JP2014070849A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｕ字管とＵ字管を支持する支持体との接合部における応力集中を抑制することができる熱交換器の提供にある。
【解決手段】互い並列に配置され、作動流体を通す複数のＵ字管１２と、複数のＵ字管１２が挿入される複数の通孔を備え、複数のＵ字管１２に支持されるフィン１３と、複数のＵ字管１２を支持する支持体と、を備え、フィン１３の周囲の熱交換流体と作動流体との熱交換を行う熱交換器１０において、複数のＵ字管１２は、戻りの作動流体を通す管部が熱交換流体の導入側に位置する第１Ｕ字管１２Ａと、戻りの作動流体を通す管部が熱交換流体の導出側に位置する第２Ｕ字管１２Ｂと、を有し、フィン１３における第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとの間が分割された。
【選択図】 図１

Description

この発明は、熱交換器に関し、特に、作動流体を通すＵ字管と、Ｕ字管に固定された熱交換のためのフィンを備えた熱交換器に関する。

従来の熱交換器としては、例えば、図８に示す構造の熱交換器６０が知られている。
図８に示す熱交換器６０は、ケース６１と、作動流体を通す複数のＵ字管６２と、複数のＵ字管６２により支持される多数のフィン６３と、Ｕ字管６２から戻った作動流体を別のＵ字管へ通すヘッダー６４を備えている。
この熱交換器６０では熱交換流体（図８において白抜矢印にて示す）がＵ字管６２およびフィン６３の周囲を通過するが、Ｕ字管６２を通る作動流体と交差する方向へ熱交換流体が流れる。
そして、熱交換流体がＵ字管６２およびフィン６３の周囲を通過するとき、Ｕ字管６２を通る作動流体と熱交換流体との熱交換が行われる。
Ｕ字管６２における熱交換流体の導入側では高温の熱交換流体が通過し、Ｕ字管６２における導出側では低温の熱交換流体が通過する。
なお、図８に示す熱交換器６０では、Ｕ字管６２における戻りの作動流体が熱交換流体の導入側となるＵ字管６２と、Ｕ字管６２における戻りの作動流体が熱交換流体の導出側となるＵ字管６２と、が混在する。

一方、別の従来技術としては、例えば、特許文献１に開示された熱交換器が知られている。
特許文献１に開示された熱交換器は、複数のプレートフィンと、プレートフィンを貫通する媒体管を備えている。
媒体管の一部は入口ヘッダー部と接続され、入口ヘッダー部と接続された媒体管の他の媒体管は、入口ヘッダー管と平行して設けられた出口ヘッダー管に接続されている。
媒体管における入口ヘッダー部および出口ヘッダー部の反対側に全ての媒体管と接続される中間ヘッダー管が設けられている。
複数のプレートフィンは、入口ヘッダー部と出口ヘッダー部に接続された媒体管のうち、互いに接近した部分においてプレートフィンが分割されている。

特開昭６１−２５９０９４号公報

図８に示す熱交換器６０では、戻りの作動流体が熱交換流体の導出側となるＵ字管６２では、往きの作動流体が通る管部と、戻りの作動流体が通る管部では熱膨張差が生じる。
特に、戻りの作動流体が熱交換流体の導出側となるＵ字管６２と、戻りの作動流体が熱交換流体の導入側となるＵ字管６２との間では温度差が大きく熱膨張差も大きくなる。
このため、戻りの作動流体が熱交換流体の導入側となるＵ字管６２における変形量は戻りの作動流体が熱交換流体の導出側となるＵ字管６２より大きくなる。
しかしながら、全てのＵ字管６２がフィン６３に拘束されるため、Ｕ字管６２の変形は規制され、戻りの作動流体が熱交換流体の導入側となるＵ字管６２ではケース６１との接合部に応力が集中する。
その結果、Ｕ字管６２とケース６１との接合部の破断を招くおそれがある。

