JP6599121B2 - 熱交換器及び廃熱回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器及び廃熱回収装置に関する。

従来、熱交換器に関する技術として、例えば特許文献１に記載された凝縮器が知られている。特許文献１に記載された凝縮器は、冷媒を流通させる複数のチューブと、隣り合うチューブ間に設けられたコルゲートフィンと、チューブの両端に連結された一対のヘッダーと、を備え、ヘッダー内部には、仕切り板が設けられている。特許文献１に記載された凝縮器では、冷媒入口管から流入した冷媒は、冷媒入口管から冷媒出口管への冷媒流路において蛇行するように流通する。

特開昭６３−１６１３９３号公報

上記従来技術では、上述のように冷媒を蛇行するように流通させることから、冷媒流路の流路長が増加し、圧力損失が増加してしまう場合がある。また上記従来技術では、熱交換器内で偏った温度分布（温度ムラ）が生じ、熱交換性能が不十分となってしまう可能性がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高い熱交換性能と圧力損失の低減とを両立できる熱交換器及び廃熱回収装置を提供することを課題とする。

本発明に係る熱交換器は、互いに隣接する第１流路層及び第２流路層を具備し、第１流路層を流通する第１流体と第２流路層を流通する第２流体との間で熱を伝達させる熱交換器であって、第１流路層は、第１流体を流入させる流入口が設けられた流入タンク部と、第１流体を流出させる流出口が設けられた流出タンク部と、流入タンク部及び流出タンク部の間に設けられ、流入タンク部から流出タンク部に第１流体を流通させる中間部と、を含み、流入タンク部において第１流体の流入方向に沿って延びる複数の第１熱交換フィン、及び、流出タンク部において第１流体の流出方向に沿って延びる複数の第２熱交換フィンの少なくとも一方と、中間部において第１及び第２熱交換フィンの少なくとも一方と交差する方向に沿って延びる第３熱交換フィンと、備え、第１及び第２熱交換フィンの少なくとも一方は、形成する複数のチャンネルのうち隣接する一対のチャンネル間で第１流体が流通可能な形状を有する。

この熱交換器では、第１流路層において、第３熱交換フィンだけでなく、第１及び第２熱交換フィンの少なくとも一方が設けられている。そのため、中間部だけでなく、流入タンク部及び流出タンク部の少なくとも何れかにおいても、第２流路層を流れる第２流体との間で第１流体が熱交換可能となる。加えて、流入タンク部及び流出タンク部の少なくとも何れかでは、隣接する一対のチャンネル間で第１流体が流通可能となっている。よって、例えば流入タンク部（流出タンク部）では、流入方向（流出方向）に第１流体を流通させながら、その流れの方向に対して交差する方向に当該第１流体を流すことが可能となる。従って、第１流体の流路長の増加を抑制し、圧力損失を低減しながら、第１流体を第２流体と効果的に熱交換させて、第１流路層内の温度ムラを抑制することができる。すなわち、高い熱交換性能と圧力損失の低減とを両立することが可能となる。

本発明に係る熱交換器において、第２流路層は、第１流路層の中間部に隣接する対向部を含み、対向部は、第１流路層の中間部における第１流体の流通方向に対向する方向に、第２流体を流通させてもよい。このような構成によれば、第１流体と第２流体とを対向して流通させること（いわゆるカウンターフロー）を実現することが可能となる。よって、高い熱交換性能を有しながら、圧力損失を一層低減することが可能になる。

本発明に係る熱交換器において、第１及び第２熱交換フィンの少なくとも一方は、ルーバーフィン又はオフセットフィンである場合がある。

本発明に係る廃熱回収装置は、作動流体が循環されるランキンサイクル装置を備え、高温熱源の廃熱を回収する廃熱回収装置であって、ランキンサイクル装置は、作動流体を蒸発させる蒸発器として、上記の熱交換器を有し、熱交換器は、第１流体としての作動流体へ第２流体としての高温熱源から熱を伝達させて、作動流体を蒸発させる。

