JP2020115414A

JP2020115414A - 熱交換部材および熱交換器

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Publication number: JP2020115414A
Application number: JP2019006008A
Authority: JP
Inventors: 広治南谷; Koji Minamitani
Original assignee: Showa Denko Packaging Co Ltd
Current assignee: Resonac Packaging Corp
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2039-01-17
Also published as: JP7239329B2

Abstract

【課題】熱交換部材と被熱処理部材との接触面積を十分に大きくすることができ、効率良く熱交換することができる熱交換部材を提供する【解決手段】本発明の熱交換器に係る熱交換パネル１は、金属層５２を含む基材１１からなる外装体Ｐを備え、外装体Ｐの内部を流通する熱媒体と、外装体の外面に接触して配置される被熱処理部材４１との間で熱交換させるようにした熱交換パネル１である。外装体Ｐにおける被熱処理部材４１との接触面に、被熱処理部材４１の一部を適合状態に収容する収容凹部１４が形成されていることを特徴とする【選択図】図１

Description

本発明は、被熱処理部材を冷却または加熱する際に用いられる熱交換部材および熱交換器に関する。

輸送機器、蓄電デバイスおよびスーパーコンピューターに搭載されているエネルギーデバイス、例えば円筒型電池やコンデンサを冷却もしくは加熱するために熱交換器が用いられている。

中でも輸送機器である電気自動車（ＥＶ）においては、電動機を駆動する原動力であるバッテリー装置として、例えば円筒型リチウムイオン電池が搭載されている。円筒型リチウムイオン電池は、充放電時に大きな発熱を伴い高温で使用し続けると、劣化により寿命が低下するため冷却する必要がある。

このような円筒型電池は外周面が湾曲しているため、熱交換器との接触面積が少なくなり、効率良く冷却することが困難である。このため、例えば下記特許文献１の技術が用いられている。

同文献では、複数の円筒型単電池からなる単電池列および、この単電池列を接触支持し内部に熱媒体流路が形成された支持部材からなる組電池を冷却する技術が開示されている。

特開２０１２−９３８８号公報

しかしながら、同文献では単電池の熱を支持部材に伝達し、その支持部材を冷却することで単電池を冷却するため、支持部材を介して単電池を間接的に冷却することとなり、効率良く熱交換することができないという課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、被熱処理部材との接触面積を十分に大きくすることができ、効率良く熱交換することができる熱交換部材および熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を要旨とするものである。
［１］金属層を含む基材からなる外装体を備え、外装体の内部を流通する熱媒体と、外装体の外面に接触して配置される被熱処理部材との間で熱交換させるようにした熱交換部材であって、
外装体における被熱処理部材との接触面に、被熱処理部材の一部を適合状態に収容する収容凹部が形成されていることを特徴とする熱交換部材。
［２］基材は、金属層の少なくとも片面側に樹脂層の設けられたラミネート材からなることを特徴とする前項１に記載の熱交換部材。
［３］収容凹部が複数設けられていることを特徴とする前項１または２に記載の熱交換部材。
［４］外装体内に伝熱フィンが、外装体の内面側と接するように設けられていることを特徴とする前項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換部材。
［５］伝熱フィンが、金属層の両面に樹脂層が設けられたラミネート材からなることを特徴とする前項４に記載の熱交換部材。
［６］伝熱フィンは波板状に形成され、被熱処理部材は円柱状に形成され、伝熱フィンの山筋部方向と被熱処理部材の軸方向が交差するように被熱処理部材が配置されていることを特徴とする前項４または５に記載の熱交換部材。
［７］外装体の内面側に収容凹部に対応して形成される内方凸部を収容するように、伝熱フィンに切欠状凹部が形成されていることを特徴とする前項６に記載の熱交換部材。
［８］伝熱フィンは波板状に形成され、被熱処理部材は円柱状に形成され、伝熱フィンの山筋部方向と被熱処理部材の軸方向が平行となるように被熱処理部材が配置されていることを特徴とする前項４または５に記載の熱交換部材。
［９］前項１〜８の熱交換部材が間隔をおいて複数並列に配置され、隣り合う熱交換部材間に、その一方の熱交換部材から他方の熱交換部材に熱媒体を流通させるジョイント部材が設けられ、複数の熱交換部材の各間に被熱処理部材が配置されるように構成されていることを特徴とする熱交換器。

発明［１］の熱交換部材によれば、外装体における被熱処理部材との接触面に収容凹部が形成されているため、被熱処理部材と外装体との接触面積を十分に大きくすることができ、効率良く熱交換することができる。

発明［２］の熱交換部材によれば、外装体は金属層と樹脂層とからなるラミネート材で形成されているため、金属層の腐食および外装体における結露の発生を防ぐことができる。

発明［３］の熱交換部材によれば、収容凹部が複数設けられているため、複数の被熱処理部材を並行して熱処理することができる。

発明［４］の熱交換部材によれば、外装体内に伝熱フィンを設けているため、熱交換性能をより一層向上させることができる。

発明［５］の熱交換部材によれば、伝熱フィンは金属層と樹脂層とからなるラミネート材で形成されているため、金属層の腐食を防ぐことができ、伝熱フィンの耐久性を向上させることができる。

発明［６］の熱交換部材によれば、伝熱フィンの山筋部方向と被熱処理部材の軸方向とが交差しているため、伝熱フィンと被熱処理部材とを格子状に配置でき、強度を向上させることができる。

