JP3622297B2

JP3622297B2 - 熱交換器

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Publication number: JP3622297B2
Application number: JP29795995A
Authority: JP
Inventors: 功畔柳; 山本　　憲; 修小林; 芳雄鈴木; 吉孝黒田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1995-11-16
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2015-11-16
Also published as: JPH08271169A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒と空気とを熱交換させる冷凍サイクルのコンデンサ、スーパークーラやエバポレータ、あるいはエンジン冷却水と空気とを熱交換させるヒータコアやラジエータ等の熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、熱交換器においては、チューブ内を流れる熱媒体とチューブの外側を流れる空気との熱交換効率を高める放熱フィンとして、チューブの外壁面にルーバ付コルゲートフィンを接触して配設していた（例えば実開昭６１−１９８８８６号公報に記載された熱交換器等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、チューブの外側を流れる空気は、チューブの外壁面に沿って層流状態で流れることにより、チューブの外壁面付近を流れる空気とチューブの外壁面より離れて流れる空気（主流）との間で、チューブ内を流れる熱媒体との温度差が異なり、空気側に温度境界層が生じることが確認されている。したがって、チューブの外壁面付近を流れる空気は、チューブの外壁面より離れて流れる空気ほどチューブ内を流れる流体との温度差がつかない。このため、チューブの外壁面付近の熱伝達率の低下により空気側全体の放熱性能の向上化が阻害されていた。
【０００４】
なお、熱交換器全体の放熱性能の向上化の検討は、性能向上化の寄与率の高い空気側仕様の改良を中心に行われてきている。そして、空気側仕様の改良は、主に放熱フィンの伝熱面積を拡大したり、放熱フィンの先端効果を高めるため放熱フィンを微細なピン形状にしたりしているが、近年ではその最適化が進み、これ以上の改良の余地のない所まで行き着いてしまっている。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、チューブの外壁面の熱伝達に着目し、チューブの外壁面付近における第２流体側熱伝達率を向上して、第２流体側全体の熱交換性能を更に高性能化することが可能な熱交換器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、伝熱促進手段は、偏平チューブの外壁面付近における第２流体の流れ方向の上流側に、偏平チューブの外壁面より離れる方向に突き出した壁面伝熱促進体（としての傾斜三角板）を有している。そして、この壁面伝熱促進体は、隣設する２つの偏平チューブ間に形成される流体通路内に収まるように配されて、第２流体の流れ方向の上流側に指向するように傾斜した傾斜面を有している。そして、この壁面伝熱促進体が、主流の誘導、および流れを旋回させることにより、偏平チューブの外壁面より離れて流れる主流の低温の第２流体と偏平チューブの外壁面付近を流れる高温の第２流体とを入れ換える入換え効果により温度境界層（空気側温度分布）が薄くなって温度の均一化が図られる。
【０００７】
