(57)【要約】【課題】  熱交換量を高く維持しつつ重量を軽くする。【解決手段】  熱交換器２０では、流体上流側での細線フィン１４のピッチを流体下流側より大きくしたため、流体の流れをより上流側で非定常流化させて、熱伝達率が高くなる非定常領域を大きくすることが可能になる。しかも、流体下流側での細線フィン１４のピッチを流体上流側より小さくしたため、流体下流側での細線フィン１４のピッチを流体上流側と同一にした場合に比し熱交換面が大きくされる。このため、細線フィン１４のピッチを一様にした場合に比し熱交換量を高く維持できる。また、流体上流側での細線フィン１４のピッチを流体下流側より大きくしたため、流体上流側での細線フィン１４のピッチを流体下流側と同一にした場合に比し重量を軽くできる。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の上流側から下流側へ配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、
流体上流側における前記熱交換部の配置間隔を流体下流側における前記熱交換部の配置間隔よりも大きくした、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
流体の上流側から下流側へ配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、
流体の直角流れ方向における前記熱交換部の幅に対する流体の流れ方向における前記熱交換部の幅の比を前記熱交換部の幅比とするとき、流体上流側における前記熱交換部の幅比を流体下流側における前記熱交換部の幅比よりも小さくした、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
流体の上流側から下流側へ配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、
流体の流れ方向に平行な前記熱交換部の断面を前記熱交換部の周断面とするとき、流体上流側における前記熱交換部の周断面を円形にすると共に流体下流側における前記熱交換部の周断面を三角形を除く多角形にした、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
流体の上流側から下流側へ配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、
流体の流れ方向に平行な前記熱交換部の断面積を前記熱交換部の周断面積とするとき、流体上流側における前記熱交換部の周断面積よりも流体下流側における前記熱交換部の周断面積を大きくした、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
流体の上流側から下流側へ配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、
流体の流れ方向に平行な前記熱交換部の断面の周囲長さを前記熱交換部の周長とするとき、流体上流側における前記熱交換部の周長よりも流体下流側における前記熱交換部の周長を大きくした、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
流体内に配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、
流体の流れ方向に平行な前記熱交換部の断面を前記熱交換部の周断面とするとき、少なくとも一部の前記熱交換部の周断面を、円形または楕円形の周部が流体下流側において欠けた形状にした、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
流体内に配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、
少なくとも一部の前記熱交換部に、当該熱交換部の周面に開放される開放孔を形成した、
ことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の熱交換部が流体との間で熱を交換する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器としては、細線フインがコルゲート状に折り曲げて構成されたＬＳＩ空冷用のヒートシンクがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このヒートシンクでは、冷却空気の流速がほぼ１ｍ／ｓであることを前提として、細線フインの径を０．６ｍｍ未満にすることで、レイノルズ数を４０以下にしている。これにより、冷却空気の細線フインより下流側に剥離流が占める割合が小さくされることで、熱伝達率が良好にされている。
【０００４】
ここで、このヒートシンクを車両に適用する場合には、空気の流速が最大で約８ｍ／ｓになる。これにより、レイノルズ数を４０以下にするためには、細線フインの径を０．１ｍｍ未満にする必要があり、細線フインの径を小さくするほど冷却空気の細線フインより下流側に剥離流が占める割合が小さくなって熱伝達率が向上する。
【０００５】
しかしながら、細線フインの径を小さくすると、重量を軽くすることはできるが、細線フインの断面積が減少して細線フインの強度が低下すると共に、細線フインの伝熱面積が減少して細線フインの熱交換量が減少するという問題が生じる。
【特許文献１】特許第２５４４４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事実を考慮し、熱交換量を高く維持しつつ重量を軽くできる熱交換器を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の熱交換器は、流体の上流側から下流側へ配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、流体上流側における前記熱交換部の配置間隔を流体下流側における前記熱交換部の配置間隔よりも大きくした、ことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の熱交換器は、流体の上流側から下流側へ配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、流体の直角流れ方向における前記熱交換部の幅に対する流体の流れ方向における前記熱交換部の幅の比を前記熱交換部の幅比とするとき、流体上流側における前記熱交換部の幅比を流体下流側における前記熱交換部の幅比よりも小さくした、ことを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の熱交換器は、流体の上流側から下流側へ配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、流