(57)【要約】【課題】積層された複数の流路のそれぞれに対し、気液混合の流体を均等に流入させることのできる熱交換器を提供する。【解決手段】供給流路ＳＰにおいて冷媒が流れる方向を順方向とし、当該順方向とは反対の方向を逆方向としたときに、熱交換器１０では、冷媒流路１００のうち供給流路ＳＰの近傍の部分が、冷媒流路１００の他の部分に比べて、順方向及び逆方向の両方に向かって拡大するように形成されている。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換器（１０）であって、
前記第１流体が流れる第１流路（１００）と、前記第２流体が流れる第２流路（２００）と、が交互に積層された状態となるように、前記第１流路と前記第２流路との間を区画する複数の板状部材（１５１，１５２）を備え、
それぞれの前記第１流路に前記第１流体を供給するための供給流路（ＳＰ）が、前記第１流路と前記第２流路とが積層されている方向に沿って、複数の板状部材を貫くように形成されており、
前記供給流路において前記第１流体が流れる方向を順方向とし、当該順方向とは反対の方向を逆方向としたときに、
前記第１流路のうち前記供給流路の近傍の部分が、前記第１流路の他の部分に比べて、前記順方向及び前記逆方向の両方に向かって拡大するように形成されている熱交換器。
【請求項２】
前記第１流路のうち前記供給流路の近傍の部分における、前記順方向に向かった拡大量と、前記逆方向に向かった拡大量とが互いに等しい、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
それぞれの前記板状部材は、
前記供給流路の近傍の部分である入口部（１５１ｂ，１５２ｂ）と、
前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換が行われる部分である熱交換部（１５１ａ，１５２ａ）と、
前記入口部と前記熱交換部との間を繋ぐ部分である接続部（１５１ｃ，１５２ｃ）と、を有しており、
隣り合う一対の前記板状部材は、それぞれの前記入口部を互いに当接させた状態で接合されている、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記入口部及び前記熱交換部は、いずれも、前記供給流路が伸びる方向に対して垂直となるように形成されている、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１流路を挟んで互いに隣り合う一対の前記接続部は、前記供給流路から遠ざかるほど互いに近づくように形成されている、請求項３又は４に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用の冷凍サイクルには、冷媒と冷却水との間で熱交換を行う熱交換器が設けられる。このような、２種類の流体間で熱交換を行う熱交換器では、一方の流体が流れる流路（以下では「第１流路」とも称する）と、他方の流体が流れる流路（以下では「第２流路」とも称する）とが、それぞれ層状の空間として形成されており、これらが交互に積層された構成となっているのが一般的である。
【０００３】
このような熱交換器の一例として、下記特許文献１には、トランスミッションオイルが導入される第１流路（第１層状空間）と、冷却水が導入される第２流路（第２層状空間）とが、交互に積層された構成の熱交換器が記載されている。当該熱交換器では、それぞれの第１流路に流体を供給するための供給流路が、第１流路及び第２流路を区画する複数の板状部材（カッププレート）を貫くように形成されている。トランスミッションオイルは、供給流路に沿って流れながら、それぞれの第１流路に分配されていく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１０７７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動車用の冷凍サイクルに用いられる熱交換器において、上記特許文献１に記載されている構成を採用した場合には、第１流路を冷媒が流れ、第２流路を冷却水が流れることとなる。冷媒は、板状部材を貫くように形成された供給流路に沿って流れながら、層状に形成されたそれぞれの第１流路に分配されていく。冷媒が供給流路から第１流路に流入する際には、冷媒はその流れ方向を大きく（約９０度）変化させる。
【０００６】
ところで、冷凍サイクルを循環する冷媒は、熱交換器に流入する際において気液混合の状態となっていることが多い。熱交換器における熱交換が効率よく行われるためには、第１流路に流入する気相冷媒と液相冷媒との比率が、全ての第１流路について概ね均一となっていることが好ましい。
【０００７】
しかしながら、気液混合の状態で流れている冷媒においては、気相の冷媒と液相の冷媒とが均等に分散していることは稀である。従って、一部の第１流路には液相冷媒の方が多く流入する一方、他の第１流路には気相冷媒の方が多く流入してしまうようなことが生じ得る。
【０００８】
また、液相の冷媒は慣性力が大きく、その流れ方向を変化させにくいのに対し、気相の冷媒は慣性力が小さく、容易にその流れ方向を変化させやすい傾向がある。このため、供給流路を流れる冷媒が、その流れ方向を大きく変化させてから第１流路に流入するような構成の熱交換器においては、それぞれの第１流路に対し、気相冷媒と液相冷媒とを均等に流入させることは更に困難である。
【０００９】
本開示は、積層された複数の流路のそれぞれに対し、気液混合の流体を均等に流入させる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】
【００１０】
