特許 7545421 冷却用熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-27

(45)【発行日】2024-09-04

(54)【発明の名称】冷却用熱交換器

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6568 20140101AFI20240828BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20240828BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240828BHJP

   H01M 10/617 20140101ALI20240828BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240828BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20240828BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6568

H01M10/6556

H01M10/613

H01M10/617

H01M10/625

H01M10/647

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021571192

(86)(22)【出願日】2021-01-13

(86)【国際出願番号】 JP2021000741

(87)【国際公開番号】W WO2021145317

(87)【国際公開日】2021-07-22

【審査請求日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】P 2020006054

(32)【優先日】2020-01-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】500309126

【氏名又は名称】株式会社ヴァレオジャパン

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100106655

【弁理士】

【氏名又は名称】森 秀行

(72)【発明者】

【氏名】倉橋 和也

(72)【発明者】

【氏名】王 鳴笛

【審査官】大濱 伸也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１９０６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９０６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３５３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７２１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４９１３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５６８

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６１７

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に気液混合状態の冷媒が通流し、車両用のバッテリセル（２１）を冷却する冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）であって、
前記バッテリセル（２１）と熱交換する冷媒が流入する流入部（３１）と、
前記流入部（３１）を通過した冷媒が流入する流入ヘッダ（Ｈ１）と、
前記流入ヘッダ（Ｈ１）を通過した冷媒の一部が流入する上側第１チューブ（Ｔａ１）と、
車両に搭載された状態で前記上側第１チューブ（Ｔａ１）よりも下方に配置され、前記流入ヘッダ（Ｈ１）を通過した冷媒の残部が流入する下側第１チューブ（Ｔｂ１）と、
前記上側第１チューブ（Ｔａ１）および前記下側第１チューブ（Ｔｂ１）を通過した冷媒が流入する中間ヘッダ（Ｈ２）と、
前記中間ヘッダ（Ｈ２）を通過した冷媒が流入する上側第２チューブ（Ｔａ２）と、
車両に搭載された状態で前記上側第２チューブ（Ｔａ２）よりも下方に配置され、前記中間ヘッダ（Ｈ２）を通過した冷媒が流入する下側第２チューブ（Ｔｂ２）と、
前記上側第２チューブ（Ｔａ２）および前記下側第２チューブ（Ｔｂ２）を通過した冷媒が直接的または間接的に流入する流出ヘッダ（Ｈ４）と、
前記流出ヘッダ（Ｈ４）を通過した冷媒が流入し冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）から冷媒を流出する流出部（３２）と、
前記中間ヘッダ（Ｈ２）の内部を、前記上側第１チューブ（Ｔａ１）と前記上側第２チューブ（Ｔａ２）とに連通した上側空間（４２ａ）と、前記下側第１チューブ（Ｔｂ１）と前記下側第２チューブ（Ｔｂ２）とに連通した下側空間（４２ｂ）とに仕切る仕切部材（Ｓ２）と、
を有することを特徴とする冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）。

【請求項2】

前記中間ヘッダ（Ｈ２；Ｈ３）を複数有し、複数の前記中間ヘッダ同志は上側チューブ（Ｔａ２；Ｔａ３）および下側チューブ（Ｔｂ２：Ｔｂ３）を介して接続され、
複数の前記中間ヘッダ（Ｈ２：Ｈ３）の内部を、それぞれ、前記上側チューブ（Ｔａ２；Ｔａ３）のいずれかに連通した上側空間（４２ａ；４３ａ）と、前記下側チューブ（Ｔｂ２、Ｔｂ３）のいずれかに連通した下側空間（４２ｂ：４３ｂ）とに仕切る複数の仕切部材（Ｓ２；Ｓ３）と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）。

【請求項3】

前記流入ヘッダ（Ｈ１）は、当該流入ヘッダ（Ｈ１）の長手方向に交差する面において断面積よりも小さな面積の絞り孔（Ｓ１ａ）を有する絞り部材（Ｓ１）が備えられ、
前記絞り部材は（Ｓ１）、前記流入ヘッダ（Ｈ１）の内部を、前記上側第１チューブ（Ｔａ１）に連通した上側空間（４１ａ）と、前記下側第１チューブ（Ｔｂ１）に連通した下側空間（４１ｂ）とを連通しつつ区分けすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却用熱交換器（３０Ａ）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両に搭載された高温のバッテリセルを冷却する冷却用熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車やハイブリッド車は、充電可能なバッテリに蓄積された電力により走行用モータを駆動して走行する。バッテリは充電時に発熱し、劣化の一因となる。そこで、バッテリの劣化を抑制するために、バッテリの冷却が行われる。特許文献１には、バッテリを冷却するための冷媒式の冷却用熱交換器が開示されている。

