JP2024036032A - 冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】効果的に冷却を行うのが望ましい。【解決手段】冷却器は、冷却部材２である第１板部２０及びベース部材３である第２板部３０と、複数の支持部４と、複数の突起部と、を備える。第１板部は、冷却対象に当接するよう構成される板状の部位である。第２板部は、第１板部に対面するように配置され、第１板部との間に冷媒の流路を形成する板状の部位である。支持部４は、第１板部と第２板部との間に設けられる。突起部は、流路内に突出するように第２板部に設けられる。複数の突起部の頂部は、第１板部から離間している。【選択図】図４

Description

本開示は、冷却器に関する。

特許文献１に記載されているように、２つの板状部材の間に形成された流路を流下する冷媒により、電子部品を冷却する冷却器が知られている。また、このような冷却器における一方の板状部材の上方にバッテリを載置し、下方からバッテリを冷却する技術や、アルミ等によりこのような冷却器を構成する技術が知られている。

特開２００４－２２１３１５号公報

しかしながら、例えば、ステンレス等のように、アルミよりも熱伝導率が低い材料で冷却器を構成する場合には、冷却効率が低下する恐れがある。
本開示の一態様では、効果的に冷却を行うのが望ましい。

本開示の一態様は、冷却器であって、第１板部と、第２板部と、複数の支持部と、複数の突起部と、を備える。第１板部は、冷却対象に当接するよう構成される板状の部位である。第２板部は、第１板部に対面するように配置され、第１板部との間に冷媒の流路を形成する板状の部位である。支持部は、第１板部と第２板部との間に設けられる。突起部は、流路内に突出するように第２板部に設けられる。複数の突起部の頂部は、第１板部から離間している。

上記構成によれば、冷却対象により第１板部が押圧された場合であっても、複数の支持部により第１板部を支持し、第１板部の変形を抑制することができる。このため、第１板部を薄くし、第１板部の熱伝導率を向上させることができる。また、流路を流下する冷媒が複数の突起部に衝突することで、冷媒の流れが第１板部に向かい、その結果、流路における熱伝導率が向上する。したがって、効果的に冷却を行うことができる。

本開示の一態様は、流路の幅方向の両端に位置する２つの側壁部をさらに備えてもよい。複数の突起部の少なくとも一部は、当該突起部における冷媒の流れ方向の最上流側の端部が中間領域に位置するように設けられていてもよい。中間領域とは、流路において冷媒の流れ方向に交差する方向に隣接して並ぶ２つの支持部の間に位置する領域と、流路において、側壁部に隣接する支持部と、該側壁部における該支持部と幅方向において対面する部分との間に位置する領域との双方又は一方であってもよい。

上記構成によれば、複数の支持部を設けたことにより冷媒の流れが速くなる箇所に、突起部を配置できる。このため、より一層、冷媒の流れが第１板部に向かうように促すことができ、その結果、流路における熱伝導率が向上する。したがって、効果的に冷却を行うことができる。

本開示の一態様では、第１板部は、第２板部の上側に配置されてもよい。
上記構成によれば、第１板部の上側に冷却対象が配置されるため、第１板部には冷却対象の重量に応じた荷重がかかる。このため、複数の支持部により第１板部を支持することで、効果的に第１板部の変形を抑制できる。

本開示の一態様では、第１板部における冷却対象と当接する部分は、冷却対象に適合する形状を有してもよい。
上記構成によれば、第１板部と冷却対象との面接触を促すことができ、その結果、効果的に冷却を行うことができる。

本開示の一態様では、複数の支持部は、第１板部における流路に当接する面に接合されているか、又は、第２板部に設けられていてもよい。
上記構成によれば、第１板部を変形させること無く複数の支持部を設けることができる。したがって、複数の支持部を設けることにより、第１板部と冷却対象との面接触が妨げられるのを抑制できる。このため、効果的に冷却を行うことができる。

