JP2007278571A - 伝熱部材およびそれを用いた熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を向上させることができる伝熱部材およびそれを用いた熱交換器を提供する。
【解決手段】薄板部材から形成され、流体中に晒されて流体との間で熱の授受を行う伝熱部材であって、薄板部材から切り起こされた切り起こし部２ｃと、切り起こし部２ｃの根元部と連続的に繋がっている帯状片２ｄとからなるルーバ２０を有する平板部２ａを設け、切り起こし部２ｃを、帯状片２ｄの流体の流れ方向両端部にそれぞれ配置し、帯状片２ｄの両端部に設けられる２つの切り起こし部２ｃを、同一の向きに切り起こす。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気流れを乱流化して性能向上を図る伝熱部材および熱交換器に関するもので、例えば、車両用として好適なものである。

この種の熱交換器として、簡素なフィン形状にて熱交換性能の向上を図ることが可能な熱交換器が知られている（特許文献１参照）。

この熱交換器は、フィンの平板部に、平板部の一部を直角状に切り起こした切り起こし部を設け、切り起こし部と平板部のうち切り起こし部に連なる帯状片とにより、Ｌ字状の断面形状が構成されるようになっている。そして、切り起こし部による乱流効果にて空気とフィンとの熱伝達率を高めることにより、熱交換効率を高めるようにしたものである。
特開２００５−１２１３４８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の構成では、全ての切り起こし部は、帯状片の一方の端部側のみを切り起こすことにより形成されているため、切り起こし部を形成する際に、帯状片に一定の方向、すなわち切り起こし部を切り起こす方向のモーメントのみがかかり、帯状片と切り起こし部との境界部でねじれてしまう。

さらに、帯状片と切り起こし部とからなる熱交換部が板部上に複数配列されると、板部の全体にも捩れが現れるという不具合があった。この結果、熱交換部を提供する伝熱部材に望ましくない変形が現れ、所望の形状を高精度に実現することが困難であった。特に、微細な寸法の帯状片、切り起こし部を形成しようとした場合には、所望の形状を安定的に提供することが困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑み、所望の形状が安定的に得られる伝熱部材を提供することをひとつの目的とする。

また、生産性を向上させることができる伝熱部材およびそれを用いた熱交換器を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、薄板部材から形成され、流体中に置かれて流体との間で熱の授受を行う伝熱部材であって、帯状片（２ｄ）と、前記帯状片（２ｄ）の前記流体の流れ方向両端部にそれぞれ設けられており、同一の向きに切り起こされている切り起こし部（２ｃ）とを備えることを第１の特徴としている。

これにより、切り起こし部（２ｃ）を切り起こす際に、互いに相殺するような向きのモーメントが帯状片（２ｄ）に作用する。したがって、切り起こし部（２ｃ）を形成する際に、帯状片（２ｄ）と切り起こし部（２ｃ）との接合部（切り起こし部（２ｃ）の根元部）がねじれることを未然に防止できるので、熱交換部（２０）の加工精度を向上させることができる。この結果、所望の形状を安定的に得ることができる。さらに、生産性を向上させることが可能となる。

また、帯状片（２ｄ）とその両側に設けられた前記切り起こし部（２ｃ）とを有する熱交換部（２０）を複数個設けることができる。

また、本発明では、複数個の熱交換部（２０）において、切り起こし部（２ｃ）の先端部の帯状片（２ｄ）の板面からの高さである切り起こし高さ（Ｈ）が略同一寸法であることを第２の特徴としている。

これにより、全ての熱交換部（２０）において、上流側切り起こし部（２１ｃ）を切り起こす際にかかるモーメントと、下流側切り起こし部（２２ｃ）を切り起こす際にかかるモーメントの大きさを略同一にすることができる。したがって、切り起こし部（２ｃ）を形成する際に、帯状片（２ｄ）と切り起こし部（２ｃ）との接合部（切り起こし部（２ｃ）の根元部）がねじれることをより確実に防止できるので、熱交換部（２０）の加工精度をより向上させることができる。この結果、所望の形状をより安定的に得ることができる。さらに、生産性をより向上させることが可能となる。

また、本発明では、帯状片（２ｄ）とその両側に設けられた前記切り起こし部（２ｃ）とを有する複数個の熱交換部（２０）が前記流体の流れ方向に沿って複数個配列されており、流体流れ上流側に位置する前記熱交換部（２０）においてのみ、流体流れ上流側の切り起こし部（２１ｃ）の切り起こし高さ（Ｈ_１）が、流体流れ下流側の切り起こし部（２２ｃ）の切り起こし高さ（Ｈ_２）より高くなっていることを第３の特徴としている。

これにより、空気流れ上流側に位置する複数個の熱交換部（２０）のみに、他の切り起こし部（２ｃ）に比べて切り起こし高さ（Ｈ）が高い切り起こし部（２ｃ）が存在することとなるので、空気流れ上流側の流れを乱して熱伝達率を高め、かつ、空気流れ下流側にて過度に流れが乱れて圧力損失（通風抵抗）が増大することを防止できる。

また、帯状片（２ｄ）とその両側に設けられた切り起こし部（２ｃ）とを有する複数個の熱交換部（２０）が流体の流れ方向に沿って複数個配列されており、流体流れ上流側に位置する前記熱交換部（２０）が、流体流れ下流側の熱交換部（２０）より高い切り起こし高さをもった切り起こし部（２１ｃ）を有することを第４の特徴としている。

