JP6911816B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関する。

特許文献１に記載の熱交換器は、扁平形状に形成され、熱交換対象物と熱交換する熱媒体が内部を流通する流路管と、流路管の内部に配置され、熱交換対象物と熱媒体との伝熱面積を増大させる板状のインナーフィンと、を備えている。

特開２０１６−１５２３０２号公報

従来、熱交換器では、一方向に流れる流体（熱媒体）が、一方向に長く延びた熱交換路に一方向から流入し、熱交換路から一方向へ流出する。このように、熱交換路が一方向に長く延びているため、流体の圧力損失が高くなる。一方、流体の圧力損失を低下させるために、熱交換路の流路断面積を大きくすると、単位流量当たりの流体が熱交換部材（インナーフィン）と接触する接触面積が減ってしまう。これにより、流体から熱交換部材への伝熱量が減ってしまう。

本発明の課題は、一方向に流れる流体が一方向に長く延びた熱交換路に一方向から流入し、熱交換路から一方向へ流出する場合と比して、流体の圧力損失が高くなるのを抑制した上で、流体から熱交換部材への伝熱量を増やすことである。

第１態様に係る熱交換器は、一方向に延びていると共に端部から前記一方向に流れる流体が流入して前記一方向に流れる流入路と、前記一方向に対して交差する交差方向で前記流入路と離間して前記一方向に延びていると共に前記一方向に流れる流体が端部から流出する流出路との間に、前記一方向に並んで複数配置され、前記流入路と前記流出路とを前記交差方向に繋いでおり、熱交換対象部材と流体との間で熱交換するための熱交換部材で形成されている熱交換路であって、前記交差方向における長さをＬとし、流路幅をＷ１とすると下記式（１）が満たされている前記熱交換路を有する熱交換器であって、前記流入路を前記一方向に流れる流体の流れを止め、流体を前記熱交換路に案内する案内部材を有することを特徴とする。
Ｗ１／２≦Ｌ≦５Ｗ１・・・・・（１）

上記構成によれば、流体は、一方向に延びている流入路の端部から流入路へ流入し、一方向へ流れる。さらに、流入路を流れる流体は、案内部材によって一方向への流れが止められ、流れ方向を変えて、一方向に並んで複数配置された熱交換路を夫々流れる（案内される）。また、熱交換路を形成している熱交換部材を介して、熱交換路を流れる流体と熱交換対象部品との間で熱交換が行われる。さらに、複数の熱交換路を夫々流れる流体は、流れ方向を変えて、一方向に延びている流出路へ流入し、流出路から流出する。

以上説明したように、熱交換路は複数設けられている。さらに、流入路から熱交換路へ流入する流体は、流れ方向を変えて熱交換路へ流入する。また、熱交換路から流出路へ流入する流体は、流れ方向を変えて流出路へ流入する。さらに、交差方向における熱交換路の長さをＬとし、熱交換路の流路幅をＷ１とすると下記式（１）が満たされている。

Ｗ１／２≦Ｌ≦５Ｗ１・・・・・（１）

このため、一方向に流れる流体が一方向に長く延びた熱交換路に一方向から流入し、熱交換路から一方向へ流出する場合と比して、流体の圧力損失が高くなるのを抑制した上で、流体から熱交換部材への伝熱量を増やすことができる。

第２態様に係る熱交換器は、第１態様に記載の熱交換器において、前記一方向に流れる流体が前記流出路の端部から前記流出路に流入するのを抑制する抑制部材を有することを特徴とする。

上記構成によれば、抑制部材が、一方向に流れる流体が流出路の端部から流出路に流入するのを抑制する。つまり、熱交換路から流出路に流入する流体を妨げる流体が流出路に流入するのが抑制されている。このため、一方向に流れる流体が流出路の端部から流出路に流入する場合と比して、熱交換路を通過する流体の流量を増やすことができる。

第３態様に係る熱交換器は、第１態様又は第２態様に記載の熱交換器において、前記流入路を挟んで両側に、前記熱交換路及び前記流出路が夫々形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、流入路を挟んで両側に、熱交換路及び流出路が夫々形成されている。このため、流入路の片側だけに、熱交換路及び流出路が形成されている場合と比して、流体から熱交換部材への伝熱量を増やすことができる。

第４態様に係る熱交換器は、第１態様〜第３態様の何れか一態様に記載の熱交換器において、前記流入路は複数形成され、前記流出路は複数形成され、前記流入路と前記流出路とは交互に並んでいることを特徴とする。

上記構成によれば、流入路は複数形成され、流出路は複数形成され、流入路と流出路とは交互に並んでいる。このため、流出路及び流出路の少なくとも一方が１個である場合と比して、流体から熱交換部材への伝熱量を増やすことができる。

第５態様に係る熱交換器は、第１態様〜第４態様の何れか一態様に記載の熱交換器において、前記流入路において前記熱交換路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって狭くなっていることを特徴とする。

上記構成によれば、流入路において熱交換路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって狭くなっている。このため、流入路の流路幅が一定の場合と比して、流入路から、一の熱交換路へ流入する流体の流量と、他の熱交換路へ流入する流量との差を少なくすることができる。

第６態様に係る熱交換器は、第１態様〜第５態様の何れか一態様に記載の熱交換器において、前記流出路において前記熱交換路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって広くなっていることを特徴とする。

