(57)【要約】【課題】効率的な熱交換を促すことのできる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器は、熱媒体Ｒが流通する複数の流路１７が形成された流通部１９を備える。複数の流路１７は、熱媒体Ｒの流れ方向に沿うＹ軸方向の正方向に進むことに従って、搭載部に直交するＺ軸方向の両端部側において、Ｘ軸方向の流路幅が変化する第１流路３１及び第２流路３２を備える。第１流路３１の第１端部側の流路幅は、Ｙ軸方向の正方向に進むことに従って減少傾向に変化し、第１流路３１の第２端部側の流路幅は、Ｙ軸方向の正方向に進むことに従って増大傾向に変化する。第２流路３２の第１端部側の流路幅は、Ｙ軸方向の正方向に進むことに従って増大傾向に変化し、第２流路３２の第２端部側の流路幅は、Ｙ軸方向の正方向に進むことに従って減少傾向に変化する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被熱交換体を搭載する搭載部と、
熱媒体が流通する複数の流路が形成された流通部と、
を備える熱交換器であって、
前記複数の流路は、前記熱媒体の流れ方向に沿う第１方向に進むことに従って、前記搭載部に直交する第２方向の第１端部側及び第２端部側において、前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向の流路幅が変化する第１流路を備え、
前記第１流路の前記第１端部側の前記流路幅は、前記第１方向に進むことに従って減少傾向に変化し、
前記第１流路の前記第２端部側の前記流路幅は、前記第１方向に進むことに従って増大傾向に変化する、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記複数の流路は、前記第３方向において前記第１流路に隣接するとともに、前記第１方向に進むことに従って、前記第２方向の前記第１端部側及び前記第２端部側において、前記第３方向の流路幅が変化する第２流路を備え、
前記第２流路の前記第１端部側の前記流路幅は、前記第１方向に進むことに従って増大傾向に変化し、
前記第２流路の前記第２端部側の前記流路幅は、前記第１方向に進むことに従って減少傾向に変化する、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記複数の流路の各々における前記第１方向の上流側の断面積及び下流側の断面積は同一に形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記流通部は、前記第１方向に並んで配置される複数の流路列を備え、
前記複数の流路列の各々は、前記複数の流路が前記第３方向に並んで配置されて構成され、
前記複数の流路列のうちで、互いに隣接する上流側流路及び下流側流路は、前記第３方向にずれて配置されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記複数の流路列のうちで、互いに隣接する前記上流側流路及び前記下流側流路は、１よりも大きい任意の自然数Ｎにより前記第３方向に１／Ｎピッチずれるとともに、相互の少なくとも一部同士が一体に接続するように配置されている、
ことを特徴とする請求項４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、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷媒流路内に伝熱用のフィンを備える熱交換器が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。これらの熱交換器のフィンは、冷媒の流れ方向と平行に設けられる板状部材によって形成されている。これらのフィンにおいて、冷媒の流れ方向に直交する断面の形状は、矩形の波形状に形成されている。これらのフィンは、いわゆるオフセットフィンであって、冷媒の流れ方向で隣接する波形状部分同士は、冷媒の流れ方向に直交する方向でオフセットしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平４−０１８２３２号公報
