(57)【要約】【課題】伝熱媒体の有する冷熱または温熱を受ける受熱体の数が増えた場合にもコストを低減しうる伝熱装置を提供する。【解決手段】伝熱装置１は、伝熱媒体が流通する伝熱媒体流通路４を有するとともに下面が伝熱面５となっており、かつ横断面形状の外形が方形である伝熱媒体流通体２と、アルミニウムと炭素粒子とが複合化されている複合材を含む板状の複合体によって形成され、かつ伝熱媒体流通路４内を流れる伝熱媒体の有する熱を受熱体に伝える複数の熱伝導部材３とを備えている。熱伝導部材３は、上面が伝熱媒体流通体２の伝熱面５に熱的に接触する水平状の第１接触部６と、受熱体に熱的に接触する第２接触部７を有する。第１接触部６と第２接触部７とが同一水平面内に位置するように両接触部6,7を一体に設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱媒体の有する冷熱または温熱を受熱体に伝える伝熱装置であって、
伝熱媒体が流通する伝熱媒体流通路を有するとともに、外面に伝熱面を有する伝熱媒体流通体と、伝熱媒体流通体の伝熱面に熱的に接触しかつ伝熱媒体の有する冷熱または温熱を受ける第１接触部、および受熱体に熱的に接触しかつ冷熱または温熱を受熱体に伝える平坦状の第２接触部を有する複数の熱伝導部材とを備えており、熱伝導部材が、アルミニウムと炭素粒子とが複合化されている複合材を含む板状の複合体によって形成されている伝熱装置。
【請求項２】
伝熱媒体流通体の横断面形状の外形が方形であり、伝熱媒体流通体の下面が伝熱面となり、熱伝導部材の端部に水平状の第１接触部が設けられ、第２接触部が第１接触部と同一水平面内に位置するように両接触部が一体に設けられ、第１接触部の上面が伝熱媒体流通体の伝熱面に熱的に接触している請求項１記載の伝熱装置。
【請求項３】
伝熱媒体流通体の横断面形状の外形が方形であり、伝熱媒体流通体の２つの垂直面のうちのいずれか一方の垂直面が伝熱面となり、熱伝導部材の端部に垂直状の第１接触部が設けられ、第２接触部が第１接触部と直角をなす水平面内に位置するように両接触部が一体に設けられ、第１接触部における第２接触部側を向いた側面とは反対の側面が伝熱媒体流通体の伝熱面に熱的に接触している請求項１記載の伝熱装置。
【請求項４】
伝熱媒体流通体の横断面形状の外形が方形であり、伝熱媒体流通体の下面が伝熱面の第１部分になるとともに、伝熱媒体流通体の２つの垂直面のうちのいずれか一方の垂直面が伝熱面の第２部分となり、熱伝導部材の端部に水平部および垂直部からなるアングル状の第１接触部が設けられ、第２接触部が第１接触部の水平部と同一水平面内に位置するように両接触部が一体に設けられ、第１接触部の水平部の上面が伝熱媒体流通体の伝熱面の第１部分に熱的に接触しているとともに、同垂直部における第２接触部側を向いた側面が伝熱媒体流通体の伝熱面の第２部分に熱的に接触している請求項１記載の伝熱装置。
【請求項５】
伝熱媒体流通体の横断面形状の外形が方形であり、伝熱媒体流通体の上面が伝熱面の第１部分になるとともに、伝熱媒体流通体の２つの垂直面のうちのいずれか一方の垂直面が伝熱面の第２部分となり、さらに伝熱媒体流通体の下面が伝熱面の第３部分となり、熱伝導部材の端部に上下方向に間隔をおいて配置された２つの水平部および両水平部の側縁部どうしを連結する垂直部からなるチャンネル状の第１接触部が設けられ、第２接触部が第１接触部の下水平部と同一水平面内に位置するように両接触部が一体に設けられ、第１接触部の上水平部の下面が伝熱媒体流通体の伝熱面の第１部分に熱的に接触しているとともに同下水平部の上面が伝熱媒体流通体の伝熱面の第３部分に熱的に接触しており、第１接触部の垂直部における第２接触部側を向いた側面が伝熱媒体流通体の伝熱面の第２部分に熱的に接触している請求項１記載の伝熱装置。
【請求項６】
伝熱媒体流通体の横断面形状の外形が円形であり、伝熱媒体流通体の外周面における下端から上端を越えるまでの優弧状部分が伝熱面となるとともに伝熱面の一側縁部が伝熱媒体流通体の外形の下端部に位置しており、熱伝導部材の端部に、側方に開口しかつ開口を挟んだ２つの側縁部のうちのいずれか一方が伝熱媒体流通体の下端部に位置する優弧状の第１接触部が設けられ、第２接触部が、第１接触部における開口を挟んだ２つの側縁部のうちの伝熱媒体流通体の下端部に位置する側縁部に連なった水平面内に位置するように両接触部が一体に設けられ、第１接触部の曲率中心側を向いた面が伝熱媒体流通体の伝熱面に熱的に接触している請求項１記載の伝熱装置。
【請求項７】
２つの伝熱媒体流通体が長手方向が同方向を向くように互いに平行になるように配置され、熱伝導部材の両端部に第１接触部が設けられ、熱伝導部材の第２接触部が両伝熱媒体流通体間に配置されている請求項２〜６のうちのいずれかに記載の伝熱装置。
【請求項８】
１つの伝熱媒体流通体と、伝熱媒体流通体の片側に配置された複数の熱伝導部材とよりなる請求項２〜６のうちのいずれかに記載の伝熱装置。
