(57)【要約】【課題】  コルゲート型のインナーフィンが収納された熱交換器用偏平チューブであって、内部に気体が流通するものにおいて、インナーフィンによる伝熱性を向上すること。【解決手段】  コルゲート型のインナーフィン４が内装された偏平チューブで、そのインナーフィン４の立上面４ａ及び立下面４ｂに多数のルーバ６を切り起こし形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の平坦部（１）および、平坦部（１）間を連結する一対の側部（２）を有する偏平チューブ（３）と、その偏平チューブ（３）の軸線方向に平行に各波の稜線（８）が配置されるコルゲート型インナーフィン（４）とを具備し、偏平チューブ（３）内に気体が流通する熱交換器用偏平チューブにおいて、
インナーフィン（４）には、その波の立上面（４ａ）および立下面（４ｂ）に、前記軸線に直交し、気体の流通方向に離間して多数のルーバ（６）が切起こし形成されたことを特徴とする熱交換器用偏平チューブ。
【請求項２】
前記インナーフィン（４）には、波の振幅方向に離間して上下二段に切起こしルーバ（６ａ）（６ｂ）が形成され、下段部（６ｃ）のルーバ（６ａ）の切起こしの向きと、上段部（６ｄ）のルーバ（６ｂ）の切起こしの向きが、逆向きに形成された請求項１に記載の熱交換器用偏平チューブ。
【請求項３】
前記ルーバ（６ａ）（６ｂ）は、その切起こしの高さＨが、Ｈ≧０．２ｍｍであり、かつ、その切り起こしの長さＬがＬ≧１．０ｍｍである請求項２に記載の熱交換器用偏平チューブ。
【請求項４】
前記偏平チューブ（３）は、その横断面の内側の高さに対する幅寸法の比ＡＲが、
１＜ＡＲ≦７となる請求項２に記載の熱交換器用偏平チューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏平チューブ内にコルゲート型のインナーフィンが内装され、内部に気体が流通する熱交換器であって、そのインナーフィンに多数のルーバが切起こし形成されたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
チャージエアクーラや凝縮器に用いられる偏平チューブには、その内部に気体を撹拌するオフセット型インナーフィンやコルゲート型インナーフィンが挿入されるものがある。
コルゲート型インナーフィンの場合には、その波の稜線が偏平チューブの軸線方向に配置される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
コルゲート型インナーフィンを有する偏平チューブは、内部を流通する気体の流通抵抗が比較的小さいという特徴を有する。
しかしながら、オフセット型インナーフィンを有する偏平チューブに比べて、気体の攪拌効果が小さいと共に、熱伝達率も小さい欠点がある。
そこで本発明は、コルゲート型インナーフィンを有する熱交換器用偏平チューブにおいて、その熱伝達率を向上させると共に、気体の攪拌効果の高いものを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の本発明は、対向する一対の平坦部１および、平坦部１間を連結する一対の側部２を有する偏平チューブ３と、その偏平チューブ３の軸線方向に平行に各波の稜線８が配置されるコルゲート型インナーフィン４とを具備し、偏平チューブ３内に気体が流通する熱交換器用偏平チューブにおいて、
インナーフィン４には、その波の立上面４ａおよび立下面４ｂに、前記軸線に直交し、気体の流通方向に離間して多数のルーバ６が切起こし形成されたことを特徴とする熱交換器用偏平チューブである。
【０００５】
請求項２に記載の本発明は、前記インナーフィン４には、波の振幅方向に離間して上下二段に切起こしルーバ６ａ，６ｂが形成され、下段部６ｃのルーバ６ａの切起こしの向きと、上段部６ｄのルーバ６ｂ切り起こしの向きとが、逆向きに形成された請求項１に記載の熱交換器用偏平チューブである。
【０００６】
請求項３に記載の本発明は、前記ルーバ６ａ，６ｂは、その切起こしの高さＨが、Ｈ≧０．２ｍｍかつ、その切り起こしの長さＬがＬ≧１．０ｍｍである請求項２に記載の熱交換器用偏平チューブである。
【０００７】
請求項４に記載の本発明は、前記偏平チューブ３は、その横断面の内側の高さに対する幅寸法の比ＡＲが、
１＜ＡＲ≦７となる請求項２に記載の熱交換器用偏平チューブである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、偏平チューブ３内にインナーフィン４の各稜線が軸線方向に平行に配置され、その立上面４ａおよび立下面４ｂに、ルーバ６が切起こし形成されたものである。
その切起こされたルーバ６の前縁効果等により、チューブ内の気体とチューブ外の流体との間の熱交換が向上する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記インナーフィン４に、波の振幅方向に離間して上下二段に切起こしルーバ６ａ、６ｂが形成され、下段部６ｃのルーバ６ａの切起こしの向きと、上段部６ｄのルーバ６ｂの切り起こしの向きとが逆向きに形成されたものである。
