JP3205306U - 発熱体冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体冷却装置において、冷却用熱交換器の風下側に止水ネットを設ける場合に、組立が容易となる発熱体冷却装置を提供する。【解決方法】冷却した空気流で発熱体を冷却する発熱体冷却装置１であって、空気流が内部を通過する略筒状で膨出部１２を有するハウジング１０と、ハウジング１０の内部に設置され空気流を冷却する冷却用熱交換器１１と、ハウジング１０の内部に設置され、膨出部１２を閉塞する閉塞部材１４と、冷却用熱交換器１１の下流側に設置される飛水防止ネット１５とを備え、閉塞部材１４と飛水防止ネット１５とは、一体的に構成されたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本考案は、発熱体の冷却を行う発熱体冷却装置に関し、特に、ハイブリッド自動車や電気自動車に用いられるバッテリの冷却を行う発熱体冷却装置に関するものである。

近年、自動車の分野において、ハイブリッド自動車や電気自動車が広く実用されるようになってきている。その際に、従来よりも大容量のバッテリが用いられ、その発熱量も従来の自動車と比べ、はるかに大きくなってきている。

一方、バッテリの設置場所は、自動車内部の居住スペースを確保するため、トランクルーム下部や、座席床下などの、狭隘で、形状が制限される場所となる場合が多い。

そのような中で、いかに効率的にバッテリを冷却するかは、走行性能、快適性、安全性など、自動車全体の性能を確保する意味で、極めて重要な問題となってきている。

ここで、バッテリなどの発熱体を冷却するための発熱体冷却装置も、狭隘で形状が制限される場所に配置されることが多いため、発熱体冷却装置に内蔵される冷却用熱交換器も小型のものが用いられる。一方、バッテリなどの発熱体は、その表面が冷却された空気と接触することで冷却されるものである。ここで、一般に発熱体は数量が多く、表面形状も複雑であり、発熱体冷却装置には大きな送風能力が求められる。その結果、冷却用熱交換器を通過する空気流の風速は速いものとなり、親水性の表面処理を施した冷却用熱交換器を用いたとしても、凝縮水の飛水に対して、より注意深く考慮する必要がある。

特に、このような凝縮水を、送風機などによって、発熱体や電気回路、電子回路などへと飛散させないことは、長時間の稼働のために重要な要素である。

例えば、エバポレータ表面に発生する凝縮水の飛散を防止するための方法として、特許文献１には、クーラーユニットのケーシング内に配されたエバポレータの風下側に設けた止水ネットによって、飛散した水滴を捕え、その先への飛散を防止する技術思想が開示されている。

このように、発熱体冷却装置において、冷却用熱交換器の風下側に止水ネットを設けることは、比較的簡便な構造で、更に下流方向への水滴の飛散を防止できるという利点がある。

ところで、特許文献１に示されるような冷却ユニットでは、空気流路内に冷媒の膨張手段が配置されているため、通気抵抗が上昇しやすく、大きな風量を得にくいものであった。この点、特許文献２に示される冷却ユニットでは、膨張手段が冷却用熱交換器の側面側に配置され、空気流路の外側にあるため、通気抵抗の上昇を抑制することができ、大きな送風能力が求められる発熱体冷却装置に好適な構成となっている。

実開昭６０−１３０１１７号公報 特開平１１−０９１３３８号公報

しかしながら、膨張手段を空気流路の外側に配置する場合には、空気流が冷却用熱交換器を迂回することを防止する必要がある。この点、特許文献２では、膨張手段を収容する空間と冷却用熱交換器を収容する空間とを区画して対応しており、とりわけ冷却用熱交換器の全周を囲むように空気流路を構成することが重要である。

そして、発熱体冷却装置を、冷却用熱交換器を通過する空気流路の外側に膨張手段を配置し、かつ冷却用熱交換器の風下側に止水ネットを設ける場合にも、冷却用熱交換器の全周を囲むように空気流路を構成する必要が有り、その組立が複雑になるという問題があった。

そこで、上記問題を解決するため、本考案は、膨張手段が空気流路の外側に配置され、且つ冷却用熱交換器の風下側に止水ネット（飛水防止ネット）を設ける場合に、組立が容易となる発熱体冷却装置を提供することを課題とした。

