JP6160111B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、チューブと熱交換促進用のフィンとを備えた熱交換器に関するものである。

第１流体が流通する複数のチューブと、その第１流体とチューブ周りを一方向に沿って流通する第２流体との熱交換を促進するフィンとを備えた熱交換器が、従来から知られている。例えば、特許文献１に開示された熱交換器がそれである。その特許文献１の熱交換器において、フィンは、上記一方向に対し傾斜するように捻り起こされた互いに平行な複数のルーバを備えている。そのルーバ同士の隙間には第２流体が流通し、一部のルーバ同士の間隔が他のルーバ同士の間隔よりも広げられている。

特開平４−１３９３８６号公報

上述の特許文献１の熱交換器では、一部のルーバ同士の間隔が他のルーバ同士の間隔よりも広げられていることにより、その間隔が広げられたルーバ同士の隙間に流通する第２流体の流れは淀み難いように改善されている。しかし、特許文献１には、上記一方向におけるフィンの幅とそのフィンに形成された各ルーバの形状との関係が、明確には示されていなかった。

特に、フィンの幅が小さいほどルーバは微細になり、ルーバ同士の隙間も小さくなる。そのため、フィンの幅が小さいほど、ルーバ同士の隙間において第２流体が淀み易くなる。従って、良好な熱交換性能を得る上で、フィンの幅とそのフィンに形成された各ルーバの形状との関係を明確にすることは、フィンの幅が小さいほど重要になると考えられた。

本発明は上記点に鑑みて、フィン幅を小さくしつつ良好な熱交換性能を得ることができる熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１流体が流通する複数のチューブ（１２）と、
チューブに接合され、第１流体とチューブ周りを一方向（Ｘ１）に沿って流通する第２流体との熱交換を促進するフィン（１４）とを備え、
フィンは、
一方向における第２流体の流れの上流側から順に配設された第１平坦部（３４）、第２平坦部（３６）、および第３平坦部（３８）と、
一方向に対して傾斜するように捻り起こされ、第１平坦部と第２平坦部との間において一方向に並べて配設された複数の第１ルーバ（２４）と、
一方向に対し第１ルーバとは逆向きに傾斜するように捻り起こされ、第２平坦部と第３平坦部との間において第１ルーバと共通のルーバピッチで一方向に並べて配設された複数の第２ルーバ（２６）とを備えており、
第１ルーバのうち第１平坦部に接続されている上流端第１ルーバ（２４１）と、第１ルーバのうち第２平坦部に接続されている下流端第１ルーバ（２４３）と、第２ルーバのうち第２平坦部に接続されている上流端第２ルーバ（２６１）と、第２ルーバのうち第３平坦部に接続されている下流端第２ルーバ（２６３）とは、それら以外の第１ルーバおよび第２ルーバと比較して、一方向に対する傾斜角度が大きくなるように形成されていることを特徴とする。

上述の発明によれば、上流端第１ルーバ、下流端第１ルーバ、上流端第２ルーバ、及び下流端第２ルーバは、それら以外のルーバと比較して傾斜角度が大きくなるように形成されているので、その上流端第１ルーバ、下流端第１ルーバ、上流端第２ルーバ、及び下流端第２ルーバに接するそれぞれのルーバ間通路が広くなる。その結果、空気流れが淀み易い箇所においてその淀みが生じ難くなり、熱交換器の熱交換性能を向上させることが可能である。
なお、上述の発明において、第１ルーバと第２ルーバとが共通のルーバピッチであることとは、そのルーバピッチが数学的な意味で同じということではなく、製造上のばらつき等を含んで実質的に同じであるということである。

請求項２に記載の発明では、第１流体が流通する複数のチューブ（１２）と、
チューブに接合され、第１流体とチューブ周りを一方向（Ｘ１）に沿って流通する第２流体との熱交換を促進するフィン（１４）とを備え、
フィンは、
一方向における第２流体の流れの上流側から順に配設された平板状の第１平坦部（３４）、第２平坦部（３６）、および第３平坦部（３８）と、
一方向に対して傾斜するように捻り起こされ、第１平坦部と第２平坦部との間において一方向に並べて配設された複数の第１ルーバ（２４）と、
一方向に対し第１ルーバとは逆向きに傾斜するように捻り起こされ、第２平坦部と第３平坦部との間において第１ルーバと共通のルーバピッチで一方向に並べて配設された複数の第２ルーバ（２６）と、
第１平坦部と第１ルーバと第２平坦部と第２ルーバと第３平坦部とを一体的に連結し、一方向に延びる平板状の連結部（４０）とを備えており、
第１平坦部と第２平坦部と第３平坦部とがそれぞれ連結部に対しその連結部の厚み方向にずれて配設されることにより、複数の第１ルーバの間に形成された第１ルーバ間通路（２８１）のうち空気流れ最上流側及び最下流側の通路（２８１ａ、２８１ｂ）が他の第１ルーバ間通路（２８１ｃ）よりも広くなっていると共に、複数の第２ルーバの間に形成された第２ルーバ間通路（２８２）のうち空気流れ最上流側及び最下流側の通路（２８２ａ、２８２ｂ）が他の第２ルーバ間通路（２８２ｃ）よりも広くなっていることを特徴とする。

上述の発明によれば、第１ルーバ間通路のうち空気流れ最上流側及び最下流側の通路は他の第１ルーバ間通路よりも広くなっており、第２ルーバ間通路のうち空気流れ最上流側及び最下流側の通路は他の第２ルーバ間通路よりも広くなっているので、空気流れが淀み易い箇所においてその淀みが生じ難くなる。そのため、熱交換器の熱交換性能を向上させることが可能である。

この欄および特許請求の範囲で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載した各符号に対応したものである。

