JP7307010B2 - 冷却器 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、上面に発熱体が取り付けられる冷却器に関する。

上面に発熱体が取り付けられる冷却器が知られている。例えば、特許文献１には、本体の内部に冷却液が流れる流路を備えており、本体の上面にバッテリが取り付けられる冷却器が開示されている。

特開２０１８－１６３７１４号公報

冷却液に気泡が混在すると冷却性能が低下する。気泡は流路の天井に接するため、本体の上面に取り付けられた発熱体に対する冷却性能が低下する。本明細書は、上面に発熱体が取り付けられる主流路を有する冷却器に関し、主流路に気泡が入らないようにする構造を提供する。

本明細書が開示する冷却器は、冷却液が流れる主流路とサブ流路を備えている。主流路の上面に発熱体が取り付けられる。サブ流路は主流路をバイパスする。主流路とサブ流路の分岐点においてサブ流路の天井高さが主流路の天井高さよりも高い。冷却液に含まれている気泡は、天井高さの高いサブ流路に流れ、主流路には入らない。

サブ流路は気泡が主流路を迂回するための流路であるため、断面積が小さくてもよい。すなわち、サブ流路の断面積は主流路の断面積よりも小さくてよい。サブ流路に冷却液が分散することによる主流路の冷却性能のロスを抑えることができる。

分岐点よりも冷却液の流れ方向の上流側において、サブ流路の上流側の天井と主流路の上流側の天井との高さの差が流れ方向に沿って徐々に大きくなっているとよい。気泡がスムーズにサブ流路へと導かれる。

本明細書が開示する技術は特に主流路が蛇行している冷却器に好適である。蛇行している主流路からは気泡が出にくい。蛇行している主流路に気泡が入ると長期間にわたって冷却性能が低下するおそれがある。気泡がバイパス流路を流れることで、長期間にわたる主流路の冷却性能の低下を回避することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の冷却器の上面図である。 図１の範囲IIの拡大図である。 図２のIIIＡ線に沿った断面を示す。 図２のIIIＢ線に沿った断面を示す。 図２のIIIＣ線に沿った断面を示す。 図２のIIIＤ線に沿った断面を示す。 図２のIIIＥ線に沿った断面を示す。 図２のIV-IV線に沿った断面を示す。

図面を参照して実施例の冷却器１０を説明する。図１に、冷却器１０の上面図を示す。図中の座標系の＋Ｚ方向が「上」に相当する。冷却器１０は、４個の主流路１３と４個のサブ流路１４を含んでいる。それぞれの主流路１３の上面に、複数の電池セルの積層体（スタック２０）が取り付けられる。スタック２０と冷却器１０は電気自動車に搭載される。スタック２０は合計で数十キロワットの電力を出力することができる。スタック２０は電力を出力している間と充電されている間に発熱する。スタック２０は発熱体である。冷却器１０は、４個のスタック２０を冷却する。図１の太矢印線は、冷却液の流れの方向を示している。後述する主流路１３は蛇行しているが、太矢印線は、冷却液の流れの概要を示しており、主流路１３の蛇行には沿っていない。

主流路１３は水平方向で蛇行しており、スタック２０と大きな接触面積を有する。接触面積が大きいので冷却器１０はスタック２０を効率よく冷却することができる。冷却液は液体であり、水あるいは不凍液である。

冷却器１０は冷却液の供給口１１と排出口１２を備えている。供給口１１と排出口１２には、不図示の冷却液の循環装置とラジエータが連結される。供給口１１から供給される冷却液は、４個の主流路１３に分配される。説明の便宜上、本明細書における「主流路」とはスタック２０（発熱体）が取り付けられる部位を意味する。供給口１１から主流路１３の上流端までの流路を以下では案内路１６と称する。「上流」、「下流」とは、冷却液の流れ方向の「上流」と下流」を意味する。別言すれば、流路の両端のうち供給口１１に近い側が「上流端」に相当し、排出口１２に近い側が「下流端」に相当する。

主流路１３に沿ってサブ流路１４が通っている。サブ流路１４は主流路１３をバイパスする流路である。サブ流路１４の断面積は主流路１３の断面積よりも狭く、わずかな冷却液が流れる。図１において蛇行している流路が主流路１３であり、サブ流路１４は、主流路の上流端と下流端に連結されている。

