JP2009299944A - 熱交換器および熱交換器用フィンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換性能を低下させることなく、通風抵抗を低減させることができる熱交換器および熱交換器用フィンの製造方法を提供する。
【解決手段】フィン２に気流方向Ｘ１と略平行な平面部２１を設け、平面部２１に、平面部２１に対して予め定めた捻り角度で捻られたルーバ２３を、気流方向Ｘ１に沿って複数設け、平面部２１の空気流れ上流側端部および下流側端部に、気流方向Ｘ１と略平行な上流側平面部２４および下流側平面部２５をそれぞれ設け、平面部２１に、気流方向Ｘ１と略平行になっており、ルーバ２３の捻り方向を反転する転向部２６を設け、上流側平面部２４の気流方向Ｘ１の長さをＬ１、下流側平面部２５の気流方向Ｘ１の長さをＬ２、転向部２６の気流方向Ｘ１の長さをＬ３、ルーバ２３のルーバピッチをＬｐとしたとき、Ｌｐ≦Ｌ３＜２Ｌｐの関係を満たすように構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気流れを乱流化して性能向上を図るフィンを備える熱交換器および熱交換器用フィンの製造方法に関するものである。

従来の熱交換器におけるフィンとして、空気の流通方向と略平行な平面部と、隣接する平面部間を繋ぐ頂部とを有するように波形状に形成されたコルゲートフィンが知られている。また、フィンの平面部に、平面部の一部を切り起こすことによりルーバを形成し、このルーバによる乱流効果にて流体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ている。

このようなルーバを備えるフィンにおいて、ルーバを小さくして高性能化を図ろうとすると、ルーバ間に空気が流れ難くなるという問題があった。

これに対し、隣接するルーバを空気流れ方向に対して垂直な方向にそれぞれ互い違いにずらして配設したフィンが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６３−１８９７９２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のフィンでは、ルーバ間に空気が流れ易くなるため熱交換性能を向上させることはできるが、同時に通風抵抗が増大する虞がある。

本発明は、上記点に鑑み、熱交換性能を低下させることなく、通風抵抗を低減させることができる熱交換器および熱交換器用フィンの製造方法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、フィン（２）は、薄板材料（１１）にローラ成形法を施すことにより波形状に成形されており、第２流体の流れ方向（Ｘ１）と略平行な平面部（２１）を有しており、平面部（２１）には、平面部（２１）に対して予め定めた捻り角度で捻られたルーバ（２３）が、第２流体の流れ方向（Ｘ１）に沿って複数設けられており、平面部（２１）の第２流体流れ上流側端部および下流側端部には、第２流体の流れ方向（Ｘ１）と略平行な上流側平面部（２４）および下流側平面部（２５）がそれぞれ設けられており、平面部（２１）には、第２流体の流れ方向（Ｘ１）と略平行になっており、ルーバ（２３）の捻り方向を反転する転向部（２６）が設けられており、上流側平面部（２４）の第２流体の流れ方向（Ｘ１）の長さをＬ１、下流側平面部（２５）の第２流体の流れ方向（Ｘ１）の長さをＬ２、転向部（２６）の第２流体の流れ方向（Ｘ１）の長さをＬ３、ルーバ（２３）のルーバピッチをＬｐとしたとき、Ｌｐ≦Ｌ３＜２Ｌｐの関係を満たしていることを特徴としている。

本発明者らは、転向部（２６）の第２流体の流れ方向の長さＬ３を短くして、ルーバ（２３）の枚数を増加させれば、熱交換効率を向上させることができると考えた。しかしながら、本発明者らの検討によると、転向部（２６）の長さＬ３が短すぎると、転向部（２６）と、転向部（２６）の第２流体流れ下流側に隣接するルーバ（２３）との間に形成される通路（２３０）に第２流体が流れ難くなる。このため、第２流体の流れが理想的なＶ字状に流れず、熱交換性能が十分に発揮されない。

