JP7023040B2

JP7023040B2 - 熱交換装置

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Publication number: JP7023040B2
Application number: JP2019008822A
Authority: JP
Inventors: 孝範永井
Original assignee: Sankei Giken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sankei Giken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2022-02-21
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: WO2020153106A1; US11486284B2; JP2020118071A; US20220065153A1; CN113316680A

Description

本発明は、例えば自動車の内燃機関の排熱等と熱交換する熱交換装置に関する。

従来、自動車の内燃機関の排熱と熱交換する熱交換装置として特許文献１、２の排熱回収装置がある。これらの排熱回収装置は、排気導入部と排気導出部を有する略筒状の基体の内部に熱交換路と迂回路が上下に配置して設けられ、熱交換路に冷却水が流れる熱交換部が配置されていると共に、熱交換路と迂回路の上流側に設けられたバルブの傾動により、熱交換路への排気の流通と迂回路への排気の流通を切り替えて、必要な熱交換を行えるようになっている。

特開２０１２－３１７９６号公報特開２０１８－１２７９５８号公報

ところで、特許文献１、２の排熱回収装置は上側の熱交換路と下側の迂回路への排気流通を切り替えるものであるが、この構造で熱交換路に加熱流体の排気を流通させると、下流に流れるに従って排気の温度が急激に低下し、熱交換効率が急低下してしまう。この熱交換効率の急低下に対処して所要の熱交換性能を得るためには、熱交換部の熱交換面積を大きくする必要があり、熱交換部や排熱回収装置の全長がかなり長く、大型のものとなってしまう。熱交換装置は、自動車の車体など限られたスペースに設置することも多いため、より小型で熱交換性能に優れるものが求められている。

本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、熱交換性能に優れると共に、長さを短くして小型化を図ることができる熱交換装置を提供することを目的とする。

本発明の熱交換装置は、流体導入部と流体導出部を有する基体の内部に、複数の熱交換分岐路で構成される熱交換路と迂回路が設けられ、前記熱交換分岐路に各々に熱交換部が配置され、前記基体を流通する加熱流体の流れを少なくとも前記熱交換路と前記迂回路のいずれかに規制するように切替可能な切替部を備えることを特徴とする。特に、本発明の熱交換装置は、流体導入部と流体導出部を有する基体の内部に、複数の熱交換分岐路で構成される熱交換路と迂回路が設けられ、複数の前記熱交換分岐路が前記基体の周方向に所定間隔を開けて配置され、複数の前記熱交換分岐路の内側に前記迂回路が配置されており、前記熱交換分岐路に各々に熱交換部が配置され、前記基体を流通する加熱流体の流れを少なくとも前記熱交換路と前記迂回路のいずれかに規制するように切替可能な切替部を備える熱交換装置であって、前記基体の前記流体導入部と前記流体導出部との間に両側に膨らむように形成された膨出部を有し、前記熱交換路が第１の前記熱交換分岐路と第２の前記熱交換分岐路からなり、前記膨出部の両側の膨らみの一方側と他方側に前記第１の熱交換分岐路と前記第２の熱交換分岐路が内設され、前記第１の熱交換分岐路と前記第２の熱交換分岐路の間に前記迂回路が配置されると共に、前記基体を流通する流体の前記第１の熱交換分岐路への流入を規制する第１傾動バルブと、前記基体を流通する流体の前記第２の熱交換分岐路への流入を規制する第２傾動バルブとから前記切替部が構成され、前記第１傾動バルブの第１バルブ板部と前記第２傾動バルブの第２バルブ板部が先端を上流側に向けて略く字状になるように当接し且ついずれか一方の先端部が他方の先端部を覆い、前記基体を流通する流体の前記迂回路への流入を規制する熱交換装置とすると好適である。
これによれば、熱交換時にそれぞれに熱交換部が配置された複数の熱交換分岐路に加熱流体を流すことにより、より高温の加熱流体と被加熱体が熱交換できる範囲を増やすことができ、効率的に熱交換して優れた熱交換性能を発揮することができる。また、より高温の加熱流体と被加熱体が熱交換できる範囲を増やせることから、熱交換部の熱交換面積を大きくし、熱交換部や熱交換装置の全長を長くする必要が無くなり、熱交換部や熱交換装置の長さを短くして小型化を図ることができる。

