(57)【要約】【課題】  空気流れの乱流化の促進により伝熱性能を向上する。【解決手段】  コルゲートフィン１２のうち、隣接するチューブ１１相互間に位置する平板部１２ａに、平板部１２ａの板面から所定の高さで突き出す突起部１２ｃ、１２ｄを形成するとともに、突起部１２ｃ、１２ｄを平板部１２ａの板面上の空気流れ方向Ａと直交する方向に蛇行状に形成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる複数本のチューブ（１１）と、
前記チューブ（１１）の外表面に設けられて前記チューブ（１１）の周りを流れる空気との熱交換面積を増大させるフィン（１２）とを備え、
前記フィン（１２）には、隣接する前記チューブ（１１）相互間に位置する平板部（１２ａ）が形成されており、
前記平板部（１２ａ）に、前記平板部（１２ａ）の板面から所定の高さで突き出す突起部（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）を形成するとともに、前記突起部（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）を前記平板部（１２ａ）の板面上の空気流れ方向（Ａ）と直交する方向に蛇行状に形成することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記突起部（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）は、前記平板部（１２ａ）の板面の表裏両側に突き出すように形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記突起部（１２ｃ、１２ｄ）は前記空気流れ方向（Ａ）に所定の幅を持つ堤状に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記突起部（１２ｅ）は、前記平板部（１２ａ）の板面から切り起こし形成された細片にて形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記チューブ（１１）は断面扁平状の扁平チューブであり、
前記フィン（１２）は、前記平板部（１２ａ）と前記扁平チューブ（１１）の外側扁平面に接合される曲げ連結部（１２ｂ）とを有する波形状に形成されたコルゲートフィンであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記フィン（１２）は、前記平板部（１２ａ）の板面に前記チューブ（１１）が挿入され固定されるチューブ挿入穴（１２ｆ）を設けたプレートフィンであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブとフィンとにより構成される熱交換部の伝熱性能を向上させる熱交換器に関するもので、例えば、車両空調用の熱交換器（冷媒放熱器、冷媒蒸発器、温水放熱器）やエンジン用ラジエータ等に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の熱交換器の代表的なものは、冷媒等の流体が流れる断面扁平状に形成された扁平チューブと、この扁平チューブの外側扁平面に接合される、波状に曲げ形成されたコルゲートフィンとにより熱交換部を構成している。
【０００３】
そして、コルゲートフィンには短冊状の細片からなる複数のルーバを斜めに切り起こすことにより、フィン表面での境界層の連続的な発達を分断、阻止して、伝熱性能の向上を図っている。
【０００４】
また、別形式の熱交換器として、本発明者は図１０のように波状に曲げ形成されたコルゲートフィン１２に、空気の流れ方向Ａに蛇行する突出部２０を形成して、空気流れの乱流化により伝熱性能の向上を図ることを特許文献１にて提案している。
【特許文献１】特開２００４−１４４４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前者の従来技術では、フィンのうち扁平チューブとの接合部分（非ルーバ部分）および扁平チューブの外側扁平面は連続した平坦な面になっているので、境界層が発達して空気への熱伝達が悪化する。
【０００６】
また、本発明者の検討によると、後者の従来技術（特許文献１）では、空気が空気流れ方向Ａと交差する一方向（図１０の上下方向）のみに蛇行する（矢印Ａ’参照）だけであるので、空気流れの乱流化が不十分となり、伝熱性能の向上効果が不十分であることが判明した。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、空気流れの乱流化の促進により伝熱性能を向上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】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、流体が流れる複数本のチューブ（１１）と、
