WO2023190755A1 - 冷却構造体及び構造体 - Google Patents

冷却構造体及び構造体 Download PDF

Info

Publication number
WO2023190755A1
WO2023190755A1 PCT/JP2023/012974 JP2023012974W WO2023190755A1 WO 2023190755 A1 WO2023190755 A1 WO 2023190755A1 JP 2023012974 W JP2023012974 W JP 2023012974W WO 2023190755 A1 WO2023190755 A1 WO 2023190755A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
inner core
cooling structure
core material
outer packaging
packaging material
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/012974
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
誠一 伊藤
孝宏 山下
広明 庄田
裕二 福川
Original Assignee
株式会社レゾナック
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社レゾナック filed Critical 株式会社レゾナック
Publication of WO2023190755A1 publication Critical patent/WO2023190755A1/ja

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present disclosure relates to a cooling structure and a structure.
  • a vehicle equipped with a motor such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, is equipped with a drive means for driving the motor.
  • the driving means includes a power module including a plurality of power semiconductors such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), electronic components such as capacitors, bus bars that electrically connect these electronic components, and the like.
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors
  • capacitors capacitors
  • bus bars that electrically connect these electronic components, and the like.
  • the driving means since the driving means generates heat due to switching loss, resistance loss, etc., it is desirable to cool the driving means efficiently. Furthermore, it is desirable to efficiently cool heat generated from battery modules mounted on vehicles.
  • Examples of the cooling structure include a structure made of a highly thermally conductive metal, such as an inner core of aluminum cooling fins.
  • a highly thermally conductive metal such as an inner core of aluminum cooling fins.
  • it is made of metal, it is heavy, and since it is disposed on the object to be cooled by welding or the like, it requires a certain thickness, making it difficult to reduce its thickness.
  • a cooling structure in which the outer packaging material and the inner core material are made of a laminate material in which a metal heat transfer layer is laminated with a resin layer, and the refrigerant is circulated through a flow path partitioned by the inner core material.
  • Patent Document 1 the heat exchanger of Patent Document 1 is manufactured by heat-sealing a laminate material having a heat-sealing layer, so that the heat exchanger can be made sufficiently thin.
  • the shape and size of the laminate material as the outer packaging material and the inner core material can be easily changed, so the degree of freedom in design is increased and the versatility is improved. ing.
  • Patent Document 1 Although the heat exchanger described in Patent Document 1 has the above advantages, a technology for further improving heat exchange efficiency is desired. In view of this situation, the present disclosure relates to providing a cooling structure and a structure with excellent heat exchange efficiency.
  • Means for solving the above problems include the following aspects.
  • An outer packaging material provided with a refrigerant inlet and an outlet, and an inner core material disposed inside the outer packaging material,
  • the inner core material has an uneven shape that partitions the refrigerant flow path into a plurality of parts,
  • the uneven shape of the inner core member is configured to be elastically deformable
  • a cooling structure in which a bottom surface of a concave portion and a top surface of a convex portion of the inner core material are not welded to the outer wrapping material.
  • the inner core material is made of at least one member selected from the group consisting of iron, stainless steel, and resin.
  • ⁇ 3> The cooling structure according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, further comprising a restraining member that restrains the position of a portion of the inner core material.
  • ⁇ 4> A structure comprising the cooling structure according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3> and a cooled object provided on the cooling structure.
  • a cooling structure and a structure with excellent heat exchange efficiency are provided.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the appearance of a cooling structure according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an exploded view of the cooling structure of FIG. 1 divided into parts.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of an inner core member in one embodiment of the present disclosure.
  • 2A and 2B are schematic cross-sectional views in the width direction of a cooling structure according to one embodiment of the present disclosure, in which (A) is a diagram showing a state in which no external force is applied to the cooling structure, and (B) is a diagram in which an external force is not applied to the cooling structure.
