(57)【要約】【課題】熱交換器の伝熱性能を向上させる。【解決手段】隔壁式熱交換器は、第１隔壁と、第２隔壁と、第１隔壁と第２隔壁との間に形成される空間を複数の第１流路に分割する複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎとを備えている。このとき、第１隔壁と第２隔壁とは、複数の第１流路を流れる第１流体と異なる第２流体が流れる複数の第２流路から複数の第１流路を隔てている。複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎは、複数の正弦曲線にそれぞれ沿う複数の第１側流路壁面５２と複数の第２側流路壁面５３とが形成されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１隔壁と、
第２隔壁と、
前記第１隔壁と前記第２隔壁との間に形成される空間を複数の第１流路に分割する複数の流路壁とを備え、
前記第１隔壁と前記第２隔壁とは、前記複数の第１流路を流れる第１流体と異なる第２流体が流れる第２流路から前記複数の第１流路を隔て、
前記複数の流路壁は、複数の壁面が形成され、
前記複数の壁面の各々は、互いに異なる正弦曲線に沿う
隔壁式熱交換器。
【請求項２】
前記複数の流路壁の各々は、
第１壁面と、
前記第１壁面の反対側に形成される第２壁面とが形成され、
前記正弦曲線は第１正弦曲線と第２正弦曲線を有し、
前記第１壁面は前記第１正弦曲線に沿うとともに前記第２壁面は前記第２正弦曲線に沿い、
前記第１正弦曲線の周期と振幅は、前記第２正弦曲線の周期と振幅に等しく、
前記第１正弦曲線と前記第２正弦曲線は各々の振幅方向に所定のオフセット値だけ平行移動された位置にある
請求項１に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項３】
前記複数の流路壁の各々は、
第１壁面と、
前記第１壁面の反対側に形成される第２壁面とが形成され、
前記正弦曲線は第１正弦曲線と第２正弦曲線を有し、
前記第１壁面は第１正弦曲線に沿うとともに前記第２壁面は第２正弦曲線に沿い、
前記第１正弦曲線の周期は、前記第２正弦曲線の周期に等しく、
前記第１正弦曲線の振幅は、前記第２正弦曲線の振幅より小さく、
前記第１正弦曲線と前記第２正弦曲線とは、各々の変曲点で互いに交差する
請求項１に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項４】
前記複数の流路壁の各々は、切欠き部が前記正弦曲線の周期ごとに形成されることにより、複数の流路壁要素に分割され、
前記切欠き部は、前記正弦曲線の変曲点に重なり、
前記流路壁要素は、前記正弦曲線の極大点または極小点に重なる
請求項１または請求項３に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項５】
前記流路壁要素は、前記切欠き部に隣接する端に近付くにつれてなだらかに幅が小さくなるように、形成される
請求項４に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項６】
前記流路壁要素は、要素内切欠き部が形成されることにより、さらに分割され、
前記要素内切欠き部は、前記正弦曲線のうちの前記切欠き部が重なる変曲点と異なる他の変曲点に重なる
請求項４または請求項５に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項７】
前記流路壁要素は、前記要素内切欠き部に配置される中間流路壁要素を備える
請求項６に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項８】
前記空間の端に側壁面を形成する側壁をさらに備え、
前記側壁面は、前記正弦曲線と周期が等しい他の正弦曲線に沿う
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項９】
前記複数の流路壁の間隔の最小値を、前記第１隔壁と前記第２隔壁との間隔で除算した値は、２．５より大きく、かつ、６より小さい
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の隔壁式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の技術は、隔壁式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
隔壁により隔てられた流体の間で熱交換を行わせる隔壁式熱交換器が知られている。このような隔壁式熱交換器は、熱コンダクタンス平衡条件を考慮して、各々の流体の熱交換に必要な伝熱面積を決定することにより、コンパクト化が可能である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６８７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、従来の隔壁式熱交換器では、熱交換器の伝熱性能を向上させる伝熱面の形状の開発が試行錯誤により進められている。このため、隔壁式熱交換器は、伝熱面の形状を最適化することが困難であるという問題がある。
【０００５】
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、熱交換器のコンパクト化を可能にするとともに、伝熱性能を向上させる形状の伝熱面を有する隔壁式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】
開示の技術では、隔壁式熱交換器は、第１隔壁と、第２隔壁と、前記第１隔壁と前記第２隔壁との間に形成される空間を複数の第１流路に分割する複数の流路壁とを備えている。前記第１隔壁と前記第２隔壁とは、前記複数の第１流路を流れる第１流体と異なる第２流体が流れる複数の第２流路から前記複数の第１流路を隔てている。前記複数の流路壁は、正弦曲線に沿う壁面が形成されている。
【発明の効果】
【０００７】
開示の隔壁式熱交換器は、熱交換器をコンパクト化するとともに、その伝熱性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施例１の隔壁式熱交換器を示す斜視図である。
【図２】図２は、熱交換器本体を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、複数の第１熱交換器板のうちの１つの第１熱交換器板を示す平面図である。
【図４】図４は、複数の第２熱交換器板のうちの１つの第２熱交換器板を示す平面図である。
【図５】図５は、第１熱交換流路用凹部を示す平面図である。
【図６】図６は、複数の第１流路壁のうちの隣り合う２つの流路壁を示す平面図である。
【図７】図７は、図２のＡ−Ａ断面拡大図である。
【図８】図８は、実施例２の隔壁式熱交換器に形成される複数の奇数番流路壁と複数の偶数番流路壁とを示す平面図である。
【図９】図９は、実施例２の隔壁式熱交換器に形成される複数の奇数番流路壁と複数の偶数番流路壁とを概略的に示す説明図である。
【図１０】図１０は、奇数番流路壁要素を示す平面図である。
【図１１】図１１は、実施例３の隔壁式熱交換器に形成される複数の奇数番流路壁を示す平面図である。
【図１２】図１２は、実施例３の隔壁式熱交換器に形成される複数の奇数番流路壁と複数の偶数番流路壁とを概略的に示す説明図である。
【図１３】図１３は、奇数番流路壁要素を示す平面図である。
【図１４】図１４は、実施例４の隔壁式熱交換器に形成される複数の奇数番流路壁要素のうちの１つの奇数番流路壁要素を示す平面図である。
【図１５】図１５は、実施例４の隔壁式熱交換器と比較例の隔壁式熱交換器とにおける、熱通過率Ｋと、熱通過率Ｋと伝熱面積との積ＫＡとを示すグラフである。
【図１６】図１６は、実施例４の隔壁式熱交換器の圧力損失と比較例の隔壁式熱交換器の圧力損失とを示すグラフである。
【図１７】図１７は、変形例の隔壁式熱交換器が備える１つの流路壁の一部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本願が開示する実施形態にかかる隔壁式熱交換器について、図面を参照して説明する。なお、以下の記載により本願が開示する技術が限定されるものではない。また、以下の記載においては、同一の構成要素に同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１の隔壁式熱交換器１を示す斜視図である。実施例１の隔壁式熱交換器１は、図１に示されているように、熱交換器本体２と第１流入管５と第１流出管６と第２流入管７と第２流出管８とを備えている。第１流入管５は、第１流体を熱交換器本体２に流入させる。第１流出管６は、熱交換器本体２で第２流体と熱交換された第１流体を熱交換器本体２から外部に流出させる。第２流入管７は、第２流体を熱交換器本体２に流入させる。第２流出管８は、熱交換器本体２で第１流体と熱交換された第２流体を熱交換器本体２から外部に流出させる。
【００１１】
図２は、熱交換器本体２を示す分解斜視図である。図２の熱交換器本体２は、図１の隔壁式熱交換器１を第２流入管７または第２流出管８の管軸を中心に、１８０度回転させた図である。熱交換器本体２は、図２に示されているように、積層体１０と第１端板１１と第２端板１２とを備えている。積層体１０は、柱体に形成されている。第１端板１１は、柱体である積層体１０の一方の底面Ｓ１を覆い、積層体１０に固定されている。第２端板１２は、柱体である積層体１０の底面Ｓ１の反対側の他方の底面Ｓ２を覆い、積層体１０に固定されている。
【００１２】
熱交換器本体２は、第１流入室１４と第１流出室１５と第２流入室１６と第２流出室１７とが形成されている。第１流入室１４と第１流出室１５と第２流入室１６と第２流出室１７とは、後述する積層体１０の積層方向２０に積層体１０を貫通する４つの貫通孔の両端が第１端板１１と第２端板１２とによりそれぞれ閉塞されることにより、形成されている。
【００１３】
積層体１０は、さらに、第１流出孔１８と第２流出孔１９とが形成されている。第１流出孔１８は、積層体１０の側面のうちの第１流出室１５の近傍に形成され、第１流出室１５と熱交換器本体２の外部とを接続している。このとき、第１流出管６は、一端が第１流出孔１８に挿入されて第１流出室１５に臨むように積層体１０に固定され、他端が熱交換器本体２の外部に配置される。第２流出孔１９は、積層体１０の側面のうちの第２流出室１７の近傍に形成され、第２流出室１７の内部と熱交換器本体２の外部とを接続している。このとき、第２流出管８は、一端が第２流出孔１９に挿入されて第２流出室１７に臨むように積層体１０に固定され、他端が熱交換器本体２の外部に配置される。
【００１４】
積層体１０は、さらに、図示されていない第１流入孔と第２流入孔とが形成されている。第１流入孔は、積層体１０の側面のうちの第１流入室１４の近傍に形成され、第１流入室１４の内部と熱交換器本体２の外部とを接続している。このとき、第１流入管５は、一端が第１流入孔に挿入されて第１流入室１４に臨むように積層体１０に固定され、他端が熱交換器本体２の外部に配置される。第２流入孔は、積層体１０の側面のうちの第２流入室１６の近傍に形成され、第２流入室１６の内部と熱交換器本体２の外部とを接続している。このとき、第２流入管７は、一端が第２流入孔に挿入されて第２流入室１６に臨むように積層体１０に固定され、他端が熱交換器本体２の外部に配置される。