上記構成によれば、流出路において熱交換路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって広くなっている。このため、流出路の流路幅が一定の場合と比して、一の熱交換路から流出路へ流入する流体の流量と、他の熱交換路から流出路へ流入する流体の流量との差を少なくすることができる。

第７態様に係る熱交換器は、第１態様〜第６態様の何れか一態様に記載の熱交換器において、前記流入路、前記流出路、及び前記熱交換路は、平行な２枚の平面の間に形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、流入路、流出路、及び熱交換路は、平行な２枚の平面の間に形成されている。このため、管材を用いて、流入路、流出路、及び熱交換路を形成する場合と比して、簡易な構成で流入路、流出路、及び熱交換路を形成することができる。

本発明によれば、一方向に流れる流体が一方向に長く延びた熱交換路に一方向から流入し、熱交換路から一方向へ流出する場合と比して、流体の圧力損失が高くなるのを抑制した上で、流体から熱交換部材への伝熱量を増やすことができる。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器を示した平面図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の第１実施形態に係る熱交換器を示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器の特性を説明するのに用いた説明図である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の比較形態に係る熱交換器を示した平面図、断面図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器を示した平面図である。 本発明の第３実施形態に係る熱交換器を示した平面図である。 本発明の第４実施形態に係る熱交換器を示した平面図である。 本発明の第４実施形態に係る熱交換器を示した拡大平面図である。 本発明の実施形態に対する変形形態に係る熱交換器を示した平面図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る熱交換器の一例について図１〜図４を用いて説明する。なお、図中に示す矢印Ｈは、装置の上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｗは、装置の幅方向（水平方向）を示し、矢印Ｄは、装置の奥行方向（水平方向）を示す。

（全体構成）
本第１実施形態に係る熱交換器１０は、例えば、流体（熱媒体）としての給水Ｇ１と、熱交換対象部材（冷却対象部材）である電子部品Ｅとの間で熱交換するための装置である。具体的には、流体としての給水Ｇ１を用いて、電子部品Ｅを冷却する装置である。

この熱交換器１０は、図１に示されるように、熱交換器１０へ流入する給水Ｇ１が流れる流入路１２と、熱交換が終了した排水Ｇ２が流れる流出路２２とを有している。さらに、熱交換器１０は、電子部品Ｅ（図２（Ｂ）参照）と給水Ｇ１との間で熱交換するための熱交換フィン３４、３６で形成されている熱交換路３２を複数有している。熱交換フィン３４、３６は、アルミニウムや銅等の高い熱伝導性を有する金属製のプレートを積層し、これらのプレートを接合して構成されている板状の部材である。つまり、熱交換フィン３４、３６とは、例えば、熱伝導率７０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以上の金属又は金属の積層体である。熱交換フィン３４、３６は、熱交換部材の一例である。

そして、流入路１２、流出路２２、及び熱交換路３２は、図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、装置上下方向に離間すると共に平行な２枚の平面４０Ａ、４２Ａの間に形成されている。具体的には、熱交換器１０は、装置上下方向に離間すると共に金属材料を用いて成形された２個の板材４０、４２を備えている。そして、板材４０の流入路１２、流出路２２、及び熱交換路３２側が平面４０Ａとされており、板材４２の流入路１２、流出路２２、及び熱交換路３２側が平面４２Ａとされている。

また、電子部品Ｅは、図２（Ｂ）に示されるように、熱交換路３２に対して板材４２を挟んで反対側で、板材４２において平面４２Ａの反対側の平面４２Ｂと接触している。

本実施形態では、平面間の距離（図中Ｈ１）は、熱交換路３２の流路幅Ｗ１（詳細は後述）と比して長くされている。

〔流入路１２〕
流入路１２は、図１、図２（Ａ）に示されるように、装置奥行方向に延びている。さらに、長手方向に対して直交する方向で切断した流入路１２の形状は、矩形状とされており、装置奥行方向において同様の形状とされている。装置奥行方向は、一方向の一例である。

また、流入路１２は、流入路１２の装置幅方向の一方側（図中左側）の側板１４Ａと、流入路１２の装置幅方向の他方側（図中右側）の側板１４Ｂと、流入路１２の装置奥行方向の奥側の底板１６とを含んで形成されている。さらに、側板１４Ａ、１４Ｂ、及び底板１６は、金属材料を用いて成形されている。底板１６は案内部材の一例である。

また、流入路１２において装置幅方向の他方側には、熱交換路３２の一端が臨んでいる。具体的には、流入路１２において装置幅方向の他方側については、装置奥行方向の手前側から奥側に、側板１４Ｂ、及び熱交換路３２がこの順番で並んでいる。なお、本実施形態では、側板１４Ｂの装置奥行方向の長さ、及び流入路１２の流路幅（図２（Ａ）のＢ１）は、熱交換路３２の流路幅Ｗ１（詳細は後述）に対して±３０〔％〕以内の長さとされている。

この構成において、給水Ｇ１は、流入路１２において装置奥行方向の手前側の端部から流入し、流入路１２を装置奥行方向の手前側から奥側へ流れる。

〔流出路２２〕
流出路２２は、図１、図２（Ｃ）に示されるように、装置幅方向で流入路１２と離間し、装置奥行方向に延びている。さらに、長手方向に対して直交する方向で切断した流出路の形状は、矩形状とされており、装置奥行方向において同様の形状とされている。