発明［７］の熱交換部材によれば、伝熱フィンに切欠状凹部が形成されているため、伝熱フィンと外装体との接触面積が大きくなり、熱交換効率をさらに向上させることができる。

発明［８］の熱交換部材によれば、伝熱フィンの山筋部方向と被熱処理部材の軸方向とが平行となっているため、隣り合う山筋部間に生じる空間を利用して被熱処理部材を配置できることから、伝熱フィンに切り込みを入れずに被熱処理部材との接触面積を大きく確保することができる。

発明［９］の熱交換器によれば、上記発明と同様に、被熱処理部材と外装体との接触面積を十分に大きくすることができるため、効率良く熱交換することができる。

図１は本発明の第１実施形態である熱交換器の平面図である。図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は第１実施形態の熱交換器に用いられる熱交換パネルを分解して示す斜視図である。図４は第１実施形態の熱交換器に用いられる熱交換パネルを切り欠いて示す斜視図である。図５は図４の一点鎖線で囲まれる部分を拡大して示す断面図である。図６は本発明の第２実施形態である熱交換器の平面図である。図７は図６のＢ−Ｂ線断面図である。図８は第２実施形態の熱交換器に用いられる熱交換パネルを分解して示す斜視図である。図９は熱交換器における伝熱フィンの山筋部方向と被熱処理部材の軸方向との関係を示す斜視図であって、図（ａ）は第１実施形態の斜視図、図（ｂ）は第２実施形態の斜視図である。図１０は本発明の熱交換器に適用可能な熱交換パネルの変形例を示す概略断面図である。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態である熱交換器の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は第１実施形態の熱交換器に用いられる熱交換パネルを分解して示す斜視図、図４は第１実施形態の熱交換器に用いられる熱交換パネルを切り欠いて示す斜視図、図５は図４の一点鎖線で囲まれる部分を拡大して示す断面図である。

図１〜３に示すように、第１実施形態に係る熱交換器は冷却器を構成するものである。この熱交換器は熱交換パネル１が間隔をおいて複数並列に配置され、隣り合う熱交換パネル１間に、その一方の熱交換パネル１から他方の熱交換パネル１に熱媒体を流通させるジョイント部材３ａ、３ｂが設けられ、複数の熱交換パネル１の各間に被熱処理部材が配置されるように構成されている。

本実施形態においては、熱媒体として水もしくは不凍液等の冷媒が用いられている。

第１実施形態においては、被熱処理部材として円筒電池４１が用いられている。円筒電池４１は１８６５０型もしくは２１７７０型のものが用いられている。なお、円筒電池４１の型は電池サイズを示しており、例えば１８６５０型は直径が１８ｍｍ、長さが６５．０ｍｍサイズの円筒電池を表している。

熱交換部材は熱交換パネル１によって構成されている。

図３に示すように、第１実施形態における熱交換パネル１は、第１基材１１および第２基材１５からなる外装体Ｐを備えている。

外装体Ｐはその外面に円筒電池４１を接触して配置し、内部に熱媒体を流通させることによって、円筒電池４１と熱媒体との間で熱交換を行うことができる。

第１基材１１は平面視矩形状に形成され、柔軟性ないし可撓性を有するラミネート材Ｌ１によって構成されている。

図５に示すように、第１実施形態のラミネート材Ｌ１では金属層５２の一面（外面）に接着剤を介して樹脂層５１が積層され、他面（内面）には接着剤を介して樹脂層５３および熱融着樹脂層５４が積層される構成となっている。

金属層５２としては銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔およびニッケル箔の中から選択されたものを好適に用いることができる。なお第１実施形態において、「箔」という用語はフィルム、薄板、シートも含む意味で用いられており、さらに「銅」「アルミニウム」「ニッケル」という用語は、それらの合金も含む意味で用いられている。

金属層５２は伝熱層や集熱層と称され、厚みとしては８μｍ〜３００μｍのものを用いるのが良く、特に８μｍ〜１００μｍのものを用いるのがより好ましい。第１実施形態における金属層５２としてはアルミニウム箔層を用いている。

また、金属層５２は、化成処理等の表面処理を施しておくことにより、金属層の腐食防止や、樹脂との接着性の向上など、より一層耐久性を向上させることができる。化成処理は、例えば次のような処理を施す。即ち、例えば、脱脂処理を行った金属箔の表面に、
１）リン酸、クロム酸、フッ化物の金属塩及びフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含む混合物の水溶液
２）リン酸、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂、クロム酸及びクロム（III）塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含む混合物の水溶液
３）リン酸、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂、クロム酸及びクロム（III）塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物、フッ化物の金属塩及びフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含む混合物の水溶液
上記１）〜３）のうちのいずれかの水溶液を塗工した後、乾燥することにより、化成処理を施す。

上記化成処理を施すことで形成する化成皮膜は、クロム付着量（片面当たり）として０．１ｍｇ／ｍ^２〜５０ｍｇ／ｍ^２が好ましく、特に２ｍｇ／ｍ^２〜２０ｍｇ／ｍ^２が好ましい。

熱融着樹脂層５４としては、ポリオレフィン（無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレン）、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂および塩化ビニル樹脂の中から選択されたものを好適に用いることができる。熱融着樹脂層５４の厚みとしては２０μｍ〜１０００μｍのものを用いるのが良い。

第１実施形態における熱融着樹脂層５４としては、ＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）を用いている。直鎖状ポリエチレンは、耐水性・耐薬品性が良く剛性が比較的高いため、熱媒体を高圧で流した場合でも漏れが発生しにくいという特徴を有する。

