JPH07167581A

JPH07167581A - 積層型熱交換器のチューブエレメント

Info

Publication number: JPH07167581A
Application number: JP5345389A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Nishishita; 邦彦西下; Hitohisa Eto; 仁久江藤
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-04
Also published as: CN1106530A

Abstract

(57)【要約】【目的】チューブエレメントを改良して熱交換効率の
向上を図り、もって小型化を図ることができる積層型熱
交換器を提供する。【構成】チューブエレメント３に形成されるビード２
０の巾Ａ、ビードのピッチＢ、チューブエレメント３の
厚みＨ、及び成形プレートの板厚Ｔが、２．０ｍｍ≦Ａ
≦３．０ｍｍ、３．５ｍｍ≦Ｂ≦６．３ｍｍ、１．９ｍ
ｍ≦Ｈ≦２．７ｍｍ、０．２５ｍｍ≦Ｔ≦０．４７ｍｍ
の関係に決定されている。通路抵抗、熱交換効率、強度
等が折り合う最適なチューブエレメント３を提供するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エバポレータ、コン
デンサ、ヒータコア、ラジエター等の積層型熱交換器に
使用されるチューブエレメントに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フィンとチューブエレメントとを交互に
積層した熱交換器において、熱交換効率を高める手段と
して、従来より、チューブエレメントの熱交換媒体通路
にビードを形成し、熱交換媒体の流れを拡散すると共
に、熱交換媒体との接触面積を大きくすることが考えら
れている。本出願人においても、例えば特開昭６３−１
５３３９７号公報に示されるように、チューブエレメン
トを構成する成形プレートに多数の丸ビードを一体にプ
レス成形したものを用いており、従来製品化されている
ものは、ビード径３．８ｍｍ、最短ビードピッチ７．０
ｍｍ、チューブエレメントの厚み２．９ｍｍ、成形プレ
ートの板厚０．５７ｍｍであった。本出願人の調査によ
れば、丸ビード又は長円ビードを用いている他社の製品
は、最短ビードピッチに関するデータは無いが、ビード
径若しくはビードの短径が３．５ｍｍ〜４．８ｍｍ、チ
ューブエレメントの厚みが２．８ｍｍ〜３．４ｍｍ、成
形プレートの板厚が０．４０ｍｍ〜０．５７ｍｍであ
り、当社のチューブエレメントはビードピッチを除いて
上述の範囲に入るものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のチューブエレメ
ントに形成されるビードは、多く形成すればするほどチ
ューブエレメントと熱交換媒体との接触面積を大きくす
ることができ、熱交換効率を高めることができると考え
られるが、ビードの数を単純に多くしたのでは、熱交換
媒体通路の通路面積を狭め、通路抵抗が大きくなって熱
交換媒体の流れが悪化してしまう。逆に、通路抵抗を小
さくするためにビードを小さく且つ少なくすれば、熱交
換媒体と接触する面積を稼ぐことができないので、フィ
ンへの熱伝達率が低下し、熱交換性能が悪化することが
判っている。しかしながら、これらの相入れない条件を
考慮しつつ、熱交換器の高性能化、小型化の要請に対処
しなければならならず、チューブエレメントの更なる改
良が求められている。

【０００４】また、例えば、図１３のように流体の進行
方向に順次障害物Ａが複数配置されている場合には、あ
る障害物Ａに当たった流体は、その流れが障害物Ａの両
脇に広がって後方の障害物Ａに当たることなく流れ、所
謂死水域を形成することが知られており、上記従来のチ
ューブエレメントのビードにおいても、死水域が形成さ
れて熱交換にあまり寄与していないビードが存在するこ
とが予想される。このような死水域のビードは通路抵抗
を低減するうえでむしろ無いほうがよく、通路抵抗を小
さくして熱交換媒体を少しでも多く流して熱交換を促進
したほうが好ましい。