冷却器の斜視図である。 ベース部材の上面図である。 複数の支持部及び複数の突起部の位置を示す冷却流路の上面図である。 図３におけるIV-IV断面図である。 図３におけるV-V断面図である。 変形例の複数の突起部が設けられた冷却流路のV-V断面図である。 変形例の複数の支持部が設けられた冷却流路のIV-IV断面図である。 変形例の複数の支持部が設けられた冷却流路のIV-IV断面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本開示の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［１．概要］
図１に示す冷却器１は、内部を流体の冷媒が流下するよう構成されており、当該冷却器１に当接する冷却対象６（一例として、電池モジュール）を冷却する。なお、冷媒とは、例えば、冷却水等の液体であっても良い。冷却器１は、略矩形の板状の装置であり、入口部１０と、出口部１１と、冷却部材２と、ベース部材３とを備える（図２参照）。以後、冷却器１における対面する２辺をなす縁部を、それぞれ、第１及び第２縁部１５、１６とする。第１及び第２縁部１５、１６は、幅方向に沿って延びる。

入口部１０及び出口部１１は、それぞれ、冷却部材２から突出するように設けられた円筒状の部位である。冷媒は、入口部１０を介して冷却器１の内部に流入し、冷却器１の内部を通過した冷媒は、出口部１１を介して外部へと流出する。入口部１０及び出口部１１は、第１縁部１５の付近における幅方向の中央の位置に設けられる。また、入口部１０及び出口部１１は、幅方向に直交する向きに並び、入口部１０は、出口部１１と第１縁部１５との間に位置する。

冷却部材２及びベース部材３は、略矩形の平板状の部材であり、互いに重なるように配置され、冷却部材２は冷却対象６に当接する（図４、５参照）。一例として、冷却器１は水平に配置され、冷却部材２は上側に位置すると共に、ベース部材３は下側に位置し、冷却部材２の上に冷却対象６が載置される。しかし、これに限らず、冷却部材２及びベース部材３の位置は、適宜定められる。

冷却部材２は平面状であると共に、ベース部材３には凹凸が形成されており、該凹凸により、冷却部材２とベース部材３との間には、入口流路１２と、２つの冷却流路１３と、出口流路１４とが形成される。

［２．流路について］
入口流路１２は、第１縁部１５の付近に位置し、第１縁部１５に沿って延びる。入口部１０は、入口流路１２における幅方向の中央に接続される（図２参照）。また、入口流路１２の両端は、それぞれ、冷却流路１３の第１縁部１５側の端部に接続されている。

冷却流路１３は、第１縁部１５の付近から第２縁部１６の付近まで延びる略矩形の扁平な流路である。２つの冷却流路１３は、幅方向に並ぶ。冷媒は、各冷却流路１３を第１縁部１５から第２縁部１６に向かって、換言すれば、幅方向と直交する向きに流下し、これにより、冷却対象６の冷却が行われる。

出口流路１４は、２つの第１区間と、第２区間とを有する。第２区間は、冷却器１における幅方向の中央、換言すれば、２つの冷却流路１３の間に位置し、第２縁部１６の付近から入口流路１２の付近まで延びる。出口部１１は、第２区間の入口流路１２側の端部に接続される。一方、各第１区間は、第２縁部１６の付近に位置し、各冷却流路１３の第２縁部１６側の端部から幅方向に延び、第２区間の第２縁部１６側の端部に接続する。

そして、入口部１０を介して冷却器１の内部に流入した冷媒は、入口流路１２を通過して各冷却流路１３に流入する。また、各冷却流路１３を通過した冷媒は、出口流路１４を通過して出口部１１から外部に流出する。

［３．冷却流路］
各冷却流路１３は、冷却部材２における第１板部２０と、ベース部材３における第２板部３０との間に形成されている（図４、５参照）。第１及び第２板部２０、３０は、板状の部位であり、対面して配置される。第１板部２０は上側に位置し、第２板部３０は下側に位置する。また、第１板部２０における冷却対象６に当接する部分は、冷却部材２に載置された冷却対象６に対する面接触が促されるよう、冷却対象６に適合した形状（換言すれば、冷却対象６に対応する形状）を有する。つまり、第１板部２０及び冷却対象６における互いに当接する部分は、それぞれ、同一又は略同一の形状を有しており、これにより、これらの部分の面接触が促される。

