(57)【要約】【課題】熱交換時の伝熱面におけるバーンアウトの危険性を低下させることにより、伝熱性能の低下の抑制を図る蒸発器を提供することを目的とする。【解決手段】蒸発器１００は、冷却水と冷媒とを熱交換させる蒸発器である。蒸発器１００は、冷媒流入口１７ｃ及び冷媒流出口１７ｄを有し、冷媒が流通する冷媒流路１７ｆと、冷媒流路１７ｆと熱交換可能に設けられ、熱媒体流入口１８ｃ及び熱媒体流出口１８ｄを有し、冷却水が流通する熱媒体流路１８ｆとを備える。熱媒体流入口１８ｃは、冷媒流路１７ｆにおける冷却水との熱交換によって液体状態から蒸気状態となった冷媒の領域に対応する位置に配置され、熱媒体流路１８ｆは、熱媒体流入口１８ｃより流入した冷却水が蒸気状態となった冷媒の領域に沿って流れるように冷却水を誘導する隔壁部１８ｗを有する。【選択図】図４
2012107802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体と被加熱流体とを熱交換させる蒸発器であって、
被加熱流体流入口及び被加熱流体流出口を有し、被加熱流体が流通する被加熱流体流路と、
前記被加熱流体流路と熱交換可能に設けられ、熱媒体流入口及び熱媒体流出口を有し、熱媒体が流通する熱媒体流路とを備え、
前記熱媒体流入口は、前記被加熱流体流路における熱媒体との熱交換によって液体状態から蒸気状態となった被加熱流体の領域に対応する位置に配置され、
前記熱媒体流路は、前記熱媒体流入口より流入した熱媒体が蒸気状態となった被加熱流体の領域に沿って流れるように熱媒体を誘導する誘導部を有する、蒸発器。
【請求項２】
前記熱媒体流路は、前記熱媒体流入口に連通し前記誘導部によって誘導される第一流路部と、前記第一流路部に対して流通方向を変えて前記第一流路部及び前記熱媒体流出口に連通する第二流路部とを有する請求項１に記載の蒸発器。
【請求項３】
前記被加熱流体流路は、前記熱媒体流路の前記第二流路部に対応する位置に、前記被加熱流体流入口を有するとともに、前記熱媒体流路の前記第一流路部に対応する位置に、前記被加熱流体流出口を有する請求項２に記載の蒸発器。
【請求項４】
前記被加熱流体流路は、前記熱媒体流路の前記第一流路部に対して前記被加熱流体流出口よりも下流側での対応する位置に前記被加熱流体流入口を有する請求項２に記載の蒸発器。
【請求項５】
前記被加熱流体流路は、前記被加熱流体流入口に連通する第三流路部と、前記第三流路部に対して流通方向を変えて前記第三流路部及び前記被加熱流体流出口に連通する第四流路部とを有し、
前記被加熱流体流路の前記第三流路部の被加熱流体は、前記熱媒体流路の前記第二流路部の熱媒体と熱交換し、
前記熱媒体流路の前記第一流路部の熱媒体は、前記被加熱流体流路の前記第四流路部の被加熱流体と熱交換する請求項３に記載の蒸発器。
【請求項６】
前記被加熱流体流路及び前記熱媒体流路は、交互に積層状に配置される請求項１〜５のいずれか一項に記載の蒸発器。
【請求項７】
前記被加熱流体流路及び前記熱媒体流路は、交互に積層状に配置され、
前記熱媒体流路の前記第一流路部及び前記第二流路部は、前記誘導部を挟んで隣接しており、
前記誘導部は、前記被加熱流体流路で熱媒体との熱交換によって液体状態から蒸気状態となった被加熱流体が形成する蒸気領域と、前記被加熱流体流路で蒸気状態の被加熱流体及び液体状態の被加熱流体が混在する混合領域との境界に隣接する位置に、設けられる請求項２〜５のいずれか一項に記載の蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸発器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車などの内燃機関を有する車両では、燃費を向上させるために、従来は単に排出していた車両から生成されるエネルギーを有効利用するための技術が開発されている。その中に、冷却水の熱や排気ガスの熱等の内燃機関から排出される熱を発電機等の動力に変換するランキンサイクルを利用した技術がある。ランキンサイクルは、冷却水や排気ガス等と熱交換することにより液相流体を等圧加熱して過熱蒸気を発生させる蒸発器、過熱蒸気を断熱膨張させて動力を得る膨張機、膨張機において膨張した蒸気を等圧冷却して液化する凝縮器、及び液化した液相流体を蒸発器に送り出すポンプ等から構成される。そして、熱交換を効果的に行うことができ過熱蒸気の発生効率を向上させる蒸発器が考案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、シェルアンドチューブ形蒸発器が記載されている。この蒸発器は、下部の冷媒の入口及び上部の冷媒の出口を有し且つ横向きの円筒状をしたシェルと、シェルの内部においてシェルの円筒軸の方向に延びる複数の管からなる管群と、シェルの内部において管群の外側から両側を囲むようにして管群に沿って延びる一対のチャンネル板とを有している。そして、チャンネル板とシェルとの間には再循環流路が形成されている。
【０００４】
蒸発器では、管群の管内を流通する水とシェル内を流通する気液混合状態の冷媒とが熱交換を行い、冷媒は水から吸熱して蒸発する。そして、水は、管群の内の上部側の複数の管を流通した後、その流れの方向を変えて、下部側の複数の管を流通する。一方、冷媒は、シェルの下部からシェルの内部に流入し、シェルの上部から流出する。さらに、シェルの内部では、冷媒は、管群の間を通って上向きに流れ、その過程で管群を流通する水と熱交換して蒸発する。また、管群の上部まで上昇した冷媒の内の未蒸発の液体状態の冷媒は、液量の多い再循環流路と蒸気量の多い管群内部との密度差により、再循環経路を下降し、再び管群の間を通って上向きに流れる。よって、特許文献１の蒸発器は、管群内における冷媒液流量を増大することにより管群内で冷媒が全て蒸気となることを抑え、それにより、冷媒が全て蒸気となることにより発生する冷媒と管群の水との間の伝熱性能の低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６３−６０８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の蒸発器では、蒸発器における管群上部側の管に流入した直後の温度の高い水が管群上部付近の冷媒と熱交換を行うため、管群上部付近では水と冷媒との間の熱流束が大きくなる。一方、管群上部付近の冷媒は、気液混合状態であるが蒸気の混入率が高いため、その限界熱流束が低い。よって、管群上部付近の冷媒は、水との伝熱面付近における熱流束が限界熱流束を超えてしまい、伝熱面付近においてバーンアウトが発生する可能性が高い。そして、バーンアウトが発生すると、水との伝熱面すなわち管群の管の表面が冷媒の蒸気膜によって覆われてしまうため、冷媒と管群の水との間の伝熱性能が大幅に低下するという問題がある。
【０００７】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、熱交換時の伝熱面におけるバーンアウトの危険性を低下させることにより、伝熱性能の低下の抑制を図る蒸発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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明に係る蒸発器は、熱媒体と被加熱流体とを熱交換させる蒸発器であって、被加熱流体流入口及び被加熱流体流出口を有し、被加熱流体が流通する被加熱流体流路と、被加熱流体流路と熱交換可能に設けられ、熱媒体流入口及び熱媒体流出口を有し、熱媒体が流通する熱媒体流路とを備え、熱媒体流入口は、被加熱流体流路における熱媒体との熱交換によって液体状態から蒸気状態となった被加熱流体の領域に対応する位置に配置され、熱媒体流路は、熱媒体流入口より流入した熱媒体が蒸気状態となった被加熱流体の領域に沿って流れるように熱媒体を誘導する誘導部を有する。
【０００９】
熱媒体流路は、熱媒体流入口に連通し誘導部によって誘導される第一流路部と、第一流路部に対して流通方向を変えて第一流路部及び熱媒体流出口に連通する第二流路部とを有してもよい。
【００１０】
