JP6919511B2 - 蒸発器 - Google Patents

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Description

本発明は、サーモサイフォン式の冷却装置に適用されて、作動流体を蒸発させる蒸発器に関する。
従来、サーモサイフォン式の冷却装置が知られている。この種のサーモサイフォン式の冷却装置は、液相の作動流体を蒸発させる蒸発器、および蒸発器にて蒸発させた気相の作動流体を凝縮させる凝縮器を有している。そして、蒸発器にて、冷却対象物の有する熱を作動流体に吸熱させて冷却対象物を冷却している。また、凝縮器にて、作動流体が冷却対象物から吸熱した熱を外部に放熱させている。
さらに、凝縮器を蒸発器の上方側に配置して、気相の作動流体よりも密度の高い液相の作動流体を重力の作用によって凝縮器から蒸発器へ流入させている。これにより、作動流体を自然循環させて、冷却対象物を連続的に冷却できるようにしている。
例えば、特許文献１には、複数の電池セルを積層して形成された組電池の冷却に用いられるサーモサイフォン式の冷却装置が開示されている。
特許文献１の冷却装置は、組電池の側面に接触して電池セルの積層方向に延びる流体通路を備える蒸発器を有している。特許文献１の蒸発器では、流体通路の長手方向一端側に設けられた流体流入口から液相の作動流体を流入させる。そして、流体通路を流通する際に組電池から吸熱して蒸発した気相の作動流体を、流体通路の長手方向他端側に設けられた流体流出口から流出させている。
特許第５９４２９４３号公報
ところで、特許文献１のように、電池セルの積層方向に延びる流体通路を有する蒸発器では、液相の作動流体が多く存在する箇所では作動流体の蒸発潜熱によって電池セルを充分に冷却することができる。しかし、流体通路のうち気相の作動流体が偏在している箇所では作動流体を蒸発させることができないので、当該箇所に接触する電池セルの冷却が不充分になってしまうという、いわゆるドライアウトの問題が生じる。
さらに、複数の電池セルを積層して形成された組電池では、いずれかの電池セルの冷却が不充分となって当該電池セルの性能が低下してしまうと、組電池全体としての性能が低下してしまう。このため、組電池のような冷却対象物では、冷却対象物全体が均等に冷却されることが望ましい。
本発明は、上記点に鑑み、サーモサイフォン式の冷却装置に適用される蒸発器であって、冷却対象物全体を均等に冷却可能な蒸発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、請求項１に記載の発明は、サーモサイフォン式の冷却装置（１）に適用される蒸発器であって、
作動流体を流通させる作動流体チューブ（２１、２６、２１１）と、作動流体チューブの下方側の端部に接続されて、作動流体チューブに液相の作動流体を分配する液供給部（２２、２２１）と、を備え、
作動流体チューブは、内部を流通する液相の作動流体に冷却対象物（ＢＰ）の熱を吸熱させて、作動流体を蒸発させる蒸発部を形成しており、
作動流体チューブの内部は、下方側から上方側へ向かって作動流体を流通させる複数の流体通路（２１１ａ…２１１ｅ）に区画されており、
複数の流体通路の入口部（２１２ａ…２１２ｅ）は、少なくとも一部の入口部が液供給部の内部で開口しているとともに、それぞれの入口部の開口位置が上下方向に異なっており、
作動流体チューブは、板面に凹凸が形成された一対のプレート部材を貼り合わせることによって形成されたプレートチューブ（２１１）、およびプレートチューブの内部に配置されて流体通路を形成するサブチューブ（２７３）を有している。
これによれば、下方側から上方側へ向かって作動流体を流通させる複数の流体通路（２１１ａ…２１１ｅ）の入口部（２１２ａ…２１２ｅ）の少なくとも一部の開口位置が上下方向に異なっている。このため、液供給部（２２、２２１）内の液相の作動流体は、複数の流体通路（２１１ａ…２１１ｅ）のうち、より下方側で入口部（２１２ａ…２１２ｅ）が開口する流体通路（２１１ａ…２１１ｅ）へ供給されやすくなる。
従って、液相の作動流体が供給されやすい流体通路（２１１ａ）を、蒸発部を形成する作動流体チューブ（２１、２６、２１１）に間隔を開けて配置しておくことで、液供給部（２２、２２１）から蒸発部の全域に液相の作動流体を概ね均等に分配することができる。その結果、蒸発部の全域で作動流体の蒸発潜熱によって、冷却対象物（ＢＰ）全体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一例である。
第１実施形態のサーモサイフォン式の冷却装置の全体構成図である。 第１実施形態の蒸発器の分解斜視図である。 第１実施形態の蒸発器の液供給タンク内を示す模式的な断面図である。 第１実施形態の蒸発器と組電池との配置関係を示す説明図である。 第２実施形態の蒸発器の液供給タンク内を示す模式的な断面図である。 第３実施形態の蒸発器の分解斜視図である。 第３実施形態の蒸発器の液供給タンク内を示す模式的な断面図である。 第４実施形態の蒸発器の液供給タンク内を示す模式的な断面図である。 第５実施形態の蒸発器の分解斜視図である。 第５実施形態のＸ部の模式的な拡大図である。 第５実施形態の変形例の図１０に対応する模式的な拡大図である。 第５実施形態の別の変形例の図１０に対応する模式的な拡大図である。 第６実施形態の蒸発器の液供給タンク内を示す模式的な断面図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ断面図である。 他の実施形態の蒸発器の分解斜視図である。
（第１実施形態）
図１〜図４を用いて、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態では、本発明に係る蒸発器２が適用されたサーモサイフォン式の冷却装置１を、電気自動車に搭載された組電池ＢＰを冷却するために用いている。従って、サーモサイフォン式の冷却装置１は、組電池ＢＰとともに車両に搭載されている。さらに、蒸発器２における冷却対象物は、組電池ＢＰである。
