WO2022244626A1 - 熱交換器、構造体、及び構造体の製造方法 - Google Patents

熱交換器、構造体、及び構造体の製造方法 Download PDF

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heat exchanger
heat
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outer wrapping
metal layer
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誠一 伊藤
孝宏 山下
広明 庄田
裕二 福川
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昭和電工マテリアルズ株式会社
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    • F28D2021/0028—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • F28D2021/0029—Heat sinks

Definitions

  • the present disclosure relates to a heat exchanger, a structure, and a method of manufacturing the structure.
  • Patent Document 1 discloses that an inner core member having uneven portions is provided inside a bag-shaped outer wrapping member, and the inner core member and the outer wrapping member are joined and integrated by resin fusion. Resin fusion heat exchangers have been proposed.
  • the heat exchanger since the heat exchanger is manufactured by heat-sealing a laminate material having a heat-sealable layer, there is no need to use troublesome metal processing, and it can be manufactured efficiently and easily at a low cost. can be reduced. Further, it is described that since the heat exchanger is manufactured by laminating laminated materials, it has corrosion resistance and can be made sufficiently thin. Further, in the heat exchanger, since the shape and size of the laminate materials used as the outer wrapping material and the inner core material can be easily changed, it is possible to increase the degree of freedom in design and improve versatility. .
  • the present disclosure relates to providing a heat exchanger with excellent heat exchange efficiency, a structure using the heat exchanger, and a method of manufacturing the same.
  • Means for solving the above problems include the following aspects.
  • a hollow outer wrapping material provided with a heat medium inlet and a heat medium outlet, a first main surface formed by the outer wrapping material, a second main surface facing the first main surface, and a connecting portion between the first main surface and the second main surface; have A heat exchanger, the thickness of which can be varied according to the inflow of a heat medium into the outer wrapping material.
  • ⁇ 4> The heat exchanger according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the outer wrapping material has a metal layer and resin layers provided outside and inside the metal layer.
  • ⁇ 5> The heat exchanger according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, further comprising an inner core member arranged inside the outer wrapping member.
  • the inner core member is fixed to only one of the inner side surface of the first principal surface and the inner side surface of the second principal surface of the outer wrapping material, or is not fixed to either of them.
  • ⁇ 7> A structure comprising the heat exchanger according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6> and a heat-exchanged body provided on the heat exchanger.
  • ⁇ 8> A method for manufacturing a structure, comprising arranging a heat-exchanged body on the heat exchanger according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>.
  • a heat exchanger with excellent heat exchange efficiency a structure using the heat exchanger, and a manufacturing method thereof are provided.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a heat exchanger in one embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat exchanger in the embodiment of FIG. 1 taken along the line AA
  • 3 is a cross-sectional view of a heat exchanger in a modification of the embodiment of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a heat exchanger in a modification of the embodiment of FIG. 1.
  • FIG. FIG. 5 is a schematic perspective view of a converter case to which a heat exchanger according to one aspect is applied.
  • 6 is a cross-sectional view of the converter case taken along the line XX in the embodiment of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the converter case taken along the line YY in the embodiment of FIG. 5.
  • the numerical range indicated using “-” includes the numerical values before and after "-" as the minimum and maximum values, respectively.
  • the upper limit or lower limit of one numerical range may be replaced with the upper or lower limit of another numerical range described step by step.
  • the upper or lower limits of the numerical ranges may be replaced with the values shown in the examples.
  • the term "layer” includes not only the case where the layer is formed in the entire region when observing the region where the layer exists, but also the case where it is formed only in part of the region. included.
  • the term "laminate” indicates stacking layers, and two or more layers may be bonded, or two or more layers may be detachable.
  • references to the thickness of a member represent the arithmetic mean of ten arbitrary thickness measurements, unless otherwise specified.
  • the configurations of the embodiments are not limited to the configurations shown in the drawings.
  • the sizes of the members in each drawing are conceptual, and the relative relationship between the sizes of the members is not limited to this. Further, in each drawing, members having substantially the same function are given the same reference numerals in all the drawings, and redundant description may be omitted.
  • a heat exchanger includes a hollow outer wrapping material provided with a heat medium inlet and a heat medium outlet, a first main surface formed by the outer wrapping material, and a It has second main surfaces facing each other and a connection portion between the first main surface and the second main surface.
  • the thickness between the second main surface is configured to be variable.
  • the heat exchanger proposed in Patent Document 1 has various advantages such as being thin and being able to be manufactured efficiently.
  • the inventors proceeded with development to further improve the heat exchange efficiency of the heat exchanger.
  • the heat exchanger of Patent Literature 1 the outer wrapping material and the inner core material therein are fused and integrated, so the thickness of the heat exchanger does not change even when the heat medium is circulated.
  • the heat exchanger of the present disclosure is configured such that the thickness can be varied according to the inflow of the heat medium. For this reason, when the heat medium is circulated inside the heat exchanger, the outer wrapping material can be deformed according to the unevenness of the heat exchange target provided on the heat exchanger due to the internal pressure. adhesion can be improved. It is considered that this improves the heat exchange efficiency of the heat exchange object.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of the heat exchanger 100
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
  • a heat exchanger 100 includes a hollow outer wrapping material 1 provided with a heat medium inlet and a heat medium outlet.
