(57)【要約】【課題】熱交換器の熱交換効率を向上させると共に熱交換器の小型化を図る。【解決手段】厚みが０．１ｍｍのステンレス材料の板材をプレス加工や折り曲げ加工等を用いて厚み０．５ｍｍの偏平な管状に熱交換用チューブ３０を形成すると共に熱交換用チューブ３０の偏平面（正面および裏面）に空気の主要な流れに対してなす角γが１０度から６０度の範囲のうちの所定角（例えば３０度）となるように、かつ、空気の主要な流れに沿った所定間隔（折り返し間隔）Ｗの折り返し線で対称に折り返すよう山部３４や谷部３６を形成し、こうして形成した熱交換用チューブ３０を複数並行に並べて熱交換器とする。これにより、空気の流れに有効な二次流れを生じさせて伝熱効率を向上させ、全体として熱交換効率を向上させることができる。この結果、熱交換器を小型で高性能なものとすることができる。【選択図】図２
2008232592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性を有する材料により断面が扁平な中空管として形成されて並列に配置された複数の熱交換用チューブを有し、該複数の熱交換用チューブ内に流れる熱交換流体と該複数の熱交換用チューブの間に流れる被熱交換流体との熱交換により該熱交換流体を冷却または加熱する熱交換器であって、
前記複数の熱交換用チューブは、流体が流通する外壁面または内壁面のすくなくとも一方の面に所定方向とのなす角が１０度ないし６０度の範囲内の角度で該所定方向に沿った所定間隔の折り返し線で対称に折り返す波状の凹凸が形成されてなる、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記複数の熱交換用チューブは、前記熱交換流体と前記被熱交換流体とのうち熱伝導率が小さい方の流体が流通する面に前記波状の凹凸が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記複数の熱交換用チューブは、前記熱交換流体と前記被熱交換流体とのうち熱伝導率が大きい方の流体が流通する面に前記熱伝導率が小さい方の流体が流通する面に形成された前記波状の凹凸に対して並行に対をなすよう波状の凹凸が形成されてなることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
請求項１記載の熱交換器であって、
前記複数の熱交換用チューブは、少なくとも前記外壁面に前記波状の凹凸が形成されてなり、
前記複数の熱交換用チューブを、前記外壁面に形成された前記波状の凹凸が並行するよう取り付けられてなる、
熱交換器。
【請求項５】
前記所定方向は、流体の主要な流れの方向である請求項１ないし４いずれか記載の熱交換器。
【請求項６】
前記複数の熱交換用チューブは、前記波状の凹凸の振幅をａ、流体を挟んで向かい合う波状の凹凸の間隔であるピッチをｐ、バルク流速とピッチにより定義されるレイノルズ数をＲｅ、とするときに式（１）の不等式を満たすよう前記波状の凹凸が形成されて配置されてなることを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の熱交換器。
1.3×Re-0.5＜a/p＜0.2   (1)
【請求項７】
前記複数の熱交換用チューブは、前記折り返し線の前記所定間隔をＷ、前記波状の凹凸の波長をｚ、とするときに式（２）の不等式を満たすよう前記波状の凹凸が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし６いずれか記載の熱交換器。
0.25＜W/z＜2.0   (2)
【請求項８】
前記複数の熱交換用チューブは、前記波状の凹凸の頂部および／または底部の曲率半径をｒ、前記波状の凹凸の波長をｚ、とするときに式（３）の不等式を満たすよう前記波状の凹凸が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし７いずれか記載の熱交換器。
0.25＜r/z   (3)
【請求項９】
前記複数の熱交換用チューブは、前記波状の凹凸の断面における斜面の傾斜角が２５度以上となるよう前記波状の凹凸が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記複数の熱交換用チューブは、金属材料により断面が９ｍｍ以下の厚みの扁平な中空管として形成されてなることを特徴とする請求項１ないし９いずれか記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記複数の熱交換用チューブは、厚みが１．