JP7274325B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

この発明は、金属箔層に樹脂層が積層されたラミネート材を利用して製作される熱交換器に関する。

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から多く提案されている。

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、大容量の充電あるいは放電を連続して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も提案されている。

ところで、上記のスマートフォンやパーソナルコンピュータのような電子機器では筐体が薄く、その薄い筐体内における限られたスペースに多数の電子部品や冷却器が組み込まれるため、冷却器自体も薄型のものが用いられることになる。

従来において、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一般的に、アルミニウム等の伝熱性が高い金属を加工して得られた複数の金属加工部品をろう付けや拡散接合等で接合することにより製作するようにしている（特許文献１～３等）。

ところが、上記従来の小型電子機器用冷却器は、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金属加工（機械加工）によって製作されているため、面倒で制約も厳しく、特に薄型化に限界があり、現行以上の薄型化を図ることは困難である。

その上さらに、上記従来の冷却器は、各構成部品を接合する際に難易度が高いろう付けや拡散接合等の金属加工（金属間接合）を用いて製作する必要があり、製作が困難であるばかりか、生産効率が低下してコストも増大してしまう。

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

このような状況下にあって、本願出願人は、金属箔層に樹脂層が積層されたラミネート材を熱交換器の外装体として用いる技術に関して研究を進めている。

しかしながら、ラミネート材を熱交換器等の機材における外装体に用いる場合には、外装体の内部に充填される冷却液等の熱交換媒体が漏れ出す可能性があり、この液漏れを確実に防止できる技術の開発が臨まれるところである。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、薄型化を図りつつ、簡単かつ効率良く製造できてコストを削減できる上、液漏れも確実に防止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］内部を熱交換媒体が流通する外装体と、凹凸形状を有し、かつ一部が前記外装体の内周面に接触した状態で前記外装体に収容されるインナーフィンとを備えた熱交換器であって、
前記外装体が、金属箔層の内面側に保護接着剤層を介して樹脂製のシーラント層が接着された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箔層の両面側に樹脂製の被覆層がそれぞれ積層されたラミネート材によって構成され、
前記外装体における保護接着剤層が、前記シーラント層の欠如部において残存して金属箔層の露出が防止されるように構成されていることを特徴とする熱交換器。

［２］前記外装体の保護接着剤層は、耐熱成分を含有する前項１に記載の熱交換器。

［３］前記耐熱成分は、耐熱フィラーおよび耐熱性熱硬化性樹脂のうち少なくともいずれか一方によって構成されている前項２に記載の熱交換器。

［４］前記外装体を構成するラミネート材は、その金属箔層の外面側に積層された樹脂製の耐熱層を備える前項１～３のいずれか１項に記載の熱交換器。

［５］前記外装体のシーラント層と、前記インナーフィンの被覆層とが同種の熱融着樹脂によって構成されている前項１～４のいずれか１項に記載の熱交換器。

［６］前記インナーフィンの端縁が、その端縁から金属箔層が露出するのを防止するための樹脂製のコーティング部が設けられている前項１～５のいずれか１項に記載の熱交換器。

［７］前記インナーフィンの端縁における両面側の被覆層の端縁が端縁延長方向に延長するように延長部が形成されて、金属箔層の端縁が、両面側の被覆層における各延長部の端縁に対し内側に没入した状態に配置されている前項１～６のいずれか１項に記載の熱交換器。

［８］前記外装体に設けられた出入口に貫通状態に配置されるパイプ部と、前記パイプ部が連結され、かつ前記外装体の内部に収容された取付部とを有するジョイント部材を備える前項１～７のいずれか１項に記載の熱交換器。

［９］前記ジョイント部材の前記取付部における少なくとも表皮部が、前記外装体のシーラント層と同種の熱融着樹脂によって構成されている前項８に記載の熱交換器。

発明［１］の熱交換器によれば、外装体用のラミネート材において金属箔層とシーラント層との間に保護接着剤層が設けられているため、シーラント層が過剰な熱接着等により欠如したとしても、その欠如部において保護接着剤層が残存して金属箔層を被覆することによって金属箔層が露出されるのを防止できる。このため金属箔層が不用意に熱交換媒体にさらされることがなく、金属箔層の腐食による液漏れの発生を防止することができる。さらに本発明の熱交換器においては、外装体をラミネート材を用いて製作するものであるため、面倒な金属加工を用いる必要がなく、効率良く簡単に製作できてコストを削減できるとともに、十分な薄型化も図ることができる。

発明［２］［３］の熱交換器によれば、上記の効果をより確実に得ることができる。

発明［４］の熱交換器によれば、結露等の外部要因による金属箔層の腐食も防止することができる。

発明［５］の熱交換器によれば、外装体のシーラント層と、インナーフィンの被覆層との間を十分な取付強度で熱接着することができる。

発明［６］［７］の熱交換器によれば、インナーフィンにおける金属箔層の端縁が露出するのを防止でき、インナーフィンの金属箔層による外装体への悪影響を回避することができる。

