(57)【要約】【課題】熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を十分に発揮することができる多層熱交換器を提供する。【解決手段】第１流体が内部を流れる第１流路、第２流体が内部を流れる第２流路、及び第１流路を画定するチューブと熱伝導可能に接触するように第２流路内に配設されたフィンを備え且つ第１流体と第２流体との熱交換領域（コア）を貫通するチューブの部分である複数の貫通部分が第２軸方向に所定の間隔を空けて配置された複数のチューブ層を形成している多層熱交換器において、少なくとも１組の隣接するチューブ層の間の領域である層間領域と外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通する連通部を設けることにより上流側のチューブ層を経由した第２流体に新たな第２流体を混入させる。【選択図】図２４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流入口から流入した第１流体が内部を流れ第１流出口から流出するように構成された流路である第１流路、第２流入口から流入した第２流体が内部を流れ第２流出口から流出するように構成された流路である第２流路、及び前記第１流路を画定する管状の部材であるチューブと熱伝導可能に接触するように前記第２流路内に配設された板状の部材であるフィンを備え、
前記チューブは、前記第２流路の軸方向である第２軸方向及び前記フィンの主面に平行な平面の両方と交差する方向に前記第２流路を貫通する部分である貫通部分を複数有し、
複数の前記貫通部分は、複数の前記貫通部分の軸方向である第１軸方向に交差する平面による断面において前記第２軸方向と交差する方向に並ぶ前記貫通部分の列が複数構成されるように配列されて、前記第２軸方向に交差する同一平面内に配置された複数の前記貫通部分によって構成される層であるチューブ層が前記第２軸方向に所定の間隔を空けて複数配置されるように構成されており、
前記第１流体と前記第２流体との間において熱交換を行うように構成された、
多層熱交換器であって、
複数の前記チューブ層のうち少なくとも１組の隣接する前記チューブ層の間の領域である層間領域と前記第２流路の外部の空間である外部空間とを他の前記チューブ層を経由すること無く連通するように構成された少なくとも１つの開口である連通部が、前記第２流路を画定する部材である第２部材に形成されている、
多層熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載された多層熱交換器であって、
前記連通部は、前記第１軸方向に交差する方向における前記層間領域の両端の何れか一方又は両方と前記外部空間とを連通するように形成された開口である第１開口を含む、
多層熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された多層熱交換器であって、
前記フィンを挟んで隣接する一方の空間と他方の空間とを連通する貫通孔が前記フィンに形成されている、
多層熱交換器。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載された多層熱交換器であって、
前記層間領域を挟む１組の前記チューブ層のうちの一方のチューブ層を構成する複数の前記貫通部分と熱伝導可能に接触する前記フィンと他方のチューブ層を構成する複数の前記貫通部分と熱伝導可能に接触する前記フィンとは不連続な別個のフィンとして構成されており、前記チューブ層に平行であり且つ前記フィンが存在しない連続的な空間である貫通空間が前記層間領域内に存在する、
多層熱交換器。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載された多層熱交換器であって、
前記連通部は、前記第１軸方向に平行な方向における前記層間領域の両端の何れか一方又は両方と前記外部空間とを連通するように形成された開口である第２開口を含む、
多層熱交換器。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載された多層熱交換器であって、
前記第２流入口の一部として形成された開口である第３流入口を介して前記外部空間から流入した前記第２流体が内部を流れ前記連通部から前記層間領域へと流出する流路である第３流路を更に備える、
多層熱交換器。
【請求項７】
請求項６に記載された多層熱交換器であって、
前記層間領域の各々について少なくとも１つの前記第３流路が画定されている、
多層熱交換器。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載された多層熱交換器であって、
前記第２軸方向に直交する平面への投影図において、前記第３流路及び前記第３流入口が前記チューブ層の外側に配置されている、
ように構成されている、
多層熱交換器。
【請求項９】
請求項８に記載された多層熱交換器であって、
前記第３流路は、前記第２軸方向に対して傾斜して前記第３流入口から前記連通部へと連通するように構成されている、
多層熱交換器。
【請求項１０】
請求項６又は請求項７に記載された多層熱交換器であって、
前記第２軸方向に直交する平面への投影図において、
前記層間領域を挟む１組の前記チューブ層のうち前記第２流出口により近い側の前記チューブ層である下流側チューブ層の一部が前記第２流入口により近い側の前記チューブ層である上流側チューブ層の外縁の少なくとも一部からはみ出した部分である突出部を形成しており、且つ
当該層間領域に連通する前記第３流路及び前記第３流入口が前記突出部に含まれる、
ように構成されている、
多層熱交換器。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載された多層熱交換器と、
前記多層熱交換器が備える前記第２流路の内部において前記第２流入口から前記第２流出口へと前記第２流体を流すように構成された動力装置と、
を備える、
熱交換ユニット。
【請求項１２】
請求項１１に記載された熱交換ユニットであって、
前記多層熱交換器が備える前記第２流路と連通する流路を有するダクトを介して前記多層熱交換器と前記動力装置とが直列に接続されている、
熱交換ユニット。
【請求項１３】
請求項１２に記載された熱交換ユニットであって、
前記動力装置は前記多層熱交換器の前記第２流出口側に配置されている、
熱交換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層熱交換器及び当該多層熱交換器を備える熱交換ユニットに関する。より具体的には、本発明は、より高い熱交換効率を達成することができる多層熱交換器及び当該多層熱交換器を備える熱交換ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば燃料電池コジェネレーションシステム、ガスヒートポンプ及び車両用内燃機関等の様々な装置において、排熱利用、放熱及び吸熱等を目的とする熱交換を行う機器として、熱交換器が広く使用されている。このような熱交換器の典型例としては、例えば、内部に流体が流れるチューブの外壁に多数のフィンが所定の間隔を空けて接合されたラジエータ等を挙げることができる（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
また、ラジエータ等の熱交換器が組み込まれる装置における熱交換効率を高めることを目的として、ダクト等の部材によって画定される流路において空気等の流体を流すファン等の動力装置と熱交換器とが直列に配置される構成を有する熱交換ユニットも広く知られている（例えば特許文献２を参照）。
【０００４】
ところで、フィンの単位面積当たりの放熱量又は吸熱量に限りがあるため、上記のような構成を有する熱交換器において熱交換効率を高めるためには、熱交換器を大型化（大面積化）してフィンの面積を増大させる必要がある。しかしながら、熱交換ユニットが組み込まれる装置において外気（空気）を流入及び流出させるための吸気口及び排気口に割り当てることができる面積には限りがある。
【０００５】
そこで、当該技術分野においては、内部に流体が流れるチューブを複数の平面内を通るように配置し且つ当該チューブの外壁に多数のフィンを所定の間隔を空けて接合することにより多層化された熱交換器が広く使用されている。以降、このような熱交換器は「多層熱交換器」と称される場合がある（特許文献１に記載された熱交換器も多層熱交換器の一例である）。
【０００６】
上記のような多層熱交換器の一例を図１乃至図３に示す。図１は、従来技術に係る多層熱交換器１００を空気の流れにおける下流側から観察した場合における模式的な背面図である。但し、便宜上の理由により、内部に流体が流れる流路を画定するチューブ１０ｔの外壁にフィン２０ｆが接触している領域の一部は省略されている。図２は、図１に示した多層熱交換器１００の模式的な右側面図であり、右側面側の端部に配設されたフィン２０ｆ（又は横板）から突出しているチューブ１０ｔの屈曲部１０ｃ、第１流入口１１及び第１流出口１２が描かれている。
【０００７】
図１及び図２に示されているように、多層熱交換器１００が備えるチューブ１０ｔによって画定される流路はサーペンタイン型の構造を有する。チューブ１０ｔの外壁にフィン２０ｆが接触している領域においては、チューブ１０ｔの内部を流れる流体（例えば、水等）とフィン２０ｆの間を通過する流体（例えば、空気等）との間において熱交換が行われる。以降、当該領域は「熱交換領域」又は「コア」と称される場合がある。図２に示すように、多層熱交換器１００の熱交換領域においては、同一平面内に配置されたチューブ１０ｔの層が３つ形成されている。具体的には、図２に示すように、（白抜きの矢印によって示す）空気の流れにおける上流側（正面側）から下流側（背面側）へと向かってＡ、Ｂ及びＣの３つの平面のそれぞれにチューブ１０ｔが配置されている。即ち、多層熱交換器１００は３層構造を有する多層熱交換器である。
【０００８】
図３は、図２に示した多層熱交換器１００のチューブ１０ｔの内部に流れる流体の流路の一例を示す模式図である。太い実線及び太い実線による矢印は多層熱交換器１００の右側面側に配設されたチューブ１０ｔの屈曲部１０ｃ、流入口１１及び流出口１２における流体の流れを表し、太い破線は多層熱交換器１００の左側面側に配設されたチューブ１０ｔの屈曲部１０ｃにおける流体の流れを表す。また、黒塗りの丸印は熱交換領域（コア）に含まれるチューブ１０ｔの内部を右側面側から左側面側（紙面に向かって手前側から奥側）へと流れる流体の流れを表し、白抜きの丸印は熱交換領域（コア）に含まれるチューブ１０ｔの内部を左側面側から右側面側（紙面に向かって奥側から手前側）へと流れる流体の流れを表す。
【０００９】
しかしながら、上記のような構成を有する従来技術に係る多層熱交換器においては、上流側に配置されたチューブ１０ｔの層（上流層）の近傍におけるフィン２０ｆを介してチューブ１０ｔ内の流体と熱交換された空気が下流側に配置されたチューブ１０ｔの層（下流層）へと流れる。そのため、上流層の近傍においてフィン２０ｆに接触する空気の温度に比べて、下流層の近傍においてフィン２０ｆに接触する空気の温度は、チューブ１０ｔの流入口１１から流入する流体の温度により近くなる。即ち、下流層においてチューブ１０ｔ内を流れる流体とフィン２０ｆに接触する空気との温度差は、上流層においてチューブ１０ｔ内を流れる流体とフィン２０ｆに接触する空気との温度差よりも小さくなる。その結果、下流層における熱交換効率が上流層における熱交換効率よりも低くなり、多層化に伴うフィンの面積の増大に見合う熱交換効率の増大を達成することが困難となる場合がある。