【特許文献２】特許第５３８７４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したような熱交換器において、冷媒はフィンを形成する板状部材と平行な方向に沿って流れるので、フィンの高さ方向における冷媒の移動は抑制されている。このため、熱源（つまり被熱交換体）に対する放熱面がフィンの高さ方向の端部（例えば、基端部又は先端部）に設けられる場合、放熱面に近い側を流れる冷媒の温度は相対的に高く維持され易く、放熱面から遠い側を流れる冷媒の温度は相対的に低く維持され易くなっている。このように流路内の位置に依存する冷媒の温度分布の均一化が促されずに、温度差の大きい状態が維持されていると、熱交換率を向上させることができないという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、効率的な熱交換を促すことのできる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】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る熱交換器は、被熱交換体（例えば、実施形態での被熱交換体Ｐ）を搭載する搭載部（例えば、実施形態での搭載部１５）と、熱媒体（例えば、実施形態での熱媒体Ｒ）が流通する複数の流路（例えば、実施形態での複数の流路１７）が形成された流通部（例えば、実施形態での流通部１９）と、を備える熱交換器（例えば、実施形態での熱交換器１０）であって、前記複数の流路は、前記熱媒体の流れ方向に沿う第１方向（例えば、実施形態でのＹ軸方向の正方向）に進むことに従って、前記搭載部に直交する第２方向（例えば、実施形態でのＺ軸方向）の第１端部側及び第２端部側において、前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向（例えば、実施形態でのＸ軸方向）の流路幅が変化する第１流路（例えば、実施形態での第１流路３１）を備え、前記第１流路の前記第１端部（例えば、実施形態での第１端部３１ａ）側の前記流路幅は、前記第１方向に進むことに従って減少傾向に変化し、前記第１流路の前記第２端部（例えば、実施形態での第２端部３１ｂ）側の前記流路幅は、前記第１方向に進むことに従って増大傾向に変化する。
【０００７】
（２）上記（１）に記載の熱交換器では、前記複数の流路は、前記第３方向において前記第１流路に隣接するとともに、前記第１方向に進むことに従って、前記第２方向の前記第１端部側及び前記第２端部側において、前記第３方向の流路幅が変化する第２流路（例えば、実施形態での第２流路３２）を備え、前記第２流路の前記第１端部（例えば、実施形態での第１端部３２ａ）側の前記流路幅は、前記第１方向に進むことに従って増大傾向に変化し、前記第２流路の前記第２端部（例えば、実施形態での第２端部３２ｂ）側の前記流路幅は、前記第１方向に進むことに従って減少傾向に変化してもよい。
【０００８】
（３）上記（１）又は（２）に記載の熱交換器では、前記複数の流路の各々における前記第１方向の上流側の断面積及び下流側の断面積は同一に形成されてもよい。
【０００９】
（４）上記（１）から（３）の何れか１つに記載の熱交換器では、前記流通部は、前記第１方向に並んで配置される複数の流路列（例えば、実施形態での流路列４０）を備え、前記複数の流路列の各々は、前記複数の流路が前記第３方向に並んで配置されて構成され、前記複数の流路列のうちで、互いに隣接する上流側流路及び下流側流路（例えば、実施形態での上流側の第１流路３１及び下流側の第１流路３１、上流側の第２流路３２及び下流側の第２流路３２）は、前記第３方向にずれて配置されてもよい。
【００１０】
（５）上記（４）に記載の熱交換器では、前記複数の流路列のうちで、互いに隣接する前記上流側流路及び前記下流側流路は、１よりも大きい任意の自然数Ｎにより前記第３方向に１／Ｎピッチずれるとともに、相互の少なくとも一部同士が一体に接続するように配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記（１）によれば、第１流路を第１方向に流れる熱媒体は、第２方向の第１端部側における流路幅の減少及び第２端部側における流路幅の増大に伴い、第２方向の第１端部側から第２端部側へ流れるように導かれる。これにより、被熱交換体に近い側を流れる熱媒体と、被熱交換体から遠い側を流れる熱媒体とを、混ぜ合わせるように攪拌することができる。被熱交換体に近い側を流れる熱媒体と被熱交換体から遠い側を流れる熱媒体との混ぜ合わせが無い状態では温度差が大きくなる場合であっても、熱媒体を攪拌して、温度分布の均一化を促すことにより、効率的に熱交換を行うことができる。
【００１２】
上記（２）の場合、第１流路に隣接する第２流路においては、第１流路とは逆の作用によって熱媒体を撹拌することができる。つまり、第２流路を第１方向に流れる熱媒体は、第２方向の第１端部側における流路幅の増大及び第２端部側における流路幅の減少に伴い、第２方向の第２端部側から第１端部側へ流れるように導かれる。これにより、被熱交換体に近い側を流れる熱媒体と、被熱交換体から遠い側を流れる熱媒体とを、混ぜ合わせるように攪拌することができる。
