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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024079208
(43)【公開日】2024-06-11
(54)【発明の名称】熱交換器
(51)【国際特許分類】
F28F 1/22 20060101AFI20240604BHJP
F28D 7/10 20060101ALI20240604BHJP
F28F 1/40 20060101ALI20240604BHJP
F28F 9/013 20060101ALN20240604BHJP
【ＦＩ】
F28F1/22 Z
F28D7/10 Z
F28F1/40 J
F28F9/013 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022192013
(22)【出願日】2022-11-30
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】鈴田 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】原 伸英
【テーマコード（参考）】
3L103
【Ｆターム（参考）】
3L103AA37
3L103CC02
3L103CC08
3L103CC27
3L103DD10
3L103DD33
3L103DD38
3L103DD44
(57)【要約】
【課題】熱交換性能を向上させることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、第一流体が供給される流路を形成する配管と、流路を閉塞するように該流路の延在方向に間隔をあけて一対が設けられることで、流路の一部に閉空間を区画形成する管板と、両端が開口する管状をなして一対の管板を貫通するように延びるとともに、互いに間隔をあけて並設された複数の伝熱管と、配管の外部から閉空間内に第二流体を供給可能な供給部と、閉空間内の第二流体を配管の外部に排出可能な排出部と、伝熱管の周囲の流路を、該伝熱管の軸方向に延びて、かつ、周方向に分割された複数の小流路に区画する仕切り部材と、小流路に設けられて、伝熱管の軸方向に間隔をあけて配列された複数のリブを有するリブ列と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】熱交換器は、第一流体が供給される流路を形成する配管と、流路を閉塞するように該流路の延在方向に間隔をあけて一対が設けられることで、流路の一部に閉空間を区画形成する管板と、両端が開口する管状をなして一対の管板を貫通するように延びるとともに、互いに間隔をあけて並設された複数の伝熱管と、配管の外部から閉空間内に第二流体を供給可能な供給部と、閉空間内の第二流体を配管の外部に排出可能な排出部と、伝熱管の周囲の流路を、該伝熱管の軸方向に延びて、かつ、周方向に分割された複数の小流路に区画する仕切り部材と、小流路に設けられて、伝熱管の軸方向に間隔をあけて配列された複数のリブを有するリブ列と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一流体が供給される流路を形成する配管と、
前記流路を閉塞するように該流路の延在方向に間隔をあけて一対が設けられることで、前記流路の一部に閉空間を区画形成する管板と、
両端が開口する管状をなして前記一対の管板を貫通するように延びるとともに、互いに間隔をあけて並設された複数の伝熱管と、
前記配管の外部から前記閉空間内に第二流体を供給可能な供給部と、
前記閉空間内の前記第二流体を前記配管の外部に排出可能な排出部と、
前記伝熱管の周囲の前記流路を、該伝熱管の軸方向に延びて、かつ、周方向に分割された複数の小流路に区画する仕切り部材と、
前記小流路に設けられて、前記伝熱管の軸方向に間隔をあけて配列された複数のリブを有するリブ列と、
を備える熱交換器。
前記流路を閉塞するように該流路の延在方向に間隔をあけて一対が設けられることで、前記流路の一部に閉空間を区画形成する管板と、
両端が開口する管状をなして前記一対の管板を貫通するように延びるとともに、互いに間隔をあけて並設された複数の伝熱管と、
前記配管の外部から前記閉空間内に第二流体を供給可能な供給部と、
前記閉空間内の前記第二流体を前記配管の外部に排出可能な排出部と、
前記伝熱管の周囲の前記流路を、該伝熱管の軸方向に延びて、かつ、周方向に分割された複数の小流路に区画する仕切り部材と、
前記小流路に設けられて、前記伝熱管の軸方向に間隔をあけて配列された複数のリブを有するリブ列と、
を備える熱交換器。
【請求項2】
前記リブ列は、前記小流路に、前記周方向に間隔をあけて複数列設けられ、
前記周方向に隣り合う２列の前記リブ列の組では、前記リブが前記軸方向に互い違いとなるように前記軸方向にジグザグ状に配列されている、請求項１に記載の熱交換器。