５ｍｍ以下の板材により形成されてなる請求項１ないし１０いずれか記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記熱交換流体と前記被熱交換流体とが全体として略直交して流れるよう取り付けられてなる請求項１ないし１１いずれか記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関し、詳しくは、熱伝導性を有する材料により断面が扁平な中空管として形成されて並列に配置された複数の熱交換用チューブを有し複数の熱交換用チューブ内に流れる熱交換流体と複数の熱交換用チューブの間に流れる被熱交換流体との熱交換により熱交換流体を冷却または加熱する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器としては、冷媒の入口タンクと出口タンクとに冷媒を流通させて外気と熱交換する複数のチューブを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この熱交換器では、入口タンクに流入した冷媒を複数のチューブを流通させて出口タンクに至らせる間に複数のチューブと略垂直にチューブ間を通過する外気との熱交換により冷却する。そして、熱交換効率を高めるために、複数のチューブ間に冷却フィンが取り付けられている。
【０００３】
また、冷媒の入口と出口とをなす二つのヘッダーとに冷媒を流通させて外気と熱交換する細径化した複数の管を備えるものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。この熱交換器では、細径化した複数の管に冷媒を流通させると共に複数の管の間を通過させて外気との熱交換により冷媒を冷却する。
【０００４】
さらに、伝熱面積を大きくするために断面を偏平な中空管とした偏平チューブを複数並列して配置するものも提案されている。この熱交換器では、偏平チューブ間を流れる流体の圧損失を低減すると共に小型化を図るため、冷却フィンを備えないフィンレス熱交換器として構成されている。
【特許文献１】特開２００１−１６７７８２号公報
【特許文献２】特開２００４−２１８９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パソコンやロボットの駆動電源からの発熱量は産業用の廃棄熱量に比べて非常に小さいが、単位面積当たり、単位時間当たりの発熱量は産業用の数十倍に達するものもある。さらに、電源部は断熱材等で覆われており熱の溜まりやすい形態となっており、発熱部を直接冷却することができず、断熱材の外側から冷却するため、必要以上の廃棄熱量が要求される。また、小型化の要請から、熱交換器の装着場所も限られており、軽量であることも望まれる。
【０００６】
また、近年、エンジンや燃料電池に対して、一層の熱効率の向上や排気の清浄性が望まれており、そのために排気ガス中の熱を有効に回収して利用することや燃焼温度を下げるために冷却する必要も生じる。排熱回収や給排気の冷却では、凝縮水が酸性となることや凝縮水の良好な排水性が求められるが、耐食性に優れるステンレスは熱伝導率が小さいため、フィンを用いた場合にはフィン効率の低下が問題になる。また、フィンによって凝縮水の流下も妨げられ、効率よく熱交換ができない場合も生じる。
【０００７】
さらに、扁平チューブを複数配置した熱交換器では、偏平チューブの内圧が増加すると、その平坦部が外側へ向けて変形する場合も生じ、その場合、チューブ間を通過する流体の通過抵抗を増加し、熱交換量が減少してしまう。
【０００８】
本発明の熱交換器は、熱交換効率を向上させることを目的の一つとする。また、本発明の熱交換器は、小型化を図ることを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の熱交換器は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【００１０】
本発明の熱交換器は、
熱伝導性を有する材料により断面が扁平な中空管として形成されて並列に配置された複数の熱交換用チューブを有し、該複数の熱交換用チューブ内に流れる熱交換流体と該複数の熱交換用チューブの間に流れる被熱交換流体との熱交換により該熱交換流体を冷却または加熱する熱交換器であって、
前記複数の熱交換用チューブは、流体が流通する外壁面または内壁面のすくなくとも一方の面に所定方向とのなす角が１０度ないし６０度の範囲内の角度で該所定方向に沿った所定間隔の折り返し線で対称に折り返す波状の凹凸が形成されてなる、
ことを特徴とする。
【００１１】
この本発明の熱交換器では、複数の熱交換用チューブの流体が流通する外壁面または内壁面のすくなくとも一方の面に、所定方向とのなす角が１０度ないし６０度の範囲内の角度で所定方向に沿った所定間隔の折り返し線で対称に折り返す波状の凹凸が形成されている。複数の熱交換用チューブの外壁面や内壁面に形成された波状の凹凸は、流体の流通の際に生じる二次流れの渦を伝熱促進に有効な二次流れ成分として機能させる。このため、熱交換器の熱交換効率を向上させることができ、高性能で小型の熱交換器とすることができる。ここで、「所定方向」としては、流体の主要な流れの方向とするのが好ましいが、これに限定されるものではなく、流体の主要な流れの方向に所定の角度をもった方向としても構わない。また、熱交換流体と被熱交換流体とが全体として略直交して流れるよう取り付けられてなるものとするのが好ましいが、これに限定されるものではなく、熱交換流体と被熱交換流体と所定の角度をもって交差するよう流れるように取り付けるものとしたり、熱交換流体と被熱交換流体とが対向して流れるように取り付けるものとしても構わない。
