JP2021028546A - サーモサイフォン式冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却対象物を均等に冷却可能なサーモサイフォン式冷却装置を提供する。【解決手段】サーモサイフォン式冷却装置１０は、蒸発器１３、凝縮器１４、ガス配管１５、および液配管１６を有する冷媒回路１２を備える。蒸発器１３は、バッテリ１１の有する熱を吸熱させて液相冷媒を蒸発させる。凝縮部１４は、蒸発器１３にて蒸発させた気相冷媒を外気と熱交換させて凝縮させる。蒸発器１３は、バッテリ１１と冷媒とを熱交換させる複数の冷媒チューブ１３１を有している。冷媒回路１２内に封入される封入冷媒重量Ｇは、冷媒チューブ１３１における冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際に、全ての冷媒チューブ１３１の内部に液相の冷媒が存在するように設定されている。【選択図】図３

Description

本発明は、サーモサイフォン式冷却装置に関する。

従来、特許文献１に、バッテリの冷却に用いられるサーモサイフォン式冷却装置が開示されている。特許文献１のバッテリは、互いに電気的に接続された複数の電池セルを積層配置して形成されている。

特許文献１のサーモサイフォン式冷却装置は、冷媒を蒸発させる蒸発部、および冷媒を凝縮させる凝縮部を有する冷媒回路を備えている。特許文献１の蒸発部は、積層配置された複数の電池セルの側面に接触するように配置されている。さらに、特許文献１の蒸発部の内部には、電池セルの積層方向へ延びる１つの冷媒通路が形成されている。

特許文献１の蒸発部では、凝縮部にて凝縮させた液相の冷媒を、冷媒通路の長手方向一端側に形成された流入口から流入させる。そして、冷媒通路を流通する際に各電池セルから吸熱して蒸発した気相の冷媒を、冷媒通路の長手方向他端側に形成された流出口から流出させている。

特開２０１５−４１４１８号公報

ところで、特許文献１の蒸発部のように、電池セルの積層方向に延びる冷媒通路を有する蒸発部では、例えば、流入口近傍のように液相の冷媒が比較的多く存在する箇所では、冷媒を蒸発させて電池セルを充分に冷却することができる。しかしながら、気相の冷媒が偏在する箇所では、冷媒を蒸発させることができず、電池セルの冷却が不充分になってしまうことがある。

さらに、複数の電池セルを電気的に接続して形成されるバッテリでは、いずれかの電池セルの性能が低下してしまうと、バッテリ全体としての性能も低下してしまう。このため、複数の電池セルを電気的に接続して形成されるバッテリを冷却する際には、バッテリ全体を均等に冷却することが望ましい。換言すると、全ての電池セルを均等に冷却することが望ましい。

本発明は、上記点に鑑み、冷却対象物を均等に冷却可能なサーモサイフォン式冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載のサーモサイフォン式冷却装置は、蒸発部（１３、１３ａ、１３ｂ）、および凝縮部（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）を有する冷媒回路（１２）を備える。蒸発部は、冷却対象物（１１１）の有する熱を吸熱させて冷媒を蒸発させる。凝縮部は、蒸発部にて蒸発させた冷媒を凝縮させる。

蒸発部は、冷却対象物と冷媒とを熱交換させる複数の蒸発用熱交換部（１３１、１３４）を有している。

冷媒回路内に封入される冷媒の封入量（Ｇ）は、蒸発用熱交換部における冷媒の飽和温度が予め定めた基準温度範囲内になっている際に、全ての蒸発用熱交換部の内部に液相の冷媒が存在するように設定されている。

これによれば、蒸発部（１３、１３ａ、１３ｂ）における冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際に、全ての蒸発用熱交換部（１３１、１３４）の内部に液相の冷媒が存在するように、封入量（Ｇ）が設定されている。

従って、蒸発部（１３、１３ａ、１３ｂ）における冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際には、全ての蒸発用熱交換部（１３１、１３４）にて、冷媒を蒸発させて、冷却対象物を均等に冷却することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態のサーモサイフォン式冷却装置の模式的な外観斜視図である。 第１実施形態の電池セルの電気的な入出力特性を示すグラフである。 第１実施形態の液容積が最も少なくなっている際のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 第１実施形態の液容積が最も多くなっている際のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 図３のＶ−Ｖ拡大断面図である。 第１実施形態の冷媒の飽和温度の変化に対する飽和ガス密度の変化を示すグラフである。 第１実施形態の冷媒の飽和温度の変化に対する飽和液密度の変化を示すグラフである。 第１実施形態の内容積と封入冷媒重量との関係を示すグラフである。 第１実施形態の各電池セルの均温化がなされる際のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 第２実施形態の液容積が最も少なくなっている際のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 第２実施形態の液容積が最も多くなっている際のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 第３実施形態の液容積が最も多くなっている際のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 第４実施形態のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 第４実施形態の変形例のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 第４実施形態の別の変形例のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 第５実施形態のサーモサイフォン式冷却装置の模式的な外観斜視図である。 液容積が最も少なくなっている際の図１６のＸＶＩＩ矢視図である。 第６実施形態のサーモサイフォン式冷却装置の模式的な外観斜視図である。 第７実施形態のサーモサイフォン式冷却装置の模式的な外観斜視図である。 液容積が最も少なくなっている際の図１９のＸＸ矢視図である。 第８実施形態のサーモサイフォン式冷却装置の模式的な外観斜視図である。 第９実施形態の変更例の電池セルの電気的な入出力特性を示すグラフである。 第１０実施形態の第１変形例のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 第１０実施形態の第２変形例のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 第１０実施形態の第３変形例のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 第１０実施形態の第４変形例のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 他の実施形態の冷媒チューブの変形例を説明する模式的な拡大断面図である。 他の実施形態の冷媒チューブの別の変形例を説明する模式的な拡大断面図である。 他の実施形態の冷媒チューブの別の変形例を説明する模式的な拡大断面図である。 他の実施形態の変形例のサーモサイフォン式冷却装置を示す模式的な側面図である。 図３０のＸＸＸＩ−ＸＸＸＩ断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の実施形態を説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１〜図９を用いて、本発明に係るサーモサイフォン式冷却装置１０の第１実施形態を説明する。サーモサイフォン式冷却装置１０は、車両走行用の駆動力を走行用電動モータから得る電気自動車に搭載されている。サーモサイフォン式冷却装置１０は、電気自動車において、走行用電動モータ等へ電力を供給するバッテリ１１を冷却する。従って、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０の冷却対象物は、バッテリ１１（すなわち、バッテリ１１を形成する電池セル１１１）である。

図１は、車両に搭載された状態のサーモサイフォン式冷却装置１０およびバッテリ１１の模式的な外観斜視図である。なお、図１における上下の各矢印は、サーモサイフォン式冷却装置１０およびバッテリ１１を車両に搭載した状態における上下の各方向を示している。このことは、他の図面においても同様である。本実施形態のバッテリ１１は、車両の下方側（具体的には、床下）に配置されている。

バッテリ１１は、複数の電池セル１１１を電気的に直列的あるいは並列的に接続することによって形成された組電池である。電池セル１１１は、充放電可能な二次電池である。本実施形態では、電池セル１１１として、リチウムイオン電池を採用している。それぞれの電池セル１１１は、扁平な直方体形状に形成されている。

さらに、それぞれの電池セル１１１は、平坦面同士が対向するように、所定の方向に積層配置されている。本実施形態では、図１に示すように、水平方向に４列に積層配置されている。換言すると、本実施形態のバッテリ１１は、複数の電池セル１１１の列毎に４つの集合体に分割されている。そして、４つの電池セル１１１の集合体は、互いに上下方向に同等の高さに位置付けられている。

次に、図２を用いて、電池セル１１１の電気的特性について説明する。電池セル１１１は、図２に示すように、その温度に応じて、充電あるいは放電を行うことのできる電力、すなわち入出力電力が変化する。本実施形態の電池セル１１１には、入出力電力が略最大となる最適温度範囲が存在する。

そして、電池セル１１１の温度が、最適温度範囲の下限温度ＴＬ（本実施形態では、１０℃）よりも低下すると、温度低下に伴って入出力電力が低下してしまう。その理由は、温度低下に伴って、電池セル１１１の内部抵抗が増加するからである。さらに、電池セル１１１の温度が、最低下限温度ＴＬｍｉｎ（本実施形態では、−４０℃以下）よりも低下すると、電池セル１１１は、充電あるいは放電を行うことができなくなってしまう。

ここで、液系電解質を有する二次電池では、電解液が凝固すると、電池の正負極間をリチウムイオンが移動できなくなる。その結果、充電あるいは放電ができなくなってしまう。従って、液系電解質を有する二次電池では、電解液の凝固点を、最低下限温度ＴＬｍｉｎとしてもよい。

