KR20140116370A

KR20140116370A - 열 수송 장치

Info

Publication number: KR20140116370A
Application number: KR20147008983A
Authority: KR
Inventors: 다케시 히라사와; 마사미 이케다; 유이치 기무라; 마모루 시마다; 도시아키 나카무라
Original assignee: 후루카와 덴끼고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-10-02
Also published as: US20140367074A1; JPWO2013111815A1; KR20190112831A; EP2808639A1; WO2013111815A1; CN103946661A; EP2808639A4

Abstract

열 수송 수단으로서 히트 파이프를 구비한 열 수송 장치에 있어서, 작동액의 융점 이하라는 저온의 상황 하에서도, 작동액의 응축에 의한 열 수송 효율의 저하를 매우 억제하는 것이 가능한 열 수송 장치를 제공한다. 온도 조절해야 할 대상에 열적으로 접속되는 열 수송 장치에 있어서, 복수의 히트 파이프(3)를 열 수송 방향에 따라 열 접속함으로써 열 수송 경로가 구성되어 있으며, 상기 복수의 히트 파이프(3) 중의 적어도 1개의 히트 파이프의 작동액의 융점 이하의 환경 하에서 사용되는 것을 특징으로 하는 열 수송 장치.

Description

열 수송 장치{HEAT TRANSPORT APPARATUS}

본 발명은 열 수송 장치에 관한 것으로, 특히, 열 수송 수단으로서의 히트 파이프를 이용한 열 수송 장치에 관한 것이다.

히트 파이프는 다양한 전자 부품의 냉각이나 가열 시의 열 수송 수단으로서 사용되고 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1에는, 발열 소자와 방열 핀과의 사이에, 열 수송 수단으로서의 히트 파이프를 마련하는 것을 개시하고 있다.

또한, 복수의 히트 파이프를 열 수송 방향을 따라 열 접속하는 것도 알려져 있다. 예를 들어, 특허 문헌 2에는, 열 수송 성능이 극단적으로 저하하는 한계 길이를 초과할 일이 없는 복수의 평판 모양 히트 파이프를 접합 열 저항이 작은 수단으로 서로 접속하여, 그 합계 전체 길이에 의해 희망하는 길이가 얻어지는 접속 구조체로 하는 것이 개시되어 있다.

또한, 특허 문헌 3에는, 일단에 축소부가 형성되고, 또한 이 축소부의 선단에 연속 모양으로 작동 유체 주입용의 노즐부가 형성된 복수 개의 히트 파이프 단위가 그 대응 단부끼리를, 상기 평탄부에서 밀접 상태로 접합된 것에 의해 교대로 연속 접속되는 접속형 히트 파이프가 개시되어 있다.

그러나, 이들 문헌에는, 히트 파이프를 작동액이 융점 이하인 온도의 환경 하에서 사용하는 것에 관한 기재는 없다.

작동액의 동결에 의한 열 수송 효율의 저하를 고려한 기술로서는, 특허 문헌 4 및 5에 개시가 있다. 이들 문헌에 기재된 발명에서는, 일부의 히트 파이프에 접속하는 핀의 매수를 다른 히트 파이프보다 적게 하는 등의 수단에 의해, 일부의 히트 파이프의 응축 능력을 저하시킴으로써, 저온 하에서도 이 일부의 히트 파이프가 확실히 작동하도록 구성되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허출원공개 제2006-310739호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 제4069302호 공보 특허 문헌 3 : 일본 실개소61-84382호 공보 특허 문헌 4 : 일본 특허출원공개 제2001-267773호 공보 특허 문헌 5 : 일본 특개평07-190655호 공보

본 발명은 열 수송 수단으로서 히트 파이프를 구비한 열 수송 장치에서, 작동액이 융점 이하라고 하는 저온의 상황 하에서도, 작동액의 동결에 의한 열 수송 효율의 저하를 매우 억제하는 것이 가능한 열 수송 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이하의 구성을 채용하였다.

즉, 본 발명의 제 1 양태는, 온도 조절해야 할 대상에 열적으로 접속되는 열 수송 장치에 있어서, 복수의 히트 파이프를 열 수송 방향에 따라 열 접속함으로써 열 수송 경로가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열 수송 장치이다. 그리고, 이 열 수송 장치는 바람직하게는, 상기 복수의 히트 파이프 중에서 적어도 1개의 히트 파이프의 작동액이 융점 이하인 환경 하에서 사용된다.

본 발명의 제 2 양태는, 열 수송 경로의 일단이 온도 조절 기구와 열적으로 접속되어 있고, 상기 일단의 열 수송 능력이 타단의 열 수송 능력보다도 커지도록, 히트 파이프의 종류 및/또는 개수가 선택되어 있는 상기 열 수송 장치이다.