一方、転向部（２６）の長さＬ３を長くすることで、第２流体流れが理想的なＶ字流れに近づく。さらに、転向部（２６）の長さＬ３を長くすることにより、転向部（２６）における第２流体流れの転向角度が大きくなるため、通風抵抗を低減することができる。

しかしながら、転向部（２６）の長さＬ３を長くすると、平面部（２１）における第２流体の流れ方向の長さＡが一定の場合、ルーバ（２３）の総枚数を減らす必要がでてくる。特に、ルーバ（２３）が転向部（２６）の第２流体流れ上流側と下流側とに同枚数ずつ配設されているフィン（２）の場合、転向部（２６）の長さＬ３がルーバピッチＬｐの２倍以上になると、ルーバ（２３）の総枚数を２枚減らさなければならなくなり、後述する図６に示すように、転向部（２６）の長さＬ３がルーバピッチＬｐの２倍より短いときと比較して熱交換性能が低下してしまう。

したがって、転向部（２６）の長さＬ３を、ルーバピッチＬｐ以上、ルーバピッチＬｐの２倍より小さい範囲内にすることで、熱交換性能を低下させることなく、通風抵抗を低減させることが可能となる。

また、請求項２に記載の発明では、チューブ（１）は、断面形状が扁平な長円形状に形成されており、複数のルーバ（２３）のうち第２流体流れ最上流側に配置される上流端ルーバ（２３ａ）は、上流側平面部（２４）に接続されており、複数のルーバ（２３）のうち第２流体流れ最下流側に配置される下流端ルーバ（２３ｂ）は、下流側平面部（２５）に接続されており、上流端ルーバ（２３ａ）および下流端ルーバ（２３ｂ）のルーバピッチは、それぞれ、複数のルーバ（２３）のうち上流端ルーバ（２３ａ）および下流端ルーバ（２３ｂ）を除くルーバ（２３）のルーバピッチの約半分の長さになっており、複数のルーバ（２３）のうち上流端ルーバ（２３ａ）および下流端ルーバ（２３ｂ）を除くルーバ（２３）のルーバピッチをＬｐ、チューブ（１）の断面短径方向の寸法をＢとしたとき、Ｌ１＋Ｌｐ／２≧Ｂ／２、かつ、Ｌ２＋Ｌｐ／２≧Ｂ／２の関係を満たしていることを特徴としている。

チューブ（１）の断面形状が扁平な長円形状に形成されている場合、チューブ（１）における第２流体の流れ方向（Ｘ１）の端部は断面円弧状になっている。このため、チューブ（１）における第２流体の流れ方向（Ｘ１）の長さと、フィン（２）における第２流体の流れ方向（Ｘ１）の長さ（Ａ）とが略同一の場合、後述する図３に示すように、フィン（２）は、第２流体の流れ方向（Ｘ１）の端部からＢ／２離れた部位においてチューブ（１）と接触する。

したがって、上流端ルーバ（２３ａ）が上流側平面部（２４）に接続されており、かつ、上流端ルーバ（２３ａ）のルーバピッチが、複数のルーバ（２３）のうち上流端ルーバ（２３ａ）および下流端ルーバ（２３ｂ）を除くルーバ（２３）のルーバピッチの約半分の長さになっている場合、Ｌ１＋Ｌｐ／２がＢ／２より小さいと、上流端ルーバ（２３ａ）とチューブ（１）との接触率が悪いため、熱伝導が十分に行われない。これにより、上流端ルーバ（２３ａ）における熱交換性能が低下してしまう。

同様に、下流端ルーバ（２３ｂ）が下流側平面部（２５）に接続されており、かつ、下流端ルーバ（２３ｂ）のルーバピッチが、複数のルーバ（２３）のうち上流端ルーバ（２３ａ）および下流端ルーバ（２３ｂ）を除くルーバ（２３）のルーバピッチの約半分の長さになっている場合、Ｌ２＋Ｌｐ／２がＢ／２より小さいと、下流端ルーバ（２３ｂ）とチューブ（１）との接触率が悪いため、熱伝導が十分に行われない。これにより、下流端ルーバ（２３ｂ）の熱交換性能が低下してしまう。