【０００５】更に、上記死水域の問題に加え、熱交換媒
体は、最短流路を流れようとするので、例えば、図２の
チューブエレメントのように、Ｕ字状の熱交換媒体通路
７を有するものにあっては、中央の突条１０に沿って流
れようとする。従来のチューブエレメントは、ビードが
通路全体に均一な密度で等間隔に形成されていたので、
通路全体として通路抵抗に差がなく、したがって、熱交
換媒体は突条に沿って流れてしまい、チューブエレメン
トの上部脇のように、熱交換媒体の淀む領域が形成され
てしまう。

【０００６】以上のことから、チューブエレメントのビ
ードの配列にも、更なる改良の余地がある。

【０００７】そこで、この発明においては、チューブエ
レメントを改良して効率の向上を図り、もって熱交換器
の小型化を図ることができるチューブエレメントを提供
することを課題としている。また、それに加えて、死水
域を低減させる点と通路抵抗の調整によって流体を拡散
させる点とを考慮しつつチューブエレメントのビードの
配列を改良し、熱交換効率の向上を図るようにしたチュ
ーブエレメントを提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本出願人は、ビード寸
法が大きくなるほど通路抵抗は大きくなり、逆にビード
寸法が小さいほど通路抵抗は小さくなるが、あまりビー
ド寸法が小さいと熱交換性能は相対的に低下する点、
ビードピッチが小さくなればビードの数が多くなるの
で、通路抵抗は大きくなり、逆に、ビードピッチが大き
くなれば、ビード数が少なくなるので、熱交換性能は相
対的に低下する点、チューブエレメントの厚みにおい
ても、厚みが小さいほど熱交換媒体通路が狭まるので、
通路抵抗が大きくなり、逆に厚みが大きいほど通路抵抗
は小さくなるが、熱交換媒体が十分に熱交換することな
く通過するため熱交換性能が低下する点、また、成形
プレートの板厚を薄くすれば、熱伝達率は良くなるが、
耐蝕性や強度が劣ることになり、成形プレートの板厚を
厚くすれば、チューブエレメントの厚みが同一である場
合、熱交換媒体通路が狭くなって通路抵抗が大きくなる
点を考慮し、ビード寸法、ビードピッチ、チューブエレ
メントの厚み、成形プレートの板厚の最適寸法関係を見
出すに至った。

【０００９】即ち、フィンと交互に複数段に積層され、
２枚の成形プレートを合わせて熱交換媒体の流路が形成
されていると共に前記流路の内側にビードが突出形成さ
れている積層型熱交換器のチューブエレメントにおい
て、前記チューブエレメントに形成されるビードの巾Ａ
及びビードのピッチＢを、２．０ｍｍ≦Ａ≦３．０ｍ
ｍ、３．５ｍｍ≦Ｂ≦６．３ｍｍとしたことにある。

【００１０】これに加えて、チューブエレメントの厚み
Ｈ及び成形プレートの板厚Ｔを、１．９ｍｍ≦Ｈ≦２．
７ｍｍ、０．２５ｍｍ≦Ｔ≦０．４７ｍｍの範囲で設定
するようにしてもよい。

【００１１】また、上記構成に加えて、前記熱交換媒体
の流路の形成方向にこれと直交する多数のビード列を設
け、隣合うそれぞれの前記ビード列はビード間隔を異な
るようにすると共に、前記隣合うビード列の各ビード
は、前記流路の形成方向に投影した際に重ならないよう
に配置するようにしてもよく、あるいは、前記流路の形
成方向にこれと直交する多数のビード列を設け、隣合う
それぞれの前記ビード列はビードが形成されていない部
分が異なっており、前記隣合うビード列の前記ビードが
形成されていない部分を連続的に繋げる構成としてもよ
い。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面により説明す
る。

【００１３】第１図において、積層型熱交換器１は、例
えば、フィン２とチューブエレメント３とを交互に複数
段積層した例えば４パス方式のエバポレータであり、チ
ューブエレメント３は、２枚の成形プレート４，４をそ
の周縁で接合して形成されており、一端側にエア上流側
とエア下流側の２つのタンク５，５を、このタンク５か
ら他端側にかけて熱交換媒体を通す熱交換媒体通路７を
それぞれ有している。