体の流れ方向に平行な前記熱交換部の断面を前記熱交換部の周断面とするとき、流体上流側における前記熱交換部の周断面を円形にすると共に流体下流側における前記熱交換部の周断面を三角形を除く多角形にした、ことを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の熱交換器は、流体の上流側から下流側へ配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、流体の流れ方向に平行な前記熱交換部の断面積を前記熱交換部の周断面積とするとき、流体上流側における前記熱交換部の周断面積よりも流体下流側における前記熱交換部の周断面積を大きくした、ことを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載の熱交換器は、流体の上流側から下流側へ配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、流体の流れ方向に平行な前記熱交換部の断面の周囲長さを前記熱交換部の周長とするとき、流体上流側における前記熱交換部の周長よりも流体下流側における前記熱交換部の周長を大きくした、ことを特徴としている。
【００１２】
請求項６に記載の熱交換器は、流体内に配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、流体の流れ方向に平行な前記熱交換部の断面を前記熱交換部の周断面とするとき、少なくとも一部の前記熱交換部の周断面を、円形または楕円形の周部が流体下流側において欠けた形状にした、ことを特徴としている。
【００１３】
請求項７に記載の熱交換器は、流体内に配置され、流体との間で熱を交換する複数の熱交換部を備え、少なくとも一部の前記熱交換部に、当該熱交換部の周面に開放される開放孔を形成した、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の熱交換器では、流体の上流側から下流側へ配置された複数の熱交換部が流体との間で熱を交換する。
【００１５】
ところで、流体下流側における流体の流れが非定常流化された領域（非定常領域）では、流体上流側における流体の流れが定常流にされた領域（定常領域）に比し、熱交換部の熱伝達率が高くなる。
【００１６】
ここで、流体上流側における熱交換部の配置間隔が流体下流側における熱交換部の配置間隔よりも大きくされている。このため、流体の流れをより上流側で非定常流化させて、熱交換部の熱伝達率が高くなる非定常領域を大きくすることが可能である。
【００１７】
しかも、流体下流側における熱交換部の配置間隔が流体上流側における熱交換部の配置間隔よりも小さくされている。このため、流体下流側における熱交換部の配置間隔が流体上流側における熱交換部の配置間隔と同一にされた場合に比し、非定常領域で熱交換部の数が多くなって熱交換面が大きくされる。
【００１８】
これにより、熱交換部の配置間隔が一様にされた場合に比し、熱伝達率を高く維持することができる。
【００１９】
また、流体上流側における熱交換部の配置間隔が流体下流側における熱交換部の配置間隔よりも大きくされている。このため、流体上流側における熱交換部の配置間隔が流体下流側における熱交換部の配置間隔と同一にされた場合に比し、流体上流側で熱交換部の数が少なくなって、重量を軽くすることができる。
【００２０】
請求項２に記載の熱交換器では、流体の上流側から下流側へ配置された複数の熱交換部が流体との間で熱を交換する。
【００２１】
ところで、熱交換部の幅比（流体の流れ直角方向における熱交換部の幅に対する流体の流れ方向における熱交換部の幅の比）を小さくするほど、流体の流れをより上流側で非定常流化させることができる。また、流体下流側における流体の流れが非定常流化された領域（非定常領域）では、流体上流側における流体の流れが定常流にされた領域（定常領域）に比し、熱交換部の熱伝達率が高くなる。
【００２２】
ここで、流体上流側における熱交換部の幅比が流体下流側における熱交換部の幅比よりも小さくされている。このため、流体上流側における熱交換部の幅比が流体下流側における熱交換部の幅比と同一にされた場合に比し、流体の流れがより上流側で非定常流化されて、熱交換部の熱伝達率が高くなる非定常領域が大きくされる。
【００２３】
しかも、流体下流側における熱交換部の幅比が流体上流側における熱交換部の幅比よりも大きくされている。このため、流体の流れ直角方向における熱交換部の幅が一様にされた場合等には、流体下流側における熱交換部の幅比が流体上流側における熱交換部の幅比と同一にされた場合に比し、非定常領域で流体の流れ方向における熱交換部の幅が大きくなって熱交換面が大きくされる。
【００２４】
これにより、熱交換部の幅比が一様にされた場合に比し、熱伝達率を高く維持することができる。
【００２５】
また、流体上流側における熱交換部の幅比が流体下流側における熱交換部の幅比よりも小さくされている。このため、流体の流れ直角方向における熱交換部の幅が一定の場合等には、流体上流側における熱交換部の幅比が流体下流側における熱交換部の幅比と同一にされた場合に比し、流体上流側で流体の流れ方向における熱交換部の幅が小さくなって、重量を軽くすることができる。
【００２６】
請求項３に記載の熱交換器では、流体の上流側から下流側へ配置された複数の熱交換部が流体との間で熱を交換する。
【００２７】
ところで、熱交換部の周断面（流体の流れ方向に平行な断面）を円形にした方が熱交換部の周断面を多角形にするよりも、流体の流れをより上流側で非定常流化させることができる。また、流体下流側における流体の流れが非定常流化された領域（非定常領域）では、流体上流側における流体の流れが定常流にされた領域（定常領域）に比し、熱交換部の熱伝達率が高くなる。
【００２８】
ここで、流体上流側における熱交換部の周断面が円形にされている。このため、流体上流側における熱交換部の周断面が多角形にされた場合に比し、流体の流れがより上流側で非定常流化されて、熱交換部の熱伝達率が高くなる非定常領域が大きくされる。
【００２９】
しかも、流体下流側における熱交換部の周断面が三角形を除く多角形にされている。このため、流れ直角方向における熱交換部の幅が一様にされた場合等には、非定常領域で熱交換部の周断面の周囲長さを大きくして熱交換面を大きくすることが可能である。
【００３０】
これにより、熱交換部の周断面が一様にされた場合に比し、熱伝達率を高く維持することができる。
【００３１】
また、流体上流側における熱交換部の周断面が円形にされている。このため、流体の流れ直角方向における熱交換部の幅が一様にされた場合等には、熱交換部の周断面が一様に三角形を除く多角形にされた場合に比し、流体上流側で熱交換部の周断面の面積を小さくして、重量を軽くすることが可能である。
【００３２】