  • FIG. It is a schematic perspective view of the restraint member which restrains the position of a part of inner core material.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view illustrating a cooling structure according to another embodiment of the present disclosure, showing the inside when an upper outer packaging material is removed.
  • the configuration of the embodiments is not limited to the configuration shown in the drawings.
  • the sizes of the members in each figure are conceptual, and the relative size relationships between the members are not limited thereto.
  • members having substantially the same function are given the same reference numerals in all drawings, and redundant explanations will be omitted.
  • the term "layer” includes not only the case where the layer is formed in the entire area when observing the area where the layer exists, but also the case where the layer is formed only in a part of the area. included.
  • the term “laminate” refers to stacking layers, and two or more layers may be bonded, or two or more layers may be removable.
  • the cooling structure of the present disclosure includes an outer packaging material provided with a refrigerant inlet and an outlet, and an inner core material disposed inside the outer packaging material, the inner core material having a plurality of flow paths for the refrigerant.
  • the inner core material has a concave and convex shape partitioned into two parts, the concave and convex shape of the inner core material is configured to be elastically deformable, and the bottom surface of the concave part and the top surface of the convex part of the inner core material are not welded to the outer packaging material.
  • the inner core material that partitions the refrigerant flow path has an uneven shape that can be elastically deformed, and the bottom surface of the recess and the top surface of the projection are not welded to the outer packaging material.
  • the uneven shape can be deformed according to the pressure from the pressing direction.
  • the cooling structure can be deformed along the shape of the object to be cooled, the contact surface of the cooling structure with the object to be cooled is increased, and heat exchange efficiency is improved.
  • the uneven shape of the inner core material is configured to be elastically deformable, even if the object to be cooled swells or contracts due to a temperature change, the cooling structure can deform to follow the change in shape.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the appearance of a cooling structure 100 according to one embodiment of the present disclosure.
  • the cooling structure 100 shown in FIG. 1 has a refrigerant inlet 10 and an outlet 20, and is entirely covered with an outer packaging material 30.
  • FIG. 2 is an exploded view of the cooling structure 100 of FIG. 1 divided into parts.
  • the outer packaging material 30 is composed of an upper outer packaging material 30A and a lower outer packaging material 30B.
  • the terms “top” and “bottom” are used to correspond to the top and bottom in the drawings, but the top and bottom may be reversed.
  • the material of the outer packaging material is not particularly limited, it is preferably metal from the viewpoint of thermal conductivity.
  • the outer packaging material include aluminum foil, stainless steel foil, nickel foil, plated copper foil, clad metal of nickel foil and copper foil, and the like. From the viewpoint of thermal conductivity, cost, etc., aluminum foil is preferable.
  • the outer packaging material may have a resin layer on one or both surfaces of the metal. Providing a resin layer inside the outer packaging material makes it easier to suppress corrosion caused by the refrigerant. Further, by providing a resin layer on the outside of the outer packaging material, insulation can be achieved.
  • the metal and resin layers may be laminated to form a laminate. Other layers may or may not be provided between the metal layer and the inner resin layer. From the viewpoint of thermal conductivity, cost, etc., it is not necessary to provide a resin layer on the surface of the metal. In the cooling structure of the present disclosure, since the inner core material is not fused to the outer wrapping material, the resin layer of the outer wrapping material is not necessarily a necessary configuration.
  • the thickness of the outer packaging material is not particularly limited. From the viewpoint of strength and thermal conductivity, the thickness of the outer packaging material 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 and deformability, the thickness of the outer packaging material is preferably 300 ⁇ m or less, more preferably 200 ⁇ m or less, and even more preferably 100 ⁇ m or less. From this viewpoint, the thickness of the outer packaging material is preferably 4 ⁇ m to 300 ⁇ m, more preferably 6 ⁇ m to 200 ⁇ m, and even more preferably 8 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the upper outer packaging material 30A is provided with holes through which a joint pipe serving as the inlet 10 and a joint pipe serving as the outlet 20 of the refrigerant pass.
