JP7326063B2 - 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の厚さが薄く、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）。

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

しかしながら、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という課題があった。

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という課題があった。

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、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生産性の向上およびコストの削減を図りつつ、熱交換性能の向上および薄型化を図ることが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］中空状の熱交換流路が設けられ、かつ厚さ方向のスペーサとしての機能を有する流路形成シートと、
金属箔層の内面側に樹脂製シーラント層が積層されたラミネート材によって構成され、かつ前記流路形成シートの表裏面にそれぞれ接合された表裏両側の被覆シートと、
前記熱交換流路に対し熱交換媒体を流出入させるための出入口とを備え、
前記熱交換流路内を流通する熱交換媒体と、前記被覆シートの外面に配置された熱交換対象部材との間で熱交換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］前記流路形成シートの表裏面の少なくともいずれか一方の面において、前記熱交換流路が開放されており、その開放面が、その開放面に対応する前記被覆シートによって閉塞されている前項１に記載の熱交換器。

［３］前記流路形成シートの表裏面において、前記熱交換流路が開放されており、その表裏両側の開放面が、前記表裏両側の被覆シートによって閉塞されている前項１に記載の熱交換器。

［４］前記被覆シートとしてのラミネート材は、前記金属箔層の外面側に積層された樹脂製の保護層を備えている前項１～３のいずれか1項に記載の熱交換器。

［５］前記流路形成シートの少なくとも表裏面を構成する部分が、前記被覆シートのシーラント層と同種の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］前記出入口が前記被覆シートに形成されている前項１～５のいずれか1項に記載の熱交換器。

［７］前記出入口が前記流路形成シートの端面に形成されている前項１～６のいずれか1項に記載の熱交換器。

発明［１］の熱交換器によれば、熱交換流路が形成された流路形成シートの表裏両面に、ラミネート材によって構成される被覆シートを接着するだけで簡単に製作することができ、生産効率を向上させることができる。さらに本発明の熱交換器においては、流路形成シートと被覆シートとを熱融着等の樹脂接着によって一体化するものであるため、ろう付け接合等の難易度が高くて面倒な金属加工を用いる必要がなく、一層簡単に製作でき、生産性を一層向上させることができる。また熱交換流路内を流通する熱交換媒体と、被覆シートの外面に配置された熱交換対象部材との間で熱交換が行われるため、十分な熱交換性能を得ることができる。さらに本発明の熱交換器は、流路形成シートに被覆シートを積層して組み付けるものであるため、薄型化を確実に図ることができる。

発明［２］［３］の熱交換器によれば、熱交換流路を流通する冷媒と、熱交換対象部材との間で行われる熱交換が、薄い被覆シートを介して行われるため、熱交換性能を一層向上させることができる。

発明［４］の熱交換器によれば、被覆シートを構成するラミネート材の外面側に保護層が設けられているため、金属箔層が直接外部にさらされるのを防止でき、例えば結露による悪影響が及ぶのを確実に防止することができ、耐候性を向上させることができる。

発明［５］の熱交換器によれば、流路形成シートの表裏面を構成する樹脂と、被覆シートのシーラント層を構成する樹脂とを同種の樹脂によって構成しているため、流路形成シートと被覆シートとを十分な接着強度で取り付けることができ、被覆シートの部分剥離やその剥離による液漏れ等の不具合を確実に防止することができる。