請求項４に記載の熱交換器では、流体の上流側から下流側へ配置された複数の熱交換部が流体との間で熱を交換する。
【００３３】
ところで、流体下流側においては、流体の流れが非定常流化された領域（非定常領域）になって、流体上流側における流体の流れが定常流にされた領域（定常領域）に比し、熱交換部の熱伝達率が高くなる。
【００３４】
ここで、流体上流側における熱交換部の周断面積（流体の流れ方向に平行な断面の面積）よりも流体下流側における熱交換部の周断面積が大きくされている。このため、流体下流側における熱交換部の周断面積が流体上流側における熱交換部の周断面積と同一にされた場合に比し、非定常領域で熱交換面を大きくして、熱伝達率を高く維持することが可能である。
【００３５】
また、流体下流側における熱交換部の周断面積よりも流体上流側における熱交換部の周断面積が小さくされている。このため、流体上流側における熱交換部の周断面積が流体下流側における熱交換部の周断面積と同一にされた場合に比し、重量を軽くすることができる。
【００３６】
請求項５に記載の熱交換器では、流体の上流側から下流側へ配置された複数の熱交換部が流体との間で熱を交換する。
【００３７】
ところで、流体下流側においては、流体の流れが非定常流化された領域（非定常領域）になって、流体上流側における流体の流れが定常流にされた領域（定常領域）に比し、熱交換部の熱伝達率が高くなる。
【００３８】
ここで、流体上流側における熱交換部の周長（流体の流れ方向に平行な断面の周囲長さ）よりも流体下流側における熱交換部の周長が大きくされている。このため、流体下流側における熱交換部の周長が流体上流側における熱交換部の周長と同一にされた場合に比し、非定常領域で熱交換面を大きくして、熱伝達率を高く維持することができる。
【００３９】
また、流体上流側における熱交換部の周長が流体下流側における熱交換部の周長よりも小さくされている。このため、流体上流側における熱交換部の周長が流体下流側における熱交換部の周長と同一にされた場合に比し、重量を軽くすることが可能である。
【００４０】
請求項６に記載の熱交換器では、流体内に配置された複数の熱交換部が流体との間で熱を交換する。
【００４１】
ところで、流体の熱交換部より下流側にはよどみ域が生じるため、熱交換部の流体下流側における部位は、熱交換部の流体上流側における部位よりも熱交換量が少なくなる。
【００４２】
ここで、少なくとも一部の熱交換部の周断面（流体の流れ方向に平行な断面）が、円形または楕円形の周部が熱交換への寄与の小さい流体下流側において欠けた形状にされている。このため、熱交換部の周断面が一様に円形にされた場合に比し、熱伝達率を高く維持することができると共に、重量を軽くすることができる。
【００４３】
請求項７に記載の熱交換器では、流体内に配置された複数の熱交換部が流体との間で熱を交換する。
【００４４】
ここで、少なくとも一部の熱交換部に、当該熱交換部の周面に開放される開放孔が形成されている。このため、熱交換部に一様に開放孔が形成されない場合に比し、熱交換面が大きくされて熱伝達率を高く維持することができると共に、重量を軽くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
［解析例］
図１には、解析例に係る熱交換器１０が斜視図にて示されている。
【００４６】
本解析例に係る熱交換器１０は、車両の空調用凝縮器、ヒータコア、ラジエータ等に適用される。
【００４７】
熱交換器１０は、平板状の伝熱プレート１２を備えており、伝熱プレート１２は、熱変換（冷却または加熱）の対象に設けられている。伝熱プレート１２には、平行に流体（例えば空気）が流される。
【００４８】
伝熱プレート１２には熱交換部としての細線フィン１４が複数取り付けられており、各細線フィン１４は、断面円形の細線（ピン）が同一平面内でコルゲート状に同様に折り曲げられた形状に形成されている。複数の細線フィン１４は、それぞれ流体の流れ方向に直角に配置されると共に、流体の流れ直角方向における位置を揃えられて流体の流れ方向に沿って並列状に並べられている。
【００４９】
図２（Ａ）に示す如く、流体の流れ方向における細線フィン１４のピッチＰＳ（細線フィン１４の中心軸の配置間隔）は、一様にされている。なお、流体上流端における細線フィン１４の中心軸から流体下流端における細線フィン１４の中心軸までの幅を熱交換器幅とする。
【００５０】
本解析例では、細線フィン１４の周断面（軸方向に直角かつ流体の流れ方向に平行な断面）の径ＤＰを０．２ｍｍ（細線フィン１４の強度上の問題から０．２ｍｍ以上であればよくかつ細線フィン１４の配置上の問題から０．４ｍｍ以下乃至０．５ｍｍ以下であればよい）にし、流体の流れ直角方向における細線フィン１４のピッチ（細線フィン１４の中心軸の配置間隔）を０．８ｍｍにし、かつ、流体の流れ方向における細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰを２．０から６．０まで変化させた。さらに、流体としての２５℃の空気を流速２．４ｍ／ｓで流すと共に、伝熱プレート１２の温度を８５℃にした。
【００５１】
熱交換器１０では、流体の上流側から下流側へ配置された複数の細線フィン１４が、流体との間で熱を交換して、伝熱プレート１２を冷却または加熱する。
【００５２】
図２（Ｂ）に示す如く、細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．５の際に熱交換器１０の熱交換量が最大になり、細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．５より小さくなったり大きくなるほど熱交換器１０の熱交換量が徐々に小さくなる。但し、細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰが小さくなるほど、熱交換面積（伝熱面積）は大きくなるが、細線フィン１４の数が多くなって熱交換器１０の重量は重くなる。
【００５３】
ところで、図３に示す如く、流体の細線フィン１４より下流側に渦を発生させて流体の流れを非定常流化する（細線フィン１４間で流体の流れが細線フィン１４列の一側から他側へ至る状態にする）ことで、レイノルズ数が４０よりも大きくても、細線フィン１４近傍の空気と細線フィン１４から離れた空気とを攪拌する渦の攪拌効果により、細線フィン１４の熱交換量を大きくすることができる。このため、熱交換器１０の熱交換量を大きくするためには、流体の流れをより上流側で非定常流化させると共に非定常流化された流体の流れを維持する（流体の流れが定常流である定常領域を小さくすると共に流体の流れが非定常流化された非定常領域を大きくする）のが好ましい。
【００５４】