第１実施形態における樹脂層５１、５３としては熱融着樹脂層５４で使用した樹脂に対し２０℃以上高い融点を持つ樹脂が好ましく、例えば２軸延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）や２軸延伸ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の２軸延伸ポリエステルフィルムやＯＰＰ（２軸延伸ポリプロピレン）等の２軸延伸ポリオレフィンフィルム等が好適に用いられる。樹脂層５１，５３の厚みとしては５μｍ〜５０μｍのものを用いるのが良い。これらの層は必須ではないが、金属層５２の腐食防止や外圧からの耐衝撃性向上、さらに、熱融着樹脂層５４の熱接着時に熱融着樹脂層５４が流出した場合、金属層５２の露出防止としての特徴を持つ。

金属層５２、熱融着樹脂層５４および樹脂層５１，５３は、例えばドライラミネート法で積層することができ、図５において省略しているが、各層は例えば層間に２液硬化型のポリオレフィン系接着剤を介して積層させている。

図３に示すように第１実施形態において、ラミネート材Ｌ１よりなる第１基材１１は、深絞り成型、張出成形、エンボス成形等のプレス加工により所定の形状に成形されている。その第１基材１１には外周縁部を除く中間領域において下方に凹む凹部１８及び円筒電池４１との接触面に円筒電池４１の一部を適合状態に収容する収容凹部１４が形成されている。また凹部１８の開口縁部周辺に外方に突出するように一体に形成されたフランジ部１２が形成されており、凹部１８内には後述するジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂを挿通させる熱媒体流出孔１９が形成されている。さらに第１基材１１の内面側に収容凹部１４に対応して内方凸部１７が形成されている。またネジ孔１３がフランジ部１２の四隅に形成されている。

図３に示すように第１実施形態において、収容凹部１４は円筒電池４１に沿うように断面円弧状に形成されているため、外装体Ｐと円筒電池４１との接触面積が大きくなる。また、収容凹部１４は複数並列配置に形成されている。

内方凸部１７は第１基材１１の内面側に収容凹部１４に対応して形成されるものである。言うまでもなく、内方凸部１７は複数の収容凹部１４に対応して複数形成されている。

第２基材１５は平面視矩形状であり、上記第１基材１１を構成しているラミネート材Ｌ１と同一の構成を有するラミネート材Ｌ１によって構成されている。

第１実施形態において、上述したラミネート材Ｌ１よりなる第２基材１５は、その四隅にネジ孔１３が形成されている。さらに後述するジョイント部材３ａのパイプ部３３ａを挿通させる熱媒体流入孔１６が形成されている。

第１実施形態では第２基材１５に熱媒体流入孔１６、第１基材１１に熱媒体流出孔１９を形成しているが、熱媒体流入孔１６を第１基材１１に、熱媒体流出孔１９を第２基材１５に形成しても良い。

ジョイント部材３ａは熱媒体を外装体Ｐ内部に流入させるためのものであり、ジョイント部材３ｂは熱媒体を外装体Ｐ内部から流出させるためのものである。

ジョイント部材３ａ、３ｂは硬質合成樹脂の素材から形成されており、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂または、それらの変性樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂および塩化ビニル樹脂等の熱融着樹脂を好適に用いることができ、特に、熱融着樹脂層５４と同じ構成もしくは近い構成の樹脂を用いるのが好ましい。

図３に示すように第１実施形態のジョイント部材３ａ、３ｂは、一側面に複数の開口部３２を有する直方体状の箱部３１と、箱部３１の上壁もしくは下壁に設けられたパイプ部３３ａ，３３ｂとを備えている。

開口部３２は箱部３１に対して熱媒体の流入口もしくは流出口となっている。

パイプ部３３ａ，３３ｂは箱部３１内に連通しており、パイプ部３３ａ，３３ｂの内部と箱部３１の内部との間で熱媒体が往来するように形成されている。

外装体Ｐ内において、ジョイント部材３ａがパイプ部３３ａを熱媒体流入孔１６に挿通した状態で備えられ、ジョイント部材３ｂがパイプ部３３ｂを熱媒体流出孔１９に挿通し、さらに第１基材１１および第２基材１５と熱接着された状態で備えられている。

図２に示すようにパイプ部３３ａとパイプ部３３ｂとの結合では、ジョイント部材３ａ、３ｂの素材に近い成分の樹脂から成る連結チューブ７５を用いて熱融着させることにより結合させている。なお、両パイプ部３３ａ、３３ｂを嵌合して連結させる結合もある。連結チューブ７５を用いる方が熱媒体は漏れにくく、部品設計も少なくて済むため、本実施形態においては連結チューブ７５を用いて熱融着させることにより結合させている。

図４に示すように第１実施形態では、外装体Ｐの内面側と接するように、すなわち第１基材１１および第２基材１５と接するように伝熱フィン２１が備えられている。

伝熱フィン２１は柔軟性ないし可撓性を有するラミネート材Ｌ２よりなっている。

第１実施形態のラミネート材Ｌ２は、図５に示すように、金属層６２の両面に接着剤を介して熱融着樹脂層６１，６３が積層されている。

金属層６２としては銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔およびニッケル箔の中から選択されたものを好適に用いることができる。金属層６２は伝熱層や集熱層と称され、厚みとしては８μｍ〜３００μｍのものを用いるのが良く、特に８μｍ〜１００μｍのものを用いるのがより好ましい。第１実施形態における金属層６２としてはアルミニウム箔層を用いている。

