JP2007505282A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に自動車用の熱交換器であって、内部に第1流体を流通可能な扁平管を有し、扁平管が外側を第2流体で付加可能であり、扁平管が第2流体の流れ方向を実質横切ってかつ互いに平行に少なくとも2列に配置されており、各第1流体に少なくとも1つの管列が付設されており、1管列の扁平管が相互に離間し、かつ第2流体用に熱交換器を貫通する流れ経路を形成し、隣接する扁平管の間にそれぞれ延設される冷却フィンが流れ経路内に配置されている熱交換器に関する。 The present invention is a heat exchanger for automobiles in particular, and has a flat tube through which a first fluid can be circulated. The flat tube can be added to the outside with a second fluid, and the flat tube is a second fluid. At least two rows substantially transverse to each other and parallel to each other, at least one tube row is attached to each first fluid, the flat tubes of one tube row are spaced apart from each other, and The present invention relates to a heat exchanger in which a flow path penetrating a heat exchanger for two fluids is formed, and cooling fins respectively extending between adjacent flat tubes are arranged in the flow path.
このような熱交換器は例えば自動車用空調装置の凝縮器と冷媒冷却器とを有する一体形熱交換器として構成しておくことができる。熱交換器はふつう、並置されて互いに平行に延びる多数の扁平管を複数の列で有する。これらの扁平管列内を第1流体、上記例では冷媒と冷却材が流れる。扁平管は集合管路または集合管に接続されており、流体の間で熱伝達を引き起こすために第2流体、例えば周囲空気の流れに曝されている。相互に離間した個々の扁平管の間に第2流体用流れ経路が構成されている。 Such a heat exchanger can be configured as an integrated heat exchanger having, for example, a condenser and a refrigerant cooler of an automotive air conditioner. A heat exchanger typically has a number of flat tubes in multiple rows that are juxtaposed and extend parallel to each other. The first fluid, that is, the refrigerant and the coolant in the above example, flow in these flat tube rows. The flat tube is connected to a collecting conduit or collecting tube and is exposed to a flow of a second fluid, such as ambient air, to cause heat transfer between the fluids. A second fluid flow path is formed between the flat tubes spaced apart from each other.
流体の間で熱伝達を改善するために扁平管の間に冷却フィンが扁平管に固着して配置されている。冷却面の表面は、特許文献1により公知の熱交換器では、第2流体の流れ方向を実質横切っている。これにより第2流体に流れ抵抗が対抗する。冷却フィンを流れ障害として構成することによって第2流体の流れ速度は適切に低減されるとされる。これにより一方で熱交換器流通時に第2流体の滞留時間、すなわち第2流体が第1流体から熱を吸収しもしくはこれに伝達できる時間が長くなる。しかし他方で、第2流体の流れ速度が僅かであることによって、第1流体と第2流体との間で伝達可能な熱量、すなわち熱交換性能は限定されている。
In order to improve heat transfer between fluids, cooling fins are disposed between the flat tubes and are fixed to the flat tubes. In the heat exchanger known from
冷却フィンを有する他の熱交換器が例えば特許文献2により公知である。この熱交換器では冷却フィンが第2流体(ここでは空気)の流れ方向に対して実質平行である。しかし、流れを誘導する板が個々の冷却フィンに構成されているにもかかわらず、熱交換器を流通する第2流体の一部が隣接冷却フィンによって重要なエネルギー量を吸収されもしくはこれに放出することなくその間を通過するのを排除できない。この問題は、特に、熱交換器が第2流体の流れ方向で僅かな寸法を有するとき重大となる。その場合、第2流体の高い質量処理量が必ずしも高い熱伝達性能をもたらさない。第1流体と第2流体との間の利用可能な温度差は比較的僅かな部分が利用されるだけである。 Another heat exchanger with cooling fins is known, for example, from US Pat. In this heat exchanger, the cooling fins are substantially parallel to the flow direction of the second fluid (here, air). However, despite the fact that the flow-inducing plates are configured on individual cooling fins, a part of the second fluid flowing through the heat exchanger is absorbed or released into the adjacent cooling fins by a significant amount of energy. It is impossible to exclude passing between them without doing. This problem is particularly serious when the heat exchanger has a small dimension in the flow direction of the second fluid. In that case, the high mass throughput of the second fluid does not necessarily result in high heat transfer performance. Only a relatively small portion of the available temperature difference between the first fluid and the second fluid is utilized.