この廃熱回収装置においては、上述した熱交換器を蒸発器に適用することにより、高温熱源から作動流体への熱伝達における高い熱交換性能と圧力損失の低減とを両立できる。その結果、ランキンサイクル装置の熱効率を向上でき、廃熱回収装置の排熱回収効率が向上できる。

本発明によれば、高い熱交換性能と圧力損失の低減とを両立できる熱交換器及び廃熱回収装置を提供することが可能となる。

実施形態に係る熱交換器を有する廃熱回収装置を示すブロック図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態の熱交換器の正面図である。（ｂ）は、図２（ａ）におけるIIb-IIb線に沿った断面図である。 （ａ）は、図２（ｂ）におけるIIIa-IIIa線に沿った断面図である。（ｂ）は、図２（ｂ）におけるIIIb-IIIb線に沿った一部断面図である。 （ａ）は、ルーバーフィンの一例を示す図である。（ｂ）は、オフセットフィンの一例を示す図である。（ｃ）は、角型フィンの一例を示す図である。（ｄ）は、波型フィンの一例を示す図である。 比較例に係る熱交換器の一部断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係る熱交換器を有する廃熱回収装置を示すブロック図である。図１に示されるように、実施形態に係る熱交換器１は、ランキンサイクル装置１０を備える廃熱回収装置１００に適用され、例えば車両に搭載される。適用される車両としては、例えばトラックやバス等の商用車が挙げられる。車両としては、特に限定されるものではなく、例えば大型車両や中型車両、普通乗用車、小型車両又は軽車両等の何れであってもよい。

ランキンサイクル装置１０は、例えばエンジンＥの廃熱を入熱として、当該廃熱に係る熱エネルギを動力に変換して出力する。ランキンサイクル装置１０は、その流路１５において、作動流体ポンプ１１と、蒸発器１２と、膨張機１３と、凝縮器１４と、を有している。ランキンサイクル装置１０における流路１５には、作動流体Ｍが循環される。作動流体Ｍとしては、種々のものを用いることができ、ここでは、低沸点媒体であるＲ１３４ａが用いられる。

作動流体ポンプ１１は、作動流体Ｍを圧送して循環させるポンプである。蒸発器１２は、作動流体ポンプ１１の下流側に設けられ、作動流体ポンプ１１で圧縮された作動流体Ｍを加熱して蒸発させる。蒸発器１２では、エンジンＥの冷却水（高温熱源）Ｗを介して入熱されたエンジンＥの廃熱により、作動流体Ｍが加熱されて蒸発される。蒸発器１２としては、後述の熱交換器１が適用される。すなわち、熱交換器１は、第１流体としての作動流体Ｍへ第２流体としての冷却水Ｗから熱を伝達させて、作動流体Ｍを蒸発させる。

膨張機１３は、蒸発器１２の下流側に設けられている。膨張機１３は、作動流体Ｍの膨張により回転し、動力を出力する。膨張機１３としては、例えばタービン等が用いられる。膨張機１３は、例えば機械出力を出力してもよいし、例えば発電機が接続されて電気出力を出力してもよい。凝縮器１４は、膨張機１３の下流側に設けられている。凝縮器１４は、作動流体Ｍを冷却して凝縮（液化）させる熱交換器である。凝縮器１４は、低温熱源（図示せず）により冷却される。低温熱源は、例えばサブラジエータが含まれ、例えば車両が走行する際の走行風により凝縮器１４を冷却する。

エンジンＥは、例えば水冷式ディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジンＥは、シリンダヘッド及びシリンダブロック等を含むエンジン本体２０と、ＥＧＲ［Exhaust Gas Recirculation］ガスを冷却するＥＧＲクーラ２１と、冷却水Ｗを流通させる冷却水流路２２と、例えば走行風との熱交換により冷却水Ｗを冷却するラジエータ２３と、を有している。冷却水流路２２によりエンジン本体２０に冷却水Ｗが流通され、エンジン本体２０が冷却される。冷却水流路２２によりＥＧＲクーラ２１に冷却水Ｗを流通され、ＥＧＲガスが冷却される。