冷却液は液体であり、気泡が混入する場合がある。主流路１３に気泡が混入すると、気泡は主流路１３の天井に接触し、電池パック２０に対する冷却性能を下げる。特に主流路１３は蛇行しているので、一旦混入した気泡は長期間にわたり主流路１３の中にとどまり、冷却性能を下げ続けるおそれがある。サブ流路１４は、主流路１３に気泡が混入することを防止する。

図２に、図１の範囲IIの拡大図を示す。図２は、主流路１３とサブ流路１４の分岐点１５の付近の拡大図である。太い破線矢印線が冷却液の流れを表している。分岐点１５は、案内路１６が主流路１３とサブ流路１４に分かれるポイントである。案内路１６を流れてきた冷却液と気泡は、主流路１３とサブ流路１４のいずれかに入る。

図２の破線IIIＡ－破線IIIＥのそれぞれに対応する断面を図３Ａ－図３Ｅに示す。図３Ａから図３Ｅに向けて冷却液が流れる。図３Ａが上流側であり、図３Ｅが下流側である。図３Ａから図３Ｅに示されているように、主流路１３とサブ流路１４の分岐点１５においてサブ流路１４の天井１４ａが主流路１３の天井１３ａよりも高くなっている。図３Ａ－図３Ｅの距離ｄＨが、主流路１３の天井１４ａとサブ流路１４の天井１４ａの高さの差を表している。主流路１３とサブ流路１４の天井の高さの差ｄＨは、上流から下流に向けて徐々に大きくなる。

図２のIV－IV線に沿った断面図を図４に示す。図４は、主流路１３の断面を示しており、サブ流路１４の断面は破線で示してある。太線は冷却液の流れを表している。図４の右が冷却液の流れの上流側に相当し、図４の左が下流側に相当する。図４からも、主流路１３の天井１３ａとサブ流路１４の天井１４ａの差が冷却液の流れ方向に沿って徐々に大きくなっている。

主流路１３とサブ流路１４の天井高さの差により、気泡はサブ流路１４へと導かれ、気泡が主流路１３に入ることが防止される。

なお、図３Ａから図３Ｄまでは、主流路１３とサブ流路１４が分離していない。図３Ｅで、主流路１３とサブ流路１４が分離している。図３Ａ－図３Ｄは、分岐点１５よりも上流側の断面を示しており、図３Ｅが分岐点１５よりも下流側の断面を示している。図４においては破線Ｌが分岐点１５に相当する。本明細書が開示する冷却器１０は、主流路１３とサブ流路１４の分岐点１５においてサブ流路１４の天井１４ａが主流路１３の天井１３ａよりも高い。ただし、厳密に表現すると次の通りである。分岐点１５の上流側において、サブ流路１４の上流側の天井が主流路１３の上流側の天井よりも徐々に高くなる。分岐点１５よりも上流側（すなわち案内路１６の下流端）でサブ流路１４の側の天井が主流路１３の側の天井よりも徐々に高くなる。この構造により、気泡はサブ流路１４へと導かれる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。サブ流路１４の断面積は主流路１３の断面積よりもはるかに小さい。サブ流路１４に流れる冷却液の流量は主流路１３の流量に比べて小さい。サブ流路１４の断面を小さくすることで、サブ流路へ冷却液が流れることによる冷却性能の損失を抑えることができる。サブ流路もスタック２０（発熱体）に接するのがよい。サブ流路１４を流れる冷却液も発熱体の冷却に貢献する。

本明細書が開示する技術は、スタック２０以外の発熱体を冷却する冷却器にも適用することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：冷却器
１１：入口
１２：出口
１３：主流路
１３ａ：主流路の天井
１４：サブ流路
１４ａ：サブ流路の天井
１５：分岐点
１６：案内路
２０：電池パック

Claims (3)

1. 冷却液が流れる主流路であって上面に発熱体が取り付けられる主流路と、
   前記主流路をバイパスするサブ流路と、
   を備えており、
   前記主流路と前記サブ流路の分岐点において前記サブ流路の天井が前記主流路の天井よりも高く、
   前記分岐点よりも冷却液の流れ方向の上流側において、前記サブ流路の上流側の天井と前記主流路の上流側の天井との高さの差が前記流れ方向に沿って徐々に大きくなる、
   冷却器。
2. 前記サブ流路の断面積が前記主流路の断面積よりも小さい、請求項１に記載の冷却器。
3. 前記主流路は蛇行している、請求項１または２に記載の冷却器。

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