前記チューブ（１１）の外表面に設けられて前記チューブ（１１）の周りを流れる空気との熱交換面積を増大させるフィン（１２）とを備え、
前記フィン（１２）には、隣接する前記チューブ（１１）相互間に位置する平板部（１２ａ）が形成されており、
前記平板部（１２ａ）に、前記平板部（１２ａ）の板面から所定の高さで突き出す突起部（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）を形成するとともに、前記突起部（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）を前記平板部（１２ａ）の板面上の空気流れ方向（Ａ）と直交する方向に蛇行状に形成することを特徴としている。
【０００９】
これによると、突起部（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）がフィン（１２）の板面から突き出すことにより、空気流れに２次流れ（Ａ１）を形成できると同時に、突起部（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）が平板部（１２ａ）の板面上の空気流れ方向（Ａ）と直交する方向に蛇行状に延びるので、この蛇行形状によっても方向の異なる別の２次流れ（Ａ２）を形成できる。
【００１０】
この異なる方向の２つの２次流れ（Ａ１、Ａ２）の形成によって空気流れの乱流化を効果的に促進できる。これによって、空気側熱伝達率を向上でき、熱交換器の伝熱性能を向上できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の熱交換器において、前記突起部（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）を前記平板部（１２ａ）の板面の表裏両側に突き出すように形成することが、空気流れの乱流化のために好ましい。
【００１２】
請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の熱交換器において、前記突起部（１２ｃ、１２ｄ）は、具体的には、前記空気流れ方向（Ａ）に所定の幅を持つ堤状に形成すればよい。
【００１３】
請求項４に記載の発明のように、請求項１または２に記載の熱交換器において、前記突起部（１２ｅ）は、前記平板部（１２ａ）の板面から切り起こし形成された細片にて形成してもよい。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器において、前記チューブ（１１）は断面扁平状の扁平チューブであり、
前記フィン（１２）は、前記平板部（１２ａ）と前記扁平チューブ（１１）の外側扁平面に接合される曲げ連結部（１２ｂ）とを有する波形状に形成されたコルゲートフィンであることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器において、前記フィン（１２）は、前記平板部（１２ａ）の板面に前記チューブ（１１）が挿入され固定されるチューブ挿入穴（１２ｆ）を設けたプレートフィンであることを特徴とする。
【００１６】
請求項５、６に記載のように、本発明は、コルゲートフィン型熱交換器およびプレートフィン型熱交換器のいずれにおいても良好に実施できる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
図１〜図４は本発明の第１実施形態を示すもので、図１は本実施形態による車両空調用冷凍サイクルの冷媒放熱器１０を示す。冷媒放熱器１０は、車両空調用冷凍サイクルの圧縮機（図示せず）の吐出側に接続されて、圧縮機吐出冷媒（高圧側冷媒）の熱を空気中に放出して冷媒を冷却するものである。
【００１９】
通常のフロン系冷媒を用いる冷凍サイクルでは圧縮機の冷媒吐出圧が冷媒の臨界圧力未満であるので、冷媒放熱器１０内で冷媒は凝縮しながら放熱を行う。これに対し、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）等の冷媒を用いる冷凍サイクルでは圧縮機の冷媒吐出圧が冷媒の臨界圧力以上になるので、冷媒放熱器１０内で冷媒は凝縮することなく超臨界状態にて放熱を行う。
【００２０】
冷媒放熱器１０は、チューブ１１とフィン１２とにより構成される熱交換部を備えている。チューブ１１は所定間隔を置いて図１の上下方向に複数本並列配置され、この複数本のチューブ１１相互間にフィン１２を設けている。このフィン１２は、チューブ１１の外表面に接合されて空気との伝熱面積を増大させて冷媒と空気との熱交換を促進するものである。
【００２１】