本開示に係る熱交換器は、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換器（１０）であって、第１流体が流れる第１流路（１００）と、第２流体が流れる第２流路（２００）と、が交互に積層された状態となるように、第１流路と第２流路との間を区画する複数の板状部材（１５１，１５２）を備える。それぞれの第１流路に第１流体を供給するための供給流路（ＳＰ）が、第１流路と第２流路とが積層されている方向に沿って、複数の板状部材を貫くように形成されている。供給流路において第１流体が流れる方向を順方向とし、当該順方向とは反対の方向を逆方向としたときに、第１流路のうち供給流路の近傍の部分が、第１流路の他の部分に比べて、順方向及び逆方向の両方に向かって拡大するように形成されている。
【００１１】
このような構成の熱交換器では、第１流体が流れる第１流路のうち供給流路の近傍の部分が拡大しており、これにより比較的大きな空間が形成されている。供給流路を流れる第１流体は、板状部材を通過した際において圧力が開放されることにより、当該空間にその一部が流入する。その結果、当該空間では比較的大きな第１流体の渦が生じ、その渦によって気相の冷媒と液相の冷媒とが混合された状態となる。それぞれの第１流路には、上記の渦によって十分に混合された冷媒が流入する。このように、上記構成の熱交換器では、積層された複数の第１流路のそれぞれに対し、気液混合の第１流体を均等に流入させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、積層された複数の流路のそれぞれに対し、気液混合の流体を均等に流入させることのできる熱交換器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施形態に係る熱交換器を側面視で描いた図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る熱交換器を上面視で描いた図である。
【図３】図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。
【図４】図４は、容器の具体的な構成を説明するための模式的な断面図である。
【図５】図５は、図１の熱交換器において冷媒の流れる経路、及び冷却水の流れる経路を模式的に示す図である。
【図６】図６は、熱交換器の内部に配置されたインナーフィンを示す図である。
【図７】図７は、図６に示されるインナーフィンの構成を示す斜視図である。
【図８】図８は、供給流路から冷媒流路に流入する冷媒の流れを模式的に示す図である。
【図９】図９は、比較例に係る熱交換器において、供給流路から冷媒流路に流入する冷媒の流れを模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、他の比較例に係る熱交換器において、供給流路から冷媒流路に流入する冷媒の流れを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１５】
本実施形態に係る熱交換器１０の構成について説明する。図１に示される熱交換器１０は、冷媒と冷却水（例えばＬＬＣ）との間で熱交換を行うための熱交換器として構成されている。このような熱交換器１０は、例えば自動車用冷凍サイクルの水冷式凝縮器又は蒸発器として用いられる。冷媒は、本実施形態における「第１流体」に該当する。冷却水は、本実施形態における「第２流体」に該当する。
【００１６】
熱交換器１０は容器１５を備えている。図３に示されるように、容器１５は、板状の部材であるカップ１５１とインナープレート１５２とを有しており、これらが交互に積層された状態で互いにろう付けされた構成となっている。互いに隣り合うカップ１５１とインナープレート１５２との間には空間が形成されており、当該空間が、冷媒の流れる流路である冷媒流路１００、又は、冷却水の流れる流路である冷却水流路２００となっている。冷媒流路１００と冷却水流路２００とは、いずれも平板状（層状）の薄い空間として形成されており、容器１５の積層方向（図１や図３では上下方向）に沿って交互に並ぶように形成されている。
【００１７】
冷媒流路１００は、本実施形態における「第１流路」に該当する。冷却水流路２００は、本実施形態における「第２流路」に該当する。また、カップ１５１及びインナープレート１５２は、冷媒流路１００と冷却水流路２００とが交互に積層された状態となるように、冷媒流路１００と冷却水流路２００との間を区画するものであって、いずれも本実施形態における「板状部材」に該当する。
【００１８】
図３及び図６に示されるように、容器１５の内部、つまり冷媒流路１００及び冷却水流路２００のそれぞれには、インナーフィン３００が配置されている。インナーフィン３００は、冷媒や冷却水との接触面積を増加させ、これにより熱交換器１０の熱交換効率を向上させるために設けられている。インナーフィン３００の具体的な形状や配置については後に説明する。
【００１９】
図２に示されるように、上面視における熱交換器１０の形状（つまり容器１５の形状）は概ね長方形となっている。熱交換器１０の上面において、その長手方向の一方側（図２では左側）の端部近傍となる位置には、冷媒流入部１０１と冷却水流出部２０２とが設けられている。冷媒流入部１０１は、外部から供給される冷媒の入口となる部分である。冷却水流出部２０２は、熱交換器１０を通過した冷却水の出口となる部分である。冷媒流入部１０１と冷却水流出部２０２とは、上面視における熱交換器１０の短手方向に沿って並ぶように設けられている。
【００２０】
図１に示されるように、熱交換器１０の下面であり、且つ冷媒流入部１０１の直下となる位置には、冷媒流出部１０２が設けられている。冷媒流出部１０２は、熱交換器１０を通過した冷媒の出口となる部分である。また、熱交換器１０の下面であり、且つ冷却水流出部２０２の直下となる位置には、冷却水流入部２０１が設けられている。冷却水流入部２０１は、外部から供給される冷却水の入口となる部分である。冷媒流出部１０２と冷却水流入部２０１とは、やはり上面視における熱交換器１０の短手方向に沿って並ぶように設けられている。
