JP7314334B2 - 冷却設備及び車両 - Google Patents

Description

本開示は、車両の技術分野に関し、特に冷却設備の技術分野に関する。

自動運転車両の車載スマートデバイスは通常トランク内に設置されている。車載スマートデバイスの動作中に発熱量が大きいため、車載スマートデバイスの動作安定性を高めるために、トランク内に補助放熱設備を追加して車載スマートデバイスを放熱する必要がある。

関連技術では、補助放熱設備は通常ファンを採用しており、ファンによって形成された気流を利用して車載スマートデバイスを空冷放熱するものである。しかし、この放熱方式は放熱効率が低く、放熱効果が悪く、車体に通気孔を設けてトランク内の熱を排出する必要があるため、車体の変更が大きく、加工コストが高くなる。

本発明は、冷却設備及び車両を提供する。

本開示の１つの態様では、車両のトランク内に設置される冷却設備を提供し、該冷却設備は、対向設置された冷端と熱端とを有し、前記熱端が前記トランクの内壁に密着して設けられ、前記冷端が前記トランクの内部空間に向けて設けられている半導体冷却シートを備える。

本開示のもう１つの様態では、車両を提供し、該車両は、本開示の上述の実施形態の冷却設備を備える。

本開示の技術によれば、トランク内に取り付けられた冷却対象の特定の冷却需要を満たすことができ、さらに半導体冷却シートは冷却過程において騒音がなく、運転者の乗車体験を向上するのに有利であると共に、車体に対する二次加工にかかるコストを低減することができ、トランク内への冷却設備の設置の利便性を向上させることができる。

ここに記載された内容は、本開示の実施形態のキーポイント又は重要な特徴を記述することを意図せず、また、本開示の範囲を制限することにも用いられないことを理解すべきである。本開示の他の特徴については、下記の明細書を通して説明を促す。

添付図面は、本方案をより良く理解するためのものであり、本開示を限定するものではない。

本開示の実施形態に係るトランク内の冷却設備の設置の概略図である。 本開示の実施形態に係るトランク内の冷却設備の設置の概略図である。 本開示の実施形態に係る冷却設備の半導体冷却シートの構造を示す概略図である。

以下では、本開示の例示的な実施形態を、理解を容易にするために本開示の実施形態の様々な詳細を含む添付の図面に関連して説明するが、これらは単に例示的なものであると考えるべきである。したがって、当業者は、本開示の範囲及び精神を逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に様々な変更及び修正を加えることができることを認識すべきである。同様に、以下の説明では、周知の機能及び構成については、明確化及び簡明化のために説明を省略する。

以下、図１及び図２を参照しながら、本開示の実施形態に係る冷却設備１００について説明する。

図に示すように、本発明の実施形態に係る冷却設備１００は、車両１のトランク１ａ内に設置されている。

具体的には、冷却設備１００は、半導体冷却シート１０を備え、当該半導体冷却シート１０は、対向設置された冷端１０ａと熱端１０ｂとを有し、半導体冷却シート１０の熱端１０ｂは、トランク１ａの内壁に密着して設けられ、半導体冷却シート１０の冷端１０ａは、トランク１ａの内部空間に向けて設けられている。

本開示の実施形態では、トランク１ａ内に冷却対象物２００を載置することができ、冷却対象物２００は、任意の設備、例えばトランク１ａ内に設置された車載スマートデバイス等であってもよい。

半導体冷却シート１０は、Ｎ型半導体材料とＰ型半導体材料とを含み、Ｎ型半導体材料とＰ型半導体材料とが接合されて熱電対を形成していることが理解される。熱電対に電流が流れると、半導体冷却シート１０の両端部において熱移動が行われ、すなわち熱電対の一端部から他端部へ熱が移動され、半導体冷却シート１０の両端部に温度差が生じ、半導体冷却シート１０の両端部にそれぞれ冷端１０ａと熱端１０ｂが形成される。

