JP2007278558A - 冷媒放熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】チューブの扁平面に空気流れおよび冷媒流れを撹乱する突起部が形成されている冷媒放熱器において、冷媒の圧力損失に伴う伝熱性能の低下を抑制する。
【解決手段】内部に冷媒が流れ、外部を流れる空気の流れ方向に沿って扁平な断面形状を有するチューブ１１と、チューブ１１の扁平面２０、２１に接合されたフィン１２とを備え、チューブ１１とフィン１２との積層構造により構成された冷媒放熱器において、扁平面２０、２１には、空気が流れる凹形状２０ａ、２１ａを形成する突起部２２、２３が扁平面２０、２１の外面側から内面側に向かって打ち出し成形されており、扁平面２０、２１と直交する方向におけるチューブ１１の外形高さ寸法であるチューブ高さＨが０．８ｍｍ以上、１．９ｍｍ以下の範囲に設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、チューブ内部を流れる冷媒とチューブ外部を流れる空気とを熱交換させる冷媒放熱器に関する。

従来、この種の冷媒放熱器において、空気の流れ方向に沿って扁平な断面形状を有するチューブの扁平面に、空気が流れる凹形状を成形することによって伝熱性能を向上させる熱交換器が特許文献１に記載されている。

この従来技術では、突起部が扁平面に沿って蛇行しながら空気の流れ方向に延びているので、扁平面の外面近傍を流れる空気が突起部に沿って蛇行して流れる。このため、空気流れが撹乱されて、扁平面の外面近傍に温度境界層が発達するのが抑制されるので、空気の熱伝達率を向上させることができる。

また、この従来技術では、扁平面の外面側から内面側に向かって突起部を打ち出し成形することによって凹形状を形成しているので、チューブ内部を流れる冷媒が突起部を乗り越えるように蛇行して流れて撹乱される。このため、扁平面の内面近傍に温度境界層が発達するのが抑制され、冷媒の熱伝達率を向上させることができる。

すなわち、この従来技術では、空気流れおよび冷媒流れを撹乱することによって空気および冷媒の熱伝達率を向上できるので、冷媒放熱器の伝熱性能を向上できる。
特開２００４−３７８７号公報

しかし、この従来技術では、チューブ内部で冷媒が蛇行して流れるので、チューブ内部の流路抵抗が大きくなり、冷媒に圧力損失が発生してしまう。このため、冷媒温度が低下してしまい冷媒温度と空気温度との温度差が減少してしまうので、伝熱性能が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、チューブの扁平面に空気流れおよび冷媒流れを撹乱する突起部が形成されている冷媒放熱器において、冷媒の圧力損失に伴う伝熱性能の低下を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、内部に冷媒が流れ、外部を流れる空気の流れ方向に沿って扁平な断面形状を有するチューブ（１１）と、
チューブ（１１）の扁平面（２０、２１）に接合されたフィン（１２）とを備え、
チューブ（１１）とフィン（１２）との積層構造により構成された冷媒放熱器において、
扁平面（２０、２１）には、空気が流れる凹形状（２０ａ、２１ａ）を形成する突起部（２２、２３）が扁平面（２０、２１）の外面側から内面側に向かって打ち出し成形されており、
扁平面（２０、２１）と直交する方向におけるチューブ（１１）の外形高さ寸法であるチューブ高さ（Ｈ）が０．８ｍｍ以上、１．９ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする。

これによると、チューブ高さ（Ｈ）を大きくすれば、冷媒流路の断面積を大きくしてチューブ内部の流路抵抗を抑制できるので、冷媒の圧力損失を抑制して伝熱性能の低下を抑制できるが、チューブの外形高さ寸法が大きくなりすぎると、チューブ内部の流路抵抗が小さくなりすぎて冷媒がスムーズに流れてしまうので、冷媒の撹乱効果が減少してしまう。

そこで、チューブ高さ（Ｈ）を０．８ｍｍ以上、１．９ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の撹乱効果の減少を抑制しつつ、冷媒の圧力損失を抑制できるので、冷媒の圧力損失に伴う伝熱性能の低下を抑制することができることが本発明者の実験によりわかった（後述の図５を参照）。

本発明は、具体的には、チューブ高さ（Ｈ）を１．０ｍｍ以上、１．６ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の圧力損失に伴う伝熱性能の低下をより抑制することができることが本発明者の実験によりわかった（後述の図５を参照）。

本発明は、より具体的には、チューブ高さ（Ｈ）を１．２ｍｍ以上、１．４ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の圧力損失に伴う伝熱性能の低下を一層抑制することができることが本発明者の実験によりわかった（後述の図５を参照）。

本発明は、具体的には、突起部（２２、２３）が複数個、冷媒の流れ方向に並んで成形されており、
冷媒の流れ方向における突起部（２２、２３）相互の間隔である突起部ピッチ（Ｐ）が１．０ｍｍ以上、６．５ｍｍ以下の範囲に設定されている。

これによると、突起部ピッチ（Ｐ）が小さすぎると突起部（２２、２３）の個数が多すぎて冷媒が過剰に撹乱されてしまい、逆に、突起部ピッチ（Ｐ）が大きすぎると突起部（２２、２３）の個数が少なすぎて冷媒が十分に撹乱されないので、突起部ピッチ（Ｐ）を１．０ｍｍ以上、６．５ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の撹乱効果を効果的に発揮して、伝熱性能を向上できることが本発明者の実験によりわかった（後述の図６を参照）。

本発明は、より具体的には、突起部ピッチ（Ｐ）を１．６ｍｍ以上、５．７ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の撹乱効果をより効果的に発揮して、伝熱性能を向上できることが本発明者の実験によりわかった（後述の図６を参照）。