本発明の熱交換装置は、流体導入部と流体導出部を有する基体の内部に、複数の熱交換分岐路で構成される熱交換路と迂回路が設けられ、前記熱交換分岐路に各々に熱交換部が配置され、前記基体を流通する被加熱流体の流れを少なくとも前記熱交換路と前記迂回路のいずれかに規制するように切替可能な切替部を備えることを特徴とする。特に、本発明の熱交換装置は、流体導入部と流体導出部を有する基体の内部に、複数の熱交換分岐路で構成される熱交換路と迂回路が設けられ、複数の前記熱交換分岐路が前記基体の周方向に所定間隔を開けて配置され、複数の前記熱交換分岐路の内側に前記迂回路が配置されており、前記熱交換分岐路に各々に熱交換部が配置され、前記基体を流通する被加熱流体の流れを少なくとも前記熱交換路と前記迂回路のいずれかに規制するように切替可能な切替部を備える熱交換装置であって、前記基体の前記流体導入部と前記流体導出部との間に両側に膨らむように形成された膨出部を有し、前記熱交換路が第１の前記熱交換分岐路と第２の前記熱交換分岐路からなり、前記膨出部の両側の膨らみの一方側と他方側に前記第１の熱交換分岐路と前記第２の熱交換分岐路が内設され、前記第１の熱交換分岐路と前記第２の熱交換分岐路の間に前記迂回路が配置されると共に、前記基体を流通する流体の前記第１の熱交換分岐路への流入を規制する第１傾動バルブと、前記基体を流通する流体の前記第２の熱交換分岐路への流入を規制する第２傾動バルブとから前記切替部が構成され、前記第１傾動バルブの第１バルブ板部と前記第２傾動バルブの第２バルブ板部が先端を上流側に向けて略く字状になるように当接し且ついずれか一方の先端部が他方の先端部を覆い、前記基体を流通する流体の前記迂回路への流入を規制する熱交換装置とすると好適である。
これによれば、熱交換時にそれぞれに熱交換部が配置された複数の熱交換分岐路に被加熱流体を流すことにより、より高温の加熱体と被加熱流体が熱交換できる範囲を増やすことができ、効率的に熱交換して優れた熱交換性能を発揮することができる。また、より高温の加熱体と被加熱流体が熱交換できる範囲を増やせることから、熱交換部の熱交換面積を大きくし、熱交換部や熱交換装置の全長を長くする必要が無くなり、熱交換部や熱交換装置の長さを短くして小型化を図ることができる。

本発明の熱交換装置は、前記熱交換部が厚さ方向に間隔を開けて複数並置される扁平流通管で構成され、流体が流通する前記扁平流通管の扁平面が前記基体を流通する流体の流れ方向に延設されていることを特徴とする。
これによれば、扁平流通管の扁平面で熱交換面積を増やし、より効率的な熱交換を行えると共に、基体の流体の流れ方向に扁平面を延設する長さ或いは距離を短くすることができ、扁平流通管で構成される熱交換部の長さを短くすることができる。また、この扁平流通管の形状、配置により、基体を流通する流体の圧力損失を低減することができ、スムーズな流体の流れを確保することができる。例えば自動車の内燃機関の排気が基体内を流れる場合、この圧力損失の低減によって内燃機関の背圧を低減し、内燃機関の排気効率、吸気効率、燃焼効率を高めることができる。

本発明の熱交換装置は、複数の前記熱交換分岐路が前記基体の周方向に所定間隔を開けて配置され、複数の前記熱交換分岐路の内側に前記迂回路が配置されていることを特徴とする。
これによれば、所定間隔を開けて配置された複数の熱交換分岐路の内側に迂回路を配置することにより、非熱交換時に流体導入部からの流体の流れを基本的に維持して迂回路に流すことが可能となると共に、熱交換時に流体導入部からの流体の流れを略平均に分散して大きな乱流や渦流が生ずるような大きな変化をさせず熱交換分岐路に流すことが可能となる。即ち、非熱交換時と熱交換時の双方で基体を流通する流体の圧力損失を低減することができ、スムーズな流体の流れを確保することができる。例えば自動車の内燃機関の排気が基体内を流れる場合、この圧力損失の低減によって内燃機関の背圧を低減し、内燃機関の排気効率、吸気効率、燃焼効率を高めることができる。

