JP2022026195A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】外包体の成形性に優れた熱交換器を提供する。【解決手段】本発明は、入口および出口が設けられた外包体１を備え、入口から流入した熱交換媒体が外包体１内を通って出口から流出するようにした熱交換器を対象とする。外包体１が、金属製の伝熱層５１の少なくとも内面側に樹脂製の熱融着層５２が設けられた外包ラミネート材Ｌ１によって構成される。外包体１の伝熱層５１が、ＪＩＳ Ｈ４１６０で規定される、Ａ８０２１Ｈ、Ａ８０７９Ｈの中から選択される少なくとも１種のアルミニウムによって構成されている。【選択図】図４

Description

この発明は、金属製の伝熱層に樹脂製の熱融着層が積層されたラミネート材を用いて製作される熱交換器に関する。

なお本発明においては、「アルミニウム（Ａｌ）」という用語は「アルミニウム合金（Ａｌ合金）」も含む意味で用いられている。

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より提案されている。

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、充電と放電とを繰り返し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。

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が提案されている。

従来、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、複数の金属製の構成部品をろう付け等で接合する金属製のものが主流であった（特許文献１～３）。

このような金属製の冷却器は、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面倒な金属加工（機械加工）によって製作されるため、現行以上の薄型化は困難である。

そこで、ケーシングとしての外包体やインナーフィン（内芯材）をラミネート材によって構成した冷却器が提案されている。ラミネート材は、金属箔層に樹脂製の熱融着層が積層されて構成されており、外包体用のラミネート材の熱融着層が、インナーフィン用のラミネート材の熱融着層にヒートシール（熱融着）されて、冷却器が形成されている。

ラミネート材製の冷却器は、面倒な金属加工が不要で、製作の容易化、コストの削減、薄型化等を図ることができるため近年、注目を集めている。

特開２０１５－５９６９３号公報 特開２０１５－１４１００２号公報 特開２０１６－１８９４１５号公報

このような技術背景の下、ラミネート材を利用した熱交換器の伝熱性の向上を図るためには、外包体を電池等の冷却対象部材に対し確実に接触させるのが好ましい。その一環として、従来においては、ラミネート材を用いた冷却器において、外包体を冷却対象部材に対し隙間なく密着できるように、外包体の成形性を向上させることが切望されている。

同様な観点から、従来においては、外包体とその内部に収容されるインナーフィンとの伝熱性を向上させるために、インナーフィンを外包体に対し確実に接触できるように、インナーフィンの成形性を向上させることも切望されている。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ラミネート材を用いた熱交換器において、成形性に優れた外包体および／またはインナーフィンを得ることができ、伝熱性、ひいては熱交換性能を向上させることができる熱交換器を提供することを目的とする。

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。

［１］入口および出口が設けられた外包体を備え、前記入口から流入した熱交換媒体が前記外包体内を通って前記出口から流出するようにした熱交換器であって、
前記外包体が、金属製の伝熱層の少なくとも内面側に樹脂製の熱融着層が設けられた外包ラミネート材によって構成され、
前記外包体の前記伝熱層が、ＪＩＳ Ｈ４１６０で規定される、Ａ８０２１Ｈ、Ａ８０７９Ｈの中から選択される少なくとも１種のアルミニウムによって構成されていることを特徴とする熱交換器。

［２］前記外包体の前記伝熱層が軟質材のＯ材によって構成されている請求項１に記載の熱交換器。

［３］凹凸部を有するインナーフィンが前記外包体内に配置され、
前記インナーフィンが、金属製の伝熱層の両面側に熱融着層が設けられた内芯ラミネート材によって構成され、
前記インナーフィンの前記伝熱層が、ＪＩＳ Ｈ４１６０で規定される、Ａ８０２１Ｈ、Ａ８０７９Ｈ、Ａ１０８５Ｈ、Ａ１０７０Ｈ、Ａ１０５０Ｈ、Ａ１Ｎ３０Ｈ、Ａ１１００Ｈの中から選択される少なくとも１種のアルミニウムによって構成されている前項１または２に記載の熱交換器。

［４］入口および出口が設けられた外包体と、前記外包体の内部に配置され、かつ凹凸部を有するインナーフィンとを備え、前記入口から流入した熱交換媒体が前記外包体内を通って前記出口から流出するようにした熱交換器であって、
前記外包体が、金属製の伝熱層の少なくとも内面側に樹脂製の熱融着層が設けられた外包ラミネート材によって構成され、
前記インナーフィンが、金属製の伝熱層の両面側に熱融着層が設けられた内芯ラミネート材によって構成され、
前記インナーフィンの前記伝熱層が、ＪＩＳ Ｈ４１６０で規定される、Ａ８０２１Ｈ、Ａ８０７９Ｈ、Ａ１０８５Ｈ、Ａ１０７０Ｈ、Ａ１０５０Ｈ、Ａ１Ｎ３０Ｈ、Ａ１１００Ｈの中から選択される少なくとも１種のアルミニウムによって構成されていることを特徴とする熱交換器。