第１流路及び第２流路において相互に逆の作用で熱媒体を攪拌することにより、より一層、温度分布の均一化を促し、熱交換効率を向上させることができる。
【００１３】
上記（３）の場合、熱媒体の流れ方向において流路の断面積は一定に形成されているので、流路の一部で過大な圧力増大又は圧力低下が生じることを抑制することができる。
上記（４）の場合、同一形状の上流側流路及び下流側流路が第３方向にずれていない場合に比べて、熱交換効率を向上させることができる。
上記（５）の場合、一枚の板材に対するプレス加工、例えば切り曲げ加工等によって複数の流路を形成することができ、複数の流路を分離させずに一体に接続するように形成することができ、製造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る熱交換器の構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱交換器の流路形成部材を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱交換器の流路形成部材の一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱交換器の流路形成部材をＺ軸方向に対する斜め方向から見た斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る熱交換器の流路形成部材をＹ軸方向から見た図である。
【図６】本発明の実施形態に係る熱交換器の流路形成部材をＺ軸方向から見た図である。
【図７】図６に示すＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、及びＦ−Ｆ線の各位置でＸ−Ｚ平面により切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の熱交換器の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態における熱交換器１０の構成を模式的に示す分解斜視図である。図２は、本発明の実施形態における熱交換器１０の流路形成部材２１を示す斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る熱交換器１０の流路形成部材２１の一部を拡大して示す斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係る熱交換器１０の流路形成部材２１をＺ軸方向に対する斜め方向から見た斜視図である。図５は、本発明の実施形態に係る熱交換器１０の流路形成部材２１をＹ軸方向から見た図である。図６は、本発明の実施形態に係る熱交換器１０の流路形成部材２１をＺ軸方向から見た図である。図７は、図６に示すＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、及びＦ−Ｆ線の各位置でＸ−Ｚ平面により切断した断面図である。なお、以下において、３次元空間で互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各軸方向は、各軸に平行な方向である。
【００１７】
図１に示すように、熱交換器１０は、放熱ケース１１と、放熱ケース１１に装着される放熱プレート１３と、を備えている。
放熱ケース１１の外形は、例えば、矩形箱型に形成されている。放熱プレート１３は、放熱ケース１１の内部を液密に封止するように放熱ケース１１の開口端を閉塞している。放熱プレート１３には、熱媒体（例えば、冷媒）Ｒの供給口１３ａ及び排出口１３ｂが形成されている。供給口１３ａ及び排出口１３ｂは、例えば、放熱プレート１３の４つの隅部のうちで隣り合わない２つの隅部に形成されている。供給口１３ａから放熱ケース１１の内部に流入した熱媒体Ｒは、放熱ケース１１の内部を流通した後に、排出口１３ｂから放熱ケース１１の外部に流出する。
【００１８】
放熱ケース１１の外面（例えば、底部１１ａの外面）は、被熱交換体（例えば、熱源）Ｐを搭載する搭載部（例えば、搭載面）１５を備えている。放熱ケース１１は、熱媒体Ｒが流通する複数の流路１７が形成された流通部１９を内部に備えている。
