(57)【要約】【課題】熱交換器におけるヘッダータンク内の冷媒が冷媒管とヘッダータンクとの接合部から洩れないようにする。【解決手段】熱交換器１８は、被冷却流体ケース２８とヘッダータンク３０とを備えている。被冷却流体ケース２８は、側壁２９と、側壁２９に平行な他方の側壁３１と、側壁２９，３１間の底壁３２と、側壁２９，３１間の上壁３３とから構成されている。被冷却流体ケース２８内は、被冷却流体である排気ガスを導入して排出する被冷却流体室２８１となっている。被冷却流体室２８１内には多数枚の放熱板３４が並設されており、各放熱板３４には冷媒管を構成する直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３が貫通されている。直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３は、側壁２９及びヘッダータンク３０を貫通してヘッダータンク３０内に通じている。被冷却流体ケース２８とヘッダータンク３０とは、互いに離されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を流す冷媒管が、被冷却流体ケース内に形成された被冷却流体室内に通されており、前記冷媒管がヘッダータンクに通されている熱交換器において、
前記冷媒管は、前記被冷却流体ケースの側壁を貫通して前記側壁に対向する前記ヘッダータンクの対向壁に連結されており、
前記側壁と前記対向壁とが互いに離されている熱交換器。
【請求項２】
前記冷媒管は、前記ヘッダータンクの対向壁に連結される一対の直管部と、前記対向壁とは反対側の前記一対の直管部の端部を繋ぐ曲管部とを有している請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記冷媒管は、前記ヘッダータンクに連結される複数の直管を備えており、前記直管の全ては、前記直管の長さ方向に並列された複数の放熱板に通されており、各放熱板には全ての前記直管が通されている請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器を用いた廃熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及び廃熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒を流す冷媒管が被冷却流体を導入する被冷却流体室を通されていると共に、前記冷媒管がヘッダータンクのタンク室に連通されている熱交換器は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示の熱交換器では、放熱コア部の両側にそれぞれヘッダータンクが配設されている。放熱コア部は、フィンと、フィンに刺し通されたチューブ（冷媒管）とを備えており、チューブは、ヘッダータンクの外壁を形成する形成壁を貫通してヘッダータンク内に連通している。一方のヘッダータンク内の冷媒は、チューブを通って他方のヘッダータンク内へ流れ、チューブ内の冷媒とフィン周囲の気体との間で熱交換が行なわれる。
【０００４】
一般に、チューブとヘッダータンクの形成壁との接合は、ロウ付けによって行なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２２９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱交換が行なわれるときには、チューブの温度が上昇し、熱交換が行なわれていないときに比べて、チューブが径方向に伸長する。つまり、熱交換が行なわれない状態と、熱交換が行なわれる状態との間で状態移行が繰り返されると、チューブが径方向に伸縮する。チューブは、ヘッダータンクの外壁を形成する形成壁を貫通しているため、フィン周囲の気体が高熱ガスであって高熱ガスの熱を冷媒へ移す熱交換の場合には、高熱ガスが形成壁とチューブとの接合部に接触する。
【０００７】
そのため、熱交換が行なわれる状態との間で状態移行が繰り返されると、この接合部におけるチューブの部位も径方向に伸縮し、形成壁とチューブ（冷媒管）とのロウ付けによる接合部が疲労して接合部に亀裂が生じるおそれがある。接合部に亀裂が生じると、ヘッダータンク内の冷媒がこの亀裂から洩れる。
【０００８】
本発明は、熱交換器におけるヘッダータンク内の冷媒が冷媒管とヘッダータンクとの接合部から洩れないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、冷媒を流す冷媒管が、被冷却流体ケース内に形成された被冷却流体室内に通されており、前記冷媒管がヘッダータンクに通されている熱交換器を対象とし、請求項１の発明では、前記冷媒管は、前記被冷却流体ケースの側壁を貫通して前記側壁に対向する前記ヘッダータンクの対向壁に連結されており、前記側壁と前記対向壁とが互いに離されている。
【００１０】
被冷却流体ケースとヘッダータンクとが互いに離されているため、被冷却流体ケース内の被冷却流体が冷媒管とヘッダータンクとの接合部に接触することはない。そのため、接合部における冷媒管の部位の径方向の伸縮が抑制され、接合部に亀裂が生じることはない。
【００１１】