熱融着樹脂層６１、６３としては、ポリオレフィン（無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレン）、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂および塩化ビニル樹脂の中から選択されたものを好適に用いることができる。熱融着樹脂層６１、６３の厚みとしては２０μｍ〜１０００μｍのものを用いるのが良い。第１実施形態における熱融着樹脂層６１、６３としてはＬＬＤＰＥを用いている。

第１実施形態において、上述したラミネート材Ｌ２よりなる伝熱フィン２１は凹凸加工が施されることによって、山筋部２３を有する波板状に形成されている。図３に示すように、伝熱フィン２１には内方凸部１７を収容するように切欠状凹部２２が形成されており、この切欠状凹部２２を有することで、伝熱フィン２１の谷筋部全体が外装体Ｐの内面側、すなわち第１基材１１と接するように構成されている。

図９（ａ）に示すように、第１実施形態の伝熱フィン２１は、その山筋部２３方向が円筒電池４１の軸方向と直交するように配置されている。

ここで、凹凸加工としてはラミネート材Ｌ２に立体的な凹凸を形成できる加工であれば、どのような加工であっても良いが、コルゲート加工もしくはプリーツ加工のようにラミネート材Ｌ２に立体的かつ連続的に凹凸を形成できる加工方法を好適に用いることができる。

コルゲート加工とは例えば外周に軸方向の溝が周方向に等間隔おきに形成された一対のロール間に、ラミネート材Ｌ２等のワークを通すことで一方向に波型の凹凸立体形状を形成する加工方法である。

プリーツ加工とはラミネート材Ｌ２等のワークを表裏に交互に折り畳んでヒダ（プリーツ）を形成する加工方法である。

次に、第１実施形態の熱交換器の製作方法について説明する。

まず熱交換パネル１を準備する。すなわち第１基材１１内部に伝熱フィン２１およびジョイント部材３ａ、３ｂを収容して、第２基材１５を第１基材１１にその開口部を閉塞するように重ねて配置し仮組みする。この際、第２基材１５の熱媒体流入孔１６にジョイント部材３ａのパイプ部３３ａを挿通配置する。なお、図３に示すように、第１実施形態においては伝熱フィン２１の山筋部２３方向は、第１基材１１の長手方向と平行になっている。すなわち、円筒電池４１を配置すると、その山筋部２３方向が円筒電池４１の軸方向と直交することになる。

仮組みしたものを、第１基材１１のフランジ部１２と第２基材１５とを熱接着することで外装体Ｐを作成し、さらに高温、減圧下で静置させることでジョイント部材３ａ、３ｂおよび伝熱フィン２１を外装体Ｐの内部に熱接着させて熱交換パネル１を作成する。

このようにして準備した熱交換パネル１を図２に示すように、熱交換パネル１間に複数の円筒電池４１を配置して、一方の熱交換パネル１のパイプ部３３ａと他方の熱交換パネル１のパイプ部３３ｂとをジョイント部材３ａ、３ｂと同じ素材から成る連結チューブ７５を介して連結する。なお、パイプ部３３ａ、３３ｂと連結チューブ７５との接合部は熱風を当てシールすることで、連結チューブ７５がはずれにくく、接合箇所からの漏れの発生を抑制できる。

この状態でネジ孔１３を介して固定ナット７１、支柱ボルト７２により熱交換パネル１、１を連結する。その際、固定ナット７１と熱交換パネル１の間にバネ（スプリング）を挟むことで円筒電池４１の膨張による熱交換器への圧迫が低減され熱交換器の破損が防止でき、使用環境における振動によるゆるみも抑制できるため、円筒電池４１と熱交換器との接触面積を維持することができ、熱交換効率が落ちることはない。

こうして製作された熱交換器において、パイプ部３３ａより熱媒体を流入すると、熱媒体は箱部３１を通りジョイント部材３ａの開口部３２より外装体Ｐ内部に流入し、伝熱フィン２１の部分を通過してジョイント部材３ｂの開口部３２に到達する。開口部３２に到達した熱媒体は開口部３２より箱部３１を通りパイプ部３３ｂに流入し、パイプ部３３ｂと連結した他方の熱交換部材１のパイプ部３３ａに流入する。そして箱部３１および開口部３２を介して外装体Ｐ内部に流入し、伝熱フィン２１の部分を通過してジョイント部材３ｂの開口部３２に到達し、箱部３１およびパイプ部３３ｂを介してジョイント部材３ｂから流出する。

上述したように熱交換器の各熱交換パネル１内を熱媒体が流れることで、各熱交換パネル１間に配置された円筒電池４１と熱媒体との間で熱交換するようになっている。

以上の第１実施形態の熱交換器に用いられる熱交換パネル１によれば、外装体Ｐにおける円筒電池４１との接触面に収容凹部１４が形成されているため、円筒電池４１と熱交換パネル１との接触面積を十分に大きくすることができ、効率良く熱交換することができる。

また第１実施形態の熱交換器に用いられる熱交換パネル１によれば、外装体Ｐはラミネート材Ｌ１で形成されているため、金属層５２の腐食および外装体Ｐにおける結露の発生を防ぐことができ、各接合部が熱接着により一体化されるため内圧に対して強度的にも優れたものになる。

さらに、第１実施形態の熱交換器に用いられる熱交換パネル１によれば、伝熱フィン２１の山筋部２３方向と円筒電池４１の軸方向とが直交しているため、伝熱フィン２１と円筒電池４１とが格子状に配置され、強度を向上させることができる。