  • the joint pipe at the refrigerant inlet 10 is provided as a part of the header part 12, and the joint pipe at the outlet 20 is provided as a part of the footer part 12.
  • the joint pipe of the refrigerant inlet 10 may be integrally molded with the header part 10, and the joint pipe of the refrigerant outlet 20 may be integrally molded with the footer part 12.
  • the joint pipes extend outward in the thickness direction of the cooling structure 100, but the joint pipes are not limited to this direction.
  • the joint pipe may extend outward in the plane direction of the cooling structure 100.
  • the joint pipes at the inlet 10 and the joint pipe at the outlet 20 may be oriented in different directions.
  • the inner core material 4 is designed to divide the flow path of the refrigerant flowing from the header part 12 to the footer part 12 into a plurality of sections. 0 is placed inside the outer packaging material. Then, the peripheries of the upper outer packaging material 30A and the lower outer packaging material 30B are closed and sealed.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of the inner core material 40 in one embodiment of the present disclosure.
  • the inner core member 40 has an uneven shape and includes a plurality of convex portions 42 and a plurality of concave portions 44 .
  • the top surface of the convex portion 42 is not fused to the upper outer packaging material 30A. Further, the bottom surface of the recess 44 is not fused to the lower outer packaging material 30B. Deformation of the cooling structure 100 will be described with reference to FIG. 4.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the cooling structure 100 in the width direction.
  • FIG. 4(A) is a diagram showing a state in which no external force is applied to the cooling structure 100
  • FIG. 4(B) is a diagram showing a state in which an external force is applied.
  • FIG. 4(B) shows a case where an external force is applied from the upper outer packaging material 30A side.
  • FIG. 4(B) when an external force is applied from the outer packaging material 30A side, the uneven shape of the inner core material 40 spreads in the width direction, and the height of the unevenness becomes lower.
  • the outer packaging material 30A side deforms along the height of the unevenness due to external force. Therefore, the thickness B of the cooling structure 100 to which the external force is applied is thinner than the thickness A of the cooling structure 100 before the external force is applied.
  • the uneven shape of the inner core material 40 can be elastically deformed, when the external force is removed or reduced, the height of the unevenness changes in the direction of returning to the original height, and the height of the unevenness increases, and the thickness of the cooling structure 100 decreases. becomes thicker. In this way, the cooling structure 100 is deformed by external force, and the cooling structure can follow and deform according to the shape and shape change of the object to be cooled.
  • the tolerance for change in the height of the unevenness can be adjusted by the difference W between the inner distance W1 of the outer wrapping material and the length W2 of the inner core material 40 in the width direction. It is preferable that the difference W is set appropriately depending on the member, shape, installation location, etc. of the object to be cooled.
  • a restraining member may be provided to restrain the position of a portion of the inner core material 40.
  • the restraining member is, for example, a protrusion 50 provided on at least one of the header section 10 and the footer section 12, as shown in FIG.
  • the protrusion 50 extends from the header part 10 or the footer part 12 to the inner core material 40, and by inserting the protrusion 50 into the recess or convex part of the inner core material 40, displacement of the inner core material 40 in the width direction is suppressed.
  • the protruding portion 50 of the header portion 10 or the footer portion 12 is preferably provided at the center of the cooling structure 100 in the width direction. At the center in the width direction, when the unevenness is deformed by an external force, the deformation movement distance is the smallest, and even if the inner core material 40 is fixed at this position, it is difficult to prevent the unevenness from deforming.
  • the side surface of the outer packaging material deforms as shown in FIG. 4(B). Since the refrigerant flows inside the outer packaging material, it is preferable that the side surfaces of the outer packaging material are inclined so that the angle formed with the lower surface of the outer packaging material 30B is an acute angle so that the side surfaces of the outer packaging material deform toward the outside. .
