JP2021025753A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、金属箔層に樹脂層が積層されたラミネート材を利用して製作される熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger manufactured by using a laminated material in which a resin layer is laminated on a metal foil layer.
スマートフォンやパーソナルコンピュータ等の電子機器における小型高性能化に伴い、電子機器のCPU回りの発熱対策も重要となり、機種によっては水冷式冷却器やヒートパイプを組み込んで、CPU等の電子部品に対する熱負荷を軽減するとともに、筐体内に熱をこもらせないようにして、熱による悪影響を回避する技術が従来から多く提案されている。 With the increasing size and performance of electronic devices such as smartphones and personal computers, it is important to take measures against heat generation around the CPU of electronic devices. Depending on the model, a water-cooled cooler or heat pipe may be incorporated to load heat on electronic components such as the CPU. There have been many proposals for techniques for avoiding the adverse effects of heat by preventing heat from being trapped inside the housing.
また電気自動車やハイブリッド車に搭載される電池モジュールは、大容量の充電あるいは放電を連続して行うために電池パックの発熱が大きくなる。このため電池モジュールにおいても上記の電子機器と同様に、水冷式冷却器やヒートパイプを組み込んで、熱による悪影響を回避する技術が提案されている。 In addition, the battery module mounted on an electric vehicle or a hybrid vehicle generates a large amount of heat in the battery pack because it continuously charges or discharges a large capacity. For this reason, a technique has been proposed in which a water-cooled cooler and a heat pipe are incorporated in the battery module as in the case of the above-mentioned electronic device to avoid adverse effects due to heat.
さらにシリコンカーバイト(SiC)製等のパワーモジュールも発熱対策として冷却板やヒートシンクを組み付ける等の対策も提案されている。 Further, measures such as attaching a cooling plate and a heat sink to a power module made of silicon carbide (SiC) as a measure against heat generation have been proposed.
ところで、上記のスマートフォンやパーソナルコンピュータのような電子機器では筐体の厚さが薄く、その薄い筐体内における限られたスペースに多数の電子部品や冷却器が組み込まれるため、冷却器自体も薄型のものが用いられることになる。 By the way, in electronic devices such as the above-mentioned smartphones and personal computers, the thickness of the housing is thin, and since many electronic components and coolers are incorporated in the limited space in the thin housing, the cooler itself is also thin. Things will be used.
従来において、小型の電子機器に組み込まれるヒートパイプ等の薄型の冷却器は一般的に、アルミニウム等の伝熱性が高い金属を加工して得られた複数の金属加工部品をろう付けや拡散接合等で接合することにより製作するようにしている(特許文献1〜3等)。
Conventionally, a thin cooler such as a heat pipe incorporated in a small electronic device generally brazes or diffuses a plurality of metal processed parts obtained by processing a metal having high heat conductivity such as aluminum. It is manufactured by joining with (
しかしながら、上記従来の小型電子機器用冷却器は、各構成部品が鋳造や鍛造等の塑性加工や、切削等の除去加工等の金属加工(機械加工)によって製作されているため、面倒で制約も厳しく、特に薄型化に限界があり、現行以上の薄型化を図ることは困難であるという課題があった。 However, in the above-mentioned conventional cooler for small electronic devices, each component is manufactured by plastic working such as casting and forging, and metal processing (machining) such as removal processing such as cutting, so that it is troublesome and has restrictions. There was a problem that it was strict, especially there was a limit to thinning, and it was difficult to make it thinner than the current one.
その上さらに、上記従来の冷却器は、各構成部品を接合する際に難易度が高いろう付けや拡散接合等の金属加工(金属間接合)を用いて製作する必要があり、製作が困難であるばかりか、生産効率が低下してコストも増大してしまうという課題があった。 Furthermore, the above-mentioned conventional cooler needs to be manufactured by using metal processing (metal-to-metal joining) such as brazing or diffusion joining, which is difficult to join when joining each component, which is difficult to manufacture. Not only that, there was a problem that the production efficiency decreased and the cost increased.
この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、面倒な金属加工を用いる必要がなく、効率良く簡単に製作できて生産性の向上およびコストの削減を図りつつ、熱交換性能の向上および薄型化を図ることができる熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is not necessary to use troublesome metal processing, and it can be manufactured efficiently and easily, and the heat exchange performance is improved while improving productivity and cost. An object of the present invention is to provide a heat exchanger that can be made thinner.
上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を備えるものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
[1]中空状の熱交換流路が設けられ、かつ厚さ方向のスペーサとしての機能を有する流路形成シートと、
金属箔層の内面側に樹脂製シーラント層が積層されたラミネート材によって構成され、かつ前記流路形成シートの表裏面にそれぞれ接合された表裏両側の被覆シートと、
前記熱交換流路に対し熱交換媒体を流出入させるための出入口とを備え、
前記熱交換流路内を流通する熱交換媒体と、前記被覆シートの外面に配置された熱交換対象部材との間で熱交換されるように構成されていることを特徴とする熱交換器。
[1] A flow path forming sheet provided with a hollow heat exchange flow path and having a function as a spacer in the thickness direction.
A coating sheet on both the front and back sides, which is composed of a laminate material in which a resin sealant layer is laminated on the inner surface side of the metal foil layer and is joined to the front and back surfaces of the flow path forming sheet, respectively.
A doorway for allowing the heat exchange medium to flow in and out of the heat exchange flow path is provided.
A heat exchanger characterized in that it is configured to exchange heat between a heat exchange medium flowing in the heat exchange flow path and a heat exchange target member arranged on an outer surface of the coating sheet.