【００１０】
そこで、当該技術分野においては、チューブ１０ｔの流入口１１から流入する流体の流路を、図３に示した例とは異なり、下流層側から上流層側へと（即ち、図２における平面Ｃ、平面Ｂ、平面Ａの順に）流体が流れるように構成することが知られている。これにより、下流層においてチューブ１０ｔ内を流れる流体とフィン２０ｆに接触する空気との温度差が上流層においてチューブ１０ｔ内を流れる流体とフィン２０ｆに接触する空気との温度差よりも小さくなる傾向を軽減することができる。
【００１１】
しかしながら、上記構成によっても上流層の近傍においてフィン２０ｆに接触する空気の温度に比べて、下流層の近傍においてフィン２０ｆに接触する空気の温度が、流入口１１からチューブ１０ｔへと流入する流体の温度により近くなることに変わりは無い。即ち、従来技術に係る多層熱交換器においては、下流層の近傍においてフィン２０ｆに接触する空気の温度が、上流層の近傍においてフィン２０ｆに接触する空気の温度に比べて、流入口１１からチューブ１０ｔへと流入する流体の温度により近くなることを防止することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１９８０９４号公報
【特許文献２】特開２０１７−１５０４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、従来技術に係る多層熱交換器においては、下流層の近傍においてフィンに接触する空気の温度が、上流層の近傍においてフィンに接触する空気の温度に比べて、流入口からチューブへと流入する流体の温度により近くなることを防止することができない。その結果、下流層においてチューブ内を流れる流体とフィンに接触する空気との温度差が上流層においてチューブ内を流れる流体とフィンに接触する空気との温度差よりも小さくなり、下流層における熱交換効率が上流層における熱交換効率よりも低くなる。このように、従来技術に係る多層熱交換器においては、多層化による熱交換効率の増大効果が十分に発揮されないという問題がある。
【００１４】
即ち、当該技術分野においては、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を十分に発揮することができる多層熱交換器が求められている。即ち、本発明は、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を十分に発揮することができる多層熱交換器を提供することを１つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、多層熱交換器の熱交換領域において複数の層を形成するように配置されたチューブの層の間の領域に他のチューブ層を経由すること無く外気が流入することができる経路を設けることにより、上記目的を達成することができることを見出した。
【００１６】
上記に鑑み、本発明に係る多層熱交換器（以降、「本発明熱交換器」と称される場合がある。）は、第１流路、第２流路、及びフィンを備える。第１流路は、第１流入口から流入した第１流体が内部を流れ第１流出口から流出するように構成された流路である。第２流路は、第２流入口から流入した第２流体が内部を流れ第２流出口から流出するように構成された流路である。フィンは、第１流路を画定する管状の部材であるチューブと熱伝導可能に接触するように第２流路内に配設された板状の部材である。
【００１７】
チューブは、第２流路の軸方向である第２軸方向及びフィンの主面に平行な平面の両方と交差する方向に第２流路を貫通する部分である貫通部分を複数有する。これら複数の貫通部分は、複数の貫通部分の軸方向である第１軸方向に交差する平面による断面において第２軸方向と交差する方向に並ぶ貫通部分の列が複数構成されるように配列されている。その結果、第２軸方向に交差する同一平面内に配置された複数の貫通部分によって構成される層であるチューブ層が第２軸方向に所定の間隔を空けて複数配置される。
【００１８】
上記構成により、本発明熱交換器は、第１流体と第２流体との間において熱交換を行うことができる。
【００１９】
更に、本発明熱交換器においては、第２流路を画定する部材である第２部材に連通部が形成されている。連通部は、複数のチューブ層のうち少なくとも１組の隣接するチューブ層の間の領域である層間領域と第２流路の外部の空間である外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通するように構成された少なくとも１つの開口である。
【００２０】
また、本発明に係る多層熱交換ユニット器（以降、「本発明熱交換ユニット」と称される場合がある。）は、上述した本発明熱交換器と、本発明熱交換器が備える第１流路の内部に第１流体を所定の向きに流すように構成された動力装置と、を備える熱交換ユニットである。
【発明の効果】
【００２１】
上記のように、本発明熱交換器は、層間領域と外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通するように構成された少なくとも１つの開口である連通部を備える。従って、層間領域を挟む１組のチューブ層のうちの下流側のチューブ層には、上流側のチューブの層における熱交換を経た空気のみならず、（他のチューブ層を経由すること無く）外部空間から流入する新たな空気もまた供給される。その結果、下流側のチューブ層においてフィンに接触する空気の温度が上流側のチューブ層の近傍においてフィンに接触する空気の温度に比べて導入部からチューブへと流入する流体の温度により近くなる問題を軽減することができる。
【００２２】
即ち、本発明熱交換器によれば、下流側のチューブ層の近傍においてチューブ内を流れる流体とフィンに接触する空気との温度差が上流側のチューブ層の近傍においてチューブ内を流れる流体とフィンに接触する空気との温度差よりも小さくなる問題が軽減される。また、本発明熱交換器を備える本発明熱交換ユニットにおいても上記と同様の効果が達成される。
【００２３】
以上のように、本発明によれば、従来技術に比べて、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を十分に発揮することができる多層熱交換器を提供することができる。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術に係る多層熱交換器を空気の流れにおける下流側から観察した場合における模式的な背面図である。
【図２】図１に示した多層熱交換器の模式的な右側面図である。
【図３】図２に示した多層熱交換器の管の内部に流れる流体の流路の一例を示す模式図である
【図４】本発明の第１実施態様に係る多層熱交換器（第１熱交換器）の第１流路の構成の具体例を示す模式図である。
【図５】放熱器として構成された従来技術に係る多層熱交換器の一例における第２流体の流れを示す模式図である。
【図６】放熱器として構成された第１熱交換器の一例における第２流体の流れを示す模式図である。
【図７】直交流型の多層熱交換器を構成する１つのチューブ層を第２流入口側から観察した場合における模式図である。
【図８】直交流型の多層熱交換器として構成された本発明の第２実施態様に係る多層熱交換器（第２熱交換器）の一例における１つのチューブ層を第２流入口側から観察した場合における模式図である。
【図９】直交流型の多層熱交換器として構成された本発明の第３実施態様に係る多層熱交換器（第３熱交換器）の一例における熱交換領域を第１軸方向及び第２軸方向の両方に直交する方向から観察した場合における模式図である。
【図１０】直交流型の多層熱交換器として構成された本発明の第４実施態様に係る多層熱交換器（第４熱交換器）の一例における熱交換領域を第１軸方向及び第２軸方向の両方に直交する方向から観察した場合における模式図である。
【図１１】直交流型の多層熱交換器として構成された本発明の第５実施態様に係る多層熱交換器（第５熱交換器）の一例における（ａ）熱交換領域を第１軸方向及び第２軸方向の両方に直交する方向から観察した場合における模式図及び（ｂ）第２流入口側から観察した場合における模式図である。
【図１２】直交流型の多層熱交換器として構成された第５熱交換器の他の例における（ａ）熱交換領域を第１軸方向及び第２軸方向の両方に直交する方向から観察した場合における模式図及び（ｂ）第２流入口側から観察した場合における模式図である。
【図１３】本発明熱交換器が装置の筐体の外面に取り付けられている構成の一例を示す模式的な右側面図である。
【図１４】本発明熱交換器が装置の筐体の内部に組み込まれており且つ連通部のための新たな吸気口が追加されている構成の一例を示す模式的な右側面図である。
【図１５】本発明の第６実施態様に係る多層熱交換器（第６熱交換器）の構成の１つの例を示す模式的な断面図である。
【図１６】第６熱交換器の構成のもう１つの例を示す模式的な断面図である。
【図１７】本発明の第７実施態様に係る多層熱交換器（第７熱交換器）の構成の１つの例を示す模式的な断面図である。
【図１８】本発明の第８実施態様に係る多層熱交換器（第８熱交換器）の構成の１つの例を示す模式的な断面図である。
【図１９】本発明の第９実施態様に係る多層熱交換器（第９熱交換器）の構成の１つの例を示す模式的な断面図である。
【図２０】本発明の第１０実施態様に係る多層熱交換器（第１０熱交換器）の構成の１つの例を示す模式的な断面図である。
【図２１】従来技術に係る多層熱交換器を備える従来技術に係る熱交換ユニットの構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図２２】従来技術に係る多層熱交換器に代えて第８熱交換器を備える本発明に係る熱交換ユニット（本発明ユニット）の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図２３】従来技術に係る多層熱交換器に代えて第９熱交換器を備える本発明ユニットの構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図２４】従来技術に係る多層熱交換器に代えて第１０熱交換器を備える本発明ユニットの構成の一例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
《第１実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態に係る多層熱交換器（以降、「第１熱交換器」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００２６】
〈構成〉
第１熱交換器は、第１流路、第２流路、及びフィンを備える。第１流路は、第１流入口から流入した第１流体が内部を流れ第１流出口から流出するように構成された流路である。第２流路は、第２流入口から流入した第２流体が内部を流れ第２流出口から流出するように構成された流路である。フィンは、第１流路を画定する管状の部材であるチューブと熱伝導可能に接触するように第２流路内に配設された板状の部材である。
【００２７】
第１流路を画定するチューブは、例えばアルミニウム、銅及び鉄（ステンレス鋼等を含む）等を始めとする各種金属等、高い熱伝導率を有する材料によって形成される。チューブの内径、壁厚及び構造は、例えば第１熱交換器の用途において想定される第１流体の粘度、流量、圧力及び温度等の諸条件に応じて適宜選択することができる。チューブの構造の具体例としては、例えば、ロックシーム（巻締め）型、バットウェルド（両側面の突合せ溶接）型、及びシームレス（継ぎ目なし引抜管）型等の構造を挙げることができる。
