JP2006317117A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 フィンに切り起こし部を設けた熱交換器の、更なる熱交換性能の向上を図る。
【解決手段】 フィン2の平板部2aの一部を直角状に切り起こして切り起こし部2cを設け、切り起こし部2cによる乱流効果にて空気とフィン2との熱伝達率を高めて熱交換効率を高めるようにした熱交換器において、切り起こし部2cに切り込み2eを設けて空気が流通し易くすることにより、例えば空気とフィン2との熱伝達率をさらに高めるために切り起こし部2cの切り起こし高さをさらに高くした場合でも、圧損の増加を防止ないしは抑制することができる。
【選択図】 図2
【解決手段】 フィン2の平板部2aの一部を直角状に切り起こして切り起こし部2cを設け、切り起こし部2cによる乱流効果にて空気とフィン2との熱伝達率を高めて熱交換効率を高めるようにした熱交換器において、切り起こし部2cに切り込み2eを設けて空気が流通し易くすることにより、例えば空気とフィン2との熱伝達率をさらに高めるために切り起こし部2cの切り起こし高さをさらに高くした場合でも、圧損の増加を防止ないしは抑制することができる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、空気流れを乱流化して性能向上を図る熱交換器に関するもので、例えば、車両用として好適なものである。
本出願人は、特願2004−62236号の出願(以下先願例という)にて、簡素なフィン形状にて熱交換性能の向上を図ることが可能な熱交換器の提案を行った。
この熱交換器は、図14に示すように、フィン2の平板部2aに、平板部2aの一部を直角状に切り起こした切り起こし部2cを設け、切り起こし部2cによる乱流効果にて空気とフィン2との熱伝達率を高めて熱交換効率を高めるようにしたものである。
ところで、本発明者らの詳細な実験検討によると、上記先願例は、フィン2の空気流れ上流側の入口領域では層流域が形成され、この層流域の下流側に乱流域、すなわち、高熱伝達率の領域が形成されることが分かっている。
そこで、切り起こし部2cの切り起こし高さ(平板部からの突出高さ)をさらに高くすることにより、早期に乱れを発生させて乱流領域を空気流れ上流側へ移行させ、空気とフィンとの熱伝達率を高めることが考えられるが、その場合、圧損(通風抵抗)が増加してしまうという問題が発生する。
本発明は上記点に鑑みて、フィンに切り起こし部を設けた熱交換器の、更なる熱交換性能の向上を図ることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、流体が流れるチューブ(1)、およびチューブ(1)の外表面に設けられてチューブ(1)周りを流れる空気との熱交換面積を増大させるフィン(2)を備える熱交換器であって、フィン(2)は、平板状の平板部(2a)および平板部(2a)の一部を直角状に切り起こすことにより形成された切り起こし部(2c)を有しており、さらに、切り起こし部(2c)には、切り込み(2e)が設けられていることを特徴とする。
これによると、切り込みを設けたことにより空気が流通し易くなるため、例えば空気とフィンとの熱伝達率をさらに高めるために切り起こし部の切り起こし高さをさらに高くした場合でも、圧損の増加を防止ないしは抑制することができる。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の熱交換器において、切り込み(2e)は、切り起こし部(2c)におけるフィン高さ方向(Z)の中央部に設けられていることを特徴とする。
これによると、切り起こし部におけるフィン高さ方向の端部付近に切り込みを設ける場合と比較すると、フィン高さ方向の流速分布が均一化され、空気とフィンとの熱伝達率を高めることができる。
請求項3に記載の発明では、請求項1に記載の熱交換器において、切り起こし部(2c)は、空気の流れ方向(Y)に沿って複数個設けられ、切り込み(2e)は、空気の流れ方向(Y)に沿って千鳥状に配置されていることを特徴とする。
これによると、空気の流れがより複雑になって切り起こし部による乱流効果が増加し、空気とフィンとの熱伝達率を高めることができる。
請求項4に記載の発明では、流体が流れるチューブ(1)、およびチューブ(1)の外表面に設けられてチューブ(1)周りを流れる空気との熱交換面積を増大させるフィン(2)を備える熱交換器であって、フィン(2)は、平板状の平板部(2a)および平板部(2a)の一部を直角状に切り起こすことにより形成された切り起こし部(2c)を有しており、さらに、切り起こし部(2c)は、フィン高さ方向(Z)に複数個に分割されていることを特徴とする。