[2]前記流路形成シートの表裏面の少なくともいずれか一方の面において、前記熱交換流路が開放されており、その開放面が、その開放面に対応する前記被覆シートによって閉塞されている前項1に記載の熱交換器。
[2] The heat exchange flow path is open on at least one of the front and back surfaces of the flow path forming sheet, and the open surface is closed by the covering sheet corresponding to the open surface. The heat exchanger according to
[3]前記流路形成シートの表裏面において、前記熱交換流路が開放されており、その表裏両側の開放面が、前記表裏両側の被覆シートによって閉塞されている前項1に記載の熱交換器。
[3] The heat exchange according to
[4]前記被覆シートとしてのラミネート材は、前記金属箔層の外面側に積層された樹脂製の保護層を備えている前項1〜3のいずれか1項に記載の熱交換器。
[4] The heat exchanger according to any one of
[5]前記流路形成シートの少なくとも表裏面を構成する部分が、前記被覆シートのシーラント層と同種の樹脂によって構成されている前項1〜4のいずれか1項に記載の熱交換器。
[5] The heat exchanger according to any one of the
[6]前記出入口が前記被覆シートに形成されている前項1〜5のいずれか1項に記載の熱交換器。
[6] The heat exchanger according to any one of
[7]前記出入口が前記流路形成シートの端面に形成されている前項1〜6のいずれか1項に記載の熱交換器。
[7] The heat exchanger according to any one of
発明[1]の熱交換器によれば、熱交換流路が形成された流路形成シートの表裏両面に、ラミネート材によって構成される被覆シートを接着するだけで簡単に製作することができ、生産効率を向上させることができる。さらに本発明の熱交換器においては、流路形成シートと被覆シートとを熱融着等の樹脂接着によって一体化するものであるため、ろう付け接合等の難易度が高くて面倒な金属加工を用いる必要がなく、一層簡単に製作でき、生産性を一層向上させることができる。また熱交換流路内を流通する熱交換媒体と、被覆シートの外面に配置された熱交換対象部材との間で熱交換が行われるため、十分な熱交換性能を得ることができる。さらに本発明の熱交換器は、流路形成シートに被覆シートを積層して組み付けるものであるため、薄型化を確実に図ることができる。 According to the heat exchanger of the invention [1], it can be easily manufactured by simply adhering a coating sheet made of a laminate material to both the front and back surfaces of the flow path forming sheet in which the heat exchange flow path is formed. The production efficiency can be improved. Further, in the heat exchanger of the present invention, since the flow path forming sheet and the coating sheet are integrated by resin adhesion such as heat fusion, brazing and joining are difficult and troublesome metal processing is performed. It does not need to be used, it can be manufactured more easily, and productivity can be further improved. Further, since heat exchange is performed between the heat exchange medium flowing in the heat exchange flow path and the heat exchange target member arranged on the outer surface of the coating sheet, sufficient heat exchange performance can be obtained. Further, since the heat exchanger of the present invention is assembled by laminating a covering sheet on the flow path forming sheet, it is possible to surely reduce the thickness.
発明[2][3]の熱交換器によれば、熱交換流路を流通する冷媒と、熱交換対象部材との間で行われる熱交換が、薄い被覆シートを介して行われるため、熱交換性能を一層向上させることができる。 According to the heat exchangers of the inventions [2] and [3], heat exchange between the refrigerant flowing in the heat exchange flow path and the heat exchange target member is performed through the thin coating sheet, so that heat is generated. The exchange performance can be further improved.
発明[4]の熱交換器によれば、被覆シートを構成するラミネート材の外面側に保護層が設けられているため、金属箔層が直接外部にさらされるのを防止でき、例えば結露による悪影響が及ぶのを確実に防止することができ、耐候性を向上させることができる。 According to the heat exchanger of the invention [4], since the protective layer is provided on the outer surface side of the laminating material constituting the covering sheet, it is possible to prevent the metal foil layer from being directly exposed to the outside, for example, adverse effects due to dew condensation. Can be reliably prevented from reaching, and weather resistance can be improved.
発明[5]の熱交換器によれば、流路形成シートの表裏面を構成する樹脂と、被覆シートのシーラント層を構成する樹脂とを同種の樹脂によって構成しているため、流路形成シートと被覆シートとを十分な接着強度で取り付けることができ、被覆シートの部分剥離やその剥離による液漏れ等の不具合を確実に防止することができる。 According to the heat exchanger of the invention [5], since the resin constituting the front and back surfaces of the flow path forming sheet and the resin constituting the sealant layer of the coating sheet are composed of the same type of resin, the flow path forming sheet And the covering sheet can be attached with sufficient adhesive strength, and problems such as partial peeling of the covering sheet and liquid leakage due to the peeling can be reliably prevented.
発明[6][7]の熱交換器によれば、熱交換流路に対する熱交換媒体の流出入をスムーズに行うことができる。 According to the heat exchangers of the inventions [6] and [7], the heat exchange medium can smoothly flow in and out of the heat exchange flow path.
<第1実施形態>
図1はこの発明の第1実施形態である熱交換器としての熱交換パネルPを示す斜視図、図2は第1実施形態の熱交換パネルPを分解して示す斜視図、図3は図1のA−A線断面図である。なお本実施形態においては、発明の理解を容易にするため、図1の奥行き方向を「縦方向」とし、図1の左右方向を「横方向」とし、図1の上下方向を「厚さ方向」として説明する。さらに図1〜図3においては、発明の理解を容易にするため、厚さ方向の寸法を縦横方向の寸法と比較して誇張して示している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing a heat exchange panel P as a heat exchanger according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing the heat exchange panel P of the first embodiment in an exploded manner, and FIG. 3 is a view. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA. In the present embodiment, in order to facilitate understanding of the invention, the depth direction of FIG. 1 is set to the "vertical direction", the horizontal direction of FIG. 1 is set to the "horizontal direction", and the vertical direction of FIG. 1 is set to the "thickness direction". ". Further, in FIGS. 1 to 3, in order to facilitate understanding of the invention, the dimensions in the thickness direction are exaggerated as compared with the dimensions in the vertical and horizontal directions.