本発明の第１実施形態におけるラジエータ１０を示す正面図である。 図１のラジエータ１０に含まれるフィン１４の一部を拡大した拡大斜視図、すなわち、図１のII部分を拡大した拡大斜視図である。 図１のラジエータ１０に含まれるチューブ１２およびフィン１４をチューブ長手方向から見た断面図である。 図１のフィン１４の平面部１４１の厚み方向と気流方向Ｘ１とに直交する方向から見た断面図、すなわち、図３および図５におけるIV−IV断面図である。 図１のフィン１４の平面部１４１を気流方向Ｘ１から見た部分的な側面図である。 図１のラジエータ１０に一定温度の冷却水を一定流量で供給すると共に、ラジエータ１０に対し気流方向Ｘ１に一定温度の空気を一定流量で吹き込んだときの試験結果を示す図であって、気流端ルーバ長さLLNとラジエータ１０の放熱量Ｗoとの関係を示した図である。 図６と同じ試験の試験結果を示す図であって、気流端ルーバ長さLLNとラジエータ１０を通過する空気の通風抵抗Ｒairとの関係を示すと共に、放熱量Ｗoを通風抵抗Ｒairで除した値すなわち「Ｗo／Ｒair」と気流端ルーバ長さLLNとの関係を示した図である。 フィン幅WDfnが１２ｍｍであって気流端ルーバ長さLLNが４箇所とも全て「１／２×LP」とされたフィン１４において実施された通風シミュレーションの風速分布を表した図である。 本発明の第２実施形態においてフィン１４の形状を表した図であって、第１実施形態の図４に相当し、その図４と同じ方向から見たフィン１４の断面図である。 本発明の第３実施形態においてフィン１４の形状を表した図であって、第１実施形態の図４に相当し、その図４と同じ方向から見たフィン１４の断面図である。 図１０においてフィン１４の平面部１４１とルーバ２４、２６とを空気流れ上流側から見た側面図である。 本発明の第４実施形態においてフィン１４の形状を表した図であって、第１実施形態の図４におけるXXII部分の拡大図に相当する図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態のラジエータ１０を示す正面図である。このラジエータ１０は、例えば、車両走行用のエンジンまたは電動機を冷却する車両用の熱交換器である。本実施形態は本発明がラジエータ１０に適用された例を説明するものであるが、本発明は、空調装置のエバポレータやヒータコアなど他の熱交換器に適用されてもよい。

図１に示すように、ラジエータ１０は、第１流体としての冷却水が流れる管であるチューブ１２を備えている。チューブ１２は、第２流体としての空気の流れ方向Ｘ１すなわち気流方向Ｘ１（図２参照）が長径方向と一致するように、断面形状が扁平な長円形状に形成されている。またチューブ１２は、その長手方向が鉛直方向に一致するように水平方向に複数本平行に配置されている。

また、チューブ１２の両側の扁平面には波状に成形された伝熱部材としてのフィン１４が接合されている。このフィン１４は、チューブ１２周りを気流方向Ｘ１に沿って流通する空気に対し伝熱面積を増大させる。これにより、フィン１４は、冷却水と空気との熱交換を促進する。なお、以下、チューブ１２およびフィン１４からなる略矩形状の熱交換部をコア部１６と呼ぶ。

ヘッダタンク１８は、チューブ１２の長手方向Ｘ２すなわちチューブ長手方向Ｘ２におけるそのチューブ１２の両側の端部にそれぞれ設けられている。要するにヘッダタンク１８は２つ設けられている。ヘッダタンク１８は、複数のチューブ１２が積層されている方向Ｘ３すなわちチューブ積層方向Ｘ３に延びるように形成されている。そして、ヘッダタンク１８は、複数のチューブ１２と連通している。なお、図１に示すチューブ長手方向Ｘ２とチューブ積層方向Ｘ３とは互いに直交しており、図２に示す気流方向Ｘ１は、チューブ長手方向Ｘ２とチューブ積層方向Ｘ３との両方と直交している。また、気流方向Ｘ１は本発明の一方向に対応する。

このヘッダタンク１８は、チューブ１２が挿入接合されたコアプレート１８ａと、コアプレート１８ａとともにタンク内空間を構成するタンク本体部１８ｂとを有して構成されている。本実施形態では、コアプレート１８ａは、例えばアルミニウム合金等の金属製であり、タンク本体部１８ｂは樹脂製である。また、コア部１６の両端部には、チューブ長手方向Ｘ２と略平行に延びてコア部１６を補強するインサート２０が設けられている。

２つのヘッダタンク１８のうち、上方側に配置されるとともに、チューブ１２に冷却水を分流する入口側タンク１８１のタンク本体部１８ｂには、例えばエンジンを冷却した冷却水をタンク本体部１８ｂ内に流入させる入口パイプ１８ｃが設けられている。また、２つのヘッダタンク１８のうち、下方側に配置されるとともに、チューブ１２から流出する冷却水を集合する出口側タンク１８２のタンク本体部１８ｂには、空気との熱交換により冷却された冷却水をラジエータ１０から流出させる出口パイプ１８ｄが設けられている。

ラジエータ１０が車両に搭載されるときには、例えば、気流方向Ｘ１において空気流れ上流側が車両前方となり、チューブ長手方向Ｘ２が車両上下方向となる。

図２は、フィン１４の一部を拡大した拡大斜視図、すなわち、図１のII部分を拡大した拡大斜視図である。図２に示すように、フィン１４は、板状の板部１４１、および隣り合う板部１４１を所定距離離して位置づける頂部１４２を有するように波状に形成されたコルゲートフィンである。板部１４１は、気流方向Ｘ１に沿った面を提供している。板部１４１は、平板によって提供されることができ、以下の説明では、平面部１４１とも称される。

頂部１４２は、例えばロウ付け等によりチューブ１２の扁平面に接合されている。これにより、フィン１４はチューブ１２に熱伝達可能に接合される。頂部１４２は、気流方向Ｘ１から見た断面が円弧状を成している湾曲部である。よって、以下の説明では、頂部１４２は湾曲部１４２とも称される。