【００１５】
積層体１０は、複数の熱交換器板を有する。複数の熱交換器板は、それぞれ、板状に形成されている。複数の熱交換器板は、積層方向２０に垂直に配置され、互いに密着するように積層されている。複数の熱交換器板は、複数の第１熱交換器板と複数の第２熱交換器板とを有する。第１熱交換器板と第２熱交換器板は交互に積層される。
【００１６】
複数の第１熱交換器板は、互いに等しい形状に形成されている。図３は、複数の第１熱交換器板のうちの１つの第１熱交換器板２１を示す平面図である。第１熱交換器板２１は、図３に示されているように、第１流入室用孔２２と第１流出室用孔２３と第２流入室用孔２４と第２流出室用孔２５とが形成されている。第１流入室用孔２２と第１流出室用孔２３と第２流入室用孔２４と第２流出室用孔２５とは、それぞれ、第１熱交換器板２１の一方の面Ｓ３から他方の面Ｓ４に貫通している。
【００１７】
第１熱交換器板２１は、一方の面Ｓ３に第１熱交換流路用凹部２６と第１流入流路用凹部２７と第１流出流路用凹部２８とがさらに形成されている。第１熱交換流路用凹部２６は、第１熱交換器板２１の概ね中央に形成されている。第１流入流路用凹部２７は、第１熱交換流路用凹部２６と第１流入室用孔２２との間に形成され、第１流入室用孔２２に繋がり、第１熱交換流路用凹部２６のうちの第１流入室用孔２２の側の縁Ｖ１に繋がっている。第１流出流路用凹部２８は、第１熱交換流路用凹部２６と第１流出室用孔２３との間に形成され、第１流出室用孔２３に繋がり、第１熱交換流路用凹部２６のうちの第１流入流路用凹部２７に繋がる縁Ｖ１に対して流れ方向２９の反対側の縁Ｖ２に繋がっている。流れ方向２９は、第１熱交換流路用凹部２６を第１流体が全体として流れる方向（後述する正弦波状の流路に沿って流れる第１流体の進行方向）を表し、積層方向２０に垂直であり、すなわち、第１熱交換器板２１に平行である。
【００１８】
複数の第２熱交換器板は、互いに等しい形状に形成されている。図４は、複数の第２熱交換器板のうちの１つの第２熱交換器板３１を示す平面図である。第２熱交換器板３１は、図４に示されているように、第１流入室用孔３２と第１流出室用孔３３と第２流入室用孔３４と第２流出室用孔３５とが形成されている。第１流入室用孔３２と第１流出室用孔３３と第２流入室用孔３４と第２流出室用孔３５とは、それぞれ、第２熱交換器板３１の一方の面Ｓ５から他方の面Ｓ６に貫通している。第１流入室用孔３２は、複数の熱交換器板が適切に積層されたときに、第１熱交換器板２１の第１流入室用孔２２と繋がり第１流入室１４を形成する。第１流出室用孔３３は、複数の熱交換器板が適切に積層されたときに、第１熱交換器板２１の第１流出室用孔２３と繋がり第１流出室１５を形成する。第２流入室用孔３４は、複数の熱交換器板が適切に積層されたときに、第１熱交換器板２１の第２流入室用孔２４と繋がり第２流入室１６を形成する。第２流出室用孔３５は、複数の熱交換器板が適切に積層されたときに、第１熱交換器板２１の第２流出室用孔２５と繋がり第２流出室１７を形成する。
【００１９】
第２熱交換器板３１は、一方の面Ｓ５に第２熱交換流路用凹部３６と第２流入流路用凹部３７と第２流出流路用凹部３８とがさらに形成されている。第２熱交換流路用凹部３６は、複数の熱交換器板が適切に積層されたときに、第１熱交換器板２１の第１熱交換流路用凹部２６と積層方向２０に重なるように、第２熱交換器板３１の概ね中央に形成されている。第２流入流路用凹部３７は、第２流入室用孔３４と第２熱交換流路用凹部３６との間に形成され、第２流入室用孔３４に繋がり、第２熱交換流路用凹部３６のうちの第１流出室用孔３３の側の縁Ｖ３に繋がっている。第２流出流路用凹部３８は、第２流出室用孔３５と第２熱交換流路用凹部３６との間に形成され、第２流出室用孔３５に繋がり、第２熱交換流路用凹部３６のうちの第２流入流路用凹部３７に繋がる縁Ｖ３に対して流れ方向２９の反対側の縁Ｖ４に繋がっている。流れ方向２９は、図３の流れ方向２９と同じ方向である。図４では、流れ方向２９は、第２流体が全体として第２熱交換流路用凹部３６を流れる方向（後述する正弦波状の流路に沿って流れる第２流体の進行方向）を表し、積層方向２０に垂直であり、すなわち、第２熱交換器板３１に平行である。なお、第１流体、第２流体の流れる方向は可逆的であるため、図３、図４において流れ方向２９は両矢印で示している。
【００２０】
図５は、第１熱交換流路用凹部２６を示す平面図である。第１熱交換器板２１は、図５に示されているように、第１熱交換流路用凹部２６が形成されることにより、第１側壁面４１と第２側壁面４２と底面４３とが形成されている。第１側壁面４１は、第１熱交換流路用凹部２６のうちのスパン方向４４の一方の縁に形成され、第１熱交換流路用凹部２６の内壁面の一部を形成している。スパン方向４４は、積層方向２０に垂直であり、かつ、流れ方向２９に垂直な方向である。第１側壁面４１は、第１熱交換器板２１が平行な平面に概ね垂直であり、すなわち、積層方向２０に概ね平行である。第１側壁面４１は、第１熱交換器板２１に平行な平面に描かれる正弦曲線に沿うように、形成されている。第１側壁面４１が沿う正弦曲線は、正弦関数により示される波形に等しく、振幅が流れ方向２９に周期的になめらかに変化する。すなわち、その正弦関数は、変数ｘと変数ｙと振幅Ａと周期Ｔとを用いて、次式（１）により表現される。
ｙ＝Ａｓｉｎ（２π／Ｔ・ｘ）・・・（１）
ここで、変数ｘは、流れ方向２９における位置を示している。変数ｙは、スパン方向４４における位置を示している。振幅Ａは、１．０ｍｍより小さい値、たとえば、０．６ｍｍが例示される。周期Ｔとしては、３ｍｍが例示される。
【００２１】
第２側壁面４２は、第１熱交換流路用凹部２６のうちの第１側壁面４１が形成される縁に対してスパン方向４４の反対側の縁に形成され、第１熱交換流路用凹部２６の内壁面の一部を形成している。第２側壁面４２は、第１熱交換器板２１が沿う平面に概ね垂直であり、すなわち、積層方向２０に概ね平行である。第２側壁面４２は、第１熱交換器板２１が沿う平面に描かれる正弦曲線に沿うように、形成されている。第２側壁面４２が沿う正弦曲線は、第１側壁面４１が沿う正弦曲線と同じ正弦曲線である。すなわち、第２側壁面４２が沿う正弦曲線の周期は、第１側壁面４１が沿う正弦曲線の周期に等しく、かつ、第２側壁面４２が沿う正弦曲線の振幅は、第１側壁面４１が沿う正弦曲線の振幅に等しい。さらに、第２側壁面４２が沿う正弦曲線のうちのある位相に対応する点の流れ方向２９の位置は、第１側壁面４１が沿う正弦曲線のうちのその位相に対応する点の流れ方向２９の位置に等しい。
【００２２】
底面４３は、第１熱交換流路用凹部２６の内壁面の一部を形成し、第１熱交換流路用凹部２６の内壁面のうちの第１側壁面４１と第２側壁面４２とに挟まれた面を形成している。底面４３は、第１熱交換器板２１が平行な平面と平行に、形成されている。
【００２３】
第１熱交換器板２１は、第１隔壁４５と第１側壁４６と第２側壁４７と複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎ（ｎは正の整数。以下同じ）とを備えている。第１隔壁４５は、第１熱交換流路用凹部２６の底部を形成し、すなわち、第１熱交換器板２１のうちの底面４３を形成する部分である。第１側壁４６は、第１熱交換流路用凹部２６の一方の側壁を形成し、すなわち、第１熱交換器板２１のうちの第１側壁面４１を形成する部分である。第２側壁４７は、第１熱交換流路用凹部２６の他方の側壁を形成し、すなわち、第１熱交換器板２１のうちの第２側壁面４２を形成する部分である。複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎは、それぞれ、第１熱交換流路用凹部２６の内部に配置され、底面４３から積層方向２０に突出するように第１隔壁４５に形成されている。
【００２４】
図６は、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎのうちの隣り合う２つの流路壁を示す平面図である。複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎのうちの１つの第１流路壁４８−１は、図６に示されているように、第１熱交換器板２１に平行な平面に描かれた正弦曲線５１に沿うように、形成されている。正弦曲線５１は、式（１）で表現される第１側壁面４１または第２側壁面４２が沿う正弦曲線と同じ正弦曲線であり、振幅が流れ方向２９に周期的になめらかに変化するように形成されている。すなわち、正弦曲線５１の周期は、第１側壁面４１または第２側壁面４２が沿う正弦曲線の周期Ｔに等しく、正弦曲線５１の振幅は、第１側壁面４１または第２側壁面４２が沿う正弦曲線の振幅Ａに等しい。第１流路壁４８−１は、第１側流路壁面５２と第２側流路壁面５３とを形成する。第１側流路壁面５２は、第１流路壁４８−１のうちの第１側壁４６の側に形成されている。第１側流路壁面５２は、第１熱交換器板２１に平行な平面に描かれた正弦曲線（「第１正弦曲線」に対応）に沿うように、形成されている。第１側流路壁面５２が沿う正弦曲線は、正弦曲線５１と同じ正弦曲線であり、正弦曲線５１をスパン方向４４の第１側壁４６の側にオフセット値ｙ０だけ平行移動させて配置した正弦曲線に重なるように形成されている。オフセット値ｙ０としては、０．１ｍｍが例示される。
【００２５】
第２側流路壁面５３は、第１流路壁４８−１のうちの第２側壁４７の側に形成されている。第２側流路壁面５３は、正弦曲線５１をスパン方向４４の第２側壁４７の側にオフセット値ｙ０だけ平行移動させた正弦曲線（「第２正弦曲線」に対応）に重なるように形成されている。第１側流路壁面５２と第２側流路壁面５３は第１熱交換器板２１が沿う平面に概ね垂直であり、すなわち、積層方向２０に概ね平行である。第１流路壁４８−１は、このように形成されることにより、第１流路壁４８−１のうちの正弦曲線５１の変曲点に重なる部分の幅ｗ１（変曲点で正弦曲線５１に直交する部分）が、第１流路壁４８−１のうちの正弦曲線５１の極大点または極小点に重なる部分の幅ｗ２より狭い。式（１）で表現される正弦曲線５１の変曲点は、整数ｉを用いて、次式（２）により表現される位相θに対応する正弦関数のグラフの点に対応している。
θ＝πｉ・・・（２）
また、正弦曲線５１の極大点は、次式（３）により表現される位相θに対応する正弦関数のグラフの点に対応している。
θ＝π／２＋２πｉ・・・（３）
さらに、正弦曲線５１の極小点は、次式（４）により表現される位相θに対応する正弦関数のグラフの点に対応している。
θ＝３π／２＋２πｉ・・・（４）
【００２６】
複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎのうちの第１流路壁４８−１の第２側壁４７の側に配置される隣の第１流路壁４８−２は、第１流路壁４８−１と同様に、形成されている。すなわち、第１流路壁４８−２は、正弦曲線５１に沿うように形成され、第１側流路壁面５２と第２側流路壁面５３とが形成されている。さらに、第１流路壁４８−２は、第１流路壁４８−２が沿う正弦曲線５１が、第１流路壁４８−１が沿う正弦曲線５１がスパン方向４４に所定のピッチＰだけ平行移動した正弦曲線に重なるように、配置されている。ピッチＰとしては０．７５ｍｍが例示される。複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎのうちの第１流路壁４８−１と第１流路壁４８−２とを除く他の第１流路壁に関しても、第１流路壁４８−１と第１流路壁４８−２と同様に、形成されている。すなわち、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎは、ピッチＰで等間隔にスパン方向４４に並ぶように、形成されている。