図1〜図3に示すように本実施形態の熱交換パネルPは、平面視矩形状の流路形成シート1と、流路形成シート1の表裏面に積層される表裏両側の被覆シート2とを備えている。なお本実施形態においては、図1の上側を表側とし、下側を裏側として説明する。もっとも本発明においては、表側および裏側は、特に区別されるものではなく、いずれを表側または裏側としても良い。例えば図1および図2の上側を表側、下側を裏側としても良いし、下側を表側、上側を裏側としても良い。
As shown in FIGS. 1 to 3, the heat exchange panel P of the present embodiment includes a flow
流路形成シート1は、レーザ加工等によって、表裏に貫通するようにU字状にくり抜かれて、中空状の熱交換流路15が形成されている。
The flow
流路形成シート1は、厚さ方向のスペーサとしての機能を備えており、熱交換パネルPにおける厚さ方向への収縮変形や膨張変形等を防止して、所定の厚みを確保できるようになっている。
The flow
流路形成シート1の素材は特に限定されるものではないが、上記のスペーサとしての機能を有し、さらに熱交換流路15を形成可能で、被覆シート2を熱融着等によって接着できるものであれば、どのような素材であっても良い。
The material of the flow
流路形成シート1の素材としては例えば、合成樹脂シート、金属ラミネート材、樹脂コート金属材等を用いることができる。金属ラミネート材とは、金属シートないし金属フィルムの片面または両面に合成樹脂シートないし合成樹脂フィルムを接着積層したものである。樹脂コート金属材とは、金属ラミネート材、金属シートないし金属フィルムの片面または両面に合成樹脂をコートしたものである。具体的に合成樹脂シートとしては、ポリプロピレンおよびポリエチレン製のシートを例示することができる。金属ラミネート材としては、アルミニウムシートないしアルミニウムフィルムの片面または両面に、無延伸ポリプロピレン(CPP)または直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)が接着剤によって貼り付けられたものを例示することができる。樹脂コート金属材としては、アルミニウムシートないしアルミニウムフィルムの片面または両面に、酸変性ポリプロピレン(酸変性PP)または変性ポリエチレン(変性PE)がコーティングされたもの等を例示することができる。
As the material of the flow
流路形成シート1としては、厚さが0.1mm〜5mmのもの、好ましくは0.1mm〜2mmのものを好適に用いることができる。
As the flow
また流路形成シート1は、その少なくとも表裏面を構成する部分が、被覆シート2の内面を構成する樹脂と同種(同一も含む)の樹脂によって構成するのが好ましい。すなわち同種の樹脂によって構成した場合には、流路形成シート1の表裏面に、被覆シート2を熱融着によって簡単かつ確実に接着することができる。
Further, it is preferable that at least the front and back surfaces of the flow
被覆シート2は、ラミネート材(ラミネートシート)によって構成されている。図3に示すように本実施形態においてこのラミネート材としては、金属箔層21と、その金属箔層21の一面(内面)に接着剤を介して積層された樹脂フィルムないし樹脂シート製のシーラント層(熱融着層)22と、金属箔層21の他面(外面)に接着剤を介して積層された樹脂フィルムないし樹脂シート製の保護層23とを備えている。なお本実施形態において、「箔」という用語は、フィルム、薄板、シートも含む意味で用いられている。
The
金属箔層21としては、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔や、これらの箔を用いたクラッド材(クラッド箔)を好適に用いることができる。なお本実施形態において「アルミニウム」「銅」「ニッケル」という用語は、それらの合金も含む意味で用いられている。
As the
金属箔層21は、伝熱層とも称されるものであり、厚さが5μm〜200μmのものを用いるのが好ましい。
The
また本実施形態において金属箔層21は、化成処理等の表面処理を施しておくことにより、金属箔層21の腐食防止や、樹脂との接着性の向上等を図ることができ、より一層耐久性を向上させることができる。
Further, in the present embodiment, by subjecting the
化成処理は、例えば次のような処理を施す。すなわち、脱脂処理を行った金属箔の表面に、下記の1)〜3)のうちのいずれかの水溶液を塗工した後、乾燥することにより、化成処理を施す。 The chemical conversion treatment is performed as follows, for example. That is, the surface of the metal leaf that has been degreased is coated with an aqueous solution of any one of 1) to 3) below, and then dried to perform a chemical conversion treatment.
1)リン酸と、クロム酸と、フッ化物の金属塩及びフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液。 1) An aqueous solution of a mixture containing phosphoric acid, chromic acid, and at least one compound selected from the group consisting of a metal salt of fluoride and a non-metal salt of fluoride.
2)リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂と、クロム酸及びクロム(III)塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液。 2) At least one resin selected from the group consisting of phosphoric acid, an acrylic resin, a chitosan derivative resin and a phenolic resin, and at least one compound selected from the group consisting of chromic acid and a chromium (III) salt. An aqueous solution of a mixture containing,.
3)リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂と、クロム酸及びクロム(III)塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、フッ化物の金属塩及びフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液。 3) At least one resin selected from the group consisting of phosphoric acid, acrylic resin, chitosan derivative resin and phenolic resin, and at least one compound selected from the group consisting of chromic acid and chromium (III) salt. An aqueous solution of a mixture containing at least one compound selected from the group consisting of a metal salt of fluoride and a non-metal salt of fluoride.
上記化成皮膜は、クロム付着量(片面当たり)として0.1mg/m2〜50mg/m2に設定するのが好ましく、特に2mg/m2〜20mg/m2に設定するのがより一層好ましい。 The chemical conversion coating, chromium add-on amount is preferably set to 0.1mg / m 2 ~50mg / m 2 as a (per one surface), and still more preferably, to set particular to 2mg / m 2 ~20mg / m 2 .
