JP2013178018A - Heat exchanger - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve efficiency of heat exchange without causing an increase in the scale of a heat exchanger which is mounted on a vehicle and constituted while including many heat transfer tubes 2.SOLUTION: A heat exchanger includes a body unit 3 constituted by arranging a plurality of heat transfer tubes side by side with a space from one another. The heat transfer tubes each has a flat cross section including a major axis and a minor axis orthogonal thereto at an inflow part 31 in which cooling air flows and an outflow part 32 out of which the cooling air flows at the body unit, and are arranged having major axis direction along the flow direction of the cooling air.

Description

ここに開示する技術は、鉄道車両等の車両に搭載されかつ、多数の伝熱管内を流れる対象液体の放熱を行うよう構成された熱交換器に関する。   The technology disclosed herein relates to a heat exchanger that is mounted on a vehicle such as a railway vehicle and configured to radiate a target liquid that flows through a number of heat transfer tubes.

特許文献1には、鉄道車両に搭載されかつ、変圧器の絶縁油を冷却する熱交換器(油冷却器)が記載されている。この油冷却器は、油分配部と、油集合部と、その間をつなぐようにU字状に折り曲げられた複数の冷却管とを備えており、各冷却管が鉄道車両の走行に伴う走行風に曝されることで、その冷却管内を流れる油が放熱をするように構成されている。このような熱交換器に用いる冷却管は、その横断面が円形状の円管によって構成することが一般的である。   Patent Document 1 describes a heat exchanger (oil cooler) that is mounted on a railway vehicle and cools insulating oil of a transformer. The oil cooler includes an oil distribution section, an oil collecting section, and a plurality of cooling pipes bent in a U-shape so as to connect the oil distribution section, and each cooling pipe travels with the traveling wind of the railway vehicle. The oil flowing in the cooling pipe is configured to radiate heat by being exposed to. The cooling pipe used for such a heat exchanger is generally constituted by a circular pipe having a circular cross section.

また、特許文献2には、空調冷凍装置に設けられる熱交換器として、積層された多数の板状フィンを貫通して配置される冷媒配管を、横断面が楕円形の楕円管によって構成することが記載されている。この熱交換器では、楕円管である冷媒配管を、その長軸方向が流れ方向に一致する向きでかつ、流れ方向に直交する方向に一列に配置することにより、各冷媒配管の後流領域を小さくしている。   Moreover, in patent document 2, as a heat exchanger provided in an air-conditioning refrigerating apparatus, a refrigerant pipe arranged through a large number of laminated plate-like fins is configured by an elliptical tube having an elliptical cross section. Is described. In this heat exchanger, the refrigerant pipes, which are elliptical pipes, are arranged in a line in a direction in which the major axis direction coincides with the flow direction and perpendicular to the flow direction. It is small.

実開昭54−12817号公報Japanese Utility Model Publication No. 54-12817 特開2001−165586号公報JP 2001-165586 A

ところで、特許文献1に記載されているような鉄道車両等の車両に搭載される熱交換器には、設置スペースが制限される関係上、大型化を招くことなく、高性能化を図ることが求められる。熱交換効率の向上のために、例えば伝熱管の本数を増やすと、多数の伝熱管を比較的高い配置密度で並べなければならず、隣り合う伝熱管同士の間隔が狭くなってしまう。このことは、熱交換器において冷却風が流入する側の端部における通風率、つまり、複数の伝熱管によって構成される熱交換器の流入側の端面全体の投影面積(冷却風の流れ方向に投影した面積)に対する、伝熱管同士の隙間部分全ての投影面積の比率を小さくして、冷却風の流入を阻害すると共に、熱交換器において冷却風が流出する側の端部における通風率も小さくして、冷却風の流出をも阻害することになる。その結果、熱交換器内を通過する走行風の流量が低下して、熱交換効率の向上という当初の目的を達成することができなくなる。逆に、通風率を所定以上に確保すべく、伝熱管同士の間隔を広くしようとすると、熱交換器全体の外寸は大きくなってしまう。   By the way, in a heat exchanger mounted on a vehicle such as a railway vehicle as described in Patent Document 1, it is possible to achieve high performance without causing an increase in size due to the limited installation space. Desired. For example, when the number of heat transfer tubes is increased in order to improve the heat exchange efficiency, a large number of heat transfer tubes must be arranged at a relatively high arrangement density, and the interval between adjacent heat transfer tubes becomes narrow. This is because the air flow rate at the end of the heat exchanger on which the cooling air flows in, that is, the projected area of the entire end surface on the inflow side of the heat exchanger constituted by a plurality of heat transfer tubes (in the direction of the cooling air flow). The ratio of the projected area of all the gaps between the heat transfer tubes to the projected area) is reduced to inhibit the inflow of cooling air, and the ventilation rate at the end on the side where the cooling air flows out in the heat exchanger is also reduced. As a result, the outflow of cooling air is also inhibited. As a result, the flow rate of the traveling wind passing through the heat exchanger decreases, and the initial purpose of improving the heat exchange efficiency cannot be achieved. On the contrary, if the interval between the heat transfer tubes is increased in order to ensure a ventilation rate higher than a predetermined value, the outer size of the entire heat exchanger becomes large.

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両に搭載されると共に、多数の伝熱管を備えて構成される熱交換器の大型化を招くことなく、その熱交換効率の向上を図ることにある。   The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and the object is to increase the size of a heat exchanger that is mounted on a vehicle and includes a large number of heat transfer tubes. Without improving the heat exchange efficiency.

ここに開示する熱交換器は、車両に搭載されかつ、所定の方向に流れる冷却風が通過することによって、複数の伝熱管内を流れる対象流体を放熱させるように構成された熱交換器である。   The heat exchanger disclosed herein is a heat exchanger that is mounted on a vehicle and configured to dissipate a target fluid that flows in a plurality of heat transfer tubes by passing cooling air flowing in a predetermined direction. .

この熱交換器は、前記対象流体が導入されると共に、当該対象流体を前記複数の伝熱管に分配するように構成された分配部と、前記分配部に対し前記冷却風の流れ方向に間隔を空けて配設されかつ、前記複数の伝熱管から流れてきた前記対象流体を集めて排出するように構成された集合部と、前記分配部と前記集合部とを連通するように形成された前記複数の伝熱管が間隔を空けて並んで配置されることで構成されかつ、前記伝熱管同士の間を前記冷却風が通過する本体部と、を備える。   The heat exchanger includes a distribution unit configured to distribute the target fluid to the plurality of heat transfer pipes while introducing the target fluid, and an interval in the flow direction of the cooling air with respect to the distribution unit. A collecting portion that is disposed in a space and configured to collect and discharge the target fluid flowing from the plurality of heat transfer tubes; and the distribution portion and the collecting portion that are configured to communicate with each other. And a main body portion that is configured by arranging a plurality of heat transfer tubes side by side at intervals, and through which the cooling air passes between the heat transfer tubes.

そして、前記本体部は、前記分配部又は前記集合部から前記冷却風の流れ方向に交差するように延びる前記伝熱管の部分によって構成されかつ、当該伝熱管の部分が前記冷却風の流れ方向に直交する方向に複数並んで配置された流入端を介して前記本体部に前記走行風を流入させる流入部分と、前記集合部又は前記分配部から前記冷却風の流れ方向に交差するように延びる前記伝熱管の部分によって構成されかつ、当該伝熱管の部分が前記冷却風の流れ方向に直交する方向に複数並んで配置された流出端を介して前記本体部から前記走行風を流出させる流出部分と、前記冷却風の流れ方向に沿うように延びる前記伝熱管の部分によって構成されかつ、前記流入部分から流入した冷却風を前記流出部分に向かって前記伝熱管に沿うように流す通風部分と、を有し、前記伝熱管は、前記流入部分及び前記流出部分においては、長径と、それに直交する短径とを含む扁平な横断面形状を有していると共に、前記長径の方向が前記冷却風の流れ方向に沿う向きで配置されている。   And the said main-body part is comprised by the part of the said heat exchanger tube extended so that it may cross | intersect the flow direction of the said cooling air from the said distribution part or the said gathering part, and the part of the said heat exchanger tube is in the flow direction of the said cooling air An inflow portion for allowing the traveling wind to flow into the main body through a plurality of inflow ends arranged in a direction orthogonal to each other, and extending so as to intersect the flow direction of the cooling air from the collecting portion or the distributing portion. An outflow portion configured to include a portion of the heat transfer tube, and the portion of the heat transfer tube that causes the running air to flow out from the main body portion via an outflow end that is arranged in a plurality in a direction orthogonal to the flow direction of the cooling air; And a passage of the cooling air flowing from the inflow portion toward the outflow portion along the heat transfer tube. The heat transfer tube has a flat cross-sectional shape including a major axis and a minor axis orthogonal to the inflow part and the outflow part, and the direction of the major axis is It arrange | positions in the direction in alignment with the flow direction of the said cooling wind.

ここで、「車両」とは、新幹線、在来線(私鉄線を含む)及び地下鉄線等を含む鉄道車両、モノレール、路面電車等の軌道上を走行する車両としてもよいし、例えば乗用車、バス及びトラック等の無軌道の車両としてもよい。   Here, the “vehicle” may be a railway vehicle including a Shinkansen, a conventional line (including a private railway line), a subway line, etc., a vehicle that travels on a track such as a monorail, a tram, etc. Also, a trackless vehicle such as a truck may be used.

また、「冷却風」は、例えばブロア等によって強制的に生じさせる強制風としてもよいし、車両が一方向に直線的に走行しているときに生じる相対的な空気の流れ、つまり走行風としてもよい。尚、走行風であるときには、その走行風の流れ方向とは、特に走行風の主流の方向であって、車両の走行方向とは逆向きの直線的な方向となる。   The “cooling wind” may be a forced wind that is forcibly generated by, for example, a blower or the like, or a relative air flow generated when the vehicle is traveling linearly in one direction, that is, a traveling wind. Also good. In the case of traveling wind, the flow direction of the traveling wind is a mainstream direction of the traveling wind and is a linear direction opposite to the traveling direction of the vehicle.

