JP2010281509A

JP2010281509A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2010281509A
Application number: JP2009135172A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kaneda; 謙治金田; Miyo Mochizuki; 美代望月; Masahiro Shitaya; 昌宏下谷; Atsushi Abei; 淳安部井
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】定常流の冷媒が流入する熱交換器１の流路５の全長に対して、定常流を非定常化させる非定常化領域１５の割合を従来よりも小さくする。
【解決手段】縦長フィン１１をオフセット配置することにより、従来の配置である碁盤目状配置よりも非定常化領域１５を短縮する。さらに、流路５の全長にわたって熱交換器１に縦長フィン１１をオフセット配置すると熱交換器１内を流れる冷媒の通風抵抗が増加することから、非定常化領域１５に当たる流路５の上流側には縦長フィン１１をオフセット配置するとともに非定常流通過領域１６に当たる流路５の下流側には横長フィン１２を配置する。流路５の全長のうち、下流側に横長フィン１２を配置することにより熱交換器１内を流れる冷媒の通風抵抗の増加を防ぐ。
【選択図】図２

Description

本発明は熱交換器に関する。

熱交換器は空気等の冷媒が通過することにより熱交換が行われ、熱交換器内の冷媒の流れが、流れの場の任意の点における状態量が時間に対して変化しない定常流である場合よりも流れの場の任意の点における状態量が時間に対して変化する非定常流である場合の方が熱交換効率が向上することが知られている。そこで、定常流の冷媒が流入する熱交換器においては定常流を非定常化するために、また、非定常流が流入する場合でも途中で定常化したときに再び非定常化できるように、定常流の非定常化を促進する手段を熱交換器に設けることで熱交換効率を高めている。

冷媒の流れの非定常化を促進するための手段の一つとして、熱交換器内に設けられ、冷媒が通過する流路に縦長フィンと呼ばれるフィンを配置することが挙げられる。縦長フィンとは流路の延伸方向の長さよりも流路の延伸方向に垂直な方向の長さの方が長いフィンのことを指し、流路の延伸方向の長さの方が長い横長フィン等と比較して定常流を非定常化するのに適していることが知られている。このことから、従来から定常流を非定常化するために流路には縦長フィンが配置されている。

例えば特許文献１では、定常流が流入する熱交換器において、流路の延伸方向に沿って縦長フィンを碁盤目状に配置することにより熱交換器に流入する定常流の冷媒の流れを非定常化させている。

特開２００５−２３３４７８号公報

縦長フィンが配置された流路内の領域は、定常流を非定常化させる非定常化領域と、非定常化領域よりも下流側に存在し、非定常流が流れる非定常流通過領域とに分けることができる。高い熱交換効率を得るためには流路の全長のうち、定常流が流れる非定常化領域の割合はできるだけ小さい方が望ましい。

そこで、本発明は流路の全長のうち流路内の非定常化領域の割合を従来よりも小さくした熱交換器を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器は、冷媒と熱交換を行うために冷媒が流れる流路に沿って複数並べて配置され、前記流路の延伸方向に対して０°以上４５°未満の角度を有する辺の長さＬ_1Pと、前記流路の延伸方向に対して４５°以上９０°以下の角度を有する辺の長さＬ_1Vと、がＬ_1V＞Ｌ_1Pであって、前記流路の延伸方向に対してオフセット配置されている縦長フィンと、前記縦長フィンの下流に設けられ、冷媒と熱交換を行うために前記流路の延伸方向に沿って複数並べて配置され、前記流路の延伸方向に対して０°以上４５°未満の角度を有する辺の長さＬ_2Pと、前記流路の延伸方向に対して４５°以上９０°以下の角度を有する辺の長さＬ_2Vと、がＬ_2V＜Ｌ_2Pである横長フィンと、を備えることを特徴とする。

ここで、オフセット配置とは、流路の延伸方向に対して垂直な方向について、フィンの配置が１つ前方（流路の上流側）のフィンに対してずれた位置に配置されていることを意味している。

