WO2014054412A1 - 熱交換器 - Google Patents

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WO2014054412A1
WO2014054412A1 PCT/JP2013/074986 JP2013074986W WO2014054412A1 WO 2014054412 A1 WO2014054412 A1 WO 2014054412A1 JP 2013074986 W JP2013074986 W JP 2013074986W WO 2014054412 A1 WO2014054412 A1 WO 2014054412A1
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WO
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shaped
shaped tube
tube
refrigerant
tubes
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/074986
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English (en)
French (fr)
Inventor
和雄 片山
井口　雅夫
英文 森
榎島　史修
文彦 石黒
Original Assignee
株式会社 豊田自動織機
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Publication date
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Priority claimed from JP2012246672A external-priority patent/JP2014095503A/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0475—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits having a single U-bend
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger, and more particularly to a heat exchanger provided with a U-shaped tube for passing a working fluid and a fin for heat exchange fixed to the U-shaped tube.
  • a heat exchanger 200 having a structure shown in FIG. 14 is known.
  • the heat exchanger 200 shown in FIG. 14 includes a case 201, a plurality of U-shaped tubes 202 through which a working fluid passes, a number of fins 203 supported by the plurality of U-shaped tubes 202, and an operation returned from the U-shaped tubes 202.
  • a header 204 is provided for passing fluid to another U-tube.
  • the heat exchange fluid (indicated by the white arrow in FIG. 14) passes around the U-shaped tube 202 and the fin 203, but exchanges heat in a direction intersecting with the working fluid passing through the U-shaped tube 202. Fluid flows.
  • the high temperature heat exchange fluid passes through the heat exchange fluid introduction side of the U-shaped tube 202, and the low temperature heat exchange fluid passes through the outlet side of the U-shaped tube 202.
  • the return working fluid in the U-shaped tube 202 is the heat exchange fluid introduction side, and the return working fluid in the U-shaped tube 202 is the heat exchange fluid.
  • the U-shaped tube 202 on the derivation side is mixed.
  • the plurality of U-tubes 202 include a U-tube 202 that passes the working fluid before phase change during heat exchange, and a U-tube 202 that contains the working fluid that changes phase. And a U-shaped tube 202 containing the working fluid after the phase change.
  • the heat exchanger disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of plate fins and a medium tube penetrating the plate fins.
  • a part of the medium pipe is connected to the inlet header section, and the other medium pipe connected to the inlet header section is connected to an outlet header pipe provided in parallel with the inlet header pipe.
  • the plurality of plate fins are divided at portions close to each other among the medium pipes connected to the inlet header portion and the outlet header portion.
  • thermal expansion is performed in the pipe portion through which the forward working fluid passes and in the pipe portion through which the return working fluid passes. There is a difference.
  • the U-shaped tube 202 that passes the working fluid before the phase change at the time of heat exchange the U-shaped tube 202 that contains the working fluid that changes the phase, and the U-shaped tube that contains the working fluid after the phase change.
  • a difference in thermal expansion occurs with the character tube 202.
  • the amount of deformation in the U-shaped tube 202 where the return working fluid becomes the heat exchange fluid introduction side is larger than that of the U-shape tube 202 where the returned working fluid becomes the heat exchange fluid lead-out side.
  • Patent Document 1 only discloses that the fins are divided at a portion where the temperature in the plurality of heat medium tubes is different.
  • An object of the present invention is to provide a heat exchanger that can alleviate stress concentration at a joint portion between a U-shaped tube and a support that supports the U-shaped tube.
  • a first aspect of the present invention includes a plurality of U-shaped tubes that are arranged in parallel with each other and pass a working fluid, and a plurality of through holes into which the plurality of U-shaped tubes are inserted.
  • a heat exchanger including fins supported by the plurality of U-shaped tubes and a support body supporting the plurality of U-shaped tubes is provided. Heat exchange is performed between the heat exchange fluid around the fins and the working fluid.
  • the plurality of U-shaped tubes include a first U-shaped tube in which a return working fluid passage is positioned on the introduction side of the heat exchange fluid, and a tube portion in which the return working fluid is passed on the discharge side of the heat exchange fluid. And a second U-shaped tube. The fin is divided between the first U-tube and the second U-tube.
  • a second aspect of the present invention includes a plurality of U-shaped tubes that are arranged in parallel to each other and pass a working fluid, and a plurality of through holes into which the plurality of U-shaped tubes are inserted.
  • a heat exchanger is provided that includes a fin to be supported and a support that supports the plurality of U-shaped tubes. Heat exchange is performed between the heat exchange fluid around the fins and the working fluid, and the working fluid undergoes a phase change in the U-shaped tube by heat exchange with the heat exchange fluid.
  • the plurality of U-shaped tubes include a first U-shaped tube including a region before phase change before phase change of the working fluid during heat exchange and a phase change region including a phase change region of the working fluid during heat exchange.
  • a 2U-shaped tube and a third U-shaped tube including a post-phase change region after the working fluid undergoes a phase change during heat exchange. The fin is divided between the pre-phase change region and the phase change region.
  • FIG. 6 is a view taken along line 6-6 in FIG.
  • FIG. 12 is a view on arrow 12-12 in FIG. 11. It is a front view of the fin which concerns on a modification. It is a perspective view which shows the outline
  • the heat exchanger according to the present embodiment is an on-vehicle heat exchanger mounted on a vehicle, and in particular, uses waste heat of an engine as an internal combustion engine mounted on the vehicle, and converts the heat energy of the waste heat into mechanical energy. It is a vehicle-mounted heat exchanger provided in a Rankine cycle circuit that converts to a heat sink.
  • the heat exchanger 10 shown in FIG. 1 is installed in an exhaust pipe (not shown) through which engine exhaust gas (indicated by the white arrow F in FIG. 1) flows.
  • the exhaust gas corresponds to a heat exchange fluid.
  • the heat exchanger 10 reverses the flow of the refrigerant outside the case 11, a plurality of U-shaped tubes 12 through which refrigerant as working fluid passes, a plurality of fins 13 brazed to the U-shaped tubes 12, and the case 11. And a header 14 to be used.
  • the case 11 includes a pair of side plates 15, 16, a top plate 17, and a bottom plate 18. A space for accommodating the fins 13 is formed.
  • the top plate 17 and the bottom plate 18 of the case 11 are not limited to those positioned above and below, but indicate a pair of wall plates that intersect the side plates 15 and 16.
  • Case 11 of this embodiment is formed of stainless steel.
  • each U-shaped tube 12 includes a pair of straight pipe portions 19 that are parallel to each other and a curved pipe portion that connects the pair of straight pipe portions 19 to each other. 20.
  • the U-shaped tube 12 of this embodiment is made of stainless steel.
  • the U-shaped tube 12 is disposed horizontally in the case 11 so that the pair of straight tube portions 19 are positioned forward and backward in the flow direction of the exhaust gas, and the exhaust gas passes through the U-shaped tube 12. It arrange
  • a plurality of U-shaped tubes 12 are arranged in parallel in the vertical direction in the case 11 so that the adjacent U-shaped tubes 12 are positioned vertically from the top plate 17 toward the bottom plate 18.
  • nine U-tubes 12 are accommodated in the case 11.
  • a plurality of through holes are formed in the side plate 15 of the case 11, and the straight pipe portions 19 of the U-shaped tube 12 are respectively inserted into the through holes and brazed to the side plate 15.
  • the side plate 15 corresponds to a support that supports the U-shaped tube 12.
  • the end of the straight pipe portion 19 that is inserted into the through hole and protrudes to the outside of the case 11 is connected to the header 14 disposed on the outside of the case 11 by brazing, and forms the base portion of the U-shaped tube 12.
  • the bent tube portion 20 of the U-shaped tube 12 faces the side plate 16 of the case 11 in the case 11.
  • the header 14 is a box having a space sealed by an outer wall 21 inside.
  • the space inside the header 14 is divided into four by partition walls 22, 23 and 24.
  • the header 14 has four rooms.
  • the first chamber 26 is a room that includes an inlet 25 through which a refrigerant flows from the outside and is partitioned by the partition walls 22 and 23.
  • the first chamber 26 is formed downstream of the header 14 in the exhaust gas flow direction and on the bottom plate 18 side of the case 11, that is, the lower side.
  • the first chamber 26 is formed with an inlet hole 27 that communicates with the straight pipe portion 19 on the exhaust gas outlet side in the lower three U-shaped tubes 12.
  • the second chamber 28 is a room partitioned off by the partition walls 23 and 24.
  • the second chamber 28 is formed on the upstream side of the header 14 in the flow direction of the exhaust gas and below the case 11.
  • the second chamber 28 is formed with an outlet hole 29 to which the straight pipe portion 19 on the exhaust gas introduction side of the three lower U-shaped tubes 12 is connected.
  • the refrigerant introduced from the inlet 25 into the first chamber 26 passes through the three U-shaped pipes 12 below the inlet hole 27 of the first chamber 26, and passes through the outlet hole 29 of the second chamber 28 to the second chamber 28. Introduced into.
  • the second chamber 28 has a larger space than the first chamber 26.
  • Three inlet holes 30 are formed in the upper portion of the outlet hole 29 in the second chamber 28.
  • the inlet hole 30 of the second chamber 28 has three U-shaped tubes positioned between the lower three U-shaped tubes 12 and the three U-shaped tubes 12 positioned on the top plate 17 side, that is, the upper side. 12 communicates with the straight pipe portion 19 on the exhaust gas introduction side, that is, the upstream side. Accordingly, the refrigerant introduced from the outlet hole 29 of the second chamber 28 into the second chamber 28 flows into the U-shaped tube 12 communicated with the inlet hole 30.
  • the refrigerant introduced into the three U-shaped tubes 12 positioned between the lower three U-shaped tubes 12 and the upper three U-shaped tubes 12 from the inlet hole 30 of the second chamber 28 is The third chamber 31 is introduced into the third chamber 31 through the outlet hole 32 of the third chamber 31.
  • the third chamber 31 has the same size as the second chamber 28.
  • Three inlet holes 33 are formed in the upper portion of the outlet hole 32 in the third chamber 31.
  • the inlet hole 33 of the third chamber 31 communicates with the exhaust pipe outlet side, that is, the downstream straight pipe portion 19 in the upper three U-shaped pipes 12.
  • the refrigerant introduced from the outlet hole 32 of the third chamber 31 into the third chamber 31 flows into the U-shaped tube 12 communicated with the inlet hole 33.
  • the fourth chamber 34 is a room partitioned by the partition walls 23 and 24.
  • the fourth chamber 34 is formed upstream of the header 14 in the exhaust gas flow direction and above the case 11 relative to the second chamber 28.
  • Three outlet holes 35 are formed in the fourth chamber 34.
  • the outlet hole 35 is connected to the straight pipe portion 19 on the exhaust gas introduction side of the upper three U-shaped tubes 12.
  • the refrigerant introduced into the upper three U-shaped tubes 12 from the inlet hole 33 of the third chamber 31 is introduced into the fourth chamber 34 from the outlet hole 35 of the fourth chamber 34.
  • the fourth chamber 34 is provided with an outlet 36 through which the refrigerant in the fourth chamber 34 flows out.
  • the refrigerant introduced into the first chamber 26 is supplied to the fourth chamber 34 from the second chamber 28 and the third chamber 31 through the U-shaped tube 12. , Flows out from the fourth chamber 34 to the outside.
  • the heat exchanger 10 of the present embodiment has a continuous refrigerant flow path formed by a plurality of U-shaped tubes 12 and headers 14.
  • the refrigerant introduced into the header 14 passes through the case 11 many times and finally flows out from the header 14.
  • the plurality of U-tubes 12 are distinguished by the direction in which the refrigerant flows.
  • the straight pipe portion 19 located on the exhaust gas outlet side, that is, on the downstream side is provided with a header.