一例として、第１板部２０は、全体として平面状に広がり、第２板部３０もまた、全体として平面状に広がる。そして、冷却対象６における第１板部２０に当接する部分も、平面状に広がる。しかし、これに限らず、第１及び第２板部２０、３０は、凹凸又は湾曲等が形成されていても良い。そして、冷却対象６における第１板部２０に当接する部分も、第１板部２０と面接触するように、凹凸又は湾曲等が形成されていても良い。

ここで、冷却流路１３における冷媒の流れ方向の上流側、下流側を、単に上流側、下流側と記載する。冷却流路１３の上流側の端部は、第１縁部１５に沿ってベース部材３に設けられた入口壁部３１により形成され、下流側の端部は、第２縁部１６に沿ってベース部材３に設けられた出口壁部３４により形成される。入口壁部３１には入口流路１２からの出口が形成されており、出口壁部３４には出口流路１４への入口が形成されている。

また、冷却流路１３における幅方向の両端は、第１及び第２側壁部３２、３３により形成される。第１側壁部３２は、ベース部材３における幅方向の端部に設けられ、第１縁部１５の付近から第２縁部１６の付近まで延びる。また、第２側壁部３３は、ベース部材３における幅方向の中央に設けられ、第１縁部１５の付近から第２縁部１６の付近まで延びる。

［４．支持部及び突起部］
第２板部３０には、第２板部３０から冷却流路１３に向かって突出する複数の支持部４及び複数の突起部５が設けられる（図３～５参照）。

各支持部４は、実質的に同一の形状及び大きさを有し、各突起部５もまた、実質的に同一の形状及び大きさを有する。また、突起部５は支持部４よりも小さい。しかし、これに限らず、支持部４と突起部５とは、同程度の大きさを有していても良いし、突起部５は支持部４よりも大きくても良い。また、各支持部４は、異なる形状及び／又は大きさを有していても良いし、各突起部５もまた、異なる形状及び／又は大きさを有していても良い。

また、複数の支持部４及び複数の突起部５は、例えば、プレス成形や液圧成形等により第２板部３０を変形させることで形成されても良いし、第２板部３０に他の部材を接合（例えば、溶接）することで設けられても良い。

複数の支持部４は、第１板部２０を支持するために設けられており、各支持部４は、頂部が第１板部２０に当接する。しかし、これに限らず、各支持部４の頂部と第１板部２０との間には、若干の隙間が設けられていても良い。このような場合であっても、押圧されて変形した第１板部２０を支持部４により支持できる。

各支持部４は、第２板部３０における円形状の領域に設けられており、半球状となっている。また、一例として、複数の支持部４は、冷却流路１３の全域に配置され、所定の間隔を空けて、幅方向及び冷媒の流れ方向に沿って行列状に並ぶ。

一方、複数の突起部５は、冷媒の流れを第１板部２０に向けるための部位であり、各突起部５は、頂部が第１板部２０から離間している（図５参照）。各突起部５は、第２板部３０における円形状の領域に設けられており、半球状となっている。

また、各突起部５は、最上流側の端部が、複数の支持部４の影響で冷媒の流速が向上する領域（以後、中間領域１３Ａ、１３Ｂ）に位置する（図３参照）。本実施形態では、一例として、冷却流路１３において、幅方向に隣接して並ぶ２つの支持部４の間に位置する領域が、中間領域１３Ａとなる。また、一例として、冷却流路１３において、第１又は第２側壁部３２、３３（以後、側壁部）に隣接する支持部４と、該側壁部における該支持部４と幅方向において対面する部分との間に位置する領域が、中間領域１３Ｂとなる。