【００１２】
こうした本発明の熱交換器において、前記複数の熱交換用チューブは、前記熱交換流体と前記被熱交換流体とのうち熱伝導率が小さい方の流体が流通する面に前記波状の凹凸が形成されてなることを特徴とするものとすることもできる。熱伝導率が小さい方の流体が流通する面に波状の凹凸を形成することにより、熱伝導率が小さい方の流体への熱伝達量を多くすることができ、効率のよい熱交換器とすることができる。この場合、前記複数の熱交換用チューブは、前記熱交換流体と前記被熱交換流体とのうち熱伝導率が大きい方の流体が流通する面に前記熱伝導率が小さい方の流体が流通する面に形成された前記波状の凹凸に対して並行に対をなすよう波状の凹凸が形成されてなることを特徴とするものとすることもできる。例えば、薄板をプレス加工して熱交換用チューブを形成する際に同時に波状の凹凸を形成した場合にこの形態となる。即ち、薄板自体が波状に形成されるため、熱交換用チューブの外壁面に形成される波状の凹凸と内壁面に形成される波状の凹凸は一体不可分に並行に対をなすように形成されるのである。なお、外壁面と内壁面との双方に波状の凹凸を形成する場合、外壁面に形成された波状の凹凸に対して並行に対をなすよう内壁面に波状の凹凸を形成する必要はなく、外壁面の波状の凹凸と内壁面の波状の凹凸とを別に異なる方向に形成するものとしても構わない。
【００１３】
また、本発明の熱交換器において、前記複数の熱交換用チューブは少なくとも前記外壁面に前記波状の凹凸が形成されてなり、前記複数の熱交換用チューブを前記外壁面に形成された前記波状の凹凸が並行するよう取り付けられてなる、ものとすることもできる。波状の凹凸が並行するよう複数の熱交換用チューブを取り付けるから、波状の凹凸が対向するよう、即ち、波の山と山とが対向し谷と谷とが対向するよう取り付ける場合に比して、被熱交換流体の流通抵抗を小さくすることができる。
【００１４】
さらに、本発明の熱交換器において、前記複数の熱交換用チューブは、前記波状の凹凸の振幅をａ、流体を挟んで向かい合う波状の凹凸の間隔であるピッチをｐ、バルク流速とピッチにより定義されるレイノルズ数をＲｅ、とするときに、1.3×Re-0.5＜a/p＜0.2、の不等式を満たすよう前記波状の凹凸が形成されて配置されてなることを特徴とするものとすることもできる。こうすれば、流体の流通の際に生じる二次流れの渦を、流体を挟んで向かい合う壁面の影響を受けずに伝熱促進に有効な二次流れ成分として機能させることができる。この結果、熱交換効率がより高い高性能で小型の熱交換器とすることができる。
【００１５】
あるいは、本発明の熱交換器において、前記複数の熱交換用チューブは、前記折り返し線の前記所定間隔をＷ、前記波状の凹凸の波長をｚ、とするときに、0.25＜W/z＜2.0、の不等式を満たすよう前記波状の凹凸が形成されてなることを特徴とするものとすることもできる。こうすれば、二次流れ成分の移動するスパン方向距離と対向する壁面に対する垂直方向距離の比が大きくなるのを抑制することができ、伝熱促進に有効な二次流れ成分を大きく維持させることができる。この結果、熱交換効率がより高い高性能で小型の熱交換器とすることができる。
【００１６】
また、本発明の熱交換器において、前記複数の熱交換用チューブは、前記波状の凹凸の頂部および／または底部の曲率半径をｒ、前記波状の凹凸の波長をｚ、とするときに、0.25＜r/z、の不等式を満たすよう前記波状の凹凸が形成されてなることを特徴とするものとすることもできる。こうすれば、波状の凹凸における凸部を乗り越える流れの局所的増速を抑制することができ、通過抵抗の増大を抑制することができる。この結果、熱交換効率がより高い高性能で小型の熱交換器とすることができる。
【００１７】
加えて、本発明の熱交換器において、前記複数の熱交換用チューブは、前記波状の凹凸の断面における斜面の傾斜角が２５度以上となるよう前記波状の凹凸が形成されてなることを特徴とするものとすることもできる。こうすれば、波状の凹凸に沿った二次流れ成分を強くすることができ、これにより、伝熱に寄与する二次流れを有効に発生させることができると共に波状の凹凸の断面における斜面の伝熱に有効に働く領域の面積を増すことができる。この結果、熱交換効率がより高い高性能で小型の熱交換器とすることができる。
【００１８】
