(57)【要約】熱交換器は、冷媒を流通させる冷媒流路を有する第１及び第２のチューブを含む。熱交換器は、前記第１及び第２のチューブの両端にそれぞれ取り付けられ、第１及び第２のチューブ（２）に冷媒を分配するタンク（３，４）を含む。前記第１及び第２のチューブ（２）は、伝熱面として作用して前記冷媒と熱交換する外面を有する。前記第１及び第２のチューブ（２）の間のピッチ（Ｐ）は、第１及び第２のチューブ（２）の各厚みの２倍から４倍である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器（１）であって、
冷媒を流通させる冷媒流路（５）を有する第１及び第２のチューブ（２）と、
前記第１及び第２のチューブ（２）の両端にそれぞれ取り付けられ、第１及び第２のチューブ（２）に冷媒を分配するタンク（３，４）と、を含み、
前記第１及び第２のチューブ（２）は、伝熱面として作用して前記冷媒と熱交換する外面を有し、
前記第１及び第２のチューブ（２）の間のピッチ（Ｐ）は、第１及び第２のチューブ（２）の各厚みの２倍から４倍である、熱交換器。
【請求項２】
クレーム１の熱交換器（１）であって、
前記第１及び第２のチューブ（１）の各厚みは、１ｍｍ以下である熱交換器。
【請求項３】
クレーム１の熱交換器（１０）であって、
前記第１及び第２のチューブ（２０）の少なくとも１つは、凹凸部（６０ａ，６０ｂ）を形成した外周面を有する熱交換器。
【請求項４】
クレーム３の熱交換器（１０）であって、
前記凹凸部（６０ａ，６０ｂ）の凸部（６０ａ）は、冷媒流路（５０）を有する熱交換器。
【請求項５】
クレーム４の熱交換器であって、
前記凹凸部（６０ａ，６０ｂ）の凹部（６０ｂ）は、冷媒流路（５０）を有する熱交換器。
【請求項６】
クレーム４の熱交換器（１０）であって、
前記冷媒流路（５０）は、前記凸部（６０ａ）対して横断面において相似である熱交換器。
【請求項７】
クレーム３の熱交換器（１０）であって、
前記凹凸部（６０ａ，６０ｂ）のピッチ（Ｗ１＋Ｗ２）は、前記第１及び第２のチューブ（２０）の各厚み（Ｔ）の３倍以下とした熱交換器。
【請求項８】
クレーム３の熱交換器（１０）であって、
前記凹凸部の凸部（６０ａ）の長さ（Ｗ１）に対する前記凹凸部の凹部（６０ｂ）の長さ（Ｗ２）の比は、Ｗ２／Ｗ１≦２とした熱交換器。
【請求項９】
クレーム１の熱交換器（１，１０）が適用された空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えば、エバポレータやコンデンサの熱交換器及びこれを含む空調装置に関する。本発明は、詳細には、熱交換効率のより一層の高性能化、小型化並びに軽量化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  例えば、車両用空調装置に使用される熱交換器は、冷媒を流通させる複数本のチューブと、これら各チューブに冷媒を分配するタンクと、各チューブ間に設けられる冷却フィンと、を含む（例えば、特開２００１−１６７７８２号公報参照）。【０００３】  この構成の熱交換器は、熱伝達率の小さい空気側の伝熱性能を補う目的で伝熱面の面積を増大させるために、各チューブ間に接した冷却フィンを含む。【０００４】  チューブは、冷媒側伝熱性能を向上させると共に管内の高い冷媒圧力に耐え得る機械的強度を持たせるために、内部に冷媒を流通させる複数の冷媒流路を画成する。このチューブは、例えば、押し出し成形、又は２枚の板の間にインナーフィンを挟みこれら３枚の板をろう付けして作製される。【０００５】  ところで、この種の熱交換器は、空気側で小さな熱伝達率、大きな熱抵抗を有するので、フィンピッチを小さくし、或いは、冷却フィンに微細な切り起こしやスリットを設けて、伝熱性能を向上させる。