本発明の熱交換装置は、前記基体の前記流体導入部と前記流体導出部との間に両側に膨らむように形成された膨出部を有し、前記熱交換路が第１の前記熱交換分岐路と第２の前記熱交換分岐路からなり、前記膨出部の両側の膨らみの一方側と他方側に前記第１の熱交換分岐路と前記第２の熱交換分岐路が内設され、前記第１の熱交換分岐路と前記第２の熱交換分岐路の間に前記迂回路が配置されることを特徴とする。
これによれば、膨出部の両側の膨らみの一方側の第１の熱交換分岐路と他方側の第２の熱交換分岐路との間に迂回路を配置することにより、熱交換時と非熱交換時の双方で流体が流通する望ましい流路径を確保することができる。更に、非熱交換時に流体導入部からの流体の流れを基本的に維持して迂回路に流すことが可能となると共に、熱交換時に流体導入部からの流体の流れを略平均に分散して大きな乱流や渦流が生ずるような大きな変化をさせず第１の熱交換分岐路と第２の熱交換分岐路に流すことが可能となる。従って、非熱交換時と熱交換時の双方で基体を流通する流体の圧力損失をより低減することができ、一層スムーズな流体の流れを確保することができる。

本発明の熱交換装置は、前記基体を流通する流体の前記第１の熱交換分岐路への流入を規制する第１傾動バルブと、前記基体を流通する流体の前記第２の熱交換分岐路への流入を規制する第２傾動バルブとから前記切替部が構成され、前記第１傾動バルブの第１バルブ板部と前記第２傾動バルブの第２バルブ板部が先端を上流側に向けて略く字状になるように当接し且ついずれか一方の先端部が他方の先端部を覆い、前記基体を流通する流体の前記迂回路への流入を規制することを特徴とする。
これによれば、第１の熱交換分岐路への流体流入を規制する第１傾動バルブの第１バルブ板部と、第２の熱交換分岐路への流体流入を規制する第２傾動バルブの第２バルブ板部が、先端を上流側に向けて略く字状になるように当接することにより、第１の熱交換分岐路と第２の熱交換分岐路により平均して流体を流入させることができ、流体の圧力損失をより一層低減することができる。また、第１バルブ板部と第２バルブ板部のいずれか一方の先端部が他方の先端部を覆って迂回路への流体流入を規制することにより、熱交換時に迂回路に流体が流入することをより確実に規制することができる。更に、第１バルブ板部と第２バルブ板部のいずれか一方の先端部が他方の先端部を覆う構成により、基体の流体の流れで、先端が上流側を向いた第１バルブ板部と第２バルブ板部の当接、閉鎖状態が開放されることをより確実に防止することができる。

本発明の熱交換装置は、前記基体に、前記基体を流通する加熱流体若しくは被加熱流体の利用路が前記熱交換路と前記迂回路とは別に設けられ、前記切替部が、記基体を流通する加熱流体若しくは被加熱流体の流れの一部を前記利用路に導入可能であることを特徴とする。
これによれば、利用路に導入した加熱流体若しくは被加熱流体を活用し、熱交換機能に加え、例えば熱電変換素子を配置した壁面を暖める、熱電変換素子を配置した発電装置で発電を行う、或いは壁面を冷却して冷房する等の多様な用途に利用することができる。

本発明の熱交換装置は、優れた熱交換性能を発揮することができると共に、長さを短くして小型化を図ることができる。

本発明による実施形態の熱交換装置の斜視図。実施形態の熱交換装置の分解斜視説明図。実施形態の熱交換装置の熱交換停止状態の縦断説明図。実施形態の熱交換装置の熱交換状態の縦断説明図。実施形態の変形例の熱交換器の縦断説明図。

〔実施形態の排熱回収装置〕
本発明による実施形態の熱交換装置１は、図１～図４に示すように、略筒状の基体２を有し、基体２の一方の端部に略筒形の流体導入部２１、他方の端部に略筒形の流体導出部２２が設けられている。基体２の流体導入部２１と流体導出部２２との間には両側に膨らむ形状で膨出部２３が形成され、膨出部２３は内部に広い空間が形成されるように外側に膨出し、全体として基体２は中間部に膨らみを有する略管状で形成されている。本実施形態の基体２では、略筒形の流体導入部２１の軸線と略筒形の流体導出部２２の軸線が略一致するように形成され、膨出部２３は、この流体導入部２１と流体導出部２２から両側の側方に突出するように形成されている。また、本実施形態では、基体２の流体導入部２１から流体導出部２２に向かって排気等の加熱流体が流通するようになっている。

