特許 6333571 熱交換器用オフセットフィンおよびそれを用いた冷媒熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6333571

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】熱交換器用オフセットフィンおよびそれを用いた冷媒熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/32 20060101AFI20180521BHJP

   F28F 1/30 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   F28F1/32 R

   F28F1/32 V

   F28F1/30 D

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-23382(P2014-23382)

(22)【出願日】2014年2月10日

(65)【公開番号】特開2015-152178(P2015-152178A)

(43)【公開日】2015年8月24日

【審査請求日】2017年2月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】313000645

【氏名又は名称】三菱重工オートモーティブサーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】仲戸 宏治

【審査官】 金丸 治之

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−０４５４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−００７４８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−０３９３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０４１１０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｆ １／３２

Ｆ２８Ｆ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平行に配置された複数の冷媒チューブ間に配設される熱交換器用オフセットフィンであって、
波形に折り曲げ成形されたフィンの立上がり面および立下がり面に短冊状に切り起こされた個々のフィンであるセグメントが、空気流れ方向に沿って２列以上間隔をあけて多数オフセット配設されているとともに、
前記各セグメントの空気流れ方向の長さＬが、０．５ｍｍ≦Ｌ≦１．２ｍｍとされ、
その個々のセグメントの前記波形フィンの１ピッチ内の分割数が３以上とされていることを特徴とする熱交換器用オフセットフィン。

【請求項2】

前記１ピッチ内の分割数が３以上とされた前記個々のセグメントが、それぞれ３段以上の段形状で繰り返し配列されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用オフセットフィン。

【請求項3】

前記個々のセグメントが、空気流れ方向に対して所定の角度傾斜されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器用オフセットフィン。

【請求項4】

所定の間隔で平行に配置される複数の冷媒チューブ間に、請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器用オフセットフィンが配設されていることを特徴とする冷媒熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷媒チューブ間に設けられる熱交換器用オフセットフィンおよびそれを用いた冷媒熱交換器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

空調装置の蒸発器や凝縮器等に適用される冷媒熱交換器として、平行に配置された多数の冷媒チューブ間に、金属製の薄板を波形に折り曲げ成形したコルケードフィンを配設したものが従来から知られている。また、コルケードフィンに対して更に熱交換性能を向上するため、コルケードフィンの波形の立上がり面および立下がり面の両面に短冊状に切り起こした個々のフィンであるセグメントを多数オフセット配設した、いわゆるオフセットフィンを冷媒チューブ間に配設した構成の冷媒熱交換器も従来から知られている。

【0003】

一方、オフセットフィンをインナーフィンとしてチューブ内に配設した排ガス熱交換器において、オフセットフィンに４組のオフセットフィン片を所定の間隔（スリット）で配設したものが特許文献１に示されている。同様に排気チューブ内にオフセットフィンを配設した排ガス熱交換器において、上流側セグメントの前縁部で発生した温度境界層の影響を受けないように、各セグメントを特定の行、列に存在するセグメント以外のいずれかのセグメントの中心に向けて傾斜させたものが特許文献２に示されている。

【0004】

さらに、排ガス熱交換器の排気チューブ内に配設するオフセットフィンのフィンピッチｆｐを、２ｍｍ＜ｆｐ≦１２ｍｍ、フィン高さｆｈを、３．５ｍｍ＜ｆｈ≦１２ｍｍを満たす大きさとし、個々の切り起こし部であるセグメントの長さＬを、ｆｈ＜７、ｆｐ≦５のときに、０．５ｍｍ＜Ｌ≦７ｍｍ、ｆｈ＜７、ｆｐ＞５のときに、０．５ｍｍ＜Ｌ≦１ｍｍ、ｆｈ≧７、ｆｐ≦５のときに、０．５ｍｍ＜Ｌ≦４．５ｍｍ、ｆｈ≧７、ｆｐ＞５のときに、０．５ｍｍ＜Ｌ≦１．５ｍｍとしたものが特許文献３に示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−１３９０５３号公報

