JP7117108B2 - 冷却装置 - Google Patents
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Description
また、EV(Electric Vehicle)、HEV(Hybrid Electric Vehicle)などの動力源としての二次電池の分野では高出力大容量に対応するため電池モジュールを接続した電池パックが使用されている。このような高出力大容量の二次電池は充放電過程において多量の熱を発生し、この熱によって単位電池の劣化を引き起こすため電池パック内に内蔵されている電池セルまたは電池モジュールの冷却システムが必要である。さらには、EV,HEVに必要なインバーター、モーター、DC/DCコンバーターやそれらを制御するECU(Engine Control Unit)等がモジュール化されることにより、熱がこもりやすくなり、これらのモジュール部品(パワーモジュール部品)にも冷却システムが必要となっている。
ここに放熱対策とは、熱源(高温領域)から、外界の熱源から隔離された低温領域へ熱エネルギーを輸送して放出するために、熱伝導、対流および熱放射などの各伝熱手段を組み合わせた最適手段を設計することをいう。従来は簡便で放熱効率が高い対流に頼った放熱対策が一般的であり、例えば半導体装置に使用される各種モジュールにおいては、半導体素子(LSI(Large Scale Integration)、パワーIC(Integrated Circuit)等)の上面に放熱フィンを設置し、半導体素子より発せられる熱を、放熱フィンの対流作用により外部環境に放出する試みがなされてきたが冷却効率の点において不十分な場合が散見されるようになってきた。また冷却ファンによって強制冷却する方法も広く採用されているが、冷却効率をより高めるためには騒音も付随して大きくなるという問題点があった。
この液冷方式の冷却装置であれば、冷却ファンに比べて小型化が容易であり、十分な冷却効率を得ることができるが、コールドプレートと冷却媒体を流通させるための液循環システムを接続・組立てるために、フラックスろう付け(NB法)やフラックスレスろう付け(VB法)作業が必須となり組立作業が煩雑になるという問題点があった。さらに、これまでの冷却装置は基本的には略9割以上の材料が金属から形成されているため、特にバッテリー等の自動車用途部品に冷却装置を応用する場合は軽量性の点で問題があった。
[1]
冷却対象となる電子部品に接触するように設置され、集熱用冷媒通路を有する、1枚または2枚以上の複数枚のアルミニウム合金板と、
前記アルミニウム合金板の少なくとも一部分が介挿された第1スリットが設けられた第1支持板と、前記第1支持板が係合された第1容器と、を有し、前記集熱用冷媒通路へ冷媒を分配するための第1マニホールド部と、
前記アルミニウム合金板の他の少なくとも一部分が介挿された第2スリットが設けられた第2支持板と、前記第2支持板が係合された第2容器と、を有し、前記集熱用冷媒通路からの冷媒を集液するための第2マニホールド部と、
を備える冷却装置。
[2]
アルミニウム合金板と、前記第1支持板および前記第2支持板の少なくとも一方が、プラスチックを含んでなる接合部を介して接合されている前記[1]に記載の冷却装置。
[3]
前記アルミニウム合金板表面の、少なくとも前記接合部の接合面に、JIS B 0601に準じて測定した十点平均粗さRzが1μm以上である微細凹凸形状が形成されている前記[2]に記載の冷却装置。
[4]
前記第1マニホールド部および前記第2マニホールド部が、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、スチレン系樹脂、ABS系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアリーレンエーテル系樹脂およびポリアリーレンスルフィド系樹脂から選ばれる一種以上の熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物から構成されている前記[1]~[3]のいずれかに記載の冷却装置。
[5]
前記集熱用冷媒通路が、アルミニウム合金板内部の板面方向を貫通するように、1本ないし2本以上の複数本設けられている前記[1]~[4]のいずれかに記載の冷却装置。
図1~図4は本実施形態に係る冷却装置10を示す図であって、図1は冷却装置10の全体斜視図、図2は分解斜視図、図3は図1のアルミニウム合金板1の集熱用冷媒通路3を横断(図1における断面線(a))する断面図である。また、図4は、冷却装置10におけるアルミニウム合金板1と冷媒溜め部分(マニホールド部2または2’)を構成する支持板4との接合部分を示す図である。
図3は、アルミニウム合金板1の(a)断面を図1のy軸方向から眺めた集熱用冷媒通路3の断面図である。集熱用冷媒通路3である貫通孔の断面形状は、略楕円形であってもよいし、略半円形であってもよいし、角形であってもよいし、略円形であってもよい。このような断面形状は、熱接触面積全体を優先するのか、特定方向の熱接触面積を優先するのか、吸熱面の均一性を優先するのか等によって当業者の知見に基づいて任意に決定される事項である。
熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン系樹脂、極性基含有ポリオレフィン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂等のポリメタクリル系樹脂、ポリアクリル酸メチル樹脂等のポリアクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアルコール-ポリ塩化ビニル共重合体樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、無水マレイン酸-スチレン共重合体樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂等の芳香族ポリエーテルケトン、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、スチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、アイオノマー、アミノポリアクリルアミド樹脂、イソブチレン無水マレイン酸コポリマー、ABS、ACS、AES、AS、ASA、MBS、エチレン-塩化ビニルコポリマー、エチレン-酢酸ビニルコポリマー、エチレン-酢酸ビニル-塩化ビニルグラフトポリマー、エチレン-ビニルアルコールコポリマー、塩素化ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩素化ポリプロピレン樹脂、カルボキシビニルポリマー、ケトン樹脂、非晶性コポリエステル樹脂、ノルボルネン樹脂、フッ素プラスチック、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、フッ素化エチレンポリプロピレン樹脂、PFA、ポリクロロフルオロエチレン樹脂、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリパラメチルスチレン樹脂、ポリアリルアミン樹脂、ポリビニルエーテル樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、オリゴエステルアクリレート、キシレン樹脂、マレイン酸樹脂、ポリヒドロキシブチレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリグルタミン酸樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、スチレン-アクリロニトリル共重合体樹脂等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は一種単独で使用してもよいし、二種以上組み合わせて使用してもよい。