これに対し、Ｌ１＋Ｌｐ／２≧Ｂ／２、かつ、Ｌ２＋Ｌｐ／２≧Ｂ／２とすることで、上流端ルーバ（２３ａ）および下流端ルーバ（２３ｂ）の熱交換性能が低下することを抑制できる。

また、請求項３に記載の発明では、Ｌ１＋Ｌ２＜２Ｌｐであることを特徴としている。

ルーバ（２３）が転向部（２６）の第２流体流れ上流側と下流側とに同枚数ずつ配設されているフィン（２）の場合、上流側平面部（２４）および下流側平面部（２５）の第２流体の流れ方向（Ｘ１）の長さの合計、すなわちＬ１＋Ｌ２がルーバピッチＬｐの２倍以上になると、ルーバ（２３）の総枚数を２枚減らさなければならないので、熱交換性能が低下してしまう。

したがって、上流側平面部（２４）および下流側平面部（２５）の長さの合計Ｌ１＋Ｌ２を、ルーバピッチＬｐの２倍より小さくすることで、熱交換性能を低下させることなく、通風抵抗を低減させることが可能となる。

また、請求項４に記載の発明のように、Ｌ１＝０とすることで、１つの平面部（２１）に形成されるルーバ（２３）の総枚数を増加させることができるので、熱交換性能を向上させることが可能となる。

また、請求項５に記載の発明のように、Ｌ２＝０とすることで、１つの平面部（２１）に形成されるルーバ（２３）の総枚数を増加させることができるので、熱交換性能を向上させることが可能となる。

また、請求項６に記載の発明のように、フィン（２）における第２流体の流れ方向の長さ（Ｘ１）をＡとしたとき、Ｌｐ／Ａ≦０．０５の関係を満たしていてもよい。

また、請求項７に記載の発明では、平面部（２１）における流体の流れ方向（Ｘ１）の略中央部を除く部位に、平面部（２１）に対して予め定めた捻り角度で捻られたルーバ（２３）を、流体の流れ方向（Ｘ１）に沿って複数設ける工程と、平面部（２１）おける流体の流れ方向（Ｘ１）の略中央部をストリッパ部（２６）として構成し、当該ストリッパ部（２６）において薄板材料（１１）を成形ローラ（１３ａ）から剥がす工程とを備えることを特徴としている。

これによれば、薄板材料（１１）を成形ローラ（１３ａ）から剥がすために平面部（２１）における流体の流れ方向（Ｘ１）の両端部に従来設けられていたストリッパ部の流体の流れ方向（Ｘ１）の長さが小さい、もしくは無い場合であっても、薄板材料（１１）を成形ローラ（１３ａ）から剥がすことができる。これにより、薄板材料（１１）が成形ローラ（１３ａ）に巻き付いてしまうことを防止できる。このとき、平面部（２１）に従来設けられていたストリッパ部の長さを小さくした、もしくは無くした分だけルーバ（２３）の枚数を増やすことができるので、熱交換性能を向上させることが可能となる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。

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）
本発明の第１実施形態について図１〜図６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、水冷式内燃機関（以下、エンジンともいう）を冷却するラジエータに適用したものである。

図１は、本第１実施形態に係るラジエータを示す正面図である。図１に示すように、ラジエータは、第１流体としての冷却水が流れる管であるチューブ１を備えている。チューブ１は、第２流体としての空気の流れ方向（以下、気流方向Ｘ１という）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１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１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２が接合されており、このフィン２により空気との伝熱面積を増大させて冷却水と空気との熱交換を促進している。なお、以下、チューブ１およびフィン２からなる略矩形状の熱交換部をコア部３と呼ぶ。

