特許 7161354 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-18

(45)【発行日】2022-10-26

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/08 20060101AFI20221019BHJP

   F28D 21/00 20060101ALI20221019BHJP

   F28F 9/22 20060101ALI20221019BHJP

【ＦＩ】

F28D7/08

F28D21/00 A

F28F9/22

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018177447

(22)【出願日】2018-09-21

(65)【公開番号】P2020046161

(43)【公開日】2020-03-26

【審査請求日】2021-08-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000183369

【氏名又は名称】住友精密工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(74)【代理人】

【識別番号】100155608

【弁理士】

【氏名又は名称】大日方 崇

(72)【発明者】

【氏名】藤原 昂太

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２３８６２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２０５１４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２９２７９１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】仏国特許発明第０１０９５９６６（ＦＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ ７／０８

Ｆ２８Ｄ ２１／００

Ｆ２８Ｆ ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１流体を流通させる複数の第１流路と、第１流体と熱交換する第２流体を流通させる複数の第２流路と、を含む複数の管状の流路を備え、
前記複数の流路は、全体として所定方向に延びるように形成され、
前記複数の流路は、それぞれ、前記所定方向と直交する断面における位置および外形形状が、前記所定方向における位置に応じて変化しており、
前記流路は、
前記所定方向の第１位置を通る前記断面において第１形状を有し、
前記所定方向の第２位置を通る前記断面において、前記所定方向から見て前記第１形状と部分的に重複する第２形状に変化し、
前記所定方向の第３位置を通る前記断面において、前記所定方向から見て前記第２形状と部分的に重複するとともに、前記第１形状とは重複しない第３形状に変化する、熱交換器。

【請求項2】

第１流体を流通させる複数の第１流路と、第１流体と熱交換する第２流体を流通させる複数の第２流路と、を含む複数の管状の流路を備え、
前記複数の流路は、全体として所定方向に延びるように形成され、
前記複数の流路は、それぞれ、前記所定方向と直交する断面における位置および外形形状が、前記所定方向における位置に応じて変化しており、
前記複数の流路は、複数の前記第１流路と複数の前記第２流路とを含んだ複数の単位構造を構成し、
前記単位構造における前記流路間の隔壁の位置および向きが変化することにより、それぞれの前記単位構造に含まれる前記第１流路および前記第２流路の位置および外形形状が連動して変化している、熱交換器。

【請求項3】

第１流体を流通させる複数の第１流路と、第１流体と熱交換する第２流体を流通させる複数の第２流路と、を含む複数の管状の流路を備え、
前記複数の流路は、全体として所定方向に延びるように形成され、
前記複数の流路は、それぞれ、前記所定方向と直交する断面における位置および外形形状が、前記所定方向における位置に応じて変化しており、
前記複数の流路は、前記所定方向の一端から他端までの間で、前記断面における前記流路の位置が変化することに伴って、隣接する前記流路が他の前記流路と入れ替わるように構成されている、熱交換器。

【請求項4】

前記複数の流路は、前記第１流路と前記第２流路とが交互に並ぶように、前記所定方向と直交する方向に格子状に配列されており、
前記第１流路と前記第２流路とが互いに隔壁を介して隣接する状態を維持しながら、それぞれの前記流路の位置および外形形状が変化している、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記複数の流路は、前記断面において、前記流路の間を仕切る隔壁の位置および向きが変化することにより、前記流路の位置および外形形状が変化している、請求項１または３に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記流路は、前記流路の一端から他端までの間の前記所定方向における位置に応じて、前記断面における位置が変化した後で元の位置に戻るように、前記断面における位置および外形形状が周期的に変化するように形成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項7】

前記流路は、前記流路の一端から他端までの間で、前記断面における位置が、螺旋状に変化するように形成されている、請求項６に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記第１流路は、前記所定方向の一端から他端までの間で、隣接する前記流路が入れ替わることにより、いずれかの前記断面において同時に隣接可能な数よりも多くの異なる前記第２流路と隣接するように設けられている、請求項３に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、熱交換器に関し、特に、流路を流れる流体間で熱交換を行う熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、流路を流れる流体間で熱交換を行う熱交換器が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

熱交換器には、様々な種類があり、上記特許文献１では、プレートフィン型の熱交換器、および、シェルアンドチューブ型の熱交換器が開示されている。これらの熱交換器は、構成部材を組み立てた状態でろう付けなどによって一体化することにより製造される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５７００８９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、たとえば積層造形法などに代表される製造技術の改良が進んでおり、従来とは異なる新規な構造の熱交換器が実現可能になりつつある。そのような背景から、熱交換効率を改善させることが可能な、従来にない新規な構造の熱交換器が求められている。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、熱交換効率を改善させることが可能な、新規な構造の熱交換器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、第１の発明による熱交換器は、第１流体を流通させる複数の第１流路と、第１流体と熱交換する第２流体を流通させる複数の第２流路と、を含む複数の管状の流路を備え、複数の流路は、全体として所定方向に延びるように形成され、複数の流路は、それぞれ、所定方向と直交する断面における位置および外形形状が、所定方向における位置に応じて変化しており、流路は、所定方向の第１位置を通る断面において第１形状を有し、所定方向の第２位置を通る断面において、所定方向から見て第１形状と部分的に重複する第２形状に変化し、所定方向の第３位置を通る断面において、所定方向から見て第２形状と部分的に重複するとともに、第１形状とは重複しない第３形状に変化する。
第２の発明による熱交換器は、第１流体を流通させる複数の第１流路と、第１流体と熱交換する第２流体を流通させる複数の第２流路と、を含む複数の管状の流路を備え、複数の流路は、全体として所定方向に延びるように形成され、複数の流路は、それぞれ、所定方向と直交する断面における位置および外形形状が、所定方向における位置に応じて変化しており、複数の流路は、複数の第１流路と複数の第２流路とを含んだ複数の単位構造を構成し、単位構造における流路間の隔壁の位置および向きが変化することにより、それぞれの単位構造に含まれる第１流路および第２流路の位置および外形形状が連動して変化している。
第３の発明による熱交換器は、第１流体を流通させる複数の第１流路と、第１流体と熱交換する第２流体を流通させる複数の第２流路と、を含む複数の管状の流路を備え、複数の流路は、全体として所定方向に延びるように形成され、複数の流路は、それぞれ、所定方向と直交する断面における位置および外形形状が、所定方向における位置に応じて変化しており、複数の流路は、所定方向の一端から他端までの間で、断面における流路の位置が変化することに伴って、隣接する流路が他の流路と入れ替わるように構成されている。
なお、「複数の流路が全体として所定方向に延びる」とは、複数の流路が、いずれも、流路の入口から所定方向に配置された出口へ向けて延びているが、入口から出口へ向かう過程では、所定方向とは異なる方向に曲がることを許容することを意味する。「断面における外形形状」とは、当該断面における、管状の流路の輪郭の形状を意味する。