被加熱流体流路は、熱媒体流路の第二流路部に対応する位置に、被加熱流体流入口を有するとともに、熱媒体流路の第一流路部に対応する位置に、被加熱流体流出口を有してもよい。
被加熱流体流路は、熱媒体流路の第一流路部に対して被加熱流体流出口よりも下流側での対応する位置に被加熱流体流入口を有してもよい。
【００１１】
被加熱流体流路は、被加熱流体流入口に連通する第三流路部と、第三流路部に対して流通方向を変えて第三流路部及び被加熱流体流出口に連通する第四流路部とを有し、被加熱流体流路の第三流路部の被加熱流体は、熱媒体流路の第二流路部の熱媒体と熱交換し、熱媒体流路の第一流路部の熱媒体は、被加熱流体流路の第四流路部の被加熱流体と熱交換してもよい。
被加熱流体流路及び熱媒体流路は、交互に積層状に配置されてもよい。
【００１２】
被加熱流体流路及び熱媒体流路は、交互に積層状に配置され、熱媒体流路の第一流路部及び第二流路部は、誘導部を挟んで隣接しており、誘導部は、被加熱流体流路で熱媒体との熱交換によって液体状態から蒸気状態となった被加熱流体が形成する蒸気領域と、被加熱流体流路で蒸気状態の被加熱流体及び液体状態の被加熱流体が混在する混合領域との境界に隣接する位置に、設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る蒸発器によれば、熱交換時の伝熱面におけるバーンアウトの危険性を低下させることにより、伝熱性能の低下の抑制を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る蒸発器を備えるランキンサイクルの構成を示す模式図である。
【図２】図１の蒸発器の構成を示す断面側面図である。
【図３】図２の熱交換ユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図４】図３の熱交換ユニットの冷媒用プレート及び熱媒体用プレートの構成を示す模式平面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る蒸発器の冷媒用プレート及び熱媒体用プレートの構成を示す模式平面図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る蒸発器の冷媒用プレート及び熱媒体用プレートの構成を示す模式平面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る蒸発器の冷媒用プレート及び熱媒体用プレートの構成を示す模式平面図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る蒸発器の冷媒用プレート及び熱媒体用プレートの構成を示す模式平面図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る蒸発器の冷媒用プレート及び熱媒体用プレートの構成を示す模式平面図である。
【図１０】この発明の実施の形態７に係る蒸発器の冷媒用プレート及び熱媒体用プレートの構成を示す模式平面図である。
【図１１】この発明の実施の形態８に係る蒸発器の冷媒用プレート及び熱媒体用プレートの構成を示す模式平面図である。
【図１２】この発明の実施の形態９に係る蒸発器の冷媒用プレート及び熱媒体用プレートの構成を示す模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜４を用いて、この発明の実施の形態１に係る蒸発器１００及び蒸発器１００を含むランキンサイクル１の構成を説明する。なお、以下の実施形態において、蒸発器１００がランキンサイクル１に設けられ、ランキンサイクル１が内燃機関すなわちエンジンを搭載する車両に設けられる場合の例について説明する。
図１を参照すると、エンジン１０を備える図示しない車両は、ランキンサイクル１を備えている。
ランキンサイクル１は、ポンプ２、蒸発器１００、膨張機３、コンデンサ４、及び内部熱交換器７によって構成されており、ランキンサイクル１には、フロン等の冷媒が流通するようになっている。ここで、冷媒は被加熱流体を構成している。
【００１６】
ポンプ２は、本実施の形態１では液体を圧送するものとし、ポンプ２における液体の圧送機構は、シャフト２ａ及び３ａを介して膨張機３と連結されている。
さらに、ポンプ２の吐出側となる下流側には熱交換器である蒸発器１００が設けられている。
【００１７】
蒸発器１００は、ポンプ２に経路６ａ及び６ｂを介して連通しており、その内部にはポンプ２により圧送された液体状態の冷媒が流入するようになっている。また、蒸発器１００の内部には、エンジン１０の冷却水が流通するようになっている。なお、冷却水の代わりに不凍液を使用してもよい。冷却水は、エンジン１０から図示しないポンプによって圧送され、冷却水経路１０ａを経由して蒸発器１００に流入する。さらに、冷却水は、蒸発器１００の内部を流通した後、蒸発器１００から流出し、冷却水経路１０ｂを経由してエンジン１０に戻される。そして、エンジン１０の廃熱を含んだ熱媒体である冷却水は、蒸発器１００の内部において、冷媒と熱交換を行う。すなわち、蒸発器１００の内部において、液体状態の冷媒は、高温の冷却水と熱交換することにより加熱されて気化し、高温高圧の過熱蒸気になる。なお、蒸発器１００の詳細な構成は、後述する。
また、蒸発器１００の内部には、熱媒体として、エンジン１０の廃熱を含む排気ガスを流通させるようにしてもよい。
【００１８】
さらに、蒸発器１００の下流側には膨張機３が設けられており、膨張機３は、蒸発器１００における冷媒の出口に経路６ｃを介して連通している。膨張機３は、蒸発器１００において加熱された高温高圧の冷媒を膨張させることによって図示しないタービン等の回転体を回転させ、回転駆動力として仕事を得る流体機器である。膨張機３の回転体のシャフト３ａには電動機としても作動可能な発電機５が接続されており、膨張機３の発生させる駆動力がシャフト３ａを介して伝達されることによって発電機５が作動されて発電し、発電した電力が図示しない車両のバッテリに充電される。さらに、膨張機３の回転体のシャフト３ａは、発電機５及びシャフト２ａを順次介してポンプ２の圧送機構と連結されており、回転体の回転駆動力がポンプ２の圧送機構に伝達されるように構成されている。
【００１９】
また、膨張機３の下流側にはコンデンサ４が設けられている。コンデンサ４は、膨張機３に経路６ｄ及び６ｅを介して連通しており、その内部には膨張機３から流出した冷媒が流通する。コンデンサ４には、膨張機３によって膨張された後の高温低圧の冷媒が流入し、流入した冷媒は、コンデンサ４において外気と熱交換することにより冷却されて凝縮する。
さらに、コンデンサ４は、ポンプ２に経路６ｆを介して連通している。よって、コンデンサ４から流出した液体状態の冷媒は、ポンプ２によって吸入されて再び圧送され、ランキンサイクル１を循環する。
【００２０】
さらに、内部熱交換器７は、経路６ａ及び経路６ｂの間、すなわち、ポンプ２及び蒸発器１００の間となる位置に設けられており、内部に経路６ａ及び経路６ｂを連通する経路７ａを有している。また、内部熱交換器７は、経路６ｄ及び経路６ｅの間、すなわち、膨張機３及びコンデンサ４の間となる位置でも設けられており、経路６ｄ及び経路６ｅを連通する経路７ｂを有している。よって、内部熱交換器７は、経路７ａを流通する冷媒、すなわちポンプ２により圧送された後の蒸発器１００で加熱される前の低温の冷媒と、経路７ｂを流通する冷媒、すなわち蒸発器１００で加熱されて膨張機３で膨張された後のコンデンサ４で冷却される前の高温の冷媒とを熱交換させる。このため、内部熱交換器７を通過することによって、蒸発器１００へ送られる冷媒はその温度を上昇させ、コンデンサ４へ送られる冷媒はその温度を降下させる。
【００２１】
次に、図２〜４を用いて、蒸発器１００の構成を説明する。
ここで、図１を除く各図面において、説明の便宜上、紙面上で下から上に向かう方向を上方と呼び、紙面上で上から下に向かう方向を下方と呼び、紙面上で右から左に向かう方向を左方と呼び、紙面上で左から右に向かう方向を右方と呼ぶ。そして、以下の実施の形態において、蒸発器１００は、紙面上の上方を重力方向の上方として、車両に搭載されるとして説明する。