流体の非定常流（渦）は、流体の細線フィン１４より下流側におけるよどみ域で生じた微弱な揺らぎが細線フィン１４を通過する毎に成長することで生じる。流体の揺らぎが成長するためには、流体の細線フィン１４より下流側に揺らぎが成長するためのある程度の空間が必要である。但し、細線フィン１４のピッチＰＳが大きすぎると、流体の揺らぎが次の細線フィン１４に到達する前に減衰してしまう。このため、流体の揺らぎを成長させて流体の流れを早く非定常流化させるために最適な細線フィン１４のピッチＰＳが存在する。
【００５５】
すなわち、図４に示す如く、細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰが３．０以上４．５以下の際に流体の流れがより上流側で非定常流化される。但し、細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰを非定常領域でも３．０以上４．５以下にすると、非定常領域での細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰが３．０未満の場合に比し、非定常領域で細線フィン１４の数が少なくなって熱交換面積（伝熱面積）が小さくなり熱交換量が低下する。
【００５６】
図５に示す如く、非定常領域においては、細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．０未満になると、細線フィン１４の平均熱伝達率が急激に低下する。これは、図６（Ａ）に示す如く細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．０以上（例えば２．５）であると、全細線フィン１４間で細線フィン１４列の一側から他側へ至る流体の流れが速くなる一方、図６（Ｂ）に示す如く細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．０未満であると、細線フィン１４間で細線フィン１４列の一側から他側へ至る流体の流れが遅くなったり生じなかったりするためである。このため、非定常領域においては、細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰを２．０以上にすれば、非定常流化された流体の流れを維持できて、熱交換量を高く維持することができる。
【００５７】
以上により、流体上流側の定常領域では細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰを３．０以上４．５以下にすると共に、流体下流側の非定常領域では細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰを２．０以上で定常領域における細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰ未満（例えば３．０未満）にすれば、熱交換器１０の熱交換量を高くできると共に、熱交換器１０の重量を軽くできる。
【００５８】
なお、本解析例では、伝熱プレート１２に細線フィン１４を取り付けた構成としたが、内部を流体が流れる伝熱管に細線フィン１４を取り付けた構成としてもよい。
【００５９】
また、細線フィン１４の周断面を仮に長方形にする場合には、薄板状の細線をコルゲート状にプレス加工することでも細線フィン１４を形成可能である。
【００６０】
［第１の実施の形態］
本実施の形態に係る熱交換器２０は、上記解析例に係る熱交換器１０と、以下の点で異なる。
【００６１】
すなわち、図７に示す如く、流体上流側での流体の流れ方向における細線フィン１４のピッチＰＳが、流体下流側での流体の流れ方向における細線フィン１４のピッチＰＳよりも大きくされている。具体的には、細線フィン１４のピッチＰＳが、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲ではＰＳ１（細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰが３．０以上４．５以下となる値）とされ、その流体下流側における熱交換器幅の１／４の範囲ではＰＳ２（細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．０以上となる値でＰＳ１よりも小さい値）とされ、更にその流体下流側における熱交換器幅の１／４の範囲ではＰＳ３（細線フィン１４のピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．０以上となる値でＰＳ１よりも小さい値）とされている。
【００６２】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００６３】
以上の構成の熱交換器２０では、流体上流側における細線フィン１４のピッチＰＳ１が、流体下流側における細線フィン１４のピッチＰＳ２及びＰＳ３よりも大きくされている（ピッチ比ＰＳ１／ＤＰが３．０以上４．５以下となる値にされている）。このため、流体の流れがより上流側で非定常流化されて、細線フィン１４の熱伝達率が高くなる非定常領域が大きくされる。
【００６４】
しかも、流体下流側における細線フィン１４のピッチＰＳ２及びＰＳ３が流体上流側における細線フィン１４のピッチＰＳ１よりも小さくされている。このため、流体下流側における細線フィン１４のピッチＰＳ２及びＰＳ３がＰＳ１にされた場合に比し、非定常領域で細線フィン１４の数が多くなって熱交換面が大きくされる。
【００６５】
これにより、細線フィン１４のピッチＰＳが一様にされた場合に比し、熱交換器２０の熱交換量を高く維持することができる。
【００６６】
また、流体上流側における細線フィン１４のピッチＰＳ１が、流体下流側における細線フィン１４のピッチＰＳ２及びＰＳ３よりも大きくされている。このため、流体上流側における細線フィン１４のピッチＰＳ１が流体下流側における細線フィン１４のピッチＰＳ２またはＰＳ３にされた場合に比し、細線フィン１４の数が少なくなって、熱交換器２０の重量を軽くすることができる。
【００６７】
図８に示す如く、ピッチ比ＰＳ１／ＤＰが４．５にされると共に、ピッチ比ＰＳ２／ＤＰが３．５にされ、かつ、ピッチ比ＰＳ３／ＤＰが２．５にされた際には、ピッチ比ＰＳ／ＤＰが一様に２．５にされた場合に比し、熱交換器２０の熱交換量を略同等にすることができると共に、熱交換器２０の重量を３０％以上軽くすることができる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、細線フィン１４のピッチＰＳを、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲でＰＳ１とし、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲でＰＳ２またはＰＳ３とした構成としたが、細線フィン１４のピッチＰＳを、定常領域のみにおいてＰＳ１とし、非定常領域のみにおいてＰＳ２またはＰＳ３とした構成としてもよい。