【請求項９】
１つの伝熱媒体流通体と、伝熱媒体流通体の両側にそれぞれ配置された少なくとも１つの熱伝導部材とよりなる請求項３記載の伝熱装置。
【請求項１０】
熱伝導部材の第２接触部の上面に、受熱体を収容する収容区画が設けられ、当該収容区画が、熱伝導部材の第２接触部と熱的に接触するように立ち上がり状に設けられて隣り合う収容区画間を仕切り、かつ受熱体の側面の少なくとも一部に熱的に接触する仕切り壁を備えており、仕切壁がアルミニウムと炭素粒子とが複合化されている複合材を含む板状の複合体によって形成されている請求項１〜９のうちのいずれかに記載の伝熱装置。
【請求項１１】
熱伝導部材を形成する複合体の複合材中の炭素粒子が、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粒子および炭素繊維からなる群より選択される少なくとも１種類からなる請求項１〜１０のうちのいずれかに記載の伝熱装置。
【請求項１２】
熱伝導部材を形成する複合体の複合材が、アルミニウムマトリックスおよびアルミニウムマトリックス中に分散した炭素粒子からなる請求項１〜１１のうちのいずれかに記載の伝熱装置。
【請求項１３】
熱伝導部材を形成する複合体の複合材が、前記アルミニウムマトリックスを構成するアルミニウム材料中に前記炭素粒子が面方向に分散した複数の炭素粒子分散層と、前記アルミニウムマトリックスを構成するアルミニウム材料で形成された複数のアルミニウム層とを有し、前記炭素粒子分散層と前記アルミニウム層とが、前記複合体の厚さ方向に交互に積層状に配列されている請求項１２記載の伝熱装置。
【請求項１４】
複数の組電池と、請求項１〜１３のうちのいずれかに記載された伝熱装置とからなり、各組電池が複数の単電池により構成され、単電池が、伝熱媒体流通体の伝熱媒体流通路内を流れる伝熱媒体の有する冷熱または温熱を受ける受熱体となっている組電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、伝熱媒体の有する冷熱または温熱を受熱体に伝える伝熱装置に関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【０００３】
また、各図面の上下を上下というものとする。
【背景技術】
【０００４】
たとえばハイブリッド自動車、電気自動車等の電動機駆動用バッテリー装置として、たとえばリチウムイオン二次電池などの各種の二次電池からなる複数個の小型単電池を直列または並列に接続して組電池の形態としたものが用いられている。特に、電気自動車においては航続距離の延長のニーズから組電池の大容量化が求められるので、複数の組電池が直列または並列に接続されるように組み合わされている。
【０００５】
ところで、二次電池は、使用温度によって性能や寿命が変化するので、長時間にわたって効率良く使用するためには適正な温度で使用する必要がある。
【０００６】
そこで、上述したような組電池におけるすべての単電池の温度差を小さくすることを目的として、頂壁外面が平坦な伝熱面となっているとともに、内部に冷媒が流通する冷媒通路を有する金属製冷却部材を備えている冷却装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
特許文献１記載の冷却装置においては、多くの単電池を冷却する場合、冷却部材の数を増やす必要があり、部品点数が増えるとともに、全冷却部材に冷媒を供給するための配管接続の工数が増えてコストが高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第６０２０９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明の目的は、上記問題を解消し、伝熱媒体の有する冷熱または温熱を受ける受熱体の数が増えた場合にもコストを低減しうる伝熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【００１１】
1)伝熱媒体の有する冷熱または温熱を受熱体に伝える伝熱装置であって、
伝熱媒体が流通する伝熱媒体流通路を有するとともに、外面に伝熱面を有する伝熱媒体流通体と、伝熱媒体流通体の伝熱面に熱的に接触しかつ伝熱媒体の有する冷熱または温熱を受ける第１接触部、および受熱体に熱的に接触しかつ冷熱または温熱を受熱体に伝える平坦状の第２接触部を有する複数の熱伝導部材とを備えており、熱伝導部材が、アルミニウムと炭素粒子とが複合化されている複合材を含む板状の複合体によって形成されている伝熱装置。
【００１２】
2)伝熱媒体流通体の横断面形状の外形が方形であり、伝熱媒体流通体の下面が伝熱面となり、熱伝導部材の端部に水平状の第１接触部が設けられ、第２接触部が第１接触部と同一水平面内に位置するように両接触部が一体に設けられ、第１接触部の上面が伝熱媒体流通体の伝熱面に熱的に接触している上記1)記載の伝熱装置。