【0008】

第１～第３の発明による熱交換器では、上記構成により、所定方向における位置に応じて、所定方向と直交する断面における流路の位置および外形形状が変化するので、流路を流れる第１流体や第２流体の流れを乱して攪拌する作用を得ることができる。攪拌により、第１流体や第２流体が流路内を流れる際に形成される温度境界層を破壊して、熱交換効率を改善することができる。また、一般的な熱交換器では、流路の断面における位置および外形形状を一定に維持することが多く、流体の流れを乱すためには、流路の内部に障害物となる構造を設けることが多い。この場合、障害物の影響により流路の圧力損失の増大が大きくなり易いのに対して、上記構成では、断面における流路全体の位置や外形形状を変化させることができるので、流路内に障害物を設けなくても、流れを乱して攪拌する作用を得ることができ、圧力損失の増大を抑制できる。なお、流路内に障害物を設ける場合、断面における流路の位置および外形形状の変化と障害物との相乗効果により、圧力損失が増大する分、更なる熱交換効率の改善が期待できる。以上により、熱交換効率を改善させることが可能な、新規な構造の熱交換器を提供することができる。
また、第１の発明による熱交換器では、所定方向の位置に応じて、流路が第１形状から第２形状を経て第３形状まで変化することにより、所定方向からみて流路が完全にずれた位置まで位置変化する。言い換えると、第１形状と第３形状とで、流路の位置が流路１本分以上変化する。これにより、流路を流れる第１流体や第２流体を、所定方向と直交する方向に大きく移動させ、第１流体や第２流体を効果的に攪拌することができるので、熱交換効率をより効果的に改善することができる。
また、第２の発明による熱交換器では、単位構造内での第１流路と第２流路との間の隔壁により構成される伝熱面を維持しながら、流路の位置および外形形状を変化させることができる。このため、流路の位置および外形形状の変化によって第１流体や第２流体を攪拌しつつ、流路の位置および外形形状を変化させても第１流路と第２流路との間の伝熱面を確保することができる。
また、第３の発明による熱交換器では、たとえば流路の入口位置では、第１流路と所定の第２流路とが隣接し、流路の出口に向かう過程で、同じ第１流路が別の第２流路と隣接する。これにより、より多くの流路間で熱交換を行うことができるので、偏流などによって流路毎に温度分布の差が形成されることを抑制できる。

【0009】

上記第１～第３のいずれかの発明による熱交換器において、好ましくは、複数の流路は、第１流路と第２流路とが交互に並ぶように、所定方向と直交する方向に格子状に配列されており、第１流路と第２流路とが互いに隔壁を介して隣接する状態を維持しながら、それぞれの流路の位置および外形形状が変化している。このように構成すれば、第１流路の周囲を複数の第２流路が取り囲み、第２流路の周囲を複数の第１流路が取り囲むように各流路を配置できる。そのため、管状の流路の内周面（隔壁の内周面）を全周に亘って１次伝熱面として構成できる。そして、断面におけるそれぞれの流路の位置および外形形状を変化させる場合でも、流路の隔壁からなる１次伝熱面を介して第１流体と第２流体との熱交換を行うことができるので、コルゲートフィンなどの２次伝熱面を設ける場合と比較して、熱交換効率をさらに改善することができる。

【0010】

上記第１または第３の発明による熱交換器において、好ましくは、複数の流路は、断面において、流路の間を仕切る隔壁の位置および向きが変化することにより、流路の位置および外形形状が変化している。このように構成すれば、隔壁の数を増減させたり、隔壁に構造物を設けたりすることなく、隔壁の位置および向きを変化させるだけで、容易に、流路の位置および外形形状を変化させることができる。

【0012】

上記第１～第３のいずれかの発明による熱交換器において、好ましくは、流路は、流路の一端から他端までの間の所定方向における位置に応じて、断面における位置が変化した後で元の位置に戻るように、断面における位置および外形形状が周期的に変化するように形成されている。このように構成すれば、たとえば流路の入口から出口に向かうに従って断面における位置が変化した後で、流路の出口では元の入口と同じ位置に戻るように、流路を構成することができる。この場合、所定方向から見て流路の入口と出口とが同じ配置となるので、熱交換器の設計を容易化することができる。また、周期的な変化を複数回繰り返す場合、流路としては１周期分の形状変化を繰り返すだけでよいので、これによっても熱交換器の設計を容易化することができる。

【0013】

この場合、好ましくは、流路は、流路の一端から他端までの間で、断面における位置が、螺旋状に変化するように形成されている。このように構成すれば、螺旋状の位置変化によって、流路中の第１流体や第２流体の流れに断面内で回転（旋回）する運動成分を付与することができるので、第１流体や第２流体を効果的に攪拌することができる。また、流路の位置を螺旋状に規則的に変化させることができるので、熱交換器の設計を容易化することができる。

【0016】

上記第３の発明による熱交換器において、好ましくは、第１流路は、所定方向の一端から他端までの間で、隣接する流路が入れ替わることにより、いずれかの断面において同時に隣接可能な数よりも多くの異なる第２流路と隣接するように設けられている。このように構成すれば、隣接する流路の入れ替えによって、第１流路が、たとえば流路の入口で隣接している第２流路の数よりも多くの第２流路と隣接して、それぞれの第２流路との間で熱交換を行うことが可能となる。これにより、効果的に、流路毎の温度分布の差を抑制することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、上記のように、熱交換効率を改善させることが可能な、新規な構造の熱交換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態による熱交換器を示した模式的な斜視図である。

【図2】図１に示した熱交換器の概略構造を説明するための模式的な断面図である。

【図3】熱交換器のコア部を示した模式的な斜視図である。

【図4】図３に示したコア部の端面を所定方向から見た拡大平面図である。

【図5】図３に示したコア部の一部の断面を拡大して示した斜視断面図である。

【図6】所定方向の位置に応じた各断面における流路の位置および形状の変化を示した模式図である。

【図7】流路の位置および形状の変化を説明するための流路断面の模式図である。

【図8】所定方向の位置に応じた各断面における各流路の位置変化を説明するための模式図である。

【図9】分配部の構造を説明するための熱交換器の模式的な斜視断面図である。

【図10】所定方向から見た分配部の模式的な断面図である。

【図11】単位構造の変形例を示した模式図である。

【図12】流路の位置が複数の単位構造に跨がって移動する変形例を説明するための図（Ａ）および（Ｂ）である。

【図13】各断面において流路の位置が複数の単位構造に跨がって移動する具体例を示した第１の図である。

【図14】各断面において流路の位置が複数の単位構造に跨がって移動する具体例を示した第２の図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0020】

まず、図１～図１０を参照して、一実施形態による熱交換器１００について説明する。

【0021】

（熱交換器の全体構成）
図１に示すように、熱交換器１００は、コア部１と、ヘッダ部２と、を備える。

【0022】

図１に示す例では、コア部１は、両端が開放された矩形断面の筒状形状を有し、一端と他端との間で流体を流通させるように構成されている。コア部１は、少なくとも第１流体３と第２流体４とを別々の流路に流通させ、コア部１内を流通する過程で第１流体３と第２流体４との間で熱交換を行うように構成されている。

【0023】

ヘッダ部２は、コア部１の両端にそれぞれ接続されている。ヘッダ部２は、コア部１への流体の導入、またはコア部１からの流体の導出を行うことが可能に構成されている。

【0024】

ヘッダ部２には、それぞれ、流体の導入または導出を行うための開口が２つずつ設けられている。図１の例では、一方のヘッダ部２ａは、第１流体３の導入口４１と、第２流体４の導出口４２とを備える。他方のヘッダ部２ｂは、第１流体３の導出口４３と、第２流体４の導入口４４とを備える。

【0025】

図２に示すように、それぞれのヘッダ部２は、上記の導入口および導出口が形成されたドーム状のカバー部４０を有する。カバー部４０は、コア部１の一端または他端を覆うように設けられている。ヘッダ部２には、コア部１の第１流路１１（図３参照）を第１流体３の導入口４１または導出口４３と連通させ、コア部１の第２流路１２（図３参照）を第２流体４の導入口４４または導出口４２と連通させる分配部５０を備えている。分配部５０は、カバー部４０の内部に配置され、第１流体３と第２流体４とを、それぞれ別々に仕切られた経路を介して、流通させる。

