JP2003214790A

JP2003214790A - 熱交換器

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Publication number: JP2003214790A
Application number: JP2002014276A
Authority: JP
Inventors: Yoshitake Kato; 吉毅加藤; Eiichi Torigoe; 栄一鳥越
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2003-07-30
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: JP3775302B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換コア部の微細化を図りつつ、凝縮水の
飛び散りを抑制する。【解決手段】熱交換コア部３の厚み寸法Ｄは５０ｍ
ｍ以下、フィン２の高さ寸法ｈは７ｍｍ以下、フィ
ン２のピッチ寸法Ｆｐは３ｍｍ以下、ルーバ２ｃのピ
ッチ寸法Ｌｐは０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下、ルーバ
列間距離ＦＬｐは０．８６ｍｍ以上とする。但し、ルー
バ列間距離ＦＬｐとは、ルーバの先端と、このルーバが
形成されたフィンの平面部と隣り合う平面部に形成され
たルーバの先端との間の寸法を言う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器に関する
もので、空調装置用の蒸発器や冷却器等の空気を冷却す
る熱交換器に適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術】蒸発器や冷却器等の空気を冷却する熱交
換器の一般的な構造は、図１に示すように、冷媒等の冷
却媒体が流れるチューブ１と、チューブ１の外表面に接
合された波状のフィン２とからなる熱交換コア部３を有
して構成されており、フィン２の平面部２ａには、図２
（ａ）、（ｂ）に示すように、温度境界層の厚さを小さ
くして空気とフィン２との間の伝熱を促進すべく、平面
部２ａの一部を鎧窓状に切り起こしたルーバ２ｃが形成
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、熱交
換器の小型化が切望されており、熱交換能力を低下させ
ることなく熱交換器を小型にするには、フィンピッチを
小さくする等して熱交換コア部の微細化を図って、空気
との伝熱面積が減少することを防止しながら外形寸法を
小さくする必要がある。そこで、発明者等は、熱交換コ
ア部の微細化を図ったところ、以下のような問題が顕著
になった。

【０００４】すなわち、空気を冷却すると凝縮水が発生
して熱交換器の表面に凝縮水が付着するが、フィンピッ
チが十分に大きい場合には、熱交換器の表面に付着した
凝縮水は、表面張力により比較的大きな水滴となって重
力により下方側に流れて排水されるのに対して、フィン
ピッチが小さくなり微細化を進むと、水滴を形成するこ
とができる程度の大きさを有する空間を確保することが
できないため、毛細管現象により凝縮水が膜状に拡がっ
てフィンに付着する。

【０００５】そして、この膜状の凝縮水は、水滴状の凝
縮水に比べて流れ難いので、重力により下方側に流れ
ず、図６（ａ）に示すように、フィン２に拡がるように
溜まってしまう。

【０００６】このため、例えば空調装置等において、ユ
ーザが送風量を増大させると、フィン２に拡がるように
溜まっていた凝縮水が、図６（ｂ）に示すように、風圧
により風下側に集まるように流れていき、その集まった
凝縮水が送風空気と共に風下側に飛び散ってしまう。

【０００７】なお、凝縮水は、図７に示すように、風上
側で全体発生量の約７０〜７５％発生しており、送風量
が小さいときには、前述のごとく、排水されることなく
フィンに凝縮水が保持される。このため、送風量が小さ
い状態から大きくすると、多量の凝縮水が風下側に集ま
るので、凝縮水の飛び散りの問題が顕著となる。

【０００８】本発明は、上記点に鑑み、熱交換コア部の
微細化を図りつつ、凝縮水の飛び散りを抑制することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、内部に流体
が流れるチューブ（１）の外表面に設けられ、平面部
（２ａ）と隣り合う平面部（２ａ）とを繋ぐ屈曲部（２
ｂ）を有して波状に形成されたフィン（２）を備え、平
面部（２ａ）に鎧窓状のルーバ（２ｃ）が形成された熱
交換器であって、フィン（２）のピッチ寸法（Ｆｐ）は
３ｍｍ以下であり、さらに、ルーバ（２ｃ）の先端と、
このルーバ（２ｃ）が形成された平面部（２ａ）と隣り
合う平面部（２ａ）に形成されたルーバ（２ｃ）の先端
との間の寸法であるルーバ列間距離（ＦＬｐ）は、０．
８６ｍｍ以上であることを特徴とする。

