JP6953222B2

JP6953222B2 - 車載用ヒートシンク

Info

Publication number: JP6953222B2
Application number: JP2017149900A
Authority: JP
Inventors: 博照加藤
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2037-08-02
Also published as: JP2019029578A

Description

本発明は、車載用ヒートシンクに関する。

車両には、高温で動作可能な半導体リレーや、高電流密度化したＤＣ／ＤＣコンバータなどの高温を発生する発熱体が多く搭載されている。このような発熱体は、外部に放熱するための車載用ヒートシンクが取り付けられている。車載用ヒートシンクは、熱伝達率が高い金属などで構成され、発熱体が発生した熱が伝導され、外部に放熱する。車載用ヒートシンクにおいては、発熱体に対する冷却性能を向上するために、複数のフィンが形成されている。さらに、車載用ヒートシンクに対してヒートパイプを配置することで、車載用ヒートシンクの放熱性をさらに向上させるものがある（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０００−１５０７４９号公報特開平１０−１５３６７４号公報

車載用ヒートシンクとしては、搭載スペースが限られるため、大きさを維持しつつ冷却性能を向上させること、あるいは冷却性能を維持しつつ、小型化することができることが要望されている。

本発明は、大きさと冷却性能の両立を図ることができる車載用ヒートシンクを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本実施形態は、車両に搭載され、かつ発熱体が発生した熱を外部に放熱する車載用ヒートシンクであって、前記発熱体が熱的に接続される本体部と、前記本体部から突出し、かつ幅方向に離間して形成される複数のフィンと、前記フィンに形成された少なくとも１以上の内部空間部に充填される固液相変化材と、を備え、前記内部空間部は、少なくとも前記フィンの先端部に形成され、かつ幅方向における間隔が、前記先端部から本体部に向かうにつれて減少することを特徴とする。

また、上記車載用ヒートシンクにおいて、前記内部空間部は、少なくとも前記フィンの先端部に形成されるものである。

また、上記車載用ヒートシンクにおいて、前記内部空間部は、前記固液相変化材が液体状態において、前記固液相変化材の非充填領域が形成されるものである。

本発明に係る車載用ヒートシンクにおいては、フィンの内部に固液相変化材が存在することで、フィン単体の場合と比較して、熱量が増加しても温度上昇を一時的に抑制することができるので、大きさと冷却性能の両立を図ることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車載用ヒートシンクの構成図である。図２は、温度上昇と熱量との関係を示す図である。図３は、変形例１に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。図４は、変形例２に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。図５は、変形例３に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。図６は、変形例４に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。

以下に、本発明に係る車載用ヒートシンクの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、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。

〔実施形態〕
まず、実施形態に係る車載用ヒートシンクについて説明する。まず、実施形態に係る車載用ヒートシンクについて説明する。図１は、実施形態に係る車載用ヒートシンクの構成図である。図２は、固液相変化材の温度上昇と熱量との関係を示す図である。ここで、図１（図３〜図６も同様）のｘ方向は、本実施形態における車載用ヒートシンクの幅方向である。ｚ方向は、本実施形態における車載用ヒートシンクの上下方向であり、ｚ１方向が上方向、ｚ２方向が下方向である。図２の横軸は、熱量Ｑであり、縦軸は温度上昇ΔＴである。

本実施形態に係る車載用ヒートシンク１は、図示しない車両、特に、電気車両（ＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）などの、容量の大きいバッテリを搭載し、車両の各電子機器に高電圧、高電流が供給される車両に搭載され、例えば半導体リレー、ＬＥＤ光源、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの発熱体１００に取り付けられるものである。車載用ヒートシンク１は、図１に示すように、本体部２と、フィン３と、固液相変化材４とを備える。

本体部２は、発熱体１００が発生した熱を受熱するものである。本体部２は、熱伝導率の高い材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、セラミックスなどで構成されている。本実施形態における本体部２は、立方体形状であり、上下方向において対向する表面のうち、下表面２ａに発熱体１００が熱的に接続されている。ここで、発熱体１００と本体部２とが熱的に接続されるとは、発熱体１００と本体部２とが接触することで発熱体１００と本体部２との間で直接的に熱の授受が可能な場合、あるいは発熱体１００と本体部２との間に介在する放熱シートなどの発熱体１００と本体部２との間に要求される条件に基づいた機能を有し、かつ熱伝導性を有する介在部材を介して、発熱体１００と本体部２との間で間接的に熱の授受が可能な場合をいう。本実施形態における本体部２は、内部に固液相変化材４が設けられていない、すなわち存在しない。

フィン３は、本体部２が発熱体１００から受熱した熱の少なくとも一部を受熱するものである。フィン３は、本体部２と熱的に接続されており、本体部２の上下方向において対向する表面のうち、上表面２ｂから上方向に突出して形成されている。フィン３は、上下方向および幅方向に直交する方向に延在して形成されており、幅方向に離間して複数に接続されている。フィン３は、熱伝導率の高い材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、セラミックスなどで構成されている。本実施形態におけるフィン３は、本体部２と一体に形成されている。フィン３は、内部空間部３ａが形成されている。本実施形態におけるフィン３は、先端部３ｂに内部空間部３ａが１つ形成されている。ここで、内部空間部３ａは、固液相変化材４が液体状態において、固液相変化材４の非充填領域が形成されている。つまり、固液相変化材４が液体状態であると、非充填領域において空間部が存在することになるので、液体状態の固液相変化材４の流動性が向上する。これにより、液体状態における固液相変化材４の温度の均一化を図ることができ、車載用ヒートシンク１のフィン３における局所的な温度上昇を抑制することができる。

