特許 7574540 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】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6556 20140101AFI20241022BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241022BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20241022BHJP

   H01M 10/6567 20140101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6556

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6567

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020047253

(22)【出願日】2020-03-18

(65)【公開番号】P2021150091

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2022-12-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】株式会社レゾナック

(74)【代理人】

【識別番号】100109911

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義仁

(74)【代理人】

【識別番号】100071168

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 久義

(74)【代理人】

【識別番号】100099885

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 健市

(72)【発明者】

【氏名】伊川 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】山中 雅樹

【審査官】新田 亮

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－０１３３６９１（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３８６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５０４４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１２０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－３２２８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０６１６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３８８３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６５６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部の中空部を熱交換媒体が流通する熱交換流路として構成された伝熱部を備え、前記伝熱部の外面に配置された熱交換対象部材と前記熱交換媒体との間で熱交換するようにした熱交換器であって、
前記伝熱部の外面部の少なくとも一部が、金属製の伝熱層の少なくとも片面側に樹脂製の被覆層が設けられたラミネート材である被覆シートによって構成され、
前記熱交換流路を形成する流路形成部材が前記伝熱部内部に設けられ、
前記熱交換器を外部部材に固定する固定部が前記流路形成部材に設けられ、
前記流路形成部材には前記熱交換流路を形成する複数の突条が設けられ、
前記流路形成部材の外側部分に前記熱交換流路を取り囲むように、前記複数の突条の上縁よりも低い位置に平面部が設けられ、
前記被覆シートには前記複数の突条を収容する凹部が形成され、
前記被覆シートの周縁が前記平面部と接合されていることを特徴とする熱交換器。

【請求項2】

前記流路形成部材が樹脂製である請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記固定部の一部は前記被覆シートの外側に突出している請求項１または２に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属製の伝熱層に樹脂製の被覆層が積層されたラミネート材が外面部に設けられた熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）等においては、電動機を駆動するための電力を供給するバッテリー装置が搭載されている。このようなバッテリー装置としては、リチウム二次電池等の各種の二次電池からなる複数個の小型単電池が直列または並列に多数接続されて組電池の形態としたものが一般に用いられている。特に近年になって電気自動車の航続距離を延長させるために、複数の組電池が直列または並列に組み合わされて、バッテリー装置のさらなる大容量化が進められている。

【0003】

一方、バッテリー装置として多く用いられるリチウム二次電池は、使用温度によって性能や寿命が大きく変化するため、長期間にわたって効率良く使用するには適正な温度に管理するのが好ましい。しかしながら、上記のような複数の組電池の形態で使用した場合、複数の組電池が密接して配置されているため、各組電池や各単電池から発生する熱を効果的に放出させることは困難であり、各組電池毎の温度が上昇してしまい性能や寿命が低下してしまうおそれがある。

【0004】

そこで下記特許文献１に示すような薄型の熱交換器を用いて、複数の組電池を冷却するようにした技術が開発されている。この熱交換器は、２枚の金属製皿状プレートを対向合致させて熱交換器（扁平チューブ）を形成し、複数の組電池の各間に扁平チューブがそれぞれ配置されることによって、組電池の各単電池から発せられる熱を、扁平チューブ内を流通する冷媒（冷却水）を介して外部に放出させるようにしている。

【0005】

このような技術背景の下、自動車バッテリー装置としての複数の組電池を冷却するための熱交換器は、他の自動車部品と同様、薄型化、小型軽量化、低コスト化が可及的に求められ、その一環として、下記特許文献２に示すような柔軟性の高いラミネート材を用いた熱交換器の採用が検討されている。

【0006】

ラミネート材を用いた熱交換器は、アルミニウム箔ないしアルミニウム薄板製の伝熱層の両面に樹脂製の被覆層が積層されたラミネート材が２枚重ね合わされて袋状に接合された外包袋を備え、外包袋の内部に冷媒を循環できるように構成されている。そして複数の組電池の各間に外包袋が配置されて、組電池の各単電池から発せられる熱を、各外包袋の内部を流通する冷媒を介して外部に放出させるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１２－１９９１４９号公報