基体２は、一対の半体２４ａ、２４ｂを接合して形成されている。半体２４ａ、２４ｂは、流体導入部２１と流体導出部２２の軸線方向且つ膨出部２３の突出方向に基体２を２分割した形状をなしており、半体２４ａと半体２４ｂは略同一形状で略同一の大きさになっている。半体２４ａと半体２４ｂの合わせ部分は、流体導入部２１の上流側の端部と流体導出部２２の下流側の端部では端面が互いに当接していると共に、その中間部分には嵌合部２４１ａと被嵌合部２４１ｂが高さ違いで外側に膨らむように形成され、嵌合部２４１ａが被嵌合部２４１ｂの内部に嵌合されている。そして、この当接した端面と、嵌合部２４１ａと被嵌合部２４１ｂの重なり面若しくは被嵌合部２４１ｂの端部とをレーザー溶接等で溶接して半体２４ａと半体２４ｂが接合され、基体２として一体化されている。

基体２の膨出部２３に対応する壁部２５には、膨出部２３の外端からそれぞれ所定距離離れた位置にセパレータ３ｍ、３ｎが位置決めして固定されている。膨出部２３の一方側の外端とセパレータ３ｍとの間は第１の熱交換分岐路ＥＲ１、膨出部２３の他方側の外端とセパレータ３ｎとの間は第２の熱交換分岐路ＥＲ２、セパレータ３ｍとセパレータ３ｎとの間は迂回路ＤＲになっており、膨出部２３の両側の膨らみの一方側と他方側に第１の熱交換分岐路ＥＲ１と第２の熱交換分岐路ＥＲ２が内設され、第１の熱交換分岐路ＥＲ１と第２の熱交換分岐路ＥＲ２の間に迂回路ＤＲが配置されている。本実施形態では第１の熱交換分岐路ＥＲ１と第２の熱交換分岐路ＥＲ２で熱交換路が構成され、複数の熱交換分岐路ＥＲ１、ＥＲ２で構成される熱交換路と迂回路ＤＲが基体２の内部に設けられている。

熱交換分岐路ＥＲ１、ＥＲ２の各々には冷却水等の被加熱流体が流通する熱交換部４が配置されている。本実施形態の熱交換部４は、複数の扁平形状の扁平流通管４１と、複数のフィン４２とから構成されている。扁平流通管４１は、厚さ方向に間隔を開けて複数並置され、半体２４ａ、２４ｂの壁部２５に形成されている貫通穴（図示省略）に両端部を嵌着されるようにして半体２４ａ、２４ｂの相互間に架設されていると共に、扁平流通管４１の扁平面４１１は、基体２を流通する流体の流れ方向に延設されている。間隔を開けて積層された複数の扁平流通管４１の周囲には、熱交換分岐路ＥＲ１、ＥＲ２を流通する流体が流れるようになっている。複数のフィン４２は、扁平流通管４１の管路方向に所定間隔を開けて、複数並置された扁平流通管４１に外嵌するように設けられており、フィン４１によって熱交換の伝熱面積を増加させている。

基体２内のセパレータ３ｍ、３ｎの上流側には、基体２を流通する加熱流体の流れを熱交換路と迂回路ＤＲのいずれかに規制するように切替可能な切替部が設けられており、本実施形態の切替部は、基体２を流通する流体の第１の熱交換分岐路ＥＲ１への流入を規制する第１傾動バルブ５ｍと、基体２を流通する流体の第２の熱交換分岐路ＥＲ２への流入を規制する第２傾動バルブ５ｎとから構成される。

第１傾動バルブ５ｍは、第１バルブ板部５１ｍと、第１バルブ板部５１ｍの根元に固定された軸部５２ｍとから構成されている。第１バルブ板部５１ｍは、平板状の基部５１１ｍと、基部５１１ｍの先端で略く字形に屈曲した板状の被覆部５１２ｍを有する形状であり、被覆部５１２ｍの内側には、後述の第２バルブ板部５１ｎを受ける受け部５１３ｍが設けられている。

第２傾動バルブ５ｎは、第２バルブ板部５１ｎと、第２バルブ板部５１ｎの根元に固定された軸部５２ｎとから構成されている。第２バルブ板部５１ｎは全体に亘って平板状であり、熱交換時には、第２バルブ板部５１ｎの先端が第１バルブ板部５１ｍの受け部５１３ｍに当接するようにして、第１傾動バルブ５ｍの第１バルブ板部５１ｍと第２傾動バルブ５ｎの第２バルブ板部５１ｎが先端を流体流れの上流側に向けて略く字状になるように当接し、且つ第１バルブ板部５１ｍの先端部の被覆部５１２ｍで第２バルブ板部５１ｎの先端部を覆い、基体を流通する流体の迂回路ＤＲへの流入を規制するようになっている。尚、第２バルブ板部５１ｎの先端部が第１バルブ板部５１ｍの先端部を覆うように当接する構成とすることも可能である。