かかる課題を解決するため、本考案は、空気流で発熱体を冷却する発熱体冷却装置であって、
−前記空気流が内部を通過する略筒状で、膨出部分を有するハウジングと、
−前記ハウジングの内部に設置され、前記空気流を冷却する冷却用熱交換器と、
−前記ハウジングの内部に設置され、前記膨出部分を閉塞する閉塞部材と、
−前記冷却用熱交換器の下流側に設置され、前記閉塞部材と一体的に構成された飛水防止ネットと
を備えたことを特徴とする。

また、閉塞部材は、冷却用熱交換器の下方に配置されるとともに、飛水防止ネットから流出した水を流す排水溝が設けられたことを特徴とする。

更に、飛水防止ネットは、少なくとも下方が冷却用熱交換器と離れるように傾斜して設置されたことを特徴とする。

本考案に係る発熱体冷却装置では、膨出部分を有するハウジングを備えており、膨張手段を膨出部分に配置して空気流路の外側に位置することができるもので、ハウジングの膨出部分を閉塞する閉塞部材と飛水防止ネットとを一体的に構成したから、組立工程の削減により発熱体冷却装置の組立を容易化することができる。

本考案の第１の実施形態に係る発熱体冷却装置を組み込んだ発熱体冷却システムの断面図である。 本考案の第１の実施形態に係る発熱体冷却装置の斜視図である。 本考案の第１の実施形態に係る発熱体冷却装置の一部部材を除去した状態の斜視図である。 本考案の第１の実施形態に係る閉塞部材と飛水防止ネットとを示す斜視図である。 本考案の第１の実施形態に係る発熱体冷却装置のハウジングについて、閉塞部材が取付けられる部分の一例を示す断面図である。 本考案の第１の実施形態に係る発熱体冷却装置の閉塞部材と飛水防止ネットとの製造過程を示す断面図である。 本考案の第２の実施形態に係る発熱体冷却装置の斜視図である。 本考案の第２の実施形態に係る閉塞部材と飛水防止ネットとを示す斜視図である。

以下、図面を参照し、本考案の実施形態にかかる発熱体冷却装置について説明する。なお、以下では本考案の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本考案の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。

図１は、本考案の第１の実施形態に係る発熱体冷却装置１を組み込んだ発熱体冷却システム１００の斜視図である。

発熱体冷却システム１００は、ほぼ密閉されたモジュールケース３、モジュールケース３に内蔵された発熱体５、発熱体を冷却するための発熱体冷却装置１及び冷却された空気を送風する送風機４を備えて構成され、図中に矢印で示すように、発熱体冷却装置１によって冷却された空気を送風機４により発熱体５に向かわせて発熱体５を冷却し、その後、空気流は発熱体冷却装置１に還流するようになっている。

図２は、本考案の第１の実施形態に係る発熱体冷却装置１の斜視図である。発熱体冷却装置１は、薄肉筒状のハウジング１０と、ハウジング１０に内蔵されたエバポレータなどの冷却用熱交換器１１とを含み、冷却用熱交換器１１により冷却された空気流が、送風機４によってモジュールケース３内を循環するようになっている。

また、ハウジング１０には、一部に、外側に膨出した膨出部１２が設けられており、この膨出部１２の内部空間には、冷却用熱交換器１１に配管などで連結される膨張手段（膨張弁１３）が設置される。このため、膨張弁１３は空気流の外側に配置されることとなり、通気抵抗の上昇が抑制される。

なお、ハウジング１０は、膨出部１２を有しない上部１０ａと、膨出部１２を有する下部１０ｂとに分割された構造となっている。その分割された部材の結合については、はめ込み、ラッチ止めなど、周知の技術によるものとする。

また、ハウジング１０の材質については、樹脂製、金属製など、薄肉に加工できるものならどのようなものでもよく、使用条件、加工方法、コストなどの面から、適宜選択すればよい。

この膨出部１２を閉塞する閉塞部材１４が、冷却用熱交換器１１の下側に挿入され、更に、冷却用熱交換器１１の風下側には、飛水防止ネット１５が設けられる。ここで、閉塞部材１４と飛水防止ネット１５とは、一体的に構成されている。