しかしながら、空気側熱伝達率を向上させるにつれて、冷却フィン内の熱伝導、いわゆるフィン効率により、伝熱性能が低下する。【０００６】  冷却フィンの表面上の微細な切り起こしやスリットは、その端部で流れの剥離を発生させる。この剥離は熱伝達を向上させる以上に通風抵抗を増大させる。さらに、切り起こし部やスリットは、ゴミ，結露，着霜による目詰まりや、保持された結露水の水飛び、端部からの腐食によって、冷却フィンの耐久性が低下し易いといった問題を発生させる。また、チューブと冷却フィンとの接合部における不十分なろう付けは、接触熱抵抗を増大させる。これらの理由から、従来の熱交換器にとって、より一層の高性能化、小型化並びに軽量化は、困難である。
【発明の開示】
【０００７】  本発明の目的は、熱交換器の熱交換効率のより一層の高性能化、小型化並びに軽量化を達成する熱交換器及びこれを含む空調装置を提供することである。
【０００８】  発明の特徴は、次の熱交換器を提供する。熱交換器は、冷媒を流通させる冷媒流路を有する第１及び第２のチューブを含む。熱交換器は、前記第１及び第２のチューブの両端にそれぞれ取り付けられ、第１及び第２のチューブに冷媒を分配するタンクを含む。前記第１及び第２のチューブは、伝熱面として作用して前記冷媒と熱交換する外面を有する。前記第１及び第２のチューブの間のピッチは、第１及び第２のチューブの各厚みの２倍から４倍である。
【０００９】前記第１及び第２のチューブの各厚みは、１ｍｍ以下でもよい。
【００１０】  前記第１及び第２のチューブの少なくとも１つは、凹凸部を形成した外周面を有してもよい。
【００１１】  前記凹凸部の凸部は、冷媒流路を有してもよい。
【００１２】  前記凹凸部の凹部は、冷媒流路を有してもよい。
【００１３】  前記冷媒流路は、前記凸部対して横断面において相似してもよい。
前記凹凸部のピッチは、前記第１及び第２のチューブの各厚みの３倍以下としてもよい。
【００１４】  前記凹凸部の凸部の長さに対する前記凹凸部の凹部の長さの比は、Ｗ２／Ｗ１≦２としてもよい。
【００１５】  前記熱交換器は、空調装置に適用してもよい。
【００１６】  発明の熱交換器によれば、冷却フィンを使用せずに冷媒と熱交換する伝熱面をチューブの外面で構成している。これにより、冷却フィンを用いた熱交換器に対して問題となっていたフィン効率、接触熱抵抗、通風抵抗の増大、ゴミ、露、霜による目詰まり、フィンの腐食といった問題を解消する。また、チューブを配置させるピッチ間隔を最適化することで、空気側熱伝達率をより一層向上させ、極めて高い熱交換効率を発揮させる。したがって、発明の熱交換器は、冷却フィンを使用しないことから、より一層の高性能化、小型化及び軽量化を達成する。
【００１７】  チューブの各厚みを１ｍｍ以下としているので、１ｍｍ超とした場合に比べてチューブ本数が増える。この増加により、このチューブに形成された冷媒流路の総断面積を充分に確保し、冷媒の流路抵抗を大幅に低減させる。
【００１８】  チューブは、外周面に凹凸部を形成しているので、この凹部は流路を拡大して風速を下げ、通風抵抗を減少させる。また、発明の熱交換器では、凹凸部が空気側熱伝達を僅かに低下させるので、空気側熱伝達率と圧力係数の比は凹凸が無いチューブよりも凹凸があるものの方が大きい。これにより、熱交換器の高性能化、小型化及び軽量化を可能にする。また、発明の熱交換器を蒸発器として使用した場合、凝縮水が凹部に引き込まれ容易に排水される。これにより、通風抵抗の増加を抑制し、風速の増加によって水滴が飛散する問題も生じない。さらに、この熱交換器は、凹凸形状とした外面形状を備えたチューブを有するので、機械的な強度も大幅に向上させる。
【００１９】  熱交換器は、チューブの外周面に形成した凹凸部に合わせて冷媒流路を形成したので、冷媒流路の断面を充分大きくする。これにより、冷媒流路の総断面積を管内圧力損失の増大を節約できる程度に確保する。