次に、図２〜図４を参照して、熱交換器１の構成について説明する。図２（ａ）は、本発明の一実施形態の熱交換器の正面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるIIb-IIb線に沿った断面図である。図３（ａ）は、図２（ｂ）におけるIIIa-IIIa線に沿った断面図である。図３（ｂ）は、図２（ｂ）におけるIIIb-IIIb線に沿った断面図である。なお、以下の説明において、Ｘ方向は、第１流体の流入方向及び流出方向に沿う方向であり、Ｙ方向は、第１流体の流入方向及び流出方向に直交する方向である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、熱交換器１は、四角柱形状を有する筐体２を備える。図示する筐体２は、そのＹ方向の端部が四角錐台状となるように傾斜している。熱交換器１は、作動流体Ｍが流通する複数の第１流路層４と、高温熱源である冷却水Ｗが流通する複数の第２流路層５と、を含む。第１流路層４及び第２流路層５は、交互に積層されている。つまり、第１流路層４及び第２流路層５は、互いに隣接している。第１流路層４及び第２流路層５は、筐体２の外壁６に格納されている。このような熱交換器１は、第１流路層４を流通する作動流体Ｍと第２流路層５を流通する冷却水Ｗとの間で熱を伝達させる。熱交換器１において、作動流体Ｍが第１流体を構成し、冷却水Ｗが第２流体を構成する。

図３（ａ）に示されるように、第１流路層４は、流入タンク部３０と、流出タンク部３１と、中間部３２と、を備える。流入タンク部３０には、作動流体Ｍを流入させる流入口３３が設けられている。流入口３３は、流入タンク部３０の内部と連通するように、筐体２のＹ方向の一端側に接続されている。流入口３３は、Ｘ方向に沿って延在しており、例えばパイプ部材で構成されている。

流入タンク部３０は、複数の熱交換フィン（第１熱交換フィン）４０を備えている。複数の熱交換フィン４０は、流入タンク部３０内において作動流体Ｍの流入方向（Ｘ方向）に沿って延びている。複数の熱交換フィン４０は、複数のチャンネル４１を形成する。従って、複数のチャンネル４１は、Ｘ方向に沿って延びている。チャンネル４１は、隣接する熱交換フィン４０によって流入タンク部３０内が区画されてなり、作動流体Ｍを流通させる空間である。熱交換フィン４０は、形成する複数のチャンネル４１のうち隣接する一対のチャンネル４１間で作動流体Ｍが流通可能な形状を有する（詳しくは後述）。流入タンク部３０は、中間部３２と連通している。流入タンク部３０は、流入口３３を介して第１流路層４に流入した作動流体Ｍを、中間部３２に送出する。

中間部３２は、流入タンク部３０及び流出タンク部３１の間に設けられている。中間部３２は、流入タンク部３０から流出タンク部３１に作動流体Ｍを流通させる。中間部３２は、複数の熱交換フィン（第３熱交換フィン）４２を備えている。複数の熱交換フィン４２は、中間部３２内において、熱交換フィン４０及び後述の熱交換フィン４４と直交（交差）する方向（Ｙ方向）に沿って延びている。複数の熱交換フィン４２は、並列的に配置されている。複数の熱交換フィン４２は、複数のチャンネル４３を形成する。複数のチャンネル４３は、Ｙ方向に沿って延びている。チャンネル４３は、隣接する熱交換フィン４２によって中間部３２内が区画されてなり、作動流体Ｍを流通させる空間である。熱交換フィン４２は、形成する複数のチャンネル４３に沿って作動流体Ｍが流通可能な形状を有する（詳しくは後述）。中間部３２は、流出タンク部３１と連通している。中間部３２は、流入タンク部３０から流入した作動流体Ｍを、流出タンク部３１に送出する。

