JP7460483B2 - 発熱体冷却機構 - Google Patents

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Description

本発明は、発熱体冷却機構に関する。
発熱体と、発熱体と熱交換を行う冷却部と、を備える発熱体冷却機構が知られている。例えば、特許文献1には、発熱体としてのバッテリモジュールを、冷却部としてのウォータージャケットで冷却することが記載されている。
特開2019-106283号公報
しかしながら、この種の発熱体冷却機構では、発熱体の振動が冷却部に直接伝わると、冷却部が損傷する虞がある。
本発明は、発熱体の振動による冷却部の損傷を抑制できる発熱体冷却機構を提供する。
本発明は、
発熱体と、
前記発熱体を支持する支持部と、
前記発熱体と熱交換を行う冷却部と、を備える、発熱体冷却機構であって、
前記発熱体は、前記支持部に直接接触して支持され、
前記冷却部は、前記支持部に付勢により支持され、
前記支持部は、前記冷却部を付勢する付勢方向と平行な方向に延びる第1延出部を備え、
前記冷却部は、前記付勢方向と平行な方向に延びる第2延出部を備え、
前記第1延出部と前記第2延出部とが接続され、
前記発熱体と前記冷却部との間には伝熱材が配置され、前記発熱体と前記冷却部とは直接接触しない。
本発明によれば、発熱体の振動による冷却部の損傷を抑制できる。
本発明の一実施形態の発熱体冷却機構を示す斜視図である。 図1に示す発熱体冷却機構の支持部及び冷却部を示す斜視図である。 図2のA-A断面図である。 図2のB-B断面図である。 冷却部の他の配置例を示す平面図である。
以下、本発明の一実施形態について、図1~図4を参照して説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
[発熱体冷却機構]
図1及び図2に示すように、本発明の一実施形態の発熱体冷却機構1は、発熱体2と、
発熱体2を支持する支持部3と、発熱体2と熱交換を行う冷却部4と、冷却部4とラジエータ5との間で液状媒体を循環させる液状媒体循環路6と、を備える。発熱体冷却機構1は、例えば、エンジン自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車、電気自動車等の車両、船舶、航空機等の輸送機器に搭載され得る。
[発熱体]
図1に示すように、本実施形態の発熱体2には、第1発熱体2A、第2発熱体2B及び第3発熱体2Cが含まれ、それぞれ、大きさが異なる直方体の箱形状を有する。第1発熱体2A、第2発熱体2B及び第3発熱体2Cは、例えば、バッテリ、バッテリを制御するバッテリ制御装置、車両の自動運転を実現する自動運転デバイスである。
[支持部]
支持部3は、上下方向に所定の間隔を介して並設される複数の棚部31~33と、これらの棚部31~33を支持するフレーム部34と、を備える。本実施形態の支持部3は、3段の棚部31~33を備え、上段の棚部31の上面に第1発熱体2Aが配置され、下段の棚部33の上面に第2発熱体2Bが配置され、中段の棚部32に第3発熱体2Cが配置される。
棚部31、33は、冷却部4よりも熱伝導率が低い材料で形成されている。このようにすると、発熱体2の熱を冷却部4に積極的に熱を伝え、発熱体2と冷却部4との間で効率のよい熱交換を行うことができる。
[冷却部]
冷却部4は、熱伝導率が高い金属を材料とし、例えば押出成形により形成される板状の液冷装置であり、板状の冷却部本体41の内部には、液状媒体が通る複数のウォータージャケット42が並列に形成されている(図3及び図4参照)。本実施形態の冷却部4には、上段の棚部31に配置され、熱交換によって第1発熱体2Aを冷却する第1冷却部4Aと、下段の棚部33に配置され、熱交換によって第2発熱体2Bを冷却する第2冷却部4Bと、が含まれる。なお、本実施形態では、中段の棚部32に配置される第3発熱体2Cは冷却を必要としない装置を想定し中段の棚部32に冷却部4を配置していないが、中段の棚部32に冷却部4を配置するようにしてもよい。