一方、特許文献１に開示された熱交換器では、複数の熱媒体管において管内温度が異なる部分でフィンを分割する点が開示されているに過ぎない。
従って、特許文献１に開示された熱交換器を図８に示す熱交換器に適用しても、図８に示す熱交換器の問題を解決することはできない。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、Ｕ字管とＵ字管を支持する支持体との接合部における応力集中を緩和することができる熱交換器の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、互い並列に配置され、作動流体を通す複数のＵ字管と、前記複数のＵ字管が挿入される複数の通孔を備え、前記複数のＵ字管に支持されるフィンと、前記複数のＵ字管を支持する支持体と、を備え、前記フィンの周囲の熱交換流体と前記作動流体との熱交換を行う熱交換器において、前記複数のＵ字管は、戻りの作動流体を通す管部が前記熱交換流体の導入側に位置する第１Ｕ字管と、戻りの作動流体を通す管部が前記熱交換流体の導出側に位置する第２Ｕ字管と、を有し、前記フィンにおいて前記第１Ｕ字管と前記第２Ｕ字管との間が分割されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１Ｕ字管と第２Ｕ字管との間においてフィンが分割されていることから、第１Ｕ字管と第２Ｕ字管との間ではフィンを介して互いに拘束されることなく、熱膨張差による変形量に応じてそれぞれ変形することができる。
従って、第１Ｕ字管が第２Ｕ字管よりも大きく変形しても、第１Ｕ字管と支持体との接合部における応力集中が緩和することができ、接合部の破断を防止することができる。
なお、フィンの分割とは、完全にフィンが分離されている場合のほか、フィンが完全に分離されない場合が含まれる。
フィンが完全に分離されない場合、第１Ｕ字管および第２Ｕ字管の熱膨張差による変形量に応じて互いに独立して変形することができる程度の接続部がフィンの分離箇所に形成される。

また、上記の熱交換器において、前記支持体を備え、前記複数のＵ字管を収容するケースが備えられ、前記フィンは、前記第１Ｕ字管により支持される第１フィン部と、前記第２Ｕ字管に支持される第２フィン部を有し、前記第２Ｕ字管は、前記第１Ｕ字管よりも前記ケースに接近して配置されるとともに、前記第２フィン部を介して前記ケースに固定される構成としてもよい。
この場合、第２Ｕ字管が第２フィン部を介してケースに固定されるから、第２Ｕ字管および第２Ｕ字管を拘束する第２フィン部の振動を抑制することができる。

また、上記の熱交換器において、前記熱交換流体は、内燃機関の排気ガスとする構成としてもよい。
この場合、内燃機関における燃焼により高温となる排気ガスを熱交換流体として利用することができ、例えば、ランキンサイクル装置における蒸発器に適用することができる。

本発明によれば、Ｕ字管とＵ字管を支持する支持体との接合部における応力集中を緩和することができる熱交換器を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る熱交換器の概要を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器の正面図である。 （ａ）は図２におけるＡ−Ａ線矢視図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ線矢視図であり、（ｃ）はＣ−Ｃ線矢視図である。 熱交換器における冷媒の流れを説明するための模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱交換器の正面図である。 図５におけるＤ−Ｄ線矢視図である。 変形例に係るフィンの正面図である。 従来の熱交換器の概要を示す斜視図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る熱交換器について図面を参照して説明する。
本実施形態の熱交換器は、車両に搭載される車載用熱交換器であり、特に、車両に搭載された内燃機関としてのエンジンの廃熱を利用し、廃熱の熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するランキンサイクル回路に設ける車載用熱交換器である。

図１に示す熱交換器１０は、エンジンの排気ガス（図１の白抜矢印Ｆにより示す）が流通する排気管（図示せず）内に設置されている。
排気ガスは熱交換流体に相当する。
熱交換器１０は、ケース１１と、作動流体としての冷媒を通す複数のＵ字管１２と、Ｕ字管１２にろう付けされた複数のフィン１３と、ケース１１の外で冷媒の流れを反転させるヘッダー１４を備えている。

図１および図２に示すように、ケース１１は、一対の側板１５、１６と、天板１７と、底板１８とを備えており、ケース１１内には、複数のＵ字管１２および複数のフィン１３を収容する空間が形成されている。
ケースの天板１７及び底板１８とは、上下に位置するものに限らず、側板１５、１６と交差する一対の壁板を指すものとする。
本実施形態のケース１１はステンレス鋼により形成されている。

図１、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、Ｕ字管１２は、互いに平行な一対の直管部１９と、一対の直管部１９を接続する曲管部２０を備えている。
本実施形態のＵ字管１２はステンレス鋼により形成されている。
本実施形態では、一対の直管部１９が排気ガスの流れ方向において前後位置となるように、Ｕ字管１２はケース１１内において水平に配置されているほか、排気ガスがＵ字管１２を通る冷媒と交差する方向へ流れるように配置されている。
さらに、互い隣り合うＵ字管１２が天板１７から底板１８へ向けて上下位置となるように、複数のＵ字管１２がケース１１内に並列に配設されている。
本実施形態の熱交換器１０では９本のＵ字管１２がケース１１内に配設されている。