それらのルーバ６ａ、６ｂで偏向された流れが偏平チューブの側面で反転されることによって、インナーフィン４の上下の切り起こしを貫く大きな旋回流が形成され、この旋回流によって偏平チューブ３内の流体が穏やかに大きく攪拌、混合されることにより、圧力損失の大幅な増加を伴うことなく当該気体内部の温度分布の不均衡が減少し、当該気体とチューブ外の流体との間の熱交換がさらに向上する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、ルーバ６ａ、６ｂの切起こしの高さＨをＨ≧０．２ｍｍかつ、切り起こしの長さＬをＬ≧１．０ｍｍとしたものである。
これにより、ルーバ６ａ、６ｂによる偏向効果が十分発揮されるので、前記の旋回流の効果を確実に得ることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、偏平チューブ３の横断面の内側の高さに対する幅寸法の比ＡＲ（アスペクトレシオ）を１＜ＡＲ≦７としたものである。
これにより、旋回流の旋回周期が過大となることが防止され、旋回が十分に生成されずに偏平チューブ内を流通することが防止されるので、前記の旋回流の効果が十分発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のインナーフィンを有する熱交換器用偏平チューブの縦断面説明図。
【図２】同偏平チューブの拡大横断面図（中間部省略）。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図（Ａ）、及び（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面略図。
【図４】本発明のインナーフィンに形成されたルーバ６の説明図。
【図５】本発明の他のインナーフィンのルーバの説明図。
【図６】本発明のルーバを有する熱交換器用偏平チューブと、ルーバを有しない熱交換器用偏平チューブとの比較であって、横軸に風量を縦軸に熱伝達率を表したもの。
【図７】本発明のインナーフィンを有する偏平チューブであって、そのピッチを１２．４ｍｍ、６．２ｍｍ、３．１ｍｍにした場合の、ルーバを有しない偏平チューブとの熱伝達率α及び圧力損失ΔＰの比較を示す。
【図８】本発明のインナーフィンを有する偏平チューブと、ルーバを有しない偏平チューブとの比較であって、ルーバの長さ１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍの各場合の、熱伝達率αと圧力損失ΔＰとの比較を示す。
【図９】ルーバを有しないインナーフィンを有する熱交換器用偏平チューブと、本発明のルーバを有する熱交換器用偏平チューブとの熱伝達率α及び圧力損失ΔＰとの比較であって、ルーバの高さＨが０．２ｍｍのものと０．３ｍｍのものとを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１〜図４は本発明の第１の形態を示し、図１はその熱交換器用偏平チューブの縦断面説明図、図２は同横断面拡大図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図（Ａ）、及び（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面説明図、図４は同偏平チューブ内のインナーフィン４におけるルーバ６の説明図である。
この熱交換器用偏平チューブは、一例としてチャージエアクーラや燃料電池の凝縮器に用いることができるものである。
偏平チューブ３は、図２に示す如く、対向する一対の平坦部１および、平坦部１間を連結する一対の側部２を有し、その偏平チューブ３にコルゲート型のインナーフィン４が内装されたものである。そのインナーフィン４の各波の稜線８は、偏平チューブ３の軸線方向に平行に配置されている。
さらに、インナーフィン４には各波の立上面４ａ及び立下面４ｂに、軸線に直交して気体の流通方向に離間し多数のルーバ６が切起こし形成されている。
【００１４】
この例では図２に示す如く、インナーフィンの立上面４ａ及び立下面４ｂには、波の振幅方向に離間して夫々上下二段に切り起こされたルーバ６ａ，６ｂが形成され、下段部６ｃのルーバ６ａの切り起こしの向きと上段部６ｄのルーバ６ｂの切り起こしの向きとが、逆向きに形成されている。
図２の立上面４ａにおいて、下段部６ｃのルーバ６ａは開口が軸線方向下流側に向き、上段部６ｄのルーバ６ｂではその開口が軸線方向上流側に向いている。また、立上面４ａに対向する立下面４ｂでは、下段部６ｃのルーバ６ａの開口が気体の流通方向の上流側に向き、上段部６ｄのルーバ６ｂでは開口が気体の流通方向の下流側に向いている。
それを図３（Ｂ）で、次のように表示している。
図３（Ｂ）の下段部６ｃにおいて、左端に存在する立上面４ａでは、ルーバ６ａの開口が気体９の下流側に向き、上段部６ｄの立上面４ａではルーバ６ｂの開口が気体９の上流側に向く。
それとは逆に、立上面４ａに対向する立下面４ｂでは、下段部６ｃのルーバ６ａの開口が気体９の上流側を向き、上段部６ｄのルーバ６ｂが気体９の下流側に向いている。
【００１５】