発明［６］［７］の熱交換器によれば、熱交換流路に対する熱交換媒体の流出入をスムーズに行うことができる。

図１はこの発明の第１実施形態である熱交換器としての熱交換パネルを示す斜視図である。 図２は第１実施形態の熱交換パネルを分解して示す斜視図である。 図３は図１のＡ－Ａ線断面図である。 図４は第１実施形態の熱交換パネルにおいてジョイントパイプが取り付けられた状態を示す斜視図である。 図５(ａ)（ｂ）はこの発明に適用可能な流路構成の変形例を示す図であって、図１のＡ－Ａ線断面に相当する断面図である。 図６はこの発明に適用可能な被覆シートの変形例を示す斜視図である。 図７はこの発明の第２実施形態である熱交換器としての熱交換パネルを分解して示す斜視図である。 図８はこの発明の第３実施形態である熱交換器としての熱交換パネルを示す斜視図である。 図９は第３実施形態の熱交換パネルを分解して示す斜視図である。 図１０は第３実施形態の熱交換パネルに適用された流路形成シートを分解して示す斜視図である。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明の第１実施形態である熱交換器としての熱交換パネルＰを示す斜視図、図２は第１実施形態の熱交換パネルＰを分解して示す斜視図、図３は図１のＡ－Ａ線断面図である。なお本実施形態においては、発明の理解を容易にするため、図１の奥行き方向を「縦方向」とし、図１の左右方向を「横方向」とし、図１の上下方向を「厚さ方向」として説明する。さらに図１～図３においては、発明の理解を容易にするため、厚さ方向の寸法を縦横方向の寸法と比較して誇張して示している。

図１～図３に示すように本実施形態の熱交換パネルＰは、平面視矩形状の流路形成シート１と、流路形成シート１の表裏面に積層される表裏両側の被覆シート２とを備えている。なお本実施形態においては、図１の上側を表側とし、下側を裏側として説明する。もっとも本発明においては、表側および裏側は、特に区別されるものではなく、いずれを表側または裏側としても良い。例えば図１および図２の上側を表側、下側を裏側としても良いし、下側を表側、上側を裏側としても良い。

流路形成シート１は、レーザ加工等によって、表裏に貫通するようにＵ字状にくり抜かれて、中空状の熱交換流路１５が形成されている。

流路形成シート１は、厚さ方向のスペーサとしての機能を備えており、熱交換パネルＰにおける厚さ方向への収縮変形や膨張変形等を防止して、所定の厚みを確保できるようになっている。

流路形成シート１の素材は特に限定されるものではないが、上記のスペーサとしての機能を有し、さらに熱交換流路１５を形成可能で、被覆シート２を熱融着等によって接着できるものであれば、どのような素材であっても良い。

流路形成シート１の素材としては例えば、合成樹脂シート、金属ラミネート材、樹脂コート金属材等を用いることができる。金属ラミネート材とは、金属シートないし金属フィルムの片面または両面に合成樹脂シートないし合成樹脂フィルムを接着積層したものである。樹脂コート金属材とは、金属シートないし金属フィルムの片面または両面に合成樹脂をコートしたものである。具体的に合成樹脂シートとしては、ポリプロピレンおよびポリエチレン製のシートを例示することができる。金属ラミネート材としては、アルミニウムシートないしアルミニウムフィルムの片面または両面に、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）または直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）が接着剤によって貼り付けられたものを例示することができる。樹脂コート金属材としては、アルミニウムシートないしアルミニウムフィルムの片面または両面に、酸変性ポリプロピレン（酸変性ＰＰ）または変性ポリエチレン（変性ＰＥ）がコーティングされたもの等を例示することができる。

流路形成シート１としては、厚さが０．１ｍｍ～５ｍｍのもの、好ましくは０．１ｍｍ～２ｍｍのものを好適に用いることができる。

また流路形成シート１は、その少なくとも表裏面を構成する部分が、被覆シート２の内面を構成する樹脂と同種（同一も含む）の樹脂によって構成するのが好ましい。すなわち同種の樹脂によって構成した場合には、流路形成シート１の表裏面に、被覆シート２を熱融着によって簡単かつ確実に接着することができる。

被覆シート２は、ラミネート材（ラミネートシート）によって構成されている。図３に示すように本実施形態においてこのラミネート材としては、金属箔層２１と、その金属箔層２１の一面（内面）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シーラント層（熱融着層）２２と、金属箔層２１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保護層２３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。

金属箔層２１としては、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔や、これらの箔を用いたクラッド材（クラッド箔）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」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２１は、伝熱層とも称されるものであり、厚さが５μｍ～２００μｍのものを用いるのが好ましい。

また本実施形態において金属箔層２１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２１の腐食防止や、樹脂との接着性の向上等を図ることができ、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。すなわち、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。

シーラント層２２としては、ＣＰＰ、ＬＬＤＰＥ、酸変性ＰＰのシートないしフィルム、アイオノマー等の変性ＰＥのシートないしフィルムを好適に用いることができる。このシーラント層２２は、厚みが２０μｍ～１００μｍのもの、より好ましくは２０μｍ～５０μｍのものを用いるのが良い。