一体形熱交換器においてしばしば発生する問題として、個別熱交換器の1つの共通する波形フィンを介して、すなわち一体に構成された波形フィンを介して、或る個別熱交換器から別の個別熱交換器へと熱が移る。この望ましくない熱伝達を減らすために例えば特許文献3では、両方の個別熱交換器の間の領域でこのような熱交換器の一体形波形フィンに条溝を備えることが提案されている。しかしこれは、条溝の領域で空気が渦化し、そのため空気にとって流れ抵抗、従って圧力低下が強まる欠点を有する。
本発明の課題は、流体力学的に造形されかつ同時に複数の第1流体の間の熱連結を低減する冷却フィンを有する熱交換器を提供することである。 It is an object of the present invention to provide a heat exchanger having cooling fins that are hydrodynamically shaped and that simultaneously reduce thermal coupling between a plurality of first fluids.
この課題は、本発明によれば、第2流体の流れ方向で前後に配置される複数の波形フィンが冷却フィンとして互いに横方向でずらして設けられており、前後に配置される複数の波形フィンが1つの共通する帯材から形成されていることを特徴とする熱交換器によって解決される。その場合、熱交換器は第1流体を流通させることのできる扁平管を有し、扁平管は外側を第2流体で付加可能でありかつ第2流体の流れ方向を実質横切って互いに平行に配置されて第2流体用に流れ経路が構成されているようにし、流れ経路内に配置される冷却フィンは隣接する扁平管の間にそれぞれ延設されている。その場合、冷却フィンは波形フィンとして構成されており、第2流体の流れ方向で複数の波形フィンが前後に配置され、横方向で、すなわち第1流体の流れ方向で互いにずらされている。ずらして前後に配置された波形フィンによって、熱交換器を流通する第2流体の大部分は熱伝達に利用される。鰓体を有する波形フィンにおいて、場合によっては、第2流体にとって下流側にあるフィン側の領域に配置された鰓体内を、波形フィンの間にずれがないときよりも全体として高い質量流量の第2流体が流れる。これは場合によってはこの領域において高められた熱交換性能をもたらす。さらに、場合によって管壁で生成する温度境界層が影響を受け、状況によっては管壁から第2流体またはその逆への熱輸送が高められる。フィンが1つの共通する帯材で形成されているにもかかわらず、波フィンをずらして配置することによって同時にさまざまな管列の間で望ましくない熱伝達は波形フィンを介して低減される。これはこれで製造技術上の観点から有利である。というのも、1つの共通する帯材で形成されて前後に配置される複数の一体な波形フィンは熱交換器の管列の間に簡単に嵌挿可能であるからである。鰓体も含む波形フィンは特に1つの金属帯材から圧延によって製造可能である。 According to the present invention, according to the present invention, a plurality of corrugated fins arranged in the front-rear direction in the flow direction of the second fluid are provided as cooling fins shifted in the lateral direction, and a plurality of corrugated fins arranged in the front-rear direction Is solved by a heat exchanger characterized in that it is formed from one common strip. In that case, the heat exchanger has a flat tube through which the first fluid can be circulated, and the flat tube can be added with the second fluid on the outside and arranged parallel to each other substantially across the flow direction of the second fluid. Thus, a flow path is configured for the second fluid, and the cooling fins disposed in the flow path are respectively extended between adjacent flat tubes. In that case, the cooling fins are configured as corrugated fins, and a plurality of corrugated fins are arranged in the front-rear direction in the flow direction of the second fluid, and are shifted from each other in the lateral direction, that is, in the flow direction of the first fluid. Due to the corrugated fins that are shifted back and forth, most of the second fluid flowing through the heat exchanger is utilized for heat transfer. In the corrugated fin having the casing, in some cases, the first core having a mass flow rate higher than that when there is no deviation between the corrugated fins in the casing disposed in the fin side region downstream of the second fluid. Two fluids flow. This in some cases results in increased heat exchange performance in this region. Furthermore, in some cases, the temperature boundary layer generated at the tube wall is affected, and in some circumstances heat transfer from the tube wall to the second fluid or vice versa is enhanced. Despite the fact that the fins are formed from one common strip, the undesired heat transfer between the various tube rows is reduced through the corrugated fins at the same time by staggering the wave fins. This is advantageous from a manufacturing engineering point of view. This is because a plurality of integral corrugated fins formed of one common strip and arranged in the front-rear direction can be easily fitted between the tube rows of the heat exchanger. The corrugated fins including the casing can be produced in particular from one metal strip by rolling.
