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公開番号2024157853
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2023072472
出願日2023-04-26
発明の名称熱交換器
出願人株式会社小松製作所,国立大学法人東京大学,学校法人明治大学
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類F28F 1/32 20060101AFI20241031BHJP(熱交換一般)
要約【課題】熱交換効率が高い熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、第1方向に延びる扁平な管状に形成されるとともに互いに向かい合う扁平面を有し且つ前記第1方向に沿うように内部流体が流れる内部流路が形成される複数のチューブと、前記複数のチューブにおいて互いに向かい合う前記扁平面の間に配置されるとともに前記チューブの外部を流れる外部流体が互いに向かい合う前記扁平面の間を前記第1方向と交差する第2方向に流れるように前記複数のチューブに接合されるフィンと、を備え、前記フィンには、滑らかに連続する複数の波が形成され、前記波の頂部近傍には、前記フィンの外表面から突出する突起、又は、前記フィンを貫通する孔が形成され、前記フィンは、前記外部流体が前記波の頂部近傍の前記突起又は前記孔に向かうように案内するガイド構造を備える。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項１】
第１方向に延びる扁平な管状に形成されるとともに互いに向かい合う扁平面を有し且つ前記第１方向に沿うように内部流体が流れる内部流路が形成される複数のチューブと、
前記複数のチューブにおいて互いに向かい合う前記扁平面の間に配置されるとともに前記チューブの外部を流れる外部流体が互いに向かい合う前記扁平面の間を前記第１方向と交差する第２方向に流れるように前記複数のチューブに接合されるフィンと、を備え、
前記フィンには、滑らかに連続する複数の波が形成され、
前記波の頂部近傍には、前記フィンの外表面から突出する突起、又は、前記フィンを貫通する孔が形成され、
前記フィンは、前記外部流体が前記波の頂部近傍の前記突起又は前記孔に向かうように案内するガイド構造を備える、
熱交換器。
続きを表示（約 370 文字）【請求項２】
前記フィンは、前記外部流体の流入側から見て前記波の最頂部の両脇に双子山をなすように膨出する双子山構造を更に備える、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記フィンには、前記波の頂部近傍の前記突起の裏側の部分を貫通する孔が形成される、
請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記フィンには、前記フィンの幅方向外側部から前記フィンの幅方向内側に向かうように切り欠かれた切欠きと、前記切欠きの近傍から突出する突起と、が形成される、
請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記フィンには、前記フィンの幅方向外側部から前記フィンの幅方向内側に向かうように並ぶ複数の孔が形成される、
請求項１又は２に記載の熱交換器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、熱交換器の一例として、コルゲートフィン型熱交換器が開示されている。この熱交換器は、扁平な中空管として形成されて第１の熱交換流体の流路をなす複数の扁平チューブを備える。各扁平チューブ間には、コルゲートフィンが配置される。コルゲートフィンは、第２の熱交換流体が水平方向に流れるように各扁平チューブに接合される。コルゲートフィンには、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る。これにより、前縁効果による高い伝熱性能を得ると共に、フィン上に第２の熱交換流体に含まれる水分が凝縮した場合でも凝縮水の高い排水性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－３６６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の熱交換器は、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うるものである。しかし、抵抗低減の性能面で改善の余地がある。そのため、抵抗低減及び伝熱促進を両立できる（熱交換効率が高い）熱交換器が要求されている。
【０００５】
そこで本発明は、熱交換効率が高い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】
【０００６】
本発明の一態様に係る熱交換器は、第１方向に延びる扁平な管状に形成されるとともに互いに向かい合う扁平面を有し且つ前記第１方向に沿うように内部流体が流れる内部流路が形成される複数のチューブと、前記複数のチューブにおいて互いに向かい合う前記扁平面の間に配置されるとともに前記チューブの外部を流れる外部流体が互いに向かい合う前記扁平面の間を前記第１方向と交差する第２方向に流れるように前記複数のチューブに接合されるフィンと、を備え、前記フィンには、滑らかに連続する複数の波が形成され、前記波の頂部近傍には、前記フィンの外表面から突出する突起、又は、前記フィンを貫通する孔が形成され、前記フィンは、前記外部流体が前記波の頂部近傍の前記突起又は前記孔に向かうように案内するガイド構造を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記態様によれば、熱交換効率が高い熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施形態に係る熱交換器の概略図。
複数のチューブの間にフィンが配置されている様子の斜視図。
複数のチューブの間にフィンが配置されている様子の平面図。
図３の一部を拡大した図であって、初期形状のフィンの斜視図。
フィンの最適化の概要のフローチャート。
順解析における温度分布の説明図。
順解析における断面平均速度の説明図。
随伴解析における感度の例の説明図。
随伴解析における壁から離れる直前のフィン形状の説明図。
フィンの性能の変化の説明図。
第１実施形態に係るフィンの斜視図。
第１実施形態に係るフィンの平面図。
図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面を含む図。
図１２のＸＩＶ－ＸＩＶ断面を含む図。
第２実施形態に係るフィンの斜視図。
第２実施形態に係るフィンの平面図。
図１６のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ断面を含む図。
図１６のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ断面を含む図。
第３実施形態に係るフィンの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。実施形態においては、熱交換器の一例として、コルゲートフィン型熱交換器を例に挙げて説明する。例えば、コルゲートフィン型熱交換器は、各種の空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクル、あるいは、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ーを回収する熱回収装置などのエネルギー変換装置に用いられる。
【００１０】
＜熱交換器＞
図１は、実施形態に係る熱交換器１の概略図である。
図１に示すように、熱交換器１は、複数のチューブ１０と、フィン２０と、上部ヘッダー３０と、下部ヘッダー４０と、を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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