【００２１】
尚、以下の説明においては、冷媒流出部１０２から冷媒流入部１０１に向かう方向のことを上方向とし、その反対方向を下方向として説明する。ただし、実際に熱交換器１０が用いられる場合における冷媒流入部１０１と冷媒流出部１０２との上下関係は、図１に示されるものとは異なっていてもよい。
【００２２】
図３に示されるように、カップ１５１のうち冷媒流入部１０１の直下となる位置には、円形の開口ＯＰ１が形成されている。同様に、インナープレート１５２のうち冷媒流入部１０１の直下となる位置には、円形の開口ＯＰ２が形成されている。間に冷却水流路２００が形成されているカップ１５１とインナープレート１５２とは、開口ＯＰ１の縁と開口ＯＰ２縁とを互いに重ね合わせた状態でろう付けされている。このため、冷媒流入部１０１から流入した冷媒は、開口ＯＰ１等を下方側に向かって流れながら、それぞれの冷媒流路１００に分配されていく。尚、開口ＯＰ１の縁と開口ＯＰ２縁とのろう付けは水密となるように行われているので、冷媒が冷却水流路２００に流入してしまうことは無い。
【００２３】
それぞれの冷媒流路１００に冷媒を供給するためのものとして形成された上記流路、つまり、開口ＯＰ１等を通って冷媒が流れるように形成された円柱形状の流路のことを、以下では「供給流路ＳＰ」とも表記する。このような供給流路ＳＰは、冷媒流路１００と冷却水流路２００とが積層されている方向に沿って、複数の板状部材（カップ１５１やインナープレート１５２）を貫くように形成された流路、ということができる。
【００２４】
カップ１５１のうち、開口ＯＰ１とは対角線上において反対側となる位置（図２において符号Ｐ１が付された位置）には、不図示の開口が形成されている。当該開口の形状は、開口ＯＰ１の形状と同じである。また、インナープレート１５２のうち、開口ＯＰ２とは対角線上において反対側となる位置にも、不図示の開口が形成されている。当該開口の形状は、開口ＯＰ２の形状と同じである。この位置（Ｐ１）においても、間に冷却水流路２００が形成されているカップ１５１とインナープレート１５２とは、それぞれの開口の縁同士を互いに重ね合わせた状態でろう付けされている。冷媒流入部１０１から供給された冷媒は、それぞれの冷媒流路１００を通った後に、符号Ｐ１が付された位置において再び合流し、上記の開口を通り下方側に向かって流れる。
【００２５】
図示は省略するが、冷却水流入部２０１から供給された冷却水が流れる流路も、上記と同様に形成されている。具体的には、カップ１５１のうち冷却水流入部２０１の直上となる位置には、円形の開口が形成されている。同様に、インナープレート１５２のうち冷却水流入部２０１の直上となる位置にも、円形の開口が形成されている。間に冷媒流路１００が形成されているカップ１５１とインナープレート１５２とは、それぞれの上記開口の縁同士を互いに重ね合わせた状態でろう付けされている。このため、冷却水流入部２０１から流入した冷却水は、上記開口を上方側に向かって流れながら、それぞれの冷却水流路２００に分配されていく。尚、開口の縁同士のろう付けは水密となるように行われているので、冷却水が冷媒流路１００に流入してしまうことは無い。
【００２６】
カップ１５１のうち、冷却水流入部２０１の直上の開口とは対角線上において反対側となる位置（図２において符号Ｐ２が付された位置）にも、不図示の開口が形成されている。また、インナープレート１５２のうち、冷却水流入部２０１の直上の開口とは対角線上において反対側となる位置にも、不図示の開口が形成されている。この位置（Ｐ２）においても、間に冷媒流路１００が形成されているカップ１５１とインナープレート１５２とは、それぞれの開口の縁同士を互いに重ね合わせた状態でろう付けされている。冷却水流入部２０１から供給された冷媒は、それぞれの冷却水流路２００を通った後に、符号Ｐ２が付された位置において再び合流し、上記の開口を通り上方側に向かって流れる。
【００２７】
供給流路ＳＰの近傍におけるカップ１５１やインナープレート１５２の具体的な形状について、図４を参照しながら説明する。図４では、冷媒流路１００及び冷却水流路２００のそれぞれに配置されたインナーフィン３００の図示が省略されている。また、図４では説明の便宜のため、供給流路ＳＰの直径が、図３に示される実際の直径よりも小さくなるように描かれている。図４では、供給流路ＳＰにおいて冷媒が流れる方向が矢印Ａ０１で示されている。また、供給流路ＳＰから冷媒流路１００に流入した冷媒の流れる方向が矢印Ａ０２で示されている。
【００２８】
それぞれのカップ１５１の形状は互いに同じであり、それぞれのインナープレート１５２の形状も互いに同じである。そこで、以下では特に符号「α」が付されているカップ１５１の形状、及び符号「β」が付されているインナープレート１５２の形状について説明することとする。これらのカップ１５１及びインナープレート１５２は、図４において上下方向の中央に示される冷媒流路１００を区画するもの、となっている。
【００２９】
カップ１５１は、熱交換部１５１ａと、入口部１５１ｂと、接続部１５１ｃとを有している。熱交換部１５１ａは、カップ１５１のうち大部分を占めており、冷媒と冷却水との間で熱交換が行われる部分となっている。熱交換部１５１ａはその全体が平坦な板状となっており、供給流路ＳＰが伸びる方向（図４では上下方向）に対して垂直となっている。
【００３０】
入口部１５１ｂは、カップ１５１のうち供給流路ＳＰの近傍の部分である。つまり、カップ１５１のうち、上面視において供給流路ＳＰの周囲を円形に囲む部分である。入口部１５１ｂは、熱交換部１５１ａと同様にその全体が平坦な板状となっており、供給流路ＳＰが伸びる方向に対して垂直となっている。