【0003】

特許文献１の冷却用熱交換器は、２本のヘッダ（マニホルド）の間に設けられてバッテリと接触する複数の平坦なチューブ（冷媒管）を有している。ヘッダは上下方向に延びるように配置され、チューブはバッテリの側面と熱的に結合している。すなわち、チューブとバッテリの側面とは、熱交換が可能となるように接触している。バッテリの冷却を行うとき、ヘッダおよびチューブにより形成される冷媒流路のうち、比較的上流側のチューブ内を流れる冷媒は、液体を十分に含む気液混合状態であり、バッテリの冷却能力を十分に有している。冷媒はチューブの中を流れてゆくときにバッテリの熱により加熱され、これにより、液体状態の冷媒が蒸発して減少し、気体状態の冷媒の割合が増加してゆく。

【0004】

特許文献２のバッテリモジュールは、バッテリパックケースの内部に複数のバッテリが配置されている。バッテリは上下方向や左右方向に積層されてそれぞれグループを形成しており、複数のグループが１つのバッテリパックケースの内部に配置されている。

【0005】

特許文献１の冷却用熱交換器を、特許文献２のバッテリパックケースの内部に配置してそれぞれのバッテリのグループを冷却する場合、冷却用熱交換器の形状に工夫が求められる。すなわち、特許文献１の冷却用熱交換器ではヘッダを２本としていたところ、ヘッダを３本以上に増やし、隣接するヘッダとの間にチューブを配置することが好ましい。ヘッダを２本のままとして、長いチューブを各バッテリのグループに接触させると、チューブの寸法が長いために容易に変形し、チューブとバッテリの側面との熱的な結合が困難となる。そこで、ヘッダを３本以上となるように冷却用熱交換器を構成し、中間ヘッダをバッテリのグループの間に配置することで、チューブの意図しない変形を抑制し、各バッテリのグループの側面と熱的な結合を形成することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－０３５３７８号公報

【文献】特開２０１５－０７２８１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、中間ヘッダを設けた場合、相対的に上方の位置でこの中間ヘッダの内部に侵入した液体の冷媒は、重力によって相対的に下方の位置に移動しやすい。このため、複数のチューブの内部を通流する気液混合状態の冷媒は、中間ヘッダの上流側と下流側とでその気液の混合割合が変化し、中間ヘッダよりも下流側では、上方のチューブに気相冷媒のみが集まりやすい。すなわち、上方のチューブは、気相冷媒の割合が高まりやすい。そして、気相冷媒の割合が高まると、液相冷媒が蒸発することによるバッテリの冷却能力が不足し、バッテリの温度分布の均一性を保てなくなるおそれがある。

【0008】

本発明は、中間ヘッダを有するバッテリの冷却モジュールにおいて、中間ヘッダの下流側に上下方向に配置された複数のチューブのうち上方のチューブを通流する冷媒について、気相冷媒の割合が高くなることを抑制し、もってバッテリの温度分布の均一性を保つことを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