【００１３】
3)伝熱媒体流通体の横断面形状の外形が方形であり、伝熱媒体流通体の２つの垂直面のうちのいずれか一方の垂直面が伝熱面となり、熱伝導部材の端部に垂直状の第１接触部が設けられ、第２接触部が第１接触部と直角をなす水平面内に位置するように両接触部が一体に設けられ、第１接触部における第２接触部側を向いた側面とは反対の側面が伝熱媒体流通体の伝熱面に熱的に接触している上記1)記載の伝熱装置。
【００１４】
4)伝熱媒体流通体の横断面形状の外形が方形であり、伝熱媒体流通体の下面が伝熱面の第１部分になるとともに、伝熱媒体流通体の２つの垂直面のうちのいずれか一方の垂直面が伝熱面の第２部分となり、熱伝導部材の端部に水平部および垂直部からなるアングル状の第１接触部が設けられ、第２接触部が第１接触部の水平部と同一水平面内に位置するように両接触部が一体に設けられ、第１接触部の水平部の上面が伝熱媒体流通体の伝熱面の第１部分に熱的に接触しているとともに、同垂直部における第２接触部側を向いた側面が伝熱媒体流通体の伝熱面の第２部分に熱的に接触している上記1)記載の伝熱装置。
【００１５】
5)伝熱媒体流通体の横断面形状の外形が方形であり、伝熱媒体流通体の上面が伝熱面の第１部分になるとともに、伝熱媒体流通体の２つの垂直面のうちのいずれか一方の垂直面が伝熱面の第２部分となり、さらに伝熱媒体流通体の下面が伝熱面の第３部分となり、熱伝導部材の端部に上下方向に間隔をおいて配置された２つの水平部および両水平部の側縁部どうしを連結する垂直部からなるチャンネル状の第１接触部が設けられ、第２接触部が第１接触部の下水平部と同一水平面内に位置するように両接触部が一体に設けられ、第１接触部の上水平部の下面が伝熱媒体流通体の伝熱面の第１部分に熱的に接触しているとともに同下水平部の上面が伝熱媒体流通体の伝熱面の第３部分に熱的に接触しており、第１接触部の垂直部における第２接触部側を向いた側面が伝熱媒体流通体の伝熱面の第２部分に熱的に接触している上記1)記載の伝熱装置。
【００１６】
6)伝熱媒体流通体の横断面形状の外形が円形であり、伝熱媒体流通体の外周面における下端から上端を越えるまでの優弧状部分が伝熱面となるとともに伝熱面の一側縁部が伝熱媒体流通体の外形の下端部に位置しており、熱伝導部材の端部に、側方に開口しかつ開口を挟んだ２つの側縁部のうちのいずれか一方が伝熱媒体流通体の下端部に位置する優弧状の第１接触部が設けられ、第２接触部が、第１接触部における開口を挟んだ２つの側縁部のうちの伝熱媒体流通体の下端部に位置する側縁部に連なった水平面内に位置するように両接触部が一体に設けられ、第１接触部の曲率中心側を向いた面が伝熱媒体流通体の伝熱面に熱的に接触している上記1)記載の伝熱装置。
【００１７】
7)２つの伝熱媒体流通体が長手方向が同方向を向くように互いに平行になるように配置され、熱伝導部材の両端部に第１接触部が設けられ、熱伝導部材の第２接触部が両伝熱媒体流通体間に配置されている上記2)〜6)のうちのいずれかに記載の伝熱装置。
【００１８】
8)１つの伝熱媒体流通体と、伝熱媒体流通体の片側に配置された複数の熱伝導部材とよりなる上記2)〜6)のうちのいずれかに記載の伝熱装置。
【００１９】
9)１つの伝熱媒体流通体と、伝熱媒体流通体の両側にそれぞれ配置された少なくとも１つの熱伝導部材とよりなる上記3)記載の伝熱装置。
【００２０】
10)熱伝導部材の第２接触部の上面に、受熱体を収容する収容区画が設けられ、当該収容区画が、熱伝導部材の第２接触部と熱的に接触するように立ち上がり状に設けられて隣り合う収容区画間を仕切り、かつ受熱体の側面の少なくとも一部に熱的に接触する仕切り壁を備えており、仕切壁がアルミニウムと炭素粒子とが複合化されている複合材を含む板状の複合体によって形成されている上記1)〜9)のうちのいずれかに記載の伝熱装置。
【００２１】
11)熱伝導部材を形成する複合体の複合材中の炭素粒子が、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粒子および炭素繊維からなる群より選択される少なくとも１種類からなる上記1)〜10)のうちのいずれかに記載の伝熱装置。
【００２２】
12)熱伝導部材を形成する複合体の複合材が、アルミニウムマトリックスおよびアルミニウムマトリックス中に分散した炭素粒子からなる上記1)〜11)のうちのいずれかに記載の伝熱装置。
【００２３】
13)熱伝導部材を形成する複合体の複合材が、前記アルミニウムマトリックスを構成するアルミニウム材料中に前記炭素粒子が面方向に分散した複数の炭素粒子分散層と、前記アルミニウムマトリックスを構成するアルミニウム材料で形成された複数のアルミニウム層とを有し、前記炭素粒子分散層と前記アルミニウム層とが、前記複合体の厚さ方向に交互に積層状に配列されている上記12)記載の伝熱装置。
【００２４】