第１傾動バルブ５ｍの軸部５２ｍ、第２傾動バルブ５２ｎの軸部５２ｎは、それぞれ半体２４ａ、２４ｂの壁部２５・２５の軸受２６・２６に挿入されて傾動可能に支持され、半体２４ａ、２４ｂの相互間に架設される。第１傾動バルブ５ｍの軸部５２ｍ、第２傾動バルブ５２ｎの軸部５２ｎは、扁平流通管４１から後述の流体連結ユニット８１内に流出される被加熱流体の温度を感知して駆動するサーモアクチュエータ６に接続され、サーモアクチュエータ６の制御、駆動によって傾動するようになっている。尚、切替部に相当する第１傾動バルブ５ｍ、第２傾動バルブ５ｎを駆動制御する機構は、第１傾動バルブ５ｍと第２傾動バルブ５ｎを同時に動作させて開閉可能な機構であれば本発明の趣旨の範囲内で適宜であり、例えば手動入力或いは所定条件充足に基づく制御装置からの制御指令に応じて切替部の切替えを行う構成等としてもよい。また、基体２内の流体導入部２１の下流側端部には、非熱交換時或いは傾動バルブの開状態の時に、第１バルブ板部５１ｍが当接される受け部７ｍと、第２バルブ板部５１ｎが当接される受け部７ｎが配設されている。

基体２の扁平流通管４１の端部が嵌着される貫通穴の外側には、扁平流通管４１に流通させる流体を導入、導出させるための流通連結ユニット８１、８２が設けられ、固定されている。流通連結ユニット８１は、一方側で熱交換分岐路ＥＲ１の扁平流通管４１の端部が嵌着される貫通穴と、熱交換分岐路ＥＲ２の扁平流通管４１の端部が嵌着される貫通穴の外側全体を覆うカバー状であり、流通連結ユニット８１の一連の内部空間で、熱交換分岐路ＥＲ１の扁平流通管４１を流れる流体と、熱交換分岐路ＥＲ２の扁平流通管４１を流れる流体が環流するようになっている。

流通連結ユニット８２は、他方側で熱交換分岐路ＥＲ１の扁平流通管４１の端部が嵌着される貫通穴と、熱交換分岐路ＥＲ２の扁平流通管４１の端部が嵌着される貫通穴の外側全体を覆う連結カバー８２１と、連結カバー８２１に接続されている流体導入管８２２と、連結カバー８２１に接続されている流体導出管８２３とから構成される。連結カバー８２１の内部空間では、熱交換分岐路ＥＲ１の扁平流通管４１に対応する空間と、熱交換分岐路ＥＲ２の扁平流通管４１に対応する空間とが区画されている。

そして、流体導入管８２２から連結カバー８２１の熱交換分岐路ＥＲ１の扁平流通管４１に対応する空間に被加熱流体が流入し、熱交換分岐路ＥＲ１の扁平流通管４１を流れた被加熱流体が流通連結ユニット８１で熱交換分岐路ＥＲ２の扁平流通管４１に還流され、熱交換分岐路ＥＲ２の扁平流通管４１を流れた被加熱流体が連結カバー８２１の熱交換分岐路ＥＲ２の扁平流通管４１に対応する空間に流入し、連結カバー８２１から流体導出管８２３に被加熱流体が流れるようになっている。

本実施形態の熱交換装置１では、例えば自動車の内燃機関の排気管路に基体２を接続して基体２に排気等の加熱流体を流通させる。また、熱交換部４の扁平流通管４１には、例えば冷却水、オイル、空気等の被加熱流体を流通させる。そして、第１傾動バルブ５ｍの第１バルブ板部５１ｍと、第２傾動バルブ５２ｎの第２バルブ板部５１ｎが開状態の時には、図３に示すように、基体２の迂回路ＤＲを加熱流体が太線二点鎖線矢印のように流通する。

