JP2016070558A

JP2016070558A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2016070558A
Application number: JP2014198532A
Authority: JP
Inventors: 直毅鹿園; Naoki Shikazono; 庸人和氣; Tsunehito Wake; 四郎生田; Shiro Ikuta
Original assignee: University of Tokyo NUC; Waki Seisakusho KK
Current assignee: University of Tokyo NUC; Waki Seisakusho KK
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2016-05-09
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: JP6435487B2

Abstract

【課題】熱交換用チューブの変形を抑制する。
【解決手段】熱交換用チューブの外壁を構成する両扁平面にＶ字形の波状凹凸３４，３６を形成すると共に、熱交換用チューブの波状凹凸３４，３６に対してその内側の間隔を振幅とし、同一の波長で、同一のＶ字形で、同一のＶ字形の繰り返し幅で、波長の位相がπ（半波長）だけ異なり、Ｖ字形の繰り返しの位相がπ（Ｖ字の半分）だけ異なる波状凹凸４４が形成されたインナーフィンを配置し、インナーフィンの波状凹凸４４と熱交換用チューブの両扁平面の波状凹凸３４，３６との当接部を接合して一方側接合部４６ａおよび他方側接合部４６ｂとする。これにより、熱交換用チューブ内に作用する圧力に対して熱交換用チューブが変形するのを抑制することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換器に関し、詳しくは、扁平な中空管として形成された複数の熱交換用チューブを有する熱交換器に関する。

従来、この種の熱交換器としては、冷媒の入口タンクと出口タンクとに冷媒を流通させて外気と熱交換する複数のチューブを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この熱交換器では、入口タンクに流入した冷媒を複数のチューブを流通させて出口タンクに至らせる間に複数のチューブと略垂直にチューブ間を通過する外気との熱交換により冷却する。そして、熱交換効率を高めるために、複数のチューブ間に冷却フィンが取り付けられている。

また、エンジンから排気された排ガスと貯湯タンクから取り出した排熱回収媒体との熱交換により排ガスの潜熱を回収するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この熱交換器では、貯湯タンクの底部から取り出した低温の排熱回収媒体に対向して排ガスが流れるようにし、熱交換後の排熱回収媒体を貯湯タンクの上部に戻すことにより、排熱回収効率の向上を図っている。

特開２００１−１６７７８２号公報特開２０１１−７１９２号公報

扁平な複数の熱交換用チューブを積層してなる熱交換器では、小型化や軽量化の必要から、熱交換効率の向上が望まれると共に、熱交換用チューブを形成する金属板材の板厚を薄くすることが望まれる。しかし、熱交換用チューブを形成する金属板材の板厚を薄くすると、熱交換用チューブ内に流れる熱交換媒体に作用する圧力により、熱交換用チューブが変形してしまう場合が生じる。

本発明の熱交換器は、熱交換用チューブの変形を抑制することを主目的とする。

本発明の熱交換器は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の熱交換器は、
扁平な中空管として形成された熱交換用チューブを複数積層し、前記熱交換用チューブ内に流れる第１熱交換媒体と隣接する熱交換用チューブの間に流れる第２熱交換媒体との間で熱交換を行なう熱交換器であって、
前記熱交換用チューブの両側の扁平面は、頂部が連続する頂部線および底部が連続する底部線がＶ字形を横方向に１つまたは複数連ねた形状の複数の波状凹凸が略全面に形成されており、
金属製の単一の板材をプレス加工することによって形成されて前記熱交換用チューブの内側に配置され、該熱交換用チューブの一方の扁平面のチューブ内側に形成される前記複数の波状凹凸における内側に凸の一方側凸部に接合される複数の一方側接合部と、該熱交換用チューブの他方の扁平面のチューブ内側に形成される前記複数の波状凹凸における内側に凸の他方側凸部に接合される複数の他方側接合部と、を有するインナーフィンを備える、
ことを特徴とする。

この本発明の熱交換器では、熱交換用チューブの両側の扁平面は、頂部が連続する頂部線および底部が連続する底部線がＶ字形を横方向に１つまたは複数連ねた形状の複数の波状凹凸が略全面に形成されている。隣接する熱交換用チューブの間に流れる第２熱交換媒体には、熱交換用チューブの表面に形成された頂部線によるＶ字形を乗り越える際に、その主流な流れとは異なるＶ字形を乗り越える熱交換に有効な２次流れが生じる。このため、こうした複数の波状凹凸が形成されていないものに比して熱交換効率を向上させることができる。しかも、複数の波状凹凸は、扁平面の曲げや捩れに対する剛性を高くするから、熱交換用チューブを板厚を薄くすることができる。また、本発明の熱交換器では、金属製の単一の板材をプレス加工することによって形成されて熱交換用チューブの内側に配置されるインナーフィンを備える。このインナーフィンは、熱交換用チューブの一方の扁平面のチューブ内側に形成される複数の波状凹凸における内側に凸の一方側凸部に接合される複数の一方側接合部と、熱交換用チューブの他方の扁平面のチューブ内側に形成される複数の波状凹凸における内側に凸の他方側凸部に接合される複数の他方側接合部と、を有するように形成されている。こうしたインナーフィンは、一方側接合部と他方側接合部との引っ張り応力や圧縮応力により、熱交換用チューブ内に作用する圧力に対して熱交換用チューブが変形するのを抑制することができ、熱交換用チューブの板厚を薄くすることができる。これらの結果、熱交換器の小型化と軽量化を図ることができる。しかも、インナーフィンは、金属製の単一の板材をプレス加工することによって形成されるから、加工も比較的容易に行なうことができる。なお、熱交換用チューブの接合やインナーフィンの一方側接合部や他方側接合部の接合はロウ付けなどにより行なわれるが、組み付け性を良好なものとするために、ロウ材を基材にクラッドしたクラッド材を用いて熱交換用チューブやインナーフィンを形成するのが好ましい。