また、各突起部５は、一例として、当該突起部５の最上流側の端部を含む部分が中間領域１３Ａ、１３Ｂに位置し、下流側の端部を含む部分は、中間領域１３Ａ、１３Ｂ外に位置する。しかし、各突起部５は、当該突起部５の全体が中間領域１３Ａ、１３Ｂに位置しても良い。

本実施形態では、中間領域１３Ａ、１３Ｂに配置された複数の複数の突起部５は、一例として、冷却流路１３の全域に配置され、所定の間隔を空けて、幅方向及び冷媒の流れ方向に沿って行列状に並ぶ。つまり、幅方向に並ぶ複数の突起部５の列が、冷媒の流れ方向に沿って複数設けられている。

冷却流路１３における第１板部２０の付近では、冷媒の層流が形成されている。該層流は、他の部分よりも冷媒の流れが遅く、熱伝導率が低くなっており、冷却流路１３から冷却対象への熱の伝達を妨げる温度境界層を形成する。

これに対し、中間領域１３Ａ、１３Ｂに流入した冷媒は、突起部５に衝突すると、第１板部２０側に流れの向きが変化する。そして、突起部５は半球状であるため、突起部５の上方で周回する冷媒の乱流が形成され、これにより、第１板部２０の付近の層流が破壊される。その結果、温度境界層が破壊され、冷却流路１３から冷却対象への熱の伝達が促される。

［５．変形例］
複数の支持部４及び複数の突起部５の形状は、半球状に限らず、適宜定められ得る。具体的には、例えば、複数の突起部５は、例えば、上流側の面における冷媒の流れ方向に対する傾斜が、下流側の面における該傾斜よりも緩やかになっていても良い（図６参照）。なお、複数の支持部４も、上流側の面の傾斜が下流側の面の傾斜よりも緩やかになっていても良い。

また、例えば、複数の支持部４は、円柱状の形状であっても良い（図７参照）。この場合、この場合、各支持部４は、第１又は第２板部２０、３０に設けられ得る。なお、第１板部２０に支持部４を設ける場合においても、支持部４の頂部をなす底面は、第２板部３０に当接していても良いし、若干の隙間を空けて第２板部３０から離間していても良い。また、第１板部２０に支持部４を設ける場合には、第１板部２０の冷却流路１３側の面に他の部材を接合することで支持部４を形成するのが好適である。

また、円柱状の各支持部４は、両端に位置する底面が、共に、第１又は第２板部２０、３０に一体化されていても良く、このような場合には、支持部４と第１及び第２板部２０、３０とを貫通する穴が形成されていても良い。

また、複数の突起部５も、円柱状に形成されていても良い。
さらに、複数の支持部４は、それぞれ、第１板部２０に設けられた第１支持部４０と、第２板部３０に設けられた第２支持部４１とにより構成されても良い（図８参照）。一例として、第１及び第２支持部４０、４１は円柱状に形成されるが、第１及び第２支持部４０、４１の形状は、適宜定められ得る。また、この場合、第１支持部４０の頂部と第２支持部４１の頂部とは、当接していても良いし、これらの頂部の間に若干の隙間が設けられていても良い。また、第１及び第２支持部４０、４１は、それぞれ、プレス成形や液圧成形等により第１又は第２板部２０、３０を変形させることで設けられても良いし、第１又は第２板部２０、３０に他の部材を接合することで設けられても良い。また、第１支持部４０は、第１板部２０の冷却流路１３側の面に他の部材を接合することで形成するのが好適である。

さらに、第１支持部４０の頂部と第２支持部４１の頂部とは、接合されていても良く、このような場合には、第１及び第２支持部４０、４１と、第１及び第２板部２０、３０とを貫通する穴が形成されていても良い。

また、複数の支持部４及び複数の突起部５が設けられる領域は、円形状に限らず、適宜定められ得る。具体的には、複数の支持部４及び複数の突起部５は、例えば、細長い形状、より詳しくは、楕円形状、長円形状、紡錘形状の領域に設けられても良い。