［５］前記インナーフィンの前記伝熱層が軟質材のＯ材によって構成されている前項３または４に記載の熱交換器。

［６］前記外包体は、一対の対向壁を有し、その一対の対向壁間に前記インナーフィンが配置され、
前記インナーフィンが、その凹部底壁および凸部頂壁が前記一対の対向壁に対し平行に配置され、かつ前記凹部底壁および前記凸部頂壁間を連結する立ち上がり壁が前記一対の対向壁に対し直交する角波形状に形成されている前項３～５のいずれか１項に記載の熱交換器。

発明［１］の熱交換器によれば、外包体の伝熱層として、成形性に優れた特有のアルミニウムを使用しているため、優れた成形性の外包体を得ることができ、外包体を高精度かつ安定した形状に確実に成形することができる。このため外包体を熱交換対象部材に適切に密着できるように成形でき、外包体および熱交換対象部材間の伝熱性を向上でき、ひいては熱交換性能を向上させることができる。

発明［２］の熱交換器によれば、外包体の伝熱層として、より一層成形性に優れたアルミニウムのＯ材を使用しているため、より一層優れた成形性を得ることができる。

発明［３］［４］の熱交換器によれば、インナーフィンの伝熱層として、成形性に優れた特有のアルミニウムを使用しているため、優れた成形性のインナーフィンを得ることができ、インナーフィンを高精度かつ安定した形状に確実に成形することができる。このため、インナーフィンを外包体に適切に密着できるように成形でき、インナーフィンおよび外包体間の伝熱性を向上でき、ひいては熱交換性能を向上させることができる。

発明［５］の熱交換器によれば、インナーフィンの伝熱層として、なお一層成形性に優れたアルミニウムのＯ材を使用しているため、なお一層優れた成形性を得ることができる。

発明［６］の熱交換器によれば、インナーフィンを角波形状に形成しているため、インナーフィンの凹部底壁および凸部頂壁が平坦となり、外包体との接触面積を増大させることができる。このためインナーフィンおよび外包体間の伝熱性をより一層向上できて、熱交換性能をより一層向上させることができる。

図１はこの発明の実施形態である熱交換器を示す斜視図である。 図２は実施形態の熱交換器を示す図であって、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）のＢ－Ｂ線断面に相当する側面断面図、図（ｃ）は図（ａ）のＣ－Ｃ線断面に相当する正面断面図である。 図３は実施形態の熱交換器を分解して示す斜視図である。 図４は実施形態の熱交換器に適用された外包体およびインナーフィンを説明するための正面断面図である。 図５は実施形態のインナーフィンを説明するための正面断面図である。 図６はこの発明に関連した実施例の熱交換器に採用されたトレイ部材を示す平面図である。 図７は実施例のトレイ部材における端部断面図である。 図８は実施例において模擬セルが設置された熱交換器を概略的に示す平面図である。 図９は実施例および比較例の各熱交換器における模擬セルの温度と経過時間との関係を示すグラフである。

図１～図３はこの発明の実施形態である熱交換器を示す図である。以下の説明においては発明の理解を容易にするため、図２（ａ）の左右方向を「前後方向」として説明し、さらに図２（ｂ）の上下方向を「上下方向（厚さ方向）」として説明する。

図１～図３に示すように、本実施形態の熱交換器は、伝熱パネルや伝熱チューブ等として用いられるものであり、ケーシング（容器）としての外包体１と、外包体１の内部に収容されるインナーフィン（内芯材）２と、外包体１の両端部内に収容される一対（両側）のヘッダー（ジョイント部材）３，３とを備えている。

外包体１は、平面視矩形状のトレイ部材１０と、平面視矩形状のカバー部材１５とによって構成されている。

トレイ部材１０は、外包ラミネート材Ｌ１の成形品によって構成されており、深絞り成形や、押出成型等の冷間成形の手法を用いて、外周縁部を除く中間領域全域が下方に凹陥形成されて、平面視矩形状の凹陥部１１が形成されるとともに、凹陥部１１の開口縁部外周に外方突出状のフランジ部１２が一体に形成されている。

またカバー部材１５は、トレイ部材１０における凹陥部１１の前後両端部に対応して一対の出入口１６，１６が形成されている。言うまでもなく本実施形態においては、一対の出入口１６のうち、一方の出入口１６が入口として構成され、他方の出入口１６が出口として構成されている。

トレイ部材１０およびカバー部材１５は、柔軟性および可撓性を有するラミネートシートないしフィルムである外包ラミネート材Ｌ１によって構成されている。

図４に示すように外包ラミネート材Ｌ１は、金属（金属箔）製の伝熱層５１と、その伝熱層５１の一面（内面）に接着剤を介して積層された熱融着性の樹脂フィルムないし熱融着性の樹脂シート製の熱融着層５２と、伝熱層５１の他面（外面）に接着剤を介して積層された耐熱性の樹脂フィルムないし耐熱性の樹脂シート製の保護層５３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。

外包ラミネート材Ｌ１における伝熱層５１を構成する金属としては、本発明特有のアルミニウム（その合金も含む）が用いられる。すなわち伝熱層５１は、ＪＩＳ Ｈ４１６０の規定に準拠して、Ａ８０２１Ｈ、Ａ８０７９Ｈの中から選択される少なくとも１種のアルミニウム箔によって構成されている。中でも特に本実施形態において外包ラミネート材Ｌ１の伝熱層５１としては、質別「Ｏ」の軟質材であるＯ材を用いるのが好ましい。