  • the material of the inner core material is not limited as long as the uneven shape can be elastically deformed.
  • the inner core material is made of at least one member selected from the group consisting of metals such as iron and stainless steel, and resin. It is preferable to be composed of at least one selected from the group.
  • the inner core material may be made of a metal layer such as iron or stainless steel coated with a resin.
  • the inner core material is a metal layer coated with a resin, another layer may or may not be provided between the metal layer and the resin. From the viewpoint of cost, the metal may not be coated with resin. From the viewpoint of cost etc., it is one of the preferred embodiments that the inner core material is made of stainless steel.
  • the uneven shape of the inner core material may be formed into a corrugated plate shape by corrugating or pleating, or may be formed by embossing.
  • the uneven shape may be formed by vacuum forming.
  • the cross-sectional shape of the refrigerant flow path partitioned by the uneven shape of the inner core material may be a semicircle; a semiellipse; a polygon such as a triangle, a quadrangle, or a pentagon; an irregular shape; or a combination thereof.
  • the plurality of irregularities may be arranged regularly or irregularly.
  • An example of an irregular arrangement is one in which the period of concavities and convexities is not uniform. In the case of a regular arrangement, the period of the concave portions and the period of the convex portions may be the same or different.
  • the height of the unevenness of the inner core material is not particularly limited, and from the viewpoint of ensuring a sufficient refrigerant circulation path, it may be 0.1 mm or more, or 5 mm or more when no external pressure is applied. It may be 10 mm or more. From the viewpoint of thinning, the height of the unevenness of the inner core member may be 50 mm or less, 40 mm or less, or 30 mm or less in a state where no external pressure is applied. From this point of view, the height of the unevenness of the inner core material may be 0.1 mm to 50 mm, 5 mm to 40 mm, or 10 mm to 30 mm in a state where no external pressure is applied. In the present disclosure, the height of the unevenness of the inner core material is the distance from the top of the convex portion to the bottom of the concave portion.
  • a refrigerant flows through a plurality of channels partitioned by the uneven shape of the inner core material.
  • the type of refrigerant is not particularly limited.
  • the refrigerant include liquids such as water and organic solvents, and gases such as air.
  • the water used as a refrigerant may contain components such as antifreeze.
  • FIG. 6 is a schematic perspective view illustrating a modification of the cooling structure, and shows the inside when the upper outer packaging material 30A is removed.
  • the refrigerant inlet 10 and outlet 20 are provided at each end (front end, rear end) in the length direction.
  • both the inlet 10 and the outlet 20 are provided at one end.
  • the header section 12 is provided with a joint pipe for the inlet 10 and a joint pipe for the outlet 20.
  • the refrigerant flowing from the inlet 10 of the header section 12 makes a U-turn at the footer section 22 and reverses its direction, so that the refrigerant flows through the header section 12. Return to exit 20.
  • the refrigerant is moved back and forth once in the length direction, but it may be moved back and forth once and a half.
  • the header portion 12 may be provided with the inlet 10 and the footer portion 22 may be provided with the outlet 20.
  • the number of reciprocations of the refrigerant may be further increased.
  • not only one inlet 10 and more than one outlet 20 may be provided.
  • the cooling structure of the present disclosure can be widely used for cooling heating elements, for example, for cooling battery modules, power semiconductor modules, etc. installed in electronic devices such as smartphones and personal computers, electric vehicles, hybrid vehicles, etc. It is valid.
  • a structure of the present disclosure includes the above-described cooling structure of the present disclosure and a cooled object provided on the cooling structure.
  • Examples of the object to be cooled include heating elements such as electronic devices such as smartphones and personal computers, battery modules installed in electric cars, hybrid cars, etc., and power semiconductor modules.
  • the object to be cooled may be provided on either the outer packaging material 30A side or the outer packaging material 30B side of the cooling structure 100, or may be provided on both sides.
  • Refrigerant inlet 20 Refrigerant outlet 30, 30A, 30B Outer packaging material 40 Inner core material 42 Projection 44 Recess 50 Projection 100 Cooling structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