ヘッダタンク４は、チューブ１の長手方向（以下、チューブ長手方向Ｘ２という）の端部（本実施形態では、上下端）にてチューブ長手方向Ｘ２と直交する方向（本実施形態では、水平方向）に延びて複数のチューブ１と連通するもので、このヘッダタンク４は、チューブ１が挿入接合されたコアプレート４ａと、コアプレート４ａとともにタンク内空間を構成するタンク本体部４ｂ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４ａは金属（例えば、アルミニウム合金）製であり、タンク本体部４ｂは樹脂製である。また、コア部３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３を補強するインサート５が設けられている。

二つのヘッダタンク４のうち、上方側に配置されるとともに、チューブ１に冷却水を分流する入口側タンク４１のタンク本体部４ｂには、エンジンを冷却した冷却水をタンク本体部４ｂ内に流入させる入口パイプ４ｃが設けられている。また、二つのヘッダタンク４のうち、下方側に配置されるとともに、チューブ１から流出する冷却水を集合する出口側タンク４２のタンク本体部４ｂには、空気との熱交換により冷却された冷却水をエンジンに向けて流出させる出口パイプ４ｄが設けられている。

図２は、本第１実施形態におけるフィン２を示す拡大斜視図である。図２に示すように、フィン２は、板状の板部２１、および隣り合う板部２１を所定距離離して位置づける頂部２２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２１は、気流方向Ｘ１に沿って広がる面を提供している。板部２１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２１とも称される。

頂部２２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。頂板部と平面部２１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２２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２２は湾曲部２２とも称される。

この波状のフィン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２２はチューブ１の扁平面にろう付けされている。

図３は本第１実施形態におけるチューブ１およびフィン２をチューブ長手方向から見た断面図で、図４は図２のＡ−Ａ断面図である。
図３および図４に示すように、フィン２の平面部２１には、平面部２１を切り起こすことにより鎧窓状のルーバ２３が一体形成されている。ルーバ２３は、チューブ１の積層方向Ｘ３（以下、チューブ積層方向Ｘ３という）から見たとき、平面部２１に対して予め定めた角度（以下、捻り角度という）で捻られており、気流方向Ｘ１に沿って平面部２１に複数設けられている。そして、隣接するルーバ２３間には、ルーバ間通路２３０が形成されている。

本実施形態では、ひとつの平面部２１に形成された複数のルーバ２３は、冷却用空気流れ上流側に位置する複数のルーバ２３を含む上流ルーバ群と、冷却用空気流れ下流側に位置する複数のルーバ２３を含む下流ルーバ群に二分されている。そして、上流ルーバ群に属するルーバ２３の捻り方向と、下流ルーバ群に属するルーバ２３の捻り方向とが異なっている。

平板部２１の空気流れ上流側の端部は、ルーバ２３が形成されていない上流側平面部２４となっている。同様に、平板部２１の空気流れ下流側の端部は、ルーバ２３が形成されていない下流側平面部２５となっている。

平板部２１の気流方向Ｘ１における略中央部、すなわち上流ルーバ群と下流ルーバ群との間は、ルーバ２３の捻り方向、すなわち空気流れ方向が反転する転向部２６として構成されている。この転向部２６には、ルーバ２３が形成されていない。また、転向部２６は、後述するフィン２の製造工程においてフィン材料１１を成形ローラ１３ａから剥がすためのストリッパ部として機能するようになっている。

複数のルーバ２３のうち空気流れ最上流側に配置される上流端ルーバ２３ａは、上流側平面部２４に接続されている。また、複数のルーバ２３のうち空気流れ最下流側に配置される下流端ルーバ２３ｂは、下流側平面部２５に接続されている。

次に、フィン２の製造方法の概略を述べる。図５は本第１実施形態における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。なお、フィン材料１１が、本発明の薄板材料に相当している。

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２２を形成してフィン材料１１を波状にするとともに、平面部２１に相当する部位にルーバ２３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、ルーバ２３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、ルーバ２３が形成される。

切断装置１４は、１つのフィン２に湾曲部２２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２２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フィン２において隣り合う湾曲部２２間距離は一般にフィンピッチＰｆと称される。