これにより、空気流れ上流側の流れを乱して熱伝達率を高め、かつ、空気流れ下流側にて過度に流れが乱れて圧力損失（通風抵抗）が増大することを防止できる。

また、切り起こし部（２ｃ）を、帯状片（２ｄ）の板面に対して直角に切り起こすことができる。

また、切り起こし部（２ｃ）の切り起こし角度を、４０度以上１２０度以下の範囲としてもよい。

また、本発明では、さらに、板部（２ａ）を備え、板部（２ａ）には帯状片（２ｄ）とその両側に設けられた切り起こし部（２ｃ）とを有する複数個の熱交換部（２０）が設けられ、複数個の熱交換部（２０）は、直線状に配置されるとともに、帯状片（２ｄ）の板面における所定の基準位置を中心にして対称に配置されていることを第５の特徴としている。

これにより、成形工程時に互いに相殺するような向きの折り曲げ力が連続的に薄板状の伝熱部材材料（１１）に作用する。したがって、切り起こし部（２ｃ）を形成する際に、伝熱部材材料（１１）が一方向に寄り集まってしまうように変形することを未然に防止できるので、帯状片（２ｄ）及び切り起こし部（２ｃ）のバラツキを小さく抑えることができる。この結果、生産性を向上させることができる。

また、本発明では、熱交換部（２０）のうち、流体流れ方向と平行な部分の寸法（Ｌ）に対する切り起こし高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）が、０．９以上１．２５以下の範囲であることを第６の特徴としている。

これにより、後述の図１１および図１２に示すように、熱交換性能を向上させつつ、生産性を向上させることが可能となる。

そして、熱交換部（２０）のうち、流体流れ方向と平行な部分の寸法（Ｌ）に対する切り起こし高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）を、０．９５以上１．２以下の範囲とすると、熱交換性能をより向上させつつ、生産性を向上させることが可能となる。

そして、熱交換部（２０）のうち、流体流れ方向と平行な部分の寸法（Ｌ）に対する切り起こし高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）を、１．０以上１．１５以下の範囲とすると、熱交換性能をより一層向上させつつ、生産性を向上させることが可能となる。

また、本発明では、切り起こし部（２ｃ）の切り起こし高さ（Ｈ）が、０．０２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲であり、流体流れ方向において隣り合う熱交換部（２０）間のピッチ寸法（Ｐ）が、０．０４ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下の範囲であることを第７の特徴としている。

これにより、後述の図７および図８に示すように、熱交換性能を向上させつつ、生産性を向上させることが可能となる。

そして、切り起こし部（２ｃ）の切り起こし高さ（Ｈ）を、０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下の範囲とし、流体流れ方向において隣り合う熱交換部（２０）間のピッチ寸法（Ｐ）を、０．２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下の範囲とすることで、熱交換性能をより向上させつつ、生産性を向上させることが可能となる。

そして、切り起こし部（２ｃ）の切り起こし高さ（Ｈ）を、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲とし、流体流れ方向において隣り合う熱交換部（２０）間のピッチ寸法（Ｐ）を、０．４ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲とすることで、熱交換性能をより一層向上させつつ、生産性を向上させることが可能となる。

また、熱媒体が流れるチューブ（１）と、チューブ（１）の外表面に設けられてチューブ（１）周りを流れる流体との熱交換面積を増大させるフィン（２）とを備える熱交換器において、フィン（２）を、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の伝熱部材とすることができる。

また、フィン（２）の厚さは具体的には、０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲とすることができる。

また、フィン（２）は具体的には、波状に成形されたコルゲートフィンで構成できる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図８に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器を車両用空調装置の放熱器に適用したものであって、図１は本第１実施形態による熱交換器、つまり放熱器の正面図である。

放熱器は、圧縮機から吐出された冷媒の熱を放熱させる蒸気圧縮式冷凍機の高圧側熱交換器である。放熱器は、冷媒凝縮器とも呼ばれる。二酸化炭素等を冷媒とする冷凍サイクルにおいては、吐出圧が冷媒の臨界圧力未満の場合には放熱器内で冷媒は凝縮しながら蒸発器にて吸熱した熱を放熱する。一方、吐出圧が冷媒の臨界圧以上の場合には放熱器内で冷媒は凝縮することなく、蒸発器にて吸熱した熱を放熱しながらその温度を低下させていく。

また、放熱器は、図１に示すように、冷媒が流れる複数本のチューブ１、チューブ１の外表面に接合されて空気との伝熱面積を増大させて冷媒と空気との熱交換を促進するフィン２、チューブ１の長手方向両端側にてチューブ１の長手方向と直交する方向に延びて各チューブ１と連通するヘッダタンク３、並びにチューブ１及びフィン２等からなるコア部の補強部材をなすサイドプレート（インサート）４等からなるものである。放熱器は、一方のヘッダタンク３に冷媒入口を有し、他方のヘッダタンク３に冷媒出口を有する。ヘッダタンク３内にセパレータを設けて、蛇行状の冷媒流れを提供して一方のヘッダタンクに冷媒入口と出口とを設けてもよい。なお、フィン２が、本発明の伝熱部材に相当している。

本実施形態では、チューブ１、フィン２、ヘッダタンク３及びサイドプレート４を全て金属（例えば、アルミニウム合金）として、これらの部材１〜４をろう付けにて接合している。