一方、電池セル１１１の温度が、最適温度範囲の上限温度ＴＨ（本実施形態では、４０℃）よりも上昇すると、温度上昇に伴って入出力電力が低下してしまう。その理由は、温度上昇に伴って、電池セル１１１の劣化が進行してしまうからである。さらに、電池セル１１１の温度が、最高上限温度ＴＨｍａｘ（本実施形態では、５５℃）よりも高くなると、電池セル１１１は、充電あるいは放電を行うことができなくなってしまう。

また、複数の電池セル１１１を電気的に接続して形成されたバッテリ１１では、入出力電力が最も低い電池セル１１１によって、バッテリ１１全体としての性能が決定される。つまり、バッテリ１１では、いずれかの電池セル１１１の入出力電力が低下してしまうと、バッテリ１１全体としての入出力電力も低下してしまう。

従って、最低下限温度ＴＬｍｉｎは、バッテリ１１全体として、充電あるいは放電を行うことのできる最低温度となる。また、最高上限温度ＴＨｍａｘは、バッテリ１１全体として、充電あるいは放電を行うことのできる最高温度となる。

このため、バッテリ１１を冷却する際には、いずれの電池セル１１１の温度も最高上限温度ＴＨｍａｘを超えないように、各電池セル１１１を均等に冷却しなければならない。さらに、バッテリ１１を冷却する際には、バッテリ１１の劣化を進行させることなく充放電能力を最大に活かすために、全ての電池セル１１１の温度が最適温度範囲の上限温度ＴＨ以下となるように冷却することが望ましい。

また、バッテリ１１は、車両の加速時や登坂走行時のように放電量が増加する高負荷走行時や、急速充電時に発熱量が増加する。このため、高負荷走行時や急速充電時には、高い冷却能力でバッテリ１１を冷却しなければならない。さらに、夏季には、駐車中であっても、バッテリ１１の温度が上昇してしまうことがある。このため、駐車中であっても、バッテリ１１は、連続的に冷却されている必要がある。

つまり、バッテリ１１を冷却する際には、バッテリ１１を形成する電池セル１１１の発熱量や温度に応じて、適切な冷却能力で連続的に冷却する必要がある。

次に、サーモサイフォン式冷却装置１０について説明する。サーモサイフォン式冷却装置１０は、図１に示すように、冷媒回路１２を備えている。冷媒回路１２は、冷媒の蒸発および凝縮により熱移動を行うヒートパイプである。より詳細には、冷媒回路１２は、主に気相冷媒が流れる流路と主に液相冷媒が流れる流路が分離されたループ型のサーモサイフォンを形成している。

冷媒回路１２には、作動流体である冷媒が所定の圧力で封入されている。これにより、本実施形態の冷媒に想定される温度範囲では、図３、図４等の点ハッチングに示すように、冷媒回路１２内に封入された冷媒の少なくとも一部が液相冷媒となる。本実施形態では、冷媒として、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに用いられるフロン系冷媒（具体的には、Ｒ１２３４ｙｆ）を採用している。

冷媒回路１２は、複数の蒸発器１３、凝縮器１４、ガス配管１５、および液配管１６を有している。蒸発器１３は、複数の電池セル１１１の有する熱を冷媒に吸熱させて、冷媒を蒸発させる蒸発部である。複数の蒸発器１３は、バッテリ１１とともに、床下に配置されている。複数の蒸発器１３は、冷媒流れに対して互いに並列的に接続されている。

それぞれの蒸発器１３は、冷媒チューブ１３１、液タンク部１３２、およびガスタンク部１３３を有している。冷媒チューブ１３１、液タンク部１３２、およびガスタンク部１３３は、いずれも高い熱伝導性を有する金属材料（本実施形態では、アルミニウム合金）で形成されている。冷媒チューブ１３１、液タンク部１３２、およびガスタンク部１３３は、ろう付け接合により一体化されている。

冷媒チューブ１３１は、車両上下方向および電池セル１１１の積層方向に広がる薄板矩形状に形成されている。冷媒チューブ１３１の内部には、図５に示すように、複数の冷媒通路１３１ｘが形成されている。複数の冷媒通路１３１ｘは、いずれも上下方向に延びている。複数の冷媒通路１３１ｘは、互いに並列に形成されている。換言すると、本実施形態の冷媒チューブ１３１は、１本の幅の広い扁平多穴チューブで形成されている。

複数の冷媒通路の下方側端部には、液タンク部１３２が接続されている。液タンク部１３２には、液配管１６の流出口が接続されている。液タンク部１３２は、液配管１６から流出した液相冷媒を、冷媒チューブ１３１に形成された複数の冷媒通路に分配する。

複数の冷媒通路の上方側端部には、ガスタンク部１３３が接続されている。ガスタンク部１３３には、ガス配管１５の流入口が接続されている。ガスタンク部１３３は、冷媒チューブ１３１の内部に形成された複数の冷媒通路から流出した冷媒を集合させて、ガス配管１５へ流出させる。つまり、蒸発器１３では、液タンク部１３２側からガスタンク部１３３側へ、すなわち下方側から上方側へ冷媒を流通させている。

冷媒チューブ１３１の平坦面には、電気絶縁熱伝導シート１７を介して、同じ列に積層配置された複数の電池セル１１１の１つの面が接触している。電気絶縁熱伝導シート１７は、電気絶縁性と高い熱伝導性とを兼ね備えるシリコーン樹脂で形成されている。これにより、冷媒チューブ１３１の内部を流通する冷媒と電池セル１１１との間の良好な熱移動が可能になっている。従って、冷媒チューブ１３１は、蒸発用熱交換部である。

本実施形態では、図１、図３、図４に示すように、冷媒チューブ１３１の平坦面の両側に電池セル１１１を接触させている。つまり、１つの冷媒チューブ１３１の表裏の面にて、２列分の電池セル１１１の集合体を冷却している。従って、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０は、４つの電池セル１１１の集合体に対して、２つの蒸発器１３を備えている。

さらに、本実施形態では、４つの電池セル１１１の集合体が、同等の高さに位置付けられている。従って、２つの蒸発器１３の冷媒チューブ１３１について、互いに上下方向に同等の高さに位置付けられている。また、電池セル１１１の冷媒チューブ１３１との接触面の反対側の面には、電気端子１１２が配置されている。

凝縮器１４は、蒸発器１３にて蒸発させた気相冷媒を外気と熱交換させて凝縮させる凝縮部である。凝縮器１４は、車室の前方側の駆動装置室内に配置されている。駆動装置室は、走行用の駆動力を出力するための駆動用装置（例えば、走行用電動モータ）の少なくとも一部が配置される空間を形成している。凝縮器１４は、図３、図４に示すように、蒸発器１３よりも上方側に配置されている。

本実施形態では、凝縮器１４として、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器を採用している。タンクアンドチューブ型の熱交換器は、複数のチューブと一対のタンクを有している。

チューブは、冷媒を流通させる管である。複数のチューブは、間隔を開けて所定の方向に積層配置されている。これにより、複数のチューブは、冷媒と外気とを熱交換させて、冷媒の有する熱を外気へ放熱させる凝縮用熱交換部１４１を形成する。隣り合うチューブ同士の間に、冷媒と外気との熱交換を促進する熱交換フィンが配置されていてもよい。

一対のタンクは、複数のチューブの積層方向に延びる有底筒状に形成されている。一対のタンクは、それぞれ、複数のチューブの両端部に接続されている。一対のタンクの内部には、複数のチューブへ冷媒を分配する分配空間、あるいは複数のチューブから流出した冷媒を集合させる集合空間が形成されている。

ガス配管１５および液配管１６は、蒸発器１３と凝縮器１４とを接続する冷媒配管である。ガス配管１５は、蒸発器１３で蒸発した気相冷媒を流通させて、凝縮器１４へ導く冷媒配管である。液配管１６は、凝縮器１４で凝縮した液相冷媒を流通させて、蒸発器１３へ導く冷媒配管である。

ガス配管１５には、リリーフ弁１８が配置されている。リリーフ弁１８は、ガス配管１５の凝縮器１４の入口側に配置されている。リリーフ弁１８は、凝縮器１４の入口側の冷媒圧力が予め定めた基準開弁圧力ＫＰ以上となった際に開いて、冷媒回路１２内の冷媒を外部へ放出させる開放弁である。基準開弁圧力ＫＰは、バッテリ１１の充放電が禁止される運転条件を想定して決定されている。

