JP2006064345A

JP2006064345A - 伝熱フィン

Info

Publication number: JP2006064345A
Application number: JP2004250477A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Okubo; 厚大久保; Akira Komuro; 朗小室; Sotoharu Tanaka; 外治田中
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】伝熱フィンの山部を分断する分断孔が形成されることによる伝熱フィンの伝熱性能の向上を図ると共に、圧力損失の低減を図る。
【解決手段】熱交換器に使用される伝熱フィンには、山部２と底壁６とが流体の流れ方向Ａ１に直交する方向に１つずつ交互に形成される。各山部２は、頂壁３と１対の側壁４とからなり、伝熱フィンには、各山部２および各底壁６を流れ方向Ａ１に３以上に分断する２以上の所定数の列Ｒの分断孔10が形成され、各分断孔10は、各山部２および各底壁６に渡って連続する１つの長孔により構成される。各列Ｒの分断孔10は、中間山部２ｂに形成された中間分断孔10ｂと、各端部山部２ａの内側側壁４ｂのみに形成された端部分断孔10ａとからなる。各端部山部２ａにより、中間山部２ｂおよび底壁６により形成される主流路30に比べて圧力損失が低減されたバイパス流路33が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換用の伝熱フィンに関し、該伝熱フィンは、例えば熱交換器に備えられる。

熱交換器において熱伝達による伝熱量を増加させるために使用される伝熱フィンとして、例えば特許文献１に開示されたコルゲートフィンが知られている。このコルゲートフィンは、内燃機関に備えられる過給機により圧縮されて高温高圧となった過給気を冷却風（大気の流れ）と熱交換させて冷却する積層型熱交換器からなるインタークーラのインナーフィンとして使用され、山部および底壁部が多数個設けられることにより波形状に形成される。さらに、コルゲートフィンには、２以上の山部および底壁部に渡ってコルゲートフィンの板厚方向に貫通するスリットが、コルゲートフィンの長手方向に所定の間隔で複数箇所に設けられる。
特開平８−３１３１８３号公報

前述のようなスリットが設けられたコルゲートフィンでは、スリットにより、温度境界層が寸断されてその発達が抑制されるために、熱伝達率が向上する一方で、流体（過給気）の流れの乱れが増加するために圧力損失が増加する難点がある。また、スリットの数が増加して、長手方向でのスリット間の間隔が小さくなるにつれて、したがってスリットにより分断されて形成される山部の部分および底壁部の部分の長手方向（流体の流れ方向）での幅が短くなるにつれて、熱伝達率は向上するものの、同時に圧力損失も増加する。さらに、コルゲートフィンの下流端寄りの領域では、コルゲートフィンと過給気との間での温度差が上流端寄りの領域に比べて小さくなることから、伝熱量が低下する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜４記載の発明は、伝熱フィンの山部を分断する分断孔が形成されることによる伝熱フィンの伝熱性能の向上を図ると共に、圧力損失の低減を図ることを目的とする。そして、請求項２記載の発明は、さらに、伝熱フィンの形成を容易にすることを目的とし、請求項３記載の発明は、さらに、伝熱フィンの伝熱性能の一層の向上および圧力損失の一層の低減を図ることを目的とし、請求項４記載の発明は、さらに、所要の伝熱フィンの伝熱性能を確保したうえで、圧力損失の一層の低減を図ることを目的とする。

請求項１記載の発明は、Ｎを３以上の自然数とするとき、Ｎ以上の山部とＮ＋１以上の底壁とが流体の流れ方向に交差する方向に１つずつ交互に形成されたコルゲート部を１つまたは複数個備える伝熱フィンにおいて、前記各山部は、頂壁と、該頂壁から延びて前記交差方向で隣接する１対の前記底壁にそれぞれ連なる１対の側壁とからなり、前記コルゲート部には、前記各山部を前記流れ方向に３つ以上に分断する２以上の所定数の列の分断孔が形成され、前記Ｎ以上の前記山部は、前記交差方向での前記コルゲート部の両端部にそれぞれ位置する端部山部と、該両端部山部の間に位置する中間山部とからなり、前記各列の前記分断孔は、前記中間山部において前記交差方向に平行に配列されるように少なくとも前記各側壁に形成された中間分断孔と、前記各端部山部の１対の前記側壁において前記中間分断孔と前記交差方向で対向するように前記交差方向で隣接する前記中間山部に対向する内側の前記側壁のみに形成された端部分断孔とからなり、前記各端部山部により、前記中間山部および前記底壁により形成される主流路に比べて圧力損失が低減されたバイパス流路が形成される伝熱フィンである。