既述した通り、シーラント層２２は、熱融着性等を考慮すると、流路形成シート１の表裏面を構成する樹脂と同種の樹脂を用いるのが好ましい。

保護層２３としては、延伸ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＢＴ）、延伸ポリアミド（ＯＮｙ）、ポリオレフィン（ＯＰＰ、ＣＰＰ、ＬＬＤＰＥ）のシートないしフィルムを好適に用いることができる。この保護層２３の厚みは、５μｍ～１００μｍのものを好適に用いることができる。

保護層２３は、ラミネート材の金属箔層２１の保護、ひいては熱交換パネルＰの保護を行うものであり、保護層２３が存在することによって、金属箔層２１が直接外部にさらされるのを防止でき、例えば結露による悪影響が及ぶのを回避できて、熱交換パネルＰの耐候性を向上できて、優れた耐久性を得ることができる。

なお本実施形態の被覆シート２において、保護層２３は必ずしも形成する必要はなく、保護層２３を省略することも可能である。もっとも、既述したように耐久性等を考慮すると、保護層２３を形成するのが好ましい。

また本実施形態の被覆シート２は、少なくとも金属箔層２１と、シーラント層２２とが含まれていれば良く、本発明においては、被覆シート２としてのラミネート材をこの２層２１，２２のみで形成するようにしても良い。言うまでもなくラミネート材を、上記実施形態のように３層２１～２３で構成しても良いし、４層以上で構成するようにしても良い。

また被覆シート２としてのラミネート材を構成する金属箔層２１、シーラント層２２および保護層２３の各層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２枚の被覆シート２の各内面側であるシーラント層２２が、流路形成シート１の表面および裏面に積層された状態で、熱融着によって、シーラント層２２と、流路形成シート１の表裏を構成する樹脂とが接合一体化されて、図１に示すように熱交換パネルＰが組み付けられる。この熱交換パネルＰにおいては、流路形成シート１における熱交換流路１５の表裏両面側の開口面が、表裏両側の被覆シート２によって閉塞されることによって、熱交換流路１５が扁平チューブ状に形成される。

なお表裏両側の被覆シート２のうち、表側の被覆シート２における熱交換流路１５の両端部に対応する部分には、表裏方向に貫通する２つの円形の出入口３が形成されている。

また本実施形態においては図４に示すように、熱交換パネルＰの一対の出入口３にそれぞれジョイントパイプ４を取り付けるようにしても良い。

ジョイントパイプ４は、硬質合成樹脂の成形品によって構成されている。本実施形態においてジョイントパイプ４は、円筒状のパイプ本体４１と、そのパイプ本体４１の一端外周に外側に突出するように一体成形されたフランジ部４２とを備えている。

ジョイントパイプ４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、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の熱融着樹脂を好適に用いることができ、特に被覆シート２の保護層２３を構成する樹脂と同種の熱融着樹脂によって構成するのが好ましい。

このジョイントパイプ４のフランジ部４２が、熱交換パネルＰの被覆シート２における保護層２３の出入口外周縁部に熱融着されることにより、ジョイントパイプ４が熱交換パネルＰに組み付けられる。この状態においては、ジョイントパイプ４におけるパイプ本体４１のパイプ孔が出入口３を介して熱交換流路１５内に連通接続されている。

なお本発明においてジョイントパイプ４を取り付ける場合、ジョイントパイプ４に必ずしもフランジ部４２を形成する必要はなく、ジョイントパイプをパイプ本体（パイプ部材）のみによって構成するようにしても良い。この場合には、パイプ部材の一端面を熱融着して被覆シート２等の取付位置に取り付けるようにすれば良い。