【００３１】
供給流路ＳＰにおいて冷媒が流れる方向（つまり、矢印Ａ０１で示される方向）のことを、以下では「順方向」とも称する。また、順方向とは反対の方向のことを、以下では「逆方向」とも称する。入口部１５１ｂが配置されている位置は、熱交換部１５１ａが配置されている位置よりも順方向側となっている。順方向に沿った熱交換部１５１ａと入口部１５１ｂとの間の距離（冷媒流路１００を区画する表面同士の距離）が、図４では「Ｄ１１」として示されている。
【００３２】
接続部１５１ｃは、熱交換部１５１ａと入口部１５１ｂとの間を繋ぐように形成された部分である。接続部１５１ｃは、熱交換部１５１ａや入口部１５１ｂに対して傾斜している。具体的には、供給流路ＳＰから遠ざかるほど、冷媒流路１００の幅（図４における上下方向の寸法）が小さくなるように、接続部１５１ｃが熱交換部１５１ａ等に対して傾斜している。
【００３３】
インナープレート１５２は、上記のカップ１５１と同様に、熱交換部１５２ａと、入口部１５２ｂと、接続部１５２ｃとを有している。熱交換部１５２ａは、インナープレート１５２のうち大部分を占めており、冷媒と冷却水との間で熱交換が行われる部分となっている熱交換部１５２ａはその全体が平坦な板状となっており、供給流路ＳＰが伸びる方向（図４では上下方向）に対して垂直となっている。熱交換部１５２ａは、冷媒流路１００を挟んで熱交換部１５１ａと対向している。
【００３４】
入口部１５２ｂは、インナープレート１５２のうち供給流路ＳＰの近傍の部分である。つまり、インナープレート１５２のうち、上面視において供給流路ＳＰの周囲を円形に囲む部分である。入口部１５２ｂは、熱交換部１５２ａと同様にその全体が平坦な板状となっており、供給流路ＳＰが伸びる方向に対して垂直となっている。入口部１５２ｂは、冷媒流路１００を挟んで入口部１５１ｂと対向している。
【００３５】
また、入口部１５２ｂは、符号「α」が付されたカップ１５１とは反対側にあるカップ１５１（図４では上方側にあるカップ１５１）の入口部１５１ｂと当接しており、当該入口部１５１ｂに対して接合（ろう接）されている。つまり本実施形態では、隣り合う一対の板状部材（カップ１５１とインナープレート１５２）が、それぞれの入口部１５１ｂ、１５２ｂを互いに当接させた状態で接合されている。
【００３６】
入口部１５２ｂが配置されている位置は、熱交換部１５２ａが配置されている位置よりも逆方向側となっている。逆方向に沿った熱交換部１５２ａと入口部１５２ｂとの間の距離（冷媒流路１００を区画する表面同士の距離）が、図４では「Ｄ１２」として示されている。
【００３７】
接続部１５２ｃは、熱交換部１５２ａと入口部１５２ｂとの間を繋ぐように形成された部分である。接続部１５２ｃは、熱交換部１５２ａや入口部１５２ｂに対して傾斜している。具体的には、供給流路ＳＰから遠ざかるほど、冷媒流路１００の幅（図４における上下方向の寸法）が小さくなるように、接続部１５２ｃが熱交換部１５２ａ等に対して傾斜している。
【００３８】
接続部１５２ｃは、冷媒流路１００を挟んで接続部１５１ｃと対向している。上記のように、接続部１５１ｃ及び接続部１５２ｃは熱交換部１５１ａ等に対して傾斜している。その結果、冷媒流路１００を挟んで互いに隣り合う一対の接続部１５１ｃ、１５２ｃは、供給流路ＳＰから遠ざかるほど互いに近づくように形成されている。
【００３９】
以上のような構成においては、冷媒流路１００のうち供給流路ＳＰの近傍の部分が、冷媒流路１００の他の部分に比べて、順方向及び逆方向の両方に向かって拡大するように形成されている。その結果、入口部１５１ｂと入口部１５２ｂとによって挟まれた部分における冷媒流路１００の幅（Ｄ２）は、熱交換部１５１ａと熱交換部１５２ａとによって挟まれた部分における冷媒流路１００の幅（Ｄ１）よりも大きくなっている。本実施形態では、Ｄ２＝Ｄ１＋Ｄ１１＋Ｄ１２の関係が成立している。
【００４０】
また、本実施形態では、冷媒流路１００のうち供給流路ＳＰの近傍の部分における、順方向に向かった拡大量（つまりＤ１１）と、逆方向に向かった拡大量（つまりＤ１２）とが、互いに等しくなっている。カップ１５１とインナープレート１５２とが以上のような形状に形成されていることの効果については、後に説明する。
【００４１】
尚、本実施形態では、冷却水流路２００の形状についても上記と同様となるように、それぞれのカップ１５１及びインナープレート１５２が形成されている。つまり、本実施形態では、それぞれの冷却水流路２００の形状が、上記のような冷媒流路１００の形状と概ね同一となっている。このような態様に替えて、冷媒流路１００の形状と冷却水流路２００の形状とが互いに異なるような態様であってもよい。
【００４２】
図５には、熱交換器１０を冷媒が流れる経路が、実線の矢印Ａ１１等で示されている。また、熱交換器１０を冷却水が流れる経路が、一点鎖線の矢印Ａ２１等で示されている。本実施形態では、熱交換器１０のうち上方側の部分と下方側の部分とで、冷媒などの流れる方向が互いに異なるように構成されている。以下では、熱交換器１０のうち上方側の部分、すなわち冷媒流入部１０１や冷却水流出部２０２が設けられている方の部分を「第１熱交換部１１」とも表記する。また、熱交換器１０のうち下方側の部分、すなわち冷媒流出部１０２や冷却水流入部２０１が設けられている方の部分を「第２熱交換部１２」とも表記する。図１では、第１熱交換部１１の範囲ＡＲ１と、第２熱交換部１２の範囲ＡＲ２とが、それぞれ矢印で示されている。
【００４３】