この波状のフィン１４は、例えばアルミニウム合金製の薄板金属材料にローラ成形法を施すことにより成形されている。

図３は、チューブ１２およびフィン１４をチューブ長手方向から見た断面図である。図４は、フィン１４の板部１４１の厚み方向と気流方向Ｘ１とに直交する方向から見た断面図、すなわち、図３および図５におけるIV−IV断面図である。図３および図４に示すように、フィン１４は、平面部１４１と共に、鎧窓状のルーバ２４、２６を備えている。そのルーバ２４、２６は、平面部１４１と一体的に形成され、具体的にはその平面部１４１を切り起こすことにより形成されている。すなわち、ルーバ２４、２６は、気流方向Ｘ１に対して傾斜するように捻り起こされて形成されている。

具体的に、ルーバ２４、２６は、図４に示すように、平面部１４１の厚み方向と気流方向Ｘ１とに直交する方向から見たとき、平面部１４１に対して所定の捻り角度θtwで捻られている。すなわち、気流方向Ｘ１に対して所定の捻り角度θtwで捻られている。そして、ルーバ２４、２６は、気流方向Ｘ１に沿って平面部１４１に複数設けられている。すなわち、気流方向Ｘ１に一列に並べて配設された複数のルーバ２４、２６が平面部１４１毎に設けられている。そして、隣接する第１ルーバ２４同士の間、及び、隣接する第２ルーバ２６同士の間にはそれぞれ、ルーバ間通路２８が形成されている。

図４に示すように、フィン１４において、ひとつの平面部１４１と一体的に形成された複数のルーバ２４、２６は、２つのルーバ群に分かれて形成されている。具体的に、その複数のルーバ２４、２６は、冷却用空気流れ上流側に位置する複数の第１ルーバ２４から構成された上流ルーバ群すなわち第１ルーバ群３０と、冷却用空気流れ下流側に位置する複数の第２ルーバ２６から構成された下流ルーバ群すなわち第２ルーバ群３２とに二分されている。気流方向Ｘ１におけるフィン１４の幅すなわちフィン幅WDfnは、本実施形態では１４ｍｍ以下、例えば１２ｍｍ程度とされている。

そして、全ての第１ルーバ２４は互いに平行となるように形成されており、全ての第２ルーバ２６も互いに平行となるように形成されている。第１ルーバ２４の捻り角度θtwは第２ルーバ２６と同じ大きさであるが、その捻り方向が第２ルーバ２６とは逆向きになっている。なお、上記の第１ルーバ２４および第２ルーバ２６の平行とは、数学的な意味での平行ではなく、製造上のばらつき等を含んだ実質的な平行を意味する。

図３および図４に示すように、平面部１４１の空気流れ上流側の端部は、ルーバ２４、２６が形成されておらず気流方向Ｘ１に沿った平坦面で構成された上流側平坦部３４となっている。また、平面部１４１の空気流れ下流側の端部は、上流側平坦部３４と同様の平坦面で構成された下流側平坦部３８となっている。また、平面部１４１の気流方向Ｘ１における略中央部、すなわち、第１ルーバ群３０と第２ルーバ群３２との間の部位は、上流側平坦部３４と同様の平坦面で構成された中央平坦部３６となっている。

すなわち、フィン１４は、上流側平坦部３４と中央平坦部３６と下流側平坦部３８とを備え、それら上流側平坦部３４と中央平坦部３６と下流側平坦部３８とは、気流方向Ｘ１のおける空気流れの上流側から順に配設されている。また、第１ルーバ２４は、上流側平坦部３４と中央平坦部３６との間において、気流方向Ｘ１に所定のルーバピッチLPで並べて配設されている。そして、第２ルーバ２６は、中央平坦部３６と下流側平坦部３８との間において、第１ルーバ２４と同じルーバピッチLPで気流方向Ｘ１に並べて配設されている。なお、上流側平坦部３４は本発明の第１平坦部に対応し、中央平坦部３６は本発明の第２平坦部に対応し、下流側平坦部３８は本発明の第３平坦部に対応する。

また、図３に示すように、平面部１４１は２つの連結部４０を備えている。すなわち、平面部１４１のチューブ積層方向Ｘ３の端部は両側とも、気流方向Ｘ１に細長く延びた平板状の連結部４０となっている。この連結部４０は、気流方向Ｘ１に並んだ上流側平坦部３４と第１ルーバ２４と中央平坦部３６と第２ルーバ２６と下流側平坦部３８とを挟んで、その並び方向に直交する方向に一対をなして配設されている。そして、連結部４０は、その上流側平坦部３４と第１ルーバ２４と中央平坦部３６と第２ルーバ２６と下流側平坦部３８と一体的に連結している。すなわち、平面部１４１は、上流側平坦部３４と中央平坦部３６と下流側平坦部３８と２つの連結部４０とから成る１つの平板である。

第１ルーバ群３０に属する第１ルーバ２４を詳細に分類すると、図４に示すように、その第１ルーバ２４は、その第１ルーバ２４のうち気流方向Ｘ１において最も空気流れ上流側に配置された上流端第１ルーバ２４１と、最も空気流れ下流側に配置された下流端第１ルーバ２４３と、その上流端第１ルーバ２４１と下流端第１ルーバ２４３との間に配置された中間部第１ルーバ２４２とに分けられる。

その上流端第１ルーバ２４１は、気流方向Ｘ１の一方の端部４４すなわち基部４４において上流側平坦部３４に接続されている。そして、下流端第１ルーバ２４３は、気流方向Ｘ１の他方の端部４４すなわち基部４４において中央平坦部３６に接続されている。

また、第２ルーバ群３２に属する第２ルーバ２６を詳細に分類すると、図４に示すように、その第２ルーバ２６は、その第２ルーバ２６のうち気流方向Ｘ１において最も空気流れ上流側に配置された上流端第２ルーバ２６１と、最も空気流れ下流側に配置された下流端第２ルーバ２６３と、その上流端第２ルーバ２６１と下流端第２ルーバ２６３との間に配置された中間部第２ルーバ２６２とに分けられる。