こうした本発明の熱交換器において、前記インナーフィンは、頂部が連続する頂部線および底部が連続する底部線がＶ字形を横方向に１つまたは複数連ねた形状で前記一方側凸部と前記他方側凸部との間隔が振幅となる複数の波状凹凸が略全面に形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、インナーフィンに形成した複数の波状凹凸と熱交換用チューブの両側の扁平面に形成された複数の波状凹凸との当接部が一方側接合部や他方側接合部として機能する。

この複数の波状凹凸を形成したインナーフィンを備える態様の本発明の熱交換器において、前記インナーフィンに形成された前記複数の波状凹凸は、前記熱交換用チューブの扁平面に形成された複数の波状凹凸に対して、同じ波長で、同じＶ字形で、且つ、波長の位相またはＶ字形の繰り返しの位相の少なくとも一方が異なるように形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、インナーフィンの複数の波状凹凸と熱交換用チューブの両側の扁平面に形成された複数の波状凹凸との交点を多数構成することができる。この場合、前記インナーフィンに形成された前記複数の波状凹凸は、前記熱交換用チューブの扁平面に形成された複数の波状凹凸に対して、波長の位相がπだけ異なると共にＶ字形の繰り返しの位相がπだけ異なるように形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、熱交換用チューブの一方側凸部のＶ字形とインナーフィンの凸部のＶ字形との交点とＶ字の屈曲点とを一方側接合部とし、熱交換用チューブの他方側凸部のＶ字形とインナーフィンの凹部のＶ字形との交点とＶ字の屈曲点とを他方側接合部とすることができ、一方側接合部や他方側接合部を幾何学的に均等に配置することができる。この結果、熱交換用チューブ内に作用する圧力に対して熱交換用チューブが変形するのを抑制することができる。

また、複数の波状凹凸を形成したインナーフィンを備える態様の本発明の熱交換器において、前記インナーフィンに形成された前記複数の波状凹凸は、前記熱交換用チューブの扁平面に形成された複数の波状凹凸に対して、同じ波長で、幅は同じで縦方向に僅かに長いＶ字形で、且つ、波長の位相がπだけ異なると共にＶ字形の繰り返しの位相がπだけ異なるように形成されている、ものとすることもできる。この場合も、上述したものと同様に、熱交換用チューブの一方側凸部のＶ字形とインナーフィンの凸部のＶ字形との交点とＶ字の屈曲点とを一方側接合部とし、熱交換用チューブの他方側凸部のＶ字形とインナーフィンの凹部のＶ字形との交点とＶ字の屈曲点とを他方側接合部とすることができる。しかもインナーフィンの複数の波状凹凸を、熱交換用チューブの複数の波状凹凸のＶ字形に対して幅は同じで縦方向に僅かに長いＶ字形としたので、製造誤差や組み付け時の若干の位置決め不足が生じても、Ｖ字の屈曲点を確実に一方側接合部または他方側接合部とすることができる。

本発明の熱交換器において、前記インナーフィンは、高さが前記一方側凸部と前記他方側凸部の間隔となるように形成されたオフセットフィンである、ものとすることもできる。こうすれば、オフセットフィンの一方側凸部側に形成された平坦面が一方側凸部に当接して一方側接合部を構成し、オフセットフィンの他方側凸部側に形成された平坦面が他方側凸部に当接して他方側接合部を構成する。この場合、前記インナーフィンは、前記一方側凸部に当接する第１頂部平坦面と前記他方側凸部に当接する第１底部平坦面とが交互に直線上に配列する第１凹凸と前記一方側凸部に当接する第２頂部平坦面と前記他方側凸部に当接する第２底部平坦面とが交互に直線上に配列する第２凹凸とが、交互に、且つ、前記第２凹凸が前記第１凹凸に対して１／４波長だけずれて配列するように形成されており、前記第１凹凸における前記第１頂部平坦面および前記第１底部平坦面の直線方向の長さ及び前記第２凹凸における前記第２頂部平坦面および前記第２底部平坦面の直線方向の長さは、Ｖ字形の繰り返し幅に一致するように形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、第１頂部平坦面や第１底部平坦面，第２頂部平坦面，第２底部平坦面を熱交換用チューブの両扁平面に形成された波状凹凸における内側に凸の一方側凸部や他方側凸部の頂部が連続するＶ字形の隣接する屈曲部に当接して一方側接合部や他方側接合部を構成することができる。この結果、熱交換用チューブ内に作用する圧力に対して熱交換用チューブが変形するのを良好に抑制することができる。

