JP5921053B2 - 熱交換器用ルーバ式波型インサート - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、特に自動車に用いられる熱交換器の技術分野に属する。

本発明は、特に、熱交換器用のルーバ式波型インサートに関する。この波型インサートは、金属製の１組の帯状の平板を、互いに一定の間隔を開けつつ対向させて１列に並べ、かつ隣合う平板の対向する端部同士を、互い違いに折曲げ部を介して連絡させ、全体として連続的に波打ちながら延びている熱交換器用ルーバ式波型インサートであって、各平板には、切り込みを入れて折り曲げることにより、各平板の幅方向に延びる２つの長辺と、２つの短辺とを有する複数のルーバ板からなるルーバ板グループが形成されるようになっている。

上記のような波型インサートは、波型フィンとも呼ばれており、熱交換器に使用される。熱交換器においては、波型インサートは、チューブ束の間に挟まれ、かつその折曲げ部がチューブ束に鑞接されている。

波型インサートの波打っている方向は、波型インサートの長手方向、すなわち、チューブ束が延びる方向である。

波型インサートを自動車の熱交換器に使用するときには、流体（チューブ束を循環する冷媒）との熱交換のために、チューブ束の間を外気が通過する。

ルーバ式波型インサートに設けられるルーバ板の主な役割は、鑞接部分を介して、チューブ束の周りを通過する外気との熱交換効率を改善することである。ルーバ板を設ける目的は、外気流の圧力損失（空気圧の損失）を増大させることなく、熱交換効率を最適化することにある。

従来のルーバ式波型インサートの概念は、複数のルーバ板を集中させた熱交換領域において、外気を通過させるというものであった。各ルーバ板は、同じ形状を有し、同じ角度で傾斜している。また、各ルーバ板は、熱交換領域において、複数のグループにまとめられている。各グループにおいては、複数のルーバ板は互いに平行になっている。さらに、グループごとに、ルーバ板の傾斜角度は、反対になっている。

上記の波型インサートにおいては、空気は、ルーバ板によって平板に２次元的に開放している開口を通過し、グループごとに互い違いに傾斜して波打っているルーバ板からなる通路を通って進む。

しかし、空気は、単純に２次元的に開放している開口を通過するため、熱交換は、概ね最初のルーバ板において集中的に行なわれ、全体的に最適になされるとはいえない。また、空気圧の損失も大きい。

一方、ルーバ式波型インサートの熱交換性能を改善するため、種々の試みもなされてきた。

特許文献１は、熱交換器と空気圧の損失との関係が最適となる波型インサートの最上部の形状を開示している。しかし、ルーバ式波型インサートにおいて、この形状を採用すると、熱交換性能は向上するが、空気圧の損失は増大する。

特許文献２は、外気の流れをチューブの方向に向けて、熱交換面における熱交換効率を改善しうるルーバ式波型インサートを開示している。しかし、上記の特許文献１と同様に、空気圧の損失が、相当に大きいという欠点がある。

特許文献３〜７は、空気の流れを乱れさせ、ルーバ板に保温空気層が生じるのを抑える試みを開示している。しかし、これらの文献に開示されたルーバ式波型インサートにおいても、空気流が通過する際に、空気圧の損失が増大するという不都合がある。

特許文献８は、空気流の乱れを大きくするため、ルーバ板を９０°折り曲げる試みを開示している。しかし、これに伴って、空気圧の損失も大きくなるため、全体として、熱交換効率改善の効果は減殺される。

特許文献９と１０は、外気の流れをチューブの方向に向け、チューブ面に形成される保温空気層を薄くさせうるようにしたルーバ式波型インサートを開示している。このルーバ式波型インサートにおいては、熱交換効率は向上する。しかし、この効果を得るためには、空気流を強く乱し、かつ加速しなければならないため、空気圧の損失も増大する。

以上をまとめると、公知となっているルーバ式波型インサートの改良案は、一定の熱交換効率改善の効果が得られるものの、いずれの場合も、空気圧の損失がかなりの程度に上るという欠点がある。
米国特許第５３１１９３５号明細書 米国特許第５６６９４３８号明細書 欧州特許出願公開第１６６６５５号明細書 国際公開第２００４／１０２１０２号パンフレット 米国特許第６１７０５６６号明細書 欧州特許出願公開第１７１１７６９号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１５７２３３号明細書 国際公開第２００６／０２８２５３号パンフレット 米国特許第７０４０３８６号明細書 特開２００６−１６２１７５号公報