その上流端第２ルーバ２６１は、気流方向Ｘ１の一方の端部４４すなわち基部４４において中央平坦部３６に接続されている。そして、下流端第２ルーバ２６３は、気流方向Ｘ１の他方の端部４４すなわち基部４４において下流側平坦部３８に接続されている。

図４に示すように、気流方向Ｘ１から見た場合、中間部第１ルーバ２４２および中間部第２ルーバ２６２は、上流側平坦部３４に対し、その上流側平坦部３４の厚み方向の両側に突き出ている。また、下流端第１ルーバ２４３および上流端第２ルーバ２６１は、上流側平坦部３４に対し、その上流側平坦部３４の厚み方向の一方にだけ突き出ている。その一方で、上流端第１ルーバ２４１および下流端第２ルーバ２６３は、上流側平坦部３４に対し、その上流側平坦部３４の厚み方向の他方にだけ突き出ている。このように、第１ルーバ２４から成る第１ルーバ群３０と第２ルーバ２６から成る第２ルーバ群３２とは互いに、中央平坦部３６を挟んだ対称形状となっている。

図５に示すように、気流方向Ｘ１から見たとき、第１ルーバ２４は何れも、上流側平坦部３４の厚み方向と気流方向Ｘ１とに直交する矢印AR5方向の幅が、上流側平坦部３４の厚み方向において上流側平坦部３４に近いほど広くなるように、形成されている。すなわち、第１ルーバ２４の矢印AR5方向の幅は、その第１ルーバ２４の先端４６において最も狭くなっている。要するに、ルーバ２４、２６を気流方向Ｘ１から見たときのルーバ２４、２６における側端４２と平面部１４１とが成すルーバ側端角度θsdは、図５のように９０°よりも小さくなっている。

そして、第１ルーバ２４の各々では、先端４６における矢印AR5方向の幅であるルーバ先端幅WDtpは、上流側平坦部３４の厚み方向の何れの側においても、互いに同じ大きさとなっている。

なお、図５は、気流方向Ｘ１からフィン１４の平面部１４１を見た部分的な側面図である。また、第２ルーバ２６の形状も図５に示されている第１ルーバ２４と同様である。また、気流方向Ｘ１から見たとき、ルーバ２４、２６の矢印AR5方向の幅であってルーバ２４、２６が平面部１４１に交わる基部４４におけるルーバ基部幅WDfdは、各ルーバ２４、２６同士において互いに同じ大きさとなっている。また、上流側平坦部３４と中央平坦部３６と下流側平坦部３８とは１つの平面上に構成されているので、上流側平坦部３４の厚み方向は、中央平坦部３６の厚み方向と言い換えられてもよいし、下流側平坦部３８の厚み方向と言い換えられてもよいし、平面部１４１の厚み方向と言い換えられてもよい。

上記のルーバ側端角度θsdはルーバ２４、２６の切越し角度θsdとも呼ばれ、ルーバ先端幅WDtpはルーバ２４、２６の有効切れ長さとも呼ばれ、ルーバ基部幅WDfdはルーバ２４、２６の全切れ長さとも呼ばれる。

また、複数の中間部第１ルーバ２４２は、図５に示すルーバ高さLHが何れでも同じ大きさとなるように形成されている。同様に、複数の中間部第２ルーバ２６２は、そのルーバ高さLHが何れでも同じ大きさとなるように形成されている。更に、中間部第１ルーバ２４２のルーバ高さLHは、中間部第２ルーバ２６２のルーバ高さLHと同じになっている。なお、ルーバ高さLHとは、気流方向Ｘ１に沿って形成された上流側平坦部３４の一平面３４ａに直交するルーバ高さ方向の寸法すなわち上流側平坦部３４の厚み方向の寸法であって、例えば、上流側平坦部３４の厚みの中心位置を基準としたルーバ２４、２６の高さ寸法である。

また、上流端第１ルーバ２４１、下流端第１ルーバ２４３、上流端第２ルーバ２６１、および下流端第２ルーバ２６３の気流方向Ｘ１におけるルーバ長さLLN（図４参照）すなわち気流端ルーバ長さLLNは、４箇所全ておいて互いに同じ大きさであり、具体的にはルーバピッチLPに応じた大きさとされている。

例えば、その気流端ルーバ長さLLNが全て「LLN＝１／２×LP」であるとすれば、上流端第１ルーバ２４１、下流端第１ルーバ２４３、上流端第２ルーバ２６１、および下流端第２ルーバ２６３のルーバ高さLHは、中間部第１ルーバ２４２及び中間部第２ルーバ２６２と同じになる。しかし、本実施形態において、４箇所全ての気流端ルーバ長さLLNは、「１／２×LP」よりも大きくされている。そのため、上流端第１ルーバ２４１、下流端第１ルーバ２４３、上流端第２ルーバ２６１、および下流端第２ルーバ２６３のルーバ高さLHは、それら以外のルーバ２４、２６である中間部第１ルーバ２４２及び中間部第２ルーバ２６２よりも高くなっている。要するに、複数のルーバ２４、２６の中には、ルーバ高さLHの異なるものが含まれている。例えば図４には、上流端第２ルーバ２６１のルーバ高さLHが中間部第２ルーバ２６２に対しΔLHだけ高いことが表示されている。

図４に示すように、フィン１４では、全ての第１ルーバ２４は互いに平行であり、全ての第２ルーバ２６も互いに平行である。そのため、例えば上流端第１ルーバ２４１において、その気流端ルーバ長さLLNが長いほど、上流端第１ルーバ２４１の基部４４が空気流れ上流側にずれると共に、上流端第１ルーバ２４１とそれに隣接する中間部第１ルーバ２４２との間のルーバ間通路２８が広くなる。