ケース１１の一方の側板１５には複数の通孔（図示せず）が形成されており、Ｕ字管１２の直管部１９は通孔に挿入されて側板１５とろう付けされている。
従って、側板１５はＵ字管１２を支持する支持体に相当する。
通孔に挿通されてケース１１の外側へ突出する直管部１９の端部はケース１１の外側に配置されるヘッダー１４にろう付けにより接続され、Ｕ字管１２の基部を成している。
Ｕ字管１２の曲管部２０はケース１１内においてケース１１の他方の側板１６と対向する。

図１および図３（ｃ）に示すように、ヘッダー１４は外壁２１により密閉された空間を内部に有する箱体であり、内部の空間は仕切り壁２２、２３、２４により４分割され、４個の部屋を有する。
外部から冷媒が流入する流入口２５を備えた第１室２６は、仕切り壁２２、２３により仕切られて区画された部屋である。
第１室２６は、ヘッダー１４において排気ガスの流れ方向の下流側であって、ケース１１の底板１８側に形成される。
第１室２６には、底板１８側の３本のＵ字管１２において排気ガスの導出側となる直管部１９と連通する入口孔２７が形成されている。

第２室２８は、仕切り壁２３、２４により仕切られて区画された部屋である。
第２室２８は、ヘッダー１４において排気ガスの流れ方向の上流側であって、ケース１１の底板１８側に形成される。
第２室２８には、底板１８側の３本のＵ字管１２における排気ガスの導入側となる直管部１９が接続される出口孔２９が形成されている。
このため、流入口２５から第１室２６に導入された冷媒は、第１室２６の入口孔２７から底板１８側の３本のＵ字管１２を通り、第２室２８の出口孔２９から第２室２８へ導入される。
また、第２室２８は第１室２６より大きな空間であり、第２室２８における出口孔２９の上部には、３個の入口孔３０が形成されている。
第２室２８の入口孔３０は、底板１８側の３本のＵ字管１２と天板１７側に位置する３本のＵ字管１２の間に位置する３本のＵ字管１２における排気ガスの導入側となる直管部１９と連通する。
従って、第２室２８の出口孔２９から第２室２８へ導入された冷媒は、入口孔３０と連通されたＵ字管１２へ流入される。

第３室３１は仕切り壁２２、２３により仕切られて区画された部屋である。
第３室３１は、ヘッダー１４において排気ガスの流れ方向の下流側であって、第１室２６よりもケース１１の天板１７側に形成される。
第３室３１には、３個の出口孔３２が形成されており、出口孔３２は、底板１８側の３本のＵ字管１２と天板１７側に位置する３本のＵ字管１２の間に位置する３本のＵ字管１２における排気ガスの導出側となる直管部１９が接続される。
このため、第２室２８の入口孔３０から底板１８側の３本のＵ字管１２と天板１７側に位置する３本のＵ字管１２の間に位置する３本のＵ字管１２へ導入された冷媒は、第３室３１の出口孔３２から第３室３１へ導入される。
また、第３室３１は第２室２８と同じ大きさ空間を有しており、第３室３１における出口孔３２の上部には、３個の入口孔３３が形成されている。
第３室３１の入口孔３３は、天板１７側の３本のＵ字管１２における排気ガスの導出側となる直管部１９と連通する。
従って、第３室３１の出口孔３２から第３室３１へ導入された冷媒は、入口孔３３と連通されたＵ字管１２へ流入される。

第４室３４は仕切り壁２３、２４により仕切られて区画された部屋である。
第４室３４は、ヘッダー１４において排気ガスの流れ方向の上流側であって、第２室２８よりもケース１１の天板１７側に形成される。
第４室３４には、３個の出口孔３５が形成されており、出口孔３５は、天板１７側の３本のＵ字管１２における排気ガスの導入側となる直管部１９が接続される。
このため、第３室３１の入口孔３３から天板１７側の３本のＵ字管１２へ導入された冷媒は、第４室３４の出口孔３５から第４室３４へ導入される。
第４室３４には、第４室３４内の冷媒を外部へ流出する流出口３６が設けられている。

