JP2001349684A - ラジエータ - Google Patents

ラジエータ

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JP2001349684A
JP2001349684A JP2000167844A JP2000167844A JP2001349684A JP 2001349684 A JP2001349684 A JP 2001349684A JP 2000167844 A JP2000167844 A JP 2000167844A JP 2000167844 A JP2000167844 A JP 2000167844A JP 2001349684 A JP2001349684 A JP 2001349684A
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JP
Japan
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radiator
flat tubes
temperature
tanks
pitch
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JP2000167844A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Amekura
弘 雨倉
Takashi Ando
隆 安藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hino Motors Ltd
Denso Sankyo Co Ltd
Original Assignee
Hino Motors Ltd
Sankyo Radiator Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/126Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】一対のタンクと、その間に接続された多数の偏
平チューブと、その偏平チューブの間に装着されたコル
ゲートフィンとを備えたラジエータにおいて、中心部分
の温度が高くなり両端部分の温度が低くなることによる
熱膨張に伴う変形を小さくする。熱膨張による温度サイ
クルの影響を小さくし発生する金属疲労の程度を小さく
する。 【解決手段】両端部分のコルゲートフィンのピッチを中
心部分より大きくして、温度が低くなる部分の熱放散を
小さくする。これにより両端部分の温度が相対的に高く
なり、全体の温度を均一にすることができるから、ラジ
エータの熱膨張に伴う変形を小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一対のタンクの間
に多数の偏平チューブおよびコルゲートフィンを設けた
ラジエータの改良に関する。本発明は、動作中のラジエ
ータに熱膨張により生じる変形を少なくするための改良
に関する。本発明は、自動車用内燃機関の冷却液を循環
し放熱させる通路に挿入されるアルミニウム製のラジエ
ータの開発に伴う発明であるが、この他のラジエータに
も広く利用することができる。
【0002】
【従来の技術】従来からラジエータを構成する偏平チュ
ーブおよびコルゲートフィンの材料は、真鍮あるいは銅
が用いられている。これは熱伝導率が大きく、熱膨張率
が小さいからである。しかし真鍮あるいは銅は密度が大
きく形状に対して重量が大きくなる。一方、近年アルミ
ニウムがラジエータの材料として利用されるようになっ
た。アルミニウムは材料としては軽量かつ安価であり、
加工しやすい利点があり、小型自動車のラジエータとし
て普及することになった。アルミニウムの熱伝導率は、
銅より劣るが真鍮とは近似している。
【0003】ラジエータ材料としてアルミニウムを採用
する最大の問題点は、熱膨張率が大きいことである。ち
なみに20°Cにおける標準的な真鍮の線膨張率は1K
当たり約17×10-6であるのに対して、アルミニウム
は同じく23×10-6であり、アルミニウムの熱膨張は
真鍮に比べて約35%大きいことになる。
【0004】一般にラジエータは、上下に一対のタンク
を設け、この一対のタンクの間に冷却液を流通させる多
数の偏平チューブを配置し、この多数の偏平チューブの
間にコルゲートフィンを設ける構造とする。そしてその
コルゲートフィンの間に冷却風を流通させる。このと
き、中央部に配置される偏平チューブと両端部に配置さ