前記周方向に隣り合う２列の前記リブ列の組では、前記リブが前記軸方向に互い違いとなるように前記軸方向にジグザグ状に配列されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記リブは、前記伝熱管の外周面から延びる円柱状に形成されるとともに、延在方向両端部から延在方向中間部に向かうにしたがって湾曲しながら漸次先細るように形成されている、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記仕切り部材は、隣り合う前記伝熱管同士の間、及び前記伝熱管と前記配管との間に設けられている、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記伝熱管は、前記軸方向から見て多角形状に形成され、
前記仕切り部材は、前記軸方向から見て前記伝熱管の角部に設けられている、請求項１又は２に記載の熱交換器。
前記仕切り部材は、前記軸方向から見て前記伝熱管の角部に設けられている、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関や外燃機関を含む熱機関では、燃料を燃焼させることで熱エネルギーを発生させ、この熱エネルギーを例えば出力軸の回転エネルギーとして取り出す。この時、熱機関では高温の排ガスが発生する。排ガスの熱エネルギーを有効利用するための措置として、熱交換器を排ガス流路中に設ける構成が考えられる。
【0003】
従来、熱交換器は、複数の伝熱管と、各伝熱管に設けられたフィンとを有する構成が一般的であった。この種の熱交換器では、伝熱管の内部に熱媒体を流通させ、その外部にさらに他の媒体を流通させる。これにより、フィンを介して２つの媒体同士の間で熱交換が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第７０２５５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、冷媒が油、燃料、フロリナート等の有機液体の場合は熱伝達効率が低く、このような熱伝達効率の低い冷媒が用いられる場合でも、十分に熱交換が行われるようにするため熱交換性能の向上が求められている。
【0006】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、熱交換性能を向上させることができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本開示に係る熱交換器は、第一流体が供給される流路を形成する配管と、前記流路を閉塞するように該流路の延在方向に間隔をあけて一対が設けられることで、前記流路の一部に閉空間を区画形成する管板と、両端が開口する管状をなして前記一対の管板を貫通するように延びるとともに、互いに間隔をあけて並設された複数の伝熱管と、前記配管の外部から前記閉空間内に第二流体を供給可能な供給部と、前記閉空間内の前記第二流体を前記配管の外部に排出可能な排出部と、前記伝熱管の周囲の前記流路を、該伝熱管の軸方向に延びて、かつ、周方向に分割された複数の小流路に区画する仕切り部材と、前記小流路に設けられて、前記伝熱管の軸方向に間隔をあけて配列された複数のリブを有するリブ列と、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本開示の熱交換器によれば、熱交換性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の第一実施形態に係る熱交換器の構成を示す図である。
【図3】本開示の第一実施形態に係る小流路の平面図である。
【図5】本開示の第一実施形態の変形例に係る小流路の平面図である。
【図6】本開示の第二実施形態に係る小流路の平面図である。
【図8】本開示の実施形態の変形例に係る供給部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜第一実施形態＞
以下、本開示の実施形態に係る熱交換器１について、図１から図４を参照して説明する。
熱交換器１は、例えば、エンジン等の熱機関から排出される高温の排ガス等の流体（以下、第一流体Ｆ１と称する。）と水（以下、第二流体Ｆ２と称する。）とを熱交換させて、第一流体Ｆ１を冷却するために用いられる。
以下、本開示の実施形態に係る熱交換器１について、図１から図４を参照して説明する。
熱交換器１は、例えば、エンジン等の熱機関から排出される高温の排ガス等の流体（以下、第一流体Ｆ１と称する。）と水（以下、第二流体Ｆ２と称する。）とを熱交換させて、第一流体Ｆ１を冷却するために用いられる。
【0011】
【0012】
（配管）
配管１０は、第一流体Ｆ１が供給される流路Ｐを形成する。配管１０は、直管状の配管本体１１と、この配管本体１１の両端部にそれぞれ設けられたエルボー部１２と、を有する。
配管本体１１は、内部に、後述する伝熱管４を収容している。配管本体１１は、伝熱管４の束の外形に沿うように、多角形状に形成されている。