ヘッダー１４とＵ字管１２が接続されることにより、第１室２６に導入される冷媒はＵ字管１２を通って第２室２８、第３室３１から第４室３４へ供給され、第４室３４から外部へ流出する。
図４に示すように、本実施形態の熱交換器１０は、複数のＵ字管１２とヘッダー１４の構成により、連続する冷媒の流路が形成され、ヘッダー１４に導入された冷媒はケース１１内を何度も通って最終的にヘッダー１４から流出される。

本実施形態では、複数のＵ字管１２は冷媒の流れる向きにより区別される。
底板１８側の３本のＵ字管１２および天板１７側の３本のＵ字管１２では、図３（ａ）に示すように、排気ガスの導出側（下流側）に位置する直管部１９をヘッダー１４から曲管部２０へ向かう往きの冷媒が通る。
そして、排気ガスの導入側（上流側）に位置する直管部１９を曲管部２０からヘッダー１４へ向かう戻りの冷媒が通る。
本実施形態では、底板１８側の３本のＵ字管１２および天板１７側の３本のＵ字管１２を、説明の便宜上、第１Ｕ字管１２Ａとする。

底板１８側の３本のＵ字管１２と天板１７側の３本のＵ字管１２との間に位置する３本のＵ字管１２では、図３（ｂ）に示すように、排気ガスの導入側（上流側）に位置する直管部１９をヘッダー１４から曲管部２０へ向かう往きの冷媒が通る。
そして、排気ガスの導出側（下流側）に位置する直管部１９を曲管部２０からヘッダー１４へ向かう戻りの冷媒が通る。
本実施形態では、底板１８側の３本のＵ字管１２および天板１７側の３本のＵ字管１２との間に位置する３本のＵ字管１２を、説明の便宜上、第２Ｕ字管１２Ｂとする。

第１Ｕ字管１２Ａおよび第２Ｕ字管１２Ｂでは、排気ガスの導入側（上流側）に位置する直管部１９は、排気ガスの導出側（下流側）に位置する直管部１９より高温となり、熱膨張が大きくなる。
第１Ｕ字管１２Ａおよび第２Ｕ字管１２Ｂでは、一対の直管部１９の熱膨張差により、曲管部２０側が排気ガスの導出側へ向かう変形が生じる。
第１Ｕ字管１２Ａでは、低温となった排気ガスが周囲を通過し、かつ戻りの冷媒よりも低温の往きの冷媒が通る直管部１９と高温の排気ガスが周囲を通過する往きの冷媒よりも高温の戻りの冷媒が通る直管部１９との熱膨張差は第２Ｕ字管１２Ｂと比較して大きい。
逆に言うと、第２Ｕ字管１２Ｂでは、高温の排気ガスが周囲を通過する戻りの冷媒よりも低温の往きの冷媒が通る直管部１９と低温となった排気ガスが周囲を通過する往きの冷媒よりも高温の戻りの冷媒が通る直管部１９との熱膨張差は、第１Ｕ字管１２Ａと比較して小さい。
このため、第１Ｕ字管１２Ａにおける熱膨張差による変形は、第２Ｕ字管１２Ｂにおける熱膨張差による変形よりも大きくなる。

本実施形態では、ケース１１内に配置されるＵ字管１２の直管部１９には、多数のフィン１３が装着されている。
フィン１３はステンレス鋼により形成された金属板であり、図１に示すように、フィン１３には直管部１９を挿通する複数の通孔３７が形成されている。
ケース１１の側板１５、１６間の排気ガスの流路は、多数のフィン１３により仕切られ、フィン１３の面は排気ガスの流れ方向に沿う。
互いに隣り合うフィン１３の間には隙間が形成されており、この隙間に排気ガスが流通されることによりフィン１３に排気ガスの熱を伝達し易くする。

本実施形態のフィン１３は、第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとの間において物理的に分断されて分割されている。
このため、フィン１３は、底板１８側の３本の第１Ｕ字管１２Ａおよび天板１７側の３本の第１Ｕ字管１２Ａにそれぞれ装着されている第１フィン部３８と、第２Ｕ字管１２Ｂに装着されている第２フィン部３９の３つの部分に分割されている。
第１Ｕ字管１２Ａおよび第２Ｕ字管１２Ｂの熱膨張差に伴う変形量は異なる。
フィン１３を第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとの間において分断することにより、第１フィン部３８に拘束される第１Ｕ字管１２Ａの群および第２フィン部３９に拘束される第２Ｕ字管１２Ｂの群は互いに独立して変形可能となる。

