JP7048558B2 - 冷却器および冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、冷却器および冷却構造に関する。

発熱体（バッテリモジュール）を冷却する冷却器（冷却部材）が知られている（例えば特許文献１）。

特許文献１には、発熱体に熱的に当接する第１部材（第１プレート）と、第１部材の下面に重ね合わされて第１部材との間に冷媒（冷却媒体）が流通する第１流路（冷却空間）を区画する本体部（第２プレート）と、を有する冷却器が記載されている。

特開２０１４－２０３５３５号公報

ところで従来技術は、冷媒が流通する第１流路の間に第１部材と本体部とを接合するための接合代を確保する必要がある。この場合、接合代の分だけ冷媒の流通量が減少する。これにより、冷却器の熱容量が減少するため、冷却器の冷却性能が低下する。したがって、冷却器の冷却性能を向上させるという点で改善の余地がある。

本発明は、従来技術と比較して冷却性能を向上できる冷却器および冷却構造を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明に係る冷却器および冷却構造は、以下の構成を採用した。
（１）本発明に係る冷却器は、第１面（例えば、実施形態の第１面１５ａ）に第１溝部（例えば、実施形態の第１溝部１８）を有し、前記第１面とは反対側の第２面（例えば、実施形態の第２面１５ｂ）に第２溝部（例えば、実施形態の第２溝部１９）を有し、一方向に延びる本体部（例えば、実施形態の本体部１５）と、前記第１面に当接して前記第１溝部の開口を閉塞し、冷媒（例えば、実施形態の冷媒Ｒ）が流通する第１流路（例えば、実施形態の第１流路２０）を形成する第１部材（例えば、実施形態の第１部材１６）と、前記第２面に当接して前記第２溝部の開口を閉塞し、前記冷媒が流通する第２流路（例えば、実施形態の第２流路２１）を形成する第２部材（例えば、実施形態の第２部材１７）と、を有する流路形成部材（例えば、実施形態の流路形成部材１２）を備え、前記第１流路における前記冷媒の流通方向の上流側端（例えば、実施形態の上流側端２０ａ）と前記第２流路の前記流通方向の上流側端（例えば、実施形態の上流側端２１ａ）とは連通し、前記第１流路における前記流通方向の下流側端（例えば、実施形態の下流側端２０ｂ）と前記第２流路の前記流通方向の下流側端（例えば、実施形態の下流側端２１ｂ）とは連通し、前記第１溝部は、平面視で前記本体部の長手方向の一方側に開口するＵ字状に形成されて２本並んで配置され、前記第２溝部は、平面視で前記長手方向の一方側に開口するＵ字状に形成され、２本の前記第１溝部の間に１本配置されている。

（２）上記（１）に記載の冷却器では、前記本体部は、プレス加工により形成されていてもよい。

（３）上記（１）または（２）に記載の冷却器では、複数の前記流路形成部材と、複数の前記流路形成部材を接続し、それぞれの各前記第１流路を連通させるとともにそれぞれの各前記第２流路を連通させる接続部（例えば、実施形態の接続部２２）と、を備え、複数の前記流路形成部材と前記接続部とは一体形成されていてもよい。

（４）本発明に係る冷却構造（例えば、実施形態の冷却構造１０）は、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の冷却器と、前記冷却器の前記第１部材側に配置される発熱体（例えば、実施形態のバッテリモジュール３）と、前記冷却器と前記発熱体との間に配置される熱伝導体（例えば、実施形態の熱伝導体４）と、前記冷却器を前記発熱体に向かって付勢する付勢部材（例えば、実施形態の板バネ５、フランジ６）と、を備えてもよい。

（５）本発明に係る冷却構造（例えば、実施形態の冷却構造１０）は、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の冷却器と、前記冷却器の前記第１部材側に配置される発熱体（例えば、実施形態のバッテリモジュール３）と、前記冷却器と前記発熱体との間に配置される熱伝導体（例えば、実施形態の熱伝導体４）と、を備え、前記冷却器が弾性変形可能に形成され、弾性復元力により前記冷却器が前記熱伝導体を前記発熱体に押圧してもよい。