本実施形態のリリーフ弁１８では、具体的に、基準開弁圧力ＫＰにおける冷媒の飽和温度である基準圧力飽和温度ＴＫＰが、最高上限温度ＴＨｍａｘ以上の値（具体的には、６０℃）となるように、基準開弁圧力ＫＰが設定されている。

次に、サーモサイフォン式冷却装置１０の冷媒回路１２に封入される冷媒の封入量（すなわち、封入冷媒重量Ｇ）について説明する。

サーモサイフォン式冷却装置１０において、電池セル１１１を均等に冷却するためには、全ての冷媒チューブ１３１にて冷却能力を発揮させる必要がある。冷媒チューブ１３１にて発揮される冷却能力は、冷媒チューブ１３１にて冷媒が蒸発する際にバッテリ１１から吸熱する気化潜熱量によって定義することができる。

従って、全ての冷媒チューブ１３１にて冷却能力を発揮させるためには、電池セル１１１の温度変化によらず、全ての冷媒チューブ１３１の全ての冷媒通路１３１ｘ内に液相冷媒が存在している必要がある。換言すると、サーモサイフォン式冷却装置１０に要求される冷却能力の変化によらず、全ての冷媒チューブ１３１の全ての冷媒通路１３１ｘ内に液相冷媒が存在している必要がある。

冷媒回路１２内の液相冷媒の液容積ＶＬ（ｍ³）は、以下数式Ｆ１で定義される。
ＶＬ＝（Ｇ−ρｇ×Ｖ）／（ρＬ−ρｇ） …（Ｆ１）
Ｇは、冷媒回路１２へ封入された封入冷媒重量（ｋｇ）である。ρｇは、飽和気相冷媒の飽和ガス密度（ｋｇ／ｍ³）である。ρＬは、飽和液相冷媒の飽和液密度（ｋｇ／ｍ³）である。Ｖは、冷媒回路１２の内容積（ｍ³）である。内容積Ｖは、蒸発器１３の内容積、凝縮器１４の内容積、ガス配管１５の内容積、液配管１６の内容積の合算値である。

また、一般的な冷媒では、図６のグラフに示すように、容積一定とした場合、飽和温度の上昇に伴って、飽和気相冷媒の飽和ガス密度ρｇ（ｋｇ／ｍ³）が上昇する物性を有する。さらに、図７のグラフに示すように、容積一定とした場合、飽和温度の上昇に伴って、飽和液相冷媒の飽和液密度ρＬ（ｋｇ／ｍ³）が低下する物性を有する。なお、図６、図７のグラフは、本実施形態の冷媒の物性を示している。

そこで、図６、図７に示される冷媒の物性を数式Ｆ１に適用する。これにより、全ての冷媒チューブ１３１における冷媒の飽和温度が予め定めた基準温度範囲内になっている際に、全ての冷媒通路１３１ｘ内に液相冷媒を存在させることのできる封入冷媒重量Ｇの範囲を求めることができる。具体的には、図８の網掛けハッチング領域内で、冷媒回路１２の内容積に応じて封入冷媒重量Ｇを決定すればよい。

本実施形態では、基準温度範囲を、−４０℃以上、かつ、６０℃以下に設定している。つまり、本実施形態の基準温度範囲の最低温度ＴＲＬは、図２に示すように、最低下限温度ＴＬｍｉｎ以下に設定されている。また、基準温度範囲の最高温度ＴＲＨは、図２に示すように、リリーフ弁１８の基準開弁圧力ＫＰにおける冷媒の基準圧力飽和温度ＴＫＰ以上に設定されている。

また、本実施形態では、蒸発用熱交換部である冷媒チューブ１３１における冷媒の飽和温度が最低温度ＴＲＬから最高温度ＴＲＨへ上昇するに伴って、液容積ＶＬが単調増加するように、封入冷媒重量Ｇを設定している。従って、基準温度範囲内で冷媒の飽和温度が変化すると液容積ＶＬが変化する。

さらに、本実施形態では、図３に示すように、基準温度範囲内で液容積ＶＬが最も少なくなっている際の冷媒の液面が、全ての蒸発器１３の冷媒チューブ１３１の内部に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定している。

より詳細には、複数の冷媒チューブ１３１のうち、下端部が最も上方側に配置された冷媒チューブ１３１を最上方側蒸発用熱交換部と定義する。さらに、冷媒回路１２のうち、最上方側蒸発用熱交換部の下端部よりも下方側の部位の内容積を最上方側蒸発部下容積Ｖａ２と定義する。

この時、基準温度範囲内で最も少なくなっている際の液容積ＶＬが、最上方側蒸発部下容積Ｖａ２よりも多くなるように封入冷媒重量Ｇを設定している。図３では、最上方側蒸発部下容積Ｖａ２は、冷媒回路１２のうち二点鎖線Ｌ１よりも下方側の部位の内容積となる。

なお、本実施形態では、前述の如く、全ての冷媒チューブ１３１が上下方向に同等の高さに位置付けられている。従って、いずれの冷媒チューブ１３１を、最上方側蒸発用熱交換部としてもよい。

さらに、本実施形態では、図４に示すように、基準温度範囲内で液容積ＶＬが最も多くなっている際の冷媒の液面が、凝縮器１４の凝縮用熱交換部１４１よりも下方側に位置付けられるように設定している。

より詳細には、冷媒回路１２のうち、凝縮器１４の凝縮用熱交換部１４１の下端部よりも下方側の部位の容積を凝縮部下容積Ｖｂ１と定義する。この時、基準温度範囲内で最も多くなっている際の液容積ＶＬが、凝縮部下容積Ｖｂ１以下となるように封入冷媒重量Ｇを設定している。図４では、凝縮部下容積Ｖｂ１は、冷媒回路１２のうち二点鎖線Ｌ２よりも下方側の部位の内容積となる。

これに加えて、本実施形態では、図４に示すように、基準温度範囲内で液容積ＶＬが最も多くなっている際の冷媒の液面が、全ての蒸発器１３の冷媒チューブ１３１の内部に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定している。

より詳細には、複数の冷媒チューブ１３１のうち、上端部が最も下方側に配置された冷媒チューブを最下方側蒸発用熱交換部と定義する。さらに、冷媒回路１２のうち、最下方側蒸発用熱交換部の上端部よりも下方側の部位の内容積を最下方側蒸発部下容積Ｖｃ２と定義する。

この時、基準温度範囲内で最も多くなっている際の液容積ＶＬが、最下方側蒸発部下容積Ｖｃ２以下となるように封入冷媒重量Ｇを設定している。図４では、最下方側蒸発部下容積Ｖｃ２は、冷媒回路１２のうち二点鎖線Ｌ３よりも下方側の部位の内容積となる。

なお、本実施形態では、前述の如く、全ての冷媒チューブ１３１が上下方向に同等の高さに位置付けられている。従って、いずれの冷媒チューブ１３１を、最下方側蒸発用熱交換部としてもよい。

次に、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０の作動について説明する。サーモサイフォン式冷却装置１０では、バッテリ１１が発熱すると、蒸発器１３の冷媒チューブ１３１内の液相冷媒がバッテリ１１の発熱させた熱を吸熱して蒸発する。これにより、バッテリ１１が冷却されて、バッテリ１１の温度上昇が抑制される。

蒸発器１３の冷媒チューブ１３１にて蒸発した気相冷媒は、液相冷媒との比重差によって、冷媒チューブ１３１内の複数の冷媒通路を下方側から上方側へ流れる。そして、蒸発器１３のガスタンク部１３３に集合する。ガスタンク部１３３に集合した冷媒は、ガス配管１５介して、蒸発器１３よりも上方側に配置された凝縮器１４へ流入する。

凝縮器１４へ流入した気相冷媒は、外気へ放熱して凝縮する。凝縮器１４にて凝縮した液相冷媒は、重力の作用によって、液配管１６を介して、下方側に配置された蒸発器１３の液タンク部１３２へ流入する。液タンク部１３２へ流入した液相冷媒は、冷媒チューブ１３１内の複数の冷媒通路へ分配されて、バッテリ１１から吸熱して再び蒸発する。

以上の如く、サーモサイフォン式冷却装置１０では、圧縮機やポンプのような冷媒の輸送装置を必要となることなく、冷媒の相変化を利用して、冷媒を自然循環させることができる。これにより、バッテリ１１の廃熱を連続的に外気へ放熱させることができる。その結果、サーモサイフォン式冷却装置１０によれば、効率的に、かつ、連続的にバッテリ１１の冷却を行うことができる。

さらに、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、蒸発器１３の冷媒チューブ１３１における冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際に、全ての冷媒通路１３１ｘ内に液相冷媒が存在するように、封入冷媒重量Ｇが設定されている。