次に、本実施形態の熱交換器１０による冷媒と排気ガスとの熱交換について説明する。
車両に搭載されたエンジンが駆動される状態では、エンジンの排気ガスは排気管（図示せず）を通り、熱交換器１０を通過する。
熱交換器１０を通過する排気ガスは、多数のフィン１３の面に沿って流れ、フィン１３は高温の排気ガスにより加熱される。

一方、熱交換器１０のＵ字管１２には冷媒が流れており、冷媒はフィン１３、Ｕ字管１２とフィン１３を接合するろう材および直管部１９を介してフィン１３の周囲の排気ガスと熱交換を行う。
第１Ｕ字管１２Ａの戻りの冷媒が通る直管部１９は排気ガスの導入側であるから、高温の排気ガスは第１Ｕ字管１２Ａの戻りの冷媒が通る直管部１９を通過する。
しかも、第１Ｕ字管１２Ａの戻りの冷媒は、往きの冷媒が通る直管部１９において既に排気ガスとの熱交換を行っているので、高温の排気ガスとの熱交換と相俟って往きの冷媒よりもさらに高温となる。
第２Ｕ字管１２Ｂの往きの冷媒が通る直管部１９は排気ガスの導入側であるから、高温の排気ガスは第２Ｕ字管１２Ｂの往きの冷媒が通る直管部１９を通過する。
そして、第２Ｕ字管１２Ｂの戻りの冷媒が通る直管部１９では、低温となった排気ガスは戻りの冷媒が通る直管部１９の周囲を通過する。

従って、第１Ｕ字管１２Ａの戻りの冷媒が通る直管部１９は、高温の排気ガスと往きの冷媒よりも高温になった戻りの冷媒が熱交換するので、低温の排気ガスと戻りの冷媒よりも低温の往きの冷媒が熱交換する往きの冷媒が通る直管部１９よりも高温になり、両直管部１９の管壁の温度差が生じる。
さらに、第２Ｕ字管１２Ｂの往きの冷媒が通る直管部１９は、高温の排気ガスと戻りの冷媒よりも低温の往きの冷媒が熱交換するので、低温の排気ガスと往きの冷媒よりも高温の戻りの冷媒が熱交換する戻りの冷媒が通る直管部１９よりも高温になるが、第２Ｕ字管１２Ｂの管壁の温度差は第１Ｕ字管１２Ａの管壁の温度差よりも小さい。
このため、第１Ｕ字管１２Ａは第２Ｕ字管１２Ｂよりも熱膨張差が大きくなる。
第１Ｕ字管１２Ａは第２Ｕ字管１２Ｂよりも熱膨張差が大きいため、第２Ｕ字管１２Ｂより大きく変形する。
フィン１３が分割されていることから、第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとの間ではフィン１３を介して互いに拘束されることなく、第１Ｕ字管１２Ａは第１フィン部３８毎に変形し、第２Ｕ字管１２Ｂは第２フィン部３９毎に変形する。
つまり、第１Ｕ字管１２Ａの群および第２Ｕ字管１２Ｂの群は、それぞれの熱膨張量に応じてそれぞれ独立して変形する。
このため、第１Ｕ字管１２Ａとケース１１における側板１５との接合部では応力集中が緩和される。

本実施形態に係る熱交換器１０は、以下の作用効果を奏する。
（１）第１Ｕ字管１２Ａは第２Ｕ字管１２Ｂよりも熱膨張差に伴う変形が大きいが、フィン１３が分割されていることから、第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとの間ではフィン１３を介して互いに拘束されることなく、熱膨張差によって生じる変形量に応じてそれぞれ変形することができる。従って、第１Ｕ字管１２Ａとケース１１における側板１５との接合部における応力集中を緩和することができ、第１Ｕ字管１２Ａと側板１５との接合部の破断を防止することができる。
（２）内燃機関における燃焼により高温となる排気ガスを熱交換流体として利用することができ、例えば、熱交換器１０をランキンサイクル装置における蒸発器に適用することができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態に係る熱交換器について説明する。
本実施形態の熱交換器は、ヘッダーの構成と、第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂの位置が第１の実施形態と相違するほか、フィンの一部がケースに固定される点で第１の実施形態と相違する。
本実施形態では、第１の実施形態の形態と同一の構成については第１の実施形態の説明を援用し、共通の符号を用いる。