【００２０】  チューブが、厚み（Ｔ）の３倍以上のピッチ（Ｗ１＋Ｗ２）を備えた凹凸部を有した外周面を有すると、上流凸部から剥離した流れが下流凸部へ再付着する効果を弱める。これにより、熱伝達率の向上する下流側凸部の再付着点における伝熱性能の向上率を小さくする。３倍以下のピッチは、それらの問題を解消する。
【００２１】  凹部の長さと凸部の長さの２倍以下としているので、管内側の断面積を十分確保し、冷媒側圧力損失を抑制する。
【００２２】  高性能、小型並びに軽量の熱交換器は、エバポレータ，ラジエータ，オイルクーラ，ヒーターコアなどの車両用空調装置として用いられる。これにより、車両の軽量化、省エネルギー化及び搭乗者の居住空間拡大を図る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、第１の実施の形態の熱交換器を示す斜視図である。
【図２】図２は図１のＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】図３は図２に示すチューブの要部拡大断面図である。
【図４】図４はチューブ間隔をチューブの厚さで割った値（ＰＴ）に対する放熱量と動力（ファン動力）との比の変化を示す特性図である。
【図５】図５は、第２の実施の形態の熱交換器を示す斜視図である。
【図６】図６は、図５のＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【図７】図７は、図６に示すチューブの要部拡大断面図である。
【図８】図８は、チューブ表面に形成された凹凸部の間隔をチューブの厚みで割った値（ＰＬ）に対する放熱量と動力（ファン動力）との比の変化を示す特性図である。
【図９】図９は、発明を適用した熱交換器を空調装置に適用した例を示す図である。
【図１０】図１０は、発明のチューブの他の例を示すチューブの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】  以下、発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。【００２５】  第１の実施の形態
実施の形態の熱交換器１は、図１に示すように、複数本のチューブ２と、各チューブ２に冷媒を分配する一対のタンク３、４とを含む。タンク３，４は、所定間隔を置いて平行に且つ対向して配置される。タンク３、４に対して、所定のピッチ間隔で各チューブ２の両端部は、挿入され、ろう付けされ、一体に接合される。この熱交換器１は、各チューブ２間に冷却フィンを有しておらず、チューブ２の外面で冷媒と熱交換する空気側伝熱面を有する。つまり、熱交換器１は、チューブ２の外表面で空気側伝熱面を構成する。【００２６】  前記チューブ２は、図２に示すように、断面偏平形状とした長尺状をなす伝熱管として作用する。このチューブ２は、その内部に、冷媒を流通させる複数の冷媒流路５を有する。冷媒側伝熱性能を向上させると共に管内の高い冷媒圧力に耐え得る機械的強度を持たせるために、各冷媒流路５は、チューブ２の長手方向である上下端に貫通する孔を有する。複数の冷媒流路５は、チューブ２の横方向に所定のピッチ間隔を置いて位置決めされる。【００２７】  タンク３は、冷媒を供給する供給タンクとして作用する。タンク４は、各チューブ２を流通して熱交換された後の冷媒を回収する回収用タンクとして働く。タンク３、４は、その長手方向の両端部で閉塞して、円筒体として形成される。タンク３、４は、各チューブ２の端部をタンク内部に挿入させるチューブ挿入穴（図示省略）を有している。タンク３は、冷媒をタンク３内に供給するための冷媒導入パイプ（図示省略）に取り付けられている。