シーラント層22としては、CPP、LLDPE、酸変性PPのシートないしフィルム、アイオノマー等の変性PEのシートないしフィルムを好適に用いることができる。このシーラント層22は、厚みが20μm〜100μmのもの、より好ましくは20μm〜50μmのものを用いるのが良い。
As the
既述した通り、シーラント層22は、熱融着性等を考慮すると、流路形成シート1の表裏面を構成する樹脂と同種の樹脂を用いるのが好ましい。
As described above, the
保護層23としては、延伸ポリエステル(PET、PBT)、延伸ポリアミド(ONy)、ポリオレフィン(OPP、CPP、LLDPE)のシートないしフィルムを好適に用いることができる。この保護層23の厚みは、5μm〜100μmのものを好適に用いることができる。
As the
保護層23は、ラミネート材の金属箔層21の保護、ひいては熱交換パネルPの保護を行うものであり、保護層23が存在することによって、金属箔層21が直接外部にさらされるのを防止でき、例えば結露による悪影響が及ぶのを回避できて、熱交換パネルPの耐候性を向上できて、優れた耐久性を得ることができる。
The
なお本実施形態の被覆シート2において、保護層23は必ずしも形成する必要はなく、保護層23を省略することも可能である。もっとも、既述したように耐久性等を考慮すると、保護層23を形成するのが好ましい。
In the
また本実施形態の被覆シート2は、少なくとも金属箔層21と、シーラント層22とが含まれていれば良く、本発明においては、被覆シート2としてのラミネート材をこの2層21,22のみで形成するようにしても良い。言うまでもなくラミネート材を、上記実施形態のように3層21〜23で構成しても良いし、4層以上で構成するようにしても良い。
Further, the
また被覆シート2としてのラミネート材を構成する金属箔層21、シーラント層22および保護層23の各層間を接着するための接着層としては、厚みが1μm〜5μmのウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、オレフィン系接着剤等を好適に用いることができる。
Further, as an adhesive layer for adhering each layer of the
以上の構成の2枚の被覆シート2の各内面側であるシーラント層22が、流路形成シート1の表面および裏面に積層された状態で、熱融着によって、シーラント層22と、流路形成シート1の表裏を構成する樹脂とが接合一体化されて、図1に示すように熱交換パネルPが組み付けられる。この熱交換パネルPにおいては、流路形成シート1における熱交換流路15の表裏両面側の開口面が、表裏両側の被覆シート2によって閉塞されることによって、熱交換流路15が扁平チューブ状に形成される。
The
なお表裏両側の被覆シート2のうち、表側の被覆シート2における熱交換流路15の両端部に対応する部分には、表裏方向に貫通する2つの円形の出入口3が形成されている。
Of the
また本実施形態においては図4に示すように、熱交換パネルPの一対の出入口3にそれぞれジョイントパイプ4を取り付けるようにしても良い。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4,
ジョイントパイプ4は、硬質合成樹脂の成形品によって構成されている。本実施形態においてジョイントパイプ4は、円筒状のパイプ本体41と、そのパイプ本体41の一端外周に外側に突出するように一体成形されたフランジ部42とを備えている。
The
ジョイントパイプ4の素材としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の熱融着樹脂を好適に用いることができ、特に被覆シート2の保護層23を構成する樹脂と同種の熱融着樹脂によって構成するのが好ましい。
As the material of the
このジョイントパイプ4のフランジ部42が、熱交換パネルPの被覆シート2における保護層23の出入口外周縁部に熱融着されることにより、ジョイントパイプ4が熱交換パネルPに組み付けられる。この状態においては、ジョイントパイプ4におけるパイプ本体41のパイプ孔が出入口3を介して熱交換流路15内に連通接続されている。
The
なお本発明においてジョイントパイプ4を取り付ける場合、ジョイントパイプ4に必ずしもフランジ部42を形成する必要はなく、ジョイントパイプをパイプ本体(パイプ部材)のみによって構成するようにしても良い。この場合には、パイプ部材の一端面を熱融着して被覆シート2等の取付位置に取り付けるようにすれば良い。
When the
以上の構成の熱交換パネルPは、電池等を冷却対象部材(熱交換対象部材)として冷却する冷却器として用いられる。すなわち一方のジョイントパイプ4のパイプ本体41に、熱交換媒体(冷媒)としての冷却液(冷却水、不凍液等)Lを流入するための流入管が連結されるとともに、他方のジョイントパイプ4のパイプ本体41に、冷却液Lを流出するための流出管が連結される。そして熱交換パネルPにおける表面および裏面の少なくともいずれか一方に、冷却対象部材としての電池を接触配置した状態で、熱交換パネルPにおける流入管および一方のジョイントパイプ4を介して一方の出入口3から冷却液Lを流入して、その冷却液Lを熱交換パネルPの熱交換流路15に流通させて、他方の出入口3から他方のジョイントパイプ4および流出管を介して流出させる。これにより熱交換パネルP内を循環する冷却液Lと電池との間で被覆シート2を介して熱交換されることにより、電池が冷却されるものである。
The heat exchange panel P having the above configuration is used as a cooler for cooling a battery or the like as a cooling target member (heat exchange target member). That is, an inflow pipe for flowing in a cooling liquid (cooling water, antifreeze liquid, etc.) L as a heat exchange medium (coolant) is connected to the
本実施形態の熱交換パネルPは、その使用形態は特に限定されるものではなく、1枚だけで使用することもできるし、2枚以上で使用することもできる。1枚での使用は、既述した通り、熱交換パネルPの表裏面に熱交換対象部材を接触させて使用するものである。2枚で使用する場合には、例えば2枚の熱交換パネルPによって熱交換対象部材を挟み込むように配置して使用することができる。さらに2枚以上で使用する場合、熱交換パネルPと熱交換対象部材とを交互に重ね合わせるように配置して使用することもできる。 The form of use of the heat exchange panel P of the present embodiment is not particularly limited, and the heat exchange panel P may be used alone or in combination of two or more. As described above, the single piece is used by bringing the heat exchange target member into contact with the front and back surfaces of the heat exchange panel P. When two panels are used, for example, the heat exchange target members can be arranged and used so as to be sandwiched between the two heat exchange panels P. Further, when two or more sheets are used, the heat exchange panel P and the heat exchange target member may be arranged so as to be alternately overlapped with each other.