れる偏平チューブとでは必ずしもその温度が等しくなら
ない。中央部と両端部とで温度差が生じると、中央部と
両端部とでは熱膨張による変位が互いに異なることにな
るから、動作をはじめるとラジエータそのものが変形す
ることになる。とくに両端部に配置される偏平チューブ
は、ラジエータ全体の枠体あるいはサポートに接近して
いるので、中央部に配置される偏平チューブに比べて暖
まりにくく冷めにくい状態となるから、大きい温度差が
生じてしまう。この温度差によって両端部の偏平チュー
ブは熱膨張により生じる応力がとくに大きくなって、金
属疲労が発生し、両端部の偏平チューブが破断するよう
な故障が発生することになる。
【0005】従来から、この熱膨張差による応力を緩和
するために、両端のサポートに切れ目を入れて、多少の
機械的な伸縮を許容することができる構造とするものな
どが知られている。
【0006】なお従来から、コルゲートフィンのピッチ
をタンク近傍で大きくすることにより、ろうづけ不良を
低減する技術が知られているが(特開平9−42876
号公報参照)、これはラジエータの製造工作上の問題に
係るものであり、ラジエータの動作中の変形に対応する
ものではない。また作用が異なることにより、ピッチを
変更する位置も本発明の構成とは異なる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、アルミ
ニウムはラジエータの材料として、軽量で安価である、
そして加工し易いことなどの利点があり、アルミニウム
を材料として大型のラジエータを設計すると、熱膨張率
が大きいからラジエータそのもののサイズが大きくなる
にしたがって熱膨張による変形量が大きくなる。ラジエ
ータの動作状態における変形量が大きくなると、偏平チ
ューブが温度サイクルにより受ける変位が大きくなり、
これに伴う金属疲労が大きくなり、偏平チューブが切断
されるなどの故障発生の可能性が高くなる。また上述の
ように両端のサポートに切れ目を入れるなどの工作は、
大型のラジエータでは全体の構造保持のために堅固でな
ければならないから必ずしも適当でない。
【0008】本発明は、このような背景に行われたもの
であって、ラジエータが動作するに伴い、偏平チューブ
の配置位置により温度差が生じることを原因として生じ
る機械的変形を小さくすることができるラジエータを提
供することを目的とする。本発明は、ラジエータに加え
られる温度サイクルにより、特定の位置に配置された偏
平チューブが受ける応力を小さくすることができるラジ
エータの構造を提供することを目的とする。本発明は、
温度サイクルにより発生する金属疲労を少なくすること
ができるラジエータの構造を提供することを目的とす
る。本発明は、熱膨張率の比較的大きい金属材料を用い
ることができる大型のラジエータを提供することを目的
とする。本発明は、アルミニウムを材料としても応力変
形を起こすことの少ない大型のラジエータを提供するこ
とを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、偏平チューブ
の配置位置により生じる温度差を小さくするように、偏
平チューブの位置によりその偏平チューブに接するフィ
ンのピッチを温度分布に対応して変更し、ラジエータの
温度分布を均一化し、全体の機械的な変形を小さくする
ことができるようにその構造を設計することを第一の特
徴とする。
【0010】すなわち本発明の第一の特徴は、一対のタ
ンク(1、2)と、このタンク内の冷却液が流通するよ
うにこの一対のタンクの間を連結するとともに多数並行
して配列された偏平チューブ(3)と、この偏平チュー
ブの間にそれぞれ配置されたコルゲートフィン(4)と
を備えたラジエータにおいて、両端部近傍に配置された
コルゲートフィン(4a)のピッチを中心部に配置され
たコルゲートフィン(4)のピッチより大きくすること
を特徴とする。
【0011】上記括弧内の数字は、あとから説明する実
施例図面の参照符号であり、これは発明の構成を理解し
やすいように付すものであって、発明を実施例に限定し
て理解するためのものではない(以下同じ)。
【0012】この構造により、コルゲートフィンを介す
る放熱効率は、両端部近傍より中心部で大きくなって、
ラジエータ全体の温度が均一になり、温度分布に起因し
て発生する熱膨張による変位の違いが少なくなる。した
がって、一部の偏平チューブに、動作および停止の都度
加わる温度サイクルにより加わる応力が小さくなり、温
度サイクルに伴う金属疲労を低減することができる。
【0013】これは、ラジエータ全体の温度分布を細か