【００２８】
また、第１流路の全体としての構造は、詳しくは後述するような多層熱交換器としての構成を達成し得る限りにおいて特に限定されず、例えばパラレルフロー型であってもよく或いはサーペンタイン型であってもよい。前者の場合、例えば図４の（ａ）に示すように、第１流入口１１から流入した第１流体を複数のチューブ１０ｔへと分流させる部材である分流部材１３及び複数のチューブ１０ｔからの第１流体を第１流出口１２へと合流させる部材である合流部材１４が複数のチューブ１０ｔの上流側及び下流側にそれぞれ設けられる。このような分流部材１３及び合流部材１４の具体例としては、例えばヘッダ及びマニホルド等を挙げることができる。また、このような分流部材１３及び合流部材１４と複数のチューブ１０ｔとの接続手法は、例えば溶接等、当該技術分野において周知の方法から適宜選択することができる。
【００２９】
一方、後者の場合、例えば図４の（ｂ）に示すように、複数のチューブ１０ｔを直列に接続する屈曲管等の部材である接続部材１５が第１流路１０において隣接するチューブ１０ｔの間に介装されて、所謂「サーペンタイン型」の第１流路１０が構成される。このようなサーペンタイン型の第１流路１０を構成する複数のチューブ１０ｔと接続部材１５との接続手法は、例えば溶接等、当該技術分野において周知の方法から適宜選択することができる。或いは、図１等に示した例のように、チューブ１０ｔが屈曲部１０ｃを備えるように一体的に形成されてサーペンタイン型の第１流路１０を構成していてもよい。
【００３０】
何れの構造においても、例えばポンプ等の動力装置により、所定の流量にて第１流体を第１流路に流すことができる。尚、図４においては、第１流路の全体としての構造の違いについての理解を容易にすることを目的として１つの平面内に第１流路が配置されている単層構造を例示したが、前述したように本発明に係る熱交換器は多層熱交換器である。
【００３１】
第２流路を画定する部材の内径、壁厚及び材料は、例えば第１熱交換器の用途において想定される第２流体の粘度、流量、圧力及び温度等の諸条件に応じて適宜選択することができる。第２流路は、チューブの内部を流れる第１流体とチューブの外壁に熱伝導可能に接触しているフィンの間を通過する第２流体との間において熱交換が行われる領域である熱交換領域（コア）を第２流体が通過するように構成される。
【００３２】
フィンの形状、大きさ及び構造は、例えば第１熱交換器の用途において想定される第２流体の粘度、流量、圧力及び温度等の諸条件に応じて適宜選択することができる。具体的なフィンの構造は、例えばプレートフィン型であってもよく、或いはコルゲート型であってもよい。また、チューブとフィンとの接触形態もまた、例えば第１熱交換器の用途において想定される第２流体の粘度、流量、圧力及び温度等の諸条件に応じて適宜選択することができる。例えば、チューブとフィンとは、単に接触しているだけであっても、例えばはんだ付け及びロウ付け等によって接着されていても、或いは一体的に成形されていてもよい。更に、フィンに形成された貫通孔に挿通されたチューブを内圧によって膨張させることによりチューブとフィンとが圧接されていてもよい。更に、フィンは、例えばアルミニウム、銅及び鉄（ステンレス鋼等を含む）等を始めとする各種金属等、高い熱伝導率を有する材料によって形成される。
【００３３】
チューブは、第２流路の軸方向である第２軸方向及びフィンの主面に平行な平面の両方と交差する方向に第２流路を貫通する部分である貫通部分を複数有する。第２軸方向は、換言すれば、第２流路において第２流入口から第２流出口へと第２流体が流れる向きに平行な方向である。従って、貫通部分は、第２流路における第２流体の流れる向き及びフィンの主面の両方と交差する方向に延在する。即ち、第１熱交換器は、貫通部分の内部における第１流体の流れる向き（第１軸方向）と第２流路における第２流体の流れる向き（第２軸方向）とが互いに平行ではない熱交換器（以降、「交差流型の熱交換器」と総称される場合がある。）である。典型的には、第１熱交換器は、第１軸方向と第２軸方向とが直交する直交流型の熱交換器である。
【００３４】
尚、第２流路は、典型的には、例えば複数の貫通部分の間隔の保持等を目的として貫通部分の両端において貫通部分と交差するように設けられる一対のプレート（横板）と当該一対の横板の両端をそれぞれ接続する他の一対のプレートとによって構成される。何れの構造においても、例えばファン及びブロワ等の動力装置により、所定の流量にて第２流体を第２流路に流すことができる。
【００３５】
複数の貫通部分は、複数の貫通部分の軸方向である第１軸方向に交差する平面による断面において第２軸方向と交差する方向に並ぶ貫通部分の列が複数構成されるように配列されている。第１軸方向は、換言すれば、第１流路の貫通部分において第１流体が流れる向きに平行な方向である。これにより、第２軸方向に交差する同一平面内に配置された複数の貫通部分によって構成される層であるチューブ層が第２軸方向に所定の間隔を空けて複数配置される。
【００３６】
上記のように、チューブ層は、第２軸方向に交差する同一平面内に配置された複数の貫通部分によって構成される層である。ここでいう「同一平面内」とは、１つのチューブ層を構成する複数の貫通部分の軸が必ずしも完全に同一平面内に存在することを意味する訳ではなく、例えば、１つのチューブ層を構成する複数の貫通部分の軸が、第２軸方向において、ある程度ずれていてもよい。更に、個々のチューブ層は、必ずしも１つの平面内に配置された複数の貫通部分によって構成されている必要は無く、複数の平面内に配置された複数の貫通部分によって構成されていてもよい。このようなチューブ層の一例としては、例えば多層熱交換器によって構成されたチューブ層等を挙げることができる。また、本発明熱交換器が備えるチューブ層の大きさ（面積）、厚み（奥行き）及び数は、本発明熱交換器に求められる熱交換効率並びに本発明熱交換器に許容される設置スペース及び圧力損失等の諸条件に応じて適宜定めることができる。
【００３７】
上記により、第１熱交換器は、多層熱交換器として構成され、第１流体と第２流体との間において熱交換を行うことができる。尚、第１流体及び第２流体のうち何れの方がより高温であってもよい。換言すれば、第１熱交換器は、第２流体によって第１流体を冷却してもよく、或いは第１流体によって第２流体を冷却してもよい。尚、第１流体及び第２流体の何れか一方として液体を採用する場合、高い圧力損失が発生する虞を低減する観点からは、第１流体は液体（例えば、水等）であり、第２流体は気体（例えば、空気等）であることが望ましい。
【００３８】
ところで、上記と同様の構成を有する従来技術に係る多層熱交換器においては、第２流路のみを経由して第２流体が流れるので、第２流入口から第２流路へと流入した第２流体は熱交換領域を上流側から下流側へと順次通過した後に第２流出口から流出する。従って、前述したように、上流側に配置されたチューブ層（上流層）の近傍におけるフィンを介して貫通部分の内部を流れる流体と熱交換された第２流体が下流側に配置されたチューブ層（下流層）へと流れる。そのため、上流層の近傍における第２流体の温度に比べて、下流層の近傍における第２流体の温度は、第１流入口から第１流路へと流入する第１流体の温度により近くなる。即ち、下流層における第１流体と第２流体との温度差は、上流層における第１流体と第２流体との温度差よりも小さくなる。その結果、下流層における熱交換効率が上流層における熱交換効率よりも低くなり、多層化に伴うフィンの面積の増大に見合う熱交換効率の増大を達成することが困難となる場合がある。
【００３９】
例えば、図５は、第１流体としての水（温水又は熱水）を第２流体としての空気（外気）によって冷却する放熱器として構成された従来技術に係る多層熱交換器の一例における第２流体の流れを示す模式図である。当該熱交換器は、図１乃至図３に示した多層熱交換器１００と同様の構成を有する。従って、第２流路のみを経由して第２流体が流れるので、（紙面に向かって右側の白抜きの矢印３１によって示されるように）第２流入口２１から第２流路２０へと流入した第２流体は熱交換領域を上流側から下流側へと順次通過した後に（紙面に向かって左側の黒塗りの矢印３４によって示されるように）第２流出口２２から流出する。
【００４０】
より詳細には、第２流入口２１から第２流路２０へと流入した第２流体３１は、最も上流側に配置されたチューブ１０ｔの貫通部分によって構成されるチューブ層Ａの近傍におけるフィン２０ｆを介して貫通部分の内部を流れる流体との熱交換によって熱エネルギーを受け取る。その結果、チューブ層Ａの近傍を通過した後の第２流体３２の温度は、チューブ層Ａの近傍を通過する前の第２流体３１の温度よりも高くなる。この第２流体３２は、隣接する下流側のチューブ層Ｂへと流れる。このため、下流側のチューブ層Ｂにおける第１流体と第２流体との熱交換効率は上流側のチューブ層Ａにおける熱交換効率よりも低くなる。同様に、チューブ層Ｂの近傍を通過した後の第２流体３３の温度は、チューブ層Ｂの近傍を通過する前の第２流体３２の温度よりも高くなる。従って、更に下流側のチューブ層Ｃにおける第１流体と第２流体との熱交換効率は上流側のチューブ層Ｂにおける熱交換効率よりも低くなる。このように、従来技術に係る多層熱交換器においては、多層化に伴うフィンの面積の増大に見合う熱交換効率の増大を達成することが困難となる場合がある。
【００４１】
そこで、第１熱交換器においては、第２流路を画定する部材である第２部材に連通部が形成されている。連通部は、複数のチューブ層のうち少なくとも１組の隣接するチューブ層の間の領域である層間領域と第２流路の外部の空間である外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通するように構成された少なくとも１つの開口である。
【００４２】
上記のように層間領域と外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通することが可能である限り、連通部の構成は特に限定されない。例えば、上述したように一対の横板の両端をそれぞれ接続する一対のプレートによって第２流路が構成される場合、これらの横板及びプレートの少なくとも何れかに形成された少なくとも１つの開口（貫通孔）として連通部を構成することができる。連通部として形成される開口の大きさ、形状及び位置もまた、第１熱交換器に要求される熱交換効率を達成するのに十分な流量にて外部空間から層間領域へと第２流体を流入させることができるように適宜設計される。例えば、連通部として形成される開口は、第２部材に形成された１つ以上の孔であってもよく、第２部材に形成された１つ以上のスリットであってもよく、或いは第２部材の一部が取り外されることによって形成された開口部であってもよい。
【００４３】
例えば、図６は、第１流体としての水（温水又は熱水）を第２流体としての空気（外気）によって冷却する放熱器として構成された第１熱交換器の一例における第２流体の流れを示す模式図である。第１熱交換器もまた、基本的には、図１乃至図３に示した多層熱交換器１００と同様の構成を有する。従って、上述した従来技術に係る多層熱交換器と同様に、第２流入口２１から第２流路２０へと流入した第２流体３１は、最も上流側に配置されたチューブ１０ｔの貫通部分によって構成されるチューブ層Ａの近傍におけるフィン２０ｆを介して貫通部分の内部を流れる流体との熱交換によって熱エネルギーを受け取る。その結果、チューブ層Ａの近傍を通過した後の第２流体３２の温度は、チューブ層Ａの近傍を通過する前の第２流体３１の温度よりも高くなる。