また、本発明に係る熱交換器は、前記縦長フィンのＬ_1Pに対するＬ_1Vの比が、２から２２であることを特徴とする。

また、本発明に係る熱交換器は、前記流路の延伸方向における前記縦長フィン同士の間隔が、０．５Ｌ_1Vから２Ｌ_1Vであることを特徴とする。

また、本発明に係る熱交換器は、前記流路の延伸方向に垂直な方向における前記縦長フィン同士の間隔が、０からＬ_1Vであることを特徴とする。

縦長フィンをオフセット配置することにより、従来の縦長フィンを碁盤目状に配置した場合と比較して、非定常化領域を短縮することができる。

さらに、流路の延伸方向の全長にわたって熱交換器に縦長フィンをオフセット配置すると熱交換器内を流れる冷媒の通風抵抗が増加することにより冷媒が熱交換器に流入しにくくなるという別の問題が生じうるが、本発明では非定常化領域にはオフセット配置された縦長フィンを設ける一方で非定常流通過領域には通風抵抗の少ない横長フィンを設けている。これにより熱交換器内を流れる冷媒の通風抵抗の増加を防いでいる。

本発明に係る熱交換器を示す図である。本発明に係る熱交換器の一部を示す図である。縦長フィンおよび横長フィンを説明する図である。オフセット配置型流路と碁盤目状配置型流路の流体解析の結果を示す図である。オフセット配置型流路と碁盤目状配置型流路の熱伝達率を示す図である。オフセット配置型流路と碁盤目状配置型流路の温度変化を示す図である。オフセット配置された縦長フィンと縦長フィンの周辺の冷媒の流れを示す図である。縦長フィンのオフセット配置の例を示す図である。縦長フィンのオフセット配置の別の例を示す図である。縦長フィンのオフセット配置の別の例を示す図である。縦長フィンのオフセット配置の別の例を示す図である。縦長フィンのアスペクト比を変更した場合の非定常流通過領域の割合を示す図である。熱交換器における、横長フィンの配置や形状を例示する図である。熱交換器における、横長フィンの配置や形状を例示する別の図である。熱交換器における、横長フィンの配置や形状を例示する別の図である。熱交換器における、横長フィンの配置や形状を例示する別の図である。熱交換器における、横長フィンの配置や形状を例示する別の図である。本願に係る熱交換器をエバポレータとして使用したときの図である。熱交換器におけるフィンの設置例を示す図である。熱交換器における別のフィンの設置例を示す図である。熱交換器における別のフィンの設置例を示す図である。熱交換器における別のフィンの設置例を示す図である。熱交換器における別のフィンの設置例を示す図である。熱交換器における別のフィンの設置例を示す図である。熱交換器における別のフィンの設置例を示す図である。熱交換器における別のフィンの設置例を示す図である。

本発明に係る熱交換器１の構成について、図１を用いて説明する。熱交換器１は上壁２と、上壁２に対向して設けられた底壁３と、上壁２と底壁３との間に設けられた側壁４とを備えている。これら上壁２、底壁３、側壁４，４は空気等の冷媒が流れる流路５を構成している。

さらに側壁４，４の間には複数のチューブ６が側壁４と略平行に設けられている。ここで、上壁２および底壁３の内部にはチューブ６に接続する管路７が形成され、この管路７およびチューブ６には液体が流れる。

また、チューブ６の周辺には複数のフィン１０が設けられている。チューブ６およびフィン１０の構成について図２に示す。チューブ６は流路５の延伸方向、すなわち、図１のｙ軸で示すように熱交換器１の冷媒流入面８から冷媒流出面９に向かう方向に沿って延びている。また、フィン１０は縦長フィン１１及び横長フィン１２から構成され、縦長フィン１１および横長フィン１２は流路５の延伸方向に沿ってチューブ６の周辺に配置されている。

ここで、縦長フィン１１の定義につき、本発明においては、図３に示すように、流路５の延伸方向に対して０°以上４５°未満の角度を有する辺の長さＬ_1Pと、流路５の延伸方向に対して４５°以上９０°以下の角度を有する辺の長さＬ_1Vと、がＬ_1V＞Ｌ_1Pであるフィン１０を縦長フィン１１と呼ぶ。また、横長フィン１２の定義につき、流路５の延伸方向に対して０°以上４５°未満の角度を有する辺の長さＬ_2Pと、流路５の延伸方向に対して４５°以上９０°以下の角度を有する辺の長さＬ_2Vと、がＬ_2V＜Ｌ_2Pであるフィン１０を横長フィン１２と呼ぶ。

図２に戻り、縦長フィン１１は流路５の上流側、すなわち熱交換器１の冷媒流入面８側に設けられている。一方、横長フィン１２は流路５の下流側、すなわち熱交換器１の冷媒流出面９側に設けられている。