また、流出路２２は、流出路２２の装置幅方向の他方側（流入路１２とは反対側）の側板２４Ａと、流出路２２の装置幅方向の一方側（流入路１２側）の側板２４Ｂと、流出路２２の装置奥行方向の手前側の底板２６とで形成されている。さらに、側板２４Ａ、２４Ｂ、及び底板２６は、金属材料を用いて形成されている。底板２６は、抑制部材の一例である。

また、流出路２２において装置幅方向の一方側には、熱交換路３２の他端が臨んでいる。具体的には、流出路２２において装置幅方向の一方側については、装置奥行方向の奥側から手前側に、側板２４Ｂ、及び熱交換路３２がこの順番で並んでいる。なお、本実施形態では、側板２４Ｂの装置奥行方向の長さ、及び流出路２２の流路幅（図２（Ｃ）のＢ２）は、熱交換路３２の流路幅Ｗ１（詳細は後述）と同様の寸法とされている。

この構成において、排水Ｇ２は、流出路２２を装置奥行方向の手前側から奥側へ流れ、流出路２２において装置奥行方向の奥側の端部から流出する。また、底板２６は、装置奥行方向に流れる流体が流出路２２の端部から流出路２２に流入するのを抑制する。

〔熱交換路３２〕
熱交換路３２は、図１、図２（Ｂ）に示されるように、装置奥行方向に並んで３個配置されており、流入路１２と流出路２２とを装置幅方向に繋いでいる。装置幅方向は、交差方向の一例である。

さらに、長手方向に対して直交する方向で切断した熱交換路３２の形状は、矩形状とされており、装置幅方向において同様の形状とされている。そして、熱交換路３２の一端は、流入路１２に臨んでおり、熱交換路３２の他端は、流出路２２に臨んでいる。

熱交換路３２は、熱交換路３２の装置奥行方向の両側の熱交換フィン３４、３６で形成されている。熱交換フィン３４は、隣り合う熱交換路３２を仕切るように２個配置されている。また、熱交換フィン３６は、装置奥行方向から２個の熱交換フィン３４を挟むように２個配置されている。なお、以下の説明では、便宜上、３個の熱交換路３２については、装置奥行方向の手前側から順に、熱交換路３２Ａ、熱交換路３２Ｂ、熱交換路３２Ｃと称することがある。

本実施形態では、熱交換フィン３６の厚さは、一例として、２〔ｍｍ〕以上４〔ｍｍ〕以下とされており、熱交換フィン３４の厚さは、熱交換フィン３６の厚さの２倍とされている。また、熱交換路３２の流路幅（図２（Ｂ）のＷ１）は、４〔ｍｍ〕以上８〔ｍｍ〕以下とされている。

さらに、熱交換路３２の長さ（図１のＬ）と、熱交換路３２の流路幅Ｗ１とについては、下記式（１）が満たされている。

Ｗ１／２≦Ｌ≦５Ｗ１・・・・・（１）

なお、熱交換路３２の長さＬは、熱交換路３２の中心線と熱交換路３２を形成している熱交換フィン３４、３６の一端を結んだ線との交点から、熱交換路３２の中心線と熱交換路３２を形成している熱交換フィン３４、３６の他端を結んだ線との交点までの長さである。

（作用）
次に、熱交換器１０の作用について、比較形態に係る熱交換器５００と比較しつつ説明する。先ず、比較形態に係る熱交換器５００の構成について説明する。

〔熱交換器５００の構成〕
熱交換器５００は、図４（Ａ）に示されるように、装置奥行方向に延びている熱交換路５３２を備えている。この熱交換路５３２は、図４（Ｂ）に示されるように、装置上下方向に離間すると共に平行な２枚の平面４０Ａ、４２Ａの間に形成されている。また、熱交換路５３２は、熱交換路５３２の装置幅方向の両側の熱交換フィン５３４を含んで形成されている。

熱交換フィン５３４は、アルミニウムや銅等の高い熱伝導性を有する金属製のプレートを積層し、これらのプレートを接合して構成されている板状の部材であり、熱交換フィン５３４の厚さは、熱交換器１０の熱交換フィン３６の厚さと同様とされている。また、熱交換路５３２の流路幅（図４（Ｂ）のＢ４）は、熱交換器１０における熱交換路３２の流路幅Ｗ１（図２（Ｂ）参照）と同様とされている。さらに、熱交換路５３２の長さ（図４のＬ１０）については、熱交換器１０における熱交換路３２の長さＬ（図１参照）の３倍とされている。

つまり、熱交換路５３２の長さＬ１０は、３個の熱交換路３２の長さＬの合計と同様とされており、熱交換器５００の熱交換路５３２の流路容積は、熱交換器１０の３個の熱交換路３２における流路容積の合計と同様とされている。また、熱交換器５００の熱交換路５３２を流れる給水Ｇ１と熱交換フィン５３４との接触面積は、熱交換器１０の熱交換路３２を流れる給水Ｇ１と熱交換フィン３４、３６との接触面積の合計と同様とされている。

また、電子部品Ｅは、熱交換路５３２に対して板材４２を挟んで反対側で、板材４２において平面４２Ａの反対側の平面４２Ｂと接触するように配置されている。

〔熱交換器５００の作用〕
給水Ｇ１は、図４（Ａ）に示す熱交換路５３２の装置奥行方向の手前側の端部から熱交換路５３２へ流入する。本実施形態では、一例として、２５〔℃〕の給水Ｇ１が、空間速度３００〔ｈ^−１〕で熱交換路５３２へ流入する。

