JP7463259B2 - 冷却装置 - Google Patents
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Description
図1に示すように、電池モジュールは、複数の電池セル6を直列接続して組み合わせている。ここでは電池セル6を6個だけ示すが、必要数だけ組み合わされる。各電池セル6の側部(X1側)には、電池セル6をまとめて冷却するための冷却装置1が配設される。電池セル6と冷却装置1は、保持枠2によって一体化される。
図1~3に示すように冷却装置1は、2枚の鋼板1a、1bの周縁部が面合わせで溶接結合されて一つの密封空間が形成され、その密封空間内に冷媒としてのハイドロフルオロカーボン(HFC)が充填されて冷媒充填室10が構成されている。鋼板1aの冷媒充填室10を形成する領域の一部には、複数の凹部11aが形成されて凹凸面11が形成されている。各凹部11aは、鋼板1aが円形スポット状に鋼板1bに向けて窪まされて、各凹部11aの底部が鋼板1bに溶接接合された接合部12を有する。ここで、鋼板1a、1bが、本発明における冷媒充填室10における「伝熱板」に相当する。
冷媒充填室10の鋼板1a、1bにおける冷媒が充填される側である内壁面20について説明する。内壁面20は、重力方向に沿った上下方向(Z方向)の部位のうち、冷媒の沸騰により発生する気泡が滞留する部位に応じて濡れ性改善のための表面改質加工が施されている。図3、4に示すように、内壁面20における濡れ性改善のための表面改質加工は、レーザー照射によるディンプル30による凹凸加工が施されている。また、表面改質加工は、図4に示したレーザー照射によるディンプル30以外にも、図5に示すように微細な溝40を線形状、格子形状にするものでもよいし、またこれらディンプル30、溝40による線形状、格子形状の組み合わせであってもよい。
本実施形態の冷却装置1は、縦型に配置されて電池セル6の側方から冷却する沸騰冷却方式である。そのため、冷媒の沸騰により発生した気泡が上方(Z1方向)へと上昇する。ここで、冷媒の液面内で発生した気泡は、接合部12(凹部11a)を回り込んで、接合部12の上で気泡が集まり、対流してしまう。この気泡が滞留した部位は、限界熱流速が低下して冷却効率の低下が懸念される。そのため、接合部12(凹部11a)周りの内壁面20は、濡れ性改善のための表面改質加工が施されている。ここで、濡れ性の設定関係は、下方内面20a<中間内面20b<上方内面20cである。そのため、接合部12の上方の上方内面20cに滞留した気泡を素早く濡らすことで冷却性能の低下を抑制することができる。また、濡れ性の設定は、下方に向かうほど低く設定することで、必要以上に気泡を発生させず、冷却効率の均一化が図ることができる。そのため、冷却装置全体としての冷却性能、冷却効率を向上させることができる。また、表面改質加工は、レーザーを使った表面処理、表面改質方法である。そのため、液剤による表面処理であると、複数工程を経る必要があったところ一回の工程で表面改質加工をすることができる。また、液剤では、部分的、局所的な部位の表面処理が困難であるが、レーザーによれば部分的、局所的な部位の表面処理も容易となる。また、レーザー条件を変化させることで、超親水(接触角5度以下)の処理も可能となるし、濡れ性を超親水から親水までコントロールすることが容易となる。
冷却装置として、電気自動車に用いられる電池モジュールの冷却構造を例示して説明したが、種々の発熱する機器に適用することができる。例えば、家庭電力供給用電池、自動車以外の乗物用電池等に適用してもよい。また、本実施形態では、各電池セルは、直列接続されている一つの電池モジュールを構成するものを示したが、各電池セルが並列接続されるもの、直列、並列が組み合わされるものであってもよい。
なお、最後に上述の「課題を解決するための手段」における第1発明以降の各発明に対応する上記実施形態の作用効果を付記しておく。
1a 鋼板(伝熱板)
1b 鋼板(伝熱板)
2 保持枠
3 凝縮器
4 流路
5 流路
6 電池セル
8 熱伝導体
10 冷媒充填室
11 凹凸面
11a 凹部
11k 液位
12 接合部
13 底面
16 冷媒流出路
18 冷媒流入路
20 内壁面
20a 下方内面
20b 中間内面
20c 上方内面
30 ディンプル
40 溝
Claims (7)
- 発熱する機器の熱を受けて気化される冷媒が充填される冷媒充填室が前記機器の側方に配設され、前記冷媒充填室における伝熱板を介して沸騰伝熱により冷却する沸騰冷却方式の冷却装置であって、
前記冷媒充填室の伝熱板における冷媒が充填される側である内壁面は、重力方向に沿った上下方向の部位のうち、前記冷媒の沸騰により発生する気泡が滞留する部位に応じて濡れ性改善のための表面改質加工が施されており、
前記内壁面は、重力方向に沿った上下方向のうち相対的に、底面側に位置する前記内壁面よりも、前記冷媒の液面側に位置する前記内壁面の方が濡れ性が高く設定されている冷却装置。 - 発熱する機器の熱を受けて気化される冷媒が充填される冷媒充填室が前記機器の側方に配設され、前記冷媒充填室における伝熱板を介して沸騰伝熱により冷却する沸騰冷却方式の冷却装置であって、
前記冷媒充填室の伝熱板における冷媒が充填される側である内壁面は、重力方向に沿った上下方向の部位のうち、前記冷媒の沸騰により発生する気泡が滞留する部位に応じて濡れ性改善のための表面改質加工が施されており、
前記冷媒充填室は、内部圧力による膨張変形を抑制するように、対向される前記伝熱板同士を部分的に接合する接合部を有し、
重力方向に沿った上下方向のうち、前記接合部より上方側の前記内壁面が、前記接合部より下方側の前記内壁面よりも濡れ性が高く設定されている冷却装置。 - 請求項1に記載の冷却装置であって、
前記冷媒充填室は、内部圧力による膨張変形を抑制するように、対向される前記伝熱板同士を部分的に接合する接合部を有し、
重力方向に沿った上下方向のうち、前記接合部より上方側の前記内壁面が、前記接合部より下方側の前記内壁面よりも濡れ性が高く設定されている冷却装置。 - 請求項2または請求項3に記載の冷却装置であって、
前記接合部は、複数個備えられ、それらが前記伝熱板に沿って千鳥配置されている冷却装置。 - 請求項2から請求項4のいずれかに記載の冷却装置であって、
前記接合部は、水平方向に複数個が並ぶと共に重力方向に複数列が配置されており、
前記冷媒の液面よりも下方に位置する接合部の周囲の前記内壁面は、
前記接合部の水平方向側方の前記内壁面の濡れ性の設定に対して、前記接合部より上方側の前記内壁面が濡れ性が高く設定され、
前記接合部の水平方向側方の前記内壁面の濡れ性の設定に対して、前記接合部より下方側の前記内壁面が濡れ性が低く設定されている冷却装置。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の冷却装置であって、
前記内壁面における濡れ性改善のための表面改質加工は、レーザーによるディンプル、線形状、格子形状のいずれか又はこれらの組み合わせによる凹凸加工が施されている冷却装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の冷却装置であって、
前記発熱する機器として、複数の電池セルを組み合わせて一つの電池が構成された電池モジュールを冷却する冷却装置。
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