なお、第１実施形態において収容凹部１４は第１基材１１の底壁である下壁に形成されているが、本発明においては図１０（ａ）に示すように第２基材１５である上壁に形成しても良い。さらに図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように第１基材１１および第２基材１５の両方に形成しても良い。以下の第２実施形態においても同様である。

また上記第１実施形態においては、円筒電池４１の軸方向と伝熱フィン２１の山筋部２３方向とが直交する場合を例に挙げて説明したが、それだけに限らず、本発明においては円筒電池４１と伝熱フィン２１とを交差させる場合９０°以外の角度で交差させても良い。
＜第２実施形態＞
図６は本発明の第２実施形態である熱交換器の平面図、図７は図６のＢ−Ｂ線断面図である。また、図８は第２実施形態の熱交換器に用いられる熱交換パネルを分解して示す斜視図である。

図６〜８に示すように、第２実施形態に係る熱交換器は熱交換パネル１が間隔をおいて複数並列に配置され、隣り合う熱交換パネル１間に、その一方の熱交換パネル１から他方の熱交換パネル１に熱媒体を流通させるジョイント部材３ａ、３ｂが設けられ、複数の熱交換パネル１の各間に円筒電池４１が配置されるように構成されている。そして各熱交換パネル１の向かい合うネジ孔１３に支柱ボルト７２を貫通させ、支柱ボルト７２の端部を固定ナット７１で固定している。

図６の左右方向を左右とし、上下方向を前後として説明する。図６〜図８に示すように、第２実施形態の熱媒体流入孔１６は、第２基材１５の右側の前端に、熱媒体流出孔１９は第１基材１１の左側の後端に形成されている。

第２実施形態のジョイント部材３ａ、３ｂは、前面または後面に複数の開口部３２を有し、底面に複数の凹部３４が設けられた直方体状の箱部３１と、箱部３１の上壁右端部もしくは下壁左端部に設けられたパイプ部３３ａ，３３ｂとを備えている。またジョイント部材３ａの箱部３１は凹部１８内の前面と接するように配置されるとともに、ジョイント部材３ｂの箱部３１は凹部１８内の後面と接するように配置されている。

さらに外装体Ｐ内において、ジョイント部材３ａがパイプ部３３ａを熱媒体流入孔１６に挿通した状態で備えられ、ジョイント部材３ｂがパイプ部３３ｂを熱媒体流出孔１９に挿通した状態で備えられている。ジョイント部材３ａ、３ｂは連結チューブ７５によって連結されている。

図７、８に示すように第２実施形態では、外装体Ｐ内におけるジョイント部材３ａ、３ｂ間には伝熱フィン２１が収容されている。そして伝熱フィン２１の山頂部と谷底部が、外装体Ｐの第１基材１１および第２基材１５と接するように配置されている。

第２実施形態において、上述したラミネート材Ｌ２よりなる伝熱フィン２１は凹凸加工が施されることによって、山筋部２３を有する波板状に形成されている。

図８、９（ｂ）に示すように、第２実施形態の伝熱フィン２１は山筋部２３方向が第１基材１１の長手方向（左右方向）に対し直交するように外装体Ｐ内部に配置されている。さらに図７に示すように、第１基材１１において伝熱フィン２１の山筋部に並行して凹部を形成している。この凹部が収容凹部１４として構成されている。そして円筒電池４１は収容凹部１４に配置される。

第２実施形態では第１実施形態同様に、第１基材１１、第２基材１５および伝熱フィン２１等を配置し熱接着および、高温減圧下で静置させ、全ての部材を熱接着させる。なお、凹部１８は第１実施形態同様、ラミネート材Ｌ１を第１基材１１に成形する際に形成する。

なお、図７では伝熱フィン２１の谷部に一致して収容凹部１４を設けているが、伝熱フィン２１の凹凸の高さを変えることで収容凹部１４の空間を形成できるので、伝熱フィン２１の山部に収容凹部１４が位置しても良い。

第２実施形態の熱交換器の使用方法は、第１実施形態の熱交換器の使用方法と同様である。

以上の第２実施形態の熱交換器に用いられる熱交換パネル１によれば、伝熱フィン２１の谷筋部に対応して形成された収容凹部１４に円筒電池４１の一部が適合状態に収容されるため、円筒電池４１と熱交換パネル１との接触面積を十分に大きくすることができ、円筒電池４１を効率良く熱交換することができる。

また第２実施形態の熱交換器に用いられる熱交換パネル１によれば、外装体Ｐはラミネート材Ｌ１で形成されているため、金属層５２の腐食および外装体Ｐにおける結露の発生を防ぐことができ、各接合部が熱接着により一体化されるため内圧に対して強度的にも優れたものになる。

さらに伝熱フィン２１の山筋部２３方向と円筒電池４１の軸方向とが平行となっているため、隣接する山筋部２３間に生じる空間を利用して円筒電池４１を配置できることから、第１実施形態のように伝熱フィン２１に、例えば切り込みを入れることなく、収容凹部１４との接触面積を十分に確保することができる。
＜変形例＞
上記実施形態では熱交換器を冷却器として用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明の熱交換器は加熱器として用いることもできる。

上記実施形態では金属層５２、樹脂層５１、５３および熱融着樹脂層５４の四層で構成されるラミネート材Ｌ１を用いているが、ラミネート材Ｌ１の構成は四層に限らず、金属層５２の少なくとも片面側に樹脂層の設けられたラミネート材Ｌ１を用いても良い。