したがって、主流の低温流体と偏平チューブの外壁面との熱交換を活発にすることにより、偏平チューブの外壁面の温度勾配がきつくなるので、偏平チューブの外壁面付近の第２流体側の熱伝達率を向上できる。この結果、第２流体側全体の熱交換性能を向上できるという効果が得られる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、伝熱促進手段に設けられた多数の微細フィン部が、拡大伝熱面効果および先端効果により第２流体側全体の熱交換性能を更に向上できるという効果が得られる。また、請求項４に記載の発明によれば、放熱フィンは、冷媒（第１流体、熱媒体）と空気（第２流体、流体）との熱交換効率を高めるための伝熱促進手段で、山部と谷部とが交互に繰り返されるように波形形状に形成されている。この放熱フィンは、偏平チューブの外壁面に接合される壁面接合部を有している。この壁面接合部の風上側端部には、壁面伝熱促進体（としての傾斜三角板）が流体通路（通気路）内に向けて切り起こされている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
〔第１実施例の構成〕
図１ないし図１１はこの発明の第１実施例を示したもので、図１は空気側をハイブリッド熱伝達方式とした熱交換器の主要部を示した図である。
【００１０】
熱交換器１は、空気調和装置の冷凍サイクルに組み込まれる冷媒凝縮器（コンデンサ、放熱器）であって、気相冷媒（ガス冷媒）が流入する入口タンク（図示せず）と、液相冷媒（液冷媒）が流出する出口タンク（図示せず）と、一端部が入口タンクに接続され、他端部が出口タンクに接続された複数の偏平チューブ２と、これらの偏平チューブ２の外壁面に接触して設けられた複数の放熱フィン３とからなり、これは一体ろう付けにより一体化されている。
【００１１】
偏平チューブ２は、熱伝導性および加工性に優れるアルミニウム合金材を押し出し成形することにより、所定の断面形状に形成されている。この偏平チューブ２は、一端部（上流側端部）から他端部（下流側端部）に向かって直管状に設けられ、上下方向または水平方向に複数積層されたマルチフロー型熱交換器用の偏平チューブ２を使用している。なお、偏平チューブ２は、偏平な長円形状の外周壁４の中に複数の仕切り壁５で仕切られ、内部に冷媒が流れる複数の冷媒通路（熱媒体通路）６を有している。
【００１２】
放熱フィン３は、熱伝導性および加工性に優れるアルミニウム合金材、あるいはアルミニウム合金材の表面にろう材を被着したアルミニウムクラッド材よりなる。この放熱フィン３は、冷媒（第１流体、熱媒体）と空気（第２流体、流体）との熱交換効率を高めるための伝熱促進手段で、山部と谷部とが交互に繰り返されるように波形（コルゲート）形状に形成されている。
【００１３】
なお、放熱フィン３は、山部と谷部とに当たる部分に、偏平チューブ２の外壁面にろう付けにより接合される平坦な薄板状壁面接合部７を有している。また、２つの壁面接合部７間には、隣設する２つの偏平チューブ２間に形成される空気通路（流体通路）を複数の通気路に区画するように配された平坦な薄板状区画部８が形成されている。
【００１４】
また、この実施例では、偏平チューブ２の一方の外壁面に接合し、且つ隣設した２つの壁面接合部７が接触するように配置されている。これにより、放熱フィン３のフィンピッチ（区画部８間のピッチ）がより小さくなるので拡大伝熱面効果が高まる。
【００１５】
壁面接合部７の風上側端部には、壁面伝熱促進体としての傾斜三角板９が通気路内に向けて切り起こされている。この傾斜三角板９は、先端部（尖端部）が、空気の流れ方向の上流側に指向するように傾斜した三角傾斜面１０を有している。そして、傾斜三角板９は、偏平チューブ２の外壁面に近い側に、風上より通気路内に流入する空気に対向する三角傾斜面１１を有している。
【００１６】
この実施例の傾斜三角板９の仕様は、三角傾斜面１０の高さｈが１ｍｍ〜４ｍｍ、三角傾斜面１０と壁面接合部７の平坦部との傾斜角θが１５°〜４５°、三角傾斜面１０の底辺長さ（以下底辺と呼ぶ）ｌが０．２５ｍｍ〜０．７５ｍｍである。ここで、傾斜三角板９の好ましい仕様は、高さｈが２．５ｍｍ〜３．５ｍｍ、傾斜角θが２０°〜４０°、底辺ｌが０．４ｍｍ〜０．６ｍｍである。さらに、壁面熱伝達率や通風抵抗を考慮した場合には、高さｈを３ｍｍ、傾斜角θを３０°、底辺ｌを０．５ｍｍとしたものが最も好ましい。
【００１７】
なお、傾斜三角板９は、壁面接合部７の空気の流れ方向（偏平チューブ２の幅方向）に沿って２個以上設けても良く、また壁面接合部７の空気の流れ方向と直交する方向（偏平チューブ２の長さ方向）に２個以上設けても良い。ちなみに、圧力損失を許容できる範囲で、傾斜角を３０°として、底辺対高さの比を１：６として大型化しても良い。
【００１８】