本発明の熱交換器において、前記インナーフィンは、前記一方側凸部に当接する一方側平面と、前記他方側凸部に当接する他方側平面と、前記一方側平面と前記他方側平面とを対称に斜めに支持する複数の支持斜面と、を有するように形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、一方側凸部が一方側平面に当接してＶ字形の一方側接合部を構成し、他方側接合部が他方側平面に当接してＶ字形の他方側接合部を構成する。この場合、第１熱交換媒体と第２熱交換媒体は直交流となるように熱交換器を構成するのが好ましい。即ち、隣接する熱交換用チューブの間の第２熱交換媒体については熱交換用チューブの両側の扁平面に形成された複数の波状凹凸のＶ字形を乗り越えるように流し、熱交換用チューブ内の第１熱交換媒体については熱交換用チューブの両側の扁平面に形成された複数の波状凹凸のＶ字形に沿ってジグザグ屈曲するように流すのである。こうした態様の本発明の熱交換器において、前記インナーフィンは、オフセットフィンの上部の複数の平坦面が連続して前記一方側平面となるように、且つ、オフセットフィンの下部の複数の平坦面が連続して前記他方側平面となるように、オフセットフィンを加工して形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、容易にインナーフィンを形成することができる。

本発明の熱交換器において、前記インナーフィンは、前記一方側接合部と前記他方側接合部との間に貫通孔または切り起こしが形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、第１熱交換媒体の流通を良好なものとすることができる。

本発明の一実施例としての熱交換器２０の構成の概略を示す説明図である。実施例の熱交換器２０に用いる複数の熱交換用チューブ３０の外観を側面から示す側面図である。熱交換用チューブ３０の構成を説明するための説明図である。図３の熱交換用チューブ３０のＡ−Ａ断面を説明する説明図である。図３の熱交換用チューブ３０のＢ−Ｂ断面を説明する説明図である。熱交換用チューブ３０の一方側の扁平面における波状凹凸３４の底部線３４ｂを示す説明図である。インナーフィン４０の波状凹凸４４の頂部線４４ａを示す説明図である。図６に図７を重ねることにより得られる一方側接合部４６ａを示す説明図である。変形例のインナーフィン１４０の波状凹凸１４４の頂部線１４４ａを説明する説明図である。変形例のインナーフィン２４０の構成を説明するための説明図である。変形例のインナーフィン３４０の波状凹凸３４４における頂部線３４４ａを示す説明図である。図６に図１１を重ねることにより得られる一方側接合部３４６ａを示す説明図である。変形例のインナーフィン４４０の外観の一部を示す部分外観図である。変形例のインナーフィン４４０を用いた熱交換用チューブの断面を示す断面図である。変形例のインナーフィン５４０を用いた熱交換用チューブの断面を示す断面図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例としての熱交換器２０の構成の概略を示す説明図であり、図２は実施例の熱交換器２０に用いる複数の熱交換用チューブ３０の外観を側面から示す側面図である。実施例の熱交換器２０は、図示するように、長手方向が鉛直方向となるように並列に配置した複数の熱交換用チューブ３０と、この複数の熱交換用チューブ３０を収納するシェル５０と、を備える。

各熱交換用チューブ３０は、金属材料（例えば、ステンレスやアルミニウムなど）による板材を用いて全体として略矩形形状の扁平な中空管となるようプレス加工により形成され、長手方向が鉛直方向となるように積層され、接触点がロウ付けにより接合されて構成されている。各熱交換用チューブ３０の鉛直下方の下端近傍に形成された流入口３１は、各熱交換用チューブ３０を積層することにより隣接する熱交換用チューブ３０の流入口３１と接合され、各流入口３１を連通する連絡管３１ａを形成する。また、各熱交換用チューブ３０の鉛直上方の上端近傍に形成された流出口３２も、流入口３１と同様に、各熱交換用チューブ３０を積層することにより隣接する熱交換用チューブ３０の流出口３２と接合され、各流出口３２を連通する連絡管３２ａを形成する。したがって、水やオイルなどの第１熱交換媒体は、各熱交換用チューブ３０の流入口３１から流入して鉛直上方に流れ、各熱交換用チューブ３０の流出口３２から流出する。

シェル５０は、各熱交換用チューブ３０と同様に、金属材料（例えば、ステンレスやアルミニウムなど）による板材により、連絡管３１ａ，３２ａにより連結された複数の熱交換用チューブ３０を収納する略直方体形状のケースとして形成されている。シェル５０の上方には流入口５１が形成されており、シェル５０の下方には流出口５２が形成されている。したがって、空気や排ガスなどの第２熱交換媒体は、シェル５０の上方に形成された流入口５１から流入し、複数の熱交換用チューブ３０の間を通り、シェル５０の下方に形成された流出口５２から流出する。

