体的には、図５Ａ、図５Ｂに示すように、３つの冷却ファン４６は、それぞれの回転軸の軸方向を、循環流路２を横断する上記第２の流路横断方向（図５Ｂ中の矢印Ｙ方向）と一致させるようにして、筐体１の内壁部分と仕切り板１２との間に挟持されるかたちで並べて配置されている。

つまり、このような冷却ファン４６は、図５Ａに示すように、循環流路２に沿った方向に対して傾斜する方向に冷風を移送する。これにより、冷却ファン４６を含む導風機構４５は、図５Ａに示すように、複数の第１の冷風移送流路７（及び冷却ファン４６）を通過した冷風の流れの向きとヒートシンク４９が備えるフィン４９ａ毎の冷風接触面４９ｃの向きとを相対的に傾斜させる。

このような導風機構４５を備える発熱体冷却装置４０では、図５Ａ、図５Ｂに示すように、バッテリセル３間の複数の第１の冷風移送流路７から流出する冷風は、冷却ファン（遠心ファン）４６を介して、各フィン４９ａの冷風流入端４９ｅ側からフィン４９ａ間へ向けて、循環流路２に対して傾斜する方向に流入し、この流入した冷風は、上記した第１、第２の旋回流れによってフィン４９ａ間でスパイラル状に旋回しながら冷風流出端４９ｆより循環流路２へと流出される（循環流路２に合流する）。

これにより、発熱体冷却装置４０では、冷風接触面４９ｃとフィン支持面４９ｄと冷風接触面４９ｃの背面とにおけるそれぞれの表面全体にわたって冷風を効率良く接触させることができ、フィン４９ａの表面（冷風接触面４９ｃ及び冷風接触面４９ｃの背面）上などにおいて温度境界層が厚くなることが抑制される。したがって、本実施形態の発熱体冷却装置４０によれば、ヒートシンク４９における各フィン４９ａの除熱効果を向上させることができるので、複数のバッテリセル３に対する冷却性能を高めることができる。

＜第５の実施の形態＞
次に、第５の実施形態を図６Ａ、図６Ｂに基づき説明する。なお、図６Ａ、図６Ｂにおいて、図１Ａ、図１Ｂ、図５Ａ、図５Ｂに示した第１、第４の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。

図５Ａ、図５Ｂに示すように、本実施形態の発熱体冷却装置５０は、第１の実施形態の発熱体冷却装置１０が備える冷却ファン６とヒートシンク９とこのヒートシンク９の台座部９ｂを含む導風機構５とに代えて、ヒートシンク４９と複数の導風板５１を含む導風機構５５とを備えている。

各導風板５１は、図５Ａ、図５Ｂに示すように、循環流路２上における複数のバッテリセル３とヒートシンク４９との間に配置されている。これらの導風板５１は、複数の第１の冷風移送流路７を通過した冷風と接触しこの接触した冷風の流れの向きを循環流路２に沿った方向に対して傾斜させる。

したがって、本実施形態の発熱体冷却装置５０では、第４の実施形態の発熱体冷却装置４０と同様に、第１の冷風移送流路７から流出する冷風は、各フィン４９ａの冷風流入端４９ｅ側からフィン４９ａ間へ向けて、循環流路２に対して傾斜する方向に流入し、この流入した冷風は、上記した第１、第２の旋回流れによってフィン４９ａ間でスパイラル状に旋回しながら冷風流出端４９ｆより循環流路２へと流出される。これにより、本実施形態の発熱体冷却装置５０によれば、第４の実施形態と同様に、複数のバッテリセル３に対する冷却性能を向上させることができる。

＜第６の実施の形態＞
次に、第６の実施形態を図７Ａ、図７Ｂに基づき説明する。なお、図７Ａ、図７Ｂにおいて、図１Ａ、図１Ｂに示した第１の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。

図７Ａ、図７Ｂに示すように、本実施形態の発熱体冷却装置６０は、第１の実施形態の発熱体冷却装置１０が備えるヒートシンク９に代えて、ヒートシンク６９を備えている。ヒートシンク６９は、ヒートシンク９の構成に加え、複数の第２のフィン６９ａをさらに備えている。個々の第２のフィン６９ａは、プレート状にそれぞれ形成されており、筐体２の外側に露出する状態で台座部９ｂ（台座部９ｂにおけるフィン支持面９ｄの背面）上に支持されている。具体的には、個々の第２のフィン６９ａは、台座部９ｂにおけるフィン支持面９ｄの背面上に、この背面と直交する起立した姿勢で支持されている。

