JP2021131199A - 冷却用熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】下流側でもバッテリの冷却能力を有する熱交換器の提供。【解決手段】冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）は、流入部（３１）が設けられた流入ヘッダ（Ｈ１）と、中間ヘッダ（Ｈ２）と、流出部（３２）が設けられた流出ヘッダ（Ｈ４）と、流入ヘッダを通過して冷媒が流入する第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）と、通過した冷媒が流入ヘッダへ流入する流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３）とを有する。バッテリ冷却面に対するチューブの面積は、第１チューブよりも流出チューブが大きい。【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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。

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。

特開２０１６−０３５３７８号公報 特開２０１５−０７２８１９号公報

チューブを流れる冷媒は、上流側では液体を十分に含みバッテリの冷却能力を十分に有している一方、下流側へと進むにつれて液体の割合が減少し、冷却能力が低下する。特に冷媒が完全に気化すると、気化した位置よりも下流側では、蒸発潜熱を利用したバッテリの冷却が困難となる。このためバッテリは、冷却用熱交換器の下流側と接触する部分が十分に冷却されないおそれがあった。

本発明は、中間ヘッダを有するバッテリの冷却用熱交換器において、下流側でも十分にバッテリを冷却できる構成を提供することを、目的としている。

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。

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、車両に搭載されるバッテリ（２０）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（２０）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）を通過した冷媒が流入する第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）と、前記第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）を通過した冷媒が直接的または間接的に流入する中間ヘッダ（Ｈ３）と、前記中間ヘッダ（Ｈ３）を通過した冷媒が流入する流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３；Ｔａ３ｗ；Ｔｂ３ｗ；Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）と、前記流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３）を通過した冷媒が流入する流出ヘッダ（Ｈ４；Ｈ４ｓ）と、前記流出ヘッダ（Ｈ４；Ｈ４ｓ）を通過して冷媒が流入し前記冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）から冷媒を流出する流出部（３２）と、を有し、前記第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）が冷却するバッテリ冷却面（２２１）の面積に対する前記第１チューブの前記冷却面（２２１）側の面積で規定される第１面積比（ｒ１）よりも、前記流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３；Ｔａ３ｗ，Ｔｂ３ｗ；Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）が冷却するバッテリ冷却面（２２３）の面積に対する前記流出チューブの前記冷却面（２２３）側の面積で規定される流出面積比（ｒ３）が大きい、冷却用熱交換器（請求項１）が提供される。

また、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第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）を介して接続され、前記第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）が冷却するバッテリ冷却面（２２２）の面積に対する前記第２チューブの前記冷却面（２２２）側の面積で規定される第２面積比（ｒ２）よりも、前記流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３；Ｔａ３ｗ，Ｔｂ３ｗ；Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）が冷却するバッテリ冷却面（２２３）の面積に対する前記流出チューブの前記冷却面（２２３）側の面積で規定される流出面積比（ｒ３）が大きいものであってもよい（請求項２）。第２チューブは流出チューブよりも上流側に位置しており、バッテリの冷却能力が高い。この第２チューブよりも冷却能力に劣る流出チューブの形状を、第２面積比よりも流出面積比が大きくなるように設定することで、下流側でもバッテリの冷却能力を確保することができる。

また、冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）は、前記第１面積比（ｒ１）よりも、前記第２面積比（ｒ２）が大きいことが好ましい（請求項３）。第１チューブは第２チューブよりも上流側に位置しており、バッテリの冷却能力が高い。この第１チューブよりも冷却能力に劣る第２チューブの形状を、第１面積比よりも第２面積比が大きくなるように設定することで、第２チューブでのバッテリの冷却能力をより確実に確保することができる。

具体的には、冷却用熱交換器（３０）は、前記冷媒の通流方向に直交する方向をチューブの幅方向とするとき、第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）と前記流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３；Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）とは幅方向の寸法が同一であり、前記第１チューブよりも前記流出チューブは本数が多くなるよう設けられる（請求項４）。