本発明は、より具体的には、突起部ピッチ（Ｐ）を２．３ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の撹乱効果を一層効果的に発揮して、伝熱性能を向上できることが本発明者の実験によりわかった（後述の図６を参照）。

また、本発明は、より具体的には、扁平面（２０、２１）と直交する方向におけるフィン（１２）の高さ寸法であるフィン高さ（Ｆ）が２．０ｍｍ以上、９．０ｍｍ以下の範囲に設定されている。

これによると、フィン高さ（Ｆ）が小さすぎるとフィン（１２）の伝熱面積が小さすぎてフィン（１２）での放熱量が減少してしまい、逆に、フィン高さ（Ｆ）が大きすぎるとフィン効率が低下してフィン（１２）での放熱量が減少してしまうので、フィン高さ（Ｆ）を２．０ｍｍ以上、９．０ｍｍ以下の範囲に設定すれば、フィン（１２）によって効果的に放熱でき、伝熱性能を向上できることが本発明者の実験によりわかった（後述の図７を参照）
本発明は、より具体的には、フィン高さ（Ｆ）を３．０ｍｍ以上、７．３ｍｍ以下の範囲に設定すれば、フィン（１２）によってより効果的に放熱でき、伝熱性能を向上できることが本発明者の実験によりわかった（後述の図７を参照）。

本発明は、より具体的には、フィン高さ（Ｆ）を４．０ｍｍ以上、６．０ｍｍ以下の範囲に設定すれば、フィン（１２）によって一層効果的に放熱でき、伝熱性能を向上できることが本発明者の実験によりわかった（後述の図７を参照）。

また、本発明は、具体的には、突起部（２２、２３）が、扁平面（２０、２１）のうち空気の流れ方向全域にわたって連続して成形されているので、突起部（２２、２３）に空気をより導くことができる。このため、空気の撹乱効果をより発揮して、伝熱性能をより向上できる。

本発明は、より具体的には、チューブ（１１）を、一方の扁平面（２０）側の第１部材（１１ａ）と他方の扁平面（２１）側の第２部材（１１ｂ）との接合によって形成することができる。

本発明は、より具体的には、第１部材（１１ａ）と第２部材（１１ｂ）とを同一形状の部材にすれば、チューブ（１１）の生産性を向上でき、チューブ（１１）の製造コストを抑制できる。

また、本発明は、具体的には、突起部（２２、２３）を、扁平面（２０、２１）に沿って蛇行しながら空気の流れ方向に延びる曲線状に成形すれば空気の撹乱効果を効果的に発揮できる。

また、本発明は、具体的には、チューブ（１１）の内部には、チューブ（１１）の内部空間を空気の流れ方向に仕切る仕切り部（３１）が配置されており、
チューブ（１１）が仕切り部（３１）とともに一体成形されている。

これによると、仕切り部（３１）がチューブ（１１）の補強部材としての役割を果たすので、チューブ（１１）の耐圧強度を高めることができる。

また、本発明は、具体的には、突起部（２２、２３）を、扁平面（２０、２１）に沿って空気の流れ方向に対して斜めの方向に延びる直線状に成形してもよい。

また、本発明は、具体的には、突起部（２２、２３）を、扁平面（２０、２１）に沿って冷媒の流れ方向一方側から他方側へＶ字状に分かれて延びる形状に成形してもよい。

また、本発明は、具体的には、突起部（２２、２３）を、扁平面（２０、２１）に沿って網目状に成形してもよい。

また、本発明は、具体的には、突起部（２２、２３）が延びる方向と直交する方向側における突起部（２２、２３）の縁部（２２ａ、２３ａ）が急峻な角形状を有しているようにすることができる。

また、本発明は、具体的には、突起部（２２、２３）が延びる方向と直交する方向側における突起部（２２、２３）の縁部（２２ａ、２３ａ）が滑らかな曲面形状を有しているようにしてもよい。

また、本発明は、具体的には、フィン（１２）が薄板材を波状に曲げ成形したコルゲートフィンで構成されており、
フィン（１２）のうち扁平面（２０、２１）と接合する部位（１２ａ、１２ｂ）が平坦状に形成されている。

これにより、チューブ（１１）とフィン（１２）とが面接触するので、チューブ（１１）とフィン（１２）との接触面積を増加させることができる。このため、フィン（１２）での放熱量をより増加できるので、伝熱性能をより向上できる。

本発明は、より具体的には、フィン（１２）は、空気の流れと対向するように切り起こされたルーバ（１２ｅ、１２ｆ）が形成されている。

これにより、フィン（１２）での放熱量をさらに増加できるので、伝熱性能をさらに向上できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。図１は本発明による熱交換器１０の全体構造を示す斜視図である。

本実施形態の熱交換器１０は、車両用空調装置の冷凍サイクルの冷媒凝縮器（コンデンサ）として使用されるものであり、車両のエンジンルーム内の車両の走行風を受ける場所に配置されている。

図１に示すように、この熱交換器１０は、冷媒流路を構成する複数の扁平状チューブ１１と複数のコルゲートフィン（以下フィンと略す）１２との組み合わせからなり、内部を流れる冷媒と外部を通過する空気とを熱交換させる熱交換部１３を有し、この熱交換部１３のチューブ１１の長手方向両端部にタンク部１４、１５を配置する構成になっている。

タンク部１４、１５は、チューブ１１への冷媒分配、あるいはチューブ１１からの冷媒集合を行うものである。両タンク部１４、１５の長手方向両端部には、両タンク部１４、１５を結合して熱交換器１０の矩形状の外形を保持するサイドプレート１６、１７がチューブ１１と平行にそれぞれ配置される。