  • the forward refrigerant heading from 14 toward the curved pipe section 20 passes.
  • the return refrigerant from the curved pipe part 20 toward the header 14 passes through the straight pipe part 19 located on the exhaust gas introduction side, that is, the upstream side.
  • the lower three U-shaped tubes 12 and the upper three U-shaped tubes 12 are referred to as first U-shaped tubes 12A for convenience of explanation.
  • the straight pipe portion 19 located on the exhaust gas introduction side that is, the upstream side
  • the straight pipe portion 19 located on the exhaust gas outlet side that is, the downstream side.
  • the thermal expansion of the upstream straight pipe portion 19 is larger than that of the downstream straight pipe portion 19. Therefore, in the first U-shaped tube 12 ⁇ / b> A and the second U-shaped tube 12 ⁇ / b> B, the curved tube portion 20 is deformed toward the exhaust gas outlet side due to the difference in thermal expansion between the pair of straight tube portions 19.
  • the exhaust pipe having a low temperature passes through the surroundings, and the straight pipe portion 19 through which the refrigerant having a lower temperature than the returning refrigerant passes, and the refrigerant having the high temperature exhaust gas passing through the surroundings.
  • the difference in thermal expansion between the straight pipe portion 19 through which the high-temperature return refrigerant passes is larger than that of the second U-shaped pipe 12B.
  • the straight pipe portion 19 through which the refrigerant that is cooler than the return refrigerant through which the high-temperature exhaust gas passes is surrounded, and the exhaust gas that has reached a low temperature passes through the surroundings.
  • the difference in thermal expansion with respect to the straight pipe portion 19 through which the return refrigerant having a temperature higher than that of the refrigerant passes is smaller than that of the first U-shaped tube 12A. For this reason, the deformation due to the thermal expansion difference in the first U-shaped tube 12A is larger than the deformation due to the thermal expansion difference in the second U-shaped tube 12B.
  • a large number of fins 13 are attached to the straight pipe portion 19 of the U-shaped pipe 12 arranged in the case 11.
  • Each fin 13 is a metal plate formed of stainless steel.
  • a plurality of through holes 37 through which the straight pipe portion 19 is inserted are formed in the fin 13.
  • the flow path of the exhaust gas between the side plates 15 and 16 of the case 11 is partitioned by a large number of fins 13, and the surface of the fin 13 is along the flow direction of the exhaust gas.
  • a gap is formed between adjacent fins 13. When the exhaust gas is circulated through the gap, the heat of the exhaust gas is easily transmitted to the fins 13.
  • the exhaust gas of the engine passes through the exhaust pipe (not shown) and passes through the heat exchanger 10.
  • the exhaust gas passing through the heat exchanger 10 flows along the surfaces of a large number of fins 13, and the fins 13 are heated by the hot exhaust gas.
  • the refrigerant flows through the U-shaped tube 12 of the heat exchanger 10, and the refrigerant is exhaust gas around the fin 13 through the fin 13, the brazing material that joins the U-shaped tube 12 and the fin 13, and the straight tube portion 19. And heat exchange.
  • the straight pipe part 19 through which the return refrigerant of the first U-shaped pipe 12A passes is on the exhaust gas introduction side, the high-temperature exhaust gas passes through the straight pipe part 19 through which the return refrigerant of the first U-shaped pipe 12A passes. Moreover, since the refrigerant returned from the first U-shaped tube 12A has already exchanged heat with the exhaust gas in the straight pipe portion 19 through which the outgoing refrigerant passes, the refrigerant returns in combination with heat exchange with the high-temperature exhaust gas. The temperature becomes even higher than that of the refrigerant.
  • the high-temperature exhaust gas exchanges heat with the return refrigerant having a higher temperature than the going-out refrigerant.
  • heat exchange is performed between the low-temperature exhaust gas and the refrigerant going colder than the returning refrigerant. Therefore, in the first U-shaped tube 12A, the straight pipe portion 19 through which the return refrigerant passes becomes higher in temperature than the straight pipe portion 19 through which the forward refrigerant passes. A temperature difference is generated between the pipe walls of both straight pipe portions 19.
  • the temperature difference of the tube wall of the second U-shaped tube 12B is smaller than the temperature difference of the tube wall of the first U-shaped tube 12A. For this reason, the thermal expansion difference of the first U-shaped tube 12A is larger than that of the second U-shaped tube 12B.
  • the first U-shaped tube 12A Since the difference in thermal expansion of the first U-shaped tube 12A is larger than that of the second U-shaped tube 12B, the first U-shaped tube 12A is deformed more greatly than the second U-shaped tube 12B.
  • the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B adjacent to each other are not constrained to each other via the fins 13, and the first U-shaped tube 12A is provided for each first fin portion 38.
  • the second U-shaped tube 12B is deformed for each second fin portion 39. That is, the group of the first U-shaped tube 12A and the group of the second U-shaped tube 12B are independently deformed according to the amount of thermal expansion. For this reason, stress concentration is relieved at the joint between the first U-shaped tube 12 ⁇ / b> A and the side plate 15 in the case 11.
  • the heat exchanger 10 according to the present embodiment has the following operational effects.
  • the first U-shaped tube 12A is larger in deformation due to the difference in thermal expansion than the second U-shaped tube 12B, but the fins 13 are divided. Therefore, the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B adjacent to each other can be deformed according to the amount of deformation caused by the difference in thermal expansion without being constrained by the fins 13.
  • the stress concentration at the joint portion between the first U-shaped tube 12A and the side plate 15 in the case 11 can be relaxed, and the joint portion between the first U-shaped tube 12A and the side plate 15 can be prevented from being broken.
  • Exhaust gas that becomes high temperature due to combustion in the internal combustion engine can be used as a heat exchange fluid.
  • the heat exchanger 10 can be applied to an evaporator in a Rankine cycle device. (Second Embodiment) Next, the heat exchanger 40 according to the second embodiment will be described.
  • the heat exchanger 40 of this embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the header and the positions of the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B, and a part of the fin is fixed to the case. This is different from the first embodiment.
  • the heat exchanger 40 shown in FIG. 5 includes a case 11, a plurality of U-shaped tubes 12 through which a refrigerant as a working fluid passes, a plurality of fins 13 brazed to the U-shaped tube 12, and a refrigerant outside the case 11.
  • the header 41 which reverses the flow of the above is provided.
  • the header 41 is a box having a space sealed by an outer wall 42 therein.
  • the space inside the header 41 is divided into four by partition walls 43, 44 and 45.
  • the header 41 has four rooms.
  • the first chamber 47 includes an inlet 46 through which refrigerant flows from the outside.
  • the first chamber 47 is a room partitioned and partitioned by the partition walls 43 and 44.
  • the first chamber 47 is formed in the header 41 on the upstream side in the exhaust gas flow direction and below the case 11.
  • the first chamber 47 is formed with an inlet hole 48 that communicates with the straight pipe portion 19 on the exhaust gas introduction side, that is, the upstream side, in the lower three U-shaped tubes 12.
  • the second chamber 49 is a room partitioned and partitioned by the partition walls 44 and 45.
  • the second chamber 49 is formed in the header 41 on the downstream side in the exhaust gas flow direction and below the case 11.
  • the second chamber 49 is formed with an outlet hole 50 to which the exhaust gas outlet side of the lower three U-shaped tubes 12, that is, the downstream straight pipe portion 19 is connected.
  • the refrigerant introduced from the inlet 46 into the first chamber 47 passes through the three U-shaped pipes 12 below the inlet hole 48 of the first chamber 47 and passes through the outlet hole 50 of the second chamber 49 to the second chamber 49. Introduced into.
  • the second chamber 49 has a larger space than the first chamber 47.
  • Three inlet holes 51 are formed in the upper portion of the outlet hole 50 in the second chamber 49.
  • the inlet hole 51 of the second chamber 49 is an exhaust gas outlet side in the three U-shaped tubes 12 positioned between the lower three U-shaped tubes 12 and the upper three U-shaped tubes 12. That is, it communicates with the straight pipe portion 19 on the downstream side. Therefore, the refrigerant introduced into the second chamber 49 from the outlet hole 50 of the second chamber 49 flows into the U-shaped tube 12 communicated with the inlet hole 51.
  • the third chamber 52 is a room partitioned off by the partition walls 43 and 44.
  • the third chamber 52 is formed upstream of the header 41 in the exhaust gas flow direction in the header 41 and above the case 11 relative to the first chamber 47.
  • Three outlet holes 53 are formed in the third chamber 52, and the outlet holes 53 are located between the lower three U-shaped tubes 12 and the upper three U-shaped tubes 12. The exhaust gas introduction side of the three U-shaped pipes 12 positioned, that is, the upstream straight pipe part 19 is connected.
  • the third chamber 52 has the same size space as the second chamber 49.
  • Three inlet holes 54 are formed in the upper portion of the outlet hole 53 in the third chamber 52.
  • the inlet holes 54 of the third chamber 52 communicate with the exhaust gas introduction side, that is, the upstream straight pipe portion 19 in the upper three U-shaped tubes 12. Therefore, the refrigerant introduced from the outlet hole 53 of the third chamber 52 into the third chamber 52 flows into the U-shaped tube 12 communicated with the inlet hole 54.
  • the fourth chamber 55 is a room partitioned and partitioned by the partition walls 44 and 45.
  • the fourth chamber 55 is formed downstream of the header 41 in the exhaust gas flow direction and above the case 11 than the second chamber 49.
  • Three outlet holes 56 are formed in the fourth chamber 55.
  • the outlet hole 56 is connected to the exhaust pipe outlet side of the upper three U-shaped pipes 12, that is, the downstream straight pipe part 19.
  • the refrigerant introduced from the inlet hole 54 of the third chamber 52 into the upper three U-shaped tubes 12 is introduced from the outlet hole 56 of the fourth chamber 55 to the fourth chamber 55.
  • the fourth chamber 55 is provided with an outlet 57 through which the refrigerant in the fourth chamber 55 flows out.
  • the refrigerant introduced into the first chamber 47 is supplied from the second chamber 49 and the third chamber 52 to the fourth chamber 55 through the U-shaped tube 12. , Flows out from the fourth chamber 55 to the outside.
  • a continuous refrigerant flow path is formed by the configuration of the plurality of U-shaped tubes 12 and the header 41, and the refrigerant introduced into the header 41 passes through the case 11 many times. Finally, it flows out from the header 41.
  • the plurality of U-tubes 12 are distinguished by the direction in which the refrigerant flows.
  • the refrigerant passes.
  • the return refrigerant from the curved pipe part 20 to the header 41 passes through the straight pipe part 19 located on the exhaust gas outlet side, that is, the downstream side.
  • the lower three U-shaped tubes 12 and the upper three U-shaped tubes 12 correspond to the second U-shaped tube 12B.
  • the straight pipe portion positioned on the exhaust gas outlet side, that is, on the downstream side.
  • the outgoing refrigerant from the header 41 toward the curved pipe portion 20 passes through the header 19.
  • the return refrigerant from the curved pipe part 20 toward the header 41 passes through the straight pipe part 19 located on the exhaust gas introduction side, that is, the upstream side.
  • the three U-shaped tubes 12 positioned between the lower three U-shaped tubes 12 and the upper three U-shaped tubes 12 correspond to the first U-shaped tube 12A.
  • the fin 13 of the present embodiment is physically divided and divided between the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B. For this reason, the fin 13 is attached to the first U-shaped tube 12A and the second fin portion 39 respectively attached to the lower three U-shaped tubes 12 and the upper three second U-shaped tubes 12B.
  • the first fin portion 38 is divided into three portions.
  • the amount of deformation associated with the difference in thermal expansion of the first U-shaped tube 12A is different from that of the second U-shaped tube 12B.