チューブ１１の長手方向（図１の左右方向）の両端側にはヘッダタンク１３、１４を設けている。このヘッダタンク１３、１４は、チューブ１１の長手方向と直交する方向（上下方向）に延びて各チューブ１１内の冷媒通路と連通する。そして、チューブ１１およびフィン１２からなる熱交換部のチューブ・フィン積層方向（図１の上下方向）の両端部に、補強部材をなすサイドプレート１５、１６を配置している。
【００２２】
ヘッダタンク１３、１４にはそれぞれ外部冷媒配管（図示せず）との接続用のジョイントブロック１７、１８が設けられ、この両ジョイントブロック１７、１８のいずれか一方が冷媒入口部を構成し、他方が冷媒出口部を構成する。
【００２３】
なお、本実施形態では、チューブ１１、フィン１２、ヘッダタンク１３、１４、サイドプレート１５、１６およびジョイントブロック１７、１８をすべて、熱伝導性に優れた金属であるアルミニウム合金にて成形し、これらの金属部材１１〜１６をろう付けにて一体に接合する構成になっている。
【００２４】
図２は図１の熱交換部の一部断面図であって、冷媒放熱器１０のチューブ１１は、図２に示すように押し出し加工又は引き抜き加工により内部に複数個の冷媒通路穴１１ａが並列に形成された扁平状の多穴チューブである。チューブ１１の扁平形状は空気流れ方向Ａと平行になっている。
【００２５】
また、フィン１２は図４に示すように平坦な平板部１２ａと、隣り合う平板部１２ａ相互間を繋ぐ曲げ連結部１２ｂとを有するように波状に曲げ形成されたコルゲートフィンである。曲げ連結部１２ｂの頂部もほぼ平坦な面となっている。
【００２６】
このコルゲートフィン１２は、０．５ｍｍ程度の薄板金属材料により成形されている。フィン１２の曲げ連結部１２ｂは図２に示すようにチューブ１１の外側扁平面（外側平坦面）に接触してろう付けされる。
【００２７】
図３は図２のＸ−Ｘ断面図であり、フィン１２の平板部１２ａにはその板面の表裏両側（図３の上下両側）へ突き出す突起部１２ｃ、１２ｄが一体に形成されている。ここで、突起部１２ｃは図３において平板部１２ａの板面の上側へ突き出すもので、突起部１２ｄは平板部１２ａの板面の下側へ突き出すものである。図２と図４では、この両突起部１２ｃ、１２ｄの区別を明示するために、一方の突起部１２ｄを便宜上実線ではなく破線で図示している。
【００２８】
ここで、突起部１２ｃ、１２ｄの断面形状は図３に示すようにほぼ矩形状であり、空気流れ方向Ａに所定の幅ｄを持つ。突起部１２ｃと突起部１２ｄは空気流れ方向Ａに所定間隔Ｐにて交互に形成されている。
【００２９】
そして、両突起部１２ｃ、１２ｄは、フィン１２の平板部１２ａの板面において空気流れ方向Ａと直交する方向（図２、図４の上下方向）に蛇行状に細長く延びる形状、すなわち、堤状の形状になっている。
【００３０】
なお、突起部１２ｃ、１２ｄの間隔Ｐは例えば、０．５ｍｍ程度で、突起部１２ｃ、１２ｄの突出高さｈは例えば、０．２５ｍｍ程度で、突起部１２ｃ、１２ｄの堤形状の幅ｄは例えば、０．２５ｍｍ程度である。
【００３１】
また、突起部１２ｃ、１２ｄの蛇行状の堤形状は、図２、図４から理解されるように平板部１２ａの板面の幅寸法（空気流れ方向Ａと直交する方向の寸法）Ｗの大部分の範囲、具体的にはＷの８０〜９０％程度の範囲に渡って形成されている。
【００３２】
上記構成において本実施形態の作用効果を説明する。冷媒放熱器１０に対して図示しない送風機により冷却空気が矢印Ａ方向に送風されると、突起部１２ｃ、１２ｄがフィン板面表裏両側へ突き出しているため、矢印Ａ方向の空気流れの中に、この板面表裏両側への２次流れＡ１（図３参照）が生じる。
【００３３】
更に、突起部１２ｃ、１２ｄはフィン板面において空気流れ方向Ａと直交する方向に蛇行状に細長く延びる堤形状になっているので、この蛇行状の堤形状によって空気流れ直交方向にも２次流れＡ２（図２参照）が生じる。
【００３４】
このように突起部１２ｃ、１２ｄの形成によって、異なる２方向の２次流れＡ１、Ａ２が生じるため、フィン平板部１２ａの板面全域における空気流れの乱流化を促進できる。これにより、フィン平板部１２ａの板面、フィン曲げ連結部１２ｂおよびチューブ１１の外側扁平面における境界層を破壊して、これら各部の熱伝達率を向上できる。従って、冷媒放熱器１０の伝熱性能を効果的に向上できる。
【００３５】
（他の実施形態）
なお、本発明は上述の一実施形態に限定されることなく次のごとく種々変形可能である。例えば、突起部１２ｃ、１２ｄの形態は図５〜図８のように種々変更できる。
【００３６】
図５は、突起部１２ｃ、１２ｄの空気流れ方向Ａに対する蛇行形状の凹凸を図２、図４と逆にしている。
【００３７】
図６は図２、図４の突起部１２ｃ、１２ｄの両端部に空気流れ下流側に向かう湾曲部ａ、ｂを追加した形状にしている。なお、図５の蛇行形状において、突起部１２ｃ、１２ｄの両端部に空気流れ上流側に向かう湾曲部を追加してもよい。
【００３８】
上述の図２〜図４では各フィン平板部１２ａの突起部１２ｃ、１２ｄを一定の間隔Ｐで形成する例を図示しているが、図７では各フィン平板部１２ａの突起部１２ｃ、１２ｄの間隔Ｐを一定とせずに、空気流れ方向Ａに沿って変更する例を示している。このため、フィン平板部１２ａの突起部１２ｃ、１２ｄの位置が空気流れ方向Ａに対してずれることになる。