流出タンク部３１には、作動流体Ｍを流出させる流出口３４が設けられている。流出口３４は、流出タンク部３１の内部と連通するように、筐体２のＹ方向の他端側に接続されている。流出口３４は、Ｘ方向に沿って延在しており、例えばパイプ部材で構成されている。流出タンク部３１は、複数の熱交換フィン（第２熱交換フィン）４４を有している。複数の熱交換フィン４４は、流出タンク部３１内において作動流体Ｍの流出方向（Ｘ方向）に沿って延びている。複数の熱交換フィン４４は、複数のチャンネル４５を形成する。従って、複数のチャンネル４５は、Ｘ方向に沿って延びている。チャンネル４５は、隣接する熱交換フィン４４によって流出タンク部３１内が区画されてなり、作動流体Ｍを流通させる空間である。熱交換フィン４４は、形成する複数のチャンネル４５のうち隣接する一対のチャンネル４５間で作動流体Ｍが流通可能な形状を有する（詳しくは後述）。流出タンク部３１は、中間部３２から流入した作動流体Ｍを、第１流路層４から流出口３４を介して流出させる。

図３（ｂ）に示されるように、第２流路層５は、流入タンク部３５と、流出タンク部３６と、対向部３７と、を備える。流入タンク部３５には、冷却水Ｗを流入させる流入口３８が設けられている。流入口３８は、流入タンク部３５の内部と連通するように、筐体２のＹ方向の他端側に接続されている。流入口３８は、Ｘ方向に沿って延在しており、例えばパイプ部材で構成されている。流入タンク部３５は、対向部３７と連通している。流入タンク部３５は、その内部に熱伝導フィンが設けられていない空（がらんどう）の空間とされている。流入タンク部３５は、流入口３８を介して第２流路層５に流入した冷却水Ｗを、対向部３７に送出する。

対向部３７は、流入タンク部３５及び流出タンク部３６の間に設けられている。対向部３７は、第１流路層４の中間部３２に隣接する。対向部３７は、第１流路層４の中間部３２における作動流体Ｍの流通方向に対向する方向に、冷却水Ｗを流通させる。対向部３７は、複数の熱交換フィン４６を備えている。複数の熱交換フィン４６は、対向部３７において中間部３２の熱交換フィン４２が延びる方向（Ｙ方向）に沿って延びている。複数の熱交換フィン４６は、複数のチャンネル４７を形成する。複数のチャンネル４７は、Ｙ方向に沿って延びている。チャンネル４７は、隣接する熱交換フィン４６によって対向部３７内が区画されてなり、作動流体Ｍを流通させる空間である。対向部３７は、流出タンク部３６と連通している。対向部３７は、流入タンク部３５から流入した冷却水Ｗを、流出タンク部３６に送出する。

流出タンク部３６には、冷却水Ｗを流出させる流出口３９が設けられている。流出口３９は、流出タンク部３６の内部と連通するように、筐体２のＹ方向の一端側に接続されている。流出口３９は、Ｙ方向に沿って延在しており、例えばパイプ部材で構成されている。流出タンク部３６は、その内部に熱伝導フィンが設けられていない空の空間とされている。流出タンク部３６は、対向部３７から流入した冷却水Ｗを、第２流路層５から流出口３９を介して流出させる。

ここで、図４（ａ）〜図４（ｄ）を参照して、熱交換フィン４０，４２，４４及び４６の形状について具体的に説明する。図４（ａ）は、ルーバーフィンの一例を示す図である。図４（ｂ）は、オフセットフィンの一例を示す図である。図４（ｃ）は、角型フィンの一例を示す図である。図４（ｄ）は、波型フィンの一例を示す図である。

流入タンク部３０における熱交換フィン４０は、形成する複数のチャンネル４１のうち隣接する一対のチャンネル４１間で作動流体Ｍが流通可能な形状を有する。熱交換フィン４０としては、ルーバーフィン５０又はオフセットフィン６０が採用される。ここでの熱交換フィン４０は、ルーバーフィン５０である。また、流出タンク部３１における熱交換フィン４４は、形成する複数のチャンネル４５のうち隣接する一対のチャンネル４５間で作動流体Ｍが流通可能な形状を有する。熱交換フィン４４としては、ルーバーフィン５０又はオフセットフィン６０が採用される。ここでの熱交換フィン４４は、ルーバーフィン５０である。

図４（ａ）に示されるように、ルーバーフィン５０は、Ｘ方向から見て断面Ｖ字形状を有し、Ｘ方向に沿って延在する。ルーバーフィン５０は、Ｙ方向に並ぶように配置されている。隣接するルーバーフィン５０は、互いに連結されて一体とされている。複数のルーバーフィン５０は、Ｙ方向に沿って波型となるように構成されている。