組電池ＢＰは、電気自動車において、電力を蓄える機能、および蓄えた電力を走行用電動モータ等の車載機器に供給する機能を果たす。組電池ＢＰは、複数の電池セルＢＣを電気的に直列に接続したものである。電池セルＢＣは、充放電可能な二次電池（例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池）である。
この種の電池セルＢＣは、充放電時に発熱を伴う。さらに、電池セルＢＣは、自己発熱等による温度上昇によって劣化が進行しやすい。このため、いずれの電池セルＢＣも予め定めた基準温度を超えないように冷却されることが望ましい。つまり、組電池ＢＰは、全ての電池セルＢＣが冷却されるように、全体が均等に冷却されることが望ましい。
また、それぞれの電池セルＢＣは、略直方体形状に形成されている。組電池ＢＰは、電池セルＢＣを一定の方向に２列に積層配置することによって形成されている。このため、組電池ＢＰの外観形状も略直方体形状になっている。
次に、サーモサイフォン式の冷却装置１について説明する。サーモサイフォン式の冷却装置１は、図１に示すように、蒸発器２、気相流体配管３、凝縮器４、液相流体配管５を有している。サーモサイフォン式の冷却装置１は、これらの構成機器を環状に（すなわち、閉ループ状に）接続することによって構成されている。
蒸発器２は、液相の作動流体に組電池ＢＰの有する熱を吸熱させて作動流体を蒸発させるものである。本実施形態では、作動流体として、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、Ｒ１３４ａ）を採用している。蒸発器２の詳細構成については後述する。
蒸発器２の流体流出口２３ａには、気相流体配管３が接続されている。気相流体配管３は、蒸発器２にて蒸発させた気相の作動流体を凝縮器４の流体流入口へ導く流体配管である。気相流体配管３は、気相の作動流体が流通する際に生じる圧力損失を低減させるために、液相流体配管５よりも通路断面積の大きい配管が採用されていることが望ましい。
凝縮器４は、気相流体配管３を介して流入した気相の作動流体を放熱させて凝縮させるものである。本実施形態では、凝縮器４として、気相の作動流体と蒸気圧縮式の冷凍サイクルの低圧冷媒とを熱交換させる熱交換器を採用している。凝縮器４は、蒸発器２よりも上方側に配置されている。
凝縮器４の流体流出口には、液相流体配管５が接続されている。液相流体配管５は、凝縮器４にて凝縮させた液相の作動流体を蒸発器２の流体流入口２２ａへ導く流体配管である。
次に、図２〜図４を用いて、蒸発器２の詳細構成を説明する。なお、各図面における上下の各矢印は、サーモサイフォン式の冷却装置１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。また、各図面では、図示の明確化のため、組電池ＢＰを形成する一部の電池セルＢＣを二点鎖線で描いている。
蒸発器２は、複数の扁平多穴チューブ２１、液供給タンク２２、流体流出タンク２３を備えている。
複数の扁平多穴チューブ２１は、内部を流通する液相の作動流体に組電池ＢＰの有する熱を吸熱させて、作動流体を蒸発させる蒸発部を形成するものである。それぞれの扁平多穴チューブ２１は、作動流体を流通させる冷媒通路を形成する作動流体チューブである。扁平多穴チューブ２１は、伝熱性に優れる金属（本実施形態では、アルミニウム合金）で形成されている。
扁平多穴チューブ２１は、長手方向に垂直な断面形状が扁平形状に形成されている。ここで、本実施形態における扁平形状とは、互いに平行な２つの線分の端部同士を曲線あるいは直線で接続した形状であって、２つの線分同士の距離である厚み寸法が、２つの線分の延びる方向（以下、幅方向という。）の幅寸法よりも短くなっている横長形状と定義することができる。さらに、断面形状が互いに平行な２つの線分となる部位は、扁平多穴チューブ２１の裏表の平坦面（以下、扁平面という。）を形成する部位である。
扁平多穴チューブ２１には、長手方向に延びる複数の貫通穴が形成されている。これらの貫通穴は、幅方向に１列に並んで配置されている。このため、扁平多穴チューブ２１の内部は、複数の貫通穴によって作動流体を流通させる複数の流体通路に区画されている。
本実施形態の扁平多穴チューブ２１の内部は、図３に示すように、第１流体通路２１１ａ〜第５流体通路２１１ｅの５つの流体通路に区画されている。扁平多穴チューブ２１は、長手方向が上下方向となるように配置されている。このため、本実施形態の第１流体通路２１１ａ〜第５流体通路２１１ｅでは、作動流体を下方側から上方側へ向かって、並列的に流通させる。
扁平多穴チューブ２１の下方側の端部には、それぞれ第１流体通路２１１ａ〜第５流体通路２１１ｅへ作動流体を流入させる第１入口部２１２ａ〜第５入口部２１２ｅが形成されている。第１入口部２１２ａ〜第５入口部２１２ｅは、液供給タンク２２の内部で開口している。
さらに、図３に示すように、扁平多穴チューブ２１の下方側の端面は、水平面に対して傾斜している。このため、第１入口部２１２ａ〜第５入口部２１２ｅの開口位置は、上下方向に異なっている。
本実施形態では、第１入口部２１２ａ〜第５入口部２１２ｅの開口位置は、扁平多穴チューブ２１の幅方向に順に変化している。すなわち、図３に示すように、紙面右側から左側へ向かって、第１入口部２１２ａ→第２入口部２１２ｂ→第３入口部２１２ｃ→第４入口部２１２ｄ→第５入口部２１２ｅの順に開口位置が高くなっている。従って、第１入口部２１２ａは、第１入口部２１２ａ〜第５入口部２１２ｅのうち、液供給タンク２２の底面に最も近い位置で開口する底面側入口部である。
このような扁平多穴チューブ２１は、押出成形等により１つの金属部材に複数の貫通穴を形成し、その端部を長手方向に対して斜めに切断することによって製造することができる。
液供給タンク２２は、扁平多穴チューブ２１の各流体通路に対して、液相の作動流体を分配して供給する液供給部である。液供給タンク２２は、扁平多穴チューブ２１と同種の金属で、水平方向に延びる有底円筒状に形成されている。液供給タンク２２の長手方向一端部には、凝縮器４にて凝縮した液相の作動流体を流入させる流体流入口２２ａが設けられている。