以下の説明では、本発明の理解を容易にするために添付図面中の参照符号を括弧書きで付記するが、それによって本発明は図示の形態に限定されるものではない。

【0010】

本発明の一実施の形態によれば、
内部に気液混合状態の冷媒が通流し、車両用のバッテリセル（２１）を冷却する冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）であって、
前記バッテリセル（２１）と熱交換する冷媒が流入する流入部（３１）と、
前記流入部（３１）を通過した冷媒が流入する流入ヘッダ（Ｈ１）と、
前記流入ヘッダ（Ｈ１）を通過した冷媒の一部が流入する上側第１チューブ（Ｔａ１）と、
車両に搭載された状態で前記上側第１チューブ（Ｔａ１）よりも下方に配置され、前記流入ヘッダ（Ｈ１）を通過した冷媒の残部が流入する下側第１チューブ（Ｔｂ１）と、
前記上側第１チューブ（Ｔａ１）および前記下側第１チューブ（Ｔｂ１）を通過した冷媒が流入する中間ヘッダ（Ｈ２）と、
前記中間ヘッダ（Ｈ２）を通過した冷媒が流入する上側第２チューブ（Ｔａ２）と、
車両に搭載された状態で前記上側第２チューブ（Ｔａ２）よりも下方に配置され、前記中間ヘッダ（Ｈ２）を通過した冷媒が流入する下側第２チューブ（Ｔｂ２）と、
前記上側第２チューブ（Ｔａ２）および前記下側第２チューブ（Ｔｂ２）を通過した冷媒が直接的または間接的に流入する流出ヘッダ（Ｈ４）と、
前記流出ヘッダ（Ｈ４）を通過した冷媒が流入し冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）から冷媒を流出する流出部（３２）と、
前記中間ヘッダ（Ｈ２）の内部を、前記上側第１チューブ（Ｔａ１）と前記上側第２チューブ（Ｔａ２）とに連通した上側空間（４２ａ）と、前記下側第１チューブ（Ｔｂ１）と前記下側第２チューブ（Ｔｂ２）とに連通した下側空間（４２ｂ）とに仕切る仕切部材（Ｓ２）と、
を有することを特徴とする冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）が提供される。

【0011】

冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）は、
前記中間ヘッダ（Ｈ２；Ｈ３）を複数有し、複数の前記中間ヘッダ同志は上側チューブ（Ｔａ２；Ｔａ３）および下側チューブ（Ｔｂ２：Ｔｂ３）を介して接続され、
複数の前記中間ヘッダ（Ｈ２：Ｈ３）の内部を、それぞれ、前記上側チューブ（Ｔａ２；Ｔａ３）のいずれかに連通した上側空間（４２ａ；４３ａ）と、前記下側チューブ（Ｔｂ２、Ｔｂ３）のいずれかに連通した下側空間（４２ｂ；４３ｂ）とに仕切る複数の仕切部材（Ｓ２；Ｓ３）と
を有することが好ましい。流入ヘッダから上側チューブに流入した冷媒は、流出ヘッダに至るまでの経路で、重力の影響で液相冷媒の比率が低下することが回避される。

【0012】

冷却用熱交換器（３０Ａ）は、
前記流入ヘッダ（Ｈ１）は、当該流入ヘッダ（Ｈ１）の長手方向に交差する面において断面積よりも小さな面積の絞り孔（Ｓ１ａ）を有する絞り部材（Ｓ１）が備えられ、
前記絞り部材は（Ｓ１）、前記流入ヘッダ（Ｈ１）の内部を、前記上側第１チューブ（Ｔａ１）に連通した上側空間（４１ａ）と、前記下側第１チューブ（Ｔｂ１）に連通した下側空間（４１ｂ）とを連通しつつ区分けすることが好ましい。流入ヘッダに流入した気液混合冷媒が上側第１チューブおよび下側第１チューブに流入する割合を上昇し、上側チューブと下側チューブとにバランスよく冷媒を供給することができる。

【発明の効果】

【0013】

上記の実施形態によれば、中間ヘッダを有するバッテリの冷却モジュールにおいて、中間ヘッダの下流側に上下方向に配置された複数のチューブのうち上方のチューブを通流する冷媒について、気相冷媒の割合が高くなることを抑制でき、もってバッテリの温度分布の均一性を保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施例１による冷却用熱交換器、この熱交換器が搭載されるバッテリパックおよびバッテリを示す、分解斜視図である。

【図2】実施例１による冷却用熱交換器の、断面概略図である。

【図3】図２の冷却用熱交換器の内部に気液混合状態の冷媒を通流させ、バッテリを冷却する状態を説明する断面概略図である。

【図4】実施例２による冷却用熱交換器の、断面概略図である。

【図5】その他の実施例による冷却用熱交換器、この熱交換器が搭載されるバッテリパックおよびバッテリを示す、断面概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。図中Ｌｅは左、Ｒｉは右、Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。