【特許文献2】特開２００１−４１１０９号公報

【特許文献3】特許第４２４０１３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のように、オフセットフィンにおいて、フィンピッチｆｐやフィン高さｆｈとの関係で、各セグメントの長さＬを規定したり、各セグメントを空気流れ方向に対して傾斜させたり、あるいは個々のセグメントの波形フィンの１ピッチ当たりの分割数を増やしたりすることにより、熱伝達率の向上を図っているが、個々の改善策ではガス側の熱伝達率の向上や圧損の抑制による高性能化も限界に達しつつある。こうした中、車両用空調装置の蒸発器や凝縮器等に適用される冷媒熱交換器において、更なる高性能化された熱交換器の提供が求められている。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、オフセットフィンの個々の改善要素を効果的に組み合わせることにより、一段と高性能化された熱交換器用オフセットフィンおよびそれを用いた冷媒熱交換器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記した課題を解決するために、本発明の熱交換器用オフセットフィンおよびそれを用いた冷媒熱交換器は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る熱交換器用オフセットフィンは、平行に配置された複数の冷媒チューブ間に配設される熱交換器用オフセットフィンであって、波形に折り曲げ成形されたフィンの立上がり面および立下がり面に短冊状に切り起こされた個々のフィンであるセグメントが、空気流れ方向に沿って２列以上間隔をあけて多数オフセット配設されているとともに、前記各セグメントの空気流れ方向の長さＬが、０．５ｍｍ≦Ｌ≦１．２ｍｍとされ、その個々のセグメントの前記波形フィンの１ピッチ内の分割数が３以上とされていることを特徴とする。

【0009】

本発明によれば、オフセットフィンを構成する波形成形フィンの立上がり面および立下がり面に短冊状に切り起こされた個々のフィンであるセグメントが、空気流れ方向に沿って２列以上間隔をあけて多数オフセット配設されているとともに、各セグメントの空気流れ方向の長さＬが、０．５ｍｍ≦Ｌ≦１．２ｍｍとされているため、個々のセグメントについて、空気流れ方向の上流に位置するセグメントの前縁で発生した温度境界層が、下流側に配設されているセグメントに影響を及ぼし難くし、その前縁効果を阻害しないようにすることによって、個々のセグメントの前縁効果、すなわち各セグメントの前縁に空気流れが衝突し、その前縁部分での熱伝達率が局所的に高くなる効果を最大限発揮させ、空気側の熱伝達率の向上、ひいては熱交換性能の向上を図ることができると同時に、各セグメントの空気流れ方向の長さＬを最適化することによって空気側圧損を抑制し、その圧損を実用域に抑えることができる。また、各セグメントの波形フィンの１ピッチ内の分割数を３以上とすることにより、フィン間の間隔を狭めて空気流れの速度を上げ、空気側の熱伝達率の更なる向上を図ることができる。従って、オフセットフィンの性能を空気側の熱伝達率および圧損の両面から改善し、その性能を一段と向上することができる。

【0010】

さらに、本発明の熱交換器用オフセットフィンは、上記の熱交換器用オフセットフィンにおいて、前記１ピッチ内の分割数が３以上とされた前記個々のセグメントが、それぞれ３段以上の段形状で繰り返し配列されていることを特徴とする。

【0011】

本発明によれば、１ピッチ内の分割数が３以上とされた個々のセグメントが、それぞれ３段以上の段形状で繰り返し配列されているため、全てのセグメントを空気流れ方向に沿って２列以上あけてオフセット配設することができ、全セグメントにおいて上流側セグメントの温度境界層による影響を排除し、前縁効果を最大限発揮させて着実に空気側の熱伝達率を向上することができる。従って、オフセットフィンの熱交換性能の一層の向上を図ることができる。

【0012】

さらに、本発明の熱交換器用オフセットフィンは、上述のいずれかの熱交換器用オフセットフィンにおいて、前記個々のセグメントが、空気流れ方向に対して所定の角度傾斜されていることを特徴とする。

【0013】

本発明によれば、個々のセグメントが、空気流れ方向に対して所定の角度傾斜されているため、個々のセグメント間の間隔が傾斜分だけ広くされ、空気流れが整流されることにより、個々のセグメントの前縁効果による熱伝達率の一層の向上を図ることができるとともに、空気側圧損の抑制効果を維持することができる。従って、オフセットフィンをより高性能化することができる。なお、セグメントの傾斜角度は、圧損との関係から、７°程度が望ましい。

【0014】

さらに、本発明にかかる冷媒熱交換器は、所定の間隔で平行に配置される複数の冷媒チューブ間に、上述のいずれかの熱交換器用オフセットフィンが配設されていることを特徴とする。