본 발명의 제 3 양태는, 또한, 상기 복수의 히트 파이프의 적어도 1개와 열적으로 접속된 히터를 구비하고 있는 상기 열 수송 장치에 관한 것이다.

본 발명의 제 4 양태는, 상기 열 수송 경로의 일부 또는 전체가 상기 복수의 히트 파이프 및 상기 온도 조절해야 할 대상에 열적으로 접속가능한 수용 부재에 수용되어 있는 상기 열 수송 장치이다.

본 발명의 제 5 양태는, 상기 복수의 히트 파이프 중에서 적어도 1개의 히트 파이프의 작동액의 융점이 다른 히트 파이프의 융점과 상이한 것을 특징으로 하는 상기 열 수송 장치이다.

본 발명의 제 6 양태는, 단부 측면끼리를 열 접속함으로써 서로 이웃하는 히트 파이프가 열 접속되어 있는 상기 열 수송 장치이다.

본 발명의 제 7 양태는, 선단 단면끼리를 열 접속함으로써 서로 이웃하는 히트 파이프가 열 접속되어 있는 상기 열 수송 장치이다.

본 발명의 제 8 양태는, 온도 조절해야 할 대상이 복수인 상기 열 수송 장치이다.

본 발명의 제 9 양태는, 온도 조절해야 할 대상이 복수의 배터리 셀인 상기 열 수송 장치이다.

본 발명에 의하면, 복수의 히트 파이프를, 열 수송 방향에 따라 열 접속함으로써 열 수송 경로가 구성되어 있으므로, 작동액이 융점 이하라고 하는 저온의 상황 하에서도, 작동액의 동결에 의한 열 수송 효율의 저하를 매우 억제하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 열 수송 장치를, 온도 조절해야 할 대상으로서의 배터리 셀 군과 열 접속한 상태의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 열 수송 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 열 수송 장치에서의 히트 파이프의 배치를 나타내는 상면도이다.
도 4는 도 1의 열 수송 장치에서의 히트 파이프의 접속부를 나타내는 사시도이다.
도 5는 히트 파이프의 접속부의 다른 형태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 히트 파이프의 접속부의 다른 형태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 열 수송 장치에서의 히트 파이프의 배치의 다른 형태를 나타내는 상면도이다.
도 8은 열 수송 장치에서의 히트 파이프의 배치의 다른 형태를 나타내는 상면도이다.
도 9는 본 발명의 열 수송 장치를, 온도 조절해야 할 대상으로서의 배터리 셀 군(배터리 요소)과 열 접속한 상태의 사시도를 나타낸다.
도 10은 도 9의 열 수송 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
도 11은 도 9의 열 수송 장치의 단면도를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 열 수송 장치를, 온도 조절해야 할 대상으로서의 배터리 셀 군(배터리 요소)과 열 접속한 상태의 사시도를 나타낸다.
도 13은 도 13의 열 수송 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 열 수송 장치를 구비한 배터리 온도 조절 장치의 사시도이다.
도 15는 도 14의 장치의 상면도이다.
도 16은 냉각 유닛(30)의 분해 사시도를 나타낸다.
도 17은 냉각 유닛(30)의 단면도를 나타낸다.

이하, 본 발명을 실시 형태에 입각하여 상세하게 설명한다.

[실시 형태 1]

도 1은 본 발명의 열 수송 장치를, 온도 조절해야 할 대상으로서의, 복수의 배터리 셀(21)로 이루어진 배터리 셀 군(20)과 열 접속한 상태의 사시도를 나타낸다. 도 2는 도 1의 열 수송 장치의 분해 사시도를 나타낸다. 도 3은 도 1의 열 수송 장치에서의 히트 파이프의 배치 양태를 나타내는 상면도이다. 또한, 도 4는 도 1의 열 수송 장치에서의 히트 파이프의 접속부를 나타내는 사시도이다.

열 수송 장치(10)는 각각, 병렬 배치된 복수의 단면이 대략 직사각형 형상인 히트 파이프(3)로 이루어진 군(1a ~ 1g)을 구비하고 있다. 군(1a ~ 1g)은 각각 복수(본 예에서는 7개)의 히트 파이프(3)를 병렬 배치하여 이루어진다. 군(1a)의 단부 및 군(1b)의 단부는 열적으로 접속되어 있다.

마찬가지로, 군(1b) 및 군(1c), 군(1c) 및 군(1d), 군(1d) 및 군(1e), 군(1e) 및 군(1f), 및, 군(1f) 및 군(1g)이 각각 열적으로 접속되어 있다.