【0016】

＜実施例１＞
図１を参照する。図１には、電力が蓄えられる３つのバッテリ積層体２０と、これらのバッテリ積層体２０を冷却するための冷却用熱交換器３０と、バッテリ積層体２０および冷却用熱交換器３０とを収容するバッテリパックケース１０とが示されている。これらのバッテリパックケース１０、バッテリ積層体２０及び冷却用熱交換器３０は、例えば、電力で走行用モータを駆動して走行する電気自動車や、動力源が内燃機関とモータとからなるハイブリッド車両に搭載される。

【0017】

バッテリパックケース１０は、車両に搭載されるもので、金属または樹脂により構成される。図１では、バッテリ積層体２０と冷却用熱交換器３０とを内部に収容し、上方が解放されている容器として示されているが、一般には、バッテリパックケース１０の内部を一定の気密性が確保されるように密閉容器として構成される。気密性を確保することで、精密な製品であるバッテリセル２１を、外界より飛来する塵埃や水、油脂等から隔離し、保護することができる。

【0018】

それぞれのバッテリ積層体２０は、積層された複数のバッテリセル２１と、冷却用熱交換器３０に対向する面に配置された均熱層２２とを有する。バッテリセル２１の積層方向は、図１に示されるように上下方向に積層される場合だけでなく、左右方向や前後方向の場合（図示せず）もある。均熱層２２を設けることにより、各バッテリセル２１の温度分布のばらつきを縮小することができる。均熱層２２には、例えばアルミニウム合金やステンレス合金など、高い熱伝導性を有する材料が用いられる。バッテリセル２１は、車両走行用のモータ（図示せず）に供給する電力を蓄積する機能を有し、充電時には発熱して高温となる。バッテリ積層体２０の均熱層２２は、冷却用熱交換器３０と熱的に結合され、高温となったバッテリセル２１の熱を冷却用熱交換器３０へ伝熱する。

【0019】

冷却用熱交換器３０は図示しない冷凍サイクルに連結され、特に膨張装置の下流側に配置される。冷凍サイクルが稼働されると、内部に冷却用の熱媒体としての気液混合状態の冷媒が通流される。冷媒は、例えばフロン系冷媒（ＨＦＣ－１３４ａ、Ｒ－１２３４ｙｆ、Ｒ－１２）が用いられる。

【0020】

図２を参照する。冷却用熱交換器３０は、例えば、アルミニウム合金や銅合金等の熱伝導率の高い材料によって構成される。冷却用熱交換器３０は、筒状に形成され上下に延びる４本のヘッダＨ（流入ヘッダＨ１、中間ヘッダＨ２、中間ヘッダＨ３、流出ヘッダＨ４）と、これらのヘッダＨによって支持され内部に冷媒が流れる熱交換チューブＴ（上側チューブＴａ１、Ｔａ２、Ｔａ３、下側チューブＴｂ１、Ｔｂ２、Ｔｂ３）と、流入ヘッダＨ１の上部に接続され冷媒が流入する流入部３１と、流出ヘッダＨ４の下部に接続され冷媒が流出する流出部３２と、を有する。中間ヘッダＨ２の内部は、仕切部材Ｓ２によって、上側空間４２ａと、この上側空間４２ａの下方に位置する下側空間４２ｂとに仕切られる。中間ヘッダＨ３の内部は、仕切り部材Ｓ３によって、上側空間４３ａと、この上側空間４３ａの下方に位置する下側空間４３ｂとに仕切られる。

【0021】

流入部３１は、金属の管に円周状のフランジ部が設けられ、流入ヘッダＨ１に形成された穴部に挿入される。流入部３１の下流端は、流入ヘッダＨ１の内部空間４１に開放している。

【0022】

流出部３２は、金属の管に円周状のフランジ部が設けられ、流出ヘッダＨ４に形成された穴部に挿入される。流出部３２の上流端は、流出ヘッダＨ４の内部空間４４に開放している。