く配慮して、コルゲートフィンのピッチをそれに対応す
るように設計することが望ましいが、実用的には、最も
両端部に近いそれぞれ一列のコルゲートフィンのピッチ
を他のコルゲートフィンのピッチよりいくぶん大きく設
計することにより、相当程度の効果があり、この構造に
より金属疲労による故障を著しく低減することができ
る。
【0014】ここで「両端部」とは二つのタンク(1、
2)を機械的に結合する二つのサポート(5)に近い部
分であり、二つのタンク(1、2)に近い部分を意味す
るものではない。これにより、上で従来例技術として説
明した公開公報に開示された技術と区別することができ
る。
【0015】本発明の第二の特徴は、温度分布の補償を
コルゲートフィンのピッチにより対応するのではなく、
偏平チューブ(3)の肉厚により対応するものである。
【0016】すなわち本発明の第二の特徴は、一対のタ
ンクと、このタンク内の冷却液が流通するようにこの一
対のタンクの間を連結するとともに多数並行して配列さ
れた偏平チューブと、この偏平チューブの間にそれぞれ
配置されたコルゲートフィンとを備えたラジエータにお
いて、両端部近傍に配置された偏平チューブの肉厚を中
心部に配置された偏平チューブの肉厚より大きくするこ
とを特徴とする。
【0017】このように構成すると、肉厚が大きい偏平
チューブは熱伝導が肉厚の小さい偏平チューブより小さ
くなるから、その他の条件が均一であるとすると、肉厚
が大きい偏平チューブは温度が高くなることになる。こ
れを逆に利用して、サポート(5)に近い部分の温度が
現実に低くなる不都合があるのだから、この部分の偏平
チューブの肉厚を大きくして、全体の温度分布を均一に
することができる。
【0018】この場合にも、全体の温度分布を詳しく分
析して、偏平チューブの肉厚をそれに対応させて細かく
段階的に変更することも可能であるが、実用的には、最
も両端に近いそれぞれ一つの偏平チューブの肉厚が他の
偏平チューブの肉厚より厚くなるように設計することに
より相当程度の効果を得ることができる。
【0019】本発明の第三の特徴は、上記第一の特徴
(フィンピッチ)と上記第二の特徴(偏平チューブの肉
厚)を一つのラジエータに併せて採用するものである。
【0020】この構成により、ラジエータ平面の端部近
傍と中心部との温度差を小さくすることができるから、
熱膨張による変形が小さく、特定の偏平チューブに熱変
形により加わる応力が小さくなる。これにより、温度サ
イクルによる金属疲労が小さくなり、偏平チューブの切
断のような故障をきわめて少なくすることができる。
【0021】本発明により熱膨張による影響を小さくす
ることができるから、アルミニウムなど比較的熱膨張率
の大きい金属をラジエータの材料として導入することが
できるようになる。
【0022】
【発明の実施の形態】図1は本発明実施例装置の構造図
である。この例は大型トラックに搭載するディーゼル機
関のラジエータである。(a)は側面図、(b)は正面
図である。この実施例ラジエータは、上下に一対のタン
ク1および2を配置し、これをサポート5により機械的
に連結する。そしてそのタンク1、2の間に多数(ほぼ
40本)の金属製(この実施例ではアルミニウム製)の
偏平チューブ3を設け、この偏平チューブ3の中にタン
ク1、2内の冷却水を連通させる構造となっている。こ
の多数の偏平チューブ3の間の各空間には、金属製(こ
の実施例ではこれもアルミニウム製)のコルゲートフィ
ン4が配置される。コルゲートフィン4の間を冷却風が
通過し、コルゲートフィン4および偏平チューブ3の熱
を空間に放散する。図1(b)では偏平チューブ3およ
びコルゲートフィン4を右下のすみの部分のみ描き、大
部分は同様の繰り返しであり、これらは図面への記載を
省略する。
【0023】ここで、図2に示すように、本発明の第一
の特徴として、コルゲートフィン4の最も外側(右端の
み図示するが左端も含めて両端部)に配置されるコルゲ
ートフィン4aでは、そのピッチFp1 が他のコルゲー
トフィン4のピッチFpより大きく形成されて、最も外
側の偏平チューブ3aについては、中心部の偏平チュー
ブ3に比べてその熱放散の状態をやや低減させる。
【0024】さらに、図3に示すように、本発明の第二
の特徴として、偏平チューブ3のうち最も外側(これも
左右両端について)に配置される偏平チューブ3aにつ
いては、その肉厚Tt1 を他の偏平チューブの肉厚Tt
よりやや厚く形成して、熱伝導の状態をやや低減させ
る。
【0025】このピッチFpとFp1 および厚さTtと