矯正装置１６は、湾曲部２２の尾根方向に対して略直角方向から湾曲部２２を押圧して湾曲部２２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１６ａ、１６ｂ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２２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２２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２２およびルーバ２３を成形した後（フィン成形工程）、ルーバ２３が形成されていない転向部２６においてフィン材料１１を成形ローラ１３ａから剥がし（フィン剥がし工程）、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２２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フィン２の成形が終了する。

ここで、上記構成になる本実施形態のフィン２について、上流側平面部２４の気流方向Ｘ１の長さ（以下、上流側平面部２４の長さＬ１という）、下流側平面部２５の気流方向Ｘ１の長さ（以下、下流側平面部２５の長さＬ２という）、および転向部２６の気流方向Ｘ１の長さ（以下、転向部２６の長さＬ３という）を変更した場合のフィン２の放熱性能の変化を求めて、フィン２の最適仕様の検討を行った。

本実施形態のフィン２は、図４に示すように、ルーバ２３が転向部２６の空気流れ上流側と下流側とに同枚数ずつ配設されている。また、複数のルーバ２３は、平面部２１の空気流れ方向の中心線に対して対称に配置されている。

１つの平面部２１には、ルーバピッチの異なる二種類のルーバ２３が複数枚ずつ設けられている。ここで、二種類のルーバ２３のうち、ルーバピッチの大きいルーバを第１ルーバ２３１といい、第１ルーバ２３１よりルーバピッチの小さいルーバを第２ルーバ２３２という。第１ルーバ２３１は、第２ルーバ２３２より転向部２６に近い側に配置されている。

また、第１ルーバ２３１のルーバピッチをＬｐ₁とし、第２ルーバ２３２のルーバピッチをＬｐ₂としたとき、上流端ルーバ２３ａおよび下流端ルーバ２３ｂのルーバピッチは、それぞれ、第２ルーバ２３２のルーバピッチＬｐ₂の半分の長さ（Ｌｐ₂／２）になっている。また、フィン２の平面部２１の気流方向Ｘ１の長さをＡとしたとき、本実施形態では、Ｌｐ₂／Ａ≦０．０５となっている。

ところで、本発明者らは、転向部２６の長さＬ３を短くして、ルーバ２３の枚数を増加させれば、フィン２の熱交換効率を向上させることができると考えた。しかしながら、転向部２６の長さＬ３が短すぎると、転向部２６と、転向部２６の空気流れ下流側に隣接するルーバ２３との間に形成されるルーバ間通路２３０に空気が流れ難くなる。このため、空気流れが理想的なＶ字状に流れず、放熱性能が十分に発揮されない。

一方、転向部２６の長さＬ３を長くすることで、フィン２内の空気流れがＶ字状に近づく。さらに、転向部２６の長さＬ３を長くすることにより、転向部２６における空気流れの転向角度が大きくなるため、通風抵抗を低減することができる。

図６は、転向部２６の長さＬ３と放熱性能との関係を示す特性図である。図６に示すように、上流ルーバ群に属するルーバ２３の枚数と下流ルーバ群に属するルーバ２３の枚数がともに６枚である場合、転向部２６の長さＬ３を長くする程、放熱性能が向上する。そして、転向部２６の長さＬ３が、１つの平面部２１に形成される複数のルーバ２３のうち最もルーバピッチの小さいルーバ（本実施形態では第２ルーバ２３２）のルーバピッチＬｐ₂以上となると、上流ルーバ群に属するルーバ２３の枚数と下流ルーバ群に属するルーバ２３の枚数がともに７枚である場合より、放熱性能を向上させることができる。

しかしながら、転向部２６の長さＬ３を第２ルーバ２３２のルーバピッチＬｐ₂の２倍以上にするためには、上流ルーバ群に属するルーバ２３の枚数と下流ルーバ群に属するルーバ２３の枚数をともに１枚ずつ減らす必要がある。すなわち、上流ルーバ群に属するルーバ２３の枚数と下流ルーバ群に属するルーバ２３の枚数をともに５枚としなくてはならない。このとき、上流ルーバ群に属するルーバ２３の枚数と下流ルーバ群に属するルーバ２３の枚数をともに６枚である場合より、熱交換性能が低下してしまう。