また、閉塞部材１４の一部には、水滴を排水するための、断面が略Ｕ字状の排水溝１６が設けられている。なお、排水溝１６については、この図の奥側から手前側に水滴が流れるような傾斜を有しているものとする。

図３は、本考案の第１の実施形態に係る発熱体冷却装置１のハウジング１０の閉塞部材１４及び飛水防止ネット１５を除去した状態の斜視図である。但し、同図においては膨張弁１３を強調して表示するため、下方中央部付近の一部を透視表示している。同図に示すように、膨出部１２には、冷却用熱交換器１１に配管などで連結される膨張弁１３が設置される。

なお、膨張弁１３は、図示しないコンプレッサから送り込まれる高圧の液冷媒を減圧・気化して、冷却用熱交換器１１に供給するためのものであり、冷却用熱交換器１１の近傍に設けることが通例である。

図４は、本考案の第１の実施形態に係る閉塞部材１４と飛水防止ネット１５とを示す斜視図である。奥の構成を示すため、同図においては一部を切り裂いて表示している。

ここで、閉塞部材１４は、膨出部１２の内部空間に連通する開口部３０のうち、膨張弁１３への配管の通路部分のみを残して開口部３０を閉塞するようになっており、一方、飛水防止ネット１５は、ハウジング１０の空気流路の断面をなるべく広く覆うようになっており、そして閉塞部材１４と飛水防止ネット１５とは、一体的に構成されている。更に、閉塞部材１４の飛水防止ネット１５に近い側には、排水溝１６が設けられている。

飛水防止ネット１５は格子状の構造で構成されており、空気流が通過でき、冷却用熱交換器１１から離脱した水滴が捕捉されるような空隙を有している。なお、この形状は、水平、鉛直の格子状に限定されず、鉛直方向のみのすだれ状や、菱形の格子状などでもよく、空気流の風量・風速や水滴の離脱具合に応じて適宜選択すればよい。

また、閉塞部材１４と飛水防止ネット１５との一体的に構成された部材の材質は、加工の容易さなどから樹脂製であることが望ましいが、それに限定されず、金属製でもよく、また、一部に異なる材質、例えば、繊維質などを用いてもよい。使用条件、加工方法、コストなどから、適宜、選択すればよい。

なお、飛水防止ネット１５は、組立完了の際には、下方が冷却用熱交換器１と離れるように傾斜して構成されている。これは、飛水防止ネット１５と閉塞部材１４との一体化部材の製造の際にその形状を成形するか、あるいは、後述するように組立の際にその形状になるようにすればよい。

図５は、発熱体冷却装置１ハウジング１０について、閉塞部材１４が取り付けられる部分の構造の一例を示す断面図であり、ハウジング１０の開口部３０に設けられた段差のある縁部１７に、閉塞部材１４が載置されるようになっている。なお、閉塞部材１４とハウジング１０との組立方法はこれに限定されず、例えば、ネジ止めや止め金による方法であってもよい。

図６は、発熱体冷却装置１の閉塞部材１４と飛水防止ネット１５との製造過程を示す断面図である。飛水防止ネット１５と閉塞部材１４と排水溝１６とからなる一体化部材は、最終形状を有する部材を成形してもよいが、この図に示すごとく、略平面状の部材で製作しておき、使用の際に飛水防止ネット１５に相当する部分を折り曲げて部材形状を形成するようにしてもよい。ここで、折り曲げを容易にするためには、折り曲げ部の肉厚を薄くする、あるいは、切込みをいれておくようにすることが望ましい。

次に、このような構成の発熱体冷却装置１の組立方法について説明する。発熱体冷却装置１は、ハウジング１０を、膨出部１２を有する下部１０ｂと、膨出部１２を有しない上部１０ａとに２つに割った状態で組立を開始する。

冷却用熱交換器１１と膨張弁１３とを事前に組みたてておき、その組立品がハウジング下部１０ｂに組み付けられる。すなわち、膨張弁１３が膨出部１２の内部に設置され、冷却用熱交換器１１がハウジング下部１０ｂの本体の内部に設置される。ここで、膨出部１２への膨張弁１３の挿入は、膨出部１２の内部空間に臨む開口部３０が広く開いているため、容易に行うことができる。