図３に示すように、ラジエータ１０において、フィン幅WDfnは、チューブ１２の長径Dtbと同じ大きさとされている。従って、気流方向Ｘ１におけるコア部１６（図１参照）の幅すなわちコア幅は、フィン幅WDfnと同じ大きさである。

次に、気流端ルーバ長さLLNの適切な大きさについて図６および図７を用いて説明する。図６および図７は、ラジエータ１０に一定温度の冷却水を一定流量で供給すると共に、ラジエータ１０に対し気流方向Ｘ１に一定温度の空気を一定流量で吹き込んだときの試験結果を示すものである。また、図６および図７の何れでも、気流端ルーバ長さLLNはルーバピッチLP（図４参照）に対する比率で表示されており、具体的にそのルーバピッチLPは０．６ｍｍである。図６および図７に示されている気流端ルーバ長さLLNは、図４に示す４箇所全ての気流端ルーバ長さLLNを意味している。

図６は、気流端ルーバ長さLLNとラジエータ１０の放熱量Ｗoとの関係を示している。図６では、フィン１４のフィン幅WDfn（図４参照）毎に、気流端ルーバ長さLLNと放熱量Ｗoとの関係が示されている。具体的には、フィン幅WDfnが１２ｍｍであるときの関係が実線Ln12で示され、フィン幅WDfnが１４ｍｍであるときの関係が破線Ln14で示され、フィン幅WDfnが１６ｍｍであるときの関係が二点鎖線Ln16で示されている。例えば、ラジエータ１０の放熱量Ｗoは、ラジエータ１０に供給される冷却水の流量と、入口パイプ１８ｃでの冷却水温と出口パイプ１８ｄでの冷却水温との温度差とに基づいて算出される。なお、放熱量Ｗoの単位は例えば「kW」であるが、図６において放熱量Ｗoを示す縦軸は、気流端ルーバ長さLLNが「１／２×LP」であるときの放熱量Ｗoを１００％とした割合で表されている。

図７は、気流端ルーバ長さLLNとラジエータ１０を通過する空気の通風抵抗Ｒairとの関係を示すと共に、放熱量Ｗoを通風抵抗Ｒairで除した値すなわち「Ｗo／Ｒair」と気流端ルーバ長さLLNとの関係を示している。具体的には、気流端ルーバ長さLLNと通風抵抗Ｒairとの関係が破線LnR1で示され、放熱量Ｗoを通風抵抗Ｒairで除した値と気流端ルーバ長さLLNとの関係が実線LnR2で示されている。

この図７に示された試験において、フィン幅WDfnは１２ｍｍである。従って、放熱量Ｗoを通風抵抗Ｒairで除した値を算出するための放熱量Ｗoとしては、図６の実線Ln12を描くための放熱量Ｗoが用いられている。なお、通風抵抗Ｒairの単位は例えば「Pa」である。

図６に示すように、フィン幅WDfnが１６ｍｍである場合には、気流端ルーバ長さLLNを「１／２×LP」以上に変化させても、ラジエータ１０の放熱量Ｗoは殆ど変化しない。一方で、フィン幅WDfnが１４ｍｍである場合には、ラジエータ１０の放熱量Ｗoは、気流端ルーバ長さLLNが「３／４×LP」であるときに最大となり、「３／４×LP」以上の気流端ルーバ長さLLNの範囲でもあまり低下していない。例えば、ラジエータ１０の放熱量Ｗoは、「３／４×LP」の気流端ルーバ長さLLNにおいて、１０１％を超えている。

また、フィン幅WDfnが１２ｍｍである場合には、気流端ルーバ長さLLNを長くすることによる放熱量Ｗoの増加は、フィン幅WDfnが１４ｍｍである場合と比較して一層顕著になっている。そして、放熱量Ｗoは、「３／４×LP」から「７／８×LP」までの間の気流端ルーバ長さLLNにおいて最大になっている。

この図６の試験結果からすると、気流端ルーバ長さLLNを「１／２×LP」よりも大きくすることは、フィン幅WDfnが１４ｍｍ以下である場合、更にはフィン幅WDfnが１２ｍｍ以下である場合に、ラジエータ１０の放熱性能の向上を図る上で有効であると考えられる。また、そのフィン幅WDfnが１４ｍｍ以下である場合において、気流端ルーバ長さLLNが「５／８×LP」以上であれば、「１／２×LP」であるときと比較して、放熱量Ｗoが明らかに大きくなっている。従って、気流端ルーバ長さLLNは「５／８×LP」以上とされるのが好ましいと考えられる。また、より好ましくは、図６の実線Ln12および破線Ln14から、気流端ルーバ長さLLNが「３／４×LP」以上とされることであると考えられる。

図７の破線LnR1に示すように、ラジエータ１０の通風抵抗Ｒairは、気流端ルーバ長さLLNが大きくなるほど指数関数的に大きくなる。そのため、図７の実線LnR2に示すように、放熱量Ｗoを通風抵抗Ｒairで除した値は、気流端ルーバ長さLLNの変化に対して山形に変化している。具体的に、気流端ルーバ長さLLNが「３／４×LP」であるときに極大となっている。ラジエータ１０において放熱性能の向上を図るためには、放熱量Ｗoを大きくすると共に、通風抵抗Ｒairを引き下げることも必要である。従って、放熱量Ｗoを大きくし且つ通風抵抗Ｒairを小さくするためには、図７の実線LnR2から、気流端ルーバ長さLLNが「５／８×LP」以上または「３／４×LP」以上であって、「７／８×LP」以下とされるのが好ましいと考えられる。

また、その図７の実線LnR2で示される特性はフィン幅WDfnが１２ｍｍである場合のものであるが、図６の実線Ln12および破線Ln14からすれば、フィン幅WDfnが１４ｍｍであっても、図７の実線LnR2と同様の特性が得られるものと考えられる。すなわち、フィン幅WDfnが１４ｍｍ以下である場合において、上述のように、気流端ルーバ長さLLNが「５／８×LP」以上または「３／４×LP」以上であって、「７／８×LP」以下とされるのが好ましいと考えられる。