あるいは、冷却用熱交換器（３０Ａ）は、前記流出チューブ（Ｔａ３ｗ；Ｔｂ３ｗ）は、前記第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）と本数が同じであり、前記冷媒の通流方向に直交する方向をチューブの幅方向とするとき、第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）よりも前記流出チューブ（Ｔａ３ｗ；Ｔｂ３ｗ）の幅方向の寸法が大きくなるよう設けられる（請求項５）。

あるいは、冷却用熱交換器（３０）は、前記冷媒の通流方向に直交する方向をチューブの幅方向とするとき、第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）と前記流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３；Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）とは幅方向の寸法が同一であり、前記第２チューブよりも前記流出チューブは本数が多くなるよう設けられる（請求項６）。

あるいは、冷却用熱交換器（３０Ａ）は、前記流出チューブ（Ｔａ３ｗ；Ｔｂ３ｗ）は、前記第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）と本数が同じであり、前記冷媒の通流方向に直交する方向をチューブの幅方向とするとき、第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）よりも前記流出チューブ（Ｔａ３ｗ；Ｔｂ３ｗ）の幅方向の寸法が大きくなるよう設けられる（請求項７）。

あるいは、冷却用熱交換器（３０Ｂ）は、前記第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）が冷却するバッテリ冷却面（２２１）の面積よりも、前記流出チューブ（Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）が冷却するバッテリ冷却面（２２３）の面積が小さいバッテリシステムに適用される（請求項８）。

あるいは、前記第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）が冷却するバッテリ冷却面（２２２）の面積よりも、前記流出チューブ（Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）が冷却するバッテリ冷却面（２２３）の面積が小さいバッテリシステムに適用される（請求項９）。

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用熱交換器において、下流側でも十分にバッテリを冷却できる構成を提供できる。

実施例１による冷却用熱交換器、この冷却用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。 実施例１による冷却用熱交換器を車両に搭載した状態の、側面概略図である。 実施例２による冷却用熱交換器を車両に搭載した状態の、側面概略図である。 実施例３による冷却用熱交換器を車両に搭載した状態の、側面概略図である。

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。

＜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２０と、これらのバッテリ２０を冷却するための冷却用熱交換器３０と、バッテリ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。

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２０を、外界を飛来する塵埃や水、油脂等から隔離し、保護することができる。

それぞれのバッテリ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（２２１；２２２；２２３）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。均熱層２２は、バッテリ２０の冷却面２２１；２２２；２２３と見なすことができる。

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。

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（第１チューブＴａ１；Ｔｂ１、第２チューブＴａ２；Ｔｂ２、流出チューブＴａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３）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の内部は中空となっており、必要に応じて図示しない仕切部材により、上側空間と、この上側空間の下方に位置する下側空間とに仕切られていてもよい。

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の内部空間に開放している。

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の内部空間に開放している。

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（図示せず）。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。第１チューブ（上側第１チューブＴａ１と下側第１チューブＴｂ１）は、流入ヘッダＨ１の内部空間と中間ヘッダＨ２の内部空間とを連絡する。第２チューブ（上側第２チューブＴａ２と下側第２チューブＴｂ２）は、中間ヘッダＨ２の内部空間と中間ヘッダＨ３の内部空間とを連絡する。流出チューブ（上側流出チューブＴａ３、下側流出チューブＴｂ３、中間流出チューブＴｃ３）は、中間ヘッダＨ３の内部空間と流出ヘッダＨ４の内部空間とを連絡する。冷媒の通流方向に直交する方向をチューブの幅方向とするとき、実施例１に示される７本のチューブの幅寸法は、同一である。

４本のヘッダＨ１；Ｈ２；Ｈ３；Ｈ４は、それぞれ、流入部３１が配置された流入ヘッダＨ１、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、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、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、下側第３チューブＴｂ３、および中間第３チューブＴｃ３が連結した流出ヘッダＨ４、である。図１と図２に示されるように、実施例１の４本のヘッダＨ１；Ｈ２；Ｈ３；Ｈ４は、すべて同じ長さ寸法を有する。