「冷却風の流れ方向に交差するように延びる」とは、冷却風の流れ方向と一致する方向以外の方向に延びることを含み、冷却風の流れ方向に直交する方向に延びることを当然に含む。「冷却風の流れに沿うように延びる」とは、冷却風の流れ方向と一致する方向に延びることのほか、前記の「冷却風の流れ方向に交差するように延びる」こととの比較において、冷却風の流れ方向とほとんど一致する方向に延びることも含む。従って、冷却風の流れ方向に直交する方向に延びることは含まない。   “Extending so as to intersect the flow direction of the cooling air” includes extending in a direction other than the direction coinciding with the flow direction of the cooling air, and naturally extending in a direction orthogonal to the flow direction of the cooling air. . "Extends along the flow of cooling air" means that in addition to extending in a direction that coincides with the flow direction of the cooling air, in comparison with the above-mentioned "extending so as to intersect the flow direction of the cooling air" It also includes extending in a direction almost coincident with the flow direction of the cooling air. Therefore, it does not include extending in a direction orthogonal to the flow direction of the cooling air.

冷却風が走行風であるときには、本体部の「流入部分」及び「流出部分」は、車両の移動方向に応じて設定される。つまり、車両が鉄道車両のように走行方向が反転する車両であれば、「流入部分」及び「流出部分」は、鉄道車両の走行方向に応じて入れ替わることになる。   When the cooling air is traveling air, the “inflow portion” and the “outflow portion” of the main body are set according to the moving direction of the vehicle. That is, if the vehicle is a vehicle whose traveling direction is reversed, such as a railway vehicle, the “inflow portion” and the “outflow portion” are interchanged according to the traveling direction of the railway vehicle.

前記の構成によると、本体部は、冷却風が流入する流入部分、冷却風が流出する流出部分、及び、流入部分から流入した冷却風を流出部分に向かって流す通風部分を有して構成されており、その流入部分の流入端において、伝熱管同士の間を通って冷却風が本体部に流入し、流入した冷却風は、通風部分を通過し、その後、流出部分の流出端において、伝熱管同士の間を通って本体部から流出する。このことにより、伝熱管内を流れる対象流体と冷却風との間で熱交換が行われて、対象流体が放熱する。   According to the above configuration, the main body portion is configured to have an inflow portion into which cooling air flows, an outflow portion from which cooling air flows out, and a ventilation portion through which the cooling air flowing in from the inflow portion flows toward the outflow portion. At the inflow end of the inflow portion, the cooling air flows between the heat transfer tubes and flows into the main body. The inflowing cooling air passes through the ventilation portion, and then, at the outflow end of the outflow portion. It flows out from the main body through the heat tubes. Thus, heat exchange is performed between the target fluid flowing in the heat transfer tube and the cooling air, and the target fluid dissipates heat.

前記の構成ではまた、本体部の流入部分及び流出部分においては、各伝熱管の横断面形状を、長径とそれに直交する短径とを含む扁平な形状とし、その扁平断面の伝熱管を、長径の方向が冷却風の流れ方向に沿う向きで配置する。これにより、流入部分における流入端では、各伝熱管の短径が、冷却風の流れ方向に投影されることになるから、断面円形状の伝熱管によって流入部分を構成した場合と比べて、通風率が高まる(但し、円形断面の伝熱管は、扁平断面の伝熱管に対して、その内部を流れる対象流体の流量を同じに設定すると共に、配置する本数も同じに設定する。また、本体部の流入部分の外寸は互いに等しいとする)。又は、通風率を同じに設定する場合は、扁平断面の伝熱管は、断面円形状の伝熱管を配置する場合よりも、多く配置することが可能である(但し、円形断面の伝熱管は、扁平断面の伝熱管に対して、その内部を流れる対象流体の流量を同じに設定すると共に、本体部の流入部分の外寸は互いに等しいとする)。このことは、流入部分における冷却風の流入量を増大させるか、又は、冷却風の流入量を減少させることなく、伝熱面積を拡大させることを可能にする。   In the above-described configuration, the cross-sectional shape of each heat transfer tube in the inflow portion and the outflow portion of the main body is a flat shape including a major axis and a minor axis perpendicular to the major axis. The direction of is arranged in a direction along the flow direction of the cooling air. As a result, the short diameter of each heat transfer tube is projected in the flow direction of the cooling air at the inflow end in the inflow portion. Therefore, compared with the case where the inflow portion is configured by a heat transfer tube having a circular cross section. (However, in the heat transfer tube having a circular cross section, the flow rate of the target fluid flowing inside the heat transfer tube having the flat cross section is set to be the same, and the number of the arranged fluids is also set to be the same.) The outer dimensions of the inflow parts are equal to each other). Or when setting the air flow rate to be the same, it is possible to arrange more heat transfer tubes with a flat cross section than when arranging heat transfer tubes with a circular cross section (however, heat transfer tubes with a circular cross section For the heat transfer tube having a flat cross section, the flow rate of the target fluid flowing inside the heat transfer tube is set to be the same, and the outer dimensions of the inflow portion of the main body are equal to each other). This makes it possible to increase the heat transfer area without increasing the inflow amount of the cooling air in the inflow portion or decreasing the inflow amount of the cooling air.

また、前記の構成では、流出部分においても、流入部分と同様の構成を採用しているため、流出部分における流出端では、断面円形状の伝熱管によって本体部を構成した場合と比べて、通風率が高まるか、又は、通風率を同じに設定する場合は、扁平断面の伝熱管を、より多く配置することが可能になる。このことは、流出部分における冷却風の流出量を増大させるか、又は、冷却風の流出量を減少させることなく、伝熱面積を拡大させることを可能にする。そしてこのように、流出部分において、冷却風をスムースに流出させることが、本体部を通過する冷却風の圧力損失を低減することにもなるから、流入部分での冷却風の流入を、さらに促進することにもなる。   Further, in the above configuration, since the same configuration as that of the inflow portion is adopted in the outflow portion, the ventilation portion is compared with the case where the main body portion is configured by the heat transfer tube having a circular cross section at the outflow end in the outflow portion. When the rate is increased or the ventilation rate is set to be the same, more heat transfer tubes having a flat cross section can be arranged. This makes it possible to increase the heat transfer area without increasing the outflow amount of the cooling air in the outflow portion or decreasing the outflow amount of the cooling air. And, in this way, smoothly flowing out the cooling air in the outflow part also reduces the pressure loss of the cooling air passing through the main body, and therefore further promotes the inflow of the cooling air in the inflow part. It will also do.

こうして、前記の構成では、流入部分及び流出部分の双方において、扁平断面の伝熱管を所定の向きで配置することにより、熱交換器の大型化を招くことなく、熱交換効率を効果的に高めることが可能になる。   Thus, in the above configuration, by arranging the heat transfer tubes having a flat cross section in a predetermined direction in both the inflow portion and the outflow portion, the heat exchange efficiency is effectively increased without causing an increase in the size of the heat exchanger. It becomes possible.

またこのように、冷却風が流入部分内に流入しやすくなることは特に、走行風自冷式の熱交換器においては、流入部分よりも上流側における動圧が低いときでも、本体部に流入する走行風の流量を十分に確保する上で有利になる。つまり、本体部に対して、走行風の流れ方向の上流に、障害物等が配置されているようなときでも、走行風の流入流量が十分に確保されて、熱交換効率を所定以上に維持することが可能になる。   In addition, in this way, the cooling air can easily flow into the inflow portion, particularly in the case of a traveling wind self-cooling type heat exchanger, even when the dynamic pressure on the upstream side of the inflow portion is low, it flows into the main body. This is advantageous in ensuring a sufficient flow rate of the traveling wind. In other words, even when an obstacle or the like is disposed upstream of the main body in the direction of the flow of the traveling wind, the inflow flow rate of the traveling wind is sufficiently secured and the heat exchange efficiency is maintained above a predetermined level. It becomes possible to do.

前記伝熱管は、前記流入部分、前記流出部分、及び、前記通風部分を連続して構成するようにU字状に折り曲げられ、前記U字状の伝熱管は、前記長径及び前記短径を含む扁平な横断面形状を有していて、それによって、前記長径の方向に拡がる拡大伝熱面を有しており、前記U字状の伝熱管はまた、前記冷却風の流れ方向に直交する、前記車両の内方から外方に向かって多重に並設されることで、前記各伝熱管の前記拡大伝熱面が前記冷却風の流れ方向に沿って並ぶ伝熱管群を構成し、前記本体部は、前記伝熱管群が所定の隙間を空けて複数、積層することによって構成され、それによって、隣り合う前記伝熱管群同士の間に、前記各伝熱管の前記拡大伝熱面によって挟まれる前記冷却風の流路が、前記冷却風の流れ方向に真っ直ぐに延びて形成されている、としてもよい。   The heat transfer tube is bent in a U shape so as to continuously constitute the inflow portion, the outflow portion, and the ventilation portion, and the U-shaped heat transfer tube includes the major axis and the minor axis. Having a flat cross-sectional shape, thereby having an enlarged heat transfer surface extending in the direction of the major axis, and the U-shaped heat transfer tube is also orthogonal to the flow direction of the cooling air, The multiple heat transfer surfaces of the heat transfer tubes constitute a heat transfer tube group arranged along the flow direction of the cooling air by being arranged in parallel from the inside to the outside of the vehicle, and the main body The part is configured by stacking a plurality of the heat transfer tube groups with a predetermined gap therebetween, and thereby sandwiched between the heat transfer tube groups adjacent to each other by the expanded heat transfer surface of each heat transfer tube. The cooling air flow path extends straight in the flow direction of the cooling air. Are formed may be.

この構成では、本体部は、U字状の伝熱管が、車両の内方から外方に向かって多重に並設されることで構成された伝熱管群が、所定の間隔を空けて複数、積層されることによって構成され、隣り合う伝熱管群同士の間に、冷却風の流れ方向に真っ直ぐに延びる流路が形成される。このように、冷却風の流路が、その流れ方向に真っ直ぐに延びて形成されるため、本体部内を通過する冷却風の圧力損失がさらに低減する。このことは、前述したように、流入部分及び流出部分のそれぞれにおいて通風率が低下してしまうことを抑制して、冷却風の流入流量及び流出流量を確保する構成と組み合わさって、本体部内を通過する冷却風の流速低下を抑制し、熱交換効率の向上に有利になる。   In this configuration, the main body has a plurality of U-shaped heat transfer tubes arranged in parallel from the inside of the vehicle to the outside, with a plurality of heat transfer tube groups with a predetermined interval, A flow path that is configured by being stacked and extends straight in the flow direction of the cooling air is formed between adjacent heat transfer tube groups. Thus, since the flow path of the cooling air is formed to extend straight in the flow direction, the pressure loss of the cooling air passing through the main body is further reduced. As described above, this suppresses the reduction of the ventilation rate in each of the inflow portion and the outflow portion, and in combination with the configuration for ensuring the inflow flow rate and the outflow flow rate of the cooling air, It is advantageous for improving the heat exchange efficiency by suppressing a decrease in the flow velocity of the passing cooling air.