液供給タンク２２の側面には、扁平多穴チューブ２１の下方側の端部が挿入されて接続される複数の挿入穴２２ｂが形成されている。液供給タンク２２の挿入穴２２ｂは、扁平多穴チューブ２１の両側の扁平面がそれぞれ同一平面上に配置されるように、液供給タンク２２の長手方向に１列に並んで形成されている。
従って、複数の扁平多穴チューブ２１は、液供給タンク２２の長手方向に１列に並んで配置されている。さらに、複数の扁平多穴チューブ２１の幅方向は、液供給タンク２２の長手方向に一致している。
また、扁平多穴チューブ２１は、図３に示すように、その最下端部が液供給タンク２２の内壁面の底面側に当接した状態で液供給タンク２２に接続されている。このため、少なくとも第１入口部２１２ａ〜第５入口部２１２ｅのうち液供給タンク２２の底面に最も近い位置で開口する第１入口部２１２ａは、液供給タンク２２の中心線ＣＬよりも下方側で開口している。
さらに、本実施形態では、少なくとも第１入口部２１２ａ〜第５入口部２１２ｅのうち液供給タンク２２の底面から最も離れた位置で開口する第５入口部２１２ｅが中心線ＣＬよりも上方側で開口するように、扁平多穴チューブ２１の下方側の端面を傾斜させている。ここで、液供給タンク２２は有底円筒状に形成されているので、液供給タンク２２の中心線ＣＬは、液供給タンク２２の上下方向中央部となる。
また、本実施形態では、複数の扁平多穴チューブ２１として同一形状のものを採用している。さらに、複数の扁平多穴チューブ２１は、下方側の端面が同一方向に傾斜するように配置されている。このため、液供給タンク２２の内部に開口する全ての入口部の開口位置は、液供給タンク２２の長手方向に向かって規則的に変化する。
より詳細には、複数の扁平多穴チューブ２１に形成された複数の流体通路のうち、予め定めた複数の流体通路を、基準流体通路群と定義する。本実施形態では、１つの扁平多穴チューブ２１に形成される第１流体通路２１１ａ〜第５流体通路２１１ｅを基準流体通路群と定義する。
さらに、基準流体通路群の液供給タンク２２の長手方向における入口部の開口位置の変化を、基準変化パターンと定義する。本実施形態では、第１入口部２１２ａ→第２入口部２１２ｂ→第３入口部２１２ｃ→第４入口部２１２ｄ→第５入口部２１２ｅの順に開口位置が高くなっているという変化を、基準変化パターンと定義する。
このように基準変化パターンを定義すると、液供給タンク２２の内部に開口する全ての入口部の開口位置は、液供給タンク２２の長手方向に向かって、基準変化パターンを繰り返して規則的に変化している。さらに、基準変化パターンは、扁平多穴チューブ２１の数量分、繰り返される。
従って、底面側入口部である第１入口部２１２ａは、扁平多穴チューブ２１の数量分、複数設けられる。さらに、隣り合う第１入口部２１２ａ同士は、一定の間隔（本実施形態では、扁平多穴チューブ２１の幅方向の配置間隔）を開けて配置されている。
流体流出タンク２３は、扁平多穴チューブ２１を流通する際に蒸発した気相の作動流体を集合させて流出させる流体流出部である。流体流出タンク２３は、扁平多穴チューブ２１と同種の金属で、水平方向に延びる有底円筒状に形成されている。流体流出タンク２３の長手方向一端部には、気相の作動流体を流出させる流体流出口２３ａが設けられている。
流体流出タンク２３は、気相の作動流体が流通する際に生じる圧力損失を低減させるために、液供給タンク２２よりも径の大きいものが採用されていることが望ましい。
流体流出タンク２３の側面には、扁平多穴チューブ２１の上端側が挿入されて接続される複数の挿入穴２３ｂが形成されている。流体流出タンク２３の挿入穴２３ｂは、扁平多穴チューブ２１の両側の扁平面がそれぞれ同一平面上に配置されるように、流体流出タンク２３の長手方向に１列に並んで形成されている。
従って、複数の扁平多穴チューブ２１は、流体流出タンク２３の長手方向に１列に並んで配置されている。さらに、複数の扁平多穴チューブ２１の幅方向は、流体流出タンク２３の長手方向に一致している。従って、液供給タンク２２の長手方向と流体流出タンク２３の長手方向も一致している。
また、本実施形態の蒸発器２は、複数の扁平多穴チューブ２１、液供給タンク２２、流体流出タンク２３等の各構成部材を、ろう付け接合にて一体化することによって製造される。
次に、蒸発器２と組電池ＢＰとの配置関係について説明する。図２に示すように、液供給タンク２２の長手方向および流体流出タンク２３の長手方向は、電池セルＢＣの積層方向と一致している。さらに、図４に示すように、組電池ＢＰの電池セルＢＣは、列毎に扁平多穴チューブ２１の扁平面の両側に配置されている。なお、図４は、蒸発器２および組電池ＢＰを、組電池ＢＰの積層方向から見た図面である。
より詳細には、組電池ＢＰは、一方の列を形成する電池セルＢＣの側面が、複数の扁平多穴チューブ２１の一方の扁平面と熱的に接続されるように配置されている。換言すると、一方の列を形成する電池セルＢＣは、一方の列を形成する電池セルＢＣの有する熱が、扁平多穴チューブ２１の一方の扁平面を介して、扁平多穴チューブ２１を流通する作動流体へ熱移動可能に配置されている。
さらに、他方の列を形成する電池セルＢＣの側面が、複数の扁平多穴チューブ２１の他方の扁平面と熱的に接続されるように配置されている。換言すると、他方の列を形成する電池セルＢＣは、他方の列を形成する電池セルＢＣの有する熱が、扁平多穴チューブ２１の他方の扁平面を介して、扁平多穴チューブ２１を流通する作動流体へ熱移動可能に配置されている。
このように、それぞれの電池セルＢＣ（すなわち、組電池ＢＰ）の有する熱が、作動流体へ熱移動可能になっていることで、複数の扁平多穴チューブ２１内では、作動流体を蒸発させることができる。従って、蒸発部は、作動流体チューブ（本実施形態では、複数の扁平多穴チューブ２１）のうち、電池セルＢＣの有する熱が作動流体へ伝達される部位によって形成されている。
さらに、電池セルＢＣと蒸発部を形成する扁平多穴チューブ２１との間には、図４に示すように、熱拡散板２４および熱伝導材２５が配置されている。