波形フィンの流体力学的造形は、好ましくは、その表面が第2流体の流れ方向と実質平行であり、すなわち波形フィンの面法線が第2流体の流れ方向とで実質直角を成すことによって達成される。波形フィンのこの流体力学的構成にもかかわらず、横にずらして前後に配置される波形フィンによって、このようなずれのない場合よりも僅かな割合の第2流体のみが未利用のまま、すなわちさしたる熱伝達なしに、扁平管の間を通過することは確保されている。この利点は、2つのフィン間のフィン間隔bが大きければ大きいほど一層顕著に現れる。主に、同様に成形された2つまたは3つの波形フィンが互いにずらして前後に配置されている。高い熱伝達性能を保証するために、個々の波形フィンは主に直接隣り合って、すなわち第2流体の流れ方向で間隔なしに配置されている。これにより、大きな熱交換面が与えられている。これに対する代案として、流れ抵抗を減らすために、この場合一層細い波形フィンの離間配置を予定しておくことができる。 The hydrodynamic shaping of the corrugated fin is preferably accomplished by having its surface substantially parallel to the flow direction of the second fluid, i.e. the surface normal of the corrugated fin being substantially perpendicular to the flow direction of the second fluid. Is done. Despite this hydrodynamic configuration of the corrugated fins, the corrugated fins that are shifted laterally back and forth leave only a fraction of the second fluid unused, i.e., without such misalignment, i.e. Passing between the flat tubes is ensured without undue heat transfer. This advantage becomes more prominent as the fin interval b between the two fins increases. Mainly two or three similarly shaped corrugated fins are arranged one behind the other while being offset from each other. In order to ensure high heat transfer performance, the individual corrugated fins are arranged mainly directly next to each other, i.e. without any spacing in the flow direction of the second fluid. This provides a large heat exchange surface. As an alternative to this, in order to reduce the flow resistance, a thinner corrugated fin can be arranged in this case.
好ましい1構成によれば波形フィンは第2流体を誘導するための鰓体を有する。鰓体で生成するいわゆる始動流れが波形フィンの領域に高い温度勾配を有することによって、第2流体と波形フィンとの間に向上した熱伝達が確保されている。 According to one preferred configuration, the corrugated fin has a housing for guiding the second fluid. The so-called starting flow generated in the enclosure has a high temperature gradient in the area of the corrugated fins, ensuring improved heat transfer between the second fluid and the corrugated fins.
1つの波形フィンの2つの扁平管の間に閉じ込められたフィン区域のすべての鰓体は好ましくは第2流体の流れ方向に対して同一方向で傾けられている。1つのフィン区域の内部で鰓体を同様に傾けると、場合によってはこれにより流れが適切に下流側のフィン区域に誘導可能になる利点が得られる。 All the fins in the fin area confined between two flat tubes of one corrugated fin are preferably tilted in the same direction with respect to the flow direction of the second fluid. A similar tilting of the enclosure within one fin section can have the advantage that in some cases the flow can be properly directed to the downstream fin section.
ずらして前後に配置されたフィン区域の鰓体は、熱交換器を流通する第2流体に一層長い流れ経路が設けられるように、主に逆向きに傾けられている。2つの隣接する鰓体帯域の鰓体は同一方向に傾けておくこともでき、その場合事情によっては、相隣接する両方の鰓体帯域より上流側もしくは下流側に配置される1つの鰓体帯域の鰓体が相隣接する両方の鰓体帯域の鰓体に対して逆向きに傾けられていると有利である。 The fin section housings that are displaced back and forth are tilted primarily in the opposite direction so that a longer flow path is provided in the second fluid flowing through the heat exchanger. The housings of two adjacent housing zones can be tilted in the same direction, and depending on the circumstances, one housing zone arranged upstream or downstream of both adjacent housing zones It is advantageous if the housings are tilted in opposite directions with respect to the housings of both adjacent housing zones.
第2流体を流通させる流れ横断面の均一なカバーは、好ましくは、ずらして前後に配置されるフィン区域が互いに平行に延びていることによって達成される。その場合、互いにずらされたフィン区域は好ましくは扁平管に垂直である。フィン面が平行性から多少(約6度まで)外れ、その場合それが本発明の枠内でなお実質平行と見做すことができるとき、互いにずらされたフィンの熱力学的諸利点はそのことによって殆ど損なわれない。いわゆるV形フィンの使用、または任意に丸くされたフィンの使用も、同様に考えられる。本発明に係るフィン幾何学形状は、特に冷媒冷却器、加熱体、凝縮器、蒸発器等の自動車熱交換器において応用可能である。 A uniform cover of the flow cross section through which the second fluid is circulated is preferably achieved by the fin sections that are offset and arranged in front and back extending parallel to each other. In that case, the fin sections offset from one another are preferably perpendicular to the flat tube. When the fin face deviates somewhat (up to about 6 degrees) from parallelism, in which case it can still be considered substantially parallel within the framework of the invention, the thermodynamic advantages of the offset fins are It is hardly damaged by things. The use of so-called V-shaped fins or optionally rounded fins is conceivable as well. The fin geometry according to the present invention is particularly applicable in automotive heat exchangers such as refrigerant coolers, heaters, condensers and evaporators.
