コルゲートフィン型熱交換器
【課題】高い伝熱促進を実現しつつ凝縮水の高い排水性を確保した熱交換器を提供する。
【解決手段】コルゲートフィン４０の水平面４２に、波の頂部を連ねた頂部線４３や波の底部を連ねた底部線４４と第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角αが鋭角の範囲の角度として予め定められた一定角となるように、頂部線４３および底部線４４が複数回に亘って屈曲するように、さらに、頂部線４３の屈曲点４３ａや底部線４４の屈曲点４４ａを連ねた屈曲線が第２の熱交換流体の主要な流れに一致するように、複数の波を形成すると共に、扁平チューブ３０との接合部近傍の底部線４４の両端部に複数の貫通孔４５を形成する。複数の波により熱交換流体の二次流れを生じさせて高い伝熱促進を実現し、複数の貫通孔４５により、接合部近傍において前縁効果による高い伝熱性能を得ると共に凝縮水の高い排出性を確保する。
【解決手段】コルゲートフィン４０の水平面４２に、波の頂部を連ねた頂部線４３や波の底部を連ねた底部線４４と第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角αが鋭角の範囲の角度として予め定められた一定角となるように、頂部線４３および底部線４４が複数回に亘って屈曲するように、さらに、頂部線４３の屈曲点４３ａや底部線４４の屈曲点４４ａを連ねた屈曲線が第２の熱交換流体の主要な流れに一致するように、複数の波を形成すると共に、扁平チューブ３０との接合部近傍の底部線４４の両端部に複数の貫通孔４５を形成する。複数の波により熱交換流体の二次流れを生じさせて高い伝熱促進を実現し、複数の貫通孔４５により、接合部近傍において前縁効果による高い伝熱性能を得ると共に凝縮水の高い排出性を確保する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コルゲートフィン型熱交換器に関し、詳しくは、扁平な中空管として形成されて第１の熱交換媒流体の流路をなす複数の扁平チューブを扁平面が向かい合うように且つ第１の熱交換流体が鉛直方向に流れるように並べて配置すると共に各扁平チューブ間に第２の熱交換流体が水平方向に流れるようにコルゲートフィンを各扁平チューブに接合してなるコルゲートフィン型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器としては、空気流入方向に対して斜め方向に傾斜した多数のルーバが形成されたルーバーフィン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、ルーバーフィンのフィン山高さが２．５ｍｍ〜６．０ｍｍとすることにより、通水特性と熱効率とを向上させることができる、とされている。
【０００３】
また、オフセットフィンを備えるものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。この熱交換器では、オフセットフィンのフィンピッチを２ｍｍ程度とすることにより、オフセットフィンの性能を向上させることができる、とされている。
【０００４】
さらに、フィン付きの熱交換器において、フィンに、連続する複数の波を、波の山部や谷部の連続する線が空気の主要な流れに対して１０度から６０度の範囲の一定の鋭角となるように、且つ、波の山部や谷部が複数回に亘って屈曲するように形成したものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。この熱交換器では、空気の主要な流れに対して傾いた複数の波をフィンに形成することにより、波の表面に空気の二次流れを生じさせ、これにより、熱交換効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９６３８３号公報
【特許文献２】特開平５−１９６３８３号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００８／０９０８７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のルーバーフィンやオフセットフィンは、空気の流れが比較的低い低流速において比較的高い伝熱促進が図られているが、切り起こしや切断面があるためにゴミや埃、霜などがフィンに付着して目詰まりが生じやすくなる。ゴミや埃、霜などによる目詰まりは、空気の流れを阻害するため、熱交換器の性能を低下させてしまう。特に、フィンピッチが短くなると、ゴミや埃、霜などによる目詰まりは顕著になり、熱交換器の性能は著しく低下してしまう。
【０００７】
一方、フィンに複数の波を形成して空気の二次流れを生じさせるものは、有効な空気の二次流れを生じさせるために、ルーバーフィンやオフセットフィンに比して空気の流れが実質的に広いピッチの流路を流れるため、ゴミや埃，霜などの目詰まりは生じにくいという長所を有するものの、フィンに貫通孔が形成されていないため、凝縮水が生じる場合には、凝縮水の排水性能が低くいものとなる。
【０００８】
本発明のコルゲートフィン型熱交換器は、高い伝熱促進を実現しつつ凝縮水の高い排水性を確保した熱交換器を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のコルゲートフィン型熱交換器は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【００１０】
本発明のコルゲートフィン型熱交換器は、
扁平な中空管として形成されて第１の熱交換媒流体の流路をなす複数の扁平チューブを扁平面が向かい合うように且つ前記第１の熱交換流体が鉛直方向に流れるように並べて配置すると共に各扁平チューブ間に第２の熱交換流体が水平方向に流れるようにコルゲートフィンを各扁平チューブに接合してなるコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記コルゲートフィンには、滑らかに連続する複数の波が、該波の頂部を連ねた頂部線と前記第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角が一定の鋭角となり、前記頂部線が少なくとも一回屈曲するように、且つ、前記頂部線の屈曲点を連ねた屈曲線が前記主流に一致するように形成されており、更に、前記扁平チューブとの接合部近傍に複数の貫通孔が形成されている、
ことを特徴とする。
【００１１】
この本発明のコルゲートフィン型熱交換器では、コルゲートフィンに、滑らかに連続する複数の波が、波の頂部を連ねた頂部線と第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角が一定の鋭角となり、頂部線が少なくとも一回屈曲するように、且つ、頂部線の屈曲点を連ねた屈曲線が第２の熱交換流体の主要な流れに一致するように形成されているから、波の表面に有効な第２の熱交換流体の二次流れを生じさせることができる。この結果、高い伝熱促進を実現することができる。また、コルゲートフィンの扁平チューブとの接合部近傍に複数の貫通孔が形成されているから、前縁効果による高い伝熱性能を得ることができると共に、フィン上に第２の熱交換流体に含まれる水分が凝縮しても、凝縮水を排出することができる。即ち、高い排水性を確保することができる。コルゲートフィンにおける第２の熱交換流体の主要な流れの流速は、扁平チューブ近傍では小さく（遅く）、中央部では大きく（早く）なる。したがって、中央部では第２の熱交換流体の主要な流れに対して複数の波の表面に有効な二次流れを生じさせることができ、扁平チューブ近傍では複数の貫通孔による高い排水性を生じさせることができる。ここで、第１の熱交換流体としては、ハイドロフルオロカーボンなどの冷媒や水，オイルなどの種々の気体や液体を用いることができる。また、第２の熱交換流体としては、空気や内燃機関からの排ガス，燃料電池からのオフガスなどの種々の気体を用いることができる。「波の頂部」は、波の凸部と凹部との繰り返しにおける凸部の頂を意味しており、「頂部線と第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角が一定の鋭角」とは、第２の熱交換流体の流入口においても「なす角」が一定の鋭角となるだけでなく第２の熱交換流体が流入口から流入した以降においても「なす角」が一定の鋭角となること、即ち、同一の角度の保持することを意味している。「頂部線が少なくとも一回屈曲する」とは、波の頂部の連なりが一回以上屈曲していること、複数回に亘って屈曲する場合にはジグザグと屈曲していることを意味している。「頂部線の屈曲点を連ねた屈曲線」とは、複数の波の頂部の連なりの屈曲点を連続的に連ねた線、即ち、ｎ個の屈曲点を有する第１波、ｎ個の屈曲点を有する第２波、ｎ個の屈曲点を有する第３波・・・とｎ個の屈曲点を有する複数の波があるときに、第１波の１番目の屈曲点，第２波の１番目の屈曲点，第３波の１番目の屈曲点・・・を連ねた線や、第１波のｍ番目の屈曲点，第２波のｍ番目の屈曲点，第３波のｍ番目の屈曲点・・・を連ねた線などを意味している。波の底部を連ねた底部線は、波が凸部と凹部とを繰り返すものであることを考慮すると、隣接する頂部線の間に頂部線と同様に現われるものになる。即ち、本発明のコルゲートフィンは、少なくとも一回屈曲する頂部線と少なくとも一回屈曲する底部線とが交互に繰り返し現われるものとなる。なお、扁平チューブやコルゲートフィンは、第１の熱交換流体や第２の熱交換流体によって腐食しない金属材料、例えば、アルミニウムや銅，ステンレスやこれらの合金などの金属材料により形成するのが好適である。
【００１２】
こうした本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、前記コルゲートフィンに形成された波の底部に形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、凝縮水は表面張力により波の底部に集まるから、凝縮水の排水性を向上させることができる。
【００１３】
この波の底部に貫通孔が形成されている態様の本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記コルゲートフィンには、前記複数の波を前記第２の熱交換流体の流入側から見ると前記接合部近傍では前記頂部線の屈曲がＶ字またはＷ字となるよう前記複数の波が形成されている、ものとすることもできる。複数の波を第２の熱交換流体の流入側から見ると接合部近傍では頂部線の屈曲がＶ字またはＷ字となるとは、左側の扁平チューブとの接合部近傍では、頂部線はＶ字の左の斜めの線（Ｗ字としたときには最も左の斜めの線）、即ち、下流になるにしたがって左側の接合部に近接するように現われ、右側の扁平チューブとの接合部近傍では、頂部線はＶ字の右の斜めの線（Ｗ字としたときには最も右の斜めの線）、即ち、下流になるにしたがって右側の接合部に近接するように現われることを意味している。前述したように、波の底部を連ねた底部線は頂部線と同様に現われるから、接合部近傍では底部線の屈曲もＶ字またはＷ字となって現われる。したがって、左側の扁平チューブとの接合部近傍の貫通孔は、第２の熱交換流体の流入側から見ると、底部線の形状としてのＶ字の左の斜めの線（Ｗ字としたときには最も左の斜めの線）における左上部位、即ち、左側の底部線の最下流部位に形成され、右側の扁平チューブとの接合部近傍の貫通孔は、第２の熱交換流体の流入側から見ると、底部線の形状としてのＶ字の右の斜めの線（Ｗ字としたときには最も右の斜めの線）における右上部位、即ち、右側の底部線の最下流部位に形成されることになる。底部線近傍の第２の熱交換流体の二次流れには底部線に沿って下流側に流れる成分が存在するから、凝縮水は第２の熱交換流体の二次流れにより底部線に沿って貫通孔に導かれることになる。したがって、第２の熱交換流体の流入側から見ると接合部近傍では頂部線の屈曲がＶ字またはＷ字となるよう複数の波を形成することにより、凝縮水の排水性を向上させることができる。
【００１４】
また、波の底部に貫通孔が形成されている態様の本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、前記頂部線に対して平行な切り込み又は前記頂部線に対して直交する切り込みを開くことにより形成されている、ものとすることもできる。前述したように、底部線は頂部線と同様に現われるから、複数の貫通孔は、底部線に対して平行な切り込みを開くことにより形成されていたり、底部線に対して直交する切り込みを開くことにより形成されていたりすることになる。複数の貫通孔を底部線に対して平行な切り込みを開くことにより形成するものとすれば、貫通孔の形状は底部線に沿って口を開くものとなるから、第２の熱交換流体の二次流れを乱すことなく凝縮水の流れに沿って凝縮水を貫通孔に導き、貫通孔から下方に排出することができる。一方、複数の貫通孔を底部線に対して直交する切り込みを開くことにより形成するものとすれば、貫通孔の形状は底部線に対して直交する方向に口を開くものとなるから、凝縮水を第２の熱交換流体の二次流れによって貫通孔に押し流して排出することができる。これらの結果、凝縮水の排水性を更に向上させることができる。
【００１５】
この複数の貫通孔が頂部線に対して平行な切り込み又は頂部線に対して直交する切り込みを開くことにより形成されている態様の本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、前記切り込みに対して前記第２の熱交換流体の流入側を下方に開くことにより及び／又は流出側を上方に開くことにより形成されているものとすることもできる。底部線近傍の第２の熱交換流体の二次流れには、上流側の凸部からの下降流の成分が存在するから、第２の熱交換流体の流入側を下方に開くこと又は第２の熱交換流体の流出側を上方に開くことにより、凝縮水を貫通孔に押し流すことができる。この結果、凝縮水の排水性を更に向上させることができる。
【００１６】
また、本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、下向きに凸と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、凝縮水は貫通孔に導かれるから、凝縮水の排水性を向上させることができる。
【００１７】
この複数の貫通孔が下向きに凸となるように形成されている態様の本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、１つ又は連絡する複数の切り込みを下方に切り起こすことにより形成されている、ものとすることもできる。こうれうば、容易に複数の貫通孔を形成することができる。この場合、前記複数の貫通孔は、切り起こしによる端部が前記扁平チューブ壁面側に近接するよう形成されいる、ものとすることもできる。こうすれば、凝縮水は端部によって扁平チューブ壁面側に導かれるから、凝縮水の排水性を向上させることができる。
【００１８】
また、複数の貫通孔が下向きに凸となるように形成されている態様の本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、下側に折り曲げられたルーバー形状に形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、扁平チューブ近傍において、ルーバーフィンと同様に、高い伝熱促進を得ることができると共に、高い排水性を得ることができる。この場合、前記コルゲートフィンは、略全幅に亘る複数のルーバーが形成されてなるルーバーフィンに対して両端部のルーバー形状については維持して中央部のルーバー形状については解除した形状に加工することにより形成されている、ものとすることもできる。この場合、コルゲートフィンは、略全幅に亘る複数のルーバーが形成されてなるルーバーフィンを直接加工するものとしてもよい。
【００１９】