なお、本発明の４本のヘッダは、後述するように長さが異なっていてもよい。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。

冷却用熱交換器３０は、４本のヘッダＨと、９本の熱交換チューブＴと、流入部３１と、流出部３２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。中間ヘッダＨ２；Ｈ３の内部に内部空間を仕切る仕切部材を設ける場合は、仕切部材も一体的にろう付けによって接合することが好ましい。

図１および図２を参照する。図中の矢印は冷媒の流れ方向を、黒色矢印は気液混合
冷媒であることを、白色矢印は気相冷媒を、それぞれ示す。

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２２（バッテリ冷却面２２１）を介してバッテリ２０と熱交換を行う。上側第１チューブＴａ１を流出した冷媒と、下側第１チューブＴｂ１を流出した冷媒とは、中間ヘッダＨ２の内部空間に流入する。

中間ヘッダＨ２の内部空間に流入した気液混合の冷媒は、一部は上側第２チューブＴａ２に、残りは下側第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２２（バッテリ冷却面２２２）を介してバッテリ２０と熱交換を行う。上側第２チューブＴａ２を流出した冷媒と、下側第２チューブＴｂ２を流出した冷媒とは、中間ヘッダＨ３の内部空間に流入する。

中間ヘッダＨ３の内部空間に流入した気液混合の冷媒は、上側流出チューブＴａ３と、下側流出チューブＴｂ３と、中間流出チューブＴｃ３とに分かれて流入する。３本の流出チューブＴａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３を流れる冷媒は、均熱層２２（バッテリ冷却面２２３）を介してバッテリ２０と熱交換を行う。上側流出チューブＴａ３、下側流出チューブＴｂ３、中間流出チューブＴｃ３のいずれかから流出した冷媒は、流出ヘッダＨ４の内部空間に流入する。

流出ヘッダＨ４の内部空間に流入した冷媒は、流出部３２を介して、図示しない冷凍サイクルに流入する。

流入ヘッダＨ１に流入する冷媒は、ある程度の湿り度を有している。

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２０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。

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２０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。

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、冷媒が上側流出チューブＴａ３、下側流出チューブＴｂ３、および中間流出チューブＴｃ３を通流する際にバッテリ２０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。ここで、流出ヘッダＨ４へ流入した冷媒は、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となる。湿り度がゼロとあるだけでなく、過熱度を有する。

ここで、流入ヘッダＨ１と中間ヘッダＨ２との間、および中間ヘッダＨ２と中間ヘッダＨ３との間は、それぞれ２本のチューブで連結されている。一方、中間ヘッダＨ３と流出ヘッダＨ４との間は、３本の流出チューブＴａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３により連結されて、バッテリ２０と熱交換が可能に設けられている。また、３組のバッテリ２０はいずれも、熱交換チューブの幅方向（すなわち、上下方向）において寸法が同一となっている。

すなわち、流出チューブＴａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３が冷却するバッテリ冷却面２２３の面積を分母とし、３本の流出チューブの冷却面２２３側の面積を分子としたときの流出面積比ｒ３は、第１チューブＴａ１；Ｔｂ１が冷却するバッテリ冷却面２２１の面積を分母とし、２本の第１チューブの冷却面２２１側の面積を分子としたときの第１面積比ｒ１よりも、大きい。

このため、第１チューブＴａ１；Ｔｂ１では液相冷媒が存在してチューブの単位面積当たりの冷却能力が高く、一方で流出チューブＴａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３では過熱度を有するまでに液相冷媒が失われてチューブの単位面積当たりの冷却能力が低くなっても、第１チューブよりも流出チューブの本数が多く、流出面積比ｒ３が第１面積比ｒ１よりも大きいことで、バッテリ２０を広い範囲で冷却することができる。このため、相対的に下流側に配置されたバッテリ２０（流出チューブにより均熱層２２３を介して冷却されるバッテリ２０）の冷却能力と、相対的に上流側に配置されたバッテリ２０（第１チューブにより均熱層２２１を介して冷却されるバッテリ２０）の冷却能力との乖離を抑制することができる。すなわち複数のバッテリ２０；２０の温度を、大きな差が発生することなく維持することができる。