また、本体部内に形成される冷却風の流路は、扁平断面とすることによって円形断面の伝熱管よりも拡大した拡大伝熱面によって挟まれるため、本体部全体の外寸を大きくすることなく、冷却風が接触し得る伝熱面積が有効に拡大することになる。このこともまた、熱交換器の熱交換効率の向上に有利になる。   In addition, the flow path of the cooling air formed in the main body is sandwiched by the enlarged heat transfer surface that is larger than the heat transfer tube having a circular cross section by adopting a flat cross section, so that the overall size of the main body is not increased. The heat transfer area that can be contacted by the cooling air is effectively expanded. This is also advantageous for improving the heat exchange efficiency of the heat exchanger.

前記伝熱管は、前記長径の長さaと、前記短径の長さbとの比(a/b)が、2<a/b<10となるように構成されている、としてもよい。   The heat transfer tube may be configured such that a ratio (a / b) of the length a of the major axis to the length b of the minor axis is 2 <a / b <10.

a/bを1に近づけることによって、伝熱管の横断面は円形に近づくことになり、前述した、流入部分及び流出部分における通風率の確保や、伝熱管群における伝熱面積の拡大という効果が低下する。そのため、2<a/bとすることが好ましい。   By bringing a / b closer to 1, the cross section of the heat transfer tube approaches a circular shape, and the effects of securing the ventilation rate in the inflow portion and the outflow portion and expanding the heat transfer area in the heat transfer tube group described above. descend. Therefore, it is preferable that 2 <a / b.

一方、a/bを大きくすることによって、伝熱管の固有振動数は次第に低下することになるが、例えば冷却風の流速が120km/h(これは鉄道車両の走行速度域に含まれ、冷却風が走行風である場合に相当する)ではカルマン渦の周波数が250Hzであることから、a/b<10とすることにより、伝熱管の固有振動数を、そのカルマン渦の周波数に対して、ずらすことが可能になる。つまり、a/b<10とすることにより、カルマン渦による伝熱管の共振を回避することが可能になる。   On the other hand, by increasing a / b, the natural frequency of the heat transfer tube gradually decreases. For example, the flow velocity of the cooling air is 120 km / h (this is included in the travel speed range of the railway vehicle, In this case, the frequency of the Karman vortex is 250 Hz. Therefore, by setting a / b <10, the natural frequency of the heat transfer tube is shifted with respect to the frequency of the Karman vortex. It becomes possible. That is, by setting a / b <10, resonance of the heat transfer tube due to Karman vortices can be avoided.

前記流入部分において、少なくとも前記冷却風の流入側に配置される前記伝熱管には、その周面に、前記本体部に流入する冷却風の乱流化を促進する乱流促進部材が取り付けられている、としてもよい。   In the inflow portion, at least the heat transfer tube disposed on the cooling air inflow side is provided with a turbulence promoting member that promotes turbulence of the cooling air flowing into the main body on the peripheral surface thereof. It is good as well.

こうすることで、本体部内に流入した冷却風が速やかに乱流化するようになり、熱交換効率のさらなる向上が図られる。   By doing so, the cooling air that has flowed into the main body is quickly turbulent, and the heat exchange efficiency is further improved.

以上説明したように、前記の熱交換器によると、本体部の流入部分及び流出部分の双方において、扁平断面の伝熱管を、その長径の方向が冷却風の流れ方向に沿う向きで配置することにより、流入端及び流出端のそれぞれで、少なくとも通風率を所定以上に維持することが可能になり、本体部に対する冷却風の流入量及び流出量を十分に確保することができるから、熱交換器の大型化を招くことなく、その熱交換効率を効率的に高めることが可能になる。   As described above, according to the above heat exchanger, the heat transfer tubes having a flat cross section are arranged in both the inflow portion and the outflow portion of the main body so that the major axis direction is in the direction along the flow direction of the cooling air. Therefore, at each of the inflow end and the outflow end, at least the ventilation rate can be maintained at a predetermined level or more, and the amount of cooling air flowing into and out of the main body can be sufficiently secured. It is possible to efficiently increase the heat exchange efficiency without incurring an increase in size.

鉄道車両に搭載された熱交換器を示す正面図である。It is a front view which shows the heat exchanger mounted in the rail vehicle. 熱交換器の平面図である。It is a top view of a heat exchanger. 熱交換器の側面図である。It is a side view of a heat exchanger. (a)図2のa−a断面の一部、(b)図2のb−b断面の一部を拡大して示す図である。(A) It is a figure which expands and shows a part of aa cross section of FIG. 2, and (b) a part of bb cross section of FIG. (a)円管により構成された熱交換器周りの流れ場を示すCFDの結果、(b)扁平管により構成された熱交換器周りの流れ場を示すCFDの結果である。(A) As a result of CFD showing a flow field around a heat exchanger constituted by a circular pipe, (b) As a result of CFD showing a flow field around a heat exchanger constituted by a flat pipe. 伝熱管断面のアスペクト比a/bと、伝熱管の共振周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the aspect-ratio a / b of a heat exchanger tube cross section, and the resonant frequency of a heat exchanger tube. 伝熱管断面のアスペクト比a/bと、本体部の圧力損失との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the aspect-ratio a / b of a heat exchanger tube cross section, and the pressure loss of a main-body part. 熱交換器の前後に障害物を取り付けたときの流れの様子を示すCFDの結果である。It is the result of CFD which shows the mode of a flow when an obstruction is attached before and behind a heat exchanger. (a)周面に乱流促進部材を取り付けた伝熱管を示す斜視図、(b)乱流促進部材を取り付けた伝熱管によって構成された流入部分を拡大して示す断面図である。(A) It is a perspective view which shows the heat exchanger tube which attached the turbulent flow promotion member to the surrounding surface, (b) It is sectional drawing which expands and shows the inflow part comprised by the heat exchanger tube which attached the turbulent flow promotion member.

以下、熱交換器の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は例示である。図1〜図3は、軌道であるレール92に沿って走行する車両としての鉄道車両91に搭載された熱交換器1を示しており、図1は、鉄道車両91の床下部分に配置された熱交換器1を、鉄道車両91の側方位置から車幅方向に見たときに相当する熱交換器1の正面図、図2は、熱交換器1を上方から見たときに相当する熱交換器1の平面図、図3は、熱交換器1を、鉄道車両91の走行方向に見たときに相当する熱交換器1の側面図である。尚、図1〜図3においては、理解容易のために、伝熱管2を支持するサポートや、熱交換器1の全体を囲むカバー等の図示を省略している。また、以下の説明においては、その便宜上、鉄道車両91の走行方向(図1の紙面における左右方向)をX方向、鉄道車両91の車幅方向(図2の紙面における左右方向)をY方向、X及びY方向に直交する垂直方向(図1、2の紙面における上下方向)をZ方向と呼ぶ場合がある。   Hereinafter, an embodiment of a heat exchanger will be described based on the drawings. In addition, the following description of preferable embodiment is an illustration. 1 to 3 show a heat exchanger 1 mounted on a railway vehicle 91 as a vehicle that travels along a rail 92 that is a track. FIG. 1 is arranged in an underfloor portion of the railway vehicle 91. FIG. 2 is a front view of the heat exchanger 1 when the heat exchanger 1 is viewed from the lateral position of the railway vehicle 91 in the vehicle width direction, and FIG. 2 shows the heat corresponding to when the heat exchanger 1 is viewed from above. FIG. 3 is a plan view of the heat exchanger 1, and FIG. 3 is a side view of the heat exchanger 1 corresponding to the heat exchanger 1 when viewed in the traveling direction of the railway vehicle 91. In FIG. 1 to FIG. 3, illustrations of a support for supporting the heat transfer tube 2 and a cover surrounding the entire heat exchanger 1 are omitted for easy understanding. In the following description, for the sake of convenience, the traveling direction of the railway vehicle 91 (left and right direction in the drawing of FIG. 1) is the X direction, the vehicle width direction of the railway vehicle 91 (left and right direction in the drawing of FIG. 2) is the Y direction, A vertical direction orthogonal to the X and Y directions (up and down direction in FIG. 1 and FIG. 2) may be referred to as a Z direction.

この熱交換器1は、熱交換の対象である対象流体が流れる多数の伝熱管2を有する多管式熱交換器の一種であり、この例では、鉄道車両91に搭載された変圧器(図示省略)の絶縁油を対象流体とし、その絶縁油を伝熱管2において放熱させて冷却するための冷却器として機能する。熱交換器1は、図3に端的に示すように、鉄道車両91の床下における車幅方向の外側位置に配設されており、鉄道車両91の走行中は、熱交換器1は走行風に曝される。図例では、鉄道車両91が紙面における左から右に走行する(実線の矢印参照)に伴い、熱交換器1が紙面における右から左に流れる走行風に曝される(白抜きの矢印参照)状態を示している。尚、鉄道車両91の走行方向が、図例とは逆になれば、走行風の流れ方向も当然に、図例とは逆向きになる。このように、この例での熱交換器1は、例えばブロア等を用いた強制空冷式ではなく、走行風による自冷式に構成されている。走行風自冷式の熱交換器1は、冷却システムの簡素化、重量低減及びエネルギ低減を通じて、鉄道車両91全体の省エネルギ化に寄与する。尚、車両の停止中にも絶縁油の放熱を積極的に行うべく、車両の、少なくとも停止中に駆動しかつ、熱交換器1に冷却風を供給するためのブロアを設けてもよい。また、ここに開示する技術が適用可能な熱交換器1は、走行風自冷式に限定されず、ブロア等を用いた強制空冷式であってもよい。   This heat exchanger 1 is a kind of a multi-tube heat exchanger having a large number of heat transfer tubes 2 through which a target fluid that is a target of heat exchange flows. In this example, a transformer (illustrated) mounted on a railway vehicle 91 is illustrated. The insulating oil of (omitted) is the target fluid, and the insulating oil functions as a cooler for radiating and cooling the insulating oil in the heat transfer pipe 2. As shown briefly in FIG. 3, the heat exchanger 1 is disposed at an outer position in the vehicle width direction under the floor of the railroad vehicle 91. Be exposed. In the illustrated example, as the railway vehicle 91 travels from left to right on the paper (see solid arrows), the heat exchanger 1 is exposed to traveling wind flowing from right to left on the paper (see white arrows). Indicates the state. In addition, if the traveling direction of the railway vehicle 91 is opposite to the illustrated example, the flow direction of the traveling wind is naturally opposite to the illustrated example. Thus, the heat exchanger 1 in this example is not a forced air cooling type using, for example, a blower but a self-cooling type using traveling wind. The traveling wind self-cooling heat exchanger 1 contributes to energy saving of the entire railway vehicle 91 through simplification of the cooling system, weight reduction, and energy reduction. Note that a blower for driving the vehicle at least while the vehicle is stopped and supplying cooling air to the heat exchanger 1 may be provided in order to actively dissipate the insulating oil even when the vehicle is stopped. Further, the heat exchanger 1 to which the technology disclosed herein is applicable is not limited to the traveling wind self-cooling type, and may be a forced air cooling type using a blower or the like.