ルーバーフィン５０は、所定角度で交差する平面部５１及び平面部５２を含む。平面部５１及び平面部５２のそれぞれには、断面矩形状の複数の貫通口５３が設けられている。貫通口５３は、平面部５１及び平面部５２それぞれにおいて、Ｘ方向に互いに離間して配置されている。貫通口５３には、ルーバ５４が設けられている。ルーバ５４は、貫通口５３の一つの辺縁に連結され、当該貫通口５３を所定の隙間を有して遮るように延在する。ルーバ５４は、その基端側から先端側に行くに連れ、平面部５１又は平面部５２から離れるように傾斜する。このようなルーバ５４付きの貫通口５３は、例えば、平面部５１及び平面部５２においてＵ字状の切込みを設け、この切込みに囲まれる部分を所定量折り曲げることによって形成される。

複数のルーバーフィン５０は、複数のチャンネル４１を形成する。複数のチャンネル４１は、複数のルーバーフィン５０の平面部５１及び平面部５２によって画成される。隣接する一対のチャンネル４１のうち一方のチャンネル４１ａは、他方のチャンネル４１ｂに対して、貫通口５３によって連通されている。つまり、複数のルーバーフィン５０で形成された複数のチャンネル４１は、ルーバ５４を有する貫通口５３を介して、隣接するチャンネル４１ａ，４１ｂ間で作動流体Ｍを流通させながら、当該作動流体Ｍをチャンネル４１に沿って（Ｘ方向に沿って）流通させる。

図４（ｂ）に示されるように、オフセットフィン６０は、Ｘ方向から見て断面ハット形状を有する。オフセットフィン６０は、Ｙ方向に並ぶように配置されている。またオフセットフィン６０は、Ｙ方向にずれながら（オフセットしながら）Ｘ方向に並ぶように配置されている。オフセットフィン６０は、互いに直交する平面部６１と平面部６２と平面部６３とを含む。

複数のオフセットフィン６０は、複数のチャンネル４１を形成する。複数のチャンネル４１は、複数のオフセットフィン６０の平面部６１と平面部６２と平面部６３とによって画成される。オフセットフィン６０がＹ方向にずれながらＸ方向に並ぶため、隣接する一対のチャンネル４１のうち一方のチャンネル４１ａは、他方のチャンネル４１ｂに対して連通されている。例えば図示する一方のチャンネル４１ａは、Ｘ方向に対して傾きながら流れる流路（平面部６１〜６３で囲まれた流路）と、オフセットフィン６０のＸ方向端部から他方のチャンネル４１ｂに流れ込む流路と、を含む。つまり、複数のオフセットフィン６０で形成された複数のチャンネル４１は、隣接するチャンネル４１ａ，４１ｂ間で作動流体Ｍを流通させながら、当該作動流体Ｍをチャンネル４１に沿って（Ｘ方向に沿って）流通させる。

対向部３７における熱交換フィン４６は、形成する複数のチャンネル４７に沿って冷却水Ｗが流通可能な形状を有する。ここでの熱交換フィン４６は、角型フィン７０である。

図４（ｃ）に示されるように、角型フィン７０は、Ｙ方向から見て断面ハット形状を有し、Ｙ方向に沿って延在する。角型フィン７０は、Ｘ方向に並ぶように配置されている。隣接する角型フィン７０は、互いに連結されて一体とされている。複数の角型フィン７０は、Ｘ方向に沿って矩形波状となるように構成されている。角型フィン７０は、互い直交する平面部７１と平面部７２と平面部７３とを含む。

複数の角型フィン７０は、複数のチャンネル４７を形成する。ここでの複数のチャンネル４７は、複数の角型フィン７０の平面部７１と平面部７２と平面部７３とによって画成される。複数の角型フィン７０で形成された複数のチャンネル４７は、隣接するチャンネル４７間で冷却水Ｗを流通させずに、冷却水Ｗをチャンネル４７に沿って（Ｙ方向に沿って）流通させる。