本発明は、上記の課題を解消しうる熱交換器用ルーバ式波型インサートを提供することを目的としている。

本発明は、上記目的のために、１組の平板が、折曲げ部を介して互い違いに連なっており、かつ各平板は、短辺２つと長辺１つを切り込まれて折り曲げられた、複数の方形のルーバ板を有するようになっている、全体として連続的に波打ちながら延びる熱交換器用ルーバ式波型インサートにおいて、各ルーバ板は、平板の平面に対して、第１の短辺側においては第１の傾斜角αの傾斜をなし、第２の短辺側においては第２の傾斜角βの傾斜をなすことにより、全体としてねじれていることを特徴とする波型インサートを提供するものである。

本発明の一実施形態においては、ルーバ板の切り込まれた長辺側が、傾斜の終端となっている。また、他の実施形態においては、傾斜角は、平板の平面Ｐから互いに反対方向を向く第１の傾斜角αから第２の傾斜角βまで変化し、切り込まれた長辺側縁部の１点において、平板の平面Ｐと接続するようになっている。

上述の「全体としてねじれている」とは、ルーバ板の各部が、例えば、概ね螺旋状に連続的に、ねじれた面（平坦ではない面）を形成していることを意味する。傾斜角（開放角とも呼ばれる）は、ルーバ板の傾斜面が連続的なものとなるよう、第１の傾斜角αから第２の傾斜角βまで、連続的に変化させられている。

平板は、ルーバ板を集合させたルーバ板グループを、少なくとも２つ有するのが好ましい。この場合、各ルーバ板グループに属する複数のルーバ板は、互いに同一のタイプのものとすることも、複数の異なるタイプのものとすることもできる。

また、本発明は、互いに平行に配列された複数のチューブからなるチューブ束と、このチューブ束の各チューブ間に配置され、これらのチューブに前記折曲げ部を介して固着される上記いずれかの波型インサートとからなる熱交換器をも提供する。

本発明に係る波型インサートは、空気の３次元的な流れをつくり出すため、レイノルズ数が問題となる領域において、限られた厚さの中で、より迅速に、大きな乱流を形成することができる。この波型インサートの構造は、空気流を、チューブの平板へと向かわせ、流体間（一般に、チューブを流れる冷媒と、チューブの周りを通過する冷たい空気との間）における熱の伝達を良好なものにする。

空気は、乱流を形成して、チューブ間の平板の間を盛んに流通するため、熱交換は、波型インサートの長手方向にわたる広範な領域で、効率的に行われる。波型インサートの隣合う平板の間を流れる空気は、乱流となるため、空気の流れに対する抵抗として働く保温空気層の影響は減殺される。

波型インサートを通過する空気流は、１列に並ぶルーバ板によって、方向を変えられる。各ルーバ板は、平板の平面Ｐから傾斜しているため、空気流は、この傾斜に沿って、穏やかに進むものとなる。したがって、空気圧の損失も大幅に減少する。

本発明に係る種々の立体配置のルーバ板からなるルーバ板グループを備える波型インサートの効果を検証してみたところ、空気圧の損失は、公知の波型インサートと比べて、約２５％低下した。一方、熱交換効率は、公知の波型インサートにおけるものと概ね同等であった。

本発明に係る波型インサートは、公知の波型インサートと概ね同等の熱交換効率を維持しつつ、空気圧の損失を、公知の波型インサートよりも、約２５％低下させることができる。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明に係る波型インサート10の一部を示す。波型インサート10は、熱交換器用のチューブ束に属する平行な２本のチューブ12,12の間に設けられている。チューブ12は、いわゆるフラットチューブである。波型インサート10は、一般に、アルミニウム合金製の単一の金属板から形成されている。また、波型インサート10は、隣合う２枚の平板14が、折曲げ部16を介して繋がっているアセンブリからなっている。各平板14は、図１の紙面と直交する方向に延びている。また、各平板14には、複数の傾斜面が、互い違いに形成されている。

折曲げ部16は、複数のチューブが互いに固着されたチューブ束を形成するよう、フラットチューブ12の幅広の壁面18に鑞接されている。チューブ束は、複数のチューブ12と、２つの隣合うチューブの間で波打つように延びる複数の波型インサートとからなる。

波型インサート10は、チューブ12の軸と平行な垂直軸Ａに沿って、波打ちながら延びている。また、波型インサート10の幅の方向は、チューブ束の幅の方向と一致し、図１の紙面と垂直な方向である。

波型インサートの各平板14は、互いに平行である。一方、隣合う平板14,14を繋いでいる折曲げ部16は、平板14と直交する方向に広がる方形部分20を有しており、この方形部分20は、湾曲部分22を介して、平板14と繋がっている。