図３に示すように、１つの具体例では、半導体冷却シート１０は、間隔をおいて設けられた２枚の絶縁性熱伝導シートを備えており、２枚の絶縁性熱伝導シートの間に複数のＮ型半導体素子１２１と複数のＰ型半導体素子１２２とが設けられ、Ｎ型半導体素子１２１とＰ型半導体素子１２２とが交互に配置されて、隣接するＮ型半導体素子１２１とＰ型半導体素子１２２とがその端部を金属導体で接続することにより、複数の半導体素子を順次電気的に導通させて完全な線路を形成する。ここで、金属導体の材質は銅、アルミニウムなどのその他の金属材質であってもよい。

より具体的に、複数の金属導体は、第１金属導体１３１と第２金属導体１３２とを含む。電流の流れ方向において、第１金属導体１３１は、Ｎ型半導体素子１２１の第１端部とＰ型半導体素子１２２の第１端部との間に接続され、複数の第１金属導体１３１は、第１絶縁性熱伝導シート１１１に密着されており、第２金属導体１３２は、Ｐ型半導体素子１２２の第２端部とＮ型半導体素子１２１の第２端部との間に接続され、複数の第２金属導体１３２は、第２絶縁性熱伝導シート１１２に密着されている。Ｎ型半導体素子１２１からＰ型半導体素子１２２へ、その間の第１金属導体１３１を介して電流が流れる過程で、第１金属導体１３１は吸熱し、Ｐ型半導体素子１２２からＮ型半導体素子１２１へ、その間の第２金属導体１３２を介して電流が流れる過程で、第２金属導体１３２が放熱する。これにより、半導体冷却シート１０の通電時に、複数の第１金属導体１３１に密着された第１絶縁熱伝導シート１１１が半導体冷却シート１０の冷端１０ａを形成し、複数の第２金属導体１３２に密着された第２絶縁熱伝導シート１１２が半導体冷却シート１０の熱端１０ｂを形成する。

また、半導体冷却シート１０の冷却効果は、オン電流の大きさや、Ｎ型半導体素子１２１とＰ型半導体素子１２２とからなる熱電対の数に依存している。オン電流の大きさやＮ型半導体素子１２１とＰ型半導体素子１２２とからなる熱電対の数は、実際の冷却要求に応じて設定することができ、本実施形態では特に限定しない。

半導体冷却シート１０の冷端１０ａ及び熱端１０ｂはそれぞれ、半導体冷却シート１０の対向設置される２つの外面に形成されている。半導体冷却シート１０の冷端１０ａは、トランク１ａの内部空間に向けて設けられ、冷却対象物２００とともにトランク１ａの内部空間を冷却する。

車両１のトランク１ａは通常、車体によって規定されており、車体の材質は通常、金属であり、半導体冷却シート１０の熱端１０ｂは、トランク１ａの内壁を形成する金属製の車体に直接密着させて設けることができることが理解される。ここで、トランク１ａの内壁は、トランク１ａの底壁１ｂであってもよく、トランク１ａの側壁又は頂壁であってもよい。

本開示の実施形態に係る冷却設備１００によれば、車両１のトランク１ａ内に冷却設備１００を設置し、半導体冷却シート１０を設けてトランク１ａ内の冷却対象物２００を冷却し、特にトランク１ａ内に取り付けられた車載用スマートデバイスに対して冷却することにより、半導体冷却シート１０が、無騒音、無振動、冷媒不要、小型、軽量などの特徴があり、また、作動信頼性が高く、操作が簡便で、冷熱量の調節が便利な利点があるため、トランク１ａ内に取り付けられた冷却対象２００の特定の冷却要求を満たすことができ、さらに半導体冷却シート１０は冷却過程において騒音がなく、運転者の乗車体験を向上するのに有利である一方、冷却設備１００の外形寸法を小さくすることが容易であるため、トランク１ａ内での占有スペースを小さくすることができ、トランク１ａのスペース利用率を確保することができる。