【００２７】
第１熱交換器板２１は、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎが形成されることにより、複数の溝が形成されている。各々の溝５７は、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎのうちの隣り合う２つの第１流路壁の間に形成され、一方の第１流路壁の第１側流路壁面５２と他方の第１流路壁の第２側流路壁面５３との間に形成されている。溝５７は、第１側流路壁面５２と第２側流路壁面５３とが同じ正弦曲線に沿っていることにより、正弦曲線５１の変曲点に近い部分の幅ｗ３が、正弦曲線５１の極大点または極小点に近い部分の幅ｗ４より狭くなるように、形成されている。
【００２８】
第２熱交換器板３１の第２熱交換流路用凹部３６は、第１熱交換器板２１の第１熱交換流路用凹部２６と同様に形成されている。図７は、図２のＡ−Ａ断面拡大図である。第２熱交換器板３１は、図７に示されているように、第２隔壁６１と複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎとを備えている。第２隔壁６１は、第１熱交換器板２１の第１隔壁４５と同様に、第２熱交換流路用凹部３６の底部を形成し、すなわち、第２熱交換器板３１に平行な底面６３を形成する。複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎは、第１熱交換器板２１の複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎと同様に、第２熱交換流路用凹部３６の内部に配置され、底面６３から積層方向２０に突出するように第２隔壁６１に形成されている。複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎは、さらに、第１熱交換器板２１の複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎと形状が等しくなるように形成されている。第２熱交換器板３１は、図示されていない２つの側壁をさらに備えている。２つの側壁は、第１熱交換器板２１の第１側壁４６と第２側壁４７と同様に、第２熱交換流路用凹部３６のうちのスパン方向４４の両端にそれぞれ形成され、第２熱交換流路用凹部３６の内壁面のうちの底面６３を除いた２つの側壁面をそれぞれ形成している。
【００２９】
複数の熱交換器板は、第１熱交換器板２１の一方の面Ｓ３が、第２熱交換器板３１の他方の面Ｓ６に接合され、第２熱交換器板３１の一方の面Ｓ５が、第１熱交換器板２１の他方の面Ｓ４に接合されることにより、積層される。すなわち、積層体１０は、このように第１熱交換器板２１と第２熱交換器板３１とが交互に積層されている状態で、複数の熱交換器板が互いに接合されることにより形成されている。複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎは、複数の熱交換器板が適切に積層されたときに、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎに積層方向２０に重なるように、形成されている。複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎの頭頂部Ｓ７は、第２隔壁６１の他方の面Ｓ６に接合され、複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎの頭頂部Ｓ８は、第１隔壁４５の他方の面Ｓ４に接合されている。また、第１熱交換器板２１の第１側壁４６と第２側壁４７とは、図示されていないが、複数の熱交換器板が適切に積層されたときに、第２熱交換器板３１の２つの側壁に積層方向２０にそれぞれ重なるように、形成されている。
【００３０】
積層体１０は、複数の熱交換器板が積層されることにより、複数の第１空間６７と複数の第２空間６８とが形成される。第１空間６７は、第１熱交換器板２１の第１熱交換流路用凹部２６の内部であり、第１隔壁４５と第２隔壁６１との間に形成される空間である。複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎは、第１熱交換流路用凹部２６の内部の第１空間６７を複数の第１流路６５に分割している。複数の第１流路６５は、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎと第１隔壁４５と第２隔壁６１とに囲まれている複数の流路を含んでいる。複数の第１流路６５は、図示されていないが、さらに、第１側壁４６と１つの流路壁４８−１と第１隔壁４５と第２隔壁６１とに囲まれる流路と、第２側壁４７と１つの流路壁４８−ｎと第１隔壁４５と第２隔壁６１とに囲まれる流路とを含んでいる。
【００３１】
第２空間６８は、第２熱交換器板３１の第２熱交換流路用凹部３６の内部であり、第１隔壁４５と第２隔壁６１との間に形成される空間である。複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎは、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎと同様に、第２熱交換流路用凹部３６の内部の第２空間６８を複数の第２流路６６に分割している。複数の第２流路６６は、複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎと第１隔壁４５と第２隔壁６１とに囲まれている複数の流路を含んでいる。複数の第２流路６６は、図示されていないが、さらに、２つの側壁の一方と複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎのうちの１つの流路壁と第１隔壁４５と第２隔壁６１とに囲まれる流路と、２つの側壁の他方と複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎのうちの１つの流路壁と第１隔壁４５と第２隔壁６１とに囲まれる流路とを含んでいる。第１流路６５と第２流路６６は、流体がスパン方向４４に振動を繰り返しながら、流れ方向２９を進行方向として流れる正弦波状の流路を形成する。
【００３２】
このとき、第１流路６５は、第１側流路壁面５２と第２側流路壁面５３との間に形成される溝５７の幅が流路に沿った位置によって異なっていることにより、断面積が流路に沿った位置によって異なっている。第２流路６６に関しても、第１流路６５と同様に、断面積が位置によって異なっている。
【００３３】
第１流路６５は、最小第１流路幅Ｗｃ１と第１流路壁高さＨ１とを用いて、次式（５）が成立するように形成されている。
２．５＜Ｗｃ１／Ｈ１＜６・・・（５）
ここで、最小第１流路幅Ｗｃ１は、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎの間隔の最小値であり、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎのうちの隣り合う２つの流路壁間の距離の最小値を示し、すなわち、第１流路６５の幅の最小値を示している。第１流路壁高さＨ１は、第１隔壁４５と第２隔壁６１との間隔を示し、第１熱交換流路用凹部２６の深さを示し、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎの高さを示し、すなわち、第１流路６５の積層方向２０の高さを示している。第２流路６６は、最小第２流路幅Ｗｃ２と第２流路壁高さＨ２とを用いて、次式（６）が成立するように形成されている。
２．５＜Ｗｃ２／Ｈ２＜６・・・（６）
ここで、最小第２流路幅Ｗｃ２は、複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎの間隔の最小値であり、複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎのうちの隣り合う２つの流路壁間の距離の最小値を示し、すなわち、第２流路６６の幅の最小値を示している。第２流路壁高さＨ２は、第１隔壁４５と第２隔壁６１との間隔を示し、第２熱交換流路用凹部３６の深さを示し、複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎの高さを示し、すなわち、第２流路６６の積層方向２０の高さを示している。隔壁式熱交換器１は、Ｗｃ１／Ｈ１とＷｃ２／Ｈ２とが６より小さいことにより流れる流体の圧力に対して十分な強度を確保し、複数の第１流路６５に第１流体が流れ、複数の第２流路６６に第２流体が流れるときに、第１隔壁４５と第２隔壁６１とが各々の流体の圧力により撓むことが防止される。隔壁式熱交換器１は、Ｗｃ１／Ｈ１とＷｃ２／Ｈ２とが２．５より大きく、かつ、６より小さいことにより、第１流体および第２流体と第１隔壁４５および第２隔壁６１との間の熱伝達の伝熱性能の低下を抑制し、かつ、耐圧性能の低下を抑制することができる。作動流体の稼働条件に応じてこれらの設計パラメータをチューニングする。
【００３４】
隔壁式熱交換器１は、さらに、第１流体と第２流体の一方が水、他方が冷媒（例示：Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２）であるときに、第１流路６５の水力直径が０．３ｍｍ以下になるように、かつ、第２流路６６の水力直径が０．３ｍｍ以下になるように、形成されている。さらに、このとき、第１側流路壁面５２と第２側流路壁面５３とが沿う正弦曲線の振幅Ａは、１．０ｍｍより小さい大きさを示し、たとえば、０．６ｍｍが例示される。その正弦曲線の周期Ｔとしては、３ｍｍが例示される。隔壁式熱交換器１は、このように形成されることにより、水と冷媒との間で高い熱交換性能を得ることができる。
【００３５】
［実施例１の隔壁式熱交換器１の製造方法］
隔壁式熱交換器１が作製される前に、複数の第１流路６５と複数の第２流路６６との形状が異なる、隔壁式熱交換器１の複数の数学モデルが作成される。その複数の数学モデルは、コンピュータシミュレーションに利用され、複数の第１流路６５と複数の第２流路６６とを流れる流体の挙動や熱交換器の伝熱性能を算出することに利用される。隔壁式熱交換器１は、その算出された流体の挙動や熱交換器の伝熱性能に基づいて、複数の第１流路と複数の第２流路とが適切な形状に形成されるように、設計される。
【００３６】