【0026】

一方のヘッダ部２ａは、導入口４１から流入した第１流体３を、分配部５０を介してコア部１の第１流路１１に供給し、他方のヘッダ部２ｂは、コア部１の第１流路１１から流出した第１流体３を、分配部５０を介して導出口４３へ送り出す。

【0027】

また、他方のヘッダ部２ｂは、導入口４４から流入した第２流体４を、分配部５０を介してコア部１の第２流路１２に供給し、一方のヘッダ部２ａは、コア部１の第２流路１２から流出した第２流体４を、分配部５０を介して導出口４２へ送り出す。

【0028】

このように、本実施形態の熱交換器１００は、第１流体３をコア部１の一端から他端に向けて流通させ、第２流体４をコア部１の他端から一端に向けて流通させて熱交換を行う、対向流型の熱交換器として構成されている。

【0029】

対向流型とは、熱交換を行う流体同士が互いに反対方向に向けて流通する方式のことである。対向流型の熱交換器１００では、第１流体３の入口側と第２流体４の出口側とで熱交換を行い、第１流体３の出口側と第２流体４の入口側とで熱交換を行う関係になるため、第１流体３の出口温度を第２流体４の入口温度に近づけ、第２流体４の出口温度を第１流体３の入口温度に近づけることができる。このため、各流体の入口温度と出口温度との温度差を大きくとることができ、高い熱交換効率を得ることができる。

【0030】

（コア部の構造）
次に、図３～図８を参照して、コア部１の具体的な構造について説明する。コア部１は、複数の管状の流路１０を備える。複数の流路１０は、第１流体３を流通させる複数の第１流路１１と、第１流体３と熱交換する第２流体４を流通させる複数の第２流路１２と、を含む。すなわち、第１流体３が流通する流路１０が第１流路１１であり、第２流体４が流通する流路１０が第２流路１２である。

【0031】

図３に示すコア部１は、直方体形状を有し、一端と他端との間に渡って設けられた管状の流路１０を複数含む。流路１０は、コア部１の一端から他端までを貫通するように設けられ、流体の入口または出口となる開口を両端に有する。本実施形態では、流路１０は、１つの入口と１つの出口とを有した管路である。つまり、流路１０は、途中で分岐または合流することがない。個々の流路１０は、隔壁２０を介して区画されている。

【0032】

複数の流路１０は、全体として所定方向に延びるように形成されている。図３において、所定方向は、コア部１の一端と他端とを結ぶ方向である。以下、便宜的に、所定方向をＺ方向とし、Ｚ方向と直交する面内で、互いに直交する２方向を、それぞれＸ方向、Ｙ方向とする。図３では、Ｘ方向およびＹ方向を直方体形状のコア部１の各辺に沿うようにとる。したがって、以下の説明において、所定方向と直交する断面ＣＳ（図５参照）は、Ｚ方向と直交するＸＹ断面である。

【0033】

複数の流路１０は、第１流路１１と第２流路１２とが交互に並ぶように、所定方向と直交する方向（ＸＹ方向）に格子状に配列されている。複数の流路１０は、Ｘ方向およびＹ方向に並んでおいる。複数の流路１０は、Ｚ方向から見ると、個々の流路１０が隔壁２０を介してマトリクス状に配列され、全体として長方形状の配列となっている。

【0034】

具体的には、図３の領域ＡＲを拡大した図４に示すように、第１流路１１は第２流路１２と隔壁２０を介して隣り合い、第２流路１２は第１流路１１と隔壁２０を介して隣り合っている。コア部１の端面では、第１流路１１と第２流路１２とが互い違いに市松模様状に配列されている。このため、所定方向と直交する断面ＣＳにおいて、第１流路１１は、周囲が複数の第２流路１２によって取り囲まれ、第２流路１２は、周囲が複数の第１流路１１によって取り囲まれている。

【0035】

また、複数の流路１０は、複数の第１流路１１と複数の第２流路１２とを含んだ複数の単位構造３０を構成している。本実施形態のコア部１では、単位構造３０が、矩形状に並ぶ合計４本の流路１０を含んでいる。４本の流路１０は、２本の第１流路１１と２本の第２流路１２とを含む。単位構造３０は、４本の流路１０を区画する隔壁２０ａと、単位構造３０の外周部を区画する隔壁２０ｂとによって構成されている。すなわち、矩形状の隔壁２０ｂによって、個々の単位構造３０同士が区画されている。図３に示したように、コア部１には、隔壁２０ｂによって区画された複数の単位構造３０が、所定方向と直交する方向（Ｘ方向およびＹ方向）に並んで配列されている。単位構造３０は、コア部１の一端から他端までに亘ってＺ方向に直線状に延びている。

【0036】

図４に示すように、隔壁２０ａは、隔壁２０ｂの内部を個々の流路１０に区画している。本実施形態では単位構造３０が４本の流路１０を含むので、隔壁２０ａは、所定方向（Ｚ方向）からみて、隔壁２０ｂの内部を４つの中空領域に区画するように壁部が交差した形状を有する。

【0037】

〈流路の構造〉
図３に示したように、それぞれの単位構造３０は、Ｚ方向に直線状に延びるように形成されているが、単位構造３０に含まれるそれぞれの流路１０は、Ｚ方向に非直線状に延びるように形成されている。すなわち、本実施形態では、図５に示すように、複数の流路１０は、それぞれ、所定方向（Ｚ方向）と直交する断面ＣＳにおける位置および外形形状が、所定方向における位置に応じて変化している。

【0038】

図５の例では、単位構造３０の外形形状を区画する隔壁２０ｂは、Ｚ方向から見て矩形形状を維持したままＺ方向に延びている。このため、個々の単位構造３０は、Ｚ方向のいずれの位置の断面ＣＳ（ＸＹ断面）においても、同一の矩形形状を維持する。

【0039】

一方、単位構造３０に含まれる個々の流路１０を区画する隔壁２０ａは、Ｚ方向の位置に応じて、各断面ＣＳ（ＸＹ断面）での断面形状が変化している。その結果、Ｚ方向と直交する断面ＣＳにおける、それぞれの流路１０の位置および外形形状が、Ｚ方向の位置に応じて変化している。

【0040】

以下、便宜的に、図５において、コア部１のＺ方向の一端（図５では上端）の位置から、Ｚ方向の他端（図５では下端）の位置までを、１７箇所抽出し、１７箇所の各位置におけるＺ方向と直交する断面ＣＳを、それぞれＣＳ０～ＣＳ１６とする。ＣＳ０およびＣＳ１６は、コア部１の端面に相当するが、これらの端面もＺ方向と直交する断面ＣＳに含める。図６は、ＣＳ０～ＣＳ１６における各流路１０の位置および断面形状の変化を示している。図６～図８において、隔壁２０ａおよび隔壁２０ｂは、単なる線により示している。

【0041】

図６に示すように、複数の流路１０は、断面ＣＳにおいて、流路１０の間を仕切る隔壁２０ａの位置および向きが変化することにより、流路１０の位置および外形形状が変化している。

【0042】

すなわち、図６の例では、各断面ＣＳにおいて、それぞれの単位構造３０の隔壁２０ａの位置および向きが、Ｚ方向の位置に応じて連続的に変化している。具体的には、Ｘ字状に交差した隔壁２０ａの交点２１を中心として、各断面ＣＳ内で隔壁２０ａが回転するように変化している。