したがって、本実施形態の発熱体冷却装置６０では、筐体２の外側に露出する第２のフィン６９ａが追加されたことで、ヒートシンク６９の放熱性が高まり、複数のバッテリセル３に対する冷却性能のさらなる向上を図ることができる。

また、本実施形態の発熱体冷却装置６０は、図７Ｂに示すように、第２のフィン６９ａ毎の一対の主面に沿った方向が、重力方向（鉛直方向）とそろうように設置されている。これにより、自然対流（温かい空気が上昇する流れ）が生じる方向と第２のフィン６９ａ毎の各主面に沿った方向とがそろうので、第２のフィン６９ａによる伝熱面積の実質的な増加が図られ、ヒートシンク６９の放熱性をより高めることができる。

＜第７の実施の形態＞
次に、第７の実施形態を図８Ａ、図８Ｂに基づき説明する。なお、図８Ａ、図８Ｂにおいて、図７Ａ、図７Ｂに示した第６の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。

図８Ａ、図８Ｂに示すように、本実施形態の発熱体冷却装置７０は、第６の実施形態の発熱体冷却装置６０が備えるヒートシンク６９に代えて、ヒートシンク７９を備えている。ヒートシンク７９は、ヒートシンク６９のプレート状に形成された複数の第２のフィン６９ａに代えて、ピン状に形成された複数の第２のフィン７９ａを備えている。また、これら複数の第２のフィン７９ａは、筐体２の外側に露出する状態で台座部９ｂ上に支持されている。

したがって、本実施形態の発熱体冷却装置７０においても、筐体２の外側に露出する第２のフィン７９ａをヒートシンク７９が備えていることで、優れた放熱性を得ることができ、複数のバッテリセル３に対する冷却性能を向上させることができる。

また、本実施形態の発熱体冷却装置７０は、図８Ｂに示すように、ピン状に形成された複数の第２のフィン７９ａの軸方向（長手方向）が、重力方向（鉛直方向）と直交する位置関係で設置されている。これにより、自然対流（温かい空気が上昇する流れ）が生じる方向と複数の第２のフィン７９ａの軸方向とが直交する位置関係となるので、ピン状の第２のフィン７９ａの周面に自然対流が密に接触し、ヒートシンク７９の放熱性を高めることが可能となる。

＜第８の実施の形態＞
次に、第８の実施形態を図９Ａ〜図９Ｃに基づき説明する。なお、図９Ａ〜図９Ｃにおいて、図７Ａ、図７Ｂに示した第６の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。

図９Ａ〜図９Ｃに示すように、本実施形態の発熱体冷却装置８０は、第６の実施形態の発熱体冷却装置６０の構成に加え、主に、外観が概略的には八角柱状の第２の筐体（ファンケーシング）９３と遠心ファンである外気移送ファン９６とをさらに備えている。第２の筐体９３は、図９Ａに示すように、吸気口９３ａ及び排気口９３ｂを有すると共に、外観が直方体状の筐体（第１の筐体）８１の外側との間で例えば４つのヒートシンク８９における複数の第２のフィン８９ｈを少なくとも包囲しつつ、吸気口９３ａから複数の第２のフィン８９ｈ間を通過して排気口９３ｂへとつながる外気移送流路８４を内側に構成する。また、外気移送ファン９６は、外気を吸気口９３ａから取り込んで外気移送流路８４に沿って移送する。

また、本実施形態の発熱体冷却装置８０は、軸流ファンである冷却ファン８６、複数のバッテリセル３、仕切り板９１、９２、導風機構９５などをさらに備えている。密閉ケースである筐体８１の内部には、冷却ファン８６によって移送される冷風の循環流路８２が形成されている。循環流路８２は、図９Ａに示すように、筐体８１の内壁部分と仕切り板９１、９２とによって構成されている。

複数のバッテリセル３は、互いに間隔を空けて筐体８１内に例えば３つずつ配列されたものが例えば４組（合計１２個）設けられている。また、複数のバッテリセル３は、互いに空けられた間隔によって循環流路８２に沿った複数の第１の冷風移送流路８７を構成し、これら複数の第１の冷風移送流路８７を通る冷風によって冷却される。複数のバッテリセル３は、図９Ｃに示すように、循環流路８２を横断する第１の流路横断方向（図９Ｃ中の矢印Ｘ方向）に沿って間隔を空けて３つずつ配列されたものが２組設けられており、また、循環流路８２を横断する第２の流路横断方向（図９Ｃ中の矢印Ｙ方向）に沿って間隔を空けて３つずつ配列されたものがさらに２組設けられている。