14)複数の組電池と、上記1)〜13)のうちのいずれかに記載された伝熱装置とからなり、各組電池が複数の単電池により構成され、単電池が、伝熱媒体流通体の伝熱媒体流通路内を流れる伝熱媒体の有する冷熱または温熱を受ける受熱体となっている組電池装置。
【発明の効果】
【００２５】
上記1)〜13)の伝熱装置によれば、受熱体の数が増えた場合には、熱伝導部材の数を増やすことにより対応することができるので、伝熱媒体流通体の数の増加を抑制することが可能になる。したがって、特許文献１記載の冷却装置に比較して、部品点数の増加、および全冷却媒体流通体の伝熱媒体通路に伝熱媒体を供給するための配管接続の工数の増加を抑制することが可能となり、コストが安価になる。
【００２６】
また、熱伝導部材がアルミニウムと炭素粒子とが複合化されている複合材を含む板状の複合体によって形成されているので熱伝導率が極めて高くなり、伝熱媒体流通体と受熱体との間の熱伝導性が優れたものになる。したがって、比較的多くの受熱体をを効率良く冷却または加熱することができる。
【００２７】
上記9)の伝熱装置によれば、１つの伝熱媒体流通体内を流れる伝熱媒体により多くの受熱体を冷却または加熱することが可能になり、部品点数が少なくなる。
【００２８】
上記10)の伝熱装置によれば、複数の受熱体を効率良く冷却または加熱することができるとともに、複数の受熱体の温度を均一化することができる。
【００２９】
上記11)の伝熱装置によれば、複合体の熱伝導率を向上させることができる。また、複合体の複合材におけるアルミニウムと炭素粒子との複合化を確実に行うことができる。
【００３０】
上記12)の伝熱装置によれば、複合体の複合材におけるアルミニウムマトリックス中での炭素粒子の偏りが少なくなり、複合体の熱伝導性が全体に均一となる。
【００３１】
上記13)の伝熱装置によれば、複合材の炭素粒子分散層と前記アルミニウム層とが、板状複合体の厚さ方向の全体にわたって交互に積層状に配列されているので、炭素粒子分散層の厚みをなるべく薄くしつつ、炭素粒子分散層の数を多くすることが可能になり、複合体の熱伝導率を効果的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明による伝熱装置を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図３】図１の伝熱装置に用いられる熱伝導部材の一部分を示す拡大断面図である。
【図４】図１の伝熱装置の使用例を示す斜視図である。
【図５】図１の伝熱装置に用いられる熱伝導部材の変形例を示す斜視図である。
【図６】この発明による伝熱装置の第２の実施形態を示す図２相当の図である。
【図７】この発明による伝熱装置の第３の実施形態を示す図２相当の図である。
【図８】この発明による伝熱装置の第４の実施形態を示す図２相当の図である。
【図９】この発明による伝熱装置の第５の実施形態を示す図２相当の図である。
【図１０】この発明による伝熱装置の第６の実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３４】
また、全図面を通じて同一物および同一部分には同一符号を付す。
【００３５】
図１および図２はこの発明による伝熱装置を示し、図３は図１および図２の伝熱装置に用いられる熱伝導部材の構成を示す。
【００３６】
図１において、伝熱装置(1)は伝熱媒体の有する冷熱または温熱を複数の受熱体、たとえば単電池に伝えるものであって、長手方向を同方向に向けた状態で互いに平行となるように配置された２つの伝熱媒体流通体(2)と、両伝熱媒体流通体(2)間に、伝熱媒体流通体(2)の長手方向に並んで配置された複数、ここでは２つの熱伝導部材(3)とを備えている。
【００３７】
図１および図２に示すように、伝熱媒体流通体(2)は金属、たとえばアルミニウムを用いて横断面形状の外形が方形となるように角筒状に形成されており、内部に伝熱媒体流通体(2)の長手方向に延びた伝熱媒体流通路(4)が設けられている。伝熱媒体流通体(2)の下面(2a)が伝熱面(5)となっている。伝熱媒体流通路(4)には受熱体に冷熱を付与したり、温熱を付与したりする伝熱媒体が流れる。
【００３８】
熱伝導部材(3)は、各伝熱媒体流通体(2)の伝熱面(5)に熱的に接触しかつ伝熱媒体の有する冷熱または温熱を受ける２つの第１接触部(6)、および複数の受熱体に熱的に接触しかつ冷熱または温熱を受熱体に伝える第２接触部(7)を有しており、アルミニウムと炭素粒子とが複合化されている複合材を含む板状の複合体(20)によって形成されている。
【００３９】
熱伝導部材(3)の第１接触部(6)および第２接触部(7)はそれぞれ水平状であり、両接触部(6)(7)が同一水平面内に位置するように、複合体(20)を用いて一体に設けられている。第１接触部(6)の上面が伝熱媒体流通体(2)の伝熱面(5)に熱的に接触している。熱伝導部材(3)の第１接触部(6)の上面は、ろう付、はんだ付、拡散接合、超音波接合、レーザー接合などの方法により伝熱媒体流通体(2)に接合されていることが好ましい。