配管１０は、第一流体Ｆ１が供給される流路Ｐを形成する。配管１０は、直管状の配管本体１１と、この配管本体１１の両端部にそれぞれ設けられたエルボー部１２と、を有する。
配管本体１１は、内部に、後述する伝熱管４を収容している。配管本体１１は、伝熱管４の束の外形に沿うように、多角形状に形成されている。
【0013】
エルボー部１２は曲がり部を形成している。エルボー部１２の内部には第一流体Ｆ１の流れ方向を曲がり部に合わせて案内するためのベーン２が複数設けられている。また、各エルボー部１２の配管本体１１側の端部には、流路Ｐを閉塞する管板３が設けられている。第一流体Ｆ１の流れ方向の下流側の管板３には、供給部２０が設けられ、第一流体Ｆ１の流れ方向の上流側の管板３には、排出部３０が設けられている。
また、各エルボー部１２のうち管板３よりも配管本体１１側の端部には、エルボー部１２の周方向にわたって、エルボー部１２を貫通する複数の連通孔１３が設けられている。
また、各エルボー部１２のうち管板３よりも配管本体１１側の端部には、エルボー部１２の周方向にわたって、エルボー部１２を貫通する複数の連通孔１３が設けられている。
【0014】
（ベーン）
各ベーン２は、エルボー部１２のカーブに沿って湾曲している。このようなベーン２がエルボー部１２の延在方向に交差する方向に間隔をあけて複数設けられている。
各ベーン２は、エルボー部１２のカーブに沿って湾曲している。このようなベーン２がエルボー部１２の延在方向に交差する方向に間隔をあけて複数設けられている。
【0015】
（管板）
管板３は、配管本体１１の延在方向の両端部に１つずつ設けられている。管板３は、流路Ｐを閉塞するように流路Ｐの延在方向に間隔をあけて一対が設けられることで、配管１０内の流路Ｐの一部に閉空間Ｖを区画形成する。一対の管板３は、配管本体１１内に配置された複数の伝熱管４によって貫通されている。
管板３は、配管本体１１の延在方向の両端部に１つずつ設けられている。管板３は、流路Ｐを閉塞するように流路Ｐの延在方向に間隔をあけて一対が設けられることで、配管１０内の流路Ｐの一部に閉空間Ｖを区画形成する。一対の管板３は、配管本体１１内に配置された複数の伝熱管４によって貫通されている。
【0016】
（伝熱管）
伝熱管４は、両端が開口する管状をなして一対の管板３を貫通するように延びるとともに、互いに間隔をあけて並設されて複数設けられている。伝熱管４は、エルボー部１２と連通しているため、伝熱管４の内部は、第一流体Ｆ１が流れる第一流路Ｐ１となっている。複数の伝熱管４は、互いに平行となるように延びている。
以下では、伝熱管４の軸方向Ｄａを単に軸方向Ｄａと称し、伝熱管４の周方向を単に周方向と称する場合がある。
伝熱管４は、両端が開口する管状をなして一対の管板３を貫通するように延びるとともに、互いに間隔をあけて並設されて複数設けられている。伝熱管４は、エルボー部１２と連通しているため、伝熱管４の内部は、第一流体Ｆ１が流れる第一流路Ｐ１となっている。複数の伝熱管４は、互いに平行となるように延びている。
以下では、伝熱管４の軸方向Ｄａを単に軸方向Ｄａと称し、伝熱管４の周方向を単に周方向と称する場合がある。
【0017】
また、伝熱管４は、軸方向Ｄａから見て多角形状に形成されている。本実施形態では、伝熱管４は、軸方向Ｄａから見て六角形状に形成されている。複数の伝熱管４は、互いの外面が平行になるように隣接し、全体としてハニカム状となるように配列されている。また、複数の伝熱管４のうち外周側の伝熱管４と配管本体１１との間には、伝熱管４同士と同程度の間隔が設けられている。伝熱管４同士の間に形成される空間、及び伝熱管４と配管１０の配管本体１１との間に形成される空間は、第二流体Ｆ２が流通する第二流路Ｐ２とされている。この第二流路Ｐ２は、第一流路Ｐ１と平行に延びている。
この第二流路Ｐ２には、後述する仕切り部材４０が設けられている。
この第二流路Ｐ２には、後述する仕切り部材４０が設けられている。
【0018】
（供給部）
供給部２０は、第一流体Ｆ１の流れ方向の下流側の管板３に設けられている。供給部２０は、連通孔１３を介して配管１０内の閉空間Ｖと連通している。供給部２０は、配管１０の外部から閉空間Ｖ内に第二流体Ｆ２を供給可能とする、いわゆる入口側ヘッダとして設けられている。
供給部２０は、第一流体Ｆ１の流れ方向の下流側の管板３に設けられている。供給部２０は、連通孔１３を介して配管１０内の閉空間Ｖと連通している。供給部２０は、配管１０の外部から閉空間Ｖ内に第二流体Ｆ２を供給可能とする、いわゆる入口側ヘッダとして設けられている。
【0019】
図３に示すように、供給部２０は、エルボー部１２の端部を外側から覆う筒状の供給部本体２１と、第一流体Ｆ１の流れ方向の上流側の供給部本体２１の開口を閉塞する供給側底板２２と、を有する。第一流体Ｆ１の流れ方向の下流側の供給部本体２１の開口は、管板３によって閉塞されている。供給部本体２１の周方向の一部には、外部から第二流体Ｆ２を供給するための供給開口部２３が形成されている。供給側底板２２は、エルボー部１２と配管本体１１との境界に設けられ、配管本体１１から外周側に張り出すように形成されている。供給側底板２２は、伝熱管４によって貫通されている。供給側底板２２は、エルボー部１２、供給部本体２１及び管板３とともに、供給部２０内に第二流体Ｆ２が供給される空間を形成する。この空間は、連通孔１３を介して閉空間Ｖ内の第二流路Ｐ２と連通している。