例えば、金属層５２の一面側に樹脂層５１、他面側に熱融着樹脂層５４の三層で構成されるラミネート材Ｌ１を用いても良い。また金属層５２の一面側（伝熱フィン２１側）のみに熱融着樹脂層５４の二層で構成されるラミネート材Ｌ１を用いても良い。

さらに上記実施形態では、第１基材１１および第２基材１５は金属層５２を含むラミネート材Ｌ１により構成されているが、材料はラミネート材Ｌ１に限らず、金属層５２を含む、ラミネート材Ｌ１以外の材料で構成されていても良い。

図２、７に示すように、上記実施形態では、複数の円筒電池４１の配置された上下の熱交換パネル１はネジ孔１３を介して固定ナット７１および固定ボルト７２により連結、固定されているが、固定手段はこれに限られない。すなわち円筒電池４１に対する上下の熱交換パネル１の位置決めが可能であるならば、固定手段はどのような手段を用いても良い。

上記実施形態の熱交換器では、複数の円筒電池４１に対して上下に熱交換パネル１を配置しているが、熱交換パネル１の配置方向は上下に限られず、前後もしくは左右に配置しても良い。

さらに上記実施形態の熱交換器は、２枚の熱交換パネル１によって構成されているが、用いる熱交換パネル１は２枚に限られず、３枚以上の熱交換パネル１を用いて熱交換器を構成しても良い。逆に、熱交換パネル１を１枚だけで用いても良い。例えば、図２、７において、下側の熱交換パネル１だけを用いて熱交換器を構成しても良い。

次に図１、２および図６、７に示す熱交換器に準拠して、以下の実施例１および２の熱交換器について説明する。
＜実施例１＞
１．第１基材１１および第２基材１５用のラミネート材Ｌ１（PET12/接着剤/AL100/接着剤/PET12/接着剤/ LLDPE40）の作製
（１）ＪＩＳＨ４１６０のＡ８０２１のアルミニウム箔（厚さ１００μｍ）にポリアクリル酸、三価クロム化合物、水、アルコールからなる化成処理液を塗布し、１５０℃で乾燥するクロメート処理を行い、下地層（金属層）５２の両面に化成皮膜を形成する。クロム付着量は、片面当たり１０ｍｇ／ｍ^２である。

（２）アルミニウム箔の一方の面（外面）に、グラビアロールによりウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を塗工したのち、樹脂層５１として厚さ１２μｍの２軸延伸ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを積層する。

（３）アルミニウム箔の他方の面（内面）に、グラビアロールによりウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を塗工したのち、樹脂層５３として厚さ１２μｍの２軸延伸ＰＥＴ層フィルムを積層し、その樹脂層５３上にウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を介して熱融着樹脂層５４として厚さ４０μｍのＬＬＤＰＥ（無延伸ポリエチレン）フィルムを積層する。

２．伝熱フィン２１用のラミネート材Ｌ２（LLDPE40/接着剤/AL100/接着剤/ LLDPE40）の作製
（１）ＪＩＳＨ４１６０のＡ８０２１のアルミニウム箔（厚さ１００μｍ）にポリアクリル酸、三価クロム化合物、水、アルコールからなる化成処理液を塗布し、１５０℃で乾燥するクロメート処理を行い、下地層（金属層）６２の両面に化成皮膜を形成する。クロム付着量は、片面当たり１０ｍｇ／ｍ^２である。

（２）アルミニウム箔の一方の面に、ウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を介して熱融着樹脂層６１として厚さ４０μｍのＬＬＤＰＥ（無延伸ポリエチレン）を積層する。

（３）アルミニウム箔の他方の面に、ウレタン系接着剤（厚さ２μｍ）を介して熱融着樹脂層６３として厚さ４０μｍのＬＬＤＰＥ（無延伸ポリエチレン）を積層する。

３．ジョイント部材３ａ，３ｂ（HDPE）の作製
縦１００ｍｍ×横１２ｍｍ×高さ３ｍｍの箱部３１に、パイプ部３３ａ，３３ｂが一体に成形されたＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）製のジョイント部材３ａ，３ｂを準備した。ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａは、内径φ１０ｍｍ、外径φ１２ｍｍ、長さが３ｍｍである。

４．外装体Ｐの構成部品の準備
（１）第１基材１１の作製
第１基材１１用のラミネート材Ｌ１を縦２３０ｍｍ×横１６０ｍｍにカットして得られたシート材を、Ａｌ箔（金属層５２）に対して樹脂層５１側が凸側（外側）となるように、縦１６９ｍｍ×横１０４ｍｍでコーナーＲ４の金型を用いて深さ３ｍｍで深絞り成形して凹部１８を形成した。この際、凹部の底に半径９ｍｍの円弧で深さ１ｍｍのリブを２０ｍｍ間隔で５個入るように同時に成形した。このリブは収容凹部１４である。

さらに凹部１８の開口周縁部に形成されるフランジ部１２を５ｍｍ幅となるように周囲をカットし、さらに凹部１８の底壁における縦方向（長さ方向）の一端部に、ジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂを挿通するための熱媒体流出孔１９を形成して、第１基材１１を作製した。

（２）第２基材１５の作製
第２基材１５用のラミネート材Ｌ１を縦１８０ｍｍ×横１１５ｍｍにカットして得られたシート材に、その縦方向（長さ方向）の他端部（第１基材１１の熱媒体流出孔１９とは反対側に相当する端部）に、ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａを挿通するための熱媒体流入孔１６を形成して、第２基材１５を作製した。