図２を参照すると、蒸発器１００は、略直方体形状をした中空の本体１１を有している。本体１１の下部１１ａには、冷媒流入路１２が下方に突出して形成されており、本体１１の上部１１ｂには、冷媒流出路１３が上方に突出して形成されている。
冷媒流入路１２は、本体１１の左側の左側部１１ｃ付近に設けられており、冷媒流出路１３は、本体１１の右側の右側部１１ｄ付近に設けられている。よって、本体１１において、冷媒流入路１２と冷媒流出路１３とは、ほぼ対角の位置関係になっている。そして、冷媒流入路１２は、経路６ｂと連結されて、経路６ｂを本体１１の内部に連通し、冷媒流出路１３は、経路６ｃと連結されて、本体１１の内部を経路６ｃに連通する。
【００２２】
また、本体１１の右側部１１ｄには、熱媒体流入路１４及び熱媒体流出路１５が右方に突出して形成されている。熱媒体流入路１４は、熱媒体流出路１５より上方に設けられ、冷媒流出路１３に近接している。そして、熱媒体流入路１４は、冷却水経路１０ａと連結されて、冷却水経路１０ａを本体１１の内部に連通し、熱媒体流出路１５は、冷却水経路１０ｂと連結されて、本体１１の内部を冷却水経路１０ｂに連通する。
【００２３】
また、本体１１の内部には、複数のプレートを積層させて形成された熱交換ユニット１６が設けられている。
図３を参照すると、熱交換ユニット１６の構成が示されている。熱交換ユニット１６は、直方体状の形状を有しており、冷媒が流通する流路を形成するための冷媒用プレート１７と、冷却水が流通する流路を形成するための熱媒体用プレート１８と、端部プレート１９とによって構成されている。熱交換ユニット１６では、冷媒用プレート１７及び熱媒体用プレート１８は交互に積層されて積層体を形成し、この積層体の端部となるプレート（本実施の形態１では熱媒体用プレート１８）の上に端部プレート１９が被されている。
【００２４】
さらに、図４を参照すると、冷媒用プレート１７及び熱媒体用プレート１８が紙面上で横方向に並べて示されている。
冷媒用プレート１７は、矩形板状をした冷媒用プレート部１７ａと、冷媒用プレート部１７ａから突出する帯状をした冷媒用壁部１７ｂとを有している。そして、冷媒用プレート部１７ａは、熱伝達性の高い材料により形成されている。
また、冷媒用壁部１７ｂは、冷媒用プレート部１７ａの周囲を取り囲むようにして形成されている。冷媒用壁部１７ｂは、冷媒用壁部１７ｂの下部１７ｂ１の左側端部で一部が切り欠かれて冷媒流入口１７ｃを形成し、上部１７ｂ２の右側端部で一部が切り欠かれて冷媒流出口１７ｄを形成している。
【００２５】
また、冷媒用プレート１７が熱交換ユニット１６（図３参照）として蒸発器１００の本体１１（図２参照）に設置された際、冷媒流入口１７ｃが冷媒流入路１２（図２参照）に連通し、冷媒流出口１７ｄが冷媒流出路１３（図２参照）に連通する。
そして、冷媒用プレート１７は、熱媒体用プレート１８と交互に積層されることによって、熱媒体用プレート１８との間に、下部の冷媒流入口１７ｃで開口し且つ上部の冷媒流出口１７ｄで開口する層状の冷媒流路１７ｆを形成する。
ここで、冷媒流路１７ｆ、冷媒流入口１７ｃ、及び冷媒流出口１７ｄはそれぞれ、被加熱流体流路、被加熱流体流入口、及び被加熱流体流出口を構成している。
【００２６】
また、熱媒体用プレート１８は、矩形板状をした熱媒体用プレート部１８ａと、熱媒体用プレート部１８ａから突出する帯状をした熱媒体用壁部１８ｂとを有している。そして、熱媒体用プレート部１８ａは、熱伝達性の高い材料により形成されている。
また、熱媒体用壁部１８ｂは、熱媒体用プレート部１８ａの周囲をコの字状に取り囲むようにして形成されており、熱媒体用プレート部１８ａにおける右側の右側部１８ａ４において開口している。
【００２７】
さらに、熱媒体用プレート１８は、熱媒体用プレート部１８ａ上において、熱媒体用壁部１８ｂの下部１８ｂ１と上部１８ｂ２との間に、直線状に延びる帯状をした隔壁部１８ｗを有している。隔壁部１８ｗは、熱媒体用プレート部１８ａの右側部１８ａ４から、この右側部１８ａ４に対向する熱媒体用壁部１８ｂの左側の左側部１８ｂ３に向かって延び、熱媒体用壁部１８ｂの上部１８ｂ２と平行になっている。そして、隔壁部１８ｗは、熱媒体用壁部１８ｂの下部１８ｂ１より上部１８ｂ２に近い位置に形成されており、隔壁部１８ｗの左側の端部１８ｗ１と熱媒体用壁部１８ｂの左側部１８ｂ３との間に間隙を形成している。なお、隔壁部１８ｗは、熱伝達性の低い材料により形成されている。
ここで、隔壁部１８ｗは、誘導部を構成している。
【００２８】
これにより、熱媒体用壁部１８ｂは、熱媒体用プレート部１８ａの右側部１８ａ４において、隔壁部１８ｗの上側で、隔壁部１８ｗと共に熱媒体流入口１８ｃを形成し、隔壁部１８ｗの下側で、隔壁部１８ｗと共に熱媒体流出口１８ｄを形成する。
また、熱媒体用プレート１８が熱交換ユニット１６（図３参照）として蒸発器１００の本体１１（図２参照）に設置された際、熱媒体流入口１８ｃが熱媒体流入路１４（図２参照）に連通し、熱媒体流出口１８ｄが熱媒体流出路１５（図２参照）に連通する。
【００２９】
そして、熱媒体用プレート１８は、冷媒用プレート１７又は端部プレート１９（図３参照）と交互に積層されることによって、冷媒用プレート１７又は端部プレート１９との間に、層状の熱媒体流路１８ｆを形成する。熱媒体流路１８ｆは、熱媒体用壁部１８ｂの上部１８ｂ２及び隔壁部１８ｗによって形成される第一流路部１８ｆ１と、隔壁部１８ｗ及び熱媒体用壁部１８ｂの下部１８ｂ１によって形成される第二流路部１８ｆ２とによって構成される略Ｕ字状の形状をした往復流路となり、右側部１８ａ４の上部側にある熱媒体流入口１８ｃで開口し且つ右側部１８ａ４の下部側にある熱媒体流出口１８ｄで開口している。
【００３０】
次に、図１〜４を用いて、この発明の実施の形態１に係る蒸発器１００及び蒸発器１００を含むランキンサイクル１の動作を説明する。
図１を参照すると、エンジン１０が稼動されると、図示しないポンプによってエンジン１０から冷却水経路１０ａに、エンジン１０の冷却水が圧送され、冷却水は、冷却水経路１０ａ、蒸発器１００及び冷却水経路１０ｂを順次流通し、エンジン１０に戻る。この際、冷却水は、蒸発器１００において、ランキンサイクル１を流通する冷媒と熱交換を行い、冷媒の温度を上昇させると共に冷却水の温度を低下させて、エンジン１０に戻る。
【００３１】
また、エンジン１０が稼動され、冷却水の温度が所定の温度以上に上昇すると、ランキンサイクル１では、発電機５が電動機として作動されてシャフト２ａ及び３ａを回転駆動し、それによってポンプ２が駆動される。
駆動されたポンプ２は、液体状態の冷媒を蒸発器１００に向かって圧送する。
ポンプ２によって圧送された液体状態の低温の冷媒は、経路６ａ、内部熱交換器７、及び経路６ｂを順次通過して、蒸発器１００に流入する。蒸発器１００では、冷媒は、蒸発器１００を流通する冷却水と熱交換を行うことによって加熱されて蒸発し、高温高圧の過熱蒸気となる。
【００３２】
過熱蒸気となった冷媒は、蒸発器１００を流出した後、経路６ｃを通過して、膨張機３に流入する。膨張機３では、高温高圧の過熱蒸気の状態である冷媒が膨張し、高圧状態から低圧状態になる際の冷媒の膨張エネルギーが回転エネルギー等に変換されて回収される。そして、冷媒は、高温低圧状態となり、膨張機３から排出される。また、膨張機３において変換・回収されるエネルギーは、膨張機３にシャフト３ａを介して接続された発電機５に駆動力として伝達される。このとき、電動機として作動していた発電機５は、発電機として作動し、伝達される駆動力を電力に変換して図示しない車両のバッテリに充電する。同時に、膨張機３からのシャフト３ａを介した駆動力がシャフト２ａを介してポンプ２に伝達され、ポンプ２が伝達される駆動力によって駆動されるようになる。
【００３３】
膨張機３から流出した高温低圧状態の冷媒は、経路６ｄ、内部熱交換器７、及び経路６ｅを通過して、コンデンサ４に流入する。コンデンサ４では、冷媒は、周囲の空気すなわち外気と熱交換を行うことによって冷却されて凝縮し、液体となる。液体となった冷媒は、経路６ｆを介してポンプ２に吸入され、ポンプ２によって再度圧送されて、ランキンサイクル１を循環する。
【００３４】