また、本実施形態では、複数の支持部４及び複数の突起部５は、幅方向及び冷媒の流れ方向に沿って行列状に並ぶ。しかし、これに限らず、複数の支持部４及び複数の突起部５の行列の向きは、適宜定められ得る。また、複数の支持部４及び複数の突起部５は、行列状に限らず、様々な態様で配置され得る。この場合、冷却流路１３において、幅方向とは異なる方向であって、冷媒の流れ方向に交差する方向に隣接して並ぶ２つの支持部４の間に位置する領域を、中間領域としても良い。そして、複数の突起部５を、同様にしてこのような中間領域に配置しても良い。

また、本実施形態では、複数の突起部５は、全て、冷媒の流れ方向の最上流側の端部が中間領域１３Ａ、１３Ｂに位置するように配置される。しかし、これに限らず、全部又は一部の突起部５における最上流側の端部は、中間領域１３Ａ、１３Ｂとは異なる領域に位置しても良い。

また、例えば、複数の突起部５は中間領域１３Ａに配置され、中間領域１３Ｂには複数の突起部５が配置されないようにしても良い。また、反対に、複数の突起部５は中間領域１３Ｂに配置され、中間領域１３Ａには複数の突起部５が配置されないようにしても良い。

［６．効果］
（１）上記実施形態によれば、冷却対象６により冷却部材２の第１板部２０が押圧された場合であっても、ベース部材３の複数の支持部４により第１板部２０を支持し、第１板部２０の変形を抑制できる。つまり、複数の支持部４を設けたことで冷却器１の剛性が向上するため、第１板部２０を薄くし、第１板部２０の熱伝導率を向上させることができる。また、冷却流路１３を流下する冷媒が複数の突起部５に衝突することで、冷媒の流れが第１板部２０に向かい、その結果、冷却流路１３における熱伝導率が向上する。したがって、効果的に冷却を行うことができる。

さらに、第１板部２０を薄くすることで、冷却器１の軽量化を図ることができると共に、第１板部２０を熱伝導率の低い材料（例えば、ステンレス）で構成することが可能となる。

（２）また、各突起部５の最上流側の端部は、中間領域１３Ａ、１３Ｂに位置する。このため、複数の支持部４を設けたことにより冷媒の流れが速くなる箇所に、突起部５を配置できる。このため、より一層、冷媒の流れが第１板部２０に向かうように促すことができ、その結果、冷却流路１３における熱伝導率が向上する。したがって、効果的に冷却を行うことができる。

（３）また、第１板部２０は第２板部３０の上側に位置し、第１板部２０の上側に冷却対象６が配置されるため、第１板部２０には、冷却対象６の重量に応じた荷重がかかる。このため、複数の支持部４により下側から第１板部２０を支持することで、効果的に第１板部２０の変形を抑制できる。

（４）また、第１板部２０は、冷却器１に適合した形状を有する。このため、第１板部２０と冷却対象６との面接触を促すことができ、その結果、第１板部２０と冷却対象６と間の熱伝導が向上するため、効果的に冷却を行うことができる。

（５）さらに、第２板部３０に複数の支持部４を設けることで、これらの部位を設けるために第１板部２０に凹凸を形成する必要が無くなる。また、第１板部２０に複数の支持部４を設ける場合であっても、第１板部２０の冷却流路１３側の面に複数の支持部４を接合すれば、第１板部２０の冷却対象６側の面に凹凸を形成されなくなる。その結果、第１板部２０と冷却対象６との面接触を促すことができ、これにより、効果的に冷却を行うことができる。

［７．他の実施形態］
（１）上記実施形態では、冷却器１は、冷却部材２が上側に、ベース部材３が下側に位置する状態で、水平に配置される。しかし、これに限らず、冷却器１は、例えば、水平方向に対し傾斜した状態で配置されても良い。また、冷却器１は、鉛直方向に広がるように配置されても良く、この場合には、冷却流路１３における冷媒の流れ方向が鉛直方向となっても良い。また、冷却器１は、ベース部材３が下側に位置し、冷却部材２が上側に位置するように配置されても良い。