これらの複数のチューブ１１、複数のフィン１２および両タンク部１４、１５は一体ろう付けにより接合されている。

両タンク部１４、１５はアルミニウム合金等の金属からなる円筒状容器で、両タンク部１４、１５の長手方向に並んで形成された複数の挿通穴（図示せず）からタンク内部に複数のチューブ１１の端部が挿入されている。

一方のタンク部１４のうち長手方向一端側（図１の下端側）部位には、冷凍サイクルの圧縮機（図示せず）から吐出される高温高圧の冷媒をタンク内部に導入するための入口配管（図示せず）が接続される接続ブロック１４ａがろう付けにより接合されている。一方のタンク部１４の長手方向一端部（図１の下端部）には、熱交換器１０を車体に取り付けるための係合突起１４ｂが設けられている。

他方のタンク部１５のうち長手方向一端側（図１の上端側）部位には、タンク内部から冷凍サイクルの膨張弁（図示せず）側へ液相冷媒を流出させるための出口配管（図示せず）が接続される接続ブロック１５ａがろう付けにより接合されている。他方のタンク部１５の長手方向他端部（図１の下端部）には、熱交換器１０を車体に取り付けるための係合突起１５ｂが設けられている。

次に、熱交換部１３について図２に基づいて詳細に説明する。図２は熱交換部１３の主要構造を示す要部斜視図である。

複数のチューブ１１の扁平面２０、２１は空気流れ方向に沿って形成されている。この扁平面２０、２１と直交する方向にチューブ１１とフィン１２とが積層されて熱交換部１３が構成されている。したがって、チューブ１１の扁平面２０、２１とフィン１２とが接合されている。

なお、本例では、扁平面２０、２１と直交する方向におけるチューブ１１の外形高さ寸法（以下、この寸法をチューブ高さと呼ぶ。）Ｈを０．８ｍｍ以上、１．９ｍｍ以下の範囲に設定している。また、扁平面２０、２１と直交する方向におけるフィン１２の高さ寸法（以下、この寸法をフィン高さと呼ぶ。）Ｆを２．０ｍｍ以上、９．０ｍｍ以下の範囲に設定している。

この複数のチューブ１１の扁平面２０、２１にはそれぞれ、空気が流れる凹形状２０ａ、２１ａを形成する複数の突起部２２、２３が扁平面２０、２１の外面側から内面側に向かって打ち出し成形されている。

より具体的には、複数の突起部２２、２３は、チューブ１１の扁平面２０、２１に沿って一定の幅で蛇行しながら空気流れ方向に延びる曲線形状にて、空気流れ方向（チューブ１１の短手方向）全域にわたって連続して形成されている。なお、本実施形態では、一方の扁平面２０側の突起部２２と他方の扁平面２１側の突起部２３とが互いに同一形状になっている。

突起部２２、２３の突出頂部（凹形状２０ａ、２１ａの底部）は平坦面を形成し、突起部２２、２３が延びる方向と直交する方向における突起部２２、２３の縁部２２ａ、２３ａは円弧状に面取りされている。

突起部２２、２３は複数個、冷媒流れ方向（チューブ１１の長手方向）に並んで成形されている。本例では、冷媒流れ方向における突起部２２、２３相互の間隔である突起部ピッチＰを１．０ｍｍ以上、６．５ｍｍ以下の範囲に設定している。

本実施形態では、一方の扁平面２０側の突起部２２と他方の扁平面２１側の突起部２３とが冷媒流れ方向にずれて形成されているので、一方の扁平面２０側の突起部２２と他方の扁平面２１側の突起部２３は蛇行形状の頂点部２２ｂ、２３ｂのみで互いに重合している。

この突起部２２、２３の頂点部２２ｂ、２３ｂは扁平面２０、２１の内面側に向かって一段と突出した段差状になっており、頂点部２２ｂ、２３ｂ同士が接触して接合されている。

また、突起部２２、２３のうち空気流れ方向における両端部２２ｃ、２３ｃも扁平面２０、２１の内面側に向かって一段と突出した段差状になっているので、両端部２２ｃ、２３ｃ同士も接触して接合されている。

本例では、突起部２２、２３の頂点部２２ｂ、２３ｂおよび両端部２２ｃ、２３ｃに形成される段差の高さ寸法を０．６５ｍｍに設定している。

図３（ａ）、（ｂ）はチューブ１１の形成方法の一例を示す斜視図である。図３（ａ）に示すように、チューブ１１は、アルミニウム合金等からなる金属薄板を成形ローラ２４、２５でロール成形して凸凹形状を付けた後に、図３（ｂ）に示すように、中央部で折り曲げて貼り合わせるように接合することによって形成される。なお、ロール成形ではなく、プレス成形によって金属薄板に凸凹形状を付けてもよい。

図４はチューブ１１の形成方法の他の例を示す斜視図である。図４に示すように、チューブ１１を一方の扁平面２０側の第１部材１１ａと他方の扁平面２１側の第２部材１１ｂとの接合により形成してもよい。

より具体的には、２つの金属薄板にそれぞれ凸凹形状を付けることによって一方の扁平面２０側の第１部材１１ａと他方の扁平面２１側の第２部材１１ｂとを形成し、この第１、第２部材１１ａ、１１ｂを貼り合わせるように接合することによりチューブ１１を形成できる。

本実施形態では突起部２２、２３が互いに同一形状であるので、２つの金属薄板に付ける凸凹形状も同一形状になる。このため、第１、第２部材１１ａ、１１ｂを同一形状の部材にできるので、チューブ１１の生産性を向上でき、チューブ１１の製造コストを抑制できる。

チューブ１１の内部には図２の矢印Ａに示すように複雑に蛇行した冷媒流路が形成される。より具体的には、チューブ１１の扁平面２０、２１に複数の突起部２２、２３を打ち出し成形しているので、冷媒流路が扁平面２０、２１と直交する方向に蛇行している。