本実施形態において、外包ラミネート材Ｌ１の伝熱層５１として、特有のアルミニウム箔を用いることによって、外包ラミネート材Ｌ１、つまり外包体１として良好な成形性を得ることができて、高精度の安定した形状の外包体１を得ることができる。

伝熱層５１は、集熱層とも称されるものであり、厚みが３０μｍ～２００μｍのものを用いるのが良く、より好ましくは４０μｍ～１８０μｍのものを用いるのが良い。すなわち伝熱層５１の厚みが薄過ぎる場合には、外圧に対して変形し易くなり、強度が低下するおそれがあり、好ましくない。逆に伝熱層５１の厚みが厚過ぎる場合には、柔軟性が低下し、成形加工性が低下するおそれがあり、好ましくない。

また伝熱層５１は、化成処理等の表面処理を施しておくことにより、伝熱層５１の腐食防止や、樹脂との接着性の向上など、より一層耐久性を向上させることができる。

熱融着層５２としては、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またはそれらの変性樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル樹脂等によって構成されるフィルムないしシートを好適に用いることができる。

熱融着層５２としては、厚みが２０μｍ～５００μｍのものを用いるのが好ましい。

熱融着層５２としては特に、３層（ランダムＰＰ／ブロックＰＰ／ランダムＰＰ）の共押しフィルムからなる厚さ２０μｍ～５００μｍ、より好ましくは厚さ３０μｍ～８０μｍの無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）を好適に用いることができる。

また保護層５３としては、熱融着層５２に対し融点が１０℃以上、より好ましくは２０℃以上高い延伸ポリエステル樹脂（ＰＥＴ、ＰＢＴ等）、延伸ポリアミド樹脂（ＯＮＹ）等のフィルムないしシートを好適に用いることができる。

さらに保護層５３としては、厚みが６μｍ～１００μｍのものを用いるのが良い。

また外包ラミネート材Ｌ１を構成する伝熱層５１、熱融着層５２および保護層５３の各間を接着するための接着剤としては、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。

なお本実施形態においては、外包体１を構成するラミネート材Ｌ１として、３層構造のシートを用いるようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、伝熱層と熱融着層との２層構造のシートを用いても良いし、４層以上の構造のシートを用いるようにしても良い。４層以上の構造のシートを用いる場合には例えば、保護層と伝熱層との間に他の層を介在させたり、伝熱層と熱融着層との間に他の層を介在したりして、４層以上に構成するようにしても良い。

以上の構成の外包ラミネート材Ｌ１によって、外包体１のトレイ部材１０およびカバー部材１５が構成されている。そして後に詳述するようにカバー部材１５がトレイ部材１０にその凹陥部１１の開口を閉塞するように取り付けられることによって、外包体１が形成されるものである。

なお本実施形態においては、トレイ部材１０における凹陥部１１の底壁（下壁）１１１と、トレイ部材１０に取り付けられたカバー部材１５における凹陥部１１に対応する部分の天壁（上壁）１５１とによって、一対の対向壁１１１，１５１が構成されるものである。

図１～図４に示すように外包体１の中空部（凹陥部）１１内に収容されるインナーフィン２は、柔軟性ないし可撓性を有するラミネートシートないしフィルムである内芯ラミネート材Ｌ２によって構成されている。

図４に示すように内芯ラミネート材Ｌ２は、金属箔製の伝熱層６１と、伝熱層６１の両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熱融着層６２，６２とを備えている。

内芯ラミネート材Ｌ２における伝熱層６１を構成する金属としては、本発明特有のアルミニウムが用いられる。すなわち伝熱層６１は、ＪＩＳ Ｈ４１６０の規定に準拠して、Ａ８０２１Ｈ、Ａ８０７９Ｈ、Ａ１０８５Ｈ、Ａ１０７０Ｈ、Ａ１０５０Ｈ、Ａ１Ｎ３０Ｈ、Ａ１１００Ｈの中から選択される少なくとも１種のアルミニウム箔によって構成されている。中でも特に本実施形態において内芯ラミネート材Ｌ２の伝熱層６１としては、質別「Ｏ」の軟質材であるＯ材を用いるのが好ましい。

本実施形態において、内芯ラミネート材Ｌ２の伝熱層６１として、特有のアルミニウム箔を用いることによって、内芯ラミネート材Ｌ２、つまりインナーフィン２として良好な成形性を得ることができて、高精度の安定した形状のインナーフィン２を得ることができる。

伝熱層６１としては、厚みが３０μｍ～２００μｍのものを用いるのが良く、より好ましくは４０μｍ～１８０μｍのものを用いるのが良い。すなわち伝熱層６１の厚みが薄過ぎる場合には、外圧に対して変形し易くなり、強度が低下するおそれがあり、好ましくない。逆に伝熱層６１の厚みが厚過ぎる場合には、柔軟性が低下し、成形加工性が低下するおそれがあり、好ましくない。

熱融着層６２としては、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またはそれらの変性樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル樹脂等によって構成されるフィルムないしシートを好適に用いることができる。中でも特に、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）によって構成されるフィルムないしシートを用いるのが好ましい。