  • the heat exchanger 100 has a first principal surface 1a, a second principal surface 1b facing the first principal surface 1a, and peripheral portions of the first principal surface 1a and the second principal surface 1b. It is formed in the air by having a connecting portion 1c that connects the first main surface 1a and the second main surface 1b.
  • Joint pipes 3a and 3b are provided at the heat medium inlet and the heat medium outlet, respectively. configured to flow out.
  • the internal pressure of the heat exchanger 100 rises, and stress acts to increase the thickness of the heat exchanger 100 compared to when the heat medium does not flow.
  • the close contact with the body to be heat-exchanged is improved, and the heat exchange efficiency can be improved.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a heat exchanger in a modification of the embodiment of FIG.
  • the sheet-like material forming the first main surface 1a and the sheet-like material forming the second main surface 1b are overlapped at the periphery to form the connecting portion 1c.
  • two sheet-like materials are connected at the overlapping portion by resin fusion, for example, to form a bag-like outer packaging material.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a heat exchanger in a modification of the embodiment of FIG.
  • a corrugated inner core member 5 is provided inside the outer wrapping member 1 .
  • the inner core material is not integrated with the outer wrapping material, or is fixed only to one of the inner surface of the first main surface 1a and the inner surface of the second main surface 1b, and the thickness of the heat exchanger 100 can be changed by the inflow of the heat medium.
  • the “principal surfaces” of the heat exchanger refer to two opposing surfaces having the largest area among the surfaces of the heat exchanger formed by the outer wrapping material (that is, the outer surfaces of the outer wrapping material).
  • the heat-exchanged body is arranged on at least one selected from the group consisting of the first main surface and the second main surface.
  • the main surface does not necessarily represent a flat surface, and may be a flat surface or a curved surface.
  • the “connecting part” means a part where the first main surface and the second main surface are connected, but it is not necessarily a material that constitutes the first main surface and a material that constitutes the second main surface. It may be a portion formed of the material that forms the first main surface and the material that forms the second main surface.
  • the outer wrapping material is hollow so that the first main surface and the second main surface of the heat exchanger are connected via the connecting portion.
  • the manner of connection is not particularly limited as long as a hollow outer wrapping material can be formed.
  • the first main surface and the second main surface may be connected via side surfaces.
  • the sheet-like material forming the first main surface and the sheet-like material forming the second main surface may be connected by resin fusion or the like at the periphery. .
  • the sheet-like material forming the first main surface and the sheet-like material forming the second main surface may be connected via another sheet-like material.
  • a single sheet-like material may be folded in two, and peripheral edge portions other than the folded portion may be connected by resin fusion or the like.
  • its thickness and material are not limited.
  • the "thickness" of the heat exchanger represents the distance between the first main surface and the second main surface.
  • the thickness of a specific heat exchanger in the present disclosure is the distance between a vertical line from an arbitrary point on the second main surface and the intersection of the first main surface with the second main surface arranged along a plane. distance.
  • the possible thickness of the heat exchanger for example, the maximum thickness, can be adjusted appropriately according to the desired application.
  • the maximum thickness of the heat exchanger may be 0.5 mm to 50 mm, 1.0 mm to 45 mm, or 5.0 to 40 mm.
  • the method for making the thickness of the heat exchanger variable is not particularly limited, and for example, using a flexible material instead of a rigid body as the outer wrapping material.
  • a method for varying the thickness of the heat exchanger a method of increasing the thickness of the heat exchanger by inflow of the heat medium is simple, but any method that can vary the internal pressure of the heat exchanger can be adopted.
  • any method that can vary the internal pressure of the heat exchanger can be adopted.
  • the outer wrapping material is hollow and provided with a heat medium inlet and a heat medium outlet.
  • the material of the outer wrapping material is not particularly limited.
  • the outer surface of the outer wrapping material preferably has insulating properties.
  • an insulating material with a high thermal conductivity is sometimes arranged between the heat exchanger and the object to be heat exchanged to absorb unevenness of the object to be heat exchanged and provide insulation.
  • the insulating material can be omitted because the outer surface of the outer wrapping material has insulating properties.
  • a resin is mentioned as a material of the outer packaging material which has insulation.
  • the outer packaging material may have a metal layer and a resin layer provided inside the metal layer.
  • the metal layer and the resin layer may be laminated to form a laminate material.
  • the metal layer functions as an electric heating material
  • the resin layer functions as a protective material for the metal layer.
  • Another layer may or may not be provided between the metal layer and the inner resin layer.
  • the outer packaging material may have a metal layer and a resin layer provided outside the metal layer.
  • an insulating resin when used as the resin, it is useful in that insulation can be achieved even if the body to be heat-exchanged is directly arranged adjacent to the resin layer. Therefore, according to this aspect, it is possible to omit placing an insulating material separately between the heat exchanger and the heat-exchanged body.
  • a conductive resin when used as the resin, it is possible to impart an antistatic effect to the heat-exchanged body.
  • Another layer may or may not be provided between the metal layer and the outer resin layer.
  • the outer packaging material may have a metal layer and resin layers provided inside and outside the metal layer.
  • the resin layer is provided both inside and outside the metal layer, both of the advantages described above can be obtained.
  • the internal space side of the hollow outer packaging material is expressed as “inner side”, and the external space side is expressed as “outer side”.
  • metal layers examples include aluminum foil, stainless steel foil, nickel foil, plated copper foil, nickel foil, and clad metal of copper foil. From the viewpoint of thermal conductivity, cost, etc., aluminum foil is preferable.