上段の棚部31に配置される第1発熱体2Aの発熱量は、下段の棚部33に配置される第2発熱体2Bの発熱量よりも小さい。このような配置構成によれば、下段の棚部33に配置された第2発熱体2Bの熱が上昇して第1発熱体2Aに作用しても、第1発熱体2Aの発熱量は小さいので、第1発熱体2Aへの悪影響を抑制できる。
[液状媒体循環路]
図1に示すように、液状媒体循環路6は、ラジエータ5から排出される液状媒体を第1冷却部4Aの一端部に供給する第1冷却配管61と、第1冷却部4Aの他端部から排出される液状媒体を第2冷却部4Bの他端側に供給する第2冷却配管62と、第2冷却部4Bの一端側から排出される液状媒体をラジエータ5に戻す第3冷却配管63と、を備える。
[発熱体と支持部の接続構造]
各発熱体2A、2B、2Cは、それぞれ、支持部3の各棚部31~33に直接接触する態様で載置され、所定の固定具(図示せず)を介して各棚部31~33に固定される。
[発熱体と冷却部の接続構造]
第1冷却部4A及び第2冷却部4Bは、図3及び図4に示すように、棚部31、33に上下方向に貫通形成される冷却部配置孔31a、33aに配置されるとともに、上下方向に付勢された状態で棚部31、33に連結支持されている。なお、第1冷却部4A及び第2冷却部4Bと棚部31、33との接続構造は後述する。
第1冷却部4A及び第2冷却部4Bの上面には、伝熱材43が配置されている。伝熱材43は、例えば、熱伝導率が高い材料である。これにより、上方に付勢される第1冷却部4A及び第2冷却部4Bの上面は、伝熱材43を介して第1発熱体2A、第2発熱体2Bの下面に当接される。このような発熱体2と冷却部4の接続構造によれば、発熱体2と冷却部4との間には伝熱材43が配置され、発熱体2と冷却部4とは直接接触しないため、発熱体2の振動が冷却部4に直接伝わることはなく、冷却部4の損傷を抑制できる。さらに、伝熱材43に緩衝機能(弾性)を持たせることでより発熱体2の振動による冷却部4の損傷を抑制できる。
なお、第1発熱体2A及び第2発熱体2Bは、棚部31、33に支持され、第1冷却部4A及び第2冷却部4Bには静止状態において第1発熱体2A及び第2発熱体2Bの荷重が作用しないことが好ましい。第1発熱体2A及び第2発熱体2Bの荷重が作用しないように第1発熱体2A及び第2発熱体2Bと第1冷却部4A及び第2冷却部4Bとを離間させると第1冷却部4A及び第2冷却部4Bによる冷却効率が悪化するが、伝熱材43を介在させて伝熱材43と第1冷却部4A及び第2冷却部4Bとを接触させ、且つ、伝熱材43と第1発熱体2A及び第2発熱体2Bとを接触させることで第1発熱体2A及び第2発熱体2Bと第1冷却部4A及び第2冷却部4Bとの熱伝達が可能となる。
[支持部と冷却部の接続構造]
以下の説明では、便宜上、図2~4に示すように、上下方向、左右方向、前後方向を定義して説明するが、これらの方向は発熱体冷却機構1が搭載される輸送機器などの方向とは無関係である。図中、前方をFr、後方をRr、右側をR、左側をL、上方をU、下方をD、として示す。
支持部3は、冷却部4を接続するための構成として、複数の冷却部接続機構35を備える。各冷却部接続機構35は、ボルト351、カラー352、ワッシャ353、ナット354、ラバーマウント355及び第1延出部356を備えて構成される。また、冷却部4は、支持部3に接続するための構成として、冷却部本体41の両側部から左右方向に延びる複数の第2延出部44を備える。複数の第2延出部44は、それぞれ、冷却部接続機構35を介して支持部3に接続される。
ボルト351は、棚部31、33に形成されるざぐり穴31b、33bに上方から挿通される。ボルト351は、頭部351aがざぐり穴31b、33bの周縁部に係合することで、下方への抜けが規制され、軸部351bが棚部31、33から下方に延出する。ざぐり穴31b、33bにより、ボルト351の頭部351aが棚部31、33の上面以下に位置することで、第1発熱体2A及び第2発熱体2Bの荷重が棚部31、33に均一に作用する。ボルト351の軸部351bの外周部には、カラー352及びワッシャ353が装着され、ナット354によって抜止めされる。