（３）伝熱フィン２１の作製
伝熱フィン用のラミネート材Ｌ２を縦１４５ｍｍ×横２１０ｍｍにカットして得られたシート材を、横方向に３．５ｍｍ幅（ピッチ）で交互に折り返すように加工することによって、各山の高さが３ｍｍとなるように調整した。そして、グラインダーを用いて伝熱フィン２１の一方の山に、垂直方向に半径９ｍｍの円弧で深さ１ｍｍの切欠状凹部２２を２０ミリ間隔で入れ、グラインダーで削った部分に溶解したポリエチレン樹脂を１０μｍの厚さで塗工した。

５．部品の組み立て
（１）第１基材１１の凹部１８における縦方向（長さ方向）の一端部に、ジョイント部材３ｂを収容すると同時に、そのパイプ部３３ｂを凹部１８底壁に設けられた熱媒体流出孔１９に挿通して下向きに配置する。さらに第１基材１１の凹部１８における縦方向の他端部に、ジョイント３ａをそのパイプ部３３ａを上向きにした状態に収容した。さらに第１基材１１の凹部１８における両ジョイント部材３ａ，３ｂ間に伝熱フィン２１を収容した。なお、ジョイント部材３ａ，３ｂの各開口部３２，３２は、伝熱フィン２１の端部に対向するように内側に向けて配置した。

そして伝熱フィン２１の切欠状凹部２２と第１基材１１の内方凸部１７とが一致するように設置した。

（２）第１基材１１の凹部１８を上から覆うように第２基材１５を、その内側（樹脂層５１がない側）を下にして第１基材１１のフランジ部１２上に配置した。このとき、第２基材１５の熱媒体流入孔１６に、第１基材１１内の雄型ジョイント部材３ａの上向きパイプ部３３ａを挿通させて第２基材１５の上方に突出するように配置した。こうして非接合状態の外装体Ｐを作製し、その外装体Ｐをチャンバー式の減圧機内で、２００ｍｍＨｇに減圧した状態で、第１基材１１のフランジ部１２を２００℃に設定した熱板で５秒間シールして、各部品同士を熱接着（熱融着）することにより、外装体Ｐを作製した。

なお減圧下で加熱することで、第１基材１１と第２基材１５との間、第１基材１１および第２基材１５と、それらと接触している伝熱フィン２１およびジョイント部材３ａ，３ｂとの間の熱接着を強く行うことができる。

６．電池の設置
上記熱交換パネル１の第１基材１１に設けられた収容凹部１４に被熱処理部材として円筒電池４１（リチウムイオン電池：１８６５０型）を５個配置し、さらに円筒電池４１側に同構成の熱交換パネル１を積層して、四隅のネジ孔１３を支柱ボルト７２および固定ナット７１により固定し、パイプ部３３ａとパイプ部３３ｂとを内径１２ｍｍのポリエチレン製の連結チューブ７５でつなげた後、接合部に１２０℃の熱風を５秒間当て、接合させた。

７．動作確認
こうして得られた熱交換器のうち、熱交換パネル１を２段重ねで配置した熱交換器において、上段の熱交換パネル１に設けられた雄型ジョイント部材３ａの上向き突出状のパイプ部３３ａから熱媒体として水を注入した。注入された水は上段の熱交換パネル１から下段の熱交換パネル１に供給されていき、下段の熱交換パネル１に設けられた雌型ジョイント部材３ｂの下向き突出状のパイプ部３３ｂから流出された。この際、水は各熱交換パネル１を均等に偏りなくバランス良く流通しており、熱交換器として十分な性能を有しているのが判明した。

また目視によって外観を詳細に検査したところ、水漏れ等の不具合は一切認められなかった。
＜実施例２＞
実施例２において、伝熱フィン２１の山筋部２３方向と円筒電池４１の軸方向が平行となっている点が実施例１との主な相違点である。以下、具体的に説明する。

１．第１基材１１および第２基材１５用のラミネート材Ｌ１（PET12/接着剤/AL100/接着剤/PET12/接着剤/ LLDPE40）の作製
上記実施例１と同様のラミネート材Ｌ１を作製した。

２．伝熱フィン２１用のラミネート材Ｌ２（LLDPE40/接着剤/AL100/接着剤/ LLDPE40）の作製
上記実施例１と同様のラミネート材Ｌ２を作製した。

３．ジョイント部材３ａ，３ｂ（HDPE）の作製
縦１２ｍｍ×横１３８ｍｍ×高さ３ｍｍの箱部３１に、パイプ部３３ａ，３３ｂが一体に成形されたＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）製のジョイント部材３ａ，３ｂを準備した。ジョイント部材３ａのパイプ部３３ａは、内径φ１０ｍｍ、外径φ１２ｍｍ、長さが３ｍｍである。