  • the thickness of the metal layer is not particularly limited. From the viewpoint of strength and thermal conductivity, the thickness of the metal layer is preferably 4 ⁇ m or more, more preferably 6 ⁇ m or more, and even more preferably 8 ⁇ m or more. From the viewpoint of thinning, the thickness of the metal layer is preferably 300 ⁇ m or less, more preferably 200 ⁇ m or less, and even more preferably 100 ⁇ m or less. From this point of view, the thickness of the metal layer is preferably 4 ⁇ m to 300 ⁇ m, more preferably 6 ⁇ m to 200 ⁇ m, even more preferably 8 ⁇ m to 100 ⁇ m. In one aspect, when the thickness of the metal layer varies depending on the part, the maximum thickness of the metal layer may be within the above range.
  • the material of the resin layer is not particularly limited.
  • the resin may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
  • resins include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene (eg, unstretched polypropylene) and modified resins thereof; fluorine resins; polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) resin; vinyl chloride resins. Since these resins have heat-sealing properties, they are also useful in that a hollow outer packaging material can be easily produced by heat-sealing.
  • the thickness of the resin layer is not particularly limited. From the viewpoint of insulation, sufficient protection of the metal layer, adhesion to the heat-exchanging body, etc., the thickness of the resin layer is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 15 ⁇ m or more, and more preferably 20 ⁇ m or more. It is even more preferable to have From the viewpoint of thinning, the thickness of the resin layer is preferably 5000 ⁇ m or less, more preferably 3000 ⁇ m or less, and even more preferably 1000 ⁇ m or less. From this point of view, the thickness of the resin layer is preferably 10 ⁇ m to 5000 ⁇ m, more preferably 15 ⁇ m to 3000 ⁇ m, even more preferably 20 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the maximum thickness of the resin layer may be within the above range.
  • the thickness of the resin layer represents the thickness of each resin layer.
  • the thickness of the inner resin layer may be greater than or equal to the thickness of the outer resin layer from the viewpoint of sufficient protection of the metal layer. .
  • the outer packaging material has a metal layer and a resin layer provided on at least one selected from the group consisting of the inside and outside of the metal layer
  • the metal layer and each resin layer are bonded, for example, with an adhesive.
  • the metal layer and each resin layer may be laminated by a known lamination method.
  • the thickness of the outer wrapping material can be designed according to the material of the outer wrapping material, the desired function, etc.
  • the thickness of the outer wrapping material may be 4 ⁇ m to 15,000 ⁇ m, 10 ⁇ m to 10,000 ⁇ m, or 30 ⁇ m to 5,000 ⁇ m.
  • the maximum thickness of the outer wrapping material may be within the above range.
  • the positions of the heat medium inlet and the heat medium outlet are such that when the body to be heat exchanged is placed on the heat exchanger, the heat medium flows in from the heat medium inlet and flows out from the heat medium outlet.
  • the heat medium inlet and the heat medium outlet may each be provided at opposite ends of the heat exchanger.
  • the heat exchanger may further comprise an inner core material arranged inside the outer wrapping material.
  • the inner core material can be used to maintain the shape of the heat exchanger, improve heat exchange efficiency, and the like.
  • the inner core material is preferably fixed to only one of the inner surface of the first main surface and the inner surface of the second main surface of the outer wrapping material, or to neither of them. . Thereby, it is possible to increase the thickness of the heat exchanger by circulating the heat medium while maintaining the desired shape of the heat exchanger.
  • the inner core material may be formed integrally with the outer wrapping material by deep drawing or the like.
  • the material of the inner core material is not particularly limited, and examples thereof include metals and resins. Specific examples of the metal and resin include the materials exemplified as the materials for the metal layer and resin layer of the outer packaging material.
  • the core material may be a metal layer coated with a resin. When the inner core material is a metal layer coated with resin, another layer may or may not be provided between the metal layer and the resin.
  • the inner core material may have unevenness.
  • the inner core material may be corrugated or pleated to form a corrugated sheet, or may be embossed to provide unevenness.
  • the inner core member may be provided with only concave portions or only convex portions.
  • the shape of the unevenness is not particularly limited, and may be circular; elliptical; elliptical; polygonal such as triangular, quadrangular, and pentagonal;
  • the inner core material may be diamond-like, silk-like, texture-like, satin-like, polka-dot-like, blind-like, stripe-like, or the like.
  • the pattern of the plurality of concavities and convexities is not particularly limited, and the concavities and convexities may be arranged regularly or irregularly.
  • the depth of the concave portion or the height of the convex portion of the inner core material is not particularly limited, and may be 0.1 mm or more, or may be 5 mm or more from the viewpoint of sufficiently securing the heat medium flow path. , 10 mm or more. From the viewpoint of thickness reduction, the thickness may be 50 mm or less, 40 mm or less, or 30 mm or less. From this point of view, the depth of the concave portion or the height of the convex portion of the inner core may be 0.1 mm to 50 mm, 5 mm to 40 mm, or 10 mm to 30 mm.
  • the depth of the concave portion of the inner core member is the depth from the middle position to the deepest portion in the thickness direction of the inner core member
  • the height of the convex portion is the depth from the middle position to the highest portion in the thickness direction of the inner core member.
  • the sum of the depth of the concave portion and the height of the convex portion corresponds to the thickness of the inner core material.