このように形成することにより、偏平チューブ３内の気体９は、下段部６ｃの各ルーバ６ａを流通して、一方の側部２に反転され上方への反射流７となって、上段部６ｄの各ルーバ６ｂに導かれる。また、図示しない他方の側部２では、気体は他方の側部２に反転され下方への反射流となって、再び下段部６ｃのルーバ６ａに導かれる。
結果として、気体９は、図１及び図２に示す如く、上下方向に旋回しつつ、偏平チューブ３内を軸線方向の下流側に流通する。この気体９の流れは、蛇行および撹拌することに加えて、上下方向に旋回させるので、チューブ内壁に沿う熱交換を促進し、熱交換性能を高めることができる。
なお、偏平チューブ３の外面側には、一例として冷却水が流通し、内部の気体９との間に熱交換が行われる。
【００１６】
次に、図６〜図９は本発明のルーバを有するインナーフィンと、ルーバを有しないインナーフィンとの熱伝達率及び圧力損失をコンピュータによるシミュレーションで比較したものである。
このときのシミュレーションの各設定値は、次のとおりである。インナーフィンは、その振幅は７ｍｍ、フィンピッチは４ｍｍ、フィンの板厚は０．０７５ｍｍ、偏平チューブは、その短径が７．８ｍｍであり、その内寸が７ｍｍ、長径が４８．５ｍｍ、内寸が４７．７ｍｍであり、板厚は０．４ｍｍである。
そして図６では、ルーバ６を図４において、高さＨ＝０．３ｍｍ、その長さＬ＝１ｍｍ、ピッチＰ＝６．２ｍｍとしたものである。そして、横軸に偏平チューブに流入する風量Ｖａを１．３９ｍ／ｓ、２．７７ｍ／ｓ、４．１６ｍ／ｓ、５．５４ｍ／ｓ、８．３１ｍ／ｓとした場合、ルーバのない（プレーン）のインナーフィンと比較した場合の熱伝達率を縦軸に表したものである。
この図６から明らかなことは、風量の増加と共に伝達率αが向上するが、その値は５．５４ｍ／ｓでピークとなり、８．３１ｍ／ｓではそれより低下する。これは風量の増加に伴いαは増加するが、それ以上に内部抵抗が増加するためである。
【００１７】
次に、図７は図４において、ルーバの長さＬ＝１ｍｍ、高さＨ＝０．３ｍｍに固定し、ピッチＰを１２．４ｍｍ、６．２ｍｍ、３．１ｍｍとしたときの、従来型インナーフィン（プレート型）に比較した熱伝達率α及び圧力損失ΔＰを比較したものである。
このグラフより、ルーバピッチＰが小さくなるほど、即ち、ルーバ６の数が多くなるほど熱伝達率α及び圧力損失ΔＰが大きくなることが判る。
【００１８】
次に、図８は図４において、ルーバ６の高さＨ＝０．３ｍｍとし、ピッチＰを６．２ｍｍに固定し、ルーバの長さＬを１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍとしたときの、熱伝達率α及び圧力損失ΔＰを従来型インナーフィン（プレート型）に比べたものである。
この図８より明らかなことは、熱伝達率αはルーバの長さＬに拘わらず略一定である。
また、圧力損失ΔＰはルーバの長さＬが大きいほど減少することが分かった。
【００１９】
次に、図９は図４において、ルーバ６の長さＬ＝１ｍｍ、ピッチＰを６．２ｍｍに固定し、高さＨを０．２ｍｍ、０．３ｍｍに夫々した場合、従来型インナーフィン（プレーン）に比較して、その熱伝達率α及び圧力損失ΔＰがどのようになるかをシュミレーションしたものである。
その結果、高さＨがより高くなると熱伝達率α及び圧力損失ΔＰが共に高くなる。
【００２０】
次に、図５は本発明のルーバ６の他の実施例であり、これが図４のそれと異なる点は、図４では、それが片側のみ切り起こされていたのに比べて、図５の場合にはルーバの両側が切り起こされた点である。
このように両側を切り起こしても良い。この場合には、ルーバ６による気流がより攪拌され、熱伝達率が促進される。
【００２１】
なお、上記図６〜図９のシミュレーションではインナーフィン及び偏平チューブの各種寸法を特定の値に固定したが、本発明はそれに限定されるものでは勿論なく、例えば、Ｈを０．２ｍｍ以上とし、ルーバの長さＬを１．０ｍｍ以上とし、偏平チューブ３の横断面
の内側の高さに対する幅寸法の比ＡＲを１＜ＡＲ≦７とすることもできる。
これらの範囲において、本発明の作用効果を達し得る。
【００２２】
また、図３において、ルーバ６ａおよびルーバ６ｂは、気体９の主流方向において互い違いに配置されているが、それらを気体９の主流方向に揃えて配置しても、本発明の作用効果を達し得る。
【００２３】
また、気体９の主流方向を逆としても、本発明の作用効果を達し得る。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、チャージエアクーラや燃料電池用の凝縮器等、偏平チューブの内部に気体が流通する熱交換器に適用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１  平坦部
２  側部
３  偏平チューブ
４  インナーフィン
４ａ  立上面
４ｂ  立下面
６  ルーバ
６ａ  ルーバ
６ｂ  ルーバ
６ｃ  下段部
６ｄ  上段部
７  反射流
８  稜線
９  気体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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