Tt1 を適当に設定することにより、両端部の偏平チュ
ーブ3aの熱放散率がほかに比べて小さくなり、全体と
して温度が均一になるように設計することができる。
【0026】この実施例では、さまざまに試験を行った
中からその一例を示すと、ピッチについては Fp=3.0mm であるところを Fp1 =3.5mm とし、肉厚については Tt=0.30mm であるところを Tt1 =0.36mm とすることにより、熱膨張の差により両端部の偏平チュ
ーブ3aに加わる応力差が実質的に観測できない程度に
小さくすることができた。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、ラ
ジエータの動作中に、偏平チューブの配置位置により温
度差が生じることを原因として生じる機械的変形の小さ
いラジエータを提供することができる。これにより、特
定の位置に配置された偏平チューブに加えられる温度サ
イクルに伴う応力を小さくすることができ、温度サイク
ルによる金属疲労を小さくすることができる。本発明に
より、熱膨張率の比較的大きい金属材料を大型のラジエ
ータの材料として利用することができるようになる。特
に本発明により、アルミニウムを材料としても応力変形
によるチューブの破断などを起こすことがない大型のラ
ジエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例装置の構造図。
【図2】本発明実施例装置の部分拡大構造図。
【図3】本発明実施例装置の偏平チューブの断面構造
図。
【符号の説明】
1、2 一対のタンク 3 偏平チューブ 4 コルゲートフィン 5 サポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 隆 東京都八王子市大和田町6丁目3番28号 三共ラヂエーター株式会社内 Fターム(参考) 3L103 AA27 BB39 CC02 CC22 DD08 DD32 DD34

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対のタンクと、このタンク内の冷却液が
    流通するようにこの一対のタンクの間を連結するととも
    に多数並行して配列された偏平チューブと、この偏平チ
    ューブの間にそれぞれ配置されたコルゲートフィンとを
    備えたラジエータにおいて、 両端部近傍に配置されたコルゲートフィンのピッチが中
    心部に配置されたコルゲートフィンのピッチより大きい
    ことを特徴とするラジエータ。
  2. 【請求項2】最も両端に近いそれぞれ一列のコルゲート
    フィンのピッチが他のコルゲートフィンのピッチより大
    きい請求項1記載のラジエータ。
  3. 【請求項3】一対のタンクと、このタンク内の冷却液が
    流通するようにこの一対のタンクの間を連結するととも
    に多数並行して配列された偏平チューブと、この偏平チ
    ューブの間にそれぞれ配置されたコルゲートフィンとを
    備えたラジエータにおいて、 両端部近傍に配置された偏平チューブの肉厚が中心部に
    配置された偏平チューブの肉厚より大きいことを特徴と
    するラジエータ。
  4. 【請求項4】最も両端に近いそれぞれ一つの偏平チュー
    ブの肉厚が他の偏平チューブの肉厚より厚い請求項3記
    載のラジエータ。
  5. 【請求項5】一対のタンクと、このタンク内の冷却液が
    流通するようにこの一対のタンクの間を連結するととも
    に多数並行して配列された偏平チューブと、この偏平チ
    ューブの間にそれぞれ配置されたコルゲートフィンとを
    備えたラジエータにおいて、 両端部近傍に配置されたコルゲートフィンのピッチが中
    心部に配置されたコルゲートフィンのピッチより大き
    く、かつ両端部近傍に配置された偏平チューブの肉厚が
    中心部に配置された偏平チューブの肉厚より厚いことを
    特徴とするラジエータ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007212009A (ja) * 2006-02-07 2007-08-23 Sanden Corp 熱交換器
JP2008531973A (ja) * 2005-03-15 2008-08-14 スカニア シーブイ アクチボラグ(パブル) 冷却装置

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