이와 같이 하여, 열 수송 방향(A)에 따라, 히트 파이프(3)의 단부를 순차적으로 열 접속하여 나감으로써, 열 수송 경로가 연장되어 있다. 더구나, 본 예에서, 군(1a) ~ 군(1g)을 구성하는 히트 파이프(3)는 각각 동일 형상ㆍ동일 작동액의 것이지만, 상이한 형상ㆍ작동액의 것을 이용하여도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.

계속해서, 히트 파이프(3)의 열 수송 방향의 접속 방법에 대하여 설명한다. 도 4의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 본 예에서는, 히트 파이프(3a)의 단부 측면과 히트 파이프(3b)의 단부 측면, 히트 파이프(3b)의 단부 측면과 히트 파이프(3c)의 단부 측면, 히트 파이프(3c)의 단부 측면과 히트 파이프(3d)의 단부 측면, 히트 파이프(3d)의 단부 측면과 히트 파이프(3e)의 단부 측면, 히트 파이프(3e)의 단부 측면과 히트 파이프(3f), 및 히트 파이프(3f)의 단부 측면과 히트 파이프(3g)의 단부 측면이 각각 열 접속되어 있다. 이것에 의해, 히트 파이프(3a ~ 3g)의 합계 7개가 열 수송 방향(A)에 따라 열 접속되어 있다. 히트 파이프(3)의 접속 방법으로서는, 도 4의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같은, 폭이 좁은 면의 단부끼리의 접속에 한정되지 않고, 도 5의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 폭이 넓은 면의 단부끼리를 접속하여도 좋다. 또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 접속부의 일부에 열 저항 부재(5)를 마련함으로써, 열 수송 경로의 일부의 열 수송 속도를 조절하여도 좋다. 열 저항 부재로서는, 써멀 시트, 땜납, 금속판 등, 그 두께나 비열 등의 물성, 형상 등으로 열 저항값이나 열 전도 속도를 조정할 수 있는 것이 열거될 수 있다.

상기의 히트 파이프(3)는 예를 들어, 구리(銅), 알루미늄 등의 열 전도성이 뛰어난 금속제 또는 상기 금속으로 이루어진 합금제인 밀폐된 컨테이너의 내부에, 작동액이 감압 상태로 봉입되어 이루어진다. 컨테이너의 형상에는, 본 실시 형태의 단면이 대략 직사각형 형상 외에, 단면이 편평한 모양인 형, 환형, 판상형 등이 있다. 히트 파이프에는, 컨테이너 내면에, 금속 와이어의 메쉬나 코일, 다공성 금속 등에 의해 위크를 형성한 것이나, 컨테이너 내면에 그루브 가공(홈 가공)을 한 것이 있다. 또한, 히트 파이프(3)의 내부에는, 작동액의 유로가 되는 공간이 마련되어 있다. 이 공간에 수용된 작동액이 증발(수열부)ㆍ응축(방열부)의 상변화와 내부 이동을 하는 것에 의해 열 수송이 행해진다. 작동액으로서는, 특히 제한되는 것은 아니지만, 물, HCFC-22 등의 하이드로클로로 플루오르카본, HFCR134a, HFCR407C, HFCR410A, HFC32 등의 하이드로 플루오르카본, HFO1234yf 등의 하이드로 플루오르올레핀, 탄산 가스, 암모니아, 및 프로판 등이 열거될 수 있다. 이들 중에서도, 성능 및 지구 환경에의 영향을 고려하면, 물이나 탄산 가스, 하이드로 플루오르올레핀 등이 바람직하다.

군(1a) ~ 군(1g)을 구성하는 합계 49개의 히트 파이프(3)는 수용 부재(2)에 수용되어 있다. 수용 부재(2)는 수용 용기(2a)와, 평판 상의 덮개(2b)로 구성되어 있고, 배터리 셀 군(20) 및 히트 파이프(3)와 열 접속되어 있다. 수용 부재(2)의 재질로서는, 특히 제한은 없지만, 양호한 열 전도성을 고려하면, 적어도 온도를 조절해야 할 대상이나 온도 조절 기구와의 접속부에는, 구리, 알루미늄 등의 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 예에서는, 배터리 셀 군(20) 및 수용 부재(2)와의 사이에, 열 전도성이 양호한 시트(30)가 그 사이에 삽입되어 있다. 이와 같은 시트(30)의 재질로서는, 특히 제한은 없지만, 실리콘이나 아크릴 고무를 주성분으로 한 소위 써멀 시트, 열 전도 그리스, 퍼티 등이 열거될 수 있다. 또한, 덮개(2b)의 단부에는, 온도 조절 기구(40)(본 예에서는, 히터)가 열적으로 접속되어 있다.