熱融着層６２としては、厚みが２０μｍ～５０００μｍのものを用いるのが良く、より好ましくは３０μｍ～８０μｍのものを用いるのが良い。

なお本実施形態においては、インナーフィン２を構成するラミネート材Ｌ２として、３層構造のシートを用いるようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、４層以上の構造のシートを用いるようにしても良い。例えば熱融着層と伝熱層との間に他の層を介在させることによって、４層以上の構造のシートを採用するようにしても良い。

またインナーフィン２の加工方法は、特に限定されるものではないが、例えば内芯ラミネート材Ｌ２を一対のエンボスロールまたは一対のコルゲートロールによって挟み込みつつ、その一対のロール間に通過させることにより、凹凸を成形する方法を例示することができる。さらにはプレス機や、プレス金型を用いて、内芯ラミネート材Ｌ２に凹凸部を成形する方法を例示することができる。

図２～図５に示すようにインナーフィン２は、凹部２５および凸部２６が交互に連続して形成された角波形状（矩形波形状）、いわゆるデジタル信号波形に形成されている。すなわち本実施形態のインナーフィン２における凹部底面（底壁）および凸部頂面（頂壁）は、平坦に形成され、かつ熱交換器組付状態において、トレイ部材１０の底壁（下壁）１１１およびカバー部材１５の天壁（上壁）１５１に対し平行に配置されている。さらにインナーフィン２は、隣り合う凹部底壁および凸部頂壁間を連結する立ち上がり壁が、凹部底壁および凸部頂壁に対し、または熱交換器組付状態における外包体１の上下壁１１１，１５１に対し垂直に配置されている。

なお本実施形態においては、角波形状のインナーフィン２を用いているが、それだけに限られず、本発明においては、断面円弧状凹部および凸部が交互に連続して形成された一般的な波形状（正弦波形状）、いわゆるアナログ信号波形に形成されたものを用いても良い。もっとも本発明においては、インナーフィンは、外包体の内周面に接合される凹部および凸部が設けられていれば、どのような形状のものでも使用することができる。

このインナーフィン２が、トレイ部材１０の凹陥部１１内に収容される。この場合、インナーフィン２は、トレイ部材１０の凹陥部１１における前後両端部を除いた中間部に収容される。さらにインナーフィン２は、その山筋方向および谷筋方向がトレイ部材１０の前後方向（図１の左右方向）に一致するように配置される。これにより、インナーフィン２の山筋部および谷筋部によって形成されるトンネル部および溝部が、熱交換流路として構成されている。この熱交換流路は、トレイ部材１０の前後方向（長さ方向）に沿うように配置され、かつ幅方向（左右方向）に並列に複数配置されており、熱交換媒体（熱媒体）が各熱交換流路を通って均等に分散しながら外包体１の前後方向一端側から他端側に向けてスムーズに流通できるように構成されている。

一方図２および図３に示すように、外包体１の両端部に配置される一対のヘッダー３，３は、合成樹脂の成形品によって構成されている。

ヘッダー３を構成する樹脂としては、上記外包体１およびインナーフィン２の熱融着層５２，６２を構成する樹脂と同種の樹脂を用いるのが好ましい。具体的には、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またはそれらの変性樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル樹脂等を好適に用いることができる。

ヘッダー３は、一側面に開口部３２を有する箱状の取付箱部３１と、取付箱部３１の上壁に設けられたパイプ部３３とを備えている。パイプ部３３は取付箱部３１内に連通しており、パイプ部３３の内部と取付箱部３１の内部との間で熱交換媒体が往来できるように構成されている。

ヘッダー３の成形方法は特に限定されるものではないが、例えば射出成型を用いて成形する方法を好適に採用することができる。

このヘッダー３の取付箱部３１がトレイ部材１０の凹陥部１１におけるインナーフィン２の両側に配置される。さらにヘッダー３のパイプ部３３が上向きに配置されるとともに、取付箱部３１の開口部３２が内側に向けて、つまりインナーフィン２に対向して配置される。

こうしてヘッダー３，３をトレイ部材１０内に収容して、カバー部材１５をトレイ部材１０にその開口部を閉塞するように配置する。この場合、カバー部材１５の出入口１６内に、ヘッダー３，３の上向きのパイプ部３３，３３を挿通配置する。

こうして仮組された熱交換器仮組品を加熱することによって、接触し合う部材同士を熱融着して接合一体化する。

この熱融着においてはまず、外包体１におけるトレイ部材１０のフランジ部１２と、カバー部材１５の外周縁部との重ね合わせ部分を、上下一対の加熱シール型によって挟み込みながら加熱する（外包体融着工程）。これにより、トレイ部材１０のフランジ部１２と、カバー部材１５の外周縁部との熱融着層５２同士を熱融着（熱接着）して、外包体１の中空部を気密ないし液密状態に封止する。

続いて、外周縁部を熱溶着した外包体１の中間領域（下壁１１１および上壁１５１）を上下一対の加熱板によって挟み込みながら加熱する。これにより、インナーフィン２の山頂部および谷底部の熱融着層６２と、トレイ部材１０の底壁１１１およびカバー部材１５の中間領域（上壁）１５１の熱融着層５２とを熱接着（熱融着）により接合一体化して、液密ないし気密状態に封止する（フィン融着工程）。さらにこのフィン融着工程においては、ヘッダー３，３の取付箱部３１，３１の外周面と、それに対応するトレイ部材１０およびカバー部材１５の熱融着層５２とを熱融着（熱接着）により接合一体化して、液密ないし気密状態に封止する。