以上のように本実施形態の熱交換パネルPによれば、樹脂シート等によって構成される流路形成シート1の表裏両面に、ラミネート材によって構成される被覆シート2を熱融着するだけで簡単に製作することができ、生産効率を向上させることができる。
As described above, according to the heat exchange panel P of the present embodiment, it is easy to simply heat-fuse the
また本実施形態においては、流路形成シート1と被覆シート2とを熱融着して接合一体化するものであるため、ろう付け接合等の難易度が高くて面倒な金属加工を用いる必要がなく、一層簡単に製作でき、生産効率を一層向上させることができる。
Further, in the present embodiment, since the flow
さらに流路形成シート1用のシート部材や、被覆シート2用のラミネート材を、レーザ加工やカッター等を用いて加工すれば、流路形成シート1や被覆シート2を形成することができるため、本実施形態の熱交換パネルPの各構成部品自体も簡単に製作でき、より一層生産効率を向上させることができる。
Further, if the sheet member for the flow
また熱交換流路15を通過する冷却液Lと、電池等の熱交換対象部材との間で行われる熱交換は、薄い被覆シート2を介して行われるため、効率良く熱交換できて、十分な冷却性能(熱交換性能)を得ることができる。
Further, since the heat exchange performed between the coolant L passing through the heat
また本実施形態の熱交換パネルPは、流路形成シート1の両面に、被覆シート2を積層して組み付けるものであるため、薄型化および軽量化を確実に図ることができる。
Further, since the heat exchange panel P of the present embodiment is assembled by laminating the
さらに本実施形態の熱交換パネルPは、流路形成シート1および被覆シート2等の構成部品の形状や大きさを簡単に変更することができ、熱交換パネルP自体の形状や大きさも簡単に変更することができる。このため例えば、熱交換パネルPの設置位置等に合わせて、形状や大きさを自在に調整できるため、設計の自由度が増し、汎用性も向上させることができる。
Further, the heat exchange panel P of the present embodiment can easily change the shape and size of components such as the flow
さらに本実施形態の熱交換パネルPにおいては、流路形成シート1が厚さ方向のスペーサとして機能するものであるため、厚さ方向の圧縮、膨張変形、特に圧縮変形を有効に防止でき、使用状況にかかわらず終始安定した形態を維持することができる。このため熱交換流路15を流通する冷却液Lにおいて優れた流動特性を確実に維持できるとともに、被覆シート2の熱交換対象部材に対する接触不良を確実に防止できて、熱交換性能をより一層向上させることができる。
Further, in the heat exchange panel P of the present embodiment, since the flow
また本実施形態においては、流路形成シート1の熱交換流路15が表裏両面において開放されているため、その開放面に配置される被覆シート2に直接冷却液Lが接触することにより、冷却液Lと熱交換対象部材との間でより一層効率良く熱交換できて、熱交換性能をより一層向上させることができる。
Further, in the present embodiment, since the heat
また本実施形態においては、流路形成シート1の表裏面を構成する樹脂と、被覆シート2の内面を構成するシーラント層22を同種の樹脂によって構成しているため、流路形成シート1と被覆シート2とを十分な接着強度で取り付けることができる。このため例えば内圧に対する強度も十分に確保でき、被覆シート2の部分剥離やその剥離による液漏れ等を確実に防止でき、良好な動作信頼性を確保しつつ、耐久性を向上させることができる。
Further, in the present embodiment, since the resin forming the front and back surfaces of the flow
さらに本実施形態においては、ジョイントパイプ4を構成する樹脂と、被覆シート2の外面を構成する保護層23とを同種の樹脂によって構成しているため、ジョイントパイプ4を被覆シート2に十分な接着強度で取り付けることができ、ジョイントパイプ4の接着不良や液漏れ等をより確実に防止することができる。
Further, in the present embodiment, since the resin constituting the
また本実施形態の熱交換パネルPによれば、ジョイントパイプ4を取り付けているため、冷却水流出入用の外管との接続を簡単かつスムーズに行うことができる。
Further, according to the heat exchange panel P of the present embodiment, since the
なお図3に示すように上記実施形態では、熱交換パネルPの熱交換流路15が、流路形成シート1を厚さ方向に貫通するように形成されているが、それだけに限られず、図5(a)に示すように本発明においては、熱交換流路15を、流路形成シート1の表裏面のうち片面だけが開放された溝状に形成するように形成しても良いし、図5(b)に示すように熱交換流路15を、流路形成シート1の表裏面に開放されずにトンネル状に形成するようにしても良い。
As shown in FIG. 3, in the above embodiment, the heat
また上記実施形態では、被覆シート2として、表面側および裏面側の2枚の被覆シート2を用いる場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明においては、表裏両側の被覆シートを1枚のシート部材によって構成することも可能である。例えば図6に示すように、表側被覆シート部(表側被覆シート2)と、裏側被覆シート部(裏側被覆シート2)とが連設されたシート部材を準備し、そのシート部材を連設部において折り返すことによって、表側被覆シート部を表側被覆シート2とし、裏側被覆シート部を裏側被覆シート2として構成する。これにより1枚のシート部材によって表裏両側の被覆シートを構成することができる。
Further, in the above embodiment, the case where two covering
また上記実施形態においては、表裏の各被覆シート2をそれぞれ1枚のシート部材によって構成する場合を例に挙げて説明しているが、それだけに限られず、本発明においては、表裏の各被覆シート2を、複数のシート片を継ぎ合わせて複数枚のシート片によって構成するようにしても良い。
Further, in the above embodiment, the case where each of the front and back covering
また上記実施形態においては、流路形成シート1を1枚のシート部材によって形成する場合を例に挙げて説明しているが、それだけに限られず、本発明においては、流路形成シート1を複数枚のシート部材によって構成するようにしても良い。例えば流路形成シート1を縦方向および/または横方向に継ぎ合わせた複数枚のシート片(シート材)によって構成しても良いし、後述の第3実施形態のように、流路形成シート1を厚さ方向に重ね合わせた複数枚のシート材によって構成しても良い。
Further, in the above embodiment, the case where the flow
また上記実施形態においては、一対の出入口3を表面(または裏面)等の片面に形成する場合を例に挙げて説明しているが、それだけに限られず、本発明においては、一対の出入口3のうち、一方の出入口3を表面側に形成し、他方の出入口3を裏面側に形成するようにしても良い。要は熱交換パネルPの使用状況に応じて、出入口の位置を適宜決定すれば良い。もっとも本発明においては、熱交換パネルPの出入口3の数は2つに限られず、3つ以上形成するようにしても良い。
Further, in the above embodiment, the case where the pair of entrances and exits 3 are formed on one side such as the front surface (or the back surface) is described as an example, but the present invention is not limited to this, and in the present invention, of the pair of entrances and exits 3. , One entrance /
また上記実施形態においては、熱交換流路15を表面視状態でU字状に形成する場合を例に挙げて説明したが、本発明において、熱交換流路15の形状は限定されるものではない。例えば熱交換流路15を、流路形成シート1の縦方向一端から他端にかけて延びるようなI字状に形成したり、蛇行状、波状、つづら折り状に形成したり、渦巻状に形成するようにしても良い。
Further, in the above embodiment, the case where the heat
<第2実施形態>
図7はこの発明の第2実施形態である熱交換器としての熱交換パネルPを示す分解斜視図である。同図に示すように、流路形成シート1に形成される熱交換流路15は、その両端部が流路形成シート1の縦方向の一端縁まで形成されており、縦方向の外側に向けて開放されている。そしてその縦方向外側に向けて開放された開放面が出入口3として構成されている。なお本第2実施形態において、表裏面側の被覆シート2には出入口が形成されていない。
<Second Embodiment>
FIG. 7 is an exploded perspective view showing a heat exchange panel P as a heat exchanger according to the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, the heat
この第2実施形態の熱交換パネルPにおいては、流路形成シート1の端面に設けられた一対の出入口3のうち、一方の出入口3から冷却液L等の熱交換媒体が流入され、その冷却液Lが熱交換流路15を通って他方の出入口3から流出されるものである。
In the heat exchange panel P of the second embodiment, a heat exchange medium such as a coolant L flows in from one of the pair of inlets /
この第2実施形態の熱交換パネルPにおいて他の構成は、上記第1実施形態の熱交換パネルPと実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して、重複説明は省略する。 Since the other configurations of the heat exchange panel P of the second embodiment are substantially the same as those of the heat exchange panel P of the first embodiment, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and the duplicate description will be described. Omit.