ここで、縦長フィン１１はオフセット配置されている。オフセット配置とは、後述する図７に示すように、流路５の延伸方向に対して垂直な方向について、フィン１０の配置が１つ前方（流路５の上流側）のフィン１０に対してずれた位置に配置されていることを意味している。本発明においては、縦長フィン１１をオフセット配置することにより、従来の碁盤目状配置に比べて非定常化領域を短縮している。以下、熱交換器１において行われる熱交換について説明した後、本発明に係る熱交換器１と従来の熱交換器１の非定常化領域の長さを比較する。

まず、熱交換器１において行われる熱交換について説明する。図１にて示すように、熱交換器１の冷媒流入面８から流路５に空気等の冷媒が通過する。冷媒が流路５を流れる際に冷媒と、チューブ６、縦長フィン１１および横長フィン１２との間で熱交換が行われることによりチューブ６内を流れる液体が冷却される。

ここで、熱交換器１の冷媒流入面８に定常流の冷媒が流入した場合、この定常流は流路５内の縦長フィン１１によって流れがかく乱されることによって非定常化する。この点について、縦長フィン１１を碁盤目状に配置した流路（以下、碁盤目状配置型流路と呼ぶ）３０、および、縦長フィン１１をオフセット配置した流路（以下、オフセット配置型流路と呼ぶ）３１における定常流の非定常化について流体解析を行った結果得られた流れのパターンを図４に示す。

なお、この流体解析では、碁盤目状配置型流路３０について縦長フィン１１の列を２列にしている。また、碁盤目状配置型流路３０とオフセット配置型流路３１に流入する冷媒は流速３ｍ／ｓの定常流としている。

図４に、流路５の長さが等しい碁盤目状配置型流路３０とオフセット配置型流路３１が示されている。両者の流路５とも、流路５の上流側に非定常化領域１５が形成され、下流側に非定常流通過領域１６が形成されている。ここで、流体解析の結果、碁盤目状配置型流路３０における非定常化領域１５の割合は流路５の全長の約半分程度であるのに対し、オフセット配置型流路３１における非定常化領域１５の割合は流路５の全長の２割程度に短縮され、碁盤目状配置型流路３０と比べてオフセット配置型流路３１の非定常流通過領域１６の割合が大幅に増加することが分かった。

ここで、上述の流体解析における縦長フィン１１における熱伝達率と、流路５の流入部からの距離との関係を図５に示す。ここで、白抜きの三角プロットは碁盤目状配置型流路３０における縦長フィン１１の熱伝達率を示し、一方で黒塗りの三角プロットはオフセット配置型流路３１における縦長フィン１１の熱伝達率を示している。なお、熱伝達率とは、固体表面とその周辺を流れる流体との間の熱伝達のし易さを表すパラメータであり、熱伝達率が高いほど熱交換効率が高い。図５のグラフから、碁盤目状配置型流路３０においては流路５の全長に対する定常流が流れる非定常化領域１５の割合が大きいために流路５の上流側の熱伝達率が低いのに対して、オフセット配置型流路３１においては非定常化領域１５の割合が小さいために流路５のほぼ全長にわたって高い熱伝達率を有しており、碁盤目状配置型流路３０よりも熱交換効率が高いことが理解される。

さらに、碁盤目状配置型流路３０およびオフセット配置型流路３１を流れる冷媒の無次元温度と、流路５の流入部からの距離との関係を図６に示す。ここで無次元温度とは、空気の流出時の温度と流入時との温度差である温度上昇量を、フィンの壁部分の温度と空気の流入時の温度との温度差で割った無次元のパラメータである。また、図６に示すグラフにおいては白抜きの丸型プロットは碁盤目状配置型流路３０における冷媒の無次元温度を示し、一方で黒塗りの丸型プロットはオフセット配置型流路３１における冷媒の無次元温度を示している。碁盤目状配置型流路３０においては冷媒の無次元温度の値が低い、すなわち縦長フィン１１からの熱伝達率が小さいが、オフセット配置型流路３１における冷媒の無次元温度は流路５の入り口側から上昇しており、縦長フィン１１からの熱伝達率が高いことを示している。このグラフによっても、オフセット配置型流路３１が碁盤目状配置型流路３０に比べて熱伝達率が高いことが理解される。