図２は本第１実施形態による熱交換器のフィン２を示す斜視図で、図３はその一部拡大斜視図である。図２および図３に示すように、フィン２は、板状の板部２ａ及び隣り合う板部２ａを所定距離話して位置づける頂部２ｂ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２ａは、熱交換流体としての空気の流れ方向に沿って広がる面を提供している。板部２ａは、平板によって提供されることができ、以下の説明では、平板部２ａとも称される。頂部２ｂは、狭い幅の平面を外側に面するように提供する平板状の頂板部を有する。頂板部と平板部２ａとの間には、ほぼ直角の曲げ部が設けられている。頂板部は、チューブ１に接合され、フィン２とチューブ１とが熱伝達可能に接合される。頂部２ｂは、その頂板部の幅が充分に狭く形成され、曲げ部が大きな半径をもって形成されると、全体として湾曲した湾曲部として見ることができる。よって、以下の説明では、頂部２ｂは湾曲部２ｂとも称される。この波状のコルゲートフィン２は本実施形態では、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。フィン２の湾曲部２ｂはチューブ１の扁平部（平面部）にろう付けされている。

図４は図２のＩＶ−ＩＶ断面図で、図５はその一部拡大断面図である。図２〜図５に示すように、フィン２の平板部２ａには、平板部２ａの一部を直角に切り起こして、複数個の切り起こし部２ｃが形成されている。複数の切り起こし部２ｃが形成される結果、平板部２ａには、複数のスリット状開口が開設される。ひとつひとつの切り起こし部２ｃは、フィン２の基部である平板部２ａから明らかに立ち上がっていると認識されうる高さをもっている。この切り起こし部２ｃの高さは、切り起こし部２ｃの幅とも呼ばれる。複数の切り起こし部２ｃは、同じ高さをもっている。ひとつのスリット状開口は、平板部２ａにＨ型の切込みを入れ、そこを一方から押し開くことによって形成される。よって、ひとつのスリット状開口の両側に、２つのルーバ２０に属する２つの切り起こし部２ｃが設けられる。これら２つの切り起こし部２ｃは、平板部２ａの材料を折り曲げて形成されるため、これら２つの切り起こし部２ｃの高さの合計は、それらの間に開設されたスリット状開口の幅にほぼ等しい。

各々の切り起こし部２ｃは、細長い長方形であって、帯状と呼びうる形状である。各々の切り起こし部２ｃは、フィン２の高さ方向に沿って、すなわち空気流れ方向と交差する方向に沿って延びて形成されている。本実施形態では、それぞれの切り起こし部２ｃは、フィン２の高さ方向と平行に、すなわち空気流れ方向と直角に交差する方向に沿って延在している。この実施形態では、切り起こし部２ｃは、平板部２ａの高さ方向のほぼ全高さに渡って延びている。すなわち、切り起こし部２ｃは、平板部２ａの一方の曲げ部に近接した位置から、他方の曲げ部の近接した位置まで形成されている。この結果、スリット状開口も平板部２ａの全高さに渡って延びている。ここで、「直角に切り起こす」とは、具体的には、平板部２ａの一部を平板部２ａの板面に対して９０°の角度で切り起こすことであるが、切り起こし部２ｃの切り起こし角度を９０°より微小量増減した９０°付近の角度にしてもよい。

この切り起こし部２ｃにフィン２、つまり平板部２ａの表面を流れる空気を衝突させて平板部２ａの表面を流れる空気の流れを乱してフィン２と空気との熱伝達率を増大させる。従って、切り起こし部２ｃは空気流れの衝突壁としての役割を果たす。

ここで、フィン２の平板部２ａのうち、切り起こし部２ｃの根元部と連なる平板部を帯状片２ｄと称する。帯状片２ｄの空気流れ方向両端部には、切り起こし部２ｃが１つずつ形成されている。すなわち、帯状片２ｄの空気流れ方向両端部には、それぞれ切り起こし部２が連続的に繋がっている。このとき、帯状片２ｄの両端部に設けられる２つの切り起こし部２ｃは、同一の向きに切り起こされている。

本実施形態では、２つの切り起こし部２ｃは、スリッ片２ｄの両側から、スリット片２ｄの片面側に向けて延び出している。すなわち、ひとつのスリット片２ｄに属するひとつの切り起こし部２ｃが延び出す方向と、他の切り起こし部２ｃが延び出す方向とは同一の向きである。このような形状は、ひとつのスリット片２ｄに繋がる２つの切り起こし部２ｃのうち、一方を時計回転方向に折り曲げ、他方を反時計回転方向に折り曲げて形成されうる。

このため、帯状片２ｄと、帯状片２ｄの両端部に連続的に繋がっている二つの切り起こし部２ｃとにより略Ｕ字状あるいはブラケット状と呼びうる断面形状が形成される。なお、以下、フィン２における帯状片２ｄと二つの切り起こし部２ｃとからなる断面略Ｕ字形状の部位をルーバ２０という。本実施形態では、ひとつの平板部２ａ上に形成されたすべての切り起こし部２ｃが同一方向に向けて延び出している。

この実施形態では、複数の切り起こし部２ｃの端部が、平板部２ａの両側それぞれにおいて列をなして並んでいる。このため、平板部２ａの両側において平板部２ａの剛性が高められ、切り起こし２ｃが設けられない頂部２ｂとの剛性の差を顕著なものとしている。このような剛性の差は、曲げ部において鋭い曲げを可能としている。

複数のルーバ２０、すなわち複数の切り起こし部２ｃは、互いに平行に延びるように形成されている。そして、複数のルーバ２０は、空気流れと次々と衝突するように空気流れ方向に沿って並べて配置されているとともに、平板部２ａの板面における所定の基準位置Ｃを中心にして対称に配置されている。具体的には、空気の流れ方向において、平板部２ａの上流側と下流側とを基準位置Ｃにて２等分したとき、上流側の切り起こし部２ｃの個数と下流側の切り起こし部２ｃの個数とを同一個数とするとともに、全ての切り起こし部２ｃの先端部の平板部２ａの板面からの高さ（以下、切り起こし高さＨという）を等しくしている。