【００４０】
図３に示すように、熱伝導部材(3)を形成する複合体(20)は、アルミニウムマトリックス(22)、およびアルミニウムマトリックス(22)中に分散した炭素粒子(23)を含む板状の複合材(21)と、複合材(21)の互いに反対側を向いた２つの主面(21a)を覆うアルミニウム製の主面表皮層(24)からなる。複合材(21)は、アルミニウムと炭素粒子(23)とが複合化されることにより形成されている。
【００４１】
複合材(21)は、アルミニウムマトリックス(22)を構成するアルミニウム材料中に炭素粒子(23)が平面方向に分散した複数の炭素粒子分散層(25)と、アルミニウムマトリックス(22)を構成するアルミニウム材料で形成された複数のアルミニウム層(26)とを積層状に備えている。
【００４２】
炭素粒子分散層(25)とアルミニウム層(26)は、複合材(21)の厚さ方向の全体に亘って交互に積層された状態に配列されており、上下両端のうちの下端にアルミニウム層(26)が存在し、同上端に炭素粒子分散層(25)が存在するように配列されている。各炭素粒子分散層(25)において、炭素粒子(23)はアルミニウムマトリックス(22)中において複合材(21)の面方向に分散しており、複合材(21)の厚さ方向には殆ど分散していない。各アルミニウム層(26)中には炭素粒子(23)は実質的に存在していない。そして、複数の炭素粒子分散層(25)と複数のアルミニウム層(26)とが、たとえば焼結複合化により接合一体化されている。炭素粒子分散層(25)の厚さは、限定されるものではないが、１〜１００μｍであることが好ましい。アルミニウム層(26)の厚さは限定されるものではないが、５〜２００μｍであることが好ましい。
【００４３】
複合体(20)の主面表皮層(24)は、複合材(21)とは別個に形成されかつ複合材(21)に、たとえば焼結により接合一体化されたアルミニウム板(27)からなる。すなわち、図３の上側の主面表皮層(24)は同図上端の炭素粒子分散層(25)と接合一体化され、同図の下側の主面表皮層(24)は同図下端のアルミニウム層(26)と接合一体化されている。なお、下側の主面表皮層(24)は必ずしも必要としない。
【００４４】
複合材(21)に用いられる炭素粒子の種類は限定されるものではないが、なるべく高い熱伝導率を有するもの、即ち高熱伝導性のものを用いることが望ましい。特に、炭素粒子としては、天然黒鉛粒子および人造黒鉛粒子が用いられることが好ましい。天然黒鉛粒子としては、鱗片状黒鉛粒子等が用いられる。人造黒鉛粒子としては、等方性黒鉛粒子、異方性黒鉛粒子、熱分解黒鉛粒子等が用いられる。炭素粒子が天然黒鉛粒子および人造黒鉛粒子である場合、平均粒子径が１０μｍ以上３ｍｍ以下の天然黒鉛粒子および人造黒鉛粒子が好適に用いられる。
【００４５】
また、複合材(21)の炭素粒子としては、炭素繊維、カーボンナノチューブおよびグラフェンからなる群より選択される少なくとも一種が用いられることもある。 炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維などが用いられる。 カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ（登録商標））等が用いられる。炭素粒子が炭素繊維である場合、平均繊維長が１０μｍ以上２ｍｍ以下の短炭素繊維が特に好適に用いられる。炭素粒子がカーボンナノチューブである場合、平均長さが１μｍ以上１０μｍ以下のカーボンナノチューブが特に好適に用いられる。
【００４６】
図示は省略したが、複合体(20)の製造方法は、アルミニウムマトリックス(22)を構成する材料からなるアルミニウム箔の片面に塗工液を塗布して炭素粒子層が形成された塗工箔を得る工程と、複数の塗工箔を炭素粒子層が同方向を向くように積層した状態の積層体を形成する工程と、当該積層体の積層方向の一端に位置しかつアルミニウム箔における炭素粒子層が外側を向いた塗工箔の炭素粒子層の上に、一方の主面表皮層(24)となるアルミニウム板(27)を積層するとともに、前記積層体の積層方向の他端に位置しかつアルミニウム箔における炭素粒子層が設けられていない側の面に他方の主面表皮層(24)となるアルミニウム板(27)を積層する工程と、前記積層体および主面表皮層(24)となるアルミニウム板(27)を、加圧加熱焼結装置などによって所定の焼結雰囲気（例：非酸化雰囲気）中にて加熱することにより焼結し、これにより複数の塗工箔を一括して焼結一体化するとともに、両アルミニウム板(27)と塗工箔とを焼結一体化する工程とを含む。
【００４７】