ラバーマウント355は、リング状の緩衝部材であり、カラー352の外周部に装着され、ワッシャ353及びナット354によって下方への抜けが規制されている。ラバーマウント355は、外周部に環状の溝部355aを有し、この溝部355aに第1延出部356の環状部356aが嵌合している。
第1延出部356は、ラバーマウント355の溝部355aに嵌合する環状部356aと、左右方向において環状部356aから冷却部4の第2延出部44に向かって延びる第1延出基部356bと、上下方向において冷却部4の冷却部本体41から離れる方向である下方に延出する第1下方延出部356cと、第1延出基部356bと第1下方延出部356cとを接続する第1屈曲部356dと、を備える。
第2延出部44は、冷却部本体41から第1延出部356に向かって延びる第2延出基部44aと、上下方向において冷却部4の冷却部本体41から離れる方向である下方に延出する第2下方延出部44bと、第2延出基部44aと第2下方延出部44bとを接続する第2屈曲部44cと、を備える。
第1延出部356及び第2延出部44は、第1下方延出部356cと第2下方延出部44bとがリベットRを介して接続されている。
このような構成によれば、冷却部4は、緩衝部材として機能するラバーマウント355を介して支持部3に上下方向に付勢により支持される。これにより、発熱体2が振動して、発熱体の荷重が冷却部4に作用しても、冷却部4が支持部3に上下方向に付勢により支持されるので、振動による発熱体2の荷重を逃がすことができる。
また、支持部3は、緩衝部材として機能するラバーマウント355を介して冷却部4を支持するので、冷却部4の振動によって冷却部4と支持部3との間でおきる損傷を防止できる。また、ラバーマウント355は、支持部3側の冷却部接続機構35に設けられるので、冷却部4側に特殊な加工を施す必要がない。
また、第1延出部356は、ボルト351にラバーマウント355を介して取り付けられる。発熱体2を支持する棚部31、33と、第1延出部356が取り付けられたボルト351とを別部材とすることで、組付けが容易となる。
また、冷却部4の付勢方向である上下方向に延びる下方延出部356c、44b同士を接続することで、接続部の撓みを抑制できる。さらに、第1延出部356及び第2延出部44の屈曲部356d、44cには、直線形状から屈曲させた屈曲部356d、44cを直線形状に戻す方向ではなく、さらに屈曲させる方向に荷重が入力される。即ち、屈曲部356d、44cに対し変形に強い方向に発熱体2の荷重が入力される。したがって、第1延出部356及び第2延出部44の耐久性が向上する。
[冷却部の他の配置例]
図5に示すように、冷却部4は、左右に並べて配置することができる。このとき、複数の第2延出部44は、同一平面内で一方の冷却部4を他方の冷却部4に対し180°回転して配置したとき、一方の冷却部4の第2延出部44と他方の冷却部4の第2延出部44が干渉しないように、配置されていることが望ましい。このような第2延出部44の配置構成によれば、同一の構成の冷却部4を左右に配置しても、冷却部4の第2延出部44同士の干渉が防止されるので、2つの冷却部4を近接配置することが可能となる。
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
(1) 発熱体(発熱体2)と、
前記発熱体を支持する支持部(支持部3)と、
前記発熱体と熱交換を行う冷却部(冷却部4)と、を備える、発熱体冷却機構(発熱体冷却機構1)であって、
前記発熱体は、前記支持部に直接接触して支持され、
前記冷却部は、前記支持部に付勢により支持され、
前記発熱体と前記冷却部との間には伝熱材(伝熱材43)が配置され、前記発熱体と前記冷却部とは直接接触しない、発熱体冷却機構。
(1)によれば、発熱体と冷却部とが直接接触せず、発熱体と冷却部とは伝熱材を介して接続するため、発熱体の振動が冷却部に直接伝わることはなく、冷却部の損傷を抑制できる。また、伝熱材に緩衝機能を持たせることでより発熱体の振動による冷却部の損傷をさらに抑制できる。