各熱交換用チューブ３０の両扁平面には、滑らかな曲面により複数の波状凹凸３４，３６が形成されている。図１では、熱交換用チューブ３０の両扁平面のうちの一方側の扁平面３３の波状凹凸３４を示しており、両扁平面のうちの他方側の扁平面３５の波状凹凸３６については括弧書きとした。波状凹凸３４，３６は、複数の実線で示す波の頂部が連続する頂部線３４ａ，３６ａと、複数の破線で示す底部が連続する底部線３４ｂ，３６ｂと、が交互に共にＶ字を横方向に連ねた形状となるように形成されている。ここで、波の頂部は、波の凸部と凹部とが正弦波で示されたときの９０度の位置、即ち最大値の位置（凸部の頂）を意味しており、波の底部は、波の凸部と凹部とが正弦波で示されたときの２７０度の位置、即ち最小値の位置（凹部の底）を意味している。このように、各熱交換用チューブ３０の両扁平面に波状凹凸３４，３６を形成するのは、第２熱交換媒体を流したときに、第２熱交換媒体の主要な流れの他に熱交換に有効な二次流れを生じさせるためである。なお、実施例の熱交換用チューブ３０では、両扁平面のうちの一方側の扁平面の波状凹凸３４と他方側の扁平面の波状凹凸３６とが平行になるように、即ち、一方側の扁平面の波状凹凸３４の頂部線３４ａと他方側の扁平面の波状凹凸３６の底部線３６ｂとが整合すると共に一方側の扁平面の波状凹凸３４の底部線３４ｂと他方側の扁平面の波状凹凸３６の頂部線３６ａとが整合するように配置した。なお、熱交換用チューブ３０の内側から見ると、一方側の扁平面３３の波状凹凸３４における底部線３４ｂは内側に凸の一方側凸部の頂部が連続する線となり、他方側の扁平面３５の波状凹凸３６における底部線３６ｂは内側に凸の他方側凸部の頂部が連続する線となる。

実施例の熱交換用チューブ３０は、両扁平面３３，３５に形成された波状凹凸３４，３６と同様の波状凹凸４４が形成されたインナーフィン４０が内側に配置されている。インナーフィン４０は、金属材料による板材をプレス加工により形成されている。インナーフィン４０の波状凹凸４４は、振幅が熱交換用チューブ３０の一方側の扁平面３３の波状凹凸３４における底部線３４ｂで表わされる一方側凸部の頂部と他方側の扁平面３５の波状凹凸３６における底部線３６ｂで表わされる他方側凸部の頂部との間隔に一致するように、熱交換用チューブ３０の両扁平面３３，３５に形成された波状凹凸３４，３６に対して、同じ波長で、頂部線４４ａおよび底部線４４ｂが同じＶ字形となるように、且つ、一方側の扁平面３３の波状凹凸３４に対して、波長の位相がπ（半波長）だけ異なると共にＶ字形の繰り返しの位相がπ（Ｖ字の半分）だけ異なるように形成されている。図３は、熱交換用チューブ３０の構成を説明するための説明図であり、図４は、図３の熱交換用チューブ３０のＡ−Ａ断面を説明する説明図であり、図５は図３の熱交換用チューブ３０のＢ−Ｂ断面を説明する説明図である。図３中、太実線は一方側の扁平面３３における波状凹凸３４の底部線３４ｂ（一方側凸部の頂部が連続する線）を示し、太破線は他方側の扁平面３５における波状凹凸３６の底部線３６ｂ（他方側凸部の頂部が連続する線）を示し、細一点鎖線はインナーフィン４０の波状凹凸４４の頂部線４４ａを示し、細二点鎖線はインナーフィン４０の波状凹凸４４の底部線４４ｂを示す。図４および図５中、太実線は一方側の扁平面３３における波状凹凸３４を示し、太破線は他方側の扁平面３５における波状凹凸３６を示し、細実線はインナーフィン４０の波状凹凸４４を示す。

インナーフィン４０は、波状凹凸４４の頂部線４４ａと一方側の扁平面３３における波状凹凸３４の底部線３４ｂとが接触する接触点が一方側接合部４６ａとして接合されており、波状凹凸４４の底部線４４ｂと他方側の扁平面３５における波状凹凸３６の底部線３６ｂとが接触する接触点が他方側接合部４６ｂとして接合されている。これらの接合はロウ付けにより行なわれている。図３〜図５には、一方側接合部４６ａを黒丸印で示し、他方側接合部４６ｂを黒四角印で示した。図６は一方側の扁平面３３における波状凹凸３４の底部線３４ｂを示す説明図であり、図７はインナーフィン４０の波状凹凸４４の頂部線４４ａを示す説明図であり、図８は、図６に図７を重ねることにより得られる一方側接合部４６ａを示す説明図である。一方側接合部４６ａは、図６〜図８に示すように、インナーフィン４０の波状凹凸４４の頂部線４４ａと熱交換用チューブ３０の一方側の扁平面３３における波状凹凸３４の底部線３４ｂとの交点と、インナーフィン４０の波状凹凸４４の頂部線４４ａの屈曲部（一方側の扁平面３３における波状凹凸３４の底部線３４ｂの屈曲部）と、に形成され、幾何学的に均等に配置されている。他方側接合部４６ｂも同様に、インナーフィン４０の波状凹凸４４の底部線４４ｂと熱交換用チューブ３０の他方側の扁平面３５における波状凹凸３６の底部線３６ｂとの交点と、インナーフィン４０の波状凹凸４４の底部線４４ｂの屈曲部（他方側の扁平面３５における波状凹凸３６の底部線３６ｂの屈曲部）と、に形成され、複数の一方側接合部４６ａと共に幾何学的に均等に配置されている。したがって、熱交換用チューブ３０の流入口３１から流入した第１熱交換媒体は、インナーフィン４０により熱交換用チューブ３０の一方側の扁平面３３との間と他方側の扁平面３５との間とに分かれて鉛直上方に流れ、合流して熱交換用チューブ３０の流出口３２から流出する。