区画部８は、隣設する通気路に面する両端面に、打ち抜きまたは溶解（エッチング等）によって、放熱フィン３の先端効果を高めるための多数の微細ピンフィン１２が形成されている。多数の微細ピンフィン１２は、本発明の微細フィン部であって、軸線方向が通気路内の空気の流れ方向に対して直交する方向、つまり隣設する２つの偏平チューブ２に両端がそれぞれ接触するように配されている。
【００１９】
〔第１実施例の作用〕
次に、この実施例の熱交換器１の作用を図１に基づいて簡単に説明する。
熱交換器１の入口タンク内に流入したガス冷媒は、偏平チューブ２内に流入し、偏平チューブ２を通過する際に偏平チューブ２の外側を流れる空気と熱交換することにより空気を加熱する。このとき、放熱フィン３の区画部８に設けられた多数の微細ピンフィン１２は、拡大伝熱面効果および先端効果により空気側放熱性能の大部分を受け持つ。
【００２０】
一方で、偏平チューブ２の外壁面付近の壁面接合部７に設けられた傾斜三角板９は、主流の誘導、および流れの旋回を発生させることにより、温度境界層の外側を流れる低温の空気と温度境界層の内側を流れる高温の空気とを入れ換える。すなわち、偏平チューブ２の外壁面より離れて流れる主流の低温の空気と偏平チューブ２の外壁面付近を流れる高温の空気とを入れ換える入換え効果により温度境界層（空気側温度分布）を薄くして温度の均一化が図られる。
【００２１】
〔第１実施例の効果〕
したがって、主流の低温の空気と偏平チューブ２の外壁面（冷媒）との熱交換を活発にすることにより、偏平チューブ２の外壁面の温度勾配が急勾配となることにより、偏平チューブ２の外壁面付近の空気側熱伝達率を向上できる。ちなみに、この実施例の仕様（例えば高さｈが３ｍｍ、傾斜角θが３０°、底辺ｌが０．５ｍｍ）の傾斜三角板９を備えた熱交換器１では、壁面接合部７が平板のみの第１従来例と比較して偏平チューブ２の外壁面付近での空気側熱伝達率を約２倍に向上できる。この結果、空気側全体の放熱性能を５％向上できる。
【００２２】
〔伝熱促進原理について〕
図２は伝熱促進原理に基づいた着想ポイントを示した原理図である。
壁面熱伝達率を向上させるためには、壁面Ｐより離れた温度境界層（Ｂ．Ｌ．）の外側を流れる低温流体Ｃと壁面付近の温度境界層の内側を流れる高温流体Ｈとを入れ換えると効果があることが知られている。そのためには、壁面伝熱促進体の作用として、流体の主流を壁面に誘導させる働きと、温度境界層の外側と壁面とで流体の流れを旋回させる働きとの２点が必要となる。
【００２３】
これらの働きを生じさせるためには、壁面伝熱促進体として前方へ傾斜した構造、および旋回流を発生させる構造という２つの必要条件が導かれる。上記２点の構造のうち片方または両方を満たす構造が壁面伝熱促進体の候補となるが、そのうちの最も効果のあるものとして以下の測定結果や数値計算により最適な仕様として傾斜三角板９を採用することにした。
【００２４】
〔傾斜三角板９の効果の数値計算結果について〕
図３は傾斜三角板９の効果を数値計算で確認した結果を示したモデル図である。流体としての空気の流れは図３（ａ）〜（ｃ）に流脈で示し、壁面温度分布は図３（ａ）に破線で示した。また、傾斜三角板９の仕様は、底辺ｌを１ｍｍ、高さｈを４ｍｍ、傾斜角（仰角）θを３０°としたものを使用した。
【００２５】
傾斜三角板９よりも後方側（風下側）では、図３に示したように、傾斜三角板９に沿って壁面へ向かう流れ、傾斜三角板９端面での渦発生、および傾斜三角板９の後方の壁面での旋回が観察できる。同時に、図３（ａ）に破線で示した壁面温度分布をみると、傾斜三角板９の後方に３５℃程度の低温域が長く続いていることが確認できる。
【００２６】
そして、空気の風速Ｖａを１ｍ／ｓ、空気温度Ｔａを２０℃とした熱流速一定条件（７８０Ｗ／ｍ^２）を基にして熱伝達率向上割合Ｋを数１の式〜数３の式に基づいて算出すると、放熱フィン３の壁面接合部７が平板のみ壁面の値と比較して約２倍向上していることが分かる。
【数１】
Ｑ＝αｔ×Ａ×ΔＴｍ
【数２】
Ｑ＝αｔδ×Ａ×ΔＴｍδ
【数３】
Ｋ＝（αｔδ／αｔ）＝（ΔＴｍ／ΔＴｍδ）＝１．７
【００２７】
ここで、数１の式のＱは平板のみの壁面の放熱量、αｔは壁面熱伝達率、Ａは熱伝達率算出領域、ΔＴｍは壁面と空気との平均温度差を示し、ΔＴｍ＝Ｔｗ−Ｔａで表せる。Ｔｗは壁面平均温度を示す。また、数２の式のＱは傾斜三角板９を持つ壁面の放熱量、αｔδは壁面熱伝達率、Ａは熱伝達率算出領域、ΔＴｍδは壁面温度を示す。さらに、Ｋは熱伝達率向上割合を示す。