熱拡散板２４は、電池セルＢＣの熱を蒸発部の広範囲に拡散させるものである。本実施形態では、熱拡散板２４として、伝熱性に優れる金属（具体的には、アルミニウム合金）製の板状部材を採用している。熱伝導材２５は、電池セルＢＣの熱を作動流体への熱移動を促進するものである。本実施形態では、熱伝導材２５として、電気絶縁性と高い熱伝導性とを備える樹脂シートを採用している。
なお、図４では、図示の明確化のため、扁平多穴チューブ２１、熱拡散板２４、熱伝導材２５、および電池セルＢＣとの間に隙間を設けているが、実際には、扁平多穴チューブ２１と熱伝導材２５、熱拡散板２４と熱伝導材２５、電池セルＢＣと熱伝導材２５は、互いに接触している。
また、図２、図３に示すように、本実施形態の扁平多穴チューブ２１の幅方向の配置間隔は、電池セルＢＣの積層方向の幅寸法と同等に設定されている。さらに、扁平多穴チューブ２１の数は、電池セルＢＣの数と同数になっている。
このため、上述した扁平多穴チューブ２１の各入口部の開口位置の基準変化パターンは、電池セルＢＣの幅寸法毎に、扁平多穴チューブ２１の数量分、規則的に繰り返される。従って、電池セルＢＣの積層方向に垂直な水平方向から見ると、それぞれの電池セルＢＣは、第１流体通路２１１ａと重合配置されている。
次に、サーモサイフォン式の冷却装置１の作動について説明する。組電池ＢＰが充放電により自己発熱すると、蒸発部を形成する扁平多穴チューブ２１内では、液相の作動流体が組電池ＢＰの有する熱を吸熱して蒸発する。これにより、組電池ＢＰが冷却されて、組電池ＢＰの温度上昇が抑制される。
扁平多穴チューブ２１にて蒸発した気相の作動流体は、液相の作動流体との密度差によって、扁平多穴チューブ２１の各流体通路を上方側へ移動して流体流出タンク２３内に集合する。流体流出タンク２３内に集合した気相の作動流体は、流体流出口２３ａから流出し、気相流体配管３を介して凝縮器４へ流入する。
凝縮器４へ流入した気相の作動流体は、冷凍サイクルの低圧冷媒に吸熱されて冷却される。これにより、凝縮器４へ流入した作動流体が凝縮する。そして、組電池ＢＰの排熱が作動流体を介して、冷凍サイクルの冷媒に放熱される。
凝縮器４にて凝縮した液相の作動流体は、重力の作用によって下方側へ移動する。そして、液相流体配管５を介して蒸発器２の流体流入口２２ａから液供給タンク２２へ流入する。液供給タンク２２へ流入した液相の作動流体は、再び扁平多穴チューブ２１の各流体通路へ分配供給される。
以上の如く、サーモサイフォン式の冷却装置１では、圧縮機やポンプのような作動流体の輸送装置を必要とすることなく、作動流体を自然循環させて、冷却対象物である組電池ＢＰの排熱を連続的に外部に放熱することができる。すなわち、サーモサイフォン式の冷却装置１によれば、効率的かつ連続的に、組電池ＢＰの冷却を行うことができる。
ところで、上述したサーモサイフォン式の冷却装置１の作動は、液供給タンク２２内に液相の作動流体が満たされていることを前提としている。しかし、凝縮器４における作動流体の冷却が不充分となった際や、液相流体配管５や液供給タンク２２内の液相の作動流体が外部から受熱した際には、液供給タンク２２内に気相の作動流体が混入してしまうことがある。
そして、液供給タンク２２内に気相の作動流体が混入してしまうと、液供給タンク２２から全ての扁平多穴チューブ２１に液相の作動流体を均等に供給できなくなってしまう。さらに、液相の作動流体が供給されない扁平多穴チューブ２１では、作動流体を蒸発させることができなくなってしまうので、電池セルＢＣの冷却が不充分になってしまうという、ドライアウトの問題が生じる。
つまり、液供給タンク２２内に気相の作動流体が混入してしまうと、組電池ＢＰ全体を均等に冷却できなくなってしまい、組電池ＢＰの性能が低下してしまうおそれがある。
これに対して、本実施形態の蒸発器２では、扁平多穴チューブ２１に形成された第１流体通路２１１ａ〜第５流体通路２１１ｅの第１入口部２１２ａ〜第５入口部２１２ｅの開口位置が上下方向に異なっている。このため、液供給タンク２２内の液相の作動流体は、気相の作動流体が混入していたとしても、第１流体通路２１１ａ〜第５流体通路２１１ｅのうち、より下方側で入口部が開口する流体通路へ供給されやすくなる。
すなわち、液供給タンク２２内の液相の作動流体は、底面側入口部となる第１入口部２１２ａを有する第１流体通路２１１ａへ供給されやすくなる。
さらに、本実施形態の蒸発器２では、複数の扁平多穴チューブ２１を液供給タンク２２の長手方向に並べて配置しているので、第１流体通路２１１ａを液供給タンク２２の長手方向に一定の間隔を開けて配置することができる。換言すると、液相の作動流体が供給されやすい流体通路を、蒸発部を形成する作動流体チューブに一定の間隔を開けて配置することができる。
従って、液供給タンク２２から蒸発部の全域に液相の作動流体を均等に分配することができる。その結果、液供給タンク２２内に気相の作動流体が混入したとしても、蒸発部の全域で作動流体の蒸発潜熱によって、組電池ＢＰ全体を均等に冷却することができる。
さらに、扁平多穴チューブ２１の幅方向の配置間隔と電池セルＢＣの積層方向の幅寸法とを同等に設定して、電池セルＢＣの積層方向に垂直な水平方向から見たときに、それぞれの電池セルＢＣと第１流体通路２１１ａが重合配置している。従って、いずれの電池セルＢＣについても、第１流体通路２１１ａへ流入した液相の作動流体の蒸発潜熱によって冷却することができる。その結果、組電池ＢＰ全体としての性能が低下してしまうことを抑制することができる。
また、本実施形態の蒸発器２では、作動流体チューブとして複数の扁平多穴チューブ２１を採用している。さらに、扁平多穴チューブ２１の下方側の端面を、水平面に対して傾斜させている。従って、作動流体チューブの内部を容易に複数の流体通路に区画することができる。さらに、それぞれの流体通路の入口部の開口位置を容易に上下方向に異なる位置とすることができる。
これに加えて、扁平多穴チューブ２１は、押出成形等によって形成された長尺の金属部材の端部を長手方向に対して斜めに切断することによって製造することができる。従って、切断された残りの金属部材から、切断面を端面とした扁平多穴チューブ２１を切り出すことができる。その結果、扁平多穴チューブ２１の原材料を無駄にすることなく、扁平多穴チューブ２１を製造する際の歩留まり率を向上させることができる。