熱交換路５３２へ流入した給水Ｇ１は、熱交換路５３２を装置奥行方向の奥側へ流れる（図中矢印Ｋ１）。さらに、板材４２及び熱交換フィン５３４を介して、熱交換路５３２を流れる給水Ｇ１と電子部品Ｅとの間で熱交換が行われる。これにより、電子部品Ｅが冷却される。また、熱交換が終了した排水Ｇ２が、熱交換路５３２の装置奥行方向の奥側の端部から流出する。

〔熱交換器１０の作用〕
給水Ｇ１は、図１（Ａ）に示す流入路１２において装置奥行方向の手前側の端部から流入路１２へ流入する。本実施形態では、一例として、２５〔℃〕の給水Ｇ１が、空間速度３００〔ｈ^−１〕で流入路１２へ流入する。流入路１２へ流入した給水Ｇ１は、流入路１２を装置奥行方向の奥側へ流れる（図中矢印Ｍ１）。

流入路１２を流れる給水Ｇ１の一部は、流れ方向を装置幅方向に変えて熱交換路３２Ａへ流入する（図中矢印Ｍ２）。また、熱交換路３２Ａへ流入した給水Ｇ１は、熱交換路３２Ａを装置幅方向へ流れる（図中矢印Ｍ３）。さらに、板材４２及び熱交換フィン３４、３６を介して、熱交換路３２Ａを流れる給水Ｇ１と電子部品Ｅとの間で熱交換が行われる。

また、熱交換が終了した排水Ｇ２は、熱交換路３２Ａから流れ方向を装置奥行方向に変えて流出路２２へ流入する（図中矢印Ｍ４）。流出路２２へ流入した排水Ｇ２は、流出路２２を装置奥行方向の奥側へ流れ、流出路２２の装置奥行方向の奥側から流出する（図中矢印Ｍ５）。

また、流入路１２を流れる給水Ｇ１の他の一部は、流れ方向を装置幅方向に変えて熱交換路３２Ｂへ流入する（図中矢印Ｍ６）。また、熱交換路３２Ｂへ流入した給水Ｇ１は、熱交換路３２Ａを装置幅方向へ流れる（図中矢印Ｍ７）。さらに、板材４２及び一対の熱交換フィン３４を介して、熱交換路３２Ｂを流れる給水Ｇ１と電子部品Ｅとの間で熱交換が行われる。

また、熱交換が終了した排水Ｇ２は、熱交換路３２Ｂから流れ方向を装置奥行方向に変えて流出路２２へ流入する（図中矢印Ｍ８）。流出路２２へ流入した排水Ｇ２は、流出路２２を装置奥行方向の奥側へ流れ、流出路２２の装置奥行方向の奥側から流出する（図中矢印Ｍ５）。

さらに、流入路１２を流れる給水Ｇ１の残部は、底板１６によって装置奥行方向への流れが止められて熱交換路３２Ｃ側に案内される。そして、給水Ｇ１は、流れ方向を装置幅方向に変えて熱交換路３２Ｃへ流入する（図中矢印Ｍ９）。また、熱交換路３２Ｃへ流入した給水Ｇ１は、熱交換路３２Ｃを装置幅方向へ流れる（図中矢印Ｍ１０）。さらに、板材４２及び熱交換フィン３４、３６を介して、熱交換路３２Ｃを流れる給水Ｇ１と電子部品Ｅ（図２（Ｂ）参照）との間で熱交換が行われる。

また、熱交換が終了した排水Ｇ２は、熱交換路３２Ｃから流れ方向を装置奥行方向に変えて流出路２２へ流入する（図中矢印Ｍ１１）。流出路２２へ流入した排水Ｇ２は、流出路２２を装置奥行方向の奥側へ流れ、流出路２２の装置奥行方向の奥側から流出する（図中矢印Ｍ５）。

これにより、熱交換路３２Ａを単位時間当たりに流れる給水Ｇ１の流量、及び熱交換路３２Ｂを単位時間当たりに流れる給水Ｇ１の流量は、熱交換器５００の熱交換路５３２を単位時間当たりに流れる給水Ｇ１の流量と比して少なくなる。さらに、熱交換路３２Ｃを単位時間当たりに流れる給水Ｇ１の流量は、熱交換器５００の熱交換路５３２を単位時間当たりに流れる給水Ｇ１の流量と比して少なくなる。

また、熱交換路３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの夫々の長さＬは、熱交換器５００の熱交換路５３２の長さＬ１０の１／３とされている。このため、熱交換器１０では、熱交換器５００と比して、熱交換路３２を流れる給水Ｇ１の圧力損失が高くなるのが抑制されている。

ここで、図３を用いて、一方向（図中左右方向）に延びた熱交換路６３２を流れる給水Ｇ１から熱交換フィン６３４へ熱が伝達される様子について説明する。

図３に示されるように、給水Ｇ１が熱交換路６３２に熱交換路６３２の一端（図中左端）から流入すると、熱交換フィン６３４側を流れる部分の給水Ｇ１の熱（温度の低い熱）が、熱交換フィン６３４に伝達される。つまり、熱交換フィン６３４側を流れる部分の給水Ｇ１の温度が高くなる。具体的には、温度が高くなった給水Ｇ１の部分が、給水Ｇ１の流れ方向の上流側から下流側に向かって増加する。