【００１４】成形プレート４は、アルミニウム製のプレ
ートをプレス加工して形成されているもので、図２にも
示されるように、一端に椀状の２つのタンク形成用膨出
部８，８が形成されると共に、これに続いて通路形成用
膨出部９が形成されており、この通路形成用膨出部９に
２つのタンク形成用膨出部８，８の間から成形プレート
の他端近傍まで延びる突条１０が形成されている。ま
た、２つのタンク形成用膨出部８，８の間には、後述す
る連通パイプの装着凹部１１が設けられており、成形プ
レート４の他端には、ろう付前の組付時において、フィ
ン２の脱落を防止するための突片１２（図１に示す）が
設けられている。各タンク形成用膨出部８は、通路形成
用膨出部９より大きく膨出しており、突条１０は、成形
プレート４をその周縁で接合する際に他方の突条と接合
され、熱交換媒体通路７をチューブエレメント３の他端
近くまで仕切って全体をＵ字状にしている。

【００１５】そして、隣合うチューブエレメント３のタ
ンク５は、それぞれの成形プレート４のタンク形成用膨
出部８で突き合わされており、積層方向のほぼ中央に位
置する片側の盲タンク５ａを除いてタンク形成用膨出部
８に形成された連通孔１３を介して連通している。

【００１６】また、中央より片側に寄った所定位置のチ
ューブエレメント３ａは、前記装着凹部１１が形成され
ておらず、盲タンク５ａを有する側の一方のタンク５ｂ
が他方のタンクに近接するよう拡大されている。この拡
大されたタンク５ｂには、装着凹部１１に装着された連
通パイプ１５が接続されている。また、積層方向両端の
うち、拡大タンク５ｂから遠く離れた端部には出入口部
１６が設けられ、この出入口部１６は、膨張弁を接続す
るための接続部１７と、この接続部１７から盲タンクを
有する側のタンクと接続する連通路１８と、前記連通パ
イプ１５と接続する連通路１９とが設けられている。

【００１７】しかして、出入口部１６の一方の連通路１
９から熱交換媒体が流入されるものとすると、流入され
た熱交換媒体は、連通パイプ１５及び拡大タンク５ｂを
介して盲タンク５ａ側のほぼ半分のタンク５に入り、そ
こから熱交換媒体通路７を突条１０に沿って上昇し、該
突条１０の上方をＵターンして下降し、盲タンク５ａ側
と反対側のタンクに至る。その後、残り約半分のチュー
ブエレメント３のタンクに平行移動し、再び熱交換媒体
通路７を突条１０に沿って上昇し、該突条１０の上方を
Ｕターンして下降し、盲タンク５ａを有する側のタンク
５から連通路１８を介して流出する（図３のフロー参
照）。このため、熱交換媒体の熱は、熱交換媒体通路７
を流れる過程において、フィン２に伝達され、フィン間
を通過する空気と熱交換される。

【００１８】更に、前記成形プレート４には、ビード２
０が一体にプレス成形されており、図２に示す成形プレ
ート４では、チューブエレメント４１の熱交換媒体通路
７を流れる熱交換媒体の流方向と直角になるビード列を
多数形成し、それぞれのビード列は均等の間隔に配置さ
れた複数のビード２０を有し、図においては、ｎ列目が
４個のビードで構成されている場合に、ｎ＋１列目が５
個のビードで構成され、以下、これを繰り返すように設
けられており、隣合うビード列のビードとは、熱交換媒
体通路７の形成方向（図において上下方向）に投影した
場合に重ならないように配置されている。また、一つ置
きのビード列においては、全てのビードが熱交換媒体通
路７の形成方向に投影した場合に重なるようになってお
り、全体として均一な密度でビード２０が形成されてい
る。