以上説明したように、縦長フィン１１をオフセット配置することにより、従来の碁盤目状配置と比較して著しい熱交換効率の向上が図られる。ここで、熱交換効率向上の理由として、以下に説明する＜１＞流れの加速化＜２＞流れの蛇行化＜３＞渦の成長の３つの要素が作用することによるものと推定される。

まず、＜１＞流れの加速化について説明する。図７には縦長フィン１１と、縦長フィン１１の周辺を流れる冷媒の流れのパターンが示されている。ここでは冷媒の流れの主流を矢印２０で示す。流路５に流入した定常流の冷媒はまず流路５の最上流にある第１の縦長フィン２１に衝突する。第１の縦長フィン２１に衝突した冷媒の主流２０は第１の縦長フィン２１の端部に流れ、矢印２２に示すように第１の縦長フィン２１端部から剥離する。このとき第１の縦長フィン２１の後方には流速がほぼ０またはきわめて低い流速の冷媒がとどまる淀み域２３が発生する。ここで、第１の縦長フィン２１から剥離した冷媒の主流２０は第１の縦長フィン２１から離れるように斜め下流方向に流れ、これに伴って淀み域２３の縦方向（流路の延伸方向に対して垂直の方向）の長さは第１の縦長フィン２１の長さＬ_1Vよりも長くなる。

同様にして、第１の縦長フィン２１に対してオフセット配置された第２の縦長フィン２４の後方にも縦方向の長さが第２の縦長フィン２４よりも縦方向の長さが長い淀み域２３が発生する。

冷媒の主流２０は淀み域２３を通過するようには流れず、淀み域２３を避けるように流れる。第１の縦長フィン２１から剥離した冷媒の主流２０は第２の縦長フィン２４の側方を通過して第１の縦長フィン２１の後方に配置された第３の縦長フィン２５に向かう。一方、第２の縦長フィン２４後方の淀み域２３は縦方向に延びており、この淀み域２３を避けるようにして流れる冷媒の主流２０の流路面積は狭くなる。ここで、定常流においては任意の流れ方向に垂直な断面を通過する流量Ｑは時間に対して変化しないから、Ｑ＝ＡＶ（ただし、Ａは流路面積、Ｖは流速）、より、流路面積Ａが減少すると冷媒の流速Ｖが増す。冷媒の流速が増加するほど流れ場のかく乱が大きくなることが知られており、かく乱が成長することによって流れは非定常化する。このように、縦長フィン１１をオフセット配置することにより冷媒の流れが加速し、かく乱が成長することから、流れの非定常化が促進される。

次に、＜２＞流れの蛇行化について説明する。図７に示すように、縦長フィン１１がオフセット配置されていることにより、冷媒の主流２０の流れは蛇行する。蛇行する流れにおいては蛇行の内側の流れよりも外側の流れの方が速くなる。この結果、流路５内を流れる冷媒の流速が不均一になり、流れが不安定となる。流れの不安定性を増大させることで流れの非定常化が促進される。

次に、＜３＞渦の成長について説明する。前述したように、縦長フィン１１の後方には淀み域２３が発生し、淀み域２３内には渦２６が発生している。この渦２６は流れの主流２０に対して振動を与える。この振動により冷媒の流れが不安定となり、流れの非定常化が促進される。ここで、前述した＜１＞の作用により冷媒の主流２０の流速は増加する。流速が増加すると渦２６が大きくなる。渦２６が大きくなると冷媒の主流２０に与える振動が大きくなり、流れの不安定性が増加する。この結果、流れの非定常化が促進される。さらに冷媒の主流２０の流速が増加すると渦２６は縦長フィン１１端部後方にとどまる双子渦から縦長フィン１１から離れた位置に発生するカルマン渦に変化する。カルマン渦は双子渦よりも流れを不安定にさせることが知られており、流れの非定常化がさらに促進される。

以上、オフセット配置された縦長フィン１１における、流れを非定常化させる仕組みについて説明した。ここで、上記の説明には本発明の作用効果についての理論的な理解を助けるための仮説も含まれており、本発明の作用効果を得る上で上記３つの要素が厳密に作用されることは必ずしも必要ではない。