タンク４は、各チューブ２を流れた冷媒を回収する冷媒排出パイプ（図示省略）に取り付けられている。【００２８】  特に、熱交換器１においては、冷却フィンを使用せずに前記冷媒と熱交換する伝熱面は、チューブ２の外面２ａで構成する。この外面２ａは、空気流れＦ１、Ｆ２と熱交換する。【００２９】この構造は、冷却フィンを用いた熱交換器に対して問題となっていたフィン効率、接触熱抵抗、通風抵抗の増大、ゴミ，露，霜による目詰まり、フィンの腐食といった問題を解消する。【００３０】  熱交換器１は、伝熱面をチューブ２の外面２ａで構成したことに加えて、図３に示すように、各チューブ２を配置させるピッチ間隔（以下、単にピッチＰという）を、該チューブ２の厚みＴの２倍から４倍に設定する。チューブ２を配置させるピッチＰを該チューブ２の厚みＴの２倍から４倍とすると、空気側熱伝達率をより一層向上させ、極めて高い熱交換効率を発揮させる。【００３１】  図４は、チューブ間隔（ピッチＰ）をチューブ２の厚さＴで割った値（ＰＴ）に対する放熱量と動力（ファン動力）との比（放熱量／動力）の変化を示す特性図である。縦軸は放熱量と動力の比で、数字が大きいほど熱交換率良く、横軸はＰＴを示す。この特性図から分かるように、ＰＴを２から４の間に設定すれば、熱交換効率を大幅に高める。【００３２】  熱交換器１においては、チューブ２の厚みＴを１ｍｍ以下としている。１ｍｍ以下の厚みＴを有したチューブ２は、１ｍｍ超の厚みのものに比べてチューブ２の本数を増やす。これにより、該チューブ２に形成された冷媒流路５の総断面積を充分に確保でき、冷媒の流通抵抗を大幅に低減する。【００３３】  したがって、本実���の形態の熱交換器１は、冷却フィンを使用しないので、一層の高性能化、小型化及び軽量化を実現できる。【００３４】  第２の実施の形態
この実施の形態の熱交換器１０は、図５に示すように、基本的には第１の実施形態の熱交換器１と同様、複数本のチューブ２０と、各チューブ２０に冷媒を分配させる一対のタンク３０、４０とで構成される。冷媒と熱交換する空気側伝熱面は、チューブ２０の外面２０ａ（図６参照）で構成される。【００３５】  この熱交換器１０では、異なる形状のチューブ２０の他は、第１の実施の形態の熱交換器１と同一の構成であるので、同一の構成部分に関してはその説明を省略する。この熱交換器１０では、第１の実施の形態の熱交換器１と同様、チューブを配置させるピッチＰが、該チューブの厚みの２倍から４倍に設定される。【００３６】  熱交換器１０の各チューブ２０は、図６に示すように、その外周面２０ａに凹凸部（ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎｓ）６０ａ，６０ｂを形成している。すなわち、このチューブ２０の外周面２０ａは、表面と裏面にそれぞれ凸部（ｒａｉｓｅｄ  ｐｏｒｔｉｏｎ）６０ａと凹部（ｒｅｃｅｓｓｅｄ  ｐｏｒｔｉｏｎ）６０ｂを交互に形成しており、その凹部６０ｂは隣接する冷媒流路５０間に形成される。これにより、チューブ２０は、波形となり、その外周面２０ａの凹凸形状が各冷媒流路５０と一致する。冷媒流路５０は、それぞれ、凸部６０ａの内部に位置決めされる。冷媒流路５０は、凸部６０ａに対して横断面について相似である。【００３７】  この実施形態では、凹凸部６０ａ，６０ｂは、チューブ２０の厚みＴに対して３倍以下のピッチ（Ｗ１＋Ｗ２）を有する。チューブ２０の厚みＴは、管の最大厚みとして定義される。チューブ２０の厚みＴに対して３倍以下の凹凸部６０ａ，６０ｂのピッチ（Ｗ１＋Ｗ２）は、熱交換効率を高める。これに対して、厚みＴに対して３倍超の凹凸部６０ａ，６０ｂのピッチＷは、上流凸部から剥離した流れが下流凸部へ再付着する効果を弱め、熱伝達率の向上する下流側凸部の再付着点における伝熱性能の向上率を小さくする。