実施例の熱交換器２０では、熱交換用チューブ３０の両扁平面３３，３５やインナーフィン４０をロウ材がクラッドされたクラッド板材により形成し、インナーフィン４０を挿入した状態の熱交換用チューブ３０を隣接する熱交換用チューブ３０と流入口３１および流出口３２が整合するように積層し、この積層体をロウ材が溶ける温度まで加熱する炉に入れてロウ付けを行なって積層体を形成し、この積層体を別に形成したシェル５０に配置することによって組み付けられる。

こうして構成された熱交換器２０に対して熱交換用チューブ３０の内側に流れる第１熱交換媒体に圧力を作用させたときを考える。このとき、熱交換用チューブ３０内の圧力は全体としては熱交換用チューブ３０の外壁を形成する両扁平面３３，３５を膨らませるように作用するが、熱交換用チューブ３０の両扁平面３３，３５は一方側接合部４６ａおよび他方側接合部４６ｂによりインナーフィン４０と接合されているため、インナーフィン４０の一方側接合部４６ａと他方側接合部４６ｂとの間に引っ張り応力が作用し、両扁平面３３，３５の変形を抑制する。

以上説明した実施例の熱交換器２０によれば、熱交換用チューブ３０の外壁を構成する両扁平面３３，３５にＶ字形を横方向に連ねた形状の波状凹凸３４，３６を形成すると共に、熱交換用チューブ３０の波状凹凸３４，３６に対してその内側の間隔を振幅とし、同一の波長で、同一のＶ字形で、同一のＶ字形の繰り返し幅で、波長の位相がπ（半波長）だけ異なり、Ｖ字形の繰り返しの位相がπ（Ｖ字の半分）だけ異なる波状凹凸４４が形成されたインナーフィン４０を配置し、インナーフィン４０の波状凹凸４４と熱交換用チューブ３０の両扁平面３３，３５における波状凹凸３４，３６との当接部を接合して一方側接合部４６ａおよび他方側接合部４６ｂとすることにより、熱交換用チューブ３０内に作用する圧力に対して熱交換用チューブ３０が変形するのを抑制することができる。この結果、熱交換用チューブ３０を形成する両扁平面３３，３５の板厚を薄くすることができ、熱交換器２０の小型化と軽量化を図ることができる。しかも、熱交換用チューブ３０の外壁を構成する両扁平面３３，３５にＶ字形の波状凹凸３４，３６を形成したので、隣接する熱交換用チューブ３０の間に流れる第２熱交換媒体に主要な流れの他に熱交換に有効な二次流れを生じさせることができる。この結果、熱交換効率を高くすることができ、熱交換器２０の小型化と軽量化を図ることができる。また、熱交換用チューブ３０の両扁平面３３，３５やインナーフィン４０をクラッド板材により形成するから、熱交換用チューブ３０の積層体を高い精度で容易に構成することができる。

実施例の熱交換器２０では、インナーフィン４０の波状凹凸４４を、熱交換用チューブ３０の両扁平面３３，３５に形成された波状凹凸３４，３６に対して、頂部線４４ａおよび底部線４４ｂが同じＶ字形となるように形成するものとしたが、頂部線４４ａおよび底部線４４ｂによるＶ字形の縦方向の長さが熱交換用チューブ３０の両扁平面に形成された波状凹凸３４，３６より若干長くなるように形成するものとしてもよい。図９は変形例のインナーフィン１４０の波状凹凸１４４の頂部線１４４ａを説明する説明図である。図中、実線は変形例のインナーフィン１４０における波状凹凸１４４の頂部線１４４ａを示し、一点鎖線は実施例のインナーフィン４０における波状凹凸４４の頂部線４４ａを示す。変形例のインナーフィン１４０における波状凹凸１４４の頂部線１４４ａは、Ｖ字形の縦方向の長さが若干長くなるように形成したため、頂部線１４４ａの屈曲点は、実施例に比して上下に若干量だけ突出する。実施例では、図８に示すように、インナーフィン４０の波状凹凸４４の頂部線４４ａの屈曲部と熱交換用チューブ３０の一方側の扁平面における波状凹凸３４の底部線３４ｂの屈曲部とは一点で接触するが、実施例のインナーフィン４０に代えて変形例のインナーフィン１４０を用いると、頂部線１４４ａの屈曲点が実施例に比して上下に突出しているため、波状凹凸３４における底部線３４ｂの屈曲部との接触は厳密に解すれば２点の交点に生じる。ロウ付けによりある程度の接合面積を得ることができることを考慮すると、変形例のインナーフィン１４０を用いることにより、底部線３４ｂの屈曲部における接合面積は、変形例の方が実施例より大きくなる。したがって、底部線３４ｂ，３６ｂの屈曲部における接合の強度を高くすることができる。また、変形例のインナーフィン１４０を用いると、組み付け時に熱交換用チューブ内のインナーフィン１４０の位置が上下に若干ずれても、波状凹凸１４４の頂部線１４４ａの屈曲部や底部線１４４ｂの屈曲部が底部線３４ｂの屈曲部や底部線３６ｂの屈曲部に整合するから、底部線３４ｂ，３６ｂの屈曲部における接合をより確実に行なうことができる。