【００３９】
なお、図２〜図７では、いずれも、各フィン平板部１２ａの板面の表裏両側に突起部１２ｃ、１２ｄを突き出しているが、各フィン平板部１２ａの板面の表裏両側のうち片側のみに突起部１２ｃ、１２ｄを突き出すようにしてもよい。
【００４０】
また、図２〜図７では、いずれも、突起部１２ｃ、１２ｄを断面矩形状の所定の幅寸法（空気流れ方向Ａの幅寸法）を持つ堤形状に形成しているが、図８は突起部１２ｅをフィン平板部１２ａの板面から直角状（Ｌ状）に切り起こした細片で形成している。
【００４１】
そして、この切り起こし突起部１２ｅを空気流れ方向Ａと直交する方向に蛇行状に延びるように形成する。この切り起こし突起部１２ｅの蛇行形状は図２等と同じでよいので、図示を省略する。なお、切り起こし突起部１２ｅの切り起こし高さＨは、０．１〜０．５ｍｍ程度の微小寸法である。
【００４２】
図８の突起部１２ｅに空気流れが衝突することにより、図３の２次流れＡ１に対応する２次流れＡ１が形成される。そして、突起部１２ｅの空気流れ方向Ａと直交方向への蛇行形状によって、図２の２次流れＡ２に対応する２次流れ（図示せず）を形成できる。従って、図８の突起部１２ｅにおいても、異なる２方向の２次流れＡ１、Ａ２を形成でき、乱流化の促進によって伝熱性能を向上できる。
【００４３】
なお、図８では、フィン平板部１２ａの板面の片側のみ（図８の上側のみ）に突起部１２ｅを切り起こす例を図示しているが、フィン平板部１２ａの板面の両側（図８の上下両側）に突起部１２ｅを切り起こし形成してもよい。
【００４４】
また、上述の一実施形態では、フィン１２として波状に曲げ成形されるコルゲートフィンについて説明したが、本発明による突起部１２ｃ、１２ｄは図９に示す平板状のプレートフィン１２の平板部１２ａの板面にも同様に形成できるから、チューブ１１とプレートフィン１２との組み合わせにより構成される熱交換部を持つプレートフィン型熱交換器にも本発明は適用できる。
【００４５】
なお、このプレートフィン型熱交換器では周知のごとくプレートフィン１２の平板部１２ａの板面にチューブ１１が貫通するチューブ挿入穴１２ｆを設け、複数枚のプレートフィン１２のチューブ挿入穴１２ｆにチューブ１１を串刺状に挿入し固定するから、プレートフィンの平板部１２ａの板面はチューブ１１の長手方向に直交する配置となる。
【００４６】
突起部１２ｃ、１２ｄの代わりに、図８に示す切り起こし細片からなる突起部１２ｅを図９に示す平板状のプレートフィン１２の平板部１２ａに形成してもよい。
【００４７】
また、上述の一実施形態では、本発明を車両空調用の冷媒放熱器１０に適用した例について説明したが、車両空調用の冷媒蒸発器や温水放熱器（ヒータコア）、エンジン用ラジエータ、更に住宅用空調装置の熱交換器等、種々な用途の熱交換器一般には広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態を適用する冷媒放熱器の概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による熱交換部の一部断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】本発明の一実施形態によるフィンの斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態による熱交換部の一部断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態による熱交換部の一部断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態によるフィンの一部断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態によるフィンの一部断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態によるフィンの一部平面図である。
【図１０】従来技術による熱交換部の一部斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１…チューブ、１２…フィン、１２ａ…平板部、１２ｂ…曲げ連結部、
１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ…突起部。
【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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【図１０】
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