好適な例では、前記冷媒管は、前記ヘッダータンクの対向壁に連結される一対の直管部と、前記対向壁とは反対側の前記一対の直管部の端部を繋ぐ曲管部とを有している。
熱交換が行なわれる状態との間で状態移行が繰り返されると、直管部が長さ方向に伸縮する。直管部が長さ方向に伸縮しても、この伸縮は、直管部と側壁との接合部を基点とした伸縮となるため、接合部に亀裂が生じることはない。
【００１２】
好適な例では、前記冷媒管は、前記ヘッダータンクに連結される複数の直管を備えており、前記直管の全ては、前記直管の長さ方向に並列された複数の放熱板に通されており、各放熱板には全ての前記直管が通されている。
【００１３】
直管の全てが単板の放熱板を貫通する構成は、熱交換性能の向上に有利である。
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器を用いた廃熱回収装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、熱交換器におけるヘッダータンク内の冷媒が冷媒管とヘッダータンクとの接合部から洩れないようにすることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態を示し、（ａ）は、廃熱回収装置の模式図。（ｂ）は、熱交換器を示す平面図。
【図２】熱交換器の断面図。
【図３】熱交換器の部分拡大断面図。
【図４】（ａ）は、図２のＡ−Ａ線断面図。（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線断面図。（ｃ）は、図２のＣ−Ｃ線断面図。
【図５】別の実施形態を示す熱交換器の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、廃熱回収装置１１は、廃熱源としてのエンジン１２（燃焼機関）と、ランキンサイクル回路１３とを備えている。ランキンサイクル回路１３では、エンジン１２からの廃熱によって加熱される冷媒が循環する。廃熱回収装置１１を構成する回転電機１４は、ランキンサイクル回路１３の一部を構成している。ランキンサイクル回路１３は、回転電機１４を構成する膨張機１５、凝縮器１６、回転電機１４を構成するギヤポンプ１７、及び熱交換器１８によって構成されている。回転電機１４は、オルタネータ２５（発電機）をさらに備える。
【００１７】
熱交換器１８は、ギヤポンプ１７と膨張機１５との間の第１冷媒流路１９上に設けられていると共に、エンジン１２に接続された排気通路２０上に設けられている。エンジン１２から排気通路２０へ排気された排気ガス（被冷却流体）の熱は、熱交換器１８を介して第１冷媒流路１９内の冷媒に伝達される。排気通路２０内の排気ガスは、マフラ２１から排気される。
【００１８】
なお、エンジン１２を冷却した冷却水（高温流体）は、冷却水循環経路２２を循環してラジエータ２３で放熱する。
熱交換器１８で加熱された高温高圧の冷媒は、第１冷媒流路１９を介して膨張機１５に導入される。膨張機１５は、例えばスクロール式の膨張機である。
【００１９】
凝縮器１６は、膨張機１５とギヤポンプ１７との間の第２冷媒流路２４上に設けられている。膨張機１５は、膨張機１５内で膨張する冷媒を利用してギヤポンプ１７及びオルタネータ２５を駆動する。駆動されたオルタネータ２５は、発電し、発電された電気は、バッテリ１０に蓄えられる。
【００２０】
膨張機１５で膨張した低圧の冷媒は、第２冷媒流路２４を介して凝縮器１６へ排出される。凝縮器１６を通過した冷媒は、ギヤポンプ１７のポンプ作用により、ポンプ室に吸入されてポンプ室から第１冷媒流路１９へ吐出される。ポンプ室から吐出された冷媒は、熱交換器１８を経由して膨張機１５へ還流する。
【００２１】
図１（ｂ）は、熱交換器１８と、排気通路２０の一部となる流路管２６，２７とを示す。エンジン１２から排気された排気ガスは、流路管２６側から熱交換器１８を通過して流路管２７側へ流れ、さらにマフラ２１側へ流れる。
【００２２】
次に、熱交換器１８の構造を説明する。
図２に示すように、熱交換器１８は、被冷却流体ケース２８と、被冷却流体ケース２８の一方の側壁２９に対向するように並設されたヘッダータンク３０とを備えている。
【００２３】
被冷却流体ケース２８は、側壁２９と、側壁２９に平行な他方の側壁３１と、側壁２９，３１間の底壁３２と、側壁２９，３１間の上壁３３とから構成されている。被冷却流体ケース２８内は、被冷却流体である排気ガスを導入して排出する被冷却流体室２８１となっており、流路管２６〔図１（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）参照〕側の排気ガスが被冷却流体室２８１を通って流路管２７〔図１（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）参照〕側へ流れる。
【００２４】