例えば４つのヒートシンク８９は、それぞれ、フィン支持面８９ｄを有する直方体状の台座部８９ｂ、及びプレート状の複数のフィン（第１のフィン）８９ａを備えている。台座部８９ｂは、図９Ｃに示すように、直方体状の外観を有する筐体８１の六つの外形面のうちの、複数のバッテリセル３との間で複数のフィン８９ａを挟んでそれぞれ対向する４つの外形面（図９Ｃ中の上下左右の外形面）の位置に配置されている。つまり、台座部８９ｂは、フィン支持面８９ｄの背面側に位置する部位、及び当該台座部８９ｂ本体の側面（端面）が、筐体８１本体の外側（外気移送流路８４側）に露出するように配置されており、複数のフィン８９ａを介して伝達される筐体８１内の熱を外気移送流路８４側に放熱する。また、台座部８９ｂにおけるフィン支持面８９ｄの背面側に支持された複数の第２のフィン８９ｈも、筐体８１内の熱を外気移送流路８４側に放熱する。

一方、プレート状の複数のフィン８９ａは、図９Ｃに示すように、複数の第１の冷風移送流路８７を通過した冷風が接触する冷風接触面８９ｃをそれぞれ備えている。また、これらのフィン９ａは、その厚さ方向に互いに間隔を空けて筐体８１内に配列されている。このように配列されたフィン８９ａを有するヒートシンク８９は、フィン８９ａどうしの間に循環流路８２に沿った複数の第２の冷風移送流路８８を構成する。

図９Ａ、図９Ｃに示すように、バッテリセル３側に突出する各フィン８９ａの先端部は、循環流路８２に沿って移送される冷風を各フィン８９ａ間へ（複数の第２の冷風移送流路８８へと）流入する冷風流入端８９ｅとなる。また、図９Ａに示すように、各フィン６９ａの先端部（冷風流入端８９ｅ）を構成する辺部と角部（コーナ部分）を介して隣り合う一方の辺部は、循環流路８２に沿って移送される冷風を各フィン８９ａ間（複数の第２の冷風移送流路８８）から流出させる冷風流出端８９ｆとなる。

図９Ａに示すように、軸流ファンである冷却ファン８６は、仕切り板９１を介して循環流路８２上に配置されており、循環流路８２に沿って冷風を移送するための動力源となる。この冷却ファン８６は、循環流路８２上におけるバッテリセル３と各フィン８９ａの冷風流出端８９ｆ側との間に配置されている。

導風機構５５は、図９Ａ、図９Ｃに示すように、複数の第１の冷風移送流路８７を通過した冷風の流れの向きとヒートシンク８９が備えるフィン８９ａ毎の冷風接触面８９ｃの向きとを相対的に傾斜させる。導風機構５５を構成する台座部８９ｂは、上記のフィン傾斜角度αが得られるように、複数のフィン８９ａを、その配列方向（フィンピッチ方向）に傾けた姿勢で、フィン支持面８９ｄ上に支持している。

このように構成された発熱体冷却装置８０では、図９Ａ、図９Ｃに示すように、バッテリセル３間の複数の第１の冷風移送流路８７から流出する冷風は、ヒートシンク８９における各フィン８９ａの冷風流入端８９ｅ側からフィン８９ａ間に流入し、フィン８９ａ毎の冷風接触面８９ｃに対して斜めに接触する。冷風接触面８９ｃに接触した冷風は、冷風接触面８９ｃに沿ってフィン８９ａの基端部側（台座部８９ｂのフィン支持面８９ｄ側）へと向い、さらに、この冷風接触面８９ｃを有するフィン８９ａと隣り合う（対向する）フィン８９ａの背面（冷風接触面の背面側に位置する他方の主面）に沿って、当該隣り合うフィン８９ａの先端部（冷風流入端８９ｅ）側へ戻る。すなわち、冷風接触面８９ｃに接触した冷風は、この冷風接触面８９ｃと、フィン支持面８９ｄと、当該冷風接触面８９ｃと対向するフィン８９ａの背面と、に沿って旋回する第１の旋回流れを生じさせる。