【００１９】上記ビード２０は、図４において示めすよ
うに、成形プレートの内面より内側に突出しており、互
いに接合される成形プレートのビードと接合し、熱交換
媒体通路７を流れる熱交換媒体の熱交換効率の向上を図
っている。そして、チューブエレメント３は、成形プレ
ート４の内側に突出し始める裾部分からビードとみな
し、その裾間隔（以下、ビード寸法という）をＡ、最も
近接する隣合うビードのピッチ（以下、ビードピッチと
いう）をＢ、チューブエレメントの熱交換媒体通路を構
成する部分の厚みをＨ、成形プレートの板厚をＴとする
と、２．０ｍｍ≦Ａ≦３．０ｍｍ、３．５ｍｍ≦Ｂ≦
６．３ｍｍ、１．９ｍｍ≦Ｈ≦２．７ｍｍ、０．２５ｍ
ｍ≦Ｔ≦０．４７ｍｍの関係を満たしている。

【００２０】例えば、略円錐台形状をなす丸ビードが図
２（拡大した図が図５（ａ））に示されるように配置さ
れている場合、即ち、熱交換媒体通路の形成方向と直角
方向にｎ段目のビードが所定の間隔ｂで複数配置され、
ｎ＋１段目のビードがｎ段目の隣合うビードから前記所
定の間隔ｂをもって等距離になるよう配される場合に
は、ビードの裾の径がＡ、前記所定の間隔ｂがＢとな
る。また、上記図５（ａ）のビードを楕円形状のビード
に置き換えた図５（ｂ）の場合や、図５（ｃ）に示され
るように配置されている場合には、ビードの裾部分の短
径がＡであり、各ビードの中心（短径と長径が交わる部
位）間の距離のうち最小の間隔がＢとなる。

【００２１】一般に、熱交換性能は、高ければ高い程よ
く、チューブエレメント３の熱交換媒体通路７の通路抵
抗は、低ければ低いほどよい。例えば、ビード寸法Ａが
大きくなるほど通路抵抗は大きくなるし、ビード寸法Ａ
が小さくなるほど通路抵抗は小さくなるが、あまりビー
ド寸法が小さいと熱交換性能は相対的に低下する。ま
た、ビードピッチＢが小さくなればビードの数が多くな
るので、通路抵抗は大きくなるし、ビードピッチＢが大
きくなるほで、ビード数が少なくなるので、通路抵抗は
小さくなるが、熱交換性能は相対的に低下する。また、
チューブエレメント３の厚みにおいても、小さいほど熱
交換媒体通路７が狭まるので、通路抵抗が大きくなり、
厚みＨが大きいほど通路抵抗は小さくなるが、空気が通
過する通路が狭くなるので熱交換性能が低下する。更に
は、成形プレートの板厚においても、薄ければ薄いほど
熱交換媒体通路７の巾を大きくできるので熱交換性能が
向上するが、板厚を薄くすると強度、耐蝕性の面で問題
となり、逆に板厚を厚くすれば、熱交換媒体通路７が狭
まるので、通路抵抗が大きくなる。これらのことから、
成形プレートの板厚を除いては、熱交換性能と通路抵抗
との比をもってチューブエレメント３を評価する指数と
することができる。

【００２２】そこで、熱交換性能／通路抵抗を縦軸と
し、ビード寸法、ビードピッチ、チューブエレメントの
厚みをそれぞれ横軸として評価してもよく、図６にはこ
れらが示されており、ビード寸法を２．５ｍｍ、ビード
ピッチを４．８ｍｍ、チューブエレメントの厚みを２．
４ｍｍとした状態においての指数（熱交換性能／通路抵
抗）が１００としてある。

【００２３】ビード寸法においては、図６（ａ）に示さ
れるように、２．５ｍｍより小さくても大きくても指数
は低下するが、小さくすればするほど加工が困難になる
と共に性能が低下するため、Ａ≧２ｍｍを確保する必要
がある。また、ビード寸法が大きければ大きいほど通路
抵抗が大きくなり、従来のビード寸法３．８ｍｍまで大
きくしたのでは、良好な指数が得られなくなる。このこ
とから、ビード寸法の下限値に等しい指数かそれより良
好な指数を目安にビード寸法の上限を設定すれば、Ａ≦
３．０ｍｍとなる。