【0020】
（排出部）
図２に戻り、排出部３０は、第一流体Ｆ１の流れ方向の上流側の管板３に設けられている。排出部３０は、連通孔１３を介して配管１０内の閉空間Ｖと連通している。排出部３０は、閉空間Ｖ内の第二流体Ｆ２を配管１０の外部に排出可能とする、いわゆる出口側ヘッダとして設けられている。
図２に戻り、排出部３０は、第一流体Ｆ１の流れ方向の上流側の管板３に設けられている。排出部３０は、連通孔１３を介して配管１０内の閉空間Ｖと連通している。排出部３０は、閉空間Ｖ内の第二流体Ｆ２を配管１０の外部に排出可能とする、いわゆる出口側ヘッダとして設けられている。
【0021】
排出部３０と供給部２０とは、流体の流れる方向を別として互いに同様の構成を有している。すなわち、排出部３０は、供給部本体２１に相当する排出部本体３１と、供給側底板２２に相当する排出側底板３２と、を有する。
【0022】
排出部本体３１は、エルボー部１２の端部を外側から覆う筒状に形成され、排出部本体３１の流れ方向の上流側の開口は、管板３によって閉塞されている。排出部本体３１の周方向の一部には、外部に第二流体Ｆ２を排出するための排出開口部３３が形成されている。排出側底板３２は、第一流体Ｆ１の流れ方向の下流側の排出部本体３１の開口を閉塞している。排出側底板３２は、エルボー部１２と配管本体１１との境界に設けられ、配管本体１１から外周側に張り出すように形成されている。排出側底板３２は、伝熱管４によって貫通されている。排出側底板３２は、エルボー部１２、排出部本体３１及び管板３とともに、排出部３０内に第二流体Ｆ２が供給される空間を形成する。この空間は、連通孔１３を介して第二流路Ｐ２と連通している。
【0023】
本実施形態では、供給部２０が第一流体Ｆ１の流れ方向の下流側に配置され、排出部３０が第一流体Ｆ１の流れ方向の上流側に配置されているため、第二流体Ｆ２は、軸方向Ｄａで第一流体Ｆ１とは反対向きに流れる。
【0024】
（仕切り部材）
仕切り部材４０は、閉空間Ｖ内に設けられている。仕切り部材４０は、伝熱管４の周囲の流路（第二流路Ｐ２）を、伝熱管４の軸方向Ｄａに延びて、かつ、周方向に分割された複数の小流路Ｐｓに区画する。仕切り部材４０は、隣り合う伝熱管４同士の間、及び伝熱管４と配管１０の配管本体１１との間に設けられている。より詳細には、仕切り部材４０は、軸方向Ｄａから見て伝熱管４の角部に設けられている。
仕切り部材４０は、閉空間Ｖ内に設けられている。仕切り部材４０は、伝熱管４の周囲の流路（第二流路Ｐ２）を、伝熱管４の軸方向Ｄａに延びて、かつ、周方向に分割された複数の小流路Ｐｓに区画する。仕切り部材４０は、隣り合う伝熱管４同士の間、及び伝熱管４と配管１０の配管本体１１との間に設けられている。より詳細には、仕切り部材４０は、軸方向Ｄａから見て伝熱管４の角部に設けられている。
【0025】
（小流路）
小流路Ｐｓ内には、伝熱管４の軸方向Ｄａに間隔をあけて配列された複数のリブ５１を有するリブ列５０が設けられている。
以下では、１つの小流路Ｐｓについて、軸方向Ｄａに直交する方向かつ周方向に沿う方向を（小流路Ｐｓの）幅方向Ｗと称し、軸方向Ｄａ及び幅方向Ｗと直交する方向を、（小流路Ｐｓの）厚さ方向と称する場合がある。
小流路Ｐｓ内には、伝熱管４の軸方向Ｄａに間隔をあけて配列された複数のリブ５１を有するリブ列５０が設けられている。
以下では、１つの小流路Ｐｓについて、軸方向Ｄａに直交する方向かつ周方向に沿う方向を（小流路Ｐｓの）幅方向Ｗと称し、軸方向Ｄａ及び幅方向Ｗと直交する方向を、（小流路Ｐｓの）厚さ方向と称する場合がある。
【0026】
（リブ列）
リブ列５０は、仕切り部材４０によって区画される全ての小流路Ｐｓに設けられている。リブ列５０は、小流路Ｐｓに、周方向に間隔をあけて複数列設けられている。本実施形態では、リブ列５０は、１つの小流路Ｐｓ内に２列設けられている。
また、２つのリブ列５０は、小流路Ｐｓの幅方向Ｗの内面から等距離に配置されている。また、各リブ列５０において、リブ５１は軸方向Ｄａに等間隔に配置されている。そして、これら周方向に隣り合う２列のリブ列５０の組では、リブ５１が軸方向Ｄａに互い違いとなるように軸方向Ｄａにジグザグ状に配列されている。
リブ列５０は、仕切り部材４０によって区画される全ての小流路Ｐｓに設けられている。リブ列５０は、小流路Ｐｓに、周方向に間隔をあけて複数列設けられている。本実施形態では、リブ列５０は、１つの小流路Ｐｓ内に２列設けられている。
また、２つのリブ列５０は、小流路Ｐｓの幅方向Ｗの内面から等距離に配置されている。また、各リブ列５０において、リブ５１は軸方向Ｄａに等間隔に配置されている。そして、これら周方向に隣り合う２列のリブ列５０の組では、リブ５１が軸方向Ｄａに互い違いとなるように軸方向Ｄａにジグザグ状に配列されている。
【0027】