また、本発明の熱交換器において、前記複数の熱交換用チューブは、金属材料により断面が９ｍｍ以下の厚みの扁平な中空管として形成されてなることを特徴とするものとすることもできる。また、前記複数の熱交換用チューブは、厚みが１．５ｍｍ以下の板材により形成されてなるものとすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は本発明の一実施例としての熱交換器２０の外観を示す外観図であり、図２は実施例の熱交換器２０に用いられる熱交換用チューブ３０の上面，正面，側面を示す説明図であり、図３は図２の熱交換用チューブ３０におけるＡ−Ａ断面を複数並べた断面説明図である。実施例の熱交換器２０は、図示するように、偏平な中空管として形成され並列に配置された複数の熱交換用チューブ３０と、この複数の熱交換用チューブ３０の端部を覆うように取り付けられて複数の熱交換用チューブ３０に熱交換流体を流出入する一対のヘッダー４０，５０とにより構成されている。
【００２１】
熱交換用チューブ３０は、熱伝導性を有する材料、例えば、ステンレス材料により厚みが０．１ｍｍに形成された板材をプレス加工及び折り曲げ加工等を用いて、厚み０．５ｍｍの偏平な管状に形成されている。熱交換用チューブ３０の偏平面（正面および裏面）は、外壁面側から見て図２中実線で示す複数の連続して屈曲する山部（凸部）３４と、この複数の山部３４の間に介在する一点鎖線で示す複数の連続して屈曲する谷部（凹部）３６とが、正面および裏面で並行するように形成されており、内壁面側から見て外壁面における複数の連続して屈曲する山部（凸部）３４に対応する複数の連続して屈曲する谷部（凹部）と、が壁面における複数の連続して屈曲する谷部（凹部）３６に対応する複数の連続して屈曲する山部（凸部）とが、形成されている。即ち、熱交換用チューブ３０の偏平面（正面および裏面）は、端部を無視すれば、複数の連続して屈曲する山部（凸部）３４と複数の連続して屈曲する谷部（凹部）３６とからなる波板状に形成されている。実施例では、熱交換用チューブ３０内に図２の正面における上方から下方に熱交換流体（例えば、水やオイル）が流され、図２の正面および図３に例示するように熱交換用チューブ３０内に流れる熱交換流体の流れに対して略直交するよう被熱交換流体（例えば空気）が流され、熱交換流体と被熱交換流体との熱交換により熱交換流体を冷却または加熱するよう熱交換器２０が構成される。以下、熱交換流体としてオイルを用い、被熱交換流体として空気を用いた場合について説明する。
【００２２】
熱交換用チューブ３０の偏平面（正面および裏面）に形成された複数の山部３４と谷部３６は、山部３４や谷部３６の連続する線（実線，一点鎖線）が空気の主要な流れ（図２の正面において左方向から右方向への流れ）に対してなす角γが１０度から６０度の範囲内の角度、例えば３０度となるように、かつ、空気の主要な流れに沿った所定間隔（折り返し間隔）Ｗの折り返し線（図２では、実線や一点鎖線の屈曲部を連続する図示しない線）で対称に折り返すよう形成されている。このように、山部３４や谷部３６の連続する線（実線，一点鎖線）と空気の流れ（主要な流れ）とのなす角γが１０度から６０度の範囲内の角度となるように熱交換用チューブ３０を形成するのは、空気の二次流れを有効に発生させるためである。図４に波板状の平板に流速の小さな一様流れの空気を導入したときに平板上に生じる空気の二次流れ（矢印）と温度による等高線とを示す。図示するように、山部３４や谷部３６によって強い二次流れが発生し、かつ壁面付近で大きな温度勾配が発生することがわかる。実施例では、山部３４や谷部３６の連続する線（波線，一点鎖線）と空気の主要な流れとのなす角γを３０度としたのは、この二次流れを有効に生じさせるためである。このなす角γは、小さすぎると空気の流れに有効な二次流れを生じさせることができず、大きすぎると空気が山部３４や谷部３６に沿って流れることができずに剥離や局所的な増速が発生して通風抵抗が増大してしまう。したがって、なす角γは、空気の二次流れを生じさせるためには鋭角の範囲内で１０度ないし６０度が好ましく、１５度ないし４５度が更に好ましく、２５度ないし３５度がより理想的である。このため、実施例では、なす角γとして３０度を用いた。なお、空気の流れが小さいときには、空気の流れの主流は山部３４や谷部３６の無い単なる平板のときの主要な流れとほぼ同じに保ちながら、山部３４や谷部３６による二次流れを有効に発生させることができる。ここで、実施例では、なす角γは３０度で一定としたが、このなす角γは一定である必要はなく、山部３４と谷部３６とが曲線となるよう変化させるものとしても構わない。このように、実施例の熱交換用チューブ３０の偏平面（正面および裏面）に空気の主要な流れに対してなす角γが１０度から６０度の範囲内の角度となるよう複数の山部３４と谷部３６とを形成するのは、熱交換用チューブ３０内を流れる熱交換流体としてのオイルに比して熱交換用チューブ３０外を流れる被熱交換流体としての空気の方が熱伝導率が小さいため、空気に対する熱伝導を向上させることにより、熱交換器２０の性能を向上させるためである。
【００２３】
