JP2016200346A - 熱交換器及び廃熱回収装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】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。【解決手段】熱交換器1は、作動流体Mが流入する流入タンク部30と、作動流体Mが流出する流出タンク部31と、流入タンク部30及び流出タンク部31の間に設けられた中間部32と、を含む第1流路層4を備える。第1流路層4は、流入タンク部30において作動流体Mの流入方向に沿って延びる複数の熱交換フィン40、及び、流出タンク部31において作動流体Mの流出方向に沿って延びる複数の熱交換フィン44の少なくとも一方と、中間部32において熱交換フィン40,44の少なくとも一方と交差する方向に沿って延びる熱交換フィン42と、備える。熱交換フィン40,44の少なくとも一方は、形成する複数のチャンネル41,45のうち隣接する一対のチャンネル間で作動流体Mが流通可能な形状を有する。【選択図】図3

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 (4)

  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と、
    前記中間部において前記第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、
    前記第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前記第1流体が流通可能な形状を有する、熱交換器。
  2. 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記載の熱交換器。
  3. 前記第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、請求項1又は2記載の熱交換器。
  4. 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1〜3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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