中間部３２における熱交換フィン４２は、形成する複数のチャンネル４３に沿って作動流体Ｍが流通可能な形状を有する。ここでの熱交換フィン４２は、波型フィン８０である。

図４（ｄ）に示されるように、波型フィン８０は、Ｙ方向から見て断面Ｖ字形状を有し、Ｙ方向に沿って延在する。波型フィン８０は、Ｘ方向に並ぶように配置されている。隣接する波型フィン８０は、互いに連結されて一体とされている。複数の波型フィン８０は、Ｘ方向に沿って波型となるように構成されている。波型フィン８０は、所定角度で交差する平面部８１及び平面部８２を含む。

複数の波型フィン８０は、複数のチャンネル４３を形成する。ここでの複数のチャンネル４３は、複数の波型フィン８０の平面部８１及び平面部８２によって画成される。複数の波型フィン８０で形成された複数のチャンネル４３は、隣接するチャンネル４３間で作動流体Ｍを流通させずに、作動流体Ｍをチャンネル４３に沿って（Ｙ方向に沿って）流通させる。

以上のように構成された熱交換器１の第１流路層４において、流入口３３から流入タンク部３０に流入した作動流体Ｍは、熱交換フィン４０によってＸ方向に沿って流れながら貫通口５３を介してＹ方向に流れ、中間部３２に流入する。中間部３２に流入した作動流体Ｍは、熱交換フィン４２によってＹ方向に沿って流れ、流出タンク部３１に流入する。流出タンク部３１に流入した作動流体Ｍは、熱交換フィン４４によってＸ方向に沿って流れながら貫通口５３を介してＹ方向に流れた後、Ｘ方向に沿って流出口３９から流入する。一方、第２流路層５では、流入口３８から流入タンク部３５に流入した冷却水Ｗは、対向部３７に流入し、対向部３７内で熱交換フィン４６によりＹ方向に沿って流れた後、流出タンク部３６に流入する。そして、Ｘ方向に沿って流出口３９から流出する。

以上、本実施形態に係る熱交換器１の第１流路層４には、熱交換フィン４２だけでなく、熱交換フィン４０及び熱交換フィン４４が設けられている。そのため、中間部３２だけでなく、流入タンク部３０及び流出タンク部３１においても、第２流路層５を流れる冷却水Ｗとの間で作動流体Ｍが熱交換可能となる。

加えて、流入タンク部３０では、隣接する一対のチャンネル４１間で作動流体Ｍが流通可能となっている。流出タンク部３１では、隣接する一対のチャンネル４５間で作動流体Ｍが流通可能となっている。これにより、流入タンク部３０（流出タンク部３１）では、流入方向（流出方向）に作動流体Ｍを流通させながら、その流れの方向に対して垂直な方向に当該作動流体Ｍを流すことが可能となる。例えば熱交換器１全体として見たときに、流入タンク部３０側から流出タンク部３１側へ向かう一方向へ作動流体Ｍが流通する（作動流体Ｍが一方通行で流れる）こととなり、作動流体Ｍは、蛇行して流通したり熱交換器１の内部を何往復も流通したりすることがない。

従って、作動流体Ｍの流路長の増加を抑制し、圧力損失を低減しながら、作動流体Ｍを冷却水Ｗと効果的に熱交換させて、第１流路層４内の温度ムラを抑制することができる。換言すると、熱交換器１において作動流体Ｍと冷却水Ｗとの間で伝達可能な熱量を低減させることなく、流路長を短くして圧力損失を低減可能となる。すなわち、熱交換器１によれば、高い熱交換性能と圧力損失の低減とを両立することが可能となる。

例えば図５に示されるように、流入タンク部３０及び流出タンク部３１が空の空間とされている場合には、流入タンク部３０及び流出タンク部３１において、作動流体Ｍと冷却水Ｗとの間の熱交換が十分に行われない。この点、本実施形態に係る熱交換器１では、中間部３２の熱交換フィン４２だけでなく、熱交換フィン４０及び熱交換フィン４４が設けられている。そのため、第１流路層４においては、中間部３２だけでなく、流入タンク部３０及び流出タンク部３１においても、熱交換が可能となる。このようにして、高い熱交換性能と圧力損失の低減とを両立することが可能となる。なお、ここでの熱交換性能とは、例えば同じサイズの熱交換器１同士を比較する場合において作動流体Ｍと冷却水Ｗとの間で伝達可能な熱量の大きさのことをいう。