さらに、突起部２２、２３の頂点部２２ｂ、２３ｂ同士が接合されているので、冷媒流路が頂点部２２ｂ、２３ｂで扁平面２０、２１に沿う方向に分岐する。そして、頂点部２２ｂ、２３ｂで分岐した冷媒流路は頂点部２２ｂ、２３ｂ以外で再び合流する。この分岐と合流との繰り返しにより冷媒流路が扁平面２０、２１に沿う方向に蛇行している。

複数のフィン１２は、アルミニウム合金等からなる薄板材を矩形波状に曲げ成形したコルゲートフィンで構成されている。したがって、フィン１２のうちチューブ１１の扁平面２０、２１と接合する接合部１２ａ、１２ｂが平坦状に形成されている。

フィン１２のうちチューブ１１の扁平面２０、２１と直交する方向に延びる平坦面１２ｃ、１２ｄには、空気流れと対向するように切り起こされたルーバ１２ｅ、１２ｆが多数個形成されている。

次に、上記構成において、本実施形態の作動を簡単に説明する。圧縮機（図示せず）から吐出された高温高圧の冷媒は、接続ブロック１４ａより熱交換器１０内部に流入し一方のタンク部１４で各チューブ１１に分配されて各チューブ１１内に流入する。

各チューブ１１内を流れる冷媒は、チューブ１１の全面およびチューブ１１の扁平面２０、２１側の外面に接合されているフィン１２の全面に熱を伝える。この熱がチューブ１１の外面側において冷媒流れ方向と略直交する方向に流れる空気に伝達されて冷媒が凝縮液化する。凝縮液化した液相冷媒は、各チューブ１１から他方のタンク部１５に流入して集合され、接続ブロック１５ａより熱交換器１０外部へと流出し膨張弁（図示せず）側へと流れる。

次に、熱交換器１０の熱交換部１３における冷媒と空気との間の熱交換作用を詳細に説明する。図２の矢印Ａに示すように、チューブ１１内部を流れる冷媒は複雑に蛇行しながら流れるので冷媒流れが撹乱される。このため、冷媒の熱伝達率が向上するので、伝熱性能を向上できる。

一方、チューブ１１外部を流れる空気のうちチューブ１１の扁平面２０、２１から離れた領域を流れる空気は矢印Ｂのようにフィン１２に沿って流れ、フィン１２の熱を奪ってフィン１２を冷却した後にフィン１２の空気流れ下流側へ流出する。

チューブ１１外部を流れる空気のうちチューブ１１の扁平面２０、２１近傍を流れる空気はチューブ１１の熱を奪ってチューブ１１を冷却した後にチューブ１１の空気流れ下流側へ流出する。

このとき、矢印Ｃのように空気が扁平面２０、２１の凹形状２０ａ、２１ａ内を蛇行して流れることにより空気流れが撹乱されるので、空気側の熱伝達率を向上することができる。

また、空気が凹形状２０ａ、２１ａに流入する際に生じる縮流によって空気側の熱伝達率を向上することができる。さらに、凹形状２０ａ、２１ａによって空気側の伝熱面積を拡大できるので、チューブ１１から空気への放熱量を増加させることができる。

図５は、本実施形態においてチューブ高さＨと伝熱性能Ｑとの関係を示すグラフである。ここで、伝熱性能Ｑとは、周知のように次の数式（１）で表されるものである。

Ｑ＝φ・Ｃｐ・ρ・Ｗａ（Ｔｒ−Ｔａ）…（１）
ここで、φは熱交換器１０の温度効率、Ｃｐは空気比熱、ρは空気密度、Ｗａは空気風量、Ｔｒは冷媒温度、および、Ｔａは空気入口温度である。

この図５に示すグラフは、突起部ピッチＰを３．６ｍｍ、フィン高さＦを５．０ｍｍに設定した熱交換器１０での測定結果である。また、図５の縦軸は、チューブ高さＨが０．８ｍｍおよび１．９ｍｍのときの伝熱性能Ｑを１００％としている。

図５からわかるように、本実施形態では、チューブ高さＨが１．３ｍｍのときに伝熱性能Ｑが最大になる。すなわち、チューブ高さＨを１．３ｍｍよりも低くするにつれて、チューブ１１内部の冷媒流路面積が減少するので冷媒流速が増加する。このため、冷媒の圧力損失が増大して冷媒圧力が低下してしまうので、冷媒温度Ｔｒが低下して冷媒温度Ｔｒと空気入口温度Ｔａとの温度差が減少してしまう。この結果、数式（１）で表される伝熱性能Ｑが減少してしまう。

一方、チューブ高さＨを１．３ｍｍよりも高くするにつれて、チューブ１１内部の冷媒流路面積が増加するので、冷媒がスムーズに流れて冷媒の撹乱効果が減少する。このため、冷媒の熱伝達率が低下してしまう。そして、周知のように、冷媒の熱伝達率が低下すると熱交換器１０の温度効率φが低下するので、数式（１）で表される伝熱性能Ｑが減少してしまう。

このため、チューブ高さＨを０．８ｍｍ以上、１．９ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の撹乱効果の減少を抑制しつつ、冷媒の圧力損失を抑制できるので、冷媒の圧力損失に伴う伝熱性能Ｑの低下を抑制することができることがわかった。

また、チューブ高さＨを１．０ｍｍ以上、１．６ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の圧力損失に伴う伝熱性能Ｑの低下をより抑制することができることがわかった。

さらに、チューブ高さＨを１．２ｍｍ以上、１．４ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の圧力損失に伴う伝熱性能Ｑの低下を一層抑制することができることがわかった。