【0043】

たとえば、各断面ＣＳにおいて示した６つの単位構造３０のうち、左上隅に図示した単位構造３０Ａについて説明する。単位構造３０Ａの隔壁２０ａは、断面ＣＳ０から断面ＣＳ１６に向かって、交点２１を中心として反時計方向に回転している。すなわち、単位構造３０Ａの隔壁２０ａは、断面ＣＳ０において縦横に交差する十字形状を有し、断面ＣＳ１を経て、断面ＣＳ２では、斜め方向に交差するＸ字形状となるように、隔壁２０ａの位置および向きが変化している。断面ＣＳ１では、断面ＣＳ０と断面ＣＳ２との間で隔壁２０ａが交点２１を中心として反時計方向に回転している過程が現れている。

【0044】

同様に、隔壁２０ａは、断面ＣＳ３を経て、断面ＣＳ４では、さらに反時計方向に回転して、縦横に交差する十字形状となっている。なお、図６の中央に、それぞれの単位構造３０内における隔壁２０ａの回転方向を示している。

【0045】

隔壁２０ａは、単位構造３０に含まれる４本の流路１０を区画しているため、隔壁２０ａの位置および向きの変化に伴って、隔壁２０ａにより区画されたそれぞれの流路１０の位置および外形形状が変化する。このように、本実施形態では、単位構造３０における流路１０間の隔壁２０ａの位置および向きが変化することにより、それぞれの単位構造３０に含まれる第１流路１１および第２流路１２の位置および外形形状が連動して変化している。

【0046】

一方、いずれの断面ＣＳにおいても、隔壁２０ｂは変化しておらず、単位構造３０の形状自体は変化していない。それぞれの単位構造３０の内部で、流路１０の位置および外形形状が変化している。

【0047】

流路１０の位置および外形形状の変化について詳細に説明する。単位構造３０に含まれる各流路１０は、隔壁２０ａの回転（位置および向きの変化）によって、断面ＣＳにおける外形形状を変化させながら、単位構造３０内で互いに位置が入れ替わるように形成されている。

【0048】

図７は、流路１０の位置および外形形状の変化を説明するために、断面ＣＳ０、ＣＳ２およびＣＳ４における１つの単位構造３０の断面形状を抽出して示したものである。これらの断面ＣＳ０、ＣＳ２およびＣＳ４を、それぞれ所定方向（Ｚ方向）における第１位置、第２位置および第３位置の各断面とする。ここでは便宜的に、単位構造３０に含まれる各流路１０のうち、１つの第１流路１１ｐと、１つの第２流路１２ｑとに着目する。

【0049】

図７に示すように、流路１０は、所定方向の第１位置を通る断面ＣＳ０において第１形状Ｋ１を有する。図７の例では、第１形状Ｋ１は、矩形形状である。単位構造３０内で、第１流路１１ｐは、図中左上隅に位置し、第２流路１２ｑは、図中右上隅に位置する。

【0050】

流路１０は、所定方向の第２位置を通る断面ＣＳ２において、所定方向から見て第１形状Ｋ１と部分的に重複する第２形状Ｋ２に変化する。断面ＣＳ０からＣＳ２の過程で、隔壁２０ａは、４５度回転している。図７の例では、第２形状Ｋ２は、三角形状である。第１流路１１ｐは、図中左端に位置し、第２流路１２ｑは、図中上端に位置する。断面ＣＳ２において、断面ＣＳ０での流路１０の外形形状を、破線で示している。断面ＣＳ２では、三角形状の第１流路１１ｐの図中上側半分が、断面ＣＳ０における第１流路１１ｐと重複する。同様に、断面ＣＳ２では、三角形状の第２流路１２ｑの図中右側半分が、断面ＣＳ０における第２流路１２ｑと重複する。

【0051】

流路１０は、所定方向の第３位置を通る断面ＣＳ４において、所定方向から見て第２形状Ｋ２と部分的に重複するとともに、第１形状Ｋ１とは重複しない第３形状Ｋ３に変化する。断面ＣＳ２からＣＳ４の過程で、隔壁２０ａは、４５度回転している。図７の例では、第３形状Ｋ３は、矩形状である。第１流路１１ｐは、図中左下隅に位置し、第２流路１２ｑは、図中左上隅に位置する。断面ＣＳ４において、断面ＣＳ２での流路１０の外形形状を、破線で示している。

【0052】

このように、断面ＣＳ４では、矩形形状の第１流路１１ｐの図中左上側半分が、断面ＣＳ２における第１流路１１ｐと重複する。一方、断面ＣＳ０と断面ＣＳ４とを比較すると分かるように、第１流路１１ｐは、図中左上隅から図中左下隅の位置に移動しており、第１形状Ｋ１と第３形状Ｋ３とでは重ならない。

【0053】

同様に、断面ＣＳ４では、矩形形状の第２流路１２ｑの図中右上側半分が、断面ＣＳ２における第２流路１２ｑと重複する。断面ＣＳ０と断面ＣＳ４とを比較すると分かるように、第２流路１２ｑは、図中右上隅から図中左上隅の位置に移動しており、第１形状Ｋ１と第３形状Ｋ３とでは重ならない。

【0054】

このように、各流路１０は、Ｚ方向の位置に応じて、断面ＣＳにおける外形形状の変化を伴って、断面ＣＳにおける位置が変化している。

【0055】

また、本実施形態では、流路１０は、流路１０の一端から他端までの間の所定方向における位置に応じて、断面ＣＳにおける位置が変化した後で元の位置に戻るように、断面ＣＳにおける位置および外形形状が周期的に変化するように形成されている。

【0056】

すなわち、図７では、断面ＣＳ０、ＣＳ２、ＣＳ４の間の変化を例に示したが、図６から分かるように、各流路１０は、その他の断面についても同様に変化する。

【0057】

すなわち、隔壁２０ａは、断面ＣＳ０～ＣＳ４にかけて、交点２１を中心に９０度回転する。これにより、断面ＣＳ０における各流路１０が、断面ＣＳ４では、隔壁２０ａの回転方向側に隣接した隣の流路１０の位置に変化する。同様に、隔壁２０ａは、断面ＣＳ４～ＣＳ８にかけて９０度回転し、断面ＣＳ４における各流路１０が、断面ＣＳ８では、隔壁２０ａの回転方向側に隣接した隣の流路１０の位置に変化する。各単位構造３０において、断面ＣＳ０では図中左上隅に位置する流路１０が、断面ＣＳ８では、単位構造３０内で図中右下隅の位置に移動する。

【0058】

隔壁２０ａは、断面ＣＳ８～ＣＳ１２にかけて９０度回転し、断面ＣＳ８における各流路１０が、断面ＣＳ１２では、隔壁２０ａの回転方向側に隣接した隣の流路１０の位置に変化する。さらに、隔壁２０ａは、断面ＣＳ１２～ＣＳ１６にかけて９０度回転し、断面ＣＳ１２における各流路１０が、断面ＣＳ１６では、隔壁２０ａの回転方向側に隣接した隣の流路１０の位置に変化する。

【0059】

このように、隔壁２０ａは、９０度毎に同じ断面形状となるように周期的に変化し、断面ＣＳ０～ＣＳ１６までの間で３６０度回転している。その結果、断面ＣＳ１６では、それぞれの流路１０の位置および外形形状が、断面ＣＳ０と同じ状態となり、元に戻る。