熱交換器１では、第２流路層５は、第１流路層４の中間部３２に隣接する対向部３７を含んでいる。対向部３７においては、第１流路層４の中間部３２における作動流体Ｍの流通方向に対向する方向に、冷却水Ｗが流通される。このような構成によれば、作動流体Ｍと冷却水Ｗとを対向して流通させること（いわゆるカウンターフロー）が実現可能となる。よって、高い熱交換性能を有しながら、圧力損失を一層低減することが可能になる。

熱交換器１では、熱交換フィン４０及び熱交換フィン４４は、ルーバーフィン５０又はオフセットフィン６０とされている。これにより、隣接する一対のチャンネル４１間で作動流体Ｍを流通させる上記作用、及び、隣接する一対のチャンネル４５間で作動流体Ｍを流通させる上記作用を、具体的且つ好適に実現可能となる。

本実施形態に係る廃熱回収装置１００は、作動流体Ｍが循環されるランキンサイクル装置１０を備え、エンジンＥの冷却水Ｗの廃熱を回収する。ランキンサイクル装置１０では、作動流体Ｍを蒸発させる蒸発器１２として、上記の熱交換器１が適用されている。熱交換器１では、作動流体Ｍへ冷却水Ｗから熱が伝達されて、作動流体Ｍが蒸発される。

このような廃熱回収装置１００においては、上述した熱交換器１を蒸発器１２に適用することにより、冷却水Ｗから作動流体Ｍへの熱伝達における高い熱交換性能と圧力損失の低減とを両立できる。その結果、ランキンサイクル装置１０の熱効率が向上され、廃熱回収装置１００の排熱回収効率の向上が可能となる。

なお、このように熱交換器１が蒸発器１２への適用が想定される場合、熱交換器１では、第１流体としての作動流体Ｍへ第２流体としての冷却水Ｗから熱が伝達されて、作動流体Ｍが蒸発される。すなわち、流入口３３から流入する作動流体Ｍと、流入口３８から流入する冷却水Ｗとは、ともに液相となる。

以上、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。

上記実施形態では、流入タンク部３０にチャンネル４１を形成する熱交換フィン４０を設け、流出タンク部３１にチャンネル４５を形成する熱交換フィン４４を設けたが、熱交換フィン４０，４４の何れか一方のみ設けてもよい。

また、流入タンク部３０における熱交換フィン４０と、流出タンク部３１における熱交換フィン４４とは、同形状のルーバーフィン５０として説明したが、双方ともオフセットフィン６０を採用してもよいし、いずれか一方にオフセットフィン６０を採用してもよい。熱交換フィン４０，４４の形状は、隣接する一対のチャンネル４１，４５間で作動流体Ｍが流通可能な形状を有していれば、様々な形状であってもよい。

また、中間部３２における熱交換フィン４２は、波型フィン８０として説明したが、角型フィン７０を採用してもよいし、ルーバーフィン５０又はオフセットフィン６０を採用してもよい。熱交換フィン４２の形状は、チャンネル４３に沿って作動流体ＭをＹ方向に流通させる形状を有していれば、様々な形状であってもよい。

また、対向部３７における熱交換フィン４６は、角型フィン７０として説明したが、波型フィン８０を採用してもよいし、ルーバーフィン５０又はオフセットフィン６０を採用してもよい。熱交換フィン４６の形状は、チャンネル４７に沿って冷却水ＷをＹ方向に流通させる形状を有していれば、様々な形状であってもよい。

第２流路層５における対向部３７では、第１流路層４の中間部３２における作動流体Ｍの流通方向に対向する方向に冷却水Ｗを流通させたが、第２流路層５における冷却水Ｗの流通方向は、この例に限定されない。第２流路層５は、Ｘ方向に冷却水Ｗを流通させる流路を有していてもよいし、Ｙ方向に冷却水Ｗを流通させる流路を有していてもよいし、これらを組み合わせた流路を有していてもよい。