波型インサートの高さ１（すなわち、平板14と折曲げ部16を合わせたものの高さ）は、チューブ12,12の互いに対向する壁面18,18の間の距離に相当する。各平板14は、特有の傾斜角をもつ複数のルーバ板24を備えている。

図２ａに示すルーバ板24（図１に示すルーバ板と同じである）は、長辺26の１点を介して、また、図２ｂに示すルーバ板24（図１に示すルーバ板とは異なる）は、短辺30,32の１点を介して、平板14と連なっている。

図２ｂに示す実施形態においては、ルーバ板24は、金属板に切り込みを入れてねじ曲げた、平板14の高さ１の方向に延びる長辺26,28を有する。一方、短辺30,32は、平板14の平面Ｐから完全に切り離されてはいない。

図２ａと図２ｂに示すように、ルーバ板24の長手方向における傾斜角（開放角とも呼ばれる）は、平板14の平面Ｐに対して、第１の短辺30の領域における第１の傾斜角αから、第２の短辺32の領域における第２の傾斜角βまで、一定の態様（順次増大または減少する態様）で変化している。図２ａに示す実施形態においては、ルーバ板の各部における傾斜の頂点Ｓは、ルーバ板の長辺28に位置している。図２ｂに示す実施形態においても、ルーバ板24が平板14の平面Ｐとなす傾斜角は、第１の短辺30から第２の短辺32にかけて、変化している。

また、図２ａと図２ｂに示す各実施形態においては、ルーバ板が連続的にねじれた面、より詳しくは螺旋形にねじれた面を有するよう、傾斜角は、第１の傾斜角αから第２の傾斜角βまで、連続的に変化している。

第１の傾斜角αおよび第２の傾斜角βは、ともに、平板14の平面Ｐに対する傾斜角である。このため、ルーバ板24と平板14の平面Ｐは、中立傾斜線ＬＮ（傾斜角が０）を共有している。この中立傾斜線ＬＮは、図２ａと図２ｂにおいては、破線で示してある。中立傾斜線ＬＮは、折曲げ部16の方形部分20と概ね平行になっている。

波型インサートの各平板14には、複数のルーバ板グループが形成されているが、同一のグループに属する各ルーバ板は、互いに同一の傾斜角とすることも、異なる傾斜角とすることもできる。

図３は、互いに傾斜角が異なる複数のルーバ板からなるルーバ板グループ34を示す。ルーバ板グループ34は、Ｎ枚のルーバ板24_i（24₁〜24_N）からなる。ここで、添字のｉは、ルーバ板グループ内におけるルーバ板の位置の順番を示す。最初のルーバ板24₁から最後のルーバ板24_Nまで、傾斜角α_iとβ_iは、所定のルールに従って、変化している。

したがって、傾斜角は、一のルーバ板において変化しているだけでなく、ルーバ板同士の間でも、変化している。図３に示すように、２つの傾斜角αとβは、ルーバ板グループに螺旋状のねじれを形成している。

図３に示すルーバ板グループにおいては、各ルーバ板の傾斜角は、以下の条件に従って変化している。
第１のルーバ板（ｉ＝１）：
α₁＝０
β₁＝β_max
第２〜第(Ｎ−１)のルーバ板（２≦ｉ≦Ｎ）：
α_i＝α_i-1＋α_max／(Ｎ−１)
β_i＝β_i-1＋β_max／(Ｎ−１)
最後のルーバ板（ｉ＝Ｎ）：
α_N＝α_max
β_N＝０

上記の関係式において、添字ｉはルーバ板グループ内におけるルーバ板の順番を示し、Ｎはグループ内におけるルーバ板の数を示す。また、α_maxとβ_maxは、それぞれ、傾斜角αとβの最大値を示す。

図３に示す中立傾斜線ＬＮは、ルーバ板ごとにずれている。第１のルーバ板24₁における中立傾斜線ＬＮは、第１の短辺30のごく近傍に位置しているが、最後のルーバ板24_Nに近づくにつれて、中立傾斜線ＬＮは、第２の短辺32に近づいていく。