【0023】

熱交換チューブＴは扁平状の筒体であり、内部には冷媒の流れ方向に沿って複数の壁を形成することもできる（図５参照）。製造に際し、押出し成型、２枚のチューブプレートの貼合わせ、１枚のチューブプレートのリールフォーミングなどの製造方法が用いられる。上側第１チューブＴａ１は、流入ヘッダＨ１の内部空間４１と中間ヘッダＨ２の上側空間４２ａとを連絡する。下側第１チューブＴｂ１は、流入ヘッダＨ１の内部空間４１と中間ヘッダＨ２の下側空間４２ｂとを連絡する。上側第２チューブＴａ２は、中間ヘッダＨ２の上側空間４２ａと中間ヘッダＨ３の上側空間４３ａとを連絡する。下側第２チューブＴｂ２は、中間ヘッダＨ２の下側空間４２ｂと中間ヘッダＨ３の下側空間４３ｂとを連絡する。上側第３チューブＴａ３は、中間ヘッダＨ３の上側空間４３ａと流出ヘッダＨ４の内部空間４４とを連絡する。下側第３チューブＴｂ３は、中間ヘッダＨ３の下側空間４３ｂと流出ヘッダＨ４の内部空間４４とを連絡する。

【0024】

４本のヘッダＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４は、流入部３１が配置された流入ヘッダＨ１と、流入ヘッダＨ１の下流側に配置されて上側第１チューブＴａ１および下側第１チューブＴｂ１が連結した中間ヘッダＨ２と、中間ヘッダＨ２の下流側に配置されて上側第２チューブＴａ２および下側第２チューブＴｂ２が連結した中間ヘッダＨ３と、中間ヘッダＨ３の下流側に配置されて上側第３チューブＴａ３および下側第３チューブＴｂ３が連結した流出ヘッダＨ４と、を有する。図１乃至図３において４本のヘッダＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４は、すべて同じ長さ寸法を有するよう示されているが、本発明はこれに限らない。例えば複数のバッテリ積層体２０の高さ寸法が異なる場合には、これに対応するように、各ヘッダＨ１、Ｈ２、Ｈ３，Ｈ４の長さ寸法を適宜変更させてもよい。また、これに応じて、上側チューブＴａと下側チューブＴｂの上下方向の位置を、適宜変更させてもよい。バッテリ積層体２０の局所的な冷却や偏った位置での冷却を回避して、バッテリ積層体２０を均一な温度状態に維持することができる。

【0025】

冷却用熱交換器３０は、４本のヘッダＨと、８本の熱交換チューブＴと、流入部３１と、流出部３２と、仕切部材Ｓ２、Ｓ３とを、ろう付けによって一体的に接合することが好ましい。これにより、高い剛性を確保することができる。

【0026】

図１および図３を参照する。図中の矢印は冷媒の流れ方向と流量を、黒丸は液状冷媒を示す。

【0027】

流入部３１を通流し流入ヘッダＨ１に流入した気液混合の冷媒は、流入ヘッダＨ１の内部空間４１を概ね上下方向に分かれて、一部は上側第１チューブＴａ１に、残りは下側第１チューブＴｂ１に流入する。上側第１チューブＴａ１および下側第１チューブＴｂ１を流れる冷媒は、均熱層２１を介してバッテリセル２１と熱交換を行う。上側第１チューブＴａ１を流出した冷媒は、中間ヘッダＨ２の上側空間４２ａに流入する。下側第１チューブＴｂ１を流出した冷媒は、中間ヘッダＨ２の下側空間４２ｂに流入する。

【0028】

中間ヘッダＨ２の上側空間４２ａに流入した気液混合の冷媒は、上側第２チューブＴａ２に流入する。中間ヘッダＨ２の下側空間４２ｂに流入した気液混合状態の冷媒は、下側第２チューブＴｂ２に流入する。上側第２チューブＴａ２および下側第２チューブＴｂ２を流れる冷媒は、均熱層２１を介してバッテリセル２１と熱交換を行う。上側第２チューブＴａ２を流出した冷媒は、中間ヘッダＨ３の上側空間４３ａに流入する。下側第２チューブＴｂ２を流出した冷媒は、中間ヘッダＨ３の下側空間４３ｂに流入する。

【0029】

中間ヘッダＨ３の上側空間４３ａに流入した気液混合の冷媒は、上側第３チューブＴａ３に流入する。中間ヘッダＨ３の下側空間４３ｂに流入した気液混合状態の冷媒は、下側第３チューブＴｂ３に流入する。上側第３チューブＴａ３および下側第３チューブＴｂ３を流れる冷媒は、均熱層２１を介してバッテリセル２１と熱交換を行う。上側第３チューブＴａ３を流出した冷媒は、流出ヘッダＨ４の内部空間４４に流入する。下側第３チューブＴｂ３を流出した冷媒は、流出ヘッダＨ４の内部空間４４に流入する。