固液相変化材４は、各フィン３に形成された内部空間部３ａにそれぞれ充填されている。固液相変化材４は、物質が固体から液体に相変化（融解）するときに熱を蓄え（蓄熱）、液体から固体に相変化（凝固）するときに熱を放出（放熱）する性質である。固液相変化材４としては、例えば、水、パラフィン、脂肪酸、糖アルコール、無機塩水和物、二酸化バナジウム等がある。本実施形態における固液相変化材４は、常温状態で固体状態を維持し、発熱体１００に対して設定されている上限温度に発熱体１００が到達する前に、固体状態から液体状態へと相変化できる融点を有するものである。

次に、本実施形態に係る車載用ヒートシンク１の動作について説明する。車両側の要求により、発熱体１００が動作すると、発熱体１００が動作に伴い発熱する。発熱体１００が発生した熱は、下表面２ａを介して本体部２に伝導される。本体部２に伝導された発熱体１００から熱は、一部は本体部２の外周面から放熱され、一部は複数のフィン３に伝導される。各フィン３に伝導された発熱体１００から熱は、一部はフィン３の外周面から放熱され、一部は先端部３ｂに向かってフィン３を移動し、内部空間部３ａに充填されている固液相変化材４に伝導される。

固液相変化材４に伝導された発熱体１００からの熱は、図２に示すように、固体状態の固液相変化材４の温度を上昇させる。ここで、内部空間部３ａに融点が高く固体状態を維持する材料、あるいは融点が低く液体状態を維持する材料が場合は、熱量Ｑの上昇に比例して温度上昇ΔＴが上昇することとなる（同図に示す点線）。一方、固液相変化材４は、融点に到達すると固体状態から液体状態へと相変化する際に、熱を必要とするため、融点に到達すると、固体状態から液体状態へと相変化するまでの間は、蓄熱材として機能するため、温度上昇ΔＴは一定の状態で熱量Ｑが増加することとなる。つまり、固液相変化材４が固体状態から液体状態に相変化するまでは、固液相変化材４の温度上昇ΔＴは抑制される。

以上のように、発熱体１００が発生した熱は、本体部２を介して、一部がフィン３に存在する固液相変化材４に伝導される。固液相変化材４は、固体状態から液体状態に相変化する際に、蓄熱材として機能するため、熱量Ｑが増加しても一時的に温度上昇ΔＴを抑制することができる。従って、固液相変化材４が蓄熱材としての機能を発揮することで、発熱体１００から発生した熱が伝導された車載用ヒートシンク１の温度上昇を、フィン３に固液相変化材４が充填されていない場合と比較して、抑制することができ、車載用ヒートシンク１の放熱性を向上することができる。これにより、車載用ヒートシンク１は、車載用ヒートシンク１の大きさを維持しつつ冷却性能を向上すること、あるいは冷却性能を維持しつつ車載用ヒートシンク１の小型化を図ることができる。

また、内部空間部３ａがフィン３の先端部３ｂに形成されているため、本体部２に内部空間部３ａが形成されて固液相変化材４が充填されている場合と比較して、本体部２よりフィン３の温度上昇ΔＴが低いことから、融点が低い固液相変化材４を用いることができる。これにより、融点が高い固液相変化材４と比較して、単価の安いものを固液相変化材４として用いることができ、車載用ヒートシンク１の製造コストを削減することができる。

上記実施形態に係る車載用ヒートシンク１は、少なくともフィン３の先端部３ｂに内部空間部３ａを形成するがこれに限定されるものではない。図３は、変形例１に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。図４は、変形例２に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。図５は、変形例３に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。図６は、変形例４に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。内部空間部３ａは、図３に示すように、フィン３の先端部３ｂとともに、先端部３ｂに形成された内部空間部３ａよりも、本体部２側に形成されて、固液相変化材４が充填されていてもよい。また、内部空間部３ａは、図４に示すように、フィン３の先端部３ｂから本体部２近傍、すなわちフィン３の下方向側端部近傍まで形成されていてもよい。また、内部空間部３ａは、フィン３の内部において、図５に示すように、幅方向に複数を配列して形成されていてもよい。この場合、各内部空間部３ａは、フィン３の先端部３ｂから本体部２近傍、すなわちフィン３の下方向側端部近傍まで形成されていてもよい。また、内部空間部３ａは、図６に示すように、フィン３の先端部３ｂから本体部２近傍、すなわちフィン３の下方向側端部近傍まで形成され、幅方向における間隔が、先端部３ｂから本体部２近傍に向かうにつれて減少してもよい。

１車載用ヒートシンク
２本体部
２ａ下表面
２ｂ上表面
３フィン
３ａ内部空間部
３ｂ先端部
４固液相変化材

Claims

車両に搭載され、かつ発熱体が発生した熱を外部に放熱する車載用ヒートシンクであって、
前記発熱体が熱的に接続される本体部と、
前記本体部から突出し、かつ幅方向に離間して形成される複数のフィンと、
前記フィンに形成された少なくとも１以上の内部空間部に充填される固液相変化材と、
を備え、
前記内部空間部は、少なくとも前記フィンの先端部に形成され、かつ幅方向における間隔が、前記先端部から本体部に向かうにつれて減少することを特徴とする車載用ヒートシンク。
請求項１に記載の車載用ヒートシンクにおいて、
前記内部空間部は、前記固液相変化材が液体状態において、前記固液相変化材の非充填領域が形成される、
車載用ヒートシンク。