【００４４】
しかしながら、上述したように、第１熱交換器においては、層間領域と外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通する連通部が、第２流路を画定する部材である第２部材に形成されている。図６に示す例においては、第１熱交換器１０１においては、層間領域と外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通する連通部２０ａが、第２流路２０を画定する部材である第２部材２０ｔに形成されている。従って、外部空間から連通部２０ａを経由してチューブ層Ａとチューブ層Ｂとの間の層間領域へと新たな第２流体３０が流入する。その結果、チューブ層Ａの近傍を通過した後の第２流体３２に加えて、新たな第２流体３０もまた、チューブ層Ａに隣接する下流側のチューブ層Ｂへと流れる。この新たな第２流体３０の温度は、チューブ層Ａの近傍を通過した後の第２流体３２の温度に比べて低い。このため、チューブ層Ｂに流入する第２流体（３２＋３０）の温度は、連通部２０ａを備えない場合よりも低い。その結果、下流側のチューブ層Ｂにおける第１流体と第２流体との熱交換効率は、連通部２０ａを備えない場合よりも高くなる。
【００４５】
一方、チューブ層Ｂの近傍を通過した後の第２流体３３の温度は、連通部２０ａを備えない場合よりも低い。加えて、チューブ層Ｂとチューブ層Ｃとの間の層間領域には、上記と同様に、連通部２０ａを経由して外部空間から流入する新たな第２流体３０が流入し、チューブ層Ｂの近傍を通過した後の第２流体３３と共に、チューブ層Ｂに隣接する下流側のチューブ層Ｃへと流れる。このため、チューブ層Ｃに流入する第２流体（３３＋３０）の温度は、連通部２０ａを備えない場合よりも低い。その結果、下流側のチューブ層Ｃにおける第１流体と第２流体との熱交換効率もまた、連通部２０ａを備えない場合よりも高くなる。このように、第１熱交換器１０１によれば、多層化に伴うフィンの面積の増大に見合う熱交換効率の増大を達成することがより容易となる。
【００４６】
尚、上記説明において参照した図５及び図６のそれぞれにおける矢印の模様の違いは、それぞれの箇所を流れる第２流体が流れてきた経路の違いを示すものであり、温度の違いを示すものではない。また、図６に示した例においては一対の横板の両端をそれぞれ接続する一対のプレート（第２部材２０ｔ）の両方に且つチューブ層Ａとチューブ層Ｂとの間の層間領域及びチューブ層Ｂとチューブ層Ｃとの間の層間領域に連通部２０ａがそれぞれ形成されている。しかしながら、連通部２０ａは、一対のプレート（第２部材２０ｔ）の片方のみに形成されていてもよく、チューブ層Ａとチューブ層Ｂとの間の層間領域及びチューブ層Ｂとチューブ層Ｃとの間の層間領域の何れか一方のみに形成されていてもよい。
【００４７】
〈効果〉
上記のように、第１熱交換器は、層間領域と外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通するように構成された少なくとも１つの開口である連通部を備える。従って、層間領域を挟む１組のチューブ層のうちの下流側のチューブ層には、上流側のチューブの層における熱交換を経た空気のみならず、（他のチューブ層を経由すること無く）外部空間から流入する新たな空気もまた供給される。その結果、下流側のチューブ層においてフィンに接触する空気の温度が上流側のチューブ層の近傍においてフィンに接触する空気の温度に比べて導入部からチューブへと流入する流体の温度により近くなる問題を軽減することができる。即ち、第１熱交換器によれば、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を十分に発揮することができる多層熱交換器を提供することができる。
【００４８】
《第２実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第２実施形態に係る多層熱交換器（以降、「第２熱交換器」と称呼される場合がある。）について説明する。第１熱交換器に関して上述したように、層間領域と外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通することが可能である限り、連通部の構成は特に限定されない。
【００４９】
しかしながら、連通部を介して外部空間と連通する層間領域は、第２流路内においてチューブと熱伝導可能に接触するようにフィンが配設されている熱交換領域の一部である。フィンの主面を含む平面による熱交換領域の断面の全てに亘るようにフィンが構成されている場合、層間領域を含む熱交換領域は、フィンにより、第１軸方向に交差する平面内に延在し、第１軸方向に積層され、且つ互いに独立した複数の領域に分割される。このような構成をフィンが有する場合、第２部材の第１軸方向に交差する面に連通部としての開口を形成すると、外部空間から連通部を介して層間領域へと流入した新たな第２流体は、上記複数の領域のうち連通部と連通している領域（連通領域）に流入する。
【００５０】
しかしながら、層間領域に含まれる複数の領域の各々はフィンによって隔離されているので、連通領域に流入した新たな第２流体は他の領域に流入することができない。従って、上流側のチューブ層における熱交換を経た第２流体に新たな第２流体が加わることによる熱交換効率の増大効果は連通領域においてのみ達成され、他の領域においては当該効果が十分には達成されない。その結果、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を十分に発揮することが困難となる虞がある。
【００５１】
例えば、図７は、直交流型の多層熱交換器を構成する１つのチューブ層を第２流入口側から観察した場合における模式図である。図７に示す例においては、熱交換領域の断面の全てに亘るようにフィンが構成されている。この場合、第２部材２０ｔの第１軸方向に交差する面（紙面に向かって左右の壁面）に（連通部２０ａとしての）開口を形成すると、フィン２０ｆによって分割された層間領域の複数の領域のうち連通部と連通している領域（紙面に向かって左右の端部に位置する連通領域）に新たな第２流体が流入する。
【００５２】
しかしながら、層間領域に含まれる複数の領域の各々はフィン２０ｆによって隔離されているので、連通領域に流入した新たな第２流体は他の領域に流入することができない。従って、上流側のチューブ層における熱交換を経た第２流体に新たな第２流体が加わることによる熱交換効率の増大効果は連通領域においてのみ達成され、他の領域においては当該効果が十分には達成されない。その結果、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を十分に発揮することが困難となる虞がある。
【００５３】
〈構成〉
そこで、第２熱交換器は、上述した第１熱交換器であって、第１軸方向に交差する方向における層間領域の両端の何れか一方又は両方と外部空間とを連通するように形成された開口である第１開口を連通部が含む多層熱交換器である。
【００５４】
前述したように、層間領域を含む熱交換領域においては、フィンの主面に平行な平面とチューブの貫通部分とが交差するようにフィンが配置されている。即ち、第１流路を画定するチューブの貫通部分の軸方向である第１軸方向に交差する方向に延在するようにフィンが配置されている。第２熱交換器においては、上記のように第１軸方向に交差する方向における層間領域の両端の何れか一方又は両方と外部空間とを連通するように連通部としての第１開口が形成されている。従って、第１開口を介して外部空間から流入した新たな第２流体はフィンに沿って層間領域に広がることができる。その結果、フィンの主面を含む平面による熱交換領域の断面の全てに亘るようにフィンが構成されている場合であっても、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を十分に発揮することができる。
【００５５】
例えば、図８は、直交流型の多層熱交換器として構成された第２熱交換器の一例における１つのチューブ層を第２流入口側から観察した場合における模式図である。図８に示す例においても、図７に示した例と同様に、熱交換領域の断面の全てに亘るようにフィン２０ｆが構成されている。しかしながら、第２熱交換器においては、第１軸方向に交差する方向における層間領域の両端と外部空間とを連通するように（連通部２０ａとしての）第１開口２０ａ１が形成されている。即ち、第２部材２０ｔの第１軸方向に平行な面（紙面に向かって上下の壁面）に第１開口２０ａ１が形成されている。従って、第１開口２０ａ１を介して外部空間から流入した新たな第２流体はフィン２０ｆに沿って層間領域に広がることができる。その結果、フィン２０ｆの主面を含む平面による熱交換領域の断面の全てに亘るようにフィン２０ｆが構成されている場合であっても、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を十分に発揮することができる。
【００５６】
尚、図８に示した例においては、フィン２０ｆによって分割された層間領域の複数の領域の全てに対応する（連通部２０ａとしての）第１開口が形成されている。しかしながら、第２熱交換器に要求される熱交換効率を達成するのに十分な流量にて外部空間から層間領域へと第２流体を流入させることが可能である限り、必ずしも全ての領域に対応する第１開口（２０ａ）が形成されている必要は無く、例えば複数の領域の一部のみに第１開口（２０ａ）が形成されていてもよい。また、図８に示した例においては、第２部材２０ｔの第１軸方向に平行な面（紙面に向かって上下の壁面）の両方に第１開口（２０ａ）が形成されており且つフィン２０ｆによって分割された層間領域の複数の領域の全てに対応する第１開口（２０ａ）が形成されている。しかしながら、第２熱交換器に要求される熱交換効率を達成するのに十分な流量にて外部空間から層間領域へと第２流体を流入させることが可能である限り、必ずしも第２部材２０ｔの第１軸方向に平行な面（紙面に向かって上下の壁面）の両方に第１開口（２０ａ）が形成されている必要は無く、例えば上下の壁面の片側のみに第１開口（２０ａ）が形成されていてもよい。更に、第１開口は、図８に示したような複数の孔であってもよく、１つ以上のスリットであってもよく、或いは第２部材２０ｔの上下の壁面の両方又は片方が取り外されることによって形成された開口部であってもよい。
【００５７】
〈効果〉
上記のように、第２熱交換器においては、第１軸方向に交差する方向における層間領域の両端の何れか一方又は両方と外部空間とを連通するように形成された開口である第１開口を連通部が含む。これにより、フィンの主面を含む平面による熱交換領域の断面の全てに亘るようにフィンが構成されている場合であっても、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を十分に発揮することができる。
【００５８】
《第３実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第３実施形態に係る多層熱交換器（以降、「第３熱交換器」と称呼される場合がある。）について説明する。第２熱交換器に関して上述したように、第２流路内においてチューブと熱伝導可能に接触するように配設されたフィンにより熱交換領域の少なくとも一部が、第１軸方向に交差する平面内に延在し、第１軸方向に積層され、且つ互いに独立した複数の領域に分割される。その結果、外部空間から連通部を介して層間領域へと流入した新たな第２流体が層間領域の全体に広がることが困難な場合がある。