【００６９】
さらに、本実施の形態では、細線フィン１４の周断面を円形にした構成としたが、細線フィン１４の周断面を長方形等の多角形、円形及び楕円形等にした構成としても、同様の効果を得ることができる。
【００７０】
［第２の実施の形態］
本実施の形態に係る熱交換器３０は、上記解析例に係る熱交換器１０と、以下の点で異なる。
【００７１】
すなわち、図９に示す如く、流体上流側における細線フィン１４の幅比としてのアスペクト比ＤＳ／ＤＬ（流体の流れ直角方向における細線フィン１４の幅ＤＬに対する流体の流れ方向における細線フィン１４の幅ＤＳの比）が流体下流側における細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬよりも小さくされている。具体的には、細線フィン１４の周断面が幅ＤＬを一様にされた矩形にされ、かつ、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）では細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが流体下流側に向かうに従い徐々に大きくされて細線フィン１４の周断面が長方形にされると共に、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体上流端を含まない）では細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが１．００にされて細線フィン１４の周断面が一様に正方形にされている。また、流体上流側及び流体下流側における細線フィン１４の面は、流体の流れ方向に直角に配置されている。
【００７２】
ところで、細線フィン１４のピッチＰＳを一様に０．５ｍｍにし、かつ、細線フィン１４の幅ＤＬを一様に０．２ｍｍにすると共に細線フィン１４の幅ＤＳを一様に０．０５ｍｍから０．２ｍｍまで変化させた（図１０に示す如く細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬを一様に０．２５から１．００まで変化させた）際（細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬを一様に１．００にした図１１（Ａ）及び細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬを一様に０．５０にした図１１（Ｂ）参照）には、細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが小さくなるほど、流体の流れがより上流側で非定常流化されて非定常領域の占める割合が大きくなると共に、重量が軽くなる。
【００７３】
但し、この際には、細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが小さくなるほど、細線フィン１４の熱変換面積が小さくなってフィン効率が低くなると共に、流体の流れ抵抗が大きくなる。
【００７４】
このため、本実施の形態では、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で、細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが０．２５以上０．７５以下の範囲にされている。
【００７５】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００７６】
以上の構成の熱交換器３０では、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが０．２５以上０．７５以下にされている。このため、流体上流側における細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが１．００にされた場合に比し、流体の流れがより上流側で非定常流化されて、細線フィン１４の熱伝達率が高くなる非定常領域が大きくされる。
【００７７】
しかも、細線フィン１４の幅ＤＬが一様にされると共に、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体上流端を含まない）では細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが１．００にされている。このため、流体下流側における細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが０．２５以上０．７５以下にされた場合に比し、非定常領域で細線フィン１４の幅ＤＳ（周断面の周囲の長さ及び面積）が大きくなって熱交換面が大きくされる。
【００７８】
これにより、細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが一様にされた場合に比し、熱交換器３０の熱交換量を高く維持することができる。
【００７９】
また、細線フィン１４の幅ＤＬが一様にされると共に、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが０．２５以上０．７５以下にされているため、細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが一様に１．００にされた場合に比し、流体上流側で細線フィン１４の幅ＤＳ（周断面の周囲の長さ及び面積）が小さくなって、熱交換器３０の重量を軽くすることができる。
【００８０】
なお、本実施の形態では、細線フィン１４の周断面を、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で長方形とし、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体上流端を含まない）で正方形とした構成としたが、細線フィン１４の周断面を、定常領域のみにおいて長方形とし、非定常領域のみにおいて正方形とした構成としてもよい。
【００８１】
さらに、本実施の形態では、細線フィン１４の幅ＤＬを一様にした構成としたが、流体上流側における細線フィン１４の幅ＤＬを流体下流側における細線フィン１４の幅ＤＬよりも小さくした構成としてもよい。
【００８２】
また、本実施の形態では、流体上流側における細線フィン１４の周断面を長方形にすると共に、流体下流側における細線フィン１４の周断面を正方形にした構成としたが、流体上流側における細線フィン１４の周断面を楕円形にした構成または流体下流側における細線フィン１４の周断面を円形にした構成としてもよい。
【００８３】
［第３の実施の形態］
本実施の形態に係る熱交換器４０は、上記解析例に係る熱交換器１０と、以下の点で異なる。
【００８４】