【0060】

したがって、第１実施形態では、流路１０は、流路１０の一端から他端までの間で、断面ＣＳにおける位置が、螺旋状に変化するように形成されている。図５および図６に示したように、各流路１０は、断面ＣＳ０から断面ＣＳ１６までの間に、隔壁２０ａの回転方向に沿って位置がずれていく（断面ＣＳ０、ＣＳ４、ＣＳ８、ＣＳ１２、ＣＳ１６参照）。そのため、各流路１０は、図５のように所定方向（Ｚ方向）に向けて螺旋状になっている。図６では、断面ＣＳ０～断面ＣＳ１６までを断片的に示しているが、図５から分かるように、隔壁２０ａはＺ方向の位置に応じて連続的に回転しており、各流路１０は、一端から他端にかけて断面ＣＳにおける位置および外形形状が連続的に変化している。

【0061】

なお、コア部１は対向流型であるので、第１流路１１と第２流路１２とは、入口と出口とが反対になっている。たとえば図５において、第１流路１１が断面ＣＳ０から断面ＣＳ１６に向けて第１流体３を流す場合、第２流路１２は、断面ＣＳ１６から断面ＣＳ０に向けて第２流体４を流す。その結果、それぞれの単位構造３０では、第１流体３および第２流体４が互いにＺ方向の反対方向に向けて、螺旋状にうねりながら流通する。

【0062】

次に、Ｚ方向の位置に応じた位置および外形形状の変化に伴う、第１流路１１と第２流路１２との位置関係について説明する。

【0063】

本実施形態では、第１流路１１と第２流路１２とが互いに隔壁２０を介して隣接する状態を維持しながら、それぞれの流路１０の位置および外形形状が変化している。

【0064】

図６から分かるように、同じ単位構造３０内の４本の流路１０においては、Ｚ方向の位置に応じた隔壁２０ａの回転によって、各流路１０の位置および外形形状が連動して変化するので、第１流路１１と第２流路１２とが交互に配置される関係が維持される。つまり、各流路１０の位置および外形形状が変化しても、単位構造３０内で、第１流路１１同士または第２流路１２同士が隣り合うことがない。

【0065】

次に、隣接する２つ単位構造３０の第１流路１１と第２流路１２とについては、互いに隔壁２０ｂを介して隣接する状態を維持しながら、それぞれの流路１０の位置および外形形状が変化している。具体的には、図６から分かるように、隣接する２つ単位構造３０は、Ｚ方向の位置に応じた隔壁２０ａの回転方向が互いに逆方向になるように構成されている。

【0066】

たとえば、図６に示した６個の単位構造３０のうち、図中左上隅の単位構造３０Ａでは、断面ＣＳ０から断面ＣＳ１６までの間に隔壁２０ａが反時計方向に回転している。一方、単位構造３０Ａと隣接（図中右側および下側に隣接）する２個の単位構造３０Ｂでは、断面ＣＳ０から断面ＣＳ１６までの間に隔壁２０ａが時計方向に回転している。このため、単位構造３０Ａと、単位構造３０Ａに隣接する単位構造３０Ｂとでは、それぞれの単位構造３０内での第１流路１１の位置と第２流路１２の位置とが入れ替わる関係になっている。その結果、単位構造３０Ａの第１流路１１に対しては、単位構造３０Ａと単位構造３０Ｂとを区画する隔壁２０ｂを介して、単位構造３０Ｂの第２流路１２が隣り合うように位置変化する。同様に、単位構造３０Ａの第２流路１２に対しては、単位構造３０Ａと単位構造３０Ｂとを区画する隔壁２０ｂを介して、単位構造３０Ｂの第１流路１１が隣り合うように位置変化する。

【0067】

このように、本実施形態では、流路１０の一端から他端までの間の各断面ＣＳ０～ＣＳ１６のいずれにおいても、第１流路１１同士または第２流路１２同士が隣り合うことなく、第１流路１１と第２流路１２とが隔壁２０ａまたは隔壁２０ｂを介して隣り合う状態が維持される。その結果、本実施形態では、Ｚ方向の各位置における断面ＣＳの各々において、第１流路１１と第２流路１２との間の伝熱面は、隔壁２０ａまたは隔壁２０ｂからなる１次伝熱面のみによって構成されている。

【0068】

また、本実施形態では、図８に示すように、複数の流路１０は、所定方向の一端から他端までの間（断面ＣＳ０～ＣＳ１６までの間）で、断面ＣＳにおける流路１０の位置が変化することに伴って、隣接する流路１０が他の流路１０と入れ替わるように構成されている。

【0069】

図８では、各断面ＣＳにおける３×３の９個の単位構造３０を示している。図中Ａで示した流路１０に着目する。ここでは、Ａで示した流路１０が第１流路１１である。

【0070】

断面ＣＳ０において、Ａ流路は、Ｂ１～Ｂ４の４本の第２流路１２と隣接する。断面ＣＳ０では、Ｂ５およびＢ６の２つの第２流路１２は、Ａ流路とは離れた位置に配置され、隣接していない。

【0071】

Ａ流路は、Ｚ方向の位置に応じた隔壁２０ａの反時計方向の回転（断面ＣＳ２参照）に伴い、断面ＣＳ４では、断面ＣＳ０でＢ１流路があった位置に移動する。また、断面ＣＳ４では、Ｂ５流路が、隔壁２０ａの時計方向の回転に伴い、断面ＣＳ０から隣の流路の位置へ移動している。この結果、断面ＣＳ４では、Ａ流路とＢ５流路とが隣接する。一方、断面ＣＳ０においてＡ流路と隣接していたＢ４流路が、断面ＣＳ４ではＡ流路から離れた位置に移動する。断面ＣＳ４では、Ａ流路が、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ５の４本の第２流路１２と隣接する。

【0072】

同じように、断面ＣＳ８では、Ａ流路が、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ５、Ｂ６の４本の第２流路１２と隣接する。断面ＣＳ１２では、Ａ流路が、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６の４本の第２流路１２と隣接する。このようにして、本実施形態では、隣接する流路１０が他の流路１０と入れ替わる。

【0073】

また、本実施形態では、第１流路１１は、所定方向（Ｚ方向）の一端から他端までの間で、隣接する流路１０が入れ替わることにより、いずれかの断面ＣＳにおいて同時に隣接可能な数よりも多くの異なる第２流路１２と隣接するように設けられている。

【0074】

すなわち、Ａ流路を第１流路１１として、Ａ流路が隣接可能な第２流路１２の数は、最大で４である。つまり、Ａ流路が矩形状の外形形状となる場合に、４つの辺のそれぞれに第２流路１２が隣接可能となる。

【0075】

ここで、Ａ流路については、同じ単位構造３０に含まれるＢ１流路およびＢ２流路とは、隔壁２０ａを介して常に隣接した状態が維持され、隔壁２０ｂによって区画される残りの２辺において、別の単位構造３０に含まれる流路と隣接することになる。そして、Ａ流路は、上記のように、断面ＣＳ０、ＣＳ４、ＣＳ８、ＣＳ１２のそれぞれにおいて、位置変化に伴って、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６の４本の第２流路１２のうち２つと入れ替わりながら隣接する。したがって、図８の例では、同時に隣接可能な流路数である４本に対して、Ａ流路は、一端から他端までの間で、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６の６本の第２流路１２と隣接するように構成されている。このため、個々の断面ＣＳでは３本または４本の第２流路１２と熱交換可能に構成された１本の第１流路１１が、流路の一端から他端までの間に、合計６本の第２流路１２と熱交換できる。