【００５９】
〈構成〉
そこで、第３熱交換器は、上述した第１熱交換器又は第２熱交換器であって、フィンを挟んで隣接する一方の空間と他方の空間とを連通する貫通孔がフィンに形成されている多層熱交換器である。
【００６０】
貫通孔の大きさ、形状及び頻度（フィンの単位面積当たりに存在する貫通孔の個数）は、例えば、フィンを挟んで隣接する一方の空間から他方の空間へと第２流体が流れる際の圧力損失及び第３熱交換器に要求される熱交換効率を達成するのに必要とされるフィンの面積等に基づいて適宜定めることができる。
【００６１】
例えば、図９は、直交流型の多層熱交換器として構成された第３熱交換器の一例における熱交換領域を第１軸方向及び第２軸方向の両方に直交する方向から観察した場合における模式図である。換言すれば、図９は、正面又は背面からではなく、頂面又は底面から上記熱交換領域を観察した場合における模式図である。図９に示す例においては、紙面に向かって下側の第２流入口２１から第２流路へと流入した第２流体３０が、チューブ１０ｔからなる３層のチューブ層とフィン２０ｆとを備える熱交換領域を通過した後、紙面に向かって上側の第２流出口２２から流入する。図９に示す例においても、図７及び図８に示した例と同様に、熱交換領域の断面の全てに亘るようにフィン２０ｆが構成されている。
【００６２】
しかしながら、第３熱交換器においては、上記のようにフィン２０ｆを挟んで隣接する一方の空間と他方の空間とを連通する貫通孔２０ｆａがフィン２０ｆに形成されている。これにより、外部空間から連通部（図示せず）を介して層間領域へと流入した新たな第２流体が貫通孔２０ｆａを経由して層間領域の全体に容易に広がることができる。その結果、第３熱交換器によれば、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果をより十分に発揮することができる。
【００６３】
尚、図９に示した例においては、層間領域に含まれる部分に貫通孔２０ｆａが形成されたフィン２０ｆとチューブ層に含まれる部分に貫通孔２０ｆａが形成されたフィン２０ｆとが交互に配置されている。しかしながら、フィン２０ｆにおける貫通孔２０ｆａの配置は上記に限定されない。例えば、フィン２０ｆのランダムな位置に貫通孔２０ｆａが形成されていてもよい。或いは、フィン２０ｆの層間領域に含まれる部分に全ての貫通孔２０ｆａが形成されていてもよく、フィン２０ｆのチューブ層に含まれる部分に全ての貫通孔２０ｆａが形成されていてもよい。
【００６４】
〈効果〉
第３熱交換器においては、上記のように、フィンを挟んで隣接する一方の空間と他方の空間とを連通する貫通孔がフィンに形成されている。これにより、外部空間から連通部を介して層間領域へと流入した新たな第２流体が層間領域の全体に容易に広がることができる。その結果、第３熱交換器によれば、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果をより十分に発揮することができる。
【００６５】
《第４実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第４実施形態に係る多層熱交換器（以降、「第４熱交換器」と称呼される場合がある。）について説明する。第３熱交換器に関して上述したように、フィンを挟んで隣接する一方の空間と他方の空間とを連通する貫通孔をフィンに形成することにより、外部空間から連通部を介して層間領域へと流入した新たな第２流体を層間領域の全体に容易に広がらせることができる。その結果、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果をより十分に発揮することができる。
【００６６】
また、貫通孔の大きさ、形状及び頻度（フィンの単位面積当たりに存在する貫通孔の個数）は、フィンを挟んで隣接する一方の空間から他方の空間へと第２流体が流れる際の圧力損失及び第３熱交換器に要求される熱交換効率を達成するのに必要とされるフィンの面積等に基づいて適宜定めることができる。
【００６７】
〈構成〉
そこで、第４熱交換器は、上述した第１熱交換器又は第２熱交換器であって、チューブ層に平行であり且つフィンが存在しない連続的な空間である貫通空間が層間領域内に存在する多層熱交換器である。第４熱交換器においては、層間領域を挟む１組のチューブ層のうちの一方のチューブ層を構成する複数の貫通部分と熱伝導可能に接触するフィンと他方のチューブ層を構成する複数の貫通部分と熱伝導可能に接触するフィンとは不連続な別個のフィンとして構成されている。
【００６８】
上記貫通空間の第２軸方向における大きさ（厚み又は奥行き）は、層間領域を挟む１組のチューブ層の間隔及びそれぞれのチューブ層を構成する複数の貫通部分と熱伝導可能に接触するフィンの第２軸方向における大きさによって定まる。上記貫通空間の第２軸方向における大きさは、例えば、貫通空間を第２流体が流れる際の圧力損失及び第４熱交換器に要求される熱交換効率を達成するのに必要とされるフィンの面積等に基づいて適宜定めることができる。
【００６９】
例えば、図１０は、直交流型の多層熱交換器として構成された第４熱交換器の一例における熱交換領域を第１軸方向及び第２軸方向の両方に直交する方向から観察した場合における模式図である。換言すれば、図１０は、上述した図９と同様に、正面又は背面からではなく、頂面又は底面から上記熱交換領域を観察した場合における模式図である。図１０に示す例においても、紙面に向かって下側の第２流入口２１から第２流路へと流入した第２流体３０が、チューブ１０ｔからなる３層のチューブ層とフィン２０ｆとを備える熱交換領域を通過した後、紙面に向かって上側の第２流出口２２から流入する。
【００７０】
しかしながら、第４熱交換器においては、上記のように、層間領域を挟む１組のチューブ層のうちの一方のチューブ層を構成するチューブ１０ｔの複数の貫通部分と熱伝導可能に接触するフィン２０ｆと他方のチューブ層を構成するチューブ１０ｔの複数の貫通部分と熱伝導可能に接触するフィン２０ｆとが不連続な別個のフィンとして構成されている。その結果、チューブ層に平行であり且つフィン２０ｆが存在しない連続的な空間である貫通空間２０ｆｓ（破線によって囲まれた領域）が層間領域内に存在する。従って、第４熱交換器においては、外部空間から連通部（図示せず）を介して層間領域へと流入した新たな第２流体が貫通空間２０ｆｓを経由して層間領域の全体により容易に広がることができる。その結果、第４熱交換器によれば、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を更により十分に発揮することができる。
【００７１】
尚、図１０に示した例においては、熱交換領域に含まれる全ての層間領域において貫通空間２０ｆｓが形成されている。しかしながら、貫通空間２０ｆｓの配置は上記に限定されない。例えば、熱交換領域に含まれる層間領域の一部のみに貫通空間２０ｆｓが形成されていてもよい。
【００７２】
〈効果〉
第４熱交換器においては、上記のように、層間領域を挟む１組のチューブ層のうちの一方のチューブ層を構成する複数の貫通部分と熱伝導可能に接触するフィンと他方のチューブ層を構成する複数の貫通部分と熱伝導可能に接触するフィンとが不連続な別個のフィンとして構成されている。その結果、チューブ層に平行であり且つフィンが存在しない連続的な空間である貫通空間が層間領域内に存在する。これにより、外部空間から連通部を介して層間領域へと流入した新たな第２流体が層間領域の全体により容易に広がることができる。その結果、第４熱交換器によれば、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を更により十分に発揮することができる。
【００７３】
《第５実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第５実施形態に係る多層熱交換器（以降、「第５熱交換器」と称呼される場合がある。）について説明する。上述したように、第３熱交換器においては、フィンを挟んで隣接する一方の空間と他方の空間とを連通する貫通孔をフィンに形成することにより、外部空間から連通部を介して層間領域へと流入した新たな第２流体を層間領域の全体に容易に行き渡らせることができる。また、第４熱交換器においては、チューブ層に平行であり且つフィンが存在しない連続的な空間である貫通空間を層間領域内に形成することにより、外部空間から連通部を介して層間領域へと流入した新たな第２流体を層間領域の全体により容易に行き渡らせることができる。その結果、第３熱交換器及び第４熱交換器の何れにおいても、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果をより十分に発揮することができる。
【００７４】
ところで、上記のようにフィンに貫通孔が形成されている場合及び層間領域に貫通空間が形成されている場合においては、第２部材の第１軸方向に交差する面に連通部としての開口を形成しても、層間領域へと流入した新たな第２流体を層間領域の全体に容易に広がらせることができる。従って、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果をより十分に発揮することができる。
【００７５】
〈構成〉
そこで、第５熱交換器は、上述した第３熱交換器又は第４熱交換器であって、連通部は、第１軸方向に平行な方向における層間領域の両端の何れか一方又は両方と外部空間とを連通するように形成された開口である第２開口を含む多層熱交換器である。
【００７６】
上記のように、第５熱交換器は上述した第３熱交換器又は第４熱交換器である。従って、フィンを挟んで隣接する一方の空間と他方の空間とを連通する貫通孔がフィンに形成されているか、或いはチューブ層に平行であり且つフィンが存在しない連続的な空間である貫通空間が層間領域内に形成されている。これらに加えて、第５熱交換器が備える連通部は、第１軸方向に平行な方向における層間領域の両端の何れか一方又は両方と外部空間とを連通するように形成された開口である第２開口を含む。換言すれば、第５熱交換器においては、第２部材の第１軸方向に交差する面に連通部としての第２開口が形成されている。従って、たとえ前述した第２熱交換器のように第１軸方向に交差する方向における層間領域の両端の何れか一方又は両方と外部空間とを連通するように形成された開口である第１開口を連通部が含んでいなくても、層間領域へと流入した新たな第２流体を、貫通孔及び／又は貫通空間を介して、層間領域の全体に容易に行き渡らせることができる。従って、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果をより確実に発揮することができる。
【００７７】
例えば、図１１の（ａ）は、直交流型の多層熱交換器として構成された第５熱交換器の一例における熱交換領域を第１軸方向及び第２軸方向の両方に直交する方向から観察した場合における模式図である。換言すれば、図１１は、上述した図９及び図１０と同様に、正面又は背面からではなく、頂面又は底面から上記熱交換領域を観察した場合における模式図である。図１１の（ａ）に示す例においても、紙面に向かって下側の第２流入口２１から第２流路へと流入した第２流体３０が、チューブ１０ｔからなる３層のチューブ層とフィン２０ｆとを備える熱交換領域を通過した後、紙面に向かって上側の第２流出口２２から流入する。
【００７８】