すなわち、図１２に示す如く、第２の実施の形態と同様に、流体上流側における細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが流体下流側における細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬよりも小さくされている。具体的には、細線フィン１４の周断面が幅ＤＬを一様にされた楕円形または円形にされ、かつ、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）では細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが１未満の範囲で流体下流側に向かうに従い徐々に大きくされて細線フィン１４の周断面が楕円形にされると共に、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体上流端を含まない）では細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが１にされて細線フィン１４の周断面が一様に円形にされている。また、周断面が楕円にされた細線フィン１４は、長軸が流体の流れ方向に直角に配置されると共に、短軸が流体の流れ方向に平行に配置されている。
【００８５】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００８６】
以上の構成の熱交換器４０では、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが１未満にされている。このため、第２の実施の形態と同様に、流体上流側における細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが１にされた場合に比し、流体の流れがより上流側で非定常流化されて、細線フィン１４の熱伝達率が高くなる非定常領域が大きくされる。
【００８７】
しかも、細線フィン１４の幅ＤＬが一様にされると共に、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体上流端を含まない）では細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが１にされている。このため、流体下流側における細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが１未満にされた場合に比し、非定常領域で細線フィン１４の幅ＤＳ（周断面の周囲の長さ及び面積）が大きくなって熱交換面が大きくされる。
【００８８】
これにより、細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが一様にされた場合に比し、熱交換器４０の熱交換量を高く維持することができる。
【００８９】
また、細線フィン１４の幅ＤＬが一様にされると共に、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが１未満にされているため、細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが一様に１にされた場合に比し、流体上流側で細線フィン１４の幅ＤＳ（周断面の周囲の長さ及び面積）が小さくなって、熱交換器４０の重量を軽くすることができる。
【００９０】
なお、本実施の形態では、細線フィン１４の周断面を、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で楕円形とし、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体上流端を含まない）で円形とした構成としたが、細線フィン１４の周断面を、定常領域のみにおいて楕円形とし、非定常領域のみにおいて円形とした構成としてもよい。
【００９１】
さらに、本実施の形態では、細線フィン１４の幅ＤＬを一様にした構成としたが、流体上流側における細線フィン１４の幅ＤＬを流体下流側における細線フィン１４の幅ＤＬよりも小さくした構成としてもよい。
【００９２】
また、本実施の形態では、流体上流側における細線フィン１４の周断面を楕円形にすると共に、流体下流側における細線フィン１４の周断面を円形にした構成としたが、流体上流側における細線フィン１４の周断面を長方形にした構成または流体下流側における細線フィン１４の周断面を正方形にした構成としてもよい。
【００９３】
［第４の実施の形態］
本実施の形態に係る熱交換器５０は、上記解析例に係る熱交換器１０と、以下の点で異なる。
【００９４】
すなわち、図１３に示す如く、細線フィン１４の幅ＤＳ及びＤＬが一様にされ、かつ、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）では細線フィン１４の周断面が一様に円形にされると共に、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体上流端を含まない）では細線フィン１４の周断面が一様に正方形にされている。また、周断面が正方形にされた細線フィン１４の流体上流側及び流体下流側における面は、流体の流れ方向に直角に配置されている。
【００９５】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００９６】
以上の構成の熱交換器５０では、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で細線フィン１４の周断面が円形にされている。このため、流体上流側における細線フィン１４の周断面が流体下流側と同一の正方形にされた場合に比し、流体の流れがより上流側で非定常流化されて、細線フィン１４の熱伝達率が高くなる非定常領域が大きくされる。
【００９７】
しかも、細線フィン１４の幅ＤＳ及びＤＬが一様にされると共に、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体上流端を含まない）では細線フィン１４の周断面が正方形にされている。このため、流体下流側における周断面が円形にされた場合に比し、非定常領域で細線フィン１４周断面の周囲長さ（面積）を大きくして熱交換面を大きくすることができる。
【００９８】
これにより、細線フィン１４の周断面が一様にされた場合に比し、熱交換器５０の熱交換量を高く維持することができる。
【００９９】
また、細線フィン１４の幅ＤＳ及びＤＬが一様にされると共に、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で細線フィン１４の周断面が円形にされているため、細線フィン１４の周断面が一様に正方形にされた場合に比し、流体上流側で細線フィン１４周断面の面積（周囲の長さ）が小さくなって、熱交換器５０の重量を軽くすることができる。