これによれば、中間山部を少なくとも部分的に分断する中間分断孔により、温度境界層が寸断されてその発達が抑制されることから、熱伝達率が向上する。また、各端部山部の１対の側壁のうちの内側側壁のみに端部分断孔が形成されることから、各バイパス流路では、１対の側壁にそれぞれ中間分断孔が形成された中間山部により形成される主流路に比べて温度境界層が発達して、バイパス流路を流通する流体と伝熱フィンとの間での伝熱量が減少する一方で、流体の乱れが少なくなって圧力損失が低減する。このため、バイパス流路を流通した流体は、中間分断孔の付近で主流路を流通する流体に比べて、伝熱フィンへの流入温度により近い温度で、すなわち伝熱フィンとの温度差が大きい温度で、端部分断孔から主流路に流入するので、主流路を流通する流体と中間山部および底壁との温度差が増加して、伝熱フィンと流体との間での伝熱量が増加する。そして、この伝熱量の増加は、伝熱フィンの下流端に近い部位ほど顕著になる。さらに、バイパス流路では端部山部自体による熱伝達も行われる。

請求項２記載の発明は、Ｎを３以上の自然数とするとき、Ｎ以上の山部とＮ＋１以上の底壁とが流体の流れ方向に交差する方向に１つずつ交互に形成されたコルゲート部を１つまたは複数個備える伝熱フィンにおいて、前記各山部は、頂壁と、該頂壁から延びて前記交差方向で隣接する１対の前記底壁にそれぞれ連なる１対の側壁とからなり、前記コルゲート部には、前記各山部および前記各底壁を前記流れ方向に３以上に分断する２以上の所定数の列の分断孔が形成され、前記各分断孔は、前記Ｎ以上の前記山部および前記交差方向で隣接する前記山部の間に位置する前記底壁に渡って連続すると共に前記交差方向を長手方向とする１つの長孔により構成され、前記Ｎ以上の前記山部は、前記コルゲート部における前記交差方向での両端部にそれぞれ位置する端部山部と、前記両端部山部の間に位置する中間山部とからなり、前記各列の前記分断孔は、前記中間山部に形成された中間分断孔と、前記各端部山部の１対の前記側壁において前記交差方向で隣接する前記中間山部に対向する内側の前記側壁のみに形成された前記長孔の端部を含む端部分断孔とからなり、前記各端部山部により、前記中間山部および前記底壁により形成される主流路に比べて圧力損失が低減されたバイパス流路が形成される伝熱フィンである。

これによれば、請求項１記載の発明と同様の作用がなされるうえ、各列におけるすべての中間分断孔および１対の端部分断孔は１つの長孔により構成されるので、伝熱フィンに形成される分断孔の数が減少する。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の伝熱フィンにおいて、前記各端部分断孔は、前記中間分断孔の前記流れ方向での幅に比べて、前記流れ方向に拡幅された拡幅部を有するものである。

これによれば、拡幅部により端部分断孔の開口面積が増加するので、バイパス流路から主流路に流入するときの流通抵抗が減少して、流体がバイパス流路を通りやすくなる。また、端部分断孔から主流路に流入する流体の流量も増加するので、主流路を流通する流体と中間山部および底壁との間の伝熱量が一層増加する。

請求項４記載の発明は、請求項２または請求項３記載の伝熱フィンにおいて、前記流れ方向での前記伝熱フィンの幅の範囲において、前記各中間山部が前記各中間分断孔により分断されて形成された３以上の部分山部の前記流れ方向での幅は異なっており、前記３以上の前記部分山部のうちの任意の部分山部の直下流に位置する部分山部の幅は、前記任意の部分山部の幅と同じかまたは長いものである。

これによれば、流れ方向での部分山部の幅は、伝熱フィンの上流端を含む最上流領域にある部分山部に比べて、最上流領域よりも下流の下流領域の部分山部ではより長いので、主流路において、伝熱フィンと流体との温度差が比較的大きい最上流領域では、温度境界層の発達が抑制されて熱伝達率が大きくなり、伝熱フィンと流体との間での伝熱量が多く、前記温度差が比較的小さい下流領域では、端部分断孔から流入するバイパス流路の流体により温度境界層の発達による熱伝達率の低下による伝熱量の低下を補償したうえで、流体の乱れが少なくなって圧力損失が低減する。