尚、図１１の（ａ）に示した第５熱交換器の一例は、上述した第４熱交換器である。従って、第５熱交換器においても、第４熱交換器と同様に、層間領域を挟む１組のチューブ層のうちの一方のチューブ層を構成するチューブ１０ｔの複数の貫通部分と熱伝導可能に接触するフィン２０ｆと他方のチューブ層を構成するチューブ１０ｔの複数の貫通部分と熱伝導可能に接触するフィン２０ｆとが不連続な別個のフィンとして構成されている。その結果、チューブ層に平行であり且つフィン２０ｆが存在しない連続的な空間である貫通空間２０ｆｓ（破線によって囲まれた領域）が層間領域内に存在する。従って、第５熱交換器においても、第４熱交換器と同様に、外部空間から連通部を介して層間領域へと流入した新たな第２流体が貫通空間２０ｆｓを経由して層間領域の全体により容易に広がることができる。
【００７９】
一方、図１１の（ｂ）は、第５熱交換器の上記一例における１つのチューブ層を第２流入口側から観察した場合における模式図である。図１１の（ｂ）に示す例においても、図８に示した例と同様に、第１軸方向に交差する方向における層間領域の両端と外部空間とを連通するように（連通部２０ａとしての）第１開口２０ａ１が形成されている。即ち、第２部材２０ｔの第１軸方向に平行な面（紙面に向かって上下の壁面）に第１開口２０ａ１が形成されている。従って、第１開口２０ａ１を介して外部空間から流入した新たな第２流体はフィン２０ｆに沿って層間領域に広がることができる。
【００８０】
上記に加えて、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示す例においては、第１軸方向に平行な方向における層間領域の両端と外部空間とを連通するように形成された開口である第２開口２０ａ２を含む。換言すれば、第２部材２０ｔの第１軸方向に交差する面に（連通部２０ａとしての）第２開口２０ａ２が形成されている。従って、たとえ上述した第１開口２０ａ１を連通部が含んでいなくても、層間領域へと流入した新たな第２流体は、貫通空間２０ｆｓを介して、層間領域の全体に容易に行き渡ることができる。これらの結果、第５熱交換器によれば、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を更により十分に発揮することができる。
【００８１】
尚、図１１に示した例においては、上述した第１開口２０ａ１を連通部が含む。即ち、図１１においては、第２部材２０ｔに形成された第１開口２０ａ１及び第２開口２０ａ２の両方が第２部材２０ｔに形成されている。しかしながら、第５熱交換器において第１開口２０ａ１は必須の構成要件ではなく、連通部２０ａが第２開口２０ａ２のみを含んでいてもよい。また、図１１に示した例においては、第４熱交換器と同様に貫通空間２０ｆｓが層間領域内に存在する。しかしながら、第５熱交換器において貫通空間２０ｆｓは必須の構成要件ではなく、貫通空間２０ｆｓに替えて或いは貫通空間２０ｆｓに加えて、フィン２０ｆを挟んで隣接する一方の空間と他方の空間とを連通する貫通孔２０ｆａがフィン２０ｆに形成されていてもよい。
【００８２】
例えば、図１２は、第１開口を連通部が含まない第５熱交換器の一例を示す模式図である。図１２の（ａ）は、直交流型の多層熱交換器として構成された第５熱交換器の他の例における熱交換領域を第１軸方向及び第２軸方向の両方に直交する方向から観察した場合における模式図である。図１２の（ｂ）は、第５熱交換器の上記他の例における１つのチューブ層を第２流入口側から観察した場合における模式図である。図１２の（ａ）及び（ｂ）に示す例においては、第１開口は形成されておらず、第２開口２０ａ２のみが形成されている。しかしながら、この例に係る第５熱交換器においては、上述した第３熱交換器と同様に、貫通孔２０ｆａがフィンに形成されている。従って、図１２に示した例のように第１開口を連通部が含んでいなくても、層間領域へと流入した新たな第２流体を層間領域の全体に容易に行き渡らせることができる。従って、このような構成においても、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果をより十分に発揮することができる。
【００８３】
〈効果〉
上記のように、第５熱交換器においては、第３熱交換器又は第４熱交換器と同様に、貫通孔がフィンに形成されているか、或いは貫通空間が層間領域内に形成されている。加えて、第５熱交換器においては、第１軸方向に平行な方向における層間領域の両端の何れか一方又は両方と外部空間とを連通するように形成された開口である第２開口を連通部が含む。これにより、上述した第１開口の有無に拘わらず、外部空間から連通部を介して層間領域へと流入した新たな第２流体が層間領域の全体により容易に広がることができる。その結果、第５熱交換器によれば、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果をより十分に発揮することができる。
【００８４】
《第６実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第６実施形態に係る多層熱交換器（以降、「第６熱交換器」と称呼される場合がある。）について説明する。第１熱交換器乃至第５熱交換器を始めとする本発明に係る多層熱交換器（本発明熱交換器）においては、上述したように、層間領域と外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通するように構成された少なくとも１つの開口である連通部を備える。この連通部は、第２流路を画定する部材である第２部材に形成され、上述した第１開口及び／又は第２開口を含むことができる。
【００８５】
従って、連通部は、少なくとも外部空間に直接的又は間接的に露出してさえいれば外部空間から層間領域へと第２流体を流入させることができる。例えば図１３に示すように、熱交換器が組み込まれる装置５００（例えば、燃料電池コジェネレーションシステム及びガスヒートポンプ等）の筐体の外面に本発明熱交換器（本例においては第５熱交換器１０５）を取り付けて、本発明熱交換器１０５の正面に位置する第２流入口２１及び側面に位置する連通部２０ａ（第１開口２０ａ１及び第２開口２０ａ２）を介して第２流体（白抜きの矢印）を内部に導入してもよい。
【００８６】
しかしながら、熱交換器が組み込まれる装置（例えば燃料電池コジェネレーションシステム等の装置）においては、当該装置の筐体の内部に熱交換器が組み込まれることが一般的である。具体的には、例えば、当該装置は、筐体の背面パネルに形成された吸気口から熱交換器へと空気（第２流体）が流入し、当該熱交換器（及びファン等の動力装置）を通過した後に、筐体の正面パネルに形成された排気口から流出するように構成される。
【００８７】
一方、小型軽量化は熱交換器が組み込まれる装置に限らず様々な装置に共通の課題である。従って、例えば図１４に示すように、装置５００の内部に組み込まれた本発明熱交換器（本例においては第５熱交換器１０５）の第２流入口２１に対応する吸気口５１０に加えて、連通部２０ａ（第１開口２０ａ１及び第２開口２０ａ２）のための新たな吸気口５２０及び新たな吸気流路５３０を装置５００の筐体に追加して設けることは避けたいのが実情である。結果として、連通部２０ａを介して層間領域へと導かれる第２流体もまた、最も上流側に位置するチューブ層へと導かれる第２流体と同様に、第２流入口２１から供給されることが望ましい。
【００８８】
〈構成〉
そこで、第６熱交換器は、上述した第１熱交換器乃至第５熱交換器の何れかであって、第２流入口の一部として形成された開口である第３流入口を介して外部空間から流入した第２流体が内部を流れ連通部から層間領域へと流出する流路である第３流路を更に備える多層熱交換器である。
【００８９】
第３流路及び第３流入口の具体的な構成は、第２流入口の一部として形成された開口である第３流入口を介して外部空間から第３流路へと第２流体が流入して連通部へと到達することが可能である限り特に限定されない。例えば、最も上流側に位置するチューブ層と第２流入口とを連通する空間の一部分が何らかの部材によって仕切られて第３流路が画定され、当該第３流路の上流側の端部が第３流入口として構成されていてもよい。或いは、上記のように仕切られること無く、最も上流側に位置するチューブ層と第２流入口とを連通する空間と第３流路とが連続した空間を形成しており、第２流入口と第３流入口とが連続した開口を形成していてもよい。
【００９０】
例えば、図１５は、第６熱交換器１０６の構成の１つの例を示す模式的な断面図である。図１５に示す構成は、上述した２つの例のうちの前者に該当する構成の一例であり、最も上流側に位置するチューブ層Ａと第２流入口２１とを連通する空間の一部分が仕切部材２０ｓによって仕切られて第３流路２３が画定されている。また、この例においては、第３流路２３の上流側の端部が第３流入口２４として構成されている。これにより、連通部２０ａを介して層間領域へと導かれる第２流体を、最も上流側に位置するチューブ層Ａへと導かれる第２流体と同様に、第２流入口２１から供給することができる。
【００９１】
更に、図１６は、第６熱交換器１０６の構成のもう１つの例を示す模式的な断面図である。図１６に示す構成は、上述した２つの例のうちの後者に該当する構成の一例であり、図１５に示した例のように第３流路が仕切られること無く、最も上流側に位置するチューブ層Ａと第２流入口２１とを連通する空間と第３流路とが連続した空間を形成しており、第２流入口２１と第３流入口２４とが連続した開口を形成している。このような構成においても、連通部２０ａを介して層間領域へと導かれる第２流体を、最も上流側に位置するチューブ層Ａへと導かれる第２流体と同様に、第２流入口２１から供給することができる。
【００９２】
〈効果〉
上記のように、第６熱交換器においては、第２流体を外部空間から連通部へと導く流路の連通部とは反対側の端部としての開口である第３流入口が、第２流入口とは別個に設けられるのではなく、第２流入口の一部として形成されている。更に、第６熱交換器は、第３流入口を介して外部空間から流入した第２流体が内部を流れ連通部から層間領域へと流出する流路である第３流路を更に備える。従って、例えば図１４に示したように熱交換器が組み込まれる装置の筐体の正面等に第６熱交換器が備える連通部のための新たな吸気口及び／又は吸気流路を追加して設けること無く、連通部を介して層間領域へと導かれる第２流体を、最も上流側に位置するチューブ層へと導かれる第２流体と同様に、第２流入口から供給することができる。その結果、第６熱交換器が組み込まれる装置（例えば、燃料電池コジェネレーションシステム及びガスヒートポンプ等）の小型軽量化に寄与することができる。
【００９３】
《第７実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第７実施形態に係る多層熱交換器（以降、「第７熱交換器」と称呼される場合がある。）について説明する。第６熱交換器は、上述したように、第２流入口の一部として形成された開口である第３流入口及び第３流入口を介して外部空間から流入した第２流体が内部を流れ連通部から層間領域へと流出する流路である第３流路を更に備える。これにより、第６熱交換器が組み込まれる装置の筐体の正面等に新たな吸気口及び／又は吸気流路を追加して設けること無く、連通部を介して層間領域へと導かれる第２流体を、最も上流側に位置するチューブ層へと導かれる第２流体と同様に、第２流入口から供給することができる。
【００９４】