図例においてはまた、鉄道車両91の床下には、熱交換器1を挟んだX方向の前後位置に別の車両部材93、93が配置されている。これらの車両部材93には、熱交換器1への走行風の流入を案内するための、傾斜面が形成されている。尚、熱交換器1の前後位置に、こうした車両部材が配置されない場合もある。   In the illustrated example, another vehicle member 93, 93 is disposed under the floor of the railway vehicle 91 at the front and rear positions in the X direction across the heat exchanger 1. These vehicle members 93 are formed with inclined surfaces for guiding the flow of traveling wind into the heat exchanger 1. In addition, such a vehicle member may not be disposed at the front and rear positions of the heat exchanger 1.

熱交換器1は、変圧器からの絶縁油が導入されるように構成された分配部11と、変圧器に絶縁油を排出するように構成された集合部12と、分配部11と集合部12とを互いに連通させる複数の伝熱管2が、格子状に配置されることによって構成された本体部3と、を備えている。   The heat exchanger 1 includes a distribution unit 11 configured to introduce insulating oil from the transformer, a collection unit 12 configured to discharge the insulation oil to the transformer, a distribution unit 11 and a collection unit. A plurality of heat transfer tubes 2 communicating with each other 12 are provided with a main body portion 3 configured by being arranged in a lattice shape.

分配部11は、図示省略の変圧器に接続されると共に、この変圧器から流れてきた絶縁油を各伝熱管2に分配する機能を有している。この例において分配部11は、正面視で縦長の長方形状となった矩形箱状に形成されており、各伝熱管2の入口開口端が接続される接続面111が車幅方向の外方を向くように鉄道車両91の車体に固定されている。   The distribution unit 11 is connected to a transformer (not shown) and has a function of distributing the insulating oil flowing from the transformer to the heat transfer tubes 2. In this example, the distribution unit 11 is formed in a rectangular box shape that is a vertically long rectangle when viewed from the front, and the connection surface 111 to which the inlet opening end of each heat transfer tube 2 is connected extends outward in the vehicle width direction. It is fixed to the vehicle body of the railway vehicle 91 so as to face.

集合部12は、変圧器に接続されると共に、各伝熱管2内を通過してきた絶縁油を集めて変圧器に排出する(絶縁油を戻す)機能を有している。この例において集合部12は、分配部11と同形状に形成されている。集合部12は、分配部11に対し、X方向に所定の間隔を空けて並んで配置されており、各伝熱管2の出口開口端が接続される接続面121が車幅方向の外方を向くように、鉄道車両91の車体に固定されている。   The collecting unit 12 is connected to the transformer and has a function of collecting the insulating oil that has passed through the heat transfer tubes 2 and discharging it to the transformer (returning the insulating oil). In this example, the collecting portion 12 is formed in the same shape as the distributing portion 11. The gathering portion 12 is arranged side by side with a predetermined interval in the X direction with respect to the distributing portion 11, and the connection surface 121 to which the outlet opening end of each heat transfer tube 2 is connected extends outward in the vehicle width direction. It is fixed to the vehicle body of the railway vehicle 91 so as to face.

各伝熱管2は、図2に端的に示されるように、平面視でU字状(又はコ字状)となるように2箇所で折り曲げられており、これにより、各伝熱管2は、分配部11に接続される入口開口端からY方向の外方に向かって延びる部分(第1部分)、集合部12に接続される出口開口端から、Y方向の外方に向かって延びる部分(第2部分)、及び、第1部分と第2部分との端部同士を連通させるように、X方向に沿って延びる部分(第3部分)とを有して構成されている。尚、ここでは、各伝熱管2の2箇所それぞれを、おおよそ90°折り曲げた形状をU字状と称しているが、折り曲げ角度は適宜の範囲で設定すればよく、第1部分、第2部分及び第3部分を含む形状であれば、全てU字状である。   As shown in FIG. 2, each heat transfer tube 2 is bent at two locations so as to be U-shaped (or U-shaped) in plan view, whereby each heat transfer tube 2 is distributed. A portion (first portion) extending outward in the Y direction from the inlet opening end connected to the portion 11 and a portion (first portion) extending outward in the Y direction from the outlet opening end connected to the collecting portion 12 2 portion) and a portion (third portion) extending along the X direction so as to allow the end portions of the first portion and the second portion to communicate with each other. Here, the shape of each of the two heat transfer tubes 2 bent by approximately 90 ° is referred to as a U-shape, but the bending angle may be set within an appropriate range, and the first portion and the second portion And if it is the shape containing a 3rd part, all are U-shaped.

図4(a)は、分配部11の近傍における伝熱管2の横断面(X−Z断面)の一部を示しており、伝熱管2は、X方向について所定のピッチP1となるようにかつ、Z方向について所定のピッチP2となるように正方格子状に配置されて、分配部11の接続面111に接続されている。尚、図例においては、ピッチP1とピッチP2とを等しく設定している。図示は省略するが、図4(a)と同様に、伝熱管2は、集合部12に対しても、X方向に所定のピッチP1となるようにかつ、Z方向に所定のピッチP2となるように正方格子状に配置されて、その接続面121に接続されている。尚、ピッチP1とP2とは異ならせてもよい。   FIG. 4A shows a part of the transverse cross section (XZ cross section) of the heat transfer tube 2 in the vicinity of the distribution unit 11, and the heat transfer tube 2 has a predetermined pitch P1 in the X direction and Are arranged in a square lattice so as to have a predetermined pitch P2 in the Z direction, and are connected to the connection surface 111 of the distributor 11. In the illustrated example, the pitch P1 and the pitch P2 are set equal. Although illustration is omitted, as in FIG. 4A, the heat transfer tube 2 has a predetermined pitch P1 in the X direction and a predetermined pitch P2 in the Z direction with respect to the collective portion 12 as well. In this way, they are arranged in a square lattice shape and connected to the connection surface 121. The pitches P1 and P2 may be different.

各伝熱管2はまた、分配部11に接続される入口開口端と、集合部12に接続される出口開口端との途中で、相互の位置を変えることなく配設されている。このため、図4(b)に示す、各伝熱管2の長さ方向中央位置に相当する横断面(Y−Z断面)においても、伝熱管2は、Y方向及びZ方向のそれぞれについて、所定のピッチP1、P2となるように正方格子状に配置されている。   Each of the heat transfer tubes 2 is also disposed without changing the mutual position between the inlet opening end connected to the distribution portion 11 and the outlet opening end connected to the collecting portion 12. For this reason, also in the cross section (YZ cross section) corresponding to the center position in the length direction of each heat transfer tube 2 shown in FIG. 4B, the heat transfer tube 2 is predetermined in each of the Y direction and the Z direction. Are arranged in a square lattice pattern so as to have the pitches P1 and P2.

こうして、図例の熱交換器1においては、分配部11及び集合部12に対し、X方向に10本、Y方向に21本の、U字状に折曲された伝熱管2が接続されることで、平面視で略矩形状を有する本体部3が構成されるが、車幅方向の外方かつ下方に配置されるべき伝熱管の一部は、障害物等との干渉を回避するために、その配置が省略されている(図1、3参照)。この本体部3は、走行風の流れ方向(X方向)に対して直交するY方向に延びる伝熱管2の第2部分(又は第1部分)によって構成されかつ、本体部3に走行風が流入する部分である流入部分31と、走行風の流れ方向(X方向)に対して直交するY方向に延びる伝熱管2の第1部分(又は第2部分)によって構成されかつ、本体部3から走行風が流出する部分である流出部分32と、走行風の流れ方向(X方向)に沿って延びる伝熱管2の第3部分によって構成され、流入部分31から流入した走行風を、流出部分32に向かって伝熱管2に沿うように流す通風部分33とを有することになる。尚、前述の通り、鉄道車両の走行方向が逆方向に反転すれば、本体部3の流入部分31及び流出部分32は、図例とは逆に設定される。   Thus, in the heat exchanger 1 shown in the figure, the heat transfer tubes 2 bent in a U-shape, 10 in the X direction and 21 in the Y direction, are connected to the distributing unit 11 and the collecting unit 12. Thus, although the main body 3 having a substantially rectangular shape is configured in plan view, a part of the heat transfer tube that should be disposed outward and downward in the vehicle width direction avoids interference with an obstacle or the like. Further, the arrangement is omitted (see FIGS. 1 and 3). The main body 3 is constituted by a second portion (or first portion) of the heat transfer tube 2 extending in the Y direction orthogonal to the flow direction (X direction) of the traveling wind, and the traveling wind flows into the main body 3. Traveled from the main body 3 and composed of an inflow portion 31 that is a portion to be moved and a first portion (or second portion) of the heat transfer tube 2 extending in the Y direction orthogonal to the flow direction (X direction) of the traveling wind. The outflow portion 32, which is a portion from which the wind flows out, and the third portion of the heat transfer tube 2 extending along the flow direction (X direction) of the traveling wind, the traveling wind that has flowed in from the inflow portion 31 into the outflow portion 32. It has the ventilation part 33 which flows along the heat exchanger tube 2 toward. As described above, when the traveling direction of the railway vehicle is reversed in the reverse direction, the inflow portion 31 and the outflow portion 32 of the main body 3 are set in the opposite manner to the illustrated example.