【００２４】また、ビードピッチは、図６（ｂ）に示さ
れるように、４．８ｍｍより小さくても大きくても指数
は低下するが、３．５ｍｍ〜６．３ｍｍの範囲のピッチ
で良好な指数が得られる。Ｂを小さくすればするほど加
工が困難になると共に通路抵抗が大幅に大きくなるの
で、Ｂは３．５ｍｍ以上とする必要があり、ある程度の
加工の余裕を持たせて３．８ｍｍ以上とするのが好まし
い。また、Ｂを大きくすればするほど通路抵抗は小さく
なるが、熱交換性能が低下するので、ビードピッチの下
限値（３．５ｍｍ）に等しい指数かそれより良好な指数
を目安にビードピッチの上限を設定すれば、Ｂは６．３
ｍｍ以下となり、３．８ｍｍと等しい指数かそれより良
好な指数を目安にビードピッチの上限を設定すれば５．
８ｍｍ以下となる。

【００２５】次に、チューブエレメントは、図６（ｃ）
に示されるように、厚みＨが２．４ｍｍより小さくても
大きくても指数は低下するが、小さくすればするほど加
工が困難になると共に性能が低下するため、Ｈ≧１．９
ｍｍを確保する必要があり、ある程度の加工の余裕を持
たせてＨ≧２ｍｍとするのが好ましい。また、厚みＨが
大きければ大きいほど通路抵抗は小さくなり、熱交換効
率も小さくなることが判明しており、厚みの下限値に等
しい指数かそれより良好な指数を目安に厚みＨの上限を
設定すれば、Ｈ≦２．７ｍｍ、好ましくはＨ≦２．６ｍ
ｍとなる。

【００２６】ところで、成形プレートにおいては、前述
した如く、成形プレートの強度及び耐蝕性と、通路抵抗
との関係から最適な板厚Ｔを設定する必要があり、強度
及び耐蝕性を考慮した下限としてＴ≧０．２５ｍｍとす
る必要があり、また、通路抵抗の増大に伴う熱交換性能
の悪化を考慮して、上限はＴ≦０．４７ｍｍとするのが
望ましい。

【００２７】したがって、上述の範囲で得られるチュー
ブエレメントが、熱交換効率の向上、通路抵抗の減少の
両方を加味し、更には強度等を加味した上で得られる最
良のものとなり、従来のチューブエレメントを用いた熱
交換器より小型、軽量の熱交換器を提供することができ
る。

【００２８】図７において、チューブエレメント３を構
成する成形プレート４の他の例（第２実施例）が示さ
れ、ビード２０は、熱交換媒体通路７の形成方向と直交
する多数のビード列として形成されており、隣合うそれ
ぞれのビード列のビード間隔が異なっている。この実施
例においては、ｎ段面に５個のビードが間隔Ｌ１で等間
隔に設けられているとすると、ｎ＋１段目に３個のビー
ドが間隔Ｌ２で等間隔に設けられており、ｎ＋２段目に
再び間隔Ｌ１の５個のビードが、ｎ＋３段目に間隔Ｌ２
の３個のビードがという具合に、間隔Ｌ１のビード列と
間隔Ｌ２のビード列とが繰り返し形成されている。しか
も、間隔Ｌ２は、間隔Ｌ１の２倍の大きさとなってい
る。

【００２９】また、隣合うビード列の各ビード２０は、
熱交換媒体通路７の形成方向（図において上下方向）に
投影した際に重ならないように配置されており、この実
施例においては、あるビードから隣の列の最も近接した
ビードが、熱交換媒体通路の形成方向に対して３０度の
傾きとなるように配置されており、３０度方向に見た場
合にも、間隔ａで配列されているビード群と、間隔ｂで
配列されているビード群とが交互に現われる規則正しい
パターンが形成されている。