こうして組み付けられた熱交換器は、外包体１における両端部の上壁（カバー部材１５）からヘッダー３，３のパイプ部３３，３３が上方に突出するように配置されている。

ここでインナーフィン２およびヘッダー３，３と、外包体１との熱融着部を同種の樹脂によって構成している場合には、両者を十分な取付強度で確実に固着することができる。

なお本実施形態において、熱融着処理（加熱処理）を減圧下で行うことで、トレイ部材１０とカバー部材１５との間、トレイ部材１０およびカバー部材１５とそれらと接触しているインナーフィン２およびヘッダー３，３との間の密着性が高い状態で熱接着を強く行うことができ、接着面積を広くすることができる。従って熱融着処理を減圧下で行うのが好ましい。

本実施形態において、熱融着処理時の加熱温度（溶着温度）は、１６０℃～２５０℃に設定するのが良く、より好ましくは１７０℃～２１０℃に設定するのが良い。さらに熱融着時の圧力（溶着圧力）は、０．１ＭＰａ～０．５ＭＰａに設定するのが良く、より好ましくは０．１５ＭＰａ～０．４ＭＰａに設定するのが良い。さらに融着時間（溶着時間）は、２秒～１０秒に設定するのが良く、より好ましくは３秒～７秒に設定するのが良い。

また本実施形態においては、トレイ部材１０のフランジ部１２と、カバー部材１５の外周縁部とを熱融着する外包体融着工程と、インナーフィン２およびヘッダー３，３と外包体１とを熱融着するフィン融着工程とを別々の熱処理で行うようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、外包体融着工程と、フィン融着工程とを同じ熱処理（１段の熱融着処理）で行うようにしても良い。

また本実施形態では、融着工程特に、フィン融着工程においては、外包体１の下壁１１１および上壁１５１を挟み込む一対の加熱板における外包体１との接触面に、伝熱性ゴム層を配置しておくことによって、外包体１の下壁１１１および上壁１５１と、インナーフィン２の凹部底面および凸部頂面とを確実に接触させることができ、高精度で熱融着処理を行うことができる。

以上の構成の熱交換器は、電池等を冷却対象部材（熱交換対象部材）として冷却するための冷却器（冷却装置）として用いられる。すなわち熱交換器の一方のパイプ部３３に、熱交換媒体（冷媒）としての冷却液（冷却水、不凍液等）を流入するための流入管が連結されるとともに、他方のパイプ部３３に、冷却液を流出するための流出管が連結される。さらに熱交換器の外包体１における下壁１１１および／または上壁１５１に冷却対象部材としての電池を接触させた状態に配置する。そしてその状態で一方のパイプ部３３から冷却液を一方のヘッダー３を介して外包体１の内部に流入し、その冷却液をインナーフィン２の部分を流通させて、他方のヘッダー３を介して他方のパイプ部３３から流出させる。こうして冷却液を外包体１に循環させることにより、その冷却液と電池との間でインナーフィン２および外包体１の上下壁を介して熱交換されて、電池が冷却されるものである。

本実施形態の熱交換器は、その使用形態は特に限定されるものではなく、１つだけで使用することもできるし、２つ以上で使用することもできる。１つでの使用は、既述した通り、熱交換器の上下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つで使用する場合には、例えば２つの熱交換器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つ以上で使用する場合、熱交換器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。

以上のように本実施形態の熱交換器によれば、外包体１の外包ラミネート材Ｌ１として、伝熱層５１が上記特有のアルミニウム箔のものを用いているため、優れた成形性（柔軟性）を有する外包体１を得ることができ、高い寸法精度を有し、かつ安定した形状の外包体１を確実に形成することができる。このため外包体１を、成形加工による金属割れ等の不具合を防止しつつ、電池等の冷却対象部材の形状に適切に密着できるように成形でき、外包体１と冷却対象部材との間の伝熱性を向上でき、ひいては熱交換性能を確実に向上させることができる。さらに外包体１として十分な強度を得ることができて、早期の劣化を防止できて、耐久性を向上させることができる。

また本実施形態の熱交換器においては、上記外包体１と同様、インナーフィン２の内芯ラミネート材Ｌ２として、伝熱層６１が上記特有のアルミニウム箔のものを用いているため、優れた成形性（柔軟性）を有するインナーフィン２を得ることができ、高い寸法精度を有し、かつ安定した形状のインナーフィン２を確実に形成することができる。このためインナーフィン２を、成形加工による金属割れ等の不具合を防止しつつ、凹凸部２５，２６を外包体１の一対の対向壁１１１，１５１に対し、確実に密着できるように成形でき、インナーフィン２と外包体１との間の伝熱性を向上でき、ひいては熱交換性能をより確実に向上させることができる。さらにインナーフィン２として十分な強度を得ることができて、早期の劣化を防止できて、耐久性を向上させることができる。

その上さらに本実施形態において、外包体１の伝熱層５１およびインナーフィン２の伝熱層６１として、軟質材であるＯ材を用いる場合には、外包体１およびインナーフィン２においてより一層成形性を向上させることができ、より一層伝熱性を向上させることができる。