【００１０】これにより、後述する図４に示すように、
熱交換コア部の微細化を図りつつ、凝縮水の飛び散りを
抑制することができる。

【００１１】請求項２に記載の発明では、内部に流体が
流れるチューブ（１）の外表面に設けられ、平面部（２
ａ）と隣り合う平面部（２ａ）とを繋ぐ屈曲部（２ｂ）
を有して波状に形成されたフィン（２）を備え、平面部
（２ａ）に鎧窓状のルーバ（２ｃ）が形成された熱交換
器であって、ルーバ（２ｃ）のピッチ寸法（Ｌｐ）は
０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下であり、さらに、ルーバ
（２ｃ）の先端と、このルーバ（２ｃ）が形成された平
面部（２ａ）と隣り合う平面部（２ａ）に形成されたル
ーバ（２ｃ）の先端との間の寸法であるルーバ列間距離
（ＦＬｐ）は、０．８６ｍｍ以上であることを特徴とす
る。

【００１２】これにより、後述する図４に示すように、
熱交換コア部の微細化を図りつつ、凝縮水の飛び散りを
抑制することができる。

【００１３】なお、請求項２に記載の発明においては、
請求項３に記載の発明のごとく、フィン（２）のピッチ
寸法（Ｆｐ）は３ｍｍ以下とすることが望ましい。

【００１４】請求項４に記載の発明では、内部に流体が
流れるチューブ（１）と、チューブ（１）の外表面に設
けられ、平面部（２ａ）と隣り合う平面部（２ａ）とを
繋ぐ屈曲部（２ｂ）を有して波状に形成されたフィン
（２）とを備える熱交換部（３）を具備し、平面部（２
ａ）に鎧窓状のルーバ（２ｃ）が形成された熱交換器で
あって、フィン（２）の高さ寸法（ｈ）は７ｍｍ以下で
あり、熱交換部（３）の外形寸法のうち、空気の流通方
向と平行な部位の寸法（Ｄ)は５０ｍｍ以下であり、さ
らに、ルーバ（２ｃ）の先端と、このルーバ（２ｃ）が
形成された平面部（２ａ）と隣り合う平面部（２ａ）に
形成されたルーバ（２ｃ）の先端との間の寸法であるル
ーバ列間距離（ＦＬｐ）は、０．８６ｍｍ以上であるこ
とを特徴とする。

【００１５】これにより、後述する図４に示すように、
熱交換コア部の微細化を図りつつ、凝縮水の飛び散りを
抑制することができる。

【００１６】なお、請求項４に記載の発明においては、
請求項５に記載の発明のごとく、フィン（２）のピッチ
寸法（Ｆｐ）は３ｍｍ以下とすることが望ましい。

【００１７】因みに、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
一例である。

【００１８】

【発明の実施の形態】本実施形態は、本発明に係る熱交
換器を車両用空調装置の蒸発器に適用したものであっ
て、その構造は、「従来の技術」の欄で述べたものと同
じである。

【００１９】具体的には、図１に示すように、冷媒が流
れるチューブ１、及びチューブの外表面に接合された波
状のフィン２等からなる熱交換コア部３、並びにチュー
ブ１の長手方向端部に設けられて各チューブ１と連通す
るヘッダタンク４等を有して構成されたものである。

【００２０】なお、チューブ１、フィン２及びヘッダタ
ンク４は、全てアルミニウム合金製であり、これら１、
２、４はろう付けにて一体化されている。

【００２１】また、フィン２は、空気の流通方向から見
て、図２（ａ）に示すように、平面部２ａと隣り合う平
面部２ａとを繋ぐ屈曲部２ｂを有して矩形波状に形成さ
れたコルゲートフィンであり、平面部２ａには、図２
（ｂ）に示すように、平面部２ａを切り起こすことによ
り鎧窓状のルーバ２ｃが一体形成されている。

【００２２】そして、本実施形態に係る蒸発器は、以下
の諸元を有することを特徴としている。因みに、括弧内
の数字は、本実施形態で採用した具体的な寸法値であ
る。

【００２３】熱交換コア部３の厚み寸法Ｄは５０ｍｍ
以下（３８ｍｍ）フィン２の高さ寸法ｈは７ｍｍ以下（５ｍｍ）フィン２のピッチ寸法Ｆｐは３ｍｍ以下（２．６ｍ
ｍ）ルーバ２ｃのピッチ寸法Ｌｐは０．５ｍｍ以上、１ｍ
ｍ以下（０．８ｍｍ）ルーバ列間距離ＦＬｐは０．８６ｍｍ以上（０．８６
ｍｍ）但し、熱交換コア部３の厚み寸法Ｄとは、図２（ｂ）に
示すように、熱交換コア部３の外形寸法のうち、空気の
流通方向と平行な部位の最大寸法を言い、フィン２の高
さ寸法ｈとは、図２（ａ）に示すように、波状に形成さ
れたフィン２の高低差、つまり波の振幅に相当する寸法
を言う。