従って、冷媒チューブ１３１における冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際には、全ての冷媒チューブ１３１にて、冷媒を蒸発させて、冷却対象物である電池セル１１１を均等に冷却することができる。

また、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、基準温度範囲の最高温度ＴＲＨとして、最高上限温度ＴＨｍａｘ以上の値に設定された基準圧力飽和温度ＴＫＰを採用している。従って、バッテリ１１が充電あるいは放電を行うことができる温度範囲内では、電池セル１１１を確実に均等に冷却することができる。

また、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、基準温度範囲の最低温度ＴＲＬとして、最低下限温度ＴＬｍｉｎを採用している。従って、バッテリ１１が充電あるいは放電を行うことができる温度範囲内では、電池セル１１１を確実に均等に冷却することができる。

つまり、本実施形態のように基準温度範囲を設定することで、実際のバッテリ１１に想定される温度範囲（すなわち、冷却対象物の実使用温度範囲）では、確実に、電池セル１１１を均等に冷却することができる。実使用温度範囲は、バッテリ１１が充電あるいは放電を行うことのできる温度範囲内で選定されるからである。

また、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、冷媒チューブ１３１における冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際に、液容積ＶＬが最上方側蒸発部下容積Ｖａ２よりも多くなるように封入冷媒重量Ｇを設定している。

これによれば、冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際に、確実に、全ての冷媒チューブ１３１の内部に液相冷媒を存在させることができる。従って、電池セル１１１を、確実に、均等に冷却することができる。

また、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、冷媒チューブ１３１における冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際に、液容積ＶＬが凝縮部下容積Ｖｂ１以下となるように封入冷媒重量Ｇを設定している。

これによれば、冷媒の飽和温度の変化に伴って液容積ＶＬが増加しても、凝縮器１４内に液冷媒が滞留してしまうことがない。つまり、封入冷媒重量Ｇが不必要に多くなって、凝縮器１４の熱交換性能を損なうことがない。

また、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、冷媒チューブ１３１における冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際に、液容積ＶＬが最下方側蒸発部下容積Ｖｃ２以下となるように封入冷媒重量Ｇを設定している。

これによれば、各電池セル１１１の温度ばらつきを解消して、各電池セル１１１を均温化させることができる。さらに、液相冷媒が冷媒チューブ１３１に過剰に供給されてしまうことを抑制して、電池セル１１１の温度が不必要に低下してしまうことを抑制することができる。

より詳細には、図９に示すように、一方の冷媒チューブ１３１に接触している電池セル１１１が相対的に高温になっており、他方の冷媒チューブ１３１に接触している電池セル１１１が相対的に低温になっている状態を考える。この状態では、一方の冷媒チューブ１３１内の冷媒が高温になっている電池セル１１１から吸熱して蒸発しやすい。

この際、液容積ＶＬが最下方側蒸発部下容積Ｖｃ２以下となっているので、いずれの冷媒チューブ１３１内にも上方側に気相冷媒が存在する空間が形成される。これにより、一方の冷媒チューブ１３１から流出した気相冷媒の一部を、他方の冷媒チューブ１３１内の上方側の空間へ流入させることができる。

そして、相対的に温度の低い他方の冷媒チューブ１３１内の上方側の空間へ流入した気相冷媒は、凝縮して液相冷媒となる。これにより、他方の冷媒チューブ１３１内の冷媒の飽和温度が、一方の冷媒チューブ１３１内の飽和温度に近づく。その結果、各電池セル１１１を均温化させることができる。

また、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０の蒸発器１３では、冷媒が冷媒チューブ１３１内の冷媒通路を下方側から上方側へ流通させている。これによれば、液相冷媒を下方側から冷媒チューブ１３１内へ流入させるので、液容積ＶＬを調整することによって、全ての冷媒チューブ１３１内に容易に液相冷媒を存在させることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図１０に示すように、蒸発器１３の配置を変更した例を説明する。具体的には、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、それぞれの蒸発器１３の位置が上下方向に異なっている。

本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０においても、冷媒回路１２に封入される封入冷媒重量Ｇは、第１実施形態と同様に決定されている。つまり、図１０に示すように、基準温度範囲内で液容積ＶＬが最も少なくなっている際の冷媒の液面が、全ての蒸発器１３の冷媒チューブ１３１の内部に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定している。

より詳細には、本実施形態では、複数の冷媒チューブ１３１のうち、下端部が最も上方側に配置された最上方側冷媒チューブ１３１ａを最上方側蒸発用熱交換部と定義する。さらに、冷媒回路１２のうち、最上方側冷媒チューブ１３１ａの下端部よりも下方側の部位の容積を最上方側蒸発部下容積Ｖａ２と定義する。

この時、基準温度範囲内で最も少なくなっている際の液容積ＶＬが、最上方側蒸発部下容積Ｖａ２よりも多くなるように封入冷媒重量Ｇを設定している。図１０では、最上方側蒸発部下容積Ｖａ２は、冷媒回路１２のうち、二点鎖線Ｌ４よりも下方側の部位の内容積となる。

さらに、本実施形態では、図１１に示すように、基準温度範囲内で液容積ＶＬが最も多くなっている際の冷媒の液面が、全ての蒸発器１３の冷媒チューブ１３１の内部に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定している。

より詳細には、本実施形態では、複数の冷媒チューブ１３１のうち、上端部が最も下方側に配置された最下方側冷媒チューブ１３１ｂを最下方側蒸発用熱交換部と定義する。さらに、冷媒回路１２のうち、最下方側蒸発用熱交換部の上端部よりも下方側の部位の内容積を最下方側蒸発部下容積Ｖｃ２と定義する。

この時、基準温度範囲内で最も多くなっている際の液容積ＶＬが、最下方側蒸発部下容積Ｖｃ２よりも多くなるように封入冷媒重量Ｇを設定している。図１１では、最下方側蒸発部下容積Ｖｃ２は、冷媒回路１２のうち二点鎖線Ｌ５よりも下方側の部位の内容積となる。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

従って、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０によれば、効率的に、かつ、連続的にバッテリ１１の冷却を行うことができる。さらに、冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際には、冷却対象物である電池セル１１１を均等に冷却することができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図１２に示すように、凝縮部として複数の凝縮器１４（本実施形態では、２つの凝縮器１４）を採用している。複数の凝縮器１４は、冷媒流れに対して互いに並列的に接続されている。さらに、本実施形態では、それぞれの凝縮器１４の位置が上下方向に異なっている。

本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０においても、冷媒回路１２に封入される封入冷媒重量Ｇは、基本的に第１実施形態と同様に決定されている。本実施形態では、基準温度範囲内で液容積ＶＬが最も多くなっている際の冷媒の液面が、図１２に示すように、全ての凝縮器１４の凝縮用熱交換部１４１よりも下方側に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定している。

より詳細には、本実施形態では、複数の凝縮器１４の凝縮用熱交換部１４１のうち、下端部が最も下方側に配置されたものを最下方側凝縮用熱交換部１４１ａと定義する。さらに、冷媒回路１２のうち、最下方側凝縮用熱交換部１４１ａの下端部よりも下方側の部位の容積を最下方側凝縮部下容積Ｖｂ２と定義する。

この時、基準温度範囲内で最も多くなっている際の液容積ＶＬが、最下方側凝縮部下容積Ｖｂ２以下となるように封入冷媒重量Ｇを設定している。図１２では最下方側凝縮部下容積Ｖｂ２は、冷媒回路１２のうち、二点鎖線Ｌ６よりも下方側の部位の内容積となる。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

従って、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０によれば、効率的に、かつ、連続的にバッテリ１１の冷却を行うことができる。さらに、冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際には、冷却対象物である電池セル１１１を均等に冷却することができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図１３に示すように、開閉弁２１を追加した例を説明する。開閉弁２１は、液配管１６を流通する液相冷媒の流量を調整する流量調整部である。本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、開閉弁２１が液配管１６を閉じることによって、開閉弁２１の上方側に凝縮器１４にて凝縮させた液相冷媒を貯液することができる。

より具体的には、開閉弁２１は、制御装置２２から出力される制御電圧によって、その作動が制御される電磁弁である。制御装置２２は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置２２の入力側には、凝縮器１４から流出した液相冷媒の液温度Ｔ１を検出する液温度センサ２３が接続されている。

さらに、本実施形態では、冷媒回路１２のうち、開閉弁２１よりも上方側であって、開閉弁２１を閉じた際に、液相冷媒を貯液可能な容積を貯液容積Ｖｄと定義する。本実施形態では、冷媒回路１２のうち、開閉弁２１よりも上方側であって、かつ、凝縮器１４の冷媒入口よりも下方側の部位の容積が貯液容積Ｖｄとなる。図１３では、貯液容積Ｖｄは、冷媒回路１２のうち二点鎖線Ｌ７から二点鎖線Ｌ８へ至る範囲の内容積となる。