【0015】

本発明によれば、所定の間隔で平行に配置される複数の冷媒チューブ間に、上述のいずれかの熱交換器用オフセットフィンが配設されているため、冷媒チューブ内を流れる冷媒とオフセットフィン側を流れる空気流との間の熱交換を、オフセットフィンの性能向上により一層促進し、その熱交換性能を向上することができる。従って、蒸発器や凝縮器に適用される冷媒熱交換器を一段と高性能化し、空調装置の性能を向上することができるとともに、蒸発器や凝縮器の小型化により、ユニットのコンパクト化を図ることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の熱交換器用オフセットフィンによると、個々のセグメントについて、空気流れ方向の上流側に位置するセグメントの前縁で発生した温度境界層が、下流側に配設されているセグメントに影響を及ぼし難くし、その前縁効果を阻害しないようにすることによって、個々のセグメントの前縁効果、すなわち各セグメントの前縁に空気流れが衝突し、その前縁部分での熱伝達率が局所的に高くなる効果を最大限発揮させ、空気側の熱伝達率の向上、ひいては熱交換性能の向上を図ることができると同時に、各セグメントの空気流れ方向の長さＬを最適化することによって空気側圧損を抑制し、その圧損を実用域に抑えることができる。また、各セグメントの波形フィンの１ピッチ内の分割数を３以上とすることにより、フィン間の間隔を狭めて空気流れの速度を上げ、空気側の熱伝達率の更なる向上を図ることができるため、オフセットフィンの性能を空気側の熱伝達率および圧損の両面から改善し、その性能を一段と向上することができる。

【0017】

また、本発明の熱交換器によると、冷媒チューブ内を流れる冷媒とオフセットフィン側を流れる空気流との間の熱交換を、オフセットフィンの性能向上により一層促進し、その熱交換性能を向上することができるため、蒸発器や凝縮器に適用される冷媒熱交換器を一段と高性能化し、空調装置の性能を向上することができるとともに、蒸発器や凝縮器の小型化により、ユニットのコンパクト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る冷媒熱交換器の斜視図である。

【図2】上記熱交換器に用いられるオフセットフィンの斜視図である。

【図3】図２中におけるＡ−Ａ断面相当図である。

【図4】図２中におけるＢ矢視相当図である。

【図5】上記オフセットフィンおよびその変形例と単一オフセットフィンとの性能比較図である。

【図6】上記オフセットフィンの各セグメントの長さＬによる空気圧損の変化を示す図である。

【図7】上記オフセットフィンの各セグメントの長さＬによる熱伝達率の変化を示す図である。

【図8】上記図５ないし図７に示した性能比較や解析に用いたオフセットフィンのセグメントの配列仕様を示す横断面相当図（Ａ）ないし（Ｈ）である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明に係る一実施形態について、図１ないし図８を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る冷媒熱交換器の斜視図が示され、図２には、その熱交換器に用いられるオフセットフィンの斜視図、図３には、図２中におけるＡ−Ａ断面相当図、図４には、図２中におけるＢ矢視相当図が示されている。
冷媒熱交換器１は、空調装置用の蒸発器や凝縮器等に適用されるもので、冷媒チューブ内を流れる冷媒と、その外側を流れる空気とを熱交換させるものである。

【0020】

この冷媒熱交換器１は、上下または左右に一定の間隔をあけて空気流れ方向Ｆに対し前後に各々一対ずつ設けられた上下または左右一対のヘッダ２，３と、そのヘッダ２，３間に両端が接続されることにより、所定間隔で平行に配置された扁平形状をなす多数の冷媒チューブ４と、その平行な冷媒チューブ４間に配設されたオフセットフィン５とから構成されており、一方のヘッダ２に接続されている冷媒入口配管６から供給された冷媒を１パスまたはそれ以上のパス数で冷媒チューブ４に流通させ、その間に空気と熱交換させて蒸発または凝縮させた後、他方のヘッダ３に接続されている冷媒出口配管７から排出するものである。