また、流出チューブＴａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３が冷却するバッテリ冷却面２２３の面積を分母とし、３本の流出チューブの冷却面２２３側の面積を分子としたときの流出面積比ｒ３は、第２チューブＴａ２；Ｔｂ２が冷却するバッテリ冷却面２２２の面積を分母とし、２本の第２チューブの冷却面２２２側の面積を分子としたときの第２面積比ｒ２よりも、大きい。

このため、第２チューブＴａ２；Ｔｂ２では液相冷媒が存在してチューブの単位面積当たりの冷却能力が高く、一方で流出チューブＴａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３では過熱度を有するまでに液相冷媒が失われてチューブの単位面積当たりの冷却能力が低くなっても、第２チューブよりも流出チューブの本数が多く、流出面積比ｒ３が第２面積比ｒ２よりも大きいことで、バッテリ２０を広い範囲で冷却することができる。このため、相対的に下流側に配置されたバッテリ２０（流出チューブにより均熱層２２３を介して冷却されるバッテリ２０）の冷却能力と、相対的に上流側に配置されたバッテリ２０（第２チューブにより均熱層２２２を介して冷却されるバッテリ２０）の冷却能力との乖離を抑制することができる。すなわち複数のバッテリ２０；２０の温度を、大きな差が発生することなく維持することができる。

なお、この実施例１では、流出チューブの本数を増やすことで冷媒の流路断面積を拡大している。このため、液相冷媒が蒸発し熱交換器の下流側ほど圧力が上昇しやすいところ圧力の上昇が抑制される。過熱度を有する冷媒は、圧力と温度とが一義的に対応しているから、第３ヘッダＨ３と流出ヘッダＨ４との間の冷媒温度の上昇も抑制される。このため、流出チューブの本数を増やすことで、バッテリ２０を広い範囲で冷却できることに加えて、仮に過熱度を有する冷媒であっても温度の低い冷媒を用いてバッテリ２０を冷却することができる。

＜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。

図３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１０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。

冷却用熱交換器３０Ａは、バッテリ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、流出チューブＴａ３ｗ；Ｔｂ３ｗの本数が２本である点と、チューブの幅方向の寸法が、第１チューブＴａ１；Ｔｂ１や第２チューブＴａ２；Ｔｂ２よりも大きい点である。

この実施例２の形態であっても、流出チューブＴａ３ｗ；Ｔｂ３ｗが冷却するバッテリ冷却面２２３の面積を分母とし、２本の流出チューブの冷却面２２３側の面積を分子としたときの流出面積比ｒ３は、第１チューブＴａ１；Ｔｂ１が冷却するバッテリ冷却面２２１の面積を分母とし、２本の第１チューブの冷却面２２１側の面積を分子としたときの第１面積比ｒ１よりも、大きい。

このため、相対的に下流側に配置されたバッテリ２０（流出チューブにより均熱層２２３を介して冷却されるバッテリ２０）の冷却能力と、相対的に上流側に配置されたバッテリ２０（第１チューブにより均熱層２２１を介して冷却されるバッテリ２０）の冷却能力との乖離を抑制することができる。すなわち複数のバッテリ２０；２０の温度を、大きな差が発生することなく維持することができる。

また、流出面積比ｒ３は、第２チューブＴａ２；Ｔｂ２が冷却するバッテリ冷却面２２２の面積を分母とし、２本の第２チューブの冷却面２２２側の面積を分子としたときの第２面積比ｒ２よりも、大きい。

このため、相対的に下流側に配置されたバッテリ２０（流出チューブにより均熱層２２３を介して冷却されるバッテリ２０）の冷却能力と、相対的に上流側に配置されたバッテリ２０（第２チューブにより均熱層２２２を介して冷却されるバッテリ２０）の冷却能力との乖離を抑制することができる。すなわち複数のバッテリ２０；２０の温度を、大きな差が発生することなく維持することができる。