これらの中でも、耐熱性、加工性、機械的特性、接着性および防錆性等の視点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂および不飽和ポリエステル樹脂からなる群より選択される1以上を含む熱硬化性樹脂組成物が好適に用いられる。熱硬化性樹脂組成物に占める熱硬化性樹脂の含有量は、樹脂組成物全体を100質量部としたとき、好ましくは15質量部以上60質量部以下であり、より好ましくは25質量部以上50質量部以下である。
これらの中でも入手容易性、安価およびロール混練による作業性が良好などの理由からノボラック型フェノール樹脂が好ましい。
前記プラスチック付着方法としては、プラスチックが熱硬化性樹脂組成物の場合では、該樹脂組成物を溶剤に溶解又は分散させた樹脂ワニスを調製し、その樹脂ワニスを接合部8形成予定面に塗布コーティング、スプレー塗装、ディップ塗装、刷毛塗り、ローラ塗り等の方法によって塗布したのち後に熱硬化、光効果する方法を好ましい例として挙げることができる。一方、プラスチックが熱可塑性樹脂組成物の場合は射出成型法が好ましい。具体的には、具体的には、アルミニウム合金板1を射出成形金型のキャビティ部にインサートし、熱可塑性樹脂組成物を金型に射出する射出成形法により製造する方法である。より具体的には、以下の(i)~(iii)の工程を含む方法が好ましい。
(i)熱可塑性樹脂組成物を調製する工程
(ii)接合部8形成予定面に微細凹凸形状9を付与したアルミニウム合金板1を射出成形用の金型内に設置する工程
(iii)熱可塑性樹脂組成物を、アルミニウム合金板1上の接合部8形成予定面と接するように、上記金型内に射出成形し、接合部8を形成する工程
本実施形態の冷却装置10において、冷却装置10が高い強度を必要としない場合は、前記のプラスチック帯を形成させることなく、アルミニウム合金板1とスリット7を直接接合してもよい。この直接接合においては、前記した市販接着剤や、機械的嵌合方式を適宜選択して接合できる。
以下、参考形態の例を付記する。
1. 冷却対象となる電子部品に接触するように設置され、集熱用冷媒通路を有する、1枚または2枚以上の複数枚のアルミニウム合金板と、
前記集熱用冷媒通路へ冷媒を分配するための第1マニホールド部と、
前記集熱用冷媒通路からの冷媒を集液するための第2マニホールド部と
からなる冷却装置。
2. 前記集熱用冷媒通路が、アルミニウム合金板内部の板面方向を貫通するように、1本ないし2本以上の複数本設けられていることを特徴とする1.に記載の冷却装置。
3. アルミニウム合金板と、前記第1マニホールド部または前記第2マニホールド部とが、プラスチックを含んでなる接合部を介して接合されていることを特徴とする1.または2.に記載の冷却装置。
4. 前記第1マニホールド部または前記第2マニホールド部が、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、スチレン系樹脂、ABS系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアリーレンエーテル系樹脂およびポリアリーレンスルフィド系樹脂から選ばれる一種以上の熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物から構成されていることを特徴とする1.~3.のいずれか一つに記載の冷却装置。
5. 前記アルミニウム合金板表面の、少なくとも前記接合部の接合面に、JIS B 0601に準じて測定した十点平均粗さRzが1μm以上である微細凹凸形状が形成されていることを特徴とする3.に記載の冷却装置。
2 マニホールド部(注入側)
2’ マニホールド部(排出側)
3 集熱用冷媒通路
4 支持板
5 冷媒注入口
5’ 冷媒排出口
6 冷媒用接続部
7 スリット
8 接合部
9 微細凹凸形状
10 冷却装置
Claims (5)
- 冷却対象となる電子部品に接触するように設置され、集熱用冷媒通路を有する、1枚または2枚以上の複数枚のアルミニウム合金板と、
前記アルミニウム合金板の少なくとも一部分が介挿された第1スリットが設けられた第1支持板と、前記第1支持板が係合された第1容器と、を有し、前記集熱用冷媒通路へ冷媒を分配するための第1マニホールド部と、
前記アルミニウム合金板の他の少なくとも一部分が介挿された第2スリットが設けられた第2支持板と、前記第2支持板が係合された第2容器と、を有し、前記集熱用冷媒通路からの冷媒を集液するための第2マニホールド部と、
を備える冷却装置。 - アルミニウム合金板と、前記第1支持板および前記第2支持板の少なくとも一方が、プラスチックを含んでなる接合部を介して接合されていることを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。
- 前記アルミニウム合金板表面の、少なくとも前記接合部の接合面に、JIS B 0601に準じて測定した十点平均粗さRzが1μm以上である微細凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の冷却装置。
- 前記第1マニホールド部および前記第2マニホールド部の少なくとも一方が、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、スチレン系樹脂、ABS系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアリーレンエーテル系樹脂およびポリアリーレンスルフィド系樹脂から選ばれる一種以上の熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物から構成されていることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の冷却装置。
- 前記集熱用冷媒通路が、アルミニウム合金板内部の板面方向を貫通するように、1本ないし2本以上の複数本設けられていることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の冷却装置。
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