実施例の熱交換器２０では、インナーフィン４０に波状凹凸４４を形成するものとしたが、インナーフィンに貫通孔を形成したり切り起こしを形成したりするものとしてもよい。図１０は、変形例のインナーフィン２４０の構成の一例を説明するための説明図である。図中、太実線は熱交換用チューブ３０の一方側の扁平面３３における波状凹凸３４の底部線３４ｂ（一方側凸部の頂部が連続する線）であり、太破線は熱交換用チューブ３０の他方側の扁平面３５における波状凹凸３６の底部線３６ｂ（他方側凸部の頂部が連続する線）であり、細一点鎖線は変形例のインナーフィン２４０における波状凹凸２４４の頂部線２４４ａを示し、細二点鎖線は変形例のインナーフィン２４０における波状凹凸２４４の底部線２４４ｂを示す。また、黒丸印は一方側接合部４６ａを示し、黒四角印は他方側接合部４６ｂを示す。変形例のインナーフィン２４０の鉛直線上における一方側接合部４６ａと他方側接合部４６ｂとの間には、三角形状の切り起こし２４８ａ，２４８ｂが形成されている。切り起こし２４８ａは、鉛直下から上に向けて一方側接合部４６ａ，他方側接合部４６ｂの順になる両接合部４６ａ，４６ｂの間に配置されており、図１０の紙面の表面側に切り起こされている。また、切り起こし２４８ｂは、鉛直下から上に向けて他方側接合部４６ｂ，一方側接合部４６ａの順になる両接合部４６ｂ，４６ａの間に配置されており、図１０の紙面の裏面側に切り起こされている。実施例でも説明したように、熱交換用チューブ内の第１熱交換媒体は、鉛直下から鉛直上に向けて流れるから、切り起こし２４８ａ，２４８ｂを形成することにより形成される貫通孔をスムースに流れるようになる。このように、インナーフィンに貫通孔や切り起こしを形成することにより、第１熱交換媒体の流通を良好なものとすることができる。

実施例の熱交換器２０では、インナーフィン４０の波状凹凸４４を、熱交換用チューブ３０の両扁平面３３，３５に形成された波状凹凸３４，３６に対して、同じ波長で、頂部線４４ａおよび底部線４４ｂが同じＶ字形となるように、且つ、一方側の扁平面３３の波状凹凸３４に対して、波長の位相がπ（半波長）だけ異なると共にＶ字形の繰り返しの位相がπ（Ｖ字の半分）だけ異なるように形成するものとしたが、インナーフィン４０の波状凹凸４４の頂部線４４ａと熱交換用チューブ３０の一方側の扁平面３３における波状凹凸３４の底部線３４ｂ（一方側凸部の頂部が連続する線）とが交差すると共にインナーフィン４０の波状凹凸４４の底部線４４ｂと他方側の扁平面３５における波状凹凸３６の底部線３６ｂ（他方側凸部の頂部が連続する線）とが交差すればよいから、インナーフィン４０の波状凹凸４４を、熱交換用チューブ３０の両扁平面３３，３５に形成された波状凹凸３４，３６に対して、異なる波長としたり、頂部線および底部線が異なるＶ字形となるようにしたり、波長の位相かＶ字形の繰り返しの位相の何れか或いは双方が同一又は異なるように形成するものとしてもよい。図１１は、変形例のインナーフィン３４０の波状凹凸３４４における頂部線３４４ａを示す説明図であり、図１２は、図６に図１１を重ねることにより得られる一方側接合部３４６ａを示す説明図である。変形例のインナーフィン３４０の波状凹凸３４４は、熱交換用チューブ３０の一方側の扁平面３３の波状凹凸３４に対して、同じ波長で、頂部線４４ａおよび底部線４４ｂが同じＶ字形となるように、且つ、波長の位相は同じで、Ｖ字形の繰り返しの位相をπ（Ｖ字の半分）だけ異なるように形成されている。この変形例のインナーフィン３４０を用いた場合、図１２に示すように、インナーフィン３４０における波状凹凸３４４の頂部線３４４ａと熱交換用チューブ３０の一方側の扁平面３３における波状凹凸３４の底部線３４ｂ（一方側凸部の頂部が連続する線）との交点に一方側接合部３４６ａが形成されるが、一方側接合部３４６ａは、実施例に比して、その数と均等配置性に劣るものの、インナーフィンを用いないものに比して、熱交換用チューブ３０内に作用する圧力に対して熱交換用チューブ３０が変形するのを抑制することができる。