したがって、転向部２６の長さＬ３を、下記の数式１を満たすように設定すれば、放熱性能を低下させることなく、通風抵抗を低減させることが可能となる。

Ｌｐ₂≦Ｌ３＜２Ｌｐ₂…（数式１）
ここで、チューブ１の断面短径方向の寸法をＢとする。本実施形態では、チューブ１の断面形状が扁平な長円形状に形成されているので、チューブ１の気流方向Ｘ１の端部は断面円弧状になっている。このため、チューブ１の気流方向Ｘ１の長さと、フィン２の平面部２１の気流方向Ｘ１の長さＡとが略同一の場合、図３に示すように、フィン２は、気流方向Ｘ１の端部からＢ／２だけ離れた部位においてチューブ１と接触する。

したがって、上流側平面部２４の長さＬ１と上流端ルーバ２３ａの長さＬｐ₂／２との合計がＢ／２より小さいと、上流端ルーバ２３ａとチューブ１との接触率が悪くなるため、熱伝導が十分に行われない。これにより、上流端ルーバ２３ａにおける熱交換性能が低下してしまう。

同様に、下流側平面部２５の長さＬ２と下流端ルーバ２３ｂの長さＬｐ₂／２との合計がＢ／２より小さいと、下流端ルーバ２３ｂとチューブ１との接触率が悪くなるため、熱伝導が十分に行われない。これにより、下流端ルーバ２３ｂの熱交換性能が低下してしまう。

したがって、上流側平面部２４および下流側平面部２５の各長さを、下記の数式２、３を満たすように設定すれば、上流端ルーバ２３ａおよび下流端ルーバ２３ｂの熱交換性能が低下することを抑制できる。

Ｌ１＋Ｌｐ₂／２≧Ｂ／２…（数式２）
Ｌ２＋Ｌｐ₂／２≧Ｂ／２…（数式３）
ところで、本実施形態のように、ルーバ２３が転向部２６の空気流れ上流側と下流側とに同枚数ずつ配設されているフィン２の場合、上流側平面部２４および下流側平面部２５の気流方向Ｘ１の長さの合計、すなわちＬ１＋Ｌ２が第２ルーバ２３２のルーバピッチＬｐ₂の２倍以上になると、１つの平面部２１に形成されるルーバ２３の総枚数を２枚減らさなければならないので、熱交換性能が低下してしまう。

したがって、上流側平面部２４の長さＬ１および下流側平面部２５の長さＬ２を、下記の数式４を満たすように設定すれば、放熱性能を低下させることなく、通風抵抗を低減させることが可能となる。

Ｌ１＋Ｌ２＜２Ｌｐ₂…（数式４）
以上説明したように、フィン２の仕様を上記の数式１〜４を満たすように設定するのが望ましい。さらに、上流側平面部２４、下流側平面部２５、転向部２６の各長さを下記の数式５を満たすように設定すれば、本実施形態において１つの平面部２１に形成されるルーバ２３の総枚数を最大とすることができる。

Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＜２Ｌｐ₂…（数式５）
ここで、上記の数式２と数式３から数式６が得られる。

Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌｐ₂≧Ｂ…（数式６）
また、数式５と数式６から数式７が得られる。

Ｌ３＜３Ｌｐ₂−Ｂ…（数式７）
ここで、チューブ１の断面短径方向の寸法Ｂが、第２ルーバ２３２のルーバピッチＬｐ₂以下、すなわちＢ≦Ｌｐ₂である場合、３Ｌｐ₂−Ｂ≧２Ｌｐ₂となる。したがって、転向部２６の長さＬ３を、上記の数式１を満たすように設定するのが最も望ましい。

一方、チューブ１の断面短径方向の寸法Ｂが、第２ルーバ２３２のルーバピッチＬｐ₂より大きい、すなわちＢ＞Ｌｐ₂である場合、３Ｌｐ₂−Ｂ＜２Ｌｐ₂となる。したがって、転向部２６の長さＬ３を、下記の数式８を満たすように設定するのが最も望ましい。