図３に示す実施形態においては、各ルーバ板24_iの傾斜角α_iとβ_iの合計値は、一定である。この合計値は、２０〜４５°が好ましい。

図４ａ〜図４ｄは、４つの異なる実施形態に係る波型インサートを示す。これらの波型インサートにおける２つの平板14は、折曲げ部16を介して繋がっている。これらの実施形態においては、上下２つの平板は、４つのルーバ板グループを有している。４つのルーバ板グループのうち、上方の平板に位置するルーバ板 グループは、符号34₁と34₂で、下方の平板に位置するルーバ板グループは、符号34₃と34₄で示してある。ルーバ板グループ34₁〜34₄には、各ルーバ板グループの中立傾斜線ＬＮを繋いで得られる、斜めに延びる《谷部》36₁〜36₄が形成されている。

図４ａに示す実施形態においては、上方の平板における谷部36₁および36₂、ならびに下方の平板における谷部36₃と36₄は、それぞれ、図の右側に位置する折曲げ部16の上縁と下縁における１点で互いに交わるように延びている。

図４ｂに示す実施形態においては、上方の平板における谷部36₁および36₂、ならびに下方の平板における谷部36₃および36₄は、すべて同じ方向に、平行に延びている。

図４ｃに示す実施形態においては、上方の平板における谷部36₁と36₂は、図４ａと同様に延びている。一方、下方の平板における谷部36₃と36₄は、図の右側に位置する折曲げ部16に向かって互いに発散するように延びている。

図４ｄに示す実施形態においては、上方の平板における谷部36₁および36₂は、互いに平行に延びている。他方、下方の平板における谷部36₃および36₄は、ともに、谷部36₁および36₂とは異なる方向に、平行に延びている。

上方のルーバ板グループ34₁および34₂、ならびに下方のルーバ板グループ34₃および34₄に、重なり合う部分が生じるのを防止し、かつ大きな傾斜角を形成することができるよう、波型インサートは、図１に示すように、角張りつつ波打っているのが好ましい。これは、２つの平板14,14が、互いに平行で、かつこれらの平板と直交する方形部分20を有する折曲げ部16を介して、互いに連なっていることを意味する。

波型インサートを上記のような構成にすると、上方のルーバ板グループ34₁，34₂を通って進む空気流と、下方のルーバ板グループ34₃，34₄を通って進む空気流とが好ましくない干渉を引き起こすのを回避し、一定の方向にのみ進ませることができる。

しかし、本発明の技術的範囲は、折曲げ部を介して連なる、互いに平行な平板からなる波型インサートに限られるものではなく、正弦波のように湾曲している波型インサートも本発明の技術的範囲に含まれる。この場合、金属板からなる平板は、１つおきに概ね並行であり、正弦波形の折曲げ部を介して連なる。

他の実施形態として、金属製の平板を互いに平行としないこともできる。この場合、各平板は、平坦ではなく、正弦波形に湾曲させる。

図３および図４ａ〜図４ｄに示す各実施形態におけるルーバ板においては、傾斜角αとβの合計値は、２０〜４５°が好ましい。

各ルーバ板の幅（長辺２６と２８の間の距離）は、概ね０．８〜１．４mmである。この幅は、通常、一定であるが、波型インサートの延びる方向に沿って、変化させることもできる。

上記の各実施形態におけるルーバ板は、両端部、すなわち短辺30と３２の間で連続しているただ１つの面を有する。

しかし、本発明に係る波型インサートは、図５に示すような複数の面を有するルーバ板から構成することもできる。図５に示す実施形態の場合、各ルーバ板は、斜めに延びる稜線42に沿って?がっている直角三角形の２つの面38と40を有している。この実施形態においては、第１の傾斜角αを形成しているのは直角三角形の面40であり、第２の傾斜角βを形成しているのは直角三角形の面38である。

図６に示すルーバ板グループにおいては、左から右へ１から７までの番号を付した各ルーバ板の立体配置は、互いに異なっている。１の番号を付したルーバ板は、平面Ｐよりも上方に傾斜しており、かつ右側の縁部が左側の縁部よりも高くなっている。一方、２の番号を付したルーバ板は、平面Ｐよりも下方に傾斜しており、かつ右側の縁部が左側の縁部よりも低くなっている。３の番号を付したルーバ板は、平面Ｐよりも上方に傾斜しており、かつ左側の縁部が右側の縁部よりも高くなっている。４の番号を付したルーバ板は、平面Ｐよりも下方に傾斜しており、かつ左側の縁部が右側の縁部よりも低くなっている。５の番号を付したルーバ板の傾斜角は０である。６の番号を付したルーバ板は、平面Ｐから上方にも下方にも傾斜している。最後に、７の番号を付したルーバ板も、平面Ｐから上方にも下方にも傾斜しているが、傾斜の方向は、６の番号を付したルーバ板のそれとは反対である。