図５に示す熱交換器４０は、ケース１１と、作動流体としての冷媒を通す複数のＵ字管１２と、Ｕ字管１２にろう付けされた複数のフィン１３と、ケース１１の外で冷媒の流れを反転させるヘッダー４１を備えている。

図６に示すように、ヘッダー４１は外壁４２により密閉された空間を内部に有する箱体であり、内部の空間は仕切り壁４３、４４、４５により４分割され、４個の部屋を有する。
外部から冷媒が流入する流入口４６を備えた第１室４７は、仕切り壁４３、４４により仕切られて区画された部屋である。
第１室４７は、ヘッダー４１において排気ガスの流れ方向の上流側であって、ケース１１の底板１８側に形成される。
第１室４７には、底板１８側の３本のＵ字管１２において排気ガスの導入側となる直管部１９と連通する入口孔４８が形成されている。

第２室４９は、仕切り壁４４、４５により仕切られて区画された部屋である。
第２室４９は、ヘッダー４１において排気ガスの流れ方向の下流側であって、ケース１１の底板１８側に形成される。
第２室４９には、底板１８側の３本のＵ字管１２における排気ガスの導出側となる直管部１９が接続される出口孔５０が形成されている。
このため、流入口４６から第１室４７に導入された冷媒は、第１室４７の入口孔４８から底板１８側の３本のＵ字管１２を通り、第２室２８の出口孔５０から第２室４９へ導入される。
また、第２室４９は第１室４７より大きな空間であり、第２室４９における出口孔５０の上部には、３個の入口孔５１が形成されている。
第２室４９の入口孔５１は、底板１８側の３本のＵ字管１２と天板１７側に位置する３本のＵ字管１２の間に位置する３本のＵ字管１２における排気ガスの導出側となる直管部１９と連通する。
従って、第２室４９の出口孔５０から第２室４９へ導入された冷媒は、入口孔５１と連通されたＵ字管１２へ流入される。

第３室５２は仕切り壁４３、４４により仕切られて区画された部屋である。
第３室５２は、ヘッダー４１において排気ガスの流れ方向の上流側であって、第１室４７よりもケース１１の天板１７側に形成される。
第３室５２には、３個の出口孔５３が形成されており、出口孔５３は、底板１８側の３本のＵ字管１２と天板１７側に位置する３本のＵ字管１２の間に位置する３本のＵ字管１２における排気ガスの導入側となる直管部１９が接続される。
このため、第２室４９の入口孔５１から底板１８側の３本のＵ字管１２と天板１７側に位置する３本のＵ字管１２の間に位置する３本のＵ字管１２へ導入された冷媒は、第３室５２の出口孔５３から第３室５２へ導入される。
また、第３室５２は第２室４９と同じ大きさ空間を有しており、第３室５２における出口孔５３の上部には、３個の入口孔５４が形成されている。
第３室５２の入口孔５４は、天板１７側の３本のＵ字管１２における排気ガスの導入側となる直管部１９と連通する。
従って、第３室５２の出口孔５３から第３室５２へ導入された冷媒は、入口孔５４と連通されたＵ字管１２へ流入される。

第４室５５は仕切り壁４４、４５により仕切られて区画された部屋である。
第４室５５は、ヘッダー４１において排気ガスの流れ方向の下流側であって、第２室４９よりもケース１１の天板１７側に形成される。
第４室５５には、３個の出口孔５６が形成されており、出口孔５６は、天板１７側の３本のＵ字管１２における排気ガスの導出側となる直管部１９が接続される。
このため、第３室５２の入口孔５４から天板１７側の３本のＵ字管１２へ導入された冷媒は、第４室５５の出口孔５６から第４室５５へ導入される。
第４室５５には、第４室５５内の冷媒を外部へ流出する流出口５７が設けられている。

ヘッダー４１とＵ字管１２が接続されることにより、第１室４７に導入される冷媒はＵ字管１２を通って第２室４９、第３室５２から第４室５５へ供給され、第４室５５から外部へ流出する。
本実施形態の熱交換器４０は、複数のＵ字管１２とヘッダー４１の構成により、連続する冷媒の流路が形成され、ヘッダー４１に導入された冷媒はケース１１内を何度も通って最終的にヘッダー４１から流出される。