以上の構成の熱交換パネルＰ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として用いられる。すなわち一方のジョイントパイプ４のパイプ本体４１に、熱交換媒体（冷媒）としての冷却液（冷却水、不凍液等）Ｌを流入するための流入管が連結されるとともに、他方のジョイントパイプ４のパイプ本体４１に、冷却液Ｌを流出するための流出管が連結される。そして熱交換パネルＰにおける表面および裏面の少なくともいずれか一方に、冷却対象部材としての電池を接触配置した状態で、熱交換パネルＰにおける流入管および一方のジョイントパイプ４を介して一方の出入口３から冷却液Ｌを流入して、その冷却液Ｌを熱交換パネルＰの熱交換流路１５に流通させて、他方の出入口３から他方のジョイントパイプ４および流出管を介して流出させる。これにより熱交換パネルＰ内を循環する冷却液Ｌと電池との間で被覆シート２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パネルＰは、その使用形態は特に限定されるものではなく、１枚だけで使用することもできるし、２枚以上で使用することもできる。１枚での使用は、既述した通り、熱交換パネルＰの表裏面に熱交換対象部材を接触させて使用するものである。２枚で使用する場合には、例えば２枚の熱交換パネルＰによって熱交換対象部材を挟み込むように配置して使用することができる。さらに２枚以上で使用する場合、熱交換パネルＰと熱交換対象部材とを交互に重ね合わせるように配置して使用することもできる。

以上のように本実施形態の熱交換パネルＰによれば、樹脂シート等によって構成される流路形成シート１の表裏両面に、ラミネート材によって構成される被覆シート２を熱融着するだけで簡単に製作することができ、生産効率を向上させることができる。

また本実施形態においては、流路形成シート１と被覆シート２とを熱融着して接合一体化するものであるため、ろう付け接合等の難易度が高くて面倒な金属加工を用いる必要がなく、一層簡単に製作でき、生産効率を一層向上させることができる。

さらに流路形成シート１用のシート部材や、被覆シート２用のラミネート材を、レーザ加工やカッター等を用いて加工すれば、流路形成シート１や被覆シート２を形成することができるため、本実施形態の熱交換パネルＰの各構成部品自体も簡単に製作でき、より一層生産効率を向上させることができる。

また熱交換流路１５を通過する冷却液Ｌと、電池等の熱交換対象部材との間で行われる熱交換は、薄い被覆シート２を介して行われるため、効率良く熱交換できて、十分な冷却性能（熱交換性能）を得ることができる。

また本実施形態の熱交換パネルＰは、流路形成シート１の両面に、被覆シート２を積層して組み付けるものであるため、薄型化および軽量化を確実に図ることができる。

さらに本実施形態の熱交換パネルＰは、流路形成シート１および被覆シート２等の構成部品の形状や大きさを簡単に変更することができ、熱交換パネルＰ自体の形状や大きさも簡単に変更することができる。このため例えば、熱交換パネルＰの設置位置等に合わせて、形状や大きさを自在に調整できるため、設計の自由度が増し、汎用性も向上させることができる。

さらに本実施形態の熱交換パネルＰにおいては、流路形成シート１が厚さ方向のスペーサとして機能するものであるため、厚さ方向の圧縮、膨張変形、特に圧縮変形を有効に防止でき、使用状況にかかわらず終始安定した形態を維持することができる。このため熱交換流路１５を流通する冷却液Ｌにおいて優れた流動特性を確実に維持できるとともに、被覆シート２の熱交換対象部材に対する接触不良を確実に防止できて、熱交換性能をより一層向上させることができる。

また本実施形態においては、流路形成シート１の熱交換流路１５が表裏両面において開放されているため、その開放面に配置される被覆シート２に直接冷却液Ｌが接触することにより、冷却液Ｌと熱交換対象部材との間でより一層効率良く熱交換できて、熱交換性能をより一層向上させることができる。

また本実施形態においては、流路形成シート１の表裏面を構成する樹脂と、被覆シート２の内面を構成するシーラント層２２を同種の樹脂によって構成しているため、流路形成シート１と被覆シート２とを十分な接着強度で取り付けることができる。このため例えば内圧に対する強度も十分に確保でき、被覆シート２の部分剥離やその剥離による液漏れ等を確実に防止でき、良好な動作信頼性を確保しつつ、耐久性を向上させることができる。

さらに本実施形態においては、ジョイントパイプ４を構成する樹脂と、被覆シート２の外面を構成する保護層２３とを同種の樹脂によって構成しているため、ジョイントパイプ４を被覆シート２に十分な接着強度で取り付けることができ、ジョイントパイプ４の接着不良や液漏れ等をより確実に防止することができる。