以上のような試験結果が得られた理由としては、フィン幅WDfnが小さくなるほど、各ルーバ間通路２８が狭くなり、フィン１４のルーバ２４、２６周りで空気流れが淀み易くなることが考えられる。例えば、図８の風速分布図に示すように、上流端第１ルーバ２４１の近傍であるＡ部と、上流端第２ルーバ２６１の近傍であるＢ部とにおいて、空気流れの淀みが大きく生じている。なお、図８は、フィン幅WDfnが１２ｍｍであって気流端ルーバ長さLLNが４箇所とも全て「１／２×LP」とされたフィン１４において実施された通風シミュレーションの風速分布を表している。そして、図８において、空気流れが淀んでいる淀み領域はハッチングで表示されている。

そして、Ａ部およびＢ部の空気流れの淀みに起因して、フィン１４のルーバ２４、２６周りで空気流れは破線矢印AR01、AR02のようになっているものと考えられる。すなわち、図８において気流方向Ｘ１に流れる空気は、上流側平坦部３４の一平面３４ａ側すなわち図８の上側からその反対側すなわち図８の下側に第１ルーバ２４により導かれ、中央平坦部３６を通過後に、第２ルーバ２６により図８の下側から上側に導かれるのが理想的である。しかし、その空気は破線矢印AR02のように流れ、図８の下側から上側に戻りきれていないものと考えられる。この破線矢印AR02のように空気が流れることは、ラジエータ１０の放熱性能を低下させる一因となる。

この点、図６及び図７の試験結果から導かれたように、気流端ルーバ長さLLNが「１／２×LP」よりも大きくされることで、例えば「５／８×LP」以上とされることで、図８のＡ部及びＢ部に示される淀み領域が縮小されるものと考えられる。その結果、ルーバ２４、２６周りの空気流れは図４の破線矢印AR03、AR04のようになっていると考えられる。すなわち、第１ルーバ２４により上流側平坦部３４の一平面３４ａ側からその反端側に向けて導かれた空気は、第２ルーバ２６により上流側平坦部３４の一平面３４ａ側に戻り易くなっていると考えられる。

上述したように、本実施形態によれば、フィン１４のフィン幅WDfnは１４ｍｍ以下である。そして、上流端第１ルーバ２４１、下流端第１ルーバ２４３、上流端第２ルーバ２６１、および下流端第２ルーバ２６３において、気流端ルーバ長さLLNは、ルーバピッチをLPとしたとき、「５／８×LP」以上とされるのが好ましい。そのようにしたとすれば、上流端第１ルーバ２４１とそれに隣り合う中間部第１ルーバ２４２との間すなわち図８のＡ部、および、上流端第２ルーバ２６１とそれに隣り合う中間部第２ルーバ２６２との間すなわち図８のＢ部において空気が淀み難くなると考えられる。そのため、各ルーバ２４、２６間を通過する空気の延べ風量が増加し、図６及び図７の試験結果から判るように、ラジエータ１０において、フィン幅WDfnを１４ｍｍ以下に小さくしつつ、良好な熱交換性能を得ることができる。

また、本実施形態によれば、図４に示すように、上流端第１ルーバ２４１と下流端第１ルーバ２４３と上流端第２ルーバ２６１と下流端第２ルーバ２６３とは、気流端ルーバ長さLLNが互いに同じになるように形成されている。そのため、図４において、フィン１４の平面部１４１を中央平坦部３６を挟んだ対称形状に形成することができ、それにより、例えばローラ成形によるフィン１４の製造上において不要な変形を抑えることが可能である。

また、本実施形態によれば、複数の第１ルーバ２４は互いに平行となるように形成されており、複数の第２ルーバ２６も互いに平行となるように形成されている。そのため、例えば各ルーバ２４、２６が平行ではない場合と比較して、各ルーバ間通路２８において空気の通風抵抗Ｒairを低く抑えることが可能である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。また、第１実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明し、第３実施形態以降についても同様である。

図９は、第１実施形態の図４に相当し、その図４と同じ方向から見たフィン１４の平面部１４１及びルーバ２４、２６の断面図である。第１実施形態では、全ての第１ルーバ２４は互いに平行であり、全ての第２ルーバ２６も互いに平行であるが、本実施形態ではこの点が異なっている。

具体的には、図９に示すように、上流端第１ルーバ２４１および下流端第１ルーバ２４３は、中間部第１ルーバ２４２と比較して、気流方向Ｘ１に対する傾斜角度すなわち捻り角度θtwが大きくなるように形成されている。また、上流端第２ルーバ２６１および下流端第２ルーバ２６３も、中間部第２ルーバ２６２と比較して捻り角度θtwが大きくなるように形成されている。

なお、本実施形態でも第１実施形態と同様に、複数の中間部第１ルーバ２４２は互いに平行であり、複数の中間部第２ルーバ２６２も互いに平行である。また、中間部第１ルーバ２４２の捻り方向は中間部第２ルーバ２６２とは逆向きであって、中間部第１ルーバ２４２の捻り角度θtwは中間部第２ルーバ２６２の捻り角度θtwと同じ大きさになっている。

本実施形態によれば、上流端第１ルーバ２４１、下流端第１ルーバ２４３、上流端第２ルーバ２６１、および下流端第２ルーバ２６３の捻り角度θtwが他のルーバ２４２、２６２よりも大きいので、その上流端第１ルーバ２４１、下流端第１ルーバ２４３、上流端第２ルーバ２６１、および下流端第２ルーバ２６３に接するルーバ間通路２８が広くなる。その結果、その広くなったルーバ間通路２８にて空気流れが淀みにくくなり、ラジエータ１０の放熱性能を向上させることが可能である。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。