【００３０】チューブエレメント３を構成する成形プレ
ート４の更に他の実施例（第３実施例）として、図８に
示されるように、熱交換媒体通路７の形成方向と直交す
る隣合うビード列において、ビード２０が形成されてい
ない領域を異ならせ、隣合うビード列のビードが形成さ
れていない領域をつなげて、ビードが存在しない通路２
１を熱交換媒体通路７の形成方向と異なる方向に形成す
るようにしてもよい。この実施例においては、従来の均
等にビードが形成されたチューブエレメントに対し、熱
交換媒体通路７の形成方向と３０度傾く方向にビード２
０を形成しない領域が連続してつながるようになってい
る。

【００３１】したがって、第２及び第３実施例のいずれ
においても、死水域でのビードを減らし、これによっ
て、熱交換効率を損なわずに、通路抵抗の小さい領域を
熱交換媒体通路７の全体に形成し、この通路抵抗の小さ
い領域への熱交換媒体の流通を促進して、チューブエレ
メント全体に淀むことなく熱交換媒体を行き渡らせ、逆
に熱交換効率の向上を図ることができる。

【００３２】以上のようなビード配列を有するチュブエ
レメントを均一密度にビードが配置されたチューブエレ
メントと比較して評価するに当たり、本出願人は、以下
の実験を試みた。

【００３３】均一密度にビードが配置された図２に示す
タイプのチューブエレメント（以下、タイプ１とい
う）、第２実施例のチューブエレメント（以下、タイプ
２という）、第３実施例のチューブエレメント（以下、
タイプ３という）のそれぞれにおいて、図９に示される
ように、通路形成用膨出部９の一方の片表面全体にシリ
コン接着剤を用いて発熱板２２を取付け、それら全体を
覆うように断熱材３０を設け、発熱板２２に交流電源を
接続して一定量の熱を各チューブエレメント４に与え、
均一に加熱する。そして、一定量の水道水を長さ５００
ｍｍの入口パイプ２３を通してチューブエレメント４に
供給し、一方のタンクから熱交換媒体通路を介して他方
のタンクへ導き、出口パイプ２４より排出する。入口パ
イプ２３より供給される水道水は流量計２５で検出され
るようになっており、５cc/sec、１０cc/sec、２０cc/s
ecと水道水の流量を変えてそれぞれのチューブエレメン
トの表面温度を測定することとした。その結果を図１０
乃至図１２のサーモグラフィックで示す。尚、図１０乃
至図１２内の数字は、温度（°Ｃ）を表す。

【００３４】また、水道水を５cc/sec、１０cc/sec、２
０cc/secと変えて、それぞれの場合についてチューブエ
レメント４の入口及び出口に設けられた熱電対２６、２
７により、温度読取装置２８で入口と出口の水温差（°
Ｃ）を測定した。その結果を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】また、入口パイプ２３に形成された入口静
圧孔３１と、出口パイプ２４に形成された出口静圧孔３
２を介して、出入口の圧力を圧力計３３で測定し、チュ
ーブエレメント４の通水抵抗（mmHg）を求めた。表２に
その結果を示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】更に、熱交換媒体通路７の形成方向と直角
方向において熱交換にどの程度ばらつきがあるのかを観
るために、チューブエレメント４の表面（発熱板が設け
られた側と反対側の表面）の所定の複数箇所（２４か
所）に設けられた熱電対群２９により、流体の流れ方向
と直角方向の温度差（°Ｃ）の平均を測定した。その結
果を表３に示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】出入口の温度差にあっては、大きければ大
きいほど熱交換が活発に行われていることを示すもの
で、実験結果によれば、タイプ２もタイプ３もタイプ１
と殆ど変わらないか若干大きくなり、５ cc/sec や２０
cc/secの流量に対しては、タイプ１はタイプ２よりも温
度差が大きくなる。

【００４１】通水抵抗においては、タイプ２もタイプ３
も、５cc/secではタイプ１より大きくなったが、１０cc
/sec、２０cc/secの流量ではタイプ１より小さく、実際
の熱交換器での流速が１０cc/sec前後であることを鑑み
れば、いずれも通路抵抗が小さくなったとみてよい。ま
た、タイプ３は、タイプ２よりも通水抵抗が小さい。