この第2実施形態の熱交換パネルPにおいても、上記第1と同様の効果を得ることができる。 In the heat exchange panel P of the second embodiment, the same effect as that of the first can be obtained.
なおこの第2実施形態においては、一対の出入口3を共に縦方向の一端縁に形成する場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明おいては、一方の出入口3を縦方向の一端縁に形成し、他方の出入口3を縦方向の他端縁に形成するようにしても良いし、一方の出入口3を縦方向のいずれかの端縁に形成し、他方の出入口3を横方向のいずれかの端縁に形成するようにしても良いし、一方の出入口3を横方向のいずれかの端縁に形成し、他方の出入口を横方向のいずれかの端縁に形成するようにしても良い。
In the second embodiment, the case where the pair of
さらに本発明においては、一方の出入口3を流路形成シート1の端面に形成し、他方の出入口3を上記第1実施形態のように被覆シート2に形成するようにしても良い。
Further, in the present invention, one entrance /
<第3実施形態>
図8はこの発明の第3実施形態である熱交換器としての熱交換パネルPを示す斜視図、図9はその熱交換パネルPを分解して示す斜視図、図10はその熱交換パネルPに適用された流路形成シート11を分解して示す斜視図である。
<Third Embodiment>
FIG. 8 is a perspective view showing a heat exchange panel P as a heat exchanger according to a third embodiment of the present invention, FIG. 9 is a perspective view showing the heat exchange panel P disassembled, and FIG. 10 is a heat exchange panel P. It is a perspective view which shows disassembled the flow
これらの図に示すように、本第3実施形態の熱交換パネルPにおける流路形成シート1は、中間シート材1cと、その中間シート材1cの表面側に積層される表側シート材1aと、中間シート材1cの裏面側に積層される裏側シート材1bとの3枚のシート材によって構成されている。
As shown in these figures, the flow
各シート材1a〜1bには、上記実施形態と同様なU字状の熱交換流路15に対応して、中空状のU字状流路部15a〜15cが形成されており、3枚のシート材1a〜1cが重ね合わされることにより、各流路部15a〜15cも重ね合わされて、中空状の熱交換流路15が形成されるように構成されている。
Hollow U-shaped
各シート材1a〜1cには、その縦方向の一端縁における流路部15a〜15cに対応する部分が縦方向の外側に突出するように形成されて、一対の出入口用突出片11a〜11cがそれぞれ形成されている。
Each
シート材1a〜1cのうち、中間シート材1cにおける各出入口用突出片11cには、縦方向に延びるように延長流路部16cがそれぞれ形成されている。各延長流路部16cは、その一端側が流路部15cの両端部に連通接続されており、流路部15cおよび延長流路部16c間を冷却水Lが移動できるように構成されている。
Of the
また表側シート1aにおける一対の出入口用突出片11cには、中間シート1cの各延長流路部16cに対応して出入口3がそれぞれ形成されている。
Further, each of the pair of entrance /
そして3枚のシート材1a〜1cが積層された状態で、熱融着によって各シート1a〜1c間が接合一体化されて、流路形成シート1が形成されている。
Then, in a state where the three
なお本実施形態においては、既述した通り3枚のシート材1a〜1cの流路部15a〜15cによって1本の熱交換流路15が形成されている。また3枚のシート材1a〜1cの重ね合わされた各出入口用突出片11a〜11cによって、出入口用突出部11が形成されている。さらに各出入口3は、各延長流路部16cを介して熱交換流路15の両端部にそれぞれ連通接続されている。
In the present embodiment, as described above, one heat
ここで本実施形態において、各シート材1a〜1cの素材は、上記第1実施形態の流路形成シート1と同様の素材を好適に用いることができる。さらに各シート材1a〜1cはそれぞれ同一の素材によって構成するのが好ましい。
Here, in the present embodiment, as the material of each
以上の構成の流路形成シート1の表裏両面に上記と同様に、出入口が形成されていない被覆シート2が熱融着されることにより、本第3実施形態の熱交換パネルPが形成される。
Similar to the above, the heat exchange panel P of the third embodiment is formed by heat-sealing the
なおこの熱交換パネルPにおいては必要に応じて、一対の出入口用突出部11の出入口3に、上記第1実施形態と同様なジョイントパイプ4を取り付けるようにしても良い。
In the heat exchange panel P, if necessary, a
この第3実施形態において他の構成は、上記実施形態と同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して重複説明は省略する。 Since the other configurations in the third embodiment are the same as those in the above embodiment, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
この第3実施形態の熱交換パネルPは、上記実施形態の熱交換パネルPと同様に使用することができる。すなわち一方の出入口用突出部11の出入口3から冷却液L等の熱交換媒体が流入され、その冷却液Lが延長流路部16cを介して熱交換流路15に流入され、その冷却液Lが熱交換流路15を通って他方の出入口用突出部11の延長流路部16cを介して出入口3から流出されるものである。
The heat exchange panel P of the third embodiment can be used in the same manner as the heat exchange panel P of the above embodiment. That is, a heat exchange medium such as a coolant L flows in from the inlet /
こうして熱交換流路15内を循環する冷却液Lと、表裏の被覆シート2に接触配置される電池等の熱交換対象部材との間で熱交換されるものである。
In this way, heat is exchanged between the coolant L circulating in the heat
この第3実施形態の熱交換パネルPにおいても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。その上さらに、本第3実施形態においては、流路形成シート1に出入口用突出部11を形成して、その出入口用突出部11に出入口3を形成するようにしているため、熱交換対象部材に対し、出入口3を離間して配置し易くなる。このため熱交換対象部材の形状や大きさ等にかかわらず、出入口3に流入管や流出管等の外管を簡単に取り付けることができるようになり、汎用性をさらに向上させることができる。
In the heat exchange panel P of the third embodiment, the same effect as that of the above embodiment can be obtained. Further, in the third embodiment, since the entrance /