また、上記した第１の旋回流れを生じさせつつ、各フィン８９ａ間の複数の第２の冷風移送流路８８を通る冷風は、図９Ａに示すように、各フィン８９ａにおける冷風接触面９ｃ上に沿って旋回しながら、各フィン８９ａの冷風流入端８９ｅ側から冷風流出端８９ｆ側へと移動する第２の旋回流れを生じさせる。したがって、各フィン８９ａの冷風流入端８９ｅ側からフィン８９ａ間に流入した冷風は、図９Ａに示すように、第１及び第２の旋回流れによってフィン８９ａ間でスパイラル状に旋回しながら冷風流出端８９ｆより流出（循環流路８２へと流出）される。

一方、個々の第２のフィン８９ｈは、プレート状にそれぞれ形成されており、筐体８１の外側（外気移送流路８４側）に露出する状態で台座部８９ｂ（台座部８９ｂにおけるフィン支持面８９ｄの背面）上に支持されている。具体的には、個々の第２のフィン８９ｈは、台座部８９ｂにおけるフィン支持面８９ｄの背面上に、この背面と直交する起立した姿勢で支持されている。

ここで、本実施形態の発熱体冷却装置８０において、遠心ファンである外気移送ファン９６は、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、吸気口９３ａから取り込まれて外気移送流路８４上を移送される外気の流れの向きとヒートシンク８９が備えるフィン８９ａ毎の一方の主面（プレート状のフィン本体の表面）の向きとを相対的に傾斜させる。

つまり、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、外気移送ファン９６によって吸気口９３ａから取り込まれて外気移送流路８４上を移送される外気は、複数の第２のフィン８９ｈ間に流入し、第２のフィン８９ｈ毎の一方の主面に対して斜めに接触する。この一方の主面に接触した外気は、当該主面に沿って第２のフィン８９ｈの基端部側における台座部８９ｂの表面（台座部８９ｂのフィン支持面８９ｄの背面側）へと向い、さらに、この一方の主面を有する第２のフィン８９ｈと隣り合う（対向する）他の第２のフィン８９ｈにおける他方の主面に沿って、当該隣り合う第２のフィン８９ｈの先端部側へ戻る。つまり、第２のフィン８９ｈ毎の一方の主面に接触した外気は、この一方の主面と、第２のフィン８９ｈの基端部側における台座部８９ｂの表面と、当該一方の主面と対向する他の第２のフィン８９ｈにおける他方の主面と、に沿って旋回する第１の旋回流れを生じさせる。

また、この第１の旋回流れを生じさせつつ、第２のフィン８９ｈ間を移送される外気は、図９Ａに示すように、第２のフィン８９ｈにおける上記一方の主面に沿って旋回しながら、各第２のフィン８９ｈにおける吸気口９３ａ側から排気口９３ｂへと移動する第２の旋回流れを生じさせる。したがって、第２のフィン８９ｈ間に流入した外気は、図９Ａに示すように、第１及び第２の旋回流れによって第２のフィン８９ｈ間でスパイラル状に旋回しながら排気口９３ｂより排気される。

上記したように、本実施形態の発熱体冷却装置８０では、ヒートシンク８９のフィン８９ａ間及び第２のフィン８９ｈ間でそれぞれスパイラル状の旋回流れを生じさせることにより、フィン（第１のフィン）８９ａ側の冷風接触面８９ｃ、フィン支持面８９ｄ及び冷風接触面８９ｃの背面、並びに、第２のフィン８９ｈ側の一対の主面及び台座部８９ｂにおけるフィン支持面９ｄの背面、におけるそれぞれの表面全体にわたって冷風や外気を効率良く接触させることができる。

これにより、フィン８９ａの各主面上や第２のフィン８９ｈの各主面上などにおいて温度境界層が厚くなってしまうことが抑えられるので、フィン８９ａ及び第２のフィン８９ｈの熱伝達率を向上させることができる。このように除熱効果を高めたヒートシンク８９におけるフィン８９ａ間で筐体８１内の冷風が効率良く冷却されるので、フィン８９ａ間を通過した後、循環流路８２に沿って移送されるこの冷風によって、複数のバッテリセル３を効果的に冷却することができる。