本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記コルゲートフィンは、オフセットフィンに対して両端部のオフセット形状については維持して中央部のオフセット形状については解除した形状に加工することにより形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、扁平チューブ近傍において、オフセットフィンと同様に、高い伝熱促進を得ることができると共に、高い排水性を得ることができる。この場合、コルゲートフィンは、オフセットフィンを直接加工するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】２つの扁平チューブ３０の間にコルゲートフィン４０が配置されている様子の外観を拡大して示す拡大外観図である。
【図３】コルゲートフィン４０の水平面を２つの扁平チューブ３０の断面と共に示す平面図である。
【図４】図２および図３のＡ−Ａ断面を図中のＡの矢印方向から見たＡ−Ａ断面図である。
【図５】図２および図３のＢ−Ｂ断面を図中のＢの矢印方向から見たＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図２および図３のＣ−Ｃ断面を図中のＣの矢印方向から見たＣ−Ｃ断面図である。
【図７】図２および図３のＤ−Ｄ断面を図中のＤの矢印方向から見たＤ−Ｄ断面図である。
【図８】コルゲートフィン４０の水平面４２に空気を流したときに波の表面近傍に生じる空気の二次流れと温度による等高線の一例を示す説明図である。
【図９】扁平チューブ３０の間に空気を流したときのコルゲートフィン４０の水平面４２における空気の主要な流れにおける流速の分布を矢印の大きさで示した模式図である。
【図１０】波の表面近傍に生じた空気の二次流れと貫通孔４５との関係を説明する説明図である。
【図１１】変形例のコルゲートフィン４０Ｂの一例を示す説明図である。
【図１２】変形例のコルゲートフィン４０Ｃの一例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０に用いるコルゲートフィン１４０の一部の構成の概略を示す構成図である。
【図１４】図１３のコルゲートフィン１４０におけるＥ−Ｅ断面を図中Ｅの矢印方向から見た断面図である。
【図１５】本発明の第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０に用いるコルゲートフィン２４０の一部の構成の概略を示す構成図である。
【図１６】第３実施例のコルゲートフィン２４０を形成する途中におけるルーバーフィン状中間部材の一部の構成の概略を示す構成図である。
【図１７】変形例のコルゲートフィン２４０Ｃの一例を示す説明図である。
【図１８】本発明の第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０に用いるコルゲートフィン３４０の一部の構成の概略を示す構成図である。
【図１９】第４実施例のコルゲートフィン３４０を形成する途中におけるオフセットフィン状中間部材３４０Ｂの一部の構成の概略を示す構成図である。
【図２０】変形例のコルゲートフィン４４０の構成の概略を示す構成図である。
【図２１】変形例のコルゲートフィン５４０の構成の概略を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【実施例１】
【００２２】
図１は本発明の第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は扁平チューブ３０の間にコルゲートフィン４０が配置されている様子の外観を拡大して示す拡大外観図であり、図３はコルゲートフィン４０の水平面４２を両側の扁平チューブ３０の断面と共に示す平面図である。また、図４〜図７は、図２および図３のコルゲートフィン４０におけるＡ−Ａ断面，Ｂ−Ｂ断面，Ｃ−Ｃ断面，Ｄ−Ｄ断面を図中のＡ〜Ｄの矢印方向から見た断面図である。
【００２３】
第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０は、各種の空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクルに用いられる熱交換器として、或いは、内燃機関からの排ガスや燃料電池からのオフガスから熱エネルギを回収する熱回収装置などのエネルギ変換装置に用いられる熱交換器として用いられ、図１に示すように、扁平な中空管として形成されて第１の熱交換流体としてのハイドロフルオロカーボンや水，オイルなどの熱交換媒体の流路をなす複数の扁平チューブ３０と、第１の熱交換流体を全体として迂流させるための３つの隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃと、各扁平チューブ３０の間や扁平チューブ３０と３つの隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃとの間，扁平チューブ３０と側壁２９ａ，２９ｂとの間に各々配置されて第２の熱交換流体としての空気や排ガスなどの熱交換媒体の流路において熱交換による伝熱促進を行なう複数のコルゲートフィン４０と、これらからなる熱交換部の上部に配置されて第１の熱交換流体の流入口２３と流出口２４とが形成された上部ヘッダー２２と、熱交換部の下部に配置された下部ヘッダー２６とを備える。第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０の扁平チューブ３０や隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，コルゲートフィン４０，上部ヘッダー２２，下部ヘッダー２６は、第１の熱交換流体や第２の熱交換流体に対して耐腐食性を有すると共に熱伝導率の高い金属材料、例えば、第２の熱交換流体として空気が用いられるときにはアルミニウムや銅，ステンレス、第２の熱交換流体として内燃機関からの排ガスや燃料電池からの排ガスが用いられるときにはステンレスなどにより形成されている。以下の説明では、コルゲートフィン型熱交換器２０としては、空気調和装置に用いられる熱交換器であり、扁平チューブ３０や隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，コルゲートフィン４０，上部ヘッダー２２，下部ヘッダー２６の各部材についてはアルミニウムにより形成され、大きさとしては、扁平チューブ３０の間隔が５ｍｍ〜１０ｍｍ、コルゲートフィン４０の水平面４２の間隔（垂直面４８の高さ）が１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、第１の熱交換流体としてハイドロフルオロカーボンを用い、第２の熱交換流体として空気を用いるもの、を具体例として用いる。
【００２４】
上部ヘッダー２２の内側には、隔壁２８ａ，２８ｃと整合する位置に隔壁２８ａ，２８ｃが延在するように仕切壁２５ａ，２５ｂが形成されており、下部ヘッダー２６の内側には、隔壁２８ｂと整合する位置に隔壁２８ｂが延在するように仕切壁２７が形成されている。したがって、第１の熱交換流体（例えばハイドロフルオロカーボン）は、図中矢印で示すように、流入口２３から上部ヘッダー２２の内側に流れ込み、隔壁２８ａより右側の３つの扁平チューブ３０の内側を鉛直上方から鉛直下方に流れ、下部ヘッダー２６内で仕切壁２７により隔壁２８ａ，２８ｂの間の３つの扁平チューブ３０に供給され、３つの扁平チューブ３０の内側を鉛直下方から鉛直上方に流れて上部ヘッダー２２の仕切壁２５ａ，２５ｂの間の空間に流れ込み、隔壁２８ｂ，２８ｃの３つの扁平チューブ３０の内側を鉛直上方から鉛直下方に流れて仕切壁２８ｂの右側の空間に至り、隔壁２８ｃより左側の３つの扁平チューブ３０の内側を鉛直下方から鉛直上方に流れて上部ヘッダー２２の仕切壁２５ｂの左側の空間に入り、その後、流出口２４から排出される。なお、第２の熱交換流体（空気）は、図１では表面から裏面に向けて、図２では斜め左下から斜め右上に向けて、図３では下から上に向けて、複数の扁平チューブ３０の間を抜けるように流れる。
【００２５】
コルゲートフィン４０は、水平面４２と垂直面４８とが交互につづら折り状（蛇腹状）に形成され、垂直面４８が扁平チューブ３０にろう付けなどにより接合されている。コルゲートフィン４０の水平面４２には、複数回に亘って屈曲する複数の波が形成されている。複数の波は、図３に示すように、波の頂部を連ねた頂部線４３や波の底部を連ねた底部線４４と第２の熱交換流体（空気）の主要な流れとのなす角αが鋭角の範囲の角度として予め定められた一定角（第１実施例では３０度）となるように、頂部線４３および底部線４４が複数回に亘って屈曲するように、さらに、頂部線４３の屈曲点４３ａや底部線４４の屈曲点４４ａを連ねた屈曲線（図３中の一点鎖線）が第２の熱交換流体（空気）の主要な流れに一致するように、形成されている。ここで、波の頂部は、波の凸部と凹部との繰り返しにおける凸部の頂を意味している。頂部線４３や底部線４４と第２の熱交換流体（空気）の主要な流れとのなす角αは、第２の熱交換流体の流入口だけでなく、コルゲートフィン４０の全体に亘って一定であり、その角度は、１０度ないし６０度が好ましく、１５度ないし４５度が更に好ましく、２５度ないし３５度（第１実施例では３０度）がより理想的である。頂部線４３や底部線４４が複数回に亘って屈曲するとは、波の頂部の連なりや底部の連なりが図３の頂部線４３や底部線４４のようにジグザグと屈曲していることを意味している。頂部線４３の屈曲点や底部線４４の屈曲点を連ねた屈曲線は、図３では一点鎖線に示すように、ｎ個の屈曲点を有する第１波、ｎ個の屈曲点を有する第２波、ｎ個の屈曲点を有する第３波・・・とｎ個の屈曲点を有する複数の波があるときに、第１波の１番目の屈曲点，第２波の１番目の屈曲点，第３波の１番目の屈曲点・・・を連ねた線や、第１波のｍ番目の屈曲点，第２波のｍ番目の屈曲点，第３波のｍ番目の屈曲点・・・を連ねた線などを意味している。そして、この屈曲線が第２の熱交換流体の主要な流れに一致しているように複数の波が形成されているのである。
【００２６】
図８は、コルゲートフィン４０の水平面４２に空気（第２の熱交換流体）を流したときに波の表面近傍に生じる空気の二次流れと温度による等高線の一例である。 図中、複数の矢印が二次流れを示し、連続する曲線が温度による等高線を示す。図示するように、コルゲートフィン４０の水平面４２に形成された波の凸部と凹部との繰り返しに対して空気（第２の熱交換流体）を流すと、波の表面近傍には凸部と凹部とにより空気の強い二次流れが発生し、表面付近で大きな温度勾配が発生する。即ち、この二次流れが生じることにより、温度勾配が生じ、伝熱を促進するのである。第１実施例では、頂部線４３や底部線４４と空気（第２の熱交換流体）の主要な流れとのなす角αを３０度としたのは、この二次流れを有効に生じさせるためである。このなす角αは、小さすぎると空気の流れに有効な二次流れを生じさせることができず、大きすぎると空気が波の凸部や凹部に沿って流れることができずに剥離や局所的な増速が発生して通風抵抗が増大する。そして、設計値として適切な空気流量とすることにより、波の凸部や凹部による二次流れを有効に発生させることができる。なお、第１実施例では、なす角αは３０度で一定としたが、このなす角αは一定である必要はなく、波の凸部と凹部とが曲線となるよう変化させるものとしても構わない。
【００２７】
図９は、扁平チューブ３０の間に空気を流したときのコルゲートフィン４０の水平面４２における空気の主要な流れにおける流速の分布を矢印の大きさで示した模式図である。図示するように、空気は、両側の扁平チューブ３０からの剪断力や摩擦力の影響を受けない中央部では流速が大きく、剪断力や摩擦力の影響を受ける両側の扁平チューブ３０近傍（コルゲートフィン４０との接合部近傍）では流速が小さくなる。空気の二次流れは空気の主要な流れの流速に影響されるから、第１実施例では、扁平チューブ３０の間の中央部で有効な二次流れが生じるようにその間隔を設計するものとした。これにより、扁平チューブ３０の間の中央部において高い伝熱促進を図ることができる。
【００２８】
また、コルゲートフィン４０の複数の波の各底部線４４の扁平チューブ３０近傍となる両端部（コルゲートフィン４０との接合部近傍）には、図３，図４，図６に示すように、底部線４４上に頂部線４３や底部線４４に平行に複数の貫通孔４５が形成されている。この貫通孔４５は、底部線４４上に頂部線４３や底部線４４に平行な切り込みを入れ、この切り込みに対して第２の熱交換流体（空気）の流れの上流側を下側に開口することによって形成されている。図９を用いて説明したように、扁平チューブ３０との接合部近傍の第２の熱交換流体（空気）の流速は小さく（遅く）なるから、複数の波によってある程度の二次流れが生じるものの、中央部に比して二次流れによる高い伝熱促進は図られないが、複数の貫通孔４５が形成されていることから、その前縁効果により、高い伝熱性能を得ることができる。また、複数の貫通孔４５を有するため、コルゲートフィン４０の水平面４２に凝縮水が生じても、凝縮水をその自重により下方に排出することができる。図３に示すように、コルゲートフィン４０に形成されている複数の波は、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、扁平チューブ３０との接合部近傍では、頂部線４３や底部線４４の屈曲はＶ字やＷ字となるように形成されている。即ち、頂部線４３や底部線４４は、左側の扁平チューブ３０との接合部近傍では、Ｖ字の左の斜めの線（Ｗ字としたときには最も左の斜めの線）、即ち、下流側になるにしたがって左側の扁平チューブ３０に近接するように形成されており、右側の扁平チューブ３０との接合部近傍では、Ｖ字の右の斜めの線（Ｗ字としたときには最も右の斜めの線）、即ち、下流側になるにしたがって右側の扁平チューブ３０に近接するように形成されている。このため、図３中の左側の扁平チューブ３０との接合部近傍の貫通孔４５は、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、底部線４４の形状としてのＶ字の左の斜めの線（Ｗ字としたときには最も左の斜めの線）における左上部位、即ち、最も左側の底部線４４の最下流部位に形成され、右側の扁平チューブ３０との接合部近傍の貫通孔４５は、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、底部線４４の形状としてのＶ字の右の斜めの線（Ｗ字としたときには最も右の斜めの線）における右上部位、即ち、最も右側の底部線４４の最下流部位に形成されることになる。図８を用いて説明したように、底部線４４近傍の第２の熱交換流体（空気）の二次流れには底部線４４に沿って下流側に流れる成分が存在するから、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じ得る凝縮水は、第２の熱交換流体（空気）の二次流れにより底部線４４に沿って貫通孔４５に導かれることになる。しかも、貫通孔４５は、底部線４４上の切り込みに対して第２の熱交換流体（空気）の流れの上流側を下側に開口することによって形成されているから、図１０に示すように、波の表面近傍に生じた第２の熱交換流体（空気）の二次流れ（小さい複数の矢印）は、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じ得る凝縮水を貫通孔４５に押し流す作用を生じることになり、凝縮水の水平面４２から下方への排出を促進している。
【００２９】