  • the group of second U-shaped tubes 12B constrained by the second fin portion 39 is constrained by the first fin portion 38.
  • the first U-shaped tube group 12A can be independently deformed.
  • the second U-shaped tube 12B is disposed closer to the bottom plate 18 of the case 11 than the first U-shaped tube 12A, and the second U-shaped tube 12B is disposed closer to the top plate 17 of the case 11 than the first U-shaped tube 12A. Closely arranged.
  • the second fin portion 39 attached to the lower second U-shaped tube 12B is fixed to the bottom plate 18 by brazing.
  • the second fin portion 39 attached to the upper second U-shaped tube 12B is fixed to the top plate 17 of the case 11 by brazing. That is, the lower second U-shaped tube 12B is fixed to the bottom plate 18 via the second fin portion 39, and the upper second U-shaped tube 12B is fixed to the top plate 17 via the second fin portion 39.
  • the deformation amount of the second U-shaped tube 12B is smaller than the deformation amount of the first U-shaped tube 12A, even if the second U-shaped tube 12B is fixed to the case 11 via the second fin portion 39, the influence of the deformation is not affected. small.
  • the heat exchanger 40 of this embodiment has the same effects as the effects (1) and (2) of the first embodiment.
  • the upper second U-shaped tube 12B is fixed to the top plate 17 via the second fin portion 39, and the lower second U-shaped tube 12B is second. It is fixed to the bottom plate 18 via the fin portion 39.
  • the heat exchanger 70 of the third embodiment is different from the heat exchanger 10 of the first embodiment in that the U-shaped tube 12 and the fins 13 are configured in consideration of the phase change of the refrigerant.
  • symbol is attached
  • the refrigerant of the present embodiment has a property of phase change in the U-shaped tube 12 by heat exchange with the exhaust gas.
  • the refrigerant passing through the lower U-shaped tube 12 is in a liquid phase during heat exchange.
  • the refrigerant passing through the U-shaped tube 12 between the lower U-shaped tube 12 and the upper U-shaped tube 12 is in a state of phase change from the liquid phase to the gas phase.
  • the refrigerant passing through the upper U-shaped tube 12 is in a gas phase.
  • the lower three U-shaped tubes 12 are referred to as first U-shaped tubes 12A.
  • the three U-shaped tubes 12 positioned between the lower three U-shaped tubes 12 and the upper three U-shaped tubes 12 are defined as second U-shaped tubes 12B.
  • the upper three U-shaped tubes 12 are referred to as third U-shaped tubes 12C.
  • a first U-shaped tube 12A group, a second U-shaped tube 12B group, and a third U-shaped tube 12C group each having three upper and lower units are configured.
  • the straight pipe portion 19 located on the exhaust gas outlet side that is, the downstream side, travels from the header 14 to the curved pipe portion 20.
  • the refrigerant passes.
  • the return refrigerant from the curved tube portion 20 toward the header 14 passes through the straight tube portion 19 located on the exhaust gas introduction side, that is, the upstream side.
  • the refrigerant that travels from the header 14 to the curved pipe part 20 passes through the straight pipe part 19 located on the exhaust gas introduction side, that is, the upstream side. Pass through.
  • the returning refrigerant from the curved pipe part 20 toward the header 14 passes through the straight pipe part 19 located on the exhaust gas outlet side, that is, the downstream side.
  • the straight pipe part 19 located on the exhaust gas outlet side travels from the header 14 to the curved pipe part 20 in the same manner as the third U-shaped pipe 12C.
  • the refrigerant passes through.
  • the return refrigerant from the curved pipe part 20 toward the header 14 passes through the straight pipe part 19 located on the exhaust gas introduction side, that is, the upstream side.
  • a liquid-phase refrigerant passes through the first U-shaped tube 12A. That is, the first U-shaped tube 12 ⁇ / b> A is a U-shaped tube 12 including a region before the phase change (liquid region) before the refrigerant undergoes a phase change.
  • the second U-shaped tube 12B is a U-shaped tube 12 including a phase change region (boiling region) in which the refrigerant changes phase.
  • the gas phase refrigerant passes through the third U-shaped tube 12C. That is, the third U-shaped tube 12C is a U-shaped tube 12 including a post-phase change region (superheated steam region) after the refrigerant has undergone a phase change.
  • the third U-shaped tube 12C is a U-shaped tube 12 including a post-phase change region (superheated steam region) after the refrigerant has undergone a phase change.
  • the temperature of the second U-shaped tube 12B is higher than that of the first U-shaped tube 12A, and the deformation due to thermal expansion of the second U-shaped tube 12B is larger than that of the first U-shaped tube 12A.
  • the temperature of the third U-shaped tube 12C is higher than that of the second U-shaped tube 12B. Therefore, deformation due to thermal expansion in the second U-shaped tube 12B is larger than deformation due to thermal expansion in the first U-shaped tube 12A, and deformation due to thermal expansion in the third U-shaped tube 12C is thermal expansion in the second U-shaped tube 12B. It becomes larger than the deformation by.
  • the fins 13 of the present embodiment are physically divided and divided between the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B, and between the second U-shaped tube 12B and the third U-shaped tube 12C. Is also physically divided and divided. For this reason, the fin 13 includes a first fin portion 38 attached to the lower three first U-tubes 12A, a second fin portion 39 attached to the second U-tube 12B, and a third U-shape. It is divided into three portions of the third fin portion 60 attached to the tube 12C. That is, the fins 13 of the present embodiment are divided between the pre-phase change area and the phase change area, and are divided between the phase change area and the post-phase change area.
  • the second U-shaped tube 12B group restrained by 39 and the third U-shaped tube 12C group restrained by the third fin portion 60 can be deformed independently of each other.
  • the space between the straight pipe portions 19 of the second U-shaped pipe 12B in the second fin portion 39 of the fin 13 is divided. This is because in the present embodiment, the difference in thermal expansion that occurs between the straight pipe portions 19 of the second U-shaped pipe 12B is taken into consideration. Accordingly, in the second U-shaped tube 12B group of the second fin portion 39, the straight pipe portion 19 through which the forward refrigerant passes and the straight pipe portion 19 through which the return refrigerant passes can be deformed independently of each other.
  • the exhaust gas of the engine passes through the exhaust pipe (not shown) and passes through the heat exchanger 70.
  • the exhaust gas passing through the heat exchanger 70 flows along the surfaces of the numerous fins 13, and the fins 13 are heated by the hot exhaust gas.
  • the refrigerant flows through the U-shaped tube 12 of the heat exchanger 70, and the refrigerant is exhausted around the fins 13 through the fins 13, the brazing material joining the U-shaped tubes 12 and the fins 13, and the straight tube portion 19. Exchange heat with gas.
  • the refrigerant passing through the first U-shaped tube 12A is introduced from the first chamber 26 of the header 14, the liquid-phase refrigerant is heat-exchanged with high-temperature exhaust gas.
  • the refrigerant passing through the second U-shaped tube 12B is a refrigerant that has already undergone heat exchange in the first U-shaped tube 12A, and is undergoing a phase change from the liquid phase to the gas phase by heat exchange with the high-temperature exhaust gas in the second U-shaped tube 12B. It is in the state of. For this reason, the second U-shaped tube 12B is hotter than the first U-shaped tube 12A, and the thermal expansion of the second U-shaped tube 12B is larger than the thermal expansion of the first U-shaped tube 12A.
  • the refrigerant flowing in the second U-shaped tube 12B is a refrigerant introduced from the second chamber 28 of the header 14, and the ratio of the liquid-phase refrigerant in the refrigerant is high.
  • the ratio of the gas-phase refrigerant in the refrigerant is high. Therefore, in the second U-shaped tube 12B, the straight pipe portion 19 through which the returning refrigerant passes has a high ratio of the gas-phase refrigerant, the thermal resistance of oil is large, and the thermal expansion of the straight pipe portion 19 through which the forward refrigerant passes. Becomes larger.
  • the thermal resistance of the oil is small in the first U-shaped tube 12A including the liquid region, and the second U-shaped tube 12B including the boiling region has the same thermal resistance as the third U-shaped tube 12C including the superheated steam region.
  • the deformation amount of the first U-shaped tube 12A is the smallest.
  • the deformation amount of the 2nd U-shaped pipe 12B is larger than the deformation amount of the 1st U-shaped pipe 12A.
  • the amount of deformation of the 3rd U-shaped pipe 12C is the largest.
  • the first U-shaped tube 12A is not constrained between the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B via the fin 13. Transforms.
  • the second U-shaped tube 12B is deformed without being constrained by the first U-shaped tube 12A and the third U-shaped tube 12C.
  • the third U-shaped tube 12C is deformed without being constrained by the second U-shaped tube 12B. That is, the first U-shaped tube 12A, the second U-shaped tube 12B, and the third U-shaped tube 12C are independently deformed according to the respective thermal expansion amounts. For this reason, stress concentration is relieved at the joint between the first U-shaped tube 12 ⁇ / b> A and the side plate 15 in the case 11.
  • the stress concentration is reduced at the joint portion between the third U-shaped tube 12C and the side plate 15 in the case 11. Furthermore, since the straight pipe part 19 of the 2nd U-shaped pipe 12B in the 2nd fin part 39 is divided
  • the heat exchanger 70 according to the present embodiment has the following operational effects.
  • the first U-shaped tube 12A including the pre-phase change region and the second U-shaped tube 12B including the phase change region are divided in the fin 13
  • the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B Can be deformed according to the amount of thermal expansion without being constrained to each other via the fins 13. Therefore, even if the second U-shaped tube 12B is deformed more greatly than the first U-shaped tube 12A, the stress concentration at the joint between the second U-shaped tube 12B and the case 11 can be relaxed, and the joint is prevented from being broken. be able to.
  • the second U-shaped tube 12B and the third U-shaped tube 12C Can be deformed according to the amount of thermal expansion without being constrained to each other via the fins 13. Therefore, even if the third U-shaped tube 12C is deformed to a greater extent than the second U-shaped tube 12B, the stress concentration at the joint between the third U-shaped tube 12C and the case 11 can be alleviated, and breakage of the joint is prevented. be able to.
  • Exhaust gas that becomes high temperature by combustion in the internal combustion engine can be used as a heat exchange fluid, and for example, the heat exchanger 70 can be applied to an evaporator in a Rankine cycle device.
  • the configuration of the header and the arrangement state of the U-shaped tube are different from those of the heat exchanger 70 of the third embodiment.
  • the heat exchanger 150 of the present embodiment uses the same reference numerals with the same configuration as that of the third embodiment, using the description of the third embodiment.
  • the U-shaped tube 12 includes a pair of straight pipe portions 19 that are parallel to each other and a curved pipe portion 20 that connects the pair of straight pipe portions 19.
  • the U-shaped tube 12 is disposed in the case 11 so that the pair of straight tube portions 19 are positioned one above the other, and the exhaust gas crosses the refrigerant passing through the U-shaped tube 12. It is arranged to flow.
  • a plurality (two in this embodiment) of U-shaped tubes 12 are arranged in parallel with each other in the case 11 so that the adjacent U-shaped tubes 12 are positioned forward and backward in the flow direction of the exhaust gas.
  • a plurality (three in this embodiment) of U-shaped tubes 12 are juxtaposed in the case 11 such that adjacent U-shaped tubes 12 are positioned vertically from the top plate 17 toward the bottom plate 18. .
  • a plurality of through holes are formed in one side plate 15 of the case 11, and the straight pipe portion 19 of the U-shaped tube 12 is inserted into the through hole and brazed to the side plate 15.
  • An end portion of the straight pipe portion 19 that is inserted through the through hole and protrudes to the outside of the case 11 is connected to a header 152 disposed on the outside of the case 11 by brazing, and forms a base portion of the U-shaped tube 12.
  • the header 152 is a box having a space sealed by an outer wall 153 inside.