なお、上記３つの要素に照らし、縦長フィン１１のオフセット配置につき、流路５の延伸方向における縦長フィン１１同士の距離は０．５Ｌ_1Vから２Ｌ_1Vであることが望ましい。縦長フィン１１同士の距離が近すぎると図８Ａに示すように縦長フィン１１と淀み域２３との間隔が縮み、流れの主流２０がこの間隔を流れる上で通風抵抗が過大になるからである。また一方で縦長フィン１１同士の距離が遠すぎると図８Ｂのように一旦狭くなった冷媒の流路面積が広がってしまい、前述した＜１＞流れの加速化の効果が低減するからである。

また、流路５の延伸方向に垂直な方向における縦長フィン１１同士の距離は０（図７の状態）からＬ_1Vであることが望ましい。縦長フィン１１同士の距離が近すぎると図９Ａのように縦長フィン１１と淀み域２３との間隔が狭い領域が延び、冷媒の主流２０が当該領域を流れる上で通風抵抗が過大になるからである。また一方で縦長フィン１１同士の距離が遠すぎると図９Ｂのように淀み域２３による流路面積の減少効果が小さくなり前述した＜１＞流れの加速化の効果が得られなくなるからである。

次に、図１０にオフセット配置型流路３１において縦長フィン１１の形状を種々変更して流体解析を行ったときの、流路５の全長に対する非定常化領域１５の割合の変化を示す。ここでは、縦長フィン１１の形状についてアスペクト比という概念を導入する。アスペクト比とは縦長フィン１１の辺の長さについて、流路５の延伸方向に対して４５°以上９０°以下の角度を有する縦の辺の長さＬ_1Vに対する流路５の延伸方向に対して０°以上４５°未満の角度を有する横の辺の長さＬ_1Pの比Ｌ_1V／Ｌ_1Pで表される数値である。

ここで、縦長フィン１１の縦の辺の長さＬ_1Vが０．５ｍｍ以下の場合は流路５の延伸方向における縦長フィン１１同士の距離を０．５ｍｍとした。この流路５における解析結果のグラフを実線で示す。この解析結果によれば、アスペクト比が２以上となると好適に非定常流通過領域１６が形成される。また、縦長フィン１１の縦の辺の長さＬ_1Vが０．５ｍｍより長い場合には縦長フィン１１同士の距離を０．７５ｍｍとした。この解析結果のグラフを破線で示す。この解析結果によれば、アスペクト比が２２以下であれば非定常流通過領域１６が好適に形成される。

以上、オフセット配置された縦長フィン１１の機能や形状について説明した。次に、オフセット配置された縦長フィン１１の下流側に配置された横長フィン１２の作用について説明する。

横長フィン１２は、流路５の通風抵抗の増加を防止するためにオフセット配置された縦長フィン１１の下流に設けられている。すなわち、流路５の全長にわたって縦長フィン１１をオフセット配置した場合、碁盤目状に配置された場合よりも通風抵抗が増加するという別の問題が発生する。通風抵抗が増加すると流路５に流入する冷媒の流量が減少するから、結果として熱交換効率が低下するおそれがある。そこで本発明では非定常化領域に縦長フィン１１を配置し、非定常流通過領域には横長フィン１２を設けている。横長フィン１２は縦長フィン１１よりも通風抵抗が低いため、流路５の通風抵抗の増加を防ぐことが可能となる。

次に、横長フィン１２の配置や形状を変形した熱交換器１の例を図１１に示す。図１１Ａにはオフセット配置された横長フィン１２が配置された熱交換器１が示されている。また、図１１Ｂには流路５の延伸方向に対して傾斜した２列の横長フィン１２が配置された熱交換器１が示されている。また、図１１Ｃには流路５の延伸方向に対して傾斜した３列の横長フィン１２が配置された熱交換器１が示されている。また、図１１Ｄには非定常流通過領域の全長にわたる長さを有する２枚の横長フィン１２が配置された熱交換器１が示されている。また、図１１Ｅには非定常流通過領域の上流には流路５の延伸方向の辺の長さＬ_2Pを短くした第１の横長フィン４２が配置され、その下流には第１の横長フィン４２よりもＬ_2Pが長い第２の横長フィン４３が配置された熱交換器１が示されている。これら図１１Ａから図１１Ｅに示されたいずれの熱交換器１についても、従来の碁盤目状配置型流路３０を備えた熱交換器１よりも流路５の全長に対する非定常化領域１５の割合が小さくなり、熱交換効率が向上する。