本発明の有利な1展開によれば、鰓体角度20〜30度において0.7〜3mmの範囲内の鰓体奥行LPが性能を高める。なぜならば、これにより或る通路から隣接通路への第2流体の流れ角度、すなわち方向転換が増大され、そのことにより第2流体にとって流れ経路が一層長くなるからである。このようなシステムのためのフィン高さは有利には4〜12mmの範囲内である。このようなシステムのためのフィン密度は有利にはデシメートル当り40〜85フィンの範囲内であり、これは1.18〜2.5mmのフィン間隔もしくはフィンピッチに相当する。 According to one advantageous development of the invention, a housing depth LP in the range of 0.7 to 3 mm at a housing angle of 20 to 30 degrees improves the performance. This is because this increases the flow angle, i.e. direction change, of the second fluid from one passage to the adjacent passage, thereby making the flow path longer for the second fluid. The fin height for such a system is preferably in the range of 4-12 mm. The fin density for such a system is preferably in the range of 40 to 85 fins per decimeter, which corresponds to a fin spacing or fin pitch of 1.18 to 2.5 mm.
以下、図面を基に本発明の実施例が詳しく説明される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
相対応する部品にはいずれの図でも同じ符号が付けてある。 Corresponding parts are given the same reference numerals in all figures.
図1a、図1bと図2a、図2bが一部を示す熱交換器1は互いに平行に配置される扁平管2を有し、扁平管は第1流体FL1aを第1流れ方向S1で流通させる。扁平管2は流れ誘導要素2aを備えており、(図示しない)集合管路または集合管に接続されている。流体FL1aは例えば冷却液、または熱交換器1内で凝縮した冷媒である。
1a, 1b and FIGS. 2a, 2b, part of which includes a
それぞれ隣接する2つの扁平管2の間に2つ(図1a、図1b)もしくは3つ(図2a、図2b)の波形フィン3が冷却フィンとして配置されている。それ以上の数の波形フィン3を有する実施形態もやはり実現可能である。波形フィン3は1つの薄板から蛇行状に折り曲げられており、1つの扁平管2に当接する各1つのフィン区域4aが、2つの隣接した扁平管2を結合する1つのフィン区域4bと交互している。扁平管2に当接するフィン区域4aは扁平管2と伝熱結合され、特に蝋付されている。隣接する2つの扁平管2を結合するフィン区域4bは扁平管2に垂直であり、熱交換器1を流れ方向S2に流通する第2流体FL2、例えば空気用に流れ経路を形成する。第2流体FL2は波形フィン3の表面5と実質平行に流れる。すなわち、第2流体FL2は熱交換器1に流入するときまず波形フィン3の細い正面6にのみ衝突する。これにより第2流体FL2は高い速度と相応に高い質量処理量とで熱交換器1を流通できる。
Two (Figs. 1a and 1b) or three (Figs. 2a and 2b)
特に図3、図4から明らかとなるように、フィン区域4bから成形された鰓体7は第2流体FL2の流れ方向S2を横切って、かつ第1流体FL1aの流れ方向S1を横切って延設されている。1つのフィン区域4bの内部の鰓体7は一方で第2流体FL2とこのフィン区域4bとの間で特別良好な熱伝達をもたらし、他方で流れ方向S2でその斜め後方に配置されるフィン区域4bに対して第2流体FL2の適切な誘導をもたらす。こうして、熱交換器1を流通する第2流体FL2の質量流量は第1流体FL1aと第2流体FL2との間の温度差を十分に利用して事実上完全に熱交換に利用される。
3 and 4, the
2つの扁平管2の間で前後に配置される2つの波形フィン3は隣接するフィン区域4bの間で相互に幅bの半分だけずれている。選択的に、図2と図4に示すように3つの波形フィン3が前後に配置されている場合、主にb/3のずれも選択可能であり、ずれに関して別の値も考えられる。
The two
熱交換器1の奥行Tにわたって延設される2つもしくは3つの隣接する波形フィン3は1つの帯材8から圧延によって製造されている。圧延時に帯材8は2つ(図1a、図1b、図3)もしくは3つ(図2a、図2b、図4)の波形フィン3の間の各ずれの領域で切断され、波形フィン3に鰓体7が設けられる。波形フィン3の一重(図1a、図1b、図3、図5c)もしくは二重(図2a、図2b、図4、図5d)のずれもしくは高次のずれ(図5e、図5f、図5g)は選択的に、同様の個別の波形フィン3を0.1mm〜b/2のずれで配置することによって実現可能であり、bは2つの隣接する扁平管2の間の間隔である。
Two or three adjacent
扁平管2に当接する波形フィン3のフィン区域4aは鰓体を有していない。それゆえにこの領域では、鰓体7を備えて隣接扁平管2を結合するフィン区域4bにおけるよりもむしろ流体FL2の層状流れが生成する。層状流れは移動長さが増すと扁平管2での温度勾配減少に伴って境界層の形成をもたらすことがある。しかしこの効果は些細な程度に限定されている。すなわち、1つの波形フィン3の隣接する2つのフィン区域4bの間に生成する第2流体FL2の流れは既に短い経路区間T/2(図1a、図1b、図3、図5c)もしくはT/4(図2a、図2b、図4、図5d)後に、流れ方向S2で後段に設けられる波形フィン3によって乱され、温度勾配の増加が生成され、これが熱伝達の向上をもたらす。こうして、熱交換器1の奥行Tが例えば12〜20mmと僅かな場合でも第2流体FL2と第1流体FL1aとの間できわめて効果的な熱伝達が与えられている。
The
図5が横断面で示す波形フィン10a、10b…10lはそれぞれ複数の鰓体帯域を有する。個々のフィン内に流れ誘導板(鰓体)を有する冷却フィンの技術の現状ではふつう第2流体の主流れ方向において2つの管の間に1つのフィンが専ら1平面でずれなしに設けられている(図5a、図5b)。これらの冷却フィンは少なくとも2つのいわゆる鰓体帯域11、12もしくは13、14を有し、鰓体帯域は異なる造形の1つの腹部によって相互に分離されている。その場合、隣接する鰓体帯域の流れ誘導板(鰓体)の向きはふつう逆向きである。