【文献】特開２０２０－３１３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記ラミネート材を用いた熱交換器は外装のラミネート材が柔らかいため、外装に固定部を設けて熱交換器を装置として固定することが困難であった。

【0009】

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、装置として固定することができるラミネート材を用いた熱交換器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。

【0011】

［１］内部の中空部を熱交換媒体が流通する熱交換流路として構成された伝熱部を備え、前記伝熱部の外面に配置された熱交換対象部材と前記熱交換媒体との間で熱交換するようにした熱交換器であって、
前記伝熱部の外面部の少なくとも一部が、金属製の伝熱層の少なくとも片面側に樹脂製の被覆層が設けられたラミネート材である被覆シートによって構成され、
前記熱交換流路を形成する流路形成部材が前記伝熱部内部に設けられ、
前記熱交換器を外部部材に固定する固定部が前記流路形成部材に設けられていることを特徴とする熱交換器。

【0012】

［２］前記流路形成部材が樹脂製である前項１に記載の熱交換器。

【0013】

［３］前記流路形成部材の外側に前記被覆シートを接合する平面部が設けられている前項１または２に記載の熱交換器。

【発明の効果】

【0014】

［１］の発明によれば、熱交換流路を形成する流路形成部材が伝熱部内部に設けられ、熱交換器を外部部材に固定する固定部が流路形成部材に設けられていることで、ラミネート材を用いた熱交換器を装置として固定することができる。さらに、部品点数が少ないため、組み立てや組付けが行い易い熱交換器を提供することもできる。

【0015】

［２］の発明によれば、流路形成部材が樹脂製であることで電気絶縁性を有するため、単電池や組電池等の電池を熱交換するのに好適な熱交換器を提供することができる。

【0016】

［３］の発明によれば、流路形成部材の外側に被覆シートを接合する平面部が設けられていることで、被覆シートと流路形成部材との接合部が平面となるため、接合面には三重点が形成されることがない。このため、密閉性に優れた熱交換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は第１実施形態の熱交換器を示す斜視図である。

【図2】図２は第１実施形態の熱交換器を分解して示す分解斜視図である。

【図3】図３は図１の端面を拡大して示す図であって、図（Ａ）はＡ－Ａ線における端面図、図（Ｂ）はＢ－Ｂ線における端面図、図（Ｃ）はＣ－Ｃ線における端面図である。

【図4】図４は第２実施形態の熱交換器を分解して示す分解斜視図である。

【図5】図５は第３実施形態の熱交換器の一部を拡大して示す端面図である。

【図6】図６は第４実施形態の熱交換器の一部を拡大して示す端面図である。

【図7】図７は第５実施形態の熱交換器の一部を拡大して示す端面図である。

【図8】図８は第６実施形態の熱交換器を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

＜第１実施形態＞
本発明の熱交換器は、電気自動車等の電動機を駆動するための電力供給用の単電池（バッテリーセル）や組電池（電池パック）等の電池を冷却するものである。

【0019】

図２に示すように、第１実施形態の熱交換器１は内部の中空部を熱交換媒体が流通する熱交換流路３１として構成された伝熱部２を備えている。

【0020】

また、第１実施形態の熱交換器１は長方形状に形成されているが、正方形状であってもよく、さらに、これらの形状に限らず、熱交換器１内部に熱交換媒体が流れる形状であればよい。

【0021】

なお、熱交換媒体としては冷却水あるいは不凍液等の冷却液Ｌを用いることができる。

【0022】

本発明の伝熱部は、その外面に配置された熱交換対象部材と熱交換媒体との間での熱交換に寄与するところである。

【0023】

なお、熱交換対象部材とは例えば、上述した単電池（バッテリーセル）や組電池（電池パック）等の電池のことである。

【0024】

図２に示すように、第１実施形態の伝熱部２は、伝熱部２の外面部に設けられる被覆シート６と、伝熱部２内部に設けられる流路形成部材３とを備えている。

【0025】

本発明の被覆シートは、金属製の伝熱層の少なくとも片面側に樹脂製の被覆層が設けられたラミネート材からなり、伝熱部の外面部の少なくとも一部として構成されるものである。