【0076】

（分配部）
次に、ヘッダ部２の分配部５０の構成を説明する。図２に示したように、分配部５０は、コア部１の一端または他端に設けられ、コア部１の各流路１０と連通するように構成されている。分配部５０は、図３に示したコア部１の一端面または他端面の全面を覆うとともに、個々の流路１０と接続する流体通路５１を含む。図２の構成例では、分配部５０の流体通路５１は、第１流路１１および第２流路１２の一方と接続する流体通路５１ａと、第１流路１１および第２流路１２の他方と接続する流体通路５１ｂとを含む。

【0077】

たとえばヘッダ部２ａを例にとると、流体通路５１ａは、Ｚ方向と直交する側方（Ｙ方向）に設けられた導入口４１と連通し、コア部１のＺ方向端面において開口する第１流路１１に接続している。流体通路５１ｂは、コア部１に対してＺ方向に延長した位置に設けられた導出口４２と連通し、コア部１のＺ方向端面において開口する第２流路１２に接続している。ヘッダ部２ｂの分配部５０も、構造は同一である。

【0078】

具体的には、図９に示すように、分配部５０の流体通路５１ｂは、市松模様状に配列されたそれぞれの第２流路１２の開口と接続して、Ｚ方向に延びる管状形状を有する。管状の流体通路５１ｂ内を、第２流体４が流通する。流体通路５１ｂは、Ｚ方向の端部において、カバー部４０内を仕切るバッフル部５２に接続している。バッフル部５２は、それぞれの流体通路５１ｂの位置に対応した複数の貫通孔５３を有し、第２流体４を通過させる。流体通路５１ｂおよび貫通孔５３は、コア部１のそれぞれの第２流路１２と同じ数だけ設けられ、一対一対応で接続されている。一方、バッフル部５２には、第１流体３を通過させる貫通孔が形成されていない。コア部１のそれぞれの第２流路１２を通過した第２流体４は、分配部５０の流体通路５１ｂおよびバッフル部５２の貫通孔５３を通過して、ヘッダ部２の合流部４５において合流し、合流部４５に接続した導出口４２（図２参照）から導出される。なお、合流部４５は、カバー部４０の内部であって、バッフル部５２と導出口４２との間の領域である。

【0079】

分配部５０の流体通路５１ａは、管状流路として形成されておらず、コア部１の端面と、バッフル部５２との間の空間によって構成されている。より正確には、流体通路５１ａは、コア部１の端面と、バッフル部５２と、カバー部４０とによって囲まれた空間であって、かつ、それぞれの流体通路５１ｂの間（外側）の空間部分によって構成されている。

【0080】

図１０に示すように、コア部１のそれぞれの第１流路１１は、分配部５０の流体通路５１ａの空間に開口している。ここで、管状の流体通路５１ｂの各々は、Ｚ方向と直交する断面（ＸＹ断面）において互いに分離しており、流体通路５１ｂ同士の間には隙間が形成されている。図９および図１０の例では、流体通路５１ｂが矩形形状の第２流路１２の開口（図３参照）と接続した後、途中で円形断面の管状通路となるように外形が変化しおり、これによって流体通路５１ｂ同士の間に隙間が確保されている。市松模様状に配列された第１流路１１のそれぞれの開口は、流体通路５１ａ内で、流体通路５１ｂの間の隙間を介して互いに連通している。そして、流体通路５１ａは、導入口４１と接続している開口部分５４を介して、第１流体３の導入口４１と連通している。導入口４１から流入した第１流体３は、流体通路５１ａ内で、流体通路５１ｂの間を通過して、コア部１の端面に開口したそれぞれの第１流路１１に流入する。

【0081】

なお、ヘッダ部２ｂ（図２参照）側の分配部５０でも、流体通路５１ａが第１流路１１と連通し、流体通路５１ｂが第２流路１２と連通している。このため、コア部１のそれぞれの第１流路１１を通過した第１流体３は、図２に示したように、流体通路５１ａ内で、流体通路５１ｂの間を通過して、開口部分５４を介して、第１流体３の導出口４３から導出される。導入口４４から合流部４５に流入した第２流体４は、分配部５０の流体通路５１ｂおよびバッフル部５２の貫通孔５３を通過して、コア部１の端面に開口したそれぞれの第２流路１２に流入する。

【0082】

コア部１それぞれ流入した第１流体３および第２流体４は、螺旋状に形成された第１流路１１および第２流路１２の内部を、互いにＺ方向の反対向きに流れる。第１流体３および第２流体４がそれぞれ第１流路１１および第２流路１２を流れる過程で、互いに隣接する第１流路１１と第２流路１２との間で、隔壁２０ａまたは隔壁２０ｂを介して、熱交換が行われる。熱交換が行われた後、第１流体３および第２流体４は、それぞれコア部１の反対側の端面から流出し、分配部５０を介して導出口４３、導出口４２からそれぞれ流出する。なお、流体通路５１ａを第２流路１２と接続し、流体通路５１ｂを第１流路１１と接続してもよい。

【0083】

本実施形態の熱交換器１００は、以上のように構成されている。

【0084】

熱交換器１００のコア部１およびヘッダ部２の各々は、たとえば、積層造形法によって形成された立体構造物としてされうる。より具体的には、積層造形法は、粉末積層造形法である。粉末積層造形法は、粉末材料を層状に敷き詰め、造形すべき箇所にレーザや電子ビームなどを照射して溶融、凝固させることによって層状の造形部分を形成する処理を、積層方向（造形方向）に繰り返し、層状の造形部分を積層方向に積み重ねて立体構造を造形する手法である。粉末材料は、鉄系、銅系、チタン系、アルミニウム系などの金属材料であり、重量、機械的強度、伝熱性能など観点から、たとえばアルミニウム（またはアルミニウム合金）などが好ましい。

【0085】

本実施形態では、コア部１およびヘッダ部２が、それぞれ、積層造形法によって一体的に形成（単一部品として形成）された後、相互に接合されることによって熱交換器１００として構成されうる。また、コア部１およびヘッダ部２を含む熱交換器１００の全体が、積層造形法によって一体的に形成されうる。

【0086】

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0087】

本実施形態では、上記のように、所定方向（Ｚ方向）における位置に応じて、所定方向と直交する断面ＣＳにおける流路１０の位置および外形形状が変化するので、流路１０を流れる第１流体３や第２流体４の流れを乱して攪拌する作用を得ることができる。攪拌により、第１流体３や第２流体４が流路１０内を流れる際に形成される温度境界層を破壊して、熱交換効率を改善することができる。また、一般的な熱交換器では、流路１０の断面ＣＳにおける位置および外形形状を一定に維持することが多く、流体の流れを乱すためには、流路の内部に障害物となる構造を設けることが多い。この場合、障害物の影響により流路の圧力損失の増大が大きくなり易いのに対して、上記構成では、断面ＣＳにおける流路１０全体の位置や外形形状を変化させることができるので、流路１０内に障害物を設けなくても、流れを乱して攪拌する作用を得ることができ、圧力損失の増大を抑制できる。なお、流路１０内に障害物を設ける場合でも、断面ＣＳにおける流路１０の位置および外形形状の変化と障害物との相乗効果により、圧力損失が増大する分、更なる熱交換効率の改善が期待できる。以上により、熱交換効率を改善させることが可能な、新規な構造の熱交換器１００を提供することができる。

【0088】

本実施形態では、上記のように、第１流路１１と第２流路１２とが互いに隔壁２０を介して隣接する状態を維持しながら、それぞれの流路１０の位置および外形形状が変化する。これにより、第１流路１１の周囲を複数の第２流路１２が取り囲み、第２流路１２の周囲を複数の第１流路１１が取り囲むように各流路１０を配置できる。そのため、管状の流路１０の内周面（隔壁２０の内周面）を全周に亘って１次伝熱面として構成できる。そして、断面ＣＳにおけるそれぞれの流路１０の位置および外形形状を変化させる場合でも、流路１０の隔壁２０からなる１次伝熱面を介して第１流体３と第２流体４との熱交換を行うことができるので、コルゲートフィンなどの２次伝熱面を設ける場合と比較して、熱交換効率をさらに改善することができる。