Ｌｐ₂＜Ｌ３＜３Ｌｐ₂−Ｂ…（数式８）
本実施形態では、フィン２の平面部２１の気流方向Ｘ１の長さＡを１５．３５ｍｍ、チューブ１の断面短径方向の寸法Ｂを１．３ｍｍ、第１ルーバ２３１のルーバピッチＬｐ₁を０．９ｍｍ、第２ルーバ２３２のルーバピッチＬｐ₂を０．７ｍｍ、上流側平面部２４の長さＬ１を０．３ｍｍ、下流側平面部２５の長さＬ２を０．３ｍｍ、転向部２６の長さＬ３を０．７５ｍｍとしている。

ところで、従来、フィンの製造工程において、フィン材料１１を成形ローラ１３ａから剥がすために、平面部２１における気流方向Ｘ１の両端部にルーバ２３が形成されていないストリッパ部を設けていた。しかし、ストリッパ部の気流方向Ｘ１の長さが小さい場合、フィン材料１１が成形ローラ１３ａから剥がせなくなり、成形ローラ１３ａに巻き付いてしまうという問題があった。

これに対し、本実施形態のように、平面部２１の転向部２６をストリッパ部として機能するように構成するとともに、フィン製造工程に、転向部２６においてフィン材料１１を成形ローラ１３ａから剥がす工程を設けることで、平面部２１における気流方向Ｘ１の両端部に従来設けられていたストリッパ部の長さを小さくしても、フィン材料１１を成形ローラ１３ａから剥がすことができる。これにより、フィン材料１１が成形ローラ１３ａに巻き付いてしまうことを防止できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７に基づいて説明する。図７は、本第２実施形態に係るフィン２をチューブ積層方向Ｘ３から見た断面図であり、図４に対応している。

図４に示すように、本実施形態のフィン２の平面部２１には、上流側平面部および下流側平面部が設けられていない。すなわち、平面部２１のうち転向部２６を除く部位には、気流方向Ｘ１における全域にわたってルーバ２３が形成されている。このため、本実施形態では、Ｌ１＝０、Ｌ２＝０となっている。これにより、１つの平面部２１に形成されるルーバ２３の総枚数を増加させることができるので、放熱性能を向上させることができる。

本実施形態のように、平面部２１の転向部２６をストリッパ部として機能するように構成するとともに、フィン製造工程に、転向部２６においてフィン材料１１を成形ローラ１３ａから剥がす工程を設けることで、平面部２１における気流方向Ｘ１の両端部にストリッパ部が設けられていなくても、転向部２６においてフィン材料１１を成形ローラ１３ａから剥がすことができる。これにより、フィン材料１１が成形ローラ１３ａに巻き付いてしまうことを防止できる。

（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態では、１つの平面部２１に、ルーバピッチの異なる二種類のルーバ２３を複数枚ずつ設けた例について説明したが、これに限らず、ルーバピッチの等しい、すなわち１種類のルーバ２３を複数枚設けてもよい。

また、上記各実施形態では、本発明に係る熱交換器をエンジン冷却水を冷却するラジエータに適用した例について説明したが、これに限らず、凝縮器、ヒータコアユニット、エバポレータ等の各種の熱交換器に適用してもよい。この場合、第１流体としては、冷却水以外のものを用いてもよい。

第１実施形態に係るラジエータを示す正面図である。 第１実施形態におけるフィン２を示す拡大斜視図である。 第１実施形態におけるチューブ１およびフィン２をチューブ長手方向から見た断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 第１実施形態におけるローラ成形装置の模式図である。 転向部２６の長さＬ３と放熱性能との関係を示す特性図である。 第２実施形態に係るフィン２をチューブ積層方向Ｘ３から見た断面図である。

符号の説明

１ チューブ
２ フィン
１１ フィン材料（薄板材料）
１３ａ 成形ローラ
２１ 平面部
２３ ルーバ
２３ａ 上流端ルーバ
２３ｂ 下流端ルーバ
２４ 上流側平面部
２５ 下流側平面部
２６ 転向部