また、本実施形態の蒸発器２では、扁平多穴チューブ２１の最下端部を、液供給タンク２２の内壁面に当接させている。これによれば、液供給タンク２２の内部における扁平多穴チューブ２１の位置決めを容易に行うことができる。つまり、各扁平多穴チューブ２１における底面側入口部となる第１入口部２１２ａの上下方向の位置合わせを容易に行うことができる。
また、本実施形態の蒸発器２では、少なくとも第１入口部２１２ａを、液供給タンク２２の中心線ＣＬよりも下方側で開口させ、少なくとも第５入口部２１２ｅを、液供給タンク２２の中心線ＣＬよりも上方側で開口させている。
これによれば、第１入口部２１２ａの開口位置と第５入口部２１２ｅの開口位置との高さ方向の距離を確保しやすい。従って、電気自動車の加減速や車体の傾斜によって、液供給タンク２２の中心線ＣＬや液供給タンク２２内の液面が水平方向から傾いたとしても、一部の第１流体通路２１１ａに液相の作動流体が偏って供給されてしまうことを抑制しやすい。
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図５に示すように、扁平多穴チューブ２１の各流体通路の入口部の開口位置の変化のパターン（すなわち、基準変化パターン）を変更した例を説明する。なお、図５は、第１実施形態で説明した図３に対応する図面である。図５では、第１実施形態と同一もしくは均等の部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。
具体的には、本実施形態では、第１入口部２１２ａ、第２入口部２１２ｂ、第４入口部２１２ｄ、第５入口部２１２ｅが同じ高さで、液供給タンク２２の中心線ＣＬよりも下方側で開口している。また、第３入口部２１２ｃが液供給タンク２２の中心線ＣＬよりも上方側で開口している。従って、本実施形態では、第１入口部２１２ａ、第２入口部２１２ｂ、第４入口部２１２ｄ、第５入口部２１２ｅが底面側入口部である。
その他の蒸発器２およびサーモサイフォン式の冷却装置１の構成および作動は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の蒸発器２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。
より詳細には、本実施形態では、全ての底面側入口部が一定の間隔を開けて規則的に配置されていないものの、各扁平多穴チューブ２１に少なくとも１つ以上の底面側入口部が設けられている。これによれば、液供給タンク２２から各扁平多穴チューブ２１に液相の作動流体を分配することができる。
また、別の表現を用いると、本実施形態では、一部の底面側入口部（例えば、第５入口部２１２ｅ）に着眼すると、当該一部の底面側入口部は蒸発部の全域に亘って一定の間隔を開けて配置されている。従って、液供給タンク２２から蒸発部の全域に液相の作動流体を分配することができる。
その結果、本実施形態の蒸発器２においても、第１実施形態と同様に、液供給タンク２２内に気相の作動流体が混入したとしても、蒸発部の全域で作動流体の蒸発潜熱によって、組電池ＢＰ全体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６、図７に示すように、蒸発器２の構成を変更した例を説明する。
具体的には、本実施形態の蒸発器２は、作動流体チューブとして一枚の板状に形成された扁平多穴チューブ２６を備えている。扁平多穴チューブ２６には、上下方向に延びる複数の貫通穴が形成されている。複数の貫通穴は、板面（すなわち、扁平面）に沿って、１列に並んで配置されている。従って、扁平多穴チューブ２６の内部は、第１実施形態と同様に、複数の貫通穴によって複数の流体通路に区画されている。
このような扁平多穴チューブ２６は、第１実施形態で説明した扁平多穴チューブ２１と同様に、押出成形等により製造することができる。
また、本実施形態の液供給タンク２２の側面には、扁平多穴チューブ２６の下方側の端部が挿入されて接続される１つの挿入穴２２ｂが形成されている。液供給タンク２２の挿入穴２２ｂは、液供給タンク２２の長手方向に延びる扁平形状に形成されている。同様に、流体流出タンク２３の側面には、扁平多穴チューブ２６の上方側の端部が挿入されて接続される１つの扁平形状の挿入穴２３ｂが形成されている。
さらに、図７に示すように、扁平多穴チューブ２６の下方側の端面は、水平方向から見たときに、下方側に尖った尖頭部２６ａが複数箇所に形成されるように傾斜している。
より詳細には、本実施形態では、予め定めた本数（本実施形態では、１２本）の流体通路を基準流体通路群とした時に、基準流体通路群の各入口部は、液供給タンク２２の長手方向に向かって前半の半数の開口位置が順に低くなり、後半の半数の開口位置が順に高くなるという基準変化パターンで変化している。つまり、基準流体通路群のうち、液供給タンク２２の長手方向中央部に尖頭部２６ａが形成されている。
そして、液供給タンク２２の内部に開口する扁平多穴チューブ２６の全ての入口部の開口位置は、液供給タンク２２の長手方向に向かって、基準変化パターンを繰り返して規則的に変化している。
扁平多穴チューブ２６は、尖頭部２６ａが液供給タンク２２の内へ内壁面に当接した状態で接続されている。従って、本実施形態では、尖頭部２６ａと重合あるいは隣接する入口部が底面側入口部２１２ｆとなる。そして、底面側入口部２１２ｆは、第２実施形態と同様に、各電池セルＢＣを均等に冷却可能に配置されている。
また、本実施形態の流体流出タンク２３は、流体流出口２３ａの形成された長手方向一端側に向かって高さ方向の寸法が拡大している。つまり、本実施形態の流体流出タンク２３では、長手方向一端側に向かうに伴って、長手方向に垂直な通路断面積が拡大している。