この時、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、第１実施形態と同様に定義される最下方側蒸発部下容積Ｖｃ２が、第１実施形態と同様に定義される最上方側蒸発部下容積Ｖａ２と貯液容積Ｖｄとの合算値よりも大きく設定されている。

また、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、基準温度範囲内で最も少なくなっている液容積ＶＬが、最上方側蒸発部下容積Ｖａ２と貯液容積Ｖｄとの合算値よりも多くなるように封入冷媒重量Ｇを設定している。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

次に、上記構成の本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０の作動について説明する。本実施形態の制御装置２２は、液温度センサ２３によって検出された液温度Ｔ１に基づいて、開閉弁２１よりも下方側に存在する液相冷媒の液面が、全ての蒸発器１３の冷媒チューブ１３１の内部に位置付けられるように、開閉弁２１の作動を制御する。

換言すると、制御装置２２は、開閉弁２１の作動を制御して、開閉弁２１よりも下方側に存在する液相冷媒の下方側液容積ＶＬ１が、最下方側蒸発部下容積Ｖｃ２以下となるように、開閉弁２１よりも上方側に貯えられる液相冷媒の貯液量を調整している。その他の作動は、第１実施形態と同様である。

従って、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０によれば、効率的に、かつ、連続的にバッテリ１１の冷却を行うことができる。さらに、冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際には、冷却対象物である電池セル１１１を均等に冷却することができる。

さらに、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、制御装置２２が開閉弁２１の作動を制御することによって、図１実施形態の図９を用いて説明した、各電池セル１１１の均温化効果を得ることができる。

また、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、最下方側蒸発部下容積Ｖｃ２が、最上方側蒸発部下容積Ｖａ２と貯液容積Ｖｄとの合算値よりも大きく設定されている。さらに、基準温度範囲内で最も少なくなっている液容積ＶＬが、最上方側蒸発部下容積Ｖａ２と貯液容積Ｖｄとの合算値よりも多くなるように封入冷媒重量Ｇを設定している。

従って、制御装置２２が開閉弁２１の作動を制御することによって、確実に、開閉弁２１よりも下方側に存在する液相冷媒の液面を、全ての蒸発器１３の冷媒チューブ１３１の内部に位置付けることができる。

なお、本実施形態では、冷媒回路１２に１つの凝縮器１４を配置した例を説明したが、第３実施形態で説明したように、複数の凝縮器１４を有していてもよい。

例えば、図１４に示す変形例のように、２つの凝縮器１４を備え、双方の凝縮器１４から流出した液相冷媒の流れを合流させる合流部の下流側に開閉弁２１を配置してもよい。この場合は、開閉弁２１よりも上方側であって、かつ、双方の凝縮器１４の冷媒入口よりも下方側の部位の容積が貯液容積Ｖｄとなる。

また、例えば、図１５に示す変形例のように、２つの凝縮器１４を備え、双方の凝縮器１４から流出した液相冷媒の流れを合流させる合流部の上流側に開閉弁２１を配置してもよい。この場合は、開閉弁２１よりも上方側であって、かつ、開閉弁２１の上流側に配置された一方の凝縮器１４の冷媒入口よりも下方側の部位の容積が貯液容積Ｖｄとなる。

なお、図１４、図１５では、図示の明確化のために、制御装置２２および液温度センサ２３の図示を省略している。

（第５実施形態）
本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０ａでは、図１６に示すように、冷媒回路１２ａを備えている。冷媒回路１２ａは、環状に接続された管状部材で形成されている。冷媒回路１２ａは、第１実施形態の冷媒回路と同様にループ型のサーモサイフォンを形成している。冷媒回路１２ａを形成する管状部材は、高い熱伝導性を有する金属材料（本実施形態では、アルミニウム合金）で形成されている。

本実施形態の冷媒回路１２ａを形成する管状部材は、機能に応じて蒸発部１３ａ、凝縮部１４ａ、ガス配管部１５ａ、および液配管部１６ａに大別される。

蒸発部１３ａは、複数の電池セル１１１の有する熱を冷媒に吸熱させて、冷媒を蒸発させる。蒸発部１３ａは、冷媒回路１２ａのうち蒸発熱拡散板１９に接合された部位である。蒸発部１３ａは、冷媒を下方側から上方側へ流通させるように、折り曲げられた形状に形成されている。つまり、蒸発部１３ａは、入口側から出口側へ向かって、下方側から上方側へ斜めに延びる部位を組み合わせた形状に形成されている。

蒸発熱拡散板１９は、高い熱伝導性を有する金属材料（本実施形態では、アルミニウム合金）で形成されている。蒸発熱拡散板１９は、薄板矩形状に形成されている。蒸発部１３ａは、蒸発熱拡散板１９の一方の平坦面に、ろう付け接合されている。蒸発熱拡散板１９の他方の平坦面には、第１実施形態と同様の電気絶縁熱伝導シートを介して、積層配置された複数の電池セル１１１の１つの側面が接触している。

従って、本実施形態の蒸発部１３ａでは、蒸発熱拡散板１９を介して、複数の電池セル１１１の有する熱を冷媒に吸熱させる。また、本実施形態では、図１７に示すように、電池セル１１１側から水平方向に蒸発熱拡散板１９を見たときに、蒸発部１３ａと電池セル１１１が重合する部位に、主に電池セル１１１と冷媒とを熱交換させる蒸発用熱交換部１３４が区画形成される。

本実施形態の蒸発部１３ａの形状では、それぞれの電池セル１１１の同等の位置に蒸発用熱交換部１３４を配置することができない。これに対して、蒸発熱拡散板１９では、複数の電池セル１１１の有する熱を内部に拡散させることができる。本実施形態では、蒸発部１３ａと電池セル１１１との間に蒸発熱拡散板１９を介在させることによって、複数の電池セル１１１の有する熱を、蒸発用熱交換部１３４に均等に伝達しようとしている。

凝縮部１４ａは、蒸発部１３ａにて蒸発させた気相冷媒を外気と熱交換させて凝縮させる。凝縮部１４ａは、冷媒回路１２ａのうち凝縮熱拡散板２０に接合された部位である。凝縮部１４ａは、蒸発部１３ａよりも上方側に配置されている。凝縮部１４ａは、入口側から出口側へ向かって、上方側から下方側へ斜めに延びる部位を組み合わせた形状に形成されている。

凝縮熱拡散板２０は、蒸発熱拡散板１９と同種の金属材料で形成されている。凝縮熱拡散板２０は、薄板矩形状に形成されている。凝縮部１４ａは、凝縮熱拡散板２０の一方の平坦面に、ろう付け接合されている。凝縮熱拡散板２０の他方の平坦面には、凝縮部１４ａを流通する冷媒と外気との熱交換を促進する熱交換フィン２０ａが配置されている。

ガス配管部１５ａは、冷媒回路１２ａのうち蒸発部１３ａの最上方側に位置付けられる出口部と凝縮部１４ａの最上方側に位置付けられる入口部とを接続する部位である。液配管部１６ａは、冷媒回路１２ａのうち凝縮部１４ａの最下方側に位置付けられる出口部と蒸発部１３ａの最上方側に位置付けられる入口部とを接続する部位である。また、サーモサイフォン式冷却装置１０ａでは、リリーフ弁１８を廃止している。

そこで、本実施形態では、基準温度範囲の最高温度ＴＲＨを最高上限温度ＴＨｍａｘに設定している。

本実施形態では、図１７に示すように、基準温度範囲内で液容積ＶＬが最も少なくなっている際の冷媒の液面が、全ての蒸発用熱交換部１３４の内部に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定している。さらに、準温度範囲内で液容積ＶＬが最も少なくなっている際の冷媒の液面が、凝縮部１４ａよりも下方側に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定している。

その他のサーモサイフォン式冷却装置１０ａの構成および作動は、第１実施形態で説明したサーモサイフォン式冷却装置１０と同様である。従って、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０ａにおいても、第１実施形態と同様に、効率的に、かつ、連続的にバッテリ１１の冷却を行うことができる。さらに、冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際には、冷却対象物である電池セル１１１を均等に冷却することができる。

（第６実施形態）
本実施形態では、第５実施形態で説明したサーモサイフォン式冷却装置１０ａに対して、図１８に示すように、第４実施形態と同様の開閉弁２１、制御装置２２、温度センサ２３を追加した例を説明する。開閉弁２１は、液配管部１６ａを流通する液相冷媒の流量を調整する流量調整部である。その他の構成は、第５実施形態と同様である。また、作動については、第４実施形態と同様である。