（２）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

［８．本明細書が開示する技術思想］
［項目１］
冷却器であって、
冷却対象に当接するよう構成される板状の部位である第１板部と、
前記第１板部に対面するように配置され、前記第１板部との間に冷媒の流路を形成する板状の部位である第２板部と、
前記第１板部と前記第２板部との間に設けられた複数の支持部と、
前記流路内に突出するように前記第２板部に設けられた複数の突起部と、を備え、
前記複数の突起部の頂部は、前記第１板部から離間している
冷却器。
［項目２］
項目１に記載の冷却器であって、
前記流路の幅方向の両端に位置する２つの側壁部をさらに備え、
前記複数の突起部の少なくとも一部は、当該突起部における前記冷媒の流れ方向の最上流側の端部が中間領域に位置するように設けられており、
前記中間領域とは、前記流路において前記冷媒の流れ方向に交差する方向に隣接して並ぶ２つの前記支持部の間に位置する領域と、前記流路において、前記側壁部に隣接する前記支持部と、該側壁部における該支持部と前記幅方向において対面する部分との間に位置する領域との双方又は一方である
冷却器。
［項目３］
項目１又は項目２に記載の冷却器であって、
前記第１板部は、前記第２板部の上側に配置される
冷却器。
［項目４］
項目１から項目３のうちのいずれか１項に記載の冷却器であって、
前記第１板部における前記冷却対象と当接する部分は、前記冷却対象に適合する形状を有する
冷却器。
［項目５］
項目１から項目４のうちのいずれか１項に記載の冷却器であって、
前記複数の支持部は、前記第１板部における前記流路に当接する面に接合されているか、又は、前記第２板部に設けられている
冷却器。

１…冷却器、１０…入口部、１１…出口部、１２…入口流路、１３…冷却流路、１３Ａ、１３Ｂ…中間領域、１４…出口流路、１５、１６…第１、第２縁部、２…冷却部材、２０…第１板部、３…ベース部材、３０…第２板部、３１…入口壁部、３２、３３…第１、第２側壁部、３４…出口壁部、４…支持部、４０、４１…第１、第２支持部、５…突起部、６…冷却対象。

Claims (5)

1. 冷却器であって、
   冷却対象に当接するよう構成される板状の部位である第１板部と、
   前記第１板部に対面するように配置され、前記第１板部との間に冷媒の流路を形成する板状の部位である第２板部と、
   前記第１板部と前記第２板部との間に設けられた複数の支持部と、
   前記流路内に突出するように前記第２板部に設けられた複数の突起部と、を備え、
   前記複数の突起部の頂部は、前記第１板部から離間している
   冷却器。
2. 請求項１に記載の冷却器であって、
   前記流路の幅方向の両端に位置する２つの側壁部をさらに備え、
   前記複数の突起部の少なくとも一部は、当該突起部における前記冷媒の流れ方向の最上流側の端部が中間領域に位置するように設けられており、
   前記中間領域とは、前記流路において前記冷媒の流れ方向に交差する方向に隣接して並ぶ２つの前記支持部の間に位置する領域と、前記流路において、前記側壁部に隣接する前記支持部と、該側壁部における該支持部と前記幅方向において対面する部分との間に位置する領域との双方又は一方である
   冷却器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の冷却器であって、
   前記第１板部は、前記第２板部の上側に配置される
   冷却器。
4. 請求項１又は請求項２に記載の冷却器であって、
   前記第１板部における前記冷却対象と当接する部分は、前記冷却対象に適合する形状を有する
   冷却器。
5. 請求項１又は請求項２に記載の冷却器であって、
   前記複数の支持部は、前記第１板部における前記流路に当接する面に接合されているか、又は、前記第２板部に設けられている
   冷却器。

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