また、被加熱流体の温度が所定温度未満に低下する等でサーモアクチュエータ６が第１傾動バルブ５ｍの第１バルブ板部５１ｍと、第２傾動バルブ５２ｎの第２バルブ板部５１ｎを閉状態にした時には、図４に示すように、基体２の第１の熱交換分岐路ＥＲ１と第２の熱交換分岐路ＥＲ２を加熱流体が太線二点鎖線矢印のように流通し、第１の熱交換分岐路ＥＲ１の扁平流通管４１と第２の熱交換分岐路ＥＲ２の扁平流通管４１を流れる被加熱流体を加熱する。尚、被加熱流体の温度が所定温度以上に達した場合等には、サーモアクチュエータ６が第１傾動バルブ５ｍの第１バルブ板部５１ｍと、第２傾動バルブ５２ｎの第２バルブ板部５１ｎを開状態にして被加熱流体の加熱、熱交換を停止する。

本実施形態の熱交換装置１によれば、熱交換時にそれぞれに被加熱流体が流通する熱交換部４が配置された複数の熱交換分岐路ＥＲ１、ＥＲ２に加熱流体を流すことにより、より高温の加熱流体と被加熱流体が熱交換できる範囲を増やすことができ、効率的に熱交換して優れた熱交換性能を発揮することができる。また、より高温の加熱流体と被加熱流体が熱交換できる範囲を増やせることから、熱交換部の熱交換面積を大きくし、熱交換部や熱交換装置の全長を長くする必要が無くなり、熱交換部４や熱交換装置１の長さを短くして小型化を図ることができる。

また、熱交換部４を厚さ方向に間隔を開けて複数並置される扁平流通管４１で構成し、扁平流通管４１の扁平面４１１を基体２を流通する流体の流れ方向に延設することにより、扁平流通管４１の扁平面４１１で熱交換面積を増やし、より効率的な熱交換を行えると共に、基体２の流体の流れ方向に扁平面４１１を延設する長さ或いは距離を短くすることができ、扁平流通管４１で構成される熱交換部４の長さ、熱交換部４の加熱流体の流れ方向の長さを短くすることができる。また、この扁平流通管４１の形状、配置により、基体２を流通する流体の圧力損失を低減することができ、スムーズな流体の流れを確保することができる。例えば自動車の内燃機関の排気が基体２内を流れる場合、この圧力損失の低減によって内燃機関の背圧を低減し、内燃機関の排気効率、吸気効率、燃焼効率を高めることができる。

また、膨出部２３の両側の膨らみの一方側の第１の熱交換分岐路ＥＲ１と他方側の第２の熱交換分岐路ＥＲ２との間に迂回路ＤＲを配置することにより、熱交換時と非熱交換時の双方で流体が流通する望ましい流路径を確保することができる。更に、非熱交換時に流体導入部２１からの流体の流れを基本的に維持して迂回路ＤＲに流すことが可能となると共に、熱交換時に流体導入部２１からの流体の流れを略平均に分散して大きな乱流や渦流が生ずるような大きな変化をさせず第１の熱交換分岐路ＥＲ１と第２の熱交換分岐路ＥＲ２に流すことが可能となる。従って、非熱交換時と熱交換時の双方で基体２を流通する流体の圧力損失をより低減することができ、一層スムーズな流体の流れを確保することができる。

また、第１の熱交換分岐路ＥＲ１への流体流入を規制する第１傾動バルブ５ｍの第１バルブ板部５１ｍと、第２の熱交換分岐路ＥＲ２への流体流入を規制する第２傾動バルブ５ｎの第２バルブ板部５１ｎが、先端を上流側に向けて略く字状になるように当接することにより、第１の熱交換分岐路ＥＲ１と第２の熱交換分岐路ＥＲ２により平均して流体を流入させることができ、流体の圧力損失をより一層低減することができる。また、第１バルブ板部５１ｍと第２バルブ板部５１ｎのいずれか一方の先端部が他方の先端部を覆って迂回路ＤＲへの流体流入を規制することにより、熱交換時に迂回路ＤＲに流体が流入することをより確実に規制することができる。更に、第１バルブ板部５１ｍと第２バルブ板部５１ｎのいずれか一方の先端部が他方の先端部を覆う構成により、基体２の流体の流れで、先端が上流側を向いた第１バルブ板部５１ｍと第２バルブ板部５１ｎの当接、閉鎖状態が開放されることをより確実に防止することができる。

〔本明細書開示発明の包含範囲〕
本明細書開示の発明は、発明として列記した各発明、実施形態の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な内容を本明細書開示の他の内容に変更して特定したもの、或いはこれらの内容に本明細書開示の他の内容を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な内容を部分的な作用効果が得られる限度で削除して上位概念化して特定したものを包含する。そして、本明細書開示の発明には下記変形例や追記した内容も含まれる。