【0030】

上側第３チューブＴａ３から流出ヘッダＨ４に流入した冷媒と下側第３チューブＴｂ３から流出ヘッダに流入した冷媒とは、流出ヘッダＨ４の内部空間４４で合流したのち、流出部３２を介して図示しない冷凍サイクルに流入する。

【0031】

流入ヘッダＨ１に流入した冷媒の気液混合状態は、比較的、液相冷媒の割合が高い。液相冷媒は気相冷媒よりも比重が重い。このため、図３に示されるように、質量の大きな液相冷媒ほど重力の影響を受けて、下方に移動しやすい傾向がある。

【0032】

中間ヘッダＨ２に流入した冷媒の気液混合状態は、流入ヘッダＨ１を通流する冷媒よりも、液相冷媒の割合が減少する。これは、冷媒が上側第１チューブＴａ１および下側第１チューブＴｂ１を通流する際にバッテリセル２１の熱を吸収し、液相冷媒の一部が蒸発して気相冷媒に変化するからである。しかしながら、中間ヘッダＨ２へ流入した冷媒は、依然として気液混合状態である。すなわち、ある程度の湿り度を有している。このため、図３に示されるように、中間ヘッダＨ２においても、質量の大きな液相冷媒ほど重力の影響を受けて下方に移動しやすい傾向がある。

【0033】

中間ヘッダＨ３に流入した冷媒の気液混合状態は、中間ヘッダＨ２を通流する冷媒よりも、液相冷媒の割合が更に減少する。これは、冷媒が上側第２チューブＴａ２および下側第２チューブＴｂ２を通流する際にバッテリセル２１の熱を吸収し、液相冷媒の一部が蒸発して気相冷媒に変化するからである。しかしながら、中間ヘッダＨ３へ流入した冷媒は、依然として気液混合状態である。すなわち、ある程度の湿り度を有している。このため、図３に示されるように、中間ヘッダＨ３においても、質量の大きな液相冷媒ほど重力の影響を受けて下方に移動しやすい傾向がある。

【0034】

流出ヘッダＨ４に流入した冷媒の気液混合状態は、中間ヘッダＨ３を通流する冷媒よりも、液相冷媒の割合が更に減少する。これは、冷媒が上側第３チューブＴａ３および下側第３チューブＴｂ３を通流する際にバッテリセル２１の熱を吸収し、液相冷媒の一部が蒸発して気相冷媒に変化するからである。流出ヘッダＨ４へ流入した冷媒は、図３に示すように液相冷媒をほとんど含まないか、あるいは完全に気相状態（図示せず）となる。すなわち、湿り度は、ほぼゼロである。

【0035】

ここで、中間ヘッダＨ２の内部には仕切部材Ｓ２が設けられ、上側空間４２ａと下側空間４２ｂとは完全に仕切られている。これにより、中間ヘッダＨ２に流入した気液混合状態の冷媒のうち仕切部材Ｓ２よりも上方を通流する冷媒は、液相冷媒が重力の影響を受けて中間ヘッダＨ２の内部を下方に移動したとしても、仕切部材Ｓ２よりも下方へ移動することがない。このため、中間ヘッダＨ２の上部に連結されて中間ヘッダＨ２からの冷媒が流入する上側第２チューブＴａ２について、通流する冷媒は、液相冷媒の割合が一定の程度確保される。すなわち、気相冷媒の割合が高くなることが抑制される。

【0036】

これと同様に、中間ヘッダＨ３の内部にも仕切部材Ｓ３が設けられ、上側空間４３ａと下側空間４３ｂとが完全に仕切られている。そして、中間ヘッダＨ３に流入した気液混合状態の冷媒のうち仕切部材Ｓ３よりも上方を通流する冷媒は、液相冷媒が重力の影響を受けて中間ヘッダＨ３の内部を下方に移動したとしても、仕切部材Ｓ３よりも下方へ移動することがない。このため、中間ヘッダＨ３の上部に連結されて中間ヘッダＨ３からの冷媒が流入する上側第３チューブＴａ３について、通流する冷媒は、液相冷媒の割合が一定の程度確保される。すなわち、気相冷媒の割合が高くなることが抑制される。