隔壁式熱交換器１は、第１側流路壁面５２と第２側流路壁面５３とが単純な正弦曲線に沿っていることにより、少ないパラメータで複数の第１流路６５と複数の第２流路６６との形状を決定するためのコンピュータシミュレーションを行うことができる。そのパラメータとしては、周期Ｔ、振幅Ａ、オフセット値ｙ０、ピッチＰが例示される。隔壁式熱交換器１は、複数の第１流路６５と複数の第２流路６６との形状を決定するパラメータの数が少ないことにより、コンピュータシミュレーションを実行するときのコンピュータの演算量を低減し、コンピュータシミュレーションに要する時間を短縮することができる。このため、隔壁式熱交換器１は、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎと複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎとの形状をコンピュータシミュレーションにより最適化する作業を容易化することができる。
【００３７】
第１熱交換器板２１と第２熱交換器板３１とは、金属板がエッチングされることにより、作製される。この金属板の厚さとしては０．３ｍｍが例示される。複数の熱交換器板は、第１端板１１と第２端板１２とともに、たとえば拡散接合により互いに接合される。このとき、第１熱交換器板２１の第１流入室用孔２２と第２熱交換器板３１の第１流入室用孔３２とは、第１端板１１と第２端板１２と複数の熱交換器板とが互いに接合されることにより、互いに接続され、第１流入室１４を形成する。さらに、第１熱交換器板２１の第１流出室用孔２３と第２熱交換器板３１の第１流出室用孔３３とは、第１流出室１５を形成する。第１熱交換器板２１の第２流入室用孔２４と第２熱交換器板３１の第２流入室用孔３４とは、第２流入室１６を形成する。第１熱交換器板２１の第２流出室用孔２５と第２熱交換器板３１の第２流出室用孔３５とは、第２流出室１７を形成する。
【００３８】
第１流出孔１８と第２流出孔１９と第１流入孔と第２流入孔とは、第１端板１１と第２端板１２と積層された複数の熱交換器板とが互いに接合された後に、機械加工により形成される。第１流入管５と第１流出管６と第２流入管７と第２流出管８とは、第１流入孔と第１流出孔１８と第２流入孔と第２流出孔１９とにそれぞれ挿入された後に、たとえば溶接により熱交換器本体２に固定される。
【００３９】
［実施例１の隔壁式熱交換器１の動作］
隔壁式熱交換器１は、第１流入管５を介して第１流体が第１流入室１４に流入する。第１流体は、第１流入室１４に流入した後に、複数の第１熱交換器板２１にそれぞれ分配され、第１熱交換器板２１に形成される第１流入流路用凹部２７に流入する。第１流体は、第１流入流路用凹部２７に流入した後に、第１流入流路用凹部２７により流れの幅が第１流入室１４の幅から第１熱交換流路用凹部２６の幅に広げられ、第１熱交換流路用凹部２６に形成された複数の第１流路６５に流入する。第１流体は、複数の第１流路６５を流れるときに、第１側流路壁面５２と第２側流路壁面５３とが正弦曲線に沿っていることにより、流れる方向が正弦波状に変化する。複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎのうちの正弦曲線の極大点、または、極小点と重なる部分は、第１流体が流れる方向が他の部分に比べて急激に変化することにより、第１流体からより大きい応力を受ける。複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎのうちの正弦曲線の極大点、または、極小点と重なる部分は、他の部分に比べて、流路壁の幅が大きく形成されている。これにより、第１流体から受ける応力に対する強度が他の部分より大きく、他の部分に比べて大きな応力に対して十分な強度を確保することができる。
【００４０】
第１流体は、複数の第１流路６５を流れるときに、さらに、複数の第１流路６５の断面積が流路に沿った流れ方向の位置によって異なっていることにより、流れる速さが変化する。第１流体は、複数の第１流路６５を流れるときに、流れる方向が正弦波状に変化し、流れる速さが変化することにより、局所的に常時攪乱される。隔壁式熱交換器１は、第１流体が局所的に常時攪乱されることにより、第１流体と第１隔壁４５との間の熱伝達の熱抵抗を低減し、第１流体と第２隔壁６１との間の熱伝達の熱抵抗を低減することができる。
【００４１】
隔壁式熱交換器１は、さらに、第２流入管７を介して第２流体が第２流入室１６に流入する。第２流体は、第２流入室１６に流入した後に、複数の第２熱交換器板３１にそれぞれ分配され、第２熱交換器板３１に形成される第２流入流路用凹部３７に流入する。第２流体は、第２流入流路用凹部３７に流入した後に、第２流入流路用凹部３７により流れの幅が第２流入室１６の幅から第２熱交換流路用凹部３６の幅に広げられ、第２熱交換流路用凹部３６に形成された複数の第２流路６６に流入する。このとき、第２流体は、第１流体が全体として流れ方向２９を第１流入室１４から第１流出室１５に向かって流れることに対して、第１流体が流れる方向と反対方向に全体として流れ方向２９を第１流出室１５側から第１流入室１４側に向かって流れる。すなわち、隔壁式熱交換器１は、いわゆる向流型熱交換器である。
【００４２】
第２流体は、複数の第２流路６６を流れるときに、第１側流路壁面５２と第２側流路壁面５３とが正弦曲線に沿っていることにより、流れる方向が正弦波状に変化する。複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎのうちの正弦曲線の極大点、または、極小点と重なる部分は、第２流体が流れる方向が他の部分に比べて急激に変化することにより、第２流体からより大きい応力を受ける。複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎのうちの正弦曲線の極大点、または、極小点と重なる部分は、他の部分に比べて、流路壁幅が大きく形成されている。これにより、第２流体から受ける応力に対する強度が他の部分より大きく、他の部分に比べて大きな応力に対して十分な強度を確保することができる。
【００４３】
第２流体は、複数の第２流路６６を流れるときに、さらに、複数の第２流路６６の断面積が流路に沿った流れ方向の位置によって異なっていることにより、流れる速さが変化する。第２流体は、複数の第２流路６６を流れるときに、流れる方向が正弦波状に変化し、流れる速さが変化することにより、局所的に常時攪乱される。隔壁式熱交換器１は、第２流体が局所的に常時攪乱されることにより、第２流体と第１隔壁４５との間の熱伝達の熱抵抗を低減し、第２流体と第２隔壁６１との間の熱伝達の熱抵抗を低減することができる。隔壁式熱交換器１は、第１流体および第２流体と第１隔壁４５および第２隔壁６１との間の熱伝達の熱抵抗が低減することにより、第１流体と第２流体との間で行われる熱交換の性能を向上させることができる。
【００４４】
第１流体は、複数の第１流路６５を流れた後に、第１流出流路用凹部２８に流入する。第１流体は、第１流出流路用凹部２８に流入した後に、第１流出流路用凹部２８により流れの幅が第１熱交換流路用凹部２６の幅から第１流出室１５の幅に狭められ、第１流出室１５に流入する。第１流出室１５は、第１流出流路用凹部２８を介して複数の第１熱交換器板２１から流入した第１流体を合流させる。第１流出室１５で合流した第１流体は、第１流出管６を介して外部に流出する。第２流体は、複数の第２流路６６を流れた後に、第２流出流路用凹部３８に流入する。第２流体は、第２流出流路用凹部３８に流入した後に、第２流出流路用凹部３８により流れの幅が第２熱交換流路用凹部３６の幅から第２流出室１７の幅に狭められ、第２流出室１７に流入する。第２流出室１７は、第２流出流路用凹部３８を介して複数の第２熱交換器板３１から供給された第２流体を合流させる。第２流出室１７で合流した第２流体は、第２流出管８を介して外部に流出する。
【００４５】
［実施例１の隔壁式熱交換器１の効果］
実施例１の隔壁式熱交換器１は、第１隔壁４５（「第１隔壁」に対応）と、第２隔壁６１（「第２隔壁」に対応）と、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎとを備えている。複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎは、第１隔壁４５と第２隔壁６１との間に形成される第１熱交換流路用凹部２６の内部の第１空間６７を複数の第１流路６５に分割する。このとき、第１隔壁４５と第２隔壁６１とは、複数の第１流路６５を流れる第１流体と異なる第２流体が流れる複数の第２流路６６から複数の第１流路６５を隔てている。複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎは、それぞれが正弦曲線に沿って形成される。また、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎは、それぞれが互いに異なる正弦曲線に沿う複数の第１側流路壁面５２と複数の第２側流路壁面５３とを形成する。
【００４６】
このような隔壁式熱交換器１は、正弦曲線に沿う複数の第１側流路壁面５２と複数の第２側流路壁面５３とが形成されていることにより、複数の第１流路６５を流れる第１流体が流れる方向を正弦波状に変化させることができる。隔壁式熱交換器１は、正弦曲線に沿う複数の第１側流路壁面５２と複数の第２側流路壁面５３とが形成されていることにより、さらに、複数の第１流路６５の幅を第１流体が流れる方向に沿って変化させることができる。隔壁式熱交換器１は、複数の第１流路６５の幅が変化することにより、複数の第１流路６５の断面積を変化させることができ、複数の第１流路６５を流れる第１流体の速さを変化させることができる。隔壁式熱交換器１は、第１流体が流れる方向が変化することにより、また、第１流体の速さが変化することにより、複数の第１流路６５を流れる第１流体を局所的に常時攪乱することができる。隔壁式熱交換器１は、複数の第１流路６５を流れる第１流体が局所的に常時攪乱されることにより、第１流体と第１隔壁４５との熱伝達の熱抵抗を低減することができ、第１流体と第２隔壁６１との熱伝達の熱抵抗を低減することができる。隔壁式熱交換器１は、熱抵抗が低減されることにより、第１流体と、複数の第２流路６６を流れる第２流体との間で熱交換を行うときの伝熱性能を向上させることができる。隔壁式熱交換器１は、複数の第１側流路壁面５２と複数の第２側流路壁面５３とが単純な正弦曲線にそれぞれ沿うことにより、第１流体の挙動をコンピュータシミュレーションするときに、複数の第１流路６５の形状の入力・変更を容易化し、また、コンピュータの演算負荷を低減することができる。その結果、隔壁式熱交換器１は、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎの形状を最適化する作業を容易化することができる。
【００４７】
また、実施例１の隔壁式熱交換器１は、第１熱交換流路用凹部２６の内部の第１空間６７の端に形成される第１側壁面４１が形成される第１側壁４６をさらに備えている。このとき、第１側壁面４１は、複数の第１側流路壁面５２と複数の第２側流路壁面５３とが沿う正弦曲線と同じ正弦曲線に沿うように形成されている。すなわち、第１側壁面４１が沿う正弦曲線の周期は、複数の第１側流路壁面５２と複数の第２側流路壁面５３とが沿う正弦曲線の周期に等しく、第１側壁面４１が沿う正弦曲線の振幅は、複数の第１側流路壁面５２と複数の第２側流路壁面５３とが沿う正弦曲線の振幅に等しい。
【００４８】
このような隔壁式熱交換器１は、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎに挟まれる流路を流れる第１流体と同様に、第１流路壁４８−１と第１側壁面４１との間に形成される流路を流れる第１流体を局所的に常時攪乱することができる。その結果、隔壁式熱交換器１は、第１流体が局所的に常時攪乱されることにより、第１流体と第２流体との間で熱交換を行うときの伝熱性能をさらに向上させることができる。