被冷却流体室２８１内には多数枚の放熱板３４が側壁２９，３１と平行に並設されており、各放熱板３４には偶数本の直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３が貫通されている。放熱板３４は、直管部としての直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３の長さ方向に並設されており、隣り合う最上位の一対の直管３５１，３６１の一端〔図２において左端〕は、Ｕ字管３７１によって互いに接続されている。隣り合う中位の一対の直管３５２，３６２の一端〔図２において左端〕は、Ｕ字管３７２によって互いに接続されており、隣り合う最下位の一対の直管３５３，３６３の一端〔図２において左端〕は、Ｕ字管３７３によって互いに接続されている。対向壁４１とは反対側の一対の直管３５１，３６１の端部を繋ぐ曲管であるＵ字管３７１は、側壁３１から離れている。対向壁４１とは反対側の一対の直管３５２，３６２の端部を繋ぐ曲管であるＵ字管３７２は、側壁３１から離れており、対向壁４１とは反対側の一対の直管３５３，３６３の端部を繋ぐ曲管部であるＵ字管３７３は、側壁３１から離れている。
【００２５】
直管３５１，３６１及びＵ字管３７１は、被冷却流体室２８１を通る冷媒管としての組管３８１を構成する。直管３５２，３６２及びＵ字管３７２は、被冷却流体室２８１を通る冷媒管としての組管３８２を構成し、直管３５３，３６３及びＵ字管３７３は、被冷却流体室２８１を通る冷媒管としての組管３８３を構成する。各直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３の他端部〔図２において右端部〕は、被冷却流体ケース２８の側壁２９を貫通して被冷却流体ケース２８外に突出している。
【００２６】
図３に示すように、ヘッダータンク３０は、容器本体３９と横蓋４０とから構成されている。容器本体３９は、被冷却流体ケース２８の側壁２９に対向する対向壁４１と、対向壁４１から横蓋４０に向けて立設された周壁４２と、周壁４２の周内で対向壁４１から横蓋４０に向けて立設された複数の区画壁４３，４４，４５とから構成されている。区画壁４３は、ヘッダータンク３０内に第１タンク室３０１を区画し、区画壁４３及び区画壁４４は、ヘッダータンク３０内に第２タンク室３０２を区画する。区画壁４４及び区画壁４５は、ヘッダータンク３０内に第３タンク室３０３を区画し、区画壁４５は、ヘッダータンク３０内に第４タンク室３０４を区画する。
【００２７】
図４（ｃ）に示すように、第１タンク室３０１には流入管４６が周壁４２を貫通して通じており、第４タンク室３０４には流出管４７が周壁４２を貫通して通じている。流入管４６及び流出管４７は、図１（ｂ）に示す第１冷媒流路１９の一部である。
【００２８】
図３に示すように、被冷却流体ケース２８の側壁２９を貫通して被冷却流体ケース２８外に突出する直管３５１の端部は、ヘッダータンク３０の対向壁４１を貫通して第１タンク室３０１に通じている。被冷却流体ケース２８の側壁２９を貫通して被冷却流体ケース２８外に突出する直管３６１，３５２の端部は、ヘッダータンク３０の対向壁４１を貫通して第２タンク室３０２に通じている。被冷却流体ケース２８の側壁２９を貫通して被冷却流体ケース２８外に突出する直管３６２，３５３の端部は、ヘッダータンク３０の対向壁４１を貫通して第３タンク室３０３に通じている。被冷却流体ケース２８の側壁２９を貫通して被冷却流体ケース２８外に突出する直管３６３の端部は、ヘッダータンク３０の対向壁４１を貫通して第４タンク室３０４に通じている。
【００２９】
直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３の端部とヘッダータンク３０の対向壁４１とは、ろう付けによって接合されている。
被冷却流体ケース２８の側壁２９とヘッダータンク３０の対向壁４１とは、互いに離されている。つまり、被冷却流体ケース２８とヘッダータンク３０とは、直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３の長さ方向に互いに離されている。
【００３０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
第１冷媒流路１９の一部である流入管４６から第１タンク室３０１へ流入した冷媒は、組管３８１を経由して第２タンク室３０２へ流入する。第２タンク室３０２へ流入した冷媒は、組管３８２を経由して第３タンク室３０３へ流入し、第３タンク室３０３へ流入した冷媒は、組管３８３を経由して第４タンク室３０４へ流入する。第４タンク室３０４へ流入した冷媒は、第１冷媒流路１９の一部である流出管４７へ流出する。
【００３１】
エンジン１２から排気された排気ガスは、排気通路２０の一部である流路管２６から被冷却流体室２８１を通って排気通路２０の一部である流路管２７へ流れる。被冷却流体室２８１を通過する排気ガスの熱は、多数枚の放熱板３４及び組管３８１，３８２，３８３を経由して組管３８１，３８２，３８３へ伝達される。
【００３２】
高温の排気ガスが被冷却流体室２８１を流れると、組管３８１，３８２，３８３が熱膨張する。被冷却流体室２８１内にある組管３８１，３８２，３８３の表面には排気ガスが接触するため、被冷却流体室２８１内にある組管３８１，３８２，３８３の部位が大きく熱膨張する可能性がある。
【００３３】