伝熱管2は、言い換えると、流入部分31、流出部分32、及び、通風部分33を連続して構成するようにU字状に折り曲げられると共に、U字状の伝熱管2はまた、走行風の流れ方向(X方向)に直交する、鉄道車両の内方から外方に向かって多重に並設されることで、図2に示されるような伝熱管群を構成し、その伝熱管群が、図1又は3に示すように、Z方向に所定の隙間を空けて複数、積層するように配置されている。このことによって、本体部3には、Z方向に隣り合う伝熱管群同士の間に、走行風の流路が、走行風の流れ方向(X方向)に真っ直ぐに延びて形成されている、ということになる。   In other words, the heat transfer tube 2 is bent into a U shape so as to continuously form the inflow portion 31, the outflow portion 32, and the ventilation portion 33, and the U-shaped heat transfer tube 2 is The heat transfer tube group as shown in FIG. 2 is configured by being arranged in parallel from the inside of the railway vehicle to the outside, orthogonal to the flow direction (X direction). As shown in FIG. 1 or 3, the plurality of layers are arranged with a predetermined gap in the Z direction. Thus, in the main body portion 3, the flow path of the traveling wind is formed between the heat transfer tube groups adjacent to each other in the Z direction so as to extend straight in the flow direction (X direction) of the traveling wind. It will be.

各伝熱管2は、従来の熱交換器においては、図4(a)に仮想的に示すように円管によって構成されるところ、この熱交換器1においては、図4(a)(b)に示すように、上下方向の高さ(短径に相当)に対して水平方向の幅(長径に相当)の方が長い扁平管、具体的には上下方向に平行な2辺の両端を円弧によってつないだ横断面形状の管によって構成されている。このことにより、本体部3の大型化を招くことなく、冷却効率を向上させるようにしている。つまり、各伝熱管2は、図4(a)において仮想的に示す従来の円形伝熱管に対して、内部の横断面積がほぼ等しくなるように設定された扁平管によって構成されている。これにより、従来の円形伝熱管と同程度の絶縁油の流量を確保しつつ、水平方向に拡がる伝熱面積は、円形伝熱管よりも拡大する。また、伝熱管2は、この例では、従来の円形伝熱管を用いた熱交換器と同じピッチP1、P2で正方格子状に配置しており、これによって、本体部3全体の外寸は、従来とほぼ同じにしつつ、流入部分31及び流出部分32においては、Z方向についての伝熱管2同士の隙間Lが、従来の隙間L’よりも広くなる一方で、X方向についての伝熱管2同士の隙間Lは、従来の隙間L’よりも狭くなるようにしている。 In the conventional heat exchanger, each heat transfer tube 2 is constituted by a circular tube as virtually shown in FIG. 4A. In this heat exchanger 1, FIGS. 4A and 4B are used. As shown in the figure, a flat tube having a longer horizontal width (corresponding to the major axis) than the height in the vertical direction (corresponding to the minor axis), specifically, arcs at both ends of the two sides parallel to the vertical direction It is comprised by the pipe of the cross-sectional shape connected by. Thus, the cooling efficiency is improved without increasing the size of the main body 3. That is, each heat transfer tube 2 is constituted by a flat tube set so that the internal cross-sectional area is substantially equal to that of the conventional circular heat transfer tube shown virtually in FIG. Thereby, the heat-transfer area which expands in a horizontal direction is expanded rather than a circular heat exchanger tube, ensuring the flow volume of insulating oil comparable as the conventional circular heat exchanger tube. Further, in this example, the heat transfer tubes 2 are arranged in a square lattice shape at the same pitches P1 and P2 as the heat exchanger using the conventional circular heat transfer tubes, and thereby the outer dimensions of the entire main body 3 are as follows. In the inflow portion 31 and the outflow portion 32, the gap L z between the heat transfer tubes 2 in the Z direction is wider than the conventional gap L z ′, while the heat transfer tubes in the X direction are substantially the same. The gap L x between the two is made narrower than the conventional gap L x ′.

このことは、図4(a)に示すように、本体部3における流入部分31において、走行風が流入する端面(図の右端)で、白抜きの矢印で示す走行風が流入し得る開口の面積(間隔Lに相当する)が大きいことを意味する。つまり、流入部分31の流入端面における通風率(本体部3全体の投影面積に対する、伝熱管2同士の全隙間の投影面積の比率、図3も参照)が、従来よりも高くなり、走行風が本体部3内に流入しやすくなる。 This is because, as shown in FIG. 4 (a), in the inflow portion 31 of the main body 3, the end surface (right end in the figure) into which the traveling wind flows is an opening through which the traveling wind can flow. area (corresponding to the distance L z) means that large. That is, the ventilation rate at the inflow end surface of the inflow portion 31 (the ratio of the projected area of the entire gap between the heat transfer tubes 2 to the projected area of the entire main body 3, see also FIG. 3) becomes higher than before, and the traveling wind It becomes easy to flow into the main body 3.

また、伝熱管2は正方格子状に配置されているため、流入部分31の内部においては、広い開口に対応する広い流路が、X方向に真っ直ぐに延びて形成されるようになり、この流入部分31において、走行風の流れ方向についての圧力損失は低くなる。   In addition, since the heat transfer tubes 2 are arranged in a square lattice shape, a wide flow path corresponding to a wide opening is formed in the inflow portion 31 so as to extend straight in the X direction. In the part 31, the pressure loss with respect to the flow direction of the traveling wind is reduced.

一方で、流入部分31において、X方向についての伝熱管2同士の隙間Lは狭くなるため、流入部分31の内部に流入した走行風が、その流れ方向に直交するZ方向に流れることは抑制される。 On the other hand, in the inflow portion 31, the gap L x between the heat transfer tubes 2 in the X direction becomes narrow, so that the traveling wind that has flowed into the inflow portion 31 is prevented from flowing in the Z direction orthogonal to the flow direction. Is done.

こうして、本体部3の流入部分31において、通風率が従来よりも高くなること、走行風の流れ方向(X方向)についての圧力損失が低くなること、及び、走行風の流れ方向に直交するZ方向への流れが抑制されることが組み合わさって、本体部3に対する走行風の流入流量を十分に確保しかつ、流入部分31内での走行風の流速低下が抑制される。   Thus, in the inflow portion 31 of the main body 3, the ventilation rate is higher than before, the pressure loss in the flow direction of the traveling wind (X direction) is reduced, and Z orthogonal to the flowing direction of the traveling wind. In combination with the suppression of the flow in the direction, the flow rate of the traveling wind in the main body 3 is sufficiently secured, and the decrease in the flow velocity of the traveling wind in the inflow portion 31 is suppressed.

また、その流入部分31に連続する通風部分33においては、図4(b)に示すように、伝熱管2がピッチP1、P2で正方格子状に配置されているため、Z方向についての伝熱管2同士の隙間は、流入部分31での隙間Lと等しくなり、Y方向についての伝熱管2同士の隙間Lは、流入部分31での隙間Lと等しくなる。 Moreover, in the ventilation part 33 continuing to the inflow part 31, as shown in FIG. 4 (b), the heat transfer tubes 2 are arranged in a square lattice pattern with pitches P 1 and P 2, and therefore the heat transfer tubes in the Z direction. The gap between the two is equal to the gap L z at the inflow portion 31, and the gap L y between the heat transfer tubes 2 in the Y direction is equal to the gap L x at the inflow portion 31.

このことにより、前述した流入部分31において、走行風の流れ方向(X方向)に真っ直ぐに延びて形成されている、上下方向に広い流路が、この通風部分33においても、上下方向に広い通路のままに、X方向に真っ直ぐに延びて形成されることになる。従って、通風部分33においても、走行風の流れ方向(図4(b)における紙面に直交する方向)についての圧力損失は低くなる。   As a result, in the inflow portion 31 described above, a flow path that is wide in the vertical direction and is formed to extend straight in the flow direction of the traveling wind (X direction) is also a wide passage in the vertical direction in the ventilation portion 33. As is, it is formed to extend straight in the X direction. Therefore, also in the ventilation part 33, the pressure loss about the flow direction (direction orthogonal to the paper surface in FIG.4 (b)) of driving | running | working wind becomes low.

また、通風部分33においては、隣り合う伝熱管2同士の間隔が、Y方向については狭くなるため(隙間L参照)、通風部分の内部を流れる走行風が、その流れ方向に直交するZ方向に流れることが抑制される。こうして、通風部分においても、走行風の流速低下が抑制される。 Moreover, in the ventilation part 33, since the space | interval of the adjacent heat exchanger tubes 2 becomes narrow about the Y direction (refer clearance gap Ly ), the traveling wind which flows through the inside of a ventilation part is Z direction orthogonal to the flow direction. It is suppressed that it flows into. Thus, a decrease in the flow velocity of the traveling wind is suppressed even in the ventilation portion.

通風部分33においてはまた、車幅方向の外方端(図4(b)における左端)において、上下方向に隣り合う伝熱管2同士の間に、車幅方向の外方に向かって開口する、比較的広い開口部を有することになるから、同図に仮想的な白抜きの矢印で示すように、この開口部を通じて、鉄道車両の外側方から、通風部分の内方へと走行風が流入することが促進される。   Further, in the ventilation portion 33, at the outer end in the vehicle width direction (the left end in FIG. 4B), an opening is formed outward in the vehicle width direction between the heat transfer tubes 2 adjacent in the vertical direction. Since it has a relatively wide opening, as shown by a virtual white arrow in the figure, the traveling wind flows from the outside of the railway vehicle to the inside of the ventilation part through this opening. To be promoted.