【００４９】
また、実施例１の隔壁式熱交換器１の複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎの間隔の最小値である最小第１流路幅Ｗｃ１を、第１隔壁４５と第２隔壁６１との間隔である第１流路壁高さＨ１で除算した値Ｗｃ１／Ｈ１は、２．５より大きく、かつ、６より小さい。このような隔壁式熱交換器１は、Ｗｃ１／Ｈ１が６より小さいことにより、第１隔壁４５と第２隔壁６１との強度を確保し、複数の第１流路６５に第１流体が流れるときに、第１隔壁４５と第２隔壁６１とが流体の圧力により撓むことが防止される。隔壁式熱交換器１は、Ｗｃ１／Ｈ１が２．５より大きく、かつ、６より小さいことにより、第１流体と第１隔壁４５および第２隔壁６１との間の伝熱性能の低下を抑制し、かつ、耐圧性能の低下を抑制することができる。なお、第２流路壁６２−１〜６２−ｎに関しても、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎ同様に形成されることにより、隔壁式熱交換器１は、第２流体と第１隔壁４５および第２隔壁６１との間の伝熱性能の低下を抑制し、かつ、第１隔壁４５と第２隔壁６１との強度を確保することができる。
【実施例２】
【００５０】
実施例２の隔壁式熱交換器は、図８に示されているように、既述の実施例１の隔壁式熱交換器１の複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎが複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１（ｎ１は正の整数。以下同じ）と複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２（ｎ２は正の整数。以下同じ）とに置換されている。図８は、実施例２の隔壁式熱交換器に形成される複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１と複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２とを示す平面図である。複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１のうちの１つの奇数番流路壁７１−１は、既述の第１流路壁４８−１と同様に、正弦曲線５１に沿うように形成されている。複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１のうちの奇数番流路壁７１−１と異なる他の奇数番流路壁も、奇数番流路壁７１−１と同様に、正弦曲線５１に沿うように形成されている。複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２のうちの１つの偶数番流路壁７２−１は、既述の第１流路壁４８−２と同様に、正弦曲線５１に沿うように形成されている。複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２のうちの偶数番流路壁７２−１と異なる他の偶数番流路壁も、偶数番流路壁７２−１と同様に、正弦曲線５１に沿うように形成されている。複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１のうちの隣り合う２つの奇数番流路壁の間には、複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２のうちの１つの偶数番流路壁が配置されている。複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２のうちの隣り合う２つの偶数番流路壁の間には、複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１のうちの１つの奇数番流路壁が配置されている。すなわち、複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１と複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２とは、スパン方向４４に交互に並んでいる。
【００５１】
奇数番流路壁７１−１は、第１流路壁４８−１から複数の部分が除去されることにより形成され、複数の奇数番切欠き部７３が形成され、複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１（ｍ１は正の整数。以下同じ）に分割されている。複数の奇数番切欠き部７３は、奇数番流路壁７１−１に周期Ｔごとに周期的に形成されている。複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１のうちの奇数番流路壁７１−１と異なる他の奇数番流路壁に関しても、奇数番流路壁７１−１と同様に、複数の奇数番切欠き部７３が形成され、複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１に分割されている。偶数番流路壁７２−１は、第１流路壁４８−２から複数の部分が除去されることにより形成され、複数の偶数番切欠き部７５が形成され、複数の偶数番流路壁要素７６−１〜７６−ｍ２（ｍ２は正の整数。以下同じ）に分割されている。「切欠き部」は、複数の奇数番切欠き部７３と複数の偶数番切欠き部７５との両方を示している。複数の偶数番切欠き部７５は、偶数番流路壁７２−１に周期Ｔごとに周期的に形成されている。複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２のうちの偶数番流路壁７２−１と異なる他の偶数番流路壁に関しても、偶数番流路壁７２−１と同様に、複数の偶数番切欠き部７５が形成され、複数の偶数番流路壁要素７６−１〜７６−ｍ２に分割されている。
【００５２】
図９は、実施例２の隔壁式熱交換器に形成される複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１と複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２とを概略的に示す説明図である。奇数番流路壁７１−１の複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１のうちの１つの奇数番流路壁要素７４−１は、図９に示されているように、奇数番流路壁７１−１が沿う正弦曲線５１のうちの位相がπ／３から５π／３までの２４０°分の範囲に対応する部分に重なるように形成されている。すなわち、奇数番流路壁要素７４−１は、正弦曲線５１のうちの位相がπ／２である部分と３π／２である部分に重なるように形成され、正弦曲線５１の極大点と極小点のそれぞれに対応する部分に重なるように形成されている。複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１のうちの奇数番流路壁要素７４−１と異なる他の奇数番流路壁要素に関しても、奇数番流路壁要素７４−１と同様に、整数ｉを用いて、奇数番流路壁７１−１が沿う正弦曲線５１のうちの位相がπ／３＋２πｉから５π／３＋２πｉまでの２４０°分の範囲に対応する部分に重なるように、形成されている。
【００５３】
複数の奇数番切欠き部７３のうちの１つの奇数番切欠き部は、正弦曲線５１のうちの位相が５π／３から７π／３までの１２０°分の範囲に対応する部分を除去して形成される。このように形成される奇数番切欠き部７３は、正弦曲線５１のうちの位相が２πである部分を含み、すなわち、正弦曲線５１のうちの変曲点を含んでいる。複数の奇数番切欠き部７３うちの他の切欠き部に関しても、同様に、正弦曲線５１のうちの位相が２πｉである部分を含み、正弦曲線５１のうちの変曲点に重なるように、形成されている。すなわち、複数の奇数番流路壁７１−１は、複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１が正弦曲線５１のうちの位相が２πｉである変曲点に重ならないように、複数の奇数番切欠き部７３が形成されている。複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１のうちの奇数番流路壁７１−１と異なる他の奇数番流路壁も、奇数番流路壁７１−１と同様に、形成されている。
【００５４】
偶数番流路壁７２−１の複数の偶数番流路壁要素７６−１〜７６−ｍ２のうちの１つの偶数番流路壁要素７６−１は、正弦曲線５１のうちの位相が４π／３から８π／３までの２４０°分の範囲に対応する部分に重なるように形成されている。すなわち、偶数番流路壁要素７６−１は、正弦曲線５１のうちの位相が３π／２である部分と５π／２である部分に重なるように形成され、正弦曲線５１の極大点と極小点のそれぞれに対応する部分に重なるように形成されている。複数の偶数番流路壁要素７６−１〜７６−ｍ２のうちの偶数番流路壁要素７６−１と異なる他の偶数番流路壁要素に関しても、偶数番流路壁要素７６−１と同様に、偶数番流路壁７２−１が沿う正弦曲線５１のうちの位相が４π／３＋２πｉから８π／３＋２πｉまでの２４０°分の範囲に対応する部分に重なるように、形成されている。
【００５５】
複数の偶数番切欠き部７５のうちの１つの切欠き部は、正弦曲線５１のうちの位相が２π／３から４π／３までの１２０°分の範囲に対応する部分を除去して形成される。このように形成される切欠き部は、正弦曲線５１のうちの位相がπである部分を含むように形成され、すなわち、正弦曲線５１のうちの変曲点を含んでいる。複数の偶数番切欠き部７５のうちの他の切欠き部に関しても、同様に、正弦曲線５１のうちの位相が２π／３＋２πｉから４π／３＋２πｉまでの１２０°分の範囲に対応する部分を含み、正弦曲線５１のうちの変曲点に重なるように、形成されている。すなわち、複数の偶数番流路壁７２−１は、複数の偶数番流路壁要素７６−１〜７６−ｍ２が正弦曲線５１のうちの位相がπ＋２πｉである変曲点に重ならないように、複数の偶数番切欠き部７５が形成されている。複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２のうちの偶数番流路壁７２−１と異なる他の偶数番流路壁も、偶数番流路壁７２−１と同様に、形成されている。
【００５６】
図１０は、奇数番流路壁要素７４−１の一例を示す平面図である。奇数番流路壁要素７４−１は、図１０に示されているように、頭部７７と尾部７８とを備えている。頭部７７は、奇数番流路壁要素７４−１のうちの流れ方向２９の一端７９（「切欠き部に隣接する端」に対応）を形成し、１つの奇数番切欠き部７３に隣接している。頭部７７は、奇数番流路壁要素７４−１の一端７９に向かって細くなるように形成され、すなわち、奇数番流路壁要素７４−１の一端７９に近付くにつれ、幅がなだらかに小さくなるように形成されている。尾部７８は、奇数番流路壁要素７４−１のうちの頭部７７が形成される一端７９の反対側の他端８０（「切欠き部に隣接する端」に対応）を形成し、１つの奇数番切欠き部７３に隣接している。尾部７８は、奇数番流路壁要素７４−１の流れ方向２９の他端８０に向かって細くなるように形成され、すなわち、奇数番流路壁要素７４−１の他端８０に近付くにつれ、幅がなだらかに小さくなるように形成されている。複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１のうちの奇数番流路壁要素７４−１と異なる他の流路壁要素も、奇数番流路壁要素７４−１と同様に形成されている。