以上説明した第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０によれば、コルゲートフィン４０の水平面４２に、波の頂部を連ねた頂部線４３や波の底部を連ねた底部線４４と第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角αが鋭角の範囲の角度として予め定められた一定角となるように、頂部線４３および底部線４４が複数回に亘って屈曲するように、さらに、頂部線４３の屈曲点４３ａや底部線４４の屈曲点４４ａを連ねた屈曲線が第２の熱交換流体の主要な流れに一致するように、複数の波を形成することにより、波の表面近傍に第２の熱交換流体の二次流れを生じさせ、これにより、高い伝熱促進を実現することができる。また、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じる凝縮水はその表面張力により波の凹部に集まるから、コルゲートフィン４０に複数の波を形成することにより、凝縮水の流路を形成することができる。更に、コルゲートフィン４０の扁平チューブ３０との接合部近傍の底部線４４の両端部に複数の貫通孔４５を形成することにより、接合部近傍において前縁効果による高い伝熱性能を得ることができると共に、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じ得る凝縮水の高い排出性を確保することができる。これらの結果、高い伝熱促進を実現しつつ凝縮水の高い排出性を確保した熱交換器を提供することができる。
【００３０】
しかも、複数の波は、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、両側の扁平チューブ３０近傍（接合部近傍）では、頂部線４３や底部線４４の屈曲がＶ字やＷ字となるように形成され、複数の貫通孔４５を底部線４４の最下流部位に形成されるようにすることにより、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じ得る凝縮水の排水性を更に高くすることができる。また、複数の貫通孔４５は、底部線４４上の頂部線４３や底部線４４に平行な切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの上流側を下側に開口することによって形成されているから、波の表面近傍における第２の熱交換流体の二次流れによって凝縮水を貫通孔４５から押し流す作用を生じさせ、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じ得る凝縮水の排水性を更に高くすることができる。
【００３１】
第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０では、複数の貫通孔４５を、底部線４４上の頂部線４３や底部線４４に平行な切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの上流側を下側に開口することによって形成するものとしたが、複数の貫通孔４５を、底部線４４上の切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの下流側を上側に開口することによって形成するものとしてもよい。また、複数の貫通孔４５を、底部線４４上の切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの上流側を下側に開口すると共に下流側を上側に開口することによって形成するものとしてもよい。また、複数の貫通孔４５は、必ずしも底部線４４上に形成する必要はなく、底部線４４から若干ずれた位置に頂部線４３や底部線４４に平行に切り込みを入れ、この切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの上流側を下側に開口したり、下流側を上側に開口したりして形成するものとしてもよい。
【００３２】
第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０では、複数の貫通孔４５を、底部線４４上の切り込みにより形成するものとしたが、図１１の変形例のコルゲートフィン４０Ｂに示すように、複数の貫通孔４５Ｂを、底部線４４Ｂ上に頂部線４３Ｂや底部線４４Ｂに対して略垂直な切り込みにより形成するものとしてもよい。この場合、凝縮水は、第２の熱交換流体の二次流れによって貫通孔４５Ｂに押し流されることになる。この場合も、複数の貫通孔４５Ｂは、底部線４４Ｂに垂直な切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの上流側を下側に開口したり、下流側を上側に開口したりして形成すればよい。
【００３３】
第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０では、コルゲートフィン４０の水平面４２に、複数の波を、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、扁平チューブ３０との接合部近傍では、頂部線４３や底部線４４の屈曲がＶ字やＷ字となるように形成するものとしたが、図１２の変形例のコルゲートフィン４０Ｃに示すように、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、扁平チューブ３０との接合部近傍では、頂部線４３Ｃや底部線４４Ｃの屈曲がΛ字やＭ字となるように形成するものとしても構わない。この場合も、複数の貫通孔４５Ｃは、底部線４４Ｃに沿った（平行な）切り込みにより形成するものとしてもよいし、底部線４４Ｂに対して略垂直な切り込みにより形成するものとしてもよい。また、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０では、コルゲートフィン４０の水平面４２に、複数の波を、頂部線４３や底部線４４が複数回に亘って屈曲するように形成したが、頂部線４３や底部線４４は一回だけ屈曲するものや二回だけ屈曲するものなど、少なくとも一回屈曲するものであればよい。
【実施例２】
【００３４】
図１３は本発明の第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０に用いるコルゲートフィン１４０の一部の構成の概略を示す構成図であり、図１４は図１３のコルゲートフィン１４０におけるＥ−Ｅ断面を図中Ｅの矢印方向から見た断面図である。第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０は、コルゲートフィン４０の形状を除いて図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の構成をしている。即ち、第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０は、図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の上部ヘッダー２２、下部ヘッダー２６、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，複数の扁平チューブ３０とを備え、コルゲートフィン４０に代えて、各扁平チューブ３０の間や扁平チューブ３０と３つの隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃとの間，扁平チューブ３０と側壁２９ａ，２９ｂとの間に各々配置されて第２の熱交換流体としての空気や排ガスなどの熱交換媒体の流路において熱交換による伝熱促進を行なう複数のコルゲートフィン１４０（図１３参照）を備え、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、各種の空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクルに用いられる熱交換器として、或いは、内燃機関からの排ガスや燃料電池からのオフガスから熱エネルギを回収する熱回収装置などのエネルギ変換装置に用いられる熱交換器として用いられる。第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０でも、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、以下の説明では、空気調和装置に用いられる熱交換器であり、扁平チューブ３０や隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，コルゲートフィン１４０，上部ヘッダー２２，下部ヘッダー２６の各部材についてはアルミニウムにより形成され、大きさとしては、扁平チューブ３０の間隔が５ｍｍ〜１０ｍｍ、コルゲートフィン１４０の水平面１４２の間隔（垂直面１４８の高さ）が１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、第１の熱交換流体としてハイドロフルオロカーボンを用い、第２の熱交換流体として空気を用いるもの、を具体例として用いる。
【００３５】
第２実施例のコルゲートフィン１４０も、第１実施例のコルゲートフィン４０と同様に、水平面１４２と垂直面１４８とが交互につづら折り状（蛇腹状）に形成され、垂直面１４８が扁平チューブ３０にろう付けなどにより接合されており、水平面１４２には、複数回に亘って屈曲する複数の波が形成されている。複数の波も、第１実施例と同様に、図１３に示すように、波の頂部を連ねた頂部線１４３や波の底部を連ねた底部線１４４と第２の熱交換流体（空気）の主要な流れとのなす角αが鋭角の範囲の角度として予め定められた一定角（第１実施例では３０度）となるように、頂部線１４３および底部線１４４が複数回に亘って屈曲するように、さらに、頂部線１４３の屈曲点や底部線１４４の屈曲点を連ねた屈曲線が第２の熱交換流体（空気）の主要な流れに一致するように、形成されている。この複数の波による作用・効果については第１実施例で詳述した。
【００３６】
第２実施例のコルゲートフィン１４０の水平面１４２の扁平チューブ３０との接合部近傍にも複数の貫通孔１４５が形成されており、この複数の貫通孔１４５は、一辺が扁平チューブ３０に平行な三角形における他の２辺となるよう切り込みを入れ、これを下に凸となるように切り起こし、さらに、切り起こしの端部が凝縮水を扁平チューブ３０や垂直面１４８側にガイドするように折り曲げられることによって形成されている。上述したように、扁平チューブ３０との接合部近傍の第２の熱交換流体（空気）の流速は小さく（遅く）なるから、複数の波によってある程度の二次流れが生じるものの、中央部に比して二次流れによる高い伝熱促進は図られないが、複数の貫通孔１４５が形成されていることから、その前縁効果により、高い伝熱性能を得ることができる。また、複数の貫通孔１４５は、下に凸となるよう切り起こしにより形成されているから、コルゲートフィン１４０の水平面１４２に凝縮水が生じても、凝縮水を収集し、その自重により下方に排出することができる。更に、複数の貫通孔１４５の切り起こしによる端部が扁平チューブ３０や垂直面１４８に折り曲げられているから、凝縮水を扁平チューブ３０や垂直面１４８に導くことができ、凝縮水の排水性を更に高めることができる。
【００３７】
以上説明した第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０によれば、コルゲートフィン１４０の水平面１４２に、第１実施例と同様の複数の波を形成したことにより、波の表面近傍に第２の熱交換流体の二次流れを生じさせ、これにより、高い伝熱促進を実現することができる。また、コルゲートフィン１４０の扁平チューブ３０との接合部近傍に下に凸となるよう切り起こしにより複数の貫通孔１４５を形成することにより、接合部近傍において前縁効果による高い伝熱性能を得ることができると共に、コルゲートフィン１４０の水平面１４２に生じ得る凝縮水の高い排出性を確保することができる。これらの結果、高い伝熱促進を実現しつつ凝縮水の高い排出性を確保した熱交換器を提供することができる。
【００３８】
第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０では、複数の貫通孔１４５を、扁平チューブ３０との接合部近傍に、一辺が扁平チューブ３０に平行な三角形における他の２辺となるよう切り込みを入れ、これを下に凸となるように切り起こし、さらに、切り起こしの端部が凝縮水を扁平チューブ３０や垂直面１４８側にガイドするように折り曲げることによって形成したが、複数の貫通孔１４５を、一辺が扁平チューブ３０に平行ではない三角形における任意の２辺に切り込みを入れ、これを下に凸となるように切り起こすことによって形成するものとしてもよい。この場合、切り起こしの端部は、扁平チューブ３０や垂直面１４８側に折り曲げられているものとしてもよいし、扁平チューブ３０や垂直面１４８側とは異なる側に折り曲げられているものとしても構わない。また、切り込みは三角形における２辺に限定されるものではなく、４角形の３辺や５角形の４辺としても構わない。
【実施例３】
【００３９】
図１５は本発明の第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０に用いるコルゲートフィン２４０の一部の構成の概略を示す構成図であり、図１６は第３実施例のコルゲートフィン２４０を形成する途中におけるルーバーフィン状中間部材２４０Ｂの一部の構成の概略を示す構成図である。第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０は、コルゲートフィン４０の形状を除いて図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の構成をしている。即ち、第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０は、図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の上部ヘッダー２２、下部ヘッダー２６、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，複数の扁平チューブ３０とを備え、コルゲートフィン４０に代えて、各扁平チューブ３０の間や扁平チューブ３０と３つの隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃとの間，扁平チューブ３０と側壁２９ａ，２９ｂとの間に各々配置されて第２の熱交換流体としての空気や排ガスなどの熱交換媒体の流路において熱交換による伝熱促進を行なう複数のコルゲートフィン２４０（図１５参照）を備え、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、各種の空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクルに用いられる熱交換器として、或いは、内燃機関からの排ガスや燃料電池からのオフガスから熱エネルギを回収する熱回収装置などのエネルギ変換装置に用いられる熱交換器として用いられる。第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０でも、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、以下の説明では、空気調和装置に用いられる熱交換器であり、扁平チューブ３０や隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，コルゲートフィン１４０，上部ヘッダー２２，下部ヘッダー２６の各部材についてはアルミニウムにより形成され、大きさとしては、扁平チューブ３０の間隔が５ｍｍ〜１０ｍｍ、コルゲートフィン２４０の水平面２４２の間隔（垂直面２４８の高さ）が１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、第１の熱交換流体としてハイドロフルオロカーボンを用い、第２の熱交換流体として空気を用いるもの、を具体例として用いる。
【００４０】