図１０は、第１実施形態の図４に相当し、その図４と同じ方向から見たフィン１４の平面部１４１及びルーバ２４、２６の断面図である。前述の第１実施形態では、隣接する第１ルーバ２４同士の間と、隣接する第２ルーバ２６同士の間とにそれぞれ形成された空気通路を単にルーバ間通路２８と呼んでいるが、本実施形態では、ルーバ間通路２８を更に分類して呼ぶものとする。具体的には、隣接する第１ルーバ２４間に形成された空気通路を第１ルーバ間通路２８１と呼び、隣接する第２ルーバ２６間に形成された空気通路を第２ルーバ間通路２８２と呼ぶものとする。

更に、複数の第１ルーバ間通路２８１のうち、空気流れ最上流側のものを最上流側第１ルーバ間通路２８１ａと呼ぶと共に、空気流れ最下流側のものを最下流側第１ルーバ間通路２８１ｂと呼ぶものとする。そして、最上流側第１ルーバ間通路２８１ａおよび最下流側第１ルーバ間通路２８１ｂ以外の第１ルーバ間通路２８１を、中間部第１ルーバ間通路２８１ｃと呼ぶものとする。

また、複数の第２ルーバ間通路２８２のうち、空気流れ最上流側のものを最上流側第２ルーバ間通路２８２ａと呼ぶと共に、空気流れ最下流側のものを最下流側第２ルーバ間通路２８２ｂと呼ぶものとする。そして、最上流側第２ルーバ間通路２８２ａおよび最下流側第２ルーバ間通路２８２ｂ以外の第２ルーバ間通路２８２を、中間部第２ルーバ間通路２８２ｃと呼ぶものとする。

図１０に示すように、中央平坦部３６は、連結部４０（図３、図１１参照）の板厚中心を表す基準面FCsdすなわち図１０の一点鎖線に対し、一方にオフセットされている。また、上流側平坦部３４および下流側平坦部３８は、その基準面FCsdに対し、他方にオフセットされている。

図１０において平面部１４１とルーバ２４、２６とを空気流れ上流側から見た側面図である図１１に表されているように、例えば、上流側平坦部３４と連結部４０との間に介装された介装部４１によって、上流側平坦部３４は一対の連結部４０に対して接続されている。そして、その介装部４１は上流側平坦部３４および連結部４０と一体的に形成されている。中央平坦部３６および下流側平坦部３８も、図１１に示す上流側平坦部３４と同様に、介装部４１によって一対の連結部４０に対して接続されている。

このように、上流側平坦部３４と中央平坦部３６と下流側平坦部３８とはそれぞれ、連結部４０に対しその連結部４０の厚み方向にずれて配設されている。これにより、複数の第１ルーバ間通路２８１のうち最上流側第１ルーバ間通路２８１ａ及び最下流側第１ルーバ間通路２８１ｂは、他の第１ルーバ間通路２８１すなわち中間部第１ルーバ間通路２８１ｃよりも広くなっている。そして、複数の第２ルーバ間通路２８２のうち最上流側第２ルーバ間通路２８２ａ及び最下流側第２ルーバ間通路２８２ｂは、他の第２ルーバ間通路２８２すなわち中間部第２ルーバ間通路２８２ｃよりも広くなっている。

従って、本実施形態によれば、最上流側第１ルーバ間通路２８１ａと最下流側第１ルーバ間通路２８１ｂと最上流側第２ルーバ間通路２８２ａと最下流側第２ルーバ間通路２８２ｂとにおいて空気流れが淀みにくくなり、ラジエータ１０の放熱性能を向上させることが可能である。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。

図１２は、第１実施形態の図４におけるXXII部分の拡大図に相当する図であって、第１実施形態に対し本実施形態が異なる点を表した図である。その図１２に示すように、下流端第２ルーバ２６３と下流側平坦部３８との接続部分は、コーナーＲにより形成されている。すなわち、その接続部分は湾曲した形状を成している。

また、図１２に示す下流端第２ルーバ２６３と下流側平坦部３８との接続部分と同様に、上流端第１ルーバ２４１と上流側平坦部３４との接続部分、下流端第１ルーバ２４３と中央平坦部３６との接続部分、及び、上流端第２ルーバ２６１と中央平坦部３６との接続部分も湾曲した形状を成している。

なお、本実施形態では、図１２に示すように、下流端第２ルーバ２６３の気流端ルーバ長さLLNは、下流端第２ルーバ２６３と下流側平坦部３８との接続部分における湾曲形状が無いものとして求められた両者の接続点P0を基点として定められる。上流端第１ルーバ２４１、下流端第１ルーバ２４３、及び上流端第２ルーバ２６１の気流端ルーバ長さLLNについても同様である。

上述のように構成された本実施形態によれば、上流端第１ルーバ２４１、下流端第１ルーバ２４３、上流端第２ルーバ２６１、及び下流端第２ルーバ２６３のそれぞれに導かれる空気は、上記の湾曲した形状を有する接続部分において、その湾曲した形状に沿って滑らかに流れ方向を変化させる。そのため、上流端第１ルーバ２４１、下流端第１ルーバ２４３、上流端第２ルーバ２６１、及び下流端第２ルーバ２６３の近傍で空気流れが淀みにくくなり、ラジエータ１０の放熱性能を向上させることが可能である。

（他の実施形態）
（１）上述の第１実施形態においては、上流端第１ルーバ２４１、下流端第１ルーバ２４３、上流端第２ルーバ２６１、および下流端第２ルーバ２６３の気流端ルーバ長さLLN（図４参照）は何れも同じ大きさであるが、それらのうち一部の気流端ルーバ長さLLNが異なっていても差し支えない。例えば、図８の風速分布図からすると、空気はＡ部およびＢ部にて淀み易い。すなわち、上流端第１ルーバ２４１の近傍および上流端第２ルーバ２６１の近傍にて淀み易い。従って、上流端第１ルーバ２４１及び上流端第２ルーバ２６１の気流端ルーバ長さLLNが「５／８×LP」以上とされている一方で、下流端第１ルーバ２４３及び下流端第２ルーバ２６３の気流端ルーバ長さLLNは「１／２×LP」とされていても差し支えない。