このように、一のルーバ板グループに属する各ルーバ板は、互いに異なる立体配置をとることも、同一の立体配置（ただし、傾斜角αとβは互いに異なる）をとることもできる。

図７に示すルーバ板グループにおいては、各ルーバ板24₁は、同一の立体配置を有する。ルーバ板の長手方向における傾斜角は、第１の傾斜角α₁から第２の傾斜角β₁まで変化しているため、波型インサートは、全体として螺旋状となっている。

一方、同一ルーバ板グループにおける各ルーバ板の立体配置を、互いに異ならせることもできる。

図８に示す実施形態に係るルーバ板グループにおいては、交互に設置されている２種類のルーバ板24₁とルーバ板24₂は、互いに異なる立体配置を有する。ルーバ板24₁の傾斜角は、α₁からβ₁まで変化しており、ルーバ板24₂の傾斜角は、α₂からβ₂まで変化している。この実施形態においては、傾斜角α₁、α₂、β₁、およびβ₂は、０ではない。

図９に示す実施形態に係るルーバ板グループにおいても、交互に設置されている２種類のルーバ板24₁とルーバ板24₂が、互いに異なる立体配置をとっている。しかし、ルーバ板24₁の傾斜角β₁と、ルーバ板24₂の傾斜角α₂は０である。ルーバ板24₁とルーバ板24₂の間には、隙間がある。また、傾斜角は、ルーバ板24₁とルーバ板24₂で反対向きになっている。

図１０に示す実施形態に係るルーバ板グループは、交互に設置されている２種類の立体配置をとるルーバ板24₁とルーバ板24₂から構成されている。ルーバ板24₁の傾斜角α₁と、ルーバ板24₂の傾斜角β₂は０である。他方、ルーバ板24₁の傾斜角β₁と、ルーバ板24₂の傾斜角α₂は、互いに等しく、かつ０ではない。

図１１に示す実施形態に係るルーバ板グループは、３種類の立体配置をとるルーバ板24₁,24₂,24₃から構成されている。これらのルーバ板24₁,24₂,24₃は、それぞれ、第１の傾斜角α₁，α₂，α₃、および第２の傾斜角β₁，β₂，β₃を有している。ルーバ板24₁,24₂,24₃は、この順序で繰り返し設けられている。

本発明の波型インサートは、上述の実施形態に係る立体配置を有するルーバ板およびルーバ板グループを備えるものに限定されるものではない。本発明の波型インサートは、種々の立体配置をとるルーバ板を備えることが可能である。ルーバ板の立体配置は、空気圧の損失を減らすようなものにするのが好ましい。

本発明に係る波型インサートのルーバ板は、特別のツール、例えば、平板に切り込みを入れたり変形させたりすることができる、回転可能な複数のディスク状のツールを用いて形成される。この場合、ルーバ板の数と立体配置の如何によって、１列に並べるディスク状ツールの数と、その形状の複雑さが決定される。

複数の同一の凹部が形成されたディスク状ツールの組み合わせを用いることもできる。

変形例として、１つのディスク状ツールに互いに異なる複数の凹部が形成された、ディスク状ツールの組み合わせを用いることもできる。この場合、各ディスク状ツールは、その前後のディスク状ツールに対して傾けられる。

下記の表１は、図４ａ〜図４ｄに示す波型インサートと公知の波型インサート（参照例）について、熱交換効率と空気圧の損失を観測した結果を示す。

表１は、秒速２ｍの空気の層流と、秒速５ｍの空気の乱流について、熱交換の仕事率(Ｗ)と、空気圧の損失(Pa)を示す。４種類の立体配置をとるルーバ板グループを備える本発明の波型インサートは、公知の波型インサートに比して、熱交換時の消費電力は概ね同じ程度であるが、空気圧の損失を約２５％減少させている。特に、図４ｂの実施形態に係る波型インサートにおいては、熱交換の仕事率が、層流について、公知の波型インサートにおけるそれと同等で、乱流については、公知の波型インサートにおけるそれよりも、良好であるため、すべてのルーバ板グループが同一の立体配置をとるのが有利であることを示している。

図１２は、図４ｂに示す立体配置をとる波型インサートに秒速５ｍの空気流（乱流）を通して熱交換を行ったときの温度分布を示す。この図には、波型インサートの長さ方向であるｚ軸に沿う各平板の断面も示してある。この図から、本発明に係る波型インサートにおいては、公知の波型インサートとは異なり、熱交換の大きさは、ｚ軸方向の位置に強く依存することが分かると思う。