  • the space inside the header 152 is divided into four by partition walls 154, 155, and 156.
  • the header 152 has four rooms.
  • the first chamber 158 includes an inlet 157 into which a refrigerant flows from the outside.
  • the first chamber 158 is a room partitioned and partitioned by a partition wall 154.
  • the first chamber 158 is formed at the bottom of the header 152.
  • two inlet holes 159 communicating with the lower straight pipe portion 19 are formed in the lower two U-shaped pipes 12 which are front and rear positions in the exhaust gas flow direction.
  • the second chamber 160 is a room partitioned and partitioned by partition walls 154 and 155.
  • the second chamber 160 is formed above the first chamber 158 in the header 152.
  • the second chamber 160 is formed with two outlet holes 161 to which the upper straight pipe portions 19 of the two lower U-shaped pipes 12 which are front and rear positions in the exhaust gas flow direction are connected.
  • the refrigerant introduced into the first chamber 158 from the inlet 157 passes through the two U-shaped pipes 12 on the lower side from the inlet hole 159 of the first chamber 158, and passes through the outlet hole 161 of the second chamber 160 to the second chamber 160. To be introduced.
  • the second chamber 160 has a larger space than the first chamber 158.
  • Two inlet holes 162 are formed in the upper portion of the outlet hole 161 in the second chamber 160.
  • the inlet hole 162 of the second chamber 160 has a lower straight pipe in the two U-shaped pipes 12 positioned between the two lower U-shaped pipes 12 and the two upper U-shaped pipes 12. It communicates with the part 19. Therefore, the refrigerant introduced into the second chamber 160 from the outlet hole 161 of the second chamber 160 flows into the U-shaped tube 12 communicated with the inlet hole 162.
  • the third chamber 163 is a room partitioned and partitioned by partition walls 155 and 156.
  • the third chamber 163 is formed above the second chamber 160 in the header 152.
  • Two outlet holes 164 are formed in the third chamber 163, and the outlet holes 164 are located between the two lower U-shaped tubes 12 and the two upper U-shaped tubes 12. Are connected to the upper straight pipe portion 19 of the two U-shaped pipes 12.
  • the third chamber 163 has a space of the same size as the second chamber 160.
  • Two inlet holes 165 are formed in the upper portion of the outlet hole 164 in the third chamber 163.
  • the inlet hole 165 of the third chamber 163 communicates with the lower straight pipe portion 19 in the upper two U-shaped tubes 12. Accordingly, the refrigerant introduced into the third chamber 163 from the outlet hole 164 of the third chamber 163 flows into the U-shaped tube 12 communicated with the inlet hole 165.
  • the fourth chamber 166 is a room partitioned off by a partition wall 156.
  • the fourth chamber 166 is formed above the third chamber 163 in the header 152, that is, at the top of the header 152.
  • Two outlet holes 167 are formed in the fourth chamber 166, and the outlet holes 167 are connected to the upper straight pipe portion 19 in the upper two U-shaped tubes 12.
  • the refrigerant introduced into the upper two U-shaped tubes 12 from the inlet hole 165 of the third chamber 163 is introduced into the fourth chamber 166 from the outlet hole 167 of the fourth chamber 166.
  • the fourth chamber 166 is provided with an outlet 168 through which the refrigerant in the fourth chamber 166 flows out.
  • the refrigerant introduced into the first chamber 158 is supplied to the fourth chamber 166 from the second chamber 160 and the third chamber 163 through the U-shaped tube 12. , Flows out from the fourth chamber 166 to the outside.
  • a continuous refrigerant flow path is formed by the configuration of the plurality of U-shaped tubes 12 and the header 152, and the refrigerant introduced into the header 152 passes through the case 11 many times. Finally, it flows out from the header 152.
  • the refrigerant of the present embodiment has a property of phase change in the U-shaped tube 12 by heat exchange with the exhaust gas.
  • the refrigerant passing through the lower U-shaped tube 12 is in a liquid phase during heat exchange.
  • the refrigerant passing through the U-shaped tube 12 between the lower U-shaped tube 12 and the upper U-shaped tube 12 during heat exchange is in a state of phase change from the liquid phase to the gas phase.
  • the refrigerant passing through the upper U-shaped tube 12 is in a gas phase.
  • the two front and rear U-shaped tubes 12 are defined as a first U-shaped tube 12A.
  • the two U-shaped tubes 12 positioned between the two lower U-tubes 12 on the lower side and the two upper U-shaped tubes 12 on the upper side are referred to as second U-shaped tubes 12B.
  • the upper and lower two U-shaped tubes 12 are defined as a third U-shaped tube 12C.
  • a first U-shaped tube 12A group, a second U-shaped tube 12B group, and a third U-shaped tube 12C group having two front and rear units as a unit are configured.
  • the liquid phase refrigerant passes through the straight pipe portion 19 positioned above and below the first U-shaped tube 12A. That is, the first U-shaped tube 12 ⁇ / b> A is a U-shaped tube 12 including a region before the phase change (liquid region) before the refrigerant undergoes a phase change.
  • the outgoing refrigerant passes through the lower straight pipe portion 19, and the returning refrigerant passes through the upper straight pipe portion 19.
  • the upper and lower straight pipe portions 19 of the first U-shaped pipe 12A are in the same position in the exhaust gas flow direction, the difference in thermal expansion between the upper and lower straight pipe sections 19 is small, and the deformation of the first U-shaped pipe 12A is small.
  • the straight pipe portion 19 in the second U-shaped tube 12B passes the refrigerant undergoing phase change from the liquid phase to the gas phase.
  • the second U-shaped tube 12B is a U-shaped tube 12 including a phase change region (boiling region) in which the refrigerant changes phase.
  • the lower straight pipe portion 19 through which the forward refrigerant passes corresponds to the forward pipe portion
  • the upper straight pipe portion 19 through which the return refrigerant passes corresponds to the return pipe portion.
  • the temperature of the second U-shaped tube 12B is higher than that of the first U-shaped tube 12A.
  • the gas phase refrigerant passes through the straight pipe portion 19 positioned above and below the third U-shaped pipe 12C. That is, the third U-shaped tube 12C is a U-shaped tube 12 including a post-phase change region (superheated steam region) after the refrigerant has undergone a phase change.
  • the outgoing refrigerant passes through the lower straight pipe portion 19, and the returning refrigerant passes through the upper straight pipe portion 19.
  • the upper and lower straight pipe portions 19 of the third U-shaped pipe 12C are at the same position in the exhaust gas flow direction. Further, although the temperature of the third U-shaped tube 12C is higher than that of the second U-shaped tube 12B, the difference in thermal expansion between the upper and lower straight tube portions 19 is small. For this reason, the deformation due to the thermal expansion difference in the second U-shaped tube 12B is larger than the deformation due to the thermal expansion difference in the first U-shaped tube 12A and the third U-shaped tube 12C.
  • the refrigerant is the heat exchanger 150 that is heated by the exhaust gas, when viewed from the refrigerant flow in the heat exchanger 150, the region before the phase change is located most upstream.
  • the phase change area is located downstream of the pre-phase change area, and the post-phase change area is located downstream of the phase change area.
  • a large number of fins 151 are attached to the straight tube portion 19 of the U-shaped tube 12 disposed in the case 11.
  • the fin 151 is a metal plate formed of stainless steel. As shown in FIG. 10, the fin 151 has a plurality of through holes 169 through which the straight pipe portion 19 is inserted.
  • the flow path of the exhaust gas between the side plates 15 and 16 of the case 11 is partitioned by a large number of fins 151, and the surfaces of the fins 151 are along the flow direction of the exhaust gas.
  • a gap is formed between the fins 151 adjacent to each other, and the exhaust gas flows through the gap, so that the heat of the exhaust gas is easily transmitted to the fin 151.
  • the fin 151 of the present embodiment is physically divided and divided between the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B, and between the second U-shaped tube 12B and the third U-shaped tube 12C. It is physically divided and divided. Furthermore, in this embodiment, the fin 151 is physically divided and divided between the upper and lower straight pipe portions 19 of the second U-shaped pipe 12B. For this reason, the fin 151 is divided into four fin portions 170 to 173.
  • the first fin portion 170 is attached to the two lower first and second U-shaped tubes 12A.
  • the second lower fin part 171 is attached to the lower straight pipe part 19 on the lower side of the two second U-shaped pipes 12B.
  • the second upper fin portion 172 is attached to the straight pipe portion 19 on the upper side of the two front and rear second U-shaped tubes 12B.
  • the third fin portion 173 is attached to two upper and lower third U-shaped tubes 12C.
  • the fins 151 of the present embodiment are divided between the pre-phase change region and the phase change region, and are divided between the phase change region and the post-phase change region. Further, the fin 151 is also divided in the phase change region.
  • the amount of deformation associated with the difference in thermal expansion of the first U-shaped tube 12A, the second U-shaped tube 12B, and the third U-shaped tube 12C is different.
  • the second U-shaped tubes 12B can be deformed independently of each other.
  • the second U-shaped tube 12B restrained by the second lower fin portion 171 and the second upper fin portion 172 and the third U-shaped tube 12C restrained by the third fin portion 173 can be deformed independently of each other. .
  • the straight pipe portion 19 through which the forward refrigerant passes and the straight pipe portion 19 through which the return refrigerant passes can be deformed without being constrained to each other.
  • the exhaust gas of the engine passes through the exhaust pipe (not shown) and passes through the heat exchanger 150.
  • the exhaust gas passing through the heat exchanger 150 flows along the surfaces of the numerous fins 151, and the fins 151 are heated by the hot exhaust gas.
  • the refrigerant flows through the U-shaped tube 12 of the heat exchanger 150, and the refrigerant is exhausted around the fins 151 through the fins 151, the brazing material that joins the U-shaped tubes 12 and the fins 151, and the straight tube part 19. Exchange heat with gas.
  • the refrigerant passing through the first U-shaped tube 12A is introduced from the first chamber 158 of the header 152, the liquid-phase refrigerant is heat-exchanged with the hot exhaust gas.
  • the refrigerant passing through the second U-shaped tube 12B is a refrigerant that has already undergone heat exchange in the first U-shaped tube 12A, and is undergoing a phase change from the liquid phase to the gas phase by heat exchange with the high-temperature exhaust gas in the second U-shaped tube 12B. It is in the state of. For this reason, the second U-shaped tube 12B is hotter than the first U-shaped tube 12A, and the thermal expansion of the second U-shaped tube 12B is larger than the thermal expansion of the first U-shaped tube 12A.
  • the refrigerant flowing in the second U-shaped tube 12B is a refrigerant introduced from the second chamber 160 of the header 152, and the ratio of the liquid-phase refrigerant in the refrigerant is high.
  • the ratio of the gas-phase refrigerant in the refrigerant is high. Therefore, in the second U-shaped tube 12B, the straight pipe portion 19 through which the returning refrigerant passes has a high ratio of the gas-phase refrigerant, the thermal resistance of oil is large, and the thermal expansion of the straight pipe portion 19 through which the forward refrigerant passes. Becomes larger.
  • the thermal resistance of the oil is small in the first U-shaped tube 12A including the liquid region, and the second U-shaped tube 12B including the boiling region has the same thermal resistance as the third U-shaped tube 12C including the superheated steam region.
  • the deformation amount of the first U-shaped tube 12A is the smallest.
  • the deformation amount of the 2nd U-shaped pipe 12B is larger than the deformation amount of the 1st U-shaped pipe 12A.
  • the amount of deformation of the 3rd U-shaped pipe 12C is the largest.
  • the first U-shaped tube 12A is not restricted between the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B via the fin 151.
  • the second U-shaped tube 12B is deformed without being constrained by the first U-shaped tube 12A and the third U-shaped tube 12C.