このため、温度が低いままの給水Ｇ１−１と、温度が高くなった給水Ｇ１−２とに境界層Ｓ１が生じる。この境界層Ｓ１と熱交換フィン６３４とは、給水Ｇ１の流れ方向の上流側から下流側に向かうに従って流路幅方向で離れ、何れ、境界層Ｓ１と熱交換フィン６３４との距離は一定となる（飽和する）。ここで、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析を行いこの解析結果から得た知見に基づき、熱交換路６３２の流入口から、境界層Ｓ１と熱交換フィン６３４との距離が一定となる位置までの距離（図中Ｌ５０）は、熱交換路６３２の流路幅（図中Ｗ５０）の５倍程度である。

ここで、熱交換路６３２において流入口から流路幅Ｗ５０の５倍の長さ以下の領域を領域Ｒ１とし、熱交換路６３２において流入口から流路幅Ｗ５０の５倍の長さより長い領域を領域Ｒ２とする。そうすると、領域Ｒ１では、領域Ｒ２と比して、温度が低いままの給水Ｇ１−１と熱交換フィン６３４との距離が近く、給水Ｇ１の温度の低い熱が効果的に熱交換フィン６３４に伝達される（放熱される）。

また、単位流量当たりの給水Ｇ１が熱交換フィン６３４と接触する接触面積を確保する観点から、熱交換路６３２の長さは、熱交換路６３２の流入口から流路幅Ｗ５０の半分の長さ以上であることが好ましい。

以上より、熱交換路６３２の長さは、給水Ｇ１の温度の低い熱を効果的に熱交換フィン６３４に伝達させる観点から、流路幅Ｗ５０の半分の長さ以上で、かつ、流路幅Ｗ５０の５倍の長さ以下であることが好ましい。

ここで、本実施形態では、熱交換器１０の熱交換路３２の長さＬは、前述した式（１）を満たしている。つまり、熱交換路３２の長さＬは、流路幅Ｗ１の半分の長さ以上で、かつ、流路幅Ｗ１の５倍の長さ以下である。

また、熱交換器１０では、図１に示されるように、流入路１２を流れる給水Ｇ１は、流れ方向を装置幅方向に変えて熱交換路３２へ流入する（図１の矢印Ｍ２、Ｍ６、Ｍ９）。このため、熱交換器１０では、給水Ｇ１が流れ方向を変えずに熱交換路へ流入する場合と比して、前述した境界層Ｓ１の形成が開始される位置が、給水Ｇ１の流れ方向の下流側へ移動する。これにより、熱交換器１０では、給水Ｇ１から熱交換フィン３４、３６への伝熱量が増えている。

また、熱交換器１０では、図１に示されるように、熱交換路３２を流れる排水Ｇ２は、流れ方向を装置幅方向に変えて流出路２２へ流入する（図１の矢印Ｍ４、Ｍ８、Ｍ１１）。このため、熱交換器１０では、排水Ｇ２が流れ方向を変えずに熱交換路から流出する場合と比して、熱交換路３２において排水Ｇ２の流れ方向の下流側の部分の境界層Ｓ１が乱される。これにより、熱交換器１０では、給水Ｇ１から熱交換フィン３４、３６への伝熱量が増えている。

また、熱交換器１０では、熱交換路３２Ａを流れる給水Ｇ１の流路長と、熱交換路３２Ｂを流れる給水Ｇ１の流路長と、熱交換路３２Ｃを流れる給水Ｇ１の流路長とが同様となる。このため、流路長が異なる場合と比して、給水Ｇ１から満遍なく熱が熱交換フィン３４、３６へ伝達される。

また、熱交換器１０では、流入路１２及び流出路２２は、装置奥行方向に延びている。これにより、装置奥行方向へ流れる給水Ｇ１が流入路１２へ流入し、熱交換が終了した排水Ｇ２が流出路２２から装置奥行方向へ流出する。つまり、熱交換器１０は、装置奥行方向から流入した給水Ｇ１を、排水Ｇ２として装置奥行方向へ流出させる。

（まとめ）
以上説明したように、熱交換器１０では、熱交換器５００と比して、熱交換路３２を流れる給水Ｇ１の圧力損失が高くなるのを抑制した上で、給水Ｇ１から熱交換フィン３４、３６への伝熱量を増やすことができる。

また、熱交換器１０では、前述したように、装置奥行方向から流入した給水Ｇ１を、排水Ｇ２として装置奥行方向へ流出させることができる。つまり、熱交換器１０では、熱交換器１０に流入する給水Ｇ１の流れ方向と、熱交換器１０から流出する排水Ｇ２の流れ方向とを同様の方向にすることができる。

また、底板１６が、流入路１２を装置奥行方向に流れる給水Ｇ１の流れを止め、給水Ｇ１を熱交換路３２に案内する。これにより、流入路１２を流れる全ての給水Ｇ１の流れ方向を変えて、給水Ｇ１を熱交換路３２へ流入させることができる。

底板２６が、装置奥行方向に流れる給水Ｇ１等の流体が流出路２２の端部から流出路２２に流入するのを抑制する。つまり、熱交換路３２から流出路２２に流入する排水Ｇ２を妨げる流体が流出路２２に流入するのが抑制されている。このため、装置奥行方向に流れる流体が流出路の端部から流出路に流入する場合と比して、熱交換路３２を通過する排水Ｇ２の流量を増やすことができる。