また本実施形態の熱交換パネルＰによれば、ジョイントパイプ４を取り付けているため、冷却水流出入用の外管との接続を簡単かつスムーズに行うことができる。

なお図３に示すように上記実施形態では、熱交換パネルＰの熱交換流路１５が、流路形成シート１を厚さ方向に貫通するように形成されているが、それだけに限られず、図５(ａ）に示すように本発明においては、熱交換流路１５を、流路形成シート１の表裏面のうち片面だけが開放された溝状に形成するように形成しても良いし、図５（ｂ）に示すように熱交換流路１５を、流路形成シート１の表裏面に開放されずにトンネル状に形成するようにしても良い。

また上記実施形態では、被覆シート２として、表面側および裏面側の２枚の被覆シート２を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、表裏両側の被覆シートを１枚のシート部材によって構成することも可能である。例えば図６に示すように、表側被覆シート部（表側被覆シート２）と、裏側被覆シート部（裏側被覆シート２）とが連設されたシート部材を準備し、そのシート部材を連設部において折り返すことによって、表側被覆シート部を表側被覆シート２とし、裏側被覆シート部を裏側被覆シート２として構成する。これにより１枚のシート部材によって表裏両側の被覆シートを構成することができる。

また上記実施形態においては、表裏の各被覆シート２をそれぞれ１枚のシート部材によって構成する場合を例に挙げて説明しているが、それだけに限られず、本発明においては、表裏の各被覆シート２を、複数のシート片を継ぎ合わせて複数枚のシート片によって構成するようにしても良い。

また上記実施形態においては、流路形成シート１を１枚のシート部材によって形成する場合を例に挙げて説明しているが、それだけに限られず、本発明においては、流路形成シート１を複数枚のシート部材によって構成するようにしても良い。例えば流路形成シート１を縦方向および／または横方向に継ぎ合わせた複数枚のシート片（シート材）によって構成しても良いし、後述の第３実施形態のように、流路形成シート１を厚さ方向に重ね合わせた複数枚のシート材によって構成しても良い。

また上記実施形態においては、一対の出入口３を表面（または裏面）等の片面に形成する場合を例に挙げて説明しているが、それだけに限られず、本発明においては、一対の出入口３のうち、一方の出入口３を表面側に形成し、他方の出入口３を裏面側に形成するようにしても良い。要は熱交換パネルＰの使用状況に応じて、出入口の位置を適宜決定すれば良い。もっとも本発明においては、熱交換パネルＰの出入口３の数は２つに限られず、３つ以上形成するようにしても良い。

また上記実施形態においては、熱交換流路１５を表面視状態でＵ字状に形成する場合を例に挙げて説明したが、本発明において、熱交換流路１５の形状は限定されるものではない。例えば熱交換流路１５を、流路形成シート１の縦方向一端から他端にかけて延びるようなＩ字状に形成したり、蛇行状、波状、つづら折り状に形成したり、渦巻状に形成するようにしても良い。

＜第２実施形態＞
図７はこの発明の第２実施形態である熱交換器としての熱交換パネルＰを示す分解斜視図である。同図に示すように、流路形成シート１に形成される熱交換流路１５は、その両端部が流路形成シート１の縦方向の一端縁まで形成されており、縦方向の外側に向けて開放されている。そしてその縦方向外側に向けて開放された開放面が出入口３として構成されている。なお本第２実施形態において、表裏面側の被覆シート２には出入口が形成されていない。

この第２実施形態の熱交換パネルＰにおいては、流路形成シート１の端面に設けられた一対の出入口３のうち、一方の出入口３から冷却液Ｌ等の熱交換媒体が流入され、その冷却液Ｌが熱交換流路１５を通って他方の出入口３から流出されるものである。

この第２実施形態の熱交換パネルＰにおいて他の構成は、上記第１実施形態の熱交換パネルＰと実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して、重複説明は省略する。