【0021】

上記冷媒熱交換器１は、それを構成している一対のヘッダ２，３、冷媒チューブ４およびオフセットフィン５等が全てアルミ合金製とされたオールアルミ合金製熱交換器とされている。オフセットフィン５は、図２ないし図４に示されるように、例えば、板厚ｔｆを０．０６ｍｍとしたアルミ合金製の薄板を、フィンピッチｐｆを１．３ｍｍとして波形に折り曲げ成形したフィン幅ｗが３４ｍｍのフィンとされ、その波形に折り曲げ成形されたフィンの立上がり面８および立下がり面９の両面に短冊状に切り起こされた個々のフィンであるセグメント（短冊）１０が多数オフセット配設された構成とされている。

【0022】

また、本実施形態においては、オフセットフィン５の性能を向上するため、波形フィンの立上がり面８および立下がり面９の両面に切り起こされる個々のフィンである短冊状のセグメント１０の空気流れ方向Ｆの長さＬが、０．５ｍｍ≦Ｌ≦１．２ｍｍとされるとともに、その多数のセグメント１０が空気流れ方向Ｆに沿う列方向に対して、図３に示されるように、それぞれ２列以上の間隔をあけて配列された構成とされている。また、個々のセグメント１０は、波形フィンの１ピッチ内の空気流れ方向Ｆと直交する方向に対する分割数ｎが３以上とされている。

【0023】

さらに、個々のセグメント１０を空気流れ方向Ｆと直交する方向に３以上に分割して配設する際、全てのセグメント１０が空気流れ方向Ｆに沿う列方向に対して、それぞれ２列以上の間隔をあけて配列されるようにするため、図２および図３に示されるように、３段以上の段形状にして空気流れ方向Ｆに順次繰り返し配列される構成としている。

【0024】

ここで、上記オフセットフィン５の性能を確認するために行ったサンプルの解析結果および計算結果を、図５ないし図８に基づいて説明する。
まず、その解析および計算に用いたオフセットフィンのＮＯ．１〜ＮＯ．９サンプルの仕様について、図８（Ａ）ないし（Ｈ）を参照して説明する。
いずれのサンプルも、フィン材の板厚ｔｆを０．０６ｍｍ、フィンピッチｐｆを１．３ｍｍ、フィン幅ｗを３４ｍｍとするとともに、個々のセグメント１０の空気流れ方向Ｆの長さＬを１ｍｍとし、個々のフィンであるセグメント１０の配置、配列等を変更したものである。

【0025】

（１）ＮＯ．１サンプルのフィンは、図８（Ａ）に示されるように、個々のセグメント１０の列方向の間隔を１列とするとともに、各セグメント１０の１ピッチ内の空気流れ方向Ｆと直交する方向の分割数ｎを２としたものである。
（２）ＮＯ．２サンプルのフィンは、図８（Ｂ）に示されるように、個々のセグメント１０の列方向の間隔を２列とするとともに、各セグメント１０の１ピッチ内の空気流れ方向Ｆと直交する方向の分割数ｎを３とし、そのセグメント１０を３段の段形状として空気流れ方向Ｆに繰り返し配列したものである。

【0026】

（３）ＮＯ．３サンプルのフィンは、図８（Ｃ）に示されるように、上記ＮＯ．２サンプルにおいて、各セグメント１０の１ピッチ内の空気流れ方向Ｆと直交する方向の分割数ｎを４とし、そのセグメント１０を４段の段形状として空気流れ方向Ｆに順次繰り返し配列したものである。
（４）ＮＯ．４サンプルのフィンは、図８（Ｄ）に示されるように、上記ＮＯ．２サンプルにおいて、各セグメント１０を空気流れ方向Ｆに対して、７°傾斜させて配設したものである。

【0027】

（５）ＮＯ．５サンプルのフィンは、図８（Ｅ）に示されるように、上記ＮＯ．２サンプルにおいて、段形状を空気流れ方向Ｆの中央部で折り返して順次繰り返し配列したものである。
（６）ＮＯ．６サンプルのフィンは、図８（Ｆ）に示されるように、各セグメント１０の１ピッチ内の空気流れ方向Ｆと直交する方向の分割数ｎを３としたものであるが、段形状を３段折り返しの繰り返し配列としたものであり、このため、個々のセグメント１０の列方向の間隔が１列となるものが混在するものである。