これによると、切り起こし部の分割部位を空気が流通するため、例えば空気とフィンとの熱伝達率をさらに高めるために切り起こし部の切り起こし高さをさらに高くした場合でも、圧損の増加を防止ないしは抑制することができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る熱交換器の全体構成を示す図、図2は図1の熱交換器におけるチューブおよびフィンの斜視図、図3は図1の熱交換器におけるフィンの正面図、図4は図3のA−A線に沿う断面図、図5は図3の右側面図である。
本発明の第1実施形態について説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る熱交換器の全体構成を示す図、図2は図1の熱交換器におけるチューブおよびフィンの斜視図、図3は図1の熱交換器におけるフィンの正面図、図4は図3のA−A線に沿う断面図、図5は図3の右側面図である。
本実施形態の熱交換器は、蒸気圧縮式冷凍機における高温高圧の冷媒と冷却用空気とを熱交換させて冷媒を冷却する高圧側熱交換器として用いられるもので、図1に示すように、冷媒が流れる複数本のチューブ1、チューブ1の外表面に接合されて空気との伝熱面積を増大させて冷媒と空気との熱交換を促進するフィン2、チューブ1の長手方向X(以下、チューブ長手方向Xという)両端側にてチューブ1の長手方向と直交する方向に延びて各チューブ1と連通するヘッダタンク3、並びにチューブ1およびフィン2等からなるコア部の補強部材をなすサイドプレート4等からなるものである。
なお、本実施形態では、チューブ1、フィン2、ヘッダタンク3およびサイドプレート4を全て金属(例えば、アルミニウム合金)として、これらの部材1〜4をろう付けにて接合している。
チューブ1は、図2に示すように、金属材に押し出し加工又は引き抜き加工を施すことにより、内部に複数本の冷媒通路1aが形成された扁平状の多穴チューブである。
フィン2は、図2〜図5に示すように、平板状の平板部2a、および隣り合う平板部2aを繋ぐように湾曲した湾曲部2bを有するように波状に形成されたコルゲートフィンであり、この波状のフィン2は、本実施形態では、薄板金属材料にローラ成形法を施すことにより成形されている。また、フィン2の湾曲部2bはチューブ1の扁平部(平面部)にろう付けされている。
フィン2の平板部2aには、平板部2aの一部を直角状に切り起こした切り起こし部2cが、コア部内での巨視的な空気流れの方向Y(以下、空気流れ方向Yという)に沿って多数列形成されている。切り起こし部2cは、より詳細には、平板部2aからチューブ長手方向Xに突出するともに、フィン高さ方向Zに延びており、空気流れ方向Yに対して直交する面となっている。
ここで、直角状に切り起こすとは、具体的には、平板部2aの一部を平板部2aの面に対して90°の角度で切り起こすことであるが、切り起こし部2cの切り起こし角度を90°より微小量増減した90°付近の角度にしてもよい。
また、フィン2の平板部2aのうち、切り起こし部2cの根本部と連なる平板部をスリット片2dと称する。このスリット片2dと切り起こし部2cとによりL字状の断面形状が形成される。そして、このL字状の断面形状が、空気流れ上流側と空気流れ下流側とで、平板部2aと直交する仮想の面Loに対して互いに対称の関係となるように形成されている。
具体的には、空気流れ方向Yにおいて、平板部2aを上流側と下流側とを仮想面Loにて2等分したとき、上流側の切り起こし部2cの個数と下流側の切り起こし部2cの個数とを同一個数とするとともに、空気流れ上流側についてはスリット片2dの空気流れ下流側を直角状に切り起こし、一方、空気流れ下流側についてはスリット片2dの空気流れ上流側を直角状に切り起こしている。
前述したように、切り起こし部2cは空気流れ方向Yに沿って多数列形成されているが、各列の切り起こし部2cは、フィン高さ方向Zの中央部に1つの切り込み2eが設けられ、フィン高さ方向Zに2つに分割されている。また、切り込み2eは全てフィン高さ方向Zの中央部に設けられており、したがって各列の切り起こし部2cに形成された切り込み2eは、空気流れ方向Yに沿って一直線に並んでいる。
上記構成になる熱交換器は、平板部2aの表面を流れる空気が切り起こし部2cに衝突することにより、平板部2aの表面を流れる空気の流れが乱れて、フィン2と空気との熱伝達率が増大する。一方、一部の空気は切り込み2eを流通するため、流れがスムーズになって圧損が減少する。
したがって、例えば空気とフィン2との熱伝達率をさらに高めるために切り起こし部2cの切り起こし高さH(平板部2aからの突出高さ)をさらに高くした場合、切り起こし高さHの増加による圧損増加を、切り込み2eを設けたことによる圧損低減効果によって相殺して、圧損の増加を防止ないしは抑制することができる。
また、切り起こし部2cにおけるフィン高さ方向Zの中央部に切り込み2eを設けた場合、切り起こし部2cにおけるフィン高さ方向Zの端部付近に切り込み2eを設けた場合と比較すると、フィン高さ方向Zの流速分布が均一化され、空気とフィン2との熱伝達率を高めることができる。