【０１００】
なお、本実施の形態では、細線フィン１４の周断面を、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で円形とし、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体上流端を含まない）で正方形とした構成としたが、細線フィン１４の周断面を、定常領域のみにおいて円形とし、非定常領域のみにおいて正方形とした構成としてもよい。
【０１０１】
また、本実施の形態では、流体上流側における細線フィン１４の周断面を円形にすると共に、流体下流側における細線フィン１４の周断面を正方形にした構成としたが、流体上流側における細線フィン１４の周断面を楕円形にした構成や、流体下流側における細線フィン１４の周断面を三角形及び正方形以外の多角形にした構成としてもよい。
【０１０２】
［第５の実施の形態］
本実施の形態に係る熱交換器６０は、上記解析例に係る熱交換器１０と、以下の点で異なる。
【０１０３】
すなわち、図１４（Ａ）に示す如く、細線フィン１４の周断面が、一様に、円形の周部が流体下流側において欠けた形状にされて、各細線フィン１４の流体下流側における面が流体の流れ方向に直角な平面にされている。
【０１０４】
図１５（Ａ）に示す如く、細線フィン１４の断面カット率σ（図１５（Ｂ）に示す如く細線フィン１４周断面での円形の半径Ｒにおける欠けた長さＲｃｕｔの割合）が０以上０．５以下の範囲では、細線フィン１４の断面カット率σが大きくなると、細線フィン１４の重量が軽くなるにも拘らず、細線フィン１４の熱変換量は殆ど変化しない。これは、流体の細線フィン１４より下流側にはよどみ域が生じるため、細線フィン１４の流体下流側における部位は、細線フィン１４の流体上流側における部位よりも熱変換量が少なくなるからである。
【０１０５】
但し、細線フィン１４の断面カット率σが０．２５を超えると、流体の流れ抵抗が大幅に増加する。このため、細線フィン１４の断面カット率σは０．２５以下にされるのが好ましい。
【０１０６】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【０１０７】
以上の構成の熱交換器６０では、細線フィン１４の周断面が、円形の周部が熱交換への寄与の小さい流体下流側において欠けた形状にされている。このため、細線フィン１４の周断面が一様に円形にされた場合に比し、熱交換器６０の熱伝達率を高く維持することができると共に、細線フィン１４の断面積が小さくなって熱交換器６０の重量を軽くすることができる。
【０１０８】
なお、本実施の形態では、細線フィン１４の周断面が、円形の周部が流体下流側において欠けた形状にされた構成としたが、細線フィン１４の周断面が、楕円形の周部が流体下流側において欠けた形状にされた構成としてもよい。
【０１０９】
［第６の実施の形態］
本実施の形態に係る熱交換器７０は、上記第５の実施の形態に係る熱交換器６０と、以下の点で異なる。
【０１１０】
すなわち、図１４（Ｂ）に示す如く、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含まない）においては、細線フィン１４の周断面が円形にされている。
【０１１１】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【０１１２】
以上の構成の熱交換器７０では、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で、細線フィン１４の周断面が、円形の周部が流体下流側において欠けた形状にされて、細線フィン１４のアスペクト比ＤＳ／ＤＬが１未満にされている。このため、流体上流側における細線フィン１４の周断面が円形にされた場合に比し、流体の流れがより上流側で非定常流化されて、細線フィン１４の熱伝達率が高くなる非定常領域が大きくされる。
【０１１３】
しかも、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体上流端を含まない）では細線フィン１４の周断面が円形にされている。このため、流体下流側における周断面が、円形の周部が欠けた形状にされた場合に比し、非定常領域で細線フィン１４周断面の周囲長さ（面積）が大きくなって熱交換面が大きくされる。
【０１１４】
さらに、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含む）で細線フィン１４の周断面が、円形の周部が熱交換への寄与の小さい流体下流側において欠けた形状にされている。このため、流体上流側で細線フィン１４の熱伝達率が高く維持される。
【０１１５】
これにより、細線フィン１４の周断面が一様にされた場合に比し、熱交換器７０の熱交換量を高く維持することができる。
【０１１６】
また、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体上流端を含む）では細線フィン１４の周断面が、円形の周部が欠けた形状にされている。このため、細線フィン１４の周断面が一様に円形にされた場合に比し、流体上流側で細線フィン１４周断面の面積（周囲の長さ）が小さくされて、熱交換器７０の重量を軽くすることができる。
【０１１７】
なお、本実施の形態では、細線フィン１４の周断面を、流体上流側における熱交換器幅の１／２の範囲で円形の周部が欠けた形状にし、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲で円形にした構成としたが、細線フィン１４の周断面を、定常領域のみにおいて円形の周部が欠けた形状にし、非定常領域のみにおいて円形にした構成としてもよい。
【０１１８】
また、本実施の形態では、細線フィン１４の周断面を、円形の周部が流体下流側において欠けた形状にした構成としたが、細線フィン１４の周断面を、楕円形の周部が流体下流側において欠けた形状にした構成としてもよい。
【０１１９】
［第７の実施の形態］
本実施の形態に係る熱交換器８０は、上記解析例に係る熱交換器１０と、以下の点で異なる。
【０１２０】
すなわち、図１６（Ａ）に示す如く、細線フィン１４の周断面が略円形にされており、細線フィン１４には一様に開放孔としてのスリット８２が形成されている。スリット８２は、細線フィン１４の中心軸を通過すると共に、流体の流れ方向に平行に配置されて、両側が細線フィン１４の周面に開放されている。
【０１２１】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【０１２２】
以上の構成の熱交換器８０では、細線フィン１４の周面に開放されるスリット８２が形成されている。このため、細線フィン１４の周断面が一様に円形にされた場合に比し、細線フィン１４周断面の周囲長さが長くなり熱変換面が大きくされて熱交換器８０の熱交換量を高く維持することができると共に、細線フィン１４周断面の面積が小さくされて熱交換器８０の重量を軽くすることができる。