【００２４】また、フィン２のピッチ寸法Ｆｐとは、波
状に形成されたフィン２の１周期分の長さ、つまり波の
波長に相当する寸法を言い、ルーバ２ｃのピッチ寸法Ｌ
ｐとは、図３に示すように、１枚のルーバ２ｃのうち空
気流れ上流端と空気流れ下流端との距離を言い、隣り合
うルーバ２ｃ間の中心間距離に等しい。

【００２５】また、ルーバ列間距離ＦＬｐとは、ルーバ
２ｃの先端と、このルーバ２ｃが形成された平面部２ａ
と隣り合う平面部２ａに形成されたルーバ２ｃの先端と
の間の寸法を言う。

【００２６】なお、本実施形態では、Ｆｐ／２−Ｌｐ×
ｓｉｎ（Ｌａ)をルーバ列間距離ＦＬｐとして採用して
いる。Ｌａはルーバ２ｃの平面部２ａに対する傾斜角度
を示す。

【００２７】次に、本実施形態の作用効果を述べる。

【００２８】図４（ａ）は、熱交換コア部３の厚み寸法
Ｄを３８ｍｍとし、熱交換コア部３を空気の流通方向か
ら見たときのコア高さＨを２１１ｍｍとし、熱交換コア
部３を空気の流通方向から見たときのコア幅寸法２８０
ｍｍとし、凝縮水の接触角θ（図４（ｂ）参照）が４５
°±５°となるように表面に劣化処理を施し、フィン２
のピッチ寸法Ｆｐを２．４〜３．５ｍｍとしたときの、
ルーバ列間距離ＦＬｐとフィン２に保持される保水量及
び飛び散り開始風速との関係を示す試験結果である。

【００２９】因みに、熱交換コア部３の表面は、通常、
排水性の向上させるべく、樹脂により親水性コーティン
グがされているが、経時的には親水性が劣化し、最終的
には、接触角θが約４０°となることが経験的に判明し
ている。

【００３０】そして、図４（ａ）から明らかなように、
ルーバ列間距離ＦＬｐが０．８６ｍｍ以上となると、保
水量が激減するので、ルーバ列間距離ＦＬｐが０．８６
ｍｍ以上とすれば、凝縮水が飛び散ることを未然に防止
することができる。

【００３１】また、ルーバ列間距離ＦＬｐが０．８６ｍ
ｍ以上において、凝縮水が飛び散らせるには、風速を
３．５ｍ／ｓ以上（風量換算で６００ｍ³／ｈ以上）と
する必要があるので、風量が増大しても、実用上、凝縮
水が飛び散ることはない。

【００３２】なお、フィン２の高さ寸法ｈ、すなわちチ
ューブ１間寸法が変化すると、保水量及び飛び散り開始
風速の絶対値が多少変化するものの、ルーバ列間距離Ｆ
Ｌｐに対する保水量及び飛び散り開始風速の増減傾向は
図４に示す傾向をほぼ同じである。したがって、フィン
２のピッチ寸法Ｆｐを３ｍｍ以下として、ルーバ列間距
離ＦＬｐを０．８６ｍｍ以上とすれば、凝縮水が飛び散
ることを未然に防止することができる。

【００３３】また、ルーバ２ｃのピッチ寸法Ｌｐを小さ
くすると、図５に示すように、隣り合うルーバ２ｃ間の
中心間距離Ｌｐが小さくなるので、表面張力によるルー
バ２ｃ間に保持される凝縮水量が低下する。したがっ
て、ルーバ２ｃのピッチ寸法Ｌｐを０．５ｍｍ以上、１
ｍｍ以下として、ルーバ列間距離ＦＬｐを０．８６ｍｍ
以上とすれば、凝縮水が飛び散ることを未然に防止する
ことができる。