なお、ジョイント部材３ａにはリチウムイオン電池：１８６５０型を５個配置できるよう半径９ｍｍの円弧で深さ１ｍｍの凹部３４が２０ミリ間隔で設けられている。

４．外装体Ｐの構成部品の準備
（１）第１基材１１の作製
第１基材１１用のラミネート材Ｌ１を縦２３０ｍｍ×横１６０ｍｍにカットして得られたシート材を、Ａｌ箔（金属層５２）に対して熱融着樹脂層５１側が凸側（外側）となるように、縦１６９ｍｍ×横１０４ｍｍでコーナーＲ４の金型を用いて深さ３ｍｍでエンボス成形して凹部１８を形成した。さらに凹部１８の開口周縁部に形成されるフランジ部１２を５ｍｍ幅となるように周囲をカットし、さらに凹部１８の底壁における縦方向（長さ方向）の一端部に、ジョイント部材３ｂのパイプ部３３ｂを挿通するための熱媒体流出孔１９を形成して、第１基材１１を作製した。さらに天面部にはリチウムイオン電池：１８６５０型を５個配置できるよう半径９ｍｍの円弧で深さ１ｍｍの収容凹部１４が２０ミリ間隔で設けられている。

（３）伝熱フィン２１の作製
伝熱フィン用のラミネート材Ｌ２を縦１００ｍｍ×横１１０ｍｍにカットして得られたシート材を、縦方向に１０．５ｍｍ幅（ピッチ）で交互に折り返すように加工することによって、各山の高さが３ｍｍで山の幅（ピッチ）が２０ｍｍとなるように調整した。

５．部品の組み立て
（１）第１基材１１の凹部１８内の前面に沿ってジョイント部材３ｂを収容すると同時に、そのパイプ部３３ｂを凹部１８底壁に設けられた熱媒体流出孔１９に挿通して下向きに配置する。さらに第１基材１１の凹部１８内の後面に沿って、ジョイント部材３ａをそのパイプ部３３ａを上向きにした状態に収容した。さらに第１基材１１の凹部１８における両ジョイント部材３ａ，３ｂ間に第１基材１１に設けた天面部の内方凸部１７に沿わせて伝熱フィン２１を収容した。

（２）第１基材１１の凹部１８を上から覆うように第２基材１５を、その内側（樹脂層５１がない側）を下にして第１基材１１のフランジ部１２上に配置した。このとき第１基材１１内のジョイント部材３ａの上向きパイプ部３３ａを第２基材１５の熱媒体流入孔１６に挿通させて第２基材１５の上方に突出するように配置した。こうして非接合状態の外装体Ｐを作製し、その外装体Ｐをチャンバー式の減圧機内で、４５０ｍｍＨｇに減圧した状態で、第１基材１１のフランジ部１２および第２基材１５を２００℃に設定した熱板で５秒間シールして、各部品同士を熱接着（熱融着）することにより、外装体Ｐを作製した。なお第１基材１１および第２基材１５において、伝熱フィン２１の凹部と対応する位置には、伝熱フィン２１の凹方向に若干のへこみ、すなわち収容凹部１４が生じる。

６．電池の設置
上記熱交換パネル１のへこみが生じた部分（収容凹部１４）に被熱処理部材として円筒電池４１（リチウムイオン電池：１８６５０型）を５個配置し、さらに円筒電池４１側に同構成の熱交換パネル１を積層して、四隅のネジ孔１３を支柱ボルト７２および固定ナット７１により固定し、パイプ部３３ａとパイプ部３３ｂとを内径１２ｍｍのポリエチレン製の連結チューブ７５でつなげた後、接合部に１２０℃の熱風を５秒間当て、接合させた。

また目視によって外観を詳細に検査したところ、水漏れ等の不具合は一切認められなかった。

本発明の熱交換部材は、円筒電池を冷却する熱交換パネルとして好適に用いることができる。

１：熱交換部材（熱交換パネル）
１１：第１基材
１４：収容凹部
１５：第２基材
１７：内方凸部
２１：伝熱フィン
２２：切欠状凹部
２３：山筋部
３ａ、３ｂ：ジョイント部材
４１：被熱処理部材（円筒電池）
５２：金属層（アルミニウム箔層）
５１、５３：樹脂層
５４：熱融着樹脂層
６２：金属層（アルミニウム箔層）
６１、６３：熱融着樹脂層
Ｌ１：ラミネート材
Ｌ２：ラミネート材
Ｐ：外装体

Claims

金属層を含む基材からなる外装体を備え、外装体の内部を流通する熱媒体と、外装体の外面に接触して配置される被熱処理部材との間で熱交換させるようにした熱交換部材であって、
外装体における被熱処理部材との接触面に、被熱処理部材の一部を適合状態に収容する収容凹部が形成されていることを特徴とする熱交換部材。
基材は、金属層の少なくとも片面側に樹脂層の設けられたラミネート材からなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換部材。
収容凹部が複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換部材。
外装体内に伝熱フィンが、外装体の内面側と接するように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換部材。
伝熱フィンが、金属層の両面に樹脂層が設けられたラミネート材からなることを特徴とする請求項４に記載の熱交換部材。
伝熱フィンは波板状に形成され、被熱処理部材は円柱状に形成され、伝熱フィンの山筋部方向と被熱処理部材の軸方向が交差するように被熱処理部材が配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の熱交換部材。
外装体の内面側に収容凹部に対応して形成される内方凸部を収容するように、伝熱フィンに切欠状凹部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の熱交換部材。
伝熱フィンは波板状に形成され、被熱処理部材は円柱状に形成され、伝熱フィンの山筋部方向と被熱処理部材の軸方向が平行となるように被熱処理部材が配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の熱交換部材。
請求項１〜８の熱交換部材が間隔をおいて複数並列に配置され、隣り合う熱交換部材間に、その一方の熱交換部材から他方の熱交換部材に熱媒体を流通させるジョイント部材が設けられ、複数の熱交換部材の各間に被熱処理部材が配置されるように構成されていることを特徴とする熱交換器。