【００２８】
〔傾斜三角板９の効果の検証結果について〕
図４ないし図７は、上記の数値計算で求めた傾斜三角板９の効果の検証として、可視化による空気の流れを確認する試験装置４０やその実験結果を示した図である。
【００２９】
図４は可視化による空気の流れの観察に使用した試験装置４０を示した図である。この試験装置４０は、方形状のダクト４１の後方側（風下側）に配置された傾斜三角板９を有する壁面（平板状プレート）４２、ドライアイスを内蔵した煙発生装置４３、レーザ光を発生するレーザ光源４４、空気の流れを撮影する高速ビデオ４５等より構成されている。なお、試験装置４０の傾斜三角板９の仕様は、前述の通りである。空気の風速Ｖａは、１ｍ／ｓである。
【００３０】
図５は図４に示した試験装置４０により傾斜三角板９の後方側の空気の流れを可視化観察した可視化縦断面図（レーザストリット）ａ〜ｃおよび可視化横断面図ｄである。これらの可視化断面図から主流の壁面４２への誘導（渦による巻き込み）がなされている点、および壁面４２での旋回流が発生している点を確認することができる。
【００３１】
図６（ａ）は壁面温度分布を測定する試験装置５０を示した図で、図６（ｂ）、（ｃ）はその試験装置５０で使用したテストピース５２を示した図である。この試験装置５０は、８０ｍｍ×８０ｍｍのダクト５１の後方に配置されたテストピース５２、このテストピース５２の壁面温度を測定するサーモビュアー（輻射温度計）５３、およびテストピース５２を加熱する直流電源５４等より構成されている。
【００３２】
なお、試験装置５０のテストピース５２は、前述の仕様の傾斜三角板９を設けた長方形状のＡＢＳ樹脂製平板（７２ｍｍ×１８ｍｍ×２ｍｍ）５５にニッケル鍍金を施し、そのニッケル鍍金部分に直流電源５４にて通電することにより壁面を一定熱流速条件で加熱してある。なお、熱伝達率算出領域Ａは、図６（ｂ）に示したように、２ｍｍ×１５ｍｍの長方形状の領域である。
【００３３】
図７は図６に示した試験装置５０のサーモビュアー５３による壁面温度の測定結果を示した壁面温度分布図である。この図７（ａ）に示した平板の壁面のみの第１従来例の温度差（ΔＴｍ＝３５℃）よりも、傾斜三角板９を設けたテストピース５２の温度差（ΔＴｍδ＝２１℃）の方が壁面熱伝達率が約２倍に向上している点が確認できる。これは、傾斜三角板９は、壁面の伝熱促進効果が長く傾斜三角板９の後方に拡がるからであると推測される。したがって、上記の数１の式〜数３の式の数値計算の結果とよく一致していることが分かる。
【００３４】
〔傾斜三角板９の最適仕様について〕
図８は傾斜三角板９の最適仕様を数値計算により求めるために使用した計算パラメータを示したモデル図である。なお、図８中のｆｐは放熱フィン３のフィンピッチ、ｈは傾斜三角板９の高さ、θは傾斜三角板９の傾斜角、ｌは傾斜三角板９の底辺を示している。
【００３５】
図９（ａ）〜（ｃ）は図８に示した計算パラメータを用いて傾斜三角板９の最適仕様をナビエストークスの式を用いて数値計算により求めた計算結果を示したグラフである。図９中の○は壁面熱伝達率αｔ（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）、△は通風抵抗ΔＰａ（Ｐａ）、×はαｔ／ΔＰａを示している。
【００３６】
図９（ａ）は、フィンピッチｆｐを１ｍｍ、傾斜角θを３０°、底辺ｌを０．５ｍｍとしたとき、高さｈを１ｍｍから４ｍｍまで１ｍｍ毎に増加させた場合の、壁面熱伝達率、通風抵抗および壁面熱伝達率／通風抵抗の各計算結果を示したグラフである。
【００３７】
図９（ｂ）は、フィンピッチｆｐを１ｍｍ、高さｈを３ｍｍ、底辺ｌを０．５ｍｍとしたとき、傾斜角θを１５°から４５°まで１５°ずつ増加させた場合の、壁面熱伝達率、通風抵抗および壁面熱伝達率／通風抵抗の各計算結果を示したグラフである。
【００３８】
図９（ｃ）は、フィンピッチｆｐを１ｍｍ、高さｈを３ｍｍ、傾斜角θを３０°としたとき、底辺ｌを０．２５ｍｍから０．７５ｍｍまで０．２５ｍｍずつ増加させた場合の、壁面熱伝達率、通風抵抗および壁面熱伝達率／通風抵抗の各計算結果を示したグラフである。
以上の図９（ａ）〜（ｃ）に示したグラフからフィンピッチｆｐが１ｍｍの場合には、高さｈが３ｍｍ、傾斜角θが３０°、底辺ｌが０．５ｍｍを最適仕様として選ぶことができる。