請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、中間山部に中間分断孔が設けられることで熱伝達率が向上し、バイパス流路を流通した流体が端部分断孔から本流路に流入することで伝熱量が増加するので、伝熱フィンの伝熱性能が向上する。そのうえ、各端部山部によりバイパス流路が形成されるので、伝熱フィンでの圧力損失が低減する。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が奏され、さらに形成される分断孔の数が減少するので、伝熱フィンの形成が容易になる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に対して、流体がバイパス流路を通りやすくなるので、伝熱フィンの圧力損失が一層低減し、バイパス流路から端部分断孔を通じて主流路に流入する流体の流量が増加して、伝熱フィンと流体との間での伝熱量が一層増加するので、伝熱フィンの伝熱性能が一層向上する。

請求項４記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、伝熱フィンの最上流領域での熱伝達率の向上および下流領域でのバイパス通路からの流体の流入による伝熱量の増加により、伝熱フィンの所要の伝熱性能が確保されたうえで、下流領域での圧力損失の低減により、伝熱フィンの圧力損失が低減する。

以下、本発明の実施形態を図１〜図５を参照して説明する。
図１〜図３は、第１実施形態を説明する図である。まず、図１を参照すると、本発明が適用された伝熱フィン１は、内燃機関に備えられる熱交換器としてのインタークーラＨに備えられる。熱交換により温度が制御される制御対象としての流体である過給気を冷却するためのインタークーラＨは、前記制御対象の温度を制御する制御流体としての冷却空気により過給気を冷却する空冷式の積層型熱交換器であり、伝熱部材としての複数の伝熱管Ｔと、各伝熱管Ｔとそれぞれ交互に積層される複数の外部伝熱フィンＦｏと、各伝熱管Ｔ内に配置される内部伝熱フィンＦｉとを備える。過給機により加圧されて高温になった過給気が流通する各伝熱管Ｔは、２つの金属製のプレートＴ１，Ｔ２を対向させて溶接などで接合することにより形成された偏平管から構成される。また、過給気から伝熱管Ｔへの熱伝達を促進する内部伝熱フィンＦｉと、伝熱管Ｔから冷却空気への熱伝達を促進する外部伝熱フィンＦｏとは、いずれも本発明に係る伝熱フィン１により構成される。

以下、主に、内部伝熱フィンＦｉとして使用される伝熱フィン１を中心に説明する。
図２を参照すると、伝熱フィン１は、金属製の薄板からなる１枚の板材が曲げ加工を含む屈曲工程で屈曲されて形成されたＮ以上の山部２とＮ＋１以上の底壁６とが、流体（過給気が相当する。なお、外部伝熱フィンＦｏの場合は冷却空気が相当する。）の流れ方向Ａ１に交差する１つの交差方向としての直交方向Ａ２に、１つずつ交互に形成された１つのコルゲート部Ｃを備える。ここで、Ｎは、３以上の自然数である。

そして、この実施形態では、伝熱フィン１は１つのコルゲート部Ｃのみにより構成され、また、６つの山部２と７つの底壁６を有するコルゲート部Ｃ（すなわち伝熱フィン１）は、流れ方向Ａ１から見て、交互に形成された山部２および底壁６によりほぼ矩形の波形が連続した形状を呈する。なお、前記波形の形状は、矩形以外の任意の形状であってよい。

各山部２の集合体である山群は、直交方向Ａ２でのコルゲート部Ｃの両端部（この実施形態では伝熱フィン１の両端部でもある。）に位置する１対の端部山部２ａと、直交方向Ａ２で両端部山部２ａの間に位置する１以上の、この実施形態では４つの中間山部２ｂとからなる。各底壁６の集合体である底壁群は、直交方向Ａ２でのコルゲート部Ｃの両端部に位置する１対の端部底壁６ａと、直交方向Ａ２で隣接する山部２の間に位置する２以上の、この実施形態では５つの中間底壁６ｂとからなる。

コルゲート部Ｃにおいて底壁６から立ち上がった部分である各山部２は、頂壁３と、頂壁３から延びて直交方向Ａ２で隣接する１対の底壁６にそれぞれ連なると共に直交方向Ａ２で対向する１対の側壁４とからなる。伝熱フィン１は、各頂壁３の接合部分および各底壁６の接合部分がろう付けなどの接合手段により１対のプレートＴ１，Ｔ２（図１参照）にそれぞれ接合されて固定されることで、伝熱管Ｔに結合される。