また、流入路１２、流出路２２、及び熱交換路３２は、平行な２枚の平面４０Ａ、４２Ａの間に形成されている。このため、管材を用いて、流入路、流出路、及び熱交換路を形成する場合と比して、簡易な構成で流入路１２、流出路２２、及び熱交換路３２を形成することができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る熱交換器の一例について図５を用いて説明する。なお、第２実施形態については、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

第２実施形態に係る熱交換器１１０は、図５に示されるように、装置奥行方向に延びている流入路１２の中心線Ｃ１に対して対称とされている。具体的には、熱交換器１１０は、熱交換フィン３４、３６に対応した熱交換フィン１３４、１３６と、熱交換路３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに対応した熱交換路１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃと、流出路２２に対応した流出路１２２とを有している。さらに、熱交換器１１０は、側板２４Ａ、２４Ｂに対応した側板１２４Ａ、１２４Ｂと、底板２６に対応した底板１２６と、側板１４Ｂに対応した側板１１４Ｂとを有している。このように、流入路１２を挟んで両側に、熱交換路３２、１３２及び流出路２２、１２２が夫々形成されている。

この構成において、給水Ｇ１は、熱交換器１１０の流入路１２の装置奥行方向の手前側の端部から流入路１２へ流入する（図中矢印Ｍ１）。

流入路１２を流れる給水Ｇ１の一部は、流れ方向を装置幅方向に変えて熱交換路３２Ａ、１３２Ａへ流入する（図中矢印Ｍ２−１、Ｍ２−２）。また、熱交換路３２Ａ、１３２Ａへ流入した給水Ｇ１は、熱交換路３２Ａ、１３２Ａを装置幅方向へ流れる（図中矢印Ｍ３−１、Ｍ３−２）。さらに、板材４２及び熱交換フィン３４、３６、熱交換フィン１３４、１３６を介して、熱交換路３２Ａ、１３２Ａを流れる給水Ｇ１と電子部品Ｅとの間で熱交換が行われる。

また、熱交換が終了した排水Ｇ２は、熱交換路３２Ａ、１３２Ａから流れ方向を装置奥行方向に変えて流出路２２、１２２へ流入する（図中矢印Ｍ４−１、Ｍ４−２）。流出路２２、１２２へ流入した排水Ｇ２は、流出路２２、１２２を装置奥行方向の奥側へ流れ、流出路２２、１２２の装置奥行方向の奥側の端部から流出する（図中矢印Ｍ５−１、Ｍ５−２）。

また、流入路１２を流れる給水Ｇ１の他の一部は、熱交換路３２Ｂ、１３２Ｂへ流入する（図中矢印Ｍ６−１、Ｍ６−２）。熱交換路３２Ｂ、１３２Ｂへ流入した給水Ｇ１は、熱交換路３２Ｂ、１３２Ｂを流れる（図中矢印Ｍ７−１、Ｍ７−２）。さらに、板材４２及び熱交換フィン３４、熱交換フィン１３４を介して、熱交換路３２Ｂ、１３２Ｂを流れる給水Ｇ１と電子部品Ｅとの間で熱交換が行われる。

また、熱交換が終了した排水Ｇ２は、熱交換路３２Ｂ、１３２Ｂから流出路２２、１２２へ流入する（図中矢印Ｍ８−１、Ｍ８−２）。流出路２２、１２２へ流入した排水Ｇ２は、流出路２２、１２２の装置奥行方向の奥側の端部から流出する（図中矢印Ｍ５−１、Ｍ５−２）。

また、流入路１２を流れる給水Ｇ１の残部は、底板１６によって装置奥行方向への流れが止められて熱交換路３２Ｃ、１３２Ｃ側に案内される。そして、給水Ｇ１は、流れ方向を装置幅方向に変えて熱交換路３２Ｃ、１３２Ｃへ流入する（図中矢印Ｍ９-１、Ｍ９-２）。熱交換路３２Ｃ、１３２Ｃへ流入した給水Ｇ１は、熱交換路３２Ｃ、１３２Ｃを流れる（図中矢印Ｍ１０−１、Ｍ１０−２）。さらに、板材４２及び熱交換フィン３４、３６、熱交換フィン１３４、１３６を介して、熱交換路３２Ｃ、１３２Ｃを流れる給水Ｇ１と電子部品Ｅとの間で熱交換が行われる。

また、熱交換が終了した排水Ｇ２は、熱交換路３２Ｃ、１３２Ｃから流出路２２、１２２へ流入する（図中矢印Ｍ１１−１、Ｍ１１−２）。流出路２２、１２２へ流入した排水Ｇ２は、流出路２２、１２２の装置奥行方向の奥側の端部から流出する（図中矢印Ｍ５−１、Ｍ５−２）。

以上説明したように、本第２実施形態の熱交換器１１０では、熱交換路３２Ａ、１３２Ａ、熱交換路３２Ｂ、１３２Ｂ、及び熱交換路３２Ｃ、１３２Ｃが、装置幅方向におけて流入路１２の両側に形成されている。このため、熱交換器１０と比して、給水Ｇ１から熱交換フィン３４、３６、熱交換フィン１３４、１３６への伝熱量を増やすことができる。具体的には、給水Ｇ１が一方側にのみ流れ方向を変えて熱交換路３２に流入する場合と比して、給水Ｇ１が一方側及び他方側に流れ方向を変えて熱交換路３２、１３２に流入する。このため、給水Ｇ１と熱交換フィン３４、３６、熱交換フィン１３４、１３６とを効果的に接触させることができ、前述した伝熱量を増やすことができる。他の作用については、第１実施形態の作用と同様である。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る熱交換器の一例について図６を用いて説明する。なお、第３実施形態については、第２実施形態と異なる部分を主に説明する。