Each of the corrugated fins 10a, 10b,... 10l shown in FIG. In the current state of the technology of cooling fins having flow guide plates (casings) in individual fins, one fin is usually provided between two pipes in one main plane without any deviation in the main flow direction of the second fluid. (FIGS. 5a and 5b). These cooling fins have at least two so-called
本発明によれば主に2つ、3つ、またはそれ以上のも、同様に形成された波形フィン(冷却フィン)が相互にずらして前後に配置されている。すなわち、流れ誘導板(鰓体)を有する一方の波形フィンは複数の平面において互いにずらしておくことができる。その際、第2流体の流れ方向に見て前後に配置される若干数の波形フィンは熱交換器の奥行および/または波形フィンの奥行に依存して選択することができる。構造奥行12〜18mmの場合例えば2列、3列またはそれ以上を使用することができ、構造奥行24mm以下の場合例えば2列、3列、4列またはそれ以上を使用することができ、構造奥行30mm以下の場合例えば2列、3列、4列、5列またはそれ以上を使用することができ、構造奥行36mm以下の場合例えば2列、3列、4列、5列、6列またはそれ以上を使用することができ、構造奥行42mm以下の場合例えば2列、3列、4列、5列、6列、7列またはそれ以上を使用することができ、構造奥行48mm以下の場合例えば2列、3列、4列、5列、6列、7列、8列またはそれ以上を使用することができ、構造奥行54mm以下の場合例えば2列、3列、4列、5列、6列、7列、8列、9列またはそれ以上を使用することができ、構造奥行60mm以下の場合例えば2列、3列、4列、5列、6列、7列、8列、9列、10列またはそれ以上を使用することができ、構造奥行66mm以下の場合例えば2列、3列、4列、5列、6列、7列、8列、9列、10列、11列またはそれ以上を使用することができる。
According to the present invention, mainly two, three, or more corrugated fins (cooling fins) formed in the same manner are arranged one behind the other. That is, the one corrugated fin having the flow guide plate (casing) can be shifted from each other in a plurality of planes. In this case, the number of corrugated fins arranged at the front and rear in the flow direction of the second fluid can be selected depending on the depth of the heat exchanger and / or the depth of the corrugated fins. In the case of a structure depth of 12 to 18 mm, for example, two columns, three columns or more can be used, and in the case of a structure depth of 24 mm or less, for example, two columns, three columns, four columns or more can be used. For 30 mm or less, for example, 2 rows, 3 rows, 4 rows, 5 rows or more can be used, and for a structure depth of 36 mm or less, for example, 2 rows, 3 rows, 4 rows, 5 rows, 6 rows or more If the structure depth is 42 mm or less, for example, 2 columns, 3 columns, 4 columns, 5 columns, 6 columns, 7 columns or more can be used, and if the structure depth is 48 mm or less, for example 2
2列15、16の実施例を図5cが横断面図で示す。
An example of two
3列17、18、19の実施例を図5dが横断面図で示す。
An embodiment of three
4列20、21、22、23の実施例を図5eが横断面図で示す。
An example of four
5列24、25、26、27、28の実施例を図5fが横断面図で示す。
Examples of five
5列29、30、31、32、33の実施例を図5gが横断面図で示す。
An example of five
5列34、35、36、37、38の実施例を図5hが横断面図で示す。
Examples of five
3つ以上の互いにずらされた列は主に、図5d、図5e、図5gの実施形態におけるように合計2つの互いにずらされた平面に分配しておくことができる。しかしそれらは図5f、図5hの実施形態におけるように3つ以上の異なる平面に分配しておくこともでき、各2つの平面の間の間隔は同じかまたは異なってもよい。 Three or more staggered rows can be distributed mainly in a total of two staggered planes as in the embodiments of FIGS. 5d, 5e, and 5g. However, they can also be distributed over three or more different planes as in the embodiment of FIGS. 5f, 5h, and the spacing between each two planes can be the same or different.