図３を併せて参照すると、コルゲート部Ｃには、各山部２および各底壁６を流れ方向Ａ１に３以上に分断する２以上の所定数の列Ｒの分断孔10が、流れ方向Ａ１に所定の間隔ｄをおいて形成される。直交方向Ａ２に平行に延びる列である各列Ｒにおける分断孔10は、すべての山部２およびすべての中間底壁６ｂに渡って連続すると共に直交方向Ａ２を長手方向とする１つの長孔により構成される。前記長孔は、前記屈曲工程の前工程である孔あけ工程において、平板状の長尺材からなる第１素材に、プレス加工などによる孔あけ加工により形成されるほぼ矩形の貫通孔である。

そして、前記第１素材が前記屈曲工程を経て形成された第２素材が、切断工程で伝熱管Ｔ（図１参照）の直交方向Ａ２での幅に応じた所定幅で切断されて形成されたコルゲート部Ｃにおいて、直交方向Ａ２に平行に長細い各分断孔10は、各中間山部２ｂおよび各中間底壁６ｂに形成された中間分断孔10ｂと、各端部山部２ａの１対の側壁４において直交方向Ａ２で隣接する中間山部２ｂに対向する内側の側壁４ｂのみに形成された前記長孔の端部を含んで構成される端部分断孔10ａとからなる。また、各端部底壁６ａと、各端部山部２ａにおいて内側側壁４ｂに直交方向Ａ２で対向する外側側壁４ａとには分断孔10が形成されていない。

それゆえ、各中間山部２ｂの頂壁３および１対の側壁４と各中間底壁６ｂとは、前記所定数の中間分断孔10ｂにより間隔ｄで完全に分断される。一方、各端部山部２ａは、各内側側壁４ｂに間隔ｄで形成された前記所定数の端部分断孔10ａにより部分的に分断される。また、各端部山部２ａの頂壁３および外側側壁４と、各端部底壁６ａとは、各分断孔10により分断されない。さらに、各列Ｒにおいて、すべての中間山部２ｂの各側壁４における中間分断孔10ｂの全体および端部分断孔10ａは、直交方向Ａ２に平行に配列され、各端部山部２ａの各端部分断孔10ａは、中間分断孔10ｂと直交方向Ａ２で対向する。

各中間山部２ｂは中間分断孔10ｂにより３以上の部分山部21に分けられるが、各中間山部２ｂの部分山部21の数である前記所定数は、流れ方向Ａ１でのコルゲート部Ｃ（すなわち伝熱フィン１）の幅ｗ１、温度境界層を寸断してその発達を抑制する各中間分断孔10ｂによる熱伝達率の向上、および圧力損失の低減などの観点から適宜決定される。また、伝熱フィン１の幅ｗ１の範囲において、各部分山部21の流れ方向Ａ１での幅ｗ２については、この実施形態では、すべての部分山部21の幅ｗ２が等しく、したがって間隔ｄも等しい。さらに、直交方向Ａ２で隣接する山部２の間隔であるピッチは、すべての山部２について等しく、所定値（例えば２ｍｍ）以下となるように設定される。また、流れ方向Ａ１での分断孔10の幅ｗ３は、部分山部２の幅ｗ２以下であり、直交方向Ａ２に均一の値で、例えば０．１ｍｍ〜５ｍｍに設定される。

このコルゲート部Ｃにより、流体が流通する伝熱管Ｔ（図１参照）の内部空間は、中間山部２ｂの内側に形成される第１主流路31および直交方向Ａ２で隣接する山部２の間に形成される第２主流路32からなる主流路30と、各端部山部２ａの内側に形成されるバイパス流路33と、を含む多数の流路が形成されるように仕切られる。そして、中間山部２ｂおよび中間底壁６ｂにより形成される第１，第２主流路31，32は、各中間分断孔10ｂを介して直交方向Ａ２に互いに連通することから、それら主流路30を流通する流体の流れの乱れが促進されて、温度境界層内での流体の流れの乱れも大きくなる。

一方、端部山部２ａは分断孔10により完全に分断されておらず、しかも端部山部２ａの１対の側壁４に形成された端部分断孔10ａの数が、各中間山部２ｂの１対の側壁４に形成された中間分断孔10ｂの数の１／２であることから、各バイパス流路33では、主流路30に比べて、流通する流体の流れの乱れが少なくなって、圧力損失が低減された流路となっている。