こうして構成した実施例の熱交換器２０は、図３に示すように、対向する熱交換用チューブ３０の外壁面に形成された山部３４と谷部３６に並行するよう、即ち、一方の熱交換用チューブ３０の山部３４に他方の熱交換用チューブ３０の谷部３６が整合すると共に一方の熱交換用チューブ３０の谷部３６に他方の熱交換用チューブ３０の山部３４が整合するように配置されることになる。このように配置するのは、熱交換用チューブ３０間を流れる空気の通風抵抗を小さくするためである。即ち、一方の熱交換用チューブ３０の山部３４に他方の熱交換用チューブ３０の山部３４が整合すると共に一方の熱交換用チューブ３０の谷部３６に他方の熱交換用チューブ３０の谷部３６が整合するよう配置する場合に比して、実施例の熱交換器２０の方が通風抵抗が小さくなるからである。
【００２４】
実施例では、複数の熱交換用チューブ３０を、山部３４と谷部３６による波形の振幅ａ（図３参照）と隣接する熱交換用チューブ３０との間隔であるピッチｐ（図３参照）との比である振幅ピッチ比（ａ／ｐ）が次式（１）の不等式の範囲内となるよう複数の熱交換用チューブ３０を形成すると共に熱交換器２０を組み付けた。ここで、式（１）中、「Ｒｅ」はレイノルズ数であり、バルク流速ｕとピッチｐとを用いるとＲｅ＝ｕｐ／ν（νは動粘性係数）により表わされる。式（１）の左側の不等式は、振幅ピッチ比（ａ／ｐ）が１．３×Ｒｅ-0.5より大きい範囲で、山部３４と谷部３６による波形が形成された波板における熱伝達率ｈと山部３４と谷部３６による波形が形成されない平板における熱伝達率ｈｐｌａｔｅとの比として計算される向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）が２．０以上となる計算結果に基づく。図５に振幅ピッチ比（ａ／ｐ）とレイノルズ数Ｒｅと熱伝達率の向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）との関係を求めた計算結果を示し、図６に熱伝達率が比較例の２倍以上となる振幅ピッチ比（ａ／ｐ）とレイノルズ数Ｒｅとの関係を求めた計算結果を示す。図５の結果からレイノルズ数Ｒｅに対して最適な振幅ピッチ比（ａ／ｐ）が存在することが解り、図６の結果から式（１）の左側の不等式が導くことができるのが解る。式（１）の右側の不等式は、振幅ピッチ比（ａ／ｐ）が０．２より小さい範囲で、通風抵抗の増加の影響を抑えて伝熱性能が良好となる計算結果に基づく。図７に振幅ピッチ比（ａ／ｐ）とコルバーンのｊ因子と通風に対する摩擦係数ｆとの比である伝熱摩擦比（ｊ／ｆ）の比較例のフィンにおける伝熱摩擦比（ｊ／ｆｐｌａｔｅ）の比である向上率｛（ｊ／ｆ）／（ｊ／ｆｐｌａｔｅ）｝との関係を求めた計算結果を示す。ここで、コルバーンのｊ因子は熱伝達率の無次元数である。したがって、伝熱摩擦比（ｊ／ｆ）は、伝熱性能と通風抵抗との比となるから、この比が大きいほど熱交換器としての性能が高いものとなる。図７から明らかなように、振幅ピッチ比（ａ／ｐ）が０．２より小さい範囲で伝熱摩擦比の向上率｛（ｊ／ｆ）／（ｊ／ｆｐｌａｔｅ）｝を０．８以上とすることができ、振幅ピッチ比（ａ／ｐ）が０．２より大きくなると、通風抵抗の増加の影響が大きくなり熱交換器としての性能は低下することが解る。なお、波形の振幅ａは必ずしも一定である必要はなく、振幅ピッチ比（ａ／ｐ）としたときに全体の平均値が式（１）の範囲内にあればよい。
【００２５】
1.3×Re-0.5＜a/p＜0.2   (1)
【００２６】
また、実施例では、複数の熱交換用チューブ３０を、山部３４や谷部３６の連続する線（実線，一点鎖線）を空気の主要な流れに対して対称に折り返す間隔である折り返し間隔Ｗ（図２参照）と山部３４と谷部３６とからなる波形の波長ｚ（図３参照）との比である間隔波長比（Ｗ／ｚ）が次式（２）に示すように０．２５より大きく２．０より小さい範囲内となるよう形成した。これは、間隔波長比（Ｗ／ｚ）が０．２５より大きく２．０より小さい範囲で、波板における熱伝達率ｈと平板における熱伝達率ｈｐｌａｔｅとの比である向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）が良好となる計算結果に基づく。図８に間隔波長比（Ｗ／ｚ）と熱伝達率の向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）との関係を求めた計算結果を示す。図示するように、間隔波長比（Ｗ／ｚ）が０．２５より大きく２．０より小さい範囲で熱伝達率の向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）が良好であるのが解る。なお、図８から、間隔波長比（Ｗ／ｚ）は、０．２５より大きく２．０より小さいのが好ましく、０．５より大きく２．０より小さいのがより好ましく、０．７より大きく１．５より小さいのが更に好ましいのが解る。なお、波形の波長ｚは必ずしも一定である必要はなく、間隔波長比（Ｗ／ｚ）としたときに全体の平均値が式（２）の範囲内にあればよい。
【００２７】