ところが、上記のように第２流入口から連通する空間内に第２軸方向に間隔を空けて複数のチューブ層が配置されている構成においては、第２流入口から第２流出口までの複数の流路のうち最も低い圧力損失を呈する流路へと第２流体が集中的に流れ込む場合がある。例えば、図１６に示した例においては、第２流入口２１から流入した第２流体が第２流出口２２へと到達する流路としては、以下に列挙する３つの流路を挙げることができる。
【００９５】
（１）チューブ層Ａ乃至Ｃの全てを第２流体が通過する流路、
（２）チューブ層ＡとＢとの間の層間領域から流入した第２流体がチューブ層Ｂ及びＣを通過する流路、並びに
（３）チューブ層ＢとＣとの間の層間領域から流入した第２流体がチューブ層Ｃのみを通過する流路。
【００９６】
上記３つの流路（１）乃至（３）を第２流体が通過する際の圧力損失の大きさは、第２流体が通過するチューブ層の数に対応する。即ち、流路（１）においては、チューブ層の数が最も多く、圧力損失が最も大きい。一方、流路（３）においては、チューブ層の数が最も少なく、圧力損失が最も小さい。また、流路（２）においては、チューブ層の数及び圧力損失の何れもがこれらの中間となる。
【００９７】
従って、例えば、それぞれの流路における圧力損失の大きさの違い及び／又は第２流路における第２流体の流量等によっては、最も低い圧力損失を呈する流路（３）へと第２流体が過剰に集中してしまう場合がある。この場合、上述したように流路（３）におけるチューブ層の数が最も少ないため、熱交換器全体としての熱交換効率の低下に繋がる虞がある。
【００９８】
図１５に示した例においては、上述したように、最も上流側に位置するチューブ層Ａと第２流入口２１とを連通する空間の一部分が仕切部材２０ｓによって仕切られて、第２流入口２１から連通部２０ａへと第２流体を導く第３流路２３が画定されている。この第３流路２３を経由する第２流体の流路としては、上述した流路（２）及び（３）の２つの流路を挙げることができる。従って、より高い圧力損失を呈する流路（２）よりも、より低い圧力損失を呈する流路（３）へと第２流体が集中する傾向がある。その結果、上記と同様に、例えば、それぞれの流路における圧力損失の大きさの違い及び／又は第２流路における第２流体の流量等によっては、熱交換器全体としての熱交換効率の低下に繋がる虞がある。
【００９９】
〈構成〉
そこで、第７熱交換器は、上述した第６熱交換器であって、層間領域の各々について少なくとも１つの第３流路が画定されている多層熱交換器である。換言すれば、第２流入口から各々の層間領域へと独立に連通する第３流路が、層間領域毎に設けられている。
【０１００】
例えば、図１７は、第７熱交換器１０７の構成の１つの例を示す模式的な断面図である。図１７に示すように、最も上流側に位置するチューブ層Ａと第２流入口２１とを連通する空間の一部分が仕切部材２０ｓによって仕切られて第３流路２３が画定されており、第３流路２３の上流側の端部が第３流入口２４として構成されている。この第３流路２３と第３流入口２４との組は、チューブ層ＡとＢとの間の層間領域に第２流体を流入させるための連通部２０ａ及びチューブ層ＢとＣとの間の層間領域に第２流体を流入させるための連通部２０ａの各々に１つずつ設けられている。
【０１０１】
これにより、何れかの第３流入口２４から第３流路２３へと一旦流入した第２流体は、他の第３流路２３には流入することができないため、当該第３流路２３に対応する連通部２０ａを介して当該第３流路２３に対応する層間領域へと確実に導かれる。従って、上述したように最も低い圧力損失を呈する流路へと第２流体が過剰に集中してしまう虞が低減される。その結果、熱交換器全体としての熱交換効率の低下を少なくとも部分的には防止することができる。
【０１０２】
〈効果〉
上記のように、第７熱交換器においては、層間領域の各々について少なくとも１つの第３流路が画定されている。従って、何れかの第３流入口から第３流路へと一旦流入した第２流体は、他の第３流路には流入することができないため、当該第３流路に対応する連通部を介して当該第３流路に対応する層間領域へと確実に導かれる。従って、上述したように最も低い圧力損失を呈する流路へと第２流体が過剰に集中してしまう虞が低減される。その結果、熱交換器全体としての熱交換効率の低下を少なくとも部分的には防止することができる。
【０１０３】
《第８実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第８実施形態に係る多層熱交換器（以降、「第８熱交換器」と称呼される場合がある。）について説明する。前述したように、本発明熱交換器においては、第２流路を画定する部材である第２部材に連通部が形成されている。典型的には、第２流路を画定する筒状の第２部材の層間領域に該当する領域の側面に連通部が形成される。第３流路は、このような連通部と第３流入口とを連通する流路であるので、第３流路及び第３流入口は、第２流路に含まれるチューブ層よりも外側（第２流路の径方向における外側）に配設されることが望ましい。
【０１０４】
〈構成〉
従って、第８熱交換器は、上述した第６熱交換器又は第７熱交換器であって、第２軸方向に直交する平面への投影図において、第３流路及び第３流入口がチューブ層の外側に配置されている多層熱交換器である。換言すれば、第８熱交換器においては、第２流路に含まれるチューブ層よりも外側（第２流路の径方向における外側）に第３流路及び第３流入口が配設されている。
【０１０５】
例えば、図１８は、第８熱交換器の構成の１つの例を示す模式的な断面図である。図１８に示すように、この例に示した第８熱交換器１０８においては、第２流路に含まれるチューブ層よりも外側（図中に示した２本の一点鎖線よりも上側及び下側）に第３流路２３及び第３流入口２４が配設されている。
【０１０６】
〈効果〉
上述したように、典型的には、第２流路を画定する筒状の第２部材の層間領域に該当する領域の側面に連通部が形成される。一方、第８熱交換器においては、第２軸方向に直交する平面への投影図において、第３流路及び第３流入口がチューブ層の外側に配置されている。即ち、第２流路に含まれるチューブ層よりも外側（第２流路の径方向における外側）に第３流路及び第３流入口が配設されている。従って、第８熱交換器によれば、第８熱交換器が組み込まれる装置に特段の部材を追加したり加工を施したりすること無く、連通部と第３流入口とを連通する流路としての第３流路を配設することができる。
【０１０７】
《第９実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第９実施形態に係る多層熱交換器（以降、「第９熱交換器」と称呼される場合がある。）について説明する。第８熱交換器においては、上述したように、第２軸方向に直交する平面への投影図において、第３流路及び第３流入口がチューブ層の外側に配置されている。これにより、第８熱交換器が組み込まれる装置に特段の部材を追加したり加工を施したりすること無く、連通部と第３流入口とを連通する流路としての第３流路を配設することができる。
【０１０８】
しかしながら、例えば図１８の斜線部に示したように、第３流路及び第３流入口をチューブ層の外側に配置することに伴って、熱交換器全体としての容積は増大する。一方、前述したように、熱交換器が組み込まれる装置に限らず、小型軽量化は様々な装置における共通の課題である。従って、第３流路及び第３流入口が占める体積を可能な限り小さくすることが望ましい。
【０１０９】
〈構成〉
そこで、第９熱交換器は、上述した第８熱交換器であって、第３流路は、第２軸方向に対して傾斜して第３流入口から連通部へと連通するように構成されている多層熱交換器である。上述したように、第３流入口は、第２軸方向に直交する平面への投影図において、チューブ層の外側に配置されている。一方、連通部は、第２流路を画定する部材である第２部材に形成された開口であり、典型的には第２流路を画定する筒状の第２部材の層間領域に該当する領域の側面に連通部としての開口が形成される。
【０１１０】
第９熱交換器においては、上記のように、第２軸方向に対して傾斜して第３流入口から連通部へと連通するように第３流路が構成される。典型的には、第３流入口と連通部とを最短距離で連通するように第３流路が構成される。これにより、第２軸方向に直交する平面への投影図においてチューブ層の外側に配置される第３流路及び第３流入口が占める体積を小さくすることができる。
【０１１１】
例えば、図１９は、第９熱交換器の構成の１つの例を示す模式的な断面図である。図１９に示すように、この例に示した第９熱交換器１０９においては、第２流路に含まれるチューブ層よりも外側（図中に示した２本の一点鎖線よりも上側及び下側）に形成された第３流入口２４から連通部２０ａへと第２流体を導く第３流路２３が第２軸方向に対して傾斜するように構成されている。その結果、斜線部に示すように、第３流路２３及び第３流入口２４が占める体積をより小さくすることができる。
【０１１２】
〈効果〉
上記のように、第９熱交換器によれば、第２流路に含まれるチューブ層よりも外側に形成された第３流路及び第３流入口が占める体積をより小さくすることができる。その結果、第９熱交換器が組み込まれる装置（例えば、燃料電池コジェネレーションシステム及びガスヒートポンプ等）の小型軽量化に寄与することができる。
【０１１３】
《第１０実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第１０実施形態に係る多層熱交換器（以降、「第１０熱交換器」と称呼される場合がある。）について説明する。上述したように、第８熱交換器においては、第２軸方向に直交する平面への投影図において、第３流路及び第３流入口がチューブ層の外側に配置されている。また、第９熱交換器においては、第２流路に含まれるチューブ層よりも外側に形成された第３流入口から連通部へと第２流体を導く第３流路を第２軸方向に対して傾斜させることにより、第３流路及び第３流入口が占める体積が低減されている。
【０１１４】
しかしながら、小型軽量化の観点からは、第２軸方向に直交する平面への投影図において、第３流路及び第３流入口がチューブ層の外側にはみ出さないことがより望ましい。即ち、第３流路及び第３流入口に起因する本発明熱交換器の大型化を完全に防ぐことがより望ましい。
【０１１５】
〈構成〉
そこで、第１０熱交換器は、上述した第６熱交換器又は第７熱交換器であって、第２軸方向に直交する平面への投影図において、以下の要件を満たすように構成されている多層熱交換器である。
【０１１６】
要件１：層間領域を挟む１組のチューブ層のうち第２流出口により近い側のチューブ層である下流側チューブ層の一部が第２流入口により近い側のチューブ層である上流側チューブ層の外縁の少なくとも一部からはみ出した部分である突出部を形成している。
要件２：上記層間領域に連通する第３流路及び第３流入口が上記突出部に含まれる。
【０１１７】
要件１を換言すれば、第２軸方向に沿って第２流入口側（上流側）から観察した場合、層間領域を挟む１組のチューブ層のうち下流側チューブ層の（外縁部近傍の）一部が上流側チューブ層の外縁の少なくとも一部から外側に突出している。従って、要件２に記載されているように、この部分（突出部）に向かって第２流入口から延在するように第３流路を設ければ、上述した第８熱交換器及び第９熱交換器のように第３流路及び第３流入口を配設するためのスペースをチューブ層の外側に追加して確保する必要が無い。即ち、第３流路及び第３流入口に起因する本発明熱交換器の大型化を防ぐことができる。
【０１１８】