  • the maximum value of the depth of the concave portion or the height of the convex portion of the inner core material may be within the above range.
  • the inner core material is an inner core material similar to the inner core material described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-3132. It may be fixed on only one of the inner surfaces of the , or may be fixed on neither. That is, an inner core material having unevenness, which is composed of an inner core laminated material including a metal electric heating layer and resin heat-sealable layers provided on both sides of the electric heating layer, is provided with an outer wrapping material and one side. It may be fixed only to or not fixed to any.
  • the heat exchanger may have a structure other than the outer wrapping material and the inner core material.
  • the heat exchanger is configured such that joint pipes are provided at the heat medium inlet and the heat medium outlet, respectively, and the heat medium flows into or out of the outer wrapping material through the joint pipes.
  • the material of the joint pipe is not particularly limited.
  • the joint pipe has a resin layer and may be fused to an outer wrapping material having a resin layer. By fusing the joint pipe and the outer wrapping material, it is easy to prevent liquid leakage.
  • Heat exchangers are applicable as coolers or heaters in a variety of applications where heat exchange is desired. Therefore, the heat medium may be a refrigerant or a heat medium.
  • the structure of the present disclosure includes the heat exchanger of the present disclosure described above and a heat-exchanged body provided on the heat exchanger.
  • Heat-exchanging bodies include heat-generating bodies such as semiconductor packages, displays, LEDs, electric lights, power modules for automobiles, and power modules for industrial use.
  • the heat exchanger may also be used as a heater for floor heating, snow removal, and the like.
  • the heat exchanger may be incorporated in a converter case within a power control unit of a vehicle and used for cooling reactors, DC/DC converters, and the like.
  • the body to be heat-exchanged may be provided on both the first main surface side and the second main surface side of the heat exchanger, or may be provided only on one side.
  • another member such as a substrate is arranged on the other main surface, thereby When the heat medium flows into the material, the internal pressure increases the adhesion of the heat exchanger to the heat-exchanged body.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view when the heat exchanger 100 is applied to the converter case 15.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of converter case 15 taken along line XX
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of converter case 15 taken along line YY.
  • a heat exchanger 100 is connected within the converter case 15 .