【0028】

（７）ＮＯ．７サンプルのフィンは、図８（Ｇ）に示されるように、上記ＮＯ．６サンプルにおいて、各セグメント１０を空気流れ方向Ｆに対して、７°傾斜させて配設したものである。
（８）ＮＯ．８サンプルのフィンは、図８（Ｈ）に示されるように、公知のルーバ付コルゲートフィンを空気流れ方向Ｆの中央部で折り返し形状としたものである。
（９）ＮＯ．９サンプルのフィンは、図示されていないが、上記ＮＯ．６サンプルにおいて、各セグメント１０の１ピッチ内の空気流れ方向Ｆと直交する方向の分割数ｎを４としたものであり、このため、個々のセグメント１０の列方向の間隔が１列となるものが混在するものである。

【0029】

上記したＮＯ．１〜ＮＯ．７サンプルについて、各セグメント１０の長さＬ（ｍｍ）による空気圧損ΔＰａ（Ｐａ）および熱伝達率ｈｍ（Ｗ／ｍ２Ｋ）の変化を計算し、解析した結果が、図６および図７に示されている。ここでの熱伝達率ｈｍ．ｐｐおよび空気圧損ΔＰａ．ｐｐの計算式は、図８に示す計算領域におけるものであり、以下の通りである。

【0030】

［損失係数の定義］
ｆＬ＝１／４［｛１＋３．４４５／（Ｒｅ・２ｄｅ／Ｌ・１／４）＾０．５｝＾２−１］×（２ｄｅ／Ｌ）
但し、Ｒｅ：レイノルズ数、ｄｅ：等価直径、Ｌ：セグメント長さ
［圧力損失；ΔＰａ．ｐｐ］
ΔＰａ．ｐｐ＝２ｆＬ・（Ｌ／（２ｄｅ））・ρａ・ｕθ＾２×ｃ×ＮＬ
但し、ｃ：圧損補正係数、ρａ：空気密度、ｕθ：セグメント間流速、ＮＬ：ワンピッチ間の奥行方向全てのセグメント枚数
［熱伝達率；ｈｍ．ｐｐ］
Ｎｕ＝３．７７＋［０．０６６・（Ｒｅ・Ｐｒａ・ｄｅ／（２Ｌ））＾１．２］／［１＋０．１・（Ｐｒａ）＾０．８７・（Ｒｅ・ｄｅ／（２Ｌ））＾０．７］
Ｎｕ＝ｈｍ．ｐｐ・ｄｅ／λａ
但し、Ｐｒａ：空気プラントル数、λａ：空気熱伝導率

【0031】

図６には、各セグメント１０の長さＬ（ｍｍ）による空気圧損ΔＰａの変化を解析した結果が示されている。ここで、空気圧損ΔＰａ（Ｐａ）の圧損設定ライン（推定）を１００．０Ｐａとしたとき、各セグメント（短冊）１０の長さＬとの関係から見て、空気圧損ΔＰａ（Ｐａ）は、図６に示す点線枠内に抑制することが望ましく、ＮＯ．２〜ＮＯ．５およびＮＯ．７のサンプルは、その範囲に含まれている。これらのサンプルは、セグメント１０の１ピッチ内の分割数や列方向の間隔、あるいは空気流れ方向Ｆに対する傾斜等により、ＮＯ．１およびＮＯ．６のサンプルよりも相対的に空気圧損が高くなるものの、それぞれ実用域に設定することが可能である。

【0032】

一方、図７には、各セグメント（短冊）１０の長さＬ（ｍｍ）による熱伝達率ｈｍの変化を解析した結果が示されている。ここで、熱伝達率ｈｍ（Ｗ／ｍ２Ｋ）の熱伝達率到達ライン（推定）を４００．０ｈｍとしたとき、各セグメント（短冊）１０の長さＬとの関係から見て、熱伝達率ｈｍ（Ｗ／ｍ２Ｋ）は、図６に示す点線枠内が望ましい範囲であり、ＮＯ．２〜ＮＯ．５およびＮＯ．７のサンプルは、その範囲に含まれている。これらのサンプルは、セグメント１０の１ピッチ内の分割数や列方向の間隔、あるいは空気流れ方向Ｆに対する傾斜等により、ＮＯ．１およびＮＯ．６のサンプルよりも相対的に熱伝達率を高くすることができ、性能向上を図ることが可能である。