冷却構造体は、冷媒の流入口及び流出口が設けられた外包材と、前記外包材の内部に配置される内心材とを備え、前記内心材が、前記冷媒の流路を複数に仕切る凹凸形状を有し、前記内心材の前記凹凸形状が弾性変形可能に構成され、前記内心材の凹部底面及び凸部頂面が前記外包材に溶着されていない。

Description

冷却構造体及び構造体
　本開示は、冷却構造体及び構造体に関する。
　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半導体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。
　例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車等のモータを搭載する車両には、モータを駆動する駆動手段が搭載されている。駆動手段は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体を複数備えるパワーモジュール、キャパシタ等の電子部品、これら電子部品を電気的に接合するバスバーなどから構成される。モータを駆動する際には、パワー半導体、キャパシタ等、これら電子部品を接合するバスバーに大電流が流れることがある。この場合、スイッチング損失、抵抗損失等によって駆動手段が発熱するため、駆動手段を効率的に冷却することが望まれる。また、車両に搭載された電池モジュールからの発熱についても効率的に冷却することが望まれる。
　冷却構造体としては、アルミニウム製冷却フィンの内心材を有するような、熱伝導性の高い金属で構成された構造を有する構造体が挙げられる。しかしながら、金属製のため重量があり、また溶接等によって被冷却体に配置するため、ある程度の厚さが必要となり薄型化することが難しい。
　そこで、軽量化等の観点から、金属製の伝熱層を樹脂層でラミネートしたラミネート材で外包材及び内心材を構成し、内心材で仕切られた流路に冷媒を流通させる冷却構造体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の熱交換器は、熱融着層を有するラミネート材を熱融着して製作するため、十分な薄型化が図られることが記載されている。さらに、特許文献１に記載の熱交換器では、外包材及び内心材としてのラミネート材は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が向上することが記載されている。
特開２０２０－３１３２号公報
　特許文献１に記載の熱交換器は上記の利点を有するものの、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冷却構造体及び構造体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＞　冷媒の流入口及び流出口を設けてなる外包材と、前記外包材の内部に配置される内心材とを備え、
　前記内心材が、前記冷媒の流路を複数に仕切る凹凸形状を有し、
　前記内心材の前記凹凸形状が弾性変形可能に構成され、
　前記内心材の凹部底面及び凸部頂面が前記外包材に溶着されていない、冷却構造体。
＜２＞　前記内心材が、鉄、ステンレス鋼及び樹脂からなる群より選択される少なくとも１種で構成される、＜１＞に記載の冷却構造体。
＜３＞　前記内心材の一部分の位置を拘束する拘束部材をさらに備える、＜１＞又は＜２＞に記載の冷却構造体。
＜４＞　＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の冷却構造体と、前記冷却構造体上に設けられる被冷却体と、を有する構造体。
　本開示によれば、熱交換効率に優れる冷却構造体及び構造体が提供される。
本開示の一態様の冷却構造体の外観を示す概略斜視図である。 図１の冷却構造体を部品ごとに分けた分解図である。 本開示の一態様における内心材の概略斜視図である。 本開示の一態様の冷却構造体の幅方向での概略断面図であり、（Ａ）は、冷却構造体に外力が付与されていない状態を示す図であり、（Ｂ）は外力が付与されている状態を示す図である。 内心材の一部分の位置を拘束する拘束部材の概略斜視図である。 本開示の他の一態様の冷却構造体を説明する概略斜視図であり、上側の外包材を外したときの内部を表す。
　以下、本開示の実施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。
　本開示における実施形態について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。
　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。
＜冷却構造体＞
　本開示の冷却構造体は、冷媒の流入口及び流出口が設けられた外包材と、前記外包材の内部に配置される内心材とを備え、前記内心材が、前記冷媒の流路を複数に仕切る凹凸形状を有し、前記内心材の前記凹凸形状が弾性変形可能に構成され、前記内心材の凹部底面及び凸部頂面が前記外包材に溶着されていない。
　本開示において、冷媒の流路を仕切る内心材は、弾性変形可能な凹凸形状を有し、凹部底面及び凸部頂面が前記外包材に溶着されていない。これにより、発熱体である被冷却体に冷却構造体を押し付け配置した際に、押し付け方向からの圧力に応じて凹凸形状が変形可能である。結果、被冷却体の形状に沿って冷却構造体が変形可能となり、被冷却体に対