既述したように、本実施形態に係る発熱体冷却装置８０によれば、複数のバッテリセル３に対する冷却性能のさらなる向上を図ることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，８１…筐体、２，８２…循環流路、３…バッテリセル、５，４５，５５，９５…導風機構、６，４６，８６…冷却ファン、７，８７…第１の冷風移送流路、８，４８，８８…第２の冷風移送流路、９，４９，６９，７９，８９…ヒートシンク、９ａ，４９ａ，８９ａ…フィン、９ｂ，４９ｂ，８９ｂ…台座部、９ｃ，４９ｃ，８９ｃ…冷風接触面、９ｄ，４９ｄ，８９ｄ…フィン支持面、９ｅ，４９ｅ，８９ｅ…冷風流入端、９ｆ，４９ｆ，８９ｆ…冷風流出端、１１，１２，９１，９２…仕切り板、１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０…発熱体冷却装置、３１…整流格子、４８…冷風移送流路、５１…導風板、８４…外気移送流路、６９ａ，７９ａ，８９ｈ…第２のフィン、９３…筐体、９３ａ…吸気口、９３ｂ…排気口、９６…外気移送ファン、α…フィン傾斜角度。

Claims (10)

1. 冷風の循環流路が内部に形成された筐体と、
   互いに間隔を空けて前記筐体内に配列されていると共に、前記空けられた間隔によって前記循環流路に沿った複数の第１の冷風移送流路を構成し、これら複数の第１の冷風移送流路を通る冷風によって冷却される複数の発熱体と、
   前記複数の第１の冷風移送流路を通過した冷風が接触する冷風接触面をそれぞれ備えたプレート状の複数のフィンが互いに間隔を空けて前記筐体内に配列され、前記フィンどうしの間に前記循環流路に沿った複数の第２の冷風移送流路を構成するヒートシンクと、
   前記複数の第１の冷風移送流路を通過した冷風の流れの向きと前記フィン毎の前記冷風接触面の向きとを相対的に傾斜させる導風機構と、
   を備える発熱体冷却装置。
2. 前記導風機構は、前記ヒートシンクがさらに備える台座部を含み、
   前記台座部は、前記複数の発熱体との間で前記複数のフィンを挟んで対向する位置にフィン支持面を有し、前記複数のフィンをその配列方向に傾けた姿勢で前記フィン支持面上に支持する、
   請求項１記載の発熱体冷却装置。
3. 前記冷風接触面は、前記フィン毎の一対の主面のうちの一方の主面によって構成されている、
   請求項１又は２記載の発熱体冷却装置。
4. 前記複数の発熱体は、前記循環流路を横断する第１の流路横断方向、若しくは、前記循環流路を横断しかつ前記第１の流路横断方向に対して直交する方向となる第２の流路横断方向、に沿って互いに間隔を空けて配列されている、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発熱体冷却装置。
5. 前記循環流路上における前記複数の発熱体と前記ヒートシンクとの間に配置され、前記循環流路に沿って冷風を移送する軸流ファンと、
   前記循環流路上における前記軸流ファンと前記ヒートシンクとの間に介在された整流格子と、
   をさらに備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発熱体冷却装置。
6. 前記導風機構は、前記循環流路上における前記複数の発熱体と前記ヒートシンクとの間に配置され、前記循環流路に沿った方向に対して傾斜する方向に冷風を移送する遠心ファンを備える、
   請求項１、３及び４のうちのいずれか１項に記載の発熱体冷却装置。
7. 前記導風機構は、前記循環流路上における前記複数の発熱体と前記ヒートシンクとの間に配置され、前記複数の第１の冷風移送流路を通過した冷風と接触しこの接触した冷風の流れの向きを前記循環流路に沿った方向に対して傾斜させる導風板を備える、
   請求項１、３及び４のうちのいずれか１項に記載の発熱体冷却装置。
8. 前記ヒートシンクは、前記筐体の外側に露出する複数の第２のフィンを備える、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載の発熱体冷却装置。
9. 前記第２のフィンは、プレート状又はピン状に形成されている、
   請求項８記載の発熱体冷却装置。
10. 吸気口と排気口とを有すると共に、前記筐体の外側との間で少なくとも前記複数の第２のフィンを包囲しつつ、前記吸気口から前記複数の第２のフィン間を通過して前記排気口へとつながる外気移送流路を内側に構成する第２の筐体と、
    外気を前記吸気口から取り込んで前記外気移送流路に沿って移送する外気移送ファンと、
    をさらに備える請求項８又は９記載の発熱体冷却装置。

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