0.25＜W/z＜2.0   (2)
【００２８】
さらに、実施例では、複数の熱交換用チューブ３０を、山部３４の頂部や谷部３６の底部の曲率半径ｒ（図３参照）と山部３４と谷部３６とからなる波形の波長ｚとの比である曲率半径波長比（ｒ／ｚ）が次式（３）に示すように０．２５より大きい範囲内となるよう形成した。これは、曲率半径波長比（ｒ／ｚ）が０．２５より大きい範囲で、波板における熱伝達率ｈと平板における熱伝達率ｈｐｌａｔｅとの比である向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）が良好となる計算結果に基づく。図９に曲率半径波長比（ｒ／ｚ）と熱伝達率の向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）との関係を求めた計算結果を示す。山部３４の頂部や谷部３６の底部の曲率半径ｒは、空気が山部３４や谷部３６を乗り越える際の空気の流れの局所的増速に関連を有するものとなり、この局所的増速を抑制することによって通風抵抗の増大を抑制することができるため、曲率半径ｒの適正な範囲が存在するものとなる。曲率半径波長比（ｒ／ｚ）は、この曲率半径ｒの適正な範囲を波長ｚとの関係で求めたものである。図９に示すように、曲率半径波長比（ｒ／ｚ）が０．２５より大きい範囲で熱伝達率の向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）が良好であるのが解る。なお、図９から、曲率半径波長比（ｒ／ｚ）は、０．２５より大きいのが好ましく、０．３５より大きいのがより好ましく、０．５より大きいのが更に好ましいのが解る。なお、曲率半径ｒは必ずしも一定である必要なく、曲率半径波長比（ｒ／ｚ）としたときに全体の平均値が式（３）の範囲内にあればよい。
【００２９】
0.25＜r/z   (3)
【００３０】
加えて、実施例では、複数の熱交換用チューブ３０を、山部３４と谷部３６による波形の断面の傾斜角α（図３参照）が２５度以上となるよう形成した。これは、傾斜角αが２５度以上の範囲で、波板における熱伝達率ｈと平板における熱伝達率ｈｐｌａｔｅとの比である向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）が良好となる計算結果に基づく。これは、山部３４と谷部３６による波形に沿った空気の流れを強くして伝熱に寄与する二次流れを有効に発生させることができるからである。図１０に傾斜角αと熱伝達率の向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）との関係を求めた計算結果を示す。図示するように、傾斜角αが２５度以上の範囲で熱伝達率の向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）が良好であるのが解る。なお、図１０から、傾斜角αは、２５度以上とするのが好ましく、３０度以上とするのがより好ましく、４０度以上とするのが更に好ましいのが解る。
【００３１】
以上説明した実施例の熱交換器２０によれば、山部３４や谷部３６の連続する線（実線，一点鎖線）が空気の主要な流れに対してなす角γが１０度から６０度の範囲のうちの所定角（例えば３０度）となるように、かつ、空気の主要な流れに沿った所定間隔（折り返し間隔）Ｗの折り返し線で対称に折り返すよう山部３４や谷部３６を熱交換用チューブ３０の偏平面（正面および裏面）に形成することにより、空気の流れに有効な二次流れを生じさせて伝熱効率を向上させ、全体として熱交換効率を向上させることができる。この結果、熱交換器２０を小型で高性能なものとすることができる。また、熱交換用チューブ３０の偏平面（正面および裏面）に複数の連続して屈曲する山部（凸部）３４と複数の連続して屈曲する谷部（凹部）３６とを形成することにより、偏平面における強度を高くすることができ、耐圧強度を向上させることができる。偏平面の剛性が高くなると、熱交換用チューブ３０内で生じた騒音の透過率が減少するから、静穏性に優れた熱交換器とすることができる。更に、熱交換用チューブ３０の剛性が高くなることから、折り曲げ加工などにより熱交換用チューブ３０を形成する際の変形を少なくすることができ、熱交換用チューブ３０の組み付け性を向上させることができる。
【００３２】
また、実施例の熱交換器２０によれば、山部３４と谷部３６による波形の振幅ａと隣接する熱交換用チューブ３０の間隔であるピッチｐとの比である振幅ピッチ比（ａ／ｐ）が上述の式（１）の不等式の範囲内となるよう複数の熱交換用チューブ３０を形成すると共に熱交換器２０を組み付けるものとしたから、熱交換器２０の熱伝達率を良好なものとすることができる。この結果、熱交換器２０を更に小型化することができる。
【００３３】