また、半導体冷却シート１０の熱端１０ｂをトランク１ａの内壁に密着させて設けることにより、半導体冷却シート１０の熱端１０ｂから放出された熱を、トランク１ａの内壁を形成する車体に直接伝導させ、金属製の車体を介して外部に放出させることができるので、半導体放熱シートの熱放散の効果を高めることができ、冷却設備１００の冷却効率を高めることができる。他方、トランク１ａ内にファン２０を設けて冷却設備１００を冷却する従来技術と比較して、本発明の実施形態に係る冷却設備１００は、冷却対象物２００を冷却する際に、トランク１ａに通気孔等の他の構造を設ける必要がないので、車体に対する二次加工にかかるコストを低減することができ、トランク１ａ内への冷却設備１００の設置の利便性を向上させることができる。

図１及び図２に示すように、１つの実施形態では、半導体冷却シート１０の熱端１０ｂがトランク１ａの底壁１ｂに密着して設けられている。

例示的に、半導体冷却シート１０の熱端１０ｂとトランク１ａの底壁１ｂとの間には、半導体冷却シート１０とトランク１ａの底壁１ｂとの間の熱伝導性及び熱伝導効率を向上するため、熱伝導シリカゲルが設けられてもよい。

本実施形態では、トランク１ａの底壁１ｂに対する半導体冷却シート１０の連結固定手段について特に限定せず、例えば、トランク１ａの底壁１ｂに連結された固定台によって半導体冷却シート１０をトランク１ａの底壁１ｂに固定することができる。

半導体冷却シート１０の冷端１０ａと熱端１０ｂとを対向させ、半導体冷却シート１０の冷端１０ａを下に向いてトランク１ａの底壁１ｂに密着させて設けて、これに対応して、半導体冷却シート１０の熱端１０ｂがトランク１ａの内部空間に向けて上向きに配置され、半導体冷却シート１０の冷端１０ａから発生する冷熱量でトランク１ａの内部空間を冷却することが理解される。

上記実施形態によれば、半導体冷却シート１０の熱端１０ｂをトランク１ａの底壁１ｂに密着して設けることにより、半導体冷却シート１０の熱端１０ｂとトランク１ａの内壁との接触面積を大きく確保することができる一方、半導体冷却シート１０のトランク１ａ内での固定効果を向上させ、構造的安定性を確保することができる。

図１に示すように、１つの実施形態では、半導体冷却シート１０の冷端１０ａは、冷却対象物２００から予め設定された距離だけ離間して設けられている。

すなわち、半導体冷却シート１０の冷端１０ａと冷却対象物２００とが非接触に設けられ、半導体冷却シート１０の冷端１０ａがトランク１ａの内部空間全体を冷却することにより冷却対象物２００の使用環境の温度を低下させて、冷却対象物２００を冷却するようになっている。

なお、半導体冷却シート１０の冷端１０ａと被冷却物２００との間の予め設定された距離は、実際の状況に応じて調整することができる。半導体冷却シート１０の冷熱量を冷却対象物２００の冷却需要を満たすことができれば、例えば、トランク１ａの実際の大きさや、冷却対象物２００に必要な冷却能力、冷却設備１００の冷却効果を総合的に考慮して両者間の距離を設定することができる。

以上の実施形態によれば、半導体冷却シート１０がトランク１ａの内部空間全体を冷却することができ、ひいては冷却対象物２００の作動環境を冷却することができ、冷却対象物２００の作動環境を長期にわたって安定した作動温度に確保することに有利であり、冷却対象物２００の作動安定性を向上させることができる。

図１に示すように、１つの実施形態では、冷却設備１００はファン２０をさらに備える。ファン２０は、半導体冷却シート１０の冷端１０ａに隣接して設けられ、ファン２０の吹出方向が冷却対象物２００に向けられている。