(2) (1)に記載の発熱体冷却機構であって、
前記支持部は、緩衝部材(ラバーマウント355)を介して前記冷却部を支持する、発熱体冷却機構。
(2)によれば、支持部は、緩衝部材を介して冷却部を支持するので、冷却部の振動によって冷却部と支持部との間でおきる損傷を防止できる。
(3) (1)又は(2)に記載の発熱体冷却機構であって、
前記支持部は、前記冷却部を付勢する付勢方向と平行な方向に延びる第1延出部(第1延出部356)を備え、
前記冷却部は、前記付勢方向と平行な方向に延びる第2延出部(第2延出部44)を備え、
前記第1延出部と前記第2延出部と、が接続される、発熱体冷却機構。
(3)によれば、付勢方向に延びる延出部同士を接続することで、接続部の撓みを抑制できる。
(4) (3)に記載の発熱体冷却機構であって、
前記第1延出部及び前記第2延出部は、
互いに近づく方向に延びる延出基部(第1延出基部356b、第2延出基部44a)と、
前記付勢方向で前記冷却部から遠ざかる方向に延出する延出端部(第1下方延出部356c、第2下方延出部44b)と、
前記延出基部と前記延出端部とを接続する屈曲部(第1屈曲部356d、第2屈曲部44c)と、をそれぞれ備え、
前記延出端部同士が接続される、発熱体冷却機構。
(4)によれば、第1延出部及び第2延出部の屈曲部には、直線形状から屈曲させた屈曲部を直線形状に戻す方向ではなく、さらに屈曲させる方向に冷却部の振動による荷重が入力される。即ち、屈曲部に対し変形に強い方向に発熱体の荷重が入力されるため、第1延出部及び第2延出部の耐久性が向上する。
(5) (3)又は(4)に記載の発熱体冷却機構であって、
前記支持部は、
前記発熱体を支持する棚部(棚部31、33)と、
前記棚部から延出する前記第1延出部と、を備え、
緩衝部材を介して前記冷却部を支持し、
前記緩衝部材は、前記棚部と前記第1延出部との間に配置されている、発熱体冷却機構。
(5)によれば、冷却部側ではなく、支持部側に緩衝部材が配置されることにより、冷却部に特殊な加工を施す必要がない。
(6) (5)に記載の発熱体冷却機構であって、
前記棚部には、前記付勢方向に延びる棒状部材(ボルト351)が設けられ、
前記第1延出部は、前記棒状部材に前記緩衝部材を介して取り付けられている、発熱体冷却機構。
(6)によれば、発熱体を支持する棚部と、第1延出部が取り付けられた棒状部材とを別部材とすることができるので、組付けが容易となる。
(7) (1)から(6)のいずれかに記載の発熱体冷却機構であって、
前記支持部は、前記冷却部よりも熱伝導率が低い、発熱体冷却機構。
(7)によれば、発熱体から冷却部に積極的に熱を伝えることができる。
(8) (1)から(7)のいずれかに記載の発熱体冷却機構であって、
前記冷却部は、液状媒体を介して前記発熱体の冷却を行う液冷装置である、発熱体冷却機構。
(8)によれば、冷却部が液状媒体で冷却を行う液冷装置のため、発熱体と冷却部とを直接接触させないことで冷媒漏れなどの冷却部の破損を抑制できる。
(9) (1)から(8)のいずれかに記載の発熱体冷却機構であって、
前記支持部は、上下方向に少なくとも2段の棚部(棚部31、33)を備え、
前記発熱体は、前記2段の棚部のうち、上段の棚部(棚部31)に支持される第1発熱体(第1発熱体2A)と、下段の棚部(棚部33)に支持される第2発熱体(第2発熱体2B)と、を備え、
前記第1発熱体の発熱量は、前記第2発熱体の発熱量よりも小さい、発熱体冷却機構。
(9)によれば、下段の棚部に配置された第2発熱体の熱が上昇して第1発熱体に作用しても、第1発熱体の発熱量は小さいので、第1発熱体への悪影響を抑制できる。
(10) (3)から(6)のいずれかに記載の発熱体冷却機構であって、
前記冷却部は、
冷却部本体(冷却部本体41)と、
前記冷却部本体から左右に延びる複数の前記第2延出部と、を備え、