さらに、実施例の熱交換器２０によれば、山部３４や谷部３６の連続する線を空気の主要な流れに対して対称に折り返す折り返し間隔Ｗと山部３４と谷部３６とからなる波形の波長ｚとの比である間隔波長比（Ｗ／ｚ）が上述の式（２）に示すように０．２５より大きく２．０より小さい範囲内となるよう複数の熱交換用チューブ３０を形成したから、熱交換器２０の熱伝達率を良好なものとすることができる。この結果、熱交換器２０を更に小型化することができる。
【００３４】
加えて、実施例の熱交換器２０によれば、山部３４の頂部や谷部３６の底部の曲率半径ｒと山部３４と谷部３６とからなる波形の波長ｚとの比である曲率半径波長比（ｒ／ｚ）が上述の式（３）に示すように０．２５より大きい範囲内となるよう熱交換用チューブ３０を形成したから、空気が山部３４や谷部３６を乗り越える際の空気の流れの局所的増速を抑制し、通風抵抗の増大を抑制することができる。この結果、熱交換器２０を更に高性能なものとすることができる。
【００３５】
また、実施例の熱交換器２０によれば、山部３４と谷部３６による波形の断面の傾斜角αが２５度以上となるよう熱交換用チューブ３０を形成したから、熱交換器２０の熱伝達率を良好なものとすることができる。この結果、熱交換器２０を更に小型化することができる。
【００３６】
実施例の熱交換器２０では、熱交換用チューブ３０の偏平面（正面および裏面）を複数の連続して屈曲する山部（凸部）３４と複数の連続して屈曲する谷部（凹部）３６とからなる波板状となるよう、即ち、外壁面側にも内壁面側にも複数の連続して屈曲する山部（凸部）３４と複数の連続して屈曲する谷部（凹部）３６とが形成されるよう熱交換用チューブ３０を形成したが、図１１の変形例の熱交換用チューブ３０Ｂに例示するように、熱交換用チューブ３０Ｂの偏平面（正面および裏面）の外壁面側には複数の連続して屈曲する山部（凸部）３４と複数の連続して屈曲する谷部（凹部）３６とを形成するが、内壁面側にはこうした山部３４や谷部３６を形成しないものとしてもよい。この場合、熱交換用チューブ３０Ｂの偏平面（正面および裏面）の外壁面に複数の連続して屈曲する山部（凸部）３４と複数の連続して屈曲する谷部（凹部）３６とを加工するものとしてもよいし、こうした山部３４や谷部３６を貼り付けるものとしても構わない。また、熱交換用チューブの内部を流れる熱交換流体の方が熱交換用チューブの外部を流れる被熱交換流体より熱伝導率が小さいときには、図１２の変形例の熱交換用チューブ３０Ｃに例示するように、熱交換用チューブ３０Ｃの偏平面（正面および裏面）の内壁面側には複数の連続して屈曲する山部（凸部）３４と複数の連続して屈曲する谷部（凹部）３６とを形成するが、外壁面側にはこうした山部３４や谷部３６を形成しないものとしてもよい。なお、図１２は、変形例の熱交換用チューブ３０ＣのＢ１−Ｂ１断面の断面図およびＢ２−Ｂ２断面の断面図の一例を示す説明図である。さらに、図１３の変形例の熱交換用チューブ３０Ｄに例示するように、熱交換用チューブ３０の偏平面（正面および裏面）を連続して屈曲する山部（凸部）３４と連続して屈曲する谷部（凹部）３６との間隔が略均一でないように山部３４と谷部３６とを形成するものとしても構わない。
【００３７】
実施例の熱交換器２０では、熱交換用チューブ３０内を流れる熱交換流体としてのオイルに比して熱交換用チューブ３０外を流れる被熱交換流体としての空気の方が熱伝導率が小さいため、熱交換用チューブ３０の偏平面（正面および裏面）に空気の主要な流れに対してなす角γが１０度から６０度の範囲内の角度となるよう複数の山部３４と谷部３６とを形成するものとしたが、空気の主要な流れに所定の角度（例えば、５度や１０度など）をもった方向に対してなす角γが１０度から６０度の範囲内の角度となるよう複数の山部３４と谷部３６とを形成するものとしてもよい。
【００３８】
実施例の熱交換器２０では、対向する熱交換用チューブ３０の外壁面に形成された山部３４と谷部３６に並行するよう、即ち、一方の熱交換用チューブ３０の山部３４に他方の熱交換用チューブ３０の谷部３６が整合すると共に一方の熱交換用チューブ３０の谷部３６に他方の熱交換用チューブ３０の山部３４が整合するように配置するものとしたが、対向する熱交換用チューブ３０の外壁面に形成された山部３４と谷部３６とが各々山部３４と谷部３６に対向するよう配置するものとしても構わない。
【００３９】
実施例の熱交換器２０では、山部３４と谷部３６による波形の振幅ａと隣接する熱交換用チューブ３０の間隔であるピッチｐとの比である振幅ピッチ比（ａ／ｐ）が上述の式（１）に示すように、1.3×Re-0.5＜a/p＜0.2、の不等式の範囲内となるよう複数の熱交換用チューブ３０を形成すると共に熱交換器２０を組み付けるものとしたが、振幅ピッチ比（ａ／ｐ）が上述の式（１）の不等式の範囲外となるよう複数の熱交換用チューブ３０を形成すると共に熱交換器２０を組み付けるものとしても構わない。
【００４０】