例示的に、冷却設備１００はさらに熱伝導フィン３０を備え、熱伝導フィンは、半導体冷却シート１０の冷端１０ａに取り付けられ、半導体冷却シート１０の冷熱量を伝導するために用いられている。ファン２０は、熱伝導フィンに取り付けられ、ファン２０の吹出方向が冷却対象物２００に向けて設けられている。

これにより、半導体冷却シート１０の冷端１０ａで発生する冷熱量を、ファン２０で形成される空気流によって駆動されて冷風とすることができ、冷風の流れを冷却対象２００に向けて設定することで、冷却対象２００の特定の冷却需要を満たすことができ、冷却対象２００に対する冷却効果を向上させることができる。

図２に示すように、１つの実施形態では、半導体冷却シート１０の冷端１０ａは、冷却対象物２００の少なくとも一部に密着して設けられている。

例示的に、半導体冷却シート１０の熱端１０ｂがトランク１ａの底壁１ｂに密着して設けられ、半導体冷却シート１０の冷端１０ａの上方に冷却対象物２００が取り付けられ、すなわち、冷却対象物２００の下面が半導体冷却シート１０の冷端１０ａの外面に密着している。ここで、半導体冷却シート１０の冷端１０ａと冷却対象物２００との密着領域には、半導体冷却シート１０の冷端１０ａと冷却対象物２００との間の熱伝導性を向上するために、熱伝導シリカゲルが設けられている。

また、半導体冷却シート１０の冷端１０ａと冷却対象物２００との間を締結具または他の方法等により固定して連結させることができ、両者間の接続安定性を向上させ、両者間の安定した密着性を確保することができる。

以上の実施形態によれば、半導体冷却シート１０の冷端１０ａを冷却対象物２００に密着させて設けることにより、半導体冷却シート１０の冷端１０ａが冷却対象物２００から放出される熱を直接吸収することができ、もって冷却対象物２００の急速冷却を実現することができ、冷却設備１００による、冷却対象物２００に対する冷却効果を確保し、冷却対象物２００に対する特定の冷却を実現することができる。また、冷却設備１００と冷却対象物２００とを一体的に設けることができるので、トランク１ａ内での占有スペースを小さくすることができ、トランク１ａのスペース利用率を確保することができる。

１つの実施形態では、半導体冷却シート１０は複数であり、複数の半導体冷却シート１０は、予め設定された方向に間隔をおいて設けられている。

例示的に、複数の半導体冷却シート１０の熱端１０ｂが全てトランク１ａの底壁１ｂに密着して設けられ、複数の半導体冷却シート１０が均一な冷却効果を形成するように、複数の半導体冷却シート１０をアレイ状に配置することができる。冷却対象物２００の外面には、複数の半導体冷却シート１０の冷端１０ａが共に密着して配置されることができる。

他の例では、複数の半導体冷却シート１０の冷端１０ａが冷却対象物２００の外面に密着して設置されている。ここで、複数の半導体冷却シート１０のうち、一部の半導体冷却シート１０の熱端１０ｂがトランク１ａの内壁に密着させて設けられていると共に、他の半導体冷却シート１０の熱端１０ｂがトランク１ａの内部空間で空中に設けられている。これにより、複数の半導体冷却シート１０の冷端１０ａが冷却対象物２００から放出される熱を十分に吸収することができ、もって冷却対象物２００に対する冷却効果を向上させることができる。

なお、複数の半導体冷却シート１０の冷却対象物２００の外表面への配置態様は、冷却対象物２００の異なる領域における発熱量に応じて、対応して配置されることができる。例えば、冷却対象物２００の発熱量が大きい領域ほど半導体冷却シート１０の配置密度を大きくし、冷却対象物２００の発熱量が少ない領域ほど半導体冷却シート１０の配置密度を小さくする。

１つの実施形態では、半導体冷却シート１０は、車両１の電力供給系統に電気的に接続されている。

例示的に、半導体冷却シート１０は、車両１の電力供給系統における直流電力供給モジュールに電気的に接続され、直流電力供給モジュールを介して半導体冷却シート１０に電力を供給する。