する冷却構造体の接触面が増大し、熱交換効率の向上が図られる。また、内心材の凹凸形状が弾性変形可能に構成されているため、温度変化に伴い被冷却体が膨潤又は収縮しても、その形状変化に追従して冷却構造体が変形可能である。
　以下、本開示の冷却構造体について図面を参照して説明する。なお、本開示の実施形態は図面に記載の態様に限定されない。
　図１は、本開示の一態様の冷却構造体１００の外観を表す概略斜視図である。図１に示される冷却構造体１００は、冷媒の流入口１０と流出口２０とを有し、外包材３０で全体が覆われている。
　図２は、図１の冷却構造体１００を部品ごとに分けた分解図である。
　外包材３０は上側の外包材３０Ａと下側の外包材３０Ｂで構成されている。本開示では図面での上下に即して上及び下と表記するが、上下を逆にしてもよい。
　外包材の材質は特に制限されないが、熱伝導性の観点から金属であることが好ましい。外包材としては、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。
　一態様において、外包材は、金属の一方の面又は両面に樹脂層を有してもよい。外包材の内側に樹脂層を設けると、冷媒による腐食の発生が抑制されやすくなる。また、外包材の外側に樹脂層を設けると、絶縁を図ることが可能となる。金属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。熱伝導性、コスト等の観点からは、金属の表面に樹脂層を設けなくともよい。本開示の冷却構造体では、内心材を外包材に融着しないため、外包材の樹脂層は必ずしも必要な構成ではない。
　外包材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、外包材の厚みは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。薄型化及び変形性の観点からは、外包材の厚みは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、外包材の厚みは、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。
　上側の外包材３０Ａには、冷媒の流入口１０としてのジョイントパイプ及び流出口２０としてのジョイントパイプを貫通させるための穴が設けられている。そして、ジョイントパイプを固定し、組み立て性の観点から、冷媒の流入口１０のジョイントパイプはヘッダー部１２の一部として設けられ、流出口２０のジョイントパイプはフッダー部１２の一部として設けられていることが好ましい。冷媒の流入口１０のジョイントパイプはヘッダー部１０と一体成型されていてもよく、流出口２０のジョイントパイプはフッダー部１２と一体成型されていてもよい。
　なお、図１及び図２の冷却構造体１００では、ジョイントパイプの向きが冷却構造体１００の厚み方向の外側に延びているが、ジョイントパイプの向きはこれに限定されない。例えば、ジョイントパイプは、冷却構造体１００の面方向の外側に延びていてもよい。また、流入口１０のジョイントパイプと流出口２０のジョイントパイプの向きが異なっていてもよい。
　ヘッダー部１２からフッダー部１２へ流れる冷媒の流路を複数に仕切るよう、内心材４
０が外包材の内部に配置される。そして、上側の外包材３０Ａと下側の外包材３０Ｂの周囲を閉じて密閉させる。
　図３は、本開示の一態様における内心材４０の概略斜視図である。内心材４０は凹凸形状を有し、複数の凸部４２及び複数の凹部４４を有している。凸部４２の頂面は上側の外包材３０Ａと融着されていない。また、凹部４４の底面は下側の外包材３０Ｂと融着されていない。図４を参照して、冷却構造体１００の変形について説明する。
　図４は、冷却構造体１００の幅方向での概略断面図である。図４（Ａ）は、冷却構造体１００に外力が付与されていない状態を示す図であり、（Ｂ）は外力が付与されている状態を示す図である。
　図４（Ｂ）では、上側の外包材３０Ａ側から外力が付与された場合を示す。図４（Ｂ）に示すように、外包材３０Ａ側から外力が付与されると、内心材４０の凹凸形状は幅方向に広がり、凹凸の高さが低くなる。外包材３０Ａ側は外力により凹凸の高さに沿って変形する。そのため、外力が付与される前の冷却構造体１００の厚みＡよりも、外力が付与されている冷却構造体１００の厚みＢは薄くなっている。
　内心材４０の凹凸形状は弾性変形可能であるため、外力が無くなり又は軽減されると、凹凸の高さが元に戻る方向に変化し、凹凸の高さが高くなり、冷却構造体１００の厚みは厚くなる。
　このように冷却構造体１００は外力によって変形し、被冷却体の形状及び形状変化に応じて冷却構造体が追従して変形可能である。
　凹凸の高さの変化許容度は、幅方向における外包材の内部側距離Ｗ１と内心材４０の長さＷ２との差Ｗにより調整することが可能である。差Ｗは、被冷却体の部材、形状、設置場所等に応じて適宜設定することが好ましい。
　内心材４０が外包材内で位置がずれる場合があるため、内心材４０の一部分の位置を拘束する拘束部材を有していてもよい。拘束部材としては、例えば、図５に示すような、ヘッダー部１０及びフッダー部１２の少なくとも一方に設ける突起部５０である。突起部５０がヘッダー部１０又はフッダー部１２から内心材４０へと延び、突起部５０を内心材４０の凹部又は凸部に差し込むことで内心材４０の幅方向へのずれが抑えられる。