【００３９】
〔ハイブリッド熱伝達性能について〕
次に、壁面接合部７が平板のみの放熱フィン３を備えた測定コア（第１従来例）、および微細ピンフィンを備えた測定コア（第２従来例）に対して、空気側をハイブリッド熱伝達方式とした放熱フィン３を備えた測定コア（第１実施例）６０のハイブリッド熱伝達性能を測定した結果を示す。
【００４０】
図１０（ａ）は多数の微細ピンフィン１２を有する測定コア６０を示した概略図で、図１０（ｂ）、（ｃ）は多数の微細ピンフィン１２や傾斜三角板９を示した概略図である。微細ピンフィン１２の仕様は、フィン径が０．１５ｍｍ、フィンピッチが１．１３ｍｍ、フィン間隔が０．３ｍｍ、フィン長さが７．７５ｍｍである。傾斜三角板９の仕様は、傾斜角θが３０°、高さｈが３ｍｍ、底辺ｌが０．５ｍｍである。
【００４１】
図１１（ａ）は平板のみの第１従来例の測定コア（図に破線で示す）、傾斜三角板９と微細ピンフィンを持つ第１実施例の測定コア５０（図に○で示す）について、非定常フィン伝熱性能測定法を利用して空気の風速Ｖａを変化させながら空気側壁面熱伝達率を測定した結果を示したグラフである。
【００４２】
図１１（ａ）のグラフから微細ピンフィン１２と傾斜三角板９を設けたハイブリッド熱伝達方式の測定コア６０は、多数の微細ピンフィン１２による拡大伝熱面効果、先端効果と傾斜三角板９による攪乱効果によって、平板のみの第１従来例の測定コアと比較して、壁面熱伝達率が２倍となることが分かる。
【００４３】
図１１（ｂ）は微細ピンフィンのみを有する第２従来例の測定コア（図に×で示す）、傾斜三角板９と微細ピンフィン１２を持つ第１実施例の測定コア６０（図に○で示す）について、非定常フィン伝熱性能測定法を利用して空気の風速Ｖａを変化させながら通風抵抗を測定した結果を示したグラフである。
図１１（ｂ）のグラフから微細ピンフィン１２と傾斜三角板９を設けたハイブリッド熱伝達方式のものは、微細ピンフィンのみの第２従来例と比較して、通風抵抗は僅か７％（１Ｐａ）の増加に止まっていることが分かる。
【００４４】
〔第２実施例〕
図１２および図１３はこの発明の第２実施例を示したもので、ルーバーフィンの主要部を示した図である。
この実施例では、伝熱促進手段としてルーバーフィン６１を用いている。このルーバーフィン６１は、山部と谷部とに当たる部分に平坦な薄板状壁面接合部７ａ、７ｂを有し、２つの壁面接合部７ａ、７ｂ間に、隣設する２つの偏平チューブ（図示せず）間に形成される空気通路を複数の通気路に区画するように配された平坦な薄板状区画部８ａ、８ｂを有している。
【００４５】
壁面接合部７ａは、図示上方側に配され、上側に隣設する偏平チューブの外壁面にろう付けにより接合される山側壁部（第１横壁部、天壁部）を形成する部分である。また、壁面接合部７ｂは、図示下方側に配され、下側に隣設する偏平チューブの外壁面にろう付けにより接合される谷側壁部（第２横壁部、底壁部）を形成する部分である。壁面接合部７ａ、７ｂには、第１実施例と同様にして、壁面伝熱促進体として尖端部が空気の流れ方向の上流側に指向するように傾斜した三角傾斜面を両端面に持った傾斜三角板９が通気路内に向けて切り起こされている。
【００４６】
区画部８ａは、壁面接合部７ａの一端部より略直交するように図示上方に向かって延長された第１側壁部（縦壁部）を形成する部分である。また、区画部８ｂは、区画部８ａとの間に所定の通路幅（例えば１．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度）の通気路を形成し、壁面接合部７ｂの一端部より略直交するように図示下方に向かって延長された第２側壁部（縦壁部）を形成する部分である。
【００４７】
なお、区画部８ａ、８ｂには、空気の流れ方向に対して傾斜するように多数のルーバー部６１ａ、６１ｂが一体成形（切り起こ）されている。これらのルーバー部６１ａ、６１ｂは、区画部８ａ、８ｂの中央部から奥側と手前側では傾斜方向が転向している。例えばルーバー部６１ａは先端部が空気の流れ方向の下流側に指向するように傾斜しており、ルーバー部６１ｂは先端部が空気の流れ方向の上流側に指向するように傾斜している。
この実施例は、ルーバーフィン６１に傾斜三角板９を設けているので、第１実施例の微細ピンフィン部と比較してプレス加工により一体成形できるため製造し易く、非常に低価格で製作できる。