選択的に、1平面にある2つの鰓体帯域39、40もしくは42、43の間の領域41もしくは44のみを鰓体帯域39、40もしくは42、43に対してずらしておくこともできる(図5iと図5j)。領域41もしくは44内に波形フィン10iもしくは10jは鰓体を有していない。この構成も、管壁での温度境界層の影響および/または板の流通向上をもたらす。
Alternatively, only the region 41 or 44 between the two
同様に、波形フィン10kの鰓体帯域45、46、47は異なる大きさとしておくことができる(図5k)。その場合例えば第1管列の鰓体帯域45、47[原稿:46]と第2管列の鰓体帯域46[原稿:47]との割当てが有利である。というのも、鰓体帯域46、47の間のずれ49によって管列の間の熱結合が抑制されるからである。
Similarly, the
さまざまな大きさの鰓体帯域65、66、67、68、69をさまざまな平面で組合せることも、波形フィン10lにおけるように可能である(図5l)。
It is also possible to combine the variously
列当り鰓体の数は、熱交換器の列数および奥行に依存して例えば2〜30鰓体である。主に、鰓体帯域当り鰓体数は製造技術上の観点から列数が奇数、すなわち3列、5列、7列、9列または11列である場合同一でない。偶数の列数の場合鰓体帯域当り鰓体数は同一としておくことができるが、これは必須ではない。 The number of enclosures per row is, for example, 2 to 30 enclosures depending on the number of rows and depth of the heat exchanger. Mainly, the number of enclosures per enclosure band is not the same when the number of columns is odd, that is, 3, 5, 7, 9 or 11 columns from the viewpoint of manufacturing technology. For an even number of columns, the number of enclosures per enclosure band can be the same, but this is not essential.
以下(図6〜図9)では、3つの異なる構成の波形フィンを有する熱交換器内の空気流通のシミュレーションが説明される。 In the following (FIGS. 6 to 9), a simulation of air flow in a heat exchanger having three differently configured corrugated fins is described.
シミュレーションは以下の条件で行われる:管壁温度=60℃;空気入口温度=45℃;空気密度=1097kg/m3;空気入口速度vLuft=1および3m/s;フィン高さ=8mm;フィン奥行=16mm。シミュレーションでは一方で、腹部によって屋根形状に相互に分離された2つの鰓体帯域を有する1列からなる1列の、すなわちずれなしの1つの波形フィンがベースとして検討される(技術の現状)。さらに、2列を有する1つの波形フィンと3列を有する1つの波形フィンが検討される。シミュレーションは、空気側圧力降下の他に、個々の板開口部内の質量流量と管から冷却空気に対する放射出力とを測定する。 The simulation is performed under the following conditions: tube wall temperature = 60 ° C .; air inlet temperature = 45 ° C .; air density = 1097 kg / m 3 ; air inlet velocity v Luft = 1 and 3 m / s; fin height = 8 mm; fin Depth = 16mm. In the simulation, on the other hand, a single wave fin consisting of a single line having two frame bands separated from each other in the roof shape by the abdomen, that is, one wavy fin without deviation is considered as a base (current state of the art). In addition, one corrugated fin having two rows and one corrugated fin having three rows are considered. In addition to the air side pressure drop, the simulation measures the mass flow in the individual plate openings and the radiation output from the tube to the cooling air.