塗工液は、炭素粒子(23)とバインダとバインダ用溶剤とを混合状態に含有するものであり、たとえば炭素粒子(23)とバインダと溶剤とを混合容器内に入れて撹拌混合器により撹拌混合することにより得られる。なお必要に応じて、塗工液には分散剤、表面調整剤などが添加される。
【００４８】
バインダは、炭素粒子(23)にアルミニウム箔の片面への付着力を付与して炭素粒子(23)がアルミニウム箔から脱落するのを抑制するためのものである。バインダは通常、有機樹脂等の樹脂からなる。具体的には、バインダとして、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、アクリル系樹脂などを使用できる。
【００４９】
溶剤はバインダを溶解するものである。具体的には、溶剤として、親水性溶剤（例：イソプロピルアルコール、水）、有機溶剤などを使用できる。
【００５０】
撹拌混合器としては、ディスパー、プラネタリーミキサー、ビーズミルなどを使用できる。
【００５１】
前記積層体および両アルミニウム板(27)の焼結方法は、真空ホットプレス法、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法）、熱間静水圧焼結法（ＨＩＰ法）、押出法、圧延法などから選択される。なお、放電プラズマ焼結法はパルス通電焼結法とも呼ばれている。
【００５２】
積層体中に存在するバインダは、この工程において積層体の温度が略室温から積層体の焼結温度まで上昇するように積層体を加熱する途中で昇華または分散等により消失して積層体から除去される。
【００５３】
積層体および両アルミニウム板(27)を焼結する工程では、積層体が上述のように加熱されることにより、アルミニウム箔の金属材料の一部が炭素粒子層内に浸透して炭素粒子層内に存在する微細な空隙（例：炭素粒子層中の炭素粒子(23)間の隙間）に充填されて、当該空隙が略消滅する。これにより、複合材(21)の密度が上昇するとともに複合材(21)の強度が向上する。
【００５４】
また、アルミニウム箔を構成する材料の一部が炭素粒子層内に浸透することによって、炭素粒子層中の炭素粒子(23)が、得られた複合体(20)の複合材(21)のアルミニウムマトリックス(22)中において平面方向に分散した状態になり、炭素粒子層が複合材(21)の炭素粒子分散層(25)になり、アルミニウム箔が複合材(21)のアルミニウム層(26)になる。さらに、アルミニウム板(27)が主面表皮層(24)になる。
【００５５】
したがって、複合材(21)においては、炭素粒子分散層(25)とアルミニウム層(26)は、上述したように複合材(21)の厚さ方向の全体に亘って交互に積層された状態に配列する。こうして、複合体(20)が作られる。
【００５６】
以下、図４を参照して上述した伝熱装置(1)の使用例について説明する。
【００５７】
この使用例は、伝熱装置(1)の熱伝導部材(3)と同数の組電池(10)を構成する単電池(11)に、伝熱媒体流通体(2)の伝熱媒体流通路(4)内を流れる伝熱媒体の有する冷熱または温熱を伝えるものである。単電池(11)は、たとえば角形リチウムイオン二次電池などの複数の扁平状角形単電池からなり、上端に設けられた端子(12)を利用して全ての単電池(11)が直列状または並列状に接続されることにより組電池(10)が構成され、組電池(10)の下面、すなわち各単電池(11)の下面が受熱面となっている。
【００５８】
上述した組電池(10)を構成するすべての単電池(11)を冷却する場合、各組電池(10)を、下面の受熱面が各熱伝導部材(3)の第２接触部(7)の上面に熱的に接するように配置し、伝熱媒体流通体(2)の伝熱媒体流通路(4)に冷熱を供給しうる伝熱媒体である冷却液を供給する。すると、冷却液が伝熱媒体流通体(2)の伝熱媒体流通路(4)を流れている間に、冷却液の有する冷熱が、各熱伝導部材(3)の第１接触部(6)および第２接触部(7)を経て各組電池(10)のすべての単電池(11)に伝えられ、各組電池(10)のすべての単電池(11)が冷却される。
【００５９】
寒冷地において、使用開始前に単電池(11)を適正温度まで加熱する必要がある場合には、伝熱媒体流通体(2)の伝熱媒体流通路(4)に温熱を供給しうる伝熱媒体である高温の加熱液を供給する。すると、加熱液が伝熱媒体流通体(2)の伝熱媒体流通路(4)を流れている間に、加熱液の有する温熱が、冷却の場合と同様にして各組電池(10)のすべての単電池(11)に伝えられ、組電池(10)のすべての単電池(11)が適正温度に加熱される。
【００６０】
なお、図１に示す伝熱装置(1)において、１つの伝熱媒体流通体(2)だけが用いられるとともに、熱伝導部材(3)の一方の端部のみに第１接触部(6)が設けられる場合もある。
【００６１】
図５は図１の伝熱装置に用いられる熱伝導部材の変形例を示す。
【００６２】