この第２実施形態の熱交換パネルＰにおいても、上記第１と同様の効果を得ることができる。

なおこの第２実施形態においては、一対の出入口３を共に縦方向の一端縁に形成する場合を例に挙げて説明したが、それだけに限られず、本発明おいては、一方の出入口３を縦方向の一端縁に形成し、他方の出入口３を縦方向の他端縁に形成するようにしても良いし、一方の出入口３を縦方向のいずれかの端縁に形成し、他方の出入口３を横方向のいずれかの端縁に形成するようにしても良いし、一方の出入口３を横方向のいずれかの端縁に形成し、他方の出入口を横方向のいずれかの端縁に形成するようにしても良い。

さらに本発明においては、一方の出入口３を流路形成シート１の端面に形成し、他方の出入口３を上記第１実施形態のように被覆シート２に形成するようにしても良い。

＜第３実施形態＞
図８はこの発明の第３実施形態である熱交換器としての熱交換パネルＰを示す斜視図、図９はその熱交換パネルＰを分解して示す斜視図、図１０はその熱交換パネルＰに適用された流路形成シート１１を分解して示す斜視図である。

これらの図に示すように、本第３実施形態の熱交換パネルＰにおける流路形成シート１は、中間シート材１ｃと、その中間シート材１ｃの表面側に積層される表側シート材１ａと、中間シート材１ｃの裏面側に積層される裏側シート材１ｂとの３枚のシート材によって構成されている。

各シート材１ａ～１ｂには、上記実施形態と同様なＵ字状の熱交換流路１５に対応して、中空状のＵ字状流路部１５ａ～１５ｃが形成されており、３枚のシート材１ａ～１ｃが重ね合わされることにより、各流路部１５ａ～１５ｃも重ね合わされて、中空状の熱交換流路１５が形成されるように構成されている。

各シート材１ａ～１ｃには、その縦方向の一端縁における流路部１５ａ～１５ｃに対応する部分が縦方向の外側に突出するように形成されて、一対の出入口用突出片１１ａ～１１ｃがそれぞれ形成されている。

シート材１ａ～１ｃのうち、中間シート材１ｃにおける各出入口用突出片１１ｃには、縦方向に延びるように延長流路部１６ｃがそれぞれ形成されている。各延長流路部１６ｃは、その一端側が流路部１５ｃの両端部に連通接続されており、流路部１５ｃおよび延長流路部１６ｃ間を冷却水Ｌが移動できるように構成されている。

また表側シート１ａにおける一対の出入口用突出片１１ｃには、中間シート１ｃの各延長流路部１６ｃに対応して出入口３がそれぞれ形成されている。

そして３枚のシート材１ａ～１ｃが積層された状態で、熱融着によって各シート１ａ～１ｃ間が接合一体化されて、流路形成シート１が形成されている。

なお本実施形態においては、既述した通り３枚のシート材１ａ～１ｃの流路部１５ａ～１５ｃによって１本の熱交換流路１５が形成されている。また３枚のシート材１ａ～１ｃの重ね合わされた各出入口用突出片１１ａ～１１ｃによって、出入口用突出部１１が形成されている。さらに各出入口３は、各延長流路部１６ｃを介して熱交換流路１５の両端部にそれぞれ連通接続されている。

ここで本実施形態において、各シート材１ａ～１ｃの素材は、上記第１実施形態の流路形成シート１と同様の素材を好適に用いることができる。さらに各シート材１ａ～１ｃはそれぞれ同一の素材によって構成するのが好ましい。

以上の構成の流路形成シート１の表裏両面に上記と同様に、出入口が形成されていない被覆シート２が熱融着されることにより、本第３実施形態の熱交換パネルＰが形成される。

なおこの熱交換パネルＰにおいては必要に応じて、一対の出入口用突出部１１の出入口３に、上記第１実施形態と同様なジョイントパイプ４を取り付けるようにしても良い。

この第３実施形態において他の構成は、上記実施形態と同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して重複説明は省略する。

この第３実施形態の熱交換パネルＰは、上記実施形態の熱交換パネルＰと同様に使用することができる。すなわち一方の出入口用突出部１１の出入口３から冷却液Ｌ等の熱交換媒体が流入され、その冷却液Ｌが延長流路部１６ｃを介して熱交換流路１５に流入され、その冷却液Ｌが熱交換流路１５を通って他方の出入口用突出部１１の延長流路部１６ｃを介して出入口３から流出されるものである。