【００５７】
複数の偶数番流路壁要素７６−１〜７６−ｍ２は、複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１と同様に形成され、複数の偶数番流路壁要素７６−１〜７６−ｍ２の各々は、奇数番流路壁要素７４−１と鏡像対称であるものから形成されている。これにより、たとえば、スパン方向４４に隣り合う奇数番流路壁要素と偶数番流路壁要素の端部どうしがスパン方向に重なる部分が形成される。図９では、この重なる部分は、偶数番流路壁要素、奇数番流路壁要素それぞれの端部の位相が６０°の範囲の部分である。さらに、実施例２の隔壁式熱交換器の第２熱交換器板は、実施例１の隔壁式熱交換器１の第２熱交換器板３１のうちの複数の第２流路壁６２−１〜６２−ｎが、複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１と複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２と同様のものに置換されたものから形成されている。
【００５８】
実施例２の隔壁式熱交換器は、既述の実施例１の隔壁式熱交換器１と同様に、第１流体を複数の第１流路に流し、第２流体を複数の第２流路に流し、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う。実施例２の隔壁式熱交換器は、既述の実施例１の隔壁式熱交換器１と同様に、第１流体と第２流体とを局所的に常時攪乱することができ、第１流体と第２流体との間の熱交換の伝熱性能を向上させることができる。実施例２の隔壁式熱交換器は、複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１と複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２との壁面が正弦曲線に沿うことにより、既述の実施例１の隔壁式熱交換器１と同様に、複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１と複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２との形状を最適化する作業を容易化することができる。
【００５９】
実施例２の隔壁式熱交換器は、複数の奇数番切欠き部７３と複数の偶数番切欠き部７５とが形成されていることにより、既述の実施例１の隔壁式熱交換器に比較して、第１流体が複数の第１流路を流れるときの摩擦抵抗が低減され、その結果、圧力損失が低減される。隔壁式熱交換器は、複数の奇数番切欠き部７３と複数の偶数番切欠き部７５とが形成されていることにより、いわゆる前縁効果を発生させ、既述の実施例１の隔壁式熱交換器に比較して、第１流体と第１隔壁４５および第２隔壁６１との間の熱伝達率を向上させることができる。流体の正弦波状の流れは、流路壁の正弦曲線５１の極大点、または、極小点に重なる部分の前後で、流れる流体に働く遠心力の大きい部分である複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１、および、複数の偶数番流路壁要素７６−１〜７６−ｍ２で、主に形成される。従って、正弦曲線５１の変曲点に重なり、流れる流体に働く遠心力の小さい部分を除去して複数の奇数番切欠き部７３と複数の偶数番切欠き部７５を形成しても正弦波状の流れは乱されない。このような切欠き部を設けることにより、正弦波状の流れを維持しながら、流体が流路を流れるときの流路壁による摩擦抵抗を低減させることができる。
【００６０】
［実施例２の隔壁式熱交換器の効果］
実施例２の隔壁式熱交換器の複数の流路壁の各々は、複数の切欠き部が正弦曲線の周期ごとに形成されることにより、複数の流路壁要素に分割されている。この複数の切欠き部は、複数の奇数番切欠き部７３と複数の偶数番切欠き部７５との両方を示している。すなわち、複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１の各々は、複数の奇数番切欠き部７３が正弦曲線の周期ごとに形成されることにより、複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１に分割されている。このとき、複数の奇数番切欠き部７３は、正弦曲線５１の変曲点に重なっている。正弦曲線５１の極大点と極小点はそれぞれ、複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１に形成される壁面に重なっている。複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２の各々は、複数の偶数番切欠き部７５が正弦曲線の周期ごとに形成されることにより、複数の偶数番流路壁要素７６−１〜７６−ｍ２に分割されている。このとき、複数の偶数番切欠き部７５は、正弦曲線５１の変曲点に重なっている。正弦曲線５１の極大点と極小点はそれぞれ、複数の偶数番流路壁要素７６−１〜７６−ｍ２に形成される壁面に重なっている。
【００６１】
このような隔壁式熱交換器は、複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１に複数の奇数番切欠き部７３が形成されていることにより、第１流体が流れるときに複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１から受ける摩擦力を低減することができる。実施例２の隔壁式熱交換器は、複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１と第１流体との間に作用する摩擦力を低減することにより、複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１の間に形成される複数の第１流路の流動抵抗を低減することができる。実施例２の隔壁式熱交換器１は、複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１が形成されていることにより、作動流体が流路壁要素のエッジ（切欠き部に隣接する端）となる頭部７７、尾部７８に接触する機会を与えて、いわゆる前縁効果を発生させ、第１流体と第１隔壁４５および第２隔壁６１との間の熱伝達率を向上させることができる。
【００６２】
また、実施例２の隔壁式熱交換器の複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１は、端に近付くにつれてなだらかに幅が小さくなるように、形成されている。このような隔壁式熱交換器は、複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１の頭部７７と尾部７８とが端に近付くにつれなだらかに幅が小さくなっていることにより、第１流体が流れるときの複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１による形状損失を低減することができる。
【００６３】
また、実施例２の隔壁式熱交換器の複数の奇数番流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１と複数の偶数番流路壁要素７６−１〜７６−ｍ２とは、スパン方向４４に隣り合うものどうしの端部がスパン方向４４に重なる部分が形成される。これにより、重なる部分がない流路の幅は広く、重なる部分のある流路の幅は狭くなり、流路の幅の変化は周期的に繰り返される。この流路の幅の周期的な変化は流路を流れる流体に周期的な攪乱を与えて、既述の実施例１の隔壁式熱交換器に比較して、第１流体と第１隔壁４５および第２隔壁６１との間の熱伝達率を向上させることができる。この結果、流路壁７１−１〜７１−ｎ１、７２−１〜７２−ｎ２の幅の周期的な変化による流体の局所的な常時攪乱と、切欠き部７３、７５を設けることにより形成される流路壁流路壁要素７４−１〜７４−ｍ１、７６−１〜７６−ｍ２による前縁効果と合わせて、既述の実施例１の隔壁式熱交換器に比較して、さらなる伝熱性能の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００６４】
実施例３の隔壁式熱交換器は、図１１に示されているように、既述の実施例２の隔壁式熱交換器の複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１が他の複数の奇数番流路壁８１−１〜８１−ｎ１に置換され、複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２が他の複数の偶数番流路壁８２−１〜８２−ｎ２に置換されている。図１１は、実施例３の隔壁式熱交換器に形成される複数の奇数番流路壁８１−１〜８１−ｎ１と複数の偶数番流路壁８２−１〜８２−ｎ２とを示す平面図である。複数の奇数番流路壁８１−１〜８１−ｎ１と複数の偶数番流路壁８２−１〜８２−ｎ２とは、既述の複数の奇数番流路壁７１−１〜７１−ｎ１と複数の偶数番流路壁７２−１〜７２−ｎ２と同様に、第１熱交換流路用凹部２６に形成され、それぞれの一つが、スパン方向４４に所定のピッチＰで配置された複数の正弦曲線５１の一つに重なるように形成されている。複数の奇数番流路壁８１−１〜８１−ｎ１のうちの１つの奇数番流路壁８１−１は、既述の奇数番流路壁７１−１と同様に、複数の奇数番切欠き部７３が形成され、複数の奇数番流路壁要素８３−１〜８３−ｍ１に分割されている。複数の偶数番流路壁８２−１〜８２−ｎ２のうちの１つの偶数番流路壁８２−１は、既述の偶数番流路壁７２−１と同様に、複数の偶数番切欠き部７５が形成され、複数の偶数番流路壁要素８４−１〜８４−ｍ２に分割されている。
【００６５】
図１２は、実施例３の隔壁式熱交換器に形成される複数の奇数番流路壁８１−１〜８１−ｎ１と複数の偶数番流路壁８２−１〜８２−ｎ２とを概略的に示す説明図である。複数の奇数番流路壁要素８３−１〜８３−ｍ１のうちの１つの奇数番流路壁要素８３−１は、図１２に示されているように、奇数番流路壁要素８３−１の一部を除去することで要素内切欠き部８９（「要素内切欠き部」に対応）が形成され、２つに分割されている。複数の奇数番流路壁要素８３−１〜８３−ｍ１のうちの奇数番流路壁要素８３−１と異なる他の奇数番流路壁要素も、奇数番流路壁要素８３−１と同様にして、各々の一部を除去することで要素内切欠き部８９が形成され、２つに分割されている。要素内切欠き部８９は、正弦曲線５１のうちの位相がπ＋２πｉである変曲点に重なるように奇数番流路壁要素８３−１に形成され、たとえば、正弦曲線５１のうちの位相が５π／６＋２πｉから７π／６＋２πｉまでの６０°分の範囲に対応する部分に重なるように形成されている。また、複数の奇数番流路壁要素８３−１〜８３−ｍ１は、正弦曲線５１の極大点と極小点のそれぞれに対応する部分に重なるように形成されている。
【００６６】