そして、バイパス流路33では、１対の側壁４にそれぞれ中間分断孔10ｂが形成された中間山部２ｂにより形成される第１，第２主流路31，32に比べて、温度境界層が発達して、バイパス流路33を流通する流体と端部山部２ａとの間での伝熱量が減少する。このため、各バイパス流路33を流通する流体の温度は、伝熱フィン１において流れ方向Ａ１での同じ位置で比較したとき、主流路30を流通する流体の温度に比べて、伝熱フィン１への流体の流入温度に近い温度であり、したがって伝熱フィン１の温度との温度差が大きな温度になっている。この結果、バイパス流路33の圧力損失が、主流路30の圧力損失よりも小さいことから、バイパス流路33を流通する流体は、端部分断孔10ａから、該端部分断孔10ａが属する列Ｒの中間分断孔10ｂ付近で、主流路30に流入する。そして、端部分断孔10ａから主流路30に流入する流体は、該端部分断孔10ａに連なる中間分断孔10ｂ付近で主流路30を流通する流体に比べて、前記流入温度に近い温度を有し、したがって伝熱フィン１との温度差が大きい温度を有する。

なお、外側伝熱フィンＦｏについても、伝熱フィンの幅、山部２、底壁６および分断孔10などの伝熱フィンの諸元は異なるものの、山部、底壁および分断孔が形成されたコルゲート部を備える点で、基本的な構造は伝熱フィンと同様である。

次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
伝熱フィンにおいて、各山部２および各底壁６を流れ方向Ａ１に３以上に分断する前記所定数の列Ｒの分断孔10が形成され、各列Ｒの分断孔10は中間分断孔10ｂと端部分断孔10ａとからなることにより、中間山部２ｂを分断する中間分断孔10ｂにより温度境界層が寸断されてその発達が抑制されることから、熱伝達率が向上する。また、各端部山部２ａにおいては１対の側壁４のうちの内側側壁４ｂのみに端部分断孔10ａが形成されることから、各端部山部２ａにより形成される各バイパス流路33では、１対の側壁４にそれぞれ中間分断孔10ｂが形成された中間山部２ｂにより形成される主流路30に比べて温度境界層が発達して、バイパス流路33を流通する流体と伝熱フィン１との間での伝熱量が減少する一方で、流体の乱れが少なくなって圧力損失が低減する。このため、バイパス流路33を流通した流体は、中間分断孔10ｂの付近で主流路30を流通する流体に比べて、伝熱フィン１への前記流入温度により近い温度で、すなわち伝熱フィン１との温度差が大きい温度で、端部分断孔10ａから主流路30に流入するので、主流路30を流通する流体と中間山部２ｂおよび底壁６との温度差が増加して、伝熱フィン１と流体との間での伝熱量が増加する。そして、この伝熱量の増加は、伝熱フィン１の下流端に近い部位ほど顕著になる。さらに、バイパス流路33では端部山部２ａ自体による熱伝達も行われる。この結果、中間山部２ｂに中間分断孔10ｂが設けられることで熱伝達率が向上し、バイパス流路33を流通した流体が端部分断孔10ａから主流路30に流入することで伝熱量が増加するので、伝熱フィン１の伝熱性能が向上する。そのうえ、各端部山部２ａによりバイパス流路33が形成されるので、伝熱フィン１での圧力損失が低減する。

各分断孔10は、すべての山部２およびすべての底壁６に渡って連続すると共に直交方向Ａ２を長手方向とする１つの前記長孔により構成されことにより、各列Ｒにおけるすべての中間分断孔10ｂおよび１対の端部分断孔10ａは前記長孔により構成されるので、伝熱フィン１に形成される分断孔10の数が減少し、伝熱フィン１の形成が容易になる。

次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、第１実施形態とは、伝熱フィン１の幅ｗ１の範囲において、流れ方向Ａ１での幅ｗ２が異なる部分山部21が形成される点で相違し、その他は基本的に同一の構成を有するものである。そのため、同一の部分についての説明は省略または簡略にし、異なる点を中心に説明する。なお、第１実施形態の部材と同一の部材または対応する部材については、必要に応じて同一の符号を使用した。

コルゲート部Ｃ（すなわち伝熱フィン１）には、各山部２および各底壁６を流れ方向Ａ１に分断する２以上の所定数の列Ｒ、この実施形態では５つの列Ｒの分断孔10が、流れ方向Ａ１に所定間隔ｄをおいて形成される。各列Ｒにおいて幅ｗ３の分断孔10は、各中間山部２ｂおよび中間底壁６ｂに形成された中間分断孔10ｂと、各端部山部２ａの内側側壁４ｂのみに形成された端部分断孔10ａとからなる。各中間山部２ｂおよび各中間底壁６ｂは、５つの中間分断孔10ｂにより間隔ｄで完全に分断され、各端部山部２ａは、５つの端部分断孔10ａにより部分的に分断される。