【００４８】
〔第３実施例〕
図１４はこの発明の第３実施例を示したもので、ルーバーフィンの主要部を示した図である。
この実施例では、ルーバーフィン６１の区画部８ａ、８ｂに形成されるルーバー６１ｃの傾斜方向を全て同一方向としている。
【００４９】
〔第４実施例〕
図１５はこの発明の第４実施例を示したもので、傾斜ルーバーフィンの主要部を示した図である。
この実施例では、伝熱促進手段として傾斜ルーバーフィン６２を用いている。この傾斜ルーバーフィン６２は、空気の流れ方向に対して傾斜するように区画部８ａ、８ｂを有し、これらの区画部８ａ、８ｂの傾斜方向が途中で転向している。なお、区画部８ａ、８ｂには、中央部から奥側と手前側では傾斜方向が転向しているルーバー６２ａ、６２ｂが切り起こされている。
【００５０】
〔第５実施例〕
図１６はこの発明の第５実施例を示したもので、平行ルーバーフィンの主要部を示した図である。
この実施例では、伝熱促進手段として平行ルーバーフィン６３を用いている。この平行ルーバーフィン６３は、空気の流れ方向に対して傾斜するように区画部８ａ、８ｂを有し、これらの区画部８ａ、８ｂの傾斜方向が途中で転向している。なお、区画部８ａ、８ｂには、空気の流れ方向に平行なルーバー６３ａ、６３ｂが一体成形されている。
【００５１】
〔第６実施例〕
図１７はこの発明の第６実施例を示したもので、スリットフィンの主要部を示した図である。
この実施例では、伝熱促進手段として隣設するルーバー６４ａ、６４ｂと隣設するルーバー６４ｃ、６４ｄとが互いに突出方向の異なる平行ルーバーフィン、所謂スリットフィン６４を用いている。
【００５２】
〔第７実施例〕
図１８はこの発明の第７実施例を示したもので、平板フィンの主要部を示した図である。
この実施例では、伝熱促進手段として区画部８ａ、８ｂが平板形状の平板フィン６５を用いている。なお、壁面接合部７ａ、７ｂには、第１実施例と同様にして、壁面伝熱促進体として三角傾斜面を両端面に有する傾斜三角板９が切り起こされている。
【００５３】
〔第８実施例〕
図１９はこの発明の第８実施例を示したもので、スロットフィンの主要部を示した図である。
この実施例では、伝熱促進手段として区画部８ａ、８ｂに長方形状のスロット６６ａが多数形成されたスロットフィン６６を用いている。なお、壁面接合部７ａ、７ｂには、第１実施例と同様にして、壁面伝熱促進体として三角傾斜面を両端面に有する傾斜三角板９が切り起こされている。また、多数のスロットの形状は三角形状、多角形状、円形状、楕円形状等のようにどのような形状でも良く、種々の異なる形状のスロットをランダムに形成しても良い。
【００５４】
〔第９実施例〕
図２０はこの発明の第９実施例を示したもので、穴開きフィンの主要部を示した図である。
この実施例では、伝熱促進手段として区画部８ａ、８ｂに円形状の貫通穴６７ａが多数形成された穴開きフィン６７を用いている。なお、壁面接合部７ａ、７ｂには、第１実施例と同様にして、壁面伝熱促進体として三角傾斜面を両端面に有する傾斜三角板９が切り起こされている。また、多数の貫通穴の形状は三角形状、多角形状、円形状、楕円形状等のようにどのような形状でも良く、種々の異なる形状の貫通穴をランダムに形成しても良い。
【００５５】
〔第１０実施例〕
図２１はこの発明の第１０実施例を示したもので、オフセットフィンの主要部を示した図である。
この実施例では、伝熱促進手段としてオフセットフィン６８を用いている。このオフセットフィン６８は、区画部８ａに他の部分よりも区画部８ｂ側に突出する複数の凸状壁６８ａを有し、区画部８ｂの複数の凸状壁６８ａに対向する部分に他の部分よりも凹んだ複数の凹状壁６８ｂを有している。そして、凸状壁６８ａと他の区画部８ａとの間には、長方形状開口を有するスリット６８ｃが形成されている。また、凹状壁６８ｂと他の区画部８ｂとの間には、長方形状開口を有するスリット６８ｃが形成されている。
【００５６】
なお、壁面接合部７ａ、７ｂには、第１実施例と同様にして、壁面伝熱促進体として三角傾斜面を両端面に有する傾斜三角板９が切り起こされている。また、多数のスリットの形状は三角形状、多角形状、円形状、楕円形状等のようにどのような形状でも良い。さらに、区画部８ａ、８ｂ、凸状壁６８ａおよび凹状壁６８ｂに微細フィン部、ルーバー、スロットまたは貫通穴等を設けても良い。