複数の偶数番流路壁要素８４−１〜８４−ｍ２のうちの１つの偶数番流路壁要素８４−１は、奇数番流路壁要素８３−１と同様にして、偶数番流路壁要素８４−１の一部を除去することにより要素内切欠き部９０（「要素内切欠き部」に対応）が形成され、２つに分割されている。複数の偶数番流路壁要素８４−１〜８４−ｍ２のうちの偶数番流路壁要素８４−１と異なる他の偶数番流路壁要素も、偶数番流路壁要素８４−１と同様にして、各々の一部を除去することで要素内切欠き部９０が形成され、２つに分割されている。要素内切欠き部９０は、正弦曲線５１のうちの位相が２πｉである変曲点に重なるように偶数番流路壁要素８４−１に形成され、たとえば、正弦曲線５１のうちの位相が−π／６＋２πｉからπ／６＋２πｉまでの６０°分の範囲に対応する部分に重なるように形成されている。また、複数の偶数番流路壁要素８４−１〜８４−ｍ２は、正弦曲線５１の極大点と極小点のそれぞれに対応する部分に重なるように形成されている。
【００６７】
図１３は、奇数番流路壁要素８３−１を示す平面図である。奇数番流路壁要素８３−１は、図１３に示されているように、既述の奇数番流路壁要素７４−１と同様に、正弦曲線５１に沿うように形成され、頭部７７と尾部７８とを備えている。奇数番流路壁要素８３−１は、頭部側エッジ部８５と尾部側エッジ部８６とを備えている。頭部側エッジ部８５は、要素内切欠き部８９に隣接し、要素内切欠き部８９より頭部７７の側に配置されている。頭部側エッジ部８５は、要素内切欠き部８９に面する頭部側端面８７が形成されている。頭部側端面８７は、正弦曲線５１に直交する平面に沿うように形成されている。尾部側エッジ部８６は、要素内切欠き部８９より尾部７８の側に配置され、要素内切欠き部８９に面する尾部側端面８８が形成されている。尾部側端面８８は、正弦曲線５１に直交する平面に沿うように形成されている。
【００６８】
複数の奇数番流路壁要素８３−１〜８３−ｍ１のうちの奇数番流路壁要素８３−１と異なる奇数番流路壁要素に関しても、奇数番流路壁要素８３−１と同様に、奇数番流路壁要素が沿う正弦曲線の変曲点に重なる要素内切欠き部８９が形成されている。複数の偶数番流路壁要素８４−１〜８４−ｍ２は、複数の奇数番流路壁要素８３−１〜８３−ｍ１と同様に形成され、複数の偶数番流路壁要素８４−１〜８４−ｍ２の各々は、奇数番流路壁要素８３−１と鏡像対称であるものから形成されている。実施例３の隔壁式熱交換器の第２熱交換器板に関しても、第２熱交換流路用凹部３６に複数の奇数番流路壁８１−１〜８１−ｎ１と複数の偶数番流路壁８２−１〜８２−ｎ２と同様のものが形成されている。
【００６９】
実施例３の隔壁式熱交換器は、既述の実施例２の隔壁式熱交換器と同様に、第１流体を複数の第１流路に流し、第２流体を複数の第２流路に流し、第１流体と第２流体とを熱交換する。実施例３の隔壁式熱交換器は、既述の実施例２の隔壁式熱交換器と同様に、第１流体と第２流体とを局所的に常時攪乱することができ、第１流体と第２流体とを熱交換する伝熱性能を向上させることができる。実施例３の隔壁式熱交換器は、複数の奇数番流路壁８１−１〜８１−ｎ１と複数の偶数番流路壁８２−１〜８２−ｎ２との壁面が正弦曲線に沿うことにより、既述の実施例２の隔壁式熱交換器と同様に、複数の奇数番流路壁８１−１〜８１−ｎ１と複数の偶数番流路壁８２−１〜８２−ｎ２との形状を最適化する作業を容易化することができる。
【００７０】
実施例３の隔壁式熱交換器は、複数の要素内切欠き部８９が形成されていることにより、既述の実施例２の隔壁式熱交換器に比較して、第１流体が複数の第１流路を流れるときの摩擦抵抗が低減され、圧力損失が低減される。実施例３の隔壁式熱交換器は、頭部側エッジ部８５と尾部側エッジ部８６とにより、既述の実施例２の隔壁式熱交換器に比較して、いわゆる前縁効果を発生させる機会を増やして、第１流体と第１隔壁４５および第２隔壁６１との間の熱伝達率を向上させることができる。実施例３の隔壁式熱交換器は、同様に、第２流体と第１隔壁４５および第２隔壁６１との間の熱伝達率を向上させることができる。
【実施例４】
【００７１】
実施例４の隔壁式熱交換器は、既述の実施例３の隔壁式熱交換器の複数の奇数番流路壁要素８３−１〜８３−ｍ１が他の複数の奇数番流路壁要素に置換され、複数の偶数番流路壁要素８４−１〜８４−ｍ２が他の複数の偶数番流路壁要素に置換されている。図１４は、実施例４の隔壁式熱交換器に形成される複数の奇数番流路壁要素のうちの１つの奇数番流路壁要素９１を示す平面図である。奇数番流路壁要素９１は、図１４に示されているように、既述の奇数番流路壁要素８３−１と同様に形成され、頭部７７と尾部７８とを備え、頭部側エッジ部８５と尾部側エッジ部８６とを備えている。奇数番流路壁要素９１は、中間流路壁要素９２（「中間流路壁要素」に対応）をさらに備えている。中間流路壁要素９２は、円柱状に形成されている。中間流路壁要素９２は、要素内切欠き部８９が形成されている領域に配置され、奇数番流路壁要素９１が沿う正弦曲線５１の変曲点に重なるように配置されている。なお、奇数番流路壁要素９１は、中間流路壁要素９２を設けることにより、図１３に示す既述の実施例３の隔壁式熱交換器に比較して、頭部側エッジ部８５と尾部側エッジ部８６との間の距離である要素内切欠き部８９の長さＤを大きくすることができる。複数の流路壁要素のうちの奇数番流路壁要素９１と異なる他の流路壁要素も、奇数番流路壁要素９１と同様に、中間流路壁要素９２を備えている。すなわち、中間流路壁要素９２は、既述の実施例３の隔壁式熱交換器の複数の流路壁の各々に周期Ｔごとに周期的に形成されている。複数の偶数番流路壁要素は、複数の奇数番流路壁要素と同様に形成され、複数の偶数番流路壁要素の各々は、奇数番流路壁要素９１と鏡像対称であるものから形成されている。
【００７２】
実施例４の隔壁式熱交換器は、既述の実施例３の隔壁式熱交換器と同様に、第１流体と第２流体とを熱交換する。実施例４の隔壁式熱交換器は、既述の実施例３の隔壁式熱交換器と同様に、第１流体と第２流体とを局所的に常時攪乱することができ、第１流体と第２流体とを熱交換する伝熱性能を向上させることができる。
【００７３】
実施例４の隔壁式熱交換器は、中間流路壁要素９２を形成し要素内切欠き部８９の長さＤを大きくすることにより、実施例３の隔壁式熱交換器に比較して、流体が流路を流れるときの流路壁による摩擦抵抗を低減させることができる。また、中間流路壁要素９２は奇数番流路壁要素９１に沿って流れる流体の流れをガイドするとともに、要素内切欠き部８９の長さＤを大きくしたことによる流路壁の強度の低下を補強する。
【００７４】
ところで、中間流路壁要素９２は、奇数番流路壁要素９１が沿う正弦曲線５１の変曲点に重なるように配置されているが、変曲点に重ならないように、形成されてもよい。中間流路壁要素９２は、変曲点に重ならないように形成された場合でも、要素内切欠き部８９が形成されている領域に配置されることにより、頭部側エッジ部８５と尾部側エッジ部８６とが第１流体から受ける衝撃を低減することができる。また、中間流路壁要素９２は、円柱状に形成されているが、円柱状以外の形状に形成されてもよい。中間流路壁要素９２は、円柱状以外の形状に形成された場合でも、頭部側エッジ部８５と尾部側エッジ部８６とが第１流体から受ける衝撃を低減することができる。
【００７５】
図１５は、実施例４の隔壁式熱交換器と比較例の隔壁式熱交換器とにおける、熱通過率Ｋと、熱通過率Ｋと伝熱面積との積ＫＡとを示すグラフである。比較例の隔壁式熱交換器は、いわゆるプレート式熱交換器である。図１５のグラフは、実施例４の隔壁式熱交換器における積ＫＡと、比較例の隔壁式熱交換器における積ＫＡとが同程度であることを示し、比較例の隔壁式熱交換器が実施例４の隔壁式熱交換器と同等の熱交換能力を有するものであることを示している。図１５のグラフは、実施例４の隔壁式熱交換器の熱通過率Ｋが、比較例の隔壁式熱交換器の熱通過率Ｋの概ね１０倍であることを示し、実施例４の隔壁式熱交換器の熱通過率Ｋが、比較例の隔壁式熱交換器の熱通過率Ｋより大きいことを示している。すなわち、図１５のグラフは、実施例４の隔壁式熱交換器が、実施例４の隔壁式熱交換器と同等の熱交換能力を有するプレート式熱交換器に比較して、熱交換する伝熱性能が高いことを示している。
【００７６】
図１６は、実施例４の隔壁式熱交換器の圧力損失と比較例の隔壁式熱交換器の圧力損失とを示すグラフである。図１６のグラフは、実施例４の隔壁式熱交換器の圧力損失が、比較例の隔壁式熱交換器の圧力損失の４４％であることを示し、実施例４の隔壁式熱交換器が、比較例の隔壁式熱交換器に比較して、圧力損失を低減することができることを示している。実施例４の隔壁式熱交換器の圧力損失が低減する理由としては、実施例４の隔壁式熱交換器の流路の水力直径が１．０ｍｍより小さく、比較例の隔壁式熱交換器の流路の水力直径より小さいことが挙げられる。実施例４の隔壁式熱交換器の圧力損失が低減する理由としては、さらに、複数の奇数番流路壁に複数の奇数番切欠き部７３と複数の要素内切欠き部８９とが形成されていること、複数の偶数番流路壁に複数の偶数番切欠き部７５と複数の要素内切欠き部９０とが形成されていることが挙げられる。
【００７７】
ところで、実施例の隔壁式熱交換器の複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎは、第１側流路壁面５２と第２側流路壁面５３が、複数の第１流路壁４８−１〜４８−ｎが重なる正弦曲線５１をオフセットした二つの正弦曲線にそれぞれ沿って形成されているが、正弦曲線５１の振幅を変えた二つの正弦曲線に沿うように形成されてもよい。図１７は、変形例の隔壁式熱交換器が備える１つの流路壁の一部を示す平面図である。その流路壁１０１は、図１７に示されているように、正弦曲線５１に沿うように形成され、複数の第１側部分１０３と複数の第２側部分１０４とから形成されている。複数の第１側部分１０３は、正弦曲線５１のうちの上に凸である部分に重なっている。複数の第２側部分１０４は、正弦曲線５１のうちの下に凸である部分に重なっている。複数の第１側部分１０３は、第１凸面流路壁面１０５と第１凹面流路壁面１０６とが形成されている。第１凸面流路壁面１０５は、複数の第１側部分１０３の第１側壁４６の側に形成されている。第１凹面流路壁面１０６は、複数の第１側部分１０３の第２側壁４７の側に形成されている。
【００７８】
複数の第２側部分１０４は、第２凸面流路壁面１０７と第２凹面流路壁面１０８とが形成されている。第２凸面流路壁面１０７は、複数の第２側部分１０４の第２側壁４７の側に形成されている。第２凹面流路壁面１０８は、複数の第２側部分１０４の第１側壁４６の側に形成されている。
【００７９】
第１凸面流路壁面１０５と第２凸面流路壁面１０７と（「第１壁面」に対応）は、１つの正弦曲線１１１（「第１正弦曲線」に対応）に沿うように、形成されている。正弦曲線１１１は、正弦曲線１１１の周期が正弦曲線５１の周期と等しくなるように形成されている。さらに、正弦曲線１１１は、正弦曲線１１１の振幅が正弦曲線５１の振幅より大きくなるように、たとえば、正弦曲線１１１の振幅が正弦曲線５１の振幅Ａを、１を超える数値倍（たとえば、１．２倍）に等しくなるように、形成されている。正弦曲線１１１は、さらに、正弦曲線１１１の複数の変曲点が正弦曲線５１の複数の変曲点に重なるように、かつ、正弦曲線１１１の複数の変曲点で正弦曲線５１に交差するように、形成されている。
【００８０】