なお上記実施形態においては、本発明の熱交換器(熱交換パネル)を自動車用等の電池パックの冷却器として用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明においては、電池パックの冷却器以外の冷却器に適用できるとともに、熱交換流路内に加熱用の熱交換媒体(熱媒)を流通させることにより、加熱器として適用することもできる。具体的には、自動車用電池パックの加熱用の熱交換器、自動車の電動機、産業機械、家電、情報端末等の電力駆動機器の主電力を制御するための電力用半導体素子(パワーモジュール)の冷却用の熱交換器、パーソナルコンピュータのCPU(中央演算処理装置)の冷却用の熱交換器、家庭用または業務用蓄電池の冷却/加熱用の熱交換器、パーソナルコンピュータの電池パック(電池モジュール)の冷却用の熱交換器、液晶テレビ、有機ELテレビ、プラズマテレビのディスプレイの冷却用の熱交換器や、床暖房設備、寒冷地域での屋根、通路、道路等の融雪設備の熱交換器としても用いることができる。 In the above embodiment, the case where the heat exchanger (heat exchange panel) of the present invention is used as a cooler for a battery pack for automobiles or the like has been described as an example, but in the present invention, the cooler for the battery pack has been described. It can be applied to a cooler other than the above, and can also be applied as a heater by circulating a heat exchange medium (heat medium) for heating in the heat exchange flow path. Specifically, of heat exchangers for heating automobile battery packs, electric power semiconductor elements (power modules) for controlling the main power of electric power drive devices such as automobile electric motors, industrial machines, home appliances, and information terminals. Heat exchangers for cooling, heat exchangers for cooling the CPU (central arithmetic processing device) of personal computers, heat exchangers for cooling / heating household or commercial storage batteries, battery packs (battery modules) for personal computers As a heat exchanger for cooling the display of LCD TVs, organic EL TVs, plasma TVs, floor heating equipment, and heat exchangers for snow melting equipment such as roofs, passages, and roads in cold regions. Can also be used.
<実施例>
図1〜図4に示す上記実施形態の熱交換器に準拠して、以下のように実施例の熱交換器(熱交換パネル)を製作した。
<Example>
Based on the heat exchangers of the above-described embodiments shown in FIGS. 1 to 4, the heat exchangers (heat exchange panels) of the examples were manufactured as follows.
1.被覆シート(ラミネート材)2の作製
シーラント層22および保護層23用の部材として、片面をコロナ放電処理した厚さ30μmのCPPフィルムを準備した。さらに金属箔層21としてのJIS H4160 A1N30−H18のアルミニウム箔(厚さ50μm)の一方の面(内面)に、ポリエステルポリウレタン系接着剤を3g/m2の塗布量で塗布して、上記CCPフィルムのコロナ放電処理した側の面を貼り合わせて、シーラント層22を形成し、さらに金属箔層21の他方の面(外面)にも同様に、ポリエステルポリウレタン系接着剤を3g/m2の塗布量で塗布して、上記CCPフィルムのコロナ放電処理した側の面を貼り合わせて、保護層23を形成し、これによりラミネート材を作製した。なおこのラミネート材においては、内面側のシーラント層22と、外面側の保護層23とが実質的に同じ構成となっている。
1. 1. Preparation of Coating Sheet (Laminated Material) 2 As a member for the
このラミネート材を縦90mm×横120mmで切断して、表側被覆シート2と、裏側被覆シート2とを作成した。さらに一方の被覆シート(表側被覆シート)2における縦方向の端部に、横方向に並設するように直径φ8mmの円形の孔を2つ形成して、一対の出入口3を形成した。
This laminated material was cut at a length of 90 mm and a width of 120 mm to prepare a front
2.流路形成シート1の作製
厚さ800μm(0.8mm)のポリプロピレンシートを、上記被覆シート2と同じサイズ(縦90mm×横120mm)で切断した後、ファイバーレーザー機を用いて図1に示すようにU字状の熱交換流路15を表裏間で貫通するように形成し、流路形成シート1を作製した。
2. 2. Preparation of Channel Forming Sheet 1 A polypropylene sheet having a thickness of 800 μm (0.8 mm) is cut to the same size as the covering sheet 2 (length 90 mm × width 120 mm), and then as shown in FIG. 1 using a fiber laser machine. A U-shaped heat
この流路形成シート1の表面側のよび裏面側に、上記表側および裏側被覆シート2をその内面側のシーラント層22を重ね合わせるように配置して、未接着積層体を準備した。この際、一対の出入口3を有する表側の被覆シート2は、その出入口3を流路形成シート1の熱交換流路15における両端部に対応して配置した。
An unbonded laminate was prepared by arranging the front side and back
3.熱交換パネルPの組立およびジョイントパイプ4の取付
上記未接着積層体を、厚さ5mmの2枚のアルミニウム板の間に挟み込んで、150℃に設定された恒温槽内で10分間放置した後、恒温槽から取り出して、冷却されたことを確認してから、アルミニウム板の間から取り出した。この熱処理により、表裏の被覆シート2のシーラント層22と流路形成シート1の表裏面とを熱融着して、熱交換パネルPを作製した。
3. 3. Assembly of heat exchange panel P and installation of
続けて、内径φ8mm、外径φ11mm、長さ10mmのポリプロピレンチューブによって構成されるジョイントパイプ4(フランジ部無し)の一端側をバーナーで炙り、溶融したことを確認してから、その溶融側端部を表側被覆シート2における一対の出入口3の周縁部に押し付けて接着(熱融着)して、実施例のジョイントパイプ付き熱交換パネルPを作製した。
Subsequently, one end side of the joint pipe 4 (without a flange portion) composed of polypropylene tubes having an inner diameter of φ8 mm, an outer diameter of φ11 mm, and a length of 10 mm is burned with a burner to confirm that it has melted, and then the melted side end portion thereof. Was pressed against the peripheral edges of the pair of entrances and exits 3 in the front