ところで、図6は、図14に示す先願例のように切り起こし部2cを有するが切り込み2eを持たない熱交換器(以下、ベース熱交換器という)と、ベース熱交換器よりも切り起こし高さHを高くした熱交換器(以下、比較用熱交換器という)と、ベース熱交換器よりも切り起こし高さHを高くするとともに、フィン高さ方向Zの中央部に切り込み2eを設けた熱交換器(以下、第1実施形態熱交換器という)の、各種性能の解析結果である。
この解析では、風速は2.5m/秒、フィンピッチは2.5mm、チューブピッチは6.4mmに設定した。また、切り起こし高さH、スリット片2dの空気流れ方向Yの長さL、隣り合う切り起こし部2c間の空気流れ方向YのピッチP、切り起こし部2cの列数、切り込み2eのフィン高さ方向Zの巾Wは、図6中に示した通りである。なお、図6における解析は、ベース熱交換器における性能を基準とした比率である。
図6から明らかなように、比較用熱交換器および第1実施形態熱交換器は、ベース熱交換器よりも切り起こし高さHを高くしたことにより、ベース熱交換器よりも温度効率が高くなっている。反面、圧損(通風抵抗)が増加しているが、第1実施形態熱交換器は、切り込み2eを設けたことにより、比較用熱交換器よりも圧損が小さくなっている。すなわち、第1実施形態熱交換器は、圧損の増加を抑制しつつ温度効率を高めることができる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。図7は本発明の第2実施形態に係る熱交換器におけるフィンの正面図、図8は図7のB−B線に沿う断面図、図9は図7のC−C線に沿う断面図、図10は図7の右側面図、図11は図7のD−D線に沿う断面図、図12は図7のE−E線に沿う断面図である。なお、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本発明の第2実施形態について説明する。図7は本発明の第2実施形態に係る熱交換器におけるフィンの正面図、図8は図7のB−B線に沿う断面図、図9は図7のC−C線に沿う断面図、図10は図7の右側面図、図11は図7のD−D線に沿う断面図、図12は図7のE−E線に沿う断面図である。なお、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第1実施形態では、各列の切り起こし部2cに形成された切り込み2eを、空気流れ方向Yに沿って一直線に並ぶようにしたが、本実施形態は、切り込み2eを、空気流れ方向Yに沿って千鳥状に配置している。
具体的には、フィン高さ方向Zの中央部に1つの切り込み2eが設けられて2つに分割された切り起こし部2cと、フィン高さ方向Zの中央部からずれた位置に2つの切り込み2eが設けられて3つに分割された切り起こし部2cとが、空気流れ方向Yに沿って交互に配置されている。
これによると、切り込み2eが空気流れ方向Yに沿って千鳥状に配置されているため、空気の流れがより複雑になって、流れの乱れが増加するとともに早期に乱れが発生する。したがって、切り起こし部2cによる乱流効果が増加し、空気とフィン2との熱伝達率を高めることができる。
さらに、本実施形態によれば、通風方向において隣接する列に形成される切り込み2eはフィン高さ方向Zにおいて互いにずれた位置に形成されているので、熱交換器のろう付け時に熱交換器をワイヤなどで巻いた際にフィン2をつぶす方向に圧縮力が加わったとしても、フィン2が座屈してしまうことを防止することができる。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。図13は本発明の第3実施形態に係る熱交換器におけるフィンの正面図である。なお、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本発明の第3実施形態について説明する。図13は本発明の第3実施形態に係る熱交換器におけるフィンの正面図である。なお、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第1実施形態では、全ての列の切り起こし部2cに切り込み2eを設けたフィン2を用いたが、本実施形態のフィン2は、切り込み2eを設けた切り起こし部2cと、切り込み2eを設けていない切り起こし部2c’とを有している。
本実施形態によれば、熱交換器のろう付け時に熱交換器をワイヤなどで巻いた際にフィン2をつぶす方向に圧縮力が加わったとしても、切り込み2eを設けていない切り起こし部2c’により剛性が確保されているため、フィン2が座屈してしまうことを防止することができる。
(他の実施形態)