実施例の熱交換器２０では、インナーフィン４０に波状凹凸４４を形成するものとしたが、インナーフィンをオフセットフィンとして形成するものとしてもよい。図１３は、変形例のインナーフィン４４０の外観の一部を示す部分外観図であり、図１４は、変形例のインナーフィン４４０を用いた熱交換用チューブの断面を示す断面図である。変形例のインナーフィン４４０は、図示するように、一方側の扁平面３３に当接するように形成された第１頂部平坦面４４４ａと他方側の扁平面３５に当接するように形成された第１底部平坦面４４４ｂとが直線上に繰り返す第１凹凸４４４と、一方側の扁平面３３に当接するように形成された第２頂部平坦面４４５ａと他方側の扁平面３５に当接するように形成された第２底部平坦面４４５ｂとが直線上に繰り返す第２凹凸４４５と、が交互に配列するように形成されている。そして、第２凹凸４４５は、第１凹凸４４４に対して１／４波長（第１頂部平坦面４４４ａの直線方向の長さの半分）だけずれるように配列している。また、第１凹凸４４４における第１頂部平坦面４４４ａや第１底部平坦面４４４ｂ，第２凹凸４４５における第２頂部平坦面４４５ａや第２底部平坦面４４５ｂの直線方向の長さ（図１４における左右方向の長さ）は、両扁平面３３，３５の波状凹凸３４，３６のＶ字形の繰り返し幅に一致するように形成されている。このため、第１頂部平坦面４４４ａや第１底部平坦面４４４ｂ，第２頂部平坦面４４５ａ，第２底部平坦面４４５ｂは、適当に配置することにより波状凹凸３４，３６の底部線３４ｂ，３６ｂのＶ字形の隣接する屈曲部に当接して一方側接合部４４６ａや他方側接合部４４６ｂを構成する。図１４はこの状態を示している。こうした変形例のインナーフィン４４０を用いた熱交換用チューブでも一方側接合部４４６ａと他方側接合部４４６ｂとの間で引っ張り応力が作用し、熱交換用チューブの変形を抑制することができる。

図１５は、変形例のインナーフィン５４０を用いた熱交換用チューブの断面を示す断面図である。変形例のインナーフィン５４０は、図１３，図１４に例示したインナーフィン４４０を図１４中左右方向から押して隣接する第１頂部平坦面４４４ａや第２頂部平坦面４４５ａが連続して接合されて一方側平面５４４ａを形成すると共に隣接する第１底部平坦面４４４ｂや第２底部平坦面４４５ｂが連続して接合されて他方側平面５４４ｂを形成することによって構成されている。この場合、図１４における第１凹凸４４４の第１頂部平坦面４４４ａと第１底部平坦面４４４ｂとを連結する垂直壁や第２凹凸４４５の第２頂部平坦面４４５ａと第２底部平坦面４４５ｂとを連結する垂直壁は、一方側平面５４４ａと他方側平面５４４ｂとを支持するよう交互に連続する斜壁となる。こうした構成はトラス構造となるため、熱交換用チューブの剛性を非常に高めることができ、その変形をより抑制することができる。ただし、この場合、第１熱交換媒体と第２熱交換媒体とを対向流とすると、第１熱交換媒体は一方側平面５４４ａと他方側平面５４４ｂとの間にしか流れないため、各平坦面４４４ａ，４４４ｂ，４４５ａ，４４５ｂに貫通孔や切り起こしを形成しておき、一方側平面５４４ａや他方側平面５４４ｂに複数の貫通孔や切り起こしが形成されているものとするのが好ましい。また、第１熱交換媒体と第２熱交換媒体とが直交流となるように熱交換器を構成してもよい。即ち、隣接する熱交換用チューブの間の第２熱交換媒体については熱交換用チューブの両側の扁平面に形成された複数の波状凹凸３４，３６のＶ字形を乗り越えるように流し、熱交換用チューブ内の第１熱交換媒体については熱交換用チューブの両側の扁平面に形成された複数の波状凹凸３４，３６のＶ字形に沿ってジグザグ屈曲するように流すのである。

実施例の熱交換器２０やその変形例では、第１熱交換媒体と第２熱交換媒体とを対向流とするものとしたが、第１熱交換媒体と第２熱交換媒体とを直交流とするものとしてもよいし、第１熱交換媒体や第２熱交換媒体の一方または双方が迂流するようにしても構わない。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、熱交換器の製造産業などに利用可能である。