【0089】

本実施形態では、上記のように、各断面ＣＳにおいて、流路１０の間を仕切る隔壁２０ａの位置および向きが変化することにより、流路１０の位置および外形形状が変化するので、隔壁２０の数を増減させたり、隔壁２０ａに構造物を設けたりすることなく、隔壁２０ａの位置および向きを変化させるだけで、容易に、流路１０の位置および外形形状を変化させることができる。

【0090】

本実施形態では、上記のように、流路１０は、所定方向（Ｚ方向）の第１位置を通る断面ＣＳにおいて第１形状Ｋ１を有し、所定方向の第２位置を通る断面ＣＳにおいて、所定方向から見て第１形状Ｋ１と部分的に重複する第２形状Ｋ２に変化し、所定方向の第３位置を通る断面ＣＳにおいて、所定方向から見て第２形状Ｋ２と部分的に重複するとともに、第１形状Ｋ１とは重複しない第３形状Ｋ３に変化する。すなわち、所定方向の位置に応じて、流路１０が第１形状Ｋ１から第２形状Ｋ２を経て第３形状Ｋ３まで変化することにより、所定方向からみて流路１０が完全にずれた位置まで位置変化する。これにより、流路１０を流れる第１流体３や第２流体４を、所定方向と直交する方向に大きく移動させ、第１流体３や第２流体４を効果的に攪拌することができるので、熱交換効率をより効果的に改善することができる。

【0091】

本実施形態では、上記のように、流路１０は、流路１０の一端から他端までの間の所定方向における位置に応じて、断面ＣＳにおける位置が変化した後で元の位置に戻るように、断面ＣＳにおける位置および外形形状が周期的に変化するように形成されているので、流路１０の入口から出口に向かうに従って断面ＣＳにおける位置が変化した後で、流路１０の出口では元の入口と同じ位置に戻るように、流路１０を構成することができる。この場合、所定方向（Ｚ方向）から見て流路１０の入口と出口とが同じ配置となるので、熱交換器１００の設計を容易化することができる。また、周期的な変化を複数回繰り返す場合、流路１０としては１周期分の形状変化を繰り返すだけでよいので、これによっても熱交換器１００の設計を容易化することができる。

【0092】

本実施形態では、上記のように、流路１０は、流路１０の一端から他端までの間で、断面ＣＳにおける位置が、螺旋状に変化するように形成されているので、流路１０中の第１流体３や第２流体４の流れに断面ＣＳ内で回転（旋回）する運動成分を付与することができる。これにより、第１流体３や第２流体４を効果的に攪拌することができる。また、流路１０の位置を螺旋状に規則的に変化させることができるので、熱交換器１００の設計を容易化することができる。

【0093】

本実施形態では、上記のように、単位構造３０における流路１０間の隔壁２０の位置および向きが変化することにより、それぞれの単位構造３０に含まれる第１流路１１および第２流路１２の位置および外形形状が連動して変化するので、単位構造３０内での第１流路１１と第２流路１２との間の隔壁２０ａにより構成される伝熱面を維持しながら、流路１０の位置および外形形状を変化させることができる。このため、流路１０の位置および外形形状の変化によって第１流体３や第２流体４を攪拌しつつ、流路１０の位置および外形形状を変化させても第１流路１１と第２流路１２との間の伝熱面を確保することができる。

【0094】

本実施形態では、上記のように、複数の流路１０は、所定方向の一端から他端までの間で、断面ＣＳにおける流路１０の位置が変化することに伴って、隣接する流路１０が他の流路１０と入れ替わるように構成されているので、図８に示したように、たとえば流路１０の入口位置では、第１流路１１（Ａ流路）と所定の第２流路１２（Ｂ１～Ｂ４流路）とが隣接し、流路１０の出口に向かう過程で、同じ第１流路１１（Ａ流路）が別の第２流路１２（Ｂ５、Ｂ６流路）と隣接する。これにより、より多くの流路１０間で熱交換を行うことができるので、偏流などによって流路１０毎に温度分布の差が形成されることを抑制できる。

【0095】

本実施形態では、上記のように、第１流路１１は、所定方向の一端から他端までの間で、隣接する流路１０が入れ替わることにより、いずれかの断面ＣＳにおいて同時に隣接可能な数よりも多くの異なる第２流路１２と隣接するように設けられているので、隣接する流路１０の入れ替えによって、第１流路１１が、たとえば流路１０の入口で隣接している第２流路１２の数よりも多くの第２流路１２と隣接して、それぞれの第２流路１２との間で熱交換を行うことが可能となる。これにより、効果的に、流路１０毎の温度分布の差を抑制することができる。

【0096】

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0097】

たとえば、上記実施形態では、複数の流路１０によって単位構造３０を構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数の流路１０によって単位構造３０を構成しなくてもよい。この場合、所定方向（Ｚ方向）の位置に応じた流路１０の位置および形状変化を、複数の流路１０のまとまり（単位構造）で連動させることなく、個々の流路１０の位置および形状変化をそれぞれ別々に実現させてもよい。

【0098】

また、上記実施形態では、４本の流路１０（２本の第１流路１１および２本の第２流路１２）を含む単位構造３０を構成した例を示したが、単位構造３０に含まれる流路１０の本数は、４本未満または５本以上でもよい。たとえば図１１に示す変形例では、２本の流路１０が、１つの単位構造１３０を構成する例を示す。図１１に示す単位構造１３０は、１本の第１流路１１と、１本の第２流路１２とを含む。図１１では、４つの単位構造１３０を図示している。図１１では、断面ＣＳ２０において略正方形状の外形形状を有する各流路１０が、所定方向（Ｚ方向）の位置に応じて隔壁２０ａの位置および向きが変化することによって、断面ＣＳ２１、ＣＳ２２、ＣＳ２３、ＣＳ２４と順に変化する。断面ＣＳ２４では、各流路１０が縦長の長方形状の外形形状を有する。中間形状の変化は省略するが、所定方向（Ｚ方向）の位置に応じた断面形状の変化によって、断面ＣＳ２４から断面ＣＳ２０の状態に戻る。

【0099】

また、上記実施形態では、各断面ＣＳにおいて、各流路１０が略同一の外形形状を有するように変形する例を示したが、本発明はこれに限られない。各流路１０の形状は、異なっていてもよい。たとえば、第１流体３と第２流体４との流量が異なる場合に、流量比などに応じて、各流路１０のうちで第１流路１１および第２流路１２の一方の流路断面積が大きく、他方の流路断面積が小さくなるように流路１０が形成されていてもよい。

【0100】

また、上記実施形態では、それぞれの単位構造３０内で、流路１０の位置および外形形状を所定方向（Ｚ方向）の位置に応じて変化させる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、異なる単位構造３０に跨がって、流路１０の位置および形状が変化してもよい。言い換えると、単位構造３０を構成する流路１０が、所定方向（Ｚ方向）の位置に応じて入れ替わってもよい。たとえば図１２（Ａ）に示すように、Ｚ方向のある位置における断面ＣＳ３０では、流路１０ｒが第１の単位構造３０Ｄの内部で螺旋状に位置変化し、Ｚ方向の他の位置における断面ＣＳ３１では、流路１０ｒが第２の単位構造３０Ｅの内部で螺旋状に位置変化する。このとき、第１の単位構造３０Ｄに含まれる流路と第２の単位構造３０Ｅに含まれる流路とが、部分的に重複している。