Claims (7)

1. 第１流体が流通するチューブ（１）と、
   前記チューブ（１）の外表面に接合され、前記第１流体と、前記チューブ（１）周りを流通する第２流体との熱交換を促進するフィン（２）とを備える熱交換器であって、
   前記フィン（２）は、薄板材料（１１）にローラ成形法を施すことにより波形状に成形されており、前記第２流体の流れ方向（Ｘ１）と略平行な平面部（２１）を有しており、
   前記平面部（２１）には、前記平面部（２１）に対して予め定めた捻り角度で捻られたルーバ（２３）が、前記第２流体の流れ方向（Ｘ１）に沿って複数設けられており、
   前記平面部（２１）における前記第２流体流れ上流側端部および下流側端部には、前記第２流体の流れ方向（Ｘ１）と略平行な上流側平面部（２４）および下流側平面部（２５）がそれぞれ設けられており、
   前記平面部（２１）には、前記第２流体の流れ方向（Ｘ１）と略平行になっており、前記ルーバ（２３）の捻り方向を反転する転向部（２６）が設けられており、
   前記上流側平面部（２４）の前記第２流体の流れ方向（Ｘ１）の長さをＬ１、前記下流側平面部（２５）の前記第２流体の流れ方向（Ｘ１）の長さをＬ２、前記転向部（２６）の前記第２流体の流れ方向（Ｘ１）の長さをＬ３、前記ルーバ（２３）のルーバピッチをＬｐとしたとき、Ｌｐ≦Ｌ３＜２Ｌｐの関係を満たしていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記チューブ（１）は、断面形状が扁平な長円形状に形成されており、
   前記複数のルーバ（２３）のうち前記第２流体流れの最上流側に配置される上流端ルーバ（２３ａ）は、前記上流側平面部（２４）に接続されており、
   前記複数のルーバ（２３）のうち前記第２流体流れの最下流側に配置される下流端ルーバ（２３ｂ）は、前記下流側平面部（２５）に接続されており、
   前記上流端ルーバ（２３ａ）および前記下流端ルーバ（２３ｂ）のルーバピッチは、それぞれ、前記複数のルーバ（２３）のうち前記上流端ルーバ（２３ａ）および前記下流端ルーバ（２３ｂ）を除くルーバ（２３）のルーバピッチの約半分の長さになっており、
   前記複数のルーバ（２３）のうち前記上流端ルーバ（２３ａ）および前記下流端ルーバ（２３ｂ）を除くルーバ（２３）のルーバピッチをＬｐ、前記チューブ（１）の断面短径方向の寸法をＢとしたとき、Ｌ１＋Ｌｐ／２≧Ｂ／２、かつ、Ｌ２＋Ｌｐ／２≧Ｂ／２の関係を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. Ｌ１＋Ｌ２＜２Ｌｐであることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. Ｌ１＝０であ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。
5. Ｌ２＝０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つに記載の熱交換器。
6. 前記フィン（２）における前記第２流体の流れ方向の長さ（Ｘ１）をＡとしたとき、Ｌｐ／Ａ≦０．０５の関係を満たしていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。
7. 薄板材料（１１）にローラ成形法を施すことにより波形状に成形され、流体の流れ方向（Ｘ１）と略平行な平面部（２１）を有する熱交換器用フィンの製造方法であって、
   前記平面部（２１）における前記流体の流れ方向（Ｘ１）の略中央部を除く部位に、前記平面部（２１）に対して予め定めた捻り角度で捻られたルーバ（２３）を、前記流体の流れ方向（Ｘ１）に沿って複数設ける工程と、
   前記平面部（２１）おける前記流体の流れ方向（Ｘ１）の略中央部をストリッパ部（２６）として構成し、当該ストリッパ部（２６）において前記薄板材料（１１）を成形ローラ（１３ａ）から剥がす工程とを備えることを特徴とする熱交換器用フィンの製造方法。

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