【0033】

さらに、図５には、熱伝達率および空気圧損の両面から上記オフセットフィンの性能を評価する、単一オフセットフィンとの性能比較図が示されている。
ここでは、各オフセットフィンにおけるセグメント１０の配列の優位性を、圧力損失比率（ΔＰａ．ｒａｔｉｏ）および熱伝達率比率（ｈｍ．ｒａｔｉｏ）が、それぞれ
ΔＰａ／ΔＰａ．ＰＰ＜１．０
ｈｍ／ｈｍ．ＰＰ＞１．０
の領域に入っているか否かで性能を評価した。

【0034】

その結果、ＮＯ．３およびＮＯ．４サンプルのオフセットフィンが最も性能的に優れているものと評価することができる。このＮＯ．３およびＮＯ．４サンプルのオフセットフィンは、ＮＯ．２サンプルのオフセットフィンに対して、１ピッチ内のセグメント１０の分割数を増やし、あるいは空気流れ方向Ｆに対してセグメント１０を所定の角度（７°）傾斜させたものである。このことから、セグメント１０の分割数を増やすこと、もしくはセグメント１０を所定角度傾斜させることが、圧力損失比率（ΔＰａ．ｒａｔｉｏ）を僅かに増加させるものの、熱伝達率比率（ｈｍ．ｒａｔｉｏ）を大きくする上で効果的であることが解った。

【0035】

特に、熱伝達率比率を向上する上で、セグメント１０を傾斜させることが有効であることは、ＮＯ．６サンプルとＮＯ．７サンプルとの比較からも明白である。
また、ＮＯ．２およびＮＯ．５サンプルのオフセットフィンも、ＮＯ．３，４サンプルのオフセットフィンと同様、上記の評価領域に入っており、圧力損失比率および熱伝達率比率の両面から十分実用域にあることが判明した。このＮＯ．２およびＮＯ．５サンプルのオフセットフィンは、いずれも個々のセグメント１０の列方向の間隔を２列とするとともに、各セグメント１０の１ピッチ内の空気流れ方向Ｆと直交する方向の分割数ｎを３としたものである。

【0036】

このことから、個々のセグメント１０の列方向の間隔を２列以上とし、個々のセグメント１０について、空気流れ方向Ｆの上流側に配置されたセグメント１０の前縁で発生する温度境界層が下流側に配設されているセグメント１０に影響を及ぼし難くし、その前縁効果を阻害しないようにすることが、個々のセグメント１０の前縁効果、すなわち各セグメント１０の前縁に空気流れが衝突することによって、その前縁部分での熱伝達率ｈｍが局所的に高くなる効果を最大限発揮させ、空気側の熱伝達率ｈｍを向上する上で効果的であることが判明した。

【0037】

また、このように、個々のセグメント１０を空気流れ方向に沿って２列以上間隔をあけて多数オフセット配設する場合、ＮＯ．６，７サンプルに示されるように、列方向の間隔が１列となるものが混在することになる、段形状を３段または４段折り返しの繰り返し配列としたものに比べ、ＮＯ．２ないし５サンプルのように、全てのセグメント１０が２列以上間隔をあけてオフセット配設されるように、それぞれ３段以上の段形状で繰り返し配列した構成とすることが望ましいことが解った。このことは、１ピッチ内の分割数ｎを４としたＮＯ．９サンプルのフィン（ＮＯ．６サンプルのフィンと同様に、段形状を４段折り返しの繰り返し配列としたもの）が、ＮＯ．２，５サンプルのフィンよりも性能が低くなっていることからも明らかである。

【0038】

以上の解析結果から、オフセットフィンを高性能化するには、多数配設されるセグメント１０を、ＮＯ．２ないしＮＯ．５サンプルのフィンが全て満たす、以下の３条件を満足するように設けることが望ましいと云える。
Ａ．個々のセグメント１０を空気流れ方向に沿って２列以上間隔をあけて多数オフセット配設する。
Ｂ．各セグメント１０の空気流れ方向の長さＬを、０．５ｍｍ≦Ｌ≦１．２ｍｍ、より好ましくは０．６ｍｍ≦Ｌ≦１．０ｍｍとする。
Ｃ．個々のセグメント１０の波形フィンの１ピッチ内の分割数を３以上とする。