図１３は、温度（単位：Ｋ）の変化に対する熱交換の仕事率（単位：Ｗ）の変化（Ｗ／Ｋ）を、波型インサートの長さ方向における位置の関数としてみた場合の曲線を、図４ａ〜図４ｄに示す本発明に係る波型インサートと、公知の波型インサートについて比較したグラフである。曲線Ｃ₁は、図４ａと図４ｂに示す波型インサートにおいて得られたものであり、曲線Ｃ₂は、図４ｃと図４ｄに示す波型インサートにおいて得られたものである。他方、曲線Ｃ₃は、公知の波型インサートにおいて得られたものである。

曲線Ｃ₁〜Ｃ₃から、最も大きな熱交換効率は、波型インサートの長さ方向における位置の値が小さい部分において得られることが分かる。また、波型インサートの長さ方向における位置の値が大きい部分においては、公知の波型インサートの熱交換効率は、本発明に係る波型インサートの３／４程度である。したがって、本発明に係る波型インサートにおける熱交換効率が高い領域は、公知の波型インサートにおけるそれよりも広いことが分かる。

図１４は、図４ｂに示す波型インサートに秒速５ｍの乱流を通したときに得られる空気の流れを、波型インサートの長さ方向であるｚ軸に沿って並ぶ各平板の断面において見たものである。この図から、波型インサートのどこで、空気流の圧力損失が生ずるかが分かる。しかるに、空気流は、全く乱れていない。したがって、波型インサートの長さ方向において、公知の波型インサートよりも、空気流の乱れが少ないことは明らかである。

図１５ａ、図１５ｂ、および図１６は、ルーバ板における各セグメントの長さがそれぞれ異なるルーバ板グループを示す。すなわち、各ルーバ板は、長手方向において、互いに平板の平面Ｐの反対側に傾斜した２つのセグメント44_i,46_iに分割されており、２つのセグメント44_i,46_iの間には、分離帯48が延びている。分離帯48は、平板の平面Ｐ上を斜めに走っている。変形例（図示せず）として、分離帯を、設けないこともある。

図１５ａと図１５ｂは、それぞれ、異なる実施形態に係るルーバ板グループを示す。図１５ａに示すルーバ板グループは、図２ａに示すルーバ板を形成する要領で形成されている。反対に、図１５ｂに示すルーバ板グループは、図２ｂに示すルーバ板を形成する要領で形成されている。図１５ｂに示すルーバ板グループにおける分離帯を設けないこともある。

図１６に示すルーバ板グループにおいて、第１列のセグメント４４₁（この列には、セグメントはこの１枚しかない）は、平板の平面Ｐの上側に傾斜している。第２列のルーバ板は、平面Ｐの上方に傾斜しているセグメント44₂と、平面Ｐの下方に傾斜しているセグメント46₂とからなっている。第３列以降のルーバ板は、第２列のルーバ板に類似の構成を有するが、最終列のルーバ板は、平面Ｐの下方に傾斜しているセグメント46_Nのみからなっている。セグメントは、いずれも平坦である。したがって、このルーバ板グループは、各列のルーバ板について、２つのセグメントを切り込み、それぞれ上方と下方に傾斜させることによって形成することができる。

図１７に示すルーバ板グループにおけるルーバ板は、図２aと図２bに示すルーバ板に類似しており、概ね螺旋状にねじれている。ただし、ルーバ板24₁は、複数（５つ）のセグメント５０からなっていて、各セグメントは平坦であり、隣合うセグメントの間には、段差が生じている。

本発明に係るルーバ板を備えた波型インサートは、特に、自動車の空調機に用いられる熱交換器、すなわち、エンジン冷却のためのラジエータ、車室暖房のためのラジエータ、コンデンサ、エバポレータ、過給器のクーラ等に好適である。

熱交換器のチューブには、公知のタイプのものを用いることができる。このようなチューブとしては、折曲げ型のチューブ、鑞接型のチューブ、押出し成形型のチューブ等がある。この外、平板を組みわせて形成するチューブ等も用いることができる。

当然のことながら、本発明の技術的範囲は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、当業者には自明の他の変形例や、上記実施形態を組み合わせたものをも包含するものである。