発明［８］［９］の熱交換器によれば、パイプ部を介して外装体に対し熱交換媒体をスムーズに流出入させることができ、熱交換性能を向上できるとともに、取付部を外装体内周面に十分な取付強度で安定した状態に熱接着できて、出入口周辺のシール性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分解して示す斜視図である。 図３は実施形態の熱交換器の一部を切り欠いて示す斜視図である。 図４は図３の一点鎖線Ｓ１で囲まれる部分を拡大して示す断面図である。 図５Ａは図４の一点鎖線Ｓ２で囲まれる部分を拡大して示す断面図である。 図５Ｂは図５Ａの一点鎖線Ｓ４で囲まれた部分を拡大して示す模式断面図である。 図６は本実施形態の熱交換器においてインナーフィンのエッジ部とトレイ部材の底面との接触部周辺を拡大して示す切欠斜視図である。 図７は図６のＤ－Ｄ線断面図である。 図８はこの発明の第１変形例のインナーフィン用ラミネート材を示す図であって、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は端部の断面図である。 図９はこの発明の第２変形例のインナーフィン用ラミネート材における端部の断面図である。 図１０はこの発明の要旨を逸脱した熱交換器においてインナーフィンとトレイ部材の底面との接触部を拡大して示す断面図であって、図５に対応する部分の断面図である。 図１１はこの発明の要旨を逸脱した熱交換器においてトレイ部材の腐食部を説明するための斜視図である。

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、図２は実施形態の熱交換器を分解して示す斜視図、図３は実施形態の熱交換器の一部を切り欠いて示す斜視図である。

これらの図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、ケーシングとしての外装体１と、外装体１の内部に収容されるインナーフィン（内部フィン）２と、外装体１の両端部内に収容される一対のジョイント部材３，３とを備えている。

外装体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、その外周縁部を除く中間領域が下方に深絞り成型や、押出成形等の冷間成形の手法を用いて凹陥形成されて、凹部１１が形成されるとともに、凹部１１の開口縁部周辺に外方に突出するようにフランジ部１２が一体に形成されている。

トレイ部材１０およびカバー部材１５は、柔軟性ないし可撓性を有するラミネートシートであるラミネート材Ｌ１によって構成されている。

外装体用のラミネート材Ｌ１は図４に示すように、金属箔製の金属箔層５１と、その金属箔層５１の一面（内面）に、後述の接着剤によって構成される保護接着剤層５５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シーラント層５２と、金属箔層５１の他面（外面）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耐熱層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。

ラミネート材Ｌ１における金属箔層５１としては、１０００系、３０００系、５０００系、８０００系のアルミニウム箔、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔、チタン箔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、「アルミニウム」「銅」「ニッケル」「チタン」という用語は、それらの合金も含む意味で用いられている。

金属箔層５１は、伝熱層や集熱層とも称されるものであり、厚みが８μｍ～３００μｍのものを用いるのが良く、より好ましくは１００μｍ以下のものを用いるのが良い。

また金属箔層５１は、化成処理等の表面処理を施しておくことにより、金属箔層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。

化成処理は、例えば次のような処理を施す。即ち、脱脂処理を行った金属箔の表面に、下記の１）～３）のうちのいずれかの水溶液を塗工した後、乾燥することにより、化成処理を施す。

１）リン酸と、クロム酸と、フッ化物の金属塩及びフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物と、を含む混合物の水溶液。

２）リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂と、クロム酸及びクロム（III）塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物と、を含む混合物の水溶液。

３）リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂と、クロム酸及びクロム（III）塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物と、フッ化物の金属塩及びフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物と、を含む混合物の水溶液。

上記化成皮膜は、クロム付着量（片面当たり）として０．１ｍｇ／ｍ^２～５０ｍｇ／ｍ^２に設定するのが好ましく、特に２ｍｇ／ｍ^２～２０ｍｇ／ｍ^２に設定するのがより一層好ましい。

この表面処理に関しては、後述するフィン用のラミネート材Ｌ２の金属箔層６１においても同様である。

保護接着剤層５５は、後述するようにシーラント層５２が部分的に破断したり溶融したりしてシーラント層５２が欠如した際にその欠如部において、保護接着剤層５５が残存して、金属箔層５１に対する被覆状態を維持することによって、金属箔層５１が露出するのを防止し、それにより金属箔層５１の腐食を防止するためのものである。従って保護接着剤層５５としては、シーラント層５２よりも強度が強く、融点が高い樹脂によって構成するのが好ましい。

保護接着剤層５５としては、耐熱成分を含有したものを好適に用いることができる。

耐熱成分としては、耐熱フィラー（フィラー）や耐熱性熱硬化性樹脂を好適に用いることができる。

耐熱フィラーとしては、酸化チタン、炭酸カルシウム、ガラスビーズ、アクリルビーズ等の球状微粒子から選択される少なくとも１種以上のものを好適に採用することができる。

さらに耐熱フィラーとしては、平均粒径が０．０５μｍ～３μｍのものを好適に用いることができる。

また耐熱フィラーの保護接着剤層５５に対する含有比率は、１ｗｔ％～２０ｗｔ％に設定するのが好ましい。

また耐熱性熱硬化性樹脂は、耐熱温度が高い熱硬化性樹脂であり、例えば耐熱温度が１５０℃以上の熱硬化性樹脂を好適に用いることができる。具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン順、アリル樹脂、不飽和ポリエステルから選択される少なくとも１種以上のものを好適に採用することができる。