第１熱交換部１１と第２熱交換部１２との境界となる位置においては、冷媒流入部１０１から下方に向けて伸びる流路（供給流路ＳＰ）と、冷媒流出部１０２から上方に向けて伸びる流路との間が塞がれている。つまり、当該位置に配置された容器１５が仕切り板として機能している。一方、図２の符号Ｐ１が付された位置においては、第１熱交換部１１と第２熱交換部１２との間を繋ぐ流路（円形の開口により形成された流路）が形成されている。
【００４４】
同様に、第１熱交換部１１と第２熱交換部１２との境界となる位置においては、冷却水流入部２０１から上方に向けて伸びる流路と、冷却水流出部２０２から下方に向けて伸びる流路との間が塞がれている。一方、図２の符号Ｐ２が付された位置においては、第１熱交換部１１と第２熱交換部１２との間を繋ぐ流路（円形の開口により形成された流路）が形成されている。
【００４５】
図５を参照しながら、熱交換器１０を冷媒が流れる経路について説明する。冷媒流入部１０１から第１熱交換部１１に供給された冷媒は、カップ１５１に形成された開口ＯＰ１等、具体的には供給流路ＳＰを通り下方側に向かって流れる（矢印Ａ１１）。その際、冷媒はそれぞれの冷媒流路１００に分配され、容器１５の対角線上における反対側に向かって冷媒流路１００を流れる（矢印Ａ１２）。その後、それぞれの冷媒流路１００を流れた冷媒は再び合流し、円形の開口により形成された流路を第１熱交換部１１から第２熱交換部１２に向かって流れる（矢印Ａ１３）。
【００４６】
冷媒は、第２熱交換部１２において再び供給流路ＳＰからそれぞれの冷媒流路１００に分配され、容器１５の対角線上における反対側に向かって冷媒流路１００を流れる（矢印Ａ１４）。その後、それぞれの冷媒流路１００を流れた冷媒は再び合流し、円形の開口により形成された流路を冷媒流出部１０２に向かって流れる（矢印Ａ１５）。最終的には、冷媒は冷媒流出部１０２から外部へと排出される。
【００４７】
引き続き図５を参照しながら、熱交換器１０を冷却水が流れる経路について説明する。冷却水流入部２０１から第２熱交換部１２に供給された冷却水は、カップ１５１等に形成された開口を通り上方側に向かって流れる（矢印Ａ２１）。その際、冷却水はそれぞれの冷却水流路２００に分配され、容器１５の対角線上における反対側に向かって冷却水流路２００を流れる（矢印Ａ２２）。その後、それぞれの冷却水流路２００を流れた冷却水は再び合流し、円形の開口により形成された流路を第２熱交換部１２から第１熱交換部１１に向かって流れる（矢印Ａ２３）。
【００４８】
冷却水は、第１熱交換部１１において再びそれぞれの冷却水流路２００に分配され、容器１５の対角線上における反対側に向かって冷却水流路２００を流れる（矢印Ａ２４）。その後、それぞれの冷却水流路２００を流れた冷媒は再び合流し、円形の開口により形成された流路を冷却水流出部２０２に向かって流れる（矢印Ａ２５）。最終的には、冷却水は冷却水流出部２０２から外部へと排出される。
【００４９】
既に述べたように、冷媒流路１００と冷却水流路２００とは交互に重なるように配置されている。このため、第１熱交換部１１においては、冷媒流路１００を流れる冷媒（矢印Ａ１２）と冷却水流路２００を流れる冷却水（矢印Ａ２４）との間で熱交換が行われる。同様に、第２熱交換部１２においても、冷媒流路１００を流れる冷媒（矢印Ａ１４）と冷却水流路２００を流れる冷却水（矢印Ａ２２）との間で熱交換が行われる。
【００５０】
インナーフィン３００の構成及び配置について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６（Ａ）には、第１熱交換部１１の冷媒流路１００に配置されたインナーフィン３００、の全体が上面視で示されている。また、図６（Ｂ）には、第１熱交換部１１の冷却水流路２００に配置されたインナーフィン３００、の全体が上面視で示されている。上面視におけるそれぞれのインナーフィン３００の形状は、図６の上下方向において互いに対称な形状となっている。図７に示されるように、インナーフィン３００は１枚の金属板に曲げ加工等を施すことによって形成されている。
【００５１】
図６（Ａ）に示されるように、上面視におけるインナーフィン３００の外形は、上面視における容器１５の内部空間の形状と概ね等しい。インナーフィン３００は、冷媒流路１００の略全体を占めるように配置されている。
【００５２】
インナーフィン３００のうち冷媒流入部１０１の直下となる位置（図６（Ａ）で符号１１１が付されている位置）には、開口が形成されている。当該開口は、冷媒流入部１０１からの冷媒を受け入れる部分であって、冷媒流路１００への冷媒の入口となる部分である。以下では、冷媒流路１００への冷媒の入口となる開口が形成されている部分のことを、当該冷媒流路１００の「冷媒入口１１１」と表記する。第１熱交換部１１において冷媒入口１１１が形成されている部分は、図５の矢印Ａ１１に沿って冷媒が流れる部分に該当する。
【００５３】
インナーフィン３００のうち、図２で符号Ｐ１が付されている部分の直下となる位置（図６（Ａ）で符号１１２が付されている位置）には、開口が形成されている。当該開口は、冷媒流路１００を通った冷媒が流入する部分、すなわち冷媒流路１００からの冷媒の出口となる部分である。以下では、冷媒流路１００からの冷媒の出口となる開口が形成されている部分のことを、当該冷媒流路１００の「冷媒出口１１２」と表記する。第１熱交換部１１において冷媒出口１１２が形成されている部分は、図５の矢印Ａ１３に沿って冷媒が流れる部分に該当する。
【００５４】
このように、本実施形態では、冷媒流路１００への冷媒の入口である冷媒入口１１１と、冷媒流路１００からの冷媒の出口である冷媒出口１１２とが、容器１５の長手方向（図６（Ａ）では左右方向）における一方側と他方側とに分かれて配置されている。図６（Ａ）では、冷媒入口１１１から冷媒出口１１２に向かう冷媒の流れが矢印で示されている。ただし、矢印で示されるのは冷媒の大まかな流れであって、実際における冷媒の流れはこのような直線的な流れとはならない。