  • a reactor 11, which is an object to be heat-exchanged, is arranged in the upper part of the heat exchanger 100, and a DC/DC converter 13, which is an object to be heat-exchanged, is arranged in the lower part.
  • a joint pipe 17a is connected to the heat medium inlet of the heat exchanger 100
  • a joint pipe 17b is connected to the heat medium outlet.
  • a method of manufacturing a structure of the present disclosure includes placing a body to be heat exchanged on the heat exchanger of the present disclosure described above. The details of the heat exchanger, heat-exchanged body and structure are as described above.

Abstract

熱交換器は、熱媒体流入口及び熱媒体流出口が設けられた中空の外包材を備え、前記外包材によって形成される、第１の主面と、前記第１の主面に対向する第２の主面と、前記第１の主面及び前記第２の主面の連結部と、を有し、前記外包材への熱媒体の流入によって厚みが変動可能に構成されている。

Description

熱交換器、構造体、及び構造体の製造方法
　本開示は、熱交換器、構造体、及び構造体の製造方法に関する。
　スマートフォン、パーソナルコンピューター等の電子機器、電気自動車、ハイブリッド車等に搭載される電池モジュールなどの分野では、発熱対策として水冷式冷却器、ヒートパイプ等を組み込む技術が知られている。また、シリコンカーバイド製等のパワーモジュールにおいても、発熱対策のために冷却板、ヒートシンク等を用いた対策が提案されている。
　このような機器の発熱対策として、特許文献１には、袋状の外包材の内部に凹凸部を有する内心材を有し、内心材と外包材とが樹脂融着により接合一体化されている樹脂融着製熱交換器が提案されている。特許文献１には、当該熱交換器は熱融着層を有するラミネート材を熱融着して製作するものであるため、面倒な金属加工を用いる必要がなく、効率よく簡単に製造できてコストを削減することができることが記載されている。また、当該熱交換器がラミネート材を貼り合わせて製作するものであるため、耐食性を持ち十分な薄型化を図ることができることが記載されている。さらに、当該熱交換器において、外包材及び内心材としてのラミネート材がその形状及び大きさを簡単に変更できるため、設計の自由度が増して汎用性を向上させることができることが記載されている。
特開２０２０－３１３２号公報
　一方、発熱体の発熱量の上昇等に伴い、さらに熱交換効率を向上するための技術が望まれている。かかる状況に鑑み、本開示は熱交換効率に優れる熱交換器、並びに当該熱交換器を用いた構造体及びその製造方法を提供することに関する。
　上記課題を解決するための手段は、以下の態様を含む。
＜１＞　熱媒体流入口及び熱媒体流出口が設けられた中空の外包材を備え、
　前記外包材によって形成される、第１の主面と、前記第１の主面に対向する第２の主面と、前記第１の主面及び前記第２の主面の連結部と、を有し、
　前記外包材への熱媒体の流入によって厚みが変動可能に構成されている、熱交換器。
＜２＞　前記外包材が、金属層と、前記金属層の内側に設けられる樹脂層と、を有する、＜１＞に記載の熱交換器。
＜３＞　前記外包材が、金属層と、前記金属層の外側に設けられる樹脂層と、を有する、＜１＞又は＜２＞に記載の熱交換器。
＜４＞　前記外包材が、金属層と、前記金属層の外側及び内側に設けられる樹脂層と、を有する、＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の熱交換器。
＜５＞　前記外包材の内部に配置される内心材をさらに備える、＜１＞～＜４＞のいずれか１項に記載の熱交換器。
＜６＞　前記内心材は、前記外包材の、前記第１の主面の内側面及び前記第２の主面の内側面のうち、一方にのみ固定されているか、いずれにも固定されていない、＜５＞に記載の熱交換器。
＜７＞　＜１＞～＜６＞のいずれか１項に記載の熱交換器と、前記熱交換器上に設けられる被熱交換体と、を有する構造体。
＜８＞　＜１＞～＜６＞のいずれか１項に記載の熱交換器上に被熱交換体を配置することを含む、構造体の製造方法。
　本開示によれば、熱交換効率に優れる熱交換器、並びに当該熱交換器を用いた構造体及びその製造方法が提供される。
図１は、一態様における熱交換器の概略斜視図である。 図２は、図１の態様における熱交換器のＡ－Ａ線断面図である。 図３は、図１の態様の変形例における熱交換器の断面図である。 図４は、図１の態様の変形例における熱交換器の断面図である。 図５は、一態様における熱交換器を適用したコンバータケースの概略斜視図である。 図６は、図５の態様におけるコンバータケースのＸ－Ｘ線断面図である。 図７は、図５の態様におけるコンバータケースのＹ－Ｙ線断面図である。
　以下、本開示の実施形態を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本開示の実施形態は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本開示の実施形態を制限するものではない。
　本開示において「～」を用いて示された数値範囲には、「～」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
　本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
　本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
　本開示において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
　本開示において、部材の厚みに言及する場合、当該厚みは、別段の指定がない限り、任意の１０箇所で測定された厚みの算術平均値を表す。
　本開示において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。また、各図面において、実質的に同じ機能を有する部材には、全図面同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