上述の実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機における高圧側熱交換器に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば車両用空調装置の暖房用ヒータコア、蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器、エンジン冷却水を冷却するラジエータ等の熱交換器にも本発明は適用することができる。
上述の実施形態では、蒸気圧縮式冷凍機における高圧側熱交換器に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば車両用空調装置の暖房用ヒータコア、蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器、エンジン冷却水を冷却するラジエータ等の熱交換器にも本発明は適用することができる。
また、上述の実施形態では、ローラ成形法にてフィン2を製造したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばプレス加工にてフィン2を製造してもよい。
1…チューブ、2…フィン、2a…平板部、2c…切り起こし部、2e…切り込み。
Claims (4)
- 流体が流れるチューブ(1)、および前記チューブ(1)の外表面に設けられて前記チューブ(1)周りを流れる空気との熱交換面積を増大させるフィン(2)を備える熱交換器であって、
前記フィン(2)は、平板状の平板部(2a)および前記平板部(2a)の一部を直角状に切り起こすことにより形成された切り起こし部(2c)を有しており、
さらに、前記切り起こし部(2c)には、切り込み(2e)が設けられていることを特徴とする熱交換器。 - 前記切り込み(2e)は、前記切り起こし部(2c)におけるフィン高さ方向(Z)の中央部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記切り起こし部(2c)は、前記空気の流れ方向(Y)に沿って複数個設けられ、
前記切り込み(2e)は、前記空気の流れ方向(Y)に沿って千鳥状に配置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。 - 流体が流れるチューブ(1)、および前記チューブ(1)の外表面に設けられて前記チューブ(1)周りを流れる空気との熱交換面積を増大させるフィン(2)を備える熱交換器であって、
前記フィン(2)は、平板状の平板部(2a)および前記平板部(2a)の一部を直角状に切り起こすことにより形成された切り起こし部(2c)を有しており、
さらに、前記切り起こし部(2c)は、フィン高さ方向(Z)に複数個に分割されていることを特徴とする熱交換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005142477A JP2006317117A (ja) | 2005-05-16 | 2005-05-16 | 熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005142477A JP2006317117A (ja) | 2005-05-16 | 2005-05-16 | 熱交換器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2006317117A true JP2006317117A (ja) | 2006-11-24 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2005142477A Withdrawn JP2006317117A (ja) | 2005-05-16 | 2005-05-16 | 熱交換器 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2006317117A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015505605A (ja) * | 2012-02-03 | 2015-02-23 | ヴァレオ システム テルミク | 車両、特に自動車両用の冷却ラジエータ |
-
2005
- 2005-05-16 JP JP2005142477A patent/JP2006317117A/ja not_active Withdrawn
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JP2015505605A (ja) * | 2012-02-03 | 2015-02-23 | ヴァレオ システム テルミク | 車両、特に自動車両用の冷却ラジエータ |
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Legal Events
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