上記（１）によれば、冷却器は、第１溝部の開口を閉塞し、冷媒が流通する第１流路を形成する第１部材と、第２溝部の開口を閉塞し、冷媒が流通する第２流路を形成する第２部材と、を有する流路形成部材を備えている。これにより、本体部を挟んで第１流路とは反対側に第２流路を設けることができる。よって、従来技術と比較して、冷却器を流通する冷媒の流通量を増加できるので、冷却器の熱容量を増大できる。したがって、従来技術と比較して冷却性能を向上できる冷却器を提供できる。
第１流路の上流側端と第２流路の上流側端とは連通している。第１流路の下流側端と第２流路の下流側端とは連通している。これにより、冷媒の流れは、第１流路と第２流路とで同一方向となる。このため第１流路および第２流路を流通する冷媒は、熱を吸収して温度が上昇したものから順次、冷却器の外部に排出される。したがって、冷却器の冷却性能を向上できる。

上記（２）の場合、本体部は、プレス加工により形成されている。これにより、例えば板材に対してプレス加工で第１溝部を形成すると、形成された第１溝部の間に第２溝部が同時に形成される。これにより、冷却器を流通する冷媒の流通量を増加できるので、冷却器の熱容量を増大できる。したがって、従来技術と比較して冷却性能を向上できる冷却器を提供できる。
この構成によれば、例えば板材にプレス加工を施すことによって本体部を容易に形成できる。したがって、冷却器の生技性を向上できる。

上記（３）の場合、複数の流路形成部材と接続部とは一体形成されている。これにより、接続部と流路形成部材との境界部から冷媒が漏洩することを防止できる。
この構成によれば、複数の流路形成部材と接続部とが別体形成される場合と比較して部品点数を削減できる。

上記（４）の場合、冷却構造は、冷却器と発熱体との間に配置される熱伝導体と、冷却器を発熱体に向かって付勢する付勢部材と、を備える。このため、熱伝導体は、発熱体および冷却器の両方に密着される。これにより、冷却構造の熱抵抗が低下する。よって、発熱体の熱は、熱伝導体を介して冷却器に効率良く伝達される。したがって、従来技術と比較して冷却性能を向上できる冷却構造を提供できる。

上記（５）の場合、冷却器が弾性変形可能に形成され、弾性復元力により冷却器が熱伝導体を発熱体に押圧する。このため、熱伝導体は、発熱体および冷却器の両方に密着される。これにより、冷却構造の熱抵抗が低下する。よって、発熱体の熱は、熱伝導体を介して冷却器に効率良く伝達される。したがって、従来技術と比較して冷却性能を向上できる冷却構造を提供できる。
また、冷却器を発熱体に向かって付勢する付勢部材を別途設ける必要がない。したがって、冷却構造を軽量化できる。また、付勢部材を設ける工程が不要であるため、冷却構造の製造工程を簡略化できる。加えて、部品点数を削減できるため、冷却構造の製造費を削減できる。

第１実施形態に係るバッテリパックの斜視図である。 第１実施形態に係る冷却構造の側面図である。 第１実施形態に係る冷却器の分解斜視図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う冷却器の断面図である。 第１実施形態に係る冷却器の本体部の平面図である。 第１実施形態の第１変形例に係る冷却構造の側面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る冷却構造の側面図である。 第２実施形態に係る冷却器の斜視図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る冷却構造および冷却器について図面を参照して説明する。
（バッテリパック）
図１は、第１実施形態に係るバッテリパック１の斜視図である。
バッテリパック１は、例えば車両（不図示）に搭載される。車両は、例えば、電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両である。
図１に示すように、バッテリパック１は、ケース２と、ケース２の内部に収容された冷却構造１０と、を備えている。
ケース２は、底壁２ａと、底壁２ａの縁部から立ち上がる側壁２ｂと、を有している。ケース２は、全体としてバスタブ状に形成されている。ケース２における側壁２ｂの内側は、冷却構造１０を収容する収容部２ｃとなっている。