【0039】

但し、各セグメント１０の１ピッチ内の分割数を３以上とする場合、段形状を３段以上の段形状の繰り返し配列とすることが望ましい。なお、１ピッチ内の分割数は、数が多くなる程、製造が難しくなることから、３ないし４が適正な範囲であり、また、各セグメント１０を所定角度傾斜させて設けることも、熱伝達率を高めることができるものの、製造性が低下する面があることから、かかる点を考慮して採用の有無を決定すればよい。

【0040】

斯くして、本実施形態においては、オフセットフィン５を構成する波形成形フィンの立上がり面８および立下がり面９に短冊状に切り起こされた個々のフィンであるセグメント１０が、空気流れ方向Ｆに沿って２列以上間隔をあけて多数オフセット配設されているとともに、各セグメント１０の空気流れ方向Ｆの長さＬが、０．５ｍｍ≦Ｌ≦１．２ｍｍとされているため、個々のセグメント１０について空気流れ方向Ｆの上流側に配設されたセグメント１０の前縁で発生する温度境界層が下流側に配設されているセグメント１０に影響を及ぼし難くし、その前縁効果を阻害しないようにすることにより、個々のセグメント１０の前縁効果、すなわち各セグメント１０の前縁に空気流れが衝突し、その部分での熱伝達率ｈｍが局所的に高くなる効果を最大限発揮させ、空気側の熱伝達率ｈｍの向上、ひいては熱交換性能の向上を図ることができると同時に、各セグメント１０の長さＬを最適化することにより空気側圧損ΔＰａを抑制し、実用域に抑えることができる。

【0041】

また、オフセット配設される多数のセグメント１０の波形フィンの１ピッチ内の分割数を３以上とすることにより、フィン間の間隔を狭めて空気流れの速度を上げ、空気側の熱伝達率ｈｍの更なる向上を図ることができる。
従って、オフセットフィン５の性能を空気側の熱伝達率ｈｍおよび圧損ΔＰａの両面から改善し、その性能を一段と向上することができる。

【0042】

特に、１ピッチ内の分割数が３以上とされる個々のセグメント１０を、それぞれ３段以上の段形状で繰り返し配列することにより、全てのセグメント１０を空気流れ方向Ｆに沿って２列以上あけてオフセット配設することができ、全セグメント１０において上流側セグメント１０の温度境界層による影響を排除して前縁効果を最大限発揮させ、着実に空気側の熱伝達率を向上することができる。これによって、オフセットフィン５の熱交換性能の一層の向上を図ることができる。

【0043】

さらに、本実施形態においては、個々のセグメント１０を、空気流れ方向Ｆに対して所定の角度（７°）傾斜させている。このため、個々のセグメント１０間の間隔を傾斜分だけ広くし、空気流れを整流することにより、個々のセグメント１０の前縁効果による熱伝達率ｈｍの一層の向上を図ることができるとともに、空気側圧損ΔＰａの抑制効果を維持することができる。従って、オフセットフィン５をより高性能化することができる。

【0044】

また、本実施形態の冷媒熱交換器１は、所定の間隔で平行に配設される複数の冷媒チューブ４間に、上記の熱交換器用オフセットフィン５が配設された構成とされている。このため、冷媒チューブ４内を流れる冷媒とオフセットフィン５側を流れる空気流との間の熱交換を、オフセットフィン５の性能向上により一層促進し、その熱交換性能を向上することができる。これによって、蒸発器や凝縮器の適用される冷媒熱交換器１を一段と高性能化し、空調性能を向上することができるとともに、蒸発器や凝縮器の小型化により、ユニットのコンパクト化を図ることができる。

【0045】

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、冷媒熱交換器の例として、一対のヘッダ間に多数の冷媒チューブを平行に配設し、その冷媒チューブ間にオフセットフィンを配設して熱交換器について説明したが、扁平なチューブを蛇行状に折り曲げて形成して平行なチューブ間にオフセットフィンを配設した構成の熱交換器等にも同様に適用できることは云うまでもない。また、冷媒チューブは、押し出し成形チューブ、ラミネートチューブ等、如何なる構成の冷媒チューブであってもよい。

【符号の説明】

【0046】

１ 冷媒熱交換器
４ 冷媒チューブ
５ オフセットフィン
８ 立上がり面
９ 立下がり面
１０ セグメント（短冊）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】