熱交換器のチューブ束を構成する２本のチューブに接合された、本発明に係る波型インサートの一部の側面図である。 本発明の一実施形態に係る、傾斜角度が順次変化するルーバ板の模式的な斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る、傾斜角度が順次変化するルーバ板の模式的な斜視図である。 図２ａと図２ｂに示すルーバ板を含む複数のルーバ板を含むルーバ板グループの模式的な斜視図である。 本発明に係る、複数のルーバ板グループを第１の構成に従って備える波型インサートの一部の模式的な斜視図である。 本発明に係る、複数のルーバ板グループを第２の構成に従って備える波型インサートの一部の模式的な斜視図である。 本発明に係る、複数のルーバ板グループを第３の構成に従って備える波型インサートの一部の模式的な斜視図である。 本発明に係る、複数のルーバ板グループを第４の構成に従って備える波型インサートの一部の模式的な斜視図である。 本発明に係る、２つの直角三角形からなるルーバ板の模式的な斜視図である。 ルーバ板の種々の立体配置を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る、互いに同一の傾斜角度を有するルーバ板からなるルーバ板グループの模式的な斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る、２種類の傾斜角度を有するルーバ板からなるルーバ板グループの模式的な斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る、２種類の傾斜角度を有するルーバ板からなるルーバ板グループの模式的な斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る、２種類の傾斜角度を有するルーバ板からなるルーバ板グループの模式的な斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る、３種類の傾斜角度を有するルーバ板からなるルーバ板グループの模式的な斜視図である。 図４ｂに示す波型インサートの延びる方向における温度変化を示す図である。 図４ａないし図４ｂに示す波型インサートの各位置における、温度変化に対する熱交換の仕事率の変化の比を、公知のルーバ板を備える波型インサートにおけるそれと比較して示すグラフである。 図４ｂに示す波型インサートに乱流を通過させた場合の空気の流れを示す図である。 各ルーバ板が２つのセグメントからなる第１のルーバ板グループを示す斜視図である。 各ルーバ板が２つのセグメントからなる第２のルーバ板グループを示す斜視図である。 図１５ａに示すルーバ板グループの正面図である。 ルーバ板がそれぞれ異なるタイプの傾斜面を有するルーバ板グループの一部の斜視図である。

符号の説明

10 波型インサート
12 チューブ
14 平板
16 折曲げ部
18 壁面
20 方形部分
22 湾曲部分
24 ルーバ板
26,28 長辺
30,32 短辺
34 ルーバ板グループ
38,40 直角三角形の面
44,46 セグメント
48 分離帯
50 セグメント
α 第１の傾斜角
β 第２の傾斜角
ＬＮ 中立傾斜線
Ｐ 平面

Claims (14)