2つの前記冷却部を左右に並べて、且つ、同一面内で一方の前記冷却部を他方の前記冷却部に対し180°回転して配置したとき、前記一方の前記冷却部の前記第2延出部と前記他方の前記冷却部の前記第2延出部が干渉しないように、複数の前記第2延出部が配置されている、発熱体冷却機構。
(10)によれば、同一の構成の冷却部を左右に配置しても、冷却部の第2延出部同士の干渉が防止されるので、2つの冷却部を近接配置することが可能となる。
1 発熱体冷却機構
2 発熱体
2A 第1発熱体
2B 第2発熱体
3 支持部
31 棚部
33 棚部
351 ボルト
355 ラバーマウント
356 第1延出部
4 冷却部
41 冷却部本体
43 伝熱材
44 第2延出部

Claims (9)

  1. 発熱体と、
    前記発熱体を支持する支持部と、
    前記発熱体と熱交換を行う冷却部と、を備える、発熱体冷却機構であって、
    前記発熱体は、前記支持部に直接接触して支持され、
    前記冷却部は、前記支持部に付勢により支持され、
    前記支持部は、前記冷却部を付勢する付勢方向と平行な方向に延びる第1延出部を備え、
    前記冷却部は、前記付勢方向と平行な方向に延びる第2延出部を備え、
    前記第1延出部と前記第2延出部とが接続され、
    前記発熱体と前記冷却部との間には伝熱材が配置され、前記発熱体と前記冷却部とは直接接触しない、発熱体冷却機構。
  2. 請求項1に記載の発熱体冷却機構であって、
    前記支持部は、緩衝部材を介して前記冷却部を支持する、発熱体冷却機構。
  3. 請求項1又は2に記載の発熱体冷却機構であって、
    前記第1延出部及び前記第2延出部は、
    互いに近づく方向に延びる延出基部と、
    前記付勢方向で前記冷却部から遠ざかる方向に延出する延出端部と、
    前記延出基部と前記延出端部とを接続する屈曲部と、をそれぞれ備え、
    前記延出端部同士が接続される、発熱体冷却機構。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の発熱体冷却機構であって、
    前記支持部は、
    前記発熱体を支持する棚部と、
    前記棚部から延出する前記第1延出部と、を備え、
    緩衝部材を介して前記冷却部を支持し、
    前記緩衝部材は、前記棚部と前記第1延出部との間に配置されている、発熱体冷却機構。
  5. 請求項に記載の発熱体冷却機構であって、
    前記棚部には、前記付勢方向に延びる棒状部材が設けられ、
    前記第1延出部は、前記棒状部材に前記緩衝部材を介して取り付けられている、発熱体冷却機構。
  6. 請求項1からのいずれか一項に記載の発熱体冷却機構であって、
    前記支持部は、前記冷却部よりも熱伝導率が低い、発熱体冷却機構。
  7. 請求項1からのいずれか一項に記載の発熱体冷却機構であって、
    前記冷却部は、液状媒体を介して前記発熱体の冷却を行う液冷装置である、発熱体冷却機構。
  8. 請求項1からのいずれか一項に記載の発熱体冷却機構であって、
    前記支持部は、上下方向に少なくとも2段の棚部を備え、
    前記発熱体は、前記2段の棚部のうち、上段の棚部に支持される第1発熱体と、下段の棚部に支持される第2発熱体と、を備え、
    前記第1発熱体の発熱量は、前記第2発熱体の発熱量よりも小さい、発熱体冷却機構。
  9. 請求項から6のいずれか一項に記載の発熱体冷却機構であって、
    前記冷却部は、
    冷却部本体と、
    前記冷却部本体から左右に延びる複数の前記第2延出部と、を備え、
    2つの前記冷却部を左右に並べて、且つ、同一面内で一方の前記冷却部を他方の前記冷却部に対し180°回転して配置したとき、前記一方の前記冷却部の前記第2延出部と前記他方の前記冷却部の前記第2延出部が干渉しないように、複数の前記第2延出部が配置されている、発熱体冷却機構。
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