第１凹面流路壁面１０６と第２凹面流路壁面１０８と（「第２壁面」に対応）は、１つの正弦曲線１１２（「第２正弦曲線」に対応）に沿うように、形成されている。正弦曲線１１２は、正弦曲線１１２の周期が正弦曲線５１の周期と等しくなるように形成されている。正弦曲線１１２は、さらに、正弦曲線１１２の振幅が正弦曲線５１の振幅より小さくなるように、たとえば、正弦曲線１１２の振幅が正弦曲線５１の振幅Ａを、１未満の正の数値倍（たとえば、０．８倍）に等しくなるように、形成されている。すなわち、正弦曲線１１２は、正弦曲線１１２の周期が正弦曲線１１１の周期と等しくなるように、かつ、正弦曲線１１２の振幅が正弦曲線１１１の振幅より小さくなるように、形成されている。正弦曲線１１２は、さらに、正弦曲線１１２の複数の変曲点が正弦曲線５１の複数の変曲点に重なるように、かつ、正弦曲線１１２の複数の変曲点で正弦曲線５１に交差するように、形成されている。すなわち、正弦曲線１１２は、正弦曲線１１２の複数の変曲点が正弦曲線１１１の複数の変曲点に重なるように、かつ、正弦曲線１１２の複数の変曲点で正弦曲線１１１に交差するように、形成されている。
【００８１】
隔壁式熱交換器は、複数の第１流路壁が流路壁１０１に置換された場合でも、複数の第１流路で第１流体が流れる方向を変化させることができる。このような隔壁式熱交換器は、さらに、複数の第１流路が位置により断面積が異なり、複数の第１流路を流れる第１流体の速さを変化させることができる。隔壁式熱交換器は、さらに、複数の第２流路壁が流路壁１０１に置換された場合でも、複数の第２流路で第２流体が流れる方向を変化させることができる。このような隔壁式熱交換器は、さらに、複数の第２流路が位置により断面積が異なり、複数の第２流路を流れる第２流体の速さを変化させることができる。この結果、このような隔壁式熱交換器は、既述の実施例の隔壁式熱交換器と同様に、複数の第１流路と複数の第２流路とをそれぞれ流れる第１流体と第２流体とを局所的に常時攪乱し、第１流体と第２流体とを熱交換する伝熱性能を向上させることができる。このような隔壁式熱交換器は、既述の実施例の隔壁式熱交換器と同様に、流路壁１０１に複数の切欠き部や中間流路壁要素を設けることで、摩擦抵抗の低減、前縁効果の発揮、形状損失の低減を実現し、第１流体と第２流体とを熱交換する伝熱性能を向上させることができる。このような隔壁式熱交換器は、さらに、流路壁１０１の壁面が正弦曲線に沿っていることにより、既述の実施例の隔壁式熱交換器と同様に、複数の第１流路と複数の第２流路との形状の入力・変更作業を容易化し、コンピュータシミュレーションによる形状の最適化を容易化することができる。
【００８２】
このような複数の第１流路壁と複数の第２流路壁とは、さらに、正弦曲線の変曲点に近付くにつれ幅が小さくなり、正弦曲線の変曲点に重なる部分で尖っている。このため、実施例２〜実施例４の隔壁式熱交換器の流路壁要素の頭部７７と尾部７８とは、このような複数の第１流路壁と複数の第２流路壁とが設けられたときに、流路壁要素の端に近付くにつれて幅がよりなだらかに小さくなるように形成されることができる。このような隔壁式熱交換器は、流路壁要素の壁面がよりなだらかに形成されることにより、既述の実施例２〜実施例４の隔壁式熱交換器に比較して、第１流路と第２流路において、流体力学における圧力損失の一つである形状損失係数で表現される形状損失を低減することができ、第１流路と第２流路との圧力損失を低減することができる。
【００８３】
ところで、既述の実施例２〜実施例４の隔壁式熱交換器は、頭部７７と尾部７８とが尖るように形成されているが、頭部７７と尾部７８とが尖らないように形成されてもよい。また、既述の実施例の隔壁式熱交換器は、第１側壁面４１と第２側壁面４２とがともに正弦曲線に沿っているが、正弦曲線に沿わなくてもよく、たとえば、第１側壁面４１と第２側壁面４２とは概ね平坦に形成されてもよい。これらのような場合も、隔壁式熱交換器は、複数の流路壁の壁面が正弦曲線に沿っていることにより、流体を局所的に常時攪乱して伝熱性能を向上させることができ、複数の流路壁の形状の最適化する作業を容易にすることができる。
【００８４】
以上、実施例を説明したが、前述した内容により実施例が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施例の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。
【符号の説明】
【００８５】
１      ：隔壁式熱交換器
４１    ：第１側壁面
４２    ：第２側壁面
４５    ：第１隔壁
４６    ：第１側壁
４７    ：第２側壁
４８−１〜４８−ｎ：複数の第１流路壁
５１    ：正弦曲線
５２    ：第１側流路壁面
５３    ：第２側流路壁面
６１    ：第２隔壁
６２−１〜６２−ｎ：複数の第２流路壁
６５    ：第１流路
６６    ：第２流路
６７    ：第１空間
６８    ：第２空間
７１−１〜７１−ｎ１：複数の奇数番流路壁
７２−１〜７２−ｎ２：複数の偶数番流路壁
７３    ：奇数番切欠き部
７４−１〜７４−ｍ１：複数の奇数番流路壁要素
７５    ：偶数番切欠き部
７６−１〜７６−ｍ２：複数の偶数番流路壁要素
７９    ：一端
８０    ：他端
８１−１〜８１−ｎ１：複数の奇数番流路壁
８２−１〜８２−ｎ２：複数の偶数番流路壁
８３−１〜８３−ｍ１：複数の奇数番流路壁要素
８４−１〜８４−ｍ２：複数の偶数番流路壁要素
８９    ：要素内切欠き部
９０    ：要素内切欠き部
８５    ：頭部側エッジ部
８６    ：尾部側エッジ部
９１    ：奇数番流路壁要素
９２    ：中間流路壁要素
１０１  ：流路壁
１０５  ：第１凸面流路壁面
１０６  ：第１凹面流路壁面
１０７  ：第２凸面流路壁面
１０８  ：第２凹面流路壁面
１１１  ：正弦曲線
１１２  ：正弦曲線
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月27日(2019.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１隔壁と、
第２隔壁と、
前記第１隔壁と前記第２隔壁との間に形成される空間を複数の第１流路に分割する複数の流路壁とを備え、
前記第１隔壁と前記第２隔壁とは、前記複数の第１流路を流れる第１流体と異なる第２流体が流れる第２流路から前記複数の第１流路を隔て、
前記複数の流路壁は、複数の壁面が形成され、
前記複数の壁面の各々は、互いに位置が異なる正弦曲線に沿い、
前記複数の流路壁の各々は、前記正弦曲線の変曲点に重なる複数の切欠き部が前記正弦曲線の周期ごとに形成されることにより複数の流路壁要素に分割され、
前記複数の流路壁要素の各々は、前記正弦曲線のうちの前記切欠き部が重なる変曲点と異なる他の変曲点に重なる要素内切欠き部が形成されることにより、他の複数の流路壁要素にさらに分割され、
前記他の複数の流路壁要素の各々は、前記正弦曲線の変曲点に重ならないように、かつ、前記正弦曲線の極大点または極小点のいずれかに重なるように、形成される
隔壁式熱交換器。
【請求項２】
第１隔壁と、
第２隔壁と、
前記第１隔壁と前記第２隔壁との間に形成される空間を複数の第１流路に分割する複数の流路壁とを備え、
前記第１隔壁と前記第２隔壁とは、前記複数の第１流路を流れる第１流体と異なる第２流体が流れる第２流路から前記複数の第１流路を隔て、
前記複数の流路壁は、複数の壁面が形成され、
前記複数の壁面の各々は、互いに位置が異なる正弦曲線に沿い、
前記複数の流路壁の各々は、前記正弦曲線の変曲点に重なる複数の切欠き部が前記正弦曲線の周期ごとに形成されることにより複数の流路壁要素に分割され、
前記複数の流路壁要素の各々は、前記正弦曲線の極大点または極小点に重なり、前記正弦曲線のうちの前記切欠き部が重なる変曲点と異なる他の変曲点に重なる要素内切欠き部が形成されることにより、さらに分割され、前記要素内切欠き部に配置される中間流路壁要素を備える
隔壁式熱交換器。
【請求項３】
前記複数の流路壁の各々は、
第１壁面と、
前記第１壁面の反対側に形成される第２壁面とが形成され、
前記正弦曲線は第１正弦曲線と第２正弦曲線を有し、
前記第１壁面は前記第１正弦曲線に沿うとともに前記第２壁面は前記第２正弦曲線に沿い、
前記第１正弦曲線の周期と振幅は、前記第２正弦曲線の周期と振幅に等しく、
前記第１正弦曲線と前記第２正弦曲線は各々の振幅方向に所定のオフセット値だけ平行移動された位置にある
請求項１または請求項２に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項４】
前記複数の流路壁の各々は、
第１壁面と、
前記第１壁面の反対側に形成される第２壁面とが形成され、
前記正弦曲線は第１正弦曲線と第２正弦曲線を有し、
前記第１壁面は第１正弦曲線に沿うとともに前記第２壁面は第２正弦曲線に沿い、
前記第１正弦曲線の周期は、前記第２正弦曲線の周期に等しく、
前記第１正弦曲線の振幅は、前記第２正弦曲線の振幅より小さく、
前記第１正弦曲線と前記第２正弦曲線とは、各々の変曲点で互いに交差する
請求項１または請求項２に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項５】
前記流路壁要素は、前記切欠き部に隣接する端に近付くにつれてなだらかに幅が小さくなるように、形成される
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項６】
前記空間の端に側壁面を形成する側壁をさらに備え、
前記側壁面は、前記正弦曲線と周期が等しい他の正弦曲線に沿う
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項７】
前記複数の流路壁の間隔の最小値を、前記第１隔壁と前記第２隔壁との間隔で除算した値は、２．５より大きく、かつ、６より小さい
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の隔壁式熱交換器。
【請求項８】
前記第１流路および前記第２流路の水力直径がそれぞれ０．３ｍｍ以下に形成される
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の隔壁式熱交換器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
開示の技術では、隔壁式熱交換器は、第１隔壁と、第２隔壁と、前記第１隔壁と前記第２隔壁との間に形成される空間を複数の第１流路に分割する複数の流路壁とを備えている。前記第１隔壁と前記第２隔壁とは、前記複数の第１流路を流れる第１流体と異なる第２流体が流れる複数の第２流路から前記複数の第１流路を隔てている。前記複数の流路壁は、複数の壁面が形成され、前記複数の壁面の各々は、互いに位置が異なる正弦曲線に沿っている。前記複数の流路壁の各々は、前記正弦曲線の変曲点に重なる複数の切欠き部が前記正弦曲線の周期ごとに形成されることにより複数の流路壁要素に分割され、前記複数の流路壁要素の各々は、前記正弦曲線のうちの前記切欠き部が重なる変曲点と異なる他の変曲点に重なる要素内切欠き部が形成されることにより、他の複数の流路壁要素にさらに分割され、前記他の複数の流路壁要素の各々は、前記正弦曲線の変曲点に重ならないように、かつ、前記正弦曲線の極大点または極小点のいずれかに重なるように、形成されている。