（冷却構造）
図２は、第１実施形態に係る冷却構造１０の側面図である。図２は、冷却構造１０の各構成の配置を模式的に示している。
図２に示すように、冷却構造１０は、冷却器１１と、バッテリモジュール３（請求項の発熱体に相当）と、熱伝導体４と、板バネ５（請求項の付勢部材に相当）と、を備えている。

（冷却器）
図３は、第１実施形態に係る冷却器１１の分解斜視図である。
図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う冷却器１１の断面図である。
図５は、第１実施形態に係る冷却器１１の本体部１５の平面図である。
図３に示すように、冷却器１１は、流路形成部材１２を備えている。
流路形成部材１２は、本体部１５と、第１部材１６と、第２部材１７と、を有している。

本体部１５は、一方向に延びる板状の部材である。本体部１５は、アルミニウムによって形成されている。本体部１５は、プレス加工により形成されている。本体部１５は、第１面１５ａに第１溝部１８を有している。本体部１５は、第１面１５ａとは反対側の第２面１５ｂに第２溝部１９を有している。
図４に示すように、第１溝部１８は、第１面１５ａが面する方向に開口している。図５に示すように、第１溝部１８は、平面視で本体部１５の長手方向Ｄの一方側に開口するＵ字状に形成されている。第１溝部１８は、２本形成されている。２本の第１溝部１８は、並んで配置されている。２本の第１溝部１８は、それぞれの両端で連通している。
図４に示すように、第２溝部１９は、第２面１５ｂが面する方向に開口している。図５に示すように、第２溝部１９は、平面視で長手方向Ｄの一方側に開口するＵ字状に形成されている。第２溝部１９は、２本の第１溝部１８の間に１本配置されている。第２溝部１９と、２本の第１溝部１８とは、それぞれの両端で連通している。

図３に示すように、第１部材１６は、長手方向Ｄに延びる板状の部材である。第１部材１６は、アルミニウムによって形成されている。図４に示すように、第１部材１６は、本体部１５の第１面１５ａにおける外周縁および第２溝部１９の底部に対応する箇所と当接している。第１部材１６と本体部１５との当接部１１ａは、第１溝部１８の全周にわたって接合されている。第１部材１６は、第１溝部１８の開口を閉塞し、第１流路２０を形成している。第１流路２０は、２本並んで形成されている。

図３に示すように、第２部材１７は、第２溝部１９に対応したＵ字状の板状の部材である。第２部材１７は、アルミニウムによって形成されている。図４に示すように、第２部材１７は、本体部１５の第２面１５ｂにおける外周縁および第１溝部１８の底壁に対応する箇所と当接している。第２部材１７と本体部１５との当接部１１ｂは、第２溝部１９の全周にわたって接合されている。第２部材１７は、第２溝部１９の開口を閉塞し、第２流路２１を形成している。

図３に示すように、第１部材１６には、供給配管１３および排出配管１４が設けられている。供給配管１３および排出配管１４は、本体部１５とは反対側の面から突出している。供給配管１３は、第１流路２０および第２流路２１の一端部に対応した位置に設けられている。排出配管１４は、第１流路２０および第２流路２１の他端部に対応した位置に設けられている。供給配管１３は、外部から第１流路２０および第２流路２１に例えば冷却水等の冷媒Ｒを供給する。供給された冷媒Ｒは、第１流路２０内および第２流路２１内を同一方向に流通する（図５参照）。排出配管１４は、第１流路２０から外部に冷媒Ｒを排出する。供給配管１３に対応した第１流路２０の一端部は、第１流路２０の上流側端２０ａとなる。排出配管１４に対応した第１流路２０の他端部は、第１流路２０の下流側端２０ｂとなる。供給配管１３に対応した第２流路２１の一端部は、第２流路２１の上流側端２１ａとなる。排出配管１４に対応した第２流路２１の他端部は、第２流路２１の下流側端２１ｂとなる。第２流路２１における冷媒Ｒの流通方向の上流側端２１ａは、第１流路２０の上流側端２０ａと連通している。第２流路２１における冷媒Ｒの流通方向の下流側端２１ｂは、第１流路２０の下流側端２０ｂと連通している。