【００４２】また、図１０乃至図１２の等温線が水平
（熱交換媒体通路に対して直角）であるほうが、あるい
は、表３から見て温度差が小さいほど、均等に熱交換さ
れているので望ましいわけであり、タイプ２及びタイプ
３は、いずれもタイプ１に比べて優れているといえる。

【００４３】したがって、これら実験データは、タイプ
２及びタイプ３が、ビード数がタイプ１に比べて少なく
なっているにもかかわらず熱交換特性がよくなっている
ことを示しており、これらタイプ２と３のチューブエレ
メントは、死水域でのビードが削減され、タイプ１より
も熱交換媒体が通路全体に淀むことなく行き渡るような
ビード配列となっているといえる。

【００４４】このことから、ビード寸法Ａ、最も近接す
る隣合うビードピッチＢ、チューブエレメントの厚み
Ｈ、成形プレートの板厚Ｔが、それぞれ、２．０ｍｍ≦
Ａ≦３．０ｍｍ、３．５ｍｍ≦Ｂ≦６．３ｍｍ、１．９
ｍｍ≦Ｈ≦２．７ｍｍ、０．２５ｍｍ≦Ｔ≦０．４７ｍ
ｍの関係を満たした上で、図７または図８のようにビー
ドを間引いた場合には、間引いた部分は上記寸法関係を
逸脱することになるが、上述の実験で示すように熱交換
特性を向上させることができ、ビードを間引いたことに
よる効果が更に発揮されて一層熱交換性能を向上させる
ことができる。

【００４５】尚、この実施例においては、エバポレータ
に用いるチューブエレメントについて説明したが、ヒー
タコアやコンデンサ、ラジエタ等の積層型の熱交換器に
おいても同様の条件のチューブエレメントを用いてもよ
く、この場合でも高効率化、小型化を図れることは言う
までもない。また、本発明は、チューブエレメントにタ
ンク部が一体に形成されるものであっても、別体のタン
ク部が取り付けられるものであっても同様に適用でき
る。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１及び請求項
２の発明によれば、チューブエレメントに形成されるビ
ードの巾Ａ、ビードのピッチＢ、あるいは、これに加え
てチューブエレメントの厚みＨ、成形プレートの板厚Ｔ
の最適寸法関係を決定したので、熱交換効率と通路抵
抗、強度等が折り合う最適なチューブエレメントを提供
することができ、高効率の熱交換器を提供できる一方、
熱交換器の小型化を図ることができるものである。

【００４７】また、請求項３の発明によれば、隣合うそ
れぞれのビード列のビード間隔を異ならせ、隣合うビー
ド列の各ビードは、通路の形成方向に投影した際に重な
らないように配置し、請求項４の発明によれば、隣合う
それぞれのビード列のビードが形成されていない部分を
異ならせ、隣合うビード列のビードが形成されていない
部分を連続させるようにしたので、ビードの間引いた部
分をみれば最適寸法範囲を外れるが、死水域と通路抵抗
とを減少させるビード配置を提供することができ、熱交
換媒体を全体に行き渡らせて淀みをなくし、結果として
ビードを間引いた分、更に熱交換効率を高めることがで
きる。つまり、請求項３または４によれば、最適なビー
ド形状と最適なビード配列とを同時に兼ね備えたチュー
ブエレメントを提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、積層型熱交換器の実施例を示し、
（ａ）は熱交換器の正面図、（ｂ）は底面図である。

【図２】図１の積層型熱交換器に用いられるチューブエ
レメントを構成する成形プレート（タイプ１）の正面図
である。

【図３】図１の積層型熱交換器の熱交換媒体の流れを説
明する説明図である。

【図４】チューブエレメントのビードを示す拡大断面図
である。

【図５】図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、チューブエレ
メントに形成されたビードの形状と、ビード寸法Ａ及び
ビードピッチＢとの関係を示す説明図である。