また本実施形態においては、角波形状のインナーフィン２を用いているため、凹部底壁および凸部頂壁が平坦となり、外包体１の一対の対向壁１１１，１５１との接触面積を増大させることができる。このためインナーフィン２と外包体１との間の伝熱性をより一層向上させることができる。さらにインナーフィン２と外包体１との接触面積を大きく確保できるため、インナーフィン２の外包体１に対する取付強度を向上でき、接触不良の発生等をより確実に防止することができる。

また本実施形態においては、インナーフィン２を角波形状に形成しているため、凹部底壁と凸部頂壁との間を連結する立ち上がり壁が、外包体１の対向する上下壁１１１，１５１に対し直交した状態で多数配置される。このためインナーフィン２が補強部材としての機能を十分に発揮でき、例えば外圧による圧縮方向の応力に対しては突っ張るように作用し、内圧による膨張方向の応力に対しては引っ張るように作用するため、内圧および外圧のいずれの圧力に対しても高い強度を確保でき、変形を防止できて安定した形状を確実に維持でき、動作信頼性をより一層向上させることができる。特に熱交換器を複数重ね合わせて使用するような場合には、十分な耐圧性を確保でき、安定した形態（形状）を確実に維持でき、高い熱交換性能を確実に得ることができる。その上さらに、十分な耐圧性を確保できるため、補強部材を別途設ける必要がなく、その分、部品点数を省略できて、構造の簡素化およびコストの削減を図ることができる。

また本実施形態の熱交換器によれば、構成部材としてのトレイ部材１０、カバー部材１５、インナーフィン２およびヘッダー３が合成樹脂を基に製作されているため、各構成部材を適宜熱融着するだけで簡単に製作することができる。このため本実施形態の熱交換器は、ろう付け接合等の難易度が高くて面倒な接合加工によって製作する従来の金属製の熱交換器に比べて、コストの削減および生産性の向上を図ることができる。

さらに本実施形態の熱交換器は、金属の塑性加工や切削加工等の面倒かつ制約のある金属加工を用いる場合と異なり、より一層生産効率の向上およびコストの削減を図ることができる。

また本実施形態の熱交換器は、薄型のラミネート材Ｌ１からなるトレイ部材１０およびカバー部材１５を貼り合わせて形成するものであるため、十分な薄肉化および軽量化を確実に図ることができる。

さらに本実施形態の熱交換器は、外包体１がラミネート材Ｌ１であるため、熱交換器自体の形状や大きさを簡単に変更できるとともに、既述した通り、厚みや強度、熱交換性能等も簡単に変更できるので、熱交換器取付位置等に合わせて適切な構成に簡単に仕上げることができ、設計の自由度が増し、汎用性も向上させることができる。

なお上記実施形態においては、外包体１のカバー部材１５として、成形されていないシート状のものを使用しているが、それだけに限られず、本発明においては、カバー部材１５に成形加工を施すようにしても良い。例えばカバー部材を、中央部が上方に凹陥形成された断面ハット状の成形品によって構成し、そのハット状のカバー部材を、上記のようなトレイ状のトレイ部材１０にその上方から覆うように外周縁部を接合一体化して、外包体を形成するようにしても良い。

＜実施例１＞
（１）外包ラミネート材Ｌ１の準備
表１に示すように、実施例１の外包ラミネート材（外包材）Ｌ１の伝熱層５１用のアルミニウム箔として、ＪＩＳ Ｈ４１６０に規定されたＡ８０２１－Ｏのアルミニウム箔（厚さ１２０μｍ）を準備した。このアルミニウム箔を伝熱層５１として、その一面（内面）にウレタン系接着剤（厚さ３μｍ）を介して、厚さ４０μｍの無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）フィルムを貼り合わせるとともに、伝熱層（アルミニウム箔）の他面（外面）にウレタン系接着剤（厚さ３μｍ）を介して、厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを貼り合わせて、外包ラミネート材Ｌ１を作製した。なお表１には実施例および比較例で用いられたアルミニウム箔の引張強さおよび伸びも併せて示す。

（２）内芯ラミネート材Ｌ２の準備
表１に示すように、実施例１の内芯ラミネート材（内芯材）Ｌ２の伝熱層６１用のアルミニウム箔として、上記と同様のアルミニウム箔を準備した。このアルミニウム箔を伝熱層６１として、その両面にウレタン系接着剤（厚さ３μｍ）を介して、厚さ４０μｍの無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）フィルムを貼り合わせて、内芯ラミネート材Ｌ２を作製した。

（３）トレイ部材１０およびカバー部材１５の作製
図１～図３に示す実施形態に準拠して、上記外包ラミネート材Ｌ１をカットして得られたシート材を、プレス金型を用いた深絞り成形により、図６および図７に示すように幅（Ｗｒ）９０ｍｍ×長さ（Ｌｒ）１４０ｍｍ×深さ（Ｄｒ）４ｍｍの凹陥部１１と、凹陥部１１の開口縁部の全周に形成された幅（Ｗｆ）１０ｍｍのフランジ部１２とを有するトレイ部材１１を作製した。