以上の説明では、ひとつのスリット片２ｄの両側に切り起こし部２ｃが形成されているものとして説明した。フィン２は、空気流れ方向の上流端と、中央部と、下流端とに、スリット片２ｄより充分に幅が大きい２つの端部平板部とひとつの中間平板部とを有している。これら幅広平板部から延び出す切り起こし部２ｃも、スリット片２ｄに属する切り起こし部２ｃと同じ形状をもっている。これらの形状も考慮して、この実施形態に採用されている複数の切り起こし部２ｃは、ひとつのスリット状開口の両側に設けられていると見ることもできる。この実施形態では、すべてのスリット状開口の両側のそれぞれに切り起こし部２ｃが形成されている。よって、２つのスリット状開口の間に設けられるすべてのスリット片２ｄには、その幅にかかわらず、同一方向に向けて延び出す２つの切り起こし部２ｃが形成されている。

次に、フィン２の製造方法の概略を述べる。図６はローラ成形装置の模式図であり、材料ロール（アンコイラ）１０から取り出された薄板状のフィン材料１１は、フィン材料１１に所定の張力を与えるテンション装置１２により張力が与えられる。

このテンション装置１２は、重力によって一定の張力をフィン材料１１に与えるウエイトテンション部１２ａと、フィン材料１１の進行とともに回転するローラ１２ｂ及びこのローラ１２ｂを介してフィン材料１１に所定の張力を与えるバネ手段１２ｃからなるローラテンション部１２ｄとから構成されている。

なお、テンション装置１２によってフィン材料１１に所定の張力を与えるのは、後述するフィン成形装置１３によって折り曲げ成形されたフィンのフィン高さを一定に保持するためである。

フィン成形装置１３は、テンション装置１２によって所定の張力が与えられたフィン材料１１を折り曲げて多数個の湾曲部２ｂ（図２参照）を形成してフィン材料１１を波状にするとともに、平板部２ａに相当する部位に切り起こし部２ｃを形成するものである。

そして、このフィン成形装置１３は、一対の歯車状の成形ローラ１３ａと、成形ローラ１３ａの歯面に設けられ、切り起こし部２ｃを形成するカッタ（図示せず）とから構成されており、フィン材料１１が一対の成形ローラ１３ａ間を通過する際に成形ローラ１３ａの歯部１３ｂに沿うように折り曲げられて波状に成形されるとともに、切り起こし部２ｃが形成される。

切断装置１４は、１つのフィン２に湾曲部２ｂが所定の数だけ有するようにフィン材料１１を所定長さに切断するもので、所定長さに切断されたフィン材料１１は、送り装置１５によって後述する矯正装置１６に向けて送られる。

なお、この送り装置１５は、フィン成形装置１３にて形成された隣り合う湾曲部２ｂ間距離と略等しい基準ピッチを有する一対の歯車状の送りローラ１５ａから構成されている。ここで、波形状に曲げ成形されたコルゲートフィン２において隣り合う湾曲部２ｂ間距離は一般にフィンピッチＰｆと称される。このフィンピッチＰｆは、図４のフィン断面図に示すように、隣り合う平板部２ａ間距離の２倍の寸法となる。

フィン２の仕上がり状態におけるフィンピッチＰｆ（隣り合う湾曲部２ｂ間距離）を小さくする場合、成形ローラ１３ａの圧力角を大きし、フィンピッチＰｆを大きくする場合は、圧力角を小さくする。なお、このとき、成形ローラ１３ａと送りローラ１５ａとのモジュールの相違が、１０％以内であれば、送りローラ１５ａを変更することなくフィンの成形をすることができる。

矯正装置１６は、湾曲部２ｂの尾根方向に対して略直角方向から湾曲部２ｂを押圧して湾曲部２ｂの凹凸を矯正する矯正装置であり、この矯正装置１６は、フィン材料１１を挟んでフィン材料１１の進行とともに従動的に回転する一対の矯正ローラ１６ａ、１６ｂから形成されている。なお、矯正ローラ１６ａ、１６ｂは、矯正ローラ６ａ、６ｂの回転中心を結ぶ線が、フィン材料１１の進行方向に対して直角となるように配置されている。

ブレーキ装置１７は、複数個の湾曲部２ｂに接してフィン材料１１の進行方向反対側に向けて摩擦力を発生するブレーキ面１７ａ、１７ｂを有するブレーキ装置であり、このブレーキ装置１７は、矯正装置１６よりフィン材料１１の進行方向側に配置されて、送り装置１５が発生する送り力と、ブレーキ面１７ａ、１７ｂで発生する摩擦力とによって、フィン材料１１の湾曲部２ｂが互いに接するようにフィン材料１１を押し縮めるものである。

また、ブレーキ面１７ａが形成されたブレーキシュー１７ｃは、一端側は回転可能に支持されており、他端側には摩擦力調節機構をなすバネ部材１７ｄが配置されている。そして、ブレーキ面１７ａ、１７ｂで発生する摩擦力は、このバネ部材１７ｄの撓み量を調節することにより調整される。なお、ブレーキシュー１７ｃ及びブレーキ面１７ｂを形成するプレート部１７ｅは、耐磨耗性に優れた材料、例えばダイス鋼である。

次に、本実施形態によるフィン成形装置の作動をフィン成形装置内で行われる工程順に述べる。

材料ロール１０からフィン材料１１を引き出し（引出工程）、引き出したフィン材料１１に対して、フィン材料１１の進行方向に所定張力を与える（テンション発生工程）。そして、フィン成形装置１３にてフィン材料１１に湾曲部２ｂ及び切り起こし部２ｃを成形し（フィン成形工程）、切断装置１４にて所定長さに切断する（切断工程）。