【００３８】  図８は、チューブ２０の表面に形成した凹凸部６０ａ，６０ｂのピッチＷをチューブ２０の厚みＴで割った値（ＰＬ）に対する放熱量と動力（ファン動力）との比（放熱量／動力）の変化を示す特性図である。縦軸は放熱量と動力の比で、数字が大きいほど良く、横軸はＰＬを示す。この特性図からわかるように、３以下のＰＬは、熱交換効率を高める。【００３９】  このように構成した熱交換器１０によれば、チューブ２０の外周面２０ａに形成した凹凸部６０ａ，６０ｂは、凹部６０ｂで流路を拡大し風速を下げ、通風抵抗を減少させる。この熱交換器１０では、凹凸部６０ａ、６０ｂが空気側熱伝達を僅かに低下させるため、空気側熱伝達率と圧力係数の比は凹凸の無いチューブよりも凹凸のあるものの方が大きい。これにより、熱交換器１０の高性能化、小型化及び軽量化を可能にする。【００４０】  特に、この熱交換器１０を蒸発器として使用すれば、凝縮水が凹部６０ｂに引き込まれて容易に排水される。これにより、通風抵抗の増加を抑制でき、風速を上げた場合の水滴が飛散する問題を解消する。さらに、この熱交換器１０では、チューブ２０の外面形状を凹凸形状とすることで、チューブ２０の機械的な強度も大幅にアップさせる。【００４１】  熱交換器１０では、チューブ２０の外周面２０ａに形成した凹凸部６０ａ，６０ｂに合わせて冷媒流路５０を形成した。つまり、冷媒通路５０と凸部６０ａとは、位置について互いに一致し、横断面で相似である。これにより、冷媒流路５０の断面を充分大きくでき、冷媒流路５０の総断面積を熱交換性能を高める程度に設定する。【００４２】  さらに、実施形態の熱交換器１０では、前記凸部６０ａの長さＷ１と前記凹部６０ｂの長さＷ２の比を、Ｗ２／Ｗ１≦２としたので、管内側の断面積を十分確保し、冷媒側圧力損失を抑制する。【００４３】  図９は、本発明を適用した熱交換器１、１０を空調装置に適用した例を示す。ここでは、ラジエータ７１、エバポレータ７２、ヒーターコア７３などに本実施の形態の熱交換器１、１０を適用した。この他、本発明の熱交換器１、１０をオイルクーラに適用してもよい。車両用空調器に限らず、本発明の熱交換器を家庭用、業務用或いは携帯用の空調装置に適用して大幅なコンパクト化を達成してもよい。【００４４】  このように、高性能、小型並びに軽量である熱交換器を、エバポレータ，ラジエータ，オイルクーラ，ヒーターコアなどの車両に使用される空調装置として用いてもよい。これは、車両の軽量化、省エネルギー化及び搭乗者の居住空間拡大を達成する。【００４５】  以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更をしてもよい。【００４６】  例えば、上述の実施の形態では、チューブ２０の外周面２０ａに形成した凹凸部６０ａ，６０ｂに合わせて冷媒流路５０を形成した。一方、空気側伝熱性能は基本的には冷媒流路５０とは無関係なので、図１０に示すように、凹凸部６０ａ，６０ｂに合わせて冷媒流路５０を形成しなくてもよい。つまり、断面円形の冷媒通路５０は、凸部６０ａ及び凹部６０ｂの両方に位置決めされる。この構造は、第２の実施の形態の熱交換器１０と同様の効果を得る。
【産業上の利用可能性】
【００４７】  この発明の熱交換器又は空調装置は、例えば、車両、家庭で利用され、一層の高性能化、小型化及び軽量化を達成する点で有用である。
【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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【国際調査報告】
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2005073655.tif 000013