なお、この実施例２では、流出チューブの幅寸法を広げることで冷媒の流路断面積を拡大している。このため、実施例１と同様に、バッテリ２０を広い範囲で冷却できることに加えて、仮に過熱度を有する冷媒であっても温度の低い冷媒を用いてバッテリ２０を冷却することができる。

＜実施例３＞
次に、実施例３による冷却用熱交換器３０Ｂを、図面に基づいて説明する。

図４を参照する。実施例３による冷却用熱交換器３０Ｂは、バッテリパックケース１０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。

冷却用熱交換器３０Ｂは、バッテリ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、流出チューブＴａ３ｓ；Ｔｂ３ｓの本数が２本である点、流出チューブの位置に対応するバッテリ２０ｓの上下方向の寸法が上流側に配置されたバッテリ２０；２０の寸法よりも小さい点、流出ヘッダＨ４ｓの寸法が他の上流側のヘッダＨ１；Ｈ２；Ｈ３よりも小さい点である。バッテリ２０ｓは、上下方向の寸法が上流側に配置されたバッテリ２０；２０の寸法よりも小さいので、冷却面２２３の面積が上流側に配置されたバッテリ２０；２０の冷却面２２１；２２２よりも小さい。

この実施例３の形態であっても、流出チューブＴａ３ｓ；Ｔｂ３ｓが冷却するバッテリ冷却面２２３の面積を分母とし、２本の流出チューブの冷却面２２３側の面積を分子としたときの流出面積比ｒ３は、第１チューブＴａ１；Ｔｂ１が冷却するバッテリ冷却面２２１の面積を分母とし、２本の第１チューブの冷却面２２１側の面積を分子としたときの第１面積比ｒ１よりも、大きい。

また、流出面積比ｒ３は、第２チューブＴａ２；Ｔｂ２が冷却するバッテリ冷却面２２２の面積を分母とし、２本の第２チューブの冷却面２２２側の面積を分子としたときの第２面積比ｒ２よりも、大きい。

このため、実施例１、実施例２と同様に、すなわち複数のバッテリ２０；２０の温度を、大きな差が発生することなく維持することができる。

＜その他の実施例＞
以上、実施例１乃至実施例３により冷却用熱交換器３０；３０Ａ；３０Ｂ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乃至実施例３の態様に限られるものではない。例えば、流出面積比ｒ３が第２面積比ｒ２よりも大きい状態を維持しつつ、さらに第２チューブＴａ２；Ｔｂ２の幅方向の寸法を第１チューブＴａ１；Ｔｂ１よりも若干大きく設定して、第２面積比ｒ２を第１面積比ｒ１よりも大きく設定する。すなわち、第１面積比ｒ１＜第２面積比ｒ２＜流出面積比ｒ３の関係とする。第１ヘッダＨ１に流入した気液混合状態の冷媒は、第２ヘッダＨ２、第３ヘッダＨ３、流出ヘッダＨ４へと通流するにつれて湿り度が低下し、チューブにおける単位面積当たりの冷却能力が低下する。このとき、このような面積比の関係となるよう設定することで、３つのバッテリ２０；２０の温度を、大きな差が発生することなく維持することができる。

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。

１０…バッテリパックケース
２０…バッテリ
２１…バッテリセル
２２…均熱層
２２１、２２２、２２３…バッテリの冷却面
３０、３０Ａ、３０Ｂ…冷却用熱交換器
３１…流入部
３２…流出部
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…上側流出チューブ
Ｔｂ１…下側第１チューブ
Ｔｂ２…下側第２チューブ
Ｔｂ３…下側流出チューブ
Ｔｃ３…中間流出チューブ
ｒ１…第１面積比
ｒ２…第２面積比
ｒ３…流出面積比

Claims (9)