また、本発明に係る熱交換器１を空調用のエバポレータに搭載した例を図１２に示す。エバポレータでは、フィン間を通過する空気の温度が低下し、この空気温度の低下に伴って空気中の水蒸気がフィン上に凝縮することにより流路面積が小さくなって通風抵抗が増大する場合があるが、本発明に係る熱交換器１によれば水分凝縮による通風抵抗の増加を防ぐことができる。すなわち、図１２に示すように空気中の水分はまず縦長フィン１１に衝突する。その際に縦長フィン１１上には水分が凝縮する。縦長フィン１１上の凝縮水の量が増加して凝縮水の水滴が大きくなると重力の作用により凝縮水は縦長フィン１１から垂れ、これにより縦長フィン１１から凝縮水が除去される。さらに、流路５の上流において空気が縦長フィン１１と衝突する際に水分がほぼ凝縮されて空気中から除去されるから、下流の横長フィン１２上には除湿された空気が流れることになり、横長フィン１２上には水分が殆ど凝縮しない。したがって、本発明における熱交換器１をエバポレータに用いればフィン上に水分が凝縮することによる通風抵抗の増加や熱交換量の減少を防ぐことができる。

次に、本発明にかかる熱交換器１について、縦長フィン１１および横長フィン１２の設置例を図１３から図１８に示す。

図１３に示す熱交換器１においては、チューブ６に第１のコルゲートフィン５０と第２のコルゲートフィン５１とが設置されている。第１のコルゲートフィン５０は一枚の板を折り曲げた状態でチューブ６に設置されており、流路５の延伸方向に対する垂直面５２を複数設けている。垂直面５２には複数の四角孔５３が打ち抜かれており、四角孔５３の横幅（図１３Ａにおけるｘ方向の幅）は垂直面よりもやや小さい幅であり、また縦方向の幅（図１３Ａにおけるｚ方向の幅）は第１のコルゲートフィン５０の板厚よりも長く構成されている。第１のコルゲートフィン５０の板厚よりも四角孔５３の縦幅を長く取ることにより、四角孔５３が打ち抜かれていない部分が縦長フィン１１として機能する。一方、第２のコルゲートフィン５１は流路５の延伸方向に対して平行に配置され、さらにフィンの板材の一部を切り込んで折り曲げることにより傾斜板５４を形成している。傾斜板５４を切り込む際には傾斜板５４の流路５の延伸方向の長さを第２のコルゲートフィン５１の板厚よりも長く設け、さらに、傾斜板５４を折り曲げる際には流路の延伸方向に対して０°以上４５°未満となるように折り曲げる。このような構造をとることにより第２のコルゲートフィン５１は横長フィン１２として機能する。

また、図１４に示す熱交換器１においては、チューブ６に一枚のコルゲートフィン５５が設置されている。このコルゲートフィン５５は流路５の延伸方向に対して平行に配置され、さらに一部が切り込まれて折り曲げられており、その折り曲げ部が第１の折り曲げ部５６と第２の折り曲げ部５７とから構成されている。第１の折り曲げ部５６および第２の折り曲げ部５７を切り込む際には、第１の折り曲げ部５６および第２の折り曲げ部５７の流路５の延伸方向の長さをコルゲートフィン５５の板厚よりも長くなるように切り込み、さらに、第１の折り曲げ部５６を折り曲げる際には流路５の延伸方向に対して４５°以上９０°以下となるように折り曲げ、一方で第２の折り曲げ部５７を折り曲げる際には流路５の延伸方向に対して０°以上４５°未満となるように折り曲げる。このような構造をとることにより第１の折り曲げ部５６は縦長フィン１１として機能し、また一方で第２の折り曲げ部５７は横長フィン１２として機能する。

また、図１５に示す熱交換器１においては、チューブ６が等間隔に設置され、それぞれのチューブ６に横長フィン１２の役割を果たす第２のコルゲートフィン５１が設けられている。さらに、この熱交換器１には複数のチューブ６にわたって設置されるプレートフィン６０を備える。プレートフィン６０にはチューブ６に挿入するためチューブ６と同じ幅の溝６１が設けられ、この溝６１に沿ってプレートフィン６０をチューブ６に挿入することによりプレートフィン６０がチューブ６に固定される。さらにプレートフィン６０には複数の四角孔５３が打ち抜かれている。四角孔５３の横幅はプレート板６２の横幅よりもわずかに小さい幅であり、また四角孔５３の縦幅はプレート板６２の板厚よりも長く構成されている。このような四角孔５３の構成により、プレート板６２の四角孔５３で打ち抜かれていない部分が縦長フィン１１として機能する。