第３実施形態に係る熱交換器２１０は、図６に示されるように、装置奥行方向に延びている流出路１２２の中心線Ｃ２に対して対称とされている。具体的には、熱交換器２１０は、流入路１２に対応した流入路２１２と、熱交換フィン３４、３６に対応した熱交換フィン２３４、２３６と、熱交換フィン１３４、１３６に対応した熱交換フィン２８４、２８６とを有している。さらに、熱交換器２１０は、熱交換路３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに対応した熱交換路２３２Ａ、２３２Ｂ、２３２Ｃと、熱交換路１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃに対応した熱交換路２８２Ａ、２８２Ｂ、２８２Ｃとを有している。また、熱交換器２１０は、流出路２２に対応した流出路２２２と、側板２４Ａ、２４Ｂに対応した側板２２４Ａ、２２４Ｂと、底板２６に対応した底板２２６とを有している。さらに、熱交換器２１０は、側板１４Ｂ、１１４Ｂに対応した側板２１４Ｂ、２６４Ｂと、側板１２４Ｂに対応して側板２７４Ｂと、底板１６に対応した底板２１６とを有している。底板２１６は、案内部材の一例である。

この構成において、流出路１２２には、熱交換路１３２Ａ、２８２Ａから流入した排水Ｇ２、熱交換路１３２Ｂ、２８２Ａから流入した排水Ｇ２、及び熱交換路１３２Ｃ、２８２Ｃから流入した排水Ｇ２が流入する。そして、流出路１２２へ流入した排水Ｇ２は、流出路１２２の装置奥行方向の奥側の端部から流出する。

以上説明したように、熱交換器２１０では、流入路１２、１２２は２個（複数）形成され、流出路２２、１２２、２２２は３個（複数）形成されており、流入路１２、１２２と流出路２２、１２２、２２２とは交互に並んでいる。これにより、流入路及び流出路の少なくとも一方が１個の場合と比して、給水Ｇ１から熱交換フィン３４、３６、熱交換フィン１３４、１３６、熱交換フィン２３４、２３６、熱交換フィン２８４、２８６への伝熱量を増やすことができる。他の作用については、第２実施形態の作用と同様である。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る熱交換器の一例について図７、図８を用いて説明する。なお、第４実施形態については、第３実施形態と異なる部分を主に説明する。

第４実施形態に係る熱交換器３１０では、流入路１２において熱交換路３２、１３２が臨んでいる部分の流路幅は、給水Ｇ１の流れ方向において上流側から下流側に向かって狭くなっている。また、熱交換器３１０では、流入路２１２において熱交換路２３２、２８２が臨んでいる部分の流路幅は、給水Ｇ１の流れ方向において上流側から下流側に向かって狭くなっている。

さらに、熱交換器３１０では、流出路２２において、熱交換路３２が臨んでいる部分の流路幅は、排水Ｇ２の流れ方向の上流側から下流側に向かって広くなっている。また、熱交換器３１０では、流出路１２２において、熱交換路１３２、２８２が臨んでいる部分の流路幅は、排水Ｇ２の流れ方向の上流側から下流側に向かって広くなっている。さらに、熱交換器３１０では、流出路２２２において、熱交換路２３２が臨んでいる部分の流路幅は、排水Ｇ２の流れ方向の上流側から下流側に向かって広くなっている。

具体的には、熱交換フィン３４、３６の装置幅方向の位置、熱交換フィン１３４、１３６の装置幅方向の位置、熱交換フィン２３４、２３６の装置幅方向の位置、及び熱交換フィン２８４、２８６の装置幅方向の位置が、隣の熱交換フィンに対して装置幅方向にずれている。さらに、熱交換器３１０の流出路２２、１２２、２２２の流出口の流路幅は、熱交換器２１０の流出路の流出口の流路幅と比して広くなっている。これにより、流入路１２、２１２、及び流出路２２、１２２、２２２の流路幅が変えられている。

以上の構成において、熱交換器３１０では、流入路の流路幅が一定の場合と比して、流入路１２から、熱交換路３２Ａへ流入する給水Ｇ１の流量と、熱交換路３２Ｂへ流入する給水Ｇ１の流量と、熱交換路３２Ｃへ流入する給水Ｇ１の流量との互いの差を少なくすることができる。

また、熱交換器３１０では、流入路の流路幅が一定の場合と比して、流入路１２から、熱交換路１３２Ａへ流入する給水Ｇ１の流量と、熱交換路１３２Ｂへ流入する給水Ｇ１の流量と、熱交換路１３２Ｃへ流入する給水Ｇ１の流量との互いの差を少なくすることができる。

なお、流入路２１２から各熱交換路へ流入する給水Ｇ１の流量についても同様である。

また、熱交換器３１０では、流出路の流路幅が一定の場合と比して、熱交換路３２Ａから流出路２２へ流入する排水Ｇ２の流量と、熱交換路３２Ｂから流出路２２へ流入する排水Ｇ２の流量と、熱交換路３２Ｃから流出路２２へ流入する排水Ｇ２の流量との互いの差を少なくすることができる。