なお一般的に熱交換器は、冷却対象部材である立方体の電池の側面（最大面積部）に密着するように設置されるため、外包体１のトレイ部材１０のコーナー半径（Ｒ１）、ダイス肩半径（Ｒ２）、パンチ肩半径（Ｒ３）はできる限り小さい、シャープな成形形状に加工したトレイ部材１０を作製した。具体的には、凹陥部１１における四隅コーナー半径（Ｒ１）が１．０ｍｍ、ダイス肩半径（Ｒ２）が０．５ｍｍ、パンチ肩半径（Ｒ３）が０．５ｍｍ、ダイスおよびパンチ間のクリアランスは０．２５ｍｍである。

また上記外包ラミネート材Ｌ１をカットして、トレイ部材１１の上面に対応する大きさ（１１０ｍｍ×１６０ｍｍ）のシート状のカバー部材１５であって、トレイ部材１１の凹陥部１１の両側に対応して出入口１６（図１～図３参照）が形成されたものを作製した。

（４）インナーフィン２の作製
上記内芯ラミネート材Ｌ２をギアエンボス機によって、図５に示すようにフィン高さ（Ｈｆ）が４．１ｍｍ、フィンピッチ（Ｐｆ）が４ｍｍ、フィン厚み（Ｔｆ）が０．２ｍｍの角波形状に形成し、その角波シートを、長さ１００ｍｍ×幅９０ｍｍにカットしてインナーフィン２を作製した。なおインナーフィン２の山筋方向および谷筋方向は、長さ方向（縦方向）に沿うように配置されている。さらにインナーフィン２においても、トレイ部材１１と同様、シャープな形状とするために、外側コーナー半径（Ｒ４）を０．３ｍｍに設定した。

（５）ヘッダー３の作製
図２および図３に示すように、ＰＰ製の樹脂材を射出成型することによって、高さ４ｍｍ×長さ９０ｍｍ×幅２０ｍｍの取付箱部３１に、内径φ１０ｍｍ、外径φ１２ｍｍ、長さ３ｍｍのパイプ部３３が一体に形成されたヘッダー３を作製した。

（６）熱交換器の組立
実施例１で製作した外包体１、インナーフィン２、ヘッダー３を用いて実施例１の熱交換器を作製した。すなわちトレイ部材１０の凹陥部１１における両端部にヘッダー３，３を、各パイプ部３３が上方に向くようにして収容した。さらに凹陥部１１内におけるヘッダー３，３間に上記のインナーフィン２を収容した。

次にトレイ部材１０にその凹陥部１１を上から閉塞するようにカバー部材１５を配置した。この際、カバー部材１５の出入口１６，１６にヘッダー３，３のパイプ部３３，３３を挿通してカバー部材１５の上方に突出させた。

こうして非接合状態の熱交換器仮組品を作製し、その仮組品に対し仮組品の形状に適合する上下のシール金型を用いて、１９０℃×０．３ＭＰａ×７秒間のシール条件で、１段のヒートシール（１段の融着処理）を行い、仮組品における各部品間の接合部を熱接着（熱融着）して、実施例１の熱交換器を作製した。

＜実施例２＞
内芯ラミネート材Ｌ２の伝熱層６１用のアルミニウム箔として、ＪＩＳ Ｈ４０００に規定されたＡ５０５２－Ｈ３８のアルミニウム箔（厚さ１２０μｍ）を用いた以外は、上記実施例１と同様にして内芯ラミネート材Ｌ２を作製し、その内芯ラミネート材Ｌ２を実施例１と同様に加工して、実施例２のインナーフィン２を作製した。

さらに実施例２のインナーフィン２を用いた以外は、上記実施例１と同様にして実施例２の熱交換器を作製した。

＜実施例３＞
外包ラミネート材Ｌ１の伝熱層５１用のアルミニウム箔として、ＪＩＳ Ｈ４１６０に規定されたＡ１１００－Ｏのアルミニウム箔（厚さ１２０μｍ）を用いた以外は、上記実施例１と同様にして外包ラミネート材Ｌ１を作製し、その外包ラミネート材Ｌ１を実施例１と同様に加工して、実施例３のトレイ部材１０およびカバー部材１５を作製した。

さらに実施例３のトレイ部材１０およびカバー部材１５を用いた以外は、上記実施例１と同様にして実施例３の熱交換器を作製した。

＜比較例１＞
実施例３と同様のトレイ部材およびカバー部材１５と、実施例２と同様のインナーフィン２を用いた以外は、上記実施例１と同様にして比較例１の熱交換器を作製した。

＜トレイ成形性およびフィン成形性の評価試験＞
実施例１～３および比較例１において、熱交換器を組み立てる前のトレイ部材１０の成形加工性およびインナーフィン２の成形加工性について評価した。

まずトレイ部材（成形品）１０に対しては、暗室にて、トレイ部材内側に照明を当て、トレイ部材コーナー部付近の光の透過の有無をチェックし、ピンホール、クラックの有無を目視で検査した。その結果、ピンホール、クラック等の発生がなく、しわ等の発生もないものを「○（良好）」、ピンホール、クラック等の発生はないが、４コーナー部にしわの発生があったものを「△（通常）」、ピンホール、クラック等の発生があったものを「×（不良）」と評価した。その評価結果を表１に示す。