다음으로, 상기한 열 수송 장치(10)의 동작에 대하여, 물을 작동액으로 한 경우에 대해 설명한다. 리튬 이온 2차 전지 등의 배터리(21)는 적절한 사용 온도 범위가 있으며, 저온(0 ℃ 이하 등) 조건 하에서 출력이 저하하는 것이 알려져 있다. 따라서, 이와 같은 조건 하에서 적절한 작동을 행하기 위해서는, 배터리를 미리 가온하여, 적절한 사용 온도까지 승온시킬 필요가 있다. 상기 열 수송 장치(10)는, 히트 파이프(3)에 의한 열 수송 경로가 구축되어 있으므로, 히터(40)로부터의 열을 효율적으로 배터리 셀(21)에 수송할 수가 있다.

또한, 긴 열 수송 경로(예를 들어, 50 cm 초과, 특히 60 cm 이상의 열 수송 경로(상한으로서는 2 m 이하가 바람직하다))를, 1개의 길이가 긴 히트 파이프로 구성하면, 이 히트 파이프의 작동액의 동결에 의한 열 수송 효율의 저하의 문제가 생길 수 있다. 즉, 히터(40)(발열부)의 근처에서는, 히터(40)의 열로 녹인 작동액이 증기로 되어 히트 파이프 내부를 저온부를 향해 이동하지만, 이 증기가 저온부에서 냉각되어 동결하여 버려서, 발열부에 환류하지 않고 발열부 근처의 작동액이 고갈한다고 하는 문제가 생길 수 있다.

본 발명에서는, 열 수송 방향(A)에 따라 복수(본 예에서는 합계 7개)의 히트 파이프(3)를 열 접속하고 있으므로, 1개의 길이가 긴 히트 파이프를 사용하여 열 수송하는 경우와 비교하여, 히트 파이프의 동결에 의한 열 수송 효율의 저하를 방지할 수가 있다. 즉, 길이가 짧은 히트 파이프의 경우에는, 비록 작동액이 동결하는 것과 같은 상황에서도 컨테이너나 위크 부분에서 열전도가 이루어지기 때문에, 가열에 의해 작동액의 동결을 막는 것이 가능하다. 또한, 길이가 짧은 히트 파이프가 복수로 열 접속되어 있음으로써, 열원으로부터 먼 히트 파이프도 작동시키는 것이 가능하게 되어, 장거리의 열 수송이 가능하게 된다. 이 효과는, 미동결의 히트 파이프뿐만 아니라, 이미 동결해 버리고 있는 열 수송 경로에 대하여도 유효하며, 길이가 짧은 히트 파이프가 컨테이너나 위크 부분의 열 전도로 해동되고, 기능을 회복함으로써 열 수송 방향에 있는 다음의 히트 파이프에 양호하게 열을 전달하는 것이 가능하게 되어, 순차적으로 히트 파이프의 기능이 회복하여 감으로써, 최종적으로는 경로 전체에서 양호한 열 수송이 회복된다. 더구나, 이와 같은 동결의 문제를 고려하면, 히트 파이프(3)의 길이는 바람직하게는, 50 cm 이하, 특히 바람직하게는, 40 cm 이하, 더욱 바람직하게는, 30 cm 이하의 길이가 바람직하다.

또한, 온도 조절 기구로서 히터(40)에 더하여 냉각 기구를 열 수송 장치에 접속하면, 배터리 과열 시에는, 히트 파이프(3)에 의해 배터리의 열을 냉각 기구에 효율적으로 수송할 수가 있다. 이와 같은 냉각 기구는 히터(40)와 일체로 되어 있어도 좋고, 히터(40)와는 별도로 접속하여도 좋다.

상기의 예에서는, 7개의 히트 파이프로 이루어진 군(1a ~ 1g)을 배치하고 있지만, 이와 같은 배치에 한정되지 않고, 여러 가지의 배치가 가능하다. 또한, 복수의 히트 파이프(3)는 반드시 동일하지 않아도 좋고, 형상(길이, 굵기)이나 작동액이 상이한 것을 함께 이용하여도 좋다.

예를 들어, 도 7에 나타내는 예에서는, 열 수송 경로의 일단을 구성하는 히트 파이프(3a)의 개수가 최대이며, 열 수송 경로의 타단을 구성하는 히트 파이프(3d)의 밀도가 최소로 되도록 히트 파이프(3)가 배치되어 있다. 열 수송 경로의 중간부(상기 일단 및 타단의 사이)에서는, 히트 파이프의 접합부를 제외하고, 열 수송 경로의 일단으로부터 타단으로 감에 따라 히트 파이프의 개수는 증가하고 있지 않다(열 수송 능력이 증대하지 않는다). 이와 같은 예에서는, 히트 파이프 밀도가 높은 측(3a 측)을 냉각 기구 등의 온도 조절 기구에 열 접속하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 냉각 기구 측에 가까워짐에 따라 증대하는 열 수송량에도 충분히 대응할 수가 있다.