（２）上述の実施形態においては、フィン幅WDfnはチューブ１２の長径Dtbと同じ大きさであるが、両者が互いに異なっていても差し支えない。

（３）上述の実施形態においては、フィン１４はコルゲートフィンであるが、波状に成形されていない平板状のプレートフィンであっても差し支えない。

（４）上述の実施形態においては、フィン１４は、例えばロウ付けによりチューブ１２に接合されているが、他の接合方法によってチューブ１２に接合されていても差し支えない。

（５）上述の実施形態において、チューブ１２内を流通する第１流体は冷却水であるが、その第１流体は、冷却水以外の液体であってもよいし気体であってもよい。

（６）上述の実施形態において、チューブ１２周りを流通する第２流体は空気であるが、その第２流体は、空気以外の気体であってもよいし液体であってもよい。

（７）上述の第１実施形態において、ルーバピッチLPが０．６ｍｍのフィン１４が、図６および図７に示す試験に用いられているが、図１のフィン１４は、ルーバピッチLPが０．６ｍｍではないルーバ２４、２６を備えていても差し支えない。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

１０ ラジエータ（熱交換器）
１２ チューブ
１４ フィン
２４ 第１ルーバ
２６ 第２ルーバ
３４ 上流側平坦部（第１平坦部）
３６ 中央平坦部（第２平坦部）
３８ 下流側平坦部（第３平坦部）
４０ 連結部
２４１ 上流端第１ルーバ
２４３ 下流端第１ルーバ
２６１ 上流端第２ルーバ
２６３ 下流端第２ルーバ
２８１ 第１ルーバ間通路
２８１ａ 最上流側第１ルーバ間通路
２８１ｂ 最下流側第１ルーバ間通路
２８１ｃ 中間部第１ルーバ間通路
２８２ 第２ルーバ間通路
２８２ａ 最上流側第２ルーバ間通路
２８２ｂ 最下流側第２ルーバ間通路
２８２ｃ 中間部第２ルーバ間通路
Ｘ１ 気流方向（一方向）

Claims (4)

1. 第１流体が流通する複数のチューブ（１２）と、
   前記チューブに接合され、前記第１流体と前記チューブ周りを一方向（Ｘ１）に沿って流通する第２流体との熱交換を促進するフィン（１４）とを備え、
   前記フィンは、
   前記一方向における前記第２流体の流れの上流側から順に配設された第１平坦部（３４）、第２平坦部（３６）、および第３平坦部（３８）と、
   前記一方向に対して傾斜するように捻り起こされ、前記第１平坦部と前記第２平坦部との間において前記一方向に並べて配設された複数の第１ルーバ（２４）と、
   前記一方向に対し前記第１ルーバとは逆向きに傾斜するように捻り起こされ、前記第２平坦部と前記第３平坦部との間において前記第１ルーバと共通のルーバピッチで前記一方向に並べて配設された複数の第２ルーバ（２６）とを備えており、
   前記第１ルーバのうち前記第１平坦部に接続されている上流端第１ルーバ（２４１）と、前記第１ルーバのうち前記第２平坦部に接続されている下流端第１ルーバ（２４３）と、前記第２ルーバのうち前記第２平坦部に接続されている上流端第２ルーバ（２６１）と、前記第２ルーバのうち前記第３平坦部に接続されている下流端第２ルーバ（２６３）とは、それら以外の前記第１ルーバおよび前記第２ルーバと比較して、前記一方向に対する傾斜角度が大きくなるように形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 第１流体が流通する複数のチューブ（１２）と、
   前記チューブに接合され、前記第１流体と前記チューブ周りを一方向（Ｘ１）に沿って流通する第２流体との熱交換を促進するフィン（１４）とを備え、
   前記フィンは、
   前記一方向における前記第２流体の流れの上流側から順に配設された平板状の第１平坦部（３４）、第２平坦部（３６）、および第３平坦部（３８）と、
   前記一方向に対して傾斜するように捻り起こされ、前記第１平坦部と前記第２平坦部との間において前記一方向に並べて配設された複数の第１ルーバ（２４）と、
   前記一方向に対し前記第１ルーバとは逆向きに傾斜するように捻り起こされ、前記第２平坦部と前記第３平坦部との間において前記第１ルーバと共通のルーバピッチで前記一方向に並べて配設された複数の第２ルーバ（２６）と、
   前記第１平坦部と前記第１ルーバと前記第２平坦部と前記第２ルーバと前記第３平坦部とを一体的に連結し、前記一方向に延びる平板状の連結部（４０）とを備えており、
   前記第１平坦部と前記第２平坦部と前記第３平坦部とがそれぞれ前記連結部に対し該連結部の厚み方向にずれて配設されることにより、前記複数の第１ルーバの間に形成された第１ルーバ間通路（２８１）のうち空気流れ最上流側及び最下流側の通路（２８１ａ、２８１ｂ）が他の第１ルーバ間通路（２８１ｃ）よりも広くなっていると共に、前記複数の第２ルーバの間に形成された第２ルーバ間通路（２８２）のうち空気流れ最上流側及び最下流側の通路（２８２ａ、２８２ｂ）が他の第２ルーバ間通路（２８２ｃ）よりも広くなっていることを特徴とする熱交換器。
3. 前記複数の第１ルーバは互いに平行となるように形成されていると共に、前記複数の第２ルーバも互いに平行となるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記複数の第１ルーバの全体と前記複数の第２ルーバの全体とは互いに、前記第２平坦部を挟んで対称形状となっ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つに記載の熱交換器。

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