  • the third U-shaped tube 12C is deformed without being constrained by the second U-shaped tube 12B. That is, the first U-shaped tube 12A, the second U-shaped tube 12B, and the third U-shaped tube 12C are independently deformed according to the respective thermal expansion amounts. For this reason, stress concentration is relieved at the joint between the first U-shaped tube 12 ⁇ / b> A and the side plate 15 in the case 11. Further, in the third U-shaped tube 12 ⁇ / b> C, stress concentration is reduced at the joint portion between the third U-shaped tube 12 ⁇ / b> C and the side plate 15 in the case 11.
  • the second lower fin portion 171 is formed in the straight pipe portion 19 through which the forward refrigerant passes
  • the second upper fin portion 172 is formed in the straight pipe portion 19 through which the return refrigerant passes.
  • the heat exchanger 150 of this embodiment has the same effects as the effects (1) to (3) of the third embodiment.
  • the second U-shaped tube 12B has a straight pipe part 19 through which the forward refrigerant passes and a straight pipe part 19 through which the return refrigerant passes, and the fin 151 returns to the straight pipe part 19 through which the forward refrigerant passes.
  • the straight pipe portion 19 through which the refrigerant passes is divided.
  • the straight pipe portion 19 through which the forward refrigerant passes and the straight pipe portion 19 through which the return refrigerant passes can be deformed according to the amount of thermal expansion without being constrained via the fins 151.
  • the heat exchanger 40 of the present embodiment is different from the third embodiment in the configuration of the header.
  • the heat exchanger 40 of this embodiment has the same header 41 as that of the second embodiment of FIG. 6, the description thereof is omitted.
  • the U-shaped tube 12 includes a lower three first U-shaped tubes 12A, an intermediate three second U-shaped tubes 12B, and an upper three third U-shaped tubes 12C.
  • Each fin 13 includes a lower first fin portion 38, an intermediate second fin portion 39, and an upper third fin portion 60.
  • the fins 13 of the present embodiment are physically divided and divided between the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B, and between the second U-shaped tube 12B and the third U-shaped tube 12C. Is also physically divided and divided.
  • the first U-shaped tube 12A is disposed close to the bottom plate 18 of the case 11, and the third U-shaped tube 12C is disposed close to the top plate 17 of the case 11.
  • the first fin portion 38 attached to the lower first U-shaped tube 12A is fixed to the bottom plate 18 by brazing. That is, the lower first U-shaped tube 12 ⁇ / b> A is fixed to the bottom plate 18 via the first fin portion 38.
  • the first U-shaped tube 12A on the lower side is fixed to the case 11 via the first fin portion 38, whereby the vibration of the first U-shaped tube 12A is suppressed.
  • the deformation amount of the first U-shaped tube 12A is smaller than the deformation amount of the second U-shaped tube 12B, even if the first U-shaped tube 12B is fixed to the case 11 via the first fin portion 38, the effect of deformation is not affected. small.
  • the heat exchanger 40 of this embodiment has the same operational effects as the operational effects of the fourth embodiment. Furthermore, according to the heat exchanger 40 of the present embodiment, the lower first U-tube 12 ⁇ / b> A is fixed to the bottom plate 18 via the first fin portion 38. For this reason, the vibration of the 1st fin part 38 which restrains the lower 1st U-shaped pipe
  • the modified fin applied to the heat exchanger 10 of the first embodiment will be described, but the fin according to the modified example can be applied to any of the heat exchangers of the second to fifth embodiments. It is.
  • connection portion 58 as a stress relaxation portion exists.
  • the connecting portions 58 provided at the separation locations of the fins 13 are formed on the exhaust gas introduction side, that is, the upstream side and the outlet side, that is, the downstream side edge.
  • the connecting portion 58 is formed by punching a portion of the fin 13 between the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B into a slit shape.
  • the connecting portion 58 has a deformable shape and dimension setting so as to relieve the stress caused by the difference in thermal expansion between the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B.
  • the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B that are adjacent to each other are not restrained by the fin 13 and are deformed due to the difference in thermal expansion. It can be deformed according to each. Therefore, the stress concentration at the joint portion between the first U-shaped tube 12A and the side plate 15 in the case 11 can be relaxed, and the joint portion between the first U-shaped tube 12A and the side plate 15 can be prevented from breaking.
  • the heat exchange fluid is exhaust gas and the refrigerant as the working fluid is a heat exchanger heated by the exhaust gas.
  • the heat exchanger that cools the working fluid with the heat exchange fluid like a condenser is used. It may be.
  • the working fluid is in the gas phase in the region before the phase change, and in the phase change region from the liquid phase to the gas phase. It is a liquid phase in the region. That is, the working fluid in the heat exchanger is in the gas phase on the upstream side and in the liquid phase on the downstream side.
  • the fin 13 (second fin portion 39) attached to the second U-shaped tube 12B is fixed to the case 11 by brazing, but the fin 13 is not necessarily fixed to the case 11 by brazing. May be.
  • the fins 13 may be fixed to the case 11 by another means. Note that it is not essential to fix the fins 13 to the case 11 as in the second embodiment.
  • the fin 13 attached to the first U-shaped tube 12A is fixed to the case 11 by brazing, but the fin 13 does not necessarily have to be fixed to the case 11 by brazing.
  • the fins 13 may be fixed to the case 11 by another means.
  • the fins 13 attached to the third U-shaped tube 12C may be brazed to the case 11 in addition to the fins 13 of the first U-shaped tube 12A.
  • the heat exchanger is provided with nine U-shaped tubes, and is configured as a first U-shaped tube 12A group to a third U-shaped tube 12C group each having three units.
  • the number of the first U-shaped tube 12A group to the third U-shaped tube 12C group is not particularly limited. Any heat exchanger including at least one first U-shaped tube 12A to third U-shaped tube 12C may be used.
  • the heat exchanger is provided with six U-shaped tubes, and is configured as a first U-shaped tube 12A group to a third U-shaped tube 12C group having two front and rear units.
  • the number of the 1U-tube group to the third U-tube group is not particularly limited. Any heat exchanger including at least one first U-shaped tube 12A to third U-shaped tube 12C may be used.
  • the heat exchanger is a heat exchanger used in a Rankine cycle circuit, but the heat exchanger of the present invention can be used as a heat exchanger other than the Rankine cycle circuit.
  • the heat exchanger is an in-vehicle heat exchanger.
  • the heat exchanger is not limited to the in-vehicle heat exchanger, and may be, for example, a heat exchanger installed on the ground.
  • the connecting portion 58 is formed by punching a portion of the fin 13 between the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B into a slit shape, but the present invention is not limited thereto.
  • the connecting portion 58 may be any shape that can be deformed so as to relieve the stress caused by the difference in thermal expansion between the first U-shaped tube 12A and the second U-shaped tube 12B as a stress relieving portion.