【００５７】
〔第１１実施例〕
図２２はこの発明の第１１実施例を示したもので、ウエービィフィンの主要部を示した図である。
この実施例では、伝熱促進手段としてウエービィフィン６９を用いている。ウエービィフィン６９は、区画部８ａ、８ｂが面方向に対して波形形状に曲折しており、壁面接合部７ａ、７ｂの両端が区画部８ａ、８ｂの形状に沿うように曲折している。なお、壁面接合部７ａ、７ｂには、第１実施例と同様にして、壁面伝熱促進体として三角傾斜面を両端面に有する傾斜三角板９が切り起こされている。また、区画部８ａ、８ｂに微細フィン部、ルーバー、スロットまたは貫通穴等を設けても良い。
【００５８】
〔変形例〕
次に、微細フィン部や壁面伝熱促進体の変形例を図２３ないし図２５に基づいて説明する。
微細フィン部として、あるいは傾斜三角板９に代わる壁面伝熱促進体として、図２３（ａ）に示したような四角棒状のピンフィン２１、図２３（ｂ）に示したような丸棒状のピンフィン２２、図２３（ｃ）に示したような三角棒状のピンフィン２３を用いても良い。なお、微細フィン部としては薄板状の微細フィンを用いても良い。
【００５９】
また、傾斜三角板９に代わる壁面伝熱促進体として、図２３（ｄ）に示したような平板状の四角傾斜板２４、図２３（ｅ）に示したような平板状の略舌型傾斜板２５を用いても良い。なお、以上の図２３（ａ）〜（ｅ）で示した壁面伝熱促進体の壁面より遠い側には、傾斜部２２ａ、２３ａや傾斜面２１ａ、２４ａ、２５ａが流体の流れ方向の上流側に指向するように傾斜している。
【００６０】
さらに、傾斜三角板９に代わる壁面伝熱促進体として、図２４（ａ）に示したような下（壁面に近づく側）に凸の湾曲板状の四角傾斜板２６、図２４（ｂ）に示したような下に凸の湾曲板状の略舌型傾斜板２７、図２４（ｃ）に示したような下に凸の湾曲板状の傾斜三角板２８を用いても良い。
【００６１】
また、図２４（ｄ）に示したような上（壁面より離れる側）に凸の湾曲板状の四角傾斜板２９、図２４（ｅ）に示したような上に凸の湾曲板状の略舌型傾斜板３０、図２４（ｆ）に示したような上に凸の湾曲板状の傾斜三角板３１を用いても良い。なお、以上の図２４（ａ）〜（ｆ）で示した壁面伝熱促進体の壁面より遠い側には、傾斜面２６ａ〜３１ａが上記と同様にして設けられている。
【００６２】
そして、傾斜三角板９に代わる壁面伝熱促進体として、図２５（ａ）に示したような三角柱状の四角傾斜体３２、図２５（ｂ）に示したような略半円柱状の略舌型傾斜体３３、図２５（ｃ）に示したような三角錐状の三角傾斜体３４を用いても良い。なお、以上の図２４ないし図２５で示した壁面伝熱促進体の壁面より遠い側には、流体の流れ方向の上流側に指向するように傾斜した傾斜部２２ａ、２３ａや傾斜面を有している。なお、以上の図２５（ａ）〜（ｃ）で示した壁面伝熱促進体の壁面より遠い側には、傾斜面３２ａ〜３４ａが上記と同様にして設けられている。
【００６３】
この実施例では、本発明を冷媒凝縮器に適用したが、本発明をエンジン冷却水回路に組み込まれるラジエータまたはヒータコアや、空気調和装置の冷凍サイクルに組み込まれる冷媒蒸発器（エバポレータ、吸熱器）等の熱交換器に適用しても良い。なお、ラジエータやヒータコアの場合には、第１流体がエンジン冷却水等の熱媒体となり、第２流体が空気となる。また、冷媒蒸発器の場合には、第１流体が冷媒等の熱媒体となり、第２流体が空気、温水や高温のオイル等の流体となる。
【００６４】
この実施例では、チューブとしてマルチフロー型熱交換器用の偏平チューブ２を用いたが、一端部から他端部に向かって直管部とＵ字管部とを交互に繰り返すことにより蛇行状に屈曲形成され、上下方向または水平方向に直管部を並列して設けたサーペンタイン型熱交換器用の偏平チューブを用いても良い。また、チューブとして長円形状の偏平チューブだけでなく、円管状の丸型チューブや、薄い皿状の一対の成形プレートの凹み部同士を接合してなる積層型熱交換器用の偏平チューブを使用しても良い。
【００６５】
この実施例では、フィン（伝熱促進手段）として多数の微細ピンフィン１２を区画部８に設けた放熱フィン３を用いたが、壁面伝熱促進体を壁面接合部に設けているものであればどのような形状のフィンを用いても良い。また、壁面接合部７がコの字状に形成されているものだけでなく、壁面接合部がＵ字状やＣ字状、Ｖ字状に湾曲していても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱交換器の主要部を示した斜視図である（第１実施例）。