例えば上記実施形態の熱交換装置１では、基体２の流体導入部２１から流体導出部２２に向かって加熱流体を流通させ、熱交換部４の扁平流通管４１内に被加熱流体を流通させる例について説明したが、基体２の流体導入部２１から流体導出部２２に向かって被加熱流体を流通させ、熱交換部４の扁平流通管４１内に加熱流体を流通させる構成も本発明に含まれる。この場合にも、より高温の加熱流体と被加熱流体が熱交換できる範囲を増やすことができ、効率的に熱交換して優れた熱交換性能を発揮することができる。また、より高温の加熱流体と被加熱流体が熱交換できる範囲を増やせることから、熱交換部の熱交換面積を大きくし、熱交換部や熱交換装置の全長を長くする必要が無くなり、熱交換部４や熱交換装置１の長さを短くして小型化を図ることができる。

また、本発明における基体２を流通する加熱流体又は被加熱流体の流れを熱交換路と迂回路ＤＲのいずれかに規制するように切替可能な切替部の構成は、上記実施形態の傾動バルブ５ｍ、５ｎ以外にも本発明の趣旨の範囲内で適宜である。また、本発明における基体２の構成は本発明の趣旨の範囲内で適宜であり、上記実施形態の半体２４ａ、２４ｂに限定されない。

また、上記実施形態では２個の熱交換分岐路ＥＲ１、ＥＲ２で熱交換路を構成したが、熱交換路を構成する熱交換分岐路の数は２個以上の複数であれば本発明に含まれる。また、複数の熱交換分岐路ＥＲ１、ＥＲ２等は、基体２等の周方向に所定間隔を開けて配置し、複数の熱交換分岐路ＥＲ１、ＥＲ２等の内側に迂回路ＤＲ等を配置する構成とすることが好ましい。この構成により、非熱交換時に流体導入部２１等からの流体の流れを基本的に維持して迂回路ＤＲ等に流すことが可能となると共に、熱交換時に流体導入部２１等からの流体の流れを略平均に分散して大きな乱流や渦流が生ずるような大きな変化をさせず熱交換分岐路ＥＲ１、ＥＲ２等に流すことが可能となる。

また、熱交換分岐路ＥＲ１、ＥＲ２等にそれぞれ設ける熱交換部４は、同一構成或いは同一性能を有する構成とし、それぞれの熱交換分岐路ＥＲ１、ＥＲ２等に流通させる加熱流体又は被加熱流体の流量、流速を略同一とすると、熱交換効率を一層高めることができて好ましい。また、熱交換路を構成する熱交換分岐路と迂回路の基体内での配置は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨の範囲内で適宜である。

また、本発明の熱交換装置における加熱流体と被加熱流体は、適用可能な適宜の液体、気体とすることが可能である。また、本発明の熱交換装置における被加熱体には、被加熱流体の他に、加温される固体の熱利用機器のような被加熱固体も含まれ、又、本発明の熱交換装置における加熱体には、加熱流体の他に加熱固体も含まれる。また、本発明の熱交換装置は、例えば自動車に設置する熱交換装置として使用すると好適であるが、これ以外の適宜の熱交換装置とすることが可能である。

また、本発明の熱交換装置では、図５に示すように、基体２に、基体２を流通する加熱流体若しくは被加熱流体の利用路９を熱交換路と迂回路ＤＲと別に設け、切替部を、基体２を流通する加熱流体若しくは被加熱流体の流れの一部を利用路９に導入可能な構成としても良好である。図５の例の切替部は、第１傾動バルブ５ｍ、第２傾動バルブ５ｎに加え、第３バルブ板部５１ｐと軸部５２ｐで構成される第３傾動バルブ５ｐを有し、第３傾動バルブ５ｐが、基体２を流通する加熱流体若しくは被加熱流体の流れの一部を利用路９に導入可能且つ進入規制可能になっている。第３傾動バルブ５ｐは、制御装置からの制御指令等に応じて、第１傾動バルブ５ｍ、第２傾動バルブ５ｎと独立して開閉制御可能にすることが好ましい。この構成例によれば、利用路９に導入した加熱流体若しくは被加熱流体を活用し、熱交換機能に加え、例えば熱電変換素子を配置した壁面を暖める、熱電変換素子を配置した発電装置で発電を行う、或いは壁面を冷却して冷房する等の多様な用途に利用することができる。