図５に示す熱伝導部材(30)の場合、第２接触部(7)の上面に、組電池(10)の各単電池(11)を収容する収容する収容区画(31)が設けられている。隣り合う収容区画(31)どうしは、熱伝導部材(30)の第２接触部(7)と熱的に接触するように立ち上がり状に設けられて単電池(11)の側面の少なくとも一部に熱的に接触する仕切り壁(32)により区画されている。仕切壁(32)は、熱伝導部材(30)と同様に、がアルミニウムと炭素粒子とが複合化されている複合材を含む板状の複合体(20)によって形成されている。
【００６３】
なお、図５に示す例では、組電池(10)における単電池(11)の並び方向の両端部のうち少なくともいずれか一端部に位置する収容区画(31)の伝熱媒体流通体(2)側の開口、および少なくともいずれか一方の組電池(10)の単電池(11)が収容される収容区画(31)の側方への開口は、それぞれ上述した複合体(20)により形成された閉鎖壁(33)により閉鎖されている。
【００６４】
その他の構成は、上述した実施形態の熱伝導部材(3)と同様である。
【００６５】
図６〜図１０はこの発明による伝熱装置の他の実施形態を示す。
【００６６】
図６において、伝熱媒体流通体(2)の２つの垂直面のうちのいずれか一方、ここでは第２接触部(7)側を向いた垂直面(2b)が伝熱面(40)となっている。また、熱伝導部材(3)の両端部に垂直状の第１接触部(41)が設けられ、第１接触部(41)の一方の側面、ここでは第２接触部(7)側とは反対側を向いた側面が伝熱媒体流通体(2)の伝熱面(40)に熱的に接触している。第２接触部(7)は第１接触部(41)と直角をなす水平面内に位置しており、両接触部(41)(7)が複合体(20)を用いて一体に設けられている。熱伝導部材(3)の第１接触部(41)は、ろう付、はんだ付、拡散接合、超音波接合、レーザー接合などの方法により伝熱媒体流通体(2)に接合されていることが好ましい。
【００６７】
図７において、伝熱媒体流通体(2)の下面(2a)が伝熱面(45)の第１部分(45a)になるとともに、２つの垂直面のうちのいずれか一方、ここでは第２接触部(7)側とは反対側を向いた垂直面(2c)が伝熱面(45)の第２部分(45b)となっている。また、熱伝導部材(3)の両端部に、水平部(46a)および垂直部(46b)からなるアングル状の第１接触部(46)が設けられ、第１接触部(46)の水平部(46a)の上面が伝熱媒体流通体(2)の伝熱面(45)の第１部分(45a)に熱的に接触しているとともに同垂直部(46b)の第２接触部(7)側を向いた面が伝熱面(45)の第２部分(45b)に熱的に接触している。第２接触部(7)は第１接触部(46)の水平部(46a)と同一水平面内に位置しており、両接触部(45)(7)が複合体(20)を用いて一体に設けられている。熱伝導部材(3)の第１接触部(46)の水平部(46a)および垂直部(46b)は、ろう付、はんだ付、拡散接合、超音波接合、レーザー接合などの方法により伝熱媒体流通体(2)に接合されていることが好ましい。
【００６８】
図８において、伝熱媒体流通体(2)の上面(2d)が伝熱面(50)の第１部分(50a)になり、同じく伝熱媒体流通体(2)の２つの垂直面のうちのいずれか一方、ここでは第２接触部(7)側とは反対側を向いた垂直面(2c)が伝熱面(50)の第２部分(50b)となり、同じく下面(2a)が伝熱面(50)の第３部分(50c)となっている。熱伝導部材(3)の両端部に、上下方向に間隔をおいて配置された２つの水平部(51a)(51b)および両水平部(51a)(51b)の一側縁部どうしを連結する垂直部(51c)からなるチャンネル状の第１接触部(51)が設けられている。第１接触部(51)の上水平部(51a)の下面が伝熱媒体流通体(2)の伝熱面(50)の第１部分(50a)に熱的に接触し、同下水平部(51b)の上面が伝熱面(50)の第３部分(50c)に熱的に接触し、同垂直部(51c)の第２接触部(7)側を向いた面が伝熱面(50)の第２部分(50b)に熱的に接触している。第２接触部(7)は第１接触部(51)の下水平部(51b)と同一水平面内に位置しており、両接触部(51)(7)が複合体(20)を用いて一体に設けられている。熱伝導部材(3)の第１接触部(51)の上下両水平部(51a)(51b)および垂直部(51c)は、ろう付、はんだ付、拡散接合、超音波接合、レーザー接合などの方法により伝熱媒体流通体(2)に接合されていることが好ましい。
【００６９】
図９において、伝熱装置(55)の伝熱媒体流通体(56)の外形の横断面形状は円形であり、その内部に伝熱媒体流通路(4)が形成されている。伝熱媒体流通体(56)の外周面の下端から上端を越えて熱伝導部材(3)の第２接触部(7)側まで至る優弧状部分が伝熱面(57)となっている。すなわち、伝熱面(57)の一側縁部が伝熱媒体流通体(56)の横断面形状の外形の下端部に位置するとともに、他側縁部が同上端部よりも第２接触部(7)側に位置している。熱伝導部材(3)の両端部に、第２接触部(7)側に開口しかつ開口を挟んだ２つの側縁部のうちのいずれか一方が伝熱媒体流通体(56)の下端部に位置する優弧状の第１接触部(58)が設けられている。第２接触部(7)は、第１接触部(58)の下側縁部に連なった水平面内に位置しており、両接触部(58)(7)が複合体(20)を用いて一体に設けられている。熱伝導部材(3)の第１接触部(58)は、ろう付、はんだ付、拡散接合、超音波接合、レーザー接合などの方法により伝熱媒体流通体(56)に接合されていることが好ましい。