次に、送り装置１５にて所定長さに切断されたフィン材料１１を矯正装置１６に向けて送り出し（送り工程）、矯正装置１６にて湾曲部２ｂを押圧して凹凸を矯正する（矯正工程）とともに、ブレーキ装置１７にて隣り合う湾曲部２ｂが互いに接するようにフィン材料１１を縮める（縮め工程）。

そして、縮め工程を終えたフィン材料１１は、自身の弾性力により伸びて所定のフィンピッチＰｆとなり、寸法検査等の検査工程を経てコルゲートフィンの成形が終了する。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

本実施形態では、切り起こし部２ｃは帯状片２ｄの空気流れ方向両側に同一の向きに設けられているので、切り起こし部２ｃを形成する際に、互いに相殺するような向きのモーメントが帯状片２ｄに作用する。

したがって、帯状片２ｄと切り起こし部２ｃとの境界部（切り起こし部２ｃの根元部）がねじれることを未然に防止できるので、ルーバ２０の加工精度を向上させることができる。この結果、所望の形状を安定的に得ることができるとともに、フィン２の生産性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、全てのルーバ２０において、切り起こし部２ｃの切り起こし高さＨは略同一寸法になっているので、全ての帯状片２ｄにおいて、上流側切り起こし部２１ｃを切り起こす際にかかるモーメントと、下流側切り起こし部２２ｃを切り起こす際にかかるモーメントの大きさが略同一になる。

したがって、切り起こし部２ｃを形成する際に、帯状片２ｄと切り起こし部２ｃとの境界部がねじれることをより確実に防止できるので、帯状片２ｄ及び切り起こし部２ｃの加工精度をより向上させることができる。この結果、フィン２の生産性をより向上させることができる。

さらに、本実施形態では、複数のルーバ２０は所定の基準位置Ｃを中心にして対称に配置されているので、フィン成形工程時に互いに相殺するような向きの折り曲げ力が連続的に薄板状のフィン材料１１に作用する。

したがって、切り起こし部２ｃを形成する際に、フィン材料１１が一方向に寄り集まってしまうように変形することを未然に防止できるので、帯状片２ｄ及び切り起こし部２ｃのバラツキを小さく抑えることができる。この結果、フィン２の生産性をより一層向上させることが可能となる。

さらに、帯状片２ｄの空気流れ方向両側を切り起こしているので、ルーバ２０成形時にフィン材料１１を切り抜くことなく、隣り合うルーバ２０間の間隔を確保することができる。このため、フィン材料１１の歩留まり性を確保することが可能となる。

さらに、帯状片２ｄの空気流れ方向両側を切り起こすことで、切り起こし部２ｃの高さを抑えつつ、隣り合うルーバ２０間の間隔を大きくすることができる。したがって、圧力損失（通風抵抗）が増大することを防止しつつ、乱流促進効果を高めて熱伝達率を高めることができるため、熱交換性能を向上させることが可能となる。

なお、本発明者等の検討によると、フィン２の厚みを０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍとすることが望ましい。

ところで、図７はルーバ２０間のピッチ寸法Ｐと熱交換性能との関係を示す数値シミュレーション結果であり、図８は切り起こし高さＨと熱交換性能との関係を示す数値シミュレーション結果である。

ここで、ルーバ２０間のピッチ寸法Ｐは図５に示すように、空気の流れ方向において、隣り合うルーバ２０間の距離を示す寸法であり、切り起こし高さＨは、ルーバ２０のうち空気の流れ方向と直交する方向と平行な部分の寸法と等しい。また、熱交換性能は、熱伝達率と伝熱面積との積に基づいて決定されるものである。

図７および図８から明らかなように、切り起こし高さＨ（図５参照）を０．０２ｍｍ〜０．４ｍｍとし、かつ、切り起こし部２ｃ間のピッチ寸法Ｐ（図５参照）を０．０４ｍｍ〜０．７５ｍｍとすれば、熱交換性能が向上することがわかる。

さらに、切り起こし高さＨを０．１ｍｍ〜０．３５ｍｍとし、かつ、切り起こし部２ｃ間のピッチ寸法Ｐを０．２ｍｍ〜０．７ｍｍとすれば、熱交換性能がより向上することがわかる。また、切り起こし高さＨを０．２〜０．３ｍｍとし、かつ、切り起こし部２ｃ間のピッチ寸法Ｐを０．４〜０．６ｍｍとすれば、熱交換性能がより一層向上することがわかる。なお、切り起こし高さＨは、図５に明示するようにフィン２の厚みを含む高さ寸法である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

この実施形態では、ひとつの板部２ａに形成された複数のルーバ２０は、空気流れの上流側に位置する複数のルーバ２０を含む上流ルーバ群と、空気流れの下流側に位置する複数のルーバを含む下流ルーバ群に二分されている。下流ルーバ群に属するルーバ２０の形状は上流ルーバ群と板面における所定の基準位置Cを中心にして対称に配置されている。

図９は、本第２実施形態による空気流れ上流側に位置する上流ルーバ群に属するルーバ２０を示すフィン部断面図である。図９に示すように、本実施形態では、空気流れ上流側に位置する複数個のルーバ２０においてのみ、空気流れ上流側の切り起こし部２ｃ（以下、上流側切り起こし部２１ｃという）の切り起こし高さＨ_１を、空気流れ下流側の切り起こし部２ｃ（以下、下流側切り起こし部２２ｃという）の切り起こし高さＨ_２より高くしている。