本発明は、例えば自動車の内燃機関の排気から排熱を回収する場合等に利用することができる。

１…熱交換装置２…基体２１…流体導入部２２…流体導出部２３…膨出部２４ａ、２４ｂ…半体２４１ａ…嵌合部２４１ｂ…被嵌合部２５…壁部２６…軸受３ｍ、３ｎ…セパレータ４…熱交換部４１…扁平流通管４１１…扁平面４２…フィン５ｍ…第１傾動バルブ５１ｍ…第１バルブ板部５１１ｍ…基部５１２ｍ…被覆部５１３ｍ…受け部５２ｍ…軸部５ｎ…第２傾動バルブ５１ｎ…第２バルブ板部５２ｎ…軸部５ｐ…第３傾動バルブ５１ｐ…第３バルブ板部５２ｐ…軸部６…サーモアクチュエータ７ｍ、７ｎ…受け部８１、８２…流通連結ユニット８２１…連結カバー８２２…流体導入管８２３…流体導出管９…利用路ＥＲ１…第１の熱交換分岐路ＥＲ２…第２の熱交換分岐路ＤＲ…迂回路

Claims

流体導入部と流体導出部を有する基体の内部に、複数の熱交換分岐路で構成される熱交換路と迂回路が設けられ、
複数の前記熱交換分岐路が前記基体の周方向に所定間隔を開けて配置され、
複数の前記熱交換分岐路の内側に前記迂回路が配置されており、
前記熱交換分岐路に各々に熱交換部が配置され、
前記基体を流通する加熱流体の流れを少なくとも前記熱交換路と前記迂回路のいずれかに規制するように切替可能な切替部を備える熱交換装置であって、
前記基体の前記流体導入部と前記流体導出部との間に両側に膨らむように形成された膨出部を有し、
前記熱交換路が第１の前記熱交換分岐路と第２の前記熱交換分岐路からなり、
前記膨出部の両側の膨らみの一方側と他方側に前記第１の熱交換分岐路と前記第２の熱交換分岐路が内設され、
前記第１の熱交換分岐路と前記第２の熱交換分岐路の間に前記迂回路が配置されると共に、
前記基体を流通する流体の前記第１の熱交換分岐路への流入を規制する第１傾動バルブと、前記基体を流通する流体の前記第２の熱交換分岐路への流入を規制する第２傾動バルブとから前記切替部が構成され、
前記第１傾動バルブの第１バルブ板部と前記第２傾動バルブの第２バルブ板部が先端を上流側に向けて略く字状になるように当接し且ついずれか一方の先端部が他方の先端部を覆い、前記基体を流通する流体の前記迂回路への流入を規制することを特徴とする熱交換装置。
流体導入部と流体導出部を有する基体の内部に、複数の熱交換分岐路で構成される熱交換路と迂回路が設けられ、
複数の前記熱交換分岐路が前記基体の周方向に所定間隔を開けて配置され、
複数の前記熱交換分岐路の内側に前記迂回路が配置されており、
前記熱交換分岐路に各々に熱交換部が配置され、
前記基体を流通する被加熱流体の流れを少なくとも前記熱交換路と前記迂回路のいずれかに規制するように切替可能な切替部を備える熱交換装置であって、
前記基体の前記流体導入部と前記流体導出部との間に両側に膨らむように形成された膨出部を有し、
前記熱交換路が第１の前記熱交換分岐路と第２の前記熱交換分岐路からなり、
前記膨出部の両側の膨らみの一方側と他方側に前記第１の熱交換分岐路と前記第２の熱交換分岐路が内設され、
前記第１の熱交換分岐路と前記第２の熱交換分岐路の間に前記迂回路が配置されると共に、
前記基体を流通する流体の前記第１の熱交換分岐路への流入を規制する第１傾動バルブと、前記基体を流通する流体の前記第２の熱交換分岐路への流入を規制する第２傾動バルブとから前記切替部が構成され、
前記第１傾動バルブの第１バルブ板部と前記第２傾動バルブの第２バルブ板部が先端を上流側に向けて略く字状になるように当接し且ついずれか一方の先端部が他方の先端部を覆い、前記基体を流通する流体の前記迂回路への流入を規制することを特徴とする熱交換装置。
前記熱交換部が厚さ方向に間隔を開けて複数並置される扁平流通管で構成され、
流体が流通する前記扁平流通管の扁平面が前記基体を流通する流体の流れ方向に延設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換装置。
前記基体に、前記基体を流通する加熱流体若しくは被加熱流体の利用路が前記熱交換路と前記迂回路とは別に設けられ、
前記切替部が、前記基体を流通する加熱流体若しくは被加熱流体の流れの一部を前記利用路に導入可能であることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の熱交換装置。