各中間山部２ｂは、中間分断孔10ｂにより６つの部分山部21に分けられる。伝熱フィン１の幅ｗ１の範囲において、各中間山部２ｂが各中間分断孔10ｂにより分断されて形成された各部分山部21ａ，21ｂの流れ方向Ａ１での幅w2ａ，w2ｂは異なっており、すべての部分山部21ａ，21ｂのうちの任意の部分山部の直下流に位置する部分山部の幅は、該任意の部分山部の幅と同じかまたは長い。

具体的には、各中間山部２ｂの６つの部分山部21ａ，21ｂは、伝熱フィン１の上流端１ａを含む領域である最上流領域に位置する複数の部分山部21ａと、前記最上流領域よりも下流の領域であって伝熱フィン１の下流端１ｂを含む領域である最下流領域に位置する複数の部分山部21ｂとに二分される。前記最上流領域内の３つの部分山部21ａの幅w2ａに比べて、前記最下流領域内の３つの部分山部21ｂの幅w2ｂはより長く、前記最上流領域内および前記最下流領域内のそれぞれでは、すべての部分山部21ａ，21ｂの幅w1ａ，w2ｂは等しく、したがって間隔ｄ１，ｄ２も等しい。そして、例えば、前記任意の部分山部を、前記最上流領域において最下流に位置する部分山部21a3とした場合、該部分山部21a3の直下流に位置する部分山部21b1の幅w2ｂは、部分山部21a3の幅w2ａよりも長く、この実施形態では、幅w2ａの２倍の幅を有する。また、前記任意の部分山部を前記最下流領域において最上流に位置する部分山部21b1とした場合、該部分山部21b1の直下流に位置する部分山部21b2の幅w2ｂは、部分山部21b1の幅w2ｂと同じである。したがって、間隔ｄは、流れ方向Ａ１において異なるように設定され、この実施形態では、前記最上流領域の部分山部21ａの間隔ｄ１と前記最下流領域の部分山部21ｂの間隔ｄ２とで異なるように設定される。

この第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用および効果が奏されるほか、次の作用および効果が奏される。すなわち、伝熱フィン１の幅ｗ１の範囲において、各中間山部２ｂが各中間分断孔10ｂにより分断されて形成された６つの部分山部21ａ，21ｂの幅w2ａ，w2ｂは異なっており、それら部分山部21ａ，21ｂのうちの任意の部分山部の直下流に位置する部分山部の幅は、前記任意の部分山部の幅と同じかまたは長いことにより、各中間山部２ｂの部分山部21ａ，21ｂの幅w2ａ，w2ｂは、前記最上流領域にある部分山部21ａに比べて、前記最下流領域にある部分山部21ｂではより長いので、主流路30において、伝熱フィン１と流体との温度差が比較的大きい前記最上流領域では、温度境界層の発達が抑制されて熱伝達率が大きくなって、伝熱フィン１と流体との間での伝熱量が多く、前記温度差が比較的小さい前記最下流領域では、端部分断孔10ａから流入するバイパス流路33の流体により温度境界層の発達による熱伝達率の低下による伝熱量の低下を補償したうえで、流体の乱れが少なくなって圧力損失が低減する。この結果、伝熱フィン１の前記最上流領域での熱伝達率の向上および前記最下流領域でのバイパス通路33からの流体の流入による伝熱量の増加により、伝熱フィン１の所要の伝熱性能が確保されたうえで、前記最下流領域での圧力損失の低減により、伝熱フィン１の圧力損失が低減する。

次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態を説明する。この第３実施形態は、第１実施形態とは、端部分断孔10ａの形状のみが相違し、その他は基本的に同一の構成を有するものである。そのため、同一の部分についての説明は省略または簡略にし、異なる点を中心に説明する。なお、第１実施形態の部材と同一の部材または対応する部材については、必要に応じて同一の符号を使用した。

第３実施形態において、各端部分断孔10ａは、中間分断孔10ｂの流れ方向Ａ１での幅に比べて、前記流れ方向Ａ１に拡幅された拡幅部11を有する。そして、この拡幅部11は、図５に示されるように、端部分断孔10ａにおいて前記長孔の端部の部位に形成される場合のほかに、前記長孔の端部以外の部位に形成されてもよく、さらには、端部分断孔10ａの全体が拡幅部11となっていてもよい。また、流れ方向Ａ１での拡幅部11の幅ｗ４は、中間分断孔10ｂ、または端部分断孔10ａにおける拡幅部11以外の部分であって中間分断孔10ｂと同じ幅ｗ３を有する部分の幅の２倍以上であることが好ましい。