こうして熱交換流路１５内を循環する冷却液Ｌと、表裏の被覆シート２に接触配置される電池等の熱交換対象部材との間で熱交換されるものである。

この第３実施形態の熱交換パネルＰにおいても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。その上さらに、本第３実施形態においては、流路形成シート１に出入口用突出部１１を形成して、その出入口用突出部１１に出入口３を形成するようにしているため、熱交換対象部材に対し、出入口３を離間して配置し易くなる。このため熱交換対象部材の形状や大きさ等にかかわらず、出入口３に流入管や流出管等の外管を簡単に取り付けることができるようになり、汎用性をさらに向上させることができる。

なお上記実施形態においては、本発明の熱交換器（熱交換パネル）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冷却器に適用できるとともに、熱交換流路内に加熱用の熱交換媒体（熱媒）を流通させることにより、加熱器として適用することもできる。具体的には、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ができる。

＜実施例＞
図１～図４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の熱交換器（熱交換パネル）を製作した。

１．被覆シート（ラミネート材）２の作製
シーラント層２２および保護層２３用の部材として、片面をコロナ放電処理した厚さ３０μｍのＣＰＰフィルムを準備した。さらに金属箔層２１としてのＪＩＳ Ｈ４１６０ Ａ１Ｎ３０－Ｈ１８のアルミニウム箔（厚さ５０μｍ）の一方の面（内面）に、ポリエステルポリウレタン系接着剤を３ｇ／ｍ^２の塗布量で塗布して、上記ＣＣＰフィルムのコロナ放電処理した側の面を貼り合わせて、シーラント層２２を形成し、さらに金属箔層２１の他方の面（外面）にも同様に、ポリエステルポリウレタン系接着剤を３ｇ／ｍ^２の塗布量で塗布して、上記ＣＣＰフィルムのコロナ放電処理した側の面を貼り合わせて、保護層２３を形成し、これによりラミネート材を作製した。なおこのラミネート材においては、内面側のシーラント層２２と、外面側の保護層２３とが実質的に同じ構成となっている。

このラミネート材を縦９０ｍｍ×横１２０ｍｍで切断して、表側被覆シート２と、裏側被覆シート２とを作成した。さらに一方の被覆シート（表側被覆シート）２における縦方向の端部に、横方向に並設するように直径φ８ｍｍの円形の孔を２つ形成して、一対の出入口３を形成した。

２．流路形成シート１の作製
厚さ８００μｍ（０．８ｍｍ）のポリプロピレンシートを、上記被覆シート２と同じサイズ（縦９０ｍｍ×横１２０ｍｍ）で切断した後、ファイバーレーザー機を用いて図１に示すようにＵ字状の熱交換流路１５を表裏間で貫通するように形成し、流路形成シート１を作製した。

この流路形成シート１の表面側のよび裏面側に、上記表側および裏側被覆シート２をその内面側のシーラント層２２を重ね合わせるように配置して、未接着積層体を準備した。この際、一対の出入口３を有する表側の被覆シート２は、その出入口３を流路形成シート１の熱交換流路１５における両端部に対応して配置した。

３．熱交換パネルＰの組立およびジョイントパイプ４の取付
上記未接着積層体を、厚さ５ｍｍの２枚のアルミニウム板の間に挟み込んで、１５０℃に設定された恒温槽内で１０分間放置した後、恒温槽から取り出して、冷却されたことを確認してから、アルミニウム板の間から取り出した。この熱処理により、表裏の被覆シート２のシーラント層２２と流路形成シート１の表裏面とを熱融着して、熱交換パネルＰを作製した。

続けて、内径φ８ｍｍ、外径φ１１ｍｍ、長さ１０ｍｍのポリプロピレンチューブによって構成されるジョイントパイプ４（フランジ部無し）の一端側をバーナーで炙り、溶融したことを確認してから、その溶融側端部を表側被覆シート２における一対の出入口３の周縁部に押し付けて接着（熱融着）して、実施例のジョイントパイプ付き熱交換パネルＰを作製した。