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Abstract

熱交換器は、互い並列に配置され、作動流体を通す複数のＵ字管と、複数のＵ字管が挿入される複数の通孔を備え、複数のＵ字管に支持されるフィンと、複数のＵ字管を支持する支持体とを備える。フィンの周囲の熱交換流体と作動流体との間で熱交換が行われる。複数のＵ字管は、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字管とを含む。フィンは第１Ｕ字管と第２Ｕ字管との間において分割されている。

Description

熱交換器
　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１４に示す構造の熱交換器２００が知られている。
　図１４に示す熱交換器２００は、ケース２０１と、作動流体を通す複数のＵ字管２０２と、複数のＵ字管２０２により支持される多数のフィン２０３と、Ｕ字管２０２から戻った作動流体を別のＵ字管へ通すヘッダー２０４を備えている。
　この熱交換器２００では熱交換流体（図１４において白抜矢印にて示す）がＵ字管２０２およびフィン２０３の周囲を通過するが、Ｕ字管２０２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２０２およびフィン２０３の周囲を通過するとき、Ｕ字管２０２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２０２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２０２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１４に示す熱交換器２００では、Ｕ字管２０２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２０２と、Ｕ字管２０２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２０２と、が混在する。
　熱交換により相変化する作動流体を用いる場合、複数のＵ字管２０２は、熱交換時において相変化する前の作動流体を通すＵ字管２０２と、相変化する作動流体を含むＵ字管２０２と、相変化した後の作動流体を含むＵ字管２０２とを含む。
　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１４に示す熱交換器２００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２０２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。また、熱交換器２００では、熱交換時において相変化する前の作動流体を通すＵ字管２０２と、相変化する作動流体を含むＵ字管２０２と、相変化した後の作動流体を含むＵ字管２０２との間では、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２０２と、戻りの作動流体が熱交換流体の導入側となるＵ字管２０２との間では温度差が大きく熱膨張差も大きくなる。また、熱交換時において相変化する前の作動流体を通すＵ字管２０２と相変化する作動流体を含むＵ字管２０２との間では、温度差が大きく熱膨張差も大きくなる。また、相変化する作動流体を通すＵ字管では、往きの管部と戻りの管部との間でも温度差により著しく熱膨張差が生じる場合がある。
　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２０２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２０２より大きくなる。
　しかしながら、全てのＵ字管２０２がフィン２０３に拘束されるため、Ｕ字管２０２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２０２ではケース２０１との接合部に応力が集中する。
　その結果、Ｕ字管２０２とケース２０１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１４に示す熱交換器に適用しても、図１４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。
　上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、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る熱交換器を提供する。前記フィンの周囲の熱交換流体と前記作動流体との間で熱交換が行われる。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字管とを含む。前記フィンは前記第１Ｕ字管と前記第２Ｕ字管との間において分割されている。
　本発明の第２の態様は、互いに並列に配置され、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る熱交換器を提供する。前記フィンの周囲の熱交換流体と前記作動流体との間で熱交換が行われ、前記作動流体が前記熱交換流体との熱交換により前記Ｕ字管内にて相変化する。前記複数のＵ字管は、熱交換時において前記作動流体が相変化する前の相変化前域を含む第１Ｕ字管と、熱交換時において前記作動流体が相変化する相変化域を含む第２Ｕ字管と、熱交換時において前記作動流体が相変化した後の相変化後域を含む第３Ｕ字管とを含む。前記フィンが前記相変化前域と前記相変化域との間において分割されている。
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。 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３Ａ－３Ａ線矢視図であり、（ｂ）は図２における３Ｂ－３Ｂ線矢視図であり、（ｃ）は図２における３Ｃ－３Ｃ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。 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６－６線矢視図である。 第３の実施形態に係る熱交換器の概要を示す斜視図である。 第３の実施形態に係る熱交換器の正面図である。 （ａ）は図８における９Ａ－９Ａ線矢視図であり、（ｂ）は図８における９Ｂ－９Ｂ線矢視図であり、（ｃ）は図８における９Ｃ－９Ｃ線矢視図である。 第４の実施形態に係る熱交換器の概要を示す斜視図である。 第４実施形態に係る熱交換器の正面図である。 図１１における１２－１２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とを備えている。
　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１１の天板１７及び底板１８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、各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を互いに接続する曲管部２０とを備えている。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に位置するように、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へ向けて上下に位置となるように、複数のＵ字管１２がケース１１内に垂直方向に互い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内に収容されている。
　ケース１１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は通孔にそれぞれ挿入されて側板１５とろう付けされている。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る。ヘッダー１４の内部の空間は仕切り壁２２、２３、２４により４分割されている。ヘッダー１４は、４個の部屋を有する。
　第１室２６は、外部から冷媒が流入する流入口２５を備え、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、即ち下側に形成される。第１室２６には、下側の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の下側に形成される。第２室２８には、下側の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。
　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から下側の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より大きな空間を有する。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、下側の３本のＵ字管１２と天板１７側、即ち上側に位置する３本のＵ字管１２との間に位置する３本のＵ字管１２における排気ガスの導入側、即ち上流側の直管部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の上側に形成される。第３室３１には、３個の出口孔３２が形成されている。出口孔３２には、下側の３本のＵ字管１２と上側に位置する３本のＵ字管１２との間に位置する３本のＵ字管１２における排気ガスの導出側、即ち下流側の直管部１９が接続される。　　　
　第２室２８の入口孔３０から下側の３本のＵ字管１２と上側に位置する３本のＵ字管１２との間に位置する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と同じ大きさの空間を有している。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、上側の３本のＵ字管１２における排気ガスの導出側、即ち下流側の直管部１９と連通する。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の上側に形成される。第４室３４には、３個の出口孔３５が形成されている。出口孔３５には、上側の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。
　第３室３１の入口孔３３から上側の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とが互いに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及びヘッダー１４の構成により、連続する冷媒の流路が形成されている。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。
　下側の３本のＵ字管１２および上側の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、即ち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、該Ｕ字管１２では、排気ガスの導入側、即ち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、下側の３本のＵ字管１２および上側の３本のＵ字管１２を、説明の便宜上、第１Ｕ字管１２Ａとする。
　下側の３本のＵ字管１２と上側の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、即ち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、該Ｕ字管１２では、排気ガスの導出側、即ち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、下側の３本のＵ字管１２および上側の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、即ち上流側に位置する直管部１９は、排気ガスの導出側、即ち下流側に位置する直管部１９より高温となる。そのため、上流側の直管部１９の熱膨張が下流側の直管部１９よりも大きくなる。そのため、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との間の熱膨張差は第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との間の熱膨張差は、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。各フィン１３はステンレス鋼により形成された金属板である。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いる。この隙間に排気ガスが流通されることによりフィン１３に排気ガスの熱が伝達し易くなる。
　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、下側の３本の第１Ｕ字管１２Ａおよび上側の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ている場合、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。
　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と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では、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とが熱交換する。これに対して、第１Ｕ字管１２Ａの往きの冷媒が通る直管部１９では、低温の排気ガスと戻りの冷媒よりも低温の往きの冷媒とが熱交換する。そのため、第１Ｕ字管１２Ａにおいて、戻りの冷媒が通る直管部１９は、往きの冷媒が通る直管部１９よりも高温になる。両直管部１９の管壁に温度差が生じる。
　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とが熱交換する。これに対して、第２Ｕ字管１２Ｂの戻りの冷媒が通る直管部１９では、低温の排気ガスと往きの冷媒よりも高温の戻りの冷媒とが熱交換する。第２Ｕ字管１２Ｂにおいて、往きの冷媒が通る直管部１９は、戻りの冷媒が通る直管部１９よりも高温になる。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の熱膨張差は第２Ｕ字管１２Ｂよりも大きくなる。
　第１Ｕ字管１２Ａの熱膨張差は第２Ｕ字管１２Ｂよりも大きいため、第１Ｕ字管１２Ａは第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、互いに隣接する第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとはフィン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。そのため、互いに隣接する第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとはフィン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４０について説明する。
　本実施形態の熱交換器４０は、ヘッダーの構成と、第１Ｕ字管１２Ａ及び第２Ｕ字管１２Ｂの位置とが第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共通の符号を用いてその説明を省略する。
　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る。ヘッダー４１の内部の空間は仕切り壁４３、４４、４５により４分割されている。ヘッダー４１は、４個の部屋を有する。
　第１室４７は、外部から冷媒が流入する流入口４６を備える。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の下側に形成される。第１室４７には、下側の３本のＵ字管１２において排気ガスの導入側、即ち上流側の直管部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の下側に形成される。第２室４９には、下側の３本のＵ字管１２における排気ガスの導出側、即ち下流側の直管部１９が接続される出口孔５０が形成されている。
　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から下側の３本のＵ字管１２を通り、第２室４９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より大きな空間を有する。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、下側の３本のＵ字管１２と上側に位置する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、即ち下流側の直管部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の上側に形成される。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、下側の３本のＵ字管１２と上側に位置する３本のＵ字管１２との間に位置する３本のＵ字管１２における排気ガスの導入側、即ち上流の直管部１９が接続される。