その他の蒸発器２およびサーモサイフォン式の冷却装置１の構成および作動は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の蒸発器２においても、第２実施形態と同様に、液供給タンク２２内に気相の作動流体が混入したとしても、蒸発部の全域で作動流体の蒸発潜熱によって、組電池ＢＰ全体を均等に冷却することができる。
また、本実施形態では、図６に示すように、流体流出タンク２３として、流体流出口２３ａの形成された長手方向一端側に向かうに伴って通路断面積を拡大させたものを採用している。これによれば、気相の作動流体が流体流出タンク２３を流通する際の圧力損失を低減させることができ、作動流体を自然循環させやすい。
（第４実施形態）
本実施形態では、第３実施形態に対して、図８に示すように、扁平多穴チューブ２６の各流体通路の入口部の開口位置の変化のパターン（すなわち、基準変化パターン）を変更した例を説明する。
具体的には、本実施形態の基準変化パターンでは、第２実施形態と同様に、入口部として、液供給タンク２２の中心線ＣＬよりも下方側で同じ高さで開口するものと、液供給タンク２２の中心線ＣＬよりも上方側で同じ高さで開口するものとの２種類を設けた基準変化パターンを採用している。
その他の蒸発器２およびサーモサイフォン式の冷却装置１の構成および作動は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の蒸発器２においても、第３実施形態と同様に、液供給タンク２２内に気相の作動流体が混入したとしても、蒸発部の全域で作動流体の蒸発潜熱によって、組電池ＢＰ全体を均等に冷却することができる。
（第５実施形態）
本実施形態では、図９に示すように、板面に凹凸が形成され一対の第１プレート部材２７１、および第２プレート部材２７２を貼り合わせることによって形成された蒸発器２０について説明する。
第１プレート部材２７１の下方側には、第２プレート部材２７２から離れる側に凹んだ第１液供給形成部２７１ａが形成されている。第１液供給形成部２７１ａは、水平方向に延びる形状に形成されている。第１プレート部材２７１の上方側には、第２プレート部材２７２から離れる側に凹んだ第１流体流出形成部２７１ｂが形成されている。第１流体流出形成部２７１ｂは、水平方向に延びる形状に形成されている。
第１プレート部材２７１の上下方向中央部であって、第１液供給形成部２７１ａと第１流体流出形成部２７１ｂとの間には、第２プレート部材２７２から離れる側に凹んだ複数の第１チューブ形成部２７１ｃが形成されている。それぞれの第１チューブ形成部２７１ｃは、第１液供給形成部２７１ａと第１流体流出形成部２７１ｂとを接続するように上下方向に延びる形状に凹んでいる。それぞれの第１チューブ形成部２７１ｃは、水平方向に等間隔に配置されている。
一方、第２プレート部材２７２の下方側であって、第１液供給形成部２７１ａと水平方向に重合する位置には、第１プレート部材２７１から離れる側に凹んだ第２液供給形成部２７２ａが形成されている。第２プレート部材２７２の上方側であって、第１流体流出形成部２７１ｂと水平方向に重合する位置には、第１プレート部材２７１から離れる側に凹んだ第２流体流出形成部２７２ｂが形成されている。
第２プレート部材２７２の上下方向中央部であって、第２液供給形成部２７２ａと第２流体流出形成部２７２ｂとの間には、第１プレート部材２７１の複数の第１チューブ形成部２７１ｃの形成された部位が貼り合わされる平坦面部２７２ｃが形成されている。
また、第２プレート部材２７２の第２液供給形成部２７２ａの長手方向他端側には、凝縮器４にて凝縮した液相の作動流体を流入させる流体流入口２２ａが設けられている。第２プレート部材２７２の第２流体流出形成部２７２ｂの長手方向一端側には、気相の作動流体を流出させる流体流出口２３ａが設けられている。
従って、第１プレート部材２７１と第２プレート部材２７２とを貼り合わせると、第１液供給形成部２７１ａと第２液供給形成部２７２ａとによって、第１実施形態で説明した液供給タンク２２に対応する構成としての液供給タンク部２２１が形成される。液供給タンク部２２１は、断面長方形状の有底筒状に形成されている。
また、第１流体流出形成部２７１ｂと第２流体流出形成部２７２ｂとによって、第１実施形態で説明した流体流出タンク２３に対応する構成としての流体流出タンク部２３１が形成される。流体流出タンク部２３１は、長手方向一端側に向かうに伴って、長手方向に垂直な通路断面積が拡大している。
また、第１チューブ形成部２７１ｃと平坦面部２７２ｃによって、下方側から上方側へ向かって作動流体を流通させるプレートチューブ２１１が形成される。さらに、本実施形態では、第１チューブ形成部２７１ｃの内部に、第１チューブ形成部２７１ｃ内を複数の流体通路に区画するためのサブチューブ２７３が配置されている。従って、本実施形態の作動流体チューブは、プレートチューブ２１１とサブチューブ２７３とを有している。
サブチューブ２７３は、複数の貫通穴が形成された扁平多穴チューブである。サブチューブ２７３の内部は、図１０に示すように、第１流体通路２１１ｇ〜第３流体通路２１１ｉの３つの流体通路に区画されている。なお、図１０では、図示の明確化のため、第１プレート部材２７１と第２プレート部材２７２とを貼り合わせる際の接合面を網掛けハッチングで示している。このことは、後述する図１１、図１２でも同様である。
サブチューブ２７３の幅寸法は、第１チューブ形成部２７１ｃの幅寸法よりも小さく設定されている。このため、サブチューブ２７３の幅方向の両側と第１チューブ形成部２７１ｃの内壁面との隙間には、第４流体通路２１１ｊおよび第５流体通路２１１ｋが形成される。
サブチューブ２７３の下端部は、液供給タンク部２２１の内部に延びている。このため、第１流体通路２１１ｇ〜第３流体通路２１１ｉの下端部に開口する第１入口部２１２ｇ〜第３入口部２１２ｉは、液供給タンク部２２１の内部で開口している。そして、第１入口部２１２ｇ〜第３入口部２１２ｉは、第４流体通路２１１ｊおよび第５流体通路２１１ｋの下端部に開口する第４入口部２１２ｊおよび第５入口部２１２ｋよりも下方側で開口している。
より詳細には、第１入口部２１２ｇ〜第３入口部２１２ｉは、液供給タンク部２２１の上下方向中央部よりも下方側で、互いに同じ高さで開口している。従って、本実施形態では、第１入口部２１２ｇ〜第３入口部２１２ｉが底面側入口部となる。