（リブ）
リブ５１は、全て同形状に形成され、立方体状をなしている。リブ５１は、伝熱管４の外周面から小流路Ｐｓの厚さ方向に延びている。リブ５１は、第二流路Ｐ２の厚さ方向に対向する一対の内面同士を接続している。本実施形態では、リブ５１の軸方向ＤａのピッチＬ１がリブ５１の幅方向ＷのピッチＬ２よりも長くなるように、各リブ５１が配置されている。また、リブ５１同士の間隔及びリブ５１の外面と第二流路Ｐ２の内面との間隔は、詰まり防止の観点から、例えば１ｍｍ以上であることが望ましい。
また、リブ５１によって閉塞される小流路Ｐｓの領域は、幅方向Ｗで１／３未満であることが望ましい。
上述した各リブ５１及び仕切り部材４０は、例えばＡＭ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）に代表される３Ｄプリンタ技術によって伝熱管４と一体形成されることが望ましい。また、熱交換器１を構成するリブ５１や仕切り部材４０、伝熱管４以外の上記各部品も同様に製造されることが望ましい。
リブ５１は、全て同形状に形成され、立方体状をなしている。リブ５１は、伝熱管４の外周面から小流路Ｐｓの厚さ方向に延びている。リブ５１は、第二流路Ｐ２の厚さ方向に対向する一対の内面同士を接続している。本実施形態では、リブ５１の軸方向ＤａのピッチＬ１がリブ５１の幅方向ＷのピッチＬ２よりも長くなるように、各リブ５１が配置されている。また、リブ５１同士の間隔及びリブ５１の外面と第二流路Ｐ２の内面との間隔は、詰まり防止の観点から、例えば１ｍｍ以上であることが望ましい。
また、リブ５１によって閉塞される小流路Ｐｓの領域は、幅方向Ｗで１／３未満であることが望ましい。
上述した各リブ５１及び仕切り部材４０は、例えばＡＭ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）に代表される３Ｄプリンタ技術によって伝熱管４と一体形成されることが望ましい。また、熱交換器１を構成するリブ５１や仕切り部材４０、伝熱管４以外の上記各部品も同様に製造されることが望ましい。
【0028】
（作用効果）
本実施形態の熱交換器１によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、熱交換器１は、第一流体Ｆ１が供給される流路Ｐを形成する配管１０と、流路Ｐを閉塞するように流路Ｐの延在方向に間隔をあけて一対が設けられることで、流路Ｐの一部に閉空間Ｖを区画形成する管板３と、両端が開口する管状をなして一対の管板３を貫通するように延びるとともに、互いに間隔をあけて並設された複数の伝熱管４と、配管１０の外部から閉空間Ｖ内に第二流体Ｆ２を供給可能な供給部２０と、閉空間Ｖ内の第二流体Ｆ２を配管１０の外部に排出可能な排出部３０と、伝熱管４の周囲の流路（第二流路Ｐ２）を、該伝熱管４の軸方向Ｄａに延びて、かつ、周方向に分割された複数の小流路Ｐｓに区画する仕切り部材４０と、小流路Ｐｓに設けられて、伝熱管４の軸方向Ｄａに間隔をあけて配列された複数のリブ５１を有するリブ列５０と、を備える。
本実施形態の熱交換器１によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、熱交換器１は、第一流体Ｆ１が供給される流路Ｐを形成する配管１０と、流路Ｐを閉塞するように流路Ｐの延在方向に間隔をあけて一対が設けられることで、流路Ｐの一部に閉空間Ｖを区画形成する管板３と、両端が開口する管状をなして一対の管板３を貫通するように延びるとともに、互いに間隔をあけて並設された複数の伝熱管４と、配管１０の外部から閉空間Ｖ内に第二流体Ｆ２を供給可能な供給部２０と、閉空間Ｖ内の第二流体Ｆ２を配管１０の外部に排出可能な排出部３０と、伝熱管４の周囲の流路（第二流路Ｐ２）を、該伝熱管４の軸方向Ｄａに延びて、かつ、周方向に分割された複数の小流路Ｐｓに区画する仕切り部材４０と、小流路Ｐｓに設けられて、伝熱管４の軸方向Ｄａに間隔をあけて配列された複数のリブ５１を有するリブ列５０と、を備える。
【0029】
これにより、第二流体Ｆ２は、小流路Ｐｓ内を軸方向Ｄａに直線状に流れることができる。このため、第二流体Ｆ２が周方向に複雑に混合されることが抑制され、伝熱管４の周囲での熱の偏りが抑制される。さらに、第二流体Ｆ２が小流路Ｐｓ内のリブ５１に衝突することによって、小流路Ｐｓ内の流れが適度に乱され、第二流体Ｆ２が適度に混合される。このため、境界層の発達が抑制される。このため、小流路Ｐｓ内での熱伝達率が向上する。よって、第一流体Ｆ１と第二流体Ｆ２とで熱交換が効率良く行われ、熱交換性能が向上される。
【0030】
特に、複数の伝熱管４が水平方向に配置される場合には、第二流体Ｆ２が自然対流によって移動し上下方向に熱の偏りが発生することが抑制され、より好適に熱交換性能の向上効果が発揮される。
また、製作誤差により第二流体Ｆ２の流れが偏り易い場合でも、第二流体Ｆ２の軸方向Ｄａに交差する方向の移動が抑制されるので、熱の偏りが抑制され、熱交換性能の向上効果が発揮される。