또한, 도 8에 나타내는 예에서는, 열 수송 경로의 일단을 구성하는 히트 파이프(3e)의 길이가 최장이며, 열 수송 경로의 타단을 구성하는 히트 파이프(3a)의 길이가 최단으로 되어 있다. 이와 같은 예에서는, 짧은 히트 파이프 측(타단, 3a 측)을 냉각 기구 등의 온도 조절 기구에 접속하는 것이 바람직하다. 히트 파이프는, 길이가 짧을수록 열 수송 능력이 높아지는 것으로부터, 이 예에서도, 냉각 기구 측에 가까워짐에 따라 증대하는 열 수송량에도 충분히 대응할 수가 있다.

또한, 상기의 예에서는, 온도 조절 기구(40)로서 히터를 사용하는 예를 설명하였지만, 히터를 반드시 열 수송 기구에 접속할 필요는 없고, 예를 들어, 열 수송 장치(10)에 접속된 배터리 셀 중의 일부의 배터리 셀을 구동시키고, 그 발열에 의해, 열 수송 장치에 접속된 다른 배터리 셀을 가온하는 구성으로 하여도 좋다.

이와 같은 예에서는, 온도 조절 기구(40)를 반드시 접속할 필요는 없지만, 냉각 기구로서의 온도 조절 기구(40)를 열 수송 장치(10)에 접속하여도 좋다. 또한, 냉각 기구에 가까운 히트 파이프(3)의 접속부(예를 들어, 도 2의 히트 파이프(3a와 3b)의 접속부)에서, 상술한 열 저항 부재를 마련함으로써, 배터리 셀(21)의 가온 시에 있어서 열이 냉각 기구까지 수송됨으로써 생기는 열 손실을 억제할 수가 있다.

더구나, 상술한 히터로서는, 특히 제한은 없지만, 전열 히터, 펠티어 소자 등이 열거될 수 있고, 냉각 기구로서는, 핀, 수냉 기구, 히트 펌프 등이 열거될 수 있다. 또한, 상기 예에서는, 히트 파이프(3)의 작동액이 동일한 경우를 상정하여 설명하였지만, 상이한 작동액의 히트 파이프를 조합하여 사용하여도 좋다. 또한, 히트 파이프는, 단부 측면끼리를 접속하는 것 대신에, 선단면끼리를 접속하여도 좋다. 온도 조절해야 할 대상으로는, 배터리 셀에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 열 수송 장치는 냉각 및/또는 가온을 필요로 하는 모든 기계, 기구, 디바이스 등에 적용할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 특히, 사용 온도가 0 ℃ 이하로 되는 것을 상정한, 한랭지 사양의 기계, 기구, 디바이스 등, 예를 들어, 자동차용 배터리 등의 온도 조절에 매우 적합하다.

[실시 형태 2]

다음으로, 본 발명의 다른 실시 형태를 설명한다. 도 9는 본 발명의 열 수송 장치를, 온도 조절해야 할 대상으로서의, 복수의 배터리 셀(21)로 이루어진 배터리 셀 요소(20A)와 열 접속한 상태의 사시도를 나타낸다. 도 10은 도 9의 열 수송 장치의 분해 사시도를 나타낸다. 도 11은 도 9의 열 수송 장치의 단면도를 나타낸다.

본 실시 형태에서는, 열 수송 장치는, 복수의 배터리를 나란히 놓아 이루어지는 배터리 요소(20A)의 사이에 삽입되어 있다. 더구나, 배터리 요소(20A)는 하나의 배터리 셀로 이루어져 있어도 좋다.

열 수송 장치(10')는 각각, 병렬 배치된 복수의 단면이 대략 직사각형 형상인 히트 파이프(3)로 이루어진 군(11a ~ 11c) 및 단부에 배치된 히트 파이프3(11d)을 구비하고 있다.

실시 형태 1과 마찬가지로, 열 수송 방향(A)에 따라, 히트 파이프(3)의 단부를 순차적으로 열 접속하여 나감으로써, 열 수송 경로가 연장되어 있다. 더구나, 본 예에서, 군(11a) ~ 군(11d)을 구성하는 히트 파이프(3)는 각각 동일 형상ㆍ동일 작동액의 것이지만, 상이한 형상ㆍ작동액의 것을 이용하여도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

히트 파이프(3)끼리의 접속 방법에 대해서는, 도 4와 마찬가지의 형태이지만, 실시 형태 1과 마찬가지로, 도 5나 도 6에 나타내는 것과 같은 양태의 접속 방법이어도 좋다. 히트 파이프(3)에 대하여도, 실시 형태 1에서 설명한 여러 가지의 구조 등의 것을 사용할 수가 있다.