【0101】

より簡易に説明すると、図１２（Ｂ）の断面ＣＳ４０において、第１の単位構造３０Ｄに含まれる流路１０ｒ（星マーク参照）が、第１の単位構造３０Ｄ内での螺旋状の位置変化によって、第１の単位構造３０Ｄ内の図中左上隅から図中右下隅に移動する。断面ＣＳ４１では、流路１０ｒを含む第２の単位構造３０Ｅ内で流路１０ｒが螺旋状に位置変化する。流路１０ｒは、位置変化によって、第２の単位構造３０Ｅ内の図中左上隅から図中右下隅に移動する。断面ＣＳ４２では、流路１０ｒを含む第３の単位構造３０Ｆ内で流路１０ｒが螺旋状に位置変化する。流路１０ｒは、位置変化によって、第３の単位構造３０Ｆ内の図中左上隅から図中右下隅に移動する。Ｚ方向の位置に応じて、流路１０ｒがこのような位置変化を繰り返すことにより、流路１０ｒがコア部１内を大きく移動することができ、１つの流路１０ｒがより多くの数の、他の流路と隣接して熱交換することが可能となる。

【0102】

図１３および図１４は、流路１０が複数の単位構造３０に跨がって位置および形状変化する具体例を示したものである。まず、８×８本の流路を含むコア部１の断面ＣＳ５０において、黒色で塗りつぶした流路１０ｒに着目して説明する。断面ＣＳ５０～ＣＳ５４の過程では、コア部１の最外周から隙間なく、２×２本の流路１０を含む１６個の単位構造３０が構成され、１６個の単位構造３０の各々において、流路１０の位置および形状変化が行われる。流路１０ｒは、単位構造３０Ｄ内で、図中左上隅から右下隅へ移動する。

【0103】

一方、断面ＣＳ５４～ＣＳ５８の過程では、コア部１の最外周に位置する流路１０を除いた６×６本の流路１０によって、２×２本の流路１０を含む９個の単位構造３０が構成され、９個の単位構造３０の各々において、流路１０の位置および形状変化が行われる。断面ＣＳ５４～ＣＳ５８の過程では、流路１０ｒは、単位構造３０Ｅの一部として、単位構造３０Ｅ内を図中左上隅から右下隅へ移動する。なお、単位構造３０を構成しない最外周の各流路１０は、断面ＣＳ５４～ＣＳ５８の過程で、隔壁２２の位置が変化することによって、コア部１の外周に沿って位置が変化する。

【0104】

断面ＣＳ５８～ＣＳ６２の過程では、再び、コア部１の最外周から、２×２本の流路１０を含む１６個の単位構造３０が構成される。１６個の単位構造３０の各々において、流路１０の位置および形状変化が行われる。断面ＣＳ５８～ＣＳ６２の過程では、流路１０ｒは、単位構造３０Ｆの一部として、単位構造３０Ｆ内を図中左上隅から右下隅へ移動する。この結果、断面ＣＳ５０ではコア部１の中央部に位置していた流路１０ｒが、単位構造３０Ｄ、３０Ｅおよび３０Ｆに跨がって移動する結果、断面ＣＳ６２では、コア部１の図中右下隅に移動する。

【0105】

同様に、断面ＣＳ５８において図中左上隅に位置する流路１０ｓに着目すると、断面ＣＳ５８～ＣＳ６２の過程で、流路１０ｓは、コア部１の図中左上隅から中央部へ移動する。その他の流路１０についても同様に、複数の単位構造３０に跨がってコア部１内を大きく移動することが可能である。

【0106】

また、上記実施形態では、複数の流路１０を、所定方向と直交する方向に格子状に配列した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、流路を格子状に配列しなくてもよい。

【0107】

また、上記実施形態では、第１流路１１が他の第１流路１１とは隣接せず、第２流路１２が他の第２流路１２とは隣接しない例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１流路１１同士、第２流路１２同士が互いに隣接してもよい。たとえば、第１流路１１が互いに隣接しながら直線状に並び、第２流路１２が互いに隣接しながら直線状に並び、直線状にならんだ第１流路１１の列と第２流路１２の列とが向かい合うように、隔壁を介して互いに隣接してもよい。

【0108】

また、上記実施形態では、第１流路１１と第２流路１２とが互いに隔壁２０を介して隣接する状態を維持しながら、それぞれの流路１０の位置および外形形状が変化する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、流路１０の位置および外形形状が変化する過程で、第１流路１１と第２流路１２とが隣接しない状態が部分的に含まれていてもよい。

【0109】

また、上記実施形態では、各断面ＣＳにおいて、流路１０の間を仕切る隔壁２０ａの位置および向きが変化することにより、流路１０の位置および外形形状が変化する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Ｚ方向の位置に応じて、流路１０の間を仕切る隔壁２０ａのうち一部が除去されたり、隔壁２０ａの数が増えたりすることにより、流路１０の位置および外形形状が変化してもよい。

【0110】

また、上記実施形態では、図７に示したように、Ｚ方向の位置に応じて、流路１０が第１形状Ｋ１から、第１形状Ｋ１とは重複しない第３形状Ｋ３に変化する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、流路１０が、たとえば流路の入口の断面形状に対して、Ｚ方向から見て重複する範囲内で、位置および形状が変化してもよい。

【0111】

また、上記実施形態では、流路１０の一端から他端までの間で、断面ＣＳにおける流路１０の位置が、螺旋状に変化する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、螺旋状の位置変化には限定されず、流路１０の位置をどのように変化させてもよい。たとえば図７を参照して、単位構造３０内の流路の位置が図７の左右で入れ替わるだけでもよい。つまり、断面ＣＳ１～ＣＳ４で図中の左右の流路位置が入れ替わった後、断面ＣＳ１～ＣＳ４とは逆の変化によって、図中の左右の流路位置が元に戻るだけでもよい。

【0112】

また、上記実施形態では、複数の流路１０が、Ｚ方向の一端から他端までの間で、断面ＣＳにおける流路１０の位置が変化することに伴って、隣接する流路１０が他の流路と入れ替わる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Ｚ方向の一端から他端までの間で継続して、断面ＣＳにおける流路１０の位置が変化しつつ同じ流路と継続して隣接し続けるように各流路１０が構成されていてもよい。

【0113】

また、上記実施形態では、複数の流路１０が第１流体３を流通させる第１流路１１および第２流体４を流通させる第２流路１２を含む例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数の流路１０が、第１流路１１および第２流路１２に加えて、さらに第３流体を流通させる第３流路を含んでもよい。複数の流路１０は、何種類の流体を流通させるように構成されていてもよく、流体の種類に応じた数（種類）の流路を含みうる。

【符号の説明】

【0114】

３ 第１流体
４ 第２流体
１０、１０ｒ、１０ｓ 流路
１１、１１ｐ 第１流路
１２、１２ｑ 第２流路
２０、２０ａ、２０ｂ 隔壁
２２ 隔壁
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆ、１３０ 単位構造
１００ 熱交換器
ＣＳ（ＣＳ０～ＣＳ１６、ＣＳ２０～ＣＳ２４、ＣＳ３０、ＣＳ３１、ＣＳ４０～ＣＳ４２、ＣＳ５０～ＣＳ６２） 断面
Ｋ１ 第１形状
Ｋ２ 第２形状
Ｋ３ 第３形状
Ｚ方向（所定方向）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】