＜熱交換器＞
　本開示の熱交換器は、熱媒体流入口及び熱媒体流出口が設けられた中空の外包材を備え、前記外包材によって形成される、第１の主面と、前記第１の主面に対向する第２の主面と、前記第１の主面及び前記第２の主面の連結部と、を有し、前記外包材への熱媒体の流入によって、前記第１の主面と前記第２の主面との間の厚みが変動可能に構成されている。本開示の熱交換器は、上記構成を有することにより、被熱交換体の熱交換効率を向上させることが可能である。
　特許文献１に提案される熱交換器は、薄型化、効率的な作製が可能、等の種々の利点を有する。一方、発明者らは、熱交換器のさらなる熱交換効率の向上を図るべく開発を進めた。特許文献１の熱交換器では、外包材とその内部の内心材とが融着して一体化しているため、熱媒体を流通させても、熱交換器の厚みは変化しない。一方、本開示の熱交換器は、熱媒体の流入によって厚みが変動可能に構成されている。このため、熱交換器の内部に熱媒体を流通させると、内圧により当該熱交換器上に設けられる被熱交換体の凹凸に応じて外包材が変形可能であることにより、被熱交換体への密着を向上させることができる。これにより、被熱交換体の熱交換効率が向上すると考えられる。
　以下に図面を参照して本開示の熱交換器の一例を説明する。なお、本開示の実施形態は図面の態様に限定されない。
　図１には熱交換器１００の概略斜視図が示され、図２には図１のＡ－Ａ線断面図が示されている。熱交換器１００は、熱媒体流入口及び熱媒体流出口が設けられた中空の外包材１を備える。熱交換器１００は、第１の主面１ａと、前記第１の主面１ａに対向する第２の主面１ｂと、前記第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂの周縁部に設けられ第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂを連結する連結部１ｃと、を有することによって、中空に形成されている。熱媒体流入口及び熱媒体流出口には、図示されるようにジョイントパイプ３ａ及び３ｂがそれぞれ設けられており、ジョイントパイプ３ａ及び３ｂを介して熱媒体が外包材１の内部に流入及び内部から流出するように構成されている。熱媒体流入口から熱媒体が流入すると、熱交換器１００の内圧が上昇することによって、熱媒体が流入していないときと比べて、熱交換器１００の厚みを大きくする応力が働く。これにより、熱交換器１００上に被熱交換体を設けたときに、被熱交換体との密着が向上し、熱交換効率を向上させることができる。
　図３に、図１の態様の変形例における熱交換器の断面図を示す。図３では、第１の主面１ａを構成するシート状材料と第２の主面１ｂを構成するシート状材料とが周縁部で重ね合わされて連結部１ｃを形成している。本態様では、２枚のシート状材料が、重なり部分で例えば樹脂融着により連結されて、袋状の外包材が形成されている。
　図４に、図１の態様の変形例における熱交換器の断面図を示す。図４では、外包材１の内部に波形の内心材５が設けられている。内心材は、外包材と一体化されていないか、第１の主面１ａの内側面及び第２の主面１ｂの内側面のどちらか一方にのみ固定されており、熱交換器１００の厚みは熱媒体の流入により変動可能とされている。
　本開示において、熱交換器の「主面」とは、外包材によって形成される熱交換器の面（すなわち、外包材の外面）のうち最も面積の大きい対向する２つの面をいう。本開示の熱交換器では、第１の主面及び第２の主面からなる群より選択されるいずれか少なくとも一方に被熱交換体が配置されることが意図される。主面は必ずしも平面を表すものではなく、平面であっても曲面であってもよい。
　また、「連結部」は第１の主面及び第２の主面が連結される部位を意味するが、必ずしも第１の主面を構成する材料及び第２の主面を構成する材料と別個の材料で構成されている必要はなく、第１の主面を構成する材料及び第２の主面を構成する材料自体により形成される部位であり得る。
　外包材は、熱交換器の第１の主面と第２の主面とが連結部を介して連結されるように、中空に形成されている。連結の様式は、中空の外包材が形成可能であれば特に制限されない。例えば、図２に例示されるように、第１の主面と第２の主面とが、側面を介して連結されていてもよい。また、図３に例示されるように、第１の主面を構成するシート状材料と第２の主面を構成するシート状材料とを、周縁部において樹脂融着等により連結してもよい。第１の主面を構成するシート状材料と第２の主面を構成するシート状材料とを、他のシート状材料を介して連結してもよい。一つのシート状材料を２つ折りにして、折り目部以外の周縁部同士を樹脂融着等により連結していてもよい。
　なお、本開示において「シート状」という場合、その厚さ及び材質は制限されない。
　本開示において、熱交換器の「厚み」とは、第１の主面と第２の主面との距離を表す。本開示における具体的な熱交換器の厚みは、第２の主面を平面に沿って配置し、第２の主面の任意の点からの垂直線と第１の主面との交点までの距離とする。
　熱交換器のとりうる厚み、例えば最大厚みは、所望の用途に応じて適宜調整可能である。例えば、熱交換器の最大厚みは０．５ｍｍ～５０ｍｍであってもよく、１．０ｍｍ～４５ｍｍでもよく、５．０～４０ｍｍでもよい。
　熱交換器の厚みを変動可能とする方法としては、特に制限されず、例えば、外包材として剛体ではなく可撓性を有する材料を用いることが挙げられる。また、内心材を用いないか、用いる場合には当該内心材を外包材に固定しない方法等が挙げられる。
　熱交換器の厚みを変動させる手法としては、熱媒体の流入により熱交換器の厚みを大きくする方法が簡便であるが、熱交換器の内圧を変動させ得る任意の手法を採ることができる。
　以下、本開示の熱交換器の各部材及び作用について説明する。
（外包材）
　外包材は中空に形成されており、熱媒体流入口及び熱媒体流出口が設けられている。
　外包材の材質は特に制限されない。一態様において、外包材の外面は絶縁性を有することが好ましい。従来の熱交換器では、熱交換器と被熱交換体との間に高熱伝導率の絶縁材を配置して、被熱交換体の凹凸を吸収するとともに絶縁を行うことがあった。本態様の熱交換器では、外包材の外面が絶縁性を有することによって、かかる絶縁材が省略可能となる。絶縁性を有する外包材の材質として、樹脂が挙げられる。
　一態様において、外包材は、金属層と、金属層の内側に設けられる樹脂層と、を有してもよい。本態様において、金属層と樹脂層とは積層されてラミネート材を形成してもよい。金属層は電熱材料として機能し、樹脂層は金属層の保護材料として機能する。本態様では、金属層の内側に樹脂層が設けられるため、熱媒体による金属層の腐食を抑制することができ、熱交換器を長寿命化できる。金属層と内側の樹脂層との間に他の層が設けられてもよく、設けられなくてもよい。