被冷却流体ケース２８の側壁２９から被冷却流体ケース２８外へ突出する直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３の端部は、被冷却流体ケース２８の側壁２９とヘッダータンク３０の対向壁４１との間で外気に露出している。つまり、被冷却流体ケース２８内の廃熱ガスが直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３とヘッダータンク３０の対向壁４１との接合部（ろう付け部）に接触することはない。そのため、側壁２９と対向壁４１との間で大気に露出する直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３の部位、及び対向壁４１を貫通する直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３の部位の熱膨張は、極めて小さい。従って、対向壁４１と直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３との接合部の熱膨張は、極めて小さい。その結果、この接合部における直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３の部位の径方向の伸縮が抑制され、接合部に亀裂が生じることはない。
【００３４】
本実施形態では以下の効果が得られる。
（１）被冷却流体ケース２８とヘッダータンク３０とが互いに離されているため、被冷却流体ケース２８内の排気ガスが直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３とヘッダータンク３０との接合部に接触することはない。そのため、この接合部における直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３の径方向の伸縮が抑制され、この接合部に亀裂が生じることはなく、ヘッダータンク３０内の冷媒が接合部から漏洩することはない。
【００３５】
（２）高温の排気ガスが排出されない状態（熱交換器１８で熱交換が殆ど行なわれない状態）と、高温の排気ガスが排出される状態（熱交換器１８で熱交換が行なわれる状態）との間で状態移行が繰り返されると、直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３がその長さ方向に伸縮する。直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３が長さ方向に伸縮しても、この伸縮は、直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３と対向壁４１との接合部を基点とした伸縮となるため、接合部に亀裂が生じることはない。
【００３６】
（３）例えば、隣り合う直管３５１，３６１に連結する第１放熱板と、隣り合う直管３５２，３６２に連結する第２放熱板と、隣り合う直管３５３，３６３に連結する第３放熱板とが同一平面上に配置されている構成に比べて、単板の放熱板３４の放熱面積は、大きい。つまり、直管３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３の全てが単板の放熱板を貫通する構成は、熱交換性能の向上に有利である。
【００３７】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○被冷却流体ケース２８の両側にヘッダータンクを配置した熱交換器に本発明を適用してもよい。この場合、Ｕ字管が使用されないことになるが、直管の途中に伸縮し易い管（例えば蛇腹管）を介在すればよい。
【００３８】
○被冷却流体ケース２８とヘッダータンク３０との間に断熱材を介在して、被冷却流体ケース２８とヘッダータンク３０との間の隙間を無くしてもよい。このようにすれば、外気と接する表面積が小さくなり、放熱量が減少する。
【００３９】
○被冷却流体は、エンジンを冷却する冷却水であってもよい。
○放熱板は、平板形状でなくてもよく、ウエーブ状の板、ルーバーフィン等でも良い。
○図５に示すように、隣り合うタンク室３０１，３０２を連通するＵ字形状の組管３８１Ａ，３８１Ｂ、隣り合うタンク室３０２，３０３を連通するＵ字形状の組管３８２Ａ，３８２Ｂ、隣り合うタンク室３０３，３０４を連通するＵ字形状の組管３８３Ａ，３８３Ｂは、それぞれ複数あっても良い。このようにすれば、排熱と冷媒との伝熱面積が増加し、熱交換性能が上昇する。その場合、排熱源上流側のＵ字管を流れる冷媒が高温になり、管の熱膨張による接合部の亀裂が懸念されるが、タンク室で廃熱源下流側を流れる温度の低い冷媒と混合されるため、冷媒温度が極端に上がることはない。
【００４０】
○直管を折り曲げて、直管と曲管とが一体となったＵ字管を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１１…廃熱回収装置。１８…熱交換器。２８…被冷却流体ケース。２８１…被冷却流体室。２９…側壁。３０…ヘッダータンク。３０１…第１タンク室。３０２…第２タンク室。３０３…第３タンク室。３０４…第４タンク室。３４…放熱板。３５１，３６１，３５２，３６２，３５３，３６３…直管。３７１，３７２，３７３…曲管部としてのＵ字管。３８１，３８２，３８３，３８１Ａ，３８２Ａ，３８３Ａ，３８１Ｂ，３８２Ｂ，３８３Ｂ…被冷却流体室を通る冷媒管としての組管。４１…対向壁。
【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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