例えば、放熱ケース１１の厚さ方向は、搭載部１５に直交する方向であって、Ｚ軸方向と平行である。流通部１９におけるＺ軸方向の正方向は、搭載部１５の被熱交換体Ｐから離れる方向である。放熱ケース１１の内部における熱媒体Ｒの流れ方向は、搭載部１５と平行な方向であって、Ｙ軸方向と平行である。流通部１９におけるＹ軸方向の正方向は、熱媒体Ｒの流れ方向に沿う方向である。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に直交している。
【００１９】
図２、図３、図４、及び図５に示すように、流通部１９は、複数の流路１７を形成する流路形成部材２１を備えている。熱媒体Ｒの流れ方向に直交する断面（つまり、Ｚ−Ｘ平面）における流路形成部材２１の外形は、例えば、台形波状に形成されている。流路形成部材２１は、一枚の板材に対するプレス加工、例えば切り曲げ加工等によって形成されている。流路形成部材２１は、第１底部２３と、第２底部２５と、第１底部２３と第２底部２５とを接続する第１壁部２７及び第２壁部２９と、を備える。
【００２０】
第１底部２３及び第２底部２５の外形は、例えば、同一の等脚台形板状に形成されている。第１底部２３及び第２底部２５の等脚台形における対称軸は、Ｙ軸方向つまり熱媒体Ｒの流れ方向に平行である。第１底部２３及び第２底部２５の等脚台形において、熱媒体Ｒの流れ方向における下流側の上底は、熱媒体Ｒの流れ方向における上流側の下底よりも短く形成されている。つまり第１底部２３及び第２底部２５の各々のＸ軸方向の幅は、熱媒体Ｒの流れ方向に沿うＹ軸方向の正方向に進むことに従って、減少傾向に変化している。
第１壁部２７及び第２壁部２９の外形は、例えば、第１底部２３及び第２底部２５の等脚台形における相互の脚に接続される板状に形成されている。
【００２１】
複数の流路１７は、複数の第１流路３１及び第２流路３２を備える。
第１流路３１は、第１底部２３と、第１壁部２７及び第２壁部２９と、放熱ケース１１の底部１１ａと、によって形成されている。図６及び図７に示すように、第１流路３１におけるＺ軸方向の正方向側つまり第１端部３１ａ側でのＸ軸方向の流路幅は、熱媒体Ｒの流れ方向に沿うＹ軸方向の正方向に進むことに従って、減少傾向に変化している。第１流路３１におけるＺ軸方向の負方向側つまり第２端部３１ｂ側でのＸ軸方向の流路幅は、熱媒体Ｒの流れ方向に沿うＹ軸方向の正方向に進むことに従って、増大傾向に変化している。
【００２２】
例えば、Ｙ軸方向の正方向に進むことに従って変化する第１端部３１ａ側の各流路幅Ｗ１ａ１，Ｗ１ａ２，Ｗ１ａ３，Ｗ１ａ４，Ｗ１ａ５は、Ｗ１ａ１＞Ｗ１ａ２＞Ｗ１ａ３＞Ｗ１ａ４＞Ｗ１ａ５である。Ｙ軸方向の正方向に進むことに従って変化する第２端部３１ｂ側の各流路幅Ｗ１ｂ１，Ｗ１ｂ２，Ｗ１ｂ３，Ｗ１ｂ４，Ｗ１ｂ５は、Ｗ１ｂ１＜Ｗ１ｂ２＜Ｗ１ｂ３＜Ｗ１ｂ４＜Ｗ１ｂ５である。
【００２３】
図２及び図３に示すように、第１流路３１をＹ軸方向の正方向に流れる熱媒体Ｒは、第１端部３１ａ側での流路幅の減少及び第２端部３１ｂ側での流路幅の増大に伴い、第１端部３１ａ側から第２端部３１ｂ側へ流れるように導かれる。
【００２４】
第２流路３２は、第２底部２５と、第１壁部２７及び第２壁部２９と、放熱プレート１３と、によって形成されている。図６及び図７に示すように、第２流路３２におけるＺ軸方向の正方向側つまり第１端部３２ａ側でのＸ軸方向の流路幅は、熱媒体Ｒの流れ方向に沿うＹ軸方向の正方向に進むことに従って、増大傾向に変化している。第２流路３２におけるＺ軸方向の負方向側つまり第２端部３２ｂ側でのＸ軸方向の流路幅は、熱媒体Ｒの流れ方向に沿うＹ軸方向の正方向に進むことに従って、減少傾向に変化している。
【００２５】
例えば、Ｙ軸方向の正方向に進むことに従って変化する第１端部３２ａ側の各流路幅Ｗ２ａ１，Ｗ２ａ２，Ｗ２ａ３，Ｗ２ａ４，Ｗ２ａ５は、Ｗ２ａ１＜Ｗ２ａ２＜Ｗ２ａ３＜Ｗ２ａ４＜Ｗ２ａ５である。Ｙ軸方向の正方向に進むことに従って変化する第２端部３２ｂ側の各流路幅Ｗ２ｂ１，Ｗ２ｂ２，Ｗ２ｂ３，Ｗ２ｂ４，Ｗ２ｂ５は、Ｗ２ｂ１＞Ｗ２ｂ２＞Ｗ２ｂ３＞Ｗ２ｂ４＞Ｗ２ｂ５である。
【００２６】
図２及び図３に示すように、第２流路３２をＹ軸方向の正方向に流れる熱媒体Ｒは、第１端部３２ａ側での流路幅の増大及び第２端部３２ｂ側での流路幅の減少に伴い、第２端部３２ｂ側から第１端部３２ａ側へ流れるように導かれる。
【００２７】
第１流路３１及び第２流路３２の各々において、Ｙ軸方向における断面積は所定の誤差範囲で一定に形成されている。つまり、第１流路３１及び第２流路３２の各々において、熱媒体Ｒの流れ方向に沿うＹ軸方向での上流側の断面積及び下流側の断面積は、所定の誤差範囲で同一に形成されている。
【００２８】