　このため、第２室４９の入口孔５１から下側の３本のＵ字管１２と上側に位置する３本のＵ字管１２との間に位置する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いる。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、上側の３本のＵ字管１２における排気ガスの導入側、即ち上流側の直管部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の上側に形成される。第４室５５には、３個の出口孔５６が形成されている。出口孔５６は、上側の３本のＵ字管１２における排気ガスの導出側、即ち下流側の直管部１９が接続される。
　第３室５２の入口孔５４から上側の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とが互いに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及びヘッダー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。
　下側の３本のＵ字管１２および上側の３本のＵ字管１２では、排気ガスの導入側、即ち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、即ち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、下側の３本のＵ字管１２および上側の３本のＵ字管１２は第２Ｕ字管１２Ｂに相当する。
　下側の３本のＵ字管１２と上側の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、即ち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、即ち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、下側の３本のＵ字管１２および上側の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、下側の３本のＵ字管１２および上側の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との３つの部分に分割されている。
　第１Ｕ字管１２Ａの熱膨張差に伴う変形量は第２Ｕ字管１２Ｂと異なる。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。
　下側の第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、上側の第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、下側の第２Ｕ字管１２Ｂは第２フィン部３９を介して底板１８に固定され、上側の第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。
　上側および下側の第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、上側の第２Ｕ字管１２Ｂが第２フィン部３９を介して天板１７に固定され、下側の第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、上側および下側の第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。
（第３の実施形態）
　次に第３の実施形態に係る熱交換器７０について図７～図９（ｃ）を参照して説明する。
　第３の実施形態の熱交換器７０は、冷媒の相変化を考慮してＵ字管１２及びフィン１３が構成されている点において第１の実施形態の熱交換器１０と相違する。なお、第１の実施形態と同様の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
　本実施形態の冷媒は排気ガスとの熱交換によりＵ字管１２内において相変化する性質を有している。本実施形態では、熱交換時において下側のＵ字管１２を通る冷媒は液相の状態にある。熱交換時において下側のＵ字管１２と上側のＵ字管１２との間のＵ字管１２を通る冷媒は、液相から気相へ相変化する状態にある。熱交換時において上側のＵ字管１２を通る冷媒は気相の状態にある。
　本実施形態では、説明の便宜上、下側の３本のＵ字管１２を第１Ｕ字管１２Ａとする。下側の３本のＵ字管１２と上側の３本のＵ字管１２との間に位置する３本のＵ字管１２を、第２Ｕ字管１２Ｂとする。上側の３本のＵ字管１２を第３Ｕ字管１２Ｃとする。上下３本を単位とした第１Ｕ字管１２Ａ群、第２Ｕ字管１２Ｂ群および第３Ｕ字管１２Ｃ群がそれぞれ構成されている。
　上側の３本の第３Ｕ字管１２Ｃでは、図９（ａ）に示すように、排気ガスの導出側、即ち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。第３Ｕ字管１２Ｃでは、排気ガスの導入側、即ち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。
　３本の第２Ｕ字管１２Ｂでは、図９（ｂ）に示すように、排気ガスの導入側、即ち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。第２Ｕ字管１２Ｂでは、排気ガスの導出側、即ち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。
　また、上側の３本の第１Ｕ字管１２Ａでは、第３Ｕ字管１２Ｃと同様に、排気ガスの導出側、即ち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。第１Ｕ字管１２Ａでは、排気ガスの導入側、即ち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、第１Ｕ字管１２Ａには液相の冷媒が通る。つまり、第１Ｕ字管１２Ａは冷媒が相変化する前の相変化前域（液域）を含むＵ字管１２である。
　第２Ｕ字管１２Ｂには液相から気相へ相変化中の冷媒が通る。つまり、第２Ｕ字管１２Ｂは冷媒が相変化する相変化域（沸騰域）を含むＵ字管１２である。
　そして、第３Ｕ字管１２Ｃには気相の冷媒が通る。つまり、第３Ｕ字管１２Ｃは冷媒が相変化した後の相変化後域（過熱蒸気域）を含むＵ字管１２である。
　このため、第２Ｕ字管１２Ｂの温度は、第１Ｕ字管１２Ａと比較して高く、第２Ｕ字管１２Ｂの熱膨張による変形は第１Ｕ字管１２Ａと比較して大きい。
　また、第３Ｕ字管１２Ｃの温度は第２Ｕ字管１２Ｂと比べて高い。このため、第２Ｕ字管１２Ｂにおける熱膨張による変形は、第１Ｕ字管１２Ａにおける熱膨張による変形よりも大きくなり、第３Ｕ字管１２Ｃにおける熱膨張による変形は、第２Ｕ字管１２Ｂにおける熱膨張による変形よりも大きくなる。
　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ほか、第２Ｕ字管１２Ｂと第３Ｕ字管１２Ｃとの間においても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、下側の３本の第１Ｕ字管１２Ａに装着されている第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と、第３Ｕ字管１２Ｃに装着されている第３フィン部６０の３つの部分に分割されている。つまり、本実施形態のフィン１３は、相変化前域と相変化域との間において分割されているとともに、相変化域と相変化後域との間にて分割されている。
　フィン１３を第１フィン部３８、第２フィン部３９、及び第３フィン部６０の３つに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群、第２フィン部３９に拘束される第２Ｕ字管１２Ｂ群、第３フィン部６０に拘束される第３Ｕ字管１２Ｃ群は互いに独立して変形可能となる。
　さらに、本実施形態では、フィン１３の第２フィン部３９における第２Ｕ字管１２Ｂの直管部１９の間が分割されている。これは、本実施形態では、第２Ｕ字管１２Ｂの直管部１９の間に生じる熱膨張差を考慮しているためである。従って、第２フィン部３９の第２Ｕ字管１２Ｂ群において、往きの冷媒が通る直管部１９と帰りの冷媒が通る直管部１９は互いに独立して変形可能となる。
　因みに、第２Ｕ字管１２Ｂの直管部１９の間に生じる熱膨張差が、考慮する必要がない程度に小さい場合は、第２フィン部３９における第２Ｕ字管１２Ｂの直管部１９の間を分割しなくてもよい。
　次に、本実施形態の熱交換器７０による冷媒と排気ガスとの間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場合、エンジンの排気ガスは排気管（図示せず）を通り、熱交換器７０を通過する。熱交換器７０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７０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。本実施形態では、第１Ｕ字管１２Ａを通る冷媒はヘッダー１４の第１室２６から導入されているため、液相の冷媒が高温の排気ガスと熱交換される。
　第２Ｕ字管１２Ｂを通る冷媒は、第１Ｕ字管１２Ａで既に熱交換された冷媒であり、第２Ｕ字管１２Ｂにおける高温の排気ガスとの熱交換により、液相から気相へ相変化中の状態にある。このため、第２Ｕ字管１２Ｂは第１Ｕ字管１２Ａと比較すると高温であり、第２Ｕ字管１２Ｂの熱膨張は第１Ｕ字管１２Ａの熱膨張よりも大きい。第２Ｕ字管１２Ｂの往きの冷媒は、ヘッダー１４の第２室２８から導入される冷媒であり、冷媒において液相の冷媒が占める割合が高い。
　一方、第２Ｕ字管１２Ｂの戻りの冷媒では、冷媒において気相の冷媒が占める割合が高い。従って、第２Ｕ字管１２Ｂでは、戻りの冷媒が通る直管部１９は、気相の冷媒が占める割合が高く、オイルの熱抵抗が大きく、往きの冷媒が通る直管部１９よりも熱膨張が大きくなる。
　因みに、オイルの熱抵抗は、液域を含む第１Ｕ字管１２Ａでは小さく、沸騰域を含む第２Ｕ字管１２Ｂでは、過熱蒸気域を含む第３Ｕ字管１２Ｃと同程度の熱抵抗となる。
　従って、第１Ｕ字管１２Ａでは、相変化による影響が小さく、かつ、オイルの熱抵抗が小さいため、第１Ｕ字管１２Ａの変形量は最も小さい。また、第２Ｕ字管１２Ｂでは、相変化による影響が小さく、かつ、オイルの熱抵抗が大きいため、第２Ｕ字管１２Ｂの変形量は第１Ｕ字管１２Ａの変形量よりも大きい。第３Ｕ字管１２Ｃでは、相変化による影響が大きく、かつ、オイルの熱抵抗も大きいため、第３Ｕ字管１２Ｃの変形量は最も大きい。
　フィン１３が３つのフィン部３８～４０に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は変形する。第２Ｕ字管１２Ｂは、第１Ｕ字管１２Ａおよび第３Ｕ字管１２Ｃに拘束されることなく変形する。第３Ｕ字管１２Ｃは、第２Ｕ字管１２Ｂに拘束されることなく変形する。つまり、第１Ｕ字管１２Ａ、第２Ｕ字管１２Ｂおよび第３Ｕ字管１２Ｃ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。
　また、第３Ｕ字管１２Ｃでは、第３Ｕ字管１２Ｃ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。さらに、第２フィン部３９における第２Ｕ字管１２Ｂの直管部１９の間が分割されていることから、第２フィン部３９の第２Ｕ字管１２Ｂ群において、往きの冷媒が通る直管部１９と帰りの冷媒が通る直管部１９は互いに拘束されることなく変形する。
　本実施形態に係る熱交換器７０は、以下の作用効果を奏する。
　（１）フィン１３において相変化前域を含む第１Ｕ字管１２Ａと相変化域を含む第２Ｕ字管１２Ｂとの間が分割されているから、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、熱膨張量に応じてそれぞれ変形することができる。従って、第２Ｕ字管１２Ｂが第１Ｕ字管１２Ａよりも大きく変形しても、第２Ｕ字管１２Ｂとケース１１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。
　（２）フィン１３において相変化域を含む第２Ｕ字管１２Ｂと相変化後域を含む第３Ｕ字管１２Ｃとの間が分割されているから、第２Ｕ字管１２Ｂと第３Ｕ字管１２Ｃ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、熱膨張量に応じてそれぞれ変形することができる。従って、第３Ｕ字管１２Ｃが第２Ｕ字管１２Ｂよりも大きく変形しても、第３Ｕ字管１２Ｃとケース１１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。
　（３）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７０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。
　（４）Ｕ字管１２に装着されるフィン１３は、冷媒の相変化を考慮した位置において分割されているから、Ｕ字管１２とケース１１との接合部における応力集中をより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。
（第４の実施形態）
　次に第４の実施形態に係る熱交換器１５０について説明する。
　本実施形態の熱交換器１５０では、ヘッダーの構成及びＵ字管の配設状態が第３の実施形態の熱交換器７０と相違する。本実施形態の熱交換器１５０は、第３の実施形態の形態と同一の構成については第３の実施形態の説明を援用し、共通の符号を用いる。
　図１０及び図１１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。本実施形態では、Ｕ字管１２は、ケース１１内において一対の直管部１９が互いに上下に位置するよう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、互いに隣り合うＵ字管１２が排気ガスの流れ方向において前後に位置するように、複数（本実施形態では２本）のＵ字管１２がケース１１内に互いに並列に配置されている。
　また、互いに隣り合うＵ字管１２が天板１７から底板１８へ向けて上下に位置するように、複数（本実施形態では３本）のＵ字管１２がケース１１内に並設されている。
　本実施形態の熱交換器１５０では６本のＵ字管１２がケース１１内に収容されている。
　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。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１５２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。
　図１０及び１２に示すように、ヘッダー１５２は外壁１５３により密閉された空間を内部に有する箱体である。ヘッダー１５２の内部の空間は仕切り壁１５４、１５５、１５６により４分割されている。ヘッダー１５２は、４個の部屋を有する。
　第１室１５８は、外部から冷媒が流入する流入口１５７を備える。第１室１５８は、仕切り壁１５４により仕切られて区画された部屋である。第１室１５８は、ヘッダー１５２において最下部に形成される。第１室１５８には、排気ガスの流れ方向において前後位置となる下側の２本のＵ字管１２において下側の直管部１９と連通する２個の入口孔１５９が形成されている。
　第２室１６０は、仕切り壁１５４、１５５により仕切られて区画された部屋である。第２室１６０は、ヘッダー１５２において第１室１５８の上側に形成されている。第２室１６０には、排気ガスの流れ方向において前後位置となる下側の２本のＵ字管１２における上側の直管部１９が接続される２個の出口孔１６１が形成されている。
　流入口１５７から第１室１５８に導入された冷媒は、第１室１５８の入口孔１５９から下側の２本のＵ字管１２を通り、第２室１６０の出口孔１６１から第２室１６０へ導入される。
　また、第２室１６０は第１室１５８より大きな空間を有する。第２室１６０における出口孔１６１の上部には、２個の入口孔１６２が形成されている。第２室１６０の入口孔１６２は、下側の２本のＵ字管１２と上側に位置する２本のＵ字管１２の間に位置する２本のＵ字管１２における下側の直管部１９と連通する。従って、第２室１６０の出口孔１６１から第２室１６０へ導入された冷媒は、入口孔１６２と連通されたＵ字管１２へ流入される。
　第３室１６３は仕切り壁１５５、１５６により仕切られて区画された部屋である。第３室１６３は、ヘッダー１５２において第２室１６０の上側に形成されている。第３室１６３には、２個の出口孔１６４が形成されており、出口孔１６４は、下側の２本のＵ字管１２と上側に位置する２本のＵ字管１２の間に位置する２本のＵ字管１２における上側の直管部１９と接続される。
　第２室１６０の入口孔１６２から下側の２本のＵ字管１２と上側に位置する２本のＵ字管１２の間に位置する２本のＵ字管１２へ導入された冷媒は、第３室１６３の出口孔１６４から第３室１６３へ導入される。
　また、第３室１６３は第２室１６０と同じ大きさの空間を有している。第３室１６３における出口孔１６４の上部には、２個の入口孔１６５が形成されている。第３室１６３の入口孔１６５は、上側の２本のＵ字管１２における下側の直管部１９と連通する。従って、第３室１６３の出口孔１６４から第３室１６３へ導入された冷媒は、入口孔１６５と連通されたＵ字管１２へ流入される。
　第４室１６６は仕切り壁１５６により仕切られて区画された部屋である。第４室１６６は、ヘッダー１５２において第３室１６３の上側、すなわち、ヘッダー１５２の最上部に形成されている。第４室１６６には、２個の出口孔１６７が形成されており、出口孔１６７は、上側の２本のＵ字管１２における上側の直管部１９と接続される。