【図６】図６（ａ）は、ビード寸法を変化させた時の熱
交換性能と通路抵抗との比の変化を示す特性線図、図６
（ｂ）は、ビードピッチを変化させた時の熱交換性能と
通路抵抗との比の変化を示す特性線図、図６（ｃ）は、
チューブエレメントの厚みを変化させた時の熱交換性能
と通路抵抗との比の変化を示す特性線図である。

【図７】積層型熱交換器のチューブエレメントに用いら
れる成形プレート例（タイプ２）を示す図である。

【図８】積層型熱交換器のチューブエレメントに用いら
れる他の成形プレート例（タイプ３）を示す図である。

【図９】チューブエレメントの性能を評価するための実
験装置を示す図である。

【図１０】図５は、水道水の流量を５cc/secとした場合
のチューブエレメントのサーモグラフィックを示し、
（ａ）はタイプ１のチューブエレメントを、（ｂ）はタ
イプ２のチューブエレメントを、（ｃ）はタイプ３のチ
ューブエレメントをそれぞれ示す。

【図１１】図６は、水道水の流量を１０cc/secとした場
合のチューブエレメントのサーモグラフィックを示し、
（ａ）はタイプ１のチューブエレメントを、（ｂ）はタ
イプ２のチューブエレメントを、（ｃ）はタイプ３のチ
ューブエレメントをそれぞれ示す。

【図１２】図７は、水道水の流量を２０cc/secとした場
合のチューブエレメントのサーモグラフィックを示し、
（ａ）はタイプ１のチューブエレメントを、（ｂ）はタ
イプ２のチューブエレメントを、（ｃ）はタイプ３のチ
ューブエレメントをそれぞれ示す。

【図１３】障害物がある場合の流体の流れを示す説明図
である。

【符号の説明】

１積層型熱交換器２フィン３チューブエレメント４成形プレート７熱交換媒体通路２０ビード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィンと交互に複数段に積層され、２枚
の成形プレートを合わせて熱交換媒体の流路が形成され
ていると共に前記流路の内側にビードが突出形成されて
いる積層型熱交換器のチューブエレメントにおいて、前
記チューブエレメントに形成されるビードの巾Ａ、及び
ビードのピッチＢが、２．０ｍｍ≦Ａ≦３．０ｍｍ３．５ｍｍ≦Ｂ≦６．３ｍｍの関係を満たしていることを特徴とする積層型熱交換器
のチューブエレメント。
【請求項２】フィンと交互に複数段に積層され、２枚
の成形プレートを合わせて熱交換媒体の流路が形成され
ていると共に前記流路の内側にビードが突出形成されて
いる積層型熱交換器のチューブエレメントにおいて、前
記チューブエレメントに形成されるビードの巾Ａ、ビー
ドのピッチＢ、前記チューブエレメントの厚みＨが、及
び前記成形プレートの板厚Ｔが、２．０ｍｍ≦Ａ≦３．０ｍｍ３．５ｍｍ≦Ｂ≦６．３ｍｍ１．９ｍｍ≦Ｈ≦２．７ｍｍ０．２５ｍｍ≦Ｔ≦０．４７ｍｍの関係を満たしていることを特徴とする積層型熱交換器
のチューブエレメント。
【請求項３】熱交換媒体の流路の形成方向にこれと直
交する多数のビード列を設け、隣合うそれぞれの前記ビ
ード列はビード間隔が異なっており、前記隣合うビード
列の各ビードは、前記流路の形成方向に投影した際に重
ならないように配置されていることを特徴とする請求項
１または２記載の積層型熱交換器のチューブエレメン
ト。
【請求項４】熱交換媒体の流路の形成方向にこれと直
交する多数のビード列を設け、隣合うそれぞれの前記ビ
ード列はビードが形成されていない部分が異なってお
り、前記隣合うビード列の前記ビードが形成されていな
い部分は連続していることを特徴とする請求項１または
２記載の積層型熱交換器のチューブエレメント。