　ヘッダー部１０又はフッダー部１２の突起部５０は、冷却構造体１００の幅方向における中心部に設けることが好ましい。幅方向の中心部は、外力により凹凸が変形したときにおいて最も変形移動距離が小さく、この位置で内心材４０を固定しても凹凸の変形を妨げにくい。
　外力の付与により冷却構造体１００の厚みが薄くなると、図４（Ｂ）に示すように、外包材の側面が変形する。外包材の内部は冷媒が流通するため、外包材の側面が外側に向けて変形するよう、外包材の側面は外包材３０Ｂの下面となす角度が鋭角になるように傾斜していることが好ましい。
　内心材は、凹凸形状が弾性変形に構成できるものであれば材質は限定されない。例えば、内心材は、鉄、ステンレス鋼等の金属及び樹脂からなる群より選択される少なくとも１種で構成されることが好ましく、冷媒による腐食の発生を抑える観点からは、ステンレス鋼及び樹脂からなる群より選択される少なくとも１種で構成されることが好ましい。
　一態様において、内心材は、鉄、ステンレス鋼等の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。コストの観点から、金属は樹
脂で被覆しない態様であってもよい。内心材は、コスト等の観点から、ステンレス鋼で構成することが好ましい態様の一つである。
　内心材の凹凸形状は、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。内心材が樹脂で構成される場合には、真空成型により凹凸形状を形成してもよい。
　内心材の凹凸形状で仕切られる冷媒流路の断面形状は、半円形状；半楕円形状；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。
　複数の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。不規則な配列例としては、凹凸の周期が一律ではないものが挙げられる。規則的な配列の場合、凹部の周期と凸部との周期が同じであっても、異なっていてもよい。
　内心材の凹凸の高さは特に制限されず、冷媒流通の経路を十分に確保する観点からは、外圧を付与しない状態において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、内心材の凹凸の高さは、外圧を付与しない状態において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、内心材の凹凸の高さは、外圧を付与しない状態において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、内心材の凹凸の高さとは、凸部の最頂部から凹の最底部までの距離である。
　内心材の凹凸形状により複数に仕切られる流路には、冷媒が流通する。冷媒の種類は、特に制限されない。冷媒としては、水、有機溶媒等の液体、空気等の気体などが挙げられる。冷媒として用いられる水には、不凍液等の成分が含まれていてもよい。
　図６は、冷却構造体の変形例を説明する概略斜視図であり、上側の外包材３０Ａを外したときの内部を表す。
　図１及び図２の冷却構造体１００では、冷媒の流入口１０と流出口２０は長さ方向のそれぞれの端部（前端部、後端部）に設けられている。これに対して、図６の冷却構造体１１０では、一方の端部に流入口１０及び流出口２０の双方を設けている。図６の冷却構造体１１０では、ヘッダー部１２に流入口１０のジョイントパイプと流出口２０のジョイントパイプとを設ける。
　図６の冷却構造体１１０では、図中の矢印Ｆで示すように、ヘッダー部１２の流入口１０から流通した冷媒は、フッダー部２２でＵターンして方向を反転させ、ヘッダー部１２の流出口２０まで戻る。
　図６では、冷媒は長さ方向で一往復としているが、一往復半させてもよい。この場合、ヘッダー部１２に流入口１０を設け、フッダー部２２に流出口２０を設けてもよい。冷媒の往復回数をさらに多くしてもよい。
　冷媒を長さ方向で往復させる場合には、往路側の流路と袋側の流路の間に仕切りを設けることが好ましい。
　さらなる他の一形態として、流入口１０及び流出口２０はそれぞれ一つだけでなく複数個も設けてもよい。
　本開示の冷却構造体は、発熱体の冷却に広く利用可能であり、例えば、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、パワー半導体モジュールなどの冷却に有効である。
＜構造体＞
　本開示の構造体は、前述の本開示の冷却構造体と、前記冷却構造体上に設けられる被冷却体と、を有する。
　被冷却体としては、発熱体として、例えば、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、パワー半導体モジュールなどが挙げられる。
　被冷却体は、冷却構造体１００の外包材３０Ａ側及び外包材３０Ｂ側のいずれの側に設けてもよく、両側に設けられてもよい。
　日本国特許出願２０２２－０６１１１９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、および技術規格は、個々の文献、特許出願、およ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。
１０　　冷媒の流入口
２０　　冷媒の流出口
３０、３０Ａ、３０Ｂ　　外包材
４０　　内心材
４２　　凸部
４４　　凹部
５０　　突起部
１００　冷却構造体