【００３４】また、熱交換コア部３の厚み寸法Ｄを５０
ｍｍ以下とし、かつ、フィン２の高さ寸法ｈを７ｍｍ以
下として、ルーバ列間距離ＦＬｐを０．８６ｍｍ以上と
すれば、熱交換コア部３の厚み寸法Ｄを５８ｍｍとし、
かつ、フィン２の高さ寸法ｈを１０ｍｍとした熱交換コ
ア部３と同等の熱交換能力を発揮させながら、凝縮水が
飛び散ることを未然に防止することができることを確認
している。

【００３５】以上に述べたように、本実施形態によれ
ば、熱交換コア部３、すなわち熱交換効率の低下を招く
ことなく蒸発器の小型化を図りつつ、凝縮水が飛び散る
ことを未然に防止することができる。

【００３６】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、車両用空調装置の蒸発器に本発明を適用したが、本
発明の適用はこれに限定されるものではなく、その他の
熱交換器にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る蒸発器の正面図であ
る。

【図２】本発明の実施形態に係る蒸発器に採用されるフ
ィンの説明図である。

【図３】本明細に記載した用語の定義を説明するための
説明図である。

【図４】（ａ）はルーバ列間距離ＦＬｐとフィン２に保
持される保水量及び飛び散り開始風速との関係を示すグ
ラフであり、（ｂ）は接触角θの定義を示す図である。

【図５】「発明が解決しようとする課題」を説明するた
めの説明図である。

【図６】「発明が解決しようとする課題」を説明するた
めの説明図である。

【図７】発生する凝縮水量とコア前面からの寸法との関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…チューブ、２…フィン、３…熱交換コア部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に流体が流れるチューブ（１）の外
表面に設けられ、平面部（２ａ）と隣り合う前記平面部
（２ａ）とを繋ぐ屈曲部（２ｂ）を有して波状に形成さ
れたフィン（２）を備え、前記平面部（２ａ）に鎧窓状のルーバ（２ｃ）が形成さ
れた熱交換器であって、前記フィン（２）のピッチ寸法（Ｆｐ）は３ｍｍ以下で
あり、さらに、前記ルーバ（２ｃ）の先端と、このルーバ（２
ｃ）が形成された前記平面部（２ａ）と隣り合う前記平
面部（２ａ）に形成された前記ルーバ（２ｃ）の先端と
の間の寸法であるルーバ列間距離（ＦＬｐ）は、０．８
６ｍｍ以上であることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】内部に流体が流れるチューブ（１）の外
表面に設けられ、平面部（２ａ）と隣り合う前記平面部
（２ａ）とを繋ぐ屈曲部（２ｂ）を有して波状に形成さ
れたフィン（２）を備え、前記平面部（２ａ）に鎧窓状のルーバ（２ｃ）が形成さ
れた熱交換器であって、前記ルーバ（２ｃ）のピッチ寸法（Ｌｐ）は０．５ｍｍ
以上、１ｍｍ以下であり、さらに、前記ルーバ（２ｃ）の先端と、このルーバ（２
ｃ）が形成された前記平面部（２ａ）と隣り合う前記平
面部（２ａ）に形成された前記ルーバ（２ｃ）の先端と
の間の寸法であるルーバ列間距離（ＦＬｐ）は、０．８
６ｍｍ以上であることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】前記フィン（２）のピッチ寸法（Ｆｐ）
は３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の
熱交換器。
【請求項４】内部に流体が流れるチューブ（１）と、
前記チューブ（１）の外表面に設けられ、平面部（２
ａ）と隣り合う前記平面部（２ａ）とを繋ぐ屈曲部（２
ｂ）を有して波状に形成されたフィン（２）とを備える
熱交換部（３）を具備し、前記平面部（２ａ）に鎧窓状のルーバ（２ｃ）が形成さ
れた熱交換器であって、前記フィン（２）の高さ寸法（ｈ）は７ｍｍ以下であ
り、前記熱交換部（３）の外形寸法のうち、空気の流通方向
と平行な部位の寸法（Ｄ)は５０ｍｍ以下であり、さらに、前記ルーバ（２ｃ）の先端と、このルーバ（２
ｃ）が形成された前記平面部（２ａ）と隣り合う前記平
面部（２ａ）に形成された前記ルーバ（２ｃ）の先端と
の間の寸法であるルーバ列間距離（ＦＬｐ）は、０．８
６ｍｍ以上であることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】前記フィン（２）のピッチ寸法（Ｆｐ）
は３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の
熱交換器。