さらに、車両１の制御装置は、直流電力供給モジュールが冷却シートに供給する電流の大きさを調整することにより、半導体冷却シート１０の冷却能力を調整することができる。

これにより、異なる温度条件に対して冷却設備１００の冷却能力を調整することができ、冷却対象物２００に温度の比較的安定した作動環境を提供することができる。

１つの実施形態では、冷却設備１００は、半導体冷却シート１０に電気的に接続された直流電力供給装置をさらに含む。

例示的に、直流電力供給装置は、半導体冷却シート１０に直流電力を供給する要件を満たせば、例えば、一次電池、亜鉛マンガン乾電池、リチウム電池などの任意の種類の電池であってもよい。

以上の実施形態によれば、外部電源を必要とせずに冷却設備１００を単独で作動させることができるので、冷却設備１００の使い勝手を向上させることができ、冷却設備１００の適用シーン及び適用範囲を広げることに有利である。

本開示の別の実施形態によれば、車両１も提供される。

図１及び図２に示すように、本開示の実施形態に係る車両１は、本開示の上述の実施形態に係る冷却設備１００を備える。

例示的に、本開示の実施形態の車両１は、通常の車両、自動運転車両、または自動車教習所の教習車両などの任意の車両であってもよい。

本開示の実施形態に係る車両１は、本開示の上述の実施形態に係る冷却設備１００を利用することにより、トランク１ａ内に取り付けられた冷却対象物２００の特定の冷却需要を満たすことができ、半導体冷却シート１０が、冷却する過程中に騒音が発生しないので、運転者の乗車体験を向上するのに有利である一方、冷却設備１００の外形寸法を小さくすることが容易であるため、トランク１ａの占有スペースを小さくすることができ、トランク１ａのスペース利用率を確保することができる。また、本発明に係る車両１は、トランク１ａ内にファン２０を設けて冷却設備１００を冷却する従来技術に比べて、トランク１ａに換気孔等の他の構造を設ける必要がないので、車体に対する二次加工にかかるコストを低減することができ、トランク１ａ内への冷却設備１００の設置の利便性を向上させることができる。

１つの実施形態では、該車両１は、車両１のトランク１ａ内に設置された車載スマートデバイスをさらに含み、車載スマートデバイスは、冷却設備１００に対応する冷却対象２００である。

具体的な例では、車両１は自動運転車両であってもよく、車載スマートデバイスは車載計算ユニットであってもよい。車載計算ユニットは、車両１の自動運転機能を実現するための関連する演算処理を実行するために用いられる。具体的に、車載計算ユニットは、中央処理装置、グラフィックス処理装置及びフィールドプログラマブル論理ゲートアレイなどのコンピュータハードウェアを含むことができ、各コンピュータハードウェアは、高負荷で動作する場合に大量の熱を発生する。車載演算ユニットは、冷却設備１００と一体的に設けられてもよく、例えば、車載演算ユニットの特定の冷却需要を満たすように、冷却設備１００の半導体冷却シート１０の冷端１０ａに密着させて設けてもよい。

本開示の実施形態に係る車両1の他の構成は、当業者が現在及び将来に知りえる様々な技術案を採用することができ、ここでは詳細に説明しない。

本願の説明において、「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚み」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」「反時計回り」「軸方向」、「径方向」、「周方向」などの用語が示す方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づき、本発明を便利又は簡単に説明するために使用されるものであり、指定された装置又は部品が特定の方位や、特定の方位において構造され操作されると指示又は暗示するものではないため、本発明を限定するものと理解してはならない。

また、「第１」、「第２」の用語は説明に用いられるものであり、比較的重要であることを指示又は暗示するか、或いは示された技術的特徴の数を黙示的に指示すると理解してはならない。「第１」、「第２」が限定されている特徴は１つ又はより多くの前記特徴を含むことを明示又は暗示するものである。本発明の説明において、明確且つ具体的な限定がない限り、「複数」とは、例えば、２つ、３つなど、２つ以上を意味する。