さらに、流出部分32においては、前述した流入部分31と同様に、その流出端面(走行風が流出する端面で、図1、2の左端)において通風率が従来よりも高くなると共に、走行風の流れ方向(X方向)についての圧力損失が低くなり、さらに、走行風の流れ方向に直交するZ方向への流れが抑制される。   Further, in the outflow portion 32, similarly to the inflow portion 31 described above, the air flow rate at the outflow end surface (the end surface from which the traveling wind flows out and the left end in FIGS. The pressure loss in the flow direction (X direction) is reduced, and further, the flow in the Z direction orthogonal to the flow direction of the traveling wind is suppressed.

その結果、本体部3から流出する流量を十分高くして、走行風を本体部3からスムースに流出させることが可能になる。このことはまた、本体部3における、走行風の圧力損失を低下させるから、流入部分31を通じた走行風の流入に有利になる。つまり、本体部3内での走行風の流速低下が、さらに抑制される。   As a result, the flow rate flowing out from the main body 3 can be made sufficiently high so that the traveling wind can flow out from the main body 3 smoothly. This also reduces the pressure loss of traveling wind in the main body 3, which is advantageous for the inflow of traveling wind through the inflow portion 31. That is, the decrease in the flow velocity of the traveling wind in the main body 3 is further suppressed.

こうして、本体部3に対する走行風の流入量を十分に確保しつつ、本体部3内での走行風の流速低下を抑制する結果、熱交換器1の熱交換効率が高まることになる。   Thus, as a result of suppressing the decrease in the flow velocity of the traveling wind in the main body 3 while sufficiently securing the inflow amount of the traveling wind to the main body 3, the heat exchange efficiency of the heat exchanger 1 is increased.

しかも、前述の通り、扁平な伝熱管2では、水平方向に拡がる伝熱面積が、円形伝熱管よりも拡大しており、扁平管2が多重に並設されることで、拡大した伝熱面が、X及びY方向に実質的に連続するようになって、伝熱管群同士の間に形成される走行風の流路を挟むように、平面状の広い伝熱面を構成する。このように、伝熱管2を扁平化することによって、本体部3を大型化しなくても、走行風の流路に面した伝熱面積を効果的に拡大させることが可能になるから、このこともまた、熱交換効率の向上に有利になる。   And as above-mentioned, in the flat heat exchanger tube 2, the heat-transfer area which spreads in a horizontal direction is expanded rather than a circular heat exchanger tube, and the heat-transfer surface expanded by arranging the flat tube 2 in parallel with multiple. However, it becomes substantially continuous in the X and Y directions, and a wide flat heat transfer surface is formed so as to sandwich the flow path of the traveling wind formed between the heat transfer tube groups. By flattening the heat transfer tube 2 in this way, it is possible to effectively expand the heat transfer area facing the flow path of the traveling wind without increasing the size of the main body 3. This is also advantageous for improving the heat exchange efficiency.

尚、この例では、円形伝熱管からなる従来の熱交換器に対し、その配設ピッチ及び配設本数を同じにすることで、通風率を従来よりも高くしているが、通風率を従来と同程度に設定する場合は、扁平な伝熱管2を用いることによって、その配設ピッチが従来よりも短くなる結果、熱交換器1の全体の外寸を同じにしても、伝熱管2の配設本数を、従来よりも多くすることが可能になる。この構成は、通風率が従来と実質的に同じであるため、走行風の圧力損失を高めることなく、一方で、絶縁油の流量増大及び伝熱面積の拡大を図ることが可能であるから、このことによっても、熱交換器1の熱交換効率は高まる。   In this example, the air flow rate is made higher than that of the conventional heat exchanger made of circular heat transfer tubes by making the arrangement pitch and the number of the heat exchangers the same. If the flat heat transfer tube 2 is used, the pitch of the arrangement becomes shorter than the conventional arrangement. As a result, even if the overall outer dimensions of the heat exchanger 1 are the same, the heat transfer tube 2 It is possible to increase the number of arrangements than in the past. Since this configuration is substantially the same as the conventional ventilation rate, it is possible to increase the flow rate of the insulating oil and expand the heat transfer area without increasing the pressure loss of the traveling wind. This also increases the heat exchange efficiency of the heat exchanger 1.

尚、前述の通り、図1〜3においては、伝熱管2を支持するサポートの図示を省略しているが、このサポートは、流入部分31及び流出部分32においては、例えばX−Z平面において拡がるように配置される平板により構成されかつ、X方向及びZ方向に正方格子状に配置される複数の伝熱管2が板厚方向に貫通するように配置される。こうした平板状のサポートは、冷却風の流れ方向に沿うように配置されるため、このサポートが、冷却風の流入及び流出を阻害することが回避される。一方、通風部分33に配置されるサポートは、例えばZ方向に並ぶ伝熱管2同士を互いに連結するように、X方向に所定の幅を有しかつZ方向に延びる帯板状に構成され、この帯板状のサポートもまた、通風部分33における冷却風の流れを阻害することを回避し得る。この熱交換器1では、前述の通り扁平な伝熱管2を用いているため、分配部11と各伝熱管2との接合部分、及び、集合部12と各伝熱管2との接合部分の強度が、従来の円管状の伝熱管よりも低下していると共に、扁平管と円管とで断面形状が相違することに起因して、伝熱管2の共振状態も従来とは異なるから、サポートによって伝熱管2を適切に支持することが、より一層重要である。   As described above, in FIGS. 1 to 3, illustration of the support that supports the heat transfer tube 2 is omitted, but this support extends in, for example, the XZ plane at the inflow portion 31 and the outflow portion 32. A plurality of heat transfer tubes 2 that are configured by flat plates and arranged in a square lattice pattern in the X direction and the Z direction are arranged so as to penetrate in the plate thickness direction. Since such a flat support is disposed along the flow direction of the cooling air, the support is prevented from inhibiting the inflow and outflow of the cooling air. On the other hand, the support disposed in the ventilation portion 33 is configured in a band plate shape having a predetermined width in the X direction and extending in the Z direction so as to connect the heat transfer tubes 2 arranged in the Z direction to each other, for example. The strip-shaped support can also avoid obstructing the flow of the cooling air in the ventilation portion 33. Since this heat exchanger 1 uses the flat heat transfer tube 2 as described above, the strength of the joint portion between the distribution portion 11 and each heat transfer tube 2 and the joint portion between the gathering portion 12 and each heat transfer tube 2. However, the resonance state of the heat transfer tube 2 is also different from that of the conventional tube heat exchanger tube due to the fact that the flat tube and the circular tube have different cross-sectional shapes. It is even more important to properly support the heat transfer tube 2.

次に、円形状の伝熱管によって構成された熱交換器と、扁平状の伝熱管によって構成された熱交換器とについて、その周囲の流れを解析した結果を検討する。図5は、熱交換器周りの流れをCFDにより解析した結果の一例を示しており、同図(a)は、伝熱管を円管によって構成したときの流れ場の様子、同図(b)は、伝熱管を扁平管によって構成したときの流れ場の様子をそれぞれ示している。尚、図5は、図2とは天地を逆転させて描いている。同図(a)と(b)とは、熱交換器の外形状をほぼ同じに設定すると共に、伝熱管の配設ピッチもほぼ同じに設定している。このため、同図(a)と(b)とは、熱交換器の本体部において、隣り合う伝熱管同士の隙間の大きさが異なり、扁平管からなる熱交換器(同図(b))の方が、円管からなる熱交換器(同図(a))よりも通風率が高い。また、同図における「高」は、流速が相対的に高い領域を、「低」は、流速が相対的に低い領域を、「中」は、流速がその中間となる領域をそれぞれ示している。   Next, the results of analyzing the flow around the heat exchanger composed of circular heat transfer tubes and the heat exchanger composed of flat heat transfer tubes will be examined. FIG. 5 shows an example of the result of CFD analysis of the flow around the heat exchanger. FIG. 5A shows the flow field when the heat transfer tube is formed of a circular tube, and FIG. Shows the state of the flow field when the heat transfer tube is constituted by a flat tube. FIG. 5 is drawn with the top and bottom reversed from FIG. In FIGS. 2A and 2B, the outer shape of the heat exchanger is set to be substantially the same, and the arrangement pitch of the heat transfer tubes is also set to be substantially the same. For this reason, the same figure (a) and (b) differs in the magnitude | size of the clearance gap between adjacent heat exchanger tubes in the main-body part of a heat exchanger, and the heat exchanger which consists of a flat tube (the figure (b)). Is higher in ventilation rate than a heat exchanger composed of a circular tube (FIG. 1A). In the figure, “High” indicates a region where the flow velocity is relatively high, “Low” indicates a region where the flow velocity is relatively low, and “Medium” indicates a region where the flow velocity is intermediate. .

先ず同図(a)に示すように、円管状の伝熱管によって本体部3を構成した熱交換器においては、流入部分(同図において符号3で示される本体部の右側端部)の流入端付近において流速が高まるものの、その流入部分の下流側から通風部分にかけて流速が低下している。特に、車幅方向の内方側(図における下側)では、低流速の領域が、通風部分から流出部分にかけて大きく広がっており、流出部分の後流領域は低流速領域となっている。   First, as shown in FIG. 3A, in the heat exchanger in which the main body portion 3 is constituted by a circular heat transfer tube, the inflow end of the inflow portion (the right end portion of the main body portion indicated by reference numeral 3 in the same drawing). Although the flow velocity increases in the vicinity, the flow velocity decreases from the downstream side of the inflow portion to the ventilation portion. In particular, on the inner side in the vehicle width direction (lower side in the figure), the low flow velocity region widens widely from the ventilation portion to the outflow portion, and the wake region of the outflow portion is a low flow velocity region.

これに対し同図(b)に示すように、扁平管からなる伝熱管によって本体部3を構成した熱交換器においては、流入部分から通風部分にかけて流速が高い状態がそのまま維持されるとに、本体部3における車幅方向の外側部分では、高流速の領域が、流入部分、通風部分及び流出部分の全域に亘って広がっている。それに伴い、低流速の領域は、大幅に小さくなっている。   On the other hand, as shown in the same figure (b), in the heat exchanger in which the main body part 3 is constituted by the heat transfer tube made of a flat tube, the state where the flow velocity is high from the inflow portion to the ventilation portion is maintained as it is. In the outer portion of the main body portion 3 in the vehicle width direction, the high flow velocity region extends over the entire area of the inflow portion, the ventilation portion, and the outflow portion. Along with this, the region of low flow velocity has become significantly smaller.