第３実施例のコルゲートフィン２４０は、水平面２４２と垂直面２４８とが交互につづら折り状（蛇腹状）に形成され、垂直面２４８が扁平チューブ３０にろう付けなどにより接合されており、下向きに複数のルーバー２５０Ｂが形成されたルーバーフィン状中間部材２４０Ｂ（図１６参照）に対してルーバー２５０Ｂの端部近傍（扁平チューブ３０との接合部近傍）ではルーバー形状が維持されると共にその他の部分（両側の扁平チューブ３０の間の中央部）ではルーバー形状が解除された形状となるように、且つ、水平面２４２全体に第１実施例と同様の複数の波が形成された形状となるように、プレス加工などにより形成されている。このため、扁平チューブ３０との接合部近傍（水平面２４２の両側近傍）には、ルーバー形状が維持された複数の貫通孔２４５が形成されると共にルーバー２５０Ｂにより一対をなす両サイドの貫通孔２５４の間にはルーバー２５０Ｂを形成した際の切り込み線２５０が形成されている。複数の貫通孔２４５は、下向きのルーバー形状が維持されるから、扁平チューブ３０との接合部近傍の第２の熱交換流体の流れにより、凝縮水が貫通孔２４５に押し流されることにより、排水性を向上させている。なお、切り込み線２５０は、コルゲートフィン２４０の第２の熱交換流体（空気）の流れる方向の伝熱については妨げるものとなるが、第２の熱交換流体（空気）の流れる方向と直交する方向の伝熱については何ら妨げるものとはならないから、第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０の性能を低下させるものとはならない。
【００４１】
こうした第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０でも、コルゲートフィン２４０の水平面２４２に、第１実施例と同様の複数の波を有するから、波の表面近傍に第２の熱交換流体の二次流れを生じさせ、これにより、高い伝熱促進を実現することができる。また、コルゲートフィン２４０の扁平チューブ３０との接合部近傍には下向きのルーバー形状を維持した複数の貫通孔２４５が形成されているから、接合部近傍において前縁効果による高い伝熱性能を得ることができると共に、コルゲートフィン２４０の水平面２４２に生じ得る凝縮水の高い排出性を確保することができる。これらの結果、高い伝熱促進を実現しつつ凝縮水の高い排出性を確保した熱交換器を提供することができる。
【００４２】
第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０では、ルーバーフィン状中間部材２４０Ｂに対してルーバー２５０Ｂの端部近傍ではルーバー形状が維持されると共にその他の部分ではルーバー形状が解除された形状となるようにコルゲートフィン２４０を形成したことにより切り込み線２５０を有するものとしたが、切り込み線２５０を有しないものとしてもよい。また、図１７の変形例のコルゲートフィン２４０Ｃに示すように、扁平チューブ３０との接合部近傍に形成する複数の貫通孔２４５Ｃを下に凸のルーバー形状として形成するものとしてもよい。
【実施例４】
【００４３】
図１８は本発明の第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０に用いるコルゲートフィン３４０の一部の構成の概略を示す構成図であり、図１９は第４実施例のコルゲートフィン３４０を形成する途中におけるオフセットフィン状中間部材３４０Ｂの一部の構成の概略を示す構成図である。第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０は、コルゲートフィン４０の形状を除いて図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の構成をしている。即ち、第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０は、図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の上部ヘッダー２２、下部ヘッダー２６、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，複数の扁平チューブ３０とを備え、コルゲートフィン４０に代えて、各扁平チューブ３０の間や扁平チューブ３０と３つの隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃとの間，扁平チューブ３０と側壁２９ａ，２９ｂとの間に各々配置されて第２の熱交換流体としての空気や排ガスなどの熱交換媒体の流路において熱交換による伝熱促進を行なう複数のコルゲートフィン３４０（図１８参照）を備え、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、各種の空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクルに用いられる熱交換器として、或いは、内燃機関からの排ガスや燃料電池からのオフガスから熱エネルギを回収する熱回収装置などのエネルギ変換装置に用いられる熱交換器として用いられる。第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０でも、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、以下の説明では、空気調和装置に用いられる熱交換器であり、扁平チューブ３０や隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，コルゲートフィン１４０，上部ヘッダー２２，下部ヘッダー２６の各部材についてはアルミニウムにより形成され、大きさとしては、扁平チューブ３０の間隔が５ｍｍ〜１０ｍｍ、コルゲートフィン３４０の水平面２４２の間隔（垂直面３４８の高さ）が１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、第１の熱交換流体としてハイドロフルオロカーボンを用い、第２の熱交換流体として空気を用いるもの、を具体例として用いる。
【００４４】
第４実施例のコルゲートフィン３４０は、水平面３４２と垂直面３４８とが交互につづら折り状（蛇腹状）に形成され、垂直面３４８が扁平チューブ３０にろう付けなどにより接合されており、図１９に例示するオフセットフィン状中間部材３４０Ｂに対して扁平チューブ３０との接合部近傍ではオフセット形状が維持されると共にその他の部分（両側の扁平チューブ３０の間の中央部）ではオフセット形状が解除された形状となるように、且つ、水平面３４２全体に第１実施例と同様の複数の波が形成された形状となるように、プレス加工などにより形成されている。このため、扁平チューブ３０との接合部近傍（水平面３４２の両側近傍）には、オフセット形状が維持されたことによる複数の貫通孔３４５が形成されると共にオフセットフィン状中間部材３４０Ｂによるオフセット形状により一対をなす両サイドの貫通孔３５４の間にはオフセットを形成した際の切り込み線３５０が形成されている。複数の貫通孔３４５は、オフセット形状が維持されるから、第２の熱交換流体の上流側にも下流側にも形成されることになる。このため、扁平チューブ３０との接合部近傍の第２の熱交換流体の流れにより、凝縮水が貫通孔３４５に押し流され、これにより、コルゲートフィン３４０における排水性を向上させている。なお、切り込み線３５０は、上述したように、コルゲートフィン３４０の第２の熱交換流体（空気）の流れる方向の伝熱については妨げるものとなるが、第２の熱交換流体（空気）の流れる方向と直交する方向の伝熱については何ら妨げるものとはならないから、第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０の性能を低下させるものとはならない。
【００４５】
こうした第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０でも、コルゲートフィン３４０の水平面３４２に、第１実施例と同様の複数の波を有するから、波の表面近傍に第２の熱交換流体の二次流れを生じさせ、これにより、高い伝熱促進を実現することができる。また、コルゲートフィン３４０の扁平チューブ３０との接合部近傍にはオフセット形状を維持した複数の貫通孔３４５が形成されているから、接合部近傍において前縁効果による高い伝熱性能を得ることができると共に、コルゲートフィン３４０の水平面３４２に生じ得る凝縮水の高い排出性を確保することができる。これらの結果、高い伝熱促進を実現しつつ凝縮水の高い排出性を確保した熱交換器を提供することができる。
【００４６】
第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０では、オフセットフィン状中間部材３４０Ｂに対して扁平チューブ３０との接合部近傍ではオフセット形状が維持されると共にその他の部分ではオフセット形状が解除された形状となるようにコルゲートフィン３４０を形成したことにより切り込み線３５０を有するものとしたが、切り込み線３５０を有しないものとしてもよい。
【００４７】
上述した各実施例やその変形例では、水平面と垂直面とを繰り返してつづら折り状にコルゲートフィンを形成したが、図２０の変形例のコルゲートフィン４４０に示すように、水平面４４２と屈曲接合部４４８と傾斜面４４６と屈曲接合部４４８とをこの順に繰り返して得られる形状にコルゲートフィン４４０を形成するものとしてもよいし、図２１の変形例のコルゲートフィン５４０に示すように、左下傾斜面５４２と屈曲接合部５４８と右下傾斜面５４６と屈曲接合部５４８とをこの順に繰り返して得られる形状にコルゲートフィン５４０を形成するものとしてもよい。これらの場合、水平面４４２や傾斜面４４６，左下傾斜面５４２，右下傾斜面５４６については、各実施例やその変形例と同様に、複数の波を形成すると共にコルゲートフィンの両側における扁平チューブ３０との接合部近傍に複数の貫通孔を形成すればよい。なお、傾斜面４４６や左下傾斜面５４２，右下傾斜面５４６については、下側となる扁平チューブ３０との接合部近傍にのみに複数の貫通孔を形成するものとしても構わない。
【００４８】
上述した各実施例やその変形例では、上部ヘッダー２２、下部ヘッダー２６、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，複数の扁平チューブ３０と、複数のコルゲートフィン４０，４０Ｂ，４０Ｃ，１４０，２４０，２４０Ｃ，３４０，４４０，５４０とを備えるものとしたが、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃや側壁２９ａ，２９ｂについてはこれらを扁平チューブ３０に置き換え、上部ヘッダー２２および下部ヘッダー２６内の仕切壁２５ａ，２５ｂ，２７については扁平チューブ３０の間に配置するものとしてもよい。こうすれば、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃや側壁２９ａ，２９ｂについても扁平チューブ３０として用いることができるから、熱交換効率が高く小型のものとすることができる。
【００４９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、熱交換器の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
２０，１２０，２２０，３２０ コルゲートフィン型熱交換器、２２ 上部ヘッダー、２３ 流入口、２４ 流出口、２５ａ，２５ｂ 仕切壁、２６ 下部ヘッダー、２７ 仕切壁、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 隔壁、２９ａ，２９ｂ 側壁、３０ 扁平チューブ、４０，４０Ｂ，４０Ｃ，１４０，２４０，２４０Ｃ，３４０，４４０，５４０ コルゲートフィン、４２，１４２，２４２，２４２Ｃ，３４２，４４２ 水平面、４３，４３Ｂ，４３Ｃ，１４３，２４３，３４３ 頂部線、４４，４４Ｂ，４４Ｃ，１４４，２４４，３４４ 底部線、４５，４５Ｂ，４５Ｃ，１４５，２４５，２４５Ｃ，３４５ 貫通孔、４８，４８Ｂ，４８Ｃ，１４８，２４８，３４８ 垂直面、２４０Ｂ ルーバーフィン状中間部材、２５０Ｂ ルーバー、３４０Ｂ オフセット状中間部材、４４６ 傾斜面、４４８，５４８ 屈曲接合部、５４２ 左下傾斜面、５４６ 右下傾斜面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コルゲートフィン型熱交換器に関し、詳しくは、扁平な中空管として形成されて第１の熱交換媒流体の流路をなす複数の扁平チューブを扁平面が向かい合うように且つ第１の熱交換流体が鉛直方向に流れるように並べて配置すると共に各扁平チューブ間に第２の熱交換流体が水平方向に流れるようにコルゲートフィンを各扁平チューブに接合してなるコルゲートフィン型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器としては、空気流入方向に対して斜め方向に傾斜した多数のルーバが形成されたルーバーフィン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、ルーバーフィンのフィン山高さが２．５ｍｍ〜６．０ｍｍとすることにより、通水特性と熱効率とを向上させることができる、とされている。
【０００３】
また、オフセットフィンを備えるものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。この熱交換器では、オフセットフィンのフィンピッチを２ｍｍ程度とすることにより、オフセットフィンの性能を向上させることができる、とされている。
【０００４】
さらに、フィン付きの熱交換器において、フィンに、連続する複数の波を、波の山部や谷部の連続する線が空気の主要な流れに対して１０度から６０度の範囲の一定の鋭角となるように、且つ、波の山部や谷部が複数回に亘って屈曲するように形成したものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。この熱交換器では、空気の主要な流れに対して傾いた複数の波をフィンに形成することにより、波の表面に空気の二次流れを生じさせ、これにより、熱交換効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９６３８３号公報
【特許文献２】特開平５−１９６３８３号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００８／０９０８７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のルーバーフィンやオフセットフィンは、空気の流れが比較的低い低流速において比較的高い伝熱促進が図られているが、切り起こしや切断面があるためにゴミや埃、霜などがフィンに付着して目詰まりが生じやすくなる。ゴミや埃、霜などによる目詰まりは、空気の流れを阻害するため、熱交換器の性能を低下させてしまう。特に、フィンピッチが短くなると、ゴミや埃、霜などによる目詰まりは顕著になり、熱交換器の性能は著しく低下してしまう。
【０００７】
一方、フィンに複数の波を形成して空気の二次流れを生じさせるものは、有効な空気の二次流れを生じさせるために、ルーバーフィンやオフセットフィンに比して空気の流れが実質的に広いピッチの流路を流れるため、ゴミや埃，霜などの目詰まりは生じにくいという長所を有するものの、フィンに貫通孔が形成されていないため、凝縮水が生じる場合には、凝縮水の排水性能が低くいものとなる。
【０００８】
本発明のコルゲートフィン型熱交換器は、高い伝熱促進を実現しつつ凝縮水の高い排水性を確保した熱交換器を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のコルゲートフィン型熱交換器は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【００１０】