なお、本願の説明において、明確な規定と限定がない限り、「取り付け」、「互いに接続」、「接続」、「固定」の用語の意味は広く理解されるべきである。例えば、固定接続や、着脱可能な接続、あるいは一体化が可能である。機械的接続や、電気的接続や、通信も可能である。直接的に接続することや、中間媒体を介して間接的に接続すること、二つの部品の内部が連通することや、二つの素子の相互作用の関係も可能である。当業者にとって、具体的な場合に応じて上記用語の本発明の具体的な意味を理解することができる。

本願では、特に明確な規定と限定がない限り、第１特徴が第２特徴の「上」または「下」に直接接触するか、第１特徴と第２特徴が中間メディアを介して間接的に接触するかのいずれかである。また、第１特徴は第２特徴の「上」、「上方」及び「上面」にあるとは、第１特徴が第２特徴の真上または斜め上にあること、或いは第１特徴の水平高さが第２特徴よりも高いことを示す。第１特徴は、第２特徴の「下」、「下方」及び「下面」にあるのは、第１特徴が第２特徴の直下または斜め下にあること、或いは第１特徴の水平高さが第２特徴よりも小さいことを示す。

上記の開示は、本願の異なる構造を実現するための多くの異なる実施形態または例を提供する。本願の開示を簡略化するために、特定の例の構成要素及び設置を上記にて説明している。当然ながら、これらは一例にすぎず、本願を制限することを目的としていない。さらに、本願は、異なる例において数字及び/又はアルファベットを繰り返し参照することができ、このような繰り返しは、簡略化と明瞭化の目的を実現するためであり、その自体が検討する各種の実施形態及び/又は設置の間の関係を示していない。

上記の具体的な実施形態は、本願の保護範囲に対する制限にならない。当業者が、設計要件と他の要因に基づいて、改修、組合、サブ組合、代替を行うことができることは明らかである。本願の思想と原理における変更、均等な置換及び改善等は、いずれも本発明の保護の範囲内に含まれるべきである。

１ 車両、１ａ トランク、１ｂ 底壁、
１００ 冷却設備、
１０ 半導体冷却シート、１０ａ 冷端、１０ｂ 熱端、１１１ 第１絶縁性熱伝導シート、１１２ 第２絶縁性熱伝導シート、１２１ Ｎ型半導体素子、１２２ Ｐ型半導体素子、１３１ 第１金属導体、１３２ 第２金属導体、
２０ ファン、
３０ 熱伝導フィン、
２００ 被冷却物。

Claims (7)

1. 車両のトランク内に設置される冷却設備であって、
   対向設置された冷端と熱端とを有し、前記熱端が前記トランクの内壁に密着して設けられ、前記冷端が前記トランクの内部空間に向けて設けられている半導体冷却シートを備え、
   前記トランク内に冷却対象物が載置され、前記半導体冷却シートの冷端が前記冷却対象物の少なくとも一部に密着して設けられている、
   冷却設備。
2. 前記半導体冷却シートの熱端が前記トランクの底壁に密着して設けられている、
   請求項１に記載の冷却設備。
3. 前記半導体冷却シートは、複数であり、
   複数の前記半導体冷却シートは、予め設定された方向に間隔をおいて設けられている、
   請求項１に記載の冷却設備。
4. 前記半導体冷却シートは、前記車両の電力供給系統に電気的に接続されている、
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の冷却設備。
5. 前記半導体冷却シートに電気的に接続された直流電力供給装置をさらに備える、
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の冷却設備。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の冷却設備を備える車両。
7. 車両のトランク内に設けられ、前記冷却設備に対応する冷却対象物である車載スマートデバイスをさらに備える、
   請求項６に記載の車両。

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