このCFDの解析結果では、同図(a)及び(b)で、本体部3の入口流速が5.4m/sで同じときに、出口流速が、同図(a)で3.0m/s、同図(b)で3.9m/sとなり、扁平管からなる伝熱管とすることで、流速の低下が抑制されることが確認された。また、放熱量は、同図(a)で28kW、同図(b)で32kWとなり、扁平管からなる伝熱管を用いた熱交換器の方が、放熱効率が高いことも確認された。このように扁平管からなる伝熱管を採用することは、圧力損失の増大を回避して、熱交換効率の向上に有利になる。   In the CFD analysis results, when the inlet flow velocity of the main body 3 is the same at 5.4 m / s in FIGS. 5A and 5B, the outlet flow velocity is 3.0 m / s in FIG. In FIG. 5B, it was 3.9 m / s, and it was confirmed that a decrease in the flow velocity was suppressed by using a heat transfer tube made of a flat tube. In addition, the heat radiation amount was 28 kW in the same figure (a), and 32 kW in the same figure (b), and it was confirmed that the heat exchanger using the heat transfer tube made of a flat tube has higher heat radiation efficiency. Employing a heat transfer tube made of a flat tube in this way is advantageous in improving heat exchange efficiency by avoiding an increase in pressure loss.

伝熱管2に用いる扁平管断面のアスペクト比a/b(図4(a)参照)は、2<a/b<10とすることが好ましい。図6は、扁平管断面のアスペクト比a/bと、扁平管の共振周波数(固有振動数)との関係を示している。共振周波数は、熱交換器1が搭載される鉄道車両の速度域、言い換えると走行風の流速域に含まれる120km/h時の、共振周波数を示しており、アスペクト比a/bが小さくなるほど共振周波数は高くなる。ここで、本体部3内(正確には伝熱管周り)を走行風が通過する際に発生するカルマン渦の周波数は、流速120km/h時で250Hzであるため、そのカルマン渦による伝熱管2の共振を回避する上では、アスペクト比a/bを10未満に設定することが望ましい。こうして伝熱管2の共振を回避することは、伝熱管2の補強等を省略することを可能にし、熱交換器1の軽量化等に有利になる。   The aspect ratio a / b (see FIG. 4A) of the cross section of the flat tube used for the heat transfer tube 2 is preferably 2 <a / b <10. FIG. 6 shows the relationship between the aspect ratio a / b of the cross section of the flat tube and the resonance frequency (natural frequency) of the flat tube. The resonance frequency indicates the resonance frequency at 120 km / h included in the speed range of the railway vehicle on which the heat exchanger 1 is mounted, in other words, in the flow velocity range of the traveling wind. The resonance frequency decreases as the aspect ratio a / b decreases. The frequency is high. Here, the frequency of the Karman vortex generated when the traveling wind passes through the main body 3 (exactly around the heat transfer tube) is 250 Hz at a flow velocity of 120 km / h. In order to avoid resonance, it is desirable to set the aspect ratio a / b to less than 10. Avoiding resonance of the heat transfer tube 2 in this way makes it possible to omit reinforcement of the heat transfer tube 2 and is advantageous for reducing the weight of the heat exchanger 1.

図7は、扁平管(伝熱管)の断面のアスペクト比と本体部3の圧力損失との関係を示しており、ここでは、本体部3の外形状を一定にしかつ、伝熱管のピッチを一定にした上で、伝熱管断面のアスペクト比a/bを変化させたときの圧力損失の変化を示している。同図によると、アスペクト比a/bを1に近づけることにより圧力損失が大きくなり、特に、アスペクト比a/bを2以下にしたときには、圧力損失が急激に大きくなってしまう。このため、本体部3の内部を通過する走行風の流量を必要量以上に確保して、所望の熱交換効率を達成する上では、アスペクト比a/bを2よりも大に設定することが好ましい。   FIG. 7 shows the relationship between the aspect ratio of the cross section of the flat tube (heat transfer tube) and the pressure loss of the main body 3, where the outer shape of the main body 3 is constant and the pitch of the heat transfer tubes is constant. Then, changes in pressure loss when the aspect ratio a / b of the cross section of the heat transfer tube is changed are shown. According to the figure, the pressure loss increases when the aspect ratio a / b is close to 1, and particularly when the aspect ratio a / b is 2 or less, the pressure loss increases rapidly. For this reason, the aspect ratio a / b can be set to be larger than 2 in order to secure the flow rate of the traveling wind passing through the inside of the main body 3 to a necessary amount or more and achieve a desired heat exchange efficiency. preferable.

以上の結果から、鉄道車両に搭載される熱交換器1においては、扁平管からなる伝熱管2の横断面形状を、2<a/b<10に設定することが望ましい。   From the above results, in the heat exchanger 1 mounted on a railway vehicle, it is desirable to set the cross-sectional shape of the heat transfer tube 2 made of a flat tube to 2 <a / b <10.

このような伝熱管2は、種々の材料によって構成することが可能であるが、その加工性を考慮すれば、アルミニウム又はアルミニウム合金製とすることが好ましい。   Such a heat transfer tube 2 can be made of various materials, but considering its workability, it is preferably made of aluminum or an aluminum alloy.

ここで、図8は、図1等に示すように、熱交換器1の前後に車両部材が配置されている場合の流れ場の様子を示している。このような車両部材は、熱交換器の流入部分の前側に渦を発生させるため、流入部分の上流側の動圧が低下し、走行風の流入には不利になるところ、前述したように、扁平管からなる伝熱管2により構成した本体部3は、流入端における開口面積が広くて(言い換えると、通風率が高くて)走行風が流入しやすいため、渦の発生によって車幅方向(Y方向)の外方から内方に向かうように曲げられた流れを、本体部3内にそのまま流入させることが可能になる。つまり、前述した熱交換器1は、図2に示すように、その前後に車両部材93が配置されるような場合でも、走行風を有効に取り込んで熱交換効率の低下が抑制される。   Here, FIG. 8 shows the state of the flow field when vehicle members are arranged before and after the heat exchanger 1, as shown in FIG. Since such a vehicle member generates a vortex in front of the inflow portion of the heat exchanger, the dynamic pressure on the upstream side of the inflow portion decreases, which is disadvantageous for the inflow of traveling wind, as described above, The main body part 3 constituted by the heat transfer tube 2 made of a flat tube has a large opening area at the inflow end (in other words, a high ventilation rate), and the traveling wind easily flows in. Therefore, the vehicle width direction (Y It is possible to allow the flow bent from the outside to the inside to flow into the main body 3 as it is. That is, as shown in FIG. 2, the heat exchanger 1 described above effectively captures the traveling wind and suppresses a decrease in heat exchange efficiency even when the vehicle member 93 is disposed before and after the heat exchanger 1.

図9は、伝熱管2についての変形例を示しており、この例は、扁平管からなる伝熱管2の周面に、乱流促進部材4を取り付けている。乱流促進部材4は、図9(a)に示すように、伝熱管2の周面から突出するように設けられた、湾曲した小片状の部材であり、同図(b)に概念的に示すように、縦方向の渦を発生させ、それによって、本体部3内の流れの乱流化を促進する。   FIG. 9 shows a modification of the heat transfer tube 2, and in this example, the turbulent flow promoting member 4 is attached to the peripheral surface of the heat transfer tube 2 made of a flat tube. As shown in FIG. 9A, the turbulent flow promoting member 4 is a curved piece-like member provided so as to protrude from the peripheral surface of the heat transfer tube 2, and is conceptually shown in FIG. As shown in FIG. 5, a vertical vortex is generated, thereby promoting the turbulence of the flow in the main body 3.

具体的に図例では、流入部分31を構成する伝熱管2の第1部分において、その管軸方向に、所定の間隔を空けて複数個形成している。但し、乱流促進部材が取り付けられる伝熱管2は、流入部分31において、その流入端(図9(b)の右端)から3列目までの伝熱管2とし、十分な乱流促進効果を得つつも、圧力損失がむやみに高まることを抑制する。また、乱流促進部材4は、正方格子状に配置された伝熱管2において、隣り合う伝熱管2の間で向かい合うように取り付けられていると共に、その向かう合う箇所が、千鳥になるように設定されている。尚、乱流促進部材4の形状、取り付け個数、取付位置等は、適宜、設定することが可能である。   Specifically, in the illustrated example, a plurality of first heat transfer tubes 2 constituting the inflow portion 31 are formed at predetermined intervals in the tube axis direction. However, the heat transfer tube 2 to which the turbulent flow promoting member is attached is the heat transfer tube 2 from the inflow end (the right end of FIG. 9B) to the third row at the inflow portion 31 to obtain a sufficient turbulent flow promotion effect. However, the pressure loss is prevented from increasing excessively. Further, the turbulent flow promoting member 4 is attached so as to face each other between the adjacent heat transfer tubes 2 in the heat transfer tubes 2 arranged in a square lattice shape, and the facing portions are set to be staggered. Has been. The shape, the number of attachments, the attachment position, etc. of the turbulent flow promoting member 4 can be set as appropriate.

こうした乱流促進部材4は、前述の通り、本体部3内の流れの乱流化を促進するから、熱交換効率の向上に有利になる。   Since the turbulent flow promoting member 4 promotes the turbulent flow in the main body 3 as described above, it is advantageous for improving the heat exchange efficiency.

尚、扁平な伝熱管2は、図例の形状に限定されず、長径とそれに直交する短径とを含む形状であればよい。例えば横断面が楕円形状の楕円管を採用してもよい。   In addition, the flat heat exchanger tube 2 is not limited to the shape of the example of illustration, What is necessary is just a shape containing a major axis and a minor axis orthogonal to it. For example, an elliptic tube having an elliptical cross section may be employed.