本実施形態においては、上記の耐熱性熱硬化性樹脂によって保護接着剤層５５を構成しても良いし、母材としての接着剤等に上記の耐熱性熱硬化性樹脂を含有させるようにしても良い。

なお本実施形態において、保護接着剤層５５としては、耐熱性熱硬化性樹脂に耐熱フィラーを添加したもので構成しても良いし、母材としての接着剤に耐熱性熱硬化性樹脂および耐熱フィラーを混合して含有させたもので構成しても良い。

また保護接着剤層５５としては、厚みを３μｍ～８μｍに調整するのが好ましい。

シーラント層５２としては、ポリオレフィン（無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレン（ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ））またはそれらの変性樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂、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。

このシーラント層５２は、厚みが１２μｍ～５０μｍのものを好適に用いることができる。

耐熱層５３としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリプロピレン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。

本実施形態において耐熱層５３としてのフィルムないしシートは、接着剤を介して金属箔層５１に接着するのが基本構造であるが、必要に応じて接着剤を用いずに、耐熱層を構成する樹脂を金属箔層５１に塗布コートして耐熱層５３を積層（成膜）するようにしても良い。

耐熱層５３は、金属箔層５１への結露や大気中の腐食成分等からの悪影響を回避するためのものであるため、金属箔層５１が保護されていれば熱融着性の樹脂を用いることもできる。

さらに耐熱層５３は、電池等の冷却対象部材（熱交換対象部材）に直接接触するものであるから、熱交換性能を向上させるために薄い方が好ましい。具体的には、耐熱層５３としては、厚みが２０μｍ～５０００μｍのものを用いるのが好ましい。

また外装体用ラミネート材Ｌ１を構成する金属箔層５１および耐熱層５３間を接着するための接着層としては、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。

以上の構成のラミネート材Ｌ１によって、外装体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。そして後述するようにカバー部材１５がトレイ部材１０の凹部開口を閉塞するように配置されて、カバー部材１５の外周縁部がトレイ部材１０のフランジ部１２に接合一体化されることによって、外装体１が形成されるものである。

なお本実施形態においては、カバー部材１５の両端に出入口１６，１６がそれぞれ形成されている。

図１～図３に示すように外装体１の中空部（凹部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であるラミネート材Ｌ２によって構成されている。ラミネート材Ｌ２は、図４に示すように金属箔製の金属箔層６１と、その金属箔層６１の両面側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被覆層６２，６２とを備えている。

このインナーフィン用のラミネート材Ｌ２の金属箔層６１としては、銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔、メッキ加工した銅箔、ニッケル箔と銅箔とがクラッドされたニッケル・銅クラッドメタルの中から選択されたものを好適に用いることができる。

金属箔層６１は、厚みが８μｍ～３００μｍのものを用いるのが良く、より好ましくは１００μｍ以下のものを用いるのが良い。

またこの金属箔層６１においても既述したように、外装体１の金属箔層５１と同様の表面処理を施すことによって、より一層性能を向上させることができる。

被覆層６２としては、ポリオレフィン（無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレン（ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ））、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂等によって構成される熱融着性のフィルムないしシートを好適に用いることができる。

またインナーフィン用ラミネート材Ｌ２を構成する金属箔層６１、被覆層６２，６２の各層間を接着するための接着層としては、上記と同様、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、インナーフィン２を構成するラミネート材Ｌ２の両側の樹脂層６２，６２は、外装体１を構成するラミネート材Ｌ１のシーラント層５３と同種の熱融着樹脂（同一の熱融着樹脂も含む、以下同じ）によって構成されている。

このラミネート材Ｌ２からなるシート材に凹凸加工が施されて凹凸が形成されることによってインナーフィン２が形成されるものである。

凹凸加工としては、ラミネート材Ｌ２に立体的に凹凸を付与できる加工であれば、どのような加工であっても良いが、コルゲート加工、プリーツ加工、エンボス加工等、ラミネート材Ｌ２に立体的かつ連続的に凹凸を付与できる加工方法を好適に用いることができる。

コルゲート加工とは、例えば外周に軸方向の溝が周方向に等間隔おきに形成された一対のロール間に、ラミネート材Ｌ２等のワークを通すことで、１方向に波形の凹凸立体形状を形成する加工方法である。

プリーツ加工とは、ラミネート材Ｌ２等のワークを表裏に交互に折り畳んでヒダ（プリーツ）を形成する加工方法である。

エンボス加工とは、外周面に凹凸パターンが形成されたエンボスロールを用いて、ラミネート材Ｌ２等のワークに凹凸を付与する加工方法等である。なお本実施形態において、エンボスロールに形成される凹凸パターンは特に限定されるものではなく、ダイヤ柄、絹目状、布目状、梨地状、水玉状、すだれ状、筋柄状等の凹凸パターンを採用することができる。

本実施形態においては、ラミネート材Ｌ２からなるシート材に、コルゲート加工を行って波状の凹凸形状を形成して、インナーフィン２を製作するものである。

このインナーフィン２が、トレイ部材１０の凹部１１における両端部を除いた中間部に収容される。収容されたインナーフィン２は、その山筋方向および谷筋方向（図２の紙面に向かって左右方向）がトレイ部材１０の長さ方向（図２の紙面に向かって左右方向）に一致するように配置されている。これにより、インナーフィン２の山筋部および谷筋部に沿って形成されるトンネル部および溝部が、トレイ部材１０の長さ方向に沿うように配置され、そのトンネル部および溝部を通って熱交換媒体が外装体１の長さ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。