実施例の熱交換器２０では、山部３４や谷部３６の連続する線を空気の主要な流れに対して対称に折り返す折り返し間隔Ｗと山部３４と谷部３６とからなる波形の波長ｚとの比である間隔波長比（Ｗ／ｚ）が上述の式（２）に示すように０．２５より大きく２．０より小さい範囲内となるよう複数の熱交換用チューブ３０を形成するものとしたが、間隔波長比（Ｗ／ｚ）が０．２５より大きく２．０より小さい範囲内とはならないように複数の熱交換用チューブ３０を形成するものとしても構わない。
【００４１】
実施例の熱交換器２０では、山部３４の頂部や谷部３６の底部の曲率半径ｒと山部３４と谷部３６とからなる波形の波長ｚとの比である曲率半径波長比（ｒ／ｚ）が０．２５より大きい範囲内となるよう熱交換用チューブ３０を形成するものとしたが、曲率半径波長比（ｒ／ｚ）が０．２５より小さい範囲内となるよう熱交換用チューブ３０を形成するものとしても構わない。
【００４２】
実施例の熱交換器２０では、山部３４と谷部３６による波形の断面の傾斜角αが２５度以上となるよう熱交換用チューブ３０を形成するものとしたが、傾斜角αが２５度未満となるよう熱交換用チューブ３０を形成するものとしても構わない。
【００４３】
実施例の熱交換器２０では、厚みが０．１ｍｍのステンレス材料により形成された板材をプレス加工や折り曲げ加工等を用いて厚みが０．５ｍｍの偏平な管状に熱交換用チューブ３０を形成するものとしたが、板材の厚みは０．１ｍｍに限定されるものではなく、熱交換器２０の使用態様により種々の厚みの板材を用いればよい。この場合、管の厚みも０．５ｍｍに限定されるものではなく、如何なる厚みとしてもよい。例えば、廃熱からの熱回収の用途として熱交換器２０を用いる場合には、０．３〜１．５ｍｍの板材を用いて厚みが９ｍｍ程度となるよう熱交換用チューブ３０を形成するものとすることもできる。また、熱交換用チューブ３０を形成する板材もステンレス材料に限定されるものではなく、熱交換流体や被熱交換流体の種類により種々の材料を用いることができる。
【００４４】
実施例の熱交換器２０では、熱交換用チューブ３０内を流れる熱交換流体と熱交換用チューブ３０外を流れる被熱交換流体とが直交するよう両流体を流すものとしたが、熱交換流体と被交換流体とが対向して流れるものとしたり、熱交換流体の流れに対して所定の鋭角或いは鈍角に交差するよう被熱交換流体を流すものとしても構わない。
【００４５】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、熱交換器の製造産業などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例としての熱交換器２０の外観を示す外観図である。
【図２】実施例の熱交換器２０に用いられる熱交換用チューブ３０の上面，正面，側面を示す説明図である。
【図３】図２の熱交換用チューブ３０におけるＡ−Ａ断面を複数並べた断面説明図である。
【図４】波板状の平板に流速の小さな一様流れの空気を導入したときに平板上に生じる空気の二次流れと温度による等高線とを示す説明図である。
【図５】振幅ピッチ比（ａ／ｐ）とレイノルズ数Ｒｅと熱伝達率の向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）との関係を求めた計算結果を示す説明図である。
【図６】熱伝達率が比較例の２倍以上となる振幅ピッチ比（ａ／ｐ）とレイノルズ数Ｒｅとの関係を求めた計算結果を示す説明図である。
【図７】振幅ピッチ比（ａ／ｐ）とコルバーンのｊ因子と通風に対する摩擦係数ｆとの比である伝熱摩擦比（ｊ／ｆ）の向上率｛（ｊ／ｆ）／（ｊ／ｆｐｌａｔｅ）｝との関係を求めた計算結果を示す説明図である。
【図８】間隔波長比（Ｗ／ｚ）と熱伝達率の向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）との関係を求めた計算結果を示す説明図である。
【図９】曲率半径波長比（ｒ／ｚ）と熱伝達率の向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）との関係を求めた計算結果を示す説明図である。
【図１０】傾斜角αと熱伝達率の向上率（ｈ／ｈｐｌａｔｅ）との関係を求めた計算結果を示す説明図である。
【図１１】変形例の熱交換用チューブ３０Ｂの構成の一例を示す説明図である。
【図１２】変形例の熱交換用チューブ３０ＣのＢ１−Ｂ１断面の断面図およびＢ２−Ｂ２断面の断面図の一例を示す説明図である。
【図１３】変形例の熱交換用チューブ３０Ｄの構成の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
２０  熱交換器、３０，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ  熱交換用チューブ、３４  山部、３６  谷部、４０，５０  ヘッダー。
【図１】
2008232592.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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