【0026】

また、被覆シートに用いられるラミネート材は伝熱層の少なくとも片面側に樹脂製の被覆層が積層された少なくとも２層以上の構造であればよく、３層あるいは４層以上の構造としてもよい。

【0027】

図１および２に示すように、第１実施形態では伝熱部２の外面部は２つの被覆シート６により構成されており、これらの被覆シート６はアルミニウム箔等の金属箔製の伝熱層と、その伝熱層の両面に積層一体化された熱可塑性樹脂製の被覆層とで３層に構成されたラミネート材によって構成されている。

【0028】

被覆シート６には、プレス加工により第１凹部６１と、外周縁部にフランジ部６３とが形成されており、このフランジ部６３には後述する固定部７の形状に適合する４つの第２凹部６２が形成されている。

【0029】

また、図１および２に示すように、被覆シート６には出入口６４が設けられている。

【0030】

本発明の出入口は、冷却液Ｌを熱交換器内部に流出入させるためのものである。

【0031】

第１実施形態では、２つの出入口６４が上側被覆シート６における第１凹部６１の長手方向の両端付近に設けられている。

【0032】

本発明の流路形成部材は、伝熱部内部に設けられて熱交換流路を形成するものである。

【0033】

この流路形成部材は樹脂製であることが好ましく、例えば硬質合成樹脂によって構成される。このように流路形成部材が樹脂製であることで電気絶縁性を有するため、単電池や組電池等の電池を熱交換するのに好適な熱交換器を提供することができる。

【0034】

図２に示すように、第１実施形態では、流路形成部材３が伝熱部２内部に配置されて、流路形成部材３の上下面には熱交換流路３１が４つずつ形成されている。この熱交換流路３１の数は特に限定されるものではない。

【0035】

第１実施形態では、熱交換器１を外部部材（図示省略）に固定する固定部７が流路形成部材３の４隅に設けられており、全ての固定部７は流路形成部材３と一体に成形されている。このように、固定部７は流路形成部材３と一体に４隅に設けられることが好ましいが、これに限らず、流路形成部材３と固定部７とを別々に成形したものを用いてもよい。

【0036】

また、固定部７は流路形成部材３の４隅以外の位置に設けられていても良く、設けられる固定部７は４つより多くても少なくてもよい。

【0037】

また、固定部７には孔７１が設けられており、この孔７１を介して熱交換器１が外部部材に固定される。

【0038】

図１および２に示すように、第１実施形態の熱交換器１は、２つの被覆シート６の第１凹部６１を互いに対向させフランジ部６３どうしが重なり合うように配置され、その内部に流路形成部材３が設けられている。また重なり合ったフランジ部６３の当接面が熱融着等によって接着され、同時に第２凹部６２と固定部７との当接面も熱融着等によって接着されることで、図１に示す熱交換器１が形成される。

【0039】

図３（Ａ）は図１のＡ－Ａ線における端面図であり、流路形成部材３および固定部７は上下の被覆シート６と密着した状態に接合されており、固定部７に設けられた孔７１は、フランジ部６３よりも外側に位置している。このように孔７１が被覆シート６の外側に設けられているため、熱交換器１を固定するための孔を被覆シート６に設ける必要がない。

【0040】

図３（Ｂ）は図１のＢ－Ｂ線における端面図であり、流路形成部材３と被覆シート６とは密着した状態に接合されている。

【0041】

図３（Ｃ）は図１のＣ－Ｃ線における端面図であり、固定部７は上下２つの被覆シート６における第２凹部６２と隙間なく密着した状態に接合されている。

【0042】

第１実施形態の熱交換器１では、一方の出入口６４から冷却液Ｌを流入して熱交換流路３１に沿って流通させ他方の出入口６４から流出させることで、各熱交換流路３１に冷却液Ｌを循環させ、循環する冷却液Ｌと熱交換器１の外面に配置される熱交換対象部材との間で被覆シート６を介して熱交換させることによって、熱交換対象部材を冷却している。