例えば、図２０は、第１０熱交換器の構成の１つの例を示す模式的な断面図である。図２０に示すように、この例に示した第１０熱交換器１１０は、第２軸方向に所定の間隔を空けて積層された３つのチューブ層Ａ乃至Ｃを備えており、チューブ層ＡとＢとの間及びチューブ層ＢとＣとの間に、貫通空間を含む層間領域がそれぞれ設けられている。更に、この例においては、３つのチューブ層Ａ乃至Ｃの面積が上流側ほど小さく、上流側から観察した場合に下流側チューブ層の外縁部が隣接する上流側チューブ層の外縁の全周から外側に突出する突出部が形成されるように構成されている。加えて、それぞれの突出部に向かって第３流入口２４から第２軸方向に平行な方向において第２流体を導くように第３流路２３が構成されている。即ち、第１０熱交換器１１０は、上述した要件１及び２を満足する多層熱交換器である。
【０１１９】
上記のように、第１０熱交換器１１０においては、上述した第８熱交換器及び第９熱交換器のように第３流路２３及び第３流入口２４を配設するためのスペースをチューブ層の外側に追加して確保すること無く、それぞれの層間領域に第２流体を導くための第３流路２３及び第３流入口２４を設けることができる。即ち、第３流路及び第３流入口に起因する熱交換器の大型化を防ぎつつ、良好な熱交換効率を維持することができる。
【０１２０】
尚、図２０に例示した第１０熱交換器１１０は、上述したように、上流側から観察した場合に下流側チューブ層の外縁部が隣接する上流側チューブ層の外縁の全周から外側に突出する突出部が形成されるように構成されている。しかしながら、それぞれの層間領域に十分な量の第２流体を導くことが可能である限り、必ずしも下流側チューブ層の外縁部が隣接する上流側チューブ層の外縁の全周から外側に突出する必要は無く隣接する上流側チューブ層の外縁の一部においてのみ、下流側チューブ層の外縁部が外側に突出していてもよい。具体的には、例えば、下流側チューブ層の外縁部が、隣接する上流側チューブ層の外縁の上下方向においてのみ外側に突出していてもよく、或いは隣接する上流側チューブ層の外縁の左右方向においてのみ外側に突出していてもよい。
【０１２１】
〈効果〉
上記のように、第１０熱交換器によれば、第３流路及び第３流入口を配設するためのスペースを追加して確保すること無く、それぞれの層間領域に第２流体を導くための第３流路及び第３流入口を設けることができる。その結果、第１０熱交換器が組み込まれる装置（例えば、燃料電池コジェネレーションシステム及びガスヒートポンプ等）の小型軽量化により有効に寄与することができる。
【０１２２】
《第１１実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第１１実施形態に係る多層熱交換ユニット（以降、「第１熱交換ユニット」と称呼される場合がある。）について説明する。本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、上述した第１熱交換器乃至第１０熱交換器を始めとする種々の実施態様に係る本発明熱交換器のみならず、本発明熱交換器を備える熱交換ユニットにも関する。
【０１２３】
〈構成〉
そこで、第１熱交換ユニットは、上述した第１熱交換器乃至第１０熱交換器の何れかの多層熱交換器と、当該多層熱交換器が備える第２流路の内部において第２流入口から第２流出口へと第２流体を流すように構成された動力装置と、を備える熱交換ユニットである。
【０１２４】
動力装置の構成は、第２流路の内部において第２流入口から第２流出口へと第２流体を流すことが可能である限り、特に限定されない。動力装置の具体例としては、例えば、ファン及びブロワ等を挙げることができる。また、第１熱交換ユニットは別個の動力装置を備えてもよく、或いは第１熱交換ユニットが組み込まれる装置（例えば、燃料電池コジェネレーションシステム及びガスヒートポンプ等）が備える動力装置を利用（共用）してもよい。
【０１２５】
更に、第１熱交換ユニットにおける多層熱交換器と動力装置との接続形態は、多層熱交換器が備える第２流路の内部において第２流入口から第２流出口へと第２流体を流すことが可能である限り、特に限定されない。典型的には、多層熱交換器が備える第２流路と連通する流路を有するダクトを介して多層熱交換器と動力装置とが直列に接続される。ダクトの形状、大きさ及び構造は、例えば第１熱交換ユニットの用途において想定される第２流体の粘度、流量、圧力及び温度、並びに第１熱交換ユニットが組み込まれる装置の構成等の諸条件に応じて適宜選択することができる。
【０１２６】
上記のようにダクトを介して多層熱交換器と動力装置とが直列に接続される場合における多層熱交換器と動力装置との位置関係もまた、多層熱交換器が備える第２流路の内部において第２流入口から第２流出口へと第２流体を流すことが可能である限り、特に限定されない。例えば、多層熱交換器の上流側（即ち、第２流入口側）に動力装置が配置されていてもよく、或いは多層熱交換器の下流側（即ち、第２流出口側）に動力装置が配置されていてもよい。
【０１２７】
しかしながら、多層熱交換器の上流側（即ち、第２流入口側）に動力装置が配置されている場合は、第２流体は動力装置に接触した後に多層熱交換器に流入する。そのため、多層熱交換器に流入する第２流体の温度が動力装置の温度に影響される虞がある。このような懸念を低減する観点からは、多層熱交換器の下流側（即ち、第２流出口側）に動力装置が配置されていることが望ましい。
【０１２８】
ここで、上記のような配置にて多層熱交換器と動力装置とを備える種々の熱交換ユニットの構成につき、図面を参照しながら説明する。図２１は、従来技術に係る多層熱交換器１００と動力装置としてのファン３００とがダクト２００によって直列に配置されている熱交換ユニット４００の構成の一例を示す模式図である。熱交換ユニット４００においては、白抜きの矢印によって示すように、第２流体（例えば、空気等）が、背面パネル４３０ｂに形成された吸気口４１０から吸入され、第２流入口２１から多層熱交換器１００へと流入し、第２流出口２２から流出する。そして、第２流体は、ダクト２００を経由して、前面パネル４３０ｆに形成された排気口４２０から流出する。このような第２流体の流れはファン３００によって達成される。
【０１２９】
しかしながら、前述したように、従来技術に係る多層熱交換器１００においては、上流側のチューブ層（上流層）の近傍においてチューブ内の流体と熱交換された空気が下流側のチューブ層（下流層）へと順次流れる。従って、下流層の近傍における第１流体と第２流体との温度差は、上流層の近傍における第１流体と第２流体との温度差よりも小さくなり、下流層における熱交換効率が上流層における熱交換効率よりも低くなる。即ち、従来技術に係る多層熱交換器１００を備える熱交換ユニット４００においては、多層化に伴うフィンの面積の増大に見合う熱交換効率の増大を達成することが困難となる場合がある。
【０１３０】
しかしながら、前述したように、本発明熱交換器は層間領域と外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通するように構成された少なくとも１つの開口である連通部を備える。従って、下流層の近傍における第１流体と第２流体との温度差が上流層の近傍における第１流体と第２流体との温度差よりも小さくなるために下流層における熱交換効率が上流層における熱交換効率よりも低くなる問題を軽減することができる。
【０１３１】
ここで、従来技術に係る多層熱交換器１００に代えて本発明の幾つかの実施態様に係る多層熱交換器（本発明熱交換器）を備える熱交換ユニットの構成につき、図面を参照しながら説明する。
【０１３２】
図２２は、従来技術に係る多層熱交換器１００に代えて上述した本発明の第８実施態様に係る多層熱交換器（第８熱交換器１０８）を備える本発明の第１１実施形態に係る熱交換ユニット（第１ユニット４０１）の構成の一例を示す模式的な断面図である。また、図２３は、従来技術に係る多層熱交換器１００に代えて上述した本発明の第９実施態様に係る多層熱交換器（第９熱交換器１０９）を備える第１ユニット４０２の構成の一例を示す模式的な断面図である。更に、図２４は、従来技術に係る多層熱交換器１００に代えて上述した本発明の第１０実施態様に係る多層熱交換器（第１０熱交換器１１０）を備える第１ユニット４０３の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【０１３３】
何れの第１ユニットにおいても、多層熱交換器が連通部（並びに第３流路２３及び第３流入口２４）を備えるので、外部空間から層間領域へと新たな第２流体を導入することができる（各図における実線の矢印を参照）。従って、下流層の近傍における第１流体と第２流体との温度差が上流層の近傍における第１流体と第２流体との温度差よりも小さくなる問題を軽減することができる。その結果、下流層における熱交換効率が上流層における熱交換効率よりも低くなる問題を軽減することができる。
【０１３４】
尚、上述した第１ユニット４０１乃至４０３がそれぞれ備える第８熱交換器１０８乃至第１０熱交換器１１０を始めとする種々の本発明熱交換器の構成及び効果等については、本発明の各種実施形態に係る多層熱交換器に関する説明において既に詳しく述べたので、ここでの説明は省略する。
【０１３５】
〈効果〉
以上のように、第１ユニットは、層間領域と外部空間とを他のチューブ層を経由すること無く連通するように構成された少なくとも１つの開口である連通部を備える本発明熱交換器を備える。従って、層間領域を挟む１組のチューブ層のうちの下流側のチューブ層には、上流側のチューブの層における熱交換を経た空気のみならず、（他のチューブ層を経由すること無く）外部空間から流入する新たな空気もまた供給される。その結果、下流側のチューブ層においてフィンに接触する空気の温度が上流側のチューブ層の近傍においてフィンに接触する空気の温度に比べて導入部からチューブへと流入する流体の温度により近くなる問題を軽減することができる。即ち、第１ユニットによれば、熱交換器の多層化による熱交換効率の増大効果を十分に発揮することができる多層熱交換器を提供することができる。
【０１３６】
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態につき、添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
【符号の説明】
【０１３７】
１０…第１流路、１０ｃ…屈曲部、１０ｔ…チューブ、１１…第１流入口、１２…第１流出口、１３…分流部材（ヘッダ及びマニホルド等）、１４…合流部材（ヘッダ及びマニホルド等）、１５…接続部材（屈曲管等）、２０…第２流路、２０ａ…連通部、２０ａ１…第１開口、２０ａ２…第２開口、２０ｆ…フィン、２０ｆａ…貫通孔、２０ｆｓ…貫通空間、２０ｓ…仕切部材、２０ｔ…第２部材、２１…第２流入口、２２…第２流出口、２３…第３流路、２４…第３流入口、３０〜３４…第２流体、１００…多層熱交換器（従来技術）、１０１〜１１０…多層熱交換器（本発明）、２００…ダクト、３００…ファン（動力装置）、４００…熱交換ユニット（従来技術）、４０１〜４０３…熱交換ユニット（本発明）、４１０…吸気口、４２０…排気口、４３０ｂ…背面パネル、４３０ｆ…前面パネル、５００…装置（燃料電池コジェネレーションシステム及びガスヒートポンプ等）、５１０…吸気口、５２０…新たな吸気口、５３０…新たな吸気流路、並びにＡ〜Ｃ…チューブ層。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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