その他のサーモサイフォン式の冷却装置１の構成および作動は、第１実施形態と同様である。上記の如く、蒸発器２０は、第１実施形態で説明した蒸発器２と実質的に同様の構成を有している。従って、本実施形態の蒸発器２０においても、第１実施形態と同様に、液供給タンク部２２１内に気相の作動流体が混入したとしても、蒸発部の全域で作動流体の蒸発潜熱によって、組電池ＢＰ全体を均等に冷却することができる。
さらに、本実施形態の変形例として、図１１に示すように、第１実施形態と同様に、サブチューブ２７３の下端部に開口する第１入口部２１２ｇ〜第３入口部２１２ｉの開口位置を上下方向に変化させてもよい。
また、第４流体通路２１１ｊ、第５流体通路２１１ｋのいずれか一方を設けるようにしてもよい。
また、サブチューブ２７３の幅寸法と第１チューブ形成部２７１ｃの幅寸法が同等に設定されている場合には、第４流体通路２１１ｊ、第５流体通路２１１ｋが形成されない。この場合は、図１２に示すように、第１入口部２１２ｇ〜第３入口部２１２ｉの開口位置を上下方向に変化させて、いずれか（本実施形態では、第１入口部２１２ｇ）を底面側入口部とすることで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第６実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図１３、図１４に示すように、液供給タンク２２内に整流板２８を配置した例を説明する。整流板２８は、車両が傾斜した場合等に、液供給タンク２２内の高い位置に気相の作動流体が集中してしまうことを抑制する板状部材である。つまり、整流板２８は、車両が傾斜した場合等に、作動流体が液供給タンク２２の内部を移動してしまうことを抑制する機能を有している。
整流板２８は、液供給タンク２２と同種の金属で、液供給タンク２２の内壁面の上方側にろう付けにて接合されている。整流板２８は、図１３に示すように、隣り合う扁平多穴チューブ２１同士の間に配置されている。従って、整流板２８の厚みは、隣り合う扁平多穴チューブ２１同士の間隔よりも薄い。
整流板２８は、図１４に示すように、液供給タンク２２の長手方向から見たときに、半円形状に形成されている。このため、整流板２８は、液供給タンク２２の上方側の半分を閉塞している。
その他の蒸発器２およびサーモサイフォン式の冷却装置１の構成および作動は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の蒸発器２においても、第１実施形態と同様に、液供給タンク２２内に気相の作動流体が混入したとしても、蒸発部の全域で作動流体の蒸発潜熱によって、組電池ＢＰ全体を均等に冷却することができる。
さらに、本実施形態の蒸発器２では、整流板２８が配置されているので、電気自動車の加減速や車体の傾斜によって、液供給タンク２２の中心線ＣＬや液供給タンク２２内の液面が水平方向から傾いたとしても、液相の作動流体が液供給タンク２２の内部を移動してしまうことが抑制される。
従って、液供給タンク２２の中心線ＣＬや液供給タンク２２内の液面が水平方向から傾いた際に、一部の第１流体通路２１１ａに液相の作動流体が供給されなくなってしまうことを抑制することができる。これにより、組電池ＢＰ全体を、均等に冷却することができる。さらに、整流板２８によれば、液供給タンク２２内で液相の作動流体が気相の作動流体と混ざって移動する際に生じる異音の発生を抑制することができる。
（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。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
（１）上述の実施形態では、蒸発器２、２０の冷却対象物を組電池ＢＰとした例を説明したが、冷却対象物は組電池ＢＰに限定されない。本実施形態の蒸発器２、２０を備えるサーモサイフォン式の冷却装置１は、全体が均等に冷却されることが望ましい冷却対象物を冷却するために用いて好適である。
また、冷却対象物としての組電池ＢＰは、電気自動車に搭載されるものに限定されない。例えば、走行用の駆動力を内燃機関（エンジン）および走行用電動モータから得るハイブリッド車両等に搭載されるものであってもよい。また、組電池ＢＰには、電気的に並列に接続された電池セルＢＣが含まれていてもよい。
また、上述の実施形態では、電池セルＢＣを２列に積層し、蒸発器２の蒸発部の両側に１列ずつ配置した例を説明したが、電池セルＢＣおよび蒸発器２の配置態様はこれに限定されない。電池セルＢＣが積層される列数は２列に限定されないし、蒸発器２の数量も１つに限定されない。
例えば、電池セルＢＣを１列に積層し、蒸発器２、２０の蒸発部の一方の面に熱的に接続されるように配置してもよい。さらに、電池セルＢＣを４列に積層し、２つの蒸発器２、２０の蒸発部の両側に１列ずつ配置してもよい。この場合は、サーモサイフォン式の冷却装置１において、２つの蒸発器２を作動流体流れに対して並列的に接続すればよい。
（２）蒸発器２、２０を構成する各構成部は、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、蒸発器２の液供給タンク２２は、断面円形状に形成されたものに限定されず、第５実施形態で説明した蒸発器２０の液供給タンク部２２１のように、断面多角形状に形成されたものであってもよい。このことは、流体流出タンク２３についても同様である。
断面多角形状の液供給タンク２２では、断面の重心点を結んだ線を、上限方向中央部と定義してもよい。また、断面形状が変化する液供給タンク２２の上下方向中央部については、水平方向から見たときに液供給タンク２２の内部空間の上下方向の中心部を結んだ線と定義してもよい。
熱拡散板２４は、他の金属（例えば、銅）製のものを採用してもよい。さらに、金属に限定されることなく、伝熱性に優れる炭素材料（例えば、炭素繊維、カーボンナノチューブ）で形成されていてもよい。熱伝導材２５は、グリス状のものを採用してもよい。さらに、蒸発器２と組電池ＢＰとの間の電気絶縁性が確保できれば、熱伝導材２５を廃止して、蒸発器２と組電池ＢＰとを直接接触させてもよい。