【００５５】
尚、図６（Ｂ）に示されるように、上記のような冷媒入口１１１及び冷媒出口１１２の位置では、冷却水流路２００に配置されるインナーフィン３００にも開口が形成されている。これらは、容器１５の積層方向に沿って冷媒が冷却水流路２００を貫いて流れるように形成されている。当該部分においては、例えば図３に示されるように、カップ１５１の開口の縁とインナープレート１５２の開口の縁とが溶接されている。このため、冷媒入口１１１等を通過する冷媒が、冷却水流路２００に流入することは無い。
【００５６】
図６（Ｂ）に示されるように、インナーフィン３００は、冷却水流路２００においてもその略全体を占めるように配置されている。
【００５７】
インナーフィン３００のうち、図２で符号Ｐ２が付されている部分の直下となる位置（図６（Ｂ）で符号２１１が付されている位置）には、開口が形成されている。当該開口は、当該開口は、第２熱交換部１２からの冷却水を受け入れる部分であって、冷却水流路２００への冷却水の入口となる部分である。以下では、冷却水流路２００への冷却水の入口となる開口が形成されている部分のことを、当該冷却水流路２００の「冷却水入口２１１」と表記する。第１熱交換部１１において冷却水入口２１１が形成されている部分は、図５の矢印Ａ２３に沿って冷却水が流れる部分に該当する。
【００５８】
インナーフィン３００のうち冷却水流出部２０２の直下となる位置（図６（Ｂ）で符号２１２が付されている位置）には、開口が形成されている。当該開口は、冷却水流路２００を通った冷却水が流入する部分、すなわち冷却水流路２００からの冷却水の出口となる部分である。以下では、冷却水流路２００からの冷却水の出口となる開口が形成されている部分のことを、当該冷却水流路２００の「冷却水出口２１２」と表記する。第１熱交換部１１において冷却水出口２１２が形成されている部分は、図５の矢印Ａ２５に沿って冷却水が流れる部分に該当する。
【００５９】
このように、本実施形態では、冷却水流路２００への冷却水の入口である冷却水入口２１１と、冷却水流路２００からの冷却水の出口である冷却水出口２１２とが、容器１５の長手方向（図６（Ｂ）では左右方向）における一方側と他方側とに分かれて配置されている。図６（Ｂ）では、冷却水入口２１１から冷却水出口２１２に向かう冷却水の流れが矢印で示されている。ただし、矢印で示されるのは冷却水の大まかな流れであって、実際における冷却水の流れはこのような直線的な流れとはならない。
【００６０】
尚、図６（Ａ）に示されるように、上記のような冷却水入口２１１及び冷却水出口２１２の位置では、冷媒流路１００に配置されるインナーフィン３００にも開口が形成されている。これらは、容器１５の積層方向に沿って冷却水が冷媒流路１００を貫いて流れるように形成されている。当該部分においては、例えば図３に示されるように、カップ１５１の開口の縁とインナープレート１５２の開口の縁とが溶接されている。このため、冷却水入口２１１等を通過する冷却水が、冷媒流路１００に流入することは無い。
【００６１】
第２熱交換部１２におけるインナーフィン３００の配置、及び、第２熱交換部１２を流れる冷媒及び冷却水の流れは、いずれも、以上に説明した第１熱交換部１１におけるものと同様である。従って、その具体的な説明を省略する。
【００６２】
以上のように、本実施形態では、冷媒入口１１１と冷却水出口２１２とが、容器１５の長手方向における一方側（図６では左側）に配置されており、冷却水入口２１１と冷媒出口１１２とが、容器１５の長手方向における他方側（図６では右側）に配置されている。本実施形態では更に、冷媒入口１１１から冷媒出口１１２に向かう方向が、容器１５の長手方向に対して傾斜しており、冷却水入口２１１から冷却水出口２１２に向かう方向も、容器１５の長手方向に対して傾斜している。このような構成により、冷媒流路１００における冷媒の流れと、冷却水流路２００における冷却水の流れとは、Ｘ字状に交差した流れとなる。つまり、本実施形態における冷媒及び冷却水の流れは、所謂「Ｘ字対向流」となる。
【００６３】
インナーフィン３００の具体的な形状について説明する。図７に示されるように、インナーフィン３００は、山部３１０と谷部３２０とが交互に並ぶように、一枚の金属板を折り曲げることにより形成されている。山部３１０は、冷媒流路１００等を区画するカップ１５１及びインナープレート１５２のうち一方に当接する部分であり、谷部３２０は、カップ１５１及びインナープレート１５２のうち他方に当接する部分である。山部３１０と谷部３２０とは互いに平行であり、その主面の法線方向が容器１５の積層方向（図１の上下方向）と一致している。
【００６４】
互いに隣り合う山部３１０と谷部３２０との間は、側壁部３３０によって繋がれている。側壁部３３０は、山部３１０及び谷部３２０のそれぞれに対して垂直な壁となっている。それぞれの側壁部３３０は互いに平行に配置されている。本実施形態では、複数の側壁部３３０によって、流体の流路（冷媒流路１００又は冷却水流路２００）が複数に区画されている。その結果として、互いに隣り合うそれぞれの側壁部３３０の間には、直線状に伸びる流体通路３７０が形成されている。
【００６５】
図７においては、流体通路３７０が伸びる方向が矢印Ａ３０で示されている。また、複数の流体通路３７０が並ぶ方向、すなわち側壁部３３０の法線方向が矢印Ａ４０で示されている。
【００６６】
それぞれの側壁部３３０には、一部を切り起こすことにより板状のルーバ部３４０が形成されている。ルーバ部３４０の形状は矩形となっており、その一辺において山部３１０又は谷部３２０に繋がった状態となっている。ルーバ部３４０は複数形成されており、その全てが、流体通路３７０が伸びる方向（矢印Ａ３０）に対して平行となっている。それぞれのルーバ部３４０は、側壁部３３０から流体通路３７０内に突出している。