本実施形態では、複数のＵ字管１２は冷媒の流れる向きにより区別される。
底板１８側の３本のＵ字管１２および天板１７側の３本のＵ字管１２では、排気ガスの導入側（上流側）に位置する直管部１９をヘッダー４１から曲管部２０へ向かう往きの冷媒が通る。
そして、排気ガスの導出側（下流側）に位置する直管部１９を曲管部２０からヘッダー４１へ向かう戻りの冷媒が通る。
従って、本実施形態では、底板１８側の３本のＵ字管１２および天板１７側の３本のＵ字管１２は第２Ｕ字管１２Ｂに相当する。

底板１８側の３本のＵ字管１２と天板１７側の３本のＵ字管１２との間に位置する３本のＵ字管１２では、排気ガスの導出側（下流側）に位置する直管部１９をヘッダー４１から曲管部２０へ向かう往きの冷媒が通る。
そして、排気ガスの導入側（上流側）に位置する直管部１９を曲管部２０からヘッダー４１へ向かう戻りの冷媒が通る。
従って、本実施形態では、底板１８側の３本のＵ字管１２および天板１７側の３本のＵ字管１２との間に位置する３本のＵ字管１２は第１Ｕ字管１２Ａに相当する。

本実施形態のフィン１３は、第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとの間において物理的に分断されて分割されている。
このため、フィン１３は、底板１８側の３本のＵ字管１２および天板１７側の３本の第２Ｕ字管１２Ｂにそれぞれ装着されている第２フィン部３９と、第１Ｕ字管１２Ａに装着されている第１フィン部３８の３つの部分に分割されている。
第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂの熱膨張差に伴う変形量は互いに異なる。
フィン１３を第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとの間において完全に分断することにより、第２フィン部３９に拘束される第２Ｕ字管１２Ｂの群は、第１フィン部３８に拘束される第１Ｕ字管１２Ａの群に対して独立して変形可能となる。

本実施形態では、第２Ｕ字管１２Ｂは第１Ｕ字管１２Ａよりもケース１１の底板１８に接近して配置され、第２Ｕ字管１２Ｂは第１Ｕ字管１２Ａよりもケース１１の天板１７に接近して配置されている。
底板１８側の第２Ｕ字管１２Ｂに装着された第２フィン部３９は、底板１８にろう付けにより固定されている。
また、天板１７側の第２Ｕ字管１２Ｂに装着された第２フィン部３９はケース１１の天板１７にろう付けにより固定されている。
つまり、底板１８側の第２Ｕ字管１２Ｂは第２フィン部３９を介して底板１８に固定され、天板１７側の第２Ｕ字管１２Ｂは第２フィン部３９を介して天板１７に固定されている。
天板１７側および底板１８側の第２Ｕ字管１２Ｂが第２フィン部３９を介してケース１１に固定されることにより、第２Ｕ字管１２Ｂおよび第２フィン部３９の振動が抑制される。
なお、本実施形態では、第２Ｕ字管１２Ｂの変形量は、第１Ｕ字管１２Ａの変形量よりも小さいため、第２フィン部３９を介してケース１１に固定しても、変形による影響は小さい。

次に、本実施形態の熱交換器４０は、第１の実施形態の作用効果（１）、（２）と同等の作用効果を奏する。
さらに言うと、本実施形態の熱交換器４０によれば、天板１７側の第２Ｕ字管１２Ｂが第２フィン部３９を介して天板１７に固定され、底板１８側の第２Ｕ字管１２Ｂが第２フィン部３９を介して底板１８に固定される。
このため、天板１７側および底板１８側の第２Ｕ字管１２Ｂおよび第２Ｕ字管１２Ｂを拘束する第２フィン部３９の振動を抑制することができる。
従って、第２Ｕ字管および第２フィン部３９の振動による第２Ｕ字管１２Ｂの損傷や騒音を低減させることができ、熱交換器４０の耐久性および静粛性の向上を図ることができる。

（変形例）
次に変形例に係るフィンについて説明する。
ここでは、第１の実施形態の熱交換器１０に適用した変形例のフィンについて説明するが、変形例に係るフィンは第２の実施形態の熱交換器４０に適用することも可能である。
第１の実施形態と符号を共通して用いる。