【0037】

そして、中間ヘッダＨ２の下流側に連結される複数のチューブのうち上方のチューブ（上側第２チューブＴａ２）や、中間ヘッダＨ３の下流側に連結される複数のチューブのうち上方のチューブ（上側第３チューブＴａ３）における、バッテリセル２１の冷却能力の低下を抑制して、バッテリ積層体２０の温度分布の均一性を保つことができる。

【0038】

＜実施例２＞
次に、実施例２による冷却用熱交換器３０Ａを、図面に基づいて説明する。

【0039】

図４を参照する。実施例２による冷却用熱交換器３０Ａは、バッテリパックケース１０Ａの内部に配置されており、実施例１の冷却用熱交換器３０と共通する部分については、符号を流用すると共に、詳細な説明を省略する。

【0040】

冷却用熱交換器３０Ａは、バッテリ積層体２０を冷却するもので、実施例１の冷却用熱交換器３０に対する相違点は、絞り部材Ｓ１が流入ヘッダＨ１に設けられている点である。

【0041】

冷却用熱交換器３０Ａは、４本のヘッダＨと、８本の熱交換チューブＴと、流入部３１と、流出部３２と、仕切部材Ｓ２、Ｓ３と、絞り部材Ｓ１とを、ろう付けによって一体的に接合することが好ましい。これにより、高い剛性を確保することができる。

【0042】

流入ヘッダＨ１の内部は、絞り部材Ｓ１によって、上側空間４１ａと下側空間４１ｂとに区分けされる。絞り部材Ｓ１は、絞り孔Ｓ１ａが形成されている。絞り孔Ｓ１ａの面積は、流入ヘッダＨ１の長手方向に直交する方向に沿った内部空間の断面積よりも小さい。流入ヘッダＨ１の内部は、絞り孔Ｓ１ａによって、上側空間４１ａと下側空間４１ｂとが区分けされつつも、連通されている。

【0043】

上側第１チューブＴａ１は、流入ヘッダＨ１の上側空間４１ａと中間ヘッダＨ２の上側空間４２ａとを連絡する。下側第１チューブＴｂ１は、流入ヘッダＨ１の下側空間４１ｂと中間ヘッダＨ２の下側空間４２ｂとを連絡する。

【0044】

流入部３１は、金属の管に円周状のフランジ部が設けられ、流入ヘッダＨ１に形成された穴部に挿入される。流入部３１の下流端は、流入ヘッダＨ１の上側空間４１ａに開放している。

【0045】

冷却用熱交換器３０Ａについて、冷媒の流れを説明する。

【0046】

流入部３１は、絞り部材Ｓ１よりも上方の位置で、流入ヘッダＨ１に取り付けられている。流入部３１を通流した気液混合冷媒は、流入ヘッダＨ１の上側空間４１ａに流入する。相対的に比重の重い液相冷媒は重力の影響を受けて上側空間４１ａの下方に移動し、絞り部材Ｓ１の近傍に集合する。絞り部材Ｓ１に到達した冷媒は、一部が絞り孔Ｓ１ａを通過して、下側空間４１ｂに移動する。絞り孔Ｓ１ａを通過しなかった冷媒は、上側第１チューブＴａ１に流入する。

【0047】

上側空間４１ａに流入した冷媒は、上側第１チューブＴａ１と絞り孔Ｓ１ａのいずれかを通過して流出する。上側チューブＴａ１、Ｔａ２、Ｔａ３を通過する経路の通路抵抗（上側チューブの通路抵抗）は、下側チューブＴｂ１、Ｔｂ２，Ｔｂ３を通過する経路の通路抵抗（下側チューブの通路抵抗）に対し、絞り部材Ｓ１が設けられたことで相対的に低下する。このため、上側チューブＴａ１、Ｔａ２、Ｔａ３を通過する冷媒の割合を増加することができる。そして、絞り孔Ｓ１ａの面積を調整することにより、上側チューブＴａ１、Ｔａ２、Ｔａ３を通過する冷媒の割合を所望する程度に上昇して、上側チューブＴａ１、Ｔａ２、Ｔａ３と下側チューブＴｂ１、Ｔｂ２，Ｔｂ３とにバランスよく冷媒を供給することができる。そして、冷却用熱交換器３０Ａの温度分布の均一化を図ることができる。