図５中の一点鎖線は比較例であり、この比較例は本実施形態に対して突起部２２、２３を廃止したものである。比較例では、チューブ高さＨが１．２ｍｍのときに伝熱性能Ｑが最大になり、チューブ高さＨを１．２ｍｍよりも低くまたは高くするにつれて、上述と同様の理由で伝熱性能Ｑが減少してしまう。

本実施形態では突起部２２、２３を形成することによって伝熱性能Ｑが比較例よりも向上する。また、本実施形態では伝熱性能Ｑが最大となるチューブ高さＨが比較例よりも大きくなる。具体的には、比較例では、チューブ高さＨが１．２ｍｍのときに伝熱性能Ｑが最大になるのに対して、本実施形態ではチューブ高さＨが１．３ｍｍのときに伝熱性能Ｑが最大になる。

これは、本実施形態では突起部２２、２３によって冷媒が撹乱されるので、本実施形態と比較例とでチューブ高さＨが同一であれば、本実施形態における冷媒の圧力損失が比較例における冷媒の圧力損失よりも大きくなるためである。

なお、図５では突起部ピッチＰを３．６ｍｍ、フィン高さＦを５．０ｍｍに設定しているが、これに対して突起部ピッチＰおよびフィン高さＦを変更すると伝熱性能Ｑが全体的に若干低下するものの、チューブ高さＨと伝熱性能Ｑとの関係については図５と同様の傾向を示す。すなわち、チューブ高さＨが約１．３ｍｍのとき伝熱性能Ｑが最大となり、チューブ高さＨを約１．３ｍｍよりも低くまたは高くするにつれて伝熱性能Ｑが減少する。

図６は、本実施形態において突起部ピッチＰと伝熱性能Ｑとの関係を示すグラフである。この図６に示すグラフは、チューブ高さＨを１．３ｍｍ、フィン高さＦを５．０ｍｍに設定した熱交換器１０での測定結果である。また、図６の縦軸は、突起部ピッチＰが１．０ｍｍおよび６．５ｍｍのときの伝熱性能Ｑを１００％としている。

図６からわかるように、本実施形態では、突起部ピッチＰが３．６ｍｍのときに熱交換器１０の伝熱性能Ｑが最大になる。すなわち、突起部ピッチＰを３．６ｍｍよりも小さくするにつれて、チューブ１１に形成される突起部２２、２３の個数が多くなるので冷媒の撹乱効果が増大して冷媒の圧力損失が増大する。このため、冷媒圧力が低下してしまうので、冷媒温度Ｔｒと空気入口温度Ｔａとの温度差が減少してしまい、伝熱性能Ｑが減少してしまう。

一方、突起部ピッチＰを３．６ｍｍよりも大きくするにつれて、チューブ１１に形成される突起部２２、２３の個数が少なくなるので冷媒の撹乱効果が減少して冷媒流れが自然対流に近くなる。このため、冷媒の熱伝達率が低下してしまうので、熱交換器１０の温度効率φが低下して伝熱性能Ｑが減少してしまう。

このため、突起部ピッチＰを１．０ｍｍ以上、６．５ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の撹乱効果を効果的に発揮して、伝熱性能Ｑを向上できることがわかった。

また、突起部ピッチＰを１．６ｍｍ以上、５．７ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の撹乱効果をより効果的に発揮して、伝熱性能Ｑを向上できることがわかった。

さらに、突起部ピッチＰが２．３ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下の範囲に設定すれば、冷媒の撹乱効果を一層効果的に発揮して、伝熱性能Ｑを向上できることがわかった。

なお、図６ではチューブ高さＨを１．３ｍｍ、フィン高さＦを５．０ｍｍに設定しているが、これに対してチューブ高さＨおよびフィン高さＦを変更すると伝熱性能Ｑが全体的に若干低下するものの、チューブ高さＨと伝熱性能Ｑとの関係については図６と同様の傾向を示す。すなわち、突起部ピッチＰが約３．６ｍｍのとき伝熱性能Ｑが最大となり、突起部ピッチＰを約３．６ｍｍよりも小さくまたは大きくするにつれて伝熱性能Ｑが減少する。

また、本実施形態では、突起部２２、２３のうちチューブ１１の短手方向における両端部２２ｃ、２３ｃがチューブ１１の内面側に向かって一段と窪んだ段差状になっているので、突起部２２、２３を流れる空気の流れをさらに撹乱することができる。このため、空気側の熱伝達率をさらに向上することができる。

図７は、本実施形態においてフィン高さＦと伝熱性能Ｑとの関係を示すグラフである。この図６に示すグラフは、チューブ高さＨおよび突起部ピッチＰを最適値に設定した熱交換器１０での測定結果である。具体的には、チューブ高さＨを１．３ｍｍ、突起部ピッチＰを３．６ｍｍに設定している。また、図７の縦軸は、フィン高さＦが２ｍｍおよび９ｍｍのときの伝熱性能Ｑを１００％としている。

図７からわかるように、本実施形態では、フィン高さＦが５．０ｍｍのときに熱交換器１０の伝熱性能Ｑが最大になる。すなわち、フィン高さＦを３．６ｍｍよりも小さくするにつれて、伝熱面積が減少するので熱交換器１０の温度効率φが低下して伝熱性能Ｑが減少してしまう。

一方、フィン高さＦを５．０ｍｍよりも大きくするにつれて、伝熱面積が過剰になってフィン効率が低下するので熱交換器１０の温度効率φが低下して伝熱性能Ｑが減少してしまう。