従って、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０ａでは、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、第５実施形態と同様に、効率的に、かつ、連続的にバッテリ１１の冷却を行うことができるとともに、冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際には、冷却対象物である電池セル１１１を均等に冷却することができる。さらに、各電池セル１１１の均温化効果を得ることができる。

（第７実施形態）
本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０ｂでは、図１９に示すように、単管１２ｂを備えている。単管１２ｂは、両端部が閉塞された管状部材である。本実施形態の単管１２ｂは、いわゆる単管型のサーモサイフォンを形成している。

単管型のサーモサイフォンでは、管状部材の一端側が他端側よりも上方に配置される。さらに、単管型のサーモサイフォンでは、管状部材の内部を、液相冷媒と気相冷媒が対向して流れる。より詳細には、管状部材の長手方向垂直断面では、管状部材の内部空間の上方側を気相冷媒が流通し、内部空間の下方側を液相冷媒が流通している。

本実施形態の単管１２ｂは、機能に応じて蒸発部１３ｂ、凝縮部１４ｂ、接続部１５ｂに大別される。

蒸発部１３ｂは、複数の電池セル１１１の有する熱を冷媒に吸熱させて、冷媒を蒸発させる。蒸発部１３ｂは、単管１２ｂの下方側の蒸発熱拡散板１９に接合された部位である。本実施形態では、図２０に示すように、電池セル１１１側から水平方向に蒸発熱拡散板１９を見たときに、蒸発部１３ｂと電池セル１１１が重合する部位に、主に電池セル１１１と冷媒とを熱交換させる蒸発用熱交換部１３４が区画形成される。

凝縮部１４ｂは、蒸発部１３ａにて蒸発させた気相冷媒を外気と熱交換させて凝縮させる。凝縮部１４ｂは、単管１２ｂの上方側の凝縮熱拡散板２０に接合された部位である。従って、凝縮部１４ｂは、蒸発部１３ｂよりも上方側に配置されている。接続部１５ｂは、単管１２ｂのうち蒸発部１３ｂの最上方側部と、凝縮部１４ｂの最下方側部とを接続する部位である。

本実施形態では、図２０に示すように、基準温度範囲内で液容積ＶＬが最も少なくなっている際の冷媒の液面が、全ての蒸発用熱交換部１３４の内部に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定している。さらに、準温度範囲内で液容積ＶＬが最も少なくなっている際の冷媒の液面が、凝縮部１４ａよりも下方側に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定している。

その他のサーモサイフォン式冷却装置１０ｂの構成および作動は、第５実施形態で説明したサーモサイフォン式冷却装置１０ａと同様である。従って、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０ｂにおいても、第５実施形態と同様に、効率的に、かつ、連続的にバッテリ１１の冷却を行うことができる。さらに、冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際には、冷却対象物である電池セル１１１を均等に冷却することができる。

（第８実施形態）
本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０ｂでは、第７実施形態に対して、図２１に示すように、複数の蒸発部１３ｂを有している。さらに、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０では、それぞれの蒸発部１３ｂの位置が上下方向に異なっている。

本実施形態においても、基準温度範囲内で液容積ＶＬが最も少なくなっている際の冷媒の液面が、全ての蒸発用熱交換部１３４のうち、最も上方側に位置付けられる蒸発用熱交換部の内部に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定している。その他のサーモサイフォン式冷却装置１０ａの構成および作動は、第７実施形態と同様である。

従って、本実施形態のサーモサイフォン式冷却装置１０ｂにおいても、第７実施形態と同様に、効率的に、かつ、連続的にバッテリ１１の冷却を行うことができる。さらに、冷媒の飽和温度が基準温度範囲内になっている際には、冷却対象物である電池セル１１１を均等に冷却することができる。

（第９実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、基準温度範囲の最高温度ＴＲＨおよび最低温度ＴＲＬを変更した例を説明する。

上述の実施形態で説明したように、最高温度ＴＲＨおよび最低温度ＴＲＬは、実際のバッテリ１１に想定される温度範囲で、全ての蒸発用熱交換部内に液相冷媒が存在させることができるように、決定されていればよい。

このため、基準温度範囲の最高温度ＴＲＨは、冷却対象物の実使用温度範囲の最高値よりも高い値に設定されていることが望ましい。また、最低温度ＴＲＬは、冷却対象物の実使用温度範囲の最低値よりも低い温度に設定されていることが望ましい。

そこで、最高温度ＴＲＨの第１変更例として、図２２に示すように、最高温度ＴＲＨを、第５実施形態と同様の最高上限温度ＴＨｍａｘに設定してもよい。また、第１実施形態と同様に、最高温度ＴＲＨを、リリーフ弁１８の基準開弁圧力ＫＰにおける冷媒の基準圧力飽和温度ＴＫＰに設定する際に、基準圧力飽和温度ＴＫＰが最高上限温度ＴＨｍａｘより低い値になっていてもよい
ここで、リリーフ弁１８を備えるサーモサイフォン式冷却装置１０では、リリーフ弁１８が開くと、冷媒回路１２内の冷媒が外部へ放出されてしまう。つまり、リリーフ弁１８が開くと、バッテリ１１を冷却することができなくなってしまう。

このため、一般的に、バッテリ１１を使用する際には、リリーフ弁１８が開く前に、安全装置等を作動させて充放電を禁止する。換言すると、一般的に、バッテリ１１を使用する際には、蒸発器１３における冷媒の飽和温度が上昇しても基準圧力飽和温度ＴＫＰへ到達する前に、充放電を禁止する。従って、最高温度ＴＲＨを、基準圧力飽和温度ＴＫＰに設定すれば、確実に、実使用温度範囲の最高値よりも高いとすることができる。

また、図２２に示すように、最適温度範囲と想定される温度範囲であっても、温度変化に伴って入出力電力が変化する電池セルが採用される場合もある。

このような電池セルが採用された際の第２変形例として、最低温度ＴＲＬを、バッテリ１１が予め定めた基準電力以上の入出力電力となる基準下限温度ＴＬ１以下に設定してもよい。また、最高温度ＴＲＨを、バッテリ１１が予め定めた基準電力以上の入出力電力となる基準上限温度ＴＨ１以上に設定してもよい。この場合は、実使用温度範囲におけるバッテリ１１に要求される最小の入出力電力を基準電力としてもよい。

（第１０実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、凝縮部を変更した例を説明する。凝縮部の変形例として、例えば、第１実施形態の凝縮器１４あるいは第４実施形態の凝縮熱拡散板２０に向けて外気を送風する外気ファンを追加してもよい。さらに、第１実施形態の凝縮器１４あるいは第４実施形態の凝縮熱拡散板２０に送風される外気の風量を調整するシャッタ機構を追加してもよい。

また、図２３に示す第１変形例のように、凝縮部として、水−冷媒熱交換器１４ｃを採用してもよい。水−冷媒熱交換器１４ｃは、冷媒回路１２を循環する冷媒を流通させる冷媒通路と、冷却水回路３０を循環する冷却水を流通させる冷却水通路を有している。水−冷媒熱交換器１４ｃは、冷媒通路を流通する冷媒と冷却水通路を流通する冷却水とを熱交換させる。

冷却水回路３０は、水−冷媒熱交換器１４ｃとラジエータ３１との間で冷却水を循環させる。ラジエータ３１は、冷却水と外気とを熱交換させる。さらに、冷却水回路３０には、水−冷媒熱交換器１４ｃの冷却水通路から流出した冷却水をラジエータ３１へ圧送する水ポンプ３２が配置されている。これにより、水−冷媒熱交換器１４ｃでは、冷媒の有する熱を冷却水に放熱させて、冷媒を凝縮させることができる。

冷却水回路３０の冷却水としては、エチレングリコール水溶液、ジメチルポリシロキサンを含む液体、不凍液、クーラント等を採用することができる。

また、図２４に示す第２変形例のように、凝縮部として、水−冷媒熱交換器１４ｃを採用してもよい。第２実施例の冷却水回路３０では、水ポンプ３２を作動させることによって、水−冷媒熱交換器１４ｃとチラー４４との間で冷却水を循環させる。

チラー４４は、冷媒回路１２を循環する冷媒を流通させる冷媒通路と、蒸気圧縮式の冷凍サイクル４０の低圧冷媒を流通させるサイクル用冷媒通路とを有している。チラー４４は、冷媒通路を流通する冷媒とサイクル用冷媒通路を流通する冷凍サイクル用の低圧冷媒とを熱交換させる。