図6は、波形フィン52、53を有する熱交換器51、空気入口速度vLuft=3m/s、上記境界条件、2つの鰓体帯域54、55もしくは56、57の間の領域における空気の流れ帯域を示す。各2つの鰓体帯域の間の腹部58もしくは59はこの場合屋根形状を有する。矢印60は空気粒子の主流れ経路を示しており、空気粒子は腹部59前の最後の板開口部61を貫流し、引き続き流れ方向転換を受け、隣接鰓体帯域57内で板開口部62、63内を流れる。図から読み取ることができるように、まず鰓体帯域57の第2板開口部62は再び大きな数の空気粒子を流通させ、まず第3板開口部63内の速度帯域は先行鰓体帯域56内の速度パターンに再び近似的に一致する。
FIG. 6 shows a heat exchanger 51 with
図7は波形フィン72、73を有する熱交換器71、空気入口速度vLuft=3m/s、上記境界条件、各2つの鰓体帯域76、77もしくは78、79の間のずれ部74もしくは75の領域における空気の流れ帯域を示す。矢印80はずれ75の前、一方でずれ前の最後の板開口部81内、他方でずれ開口部75内における空気粒子の主流れ経路を示す。空気粒子はずれ開口部75を流通後に方向転換を受け、ずれ開口部を貫流した空気粒子は引き続き主として隣接鰓体帯域79の第1、第2板開口部82、83内を流れる。ずれの前で最後の板開口部81内を貫流した空気粒子は、やはり流れ方向転換を受けたのち主として後続鰓体帯域79の第3板開口部84内を流れる。
FIG. 7 shows a
図8と図9は、3つの異なる構成の波形フィン、空気流入速度vLuft=1m/s(図8)、vLuft=3m/s(図9)、上記境界条件において各鰓体開口部(板開口部)質量流量mKiemeと流体FL2としての空気の総質量流量の半分1/2mgesとの比を管もしくは熱交換器の奥行に対してプロットした曲線図を示す。ずれ部の開口部内の質量流量%は示してない。 8 and 9 show three different configurations of corrugated fins, air inflow velocity v Luft = 1 m / s (FIG. 8), v Luft = 3 m / s (FIG. 9). shows a curve diagram obtained by plotting the ratio against depth of the tube or the heat exchanger of the half 1/2 m ges of the total mass flow rate of air as a plate opening) the mass flow rate m Kieme fluid FL2. The mass flow rate% in the opening of the shift part is not shown.
図8から明らかとなるように、2列もしくは3列(1つもしくは2つのずれ部)を有する両方の波形フィン構成では空気質量流量%が常に9%の上方にあるのに対して、波形フィンが1平面/列にある場合空気質量流量は両方の板開口部において腹部領域に続いて8%以下に低下し、約4%の最小を有する。1つの平面からなる波形フィンにおいて空気質量流量が腹部領域前の板開口部で約12%から約10%に低下するのに対して、2つの平面/列からなる波形フィンではこの場合ずれ部前の最後の板開口部内の質量流量は約12%から約13%に増加する。ずれ部に続いてここでも空気流れの再整列が起き、第1板開口部は約10%の空気質量流量%で付加されるにすぎない。3列からなる波形フィンではずれ部前の最後の板開口部によって質量流量はやはり約13%に増加する。ずれ部に続いてここでも空気流れの再整列が起き、第1板開口部はそれぞれ約10〜11%の空気質量流量%で付加されるにすぎない。 As is apparent from FIG. 8, in both corrugated fin configurations having two or three rows (one or two offsets), the air mass flow% is always above 9%, whereas the corrugated fins Are in one plane / row, the air mass flow rate drops below 8% following the abdominal region at both plate openings, with a minimum of about 4%. In the corrugated fin consisting of one plane, the air mass flow rate is reduced from about 12% to about 10% at the plate opening in front of the abdominal region, whereas in the corrugated fin consisting of two planes / rows in this case The mass flow rate in the last plate opening increases from about 12% to about 13%. Here again, air flow realignment follows the offset and the first plate opening is only added at about 10% air mass flow rate. In a three-row corrugated fin, the mass flow rate is still increased to about 13% by the last plate opening before the offset. Here again, air flow realignment follows the offset, and the first plate openings are only added at about 10-11% air mass flow rate, respectively.