第５実施形態では、サブチューブ２７３として、押出成形等により製造される扁平多穴チューブを採用した例を説明したが、サブチューブはこれに限定されない。例えば、板状部材を折り曲げて接合することによって製造される電縫管を採用してもよい。もちろん、第１チューブ形成部２７１ｃの幅方向より細い単孔の管を単数あるいは複数配置することによって、サブチューブを形成してもよい。
さらに、第５実施形態では、全ての第１チューブ形成部２７１ｃの内部に、サブチューブ２７３を配置した例を説明したが、サブチューブ２７３の配置はこれに限定されない。冷却対象物の全体を均等に冷却することができれば、例えば、図１５に示すように、サブチューブ２７３が配置されない第１チューブ形成部２７１ｃが設けられていてもよい。
この場合は、サブチューブ２７３が配置される第１チューブ形成部２７１とサブチューブ２７３が配置されない第１チューブ形成部２７１ｃとを交互に配置する等、サブチューブ２７３が配置される第１チューブ形成部２７１とサブチューブ２７３が配置されない第１チューブ形成部２７１ｃが、液供給タンク部２２１の長手方向に規則的に配置されていることが望ましい。
第６実施形態では、液供給タンク２２の長手方向から見たときに、半円形状に形成された整流板２８を採用した例を説明したが、整流板２８の形状はこれに限定されない。液供給タンク２２の内壁面に接合可能であれば、矩形状に形成されていてもよい。さらに、液相の作動流体が液供給タンク２２の内部を移動することを抑制可能であれば、液供給タンク２２のいずれの一部の部位を閉塞するように配置されていてもよい。
（３）サーモサイフォン式の冷却装置１を構成する各構成機器は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。
凝縮器４は、気相の作動流体を凝縮させることができるものであれば、上述の実施形態に開示された熱交換器に限定されることなく、種々の形式のものを採用することができる。例えば、凝縮器４として、気相の作動流体と外気やＬＬＣ（冷却水）とを熱交換させる熱交換器を採用してもよい。
さらに、凝縮器４として、気相の作動流体をペルチェ素子等によって発生させた冷熱で冷却する冷却装置を採用してもよい。凝縮器４は、複数設けられており、作動流体の流れに対して互いに並列的あるいは直列的に接続されていてもよい。
また、第１実施形態で説明したサーモサイフォン式の冷却装置１において、蒸発器２以外を１つの作動流体配管で形成してもよい。つまり、作動流体配管のうち作動流体を冷却して凝縮させる部位を凝縮器としての機能を果たす凝縮部とし、凝縮部の作動流体流れ上流側の部位を気相流体配管３とし、凝縮部の作動流体流れ下流側の部位を液相流体配管５としてもよい。
また、上述の実施形態では、作動流体として、Ｒ１３４ａを採用した例を説明したが、作動流体はこれに限定されない。作動流体として、別のフロン系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）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、二酸化炭素、アルコール等の熱媒体を採用してもよい。
２、２０ 蒸発器
２１、２６、２１１ 扁平多穴チューブ、プレートチューブ（作動流体チューブ）
２１１ａ…２１１ｅ 流体通路
２１２ａ…２１２ｅ 入口部

Claims (5)

  1. サーモサイフォン式の冷却装置（１）に適用される蒸発器であって、
    作動流体を流通させる作動流体チューブ（２１、２６、２１１）と、
    前記作動流体チューブの下方側の端部に接続されて、前記作動流体チューブに液相の前記作動流体を供給する液供給部（２２、２２１）と、を備え、
    前記作動流体チューブは、内部を流通する液相の前記作動流体に冷却対象物（ＢＰ）の有する熱を吸熱させて、前記作動流体を蒸発させる蒸発部を形成しており、
    前記作動流体チューブの内部は、下方側から上方側へ向かって前記作動流体を流通させる複数の流体通路（２１１ａ…２１１ｋ）に区画されており、
    前記複数の流体通路の入口部（２１２ａ…２１２ｋ）の少なくとも一部は、前記液供給部の内部で開口しているとともに、それぞれの開口位置が互いに上下方向に異なっており、
    前記作動流体チューブは、板面に凹凸が形成された一対のプレート部材を貼り合わせることによって形成されたプレートチューブ（２１１）、および前記プレートチューブの内部に配置されて前記流体通路を形成するサブチューブ（２７３）を有している蒸発器。
  2. 前記入口部のうち、前記液供給部の底面に最も近い位置で開口する入口部を底面側入口部と定義したときに、
    前記底面側入口部は、複数設けられており、
    複数の前記底面側入口部は、互いに間隔を開けて配置されている請求項１に記載の蒸発器。
  3. 前記冷却対象物は、複数の電池セル（ＢＣ）を積層して形成された組電池（ＢＰ）であり、
    前記複数の電池セルの積層方向に垂直な水平方向から見たときに、それぞれの電池セルは前記底面側入口部を有する流体通路の少なくとも１つと重合配置されている請求項２に記載の蒸発器。
  4. 前記複数の流体通路の入口部の少なくとも１つは、前記液供給部の上下方向中央部よりも下方側で開口しており、
    前記複数の流体通路の入口部の別の少なくとも１つは、前記液供給部の上下方向中央部よりも上方側で開口している請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸発器。
  5. 前記液供給部の内部には、前記作動流体が前記液供給部の内部を移動することを抑制する板状部材（２８）が配置されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の蒸発器。
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