군(11a) ~ 군(11d)을 구성하는 합계 7개의 히트 파이프(3)는 수용 부재(2)에 수용되어 있다. 수용 부재(2)는 2매의 평판 상의 플레이트(2c)로 구성되어 있고, 배터리 셀(21) 및 히트 파이프(3)와 열 접속되어 있다. 수용 부재(2)의 재질로서는, 특히 제한은 없지만, 양호한 열 전도성을 고려하면, 적어도 온도를 조절해야 할 대상이나 온도 조절 기구와의 접속부에는, 구리, 알루미늄 등의 금속을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 플레이트(2c)의 단부에는, 온도 조절 기구(40)가 열적으로 접속되어 있다. 온도 조절 기구(40)는 본 예에서는, 히터(특히, PTC 히터)(12)이다. 본 예와 같은 경우, 시트 모양의 PTC 히터를 사용하면, 온도 조절 기구(40)를 플레이트(2c) 사이에 수용할 수가 있고, 온도 제어 장치도 불필요해지므로, 장치 전체를 소형화할 수가 있다.

다음으로, 상기의 열 수송 장치(10')의 동작에 대하여, 물을 작동액으로 한 경우에 대해 설명한다. 리튬 이온 2차 전지 등의 배터리에는, 적절한 사용 온도 범위가 있으며, 저온(0 ℃ 이하 등) 조건 하에서 출력이 저하하는 것이 알려져 있다. 따라서, 이와 같은 조건 하에서 적절한 작동을 행하기 위해서는, 배터리를 미리 가온하여, 적절한 사용 온도까지 승온시킬 필요가 있다. 상기 열 수송 장치(10')는 히트 파이프(3)에 의한 열 수송 경로가 구축되어 있으므로, 히터(40)로부터의 열을 효율적으로 배터리 셀(21)에 수송할 수가 있다. 더구나, 본 예에서는, 히터(40)를 구비하도록 구성하였지만, 실시 형태 1과 마찬가지로, 예를 들어, 열 수송 장치(10)에 접속된 배터리 셀 중에서 일부의 배터리 셀을 구동시키고, 그 발열에 의해, 열 수송 장치에 접속된 다른 배터리 셀을 가온하는 구성으로 하여도 좋다.

또한, 긴 열 수송 경로(예를 들어, 50 cm 초과, 특히 60 cm 이상의 열 수송 경로(상한으로서는 2 m 이하가 바람직하다))를, 한 개의 길이가 긴 히트 파이프로 구성하면, 이 히트 파이프의 작동액의 동결에 의한 열 수송 효율의 저하의 문제가 생길 수 있다. 즉, 히터(12)(발열부)의 근처에서는, 히터(12)의 열로 녹은 작동액이 증기로 되어 히트 파이프 내부를 저온부를 향해 이동하지만, 이 증기가 저온부에서 냉각되어 동결하여 버려서, 발열부에 환류하지 않고 발열부 근처의 작동액이 고갈한다고 하는 문제가 생길 수 있다.

본 발명에서는, 열 수송 방향(A)에 따라 복수(본 예에서는 합계 4개)의 히트 파이프(3)를 열 접속하고 있으므로, 1개의 길이가 긴 히트 파이프를 사용하여 열 수송하는 경우와 비교하여, 히트 파이프의 동결에 의한 열 수송 효율의 저하를 방지할 수가 있다. 즉, 길이가 짧은 히트 파이프의 경우에는, 비록 작동액이 동결하는 것과 같은 상황에서도 컨테이너나 위크 부분에서 열 전도가 이루어지기 때문에, 가열에 의해 작동액의 동결을 막는 것이 가능하다. 또한, 길이가 짧은 히트 파이프가 복수로 열 접속되어 있음으로써, 열원으로부터 먼 히트 파이프도 작동시키는 것이 가능하게 되어, 장거리의 열 수송이 가능하게 된다. 이 효과는, 미동결의 히트 파이프뿐만 아니라, 이미 동결하여 버리고 있는 열 수송 경로에 대해서도 유효하며, 길이가 짧은 히트 파이프가 컨테이너나 위크 부분의 열전도로 해동되고, 기능을 회복함으로써 열 수송 방향에 있는 다음의 히트 파이프에 양호하게 열을 전달하는 것이 가능하게 되어, 순차적으로 히트 파이프의 기능이 회복하여 감으로써, 최종적으로는 경로 전체에서 양호한 열 수송이 회복된다. 더구나, 이와 같은 동결의 문제를 고려하면, 히트 파이프(3)의 길이는 바람직하게는 50 cm 이하, 특히 바람직하게는 40 cm 이하, 더욱 바람직하게는 30 cm 이하의 길이가 바람직하다.