第３実施形態によれば、第１実施形態の作用および効果が奏されるうえ、各端部分断孔10ａは、中間分断孔10ｂの幅ｗ３に比べて、流れ方向Ａ１に拡幅された拡幅部11を有することにより、拡幅部11により端部分断孔10ａの開口面積が増加するので、バイパス流路33から主流路30に流入するときの流通抵抗が減少し、流体がバイパス流路33を通りやすくなって、伝熱フィン１の圧力損失が一層低減する。また、端部分断孔10ａから主流路30に流入する流体の流量も増加することから、主流路30を流通する流体と中間山部２ｂおよび底壁６との間の伝熱量が一層増加して、伝熱フィン１と流体との間での伝熱量が一層増加するので、伝熱フィン１の伝熱性能が一層向上する。

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
コルゲート部Ｃに、すべての部分山部21の幅ｗ２が等しい山部２が形成される場合は、１つの伝熱フィン１が２以上のコルゲート部Ｃを備えていてもよく、その場合には、２以上のコルゲート部Ｃが、直交方向Ａ２および流れ方向Ａ１の少なくとも一方の方向で２以上設けられていればよい。このようにすることで、直交方向Ａ２での幅または流れ方向Ａ１での幅ｗ１が、コルゲート部Ｃのそれら幅とは異なる複数の伝熱管または伝熱プレートに対しても、伝熱フィン１を構成するコルゲート部として共通のコルゲート部Ｃを使用することができるので、コストが削減される。

第２実施形態における端部分断孔10ａが、第３実施形態と同様の拡幅部11を有する端部分断孔10ａにより構成されてもよく、この場合にも、該端部分断孔10ａによる第３実施形態と同様の作用および効果が奏される。

各実施形態において、前記交差方向は直交方向Ａ２以外でもよい。また、各部分山部21における１対の側壁４の部分には、温度境界層の発達の抑制や温度境界層内の流れの乱れの増大により伝熱を促進するためのルーバや貫通孔が形成されていてもよい。

各列Ｒの分断孔が、前記長孔の代わりに、少なくとも中間山部２ｂの各側壁４および端部山部２ａの内側側壁４ｂにそれぞれ形成されて連続することがない一群の貫通孔からなり、頂壁３および底壁６の少なくとも一方の壁において少なくとも伝熱管への前記接合部分は流れ方向Ａ１に連結されていてもよい。この場合、前記各列Ｒの分断孔は、中間山部２ｂにおいて直交方向Ａ２に平行に配列されるように少なくとも各側壁４に形成された中間分断孔と、各端部山部２ａの１対の側壁４において中間分断孔と直交方向Ａ２で対向するように直交方向Ａ２で隣接する中間山部２ｂに対向する内側の側壁４ａのみに形成された端部分断孔とからなる。そして、各山部２は、前記貫通孔により、流れ方向Ａ１に３以上に、しかも部分的に分断されることになる。このように、中間山部２ｂが部分的に分断される例として、各側壁４の一部が直交方向Ａ２にオフセットされて貫通孔が形成されるオフセット型フィンや、各側壁４にルーバが形成されるルーバ型フィンや、単に穿孔により貫通孔が形成される孔あき型フィンがある。そして、これによっても、伝熱フィン１の伝熱性能の向上および圧力損失の低減に関して第１実施形態とほぼ同様の作用および効果が奏される。

前記各実施形態において、流体がバイパス流路33を一層流れやすくなるように、端部山部２ａの１対の側壁４の、直交方向Ａ２での間隔ｄ３を、中間山部２ｂの１対の側壁４の直交方向Ａ２での間隔ｄ４よりも大きくして、直交方向Ａ２でのバイパス流路33の幅を、直交方向Ａ２での主通路30の幅よりも大きくしてもよい。内部側壁４には、流れ方向Ａ１で隣接する端部分断孔10ａの間に、直交方向Ａ２伝隣接する中間山部２ｂに向けて流体を流出させる貫通孔からなる補助流出口が形成されてもよい。これによっても、バイパス効果が高められる。

第２実施形態において、下流になるにつれて、下流に位置する部分山部21の幅が、常に直上流に位置する部分山部21よりも長くなるように、各中間山部２ｂの部分山部21の幅、または間隔ｄが設定されてもよい。また、第２実施形態では、伝熱フィン１は、前記最上流領域および前記最下流領域に二分されたが、前記最上流領域および前記最下流領域の間に、部分山部21の幅が部分山部21の幅21waと部分山部21の幅21wbとの中間にある１以上の中間領域があってもよい。さらに、流れ方向Ａ１での分断孔10の幅ｗ３は、前記各実施形態ではすべて同一に設定されたが、異なるように設定されてもよい。