なお、各熱交換路から流出路１２２へ流入する排水Ｇ２の流量、及び各熱交換路から流出路２２２へ流入する排水Ｇ２の流量についても同様である。

また、他の作用については、第３実施形態の作用と同様である。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、給水Ｇ１は、流入路１２、２１２を装置奥行方向の手前側から奥側に流れ、排水Ｇ２は、流出路２２、１２２、２２２を装置奥行方向の手前側から奥側に流れた。このように、給水Ｇ１と排水Ｇ２とが同じ方向に流れたが、排水Ｇ２が給水Ｇ１に対して逆方向に流れてもよい。つまり、排水Ｇ２が装置奥行方向の奥側から手前側に流れてもよい。

また、上記第３、第４実施形態では、流入路１２、１２２は２個形成され、流出路２２、１２２、２２２は３個形成されたが、流入路が３個以上形成されてもよく、流出路が４個以上形成されてもよい。

また、上記実施形態では、装置上下方向から見て、熱交換路は、流入路及び流出路が延びている装置奥行方向に対して直交する直交方向に延びて、流入路と流出路とを繋いていた。しかし、熱交換路が、流入路及び流出路が延びている方向に対して交差する交差方向に延びて、流入路と流出路とを繋いでいればよい。

また、上記実施形態では、流入路と流出路とが同じ方向に延びていたが、流入路が延びている方向と熱交換路が延びている方向とが交差しており、かつ、流出路が延びている方向と熱交換路が延びている方向とが交差していればよい。

また、上記実施形態では、熱媒体の流体として、水を用いたが、他の流体であってもよい。例えば、油、水蒸気、二酸化炭素等であってもよい。

また、上記実施形態では、電子部品（熱交換対象物）を冷却したが、熱交換対象物を加熱してもよく、保温してもよい。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、図９に示されるように、熱交換フィンをＶ字状に配置してもよい。

１０ 熱交換器
１２ 流入路
１６ 底板（案内部材の一例）
２２ 流出路
２６ 底板（抑制部材の一例）
３２ 熱交換路
３２Ａ 熱交換路
３２Ｂ 熱交換路
３２Ｃ 熱交換路
３４ 熱交換フィン（熱交換部材の一例）
３６ 熱交換フィン（熱交換部材の一例）
４０Ａ 平面
４２Ａ 平面
１１０ 熱交換器
１２２ 流出路
１２６ 底板（抑制部材の一例）
１３２ 熱交換路
１３２Ａ 熱交換路
１３２Ｂ 熱交換路
１３２Ｃ 熱交換路
１３４ 熱交換フィン（熱交換部材の一例）
１３６ 熱交換フィン（熱交換部材の一例）
２１０ 熱交換器
２１２ 流入路
２１６ 底板（案内部材の一例）
２２２ 流出路
２２６ 底板（抑制部材の一例）
２３２ 熱交換路
２３２Ａ 熱交換路
２３２Ｂ 熱交換路
２３２Ｃ 熱交換路
２３４ 熱交換フィン（熱交換部材の一例）
２３６ 熱交換フィン（熱交換部材の一例）
２８２ 熱交換路
２８２Ａ 熱交換路
２８２Ｂ 熱交換路
２８２Ｃ 熱交換路
２８４ 熱交換フィン（熱交換部材の一例）
２８６ 熱交換フィン（熱交換部材の一例）
３１０ 熱交換器

Claims (7)

1. 一方向に延びていると共に端部から前記一方向に流れる流体が流入して前記一方向に流れる流入路と、前記一方向に対して交差する交差方向で前記流入路と離間して前記一方向に延びていると共に前記一方向に流れる流体が端部から流出する流出路との間に、前記一方向に並んで複数配置され、前記流入路と前記流出路とを前記交差方向に繋いでおり、熱交換対象部材と流体との間で熱交換するための熱交換部材で形成されている熱交換路であって、前記交差方向における長さをＬとし、流路幅をＷ１とすると下記式（１）が満たされている前記熱交換路と、
   前記流入路を前記一方向に流れる流体の流れを止め、流体を前記熱交換路に案内する案内部材と、
   を有し、
   前記流出路は、複数形成され、
   前記流入路は、１個又は複数形成され、
   複数の前記流出路の端部の総断面積は、１個又は複数の前記流入路の端部の総断面積よりも大きい、熱交換器。
   Ｗ１／２≦Ｌ≦５Ｗ１・・・・・（１）
2. 前記一方向に流れる流体が前記流出路の端部から前記流出路に流入するのを抑制する抑制部材を有する請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記流入路を挟んで両側に、前記熱交換路及び前記流出路が夫々形成されている請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記流入路は複数形成され、
   前記流出路は複数形成され、
   前記流入路と前記流出路とは交互に並んでいる請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換器。
5. 前記流入路において前記熱交換路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって狭くなっている請求項１〜４の何れか１項に記載の熱交換器。
6. 前記流出路において前記熱交換路が臨んでいる部分の流路幅は、流体が流れる流れ方向において上流側から下流側に向かって広くなっている請求項１〜５の何れか１項に記載の熱交換器。
7. 前記流入路、前記流出路、及び前記熱交換路は、平行な２枚の平面の間に形成されている請求項１〜６の何れか１項に記載の熱交換器。
   

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