２０熱交換器、３０熱交換用チューブ、３１流入口、３２流出口、３１ａ，３２ａ連絡管、３３一方側の扁平面、３４，３６波状凹凸、３４ａ頂部線、３４ｂ底部線、３５他方側の扁平面、３６ａ頂部線、３６ｂ底部線、４０，１４０，３４０，４４０，５４０インナーフィン、４４，１４４，２４４，３４４波状凹凸、４４ａ，１４４ａ，３４４ａ頂部線、４４ｂ底部線、４６ａ，３４６ａ，４４６ａ一方側接合部、４６ｂ，４４６ｂ他方側接合部、５０シェル、５１流入口、５２流出口、２４８ａ，２４８ｂ切り起こし、４４４第１凹凸、４４４ａ第１頂部平坦面、４４４ｂ第１底部平坦面、４４５第２凹凸、４４５ａ第２頂部平坦面、４４５ｂ第２底部平坦面、５４４ａ一方側平面、５４４ｂ他方側平面。

Claims

扁平な中空管として形成された熱交換用チューブを複数積層し、前記熱交換用チューブ内に流れる第１熱交換媒体と隣接する熱交換用チューブの間に流れる第２熱交換媒体との間で熱交換を行なう熱交換器であって、
前記熱交換用チューブの両側の扁平面は、頂部が連続する頂部線および底部が連続する底部線がＶ字形を横方向に１つまたは複数連ねた形状の複数の波状凹凸が略全面に形成されており、
金属製の単一の板材をプレス加工することによって形成されて前記熱交換用チューブの内側に配置され、該熱交換用チューブの一方の扁平面のチューブ内側に形成される前記複数の波状凹凸における内側に凸の一方側凸部に接合される複数の一方側接合部と、該熱交換用チューブの他方の扁平面のチューブ内側に形成される前記複数の波状凹凸における内側に凸の他方側凸部に接合される複数の他方側接合部と、を有するインナーフィンを備える、
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、
前記インナーフィンは、頂部が連続する頂部線および底部が連続する底部線がＶ字形を横方向に１つまたは複数連ねた形状で前記一方側凸部と前記他方側凸部との間隔が振幅となる複数の波状凹凸が略全面に形成されている、
熱交換器。
請求項２記載の熱交換器であって、
前記インナーフィンに形成された前記複数の波状凹凸は、前記熱交換用チューブの扁平面に形成された複数の波状凹凸に対して、同じ波長で、同じＶ字形で、且つ、波長の位相またはＶ字形の繰り返しの位相の少なくとも一方が異なるように形成されている、
熱交換器。
請求項３記載の熱交換器であって、
前記インナーフィンに形成された前記複数の波状凹凸は、前記熱交換用チューブの扁平面に形成された複数の波状凹凸に対して、波長の位相がπだけ異なると共にＶ字形の繰り返しの位相がπだけ異なるように形成されている、
熱交換器。
請求項２記載の熱交換器であって、
前記インナーフィンに形成された前記複数の波状凹凸は、前記熱交換用チューブの扁平面に形成された複数の波状凹凸に対して、同じ波長で、幅は同じで縦方向に僅かに長いＶ字形で、且つ、波長の位相がπだけ異なると共にＶ字形の繰り返しの位相がπだけ異なるように形成されている、
熱交換器。
請求項１記載の熱交換器であって、
前記インナーフィンは、高さが前記一方側凸部と前記他方側凸部の間隔となるように形成されたオフセットフィンである、
熱交換器。
請求項６記載の熱交換器であって、
前記インナーフィンは、前記一方側凸部に当接する第１頂部平坦面と前記他方側凸部に当接する第１底部平坦面とが交互に直線上に配列する第１凹凸と前記一方側凸部に当接する第２頂部平坦面と前記他方側凸部に当接する第２底部平坦面とが交互に直線上に配列する第２凹凸とが、交互に、且つ、前記第２凹凸が前記第１凹凸に対して１／４波長だけずれて配列するように形成されており、
前記第１凹凸における前記第１頂部平坦面および前記第１底部平坦面の直線方向の長さ及び前記第２凹凸における前記第２頂部平坦面および前記第２底部平坦面の直線方向の長さは、Ｖ字形の繰り返し幅に一致するように形成されている、
熱交換器。
請求項１記載の熱交換器であって、
前記インナーフィンは、前記一方側凸部に当接する一方側平面と、前記他方側凸部に当接する他方側平面と、前記一方側平面と前記他方側平面とを対称に斜めに支持する複数の支持斜面と、を有するように形成されている、
熱交換器。
請求項８記載の熱交換器であって、
前記インナーフィンは、オフセットフィンの上部の複数の平坦面が連続して前記一方側平面となるように、且つ、オフセットフィンの下部の複数の平坦面が連続して前記他方側平面となるように、オフセットフィンを加工して形成されている、
熱交換器。
請求項１ないし９のうちのいずれか１つの請求項に記載の熱交換器であって、
前記インナーフィンは、前記一方側接合部と前記他方側接合部との間に貫通孔または切り起こしが形成されている、
熱交換器。