＜評価試験＞
１．液漏れ検査
上記実施例の熱交換パネルＰの一方のジョイントパイプ４から、０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で水道水を注入して、熱交換流路１５に流通させて、他方のジョイントパイプ４から排出した。こうして水道水を熱交換パネルＰ内の熱交換流路１５に循環させて、液漏れの有無を確認したところ、液漏れは一切認められなかった。

２．熱交換性能の評価
縦９０ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１０ｍｍのアルミニウムブロックからなるバッテリーセル（単電池）の模擬体(模擬セル）を恒温槽で８０℃に加熱した後、その模擬セルを上記実施例の熱交換パネルＰの表側被覆シート２上に載置した状態で、熱交換パネルＰに水温２１℃の水道水（冷却液）を０．３Ｌ／ｍｉｎの流量で循環させて模擬セルを冷却しつつ、その模擬セルの表面中心部の温度を、所定の経過時間毎に測定した。その結果を表１の「冷却あり」の項目名で示す。

上記と同様の構成の模擬セルを同じ条件で８０℃に加熱した後、室温環境下で放置した状態で、同様に温度を測定した。その結果を表１の「冷却なし」の項目名で示す。

表１から判るように、本発明に関連した実施例の熱交換パネルＰによって冷却された模擬セルは、冷却しない場合（常温放置）と比較して、効率良く冷却されており、実施例の熱交換パネルＰは良好な熱交換性能を備えていた。

この発明の熱交換器は、スマートフォンやパーソナルコンピュータ等のＣＰＵ回りや電池回りの発熱対策、液晶ＴＶ、有機ＥＬＴＶ、プラズマＴＶ等のディスプレイ回りの発熱対策、自動車のパワーモジュール回りや電池回りの発熱対策、スーパーコンピュータ等の定置発熱機の発熱対策に用いられる冷却器の他、床暖房や融雪等の吸熱対策に用いられる加熱器等に利用することができる。

１：流路形成シート
１５：熱交換流路
２： 被覆シート
２１：金属箔層
２２：シーラント層
２３：保護層
３：出入口
Ｌ：冷却液（熱交換媒体）
Ｐ：熱交換パネル（熱交換器）

Claims (7)

1. 中空状の熱交換流路が設けられ、かつ厚さ方向のスペーサとしての機能を有する流路形成シートと、
   金属箔層の内面側に樹脂製シーラント層が積層されたラミネート材によって構成され、かつ前記流路形成シートの表裏面にそれぞれ接合された表裏両側の被覆シートと、
   前記熱交換流路に対し熱交換媒体を流出入させるための出入口とを備え、
   前記流路形成シートは、金属ラミネート材、樹脂コート金属材のいずれかによって構成され、
   前記金属ラミネート材は、金属シートないし金属フィルムの両面に合成樹脂シートないし合成樹脂フィルムを接着積層したものであり、前記樹脂コート金属材は、金属シートないし金属フィルムの両面に合成樹脂をコートしたものであり、
   前記流路形成シートは、その少なくとも表裏面を構成する部分が、前記被覆シートの内面を構成する樹脂と同種の樹脂によって構成され、
   前記熱交換流路内を流通する熱交換媒体と、前記被覆シートの外面に配置された熱交換対象部材との間で熱交換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. 前記流路形成シートの表裏面の少なくともいずれか一方の面において、前記熱交換流路が開放されており、その開放面が、その開放面に対応する前記被覆シートによって閉塞されている請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記流路形成シートの表裏面において、前記熱交換流路が開放されており、その表裏両側の開放面が、前記表裏両側の被覆シートによって閉塞されている請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記被覆シートとしてのラミネート材は、前記金属箔層の外面側に積層された樹脂製の保護層を備えている請求項１～３のいずれか1項に記載の熱交換器。
5. 前記流路形成シートの少なくとも表裏面を構成する部分が、前記被覆シートのシーラント層と同種の樹脂によって構成されている請求項１～４のいずれか1項に記載の熱交換器。
6. 前記出入口が前記被覆シートに形成されている請求項１～５のいずれか1項に記載の熱交換器。
7. 前記出入口が前記流路形成シートの端面に形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。
   

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