図２に示すように外装体１の両端部内に配置される一対のジョイント部材３，３は、硬質合成樹脂の成形品によって構成されている。

ジョイント部材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３１，３１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。なお本実施形態においてはジョイント部材３の取付箱部３１が取付部を構成するものである。

本実施形態において、ジョイント部材３の素材としては、例えばポリエチレン、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、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂等の熱融着樹脂を好適に用いることができ、特に高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）等の熱融着樹脂を用いるのが好ましい。なお本実施形態において、ジョイント部材３は、その少なくとも外表面（表皮部）が外装体を構成するラミネート材Ｌ１のシーラント層５２と同種または同一の熱融着樹脂によって構成されている。

このジョイント部材３の取付箱部３１がトレイ部材１０の凹部１１におけるインナーフィン２の両側に配置される。この場合、ジョイント部材３のパイプ部３３を上向き配置するとともに、取付箱部３１の開口部３２を内側に向けて、つまりインナーフィン２側に対向させて配置する。

こうしてトレイ部材１０内にインナーフィン２およびジョイント部材３，３を収容して、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、ジョイント部材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伝熱パネルＰを減圧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。

すなわちトレイ部材１０のフランジ部１２のシーラント層５２と、カバー部材１５の外周縁部のシーラント層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。ここでトレイ部材１０のシーラント層５２と、カバー部材１５のシーラント層５２とは同種の熱融着樹脂によって構成されているため、両者を十分な取付強度で確実に固着することができる。

さらにインナーフィン２の山頂部および谷底部の被覆層６２，６２を、トレイ部材１０の底壁およびカバー部材１５のシーラント層５２とを熱接着（熱融着）により接合一体化する。ここでインナーフィン２１の被覆層６２，６２と、トレイ部材１０およびカバー部材１５のシーラント層５２とは同種の熱融着樹脂によって構成されているため、両者を十分な取付強度で確実に固着することができる。

さらにジョイント部材３，３の取付箱部３１，３１の外周面と、トレイ部材１０およびカバー部材１５のシーラント層５２，５２とを熱接着（熱融着）により接合一体化する。ここで、ジョイント部材３，３と、トレイ部材１０およびカバー部材１５のシーラント層５２とは同種の樹脂によって構成されているため、両者を十分な取付強度で確実に固着することができる。従って、ジョイント部材３，３のパイプ部３３，３３の周辺部が、カバー部材１５の出入口１６，１６の周縁部に液密ないし気密状態に接着され、出入口１６，１６の部分からの液漏れ等の不具合を確実に防止することができる。

こうして組み付けられた熱交換器は、外装体１における両端部の上壁（カバー部材１５）からジョイント部材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。

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装体１における上壁および下壁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ジョイント部材３を介して外装体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、他方のジョイント部材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装体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および外装体１の上下壁を介して熱交換されることにより、電池が冷却されるものである。

本実施形態の熱交換器においては、外装体１を構成するラミネート材Ｌ１における金属箔層５１とシーラント層５２との間に保護接着剤層５５が設けられている点が特徴的な構成であり、その特徴的な構成によって、優れた耐食性を備えるものである。以下にそのメカニズムについて詳細に説明する。

本出願人の研究によると、外装体１の金属箔層５１の腐食が生じ易い部分は、インナーフィン２のエッジ部との接触部であることが判明している。
例えば図４の一点鎖線Ｓ２で囲まれた部分は、外装体１のトレイ部材１０における凹部底面と、インナーフィン２の谷底部下面との接触部であるが、この接触部のうち、インナーフィン２のエッジ部との接触部は腐食が生じ易いものの、インナーフィン２のエッジ部以外の部分は腐食が生じ難いものである。

すなわち図１０に示すように、外装体１が、保護接着剤層を有しないラミネート材Ｌ３、つまり金属箔層５１の内面にシーラント層５２が接着されたラミネート材Ｌ３によって構成されている場合において、熱融着時に過度の熱量や圧力が加わったとしても、インナーフィン２のエッジ部以外の部分においては、溶融したシーラント層５２および被覆層６２を構成する樹脂は金属箔層５１を覆うように押し出されるため金属箔層５１が露出することがない。このため金属箔層５１が冷却液にさらされることがなく、金属箔層５１における腐食の発生が防止される。従って金属箔層５１にピンホールが発生せず、液漏れが発生することもない。

特に本実施形態の熱交換器では図５Ａに示すように、外装体１の金属箔層５１とシーラント層５２との間に高強度かつ高融点の保護接着剤層５５が設けられている場合には、保護接着剤層５５が溶融せず残留するため、金属箔層５１，６１が露出するのをより確実に防止でき、より一層確実に腐食および液漏れの発生を防止することができる。