（バッテリモジュール）
図１に示すように、バッテリモジュール３は、ケース２の収容部２ｃ内に４個配置されている。バッテリモジュール３は、冷却器１１の第１部材１６側に配置されている（図２参照）。バッテリモジュール３は、一方向に積層された複数のバッテリセル（不図示）を有している。バッテリモジュール３は、バッテリセルが積層されることにより、一方向に延びる直方体状に形成されている。４個のバッテリモジュール３は、並んで平行に配置されている。

（熱伝導体）
図２に示すように、熱伝導体４は、冷却器１１とバッテリモジュール３との間に配置されている。熱伝導体４は、バッテリモジュール３の熱を冷却器１１に効率良く伝達する。熱伝導体４は、冷却器１１およびバッテリモジュール３と接触している。熱伝導体４は、シート状に形成されている。熱伝導体４は、例えばシリコーン等の樹脂材料によって形成されている。熱伝導体４は、弾性変形可能に形成されている。
（板バネ）
板バネ５は、ケース２の底壁２ａと冷却器１１との間に配置されている。板バネ５は、例えば金属材料によって形成されている。板バネ５は、冷却器１１と当接する取付部５ａと、取付部５ａからケース２の底壁２ａに向かって延びる一対の脚部５ｂと、を有している。脚部５ｂは、弾性変形可能に形成されている。脚部５ｂの底壁２ａ側の端部は、底壁２ａと当接している。脚部５ｂは、弾性変形した状態で取付部５ａを底壁２ａから離間させている。板バネ５は、脚部５ｂの弾性復元力により、冷却器１１をバッテリモジュール３に向かって付勢している。

（作用、効果）
上述の第１実施形態によれば、以下の作用および効果が得られる。
冷却器１１は、第１溝部１８の開口を閉塞し、冷媒Ｒが流通する第１流路２０を形成する第１部材１６と、第２溝部１９の開口を閉塞し、冷媒Ｒが流通する第２流路２１を形成する第２部材１７と、を有する流路形成部材１２を備えている。これにより、本体部１５を挟んで第１流路２０とは反対側に第２流路２１を設けることができる。よって、従来技術と比較して、冷却器１１を流通する冷媒Ｒの流通量を増加できるので、冷却器１１の熱容量を増大できる。したがって、従来技術と比較して冷却性能を向上できる冷却器１１を提供できる。
第１流路２０の上流側端２０ａと第２流路２１の上流側端２１ａとは連通している。第１流路２０の下流側端２０ｂと第２流路２１の下流側端２１ｂとは連通している。これにより、冷媒Ｒの流れは、第１流路２０と第２流路２１とで同一方向となる。このため第１流路２０および第２流路２１を流通する冷媒Ｒは、熱を吸収して温度が上昇したものから順次、冷却器１１の外部に排出される。したがって、冷却器１１の冷却性能を向上できる。

本体部１５は、プレス加工により形成されている。これにより、例えば板材に対してプレス加工で第１溝部１８を形成すると、形成された第１溝部１８の間に第２溝部１９が同時に形成される。これにより、冷却器１１を流通する冷媒Ｒの流通量を増加できるので、冷却器１１の熱容量を増大できる。したがって、従来技術と比較して冷却性能を向上できる冷却器１１を提供できる。
この構成によれば、板材にプレス加工を施すことによって本体部１５を容易に形成できる。したがって、冷却器１１の生技性を向上できる。