　一態様において、外包材は、金属層と、前記金属層の外側に設けられる樹脂層と、を有してもよい。本態様では、樹脂として絶縁性の樹脂を用いる場合、当該樹脂層に隣接して被熱交換体を直接配置しても、絶縁を図ることができる点で有用である。したがって、本態様によれば、熱交換器と被熱交換体との間に別途絶縁材料を配置することを省略することができる。また、樹脂として導電性の樹脂を用いる場合、被熱交換体に対して帯電防止の効果を付与することができる。金属層と外側の樹脂層との間に他の層が設けられてもよく、設けられなくてもよい。
　一態様において、外包材は、金属層と、前記金属層の内側及び外側に設けられる樹脂層と、を有してもよい。本態様では、樹脂層が金属層の内側及び外側の両方に設けられているため、上述した利点をいずれも得られる。
　なお、上記各態様において、中空の外包材における内部空間側を「内側」、外部空間側を「外側」と表現している。
　金属層としては、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔、めっき加工した銅箔、ニッケル箔及び銅箔のクラッドメタル等が挙げられる。熱伝導性、コスト等の観点からは、アルミニウム箔が好ましい。
　金属層の厚みは特に制限されない。強度及び熱伝導性の観点からは、金属層の厚みは４μｍ以上であることが好ましく、６μｍ以上であることがより好ましく、８μｍ以上であることがさらに好ましい。薄型化の観点からは、金属層の厚みは３００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましい。かかる観点からは、金属層の厚みは、４μｍ～３００μｍであることが好ましく、６μｍ～２００μｍであることがより好ましく、８μｍ～１００μｍであることがさらに好ましい。一態様において、金属層の厚みが部位によって異なる場合には、金属層の最大厚みが上記範囲であってもよい。
　樹脂層の材質は特に制限されない。樹脂は熱可塑性樹脂であっても熱硬化性樹脂であってもよい。樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン（ 例えば無延伸ポリプロピレン） 等のポリオレフィン系樹脂又はそれらの変性樹脂；フッ素系樹脂；ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）樹脂等のポリエステル系樹脂；塩化ビニル樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は熱融着性を有するため、熱融着により中空の外包材を容易に作製可能である点でも有用である。
　樹脂層の厚みは特に制限されない。絶縁性、金属層の十分な保護、被熱交換体への密着性等の観点からは、樹脂層の厚みは、１０μｍ以上であることが好ましく、１５μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。薄型化の観点からは、樹脂層の厚みは、５０００μｍ以下であることが好ましく、３０００μｍ以下であることがより好ましく、１０００μｍ以下であることがさらに好ましい。かかる観点からは、樹脂層の厚みは、１０μｍ～５０００μｍであることが好ましく、１５μｍ～３０００μｍであることがより好ましく、２０μｍ～１０００μｍであることがさらに好ましい。一態様において、樹脂層の厚みが部位によって異なる場合には、樹脂層の最大厚みが上記範囲であってもよい。
　樹脂層が金属層の内側及び外側の両方に設けられる場合、上記樹脂層の厚みは、それぞれの樹脂層の厚みを表す。
　一態様において、樹脂層が金属層の内側及び外側の両方に設けられる場合、金属層の十分な保護の観点からは、内側の樹脂層の厚みは外側の樹脂層の厚み以上であってもよい。
　外包材が、金属層と、金属層の内側及び外側からなる群より選択される少なくとも一方に設けられる樹脂層と、を有する場合、金属層と各樹脂層とは、例えば、接着剤によって接着されてもよい。金属層と各樹脂層とは、公知のラミネート方法によって積層されてもよい。
　外包材の厚みは、外包材の材質、所望の機能等に応じて設計可能である。例えば、外包材の厚みは、４μｍ～１５，０００μｍであってもよく、１０μｍ～１０，０００μｍであってもよく、３０μｍ～５，０００μｍであってもよい。一態様において、外包材の厚みが部位によって異なる場合には、外包材の最大厚みが上記範囲であってもよい。
　熱媒体流入口及び熱媒体流出口の位置は、熱交換器上に被熱交換体を配置したときに、熱媒体が当該熱媒体流入口から流入し熱媒体流出口から流出することにより被熱交換体の熱交換が可能である限り、特に制限されない。一態様において、熱媒体流入口及び熱媒体流出口は、それぞれ熱交換器の互いに反対側の端部に設けられてもよい。
（内心材）
　一態様において、熱交換器は、外包材の内部に配置される内心材をさらに備えてもよい。内心材は、熱交換器の形状維持、熱交換効率の向上等のために用い得る。
　一態様において、内心材は、外包材の、第１の主面の内側面及び第２の主面の内側面のうち、一方にのみ固定されているか、いずれにも固定されていないことが好ましい。これにより、熱交換器の所望の形状を維持しつつ、熱媒体を流通させることによって厚みを大きくすることが可能となる。内心材は、深絞り成形等により外包材と一体成形されていてもよい。
　内心材の材質は特に制限されず、金属、樹脂等が挙げられる。金属及び樹脂の具体例としては、外包材の金属層及び樹脂層の材質として例示した材料が挙げられる。
　一態様において、内心材は、金属層を樹脂で被覆したものであってもよい。内心材が、金属層を樹脂で被覆したものである場合、金属層と樹脂との間に他の層が設けられていてもよく、設けられていなくてもよい。
　一態様において、内心材は、凹凸を有するものであってもよい。例えば、内心材は、コルゲート加工又はプリーツ加工によって波板形状に形成されたものであってもよく、エンボス加工によって凹凸を設けたものであってもよい。内心材は、凹部のみ又は凸部のみ設けられたものであってもよい。
　凹凸の形状は特に制限されず、円形状；楕円形状；長円形状；三角形、四角形、五角形等の多角形状；異形状；これらの組み合わせなどであってもよい。また、内心材は、ダイヤ柄状、絹目状、布目状、梨地状、水玉状、すだれ状、筋柄状等であってもよい。
　複数の凹凸のパターンは特に制限されず、凹凸は規則的に配列させてもよく、不規則に配列させてもよい。
　内心材の凹部の深さ又は凸部の高さは特に制限されず、熱媒体流通の経路を十分に確保する観点からは、０．１ｍｍ以上であってもよく、５ｍｍ以上であってもよく、１０ｍｍ以上であってもよい。薄型化の観点からは、５０ｍｍ以下であってもよく、４０ｍｍ以下であってもよく、３０ｍｍ以下であってもよい。かかる観点からは、内心材の凹部の深さ又は凸部の高さは０．１ｍｍ～５０ｍｍであってもよく、５ｍｍ～４０ｍｍであってもよく、１０ｍｍ～３０ｍｍであってもよい。