詳細に説明すると、図５Ｂ（ａ）に示すように、保護接着剤層５５内に耐熱フィラー５５ｆが含有されている場合、仮に保護接着剤層５５の母材が溶け出したとしても、フィラー５５ｆ間の隙間に、外装体１のシーラント層５２の溶融樹脂や、インナーフィン６２の被覆層６２の溶融樹脂が流れ込んで保護接着剤層５５が残存するように形成されるため、金属箔層５１は、保護接着剤層５５によって確実に覆われた状態に保持される。また図５Ｂ（ｂ）に示すように、保護接着剤層５５内に耐熱性熱硬化性樹脂が含有されている場合には、樹脂が溶け出すことがなく、金属箔層５１は、保護接着剤層５５によって確実に覆われた状態に保持される。このため金属箔層５１，６１が露出してしまうのをより確実に防止でき、より一層確実に腐食および液漏れの発生を防止することができる。

しかしインナーフィン２のエッジ部では既述した通り、外装体１との接触部においても腐食が発生し易いことが判明している。例えば図６はインナーフィン２のエッジ部２１と、外装体１（トレイ部材１０）の凹部底面との接触部を拡大して示す切欠斜視図であって、図２の一点鎖線Ｓ３に示される部分に相当する部分の切欠斜視図、図７は図６のＤ－Ｄ線断面図である。これらの図に示すように、外装体１とインナーフィン２とが減圧下で熱接着されると、外装体１が収縮するが、その収縮時に外装体１の下壁は、インナーフィン２のエッジ部２１に抑圧されているため、外装体１の下壁において、図７の想像線に示すようにエッジ部２１との接触点よりも外側（図７の右側）が上方へ持ち上がるように折曲変形する。この変形時には、外装体１の下壁におけるエッジ部２１との接触点に応力が集中し、インナーフィン２の金属箔層６１の端縁によって、溶融した外装体１の樹脂（シーラント層５２）が押し出されて、シーラント層５２が途切れた部分（欠如部）が発生する。ここで仮に、外装体１を、シーラント層５２と金属箔層５１との間に保護接着剤層が設けられていないラミネート材（図１０のラミネート材Ｌ３参照）によって構成されている場合には、シーラント層５２の欠如部において金属箔層５１が露出してしまい、その露出部が外装体１内の冷却液にさらされて、金属箔層５１に腐食が発生する。そうすると、その腐食によって金属箔層５１にピンホールが形成されて液漏れが発生してしまう。

参考までに保護接着剤層がないラミネート材Ｌ３によって構成された外装体１とインナーフィン２とを減圧下で熱接着した場合には図１１に示すように、外装体１の凹部底壁におけるインナーフィン２のエッジ部２１との接触部において、外装体１の金属箔層５１に腐食部４が確認された。

これに対して本実施形態の熱交換器においては、外装体１の金属箔層５１とシーラント層５２との間に、高強度かつ高融点の保護接着剤層５５が設けられているため、減圧下で熱接着されて、インナーフィン２の金属箔層６１の端縁によって、溶融した外装体１のシーラント層５２が押し出されて、シーラント層５２に欠如部が発生したとしても、その欠如部においては上記図５Ｂ（ａ）（ｂ）で説明した場合と同様に、保護層５５によって金属箔層５１が覆われた状態に保持される。このため金属箔層５１が腐食してしまうのを防止できて、ピンホールおよび液漏れの発生を確実に防止することができる。

なお本実施形態においては、インナーフィン２のエッジ部２１において金属箔層６１の端縁を外側に露出しないようにすれば、外装体１への悪影響や、インナーフィン２の金属箔層６１自体の腐食を防止することができる。例えば図８（ａ）に示すように、インナーフィン２を構成するラミネート材Ｌ２として、金属箔層６１用の金属箔に比べて、両面側の被覆層６２，６２用の樹脂フィルムが一回り大きいものを採用する。これにより図８（ｂ）に示すように、インナーフィン２用のラミネート材Ｌ２の端縁において、両面側の被覆層６２，６２が延長されて、その延長部６６の端縁よりも金属箔層６１の端縁が内側に没入した状態に配置する。このようなラミネート材Ｌ２を凹凸加工してインナーフィン２を製作すれば、そのインナーフィン２は、金属箔層６１の端縁が露出しないため、外装体１への悪影響等を回避することができる。

さらに図９に示すように、インナーフィン２用のラミネート材Ｌ２として、端縁を樹脂によりコーティングしてコーティング部６５を形成して、そのコーティング部６５によって、金属箔層６１の端縁を被覆しておく。このラミネート材Ｌ２によるインナーフィン２においても、金属箔層６１の端縁が露出しないため、外装体１への悪影響等を回避することができる。

また上記図８（ａ）（ｂ）に示すようにインナーフィン２の端縁において被覆層６２，６２を延長部６６を形成したり、上記図９に示すように被覆層６２，６２の端縁間にコーティング部６５を形成した場合には、被覆層延長部６６やコーティン部６５が、外装体１の内面に対するクッション材として機能し、かつ外装体１のシーラント層５２が過剰に溶け出した際の補充材として機能するため、この点からも外装体１の金属箔層５１が露出するのを防止でき、腐食やピンホールの発生をより確実に防止できて、より一層耐久性を向上させることができる。

以上のように本実施形態の熱交換器によれば、外装体１を構成するラミネート材Ｌ１における金属箔層５１とシーラント層５２との間に保護接着剤層５５が設けられているため、シーラント層５２が過剰な熱接着等により欠如したとしても、その欠如部において保護接着剤層５５が残存して金属箔層５１を被覆することによって、金属箔層５５が露出されるのを防止することができる。このため金属箔層５５が不用意に冷却液にさらされることがなく、金属箔層５５の腐食やピンホールの発生を防止できて、液漏れ等の不具合がない高品質の熱交換器を提供することができる。