1. 金属製の１組の帯状の平板（14）が、互いに所定の間隔を開けて、対向するように１列に並び、かつ隣り合う平板の向かい合う端部同士が、互い違いに金属製折曲げ部（16）を介して連なり、全体として連続的に波打ちながら延びている熱交換器用ルーバ式波型インサートであって、各平板（14）には、切り込みを入れて折り曲げることにより、各平板の幅方向に延びる２つの長辺（26）（28）と、２つの短辺（30）（32）とを有する複数のルーバ板（24）からなるルーバ板グループが形成されるようになっている波型インサートであって、各ルーバ板（24）は、平板（14）の平面（P）に対して、第１の短辺（30）側においては第１の傾斜角（α）の傾斜をなし、第２の短辺（32）側においては第２の傾斜角（β）の傾斜をなして、全体としてねじれている波型インサートにおいて、
   （イ）前記平板（14）は、複数のルーバ板（24）からなる少なくとも２つのルーバ板グループ（34）を有していること、
   （ロ）前記折曲げ部（16）を介して連なっている複数の平板（14）は、互いに平行であること、
   （ハ）前記２つの平板（14）は、互いに平行で、かつ前記平板（14）と直交する方形部分（20）を有する折曲げ部（16）を介して、互いに連なっていること、
   （ニ）前記ルーバ板（24）の各部は、螺旋状に連続的に、平坦ではないねじれた面を形成していて、傾斜角は、前記ルーバ板が、連続的なねじれ面を有するよう、前記第１の傾斜角（α）から第２の傾斜角（β）まで、傾斜角が連続的に変化していること、および
   （ホ）前記２つの平板(14）は上下２つの平板（14）から構成されていて、それぞれ４つのルーバ板グループを有しており、前記上方の平板（14）はルーバ板グループ（34₁、34₂）を有し、前記下方の平板（14）は、ルーバ板グループ（34₃と34₄）有し、ルーバ板グループ（34₁〜34₄）には、各ルーバ板グループの中立傾斜線ＬＮを繋いで得られる斜めに延びる谷部（36₁〜36₄）が形成されていること、を特徴とする波型インサート。
2. 前記第１の傾斜角（α）と第２の傾斜角（β）は、それぞれ、平板（１４）の平面（Ｐ）から互いに反対方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載の波型インサート。
3. 第１のルーバ板（２４_１）における第１の傾斜角（α_１）および第２の傾斜角（β_１）から、最後のルーバ板（２４_Ｎ）における第１の傾斜角（α_Ｎ）および第２の傾斜角（β_Ｎ）に至るまで、第１および第２の傾斜角が所定の変化率で変化していることを特徴とする請求項１または２に記載の波型インサート。
4. 前記ルーバ板の第１の傾斜角（α_ｉ）（ｉ＝１，２，……，Ｎ）および第２の傾斜角（β_ｉ）は、
   ｉ＝１のときには、α_１＝０、およびβ_１＝β_ｍａｘ；
   ２≦ｉ≦Ｎ−１のときには、α_ｉ＝α_ｉ−１＋α_ｍａｘ／（Ｎ−１）、およびβ_ｉ＝β_ｉ−１＋β_ｍａｘ／（Ｎ−１）；
   ｉ＝Ｎのときには、α_Ｎ＝α_ｍａｘ、およびβ_Ｎ＝０；
   （上式において、α_ｍａｘおよびβ_ｍａｘは、それぞれ、α_ｉとβ_ｉの最大値）という条件に従って変化するようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の波型インサート。
5. 前記各ルーバ板（２４）は、平板（１４）の平面（Ｐ）上に位置して傾斜角が０である中立な傾斜線（ＬＮ）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の波型インサート。
6. 前記中立な傾斜線（ＬＮ）のルーバ板の長辺方向における位置は、ルーバ板ごとにずれていることを特徴とする請求項５に記載の波型インサート。
7. 前記第１の傾斜角（α_ｉ）と第２の傾斜角（β_ｉ）の合計は、前記ルーバ板グループごとに一定であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の波型インサート。
8. 前記第１の傾斜角（α_ｉ）と第２の傾斜角（β_ｉ）の合計は、２０〜４５°であることを特徴とする請求項７に記載の波型インサート。
9. 前記一のルーバ板グループ（３４）に属する各ルーバ板（２４）は、すべて同一の形状と立体配置を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の波型インサート。
10. 前記一のルーバ板グループ（３４）には、互いに傾斜角が異なる２種類のルーバ板（２４ _１ ）（２４ _２ ）が属しているとともに、これら２種類のルーバ板（２４ _１ ）（２４ _２ ）は、交互に配置されており、第１の種類のルーバ板（２４ _１ ）は、一方の端部が傾斜角（α _１ ）、他方の端部が傾斜角（β _１ ）となるように傾斜しており、第２の種類のルーバ板（２４ _２ ）は、一方の端部が傾斜角（α _２ ）、他方の端部が傾斜角（β _２ ）となるように傾斜していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の波型インサート。
11. 前記第１の種類のルーバ板（２４ _１ ）の他方の端部の傾斜角（β _１ ）と、第２の種類のルーバ板（２４ _２ ）の一方の端部の傾斜角（α _２ ）は、ともに０であり、第１の種類のルーバ板（２４ _１ ）の一方の端部の傾斜角（α _１ ）と、第２の種類のルーバ板（２４ _２ ）の他方の端部の傾斜角（β _２ ）は、ともに等しくかつ０でないことを特徴とする請求項１０に記載の波型インサート。
12. 前記第１の種類のルーバ板（２４ _１ ）の一方の端部の傾斜角（α _１ ）と、第２の種類のルーバ板（２４ _２ ）の他方の端部の傾斜角（β _２ ）は、ともに０であり、第１の種類のルーバ板（２４ _１ ）の他方の端部の傾斜角（β _１ ）と、第２の種類のルーバ板（２４ _２ ）の一方の端部の傾斜角（α _２ ）は、ともに等しくかつ０でないことを特徴とする請求項１０に記載の波型インサート。
13. 前記ルーバ板グループ（３４）には、互いに傾斜角が異なる３種類のルーバ板（２４ _１ ）（２４ _２ ）（２４ _３ ）が属しており、これら３種類のルーバ板（２４ _１ ）（２４ _２ ）（２４ _３ ）は、この順序で繰り返し配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の波型インサート。
14. 互いに平行に配列された複数のチューブからなるチューブ束（１２）と、このチューブ束の各チューブの間に配置され、これらのチューブに、前記折曲げ部（１６）を介して固着された請求項１〜１３のいずれか一項に記載の複数の波型インサート（１０）とからなる熱交換器。

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