1. 内部に気液混合状態の冷媒が通流し、車両に搭載されるバッテリ（２０）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（２０）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）を通過した冷媒が流入する第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）と、
   前記第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）を通過した冷媒が直接的または間接的に流入する中間ヘッダ（Ｈ３）と、
   前記中間ヘッダ（Ｈ３）を通過した冷媒が流入する流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３；Ｔａ３ｗ；Ｔｂ３ｗ；Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）と、
   前記流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３）を通過した冷媒が流入する流出ヘッダ（Ｈ４；Ｈ４ｓ）と、
   前記流出ヘッダ（Ｈ４；Ｈ４ｓ）を通過して冷媒が流入し前記冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）から冷媒を流出する流出部（３２）と、
   を有し、
   前記第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）が冷却するバッテリ冷却面（２２１）の面積に対する前記第１チューブの前記冷却面（２２１）側の面積で規定される第１面積比（ｒ１）よりも、
   前記流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３；Ｔａ３ｗ，Ｔｂ３ｗ；Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）が冷却するバッテリ冷却面（２２３）の面積に対する前記流出チューブの前記冷却面（２２３）側の面積で規定される流出面積比（ｒ３）が大きいことを特徴とする冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）。
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第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）を介して接続され、
   前記第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）が冷却するバッテリ冷却面（２２２）の面積に対する前記第２チューブの前記冷却面（２２２）側の面積で規定される第２面積比（ｒ２）よりも、
   前記流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３；Ｔａ３ｗ，Ｔｂ３ｗ；Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）が冷却するバッテリ冷却面（２２３）の面積に対する前記流出チューブの前記冷却面（２２３）側の面積で規定される流出面積比（ｒ３）が大きい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）。
3. 前記第１面積比（ｒ１）よりも、前記第２面積比（ｒ２）が大きいことを特徴とする請求項２に記載の冷却用熱交換器（３０；３０Ａ；３０Ｂ）。
4. 前記冷媒の通流方向に直交する方向をチューブの幅方向とするとき、第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）と前記流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３；Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）とは幅方向の寸法が同一であり、
   前記第１チューブよりも前記流出チューブは本数が多いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却用熱交換器（３０）。
5. 前記流出チューブ（Ｔａ３ｗ；Ｔｂ３ｗ）は、前記第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）と本数が同じであり、
   前記冷媒の通流方向に直交する方向をチューブの幅方向とするとき、第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）よりも前記流出チューブ（Ｔａ３ｗ；Ｔｂ３ｗ）の幅方向の寸法が大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却用熱交換器（３０Ａ）。
6. 前記冷媒の通流方向に直交する方向をチューブの幅方向とするとき、第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）と前記流出チューブ（Ｔａ３；Ｔｂ３；Ｔｃ３；Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）とは幅方向の寸法が同一であり、
   前記第２チューブよりも前記流出チューブは本数が多いことを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の冷却用熱交換器（３０）。
7. 前記流出チューブ（Ｔａ３ｗ；Ｔｂ３ｗ）は、前記第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）と本数が同じであり、
   前記冷媒の通流方向に直交する方向をチューブの幅方向とするとき、第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）よりも前記流出チューブ（Ｔａ３ｗ；Ｔｂ３ｗ）の幅方向の寸法が大きいことを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の冷却用熱交換器（３０Ａ）。
8. 前記バッテリ（２０）は、前記第１チューブ（Ｔａ１；Ｔｂ１）が冷却するバッテリ冷却面（２２１）の面積よりも、前記流出チューブ（Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）が冷却するバッテリ冷却面（２２３）の面積が小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却用熱交換器（３０Ｂ）。
9. 前記バッテリ（２０）は、前記第２チューブ（Ｔａ２；Ｔｂ２）が冷却するバッテリ冷却面（２２２）の面積よりも、前記流出チューブ（Ｔａ３ｓ；Ｔｂ３ｓ）が冷却するバッテリ冷却面（２２３）の面積が小さいことを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の冷却用熱交換器（３０Ｂ）。

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