また、製作誤差により第二流体Ｆ２の流れが偏り易い場合でも、第二流体Ｆ２の軸方向Ｄａに交差する方向の移動が抑制されるので、熱の偏りが抑制され、熱交換性能の向上効果が発揮される。
【0031】
本実施形態では、リブ列５０は、小流路Ｐｓに、周方向に間隔をあけて複数列設けられ、周方向に隣り合う２列のリブ列５０の組では、リブ５１が軸方向Ｄａに互い違いとなるように軸方向Ｄａにジグザグ状に配列されている。
【0032】
これにより、第二流体Ｆ２は、リブ５１の間を蛇行しながら流れる。このため、境界層の発達がより一層良好に抑制され、小流路Ｐｓ内での熱伝達率がより一層向上する。よって、第一流体Ｆ１と第二流体Ｆ２とで熱交換がより一層効率良く行われ、熱交換性能がより一層向上される。
【0033】
本実施形態では、仕切り部材４０は、隣り合う伝熱管４同士の間、及び伝熱管４と配管１０との間に設けられている。
【0034】
これにより、伝熱管４同士の間、及び伝熱管４と配管１０との間に小流路Ｐｓが偏りなく形成される。このため、第二流体Ｆ２が周方向に複雑に混合されることがより一層抑制され、伝熱管４の周囲での熱の偏りがより一層抑制される。よって、第一流体Ｆ１と第二流体Ｆ２とで熱交換がより一層効率良く行われ、熱交換性能がより一層向上される。
【0035】
本実施形態では、伝熱管４は、軸方向Ｄａから見て多角形状に形成され、仕切り部材４０は、軸方向Ｄａから見て伝熱管４の角部に設けられている。
【0036】
これにより、軸方向Ｄａに延びる一様な平板形状の小流路Ｐｓが形成され、小流路Ｐｓ内の第二流体Ｆ２の流れが安定化する。このため、小流路Ｐｓ内での熱の偏りがより一層抑制される。よって、第一流体Ｆ１と第二流体Ｆ２とで熱交換がより一層効率良く行われ、熱交換性能がより一層向上される。
【0037】
本実施形態では、リブ５１は、小流路Ｐｓの厚さ方向に対向する一対の内面同士を接続している。
【0038】
これにより、熱交換器１は、第二流路Ｐ２の外殻が流圧によって変形することを抑制することができる。よって、熱交換器１の第二流路Ｐ２部分の強度が向上される。
【0039】
（第一実施形態の変形例）
続いて、第一実施形態の変形例について、図５を参照して説明する。
図５に示すように、リブ列５０は、小流路Ｐｓに３列以上設けられてもよい。図５には、リブ列５０が３列設けられている場合が図示されている。この場合、隔列で、リブ５１が幅方向Ｗに隣り合うように、各リブ５１が配置されている。
続いて、第一実施形態の変形例について、図５を参照して説明する。
図５に示すように、リブ列５０は、小流路Ｐｓに３列以上設けられてもよい。図５には、リブ列５０が３列設けられている場合が図示されている。この場合、隔列で、リブ５１が幅方向Ｗに隣り合うように、各リブ５１が配置されている。
【0040】
＜第二実施形態＞
以下、本開示の第二実施形態に係る熱交換器２０１について、図６、図７を参照して説明する。第一実施形態と同様の構成については、第一実施形態と同様の名称、及び同様の符合を付す等して説明を適宜省略する。
図６、図７に示すように、リブ２５１は、小流路Ｐｓの厚さ方向から見て円形をなすとともに、小流路Ｐｓの厚さ方向に延びる鼓状に形成されている。換言すると、リブ２５１は、伝熱管４の外周面から延びる円柱状に形成されるとともに、延在方向両端部（厚さ方向両端部）から延在方向中間部（厚さ方向中間部）に向かうにしたがって湾曲しながら漸次先細るように形成されている。このため、リブ２５１の両端部は、小流路Ｐｓの厚さ方向に対向する一対の内面のそれぞれに滑らかに接続されている。
以下、本開示の第二実施形態に係る熱交換器２０１について、図６、図７を参照して説明する。第一実施形態と同様の構成については、第一実施形態と同様の名称、及び同様の符合を付す等して説明を適宜省略する。
図６、図７に示すように、リブ２５１は、小流路Ｐｓの厚さ方向から見て円形をなすとともに、小流路Ｐｓの厚さ方向に延びる鼓状に形成されている。換言すると、リブ２５１は、伝熱管４の外周面から延びる円柱状に形成されるとともに、延在方向両端部（厚さ方向両端部）から延在方向中間部（厚さ方向中間部）に向かうにしたがって湾曲しながら漸次先細るように形成されている。このため、リブ２５１の両端部は、小流路Ｐｓの厚さ方向に対向する一対の内面のそれぞれに滑らかに接続されている。
【0041】
また、熱交換器２０１は、各小流路Ｐｓの上流側（供給部２０側）の端部に、オリフィス板６０を備える。すなわち、オリフィス板６０は、リブ列２５０よりも上流側に設けられている。オリフィス板６０は、各小流路Ｐｓに複数設けられている。なお、オリフィス板６０は、各小流路Ｐｓに１つのみ設けられてもよい。オリフィス板６０には、軸方向Ｄａに貫通するオリフィス孔６１が設けられている。供給部２０から供給される第二流体Ｆ２は、まずオリフィス孔６１を通過してから、各リブ５１の間を流通する。軸方向Ｄａに隣り合うオリフィス板６０同士では、オリフィス孔６１が軸方向Ｄａに重ならないように設けられている。
【0042】
（作用効果）