伝熱フィン１が備えられる熱交換器は、例えば、空気調和機に使用される熱交換器、または内燃機関において冷却水を冷却するラジエータまたはオイルを冷却するオイルクーラなどである。

本発明の第１実施形態を示し、本発明の伝熱フィンを備える熱交換器の、一部を断面とした要部斜視図である。図１の熱交換器の伝熱フィンの要部斜視図である。図２の伝熱フィンの要部平面図である。本発明の第２実施形態を示し、図２に対応する図である。本発明の第３実施形態を示し、図２に対応する図である。

符号の説明

１…伝熱フィン、２…山部、２ａ…端部山部、２ｂ…中間山部、３…頂壁、４…側壁、４ｂ…内側側壁、５…、６…底壁、６ａ…端部底壁、６ｂ…中間底壁、10…分断孔、10ａ…端部分断孔、10ｂ…中間分断孔、11…拡幅部、21，21ａ，21ｂ…部分山部、30…主流路、31…第１主流路、32…第２主流路、33…バイパス流路、
Ｃ…コルゲート部、Ａ１…流れ方向、Ａ２…直交方向、Ｒ…列、ｄ，ｄ１，ｄ２…間隔、ｗ１，ｗ２，w2ａ，w2ｂ，ｗ３，ｗ４…幅。

Claims

Ｎを３以上の自然数とするとき、Ｎ以上の山部とＮ＋１以上の底壁とが流体の流れ方向に交差する方向に１つずつ交互に形成されたコルゲート部を１つまたは複数個備える伝熱フィンにおいて、
前記各山部は、頂壁と、該頂壁から延びて前記交差方向で隣接する１対の前記底壁にそれぞれ連なる１対の側壁とからなり、
前記コルゲート部には、前記各山部を前記流れ方向に３つ以上に分断する２以上の所定数の列の分断孔が形成され、
前記Ｎ以上の前記山部は、前記交差方向での前記コルゲート部の両端部にそれぞれ位置する端部山部と、該両端部山部の間に位置する中間山部とからなり、
前記各列の前記分断孔は、前記中間山部において前記交差方向に平行に配列されるように少なくとも前記各側壁に形成された中間分断孔と、前記各端部山部の１対の前記側壁において前記中間分断孔と前記交差方向で対向するように前記交差方向で隣接する前記中間山部に対向する内側の前記側壁のみに形成された端部分断孔とからなり、
前記各端部山部により、前記中間山部および前記底壁により形成される主流路に比べて圧力損失が低減されたバイパス流路が形成されることを特徴とする伝熱フィン。
Ｎを３以上の自然数とするとき、Ｎ以上の山部とＮ＋１以上の底壁とが流体の流れ方向に交差する方向に１つずつ交互に形成されたコルゲート部を１つまたは複数個備える伝熱フィンにおいて、
前記各山部は、頂壁と、該頂壁から延びて前記交差方向で隣接する１対の前記底壁にそれぞれ連なる１対の側壁とからなり、
前記コルゲート部には、前記各山部および前記各底壁を前記流れ方向に３以上に分断する２以上の所定数の列の分断孔が形成され、前記各分断孔は、前記Ｎ以上の前記山部および前記交差方向で隣接する前記山部の間に位置する前記底壁に渡って連続すると共に前記交差方向を長手方向とする１つの長孔により構成され、
前記Ｎ以上の前記山部は、前記コルゲート部における前記交差方向での両端部にそれぞれ位置する端部山部と、前記両端部山部の間に位置する中間山部とからなり、
前記各列の前記分断孔は、前記中間山部に形成された中間分断孔と、前記各端部山部の１対の前記側壁において前記交差方向で隣接する前記中間山部に対向する内側の前記側壁のみに形成された前記長孔の端部を含む端部分断孔とからなり、
前記各端部山部により、前記中間山部および前記底壁により形成される主流路に比べて圧力損失が低減されたバイパス流路が形成されることを特徴とする伝熱フィン。
前記各端部分断孔は、前記中間分断孔の前記流れ方向での幅に比べて、前記流れ方向に拡幅された拡幅部を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の伝熱フィン。
前記流れ方向での前記伝熱フィンの幅の範囲において、前記各中間山部が前記各中間分断孔により分断されて形成された３以上の部分山部の前記流れ方向での幅は異なっており、前記３以上の前記部分山部のうちの任意の部分山部の直下流に位置する部分山部の幅は、前記任意の部分山部の幅と同じかまたは長いことを特徴とする請求項２または請求項３記載の伝熱フィン。