また、内部熱交換器７では、経路７ａを、ポンプ２によって圧送された後の蒸発器１００に流入する前の低温の冷媒が流通し、経路７ｂを、蒸発器１００で加熱された後のコンデンサ４に流入する前の高温の冷媒が流通する。このため、内部熱交換器７では、経路７ａの低温の冷媒と経路７ｂの高温の冷媒とが熱交換を行い、経路７ａの低温の冷媒は、その温度を上昇させて内部熱交換器７から蒸発器１００に流出し、経路７ｂの高温の冷媒は、その温度を低下させて内部熱交換器７からコンデンサ４に流出する。
これにより、コンデンサ４での凝縮により放出されるべき高温の冷媒の熱エネルギーの一部が、蒸発器１００で加熱される低温の冷媒の昇温に利用されるため、ランキンサイクル１の熱効率が向上する。
【００３５】
次に、図２〜４を用いて、蒸発器１００における冷媒及び冷却水の流れを説明する。
図２を参照すると、蒸発器１００内には、経路６ｂを通って送られる冷媒が、下部の冷媒流入路１２から流入し、蒸発器１００内の熱交換ユニット１６を流通した後、上部の冷媒流出路１３から経路６ｃに流出する。
さらに、図４を参照すると、熱交換ユニット１６（図２及び図３参照）では、冷媒流入路１２（図２参照）から熱交換ユニット１６に流入する冷媒は、各冷媒用プレート１７の冷媒流入口１７ｃから冷媒流路１７ｆに流入して、冷媒流路１７ｆ内を黒塗り矢印の方向に流通し、冷媒流出口１７ｄから冷媒流出路１３（図２参照）に流出する。
【００３６】
また、図２に戻り、蒸発器１００では、冷却水経路１０ａを通って送られる冷却水が、右側上部の熱媒体流入路１４から流入し、蒸発器１００内の熱交換ユニット１６を流通した後、右側下部の熱媒体流出路１５から冷却水経路１０ｂに流出する。
さらに、図４を参照すると、熱交換ユニット１６（図２及び図３参照）では、熱媒体流入路１４（図２参照）から熱交換ユニット１６に流入する冷却水は、各熱媒体用プレート１８の熱媒体流入口１８ｃから熱媒体流路１８ｆの第一流路部１８ｆ１に流入する。さらに、第一流路部１８ｆ１に流入した冷媒は、第一流路部１８ｆ１を左方に向かって流通した後、方向を変えて第二流路部１８ｆ２に流入し、第二流路部１８ｆ２を右方に向かって流通して、熱媒体流出口１８ｄから熱媒体流出路１５（図２参照）に流出する。すなわち、熱媒体流路１８ｆに流入した冷媒は、流通途中で方向を１８０°変えつつ、第一流路部１８ｆ１及び第二流路部１８ｆ２を白抜き矢印の方向に向かって流通し、熱媒体流出口１８ｄから流出する。
【００３７】
そして、例えば、冷媒用プレート１７では、冷媒流入口１７ｃから冷媒流路１７ｆに、６０℃の冷媒が流入し、熱媒体用プレート１８では、熱媒体流入口１８ｃから熱媒体流路１８ｆに、９５℃の冷却水が流入する。
このとき、冷媒用プレート１７の冷媒流路１７ｆを流通する冷媒は、その流れの下流側において、隣接する熱媒体用プレート１８の熱媒体流路１８ｆの第一流路部１８ｆ１を流通する高温の冷却水と熱交換を行う。また、冷媒流路１７ｆを流通する冷媒は、その流れの上流側において、熱媒体流路１８ｆの第二流路部１８ｆ２を流通する冷却水、すなわち第一流路部１８ｆ１で冷媒と熱交換を行って温度を低下させた冷却水と、熱交換を行う。よって、冷媒流路１７ｆを流通する冷媒は、その流れの下流側でより高温の冷却水と熱交換を行う。そして、冷媒は、熱交換の過程で冷却水から熱を取得して過熱蒸気となり、冷媒流出口１７ｄから流出する。なお、冷媒流出口１７ｄからの流出時における冷媒の温度は、９３℃になる。
【００３８】
また、冷媒流路１７ｆの冷媒は、冷却水と熱交換をしつつ流通する過程でその状態を段階的に変化させ、冷媒流路１７ｆにおいて、液体状態の冷媒からなる液相Ａ、蒸気及び液体の混合状態の冷媒からなる混合相Ｂ、並びに、蒸気状態の冷媒からなる蒸気相Ｃを形成するようになる。そして、液相Ａ、混合相Ｂ及び蒸気相Ｃは、それぞれ層状に形成され、冷媒流入口１７ｃから冷媒流出口１７ｄに向かう方向、すなわち冷媒の上流から下流に向かう流れの方向に向かって、液相Ａ、混合相Ｂ、蒸気相Ｃの順序で形成されている。
【００３９】
このとき、熱媒体流路１８ｆでは、冷却水は、熱媒体流入口１８ｃから第一流路部１８ｆ１に流入すると、まず蒸気相Ｃの冷媒のみと熱交換を行う。さらに、冷却水は、第一流路部１８ｆ１において、下流に流れるにしたがって、蒸気相Ｃ及び混合相Ｂの冷媒と熱交換を行い、そして、第二流路部１８ｆ２に流入して、混合相Ｂ及び液相Ａの冷媒と主に熱交換を行う。よって、熱媒体流路１８ｆを流通する冷却水は、まず蒸気相Ｃの冷媒とのみ熱交換を行って熱を放出してその温度を低下させ、その後、蒸気相Ｃ及び混合相Ｂの冷媒、さらには、混合相Ｂ及び液相Ａの冷媒と熱交換を行って、さらに熱を放出してその温度を低下させ、熱媒体流出口１８ｄから流出する。この際、熱媒体流出口１８ｄからの流出時における冷却水の温度は、８０℃になる。
【００４０】
また、冷媒流路１７ｆにおいて、混合相Ｂにおける下流側の領域である領域Ｂ１では、蒸気の冷媒の占める割合が高くなる、すなわちボイド率が高くなり、限界熱流束が低くなっている。このため、領域Ｂ１の冷媒と熱媒体流路１８ｆに流入した直後の高温の冷却水とを熱交換させると、冷却水から領域Ｂ１の冷媒への熱流束が限界熱流束を越え、領域Ｂ１の冷媒にバーンアウトが発生する可能性が高くなる。そして、バーンアウトが発生すると、冷媒と冷却水との間の伝熱面、すなわち、冷媒用プレート部１７ａの表面及び熱媒体用プレート部１８ａの冷媒流路１７ｆ側の表面において、領域Ｂ１に冷媒の蒸気膜が発生し、冷媒と冷却水との間の伝熱性能が大幅に低下する。
【００４１】
ここで、隔壁部１８ｗの上下方向の位置は、熱媒体流路１８ｆの第一流路部１８ｆ１に流入した直後の高温の冷却水が、最初に、混合相Ｂの領域Ｂ１の冷媒とではなく蒸気相Ｃの冷媒とのみ熱交換を行うような位置に、設定されている。
これにより、混合相Ｂでは、領域Ｂ１の冷媒はそのほとんどが、熱媒体流路１８ｆの第二流路部１８ｆ２の熱媒体流出口１８ｄ付近を流通する、十分に温度の低下した冷却水と熱交換を行う。このため、混合相Ｂの領域Ｂ１では、冷却水から冷媒への熱流束が低くなるので、バーンアウトの発生の可能性が低減する。一方、混合相Ｂにおいて、領域Ｂ１以外の領域である領域Ｂ２、すなわちボイド率の低い領域の冷媒は、領域Ｂ１より上流でより温度の高い冷却水と熱交換を行うが、ボイド率が低く限界熱流束が高いため、バーンアウトを発生する可能性は低くなっている。
なお、隔壁部１８ｗの上下方向の位置は、隔壁部１８ｗが冷媒流路１７ｆの蒸気相Ｃ内に含まれる、すなわち、隔壁部１８ｗが冷媒流路１７ｆの蒸気相Ｃと隣接するように設定してもよい。
また、冷媒流路１７ｆでは、蒸気相Ｃの冷媒は、熱媒体流路１８ｆの第一流路部１８ｆ１に流入した直後の高温の冷却水と熱交換を行うため、その蒸気過熱度が上昇している。
【００４２】
このように、この発明に係る蒸発器１００は、冷却水と冷媒とを熱交換させる蒸発器である。蒸発器１００は、冷媒流入口１７ｃ及び冷媒流出口１７ｄを有し、冷媒が流通する冷媒流路１７ｆと、冷媒流路１７ｆと熱交換可能に設けられ、熱媒体流入口１８ｃ及び熱媒体流出口１８ｄを有し、冷却水が流通する熱媒体流路１８ｆとを備える。さらに、熱媒体流入口１８ｃは、冷媒流路１７ｆにおける冷却水との熱交換によって液体状態から蒸気状態となった冷媒の領域に対応する位置に配置され、熱媒体流路１８ｆは、熱媒体流入口１８ｃより流入した冷却水が蒸気状態となった冷媒の領域に沿って流れるように冷却水を誘導する隔壁部１８ｗを有する。
【００４３】
このとき、熱媒体流入口１８ｃが冷媒流路１７ｆにおける冷却水との熱交換によって液体状態から蒸気状態となった冷媒の領域に対応する位置に配置されるとは、熱媒体流入口１８ｃが、熱媒体流入口１８ｃから熱媒体流路１８ｆに流入した直後の冷却水が蒸気状態の冷媒の領域である蒸気相Ｃの冷媒とのみ熱交換を行うことができる位置に配置されることであり、冷媒の蒸気相Ｃにのみ位置するように配置されることである。このため、熱媒体流入口１８ｃから流入した高温の冷却水は、冷媒流路１７ｆの蒸気状態の冷媒と熱交換を行う。