その後、閉塞部材１４が、冷却用熱交換器１１と膨張弁１３とを連結する配管を避けつつ、開口部３０の縁部１７に載置される。また、閉塞部材１４と一体に構成される飛水防止ネット１５は、下方が冷却用熱交換器１と離れるように傾斜して組み立てられる。

ここで、閉塞部材１４と飛水防止ネット１５とが一体的に構成されていることから、別部材である場合に比べ、部材間の結合の手間が不要になり、また、ハウジング１０の内部で、閉塞部材１４の位置が固定されれば飛水防止ネット１５の位置も設定されることにより、組立の煩雑さが解消される。

最後に、ハウジング上部１０ａを、ハウジング下部１０ｂと合体するように固着する。その際に、飛水防止ネット１５の上端部を、ハウジング上部１０ａに設けた、ハウジング１０の内側に盛り上げた畝部１８によって抑えるようにして、位置を固定するようにしてもよい。

なお、飛水防止ネット１５は、上述したように、下方が冷却用熱交換器１と離れるように傾斜して組み立てられていることが望ましいが、空間的な制約や、発生する水滴の量などから、これと異なる組立状態（例えば、下方側、上方側とも冷却用熱交換器１１から等距離である状態や、上方側が冷却用熱交換器１１から離れるような状態）とする場合もあり得るが、この場合でも、後述する水滴の流下促進効果は減じることがあっても、閉塞部材１４と飛水防止ネット１５とが一体化されていることでの、組立性の向上の効果は減じるものではない。

このような構成における発熱体冷却装置１の動作について説明する。送風機４によりモジュールケース３の内部を還流される空気は、発熱体冷却装置１内部のケース３に内蔵された冷却用熱交換器１１において冷却されるとともに、空気流の風下側表面には、空気中の水蒸気が凝結した水滴が生じ、それらの水滴は、空気流の風量・風速によっては、冷却用熱交換器１１の表面から離脱する。

離脱した水滴は、冷却用熱交換器１１の下流に配置された飛水防止ネット１５によって捕捉され、次第に水滴が成長し、重力によって下方へ落下（流下）していく。ここで、飛水防止ネット１５の下方が発熱体冷却装置１から離れるように傾斜して配置すると、飛水防止ネット１５に到達した空気流は、飛水防止ネット１５を通過する成分の他、飛水防止ネット１５の傾斜に沿って下方へと向かう成分が発生する。このため、水滴の下方への移動を、重力に加えて風力に基づくものとし、水滴の下方への流下を促進することができる。

下方に到達した水滴は、飛水防止ネット１５と閉塞部材１４との間にある排水溝１６に向かい、そこで、飛水防止ネット１５の全域で捕捉された水滴がまとまって、排水溝１６の傾斜に従って、図３の奥側から手前側に流れる。そして、手前側の端部にて図示しない垂直の樋を伝い、膨出部１２に設けた排水口１９へと導かれ、発熱体冷却装置１の外部へと排水される。

なお、排水方法についてはこれに限定されず、樋を用いない方法や、ホースなどの配管を用いる方法や、外部に排出せず、発熱体冷却装置１または発熱体冷却システム１００の内部に貯えるようにしてもよい。このとき、吸水材に吸収させるようにずれば、液体化した水がモジュールケース３の内部に拡散することを防止できる。

ここで、飛水防止ネット１５と閉塞部材１４と排水溝１６とを、分割することなく一体的に構成したから、別部材で構成する場合に起こる可能性のある、分割部からの水滴の漏れも防止できる。

また、部材が一体化されていることから、別部材で構成する場合に起こる可能性のある、組み付け忘れのような状況の発生を避けることができる。

次に、本考案の第２の実施形態を、図７、図８を用いて説明する。図７は、本考案の第２の実施形態に係る発熱体冷却装置２の斜視図である。

この実施形態においては、全体的に第１の実施形態の発熱体冷却装置１を９０度回転させたような形態となっている。すなわち、冷却用熱交換器２１の、下方ではなく側方に、膨張弁２３が配置される。ハウジング２０の膨出部２２も、下方ではなく側方に設けられ、従って、ハウジング２０の開口部４０も鉛直面に設けられている。また、ハウジング２０の分割構造２０ａ、２０ｂも、上下ではなく、左右に割れるようになっている。開口部４０の閉塞部材２４と飛水防止ネット２５とが一体化した部材についても、その結合部分の稜が略鉛直の状態となる。