図9から明らかとなるように、2列もしくは3列(1つもしくは2つのずれ部)を有する両方の波形フィン構成では空気質量流量%が常に12%の上方にあるのに対して、波形フィンが1平面/列にある場合空気質量流量は両方の板開口部において腹部領域に続いて11%以下に低下し、約4.5%の最小を有する。1つの平面からなる波形フィンにおいて空気質量流量が腹部領域前の板開口部で約16.5%から約15%に低下するのに対して、2つの平面/列からなる波形フィンではこの場合ずれ部前の最後の板開口部内の質量流量は約16.5%から約18%に増加する。ずれ部に続いてここでも空気流れの再整列が起き、第1板開口部は約14%の空気質量流量%で付加されるにすぎない。3列からなる波形フィンでは、ずれ部前の最後の板開口部内の質量流量はやはり約18〜19%に増加する。ずれ部に続いてここでも空気流れの再整列が起き、第1板開口部はそれぞれ約14%の空気質量流量%で付加されるにすぎない。 As is apparent from FIG. 9, the corrugated fins have an air mass flow rate% always above 12% in both corrugated fin configurations having two or three rows (one or two offsets). Are in one plane / row, the air mass flow rate drops below 11% following the abdominal region at both plate openings, with a minimum of about 4.5%. In a corrugated fin consisting of one plane, the air mass flow rate drops from about 16.5% to about 15% at the plate opening in front of the abdominal region, whereas in the corrugated fin consisting of two planes / rows, there is a shift The mass flow rate in the last plate opening before the section increases from about 16.5% to about 18%. The realignment of the air flow again follows the offset and the first plate opening is only added at an air mass flow rate of about 14%. With three rows of corrugated fins, the mass flow rate in the last plate opening before the offset is again increased to about 18-19%. The realignment of the air flow again follows the offset and the first plate openings are only added at about 14% air mass flow rate, respectively.
図10のaおよびbと図11のaおよびbがそれぞれ一部を示す熱交換器1は2列1a、1bで互いに平行に配置される扁平管2を備えており、扁平管は第1流体FL1a、FL1bが第1流れ方向S1に流通する。同様に逆向きの流通も考えられる。扁平管2は(図示しない)集合管路または集合管に接続されている。流体FL1a、FL1bは例えば冷却液と、熱交換器1内で凝縮された冷媒である。まったく同様に、2列または多列熱交換器1の内部の2つの同じ流体とすることもできる。
A
それぞれ隣接する2つの扁平管2の間に2つ(図10のaおよびb)もしくは3つ(図11のaおよびb)の波形フィン3が冷却フィンとして配置されている。それより数の多い波形フィン3を有する実施形態もやはり実現可能である。波形フィン3は1つの薄板から蛇行状に折り曲げられており、1つの扁平管2に当接する各1つのフィン区域4aが、隣接する2つの扁平管2を結合する1つのフィン区域4bと交互している。扁平管2に当接するフィン区域4aは扁平管2と伝熱結合され、特に蝋付されている。隣接する2つの扁平管2を結合するフィン区域4bは扁平管2に垂直であり、熱交換器1を流れ方向S2で流通する第2流体FL2、例えば空気用の流れ経路を形成する。第2流体FL2は実質的に波形フィン3の表面と平行に流れる。すなわち第2流体FL2は熱交換器1に流入するときまず波形フィン3の細い正面6にのみ衝突する。これにより第2流体FL2は高い速度と相応に高い質量処理量とで熱交換器1を流通できる。
Between two adjacent
フィン区域4bから成形された鰓体7は第2流体FL2の流れ方向S2を横切って、また第1流体FL1a、FL1bの流れ方向S1を横切って延設されている。フィン区域4b内部の鰓体7は一方で第2流体FL2とこのフィン区域4bとの間で特別良好な熱伝達をもたらし、他方で流れ方向S2で斜め後方に配置されるフィン区域4bへの第2流体FL2の適切な誘導をもたらす。こうして、熱交換器1を流通する第2流体FL2の質量流量は第1流体FL1a、FL1bと第2流体FL2との間の温度差を十分に利用して事実上完全に熱伝達に利用される。
The
2つの扁平管2の間で前後に配置される2つの波形フィン3は相互にずらされている。このずらされて一体に構成される波形フィンの製造は例えば図1a、図1bについて述べたように行われる。
The two
扁平管列1a、1bの間の図10のb、図11のbに拡大図示した中間領域9で波形フィン3は相互にずらされている。一体構成のゆえに、さまざまな管列の波形フィン3は扁平管2に当接するフィン区域4aの領域で細い腹部9aを介して互いに結合されている。これらの腹部9aは管列1a、1bの間の唯一の伝熱結合部であるので、一方の管列から他方の管列への熱伝達は効果的に抑制されている。
The
Claims (12)
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 10, characterized in that various tube rows allow one fluid to flow.
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
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