本実施形態の熱交換器２０１によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、リブ２５１は、伝熱管４の外周面から延びる円柱状に形成されるとともに、延在方向両端部から延在方向中間部に向かうにしたがって湾曲しながら漸次先細るように形成されていてもよい。
本実施形態の熱交換器２０１によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、リブ２５１は、伝熱管４の外周面から延びる円柱状に形成されるとともに、延在方向両端部から延在方向中間部に向かうにしたがって湾曲しながら漸次先細るように形成されていてもよい。
【0043】
これにより、リブ２５１が多角形状に形成される場合と比較してリブ２５１の表面及びリブ２５１と小流路Ｐｓとの接続箇所に生じる応力集中を低減することができる。よって、小流路Ｐｓ周辺の強度が向上される。さらに、第二流体Ｆ２は、リブ２５１の表面及びリブ２５１と小流路Ｐｓとの接続箇所をスムーズに流れることができる。このため、第二流体Ｆ２の圧損が低減される。このように圧損を低減しつつ、リブ２５１による境界層発達の抑制による熱伝達率向上も図ることができる。よって、低圧損、高熱交換性能、高強度を同時に満たすことができる。
【0044】
本実施形態では、熱交換器２０１は、各小流路Ｐｓの上流側の端部に、オリフィス板６０を備える。オリフィス板６０には、軸方向Ｄａに貫通するオリフィス孔６１が設けられている。
【0045】
オリフィス板６０の枚数やオリフィス孔６１の密度等を調整することにより、第二流体Ｆ２が受ける抵抗を調整することができる。例えば、外周側から内周側に向かうにしたがって、オリフィス板６０の枚数及びオリフィス孔６１の密度を低減させることにより、各小流路Ｐｓ内に到達するまでに第二流体Ｆ２が受ける抵抗を調整することができる。したがって、各小流路Ｐｓ内の流速を均一化できるので、熱の偏りの発生が抑制され、熱交換性能がより一層向上される。
【0046】
（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【0047】
なお、上記実施形態では、配管１０が配管本体１１の両端の出入り口にエルボー部１２を有する場合について説明したが、これに限られない。配管本体１１の両端に設けられる配管は、エルボー部１２に限られず、適宜変更可能である。例えば、エルボー部１２の部分は、ストレート管であってもよい。
また、配管本体１１の両端にエルボー部１２に相当する配管が設けられていなくてもよい。この場合、例えば図８（第１実施形態の図４に相当する図面）に示すように、供給部２０の供給部本体２１の内周面が、複数の伝熱管４の束の外形に沿って覆うように成形されている。図示は省略するが、排出部３０の排出部本体３１についても、供給部本体２１と同様に成形されている。すなわち、排出部本体３１の内周面は、複数の伝熱管４の束の外形に沿って覆うように成形されている。
また、配管本体１１の両端にエルボー部１２に相当する配管が設けられていなくてもよい。この場合、例えば図８（第１実施形態の図４に相当する図面）に示すように、供給部２０の供給部本体２１の内周面が、複数の伝熱管４の束の外形に沿って覆うように成形されている。図示は省略するが、排出部３０の排出部本体３１についても、供給部本体２１と同様に成形されている。すなわち、排出部本体３１の内周面は、複数の伝熱管４の束の外形に沿って覆うように成形されている。
【0048】
上記実施形態では、第一流体Ｆ１の例としてエンジン等の熱機関から排出される高温の排ガスを挙げたが、これに限るものではない。第一流体Ｆ１は、排ガス以外の流体でもよく、例えば、水や油、燃料、フロリナート等の有機液体であってもよい。
【0049】
上記実施形態では、第二流体Ｆ２が水であるとしたが、これに限るものではない。第二流体Ｆ２は、例えば油や燃料、フロリナート等の有機液体であってもよい。
【0050】
上記実施形態では、熱交換器１、２０１は、第一流体Ｆ１を冷却するために用いられるとしたが、これに限るものではない。熱交換器１、２０１は、第一流体Ｆ１を加熱するために用いられてもよい。
【0051】
上記実施形態では、伝熱管４が軸方向Ｄａから見て六角形状に形成されるとしたが、これに限るものではない。伝熱管４は、六角形状以外の多角形状に形成されていてもよい。
【0052】
上記実施形態では、第二流体Ｆ２は、軸方向Ｄａで第一流体Ｆ１とは反対向きに流れるとしたが、これに限られない。第二流体Ｆ２が軸方向Ｄａで第一流体Ｆ１と同じ向きに流れるように、供給部２０及び排出部３０を配置してもよい。
【0053】
上記実施形態では、リブ列５０、２５０は、仕切り部材４０によって区画される全ての小流路Ｐｓに設けられているとしたが、これに限るものではない。リブ列５０、２５０は、一部の小流路Ｐｓにのみ設けられてもよい。
【0054】
上記実施形態では、リブ列５０、２５０は、小流路Ｐｓに、周方向に間隔をあけて複数列設けられているとしたが、これに限るものではない。リブ列５０、２５０は、小流路Ｐｓに一列のみ設けられてもよい。
【0055】