【0043】

以上のように、第１実施形態の熱交換器１は熱交換流路３１を形成する流路形成部材３が伝熱部２内部に設けられ、熱交換器１を外部部材に固定する固定部７が流路形成部材３に設けられていることで、ラミネート材を用いた熱交換器１を装置として固定することができる。さらに、部品点数が少ないため、組み立てや組付けが行い易い熱交換器１を提供することもできる。

【0044】

＜第２実施形態＞
図４は第２実施形態の熱交換器１を示す分解斜視図である。

【0045】

第２実施形態では、平面部５が流路形成部材３の外側部分に熱交換流路３１を取り囲むように設けられており、この平面部５は上下の被覆シート６のフランジ部６３と熱融着等によって接着されている。

【0046】

また図４に示すように、フランジ部６３の表面は平面状となっており、第１実施形態のようにフランジ部６３には第２凹部６２が形成されていない。

【0047】

この第２実施形態の熱交換器１における他の構成は、上記第１実施形態の熱交換器１と実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して重複説明は省略する。

【0048】

このように、流路形成部材３の外側部分に被覆シート６を接合する平面部５が設けられていることで、被覆シート６と流路形成部材３との接合部が平面となるため、接合面には三重点が形成されず冷却液Ｌが接合部から漏れ難くなる。このため、密閉性に優れた熱交換器１を提供することができる。ここで、三重点とは三部材が一点で接合する箇所であり、第１実施形態では上側被覆シート６と下側被覆シート６と固定部７とが一点で接合する箇所である。

【0049】

また、被覆シート６のフランジ部６３が平面であるため、被覆シート６のプレス加工を容易に行うこともできる。

【0050】

また、第２実施形態の熱交換器１においても上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0051】

＜第３実施形態＞
図５は第３実施形態の熱交換器１の一部を拡大して示す端面図である。

【0052】

第３実施形態では、固定部７が上下の被覆シート６のフランジ部６３に覆われており、フランジ部６３には固定部７の孔７１に対応する位置にフランジ部６３を貫通する貫通孔６６が設けられている。

【0053】

第３実施形態のように、固定部７は被覆シート６に覆われていてもよく、第１および２実施形態のように固定部７の孔７１が被覆シート６よりも外側に位置するように形成されるものに限定されない。

【0054】

この第３実施形態の熱交換器１における他の構成は、上記第１実施形態の熱交換器１と実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して重複説明は省略する。

【0055】

また、第３実施形態の熱交換器１においても上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0056】

＜第４実施形態＞
図６は第４実施形態の熱交換器１の一部を拡大して示す端面図である。

【0057】

第４実施形態では固定部７は流路形成部材３の内部に形成されている。すなわち図６の端面図において、流路形成部材３と下側被覆シート６とが当接する部分（以下、当接部分と称する）のうち、中央の当接部分を上下方向に貫通する孔７１が形成され、この孔７１に対応する位置に被覆シート６を貫通する貫通孔６６が形成されている。

【0058】

また第４実施形態では、固定部７が中央の当接部分に１つあるいは複数形成されていてもよく、これに限らず、固定部７は中央以外の当接部分に１つあるいは複数形成されていてもよいし、複数の固定部７が複数の当接部分に形成されていてもよい。

【0059】

第４実施形態のように固定部７は流路形成部材３の内部に形成されてもよく、第１～３実施形態のように固定部７が流路形成部材３の外側に形成されるものに限定されない。

【0060】

また、第１～３実施形態では上下の被覆シート６がプレス成形されていたが、第４実施形態では上側の被覆シート６のみがプレス成形されている。もちろん、下側の被覆シート６のみがプレス成形されるようにしてもよい。

【0061】

第４実施形態の熱交換器１における他の構成は、上記第１実施形態の熱交換器１と実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して重複説明は省略する。

【0062】

また、第４実施形態の熱交換器１においても上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0063】

＜第５実施形態＞
図７は第５実施形態の熱交換器１の一部を拡大して示す端面図である。

【0064】

第５実施形態では、流路形成部材３の上側にのみ被覆シート６が設けられており、流路形成部材３の下面は伝熱部２の外面部を兼ねている。また、熱交換流路３１は流路形成部材３の上面にのみ形成されている。なお、被覆シート６は流路形成部材３の下側にのみ設けてもよい。もちろん、この場合は熱交換流路３１が流路形成部材３の下面にのみ形成されることになる。