本発明のコルゲートフィン型熱交換器は、
扁平な中空管として形成されて第１の熱交換媒流体の流路をなす複数の扁平チューブを扁平面が向かい合うように且つ前記第１の熱交換流体が鉛直方向に流れるように並べて配置すると共に各扁平チューブ間に第２の熱交換流体が水平方向に流れるようにコルゲートフィンを各扁平チューブに接合してなるコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記コルゲートフィンには、滑らかに連続する複数の波が、該波の頂部を連ねた頂部線と前記第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角が一定の鋭角となり、前記頂部線が少なくとも一回屈曲するように、且つ、前記頂部線の屈曲点を連ねた屈曲線が前記主流に一致するように形成されており、更に、前記扁平チューブとの接合部近傍に複数の貫通孔が形成されている、
ことを特徴とする。
【００１１】
この本発明のコルゲートフィン型熱交換器では、コルゲートフィンに、滑らかに連続する複数の波が、波の頂部を連ねた頂部線と第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角が一定の鋭角となり、頂部線が少なくとも一回屈曲するように、且つ、頂部線の屈曲点を連ねた屈曲線が第２の熱交換流体の主要な流れに一致するように形成されているから、波の表面に有効な第２の熱交換流体の二次流れを生じさせることができる。この結果、高い伝熱促進を実現することができる。また、コルゲートフィンの扁平チューブとの接合部近傍に複数の貫通孔が形成されているから、前縁効果による高い伝熱性能を得ることができると共に、フィン上に第２の熱交換流体に含まれる水分が凝縮しても、凝縮水を排出することができる。即ち、高い排水性を確保することができる。コルゲートフィンにおける第２の熱交換流体の主要な流れの流速は、扁平チューブ近傍では小さく（遅く）、中央部では大きく（早く）なる。したがって、中央部では第２の熱交換流体の主要な流れに対して複数の波の表面に有効な二次流れを生じさせることができ、扁平チューブ近傍では複数の貫通孔による高い排水性を生じさせることができる。ここで、第１の熱交換流体としては、ハイドロフルオロカーボンなどの冷媒や水，オイルなどの種々の気体や液体を用いることができる。また、第２の熱交換流体としては、空気や内燃機関からの排ガス，燃料電池からのオフガスなどの種々の気体を用いることができる。「波の頂部」は、波の凸部と凹部との繰り返しにおける凸部の頂を意味しており、「頂部線と第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角が一定の鋭角」とは、第２の熱交換流体の流入口においても「なす角」が一定の鋭角となるだけでなく第２の熱交換流体が流入口から流入した以降においても「なす角」が一定の鋭角となること、即ち、同一の角度の保持することを意味している。「頂部線が少なくとも一回屈曲する」とは、波の頂部の連なりが一回以上屈曲していること、複数回に亘って屈曲する場合にはジグザグと屈曲していることを意味している。「頂部線の屈曲点を連ねた屈曲線」とは、複数の波の頂部の連なりの屈曲点を連続的に連ねた線、即ち、ｎ個の屈曲点を有する第１波、ｎ個の屈曲点を有する第２波、ｎ個の屈曲点を有する第３波・・・とｎ個の屈曲点を有する複数の波があるときに、第１波の１番目の屈曲点，第２波の１番目の屈曲点，第３波の１番目の屈曲点・・・を連ねた線や、第１波のｍ番目の屈曲点，第２波のｍ番目の屈曲点，第３波のｍ番目の屈曲点・・・を連ねた線などを意味している。波の底部を連ねた底部線は、波が凸部と凹部とを繰り返すものであることを考慮すると、隣接する頂部線の間に頂部線と同様に現われるものになる。即ち、本発明のコルゲートフィンは、少なくとも一回屈曲する頂部線と少なくとも一回屈曲する底部線とが交互に繰り返し現われるものとなる。なお、扁平チューブやコルゲートフィンは、第１の熱交換流体や第２の熱交換流体によって腐食しない金属材料、例えば、アルミニウムや銅，ステンレスやこれらの合金などの金属材料により形成するのが好適である。
【００１２】
こうした本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、前記コルゲートフィンに形成された波の底部に形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、凝縮水は表面張力により波の底部に集まるから、凝縮水の排水性を向上させることができる。
【００１３】
この波の底部に貫通孔が形成されている態様の本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記コルゲートフィンには、前記複数の波を前記第２の熱交換流体の流入側から見ると前記接合部近傍では前記頂部線の屈曲がＶ字またはＷ字となるよう前記複数の波が形成されている、ものとすることもできる。複数の波を第２の熱交換流体の流入側から見ると接合部近傍では頂部線の屈曲がＶ字またはＷ字となるとは、左側の扁平チューブとの接合部近傍では、頂部線はＶ字の左の斜めの線（Ｗ字としたときには最も左の斜めの線）、即ち、下流になるにしたがって左側の接合部に近接するように現われ、右側の扁平チューブとの接合部近傍では、頂部線はＶ字の右の斜めの線（Ｗ字としたときには最も右の斜めの線）、即ち、下流になるにしたがって右側の接合部に近接するように現われることを意味している。前述したように、波の底部を連ねた底部線は頂部線と同様に現われるから、接合部近傍では底部線の屈曲もＶ字またはＷ字となって現われる。したがって、左側の扁平チューブとの接合部近傍の貫通孔は、第２の熱交換流体の流入側から見ると、底部線の形状としてのＶ字の左の斜めの線（Ｗ字としたときには最も左の斜めの線）における左上部位、即ち、左側の底部線の最下流部位に形成され、右側の扁平チューブとの接合部近傍の貫通孔は、第２の熱交換流体の流入側から見ると、底部線の形状としてのＶ字の右の斜めの線（Ｗ字としたときには最も右の斜めの線）における右上部位、即ち、右側の底部線の最下流部位に形成されることになる。底部線近傍の第２の熱交換流体の二次流れには底部線に沿って下流側に流れる成分が存在するから、凝縮水は第２の熱交換流体の二次流れにより底部線に沿って貫通孔に導かれることになる。したがって、第２の熱交換流体の流入側から見ると接合部近傍では頂部線の屈曲がＶ字またはＷ字となるよう複数の波を形成することにより、凝縮水の排水性を向上させることができる。
【００１４】
また、波の底部に貫通孔が形成されている態様の本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、前記頂部線に対して平行な切り込み又は前記頂部線に対して直交する切り込みを開くことにより形成されている、ものとすることもできる。前述したように、底部線は頂部線と同様に現われるから、複数の貫通孔は、底部線に対して平行な切り込みを開くことにより形成されていたり、底部線に対して直交する切り込みを開くことにより形成されていたりすることになる。複数の貫通孔を底部線に対して平行な切り込みを開くことにより形成するものとすれば、貫通孔の形状は底部線に沿って口を開くものとなるから、第２の熱交換流体の二次流れを乱すことなく凝縮水の流れに沿って凝縮水を貫通孔に導き、貫通孔から下方に排出することができる。一方、複数の貫通孔を底部線に対して直交する切り込みを開くことにより形成するものとすれば、貫通孔の形状は底部線に対して直交する方向に口を開くものとなるから、凝縮水を第２の熱交換流体の二次流れによって貫通孔に押し流して排出することができる。これらの結果、凝縮水の排水性を更に向上させることができる。
【００１５】
この複数の貫通孔が頂部線に対して平行な切り込み又は頂部線に対して直交する切り込みを開くことにより形成されている態様の本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、前記切り込みに対して前記第２の熱交換流体の流入側を下方に開くことにより及び／又は流出側を上方に開くことにより形成されているものとすることもできる。底部線近傍の第２の熱交換流体の二次流れには、上流側の凸部からの下降流の成分が存在するから、第２の熱交換流体の流入側を下方に開くこと又は第２の熱交換流体の流出側を上方に開くことにより、凝縮水を貫通孔に押し流すことができる。この結果、凝縮水の排水性を更に向上させることができる。
【００１６】
また、本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、下向きに凸と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、凝縮水は貫通孔に導かれるから、凝縮水の排水性を向上させることができる。
【００１７】
この複数の貫通孔が下向きに凸となるように形成されている態様の本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、１つ又は連絡する複数の切り込みを下方に切り起こすことにより形成されている、ものとすることもできる。こうれうば、容易に複数の貫通孔を形成することができる。この場合、前記複数の貫通孔は、切り起こしによる端部が前記扁平チューブ壁面側に近接するよう形成されいる、ものとすることもできる。こうすれば、凝縮水は端部によって扁平チューブ壁面側に導かれるから、凝縮水の排水性を向上させることができる。
【００１８】
また、複数の貫通孔が下向きに凸となるように形成されている態様の本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記複数の貫通孔は、下側に折り曲げられたルーバー形状に形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、扁平チューブ近傍において、ルーバーフィンと同様に、高い伝熱促進を得ることができると共に、高い排水性を得ることができる。この場合、前記コルゲートフィンは、略全幅に亘る複数のルーバーが形成されてなるルーバーフィンに対して両端部のルーバー形状については維持して中央部のルーバー形状については解除した形状に加工することにより形成されている、ものとすることもできる。この場合、コルゲートフィンは、略全幅に亘る複数のルーバーが形成されてなるルーバーフィンを直接加工するものとしてもよい。
【００１９】
本発明のコルゲートフィン型熱交換器において、前記コルゲートフィンは、オフセットフィンに対して両端部のオフセット形状については維持して中央部のオフセット形状については解除した形状に加工することにより形成されている、ものとすることもできる。こうすれば、扁平チューブ近傍において、オフセットフィンと同様に、高い伝熱促進を得ることができると共に、高い排水性を得ることができる。この場合、コルゲートフィンは、オフセットフィンを直接加工するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】２つの扁平チューブ３０の間にコルゲートフィン４０が配置されている様子の外観を拡大して示す拡大外観図である。
【図３】コルゲートフィン４０の水平面を２つの扁平チューブ３０の断面と共に示す平面図である。
【図４】図２および図３のＡ−Ａ断面を図中のＡの矢印方向から見たＡ−Ａ断面図である。
【図５】図２および図３のＢ−Ｂ断面を図中のＢの矢印方向から見たＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図２および図３のＣ−Ｃ断面を図中のＣの矢印方向から見たＣ−Ｃ断面図である。
【図７】図２および図３のＤ−Ｄ断面を図中のＤの矢印方向から見たＤ−Ｄ断面図である。
【図８】コルゲートフィン４０の水平面４２に空気を流したときに波の表面近傍に生じる空気の二次流れと温度による等高線の一例を示す説明図である。
【図９】扁平チューブ３０の間に空気を流したときのコルゲートフィン４０の水平面４２における空気の主要な流れにおける流速の分布を矢印の大きさで示した模式図である。
【図１０】波の表面近傍に生じた空気の二次流れと貫通孔４５との関係を説明する説明図である。
【図１１】変形例のコルゲートフィン４０Ｂの一例を示す説明図である。
【図１２】変形例のコルゲートフィン４０Ｃの一例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０に用いるコルゲートフィン１４０の一部の構成の概略を示す構成図である。
【図１４】図１３のコルゲートフィン１４０におけるＥ−Ｅ断面を図中Ｅの矢印方向から見た断面図である。
【図１５】本発明の第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０に用いるコルゲートフィン２４０の一部の構成の概略を示す構成図である。
【図１６】第３実施例のコルゲートフィン２４０を形成する途中におけるルーバーフィン状中間部材の一部の構成の概略を示す構成図である。
【図１７】変形例のコルゲートフィン２４０Ｃの一例を示す説明図である。
【図１８】本発明の第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０に用いるコルゲートフィン３４０の一部の構成の概略を示す構成図である。
【図１９】第４実施例のコルゲートフィン３４０を形成する途中におけるオフセットフィン状中間部材３４０Ｂの一部の構成の概略を示す構成図である。
【図２０】変形例のコルゲートフィン４４０の構成の概略を示す構成図である。
【図２１】変形例のコルゲートフィン５４０の構成の概略を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【実施例１】
【００２２】
図１は本発明の第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は扁平チューブ３０の間にコルゲートフィン４０が配置されている様子の外観を拡大して示す拡大外観図であり、図３はコルゲートフィン４０の水平面４２を両側の扁平チューブ３０の断面と共に示す平面図である。また、図４〜図７は、図２および図３のコルゲートフィン４０におけるＡ−Ａ断面，Ｂ−Ｂ断面，Ｃ−Ｃ断面，Ｄ−Ｄ断面を図中のＡ〜Ｄの矢印方向から見た断面図である。
【００２３】
第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０は、各種の空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクルに用いられる熱交換器として、或いは、内燃機関からの排ガスや燃料電池からのオフガスから熱エネルギを回収する熱回収装置などのエネルギ変換装置に用いられる熱交換器として用いられ、図１に示すように、扁平な中空管として形成されて第１の熱交換流体としてのハイドロフルオロカーボンや水，オイルなどの熱交換媒体の流路をなす複数の扁平チューブ３０と、第１の熱交換流体を全体として迂流させるための３つの隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃと、各扁平チューブ３０の間や扁平チューブ３０と３つの隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃとの間，扁平チューブ３０と側壁２９ａ，２９ｂとの間に各々配置されて第２の熱交換流体としての空気や排ガスなどの熱交換媒体の流路において熱交換による伝熱促進を行なう複数のコルゲートフィン４０と、これらからなる熱交換部の上部に配置されて第１の熱交換流体の流入口２３と流出口２４とが形成された上部ヘッダー２２と、熱交換部の下部に配置された下部ヘッダー２６とを備える。第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０の扁平チューブ３０や隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，コルゲートフィン４０，上部ヘッダー２２，下部ヘッダー２６は、第１の熱交換流体や第２の熱交換流体に対して耐腐食性を有すると共に熱伝導率の高い金属材料、例えば、第２の熱交換流体として空気が用いられるときにはアルミニウムや銅，ステンレス、第２の熱交換流体として内燃機関からの排ガスや燃料電池からの排ガスが用いられるときにはステンレスなどにより形成されている。以下の説明では、コルゲートフィン型熱交換器２０としては、空気調和装置に用いられる熱交換器であり、扁平チューブ３０や隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，コルゲートフィン４０，上部ヘッダー２２，下部ヘッダー２６の各部材についてはアルミニウムにより形成され、大きさとしては、扁平チューブ３０の間隔が５ｍｍ〜１０ｍｍ、コルゲートフィン４０の水平面４２の間隔（垂直面４８の高さ）が１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、第１の熱交換流体としてハイドロフルオロカーボンを用い、第２の熱交換流体として空気を用いるもの、を具体例として用いる。