また、伝熱管2の配置は、正方格子状には限定されず、本体部は、少なくとも複数本の伝熱管を間隔を空けて並べて配置することによって構成されていればよい。また、前記の構成では、流入部分31における流入端や、流出部分32における流出端において、複数の伝熱管2をZ方向に真っ直ぐに並べて配置することで、流入部分31における流入端や流出部分32における流出端をそれぞれ、XY平面上で拡がる面状に構成しているが、流入端や流出端の構成はこれに限定されない。例えば、Y方向に沿って見て(図1に示す方向に見て)、流入端及び流出端において、複数の伝熱管2がZ方向に千鳥となるように配置してもよい。また、流入端及び流出端において、複数の伝熱管2を、Z方向に進むにつれてX方向に順次位置を変えることで、流入端及び流出端が構成する面が、傾斜するようにしてもよい。さらに、流入端及び流出端において、複数の伝熱管2の内の一部の伝熱管2のみを、他の伝熱管2に対してX方向に位置をずらして配置してもよい。また、伝熱管の本数についても何ら限定はない。さらに、本体部3の形状は、図2に示すような平面視で矩形状に限定されない。例えば各伝熱管2における2箇所の折曲部分の角度を適宜設定することで、本体部3の形状を、平面視で台形状等となるようにしてもよい。   In addition, the arrangement of the heat transfer tubes 2 is not limited to a square lattice shape, and the main body portion may be configured by arranging at least a plurality of heat transfer tubes at intervals. Moreover, in the said structure, in the inflow end in the inflow part 31, and the outflow end in the outflow part 32, the several heat exchanger tubes 2 are arranged in a line in the Z direction, and the inflow end in the inflow part 31 and the outflow part 32 are arranged. Although the outflow end in each is configured to have a planar shape expanding on the XY plane, the configuration of the inflow end and the outflow end is not limited to this. For example, the heat transfer tubes 2 may be arranged in a staggered manner in the Z direction at the inflow end and the outflow end as viewed along the Y direction (as viewed in the direction shown in FIG. 1). Further, at the inflow end and the outflow end, the positions of the inflow end and the outflow end may be inclined by sequentially changing the positions of the plurality of heat transfer tubes 2 in the X direction as they proceed in the Z direction. Furthermore, at the inflow end and the outflow end, only some of the heat transfer tubes 2 may be arranged with their positions shifted in the X direction with respect to the other heat transfer tubes 2. There is no limitation on the number of heat transfer tubes. Furthermore, the shape of the main body 3 is not limited to a rectangular shape in plan view as shown in FIG. For example, the shape of the main body 3 may be a trapezoidal shape or the like in plan view by appropriately setting the angles of two bent portions in each heat transfer tube 2.

加えて、この熱交換器1が搭載される車両は、新幹線、在来線(私鉄線を含む)、及び地下鉄線等の鉄道車両に限定されず、例えばモノレールや路面電車等の軌道上を走行する車両や、乗用車、バス、トラック等の無軌道の車両に搭載してもよい。加えて、熱交換器1の対象流体も絶縁油に限定されず、様々流体を走行風によって冷却させることが可能である。   In addition, the vehicle on which the heat exchanger 1 is mounted is not limited to a railway vehicle such as a Shinkansen, a conventional line (including a private railway line), and a subway line, and for example, travels on a track such as a monorail or a tram The vehicle may be mounted on a trackless vehicle such as a vehicle, a passenger car, a bus, or a truck. In addition, the target fluid of the heat exchanger 1 is not limited to insulating oil, and various fluids can be cooled by running wind.

以上説明したように、ここに開示した熱交換器は、大型化を招くことなく、熱交換効率を高めることが可能であるから、鉄道車両(新幹線、在来線、地下鉄線等)の他にも、例えばモノレール、路面電車等の軌道上を走行する車両や、乗用車、バス及びトラック等の無軌道の車両に搭載される、走行風自冷式熱交換器として広く適用することができる。   As described above, the heat exchanger disclosed herein can increase the heat exchange efficiency without causing an increase in size, so that it can be used in addition to railway vehicles (Shinkansen, conventional lines, subway lines, etc.). In addition, for example, the present invention can be widely applied as a traveling wind self-cooling heat exchanger mounted on a vehicle traveling on a track such as a monorail or a streetcar, or on a trackless vehicle such as a passenger car, bus or truck.

1 熱交換器
11 分配部
12 集合部
2 伝熱管
3 本体部
31 流入部分
32 流出部分
33 通風部分
4 乱流促進部材
91 鉄道車両(車両)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat exchanger 11 Distribution part 12 Aggregation part 2 Heat transfer tube 3 Main-body part 31 Inflow part 32 Outflow part 33 Ventilation part 4 Turbulence promotion member 91 Railway vehicle (vehicle)

Claims (4)

車両に搭載されかつ、所定の方向に流れる冷却風が通過することによって、複数の伝熱管内を流れる対象流体を放熱させるように構成された熱交換器であって、
前記対象流体が導入されると共に、当該対象流体を前記複数の伝熱管に分配するように構成された分配部と、
前記分配部に対し前記冷却風の流れ方向に間隔を空けて配設されかつ、前記複数の伝熱管から流れてきた前記対象流体を集めて排出するように構成された集合部と、
前記分配部と前記集合部とを連通するように形成された前記複数の伝熱管が間隔を空けて並んで配置されることで構成されかつ、前記伝熱管同士の間を前記冷却風が通過する本体部と、を備え、
前記本体部は、
前記分配部又は前記集合部から前記冷却風の流れ方向に交差するように延びる前記伝熱管の部分によって構成されかつ、当該伝熱管の部分が前記冷却風の流れ方向に直交する方向に複数並んで配置された流入端を介して前記本体部に前記走行風を流入させる流入部分と、
前記集合部又は前記分配部から前記冷却風の流れ方向に交差するように延びる前記伝熱管の部分によって構成されかつ、当該伝熱管の部分が前記冷却風の流れ方向に直交する方向に複数並んで配置された流出端を介して前記本体部から前記走行風を流出させる流出部分と、
前記冷却風の流れ方向に沿うように延びる前記伝熱管の部分によって構成されかつ、前記流入部分から流入した冷却風を前記流出部分に向かって前記伝熱管に沿うように流す通風部分と、を有し、
前記伝熱管は、前記流入部分及び前記流出部分においては、長径と、それに直交する短径とを含む扁平な横断面形状を有していると共に、前記長径の方向が前記冷却風の流れ方向に沿う向きで配置されている熱交換器。
A heat exchanger mounted on a vehicle and configured to dissipate a target fluid flowing in a plurality of heat transfer tubes by passing cooling air flowing in a predetermined direction,
A distribution unit configured to distribute the target fluid to the plurality of heat transfer tubes while the target fluid is introduced;
A collecting portion that is arranged at an interval in the flow direction of the cooling air with respect to the distributing portion, and is configured to collect and discharge the target fluid flowing from the plurality of heat transfer tubes;
The plurality of heat transfer tubes formed to communicate with the distribution unit and the collecting unit are arranged side by side with a space therebetween, and the cooling air passes between the heat transfer tubes. A main body, and
The main body is
The heat transfer tube portion extends from the distribution portion or the collecting portion so as to intersect the flow direction of the cooling air, and a plurality of the heat transfer tube portions are arranged in a direction orthogonal to the flow direction of the cooling air. An inflow portion for allowing the traveling wind to flow into the main body portion via an inflow end disposed;
The heat transfer tube portion extends from the assembly portion or the distribution portion so as to intersect the flow direction of the cooling air, and a plurality of the heat transfer tube portions are arranged in a direction perpendicular to the flow direction of the cooling air. An outflow portion for allowing the traveling wind to flow out of the main body portion through the arranged outflow end;
A ventilation portion that is configured by a portion of the heat transfer tube extending along the flow direction of the cooling air and that flows the cooling air flowing in from the inflow portion toward the outflow portion along the heat transfer tube. And
The heat transfer tube has a flat cross-sectional shape including a major axis and a minor axis perpendicular thereto at the inflow portion and the outflow portion, and the direction of the major axis is the flow direction of the cooling air. A heat exchanger arranged in a direction along.
請求項1に記載の熱交換器において、
前記伝熱管は、前記流入部分、前記流出部分、及び、前記通風部分を連続して構成するようにU字状に折り曲げられ、
前記U字状の伝熱管は、前記長径及び前記短径を含む扁平な横断面形状を有していて、それによって、前記長径の方向に拡がる拡大伝熱面を有しており、
前記U字状の伝熱管はまた、前記冷却風の流れ方向に直交する、前記車両の内方から外方に向かって多重に並設されることで、前記各伝熱管の前記拡大伝熱面が前記冷却風の流れ方向に沿って並ぶ伝熱管群を構成し、
前記本体部は、前記伝熱管群が所定の隙間を空けて複数、積層することによって構成され、それによって、隣り合う前記伝熱管群同士の間に、前記各伝熱管の前記拡大伝熱面によって挟まれる前記冷却風の流路が、前記冷却風の流れ方向に真っ直ぐに延びて形成されている熱交換器。
The heat exchanger according to claim 1,
The heat transfer tube is bent in a U shape so as to continuously constitute the inflow portion, the outflow portion, and the ventilation portion,
The U-shaped heat transfer tube has a flat cross-sectional shape including the major axis and the minor axis, thereby having an enlarged heat transfer surface that extends in the direction of the major axis,
The U-shaped heat transfer tubes are also arranged in parallel from the inside to the outside of the vehicle, which are orthogonal to the flow direction of the cooling air, so that the expanded heat transfer surface of each heat transfer tube Constitutes a heat transfer tube group arranged along the flow direction of the cooling air,
The main body portion is configured by stacking a plurality of the heat transfer tube groups with a predetermined gap therebetween, and thereby, between the adjacent heat transfer tube groups, the expanded heat transfer surface of each heat transfer tube. The heat exchanger in which the flow path of the cooling air sandwiched is formed so as to extend straight in the flow direction of the cooling air.
請求項1又は2に記載の熱交換器において、
前記伝熱管は、前記長径の長さaと、前記短径の長さbとの比(a/b)が、2<a/b<10となるように構成されている熱交換器。
The heat exchanger according to claim 1 or 2,
The heat exchanger tube is a heat exchanger configured such that a ratio (a / b) between the length a of the major axis and the length b of the minor axis is 2 <a / b <10.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱交換器において、
前記流入部分において、少なくとも前記冷却風の流入側に配置される前記伝熱管には、その周面に、前記本体部に流入する冷却風の乱流化を促進する乱流促進部材が取り付けられている熱交換器。
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 3,
In the inflow portion, at least the heat transfer tube disposed on the cooling air inflow side is provided with a turbulence promoting member that promotes turbulence of the cooling air flowing into the main body on the peripheral surface thereof. Heat exchanger.
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