また本実施形態の熱交換器によれば、外装体１をラミネート材Ｌ１，Ｌ２を用いて製作するものであるため、面倒な金属加工を用いる必要がなく、効率良く簡単に製作できてコストを削減することができるとともに、ラミネート材Ｌ１，Ｌ２である外装体１およびインナーフィン２を接合して製作するものであるため、十分に薄型化を図ることができる。

また本実施形態の熱交換器においては、外装体１のシーラント層５２と、そのシーラント層５２に熱融着するインナーフィン２の被覆層６２とが同種の熱融着樹脂によって構成されているため、両層５２，６２間を十分な取付強度で熱接着でき、剥がれ等を防止できて十分な耐久性を得ることができる。さらに同じ材質同士の熱接着であるため、接着性が良好で、過度の熱接着を有効に防止でき、この点からも金属箔層５１，６１の露出を防止できて、より確実に金属箔層５１，６１の腐食を防止することができる。

さらに本実施形態の熱交換器においては、外装体１の外面側に耐熱層５３を積層しているため、結露等の外部要因による金属箔層５１の腐食等もより一層確実に防止できて、より一層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、外装体１の両端部に設けられるジョイント部材３のパイプ部３３を出入口１６に貫通した状態に配置しているため、パイプ部３３を介して外装体１に対し冷却液をスムーズにかつ安定した状態で流出入させることができ、冷却性能（熱交換性能）を向上させることができる。

さらに外装体１の内部に収容されるジョイント部材３の取付箱部３１を、外装体１のシーラント層５２と同種の熱融着樹脂によって構成しているため、取付箱部３１を外装体１の内周面に十分な取付強度で熱接着できて、出入口周辺のシール性をより一層向上できて、出入口周辺からの液漏れも確実に防止することができる。

なお上記実施形態においては、熱交換器をその内部に冷却用の熱媒体（冷媒）を流通させて冷却器（冷却装置）として用いる場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明においては、熱交換器をその内部に加熱用の熱媒体（熱媒）を流通させて加熱器（加熱装置）や発熱器（発熱装置）として用いることも可能である。

また上記実施形態においては、外装体１を製作するにあたり、立体成形されたトレイ部材１０と、シート状のカバー部材１５とを貼り合わせるようにしているが、本発明においては、立体成形された部材（ラミネート材）どうしを貼り合わせても良い。さらに外装体１の構成部材を必ずしも立体成形する必要もない。例えば立体成形を行わない場合、２枚のシート状のラミネート材を互いの外周縁部を熱融着等によって接着することによって、ラミネート材製の袋状の外装体を製作するようにしても良い。

さらに上記実施形態においては、外装体１を２枚のラミネート材によって製作する場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明においては、１枚のラミネート材を２つ折りに折り重ねて、重なり合ったラミネート材のうち、折り返し部を除く外周縁部を熱融着等によって接着することにより、袋状の外装体を製作するようにしても良い。さらに言うまでもなく、本発明においては３枚以上のラミネート材を用いて外装体を製作するようにしても良い。

また上記実施形態においては、ラミネート材Ｌ１，Ｌ２として３層または４層構造のものを用いているが、それだけに限られず、本発明においては、５層以上の構造のラミネート材を使用するようにしても良い。要は外装体用のラミネート材において、金属箔層５１とシーラント層５２との間に保護接着剤層５５が設けられていれば良い。

また上記実施形態においては、本発明の熱交換器を自動車用等の電池パックの冷却器として用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明においては、電池パックの冷却器以外の熱交換器にも適用することができる。例えば自動車用電池パックの加熱用の熱交換器、自動車の電動機、産業機械、家電、情報端末等の電力駆動機器の主電力を制御するための電力用半導体素子（パワーモジュール）の冷却用の熱交換器、パーソナルコンピュータのＣＰＵ（中央演算処理装置）の冷却用の熱交換器、家庭用または業務用蓄電池の冷却／加熱用の熱交換器、パーソナルコンピュータの電池パック（電池モジュール）の冷却用の熱交換器、液晶テレビ、有機ＥＬテレビ、プラズマテレビのディスプレイの冷却用の熱交換器や、床暖房設備、寒冷地域での屋根、通路、道路等の融雪設備の熱交換器としても用いることもできる。

＜実施例１＞
図１～図３に示す上記実施形態の熱交換器に準拠して、以下のように実施例１の熱交換器を製作した。

１．外装体１用のラミネート材Ｌ１（LLDPE40/保護接着剤層/AL120/接着剤/PET25）の作製
（１）金属箔層としてのＪＩＳ Ｈ４１６０のＡ８０２１のアルミニウム箔（厚さ１２０μｍ）にクロメート処理を行い、下地層を両面にコーティングする（クロム付着量は片面当たり１０ｇ／ｍ^２）。

（２）アルミニウム箔の一方の面（外面）に、２液硬化型ウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を介して耐熱層５３として２軸延伸ＰＥＴフィルム（厚さ２５μｍ）を積層する。

（３）アルミニウム箔の他方の面（内面）に、保護接着剤層５５として平均粒径２μｍのシリカビーズを５ｗｔ％添加したオレフィン系接着剤（厚さ４μｍ）を介して、シーラント層５２としてのＬＬＤＰＥ（厚さ４０μｍ）を積層する。