【００６７】
また、側壁部３３０には、ルーバ部３４０を切り起こした結果としての開口３５０も形成されている。互いに隣り合う流体通路３７０は、開口３５０によって互いに連通されている。ルーバ部３４０は、それぞれの開口３５０の縁から流体通路３７０内に向けて突出している。ルーバ部３４０及び開口３５０は、流体通路３７０が伸びる方向（矢印Ａ３０）に沿って複数並ぶように形成されている。
【００６８】
図７に示されるように、側壁部３３０のうち符号３３１が付されているものにおいては、全てのルーバ部３４０が山部３１０に繋がった状態となっている。以下では、このような側壁部３３０のことを「側壁部３３１」とも表記する。また、側壁部３３０のうち符号３３２が付されているものにおいては、全てのルーバ部３４０が谷部３２０に繋がった状態となっている。以下では、このような側壁部３３０のことを「側壁部３３２」とも表記する。本実施形態では、側壁部３３１と側壁部３３２とが、矢印Ａ４０の方向に沿って交互に並ぶように配置されている。
【００６９】
それぞれの側壁部３３０においては、ルーバ部３４０及び開口３５０が形成されている部分と、ルーバ部３４０及び開口３５０が形成されていない部分とが、流体通路３７０が伸びる方向（矢印Ａ３０）に沿って交互に並ぶように形成されている。
【００７０】
図６を再び参照しながら説明を続ける。冷媒流路１００及び冷却水流路２００において、インナーフィン３００は、流体通路３７０が伸びる方向（矢印Ａ３０）を容器１５の長手方向に一致させた状態で配置されている。このため、例えば図５（Ａ）に示される冷媒流路１００においては、冷媒入口１１１から流入した冷媒は、容器１５の長手方向に概ね沿って流れることとなる。その際、一部の冷媒は、開口３５０を通じて隣の流体通路３７０に流入する。つまり、冷媒の流れには、流体通路３７０に沿った直線的な流れと、開口３５０を通過するような拡散的な流れとが存在することとなる。冷媒流路１００では、上記のように冷媒が拡散して流れる経路が確保されているので、冷媒と、隣の冷却水流路２００を流れる冷却水との熱交換が効率よく行われる。
【００７１】
冷媒流路１００を流れる冷媒の一部はルーバ部３４０の縁に衝突し、その流れが分断される。また、冷媒の他の一部は、開口３５０の縁に衝突し、やはりその流れが分断される。このような流れの分断により、所謂前縁効果が生じるので、インナーフィン３００を介した冷媒への熱伝達が効率よく行われる。
【００７２】
また、インナーフィン３００のうちルーバ部３４０が形成されている部分では、上記のような冷媒の衝突が生じることに起因して、冷媒の圧力が比較的高くなる。一方、インナーフィン３００のうちルーバ部３４０が形成されていない部分では、冷媒はルーバ部３４０等に衝突することなく概ね直線的に流れるので、冷媒の圧力は比較的低くなる。このため、流体通路３７０を流れる冷媒の圧力は、ルーバ部３４０が形成されている部分においては高くなり、ルーバ部３４０が形成されていない部分においては低くなる。換言すれば、流体通路３７０に沿って流れる流体は、その圧力の上昇及び低下を繰り返しながら流れることとなる。
【００７３】
このような圧力の変化に起因して、開口３５０を通じた流体の拡散が促進される。つまり、本実施形態に係る熱交換器１０では、ポンプの駆動力のような外力に起因して能動的に冷媒の拡散が生じるのではなく、上記の圧力変動に起因して受動的に冷媒の拡散が生じることとなる。これにより、冷媒の圧力損失を低く抑えながらも冷媒の拡散性を高めることができており、その結果として良好な熱交換性能が発揮される。
【００７４】
インナーフィン３００を配置することによる以上のような効果は、冷却水流路２００における冷却水の流れに対しても同様に奏される。つまり、冷却水流路２００においても、インナーフィン３００によって冷却水の拡散性が高められている。
【００７５】
供給流路ＳＰからそれぞれの冷媒流路１００に分配される冷媒の流れについて、図８を参照しながら説明する。図８では、図４と同様に、供給流路ＳＰにおいて冷媒が流れる方向が矢印Ａ０１で示されている。また、供給流路ＳＰから冷媒流路１００に流入した冷媒の流れる方向が矢印Ａ０２で示されている。
【００７６】
供給流路ＳＰを流れる冷媒は、気液混合の状態となっている。ただし、供給流路ＳＰにおいては、気相の冷媒と液相の冷媒とは均等には分布していない。本発明者らがシミュレーション等によって確認したところによれば、供給流路ＳＰを通常の速度で冷媒が流れているときには、供給流路ＳＰの中央部分においては気相の冷媒が多く流れる傾向があり、その周囲においては液相の冷媒が多く流れる傾向がある。図８では、気相の冷媒が多く流れる領域と、液相の冷媒が多く流れる領域とのおおよその境界が、一対の点線ＤＬ１で示されている。それぞれの点線ＤＬ１の間の部分では、気相の冷媒が多く流れている。それぞれの点線ＤＬ１よりも外側（熱交換部１５１ａ側）の領域では、液相の冷媒が多く流れている。
【００７７】
供給流路ＳＰは、入口部１５１ｂ、１５２ｂの部分においてその流路断面積が絞られたような形状となっている。このため、供給流路ＳＰを矢印Ａ０１に沿って流れる冷媒は、入口部１５１ｂ、１５２ｂの近傍（図８における点Ｐ１１の位置）を通過する際においてその圧力を上昇させる。
【００７８】
既に述べたように、本実施形態では、冷媒流路１００のうち供給流路ＳＰの近傍の部分が、冷媒流路１００の他の部分に比べて、順方向及び逆方向の両方に向かって拡大するように形成されている。このため、供給流路ＳＰを矢印Ａ０１に沿って流れる冷媒は、入口部１５１ｂ、１５２ｂの近傍を通過した直後においてその圧力が開放される。供給流路ＳＰを流れる冷媒の圧力は、順方向に沿った冷媒流路１００の中央と一致する位置（図８における点Ｐ１２の位置）を通過する際において最も低くなる。