また、隔壁部１８ｗは、熱媒体流入口１８ｃより熱媒体流路１８ｆに流入した冷却水が蒸気相Ｃに沿って流れるように冷却水を誘導する。すなわち、隔壁部１８ｗは、熱媒体流路１８ｆにおいて、熱媒体流入口１８ｃから流入した直後からそれに続く冷却水の流通過程で、冷媒流路１７ｆの蒸気相Ｃの延在方向、好ましくは長手方向に沿って冷却水を流通させ、冷媒流路１７ｆの蒸気相Ｃの冷媒と熱交換を実施する距離つまり熱交換時間が多くなるように冷却水を誘導する。その後、この冷却水を、冷媒流路１７ｆにおいて蒸気相Ｃの下流に形成される蒸気及び液体の冷媒の混合領域である混合相Ｂの冷媒と熱交換させる。
【００４４】
よって、蒸気の冷媒の割合が多くなっている混合相Ｂの領域Ｂ１の冷媒に対して、熱媒体流入口１８ｃから流入した直後の高温の冷却水ではなく蒸気相Ｃの冷媒と熱交換を行った後の温度を低下させた冷却水が熱交換を行う。これにより、冷媒の限界熱流束の低い領域Ｂ１において、冷却水と冷媒との間における熱流束が低く抑えられるため、熱流束が限界熱流束を超えることが抑制され、冷却水と冷媒との間の伝熱面、すなわち、冷媒用プレート１７の冷媒用プレート部１７ａ及び熱媒体用プレート１８の熱媒体用プレート部１８ａにおけるバーンアウトの危険性を低下させることができる。従って、冷却水と冷媒との間における伝熱性能の低下を抑制することが可能になる。
【００４５】
また、熱媒体流路１８ｆは、熱媒体流入口１８ｃに連通し隔壁部１８ｗによって誘導される第一流路部１８ｆ１と、第一流路部１８ｆ１に対して流通方向を変えて第一流路部１８ｆ１及び熱媒体流出口１８ｄに連通する第二流路部１８ｆ２とを有する。これによって、冷媒流路１７ｆにおいて、冷媒流入口１７ｃから冷媒流出口１７ｄに向かって層状に形成される冷媒の混合相Ｂ及び蒸気相Ｃに対して、第一流路部１８ｆ１を蒸気相Ｃの長手方向の延在方向に沿って延びるように形成し、第二流路部１８ｆ２を混合相Ｂの長手方向の延在方向に沿って延びるように形成することができる。従って、第一流路部１８ｆ１の高温の冷却水と蒸気相Ｃの冷媒とを効率的に熱交換させ、第二流路部１８ｆ２の冷却水と混合相Ｂの冷媒とを効率的に熱交換させることが可能になる。
【００４６】
また、冷媒流路１７ｆは、熱媒体流路１８ｆの第二流路部１８ｆ２に対応する位置に、冷媒流入口１７ｃを有するとともに、熱媒体流路１８ｆの第一流路部１８ｆ１に対応する位置に、冷媒流出口１７ｄを有する。すなわち、冷媒流路１７ｆの冷媒流出口１７ｄ付近の冷媒は、熱媒体流路１８ｆの第一流路部１８ｆ１の高温の冷却水と熱交換を行い、冷媒流路１７ｆの冷媒流入口１７ｃ付近の冷媒は、熱媒体流路１８ｆの第二流路部１８ｆ２の温度が低下した冷却水と熱交換を行うように、冷媒流路１７ｆが構成される。このため、冷媒流路１７ｆでは、冷媒流出口１７ｄ付近に蒸気相Ｃが形成され、冷媒流入口１７ｃ付近に液相Ａが形成される。そして、蒸気相Ｃは、冷媒流路１７ｆにおいて、熱媒体流路１８ｆの第一流路部１８ｆ１に沿った形状で形成される。よって、蒸気状態の冷媒の加熱が十分にできるとともに、冷却水は蒸気状態の冷媒に熱が十分に奪われて温度が下がった状態で混合相Ｂの冷媒と熱交換を行うので、バーンアウトの発生を防止できる。
また、冷媒流路１７ｆ及び熱媒体流路１８ｆは、交互に積層状に配置される。これによって、複数の冷媒流路１７ｆ及び熱媒体流路１８ｆが形成され、冷媒流路１７ｆ及び熱媒体流路１８ｆの間の熱交換面積を増大させることが可能になる。
【００４７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る蒸発器は、実施の形態１の蒸発器１００における冷媒用プレート１７の冷媒流路１７ｆ上及び熱媒体用プレート１８の熱媒体流路１８ｆ上に冷却フィンを追加したものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
図５を参照すると、冷媒用プレート２７は、実施の形態１における冷媒用プレート１７の冷媒用プレート部１７ａの上に、複数の突出するリブによって形成される冷媒用冷却フィン２７ｇを設けたものである。
【００４９】
冷媒用冷却フィン２７ｇは、左右方向に延びる複数の板状の冷媒用リブ２７ｇａ１からなる冷媒用第一リブ部２７ｇａと、左右方向に延びる複数の板状の冷媒用リブ２７ｇｂ１からなる冷媒用第二リブ部２７ｇｂとが、互いに間隔をあけて上下方向に交互に配置されて形成されている。
冷媒用第一リブ部２７ｇａでは、複数の冷媒用リブ２７ｇａ１が、互いに間隔をあけて左右方向に一列に配置されている。冷媒用第二リブ部２７ｇｂでは、複数の冷媒用リブ２７ｇｂ１が、互いに間隔をあけて左右方向に一列に配置されている。
【００５０】
さらに、冷媒用第一リブ部２７ｇａ及び冷媒用第二リブ部２７ｇｂは、冷媒用第一リブ部２７ｇａの冷媒用リブ２７ｇａ１同士の間隙の上方及び下方に、冷媒用第二リブ部２７ｇｂの冷媒用リブ２７ｇｂ１が位置するようにして、互いに平行に配置されている。すなわち、冷媒用冷却フィン２７ｇは、スタガード形のフィンを形成している。
また、冷媒用リブ２７ｇａ１及び冷媒用リブ２７ｇｂ１は、熱伝達性の高い材料から形成されており、冷媒用プレート部２７ａと同じ材料により一体に形成されてもよい。
【００５１】
このため、冷媒流路２７ｆを流通する冷媒は、冷媒用冷却フィン２７ｇの冷媒用リブ２７ｇａ１及び２７ｇｂ１に衝突することによってその流れに乱れが与えられつつ、冷媒用リブ２７ｇａ１及び２７ｇｂ１の間を通って流れ、全体的には黒塗り矢印の方向に向かって流れる。そして、冷媒流路２７ｆを流通する冷媒は、その流れに乱れが与えられることによって熱の伝達特性が向上するため、隣接する熱媒体用プレート２８を流通する冷却水との間における熱伝達率が向上する。
さらに、冷媒流路２７ｆを流通する冷媒は、冷媒用冷却フィン２７ｇによって、冷媒用プレート２７との伝熱面積が増加するため、隣接する熱媒体用プレート２８を流通する冷却水との間における熱伝達率が向上する。
【００５２】
また、熱媒体用プレート２８は、実施の形態１における熱媒体用プレート１８の熱媒体用プレート部１８ａ上の第一流路部１８ｆ１及び第二流路部１８ｆ２に、複数の突出するリブによって形成される熱媒体用冷却フィン２８ｇを設けたものである。なお、熱媒体用冷却フィン２８ｇは、冷媒用冷却フィン２７ｇと同様の構成を有している。
【００５３】
このため、熱媒体流路２８ｆの第一流路部２８ｆ１及び第二流路部２８ｆ２を流通する冷却水はそれぞれ、熱媒体用冷却フィン２８ｇによって、その流れが、第一流路部２８ｆ１及び第二流路部２８ｆ２全体に分散され、その流れの方向が、白抜き矢印の方向に整流される。
さらに、第一流路部２８ｆ１及び第二流路部２８ｆ２のそれぞれを流通する冷却水は、熱媒体用冷却フィン２８ｇにもその熱を伝達させ、さらに、伝達された熱は、熱媒体用冷却フィン２８ｇに隣接する熱媒体用プレート２８の熱媒体用プレート部２８ａ及び冷媒用プレート２７の冷媒用プレート部２７ａを介して、冷媒用プレート２７の冷媒流路２７ｆの冷媒に伝達する。これにより、第一流路部２８ｆ１及び第二流路部２８ｆ２の冷却水は、伝熱面積が増加するため、隣接する冷媒用プレート２７を流通する冷媒との間における熱伝達率が向上する。
【００５４】
また、この発明の実施の形態２に係る蒸発器のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態２における蒸発器によれば、上記実施の形態１の蒸発器１００と同様な効果が得られる。
【００５５】
また、実施の形態２における蒸発器では、冷媒用プレート２７が、冷媒流路２７ｆにスタガード形の冷媒用冷却フィン２７ｇを有している。これにより、冷媒流路２７ｆを流通する冷媒と隣接する熱媒体用プレート２８を流通する冷却水との間における熱伝達率を向上させることができる。
【００５６】
また、実施の形態２における蒸発器では、熱媒体用プレート２８が、熱媒体流路２８ｆにスタガード形の熱媒体用冷却フィン２８ｇを有している。これにより、熱媒体流路２８ｆでは、冷却水が分散されて流通すると共に冷却水の伝熱面積が増大するため、熱媒体流路２８ｆを流通する冷却水と隣接する冷媒用プレート２７の冷媒流路２７ｆを流通する冷媒との間における熱伝達率を向上させることができる。
【００５７】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る蒸発器は、実施の形態２の冷媒用プレート２７において、スタガード形の冷媒用冷却フィン２７ｇを、上下方向に延びる複数のリブによって形成されるストレート形のフィンとしたものである。