このため、フィン高さＦを２．０ｍｍ以上、９．０ｍｍ以下の範囲に設定すれば、フィン１２によって効果的に放熱でき、伝熱性能Ｑを向上できることがわかった。

また、フィン高さＦを３．０ｍｍ以上、７．３ｍｍ以下の範囲に設定すれば、フィン１２によってより効果的に放熱でき、伝熱性能Ｑを向上できることがわかった。

さらに、フィン高さＦを４．０ｍｍ以上、６．０ｍｍ以下の範囲に設定すれば、フィン１２によって一層効果的に放熱でき、伝熱性能Ｑを向上できることがわかった。

なお、図７ではチューブ高さＨを１．３ｍｍ、突起部ピッチＰを３．６ｍｍに設定しているが、これに対してチューブ高さＨおよび突起部ピッチＰを変更すると伝熱性能Ｑが全体的に若干低下するものの、チューブ高さＨと伝熱性能Ｑとの関係については図７と同様の傾向を示す。すなわち、フィン高さＦが約５．０ｍｍのとき伝熱性能Ｑが最大となり、フィン高さＦを約５．０ｍｍよりも小さくまたは大きくするにつれて伝熱性能Ｑが減少する。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、フィン１２の平坦面１２ｃ、１２ｄにルーバ１２ｅ、１２ｆを多数個形成しているが、本第２実施形態では、図８に示すように、ルーバ１２ｅ、１２ｆを廃止している。

図８は本実施形態による熱交換部１３の主要構造を示す要部斜視図である。このように、ルーバ１２ｅ、１２ｆが形成されていないフィン１２を用いると、フィン１２の放熱性が若干低下するので上記第１実施形態と比較して伝熱性能Ｑが若干低下するものの、チューブ１１の構成は上記第１実施形態と同様であるので、上記第１実施形態とほぼ同等の効果を発揮することができる。

このため、チューブ高さＨ、突起部ピッチＰまたはフィン高さＦと伝熱性能Ｑとの関係については、上記第１実施形態と比較して伝熱性能Ｑが全体的に若干低下するものの、上記第１実施形態と同様の傾向を示すことがわかった。

（第３実施形態）
上記第２実施形態では、突起部２２、２３の縁部２２ａ、２３ａを円弧状に面取りしているが、本第２実施形態では、図９に示すように、突起部２２、２３の縁部２２ａ、２３ａを円弧状に面取りすることなく急峻な角形状にしている。

図９は本実施形態による熱交換部１３の主要構造を示す要部斜視図である。このように突起部２２、２３の縁部２２ａ、２３ａを面取りすることなく急峻な角形状にしても、上記第２実施形態と同様の効果を発揮することができる。このため、チューブ高さＨ、突起部ピッチＰまたはフィン高さＦと伝熱性能Ｑとの関係については上記第２実施形態と同様の傾向を示すことがわかった。

（第４実施形態）
上記第３実施形態では、チューブ１１の突起部２２、２３を蛇行した曲線形状に形成しているが、本第４実施形態では、図１０に示すように、突起部２２、２３を直線形状に形成している。

図１０は本実施形態による熱交換部１３の主要構造を示す要部斜視図である。突起部２２、２３は、扁平面２０、２１に沿って一定の幅で空気流れ方向に対して斜めの方向に延びる直線形状に形成されている。

本実施形態においても一方の扁平面２０側の突起部２２と他方の扁平面２１側の突起部２３とが互いに同一形状になっているが、突起部２２、２３は互いに平行ではなく、所定角度で互いに交差するように形成されている。このため、チューブ１１内部に複雑に蛇行した冷媒流路が形成される。

一方、チューブ１１の扁平面２０、２１近傍を流れる空気は凹形状２０ａ、２１ａで偏向して撹乱されるので、空気側の熱伝達率を向上することができる。

このように、突起部２２、２３を扁平面２０、２１に沿って空気流れ方向に対して斜めの方向に延びる直線形状に形成しても、上記第３実施形態と同様の効果を発揮することができる。このため、チューブ高さＨ、突起部ピッチＰまたはフィン高さＦと伝熱性能Ｑとの関係については上記第３実施形態と同様の傾向を示すことがわかった。

（第５実施形態）
上記第３実施形態では、チューブ１１の突起部２２、２３を蛇行した曲線形状に形成しているが、本第５実施形態では、図１１に示すように、突起部２２、２３を扁平面２０、２１に沿って冷媒流れ方向一方側から他方側へ一定の幅でＶ字状に分かれて延びる形状に形成している。

図１１は本実施形態による熱交換部１３の主要構造を示す要部斜視図である。本実施形態においても一方の扁平面２０側の突起部２２と他方の扁平面２１側の突起部２３とが互いに同一形状になっているが、突起部２２のうちＶ字状に分かれて延びる先端部と突起部２３のうちＶ字状に分かれて延びる先端部とが互いに対向するように形成されている。

このため、突起部２２、２３が所定角度で互いに交差するので、チューブ１１内部には複雑に蛇行した冷媒流路が形成される。

一方、チューブ１１の扁平面２０、２１近傍を流れる空気は凹形状２０ａ、２１ａで偏向して撹乱されるので、空気側の熱伝達率を向上することができる。

このように、突起部２２、２３を扁平面２０、２１に沿って冷媒流れ方向一方側から他方側へＶ字状に分かれて延びる形状に形成しても、上記第３実施形態と同様の効果を発揮することができる。このため、チューブ高さＨ、突起部ピッチＰまたはフィン高さＦと伝熱性能Ｑとの関係については上記第３実施形態と同様の傾向を示すことがわかった。

（第６実施形態）
上記第３実施形態では、チューブ１１の突起部２２、２３を空気流れ方向（チューブ１１の短手方向）全域にわたって連続して形成しているが、本第６実施形態では、図１２に示すように、突起部２２、２３が空気流れ方向で途切れている。