２．フィン２用のラミネート材Ｌ２（LLDPE40/接着剤/AL120/接着剤/LLDPE40）の作製
（１）ＪＩＳ Ｈ４１６０のＡ８０２１のアルミニウム箔（厚さ１２０μｍ）にクロメート処理を行い、下地層を両面にコーティングする（クロム付着量は片面当たり１０ｇ／ｍ^２）。

（２）アルミニウム箔の一方および他方の面に、ウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）をそれぞれ介して被覆層６２，６２としてＬＬＤＰＥ（厚さ４０μｍ）をそれぞれ積層する。

３．ジョイント部材３（HDPE）の作製
縦１００ｍｍ×横１２ｍｍ×高さ３ｍｍの取付箱部３１に、パイプ部３３が一体に成形されたＨＤＰＥ製のジョイント部材３を準備した。パイプ部３３は、内径φ１０ｍｍ、外径φ１２ｍｍ、長さが３ｍｍである。

４．熱交換器の構成部品の準備
（１）トレイ部材１０の作製
外装材１用のラミネート材Ｌ１を縦２３０ｍｍ×横１６０ｍｍにカットして得られたシート材を、Ａｌ箔（金属箔層５１）に対してＬＬＤＰＥ（シーラント層５２）側が凹側（内側）となるように、縦１６９ｍｍ×横１０４ｍｍでコーナーＲ４の金型を用いて深さ３ｍｍでエンボス成形して凹部１１を形成した。さらに凹部１１の開口周縁部に形成されるフランジ部１２を５ｍｍ幅となるように周囲をカットして、トレイ部材１０を作製した。

（２）カバー部材１５の作製
外装体１用のラミネート材Ｌ１を縦１８０ｍｍ×横１１５ｍｍにカットして得られたシート材に、その縦方向（長さ方向）の両端部に、ジョイント部材３，３のパイプ部３３，３３を挿通するための出入口１６，１６を形成して、カバー部材１５を作製した。

（３）インナーフィン２の作製
インナーフィン２用のラミネート材Ｌ２を縦１４５ｍｍ×横２１０ｍｍにカットして得られたシート材を、横方向に３．５ｍｍ幅（ピッチ）で交互に折り返すようにコルゲート加工することによって、各山の高さが３ｍｍのつづら折り状のインナーフィン２１を作製した。

５．部品の組み立ておよび接合
（１）トレイ部材１０の凹部１１における縦方向（長さ方向）の両端部に、ジョイント部材３，３を各パイプ部３３，３３を上向きにした状態に収容する。さらにトレイ部材１０の凹部１１における両ジョイント部材３，３間にインナーフィン２を収容した。なお、ジョイント部材３，３の各開口部３２，３２は、インナーフィン２の端部に対向するように内側に向けて配置した。

（２）トレイ部材１０の凹部１１を上から覆うようにカバー部材１５を、その内側（シーラント層５２としてのＬＬＤＰＥ側）を下にしてトレイ部材１０のフランジ部１２上に配置した。このとき、カバー部材１５の出入口１６，１６に、トレイ部材１０内のジョイント部材３，３の上向きパイプ部３３，３３を挿通させてカバー部材１５の上方に突出するように配置した。こうして非接合状態の熱交換器仮組品を作製し、その熱交換器仮組品をチャンバー式の減圧機内で、２００ｍｍＨｇに減圧した状態で、トレイ部材１０のフランジ部１２を２００℃に設定した熱板で５秒間シールして、各部品同士を熱接着（熱融着）することにより、実施例の熱交換器を作製した。なお減圧下で加熱することで、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およびジョイント部材３，３との間の熱接着を強く行うことができる。

こうして実施例１の熱交換器を作成した。

＜実施例２＞
１．外装体ラミネート材Ｌ１の保護接着剤層５５として、平均粒径０．５μｍのシリカビーズを１５ｗｔ％添加したオレフィン系接着剤（厚さ４μｍ）を用いた以外は、上記実施例１と同様の外装用ラミネート材Ｌ１を準備した。

２．このラミネート材Ｌ１を用いて、外装体１（トレイ部材１０およびカバー部材１５）を作成した以外は、上記実施例１と同様にして実施例２の熱交換器を製作した。

＜実施例３＞
１．外装体用ラミネート材Ｌ１の保護接着剤層５５として、２液硬化型エポキシ系接着剤（厚さ３μｍ）を用いた以外は、上記実施例１と同様の外装用ラミネート材Ｌ１を準備した。

２．このラミネート材Ｌ１を用いて、外装体１（トレイ部材１０およびカバー部材１５）を作成した以外は、上記実施例１と同様にして実施例３の熱交換器を製作した。

＜比較例＞
１．外装体１用のラミネート材Ｌ３（LLDPE40/接着剤/AL120/接着剤/PET25）の作製
（１）金属箔層としてのＪＩＳ Ｈ４１６０のＡ８０２１のアルミニウム箔（厚さ１２０μｍ）にクロメート処理を行い、下地層を両面にコーティングする（クロム付着量は片面当たり１０ｇ／ｍ^２）。