【0065】

第５実施形態のように被覆シート６は流路形成部材３の上側にのみ設けてもよく、第１～４実施形態のように被覆シート６が流路形成部材３の上下両側に設けられるものに限定されない。

【0066】

第５実施形態の熱交換器１における他の構成は、上記第１実施形態の熱交換器１と実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して重複説明は省略する。

【0067】

第５実施形態の熱交換器１は、熱交換対象部材を熱交換器１の片面にのみ配置して熱交換する際に好適に用いることができる。

【0068】

また、第５実施形態の熱交換器１においても上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0069】

＜第６実施形態＞
図８は第６実施形態の熱交換器１を示す斜視図である。

【0070】

第６実施形態の熱交換器１は伝熱部２と、ヘッダー部材８とを備えている。

【0071】

ヘッダー部材８は流路形成部材３および熱交換器１の外枠を兼ねるものである。

【0072】

図８に示すように、ヘッダー部材８は入口ヘッダー部材８１と出口ヘッダー部材８２とを備えており、入口ヘッダー部材８１は流路形成部材３の一端部として一体に成形され、出口ヘッダー部材８２は流路形成部材３の他端部として一体に成形されている。また、入口ヘッダー部材８１および出口ヘッダー部材８２は外枠部材９と一体に成形されており、両ヘッダー部材８１、８２および外枠部材９は熱交換器１の外枠を形成している。なお、両ヘッダー部材８１、８２をそれぞれ出口ヘッダー、入口ヘッダーとしてもよい。

【0073】

両ヘッダー部材８１、８２はこれらの長手方向に連続して延びる角管形状で、これらの長手方向の一端部には配管部材４がそれぞれ形成されており、これらの配管部材４は熱交換器１内部に冷却液Ｌを流出入させるものである。また、これらの配管部材４は、両ヘッダー部材８１、８２に一体に成形されている。

【0074】

また、固定部７が両ヘッダー部材８１、８２の長手方向の中央付近に一体に成形されており、固定部７の孔７１は両ヘッダー部材８１、８２よりも熱交換器１の外側に位置するように形成されている。

【0075】

第６実施形態では図８に示すように、伝熱部２の全域が２枚の被覆シート６で上下両側から被覆され、これらの被覆シート６の外周縁部がヘッダー部材８および外枠部材９と熱融着等により接着固定されることで、熱交換器１が形成されている。

【0076】

第６実施形態の熱交換器１における他の構成は、上記第１実施形態の熱交換器１と実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して重複説明は省略する。

【0077】

第６実施形態の熱交換器１では、伝熱部２の外面部と接触するように熱交換対象部材が配置され、冷却液Ｌが配管部材４を介して入口ヘッダー部材８１内に流入されると、冷却液Ｌは入口ヘッダー部材８１内で分流し、伝熱部２内部の熱交換流路３１を流通する。その後、冷却液Ｌは出口ヘッダー部材８２内で合流した後、配管部材４を介して流出する。

【0078】

こうして冷却液Ｌが熱交換流路３１内を循環する一方、循環する冷却液Ｌと伝熱部２の外面部に配置される熱交換対象部材との間で被覆シート６を介して熱交換することにより熱交換対象部材が冷却される。

【0079】

以上のように、第６実施形態の熱交換器１は、熱交換器１の外枠および流路形成部材３を兼ねるヘッダー部材８、外枠部材９、配管部材４ならびに固定部７が一体に成形されているため、部品点数を少なくして熱交換器１を製造することができ、製造コストを下げることができる。

【0080】

また、第６実施形態の熱交換器１においても上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0081】

本発明の熱交換器は、例えばハイブリッド自動車、電気自動車等に採用される電動機駆動用バッテリー装置等の発熱体を冷却するための冷却装置として好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0082】

１：熱交換器
２：伝熱部
３：流路形成部材
５：平面部
６：被覆シート
７：固定部
３１：熱交換流路
Ｌ：熱交換媒体（冷却液）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】