１…熱交換器、４…第１流路層、５…第２流路層、１０…ランキンサイクル装置、１２…蒸発器、３０…流入タンク部、３１…流出タンク部、３２…中間部、３３…流入口、３４…流出口、３７…対向部、４０…熱交換フィン（第１熱交換フィン）、４１…チャンネル、４２…熱交換フィン（第３熱交換フィン）、４４…熱交換フィン（第２熱交換フィン）、４５…チャンネル、５０…ルーバーフィン、６０…オフセットフィン、１００…廃熱回収装置、Ｍ…作動流体（第１流体）、Ｗ…冷却水（第２流体、高温熱源）。

Claims (6)

1. 互いに隣接する第１流路層及び第２流路層を具備し、前記第１流路層を流通する第１流体と前記第２流路層を流通する第２流体との間で熱を伝達させる熱交換器であって、
   前記第１流路層は、
   前記第１流体を流入させる流入口が設けられた流入タンク部と、
   前記第１流体を流出させる流出口が設けられた流出タンク部と、
   前記流入タンク部及び前記流出タンク部の間に設けられ、前記流入タンク部から前記流出タンク部に前記第１流体を流通させる中間部と、を含み、
   前記流入タンク部において前記第１流体の流入方向に沿って延びる複数の第１熱交換フィン、及び、前記流出タンク部において前記第１流体の流出方向に沿って延びる複数の第２熱交換フィンの少なくとも一方である複数の熱交換フィンと、
   前記中間部において前記複数の熱交換フィンと交差する方向に沿って延びる複数の第３熱交換フィンと、備え、
   前記複数の熱交換フィンは、前記複数の第３熱交換フィンの延在方向に沿って並設されると共に、形成する複数のチャンネルのうち隣接する一対のチャンネル間で前記第１流体が流通可能な形状を有しており、
   前記複数の第３熱交換フィンの前記延在方向における各端部は、前記複数の熱交換フィンのそれぞれには接合されておらず、前記熱交換フィンの側面である平面部に対向するように前記熱交換フィンから離間しており、
   前記複数の熱交換フィンは、前記流入口に対向する前記流入タンク部の内壁と前記流入口とを結ぶように、又は、前記流出口に対向する前記流出タンク部の内壁と前記流出口とを結ぶように、前記複数の第３熱交換フィンの延在方向と直交する方向に延在している、熱交換器。
2. 前記複数の熱交換フィンは、前記流入タンク部の前記中間部側において前記流入方向の略全体に亘って延びる前記第１熱交換フィンを含み、当該第１熱交換フィンが形成する前記チャンネルと前記中間部との間で前記第１流体が流通可能な形状を有している、請求項１記載の熱交換器。
3. 前記複数の熱交換フィンは、前記流出タンク部の前記中間部側において前記流出方向の略全体に亘って延びる前記第２熱交換フィンを含み、当該第２熱交換フィンが形成する前記チャンネルと前記中間部との間で前記第１流体が流通可能な形状を有している、請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 前記第２流路層は、前記第１流路層の前記中間部に隣接する対向部を含み、
   前記対向部は、前記第１流路層の前記中間部における前記第１流体の流通方向に対向する方向に、前記第２流体を流通させる、請求項１〜３の何れか一項記載の熱交換器。
5. 前記複数の熱交換フィンは、ルーバーフィン又はオフセットフィンである、請求項１〜４の何れか一項記載の熱交換器。
6. 作動流体が循環されるランキンサイクル装置を備え、高温熱源の廃熱を回収する廃熱回収装置であって、
   前記ランキンサイクル装置は、前記作動流体を蒸発させる蒸発器として、請求項１〜５の何れか一項に記載の熱交換器を有し、
   前記熱交換器は、前記第１流体としての前記作動流体へ前記第２流体としての前記高温熱源から熱を伝達させて、前記作動流体を蒸発させる、廃熱回収装置。

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