【００２４】
上部ヘッダー２２の内側には、隔壁２８ａ，２８ｃと整合する位置に隔壁２８ａ，２８ｃが延在するように仕切壁２５ａ，２５ｂが形成されており、下部ヘッダー２６の内側には、隔壁２８ｂと整合する位置に隔壁２８ｂが延在するように仕切壁２７が形成されている。したがって、第１の熱交換流体（例えばハイドロフルオロカーボン）は、図中矢印で示すように、流入口２３から上部ヘッダー２２の内側に流れ込み、隔壁２８ａより右側の３つの扁平チューブ３０の内側を鉛直上方から鉛直下方に流れ、下部ヘッダー２６内で仕切壁２７により隔壁２８ａ，２８ｂの間の３つの扁平チューブ３０に供給され、３つの扁平チューブ３０の内側を鉛直下方から鉛直上方に流れて上部ヘッダー２２の仕切壁２５ａ，２５ｂの間の空間に流れ込み、隔壁２８ｂ，２８ｃの３つの扁平チューブ３０の内側を鉛直上方から鉛直下方に流れて仕切壁２８ｂの右側の空間に至り、隔壁２８ｃより左側の３つの扁平チューブ３０の内側を鉛直下方から鉛直上方に流れて上部ヘッダー２２の仕切壁２５ｂの左側の空間に入り、その後、流出口２４から排出される。なお、第２の熱交換流体（空気）は、図１では表面から裏面に向けて、図２では斜め左下から斜め右上に向けて、図３では下から上に向けて、複数の扁平チューブ３０の間を抜けるように流れる。
【００２５】
コルゲートフィン４０は、水平面４２と垂直面４８とが交互につづら折り状（蛇腹状）に形成され、垂直面４８が扁平チューブ３０にろう付けなどにより接合されている。コルゲートフィン４０の水平面４２には、複数回に亘って屈曲する複数の波が形成されている。複数の波は、図３に示すように、波の頂部を連ねた頂部線４３や波の底部を連ねた底部線４４と第２の熱交換流体（空気）の主要な流れとのなす角αが鋭角の範囲の角度として予め定められた一定角（第１実施例では３０度）となるように、頂部線４３および底部線４４が複数回に亘って屈曲するように、さらに、頂部線４３の屈曲点４３ａや底部線４４の屈曲点４４ａを連ねた屈曲線（図３中の一点鎖線）が第２の熱交換流体（空気）の主要な流れに一致するように、形成されている。ここで、波の頂部は、波の凸部と凹部との繰り返しにおける凸部の頂を意味している。頂部線４３や底部線４４と第２の熱交換流体（空気）の主要な流れとのなす角αは、第２の熱交換流体の流入口だけでなく、コルゲートフィン４０の全体に亘って一定であり、その角度は、１０度ないし６０度が好ましく、１５度ないし４５度が更に好ましく、２５度ないし３５度（第１実施例では３０度）がより理想的である。頂部線４３や底部線４４が複数回に亘って屈曲するとは、波の頂部の連なりや底部の連なりが図３の頂部線４３や底部線４４のようにジグザグと屈曲していることを意味している。頂部線４３の屈曲点や底部線４４の屈曲点を連ねた屈曲線は、図３では一点鎖線に示すように、ｎ個の屈曲点を有する第１波、ｎ個の屈曲点を有する第２波、ｎ個の屈曲点を有する第３波・・・とｎ個の屈曲点を有する複数の波があるときに、第１波の１番目の屈曲点，第２波の１番目の屈曲点，第３波の１番目の屈曲点・・・を連ねた線や、第１波のｍ番目の屈曲点，第２波のｍ番目の屈曲点，第３波のｍ番目の屈曲点・・・を連ねた線などを意味している。そして、この屈曲線が第２の熱交換流体の主要な流れに一致しているように複数の波が形成されているのである。
【００２６】
図８は、コルゲートフィン４０の水平面４２に空気（第２の熱交換流体）を流したときに波の表面近傍に生じる空気の二次流れと温度による等高線の一例である。 図中、複数の矢印が二次流れを示し、連続する曲線が温度による等高線を示す。図示するように、コルゲートフィン４０の水平面４２に形成された波の凸部と凹部との繰り返しに対して空気（第２の熱交換流体）を流すと、波の表面近傍には凸部と凹部とにより空気の強い二次流れが発生し、表面付近で大きな温度勾配が発生する。即ち、この二次流れが生じることにより、温度勾配が生じ、伝熱を促進するのである。第１実施例では、頂部線４３や底部線４４と空気（第２の熱交換流体）の主要な流れとのなす角αを３０度としたのは、この二次流れを有効に生じさせるためである。このなす角αは、小さすぎると空気の流れに有効な二次流れを生じさせることができず、大きすぎると空気が波の凸部や凹部に沿って流れることができずに剥離や局所的な増速が発生して通風抵抗が増大する。そして、設計値として適切な空気流量とすることにより、波の凸部や凹部による二次流れを有効に発生させることができる。なお、第１実施例では、なす角αは３０度で一定としたが、このなす角αは一定である必要はなく、波の凸部と凹部とが曲線となるよう変化させるものとしても構わない。
【００２７】
図９は、扁平チューブ３０の間に空気を流したときのコルゲートフィン４０の水平面４２における空気の主要な流れにおける流速の分布を矢印の大きさで示した模式図である。図示するように、空気は、両側の扁平チューブ３０からの剪断力や摩擦力の影響を受けない中央部では流速が大きく、剪断力や摩擦力の影響を受ける両側の扁平チューブ３０近傍（コルゲートフィン４０との接合部近傍）では流速が小さくなる。空気の二次流れは空気の主要な流れの流速に影響されるから、第１実施例では、扁平チューブ３０の間の中央部で有効な二次流れが生じるようにその間隔を設計するものとした。これにより、扁平チューブ３０の間の中央部において高い伝熱促進を図ることができる。
【００２８】
また、コルゲートフィン４０の複数の波の各底部線４４の扁平チューブ３０近傍となる両端部（コルゲートフィン４０との接合部近傍）には、図３，図４，図６に示すように、底部線４４上に頂部線４３や底部線４４に平行に複数の貫通孔４５が形成されている。この貫通孔４５は、底部線４４上に頂部線４３や底部線４４に平行な切り込みを入れ、この切り込みに対して第２の熱交換流体（空気）の流れの上流側を下側に開口することによって形成されている。図９を用いて説明したように、扁平チューブ３０との接合部近傍の第２の熱交換流体（空気）の流速は小さく（遅く）なるから、複数の波によってある程度の二次流れが生じるものの、中央部に比して二次流れによる高い伝熱促進は図られないが、複数の貫通孔４５が形成されていることから、その前縁効果により、高い伝熱性能を得ることができる。また、複数の貫通孔４５を有するため、コルゲートフィン４０の水平面４２に凝縮水が生じても、凝縮水をその自重により下方に排出することができる。図３に示すように、コルゲートフィン４０に形成されている複数の波は、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、扁平チューブ３０との接合部近傍では、頂部線４３や底部線４４の屈曲はＶ字やＷ字となるように形成されている。即ち、頂部線４３や底部線４４は、左側の扁平チューブ３０との接合部近傍では、Ｖ字の左の斜めの線（Ｗ字としたときには最も左の斜めの線）、即ち、下流側になるにしたがって左側の扁平チューブ３０に近接するように形成されており、右側の扁平チューブ３０との接合部近傍では、Ｖ字の右の斜めの線（Ｗ字としたときには最も右の斜めの線）、即ち、下流側になるにしたがって右側の扁平チューブ３０に近接するように形成されている。このため、図３中の左側の扁平チューブ３０との接合部近傍の貫通孔４５は、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、底部線４４の形状としてのＶ字の左の斜めの線（Ｗ字としたときには最も左の斜めの線）における左上部位、即ち、最も左側の底部線４４の最下流部位に形成され、右側の扁平チューブ３０との接合部近傍の貫通孔４５は、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、底部線４４の形状としてのＶ字の右の斜めの線（Ｗ字としたときには最も右の斜めの線）における右上部位、即ち、最も右側の底部線４４の最下流部位に形成されることになる。図８を用いて説明したように、底部線４４近傍の第２の熱交換流体（空気）の二次流れには底部線４４に沿って下流側に流れる成分が存在するから、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じ得る凝縮水は、第２の熱交換流体（空気）の二次流れにより底部線４４に沿って貫通孔４５に導かれることになる。しかも、貫通孔４５は、底部線４４上の切り込みに対して第２の熱交換流体（空気）の流れの上流側を下側に開口することによって形成されているから、図１０に示すように、波の表面近傍に生じた第２の熱交換流体（空気）の二次流れ（小さい複数の矢印）は、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じ得る凝縮水を貫通孔４５に押し流す作用を生じることになり、凝縮水の水平面４２から下方への排出を促進している。
【００２９】
以上説明した第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０によれば、コルゲートフィン４０の水平面４２に、波の頂部を連ねた頂部線４３や波の底部を連ねた底部線４４と第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角αが鋭角の範囲の角度として予め定められた一定角となるように、頂部線４３および底部線４４が複数回に亘って屈曲するように、さらに、頂部線４３の屈曲点４３ａや底部線４４の屈曲点４４ａを連ねた屈曲線が第２の熱交換流体の主要な流れに一致するように、複数の波を形成することにより、波の表面近傍に第２の熱交換流体の二次流れを生じさせ、これにより、高い伝熱促進を実現することができる。また、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じる凝縮水はその表面張力により波の凹部に集まるから、コルゲートフィン４０に複数の波を形成することにより、凝縮水の流路を形成することができる。更に、コルゲートフィン４０の扁平チューブ３０との接合部近傍の底部線４４の両端部に複数の貫通孔４５を形成することにより、接合部近傍において前縁効果による高い伝熱性能を得ることができると共に、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じ得る凝縮水の高い排出性を確保することができる。これらの結果、高い伝熱促進を実現しつつ凝縮水の高い排出性を確保した熱交換器を提供することができる。
【００３０】
しかも、複数の波は、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、両側の扁平チューブ３０近傍（接合部近傍）では、頂部線４３や底部線４４の屈曲がＶ字やＷ字となるように形成され、複数の貫通孔４５を底部線４４の最下流部位に形成されるようにすることにより、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じ得る凝縮水の排水性を更に高くすることができる。また、複数の貫通孔４５は、底部線４４上の頂部線４３や底部線４４に平行な切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの上流側を下側に開口することによって形成されているから、波の表面近傍における第２の熱交換流体の二次流れによって凝縮水を貫通孔４５から押し流す作用を生じさせ、コルゲートフィン４０の水平面４２に生じ得る凝縮水の排水性を更に高くすることができる。
【００３１】
第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０では、複数の貫通孔４５を、底部線４４上の頂部線４３や底部線４４に平行な切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの上流側を下側に開口することによって形成するものとしたが、複数の貫通孔４５を、底部線４４上の切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの下流側を上側に開口することによって形成するものとしてもよい。また、複数の貫通孔４５を、底部線４４上の切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの上流側を下側に開口すると共に下流側を上側に開口することによって形成するものとしてもよい。また、複数の貫通孔４５は、必ずしも底部線４４上に形成する必要はなく、底部線４４から若干ずれた位置に頂部線４３や底部線４４に平行に切り込みを入れ、この切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの上流側を下側に開口したり、下流側を上側に開口したりして形成するものとしてもよい。
【００３２】
第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０では、複数の貫通孔４５を、底部線４４上の切り込みにより形成するものとしたが、図１１の変形例のコルゲートフィン４０Ｂに示すように、複数の貫通孔４５Ｂを、底部線４４Ｂ上に頂部線４３Ｂや底部線４４Ｂに対して略垂直な切り込みにより形成するものとしてもよい。この場合、凝縮水は、第２の熱交換流体の二次流れによって貫通孔４５Ｂに押し流されることになる。この場合も、複数の貫通孔４５Ｂは、底部線４４Ｂに垂直な切り込みに対して第２の熱交換流体の流れの上流側を下側に開口したり、下流側を上側に開口したりして形成すればよい。
【００３３】
第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０では、コルゲートフィン４０の水平面４２に、複数の波を、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、扁平チューブ３０との接合部近傍では、頂部線４３や底部線４４の屈曲がＶ字やＷ字となるように形成するものとしたが、図１２の変形例のコルゲートフィン４０Ｃに示すように、第２の熱交換流体（空気）の流入側から見ると、扁平チューブ３０との接合部近傍では、頂部線４３Ｃや底部線４４Ｃの屈曲がΛ字やＭ字となるように形成するものとしても構わない。この場合も、複数の貫通孔４５Ｃは、底部線４４Ｃに沿った（平行な）切り込みにより形成するものとしてもよいし、底部線４４Ｂに対して略垂直な切り込みにより形成するものとしてもよい。また、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０では、コルゲートフィン４０の水平面４２に、複数の波を、頂部線４３や底部線４４が複数回に亘って屈曲するように形成したが、頂部線４３や底部線４４は一回だけ屈曲するものや二回だけ屈曲するものなど、少なくとも一回屈曲するものであればよい。
【実施例２】
【００３４】