　第３室１６３の入口孔１６５から上側の２本のＵ字管１２へ導入された冷媒は、第４室１６６の出口孔１６７から第４室１６６へ導入される。第４室１６６には、第４室１６６内の冷媒を外部へ流出する流出口１６８が設けられている。
　ヘッダー１５２とＵ字管１２とが互いに接続されることにより、第１室１５８に導入される冷媒はＵ字管１２を通って第２室１６０、第３室１６３から第４室１６６へ供給され、第４室１６６から外部へ流出する。
　本実施形態の熱交換器１５０は、複数のＵ字管１２とヘッダー１５２の構成により、連続する冷媒の流路が形成され、ヘッダー１５２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１５２から流出される。
　本実施形態の冷媒は排気ガスとの熱交換によりＵ字管１２内において相変化する性質を有している。本実施形態では、熱交換時において下側のＵ字管１２を通る冷媒は液相の状態にある。そして、熱交換時において下側のＵ字管１２と上側のＵ字管１２との間のＵ字管１２を通る冷媒は、液相から気相へ相変化する状態にある。熱交換時において上側のＵ字管１２を通る冷媒は気相の状態にある。
　本実施形態では、説明の便宜上、下側の前後２本のＵ字管１２を第１Ｕ字管１２Ａとする。下側の前後２本のＵ字管１２と上側の前後２本のＵ字管１２との間に位置する２本のＵ字管１２を、第２Ｕ字管１２Ｂとする。さらに、上側の前後２本のＵ字管１２を第３Ｕ字管１２Ｃとする。前後２本を単位とした第１Ｕ字管１２Ａ群、第２Ｕ字管１２Ｂ群および第３Ｕ字管１２Ｃ群が構成されている。
　第１Ｕ字管１２Ａにおける上下に位置する直管部１９は液相の冷媒が通る。つまり、第１Ｕ字管１２Ａは冷媒が相変化する前の相変化前域（液域）を含むＵ字管１２である。第１Ｕ字管１２Ａでは、下側の直管部１９を往きの冷媒が通り、戻りの冷媒は上側の直管部１９を通る。第１Ｕ字管１２Ａの上下の直管部１９は排気ガスの流れ方向では互いに同じ位置であり、上下の直管部１９間の熱膨張差は小さく、第１Ｕ字管１２Ａの変形は小さい。
　一方、第２Ｕ字管１２Ｂにおける直管部１９は液相から気相へ相変化中の冷媒が通る。つまり、第２Ｕ字管１２Ｂは冷媒が相変化する相変化域（沸騰域）を含むＵ字管１２である。第２Ｕ字管１２Ｂでは、往きの冷媒が通る下側の直管部１９は往き管部に相当し、戻りの冷媒が通る上側の直管部１９は戻り管部に相当する。第２Ｕ字管１２Ｂは、第１Ｕ字管１２Ａと比較して温度が高い。
　第２Ｕ字管１２Ｂの上下の直管部１９は排気ガスの流れ方向では互いに同じ位置であっても、液相に近い状態の冷媒が通る第２Ｕ字管１２Ｂの下の直管部１９と、気相に近い状態の冷媒が通る第２Ｕ字管１２Ｂの上の直管部１９との冷媒の相変化による熱膨張差は大きい。第２Ｕ字管１２Ｂにおける上下の直管部１９の熱膨張差により、曲管部２０側が下側へ向かう変形が生じる。
　第３Ｕ字管１２Ｃにおける上下に位置する直管部１９は気相の冷媒が通る。つまり、第３Ｕ字管１２Ｃは冷媒が相変化した後の相変化後域（過熱蒸気域）を含むＵ字管１２である。第３Ｕ字管１２Ｃでは、下側の直管部１９を往きの冷媒が通り、戻りの冷媒は上側の直管部１９を通る。
　第３Ｕ字管１２Ｃの上下の直管部１９は排気ガスの流れ方向では互いに同じ位置である。また、第３Ｕ字管１２Ｃは第２Ｕ字管１２Ｂと比べて温度は高いものの、上下の直管部１９間の熱膨張差は小さい。このため、第２Ｕ字管１２Ｂにおける熱膨張差による変形は、第１Ｕ字管１２Ａおよび第３Ｕ字管１２Ｃにおける熱膨張差による変形よりも大きくなる。
　なお、本実施形態では、冷媒が排気ガスにより加熱される熱交換器１５０であるため、熱交換器１５０における冷媒の流れから見ると、相変化前域が最も上流に位置する。そして、相変化域は相変化前域の下流に位置し、さらに、相変化後域は相変化域の下流に位置する。
　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１５１が装着されている。フィン１５１はステンレス鋼により形成された金属板であり、図１０に示すように、フィン１５１には直管部１９を挿通する複数の通孔１６９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１５１により仕切られ、フィン１５１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１５１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１５１に排気ガスの熱が伝達し易くなる。
　本実施形態のフィン１５１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ほか、第２Ｕ字管１２Ｂと第３Ｕ字管１２Ｃとの間において物理的に分断されて分割されている。さらに、本実施形態では、フィン１５１は第２Ｕ字管１２Ｂの上下の直管部１９との間においても物理的に分断されて分割されている。このため、フィン１５１は４つのフィン部１７０～１７３に分割されている。
　第１フィン部１７０は下側の前後２本の第１Ｕ字管１２Ａに装着されている。第２下側フィン部１７１は、前後２本の第２Ｕ字管１２Ｂの下側の直管部１９に装着されている。第２上側フィン部１７２は、前後２本の第２Ｕ字管１２Ｂの上側の直管部１９に装着されている。第３フィン部１７３は、上側の前後２本の第３Ｕ字管１２Ｃに装着されている。
　つまり、本実施形態のフィン１５１は、相変化前域と相変化域との間において分割されているとともに、相変化域と相変化後域との間にて分割されている。さらに、相変化域においてもフィン１５１が分割されている。
　第１Ｕ字管１２Ａ、第２Ｕ字管１２Ｂおよび第３Ｕ字管１２Ｃの熱膨張差に伴う変形量は異なる。フィン１５１を４つのフィン部１７０～１７３に分断することにより、第１フィン部１７０に拘束される第１Ｕ字管１２Ａと、第２下側フィン部１７１および第２上側フィン部１７２に拘束される第２Ｕ字管１２Ｂは互いに独立して変形可能となる。
　また、第２下側フィン部１７１および第２上側フィン部１７２に拘束される第２Ｕ字管１２Ｂと、第３フィン部１７３に拘束される第３Ｕ字管１２Ｃは互いに独立して変形可能となる。
　さらに、第２Ｕ字管１２Ｂでは、往きの冷媒が通る直管部１９および戻りの冷媒が通る直管部１９が互いに拘束されることなく変形可能となる。
　本実施形態では、車両に搭載されたエンジンが駆動される場合、エンジンの排気ガスは排気管（図示せず）を通り、熱交換器１５０を通過する。熱交換器１５０を通過する排気ガスは、多数のフィン１５１の面に沿って流れ、フィン１５１は高温の排気ガスにより加熱される。
　一方、熱交換器１５０のＵ字管１２には冷媒が流れており、冷媒はフィン１５１、Ｕ字管１２とフィン１５１を接合するろう材および直管部１９を介してフィン１５１の周囲の排気ガスと熱交換を行う。
　本実施形態では、第１Ｕ字管１２Ａを通る冷媒はヘッダー１５２の第１室１５８から導入されているため、液相の冷媒が高温の排気ガスと熱交換される。第２Ｕ字管１２Ｂを通る冷媒は、第１Ｕ字管１２Ａで既に熱交換された冷媒であり、第２Ｕ字管１２Ｂにおける高温の排気ガスとの熱交換により、液相から気相へ相変化中の状態にある。このため、第２Ｕ字管１２Ｂは第１Ｕ字管１２Ａと比較すると高温であり、第２Ｕ字管１２Ｂの熱膨張は第１Ｕ字管１２Ａの熱膨張よりも大きい。第２Ｕ字管１２Ｂの往きの冷媒は、ヘッダー１５２の第２室１６０から導入される冷媒であり、冷媒において液相の冷媒が占める割合が高い。
　一方、第２Ｕ字管１２Ｂの戻りの冷媒では、冷媒において気相の冷媒が占める割合が高い。従って、第２Ｕ字管１２Ｂでは、戻りの冷媒が通る直管部１９は、気相の冷媒が占める割合が高く、オイルの熱抵抗が大きく、往きの冷媒が通る直管部１９よりも熱膨張が大きくなる。
　因みに、オイルの熱抵抗は、液域を含む第１Ｕ字管１２Ａでは小さく、沸騰域を含む第２Ｕ字管１２Ｂでは、過熱蒸気域を含む第３Ｕ字管１２Ｃと同程度の熱抵抗となる。
　従って、第１Ｕ字管１２Ａでは、相変化による影響が小さく、かつ、オイルの熱抵抗が小さいため、第１Ｕ字管１２Ａの変形量は最も小さい。また、第２Ｕ字管１２Ｂでは、相変化による影響が小さく、かつ、オイルの熱抵抗が大きいため、第２Ｕ字管１２Ｂの変形量は第１Ｕ字管１２Ａの変形量よりも大きい。第３Ｕ字管１２Ｃでは、相変化による影響が大きく、かつ、オイルの熱抵抗も大きいため、第３Ｕ字管１２Ｃの変形量は最も大きい。
　フィン１５１が４つのフィン部１７０～１７３に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１５１を介して互いに拘束されることなく、第１Ｕ字管１２Ａは変形する。第２Ｕ字管１２Ｂは、第１Ｕ字管１２Ａおよび第３Ｕ字管１２Ｃに拘束されることなく変形する。第３Ｕ字管１２Ｃは、第２Ｕ字管１２Ｂに拘束されることなく変形する。つまり、第１Ｕ字管１２Ａ、第２Ｕ字管１２Ｂおよび第３Ｕ字管１２Ｃ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。また、第３Ｕ字管１２Ｃでは、第３Ｕ字管１２Ｃ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。
　ところで、第２Ｕ字管１２Ｂでは、往きの冷媒が通る直管部１９に第２下側フィン部１７１が形成され、戻りの冷媒が通る直管部１９に第２上側フィン部１７２が形成されている。このため、第２Ｕ字管１２Ｂでは、往きの冷媒が通る直管部１９および戻りの冷媒が通る直管部１９が互いに拘束されることなく変形する。このため、第２Ｕ字管１２Ｂ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。
　本実施形態の熱交換器１５０は、第３の実施形態の作用効果（１）～（３）と同等の作用効果を奏する。
　さらに言うと、第２Ｕ字管１２Ｂは、往きの冷媒を通す直管部１９と、戻りの冷媒を通す直管部１９とを有し、フィン１５１において往きの冷媒を通す直管部１９と戻りの冷媒を通す直管部１９との間が分割されている。往きの冷媒を通す直管部１９と戻りの冷媒を通す直管部１９との間ではフィン１５１を介して拘束されることなく、熱膨張量に応じてそれぞれ変形することができる。
　（第５の実施形態）
　次に第５の実施形態に係る熱交換器４０について図５及び図６を参照して説明する。
　本実施形態の熱交換器４０は、ヘッダーの構成が第３の実施形態と相違する。
　本実施形態の熱交換器４０は、図６の第２の実施形態と同じヘッダー４１を有するため、その説明を省略する。
　図５に示すように、Ｕ字管１２は、下側の３本の第１Ｕ字管１２Ａ、中間の３本の第２Ｕ字管１２Ｂ、及び上側の３本の第３Ｕ字管１２Ｃを含む。各フィン１３は、下側の第１フィン部３８、中間の第２フィン部３９、及び上側の第３フィン部６０を含む。
　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ほか、第２Ｕ字管１２Ｂと第３Ｕ字管１２Ｃとの間においても物理的に分断されて分割されている。
　本実施形態では、第１Ｕ字管１２Ａはケース１１の底板１８に接近して配置され、第３Ｕ字管１２Ｃはケース１１の天板１７に接近して配置されている。下側の第１Ｕ字管１２Ａに装着された第１フィン部３８は、底板１８にろう付けにより固定されている。つまり、下側の第１Ｕ字管１２Ａは第１フィン部３８を介して底板１８に固定されている。下側の第１Ｕ字管１２Ａが第１フィン部３８を介してケース１１に固定されることにより、第１Ｕ字管１２Ａの振動が抑制される。
　なお、本実施形態では、第１Ｕ字管１２Ａの変形量は、第２Ｕ字管１２Ｂの変形量よりも小さいため、第１フィン部３８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。
　本実施形態の熱交換器４０は、第４の実施形態の作用効果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、下側の第１Ｕ字管１２Ａが第１フィン部３８を介して底板１８に固定される。このため、下側の第１Ｕ字管１２Ａを拘束する第１フィン部３８の振動を抑制することができる。従って、第１Ｕ字管１２Ａおよび第１フィン部３８の振動による第１Ｕ字管１２Ａ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２～５の実施形態の何れの熱交換器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１３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、即ち上流側および導出側、即ち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、互いに隣接する第１Ｕ字管１２Ａと第２Ｕ字管１２Ｂとはフィン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、上記の各実施形態は、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。
　○上記の各実施形態では、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。作動流体を熱交換流体により冷却する熱交換器の場合、作動流体は、相変化前域では気相であり、相変化域では液相から気相へ相変化中の状態にあり、相変化後域では液相である。つまり、熱交換器における作動流体は上流側において気相であり下流側において液相である。
　○第２の実施形態では、第２Ｕ字管１２Ｂに装着されたフィン１３（第２フィン部３９）をケース１１にろう付けにより固定したが、フィン１３は必ずしもろう付けによりケース１１に固定しなくてもよい。別の手段によりフィン１３をケース１１に固定してもよい。なお、第２の実施形態のようにフィン１３をケース１１に固定することは必須ではない。
　○第５の実施形態では、第１Ｕ字管１２Ａに装着されたフィン１３がケース１１にろう付けにより固定されたが、フィン１３は必ずしもろう付けによりケース１１に固定しなくてもよい。別の手段によりフィン１３をケース１１に固定してもよい。また、第３Ｕ字管１２Ｃの熱膨張が小さい場合は、第１Ｕ字管１２Ａのフィン１３の他に、第３Ｕ字管１２Ｃに装着されたフィン１３がケース１１にろう付けされてもよい。
　○上記の第１及び第２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１２Ａおよび３本の第２Ｕ字管１２Ｂをそれぞれの単位として構成したが、第１Ｕ字管１２Ａ、および第２Ｕ字管１２Ｂの本数は特に限定されない。第１Ｕ字管１２Ａおよび第２Ｕ字管１２Ｂ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。
　○第３及び第５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本を単位とする第１Ｕ字管１２Ａ群～第３Ｕ字管１２Ｃ群として構成したが、第１Ｕ字管１２Ａ群～第３Ｕ字管１２Ｃ群の本数は特に限定されない。第１Ｕ字管１２Ａ～第３Ｕ字管１２Ｃ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。
　○第４の実施形態では、６本のＵ字管を備えた熱交換器であって、前後２本を単位とする第１Ｕ字管１２Ａ群～第３Ｕ字管１２Ｃ群として構成したが、第１Ｕ字管群～第３Ｕ字管群の本数は特に限定されない。第１Ｕ字管１２Ａ～第３Ｕ字管１２Ｃ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。
　○上記の各実施形態では、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で接続部５８を形成したが、これに限らない。接続部５８は応力緩和部として第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であればよい。

Claims (6)

  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間で熱交換が行われ、
    　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、を含み、
    　前記フィンは前記第１Ｕ字管と前記第２Ｕ字管との間において分割されている、熱交換器。
  2. 　前記支持体を有し、前記複数のＵ字管を収容するケースを更に備え、
    　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フィン部とを有し、
    　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、請求項１記載の熱交換器。
  3. 　互いに並列に配置され、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間で熱交換が行われ、
    　前記作動流体が前記熱交換流体との熱交換により前記Ｕ字管内にて相変化し、
    　前記複数のＵ字管は、
    　熱交換時において前記作動流体が相変化する前の相変化前域を含む第１Ｕ字管と、
    　熱交換時において前記作動流体が相変化する相変化域を含む第２Ｕ字管と、
    　熱交換時において前記作動流体が相変化した後の相変化後域を含む第３Ｕ字管とを含み、
    　前記フィンは、前記相変化前域と前記相変化域との間において分割されている、熱交換器。
  4. 　前記フィンは、前記相変化域と前記相変化後域との間において分割されている、請求項３記載の熱交換器。
  5. 　前記第２Ｕ字管は、往きの作動流体を通す往き管部と、戻りの作動流体を通す戻り管部とを有し、
    　前記フィンは、前記往き管部と前記戻り管部との間において分割されている、請求項３又は４記載の熱交換器。
  6. 　前記熱交換流体は、内燃機関の排気ガスを含む、請求項１～５の何れか一項に記載の熱交換器。
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