（２）アルミニウム箔の一方の面（外面）に、熱可塑性の２液硬化型ウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を介して耐熱層５３としてＰＥＴフィルム（厚さ２５μｍ）を積層する。

（３）アルミニウム箔の他方の面（内面）に、熱可塑性の２液硬化型ウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を介してシーラント層５２としてのＬＬＤＰＥ（厚さ４０μｍ）を積層する。

２．上記ラミネート材Ｌ３を用いて、外装体１（トレイ部材１０およびカバー部材１５）を製作した以外は、上記実施例１～３と同様にして比較例の熱交換器を製作した。この比較例の熱交換器は、外装体１に保護層５５が設けられていない点以外は、実質的に上記実施例１～３の熱交換器と同様である。

＜耐腐食性に関する加速試験＞
腐食液として、ＯＹ液（Ｃｌ^－：１９５ｐｐｍ、ＳＯ_４ ^２－：６０ｐｐｍ、Ｃｕ^２＋：１ｐｐｍ、Ｆｅ^３＋：３０ｐｐｍを含有するｐＨ３の腐食液）を準備した。

上記腐食液を、実施例１～３および比較例の熱交換器に対し、一方のパイプ部３３から導入して内部を流通させて、他方のパイプ部３３から流出させるように循環させた。この循環時の試験条件として、腐食液の温度は６０℃とし、流速は１Ｌ／分とし、循環時間は連続２５０時間とした。

その試験後に、実施例１～３および比較例の熱交換器の外観を目視により観察して評価した。その結果、実施例１～３の熱交換器は、液漏れもなく、外観上も特に変化がなかった。これに対し、比較例の熱交換器は、外装体１の下壁底面（トレイ部材１０の底面）および上壁下面（カバー部材１５の内面）におけるインナーフィン２の端縁が接触している部分に、白色化した腐食部４（図１１参照）が確認された。

この試験結果から明らかなように、本発明に関連した実施例１～３の熱交換器は、耐腐食性に優れているのが判る。

この発明の熱交換器は、自動車のパワーモジュールおよび電池回りの冷却器、定置型電池用の冷却器、スーパーコンピュータ用の冷却器等として好適に用いることができる。

１：外装体
２：インナーフィン
３：ジョイント部材
３３：パイプ部
５１：金属箔層
５２：シーラント層
５３：耐熱層
５５：保護接着剤層
５５ｆ：耐熱フィラー
６１：金属箔層
６２：被覆層
６３：被覆層
６５：コーティング部
６６：延長部
Ｌ１：外装体用ラミネート材
Ｌ２：インナーフィン用ラミネート材

Claims (8)

1. 内部を熱交換媒体が流通する外装体と、凹凸形状を有し、かつ一部が前記外装体の内周面に接触した状態で前記外装体に収容されるインナーフィンとを備えた熱交換器であって、
   前記外装体が、金属箔層の内面側に保護接着剤層を介して樹脂製のシーラント層が接着された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箔層の両面側に樹脂製の被覆層がそれぞれ積層されたラミネート材によって構成され、
   前記外装体における保護接着剤層が、前記シーラント層の欠如部において残存して金属箔層の露出が防止されるように構成され、
   前記インナーフィンの端縁における両面側の被覆層の端縁が端縁延長方向に延長するように延長部が形成されて、金属箔層の端縁が、両面側の被覆層における各延長部の端縁に対し内側に没入した状態に配置されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記外装体に設けられた出入口に貫通状態に配置されるパイプ部と、前記パイプ部が連結され、かつ前記外装体の内部に収容された取付部とを有するジョイント部材を備え、
   前記ジョイント部材の前記取付部における少なくとも表皮部が、前記外装体のシーラント層と同種の熱融着樹脂によって構成されている請求項１に記載の熱交換器。
3. 内部を熱交換媒体が流通する外装体と、凹凸形状を有し、かつ一部が前記外装体の内周面に接触した状態で前記外装体に収容されるインナーフィンとを備えた熱交換器であって、
   前記外装体が、金属箔層の内面側に保護接着剤層を介して樹脂製のシーラント層が接着された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箔層の両面側に樹脂製の被覆層がそれぞれ積層されたラミネート材によって構成され、
   前記外装体における保護接着剤層が、前記シーラント層の欠如部において残存して金属箔層の露出が防止されるように構成され、
   前記外装体に設けられた出入口に貫通状態に配置されるパイプ部と、前記パイプ部が連結され、かつ前記外装体の内部に収容された取付部とを有するジョイント部材を備え、
   前記ジョイント部材の前記取付部における少なくとも表皮部が、前記外装体のシーラント層と同種の熱融着樹脂によって構成されていることを特徴とする熱交換器。
4. 前記外装体の保護接着剤層は、耐熱成分を含有する請求項１～３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記耐熱成分は、耐熱フィラーおよび耐熱性熱硬化性樹脂のうち少なくともいずれか一方によって構成されている請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記外装体を構成するラミネート材は、その金属箔層の外面側に積層された樹脂製の耐熱層を備える請求項１～５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記外装体のシーラント層と、前記インナーフィンの被覆層とが同種の熱融着樹脂によって構成されている請求項１～６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 前記インナーフィンの端縁に、その端縁から金属箔層が露出するのを防止するための樹脂製のコーティング部が設けられている請求項１～７のいずれか１項に記載の熱交換器。

Images