【０１２３】
なお、本実施の形態では、細線フィン１４に一様にスリット８２を形成した構成としたが、図１６（Ｂ）に示す熱交換器９０の如く、流体下流側における熱交換器幅の１／２の範囲（当該範囲における流体下流端を含まない）においては細線フィン１４にスリット８２を形成しない構成としてもよい。また、定常領域のみにおいて細線フィン１４にスリット８２を形成しない構成としてもよい。
【０１２４】
また、本実施の形態では、細線フィン１４の周断面を、円形にスリット８２が形成された形状にした構成としたが、細線フィン１４の周断面を、楕円形や多角形にスリット８２が形成された形状にした構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】解析例及び第１の実施の形態乃至第７の実施の形態に係る熱交換器を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は、解析例に係る熱交換器における細線フィンの配置状態を示す断面図（図１のＸ−Ｘ線断面図）であり、（Ｂ）は、解析例に係る熱交換器における熱交換量及び重量の、細線フィンのピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．５の際に対する比と、細線フィンのピッチ比ＰＳ／ＤＰと、の関係を示すグラフである。
【図３】流体の流れが非定常流化される状況を示す断面図である。なお、図中の矢印は流体の移動方向（矢印の方向）及び速度（矢印の長さ）を示している。
【図４】解析例に係る熱交換器における熱交換面積（伝熱面積）及び流体の非定常流化位置（渦発生位置）の、細線フィンのピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．５の際に対する比と、細線フィンのピッチ比ＰＳ／ＤＰと、の関係を示すグラフである。
【図５】解析例に係る熱交換器における非定常領域での細線フィンの平均の熱伝達率の、細線フィンのピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．５の際に対する比と、細線フィンのピッチ比ＰＳ／ＤＰと、の関係を示すグラフである。
【図６】解析例に係る熱交換器における非定常領域での流体の流れ状況を示す断面図であり、（Ａ）は、細線フィンのピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．５である際を示し、（Ｂ）は、細線フィンのピッチ比ＰＳ／ＤＰが２．０未満である際を示している。なお、図中の矢印は流体の移動方向（矢印の方向）及び速度（矢印の長さ）を示している。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器における細線フィンの配置状態を示す断面図（図１のＸ−Ｘ線断面図）である。
【図８】解析例に係る熱交換器（細線フィンのピッチ比ＰＳ／ＤＰが一様に２．５にされたもの）、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器、解析例に係る熱交換器（細線フィンのピッチ比ＰＳ／ＤＰが一様に４．０にされたもの）における熱交換量及び重量の、解析例に係る熱交換器の細線フィンのピッチ比ＰＳ／ＤＰが一様に２．５にされた際に対する比を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器における細線フィンの配置状態を示す断面図（図１のＸ−Ｘ線断面図）である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器における熱交換器幅に非定常領域が占める割合及び細線フィンのフィン効率と、細線フィンのアスペクト比ＤＳ／ＤＬ（仮に一様にしたもの）と、の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器における仮に細線フィンのアスペクト比ＤＳ／ＤＬを一様にした際の細線フィンの配置状態を示す断面図（図１のＸ−Ｘ線断面図）であり、（Ａ）は、仮に細線フィンのアスペクト比ＤＳ／ＤＬを一様に１．００にした際を示し、（Ｂ）は、仮に細線フィンのアスペクト比ＤＳ／ＤＬを一様に０．５０にした際を示している。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器における細線フィンの配置状態を示す断面図（図１のＸ−Ｘ線断面図）である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係る熱交換器における細線フィンの配置状態を示す断面図（図１のＸ−Ｘ線断面図）である。
【図１４】（Ａ）は、本発明の第５の実施の形態に係る熱交換器における細線フィンの配置状態を示す断面図（図１のＸ−Ｘ線断面図）であり、（Ｂ）は、本発明の第６の実施の形態に係る熱交換器における細線フィンの配置状態を示す断面図（図１のＸ−Ｘ線断面図）である。
【図１５】（Ａ）は、本発明の第５の実施の形態に係る熱交換器における細線フィンの熱交換量及び重量の、細線フィンの断面カット率σが０の際に対する比と、細線フィンの断面カット率σと、の関係を示すグラフであり、（Ｂ）は、本発明の第５の実施の形態に係る熱交換器における細線フィンの断面カット率σを定義する断面図である。
【図１６】（Ａ）は、本発明の第７の実施の形態に係る熱交換器における細線フィンの配置状態を示す断面図（図１のＸ−Ｘ線断面図）であり、（Ｂ）は、本発明の第７の実施の形態に係る熱交換器の別例における細線フィンの配置状態を示す断面図（図１のＸ−Ｘ線断面図）である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０    熱交換器
１４    細線フィン（熱交換部）
２０    熱交換器
３０    熱交換器
４０    熱交換器
５０    熱交換器
６０    熱交換器
７０    熱交換器
８０    熱交換器
８２    スリット（開放孔）
９０    熱交換器
【図１】
2005233478.tif 000003
【図２】
2005233478.tif 000004
【図３】
2005233478.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005233478.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005233478.tif 000009
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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