　本開示において、内心材の凹部の深さとは、内心材の厚み方向の中間位置から最深部までの深さであり、凸部の高さとは、内心材の厚み方向の中間位置から最頂部までの高さであり、凹部の深さと凸部の高さとを加算した寸法が、内心材の厚みに相当する。
　一態様において、内心材の厚みが部位によって異なる場合には、内心材の凹部の深さ又は凸部の高さの最大値が上記範囲であってもよい。
　一態様において、内心材は、特開第２０２０－３１３２号公報に記載の内心材と同様の内心材であって、外包材に対して、第１の主面の内側面及び第２の主面の内側面のうち一方においてのみ固定されているか、いずれにも固定されていないものであってもよい。すなわち、金属製の電熱層と、前記電熱層の両面側に設けられた樹脂製の熱融着層と、を含む内心ラミネート材によって構成され、凹凸を有する内心材であって、外包材と一方にのみ固定されているか、いずれにも固定されていないものであってもよい。
（他の構造）
　熱交換器は、外包材及び内心材以外の構造を有していてもよい。
　一態様において、熱交換器は、熱媒体流入口及び熱媒体流出口に、ジョイントパイプがそれぞれ設けられ、ジョイントパイプを介して熱媒体が前記外包材の内部に流入又は流出するように構成されていてもよい。ジョイントパイプの材質は特に制限されない。一態様において、ジョイントパイプは樹脂層を有し、樹脂層を有する外包材と融着していてもよい。ジョイントパイプと外包材とを融着させることによって、液漏れを防止しやすい。
〔熱交換器の用途〕
　本開示の熱交換器の用途は特に制限されない。熱交換器は、熱交換が望まれる種々の用途において冷却器又は加熱器として適用可能である。したがって、熱媒体は冷媒であってもよく、熱媒であってもよい。
＜構造体＞
　本開示の構造体は、前述の本開示の熱交換器と、前記熱交換器上に設けられる被熱交換体と、を有する。
　被熱交換体としては、半導体パッケージ、ディスプレイ、ＬＥＤ、電灯、自動車用パワーモジュール及び産業用パワーモジュール等の発熱体が挙げられる。また、熱交換器は、床暖房、除雪等に用いる加熱器として利用してもよい。一態様において、熱交換器は、車両のパワーコントロールユニット内のコンバータケースに組み込まれて、リアクトル、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の冷却に用いられてもよい。
　被熱交換体は、熱交換器の第１の主面側及び第２の主面側の両方に設けられてもよく、一方にのみ設けられてもよい。被熱交換体が熱交換器の第１の主面側及び第２の主面側の一方にのみ設けられる場合、他の主面には、基板等の他部材が配置されることにより、外包材内部に熱媒体が流入したときに、内圧により被熱交換体に対する熱交換器の密着が高まる。
　以下、本開示の熱交換器を冷却器として使用した、車両のパワーコントロールユニット内のコンバータケースの例を図面を用いて説明する。なお、本開示の構造体は図面に示される例に限定されない。
　図５は、コンバータケース１５に熱交換器１００を適用する場合の概略斜視図である。図６は、コンバータケース１５のＸ－Ｘ線断面図であり、図７は、コンバータケース１５のＹ－Ｙ線断面図である。コンバータケース１５内に、熱交換器１００が接続される。熱交換器１００の上部には、被熱交換体であるリアクトル１１が配置され、下部には、被熱交換体であるＤＣ／ＤＣコンバータ１３が配置されている。本例では、熱交換器１００の熱媒体流入口にはジョイントパイプ１７ａが接続され、熱媒体流出口にはジョイントパイプ１７ｂが接続されている。リアクトル１１とコンバータ１３に挟まれた熱交換器に、ジョイントパイプ１７ａから冷媒が流通すると、熱交換器内の内圧により、熱交換器の厚みを増大させる方向に応力が働く。これにより、リアクトル１１及びＤＣ／ＤＣコンバータ１３と熱交換器１００との密着が向上する。
＜構造体の製造方法＞
　本開示の構造体の製造方法は、前述の本開示の熱交換器上に被熱交換体を配置することを含む。熱交換器、被熱交換体及び構造体の詳細は前述の通りである。
　日本国特許出願第２０２１－０８３８７７号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に援用されて取り込まれる。
１　　　外包材
１ａ　　第１の主面
１ｂ　　第２の主面
１ｃ　　連結部
３ａ　　ジョイントパイプ
３ｂ　　ジョイントパイプ
５　　　内心材
１１　　リアクトル
１３　　ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５　　コンバータケース
１７ａ　ジョイントパイプ
１７ｂ　ジョイントパイプ
１００　熱交換器

Claims (8)

  1. 　熱媒体流入口及び熱媒体流出口が設けられた中空の外包材を備え、
    　前記外包材によって形成される、第１の主面と、前記第１の主面に対向する第２の主面と、前記第１の主面及び前記第２の主面の連結部と、を有し、
    　前記外包材への熱媒体の流入によって厚みが変動可能に構成されている、熱交換器。
  2. 　前記外包材が、金属層と、前記金属層の内側に設けられる樹脂層と、を有する、請求項１に記載の熱交換器。
  3. 　前記外包材が、金属層と、前記金属層の外側に設けられる樹脂層と、を有する、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
  4. 　前記外包材が、金属層と、前記金属層の外側及び内側に設けられる樹脂層と、を有する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器。
  5. 　前記外包材の内部に配置される内心材をさらに備える、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の熱交換器。
  6. 　前記内心材は、前記外包材の、前記第１の主面の内側面及び前記第２の主面の内側面のうち、一方にのみ固定されているか、いずれにも固定されていない、請求項５に記載の熱交換器。
  7. 　請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器と、前記熱交換器上に設けられる被熱交換体と、を有する構造体。
  8. 　請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器上に被熱交換体を配置することを含む、構造体の製造方法。
     
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