図７に示すフィン１３は、第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとの間において物理的に分離されず繋がっているフィンである。
フィン１３における第１フィン部３８と第２フィン部３９との間は、応力緩和部としての接続部５８が存在する。
本実施形態では、フィン１３の分離箇所に設けられる接続部５８は、排気ガスの導入側（上流側）および導出側（下流側）の側縁に形成されている。
接続部５８は、フィン１３において第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとの間となる部位をスリット状に打ち抜くことにより形成される。
接続部５８は、第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとの熱膨張差により生じる応力を緩和することができるように変形可能な形状および寸法設定となっている。

変形例に係るフィン１３を適用した熱交換器１０では、第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとの間ではフィン１３を介して互いに拘束されることなく、熱膨張差によって生じる変形量に応じてそれぞれ変形することができる。
従って、第１Ｕ字管１２Ａとケース１１における側板１５との接合部における応力集中を緩和することができ、第１Ｕ字管１２Ａと側板１５との接合部の破断を防止することができる。

なお、上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。

○ 上記の実施形態では、熱交換流体を排気ガスとし、作動流体としての冷媒を排気ガスにより加熱する熱交換器としたが、コンデンサのように作動流体を熱交換流体により冷却する熱交換器であってもよい。
○ 第２の実施形態では、第２Ｕ字管フィンをケースにろう付けにより固定したが、フィンは必ずしもろう付けによりケースに固定しなくてもよい。別の手段によりフィンをケースに固定してもよい。なお、第２の実施形態のようにフィンをケースに固定することは必須ではない。
○ 上記の実施形態では、９本のＵ字管を備えた熱交換器であって、３本の第１Ｕ字管および３本の第２Ｕ字管をそれぞれの単位として構成したが、第１Ｕ字管および第２Ｕ字管の本数は特に限定されない。第１Ｕ字管および第２Ｕ字管を少なくともそれぞれ１本以上備えた熱交換器であればよい。
○ 上記の実施形態では、熱交換器をランキンサイクル回路に用いる熱交換器としたが、本発明の熱交換器はランキンサイクル回路以外の熱交換器として使用することができる。また、上記の実施形態では熱交換器を車載用熱交換器としたが、車載用熱交換器に限定されず、例えば、地上に設置される熱交換器であってもよい。
○ 上記の変形例では、フィンにおいて第１Ｕ字管と第２Ｕ字管との間となる部位をスリット状に打ち抜くことで接続部を形成したが、これに限らない。接続部は応力緩和部として第１Ｕ字管と第２Ｕ字管との熱膨張差により生じる応力を緩和することができるように変形可能な形状であればよい。

１０、４０、６０ 熱交換器
１１、６１ ケース
１２、６２ Ｕ字管
１３、６３ フィン
１４、４１、６４ ヘッダー
１５、１６ 側板
１７ 天板
１８ 底板
１９ 直管部
２０ 曲管部
２５、４６ 流入口
２６、４７ 第１室
２７、３０、３３、４８、５１、５４ 入口孔
２８、４９ 第２室
２９、３２、３５、５０、５３、５６ 出口孔
３１、５２ 第３室
３４、５５ 第４室
３６、５７ 流出口
３７ 通孔
３８ 第１フィン部
３９ 第２フィン部
４０ 熱交換器
５８ 接続部（応力緩和部）

Claims (3)

1. 互い並列に配置され、作動流体を通す複数のＵ字管と、
   前記複数のＵ字管が挿入される複数の通孔を備え、前記複数のＵ字管に支持されるフィンと、
   前記複数のＵ字管を支持する支持体と、を備え、
   前記フィンの周囲の熱交換流体と前記作動流体との熱交換を行う熱交換器において、
   前記複数のＵ字管は、
   戻りの作動流体を通す管部が前記熱交換流体の導入側に位置する第１Ｕ字管と、
   戻りの作動流体を通す管部が前記熱交換流体の導出側に位置する第２Ｕ字管と、を有し、
   前記フィンにおいて前記第１Ｕ字管と前記第２Ｕ字管との間が分割されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記支持体を備え、前記複数のＵ字管を収容するケースが備えられ、
   前記フィンは、前記第１Ｕ字管により支持される第１フィン部と、前記第２Ｕ字管に支持される第２フィン部を有し、
   前記第２Ｕ字管は、前記第１Ｕ字管よりも前記ケースに接近して配置されるとともに、
   前記第２フィン部を介して前記ケースに固定されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記熱交換流体は、内燃機関の排気ガスとすることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。

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