またインナーフィン２に対しては、インナーフィン２に照明を当て、拡大鏡を用いて目視で観察した。その結果、外側コーナー（Ｒ４）付近に、くびれ（肉厚減少）やクラックの発生がないものを「○（良好）」、くびれや微細なクラックが発生したものを「△（通常）」、くびれによる破断が発生したものを「×（不良）」と評価した。その評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１は、トレイ成形性およびフィン成形性のいずれにおいても「良好」であり、実施例２，３は、いずれか一方が「良好」であり、本発明に関連した実施例１～３のものは成形加工性に優れているのが判る。

これに対し、本発明の要旨を逸脱する比較例１では、トレイ成形性およびフィン成形性のいずれも「普通」であり、成形加工性に優れているとは言えなかった。

＜熱交換性能の評価試験＞
実施例１～３および比較例１の熱交換器を垂直姿勢で配置可能な恒温恒湿試験機を準備した。図８に示すようにこの試験器に設置された熱交換器にはその外包体２の最外面（伝熱面）に縦１００ｍｍ×横９０ｍｍ×厚さ３０ｍｍのアルミニウムブロック製の模擬セル７を接触した状態に設置できるように構成されている。

そして恒温恒湿試験器内を２５℃×９０％ＲＨ雰囲気に設定し、その中に実施例１～３および比較例１の各熱交換器を設置するとともに、恒温槽で８０℃に加熱した模擬セル７を各熱交換器の最外面に載置した。その状態で、各熱交換器に水温２１℃の水道水（冷却水）を流通して、模擬セルＣの中心位置７ｃの表面温度を所定時間毎に測定した。

その測定結果を表１に併せて示す。さらに図９にはその測定結果を基に作製した、模擬セル７の中心温度（℃）と経過時間（秒）との関係を示すグラフを示す。

表１および図９のグラフから明らかなように、実施例１～３の熱交換器は、比較例１の熱交換器と比べて冷却速度が速く、熱交換性能に優れているのが判る。特に実施例１の熱交換器はひときわ高い熱交換性能を備えるものであった。

１：外包体
１１１：底壁（対向壁）
１５１：上壁（対向壁）
１６：出入口
２：インナーフィン
２５：凹部
２６：凸部
５１：伝熱層
５２：熱融着層
６１：伝熱層
６２：熱融着層
Ｌ１：外包ラミネート材
Ｌ２：内芯ラミネート材

Claims (6)

1. 入口および出口が設けられた外包体を備え、前記入口から流入した熱交換媒体が前記外包体内を通って前記出口から流出するようにした熱交換器であって、
   前記外包体が、金属製の伝熱層の少なくとも内面側に樹脂製の熱融着層が設けられた外包ラミネート材によって構成され、
   前記外包体の前記伝熱層が、ＪＩＳ Ｈ４１６０で規定される、Ａ８０２１Ｈ、Ａ８０７９Ｈの中から選択される少なくとも１種のアルミニウムによって構成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記外包体の前記伝熱層が軟質材のＯ材によって構成されている請求項１に記載の熱交換器。
3. 凹凸部を有するインナーフィンが前記外包体内に配置され、
   前記インナーフィンが、金属製の伝熱層の両面側に熱融着層が設けられた内芯ラミネート材によって構成され、
   前記インナーフィンの前記伝熱層が、ＪＩＳ Ｈ４１６０で規定される、Ａ８０２１Ｈ、Ａ８０７９Ｈ、Ａ１０８５Ｈ、Ａ１０７０Ｈ、Ａ１０５０Ｈ、Ａ１Ｎ３０Ｈ、Ａ１１００Ｈの中から選択される少なくとも１種のアルミニウムによって構成されている請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 入口および出口が設けられた外包体と、前記外包体の内部に配置され、かつ凹凸部を有するインナーフィンとを備え、前記入口から流入した熱交換媒体が前記外包体内を通って前記出口から流出するようにした熱交換器であって、
   前記外包体が、金属製の伝熱層の少なくとも内面側に樹脂製の熱融着層が設けられた外包ラミネート材によって構成され、
   前記インナーフィンが、金属製の伝熱層の両面側に熱融着層が設けられた内芯ラミネート材によって構成され、
   前記インナーフィンの前記伝熱層が、ＪＩＳ Ｈ４１６０で規定される、Ａ８０２１Ｈ、Ａ８０７９Ｈ、Ａ１０８５Ｈ、Ａ１０７０Ｈ、Ａ１０５０Ｈ、Ａ１Ｎ３０Ｈ、Ａ１１００Ｈの中から選択される少なくとも１種のアルミニウムによって構成されていることを特徴とする熱交換器。
5. 前記インナーフィンの前記伝熱層が軟質材のＯ材によって構成されている請求項３または４に記載の熱交換器。
6. 前記外包体は、一対の対向壁を有し、その一対の対向壁間に前記インナーフィンが配置され、
   前記インナーフィンが、その凹部底壁および凸部頂壁が前記一対の対向壁に対し平行に配置され、かつ前記凹部底壁および前記凸部頂壁間を連結する立ち上がり壁が前記一対の対向壁に対し直交する角波形状に形成されている請求項３～５のいずれか１項に記載の熱交換器。
   

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