또한, 온도 조절 기구로서, 히터(40)에 더하여 냉각 기구(본 예에서는 수냉 기구의 일부로서의 수냉 쟈켓(14a, 14b))를 열 수송 장치에 접속하면, 배터리 과열 시에는, 히트 파이프(3)에 의해 배터리의 열을 냉각 기구에 효율적으로 수송할 수가 있다. 또한, 본 예에서는, 열 수송 경로의 일단을 구성하는 히트 파이프 군(11a)의 히트 파이프(3)의 개수가 최대(열 수송 경로의 일단의 열 수송 능력이 최대)이며, 열 수송 경로의 타단을 구성하는 히트 파이프 군(11d)의 히트 파이프(3)의 밀도가 최소(열 수송 경로의 타단의 열 수송 능력이 최소)로 되도록 히트 파이프(3)가 배치되어 있다. 열 수송 경로의 중간부(상기 일단 및 타단의 사이)에서는, 히트 파이프의 접합부를 제외하고, 열 수송 경로의 일단으로부터 타단으로 감에 따라 히트 파이프의 개수는 증가하고 있지 않다(열 수송 능력이 증대하고 있지 않다). 이것에 의해, 냉각 기구 측에 가까워짐에 따라 증대하는 열 수송량에도 충분히 대응할 수가 있다. 또한, 냉각 기구에 가까운 히트 파이프(3)의 접속부(예를 들어, 도 10의 히트 파이프 군(11a)을 구성하는 히트 파이프(3)와 군(11b)을 구성하는 히트 파이프(3)의 접속부)에서, 상술한 열 저항 부재를 마련함으로써, 배터리 셀(21)의 가온 시에 있어서 열이 냉각 기구까지 수송됨으로써 생기는 열 손실을 억제할 수가 있다.

상기한 예에서는 각각, 2개 또는 1개의 히트 파이프로 이루어진 군(11a ~ 11d)을 배치하고 있지만, 이와 같은 배치에 한정되지 않고, 여러 가지의 배치가 가능하다. 또한, 복수의 히트 파이프(3)는 반드시 동일하지 않아도 좋고, 형상(길이, 굵기)이나 작동액이 상이한 것을 함께 이용하여도 좋다. 또한, 본 예에서도, 도 8에 나타낸 바와 같이 히트 파이프로서 길이가 상이한 것을 사용하여, 열 수송 경로의 일단을 구성하는 히트 파이프3(11a)의 길이를 최단으로 하고, 열 수송 경로의 타단을 구성하는 히트 파이프3(11d)의 길이가 최장으로 함으로써, 냉각 기구 측의 열 수송 능력을 최대로 하여도 좋다.

더구나, 상술한 히터로서는, 특히 제한은 없지만, 전열 히터, 펠티어 소자 등이 열거될 수 있고, 냉각 기구로서는, 핀, 수냉 기구, 히트 펌프 등이 열거될 수 있다. 또한, 상기 예에서는, 히트 파이프(3)의 작동액이 동일한 경우를 상정하여 설명하였지만, 상이한 작동액의 히트 파이프를 조합하여 사용하여도 좋다. 또한, 히트 파이프는 단부 측면끼리를 접속하는 것 대신에, 선단면끼리를 접속하여도 좋다. 온도 조절해야 할 대상으로서는, 배터리 셀에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 열 수송 장치는 냉각 및/또는 가온을 필요로 하는 모든 기계, 기구, 디바이스 등에 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 특히, 사용 온도가 0 ℃ 이하로 되는 것을 상정한, 한랭지 사양의 기계, 기구, 디바이스 등, 예를 들어, 자동차용 배터리 등의 온도 조절에 매우 적합하다.

[실시 형태 3]

다음으로, 상기한 바와 같은 각주 모양의 배터리 셀 대신에, 다른 형상의 배터리 셀을 이용하는 예를 도 12 및 도 13을 이용하여 설명한다. 도 12는 본 발명의 열 수송 장치(50)를 원주 모양의 배터리 셀(20)의 사이에 삽입한 상태의 사시도이다. 또한, 도 13은 열 수송 장치(50)의 분해 사시도이다. 더구나, 도 12 및 도 13에서, 열 수송 장치(10)와 중복하는 부재에 대해서는, 공통되는 부호를 붙였다.

열 수송 장치(50)의 고정 수단(53)에는, 히트 파이프 수용구멍(57) 및 히터 수용구멍(58)이 마련되어 있고, 이들에 각각, 히트 파이프(11) 및 히터(12)가 수용된다. 고정 수단(53)의 양 측면에는, 배터리 셀(20)의 외주 형상에 맞추어 형성된 오목부(55)와, 걸림쌍(56a 및 56b)이 형성되어 있다. 배터리 셀(21)은 걸림쌍(56a 및 56b)에 의해 오목부(55)에 끼움결합한 상태에서 유지된다.