【図２】伝熱促進原理を説明した説明図である。
【図３】傾斜三角板の効果を示したモデル図である。
【図４】可視化観察のための試験装置を示した概略図である。
【図５】空気の流れの可視化縦断面図および可視化横断面図である。
【図６】壁面温度分布を測定する試験装置を示した概略図である。
【図７】壁面温度の測定結果を示した壁面温度分布図である。
【図８】計算パラメータを示したモデル図である。
【図９】傾斜三角板の最適仕様の計算結果を示したグラフである。
【図１０】ハイブリッド熱伝達性能の測定に用いた測定コアを示した説明図である。
【図１１】ハイブリッド熱伝達性能の測定結果を示したグラフである。
【図１２】ルーバーフィンの主要部を示した斜視図である（第２実施例）。
【図１３】ルーバーフィンの主要部を示した断面図である（第２実施例）。
【図１４】ルーバーフィンの主要部を示した断面図である（第３実施例）。
【図１５】傾斜ルーバーフィンの主要部を示した断面図である（第４実施例）。
【図１６】平行ルーバーフィンの主要部を示した断面図である（第５実施例）。
【図１７】スリットフィンの主要部を示した断面図である（第６実施例）。
【図１８】平板フィンの主要部を示した斜視図である（第７実施例）。
【図１９】スロットフィンの主要部を示した斜視図である（第８実施例）。
【図２０】穴開きフィンの主要部を示した斜視図である（第９実施例）。
【図２１】オフセットフィンの主要部を示した斜視図である（第１０実施例）。
【図２２】ウエービィフィンの主要部を示した斜視図である（第１１実施例）。
【図２３】微細フィン部や壁面伝熱促進体の変形例を示した斜視図である。
【図２４】壁面伝熱促進体の変形例を示した斜視図である。
【図２５】壁面伝熱促進体の変形例を示した斜視図である。
【符号の説明】
１熱交換器
２偏平チューブ
３放熱フィン（伝熱促進手段）
７壁面接合部
８区画部
９傾斜三角板（壁面伝熱促進体）
１０三角傾斜面
１２微細ピンフィン（微細フィン部）
６１ルーバーフィン（伝熱促進手段）
６２傾斜ルーバーフィン（伝熱促進手段）
６３平行ルーバーフィン（伝熱促進手段）
６４スリットフィン（伝熱促進手段）
６５平板フィン（伝熱促進手段）
６６スロットフィン（伝熱促進手段）
６７穴開きフィン（伝熱促進手段）
６８オフセットフィン（伝熱促進手段）
６９ウエービィフィン（伝熱促進手段）

Claims

内部を流れる第１流体と外側を流れる第２流体とを熱交換させる複数の偏平チューブと、この偏平チューブの外壁面に接触して設けられ、第１流体と第２流体との熱交換効率を高めるための伝熱促進手段とを備えた熱交換器において、
前記伝熱促進手段は、前記偏平チューブの外壁面付近における第２流体の流れ方向の上流側に、前記偏平チューブの外壁面より離れる方向に突き出した壁面伝熱促進体を有し、この壁面伝熱促進体は、隣設する２つの偏平チューブ間に形成される流体通路内に収まるように配されて、第２流体の流れ方向の上流側に指向するように傾斜した傾斜面を有することを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器において、
前記伝熱促進手段は、第１流体と第２流体との熱交換効率をより高めるための多数の微細フィン部を有することを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器において、
前記伝熱促進手段は、ルーバーフィン、平板フィン、スロットフィン、穴開きフィン、オフセットフィン、あるいはウエービィフィンのいずれかであることを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器において、
第２流体は、第１流体としての熱媒体と熱交換する空気であって、
前記伝熱促進手段は、山部と谷部とが交互に繰り返されるように波形形状に形成された放熱フィンであって、
前記放熱フィンは、前記偏平チューブの外壁面に接合される壁面接合部を有し、
前記壁面接合部の風上側端部には、前記壁面伝熱促進体が前記流体通路内に向けて切り起こされていることを特徴とする熱交換器。