冷凍サイクル４０は、圧縮機４１、放熱器４２、膨張弁４３、およびチラー４４を有している。圧縮機４１は、冷凍サイクル用の冷媒を圧縮して吐出する。放熱器４２は、圧縮機４１から吐出された高圧冷媒と外気とを熱交換させる。膨張弁４３は、放熱器４２にて放熱した冷媒を低圧冷媒となるまで減圧させる。チラー４４は、膨張弁４３にて減圧された低圧冷媒と冷却水とを熱交換させる。

これにより、チラー４４では、冷凍サイクル４０の低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによって、冷却水を冷却する。そして、水−冷媒熱交換器１４ｃでは、冷媒の有する熱を冷却水に放熱させて、冷媒を凝縮させることができる。

また、図２５に示す第３変形例のように、凝縮部として、冷媒−冷媒熱交換器１４ｄを採用してもよい。冷媒−冷媒熱交換器１４ｄは、冷媒回路１２を循環する冷媒と冷凍サイクル４０の低圧冷媒とを熱交換させる。冷媒−冷媒熱交換器１４ｄでは、冷凍サイクル４０の低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによって、冷媒を冷却して凝縮させることができる。

また、図２６に示す第４変形例のように、凝縮部として、冷媒−冷媒熱交換器１４ｄを採用してもよい。図２６に示す冷凍サイクル４０は、冷媒−冷媒熱交換器１４ｄに加えて、空調用蒸発器４５を備えている。冷媒−冷媒熱交換器１４ｄと空調用蒸発器４５は、冷凍サイクル４０において、冷媒流れに対して並列的に接続されている。

空調用蒸発器４５は、空調用膨張弁４４ｂにて減圧された低圧冷媒と空調対象空間である車室内へ送風される送風空気とを熱交換させる。空調用蒸発器４５は、送風空気を冷却する冷却用の熱交換器である。

さらに、図２６に示す冷凍サイクル４０は、放熱器４２から流出した冷媒の流れを分岐する分岐部を有している。冷凍サイクル４０では、分岐部から冷媒−冷媒熱交換器１４ｄへ至る冷媒通路に、冷却用開閉弁４６ａおよび冷却用膨張弁４４ａを配置している。さらに、分岐部から空調用蒸発器４５へ至る冷媒通路に、空調用開閉弁４６ｂおよび空調用膨張弁４４ｂを配置している。

冷却用膨張弁４４ａは、分岐部にて分岐された一方の冷媒を減圧させて、冷媒−冷媒熱交換器１４ｄ側へ流出させる。冷却用開閉弁４６ａは、分岐部から冷媒−冷媒熱交換器１４ｄへ至る冷媒通路を開閉する電磁弁である。空調用膨張弁４４ｂは、分岐部にて分岐された他方の冷媒を減圧させて、空調用蒸発器４５側へ流出させる。空調用開閉弁４６ｂは、分岐部から空調用蒸発器４５へ至る冷媒通路を開閉する電磁弁である。

これによれば、冷却用開閉弁４６ａを開き、空調用開閉弁４６ｂを閉じた際には、第３実施例と同様に、冷媒回路１２を循環する冷媒を凝縮させることができる。さらに、空調用開閉弁４６ｂを開くことによって、車室内の冷房を行うこともできる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

冷却対象物としてのバッテリ１１の構成は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。例えば、バッテリ１１は、蒸発器１３および蒸発部１３ａ、１３ｂとともに、トランクルームの下方側や、駆動装置室内に配置されていてもよい。

また、第１実施形態では、電池セル１１１を４列に積層配置したバッテリ１１を採用した例を説明したが、電池セル１１１の配列は４列に限定されない。電池セル１１１は１列に積層配置されていてもよいし、複数列に積層配置されていてもよい。

また、第１実施形態では、電池セル１１１の電気端子１１２を、冷媒チューブ１３１との接触面の反対側の面に配置した例を説明したが、これに限定されない。例えば、電気端子１１２を、電池セル１１１の上面に配置してもよい。

また、サーモサイフォン式冷却装置１０、１０ａ、１０ｂの冷却対象物は、バッテリ１１に限定されない。例えば、インバータ、モータジェネレータ、充電器のように作動時に発熱する電気機器であってもよい。

サーモサイフォン式冷却装置１０、１０ａ、１０ｂの構成は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。

例えば、第１実施形態で説明した蒸発器１３では、冷媒チューブ１３１の平坦面の両面で、積層配置された電池セル１１１を冷却しているが、片面で冷却してもよい。そして、第１実施形態のように電池セル１１１を４列に配置した場合は、４つの蒸発器１３を採用すればよい。

また、蒸発器１３の数量は、電池セル１１１の配列数等に応じて適宜決定すればよい。例えば、電池セル１１１が１列あるいは２列に積層配置されている場合は、１つの蒸発器１３にてバッテリ１１を冷却するようにしてもよい。例えば、電池セル１１１が３列あるいは６列に積層配置されている場合は、３つの蒸発器１３にてバッテリ１１を冷却するようにしてもよい。

また、３つ以上の蒸発器１３を備える場合は、第２実施形態と同様に、最低温度ＴＲＬにおける冷媒の液面が、最上方側冷媒チューブ１３１ａの内部に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定すればよい。複数の蒸発器１３は、並列的に接続されたものに限定されず、直列的に接続されていてもよい。複数の蒸発器１３の配置は、バッテリ１１の配置に応じて適宜決定すればよい。

また、第１実施形態で説明した蒸発器１３の冷媒チューブ１３１は、１本の幅の広い多穴チューブで形成されたものに限定されない。

例えば、図２７に示すように、複数本の扁平単穴チューブを組み合わせて形成された冷媒チューブ１３１ｃを採用してもよい。この場合は、それぞれの扁平単穴チューブが、蒸発用熱交換部を形成する。なお、図２７〜図２９は、第１実施形態で説明した図５に対応する図面である。

さらに、図２７には、１本の扁平単穴チューブの表裏に、それぞれ１つの電池セル１１１を配置した例を図示しているが、これに限定されない。例えば、比較的幅広の扁平単穴チューブを採用し、１本の扁平単穴チューブの表裏に、それぞれ複数の電池セル１１１を接触させるように配置してもよい。

例えば、図２８に示すように、複数本の扁平多穴チューブを組み合わせて形成された冷媒チューブ１３１ｄを採用してもよい。この場合は、それぞれの扁平多穴チューブが、蒸発用熱交換部を形成する。

さらに、図２８には、１本の扁平多穴チューブの表裏に、それぞれ１つの電池セル１１１を配置した例を図示しているが、これに限定されない。例えば、比較的幅広の扁平多穴チューブを採用し、１つの扁平多穴チューブの表裏に、それぞれ複数の電池セル１１１を接触させるように配置してもよい。

例えば、図２９に示すように、１本の幅広の扁平単穴チューブで形成された冷媒チューブ１３１ｅを採用してもよい。そして、図２３に示すように、冷媒チューブ１３１ｅの表裏に、それぞれ同じ列に積層配置された全ての電池セル１１１を接触させるように配置してもよい。

また、凝縮器１４の数量は、単数であっても複数であってもよい。３つ以上の凝縮器１４を備える場合は、第３実施形態と同様に、最高温度ＴＲＨにおける冷媒の液面が、最下方側凝縮用熱交換部１４１ａよりも下方側に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定すればよい。

また、液配管１６として、図３０、図３１に示す、いわゆる落とし配管を採用してもよい。落とし配管は、蒸発器１３の液タンク部１３２との接続部に、上方側へ延びる直線部１６１が形成されるように湾曲させた配管である。これによれば、例えば、車両の傾斜時、急加速時、急停車時であっても、直線部１６１に貯えられた液相冷媒を確実に蒸発器１３へ流入させることができる。

さらに、液配管１６を複数の蒸発器１３に接続する際に、直線部１６１を形成するための湾曲させた部位を撓ませることで、複数の蒸発器１３の位置関係に起因する寸法公差を吸入することができる。

また、サーモサイフォン式冷却装置１０、１０ａ、１０ｂの冷媒は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。例えば、冷媒として、別のフロン系冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）を採用してもよい。さらに、フロン系冷媒に限定されることなく、プロパン、アルコール等の熱媒体を採用してもよい。

また、第１実施形態では、図４に示すように、基準温度範囲内で液容積ＶＬが最も多くなっている際の冷媒の液面が、全ての蒸発器１３の冷媒チューブ１３１の内部に位置付けられるように封入冷媒重量Ｇを設定した例を説明したが、これに限定されない。

基準温度範囲内で液容積ＶＬが最も多くなっている際の冷媒の液面が、全ての蒸発器１３の冷媒チューブ１３１よりも高くなっていてもよい。この場合は、各電池セル１１１の温度が、各電池セル１１１が配置された雰囲気温（第１実施形態では、外気温）に近づくように均温化を図ることができる。