図１２は本実施形態による熱交換部１３の主要構造を示す要部斜視図である。本実施形態では、突起部２２、２３がチューブ１１の空気流れ方向下流側端部で途切れている。

なお、空気流れ方向下流側端部のみならず、空気流れ方向上流側端部や、空気流れ方向中央部で突起部２２、２３が途切れるようにしてもよい。また、複数の突起部２２、２３の途切れる部位が全て同一である必要はなく、途切れる部位が異なる突起部２２、２３を適宜組み合わせてもよい。

本実施形態においても、上記第３実施形態と同様に、突起部２２、２３によって冷媒流れおよび空気流れの撹乱効果を発揮するので、上記第３実施形態と同様の効果を発揮することができる。このため、チューブ高さＨ、突起部ピッチＰまたはフィン高さＦと伝熱性能Ｑとの関係については上記第３実施形態と同様の傾向を示すことがわかった。

（第７実施形態）
上記第３実施形態では、チューブ１１の突起部２２、２３を蛇行した曲線形状に形成しているが、本第７実施形態では、図１３に示すように、突起部２２、２３を扁平面２０、２１に沿って網目状に形成している。

図１３は本実施形態による熱交換部１３の主要構造を示す要部斜視図である。本実施形態においても、チューブ１１内部には複雑に蛇行した冷媒流路が形成される。一方、扁平面２０、２１の外面には網目状の凹形状２０ａ、２１ａが形成されるので、凹形状２０ａ、２１ａ内を流れる空気が分岐、合流を繰り返して撹乱される。このため、空気側の熱伝達率を向上することができる。

このように、突起部２２、２３を扁平面２０、２１に沿って網目状に形成しても、上記第３実施形態と同様の効果を発揮することができる。このため、チューブ高さＨ、突起部ピッチＰまたはフィン高さＦと伝熱性能Ｑとの関係については上記第３実施形態と同様の傾向を示すことがわかった。

（第８実施形態）
上記各実施形態では、金属薄板をロール成形して凸凹形状を付けた後に、中央部で折り曲げて貼り合わせるように接合することによってチューブ１１を形成しているが、本第８実施形態では、図１５に示すように、チューブ１１を接合することなく一体成形している。

図１４は本実施形態による熱交換部１３の主要構造を示す要部斜視図である。本実施形態では、チューブ１１の扁平面２０、２１の内面間にはチューブ１１の内部空間をチューブ幅方向（空気流れ方向）に仕切る複数の仕切り部３１が、扁平面２０、２１と直交する方向に延びる平板状に形成されている。したがって、チューブ１１の内部には複数の冷媒流路がチューブ幅方向（空気流れ方向）に並んで形成されている。

本実施形態ではチューブ１１の扁平面２０、２１の突起部２２、２３を、上記第３実施形態の突起部２２、２３と同様の蛇行形状に形成しているが、本実施形態では突起部２２、２３の頂点部２２ｂ、２３ｂおよび両端部２２ｃ、２３ｃに段差を設けていない点が上記第３実施形態と異なる。

図１５は本実施形態によるチューブ１１の形成方法を示す斜視図である。まず、内部に複数の仕切り部３１を有する扁平多穴チューブ３０が雄型ダイス（図示せず）と雌型ダイス（図示せず）とを組み合わせた複合型の押し出し成形用ダイスを用いた押し出し形成方法によって一体成形される。

そして、扁平多穴チューブ３０を、一対の成形ローラ３２、３３によってロール成形して所定の凹凸形状を付ける。複数の仕切り部３１は凹凸形状を成形後も残るので、複数の仕切り部３１によってチューブ１１の内部空間を幅方向（空気流れ方向）に仕切ることができる。なお、ロール成形ではなく、プレス成形によって所定の凹凸形状を付けてもよい。

このように、チューブ１１を形成しても、上記第３実施形態と同様の効果を発揮することができる。このため、チューブ高さＨ、突起部ピッチＰまたはフィン高さＦと伝熱性能Ｑとの関係については上記第３実施形態と同様の傾向を示すことがわかった。

また、本実施形態では、チューブ１１の内部に複数の仕切り部３１がチューブ１１と一体に形成されているので、チューブ１１の耐圧強度を高めることができる。

（第９実施形態）
上記第８実施形態では、突起部２２、２３を蛇行した曲線形状に形成しているが、本第９実施形態では、図１６に示すように、突起部２２、２３を上記第４実施形態の突起部２２、２３と同様の直線形状に形成している。

このように、チューブ１１を形成しても、上記第８実施形態と同様の効果を発揮することができる。このため、チューブ高さＨ、突起部ピッチＰまたはフィン高さＦと伝熱性能Ｑとの関係については上記第８実施形態と同様の傾向を示すことがわかった。

また、本実施形態においても、上記第８実施形態と同様に、チューブ１１の内部に複数の仕切り部３１が形成されているので、チューブ１１の耐圧強度を高めることができる。

なお、突起部２２、２３を上記第１、第２、第５〜第７実施形態の突起部２２、２３と同様の形状に形成してもよい。

（他の実施形態）
なお、上記第１〜第６、第８、第９実施形態では、突起部２２、２３が扁平面２０、２１に沿って一定の幅で延びているが、必ずしも一定の幅である必要はなく、突起部２２、２３の幅が適宜変化していてもよい。

また、上記各実施形態では本発明を冷媒凝縮器に適用した例を示しているが、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルに適用される冷媒放熱器にも本発明を適用することができる。