図１３は本発明の第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０に用いるコルゲートフィン１４０の一部の構成の概略を示す構成図であり、図１４は図１３のコルゲートフィン１４０におけるＥ−Ｅ断面を図中Ｅの矢印方向から見た断面図である。第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０は、コルゲートフィン４０の形状を除いて図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の構成をしている。即ち、第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０は、図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の上部ヘッダー２２、下部ヘッダー２６、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，複数の扁平チューブ３０とを備え、コルゲートフィン４０に代えて、各扁平チューブ３０の間や扁平チューブ３０と３つの隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃとの間，扁平チューブ３０と側壁２９ａ，２９ｂとの間に各々配置されて第２の熱交換流体としての空気や排ガスなどの熱交換媒体の流路において熱交換による伝熱促進を行なう複数のコルゲートフィン１４０（図１３参照）を備え、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、各種の空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクルに用いられる熱交換器として、或いは、内燃機関からの排ガスや燃料電池からのオフガスから熱エネルギを回収する熱回収装置などのエネルギ変換装置に用いられる熱交換器として用いられる。第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０でも、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、以下の説明では、空気調和装置に用いられる熱交換器であり、扁平チューブ３０や隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，コルゲートフィン１４０，上部ヘッダー２２，下部ヘッダー２６の各部材についてはアルミニウムにより形成され、大きさとしては、扁平チューブ３０の間隔が５ｍｍ〜１０ｍｍ、コルゲートフィン１４０の水平面１４２の間隔（垂直面１４８の高さ）が１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、第１の熱交換流体としてハイドロフルオロカーボンを用い、第２の熱交換流体として空気を用いるもの、を具体例として用いる。
【００３５】
第２実施例のコルゲートフィン１４０も、第１実施例のコルゲートフィン４０と同様に、水平面１４２と垂直面１４８とが交互につづら折り状（蛇腹状）に形成され、垂直面１４８が扁平チューブ３０にろう付けなどにより接合されており、水平面１４２には、複数回に亘って屈曲する複数の波が形成されている。複数の波も、第１実施例と同様に、図１３に示すように、波の頂部を連ねた頂部線１４３や波の底部を連ねた底部線１４４と第２の熱交換流体（空気）の主要な流れとのなす角αが鋭角の範囲の角度として予め定められた一定角（第１実施例では３０度）となるように、頂部線１４３および底部線１４４が複数回に亘って屈曲するように、さらに、頂部線１４３の屈曲点や底部線１４４の屈曲点を連ねた屈曲線が第２の熱交換流体（空気）の主要な流れに一致するように、形成されている。この複数の波による作用・効果については第１実施例で詳述した。
【００３６】
第２実施例のコルゲートフィン１４０の水平面１４２の扁平チューブ３０との接合部近傍にも複数の貫通孔１４５が形成されており、この複数の貫通孔１４５は、一辺が扁平チューブ３０に平行な三角形における他の２辺となるよう切り込みを入れ、これを下に凸となるように切り起こし、さらに、切り起こしの端部が凝縮水を扁平チューブ３０や垂直面１４８側にガイドするように折り曲げられることによって形成されている。上述したように、扁平チューブ３０との接合部近傍の第２の熱交換流体（空気）の流速は小さく（遅く）なるから、複数の波によってある程度の二次流れが生じるものの、中央部に比して二次流れによる高い伝熱促進は図られないが、複数の貫通孔１４５が形成されていることから、その前縁効果により、高い伝熱性能を得ることができる。また、複数の貫通孔１４５は、下に凸となるよう切り起こしにより形成されているから、コルゲートフィン１４０の水平面１４２に凝縮水が生じても、凝縮水を収集し、その自重により下方に排出することができる。更に、複数の貫通孔１４５の切り起こしによる端部が扁平チューブ３０や垂直面１４８に折り曲げられているから、凝縮水を扁平チューブ３０や垂直面１４８に導くことができ、凝縮水の排水性を更に高めることができる。
【００３７】
以上説明した第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０によれば、コルゲートフィン１４０の水平面１４２に、第１実施例と同様の複数の波を形成したことにより、波の表面近傍に第２の熱交換流体の二次流れを生じさせ、これにより、高い伝熱促進を実現することができる。また、コルゲートフィン１４０の扁平チューブ３０との接合部近傍に下に凸となるよう切り起こしにより複数の貫通孔１４５を形成することにより、接合部近傍において前縁効果による高い伝熱性能を得ることができると共に、コルゲートフィン１４０の水平面１４２に生じ得る凝縮水の高い排出性を確保することができる。これらの結果、高い伝熱促進を実現しつつ凝縮水の高い排出性を確保した熱交換器を提供することができる。
【００３８】
第２実施例のコルゲートフィン型熱交換器１２０では、複数の貫通孔１４５を、扁平チューブ３０との接合部近傍に、一辺が扁平チューブ３０に平行な三角形における他の２辺となるよう切り込みを入れ、これを下に凸となるように切り起こし、さらに、切り起こしの端部が凝縮水を扁平チューブ３０や垂直面１４８側にガイドするように折り曲げることによって形成したが、複数の貫通孔１４５を、一辺が扁平チューブ３０に平行ではない三角形における任意の２辺に切り込みを入れ、これを下に凸となるように切り起こすことによって形成するものとしてもよい。この場合、切り起こしの端部は、扁平チューブ３０や垂直面１４８側に折り曲げられているものとしてもよいし、扁平チューブ３０や垂直面１４８側とは異なる側に折り曲げられているものとしても構わない。また、切り込みは三角形における２辺に限定されるものではなく、４角形の３辺や５角形の４辺としても構わない。
【実施例３】
【００３９】
図１５は本発明の第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０に用いるコルゲートフィン２４０の一部の構成の概略を示す構成図であり、図１６は第３実施例のコルゲートフィン２４０を形成する途中におけるルーバーフィン状中間部材２４０Ｂの一部の構成の概略を示す構成図である。第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０は、コルゲートフィン４０の形状を除いて図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の構成をしている。即ち、第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０は、図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の上部ヘッダー２２、下部ヘッダー２６、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，複数の扁平チューブ３０とを備え、コルゲートフィン４０に代えて、各扁平チューブ３０の間や扁平チューブ３０と３つの隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃとの間，扁平チューブ３０と側壁２９ａ，２９ｂとの間に各々配置されて第２の熱交換流体としての空気や排ガスなどの熱交換媒体の流路において熱交換による伝熱促進を行なう複数のコルゲートフィン２４０（図１５参照）を備え、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、各種の空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクルに用いられる熱交換器として、或いは、内燃機関からの排ガスや燃料電池からのオフガスから熱エネルギを回収する熱回収装置などのエネルギ変換装置に用いられる熱交換器として用いられる。第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０でも、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、以下の説明では、空気調和装置に用いられる熱交換器であり、扁平チューブ３０や隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，コルゲートフィン１４０，上部ヘッダー２２，下部ヘッダー２６の各部材についてはアルミニウムにより形成され、大きさとしては、扁平チューブ３０の間隔が５ｍｍ〜１０ｍｍ、コルゲートフィン２４０の水平面２４２の間隔（垂直面２４８の高さ）が１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、第１の熱交換流体としてハイドロフルオロカーボンを用い、第２の熱交換流体として空気を用いるもの、を具体例として用いる。
【００４０】
第３実施例のコルゲートフィン２４０は、水平面２４２と垂直面２４８とが交互につづら折り状（蛇腹状）に形成され、垂直面２４８が扁平チューブ３０にろう付けなどにより接合されており、下向きに複数のルーバー２５０Ｂが形成されたルーバーフィン状中間部材２４０Ｂ（図１６参照）に対してルーバー２５０Ｂの端部近傍（扁平チューブ３０との接合部近傍）ではルーバー形状が維持されると共にその他の部分（両側の扁平チューブ３０の間の中央部）ではルーバー形状が解除された形状となるように、且つ、水平面２４２全体に第１実施例と同様の複数の波が形成された形状となるように、プレス加工などにより形成されている。このため、扁平チューブ３０との接合部近傍（水平面２４２の両側近傍）には、ルーバー形状が維持された複数の貫通孔２４５が形成されると共にルーバー２５０Ｂにより一対をなす両サイドの貫通孔２５４の間にはルーバー２５０Ｂを形成した際の切り込み線２５０が形成されている。複数の貫通孔２４５は、下向きのルーバー形状が維持されるから、扁平チューブ３０との接合部近傍の第２の熱交換流体の流れにより、凝縮水が貫通孔２４５に押し流されることにより、排水性を向上させている。なお、切り込み線２５０は、コルゲートフィン２４０の第２の熱交換流体（空気）の流れる方向の伝熱については妨げるものとなるが、第２の熱交換流体（空気）の流れる方向と直交する方向の伝熱については何ら妨げるものとはならないから、第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０の性能を低下させるものとはならない。
【００４１】
こうした第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０でも、コルゲートフィン２４０の水平面２４２に、第１実施例と同様の複数の波を有するから、波の表面近傍に第２の熱交換流体の二次流れを生じさせ、これにより、高い伝熱促進を実現することができる。また、コルゲートフィン２４０の扁平チューブ３０との接合部近傍には下向きのルーバー形状を維持した複数の貫通孔２４５が形成されているから、接合部近傍において前縁効果による高い伝熱性能を得ることができると共に、コルゲートフィン２４０の水平面２４２に生じ得る凝縮水の高い排出性を確保することができる。これらの結果、高い伝熱促進を実現しつつ凝縮水の高い排出性を確保した熱交換器を提供することができる。
【００４２】
第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器２２０では、ルーバーフィン状中間部材２４０Ｂに対してルーバー２５０Ｂの端部近傍ではルーバー形状が維持されると共にその他の部分ではルーバー形状が解除された形状となるようにコルゲートフィン２４０を形成したことにより切り込み線２５０を有するものとしたが、切り込み線２５０を有しないものとしてもよい。また、図１７の変形例のコルゲートフィン２４０Ｃに示すように、扁平チューブ３０との接合部近傍に形成する複数の貫通孔２４５Ｃを下に凸のルーバー形状として形成するものとしてもよい。
【実施例４】
【００４３】
図１８は本発明の第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０に用いるコルゲートフィン３４０の一部の構成の概略を示す構成図であり、図１９は第４実施例のコルゲートフィン３４０を形成する途中におけるオフセットフィン状中間部材３４０Ｂの一部の構成の概略を示す構成図である。第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０は、コルゲートフィン４０の形状を除いて図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の構成をしている。即ち、第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０は、図１に示す第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同一の上部ヘッダー２２、下部ヘッダー２６、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，複数の扁平チューブ３０とを備え、コルゲートフィン４０に代えて、各扁平チューブ３０の間や扁平チューブ３０と３つの隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃとの間，扁平チューブ３０と側壁２９ａ，２９ｂとの間に各々配置されて第２の熱交換流体としての空気や排ガスなどの熱交換媒体の流路において熱交換による伝熱促進を行なう複数のコルゲートフィン３４０（図１８参照）を備え、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、各種の空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクルに用いられる熱交換器として、或いは、内燃機関からの排ガスや燃料電池からのオフガスから熱エネルギを回収する熱回収装置などのエネルギ変換装置に用いられる熱交換器として用いられる。第３実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０でも、第１実施例のコルゲートフィン型熱交換器２０と同様に、以下の説明では、空気調和装置に用いられる熱交換器であり、扁平チューブ３０や隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，コルゲートフィン１４０，上部ヘッダー２２，下部ヘッダー２６の各部材についてはアルミニウムにより形成され、大きさとしては、扁平チューブ３０の間隔が５ｍｍ〜１０ｍｍ、コルゲートフィン３４０の水平面２４２の間隔（垂直面３４８の高さ）が１ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、第１の熱交換流体としてハイドロフルオロカーボンを用い、第２の熱交換流体として空気を用いるもの、を具体例として用いる。