고정 수단(53)의 단부에는, 실시 형태 2의 열 수송 장치(10')와 마찬가지로 쟈켓(14a, 14b)이 접속되어 있다.

[실시 형태 4]

다음으로, 본 발명에 관련되는 열 수송 장치를 구비한 배터리 온도 조절 장치의 다른 양태에 대하여 설명한다. 배터리 온도 조절 장치(100)는 상기 실시 형태 2에서 설명한 열 수송 장치(10')를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 14는 배터리 온도 조절 장치(100)의 사시도이며, 도 15는 그 상면도이다.

배터리 온도 조절 장치(100)는 본 발명의 열 수송 장치(10')와, 배터리 냉각 유닛(30)을 구비한다. 더구나, 열 수송 장치(10')는 수냉 쟈켓(14)을 구비하고, 히트 파이프(11)가 냉각 수단(수냉 수단)과 열적으로 접속된다. 배터리 냉각 유닛(30)의 구성은, 히터를 구비하지 않는 것, 히트 파이프로서 길이가 긴 2개의 히트 파이프(31)를 구비하는 것 이외에는 열 수송 장치(10')의 구성과 마찬가지로 되어 있다(도 16 및 도 17 참조).

배터리 온도 조절 장치(100)에서, 열 수송 장치(10')와, 배터리 냉각 유닛(30)은 배터리 요소(20A)의 간극에 교대로 배치되어 있다. 즉, 배터리 냉각 유닛(30)의 히트 파이프(31)가 배터리 셀(20)의 열 수송 장치(10')와의 열적인 접속 면과는 반대 측의 면에 열적으로 접속되어 있다.

본 발명자 등의 해석에 의해, 냉각에 대해서는 배터리 셀의 양면으로부터 행하는 것이 유효하며, 가온에 대해서는 배터리 셀의 한 면으로부터라도 충분하다는 것이 판명되어 있으므로, 배터리 온도 조절 장치(100)를 이용함으로써, 배터리의 가온 및 냉각을 효율적으로 행하는 것을 가능하게 함과 동시에, 장치의 경량화가 달성된다.

더구나, 상기 배터리 온도 조절 장치(100)에서는, 열 수송 장치(10')와 배터리 냉각 유닛(30)이 수냉 쟈켓을 구비하고 있지만, 수냉 쟈켓으로 바꾸어, 핀을 접속함으로써, 히트 파이프(11) 및 히트 파이프(31)를 냉각 수단(외부 분위기 또는 공조 장치 등)에 접속하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 수냉 쟈켓 또는 핀은 열 수송 장치(10', 30)에 각각 1개씩 설치하는 일도 가능하지만, 복수의 유닛이 1개의 수냉 쟈켓 또는 핀을 공유하는 구성으로 하여도 좋다.

1a ~ 1g : 히트 파이프 군 2 : 수용 부재
3 : 히트 파이프 10 : 열 수송 장치
20 : 배터리 셀 군 21 : 배터리 셀
30 : 시트 40 : 온도 조절 기구
5 : 열 저항 부재

Claims

온도 조절해야 할 대상에 열적으로 접속되는 열 수송 장치에 있어서,
복수의 히트 파이프를 열 수송 방향에 따라 열 접속함으로써 열 수송 경로가 구성되어 있고,
상기 복수의 히트 파이프 중의 적어도 1개의 히트 파이프의 작동액의 융점 이하의 환경 하에서 사용되는 것을 특징으로 하는 열 수송 장치.
청구항 1에 있어서,
열 수송 경로의 일단이 온도 조절 기구와 열적으로 접속되어 있고, 상기 일단의 열 수송 능력이 타단의 열 수송 능력보다도 커지도록, 히트 파이프의 종류 및/또는 개수가 선택되어 있는, 열 수송 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 복수의 히트 파이프의 적어도 1개와 열적으로 접속된 히터를 구비하고 있는, 열 수송 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 수송 경로의 일부 또는 전체가, 상기 복수의 히트 파이프 및 상기 온도 조절해야 할 대상에 열적으로 접속 가능한 수용 부재에 수용되어 있는, 열 수송 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 히트 파이프 중에서, 적어도 1개의 히트 파이프의 작동액의 융점이 다른 히트 파이프의 융점과 상이한 것을 특징으로 하는, 열 수송 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
단부 측면끼리를 열 접속함으로써, 서로 이웃하는 히트 파이프가 열 접속되어 있는, 열 수송 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
선단 단면끼리를 열 접속함으로써, 서로 이웃하는 히트 파이프가 열 접속되어 있는, 열 수송 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
온도 조절해야 할 대상이 복수인, 열 수송 장치.
청구항 8에 있어서,
온도 조절해야 할 대상이 복수의 배터리 셀인, 열 수송 장치.