<評価試験>
1.液漏れ検査
上記実施例の熱交換パネルPの一方のジョイントパイプ4から、0.5L/minの流量で水道水を注入して、熱交換流路15に流通させて、他方のジョイントパイプ4から排出した。こうして水道水を熱交換パネルP内の熱交換流路15に循環させて、液漏れの有無を確認したところ、液漏れは一切認められなかった。
<Evaluation test>
1. 1. Liquid leak inspection Tap water is injected from one
2.熱交換性能の評価
縦90mm×横100mm×厚さ10mmのアルミニウムブロックからなるバッテリーセル(単電池)の模擬体(模擬セル)を恒温槽で80℃に加熱した後、その模擬セルを上記実施例の熱交換パネルPの表側被覆シート2上に載置した状態で、熱交換パネルPに水温21℃の水道水(冷却液)を0.3L/minの流量で循環させて模擬セルを冷却しつつ、その模擬セルの表面中心部の温度を、所定の経過時間毎に測定した。その結果を表1の「冷却あり」の項目名で示す。
2. 2. Evaluation of heat exchange performance After heating a simulated body (simulated cell) of a battery cell (single cell) composed of an aluminum block having a length of 90 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 10 mm to 80 ° C. in a constant temperature bath, the simulated cell is used in the above embodiment. The simulated cell is cooled by circulating tap water (cooling liquid) having a water temperature of 21 ° C. at a flow rate of 0.3 L / min on the heat exchange panel P in a state of being placed on the front
上記と同様の構成の模擬セルを同じ条件で80℃に加熱した後、室温環境下で放置した状態で、同様に温度を測定した。その結果を表1の「冷却なし」の項目名で示す。 A simulated cell having the same configuration as above was heated to 80 ° C. under the same conditions, and then the temperature was measured in the same manner while left in a room temperature environment. The results are shown by the item names of "no cooling" in Table 1.
表1から判るように、本発明に関連した実施例の熱交換パネルPによって冷却された模擬セルは、冷却しない場合(常温放置)と比較して、効率良く冷却されており、実施例の熱交換パネルPは良好な熱交換性能を備えていた。 As can be seen from Table 1, the simulated cell cooled by the heat exchange panel P of the example related to the present invention is cooled more efficiently than the case of not cooling (leaving at room temperature), and the heat of the example is obtained. The replacement panel P had good heat exchange performance.
この発明の熱交換器は、スマートフォンやパーソナルコンピュータ等のCPU回りや電池回りの発熱対策、液晶TV、有機ELTV、プラズマTV等のディスプレイ回りの発熱対策、自動車のパワーモジュール回りや電池回りの発熱対策、スーパーコンピュータ等の定置発熱機の発熱対策に用いられる冷却器の他、床暖房や融雪等の吸熱対策に用いられる加熱器等に利用することができる。 The heat exchanger of the present invention has measures against heat generation around the CPU and batteries of smartphones and personal computers, measures against heat generation around displays such as LCD TVs, organic ELTVs and plasma TVs, and measures against heat generation around automobile power modules and batteries. , In addition to the cooler used for heat generation measures of stationary heat generators such as supercomputers, it can be used for heaters used for heat absorption measures such as floor heating and snow melting.
1:流路形成シート
15:熱交換流路
2: 被覆シート
21:金属箔層
22:シーラント層
23:保護層
3:出入口
L:冷却液(熱交換媒体)
P:熱交換パネル(熱交換器)
1: Flow path forming sheet 15: Heat exchange flow path 2: Coating sheet 21: Metal leaf layer 22: Sealant layer 23: Protective layer 3: Doorway L: Coolant (heat exchange medium)
P: Heat exchange panel (heat exchanger)
Claims (7)
金属箔層の内面側に樹脂製シーラント層が積層されたラミネート材によって構成され、かつ前記流路形成シートの表裏面にそれぞれ接合された表裏両側の被覆シートと、
前記熱交換流路に対し熱交換媒体を流出入させるための出入口とを備え、
前記熱交換流路内を流通する熱交換媒体と、前記被覆シートの外面に配置された熱交換対象部材との間で熱交換されるように構成されていることを特徴とする熱交換器。 A flow path forming sheet provided with a hollow heat exchange flow path and having a function as a spacer in the thickness direction,
A coating sheet on both the front and back sides, which is composed of a laminate material in which a resin sealant layer is laminated on the inner surface side of the metal foil layer and is joined to the front and back surfaces of the flow path forming sheet, respectively.
It is provided with an inlet / outlet for allowing the heat exchange medium to flow in and out of the heat exchange flow path.
A heat exchanger characterized in that it is configured to exchange heat between a heat exchange medium flowing in the heat exchange flow path and a heat exchange target member arranged on an outer surface of the coating sheet.
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