Claims (4)

  1. 　冷媒の流入口及び流出口を設けてなる外包材と、前記外包材の内部に配置される内心材とを備え、
    　前記内心材が、前記冷媒の流路を複数に仕切る凹凸形状を有し、
    　前記内心材の前記凹凸形状が弾性変形可能に構成され、
    　前記内心材の凹部底面及び凸部頂面が前記外包材に溶着されていない、冷却構造体。
  2. 　前記内心材が、鉄、ステンレス鋼及び樹脂からなる群より選択される少なくとも１種で構成される、請求項１に記載の冷却構造体。
  3. 　前記内心材の一部分の位置を拘束する拘束部材をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載の冷却構造体。
  4. 　請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の冷却構造体と、前記冷却構造体上に設けられる被冷却体と、を有する構造体。
     
PCT/JP2023/012974 2022-03-31 2023-03-29 冷却構造体及び構造体 WO2023190755A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-061119 2022-03-31
JP2022061119 2022-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023190755A1 true WO2023190755A1 (ja) 2023-10-05

Family

ID=88202681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/012974 WO2023190755A1 (ja) 2022-03-31 2023-03-29 冷却構造体及び構造体

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023190755A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06123582A (ja) * 1992-10-09 1994-05-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 積層型熱交換器
JP2014086505A (ja) * 2012-10-22 2014-05-12 Denso Corp 電力変換装置
JP2020068066A (ja) * 2018-10-22 2020-04-30 昭和電工パッケージング株式会社 シート型伝熱器および熱処理システム
JP2021005604A (ja) * 2019-06-25 2021-01-14 株式会社ティラド 熱交換器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06123582A (ja) * 1992-10-09 1994-05-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 積層型熱交換器
JP2014086505A (ja) * 2012-10-22 2014-05-12 Denso Corp 電力変換装置
JP2020068066A (ja) * 2018-10-22 2020-04-30 昭和電工パッケージング株式会社 シート型伝熱器および熱処理システム
JP2021005604A (ja) * 2019-06-25 2021-01-14 株式会社ティラド 熱交換器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7126388B2 (ja) 樹脂融着製熱交換器
AU2007210461B9 (en) Cooling structure of power semiconductor device and inverter
JP5157681B2 (ja) 積層型冷却器
EP2947412A1 (en) Heat exchanger and method for manufacturing same
JP4699253B2 (ja) 冷却器
JP2013254787A (ja) 熱交換器及びその製造方法
JP6528689B2 (ja) 電池パック
JP7051774B2 (ja) 電気部品組立体の放熱構造、熱伝導シート、電気部品組立体の製造方法
JP2008221951A (ja) 自動車用電子部品の冷却装置
WO2023190755A1 (ja) 冷却構造体及び構造体
WO2023224015A1 (ja) 冷却構造体及び構造体
WO2023248759A1 (ja) 冷却構造体及び構造体
JP2010010195A (ja) 自動車用電子部品の冷却装置
JP5589829B2 (ja) 熱交換器
WO2023224017A1 (ja) 冷却構造体及び構造体
JP2013051274A (ja) 冷却装置
WO2023210711A1 (ja) ジョイント部品、冷却構造体及び構造体
WO2023210710A1 (ja) 冷却構造体及び構造体
WO2023112899A1 (ja) 冷却構造体
WO2023228676A1 (ja) 冷却構造体用樹脂部品、冷却構造体及び構造体
JP2021162198A (ja) 熱交換器およびその外包体
WO2022244626A1 (ja) 熱交換器、構造体、及び構造体の製造方法
JP6139342B2 (ja) 積層ユニット
JP2022177539A (ja) 構造体及び構造体の製造方法
JP7446918B2 (ja) 熱交換器およびそのインナーフィン

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23780763

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1