これにより、空気流れ上流側に位置する複数個のルーバ２０に、その他の切り起こし部２ｃに比べて切り起こし高さＨが高い切り起こし部２ｃが存在することとなるので、空気流れ上流側の流れを乱して熱伝達率を高め、かつ、空気流れ下流側にて過度に流れが乱れて圧力損失（通風抵抗）が増大することを防止できる。

なお、空気流れ下流側に位置する複数個のルーバ２０の上流側切り起こし部２１ｃの切り起こし高さＨ_１を高くして乱流効果を高めても、熱交換すべきフィン２が残り少ないので、乱流効果による熱伝達率の増大に比べて、圧力損失（通風抵抗）の増大による熱交換量の減少量の方が大きくなり、熱交換効率が悪化する可能性が高い。

また、第２実施形態では、空気流れ上流側に位置する複数個のルーバ２０において、上流側切り起こし部２１ｃの切り起こし高さＨ_１を、下流側切り起こし部２２ｃの切り起こし高さＨ_２より高くしているので、空気流れ上流側のルーバ２０と空気流れ下流側のルーバ２０とが完全な意味では対称の関係になっていないが、空気流れ上流側のルーバ２０と空気流れ下流側のルーバ２０がともに略Ｕ字状の断面形状を形成している点で共通し、略対称な関係を構成するので、第２実施形態による切り起こし部２ｃの配置形態も本発明で言うところの「対称に配置されている」ことになる。

なお、第１、第２実施形態では、空気流れ上流側のルーバ２０と空気流れ下流側ルーバ２０の個数をともに同数に設定しているが、空気流れ上流側のルーバ２０と空気流れ下流側のルーバ２０の個数を僅少数（例えば１個）ずらしても、本発明で言うところの「対称的な関係」に包含される。

さらに、本実施形態では、複数のルーバ２０は所定の基準位置Ｃを中心にして対称に配置されているので、フィン成形工程時に互いに相殺するような向きの折り曲げ力が連続的に薄板状のフィン材料１１に作用する。

したがって、切り起こし部２ｃを形成する際に、フィン材料１１が一方向に寄り集まってしまうように変形することを未然に防止できるので、スリット片２ｄ及び切り起こし部２ｃのバラツキを小さく抑えることができる。この結果、フィン２の生産性をより一層向上させることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図９に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

この実施形態では、ひとつの板部２ａに形成された複数のルーバ２０は、空気流れの上流側に位置する複数のルーバ２０を含む上流ルーバ群と、空気流れの下流側に位置する複数のルーバを含む下流ルーバ群に二分されている。下流ルーバ群に属するルーバ２０の形状は第１実施形態のルーバと同じである。

図９は、本第３実施形態による空気流れ上流側に位置する上流ルーバ群に属するルーバ２０を示すフィン部断面図である。図９に示すように、本実施形態では、空気流れ上流側に位置する複数個のルーバ２０においてのみ、空気流れ上流側の切り起こし部２ｃ（以下、上流側切り起こし部２１ｃという）の切り起こし高さＨ_１を、空気流れ下流側の切り起こし部２ｃ（以下、下流側切り起こし部２２ｃという）の切り起こし高さＨ_２より高くしている。

下流ルーバ群に属するルーバ２０は、上流側切り起こし部の高さと、下流側切り起こし部の高さとが、ともにＨであって、同じである。よって、上流ルーバ群に属するルーバ２０が、下流ルーバ群に属するルーバ２０より高い切り起こし高さをもった切り起こし部（２１ｃ）を有する。この実施形態では、Ｈ１＞Ｈ＞Ｈ２とされている。高さHと高さＨ２とはほぼ等しくすることができる。さらに、Ｈ１+Ｈ２＞２×Ｈに設定してもよい。

これにより、空気流れ上流側に位置する複数個のルーバ２０に、その他の切り起こし部２ｃに比べて切り起こし高さＨが高い切り起こし部２ｃが存在することとなるので、空気流れ上流側の流れを乱して熱伝達率を高め、かつ、空気流れ下流側にて過度に流れが乱れて圧力損失（通風抵抗）が増大することを防止できる。

なお、空気流れ下流側に位置する複数個のルーバ２０の上流側切り起こし部２１ｃの切り起こし高さＨ_１を高くして乱流効果を高めても、熱交換すべきフィン２が残り少ないので、乱流効果による熱伝達率の増大に比べて、圧力損失（通風抵抗）の増大による熱交換量の減少量の方が大きくなり、熱交換効率が悪化する可能性が高い。

また、上流ルーバ群に属する一部のルーバにのみ、下流ルーバ群に属するルーバの切り起こし高さより高い切り起こし部を採用してもよい。さらに、上流ルーバ群の平均的な切り起こし高さが、下流ルーバ群の平均的な切り起こし高さより高くなるように切り起こし高さを設定してもよい。

また、第３実施形態では、空気流れ上流側に位置する複数個のルーバ２０において、上流側切り起こし部２１ｃの切り起こし高さＨ_１を、下流側切り起こし部２２ｃの切り起こし高さＨ_２より高くしているので、空気流れ上流側のルーバ２０と空気流れ下流側のルーバ２０とが完全な意味では対称の関係になっていないが、空気流れ上流側のルーバ２０と空気流れ下流側のルーバ２０がともに略Ｕ字状の断面形状を形成している点で共通し、略対称な関係を構成するので、第３実施形態による切り起こし部２ｃの配置形態も本発明で言うところの「対称に配置されている」ことになる。