本発明の第１実施形態による熱交換器の全体構造を示す斜視図である。 図１の熱交換器の熱交換部の主要構造を示す要部斜視図である。 （ａ）はチューブに凹凸形状を付ける様子を示す斜視図であり、（ｂ）はチューブを折りまげて接合する様子を示す斜視図である。 チューブの形成方法の他の例を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態においてチューブ高さと空気側の放熱能力との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態において突起部ピッチと空気側の放熱能力との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態においてフィン高さと空気側の放熱能力との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態による熱交換器の主要構造を示す要部斜視図である。 本発明の第３実施形態による熱交換器の主要構造を示す要部斜視図である。 本発明の第４実施形態による熱交換器の主要構造を示す要部斜視図である。 本発明の第５実施形態による熱交換器の主要構造を示す要部斜視図である。 本発明の第６実施形態による熱交換器の主要構造を示す要部斜視図である。 本発明の第７実施形態による熱交換器の主要構造を示す要部斜視図である。 本発明の第８実施形態による熱交換器の主要構造を示す要部斜視図である。 第８実施形態によるチューブの形成方法を示す斜視図である。 本発明の第９実施形態による熱交換器の主要構造を示す要部斜視図である。

符号の説明

１１…チューブ、１２…フィン、１２ａ、１２ｂ…接合部、１２ｅ、１２ｆ…ルーバ、
２５…突出部、２０、２１…扁平面、２０ａ、２１ａ…凹形状、２２、２３…突起部、
２２ａ、２２ｂ…縁部、Ｆ…フィン高さ、Ｈ…チューブ高さ、Ｐ…突起部ピッチ。

Claims (21)

1. 内部に冷媒が流れ、外部を流れる空気の流れ方向に沿って扁平な断面形状を有するチューブ（１１）と、
   前記チューブ（１１）の扁平面（２０、２１）に接合されたフィン（１２）とを備え、
   前記チューブ（１１）と前記フィン（１２）との積層構造により構成された冷媒放熱器において、
   前記扁平面（２０、２１）には、前記空気が流れる凹形状（２０ａ、２１ａ）を形成する突起部（２２、２３）が前記扁平面（２０、２１）の外面側から内面側に向かって打ち出し成形されており、
   前記扁平面（２０、２１）と直交する方向における前記チューブ（１１）の外形高さ寸法であるチューブ高さ（Ｈ）が０．８ｍｍ以上、１．９ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする冷媒放熱器。
2. 前記チューブ高さ（Ｈ）が１．０ｍｍ以上、１．６ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の冷媒放熱器。
3. 前記チューブ高さ（Ｈ）が１．２ｍｍ以上、１．４ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の冷媒放熱器。
4. 前記突起部（２２、２３）が複数個、前記冷媒の流れ方向に並んで成形されており、
   前記冷媒の流れ方向における前記突起部（２２、２３）相互の間隔である突起部ピッチ（Ｐ）が１．０ｍｍ以上、６．５ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷媒放熱器。
5. 前記突起部ピッチ（Ｐ）が１．６ｍｍ以上、５．７ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の冷媒放熱器。
6. 前記突起部ピッチ（Ｐ）が２．３ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項５に記載の冷媒放熱器。
7. 前記扁平面（２０、２１）と直交する方向における前記フィン（１２）の高さ寸法であるフィン高さ（Ｆ）が２．０ｍｍ以上、９．０ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換器。
8. 前記フィン高さ（Ｆ）が３．０ｍｍ以上、７．３ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記フィン高さ（Ｆ）が４．０ｍｍ以上、６．０ｍｍ以下の範囲に設定されていることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記突起部（２２、２３）が、前記扁平面（２０、２１）のうち前記空気の流れ方向全域にわたって連続して成形されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の冷媒放熱器。
11. 前記チューブ（１１）が、一方の扁平面（２０）側の第１部材（１１ａ）と他方の扁平面（２１）側の第２部材（１１ｂ）との接合によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の冷媒放熱器。
12. 前記第１部材（１１ａ）と前記第２部材（１１ｂ）とが同一形状の部材であることを特徴とする請求項１１に記載の冷媒放熱器。
13. 前記チューブ（１１）の内部には、前記チューブ（１１）の内部空間を前記空気の流れ方向に仕切る仕切り部（３１）が配置されており、
    前記チューブ（１１）が前記仕切り部（３１）とともに一体成形されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１つに記載の冷媒放熱器。
14. 前記突起部（２２、２３）が、前記扁平面（２０、２１）に沿って蛇行しながら前記空気の流れ方向に延びる曲線状に成形されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の冷媒放熱器。
15. 前記突起部（２２、２３）が、前記扁平面（２０、２１）に沿って前記空気の流れ方向に対して斜めの方向に延びる直線状に成形されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の冷媒放熱器。
16. 前記突起部（２２、２３）が、前記扁平面（２０、２１）に沿って前記冷媒の流れ方向一方側から他方側へＶ字状に分かれて延びる形状に成形されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の冷媒放熱器。
17. 前記突起部（２２、２３）が、前記扁平面（２０、２１）に沿って網目状に成形されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の冷媒放熱器。
18. 前記突起部（２２、２３）が延びる方向と直交する方向側における前記突起部（２２、２３）の縁部（２２ａ、２３ａ）が急峻な角形状を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の冷媒放熱器。
19. 前記突起部（２２、２３）が延びる方向と直交する方向側における前記突起部（２２、２３）の縁部（２２ａ、２３ａ）が滑らかな曲面形状を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の冷媒放熱器。
20. 前記フィン（１２）が薄板材を波状に曲げ成形したコルゲートフィンで構成されており、
    前記フィン（１２）のうち前記扁平面（２０、２１）と接合する接合部（１２ａ、１２ｂ）が平坦状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか１つに記載の冷媒放熱器。
21. 前記フィン（１２）には、前記空気の流れと対向するように切り起こされたルーバ（１２ｅ、１２ｆ）が形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の冷媒放熱器。

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