【００５８】
図６を参照すると、冷媒用プレート３７は、実施の形態２の冷媒用プレート２７と同様の構成を有しているが、冷媒用プレート部３７ａの表面全体にわたって、冷媒用冷却フィン２７ｇではなく、上下方向に連続して延びる板状の冷媒用リブ３７ｇ１を複数配置して形成された冷媒用冷却フィン３７ｇを有している。なお、冷媒用冷却フィン３７ｇの冷媒用リブ３７ｇ１のそれぞれは、冷媒用壁部３７ｂの下部３７ｂ１及び上部３７ｂ２と間隙を有するようにして上下方向に向けて設けられており、互いに間隔をあけて平行に配置されている。すなわち、冷媒用冷却フィン３７ｇは、ストレート形のフィンを形成している。
なお、冷媒用リブ３７ｇ１は、熱伝達性の高い材料から形成されており、冷媒用プレート部３７ａと同じ材料により一体に形成されてもよい。
【００５９】
よって、冷媒流入口３７ｃから冷媒流路３７ｆに流入した冷媒は、冷媒用リブ３７ｇ１の下部から冷媒用リブ３７ｇ１同士の間に流入して上方に向かって流れ、冷媒用リブ３７ｇ１の上部を通り、冷媒流出口３７ｄから流出する。
これにより、冷媒流路３７ｆを流通する冷媒は、冷媒用冷却フィン３７ｇによって、その流れが、冷媒流路３７ｆ全体に分散されて、下方から上方に向かう方向に整流される。
さらに、冷媒流路３７ｆを流通する冷媒は、冷媒用冷却フィン３７ｇを介しても熱が伝達される。これにより、冷媒流路３７ｆの冷媒は、伝熱面積が増加するため、隣接する熱媒体用プレート２８の熱媒体流路２８ｆを流通する冷媒との間における熱伝達率が向上する。
【００６０】
また、この発明の実施の形態３に係る蒸発器のその他の構成及び動作は、実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態３における蒸発器によれば、上記実施の形態２の蒸発器と同様な効果が得られる。
また、実施の形態３における蒸発器では、冷媒用プレート３７が、冷媒流路３７ｆに上下方向に延びるストレート形の冷媒用冷却フィン３７ｇを有している。これにより、冷媒流路３７ｆでは、冷媒が分散されて流通すると共に冷媒の伝熱面積が増大するため、冷媒流路３７ｆを流通する冷媒と隣接する熱媒体用プレート２８の熱媒体流路２８ｆを流通する冷却水との間における熱伝達率を向上させることができる。
【００６１】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る蒸発器は、実施の形態２の熱媒体用プレート２８において、スタガード形の熱媒体用冷却フィン２８ｇを、左右方向に延びる複数のリブによって形成されるストレート形のフィンとしたものである。
【００６２】
図７を参照すると、熱媒体用プレート４８は、実施の形態２の熱媒体用プレート２８と同様の構成を有しているが、熱媒体用冷却フィン２８ｇ及び隔壁部２８ｗを有さずに、左右方向に連続して延びる板状の熱媒体用リブ４８ｇ１を複数配置して形成された熱媒体用冷却フィン４８ｇを、熱媒体用プレート部４８ａの表面全体にわたって有している。また、熱媒体用冷却フィン４８ｇの熱媒体用リブ４８ｇ１のそれぞれは、その右端部４８ｇ１ｂが熱媒体用プレート部４８ａの右側部４８ａ４まで延び、左端部４８ｇ１ａが熱媒体用壁部４８ｂの左側部４８ｂ３と間隙を有して延びるように、左右方向に向けて設けられており、互いに間隔をあけて平行に配置されている。すなわち、熱媒体用冷却フィン４８ｇは、ストレート形のフィンを形成している。
なお、熱媒体用リブ４８ｇ１は、熱伝達性の高い材料から形成されており、熱媒体用プレート部４８ａと同じ材料により一体に形成されてもよい。
【００６３】
また、熱媒体用プレート４８の熱媒体流路４８ｆでは、熱媒体用冷却フィン４８ｇによって複数の流路部４８ｆ１〜４８ｆ７が形成されており、流路部４８ｆ１及び４８ｆ２が第一流路部を構成し、流路部４８ｆ３、４８ｆ４、４８ｆ５、４８ｆ６及び４８ｆ７が第二流路部を構成している。さらに、第一流路部４８ｆ２と第二流路部４８ｆ３との間にある熱媒体用リブ４８ｇ１ｗの上下方向の位置は、実施の形態２の熱媒体用プレート２８における隔壁部２８ｗ、すなわち実施の形態１の熱媒体用プレート１８における隔壁部１８ｗと同じ位置となっている。
ここで、熱媒体用リブ４８ｇ１ｗは、誘導部を構成している。
【００６４】
よって、熱媒体用プレート４８では、熱媒体流入口４８ｃ、すなわち、熱媒体流入口４８ｃ１及び４８ｃ２から冷却水が流入し、流入した冷却水は、第一流路部４８ｆ１及び４８ｆ２を流通した後、第二流路部４８ｆ３、４８ｆ４、４８ｆ５、４８ｆ６及び４８ｆ７を流通し、熱媒体流出口４８ｄ、すなわち、熱媒体流出口４８ｄ１、４８ｄ２、４８ｄ３、４８ｄ４及び４８ｄ５から流出する。
【００６５】
また、この発明の実施の形態４に係る蒸発器のその他の構成及び動作は、実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態４における蒸発器によれば、上記実施の形態２の蒸発器と同様な効果が得られる。
また、実施の形態４における蒸発器では、熱媒体用プレート４８が、熱媒体流路４８ｆに左右方向に延びるストレート形の熱媒体用冷却フィン４８ｇを有している。これにより、熱媒体用冷却フィン４８ｇは、実施の形態２の熱媒体用冷却フィン２８ｇより、熱媒体流路４８ｆを流通する冷却水との接触面積を増大させている。よって、実施の形態４における蒸発器は、熱媒体流路４８ｆを流通する冷却水と隣接する冷媒用プレート２７を流通する冷媒との間における熱伝達率を、実施の形態２より向上させることができる。
【００６６】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る蒸発器は、実施の形態４の熱媒体用プレート４８において、ストレート形の熱媒体用冷却フィン４８ｇを、スタガード形のフィンとしたものである。
【００６７】
図８を参照すると、熱媒体用プレート５８は、実施の形態４の熱媒体用プレート４８と同様の構成を有しているが、熱媒体用冷却フィン４８ｇの熱媒体用リブ４８ｇ１をそれぞれ分断して形成された熱媒体用リブ５８ｇ１によって、熱媒体用冷却フィン５８ｇが形成されている。そして、熱媒体用リブ５８ｇ１は、左右方向に並ぶ熱媒体用リブ５８ｇ１同士の間隙の上方及び下方に、別の熱媒体用リブ５８ｇ１が位置するように配置されており、熱媒体用冷却フィン５８ｇは、スタガード形のフィンを形成している。
【００６８】
さらに、スタガード形の熱媒体用冷却フィン５８ｇは、熱媒体用壁部５８ｂの左側部５８ｂ３と間隙を有し、冷却水が熱媒体用冷却フィン５８ｇと左側部５８ｂ３との間を紙面上で上方から下方に向かって流通できるように、配置されている。なお、熱媒体用リブ５８ｇ１は、熱伝達性の高い材料から形成されており、熱媒体用プレート部５８ａと同じ材料により一体に形成されてもよい。
【００６９】
また、熱媒体用プレート５８の熱媒体流路５８ｆでは、熱媒体用冷却フィン５８ｇによって、第一流路部５８ｆ１及び５８ｆ２、並びに、第二流路部５８ｆ３、５８ｆ４、５８ｆ５、５８ｆ６及び５８ｆ７が形成される。
また、この発明の実施の形態５に係る蒸発器のその他の構成及び動作は、実施の形態４と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態５における蒸発器によれば、上記実施の形態４の蒸発器と同様な効果が得られる。
【００７０】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る蒸発器は、実施の形態１における冷媒用プレート１７の冷媒流入口１７ｃ及び冷媒流出口１７ｄをいずれも、冷媒用プレート１７の上部に設けたものである。
図９を参照すると、冷媒用プレート６７は、実施の形態１の冷媒用プレート１７と同様の構成を有しているが、冷媒流入口６７ｃが、冷媒用壁部６７ｂの上部６７ｂ２の左側端部に形成されている。
このため、冷媒流入口６７ｃから冷媒流路６７ｆに流入した冷媒は、冷媒流路６７ｆ内で冷媒用壁部６７ｂの左側部６７ｂ３、下部６７ｂ１及び右側部６７ｂ４の内側に沿うようにして、黒塗り矢印の方向に向かって流れ、冷媒流出口６７ｄから流出する。
【００７１】