また、図１６Ａには縦長フィン１１と、横長フィン１２の役割を果たす第２のコルゲートフィン５１とがチューブ６に設けられている。図１６Ａに示す熱交換器１においては、縦長フィン１１をプレートフィン６０の一部を切り書くことによって形成している。すなわち、図１６Ｂに示すようにまずチューブ６にプレートフィン６０を設置し、その後図１６Ｃのようにプレートフィン６０の一部を切り欠く。この時、切り欠きの縦方向の幅はプレートフィン６０の板厚よりも長くなるように構成されている。これにより切り欠かれなかったプレートフィン６０の部分は図１６Ａに示すような縦長フィン１１として機能する。

また、図１７には熱交換器１を上から見たときの図が示されている。この熱交換器１はチューブ６と縦長フィン１１が一体成形された縦長フィン付きチューブ６３と、横長フィン１２として機能する第２のコルゲートフィン５１とを複数組み合わせることにより熱交換器１を組み立てる例を示している。この例においては、第２のコルゲートフィン５１の図１７から見て横方向の幅Ｌ_W2を縦長フィン１１の幅Ｌ_W1よりも大きく構成している。これは、縦長フィン１１が隣接するチューブ６に当接することにより縦長フィン１１が曲がるのを防ぐためである。すなわち、縦長フィン付きチューブ６３と第２のコルゲートフィン５１を複数組み合わせたときに縦長フィン１１と隣接するチューブ６との間に間隙部６４が形成されるように、第２のコルゲートフィン５１の幅を縦長フィン１１の幅よりも大きくしている。

なお、縦長フィン１１と隣接するチューブ６との間に間隙部６４を設ける代わりに、図１８に示すように縦長フィン１１の端部に接着用の突起６５を設けても良い。この突起６５は柔軟性を備えており、隣接するチューブ６に当接したときに当接時の衝撃を吸収して縦長フィン１１が曲がるのを防ぐ。この突起６５により隣接するチューブ６と縦長フィン１１とが接続され、チューブ６間で熱が伝わりやすくなる。

以上、熱交換器１内の縦長フィン１１および横長フィン１２の設置例を図１３から図１８に示したが、いずれの熱交換器１においても、従来の碁盤目状配置型流路３０を備えた熱交換器１よりも流路５の全長に対する非定常化領域１５の割合が小さくなり、熱交換効率が向上する。

１熱交換器、２上壁、３底壁、４側壁、５流路、６チューブ、７管路、８冷媒流入面、９冷媒流出面、１０フィン、１１縦長フィン、１２横長フィン、１５非定常化領域、１６非定常流通過領域、２０冷媒の主流、２３淀み域、２６渦、３０碁盤目状配置型流路、３１オフセット配置型流路。

Claims

熱交換器であって、
冷媒と熱交換を行うために冷媒が流れる流路に沿って複数並べて配置され、前記流路の延伸方向に対して０°以上４５°未満の角度を有する辺の長さＬ_1Pと、前記流路の延伸方向に対して４５°以上９０°以下の角度を有する辺の長さ
Ｌ_1Vと、がＬ_1V＞Ｌ_1Pであって、前記流路の延伸方向に対してオフセット配置されている縦長フィンと、
前記縦長フィンの下流に設けられ、冷媒と熱交換を行うために前記流路の延伸方向に沿って複数並べて配置され、前記流路の延伸方向に対して０°以上４５°未満の角度を有する辺の長さＬ_2Pと、前記流路の延伸方向に対して４５°以上９０°以下の角度を有する辺の長さＬ_2Vと、がＬ_2V＜Ｌ_2Pである横長フィンと、
を備えることを特徴とする、熱交換器。
請求項１記載の熱交換器であって、
前記縦長フィンのＬ_1Pに対するＬ_1Vの比が、２から２２であることを特徴とする熱交換器。
請求項１記載の熱交換器であって、
前記流路の延伸方向における前記縦長フィン同士の間隔が、０．５Ｌ_1Vから２Ｌ_1Vであることを特徴とする熱交換器。
請求項２記載の熱交換器であって、
前記流路の延伸方向に垂直な方向における前記縦長フィン同士の間隔が、０からＬ_1Vであることを特徴とする熱交換器。