【0048】

＜その他の実施例＞
以上、実施例１および実施例２により冷却用熱交換器３０、３０Ａを説明したが、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は実施例１および実施例２に限られるものではない。例えば、中間ヘッダの本数を２本として説明したが、中間ヘッダは１本であってもよいし、３本以上であってもよい。中間ヘッダが１本のとき、上側第２チューブＴａ２および下側第２チューブＴｂ２を通過した冷媒は、流出ヘッダ（Ｈ４）に直接的に流入する。中間ヘッダが２本以上のとき、上側第２チューブＴａ２および下側第２チューブＴｂ２を通過した冷媒は、流出ヘッダ（Ｈ４）に間接的に流入する。

【0049】

また、冷却用熱交換器が中間ヘッダを２本以上備える場合、すべての中間ヘッダに仕切部材が備えられていることが好ましいが、本発明の冷却用熱交換器はそれ以外の形態も含む。その場合、２本の中間ヘッダを有する冷却用熱交換器において、最も上流側の中間ヘッダＨ２に仕切部材Ｓ２が備えられている構成が好ましい。複数の中間ヘッダのうち最も上流側の中間ヘッダＨ２に流入する冷媒は、下流側に配置される中間ヘッダＨ３に流入する冷媒よりも液相冷媒の比率が高く、液相冷媒が重力の影響を受けて下方に移動しやすい。ここで、最も上流側の中間ヘッダＨ２に仕切部材Ｓ２を設けることで、上側第２チューブＴａ２に流入する液相冷媒の比率の低下を効果的に抑制することができる。

【0050】

また、絞り部材Ｓ１に設けられる絞り孔Ｓ１ａは、複数の孔が設けられていてもよい。絞り孔Ｓ１ａの形状についても、円形や楕円形など、適宜選択される。

【0051】

また、冷却用熱交換器３０、３０Ａ、３０Ｂの姿勢は、ヘッダＨが垂直に立設するよう態様に限定されるものではない。上側チューブＴａが下側チューブＴｂより上方となるよう位置するようにしつつ、冷却用熱交換器３０Ｂの全体をバッテリ積層体２０に向けて傾斜するように配置してもよい。図５を参照する。冷却用熱交換器３０Ｂは、バッテリパックケース１０の底面１０ａに対し、ヘッダＨの延伸軸ＨＸが角度θを有するように立設されている。上側チューブＴａと下側チューブＴｂとは、バッテリ積層体２０の均熱層２２と面接触している。このとき角度θは、バッテリ積層体２０の形状および本発明の効果をふまえて、角度θは７０度から１１０度の範囲内になるよう組み立てられることが好ましい。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本発明のバッテリ冷却装置は、電気自動車やハイブリッド車両に搭載するのに好適である。

【符号の説明】

【0053】

１０…バッテリパックケース
１０ａ…底面
２０…バッテリ積層体
２１…バッテリセル
２２…均熱層
３０、３０Ａ、３０Ｂ…冷却用熱交換器
３１…流入部
３２…流出部
４１…内部空間
４１ａ…上側空間
４２ｂ…下側空間
４２ａ…上側空間
４２ｂ…下側空間
４３ａ…上側空間
４３ｂ…下側空間
４４…内部空間
Ｈ…ヘッダ
Ｈ１…流入ヘッダ
Ｈ２…中間ヘッダ
Ｈ３…中間ヘッダ
Ｈ４…流出ヘッダ
Ｔ…熱交換チューブ
Ｔａ１…上側第１チューブ
Ｔａ２…上側第２チューブ
Ｔａ３…上側第３チューブ
Ｔｂ１…下側第１チューブ
Ｔｂ２…下側第２チューブ
Ｔｂ３…下側第３チューブ
Ｓ１…絞り部材
Ｓ１ａ…絞り孔
Ｓ２…仕切部材
Ｓ３…仕切部材
θ…底面に対するヘッダの延伸軸の角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】