上記実施形態では、リブ５１、２５１は、全て同形状に形成されているとしたが、これに限るものではない。リブ５１、２５１は、それぞれ異なる形状に形成されてもよく、リブ５１、２５１の形状は適宜変更可能である。
【0056】
上記実施形態では、オリフィス板６０は、各小流路Ｐｓに複数設けられているとしたが、これに限るものではない。オリフィス板６０は、各小流路Ｐｓに１つのみ設けられてもよい。
【0057】
＜付記＞
各実施形態に記載の熱交換器１、２０１は、例えば以下のように把握される。
各実施形態に記載の熱交換器１、２０１は、例えば以下のように把握される。
【0058】
（１）第１の態様に係る熱交換器１、２０１は、第一流体Ｆ１が供給される流路Ｐを形成する配管１０と、前記流路Ｐを閉塞するように該流路Ｐの延在方向に間隔をあけて一対が設けられることで、前記流路Ｐの一部に閉空間Ｖを区画形成する管板３と、両端が開口する管状をなして前記一対の管板３を貫通するように延びるとともに、互いに間隔をあけて並設された複数の伝熱管４と、前記配管１０の外部から前記閉空間Ｖ内に第二流体Ｆ２を供給可能な供給部２０と、前記閉空間Ｖ内の前記第二流体Ｆ２を前記配管１０の外部に排出可能な排出部３０と、前記伝熱管４の周囲の前記流路を、該伝熱管４の軸方向Ｄａに延びて、かつ、周方向に分割された複数の小流路Ｐｓに区画する仕切り部材４０と、前記小流路Ｐｓに設けられて、前記伝熱管４の軸方向Ｄａに間隔をあけて配列された複数のリブ５１、２５１を有するリブ列５０、２５０と、を備える。
【0059】
これにより、第二流体Ｆ２は、小流路Ｐｓ内を軸方向Ｄａに直線状に流れることができる。このため、第二流体Ｆ２が周方向に複雑に混合されることが抑制され、伝熱管４の周囲での熱の偏りが抑制される。さらに、第二流体Ｆ２が小流路Ｐｓ内のリブ５１、２５１に衝突することによって、小流路Ｐｓ内の流れが適度に乱され、第二流体Ｆ２が適度に混合される。このため、境界層の発達が抑制される。このため、小流路Ｐｓ内での熱伝達率が向上する。
【0060】
（２）第２の態様の熱交換器１、２０１は、（１）の熱交換器１、２０１であって、前記リブ列５０は、前記小流路Ｐｓに、前記周方向に間隔をあけて複数列設けられ、前記周方向に隣り合う２列の前記リブ列５０、２５０の組では、前記リブ５１、２５１が前記軸方向Ｄａに互い違いとなるように前記軸方向Ｄａにジグザグ状に配列されていてもよい。
【0061】
これにより、第二流体Ｆ２は、リブ５１、２５１の間を蛇行しながら流れる。このため、境界層の発達がより一層良好に抑制され、小流路Ｐｓ内での熱伝達率がより一層向上する。
【0062】
（３）第３の態様の熱交換器２０１は、（１）又は（２）の熱交換器２０１であって、前記リブ５１は、前記伝熱管４の外周面から延びる円柱状に形成されるとともに、延在方向両端部から延在方向中間部に向かうにしたがって湾曲しながら漸次先細るように形成されていてもよい。
【0063】
これにより、リブ２５１が多角形状に形成される場合と比較してリブ２５１の表面及びリブ２５１と小流路Ｐｓとの接続箇所に生じる応力集中を低減することができる。さらに、第二流体Ｆ２は、リブ２５１の表面及びリブ２５１と小流路Ｐｓとの接続箇所をスムーズに流れることができる。このため、第二流体Ｆ２の圧損が低減される。
【0064】
（４）第４の態様の熱交換器１、２０１は、（１）から（３）のいずれかの熱交換器１、２０１であって、前記仕切り部材４０は、隣り合う前記伝熱管４同士の間、及び前記伝熱管４と前記配管１０との間に設けられていてもよい。
【0065】
これにより、伝熱管４同士の間、及び伝熱管４と配管１０との間に小流路Ｐｓが偏りなく形成される。このため、第二流体Ｆ２が周方向に複雑に混合されることがより一層抑制され、伝熱管４の周囲での熱の偏りがより一層抑制される。
【0066】
（５）第５の態様の熱交換器１、２０１は、（１）から（４）のいずれかの熱交換器１、２０１であって、前記伝熱管４は、前記軸方向Ｄａから見て多角形状に形成され、前記仕切り部材４０は、前記軸方向Ｄａから見て前記伝熱管４の角部に設けられていてもよい。
【0067】
これにより、軸方向Ｄａに延びる一様な平板形状の小流路Ｐｓが形成され、小流路Ｐｓ内の第二流体Ｆ２の流れが安定化する。このため、小流路Ｐｓ内での熱の偏りがより一層抑制される。
【符号の説明】
【0068】
１…熱交換器 ２…ベーン ３…管板 ４…伝熱管 １０…配管 １１…配管本体 １２…エルボー部 １３…連通孔 ２０…供給部 ２１…供給部本体 ２２…供給側底板 ２３…供給開口部 ３０…排出部 ３１…排出部本体 ３２…排出側底板 ３３…排出開口部 ４０…仕切り部材 ５０…リブ列 ５１…リブ ６０…オリフィス板 ６１…オリフィス孔 ２０１…熱交換器 ２５０…リブ列 ２５１…リブ Ｄａ…軸方向 Ｆ１…第一流体 Ｆ２…第二流体 Ｌ１…ピッチ Ｌ２…ピッチ Ｐ…流路 Ｐ１…第一流路 Ｐ２…第二流路 Ｐｓ…小流路 Ｖ…閉空間 Ｗ…幅方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】