また、冷媒流路６７ｆにおいて、冷媒は、液相Ａ、混合相Ｂ、及び蒸気相Ｃを形成し、液相Ａ、混合相Ｂ、及び蒸気相Ｃは、冷媒流入口６７ｃから冷媒流出口６７ｄに冷媒が流れる方向、すなわち黒塗り矢印の方向に向かって液相Ａ、混合相Ｂ、蒸気相Ｃの順序で形成される。
また、熱媒体用プレート１８の隔壁部１８ｗは、実施の形態１と同様の位置に設けられている。
【００７２】
よって、熱媒体用プレート１８の熱媒体流路１８ｆの冷却水は、熱媒体流入口１８ｃから第一流路部１８ｆ１に流入すると、最初に、隣接する冷媒用プレート６７の冷媒流路６７ｆにおける蒸気相Ｃの冷媒のみと熱交換を行う。さらに、冷却水は、第一流路部１８ｆ１では、下流に流れるにしたがって、蒸気相Ｃ及び混合相Ｂの冷媒と熱交換を行い、さらには、混合相Ｂ及び液相Ａの冷媒と熱交換を行う。そして、冷却水は、第二流路部１８ｆ２に流入して、液相Ａ及び混合相Ｂの冷媒と熱交換を行い、さらに、混合相Ｂのみと主に熱交換を行い、熱媒体流出口１８ｄから流出する。
【００７３】
また、この発明の実施の形態６に係る蒸発器のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態６における蒸発器によれば、上記実施の形態１の蒸発器１００と同様な効果が得られる。
【００７４】
また、冷媒流路６７ｆは、熱媒体流路１８ｆの第一流路部１８ｆ１に対して冷媒流出口６７ｄよりも下流側での対応する位置に、冷媒流入口６７ｃを有する。すなわち、冷媒流入口６７ｃの冷媒は、第一流路部１８ｆ１において、冷媒流出口６７ｄの冷媒が熱交換を行う冷却水より下流側の冷却水と熱交換を行う。これによって、冷媒流入口６７ｃから冷媒流路６７ｆに流入する液体状態の冷媒は、熱媒体流路１８ｆの第一流路部１８ｆ１を流通する比較的高温の冷却水と熱交換を行うため、冷却水から熱を得て蒸気化する効率を向上することができる。
【００７５】
実施の形態７．
この発明の実施の形態７に係る蒸発器は、実施の形態６における冷媒用プレート６７の冷媒流路６７ｆ上に、上下方向に延びる複数のリブによって形成されるストレート形の冷却フィンを追加し、熱媒体用プレート１８の熱媒体流路１８ｆ上にスタガード形の冷却フィンを追加したものである。
図１０を参照すると、冷媒用プレート７７は、実施の形態６の冷媒用プレート６７と同様の構成を有しているが、その冷媒用プレート部７７ａの表面全体にわたって、実施の形態３の冷媒用冷却フィン３７ｇと同様にして、ストレート形の冷媒用冷却フィン７７ｇが形成されている。
また、本実施の形態７における熱媒体用プレートは、実施の形態２の熱媒体用プレート２８と同じものである。
【００７６】
よって、冷媒流入口７７ｃから流入した冷媒は、冷媒流路７７ｆにおいて、冷媒用冷却フィン７７ｇによって分散及び整流されて下方に向かって流れ、さらに、冷媒用冷却フィン７７ｇの下方を右方向に流れ、そして、冷媒用冷却フィン７７ｇによって分散及び整流されて上方に向かって流れ、冷媒流出口７７ｄから流出する。
さらに、冷媒流路７７ｆを流通する冷媒は、冷媒用冷却フィン７７ｇを介しても熱が伝達されるため、伝熱面積が増加するので、隣接する熱媒体用プレート２８の冷媒との間における熱伝達率が向上する。
【００７７】
また、この発明の実施の形態７に係る蒸発器のその他の構成及び動作は、実施の形態６と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態７における蒸発器によれば、上記実施の形態６の蒸発器と同様な効果が得られる。
【００７８】
また、実施の形態７における蒸発器では、冷媒用プレート７７が、冷媒流路７７ｆに上下方向に延びるストレート形の冷媒用冷却フィン７７ｇを有し、熱媒体用プレート２８が、熱媒体流路２８ｆにスタガード形の熱媒体用冷却フィン２８ｇを有している。これにより、冷媒流路７７ｆでは、冷媒が分散されて流通すると共に冷媒の伝熱面積が増大し、熱媒体流路２８ｆでは、冷却水の伝熱面積が増大するため、冷媒流路７７ｆを流通する冷媒と隣接する熱媒体用プレート２８の熱媒体流路２８ｆを流通する冷却水との間における熱伝達率を、実施の形態６の蒸発器より向上させることができる。
【００７９】
実施の形態８．
この発明の実施の形態８に係る蒸発器は、実施の形態２における熱媒体用プレート２８の隔壁部２８ｗの形状を変更したものである。
図１１を参照すると、熱媒体用プレート８８は、実施の形態２の熱媒体用プレート２８と同様の構成を有しているが、隔壁部８８ｗが、熱媒体用プレート８８と冷媒用プレート２７とが組み合わされた際に、冷媒用プレート２７の冷媒流路２７ｆに形成される蒸気相Ｃ及び混合相Ｂの境界線ＢＣに隣接するように形成されている。すなわち、隔壁部８８ｗは、熱媒体用プレート８８と冷媒用プレート２７とが組み合わされた際、隣接する境界線ＢＣとほぼ一致する位置にあり且つ近似した形状を有するようにして、設けられている。よって、熱媒体流路８８ｆの第一流路部８８ｆ１は、少なくとも隔壁部８８ｗと熱媒体用壁部８８ｂの上部８８ｂ２との間では、冷媒用プレート２７の冷媒流路２７ｆの蒸気相Ｃとのみ隣接する。なお、隔壁部８８ｗは、熱伝達性の低い材料により形成されている。
また、本実施の形態８における冷媒用プレートは、実施の形態２の冷媒用プレート２７と同じものである。
【００８０】
よって、熱媒体流入口８８ｃから流入した冷却水は、熱媒体流路８８ｆの第一流路部８８ｆ１において、少なくとも隔壁部８８ｗと熱媒体用壁部８８ｂの上部８８ｂ２との間では、隣接する冷媒用プレート２７の冷媒流路２７ｆの蒸気相Ｃの冷媒とのみ熱交換を行い、第二流路部８８ｆ２では、混合相Ｂ及び液相Ａの冷媒と主に熱交換を行う。これにより、熱媒体流入口８８ｃから流入した高温の冷却水は、冷媒流路２７ｆの蒸気相Ｃの冷媒と高い効率で熱交換を行うが、混合相Ｂにおけるボイド率の高い領域Ｂ１の冷媒とは熱交換を行わない。
【００８１】
また、この発明の実施の形態８に係る蒸発器のその他の構成及び動作は、実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態８における蒸発器によれば、上記実施の形態２の蒸発器と同様な効果が得られる。
【００８２】
また、実施の形態８における蒸発器は、冷媒流路２７ｆ及び熱媒体流路８８ｆが交互に積層状に配置され、熱媒体流路８８ｆの第一流路部８８ｆ１及び第二流路部８８ｆ２は、隔壁部８８ｗを挟んで隣接しており、隔壁部８８ｗは、冷媒流路２７ｆで冷却水との熱交換によって液体状態から蒸気状態となった冷媒が形成する蒸気相Ｃと、冷媒流路２７ｆで蒸気状態の冷媒及び液体状態の冷媒が混在する混合相Ｂとの境界線ＢＣに隣接する位置に、設けられている。これによって、熱媒体流入口８８ｃから流入して隔壁部８８ｗに沿って第一流路部８８ｆ１を流通する冷却水は、冷媒流路２７ｆの蒸気相Ｃの冷媒とのみ熱交換を行う。従って、混合相Ｂにおける冷媒のバーンアウトを確実に防止することができる。
【００８３】
実施の形態９．
この発明の実施の形態９に係る蒸発器は、実施の形態２における冷媒用プレート２７の冷媒流路２７ｆを略Ｕ字状の往復流路としたものである。
図１２を参照すると、本実施の形態９における熱媒体用プレートは、実施の形態２における熱媒体用プレート２８と同じものである。
【００８４】
冷媒用プレート９７では、冷媒用壁部９７ｂの下部９７ｂ１の左側端部に冷媒流入口９７ｃが形成され、冷媒用壁部９７ｂの上部９７ｂ２の左側端部に冷媒流出口９７ｄが形成されている。
さらに、冷媒用プレート９７は、冷媒用プレート部９７ａ上において、冷媒用壁部９７ｂの下部９７ｂ１と上部９７ｂ２との間に、直線状に延びる帯状をした冷媒用隔壁部９７ｗを有している。なお、冷媒用隔壁部９７ｗは、熱伝達性の低い材料により形成されている。
【００８５】
また、冷媒用隔壁部９７ｗは、冷媒用壁部９７ｂの左側部９７ｂ３から、右側部９７ｂ４に向かって延び、冷媒用壁部９７ｂの上部９７ｂ２と平行になっている。そして、冷媒用隔壁部９７ｗは、冷媒用壁部９７ｂの右側部９７ｂ４との間に間隙を形成している。
【００８６】