１０、１０ａ、１０ｂ サーモサイフォン式冷却装置
１１、１１１ バッテリ、電池セル
１３ 蒸発器（蒸発部）
１３ａ、１３ｂ 蒸発部
１４ 凝縮器（凝縮部）
１４ａ、１４ｂ 凝縮部
１４ｃ、１４ｄ 水−冷媒熱交換器、冷媒−冷媒熱交換器（凝縮部）
１５、１５ａ ガス配管、ガス配管部（冷媒配管）
１５ｂ 接続部（冷媒配管）
１６、１６ａ 液配管、液配管部（冷媒配管）

Claims (14)

1. 冷却対象物（１１１）の有する熱を吸熱させて冷媒を蒸発させる蒸発部（１３、１３ａ、１３ｂ）、および前記蒸発部にて蒸発させた前記冷媒を凝縮させる凝縮部（１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）を有する冷媒回路（１２）を備えるサーモサイフォン式冷却装置であって、
   前記蒸発部は、前記冷却対象物と前記冷媒とを熱交換させる複数の蒸発用熱交換部（１３１、１３４）を有し、
   前記冷媒回路内に封入される前記冷媒の封入量（Ｇ）は、前記蒸発用熱交換部における前記冷媒の飽和温度が予め定めた基準温度範囲内になっている際に、全ての前記蒸発用熱交換部の内部に液相の前記冷媒が存在するように設定されているサーモサイフォン式冷却装置。
2. 前記冷却対象物は、二次電池（１１１）であり、
   前記基準温度範囲の最高温度（ＴＲＨ）は、前記二次電池が充電あるいは放電を行うことのできる最高上限温度（ＴＨｍａｘ）以上に設定されている請求項１に記載のサーモサイフォン式冷却装置。
3. 前記冷却対象物は、二次電池（１１１）であり、
   前記基準温度範囲の最高温度（ＴＲＨ）は、前記二次電池が予め定めた基準電力以上の充電あるいは放電を行うことのできる基準上限温度（ＴＨ１）に設定されている請求項１または２に記載のサーモサイフォン式冷却装置。
4. 前記冷媒の圧力が予め定めた基準開弁圧力（ＫＰ）以上となった際に開いて、前記冷媒回路内から前記冷媒を放出させる開放弁（１８）を備え、
   前記基準温度範囲の最高温度（ＴＲＨ）は、前記基準開弁圧力（ＫＰ）における前記冷媒の基準圧力飽和温度（ＴＫＰ）以上に設定されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載のサーモサイフォン式冷却装置。
5. 前記冷却対象物は、二次電池（１１１）であり、
   前記基準温度範囲の最低温度（ＴＲＬ）は、前記二次電池が充電あるいは放電を行うことのできる最低下限温度（ＴＬｍｉｎ）以下に設定されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載のサーモサイフォン式冷却装置。
6. 前記冷却対象物は、二次電池（１１１）であり、
   前記基準温度範囲の最低温度（ＴＲＬ）は、前記二次電池が予め定めた基準電力以上の充電あるいは放電を行うことのできる基準下限温度（ＴＬ１）に設定されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載のサーモサイフォン式冷却装置。
7. 前記複数の蒸発用熱交換部のうち、下端部が最も上方側に配置されたものを最上方側蒸発用熱交換部（１３１ａ）と定義し、
   前記冷媒回路のうち、前記最上方側蒸発用熱交換部の下端部よりも下方側の部位の内容積を最上方側蒸発部下容積（Ｖａ２）と定義し、
   前記冷媒回路内に存在する液相の前記冷媒の容積を液容積（ＶＬ）と定義したときに、
   前記封入量（Ｇ）は、前記蒸発部における前記冷媒の飽和温度が前記基準温度範囲内になっている際に、前記液容積（ＶＬ）が前記最上方側蒸発部下容積（Ｖａ２）よりも多くなるように設定されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載のサーモサイフォン式冷却装置。
8. 前記複数の蒸発用熱交換部のうち、上端部が最も下方側に配置されたものを最下方側蒸発用熱交換部（１３１ｂ）と定義し、
   前記冷媒回路のうち、前記最下方側蒸発用熱交換部の上端部よりも下方側の部位の内容積を最下方側蒸発部下容積（Ｖｃ２）と定義し、
   前記冷媒回路内に存在する液相の前記冷媒の容積を液容積（ＶＬ）と定義したときに、
   前記封入量（Ｇ）は、前記蒸発部における前記冷媒の飽和温度が前記基準温度範囲内になっている際に、前記液容積（ＶＬ）が前記最下方側蒸発部下容積（Ｖｃ２）以下となるように設定されている請求項１ないし７のいずれか１つに記載のサーモサイフォン式冷却装置。
9. 前記凝縮部は、前記冷媒を放熱させる凝縮用熱交換部（１４１）を有し、
   前記冷媒回路のうち、前記凝縮用熱交換部（１４１）の下端部よりも下方側の部位の内容積を凝縮部下容積（Ｖｂ１）と定義し、
   前記冷媒回路内に存在する液相の前記冷媒の容積を液容積（ＶＬ）と定義したときに、
   前記封入量（Ｇ）は、前記蒸発部における前記冷媒の飽和温度が前記基準温度範囲内になっている際に、前記液容積（ＶＬ）が前記凝縮部下容積（Ｖｂ１）以下となるように設定されている請求項１ないし８のいずれか１つに記載のサーモサイフォン式冷却装置。
10. 前記凝縮部は、前記冷媒を放熱させる複数の凝縮用熱交換部（１４１）を有し、
    前記複数の凝縮用熱交換部のうち、下端部が最も下方側に配置されたものを最下方側凝縮用熱交換部（１４１ａ）と定義し、
    前記冷媒回路のうち、前記最下方側凝縮用熱交換部の下端部よりも下方側の部位の容積を最下方側凝縮部下容積（Ｖｂ２）と定義し、
    前記冷媒回路内に存在する液相の前記冷媒の容積を液容積（ＶＬ）と定義したときに、
    前記封入量（Ｇ）は、前記蒸発部における前記冷媒の飽和温度が前記基準温度範囲内になっている際に、前記液容積（ＶＬ）が前記最下方側凝縮部下容積（Ｖｂ２）以下となるように設定されている請求項１ないし９のいずれか１つに記載のサーモサイフォン式冷却装置。
11. 前記冷媒回路は、前記凝縮部にて凝縮させた前記冷媒を前記蒸発部へ導く液配管（１６、１６ａ）、および前記液配管を流通する前記冷媒の流量を調整する流量調整部（２１）を有し、
    前記複数の蒸発用熱交換部のうち、下端部が最も上方側に配置されたものを最上方側蒸発用熱交換部（１３１ａ）と定義し、
    前記冷媒回路のうち、前記最上方側蒸発用熱交換部の下端部よりも下方側の部位の内容積を最上方側蒸発部下容積（Ｖａ２）と定義し、
    前記複数の蒸発用熱交換部のうち、上端部が最も下方側に配置されたものを最下方側蒸発用熱交換部（１３１ｂ）と定義し、
    前記冷媒回路のうち、前記最下方側蒸発用熱交換部の上端部よりも下方側の部位の内容積を最下方側蒸発部下容積（Ｖｃ２）と定義し、
    前記冷媒回路のうち、前記流量調整部より上方側であって液相の前記冷媒を貯液可能な容積を貯液容積（Ｖｄ）と定義したときに、
    前記最下方側蒸発部下容積（Ｖｃ２）は、前記最上方側蒸発部下容積（Ｖａ２）と前記貯液容積（Ｖｄ）との合算値よりも大きく設定されている請求項１ないし１０のいずれか１つに記載のサーモサイフォン式冷却装置。
12. 前記流量調整部よりも下方側に存在する液相の前記冷媒の容積を下方側液容積（ＶＬ１）と定義したときに、
    前記流量調整部は、前記下方側液容積（ＶＬ１）が前記最下方側蒸発部下容積（Ｖｃ２）以下となるように、前記冷媒の流量を調整する請求項１１に記載のサーモサイフォン式冷却装置。
13. 前記冷媒回路内に存在する液相の前記冷媒の容積を液容積（ＶＬ）と定義したときに、
    前記封入量（Ｇ）は、前記蒸発部における前記冷媒の飽和温度が前記基準温度範囲内になっている際に、前記液容積（ＶＬ）が前記最上方側蒸発部下容積（Ｖａ２）と前記貯液容積（Ｖｄ）との合算値よりも多くなるように設定されている請求項１１または１２に記載のサーモサイフォン式冷却装置。
14. 前記蒸発部は、前記冷媒を下方側から上方側へ流通させる請求項１ないし１３のいずれか１つに記載のサーモサイフォン式冷却装置。

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