【００４４】
第４実施例のコルゲートフィン３４０は、水平面３４２と垂直面３４８とが交互につづら折り状（蛇腹状）に形成され、垂直面３４８が扁平チューブ３０にろう付けなどにより接合されており、図１９に例示するオフセットフィン状中間部材３４０Ｂに対して扁平チューブ３０との接合部近傍ではオフセット形状が維持されると共にその他の部分（両側の扁平チューブ３０の間の中央部）ではオフセット形状が解除された形状となるように、且つ、水平面３４２全体に第１実施例と同様の複数の波が形成された形状となるように、プレス加工などにより形成されている。このため、扁平チューブ３０との接合部近傍（水平面３４２の両側近傍）には、オフセット形状が維持されたことによる複数の貫通孔３４５が形成されると共にオフセットフィン状中間部材３４０Ｂによるオフセット形状により一対をなす両サイドの貫通孔３５４の間にはオフセットを形成した際の切り込み線３５０が形成されている。複数の貫通孔３４５は、オフセット形状が維持されるから、第２の熱交換流体の上流側にも下流側にも形成されることになる。このため、扁平チューブ３０との接合部近傍の第２の熱交換流体の流れにより、凝縮水が貫通孔３４５に押し流され、これにより、コルゲートフィン３４０における排水性を向上させている。なお、切り込み線３５０は、上述したように、コルゲートフィン３４０の第２の熱交換流体（空気）の流れる方向の伝熱については妨げるものとなるが、第２の熱交換流体（空気）の流れる方向と直交する方向の伝熱については何ら妨げるものとはならないから、第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０の性能を低下させるものとはならない。
【００４５】
こうした第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０でも、コルゲートフィン３４０の水平面３４２に、第１実施例と同様の複数の波を有するから、波の表面近傍に第２の熱交換流体の二次流れを生じさせ、これにより、高い伝熱促進を実現することができる。また、コルゲートフィン３４０の扁平チューブ３０との接合部近傍にはオフセット形状を維持した複数の貫通孔３４５が形成されているから、接合部近傍において前縁効果による高い伝熱性能を得ることができると共に、コルゲートフィン３４０の水平面３４２に生じ得る凝縮水の高い排出性を確保することができる。これらの結果、高い伝熱促進を実現しつつ凝縮水の高い排出性を確保した熱交換器を提供することができる。
【００４６】
第４実施例のコルゲートフィン型熱交換器３２０では、オフセットフィン状中間部材３４０Ｂに対して扁平チューブ３０との接合部近傍ではオフセット形状が維持されると共にその他の部分ではオフセット形状が解除された形状となるようにコルゲートフィン３４０を形成したことにより切り込み線３５０を有するものとしたが、切り込み線３５０を有しないものとしてもよい。
【００４７】
上述した各実施例やその変形例では、水平面と垂直面とを繰り返してつづら折り状にコルゲートフィンを形成したが、図２０の変形例のコルゲートフィン４４０に示すように、水平面４４２と屈曲接合部４４８と傾斜面４４６と屈曲接合部４４８とをこの順に繰り返して得られる形状にコルゲートフィン４４０を形成するものとしてもよいし、図２１の変形例のコルゲートフィン５４０に示すように、左下傾斜面５４２と屈曲接合部５４８と右下傾斜面５４６と屈曲接合部５４８とをこの順に繰り返して得られる形状にコルゲートフィン５４０を形成するものとしてもよい。これらの場合、水平面４４２や傾斜面４４６，左下傾斜面５４２，右下傾斜面５４６については、各実施例やその変形例と同様に、複数の波を形成すると共にコルゲートフィンの両側における扁平チューブ３０との接合部近傍に複数の貫通孔を形成すればよい。なお、傾斜面４４６や左下傾斜面５４２，右下傾斜面５４６については、下側となる扁平チューブ３０との接合部近傍にのみに複数の貫通孔を形成するものとしても構わない。
【００４８】
上述した各実施例やその変形例では、上部ヘッダー２２、下部ヘッダー２６、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，側壁２９ａ，２９ｂ，複数の扁平チューブ３０と、複数のコルゲートフィン４０，４０Ｂ，４０Ｃ，１４０，２４０，２４０Ｃ，３４０，４４０，５４０とを備えるものとしたが、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃや側壁２９ａ，２９ｂについてはこれらを扁平チューブ３０に置き換え、上部ヘッダー２２および下部ヘッダー２６内の仕切壁２５ａ，２５ｂ，２７については扁平チューブ３０の間に配置するものとしてもよい。こうすれば、隔壁２８ａ，２８ｂ，２８ｃや側壁２９ａ，２９ｂについても扁平チューブ３０として用いることができるから、熱交換効率が高く小型のものとすることができる。
【００４９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、熱交換器の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
２０，１２０，２２０，３２０ コルゲートフィン型熱交換器、２２ 上部ヘッダー、２３ 流入口、２４ 流出口、２５ａ，２５ｂ 仕切壁、２６ 下部ヘッダー、２７ 仕切壁、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 隔壁、２９ａ，２９ｂ 側壁、３０ 扁平チューブ、４０，４０Ｂ，４０Ｃ，１４０，２４０，２４０Ｃ，３４０，４４０，５４０ コルゲートフィン、４２，１４２，２４２，２４２Ｃ，３４２，４４２ 水平面、４３，４３Ｂ，４３Ｃ，１４３，２４３，３４３ 頂部線、４４，４４Ｂ，４４Ｃ，１４４，２４４，３４４ 底部線、４５，４５Ｂ，４５Ｃ，１４５，２４５，２４５Ｃ，３４５ 貫通孔、４８，４８Ｂ，４８Ｃ，１４８，２４８，３４８ 垂直面、２４０Ｂ ルーバーフィン状中間部材、２５０Ｂ ルーバー、３４０Ｂ オフセット状中間部材、４４６ 傾斜面、４４８，５４８ 屈曲接合部、５４２ 左下傾斜面、５４６ 右下傾斜面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平な中空管として形成されて第１の熱交換媒流体の流路をなす複数の扁平チューブを扁平面が向かい合うように且つ前記第１の熱交換流体が鉛直方向に流れるように並べて配置すると共に各扁平チューブ間に第２の熱交換流体が水平方向に流れるようにコルゲートフィンを各扁平チューブに接合してなるコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記コルゲートフィンには、滑らかに連続する複数の波が、該波の頂部を連ねた頂部線と前記第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角が一定の鋭角となり、前記頂部線が少なくとも一回屈曲するように、且つ、前記頂部線の屈曲点を連ねた屈曲線が前記主流に一致するように形成されており、更に、前記扁平チューブとの接合部近傍に複数の貫通孔が形成されている、
ことを特徴とするコルゲートフィン型熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、前記コルゲートフィンに形成された波の底部に形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項３】
請求項２記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記コルゲートフィンには、前記複数の波を前記第２の熱交換流体の流入側から見ると前記接合部近傍では前記頂部線の屈曲がＶ字またはＷ字となるよう前記複数の波が形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項４】
請求項２または３記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、前記頂部線に対して平行な切り込み又は前記頂部線に対して直交する切り込みを開くことにより形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項５】
請求項４記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、前記切り込みに対して前記第２の熱交換流体の流入側を下方に開くことにより及び／又は流出側を上方に開くことにより形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項６】
請求項１記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、下向きに凸となるように形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項７】
請求項６記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、１つ又は連絡する複数の切り込みを下方に切り起こすことにより形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項８】
請求項７記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、切り起こしによる端部が前記扁平チューブ壁面側に近接するよう形成されいる、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項９】
請求項６記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、下側に折り曲げられたルーバー形状に形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項１０】
請求項９記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記コルゲートフィンは、略全幅に亘る複数のルーバーが形成されてなるルーバーフィンに対して両端部のルーバー形状については維持して中央部のルーバー形状については解除した形状に加工することにより形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項１１】
請求項１記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記コルゲートフィンは、オフセットフィンに対して両端部のオフセット形状については維持して中央部のオフセット形状については解除した形状に加工することにより形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項１】
扁平な中空管として形成されて第１の熱交換媒流体の流路をなす複数の扁平チューブを扁平面が向かい合うように且つ前記第１の熱交換流体が鉛直方向に流れるように並べて配置すると共に各扁平チューブ間に第２の熱交換流体が水平方向に流れるようにコルゲートフィンを各扁平チューブに接合してなるコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記コルゲートフィンには、滑らかに連続する複数の波が、該波の頂部を連ねた頂部線と前記第２の熱交換流体の主要な流れとのなす角が一定の鋭角となり、前記頂部線が少なくとも一回屈曲するように、且つ、前記頂部線の屈曲点を連ねた屈曲線が前記主流に一致するように形成されており、更に、前記扁平チューブとの接合部近傍に複数の貫通孔が形成されている、
ことを特徴とするコルゲートフィン型熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、前記コルゲートフィンに形成された波の底部に形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項３】
請求項２記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記コルゲートフィンには、前記複数の波を前記第２の熱交換流体の流入側から見ると前記接合部近傍では前記頂部線の屈曲がＶ字またはＷ字となるよう前記複数の波が形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項４】
請求項２または３記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、前記頂部線に対して平行な切り込み又は前記頂部線に対して直交する切り込みを開くことにより形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項５】
請求項４記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、前記切り込みに対して前記第２の熱交換流体の流入側を下方に開くことにより及び／又は流出側を上方に開くことにより形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項６】
請求項１記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、下向きに凸となるように形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項７】
請求項６記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、１つ又は連絡する複数の切り込みを下方に切り起こすことにより形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項８】
請求項７記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、切り起こしによる端部が前記扁平チューブ壁面側に近接するよう形成されいる、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項９】
請求項６記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、下側に折り曲げられたルーバー形状に形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項１０】
請求項９記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記コルゲートフィンは、略全幅に亘る複数のルーバーが形成されてなるルーバーフィンに対して両端部のルーバー形状については維持して中央部のルーバー形状については解除した形状に加工することにより形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【請求項１１】
請求項１記載のコルゲートフィン型熱交換器であって、
前記コルゲートフィンは、オフセットフィンに対して両端部のオフセット形状については維持して中央部のオフセット形状については解除した形状に加工することにより形成されている、
コルゲートフィン型熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１３−３６６２５（Ｐ２０１３−３６６２５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０３０８（Ｐ２０１１−１７０３０８）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
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