冷却構造１０は、冷却器１１とバッテリモジュール３との間に配置される熱伝導体４と、冷却器１１をバッテリモジュール３に向かって付勢する板バネ５と、を備える。このため、熱伝導体４は、バッテリモジュール３および冷却器１１の両方に密着される。これにより、冷却構造１０の熱抵抗が低下する。よって、バッテリモジュール３の熱は、熱伝導体４を介して冷却器１１に効率良く伝達される。したがって、従来技術と比較して冷却性能を向上できる冷却構造１０を提供できる。

（第１変形例）
以下、第１実施形態の第１変形例について図面を参照して説明する。
図６は、第１実施形態の第１変形例に係る冷却構造１０の側面図である。図６は、冷却構造１０の各構成の配置を模式的に示している。
第１実施形態では、付勢部材として板バネ５を備えていた。これに対して第１変形例では、付勢部材としてフランジ６を備えている点で、第１実施形態と異なる。第１変形例において、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。

図６に示すように、冷却構造１０は、冷却器１１と、バッテリモジュール３と、熱伝導体４と、冷却器１１に一体形成された一対のフランジ６と、を備えている。フランジ６は、板状の部材である。フランジ６は、例えば金属材料によって形成されている。フランジ６は、弾性変形可能に形成されている。フランジ６は、冷却器１１の外周縁からケース２の底壁２ａに向かって延びている。フランジ６の底壁２ａ側の端部は、底壁２ａと当接している。フランジ６は、弾性変形した状態で冷却器１１を底壁２ａから離間させている。フランジ６は、弾性復元力により、冷却器１１をバッテリモジュール３に向かって付勢している。

（作用、効果）
上述の第１変形例によれば、以下の作用および効果が得られる。
フランジ６は、冷却器１１と一体形成されている。これにより、冷却器１１とケース２の底壁２ａとの間に、冷却器１１をバッテリモジュール３に向かって付勢する付勢部材を別途設ける工程が不要となる。したがって、冷却構造１０の製造工程を簡略化できる。

（第２変形例）
以下、第１実施形態の第２変形例について図面を参照して説明する。
図７は、第１実施形態の第２変形例に係る冷却構造１０の側面図である。図７は、冷却構造１０の各構成の配置を模式的に示している。図７は、冷却器１１が弾性変形する前の状態を示している。
第１実施形態では、付勢部材として板バネ５を備えていた。これに対して第２変形例では、冷却器１１が付勢部材となっている点で、第１実施形態と異なる。第２変形例において、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。

図７に示すように、冷却構造１０は、冷却器１１と、バッテリモジュール３（請求項の発熱体に相当）と、熱伝導体４と、を備えている。冷却器１１は、側面視で底壁２ａからバッテリモジュール３に向かって凸となるように湾曲している。冷却器１１は、弾性変形可能に形成されている。冷却器１１は、底壁２ａに沿う平板状に弾性変形し、底壁２ａおよび熱伝導体４と接触する。冷却器１１は、弾性復元力により、熱伝導体４をバッテリモジュール３に向かって押圧している。

（作用、効果）
上述の第２変形例によれば、以下の作用および効果が得られる。
冷却器１１が弾性変形可能に形成され、弾性復元力により冷却器１１が熱伝導体４をバッテリモジュール３に押圧する。このため、熱伝導体４は、バッテリモジュール３および冷却器１１の両方に密着される。これにより、冷却構造１０の熱抵抗が低下する。よって、バッテリモジュール３の熱は、熱伝導体４を介して冷却器１１に効率良く伝達される。したがって、従来技術と比較して冷却性能を向上できる冷却構造１０を提供できる。
また、冷却器１１をバッテリモジュール３に向かって付勢する付勢部材を別途設ける必要がない。したがって、冷却構造１０を軽量化できる。また、付勢部材を設ける工程は不要となるため、冷却構造１０の製造工程を簡略化できる。加えて、部品点数を削減できるため、冷却構造１０の製造費を削減できる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態に係る冷却器について図面を参照して説明する。
図８は、第２実施形態に係る冷却器１１の斜視図である。
第１実施形態では、冷却器１１は、流路形成部材１２を備えていた。これに対して第２実施形態では、冷却器１１は、複数の流路形成部材１２と、接続部２２を備えている点で、第１実施形態と異なる。第２実施形態において、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。