なお、第１、第２実施形態では、空気流れ上流側のルーバ２０と空気流れ下流側ルーバ２０の個数をともに同数に設定しているが、空気流れ上流側のルーバ２０と空気流れ下流側のルーバ２０の個数を僅少数（例えば１個）ずらしても、本発明で言うところの「対称的な関係」に包含される。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１０〜図１２に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図１０は第４実施形態を説明するためのフィン断面図であって、上流側切り起こし部２１ｃの切り起こし高さ（以下、上流側切り起こし高さＨ_１という）を０．０２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲としている。また、切り起こし部２ｃと、切り起こし部２ｃの根元部と連続的に繋がっている帯状片２ｄとからなるルーバ２０間のピッチ寸法Ｐを０．０２ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下の範囲としている。なお、本実施形態では、下流側切り起こし部２２ｃの切り起こし高さＨ_２は、上流側切り起こし高さＨ_１と等しくなっている。

切り起こし部２ｃは、平板部２ａから切り起こしているので、熱交換部２ｅのうち空気の流れ方向と平行な部分（帯状片２ｄ）の寸法Ｌ（図７参照）は、上流側切り起こし高さＨ_１およびルーバ２０間のピッチＰに応じて変化する。

そこで、空気の流れ方向と平行な部分の寸法Ｌに対する上流側切り起こし高さＨ_１（つまりルーバ２０のうち空気の流れ方向と直交する方向と平行な部分の寸法Ｈ_１）の比（＝Ｈ_１／Ｌ）と熱交換性能との関係をまとめると、図１１に示すようになる。

図１１から明らかなように、ルーバ２０のうち、空気の流れ方向と平行な部分の寸法Ｌに対する上流側切り起こし高さＨ_１の比（＝Ｈ_１／Ｌ）を０．９以上１．２５以下の範囲とすることにより、高い熱交換性能を得ることができる。

因みに、空気の流れ方向と平行な部分の寸法Ｌに対する上流側切り起こし高さＨ_１（つまりルーバ２０のうち空気の流れ方向と直交する方向と平行な部分の寸法Ｈ_１）の比（＝Ｈ_１／Ｌ）と圧力損失（通風抵抗）との関係をまとめると、図１２に示すようになる。

図１２から明らかなように、ルーバ２０のうち、空気の流れ方向と平行な部分の寸法Ｌに対する上流側切り起こし高さＨ_１の比（＝Ｈ_１／Ｌ）を１．２以下の範囲とすることにより、圧力損失（通風抵抗）を低減することができる。

したがって、熱交換性能および圧力損失（通風抵抗）を考慮すると、ルーバ２０のうち、空気流れ方向と平行な部分の寸法Ｌに対する上流側切り起こし高さＨ_１の比（＝Ｈ_１／Ｌ）を０．９以上１．２５以下の範囲、より好ましくは０．９５以上１．２以下の範囲、さらに好ましくは１．０以上１．１５以下の範囲とすることが望ましい。

（第５実施形態）
上述の各実施形態では、切り起こし部２ｃにて空気流れが蛇行することにより熱交換性能（熱伝達率）が向上するので、切り起こし部２ｃの切り起こし角度θは、前述した９０度付近の値に限定されるものではなく、空気流れが蛇行する程度の角度にて平板部２ａの一部が切り起こされていればよい。

そこで、第５実施形態においては、具体的には、切り起こし部２ｃの切り起こし角度θを４０度以上１４０度以下の範囲としている。したがって、ルーバ２０の断面形状は、Ｕ字状断面形状に限定されるものではなく、例えば図１１および図１２に示すような各種断面形状であってもよい。因みに、切り起こし部２ｃの切り起こし角度θとは、平板部２ａを切り起こす前の状態を基準として切り起こした角度を言う。

そして、図１３（ａ）は、上流側切り起こし部２１ｃおよび下流側切り起こし部２２ｃの切り起こし角度θをともに約４０度とした例である。図１３（ｂ）は、上流側切り起こし部２１ｃおよび下流側切り起こし部２２ｃの切り起こし角度θをともに約１４０度とした例である。

そして、図１３（ｃ）は、上流側切り起こし部２１ｃの切り起こし角度θを約９０度とし、下流側切り起こし部２２ｃの切り起こし角度θを約４０度とした例である。

また、図１４（ａ）は、切り起こし部２ｃと帯状片２ｄとの接合部および帯状片２ｄを平板部２ａに対して起こすように曲げた例である。図１４（ｂ）は、帯状片２ｄから切り起こし部２ｃまで滑らかな円弧状の曲面となるように切り起こし部２ｃを切り起こした例である。

そして、図１４（ｃ）は、上流側切り起こし部２１ｃの端部を空気流れ上流側に向かって曲げるとともに、下流側切り起こし部２２ｃの端部を空気流れ下流側に向かって曲げた例である。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、車両用空調装置の放熱器に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば車両用空調装置の暖房用ヒータコア、蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器や凝縮器、エンジン冷却水を冷却するラジエータ等の熱交換器にも本発明は適用することができる。

また、上記各実施形態では、フィン２を波状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば平板状に形成されたプレートフィン、針状に形成されたピンフィン等としてもよい。

また、上記各実施形態では、ルーバ２０、つまり切り起こし部２ｃは、平板部２ａにおいて、空気の流れ方向に１列に並んで形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば２列以上としてもよい。

また、複数の切り起こし部２ｃは、フィン２の高さ方向、すなわち空気流れ方向と直角方向に対して所定の角度をもって傾斜するように形成されてもよい。

また、上記各実施形態では、ルーバ２０は、フィン２の平板部２ａにおいて、複数個形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば１つとしてもよい。