【００７９】
尚、点Ｐ１２の位置において比較的大きな圧力低下が生じるのは、供給流路ＳＰの直径に比べて、上面視における冷媒流路１００の大きさ（具体的には、冷媒流路１００の短手方向及び長手方向の寸法）が十分に大きいことにも起因している。
【００８０】
圧力が開放された冷媒は、図８の左右方向に拡散する方向の速度成分を持つこととなる。図８では、このような冷媒の流れが矢印Ａ１０２で示されている。矢印Ａ１０２に沿って流れる冷媒はその一部が入口部１５１ｂに衝突し、これにより冷媒の乱流が生じる。その結果として、当該入口部１５１ｂと、その上流側（図８では上方側）に配置された入口部１５２ｂとの間に形成された広い空間では、比較的大きな渦が生じる。図８では、このような渦を形成する冷媒の流れが矢印Ａ１０１で示されている。
【００８１】
点線ＤＬ１の内側を流れる冷媒と、点線ＤＬの外側を流れる冷媒とは、矢印Ａ１０１で示される渦によって混合される。つまり、それぞれの冷媒流路１００の入口部分では、気相の冷媒と液相の冷媒が十分に混合される。その結果、それぞれの冷媒流路１００に流入する冷媒の気液混合比率は、全ての冷媒流路１００について概ね均等なものとなる。
【００８２】
また、本実施形態では、それぞれの冷媒流路１００が供給流路ＳＰの近傍において拡大していることにより、熱交換器１０を通過する冷媒の圧力損失が小さくなっている。本発明者らが行った実験やシミュレーションによれば、冷媒流路１００が供給流路ＳＰの近傍において拡大していない構成の熱交換器に比べて、冷媒の圧力損失が２２％低減されることが確認されている。
【００８３】
図４を参照しながら既に述べたように、本実施形態では、冷媒流路１００のうち供給流路ＳＰの近傍の部分における、順方向に向かった拡大量（Ｄ１１）と、逆方向に向かった拡大量（Ｄ１２）とが、互いに等しくなっている。このような構成においては、各冷媒流路１００の入口部分においてより大きな渦が形成されやすくなるので、それぞれの冷媒流路１００に流入する冷媒の気液混合比率を更に均等なものとすることができる。
【００８４】
本実施形態では、冷媒流路１００を挟んで互いに隣り合う一対の接続部１５１ｃ、１５２ｃは、供給流路ＳＰから遠ざかるほど互いに近づくように形成されている。このような構成においては、冷媒流路１００の入口部分において拡大するように形成された空間、の懐が深くなっている。その結果、入口部１５１ｂ、１５２ｂ、及び接続部１５１ｃ、１５２ｃに沿って更に大きな冷媒の渦が形成されやすくなっている。
【００８５】
本実施形態における入口部１５１ｂ、１５２ｂ、及び熱交換部１５１ａ、１５２ａは、いずれも、供給流路ＳＰが伸びる方向に対して垂直となるように形成されている。換言すれば、これらの全てが互いに平行となるように形成されている。その結果、それぞれの冷媒流路１００の形状を互いに同一とすることができ、熱交換器１０における熱交換を全体に均等に行うことが可能となっている。
【００８６】
図９には、比較例に係る熱交換器１０における冷媒の流れが示されている。この比較例では、カップ１５１の形状については上記実施形態と概ね同一である一方で、インナープレート１５２の形状は全体が平板状となっており、この点においてのみ上記実施形態と異なっている。つまり、この比較例では、冷媒流路１００のうち供給流路ＳＰの近傍の部分が、冷媒流路１００の他の部分に比べて、順方向に向かってのみ拡大するように形成されている。
【００８７】
このような構成においても、冷媒流路１００の入口部分ではある程度広い空間が形成されており、当該空間において冷媒の渦が形成される。しかしながら、上記実施形態に比べると空間の幅が小さいため、形成される冷媒の渦も小さなものとなる。図９では、このような渦を形成する冷媒の流れが矢印Ａ１１１で示されている。
【００８８】
その結果、冷媒流路１００の入口部分では、気相の冷媒と液相の冷媒とが十分には混合されない。その結果、一部の冷媒流路１００には液相冷媒の方が多く流入する一方、他の冷媒流路１００には気相冷媒の方が多く流入してしまうようなことが生じ得る。
【００８９】
他の比較例について、図１０を参照しながら説明する。この比較例では、冷媒流路１００の幅は全体において概ね均等となっており、冷媒流路１００のうち供給流路ＳＰの近傍の部分でも冷媒流路１００は拡大されていない。このような構成においては、冷媒流路１００の入口部分において冷媒の渦は殆ど形成されない。気相の冷媒と液相の冷媒とは、それぞれ偏在したまま供給流路ＳＰを流れて、これらが混合されないままそれぞれの冷媒流路１００に供給される。このため、図９の比較例と同様に、一部の冷媒流路１００には液相冷媒の方が多く流入する一方、他の冷媒流路１００には気相冷媒の方が多く流入してしまうようなことが生じ得る。
【００９０】
これらの比較例に対し、本実施形態では、冷媒流路１００の入口部分において比較的大きな渦が形成されることにより、冷媒流路１００に流入する冷媒の気液混合比率を、全ての冷媒流路１００について概ね均等なものとすることができる。大きな渦が形成されるのは、冷媒流路１００のうち供給流路ＳＰの近傍の部分が、順方向及び逆方向の（片方ではなく）両方に向かって拡大するように形成されていることに起因している。
【００９１】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１０：熱交換器
１００：冷媒流路
１５１：カップ
１５２：インナープレート
１５１ａ，１５２ａ：熱交換部
１５１ｂ，１５２ｂ：入口部
１５１ｃ，１５２ｃ：接続部
２００：冷却水流路
ＳＰ：供給流路
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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