図４及び図５に示すように、複数の第１流路３１及び複数の第２流路３２は、例えば、千鳥状に配置されている。Ｘ軸方向において、複数の第１流路３１及び複数の第２流路３２は交互に並んで一体に隣接している。Ｙ軸方向において、複数の第１流路３１はＸ軸方向に順次にずれながら並び、複数の第２流路３２はＸ軸方向に順次にずれながら並んでいる。
例えば、流通部１９は、Ｙ軸方向に並んで一体に配置される複数の流路列４０を備える。各流路列４０は、複数の第１流路３１及び複数の第２流路３２がＸ軸方向に交互に並んで一体に配置されて構成される。複数の流路列４０のうちで、互いに隣接する上流側の流路列４０及び下流側の流路列４０は、Ｘ軸方向にずれて配置されている。つまり、複数の流路列４０のうちで、互いに隣接する上流側の第１流路３１及び下流側の第１流路３１は、Ｘ軸方向にずれて配置され、互いに隣接する上流側の第２流路３２及び下流側の第２流路３２は、Ｘ軸方向にずれて配置されている。
【００２９】
Ｙ軸方向で並ぶ任意の２つの第１流路３１同士及びＹ軸方向で並ぶ任意の２つの第２流路３２同士は、Ｘ軸方向に１／Ｎピッチ（＝Ｌ／Ｎ）ずれて配置されている。なお、１ピッチは、Ｘ軸方向で隣り合う２つの第１流路３１同士間の距離Ｌ又はＸ軸方向で隣り合う２つの第２流路３２同士間の距離Ｌである。また、１よりも大きい任意の自然数Ｎにおいて、例えば、Ｎ＝４である。Ｙ軸方向で並ぶ任意の２つの第１流路３１同士及び任意の２つの第２流路３２同士は、相互の少なくとも一部同士が一体に接続するように配置されている。
【００３０】
つまり、流路形成部材２１は、いわゆるオフセットフィンを形成している。オフセットフィンにおいては、例えば、Ｘ軸方向に交互に並ぶ複数の第１流路３１及び第２流路３２によって１つの流路群が形成され、複数の流路群が順次にＸ軸方向に１／ＮピッチずつずれながらＹ軸方向に並んで配置されている。
【００３１】
上述したように、本実施形態の熱交換器１０によれば、第１流路３１及び第２流路３２において、Ｙ軸方向の正方向に流れる熱媒体ＲはＺ軸方向において攪拌される。これにより、被熱交換体Ｐに近い側を流れる相対的に温度が高い熱媒体Ｒと、被熱交換体Ｐから遠い側を流れる相対的に温度が低い熱媒体Ｒとに対して、互いに層流になることを抑制して、混ぜ合わせを促すことができる。被熱交換体Ｐからの距離に応じて温度変化が大きくなる熱媒体Ｒを撹拌して、各流路３１，３２内の位置に依存する熱媒体Ｒの温度分布の均一化を促すことにより、効率的に熱交換を行うことができる。
【００３２】
また、第１流路３１及び第２流路３２の各々において、熱媒体Ｒの流れ方向に沿うＹ軸方向での断面積は一定に形成されているので、各流路３１，３２の一部で過大な圧力増大又は圧力低下が生じることを抑制することができる。
また、Ｙ軸方向で並ぶ任意の２つの第１流路３１同士及びＹ軸方向で並ぶ任意の２つの第２流路３２同士は、Ｘ軸方向に１／Ｎピッチずれて配置されているので、例えばＸ軸方向にずれていない場合に比べて、熱交換効率を向上させることができる。
また、流路形成部材２１は、一枚の板材に対するプレス加工によって複数の流路１７を形成することができ、複数の流路１７を分離させずに一体に接続するように形成することができ、製造効率を向上させ、コンパクトな熱交換器１０の製造に要する費用が嵩むことを抑制することができる。
【００３３】
以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、被熱交換体Ｐを熱源つまり冷却対象物とし、熱媒体Ｒを冷媒としたが、これに限定されない。被熱交換体Ｐを加熱対象物とし、熱媒体Ｒを熱媒としてもよい。
また、上述した実施形態において、流通部１９は、Ｙ軸方向に隣接して並んで一体に配置される複数の流路列４０を備えるとしたが、これに限定されない。例えば、Ｙ軸方向に並ぶ複数の流路列４０において、隣り合う流路列４０の間には所定の間隔が設けられてもよく、隣り合う流路列４０同士は一体に接続されずに分離していてもよい。
【００３４】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０…熱交換器、１５…搭載部、１７…流路、１９…流通部、３１…第１流路（第１流路、上流側流路、下流側流路）、３１ａ…第１端部、３１ｂ…第２端部、３２…第２流路（第２流路、上流側流路、下流側流路）、３２ａ…第１端部、３２ｂ…第２端部、４０…流路列、Ｌ…ピッチ、Ｐ…被熱交換体、Ｒ…熱媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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