第１実施形態による熱交換器の正面図である。 第１実施形態による熱交換器のフィン２を示す斜視図である。 図２に示すフィン２の部分斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図４の要部拡大断面図である。 第１実施形態によるローラ成形装置の模式図である。 ルーバ２０間のピッチ寸法Ｐと熱交換性能との関係を示す数値シミュレーション結果である。 切り起こし高さＨと熱交換性能との関係を示す数値シミュレーション結果である。 第２および第３実施形態による空気流れ上流側に位置するルーバ２０を示すフィン部断面図である。 切り起こした高さＨおよびルーバ２０間のピッチ寸法Ｐの定義を説明するフィン部断面図である。 ルーバ２０のうち空気流れ方向と平行な部分の寸法Ｌに対する上流側切り起こし高さＨ_１の比（＝Ｈ_１／Ｌ）と熱交換性能との関係をまとめたグラフである。 ルーバ２０のうち空気流れ方向と平行な部分の寸法Ｌに対する上流側切り起こし高さＨ_１の比（＝Ｈ_１／Ｌ）と圧力損失（通風抵抗）との関係をまとめたグラフである。 第５実施形態によるルーバ２０を示すフィン部断面図である。 第５実施形態によるルーバ２０を示すフィン部断面図である。

符号の説明

１…チューブ、２…フィン（伝熱部材）、２ａ…板部、２ｃ…切り起こし部、２ｄ…帯状片、２０…ルーバ（熱交換部）。

Claims (17)

1. 薄板部材から形成され、流体中に置かれて前記流体との間で熱の授受を行う伝熱部材であって、
   帯状片（２ｄ）と、前記帯状片（２ｄ）の前記流体の流れ方向両端部にそれぞれ設けられており、同一の向きに切り起こされている切り起こし部（２ｃ）とを備えることを特徴とする伝熱部材。
2. 前記帯状片（２ｄ）とその両側に設けられた前記切り起こし部（２ｃ）とを有する熱交換部（２０）を複数個有していることを特徴とする請求項１に記載の伝熱部材。
3. 前記切り起こし部（２ｃ）の先端部の前記帯状片（２ｄ）の板面からの高さである切り起こし高さ（Ｈ）が略同一寸法であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記帯状片（２ｄ）とその両側に設けられた前記切り起こし部（２ｃ）とを有する複数個の熱交換部（２０）が前記流体の流れ方向に沿って複数個配列されており、流体流れ上流側に位置する前記熱交換部（２０）においてのみ、流体流れ上流側の切り起こし部（２１ｃ）の切り起こし高さ（Ｈ_１）が、流体流れ下流側の切り起こし部（２２ｃ）の切り起こし高さ（Ｈ_２）より高く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つに記載の伝熱部材。
5. 前記帯状片（２ｄ）とその両側に設けられた前記切り起こし部（２ｃ）とを有する複数個の熱交換部（２０）が前記流体の流れ方向に沿って複数個配列されており、流体流れ上流側に位置する前記熱交換部（２０）が、流体流れ下流側の前記熱交換部（２０）より高い切り起こし高さをもった切り起こし部（２１ｃ）を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の伝熱部材。
6. 前記切り起こし部（２ｃ）は、前記帯状片（２ｄ）の板面に対して直角に切り起こされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の伝熱部材。
7. 前記切り起こし部（２ｃ）の切り起こし角度は、４０度以上１２０度以下の範囲であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の伝熱部材。
8. さらに、板部（２ａ）を備え、
   前記板部（２ａ）には前記帯状片（２ｄ）とその両側に設けられた前記切り起こし部（２ｃ）とを有する複数個の熱交換部（２０）が設けられ、前記複数個の熱交換部（２０）は、直線状に配置されるとともに、前記帯状片（２ｄ）の板面における所定の基準位置を中心にして対称に配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の伝熱部材。
9. 前記熱交換部（２０）のうち、流体流れ方向と平行な部分の寸法（Ｌ）に対する切り起こし高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）が、０．９以上１．２５以下の範囲であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の伝熱部材。
10. 前記熱交換部（２０）のうち、流体流れ方向と平行な部分の寸法（Ｌ）に対する切り起こし高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）が、０．９５以上１．２以下の範囲であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の伝熱部材。
11. 前記熱交換部（２０）のうち、流体流れ方向と平行な部分の寸法（Ｌ）に対する切り起こし高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｌ）が、１．０以上１．１５以下の範囲であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の伝熱部材。
12. 前記切り起こし部（２ｃ）の切り起こし高さ（Ｈ）が、０．０２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲であり、
    流体流れ方向において隣り合う前記熱交換部（２０）間のピッチ寸法（Ｐ）が、０．０４ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の伝熱部材。
13. 前記切り起こし部（２ｃ）の切り起こし高さ（Ｈ）が、０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下の範囲であり、
    流体流れ方向において隣り合う前記熱交換部（２０）間のピッチ寸法（Ｐ）が、０．２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の伝熱部材。
14. 前記切り起こし部（２ｃ）の切り起こし高さ（Ｈ）が、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲であり、
    流体流れ方向において隣り合う前記熱交換部（２０）間のピッチ寸法（Ｐ）が、０．４ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の伝熱部材。
15. 熱媒体が流れるチューブ（１）と、前記チューブ（１）の外表面に設けられて前記チューブ（１）周りを流れる流体との熱交換面積を増大させるフィン（２）とを備える熱交換器であって、
    前記フィン（２）は、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の伝熱部材であることを特徴とする熱交換器。
16. 前記フィン（２）の厚さが、０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器。
17. 前記フィン（２）は、波状に成形されたコルゲートフィンであることを特徴とする請求項１４または１５に記載の熱交換器。

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