【００７０】
その他の構成は上述した実施形態と同様である。
【００７１】
図１０において、伝熱装置(60)は、１つの伝熱媒体流通体(61)と、伝熱媒体流通体(61)の両側に配置された複数の熱伝導部材(62)とを備えている。
【００７２】
伝熱媒体流通体(61)は金属、たとえばアルミニウムを用いて横断面形状の外形が上下方向に長い方形となるように角筒状に形成されており、内部に、伝熱媒体流通体(61)の長手方向に延びた複数の伝熱媒体流通路(63)が上下方向に並んで設けられ、両側面が伝熱面(64)となっている。各伝熱媒体流通路(63)には受熱体に冷熱を付与したり、温熱を付与したりする伝熱媒体が流れる。
【００７３】
熱伝導部材(62)は、伝熱媒体流通体(61)の伝熱面(64)に熱的に接触しかつ伝熱媒体の有する冷熱または温熱を受ける垂直状の第１接触部(65)、および複数の受熱体に熱的に接触しかつ冷熱または温熱を受熱体に伝える水平状の第２接触部(66)を有しており、第２接触部(66)が第１接触部(65)と直角をなす水平面内に位置するように、両接触部が上述した複合体(20)によって一体に形成されている。
【００７４】
熱伝導部材(62)の第１接触部(65)の一方の側面、ここでは第２接触部(7)側とは反対側を向いた側面が伝熱媒体流通体(61)の伝熱面(64)に熱的に接触している。熱伝導部材(62)の第１接触部(65)は、ろう付、はんだ付、拡散接合、超音波接合、レーザー接合などの方法により伝熱媒体流通体(61)に接合されていることが好ましい。
【００７５】
上述した伝熱装置(60)を用いて組電池(10)を構成する単電池(11)に、伝熱媒体流通体(61)の伝熱媒体流通路(63)内を流れる伝熱媒体の有する冷熱または温熱を伝える際の使用例は次の通りである。
【００７６】
上述した組電池(10)を構成するすべての単電池(11)を冷却する場合、各組電池(10)を、下面の受熱面が各熱伝導部材(62)の第２接触部(66)の上面に熱的に接するように配置し、伝熱媒体流通体(61)の全伝熱媒体流通路(63)に冷熱を供給しうる伝熱媒体である冷却液を供給する。すると、冷却液が伝熱媒体流通体(61)の伝熱媒体流通路(63)を流れている間に、冷却液の有する冷熱が、各熱伝導部材(62)の第１接触部(65)および第２接触部(66)を経て各組電池(10)のすべての単電池(11)に伝えられ、各組電池(10)のすべての単電池(11)が冷却される。
【００７７】
寒冷地において、使用開始前に単電池(11)を適正温度まで加熱する必要がある場合には、伝熱媒体流通体(61)の全伝熱媒体流通路(63)に温熱を供給しうる伝熱媒体である高温の加熱液を供給する。すると、加熱液が伝熱媒体流通体(61)の伝熱媒体流通路(63)を流れている間に、加熱液の有する温熱が、冷却の場合と同様にして各組電池(10)のすべての単電池(11)に伝えられ、組電池(10)のすべての単電池(11)が適正温度に加熱される。
【００７８】
なお、図１０に示す伝熱装置(60)において、伝熱媒体流通体(61)の片側のみに複数の熱伝導部材(62)が配置される場合もある。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
この発明による伝熱装置は、たとえば組電池におけるリチウム二次電池からなる単電池に冷熱または温熱を伝えることに好適に用いられる。
【符号の説明】
【００８０】
(1)(55)(60)：伝熱装置
(2)(56)(61)：伝熱媒体流通体
(3)(30)(62)：熱伝導部材
(4)(63)：伝熱媒体流通路
(5)(40)(45)(50)(57)(64)：伝熱面
(6)(41)(46)(51)(58)(65)：第１接触部
(7)(66)：第２接触部
(10)：組電池（受熱体）
(11)：単電池
(20)：複合体
(21)：複合材
(22)：アルミニウムマトリックス
(23)：炭素粒子
(25)：炭素粒子分散層
(26)：アルミニウム層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019114442.tif 000009
【図８】
2019114442.tif 000010
【図９】
2019114442.tif 000011
【図１０】
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