これにより、冷媒用プレート９７の冷媒流路９７ｆは、冷媒用壁部９７ｂの下部９７ｂ１及び冷媒用隔壁部９７ｗによって形成される第三流路部９７ｆ３と、冷媒用隔壁部９７ｗ及び冷媒用壁部９７ｂの上部９７ｂ２によって形成される第四流路部９７ｆ４とによって構成される略Ｕ字状の形状をした往復流路となる。そして、冷媒流路９７ｆは、冷媒用壁部９７ｂの左側部９７ｂ３の下部側の冷媒流入口９７ｃで開口し且つ左側部９７ｂ３の上部側の冷媒流出口９７ｄで開口している。さらに、冷媒流路９７ｆにおける第三流路部９７ｆ３及び第四流路部９７ｆ４のそれぞれには、実施の形態２の冷媒用冷却フィン２７ｇと同様にして、スタガード形の冷媒用冷却フィン９７ｇが形成されている。
【００８７】
また、冷媒用隔壁部９７ｗは、冷媒用プレート９７が熱媒体用プレート２８と組み合わされた際、熱媒体用プレート２８の隔壁部２８ｗと平行に延びて隣接する、つまり上下方向の位置がほぼ一致するようにして設けられている。このため、冷媒用プレート９７が熱媒体用プレート２８と組み合わされた際、冷媒流路９７ｆの第三流路部９７ｆ３は、熱媒体流路２８ｆの第二流路部２８ｆ２に隣接し、冷媒流路９７ｆの第四流路部９７ｆ４は、熱媒体流路２８ｆの第一流路部２８ｆ１に隣接する。
【００８８】
よって、冷媒流入口９７ｃから流入した冷媒は、冷媒流路９７ｆの第三流路部９７ｆ３では、隣接する熱媒体用プレート２８の熱媒体流路２８ｆにおける第二流路部２８ｆ２の冷却水と熱交換を行い、第四流路部９７ｆ４では、熱媒体流路２８ｆにおける第一流路部２８ｆ１の冷却水と熱交換を行う。そして、冷媒流路９７ｆにおいて、冷媒は、第三流路部９７ｆ３で液相Ａ及び混合相Ｂを形成し、第四流路部９７ｆ４で蒸気相Ｃを形成する。
【００８９】
これにより、熱媒体流入口２８ｃから熱媒体流路２８ｆに流入した高温の冷却水は、第一流路部２８ｆ１では、冷媒用プレート９７の冷媒流路９７ｆにおける第四流路部９７ｆ４の蒸気相Ｃの冷媒と同じ方向に流通しつつ蒸気相Ｃの冷媒のみと熱交換を行う。また、熱媒体流路２８ｆの冷却水は、第二流路部２８ｆ２では、冷媒流路９７ｆにおける第三流路部９７ｆ３の液相Ａ及び混合相Ｂの冷媒と同じ方向に流通しつつ液相Ａ及び混合相Ｂの冷媒と主に熱交換を行う。よって、熱媒体流入口２８ｃから熱媒体流路２８ｆの第一流路部２８ｆ１に流入した高温の冷却水は、冷媒流路９７ｆの蒸気相Ｃの冷媒と確実に熱交換を行うが、混合相Ｂ及び液相Ａの冷媒と熱交換を行わない。
【００９０】
また、この発明の実施の形態９に係る蒸発器のその他の構成及び動作は、実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態９における蒸発器によれば、上記実施の形態２の蒸発器と同様な効果が得られる。
【００９１】
また、実施の形態９における蒸発器では、冷媒流路９７ｆは、冷媒流入口９７ｃに連通する第三流路部９７ｆ３と、第三流路部９７ｆ３に対して流通方向を変えて第三流路部９７ｆ３及び冷媒流出口９７ｄに連通する第四流路部９７ｆ４とを有している。さらに、冷媒流路９７ｆの第三流路部９７ｆ３の冷媒は、熱媒体流路２８ｆの第二流路部２８ｆ２の冷却水と熱交換し、熱媒体流路２８ｆの第一流路部２８ｆ１の冷却水は、冷媒流路９７ｆの第四流路部９７ｆ４の冷媒と熱交換する。これによって、熱媒体流入口２８ｃから流入して第一流路部２８ｆ１を流通する冷却水は、冷媒流路９７ｆにおける第四流路部９７ｆ４の蒸気相Ｃの冷媒とのみ熱交換を行う。従って、混合相Ｂにおける冷媒のバーンアウトを確実に防止すると共に、高温の冷却水と蒸気相Ｃの冷媒とを高効率で熱交換を行って冷媒の蒸気過熱度を上昇させることができる。
【００９２】
また、実施の形態９における蒸発器を紙面上での奥行き方向と反対の手前方向が重力上方向になるように配置した場合には、冷媒流路９７ｆにおける蒸気相Ｃと混合相Ｂとの境界線の位置が変動しやすくなる。さらに、特に自動車では、排熱量や冷媒流量の変動に起因し、液相Ａと混合相Ｂの境界が変動し易い。しかし、本実施の形態９では、冷媒流路９７ｆに冷媒用隔壁部９７ｗを配置しているため、上記境界の位置が変動しても、冷媒流路９７ｆの第四流路部９７ｆ４に混合相Ｂの冷媒が流入することを防止できる。そのため、熱媒体流路２８ｆの第一流路部２８ｆ１を流れる高温の冷却水と混合相Ｂの冷媒との熱交換を確実に防止でき、結果としてバーンアウトの発生を防止できる。
【００９３】
また、実施の形態９の冷媒用プレート９７において、冷媒流入口９７ｃ及び冷媒流出口９７ｄをそれぞれ、冷媒用壁部９７ｂの下部９７ｂ１及び上部９７ｂ２の右側端部に形成し、冷媒用隔壁部９７ｗを冷媒用壁部９７ｂの右側部９７ｂ４から左側部９７ｂ３に向かって延びるように形成してもよい。
また、実施の形態９の冷媒用プレート９７及び熱媒体用プレート２８では、冷媒流路９７ｆ及び熱媒体流路２８ｆはそれぞれ、略Ｕ字状に一往復するようにして延びる往復流路として形成されていたが、これに限定されるものでない。冷媒流路９７ｆ及び熱媒体流路２８ｆはそれぞれ、略Ｓ字状に一往復半するようにして延びる往復流路として形成されもよく、略Ｗ字状に二往復するようにして延びる往復流路として形成されもよく、さらに、二往復以上の往復流路として形成されてもよい。
【００９４】
また、実施の形態８における隔壁部８８ｗの構成は、実施の形態１及び６の隔壁部１８ｗ、実施の形態２、３、７及び９の隔壁部２８ｗ、実施の形態４及び５の熱媒体用冷却フィン４８ｇ及び５８ｇに適用してもよい。
また、実施の形態２、４、５及び８におけるスタガード形の冷媒用冷却フィンは、冷媒の流入方向に対して各リブが直交する直交スタガードの形状を有していたがこれに限定されるものでなく、リブ同士が山形を形成する山形スタガード、リブ同士が谷形を形成する谷形スタガードの形状であってもよい。さらに、実施の形態９における冷媒用冷却フィン、並びに、実施の形態２、３、５、７、８及び９における熱媒体用冷却フィンも同様の形状を有していてもよい。
また、実施の形態２、３、４、５、７、８及び９における冷媒用冷却フィン及び熱媒体用冷却フィンの各リブは横方向に直線状に延びる形状を有していたが、これに限定されるものでなく、横方向に対して角度を有するように傾斜させた形状であってもよく、山形形状のリブ、谷形形状のリブであってもよい。
【００９５】
また、実施の形態１〜８の蒸発器は、プレート式熱交換器に限定されるものでなく、シェルの中に複数の伝熱管を備える多管式熱交換器（シェルアンドチューブタイプ熱交換器）であってもよい。このとき、伝熱管によって熱媒体流路を形成し、シェルによって冷媒流路を形成してもよい。
また、実施の形態１〜８の蒸発器は、図の紙面上での上方向が重力上方向となるように配置されていたが、これに限定されるものでなく、図の紙面上での手前方向が重力上方向となるように配置されてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１  ランキンサイクル、１７ｃ，２７ｃ，３７ｃ，６７ｃ，７７ｃ，９７ｃ  冷媒流入口（被加熱流体流入口）、１７ｄ，２７ｄ，３７ｄ，６７ｄ，７７ｄ，９７ｄ  冷媒流出口（被加熱流体流出口）、１７ｆ，２７ｆ，３７ｆ，６７ｆ，７７ｆ，９７ｆ  冷媒流路（被加熱流体流路）、１８ｃ，２８ｃ，４８ｃ，５８ｃ，８８ｃ  熱媒体流入口、１８ｄ，２８ｄ，４８ｄ，５８ｄ，８８ｄ  熱媒体流出口、１８ｆ，２８ｆ，４８ｆ，５８ｆ，８８ｆ  熱媒体流路、１８ｆ１，２８ｆ１，４８ｆ１，４８ｆ２，５８ｆ１，５８ｆ２，８８ｆ１  第一流路部、１８ｆ２，２８ｆ２，４８ｆ３，４８ｆ４，４８ｆ５，４８ｆ６，４８ｆ７，５８ｆ３，５８ｆ４，５８ｆ５，５８ｆ６，５８ｆ７，８８ｆ２  第二流路部、９７ｆ３  第三流路部、９７ｆ４  第四流路部、１８ｗ，２８ｗ，８８ｗ  隔壁部（誘導部）、４８ｇ１ｗ，５８ｇ１  熱媒体用リブ（誘導部）、１００  蒸発器、Ａ  蒸気相（蒸気領域）、Ｂ  混合相（混合領域）、ＢＣ境界線（境界）。
【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】
2012107802.tif 000011
【図１０】
2012107802.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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