図８に示すように、冷却器１１は、複数の流路形成部材１２と、複数の流路形成部材１２を接続する接続部２２と、を備えている。
複数の流路形成部材１２は、長手方向Ｄに直交する方向に並んで４個配置されている。接続部２２は、板状の部材である。接続部２２は、延在方向が流路形成部材１２の長手方向Ｄに直交する方向に沿うように配置されている。接続部２２は、複数の流路形成部材１２と一体形成されている。接続部２２は、複数の流路形成部材１２のそれぞれの第１流路２０を連通させている。接続部２２は、複数の流路形成部材１２のそれぞれの第２流路２１を連通させている。冷却器１１は、複数の流路形成部材１２を接続部２２を介して接続することにより、平面視でクランク状に形成されている。

（作用、効果）
上述の第２実施形態によれば、以下の作用および効果が得られる。
複数の流路形成部材１２と接続部２２とは一体形成されている。これにより、接続部２２と流路形成部材１２との境界部から冷媒Ｒが漏洩するのを防止できる。
この構成によれば、複数の流路形成部材１２と接続部２２とが別体形成される場合と比較して部品点数を削減できる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせても構わない。

３ バッテリモジュール（発熱体）
４ 熱伝導体
５ 板バネ（付勢部材）
６ フランジ（付勢部材）
１０ 冷却構造
１１ 冷却器
１２ 流路形成部材
１５ 本体部
１５ａ 第１面
１５ｂ 第２面
１６ 第１部材
１７ 第２部材
１８ 第１溝部
１９ 第２溝部
２０ 第１流路
２０ａ 上流側端
２０ｂ 下流側端
２１ 第２流路
２１ａ 上流側端
２１ｂ 下流側端
２２ 接続部
Ｒ 冷媒

Claims (5)

1. 第１面に第１溝部を有し、前記第１面とは反対側の第２面に第２溝部を有し、一方向に延びる本体部と、
   前記第１面に当接して前記第１溝部の開口を閉塞し、冷媒が流通する第１流路を形成する第１部材と、
   前記第２面に当接して前記第２溝部の開口を閉塞し、前記冷媒が流通する第２流路を形成する第２部材と、
   を有する流路形成部材を備え、
   前記第１流路における前記冷媒の流通方向の上流側端と前記第２流路の前記流通方向の上流側端とは連通し、
   前記第１流路における前記流通方向の下流側端と前記第２流路の前記流通方向の下流側端とは連通し、
   前記第１溝部は、平面視で前記本体部の長手方向の一方側に開口するＵ字状に形成されて２本並んで配置され、
   前記第２溝部は、平面視で前記長手方向の一方側に開口するＵ字状に形成され、２本の前記第１溝部の間に１本配置されている、
   ことを特徴とする冷却器。
2. 前記本体部は、プレス加工により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
3. 複数の前記流路形成部材と、
   複数の前記流路形成部材を接続し、それぞれの各前記第１流路を連通させるとともにそれぞれの各前記第２流路を連通させる接続部と、
   を備え、
   複数の前記流路形成部材と前記接続部とは一体形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却器。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷却器と、
   前記冷却器の前記第１部材側に配置される発熱体と、
   前記冷却器と前記発熱体との間に配置される熱伝導体と、
   前記冷却器を前記発熱体に向かって付勢する付勢部材と、
   を備えることを特徴とする冷却構造。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷却器と、
   前記冷却器の前記第１部材側に配置される発熱体と、
   前記冷却器と前記発熱体との間に配置される熱伝導体と、
   を備え、
   前記冷却器が弾性変形可能に形成され、弾性復元力により前記冷却器が前記熱伝導体を前記発熱体に押圧することを特徴とする冷却構造。

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