この実施形態における組立方法は、まず、膨出部２２を有するハウジングの分割部分２０ａ側に、部分組立済みの冷却用熱交換器２１及び膨張弁２３を組み付ける。これも、開口部４０を広く取ってあるので、膨張弁２３を膨出部２２の内部に容易に組み付けができる。

その後、開口部４０の閉塞部材２４が、冷却用熱交換器１１と膨張弁１３とを連結する配管を避けつつ、開口部４０に配置される。開口部４０は、第１の実施形態の場合と同様に、縁部を備えるものとしてもよい。また、閉塞部材２４と一体で構成される飛水防止ネット２５は、下方が冷却用熱交換器１と離れるように傾斜して組み立てられる。

最後に、ハウジング２０の分割部分２０ｂを、分割部分２０ａと合体させるように固着することで、発熱体冷却装置２の組立が完了する。

図８は、閉塞部材２４と飛水防止ネット１５との位置関係を示す斜視図である。本実施形態においては、閉塞部材２４と飛水防止ネット２５とは一体的に構成された一体化部材の一部となっている。閉塞部材２４と飛水防止ネット２５との折り曲げ部（接続部）はほぼ鉛直の稜であり、排水溝は設けられていない。なお、飛水防止ネットの下端部に排水溝を設けるようにしてもよい。また、一体化部材は、図８のように当初から接続部が曲がった状態で成型されていても、曲がっておらず平面状に成形されていて組立時に曲げるようにしてもよい。

このように第２の実施形態においても、閉塞部材２４と飛水防止ネット２５とが一体化した部材による、組立性の向上の効果が十分に得られる。

なお、これまでの実施形態の説明では、発熱体５として自動車用バッテリ、冷却用熱交換器１としてエバポレータを例に説明したが、これに限定されるものでなく、発熱体としては冷却を必要とするあらゆる電気装置（例えば、車両走行用モータのインバーター）、冷却用熱交換器としては、冷却に用いられるあらゆる熱交換器（例えば、液体式冷却用熱交換器）を含むものとする。また、送風機４は発熱体冷却装置１に含まれないものとして説明してきたが、ハウジング１０の内部に配置されて、発熱体冷却装置１を構成する部品とされていてもよい。

１ 発熱体冷却装置
１０ ハウジング
１１ 冷却用熱交換器
１２ 膨出部
１３ 膨張弁
１４ 閉塞部材
１５ 飛水防止ネット
１６ 排水溝
１７ 縁部
１８ 畝部
１９ 排水口
２ 発熱体冷却装置
２０ ハウジング
２１ 冷却用熱交換器
２２ 膨出部
２３ 膨張弁
２４ 閉塞部材
２５ 飛水防止ネット
３０ 開口部
４０ 開口部

Claims (3)

1. 空気流で発熱体を冷却する発熱体冷却装置であって、
   −前記空気流が内部を通過する略筒状で、膨出部分を有するハウジングと、
   −前記ハウジングの内部に設置され、前記空気流を冷却する冷却用熱交換器と、
   −前記ハウジングの内部に設置され、前記膨出部分を閉塞する閉塞部材と、
   −前記冷却用熱交換器の下流側に設置され、前記閉塞部材と一体的に構成された飛水防止ネットと
   を備えたことを特徴とする発熱体冷却装置。
2. 前記閉塞部材は、
   −前記冷却用熱交換器の下方に配置されるとともに、
   −前記飛水防止ネットから流出した水を流す排水溝が設けられた
   ことを特徴とする請求項１に記載の発熱体冷却装置。
3. 前記飛水防止ネットは、
   −少なくとも下方が前記冷却用熱交換器と離れるように傾斜して設置された
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発熱体冷却装置。

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