JP2015017776A5

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Publication number: JP2015017776A5
Application number: JP2013146325A
Authority: JP
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2033-07-12

Description

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、熱交換対象物（１）の外表面に接合されるとともに、熱交換対象物（１）と、熱交換対象物（１）周りを流通する流体との熱交換を促進する熱交換器用フィンにおいて、流体の流れ方向に垂直な断面形状が、流体の流れ方向と略平行な複数の平面部（２１）と、隣り合う平面部（２１）間を繋ぐ頂部（２２）とを有する波形状であり、平面部（２１）には、平面部（２１）に対して予め定めた切り起こし角度で切り起こされたルーバ（２３）が、流体の流れ方向（Ｘ１）に沿って複数設けられており、平面部（２１）の板厚をｔ、ルーバ（２３）のルーバピッチをＰＬとしたとき、平面部（２１）の板厚およびルーバピッチが、０．０３５≦ｔ／ＰＬ≦０．２９の関係を満たしており、複数のルーバ（２３）のうち少なくとも１つのルーバ（２３）は、平面部（２１）に垂直かつ流体の流れ方向と平行な断面における４つの角部のうち対角線上にある２つの角部が円弧状に形成されていることを特徴としている。

第１参考例に係るラジエータを示す正面図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。第１参考例におけるフィンを示す正面図である。図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。図４のＶ部拡大図である。ルーバピッチを変化させた際の、ルーバの熱伝達率およびフィンの熱伝達率の変化を示す特性図である。フィンの板厚と、ルーバの熱伝達率に対するフィンの熱伝達率の低下割合との関係を示す特性図である。フィンの板厚と通風抵抗との関係を示す特性図である。フィンの諸元を変更した場合のフィンの伝熱性能の変化を示す特性図である。第１参考例のヒータコアにおいて、ルーバピッチを変化させた場合のｔ／ＰＬとフィンの伝熱性能との関係を示す特性図である。第１参考例のヒータコアにおけるルーバピッチとフィンの伝熱性能との関係を示す特性図である。第１参考例のヒータコアにおけるフィンの板厚とフィンの伝熱性能との関係を示す特性図である。第１参考例のヒータコアにおけるフィン高さとフィンの伝熱性能との関係を示す特性図である。第１参考例のヒータコアにおけるルーバの切り起こし角度とフィンの伝熱性能との関係を示す特性図である。第２参考例のラジエータにおけるルーバピッチとフィンの伝熱性能との関係を示す特性図である。第２参考例のラジエータにおけるフィンの板厚とフィンの伝熱性能との関係を示す特性図である。第２参考例のラジエータにおけるフィン高さとフィンの伝熱性能との関係を示す特性図である。第２参考例のラジエータにおけるルーバの切り起こし角度とフィンの伝熱性能との関係を示す特性図である。第１実施形態におけるフィンの平面部に垂直な断面を示す断面図である。第３参考例におけるフィンの平面部に垂直な断面を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態および参考例について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態および各参考例の相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１参考例）
本発明の第１参考例について図１〜図１４に基づいて説明する。本参考例は、熱交換器用フィンを、水冷式内燃機関（以下、エンジンともいう）の冷却水を熱源として送風空気を加熱するヒータコアに搭載されるフィンに適用したものである。

ヘッダタンク４は、チューブ１の長手方向（以下、チューブ長手方向Ｘ２という）の端部（本参考例では、上下端）にてチューブ長手方向Ｘ２と直交する方向（本参考例では、水平方向）に延びて複数のチューブ１と連通するものである。ヘッダタンク４は、チューブ１が挿入接合されたコアプレート４ａと、コアプレート４ａとともにタンク内空間を構成するタンク本体部４ｂとを有して構成されている。本参考例では、コアプレート４ａおよびタンク本体部４ｂは、金属（例えば、アルミニウム合金）製である。また、コア部３の両端部には、チューブ長手方向Ｘ２と略平行に延びてコア部３を補強するインサート５が設けられている。

この波状のフィン２は本参考例では、薄板金属材料にローラ成形法を施すことにより成形されている。フィン２の湾曲部２２はチューブ１の扁平面１０ａ、１０ｂにろう付けにより接合されている。

本参考例では、１つの平面部２１に形成された複数のルーバ２３は、空気流れ上流側に位置する複数のルーバ２３を含む上流ルーバ群と、空気流れ下流側に位置する複数のルーバ２３を含む下流ルーバ群に二分されている。そして、上流ルーバ群に属するルーバ２３の切り起こし方向と、下流ルーバ群に属するルーバ２３の切り起こし方向とが異なっている。つまり、上流ルーバ群と下流ルーバ群とは、それぞれに属するルーバ２３の切り起こし方向が逆に形成されている。

また、基準フィンの板厚ｔは、０．０５ｍｍである。本参考例では、フィン２の板厚ｔは、フィン２の平面部２１の板厚を意味しており、ルーバ２３の板厚と等しくなっている。

（数１）
Ｎｕ＝α・Ｐｆ／λａ
（数２）
Ｃｆ＝ΔＰａ／（０．５・ρａ・Ｕａ²Ｐｆ／Ｄ）
本参考例では、フィン２の熱伝達率の指標としてヌセルト数Ｎｕと抵抗係数Ｃｆとの比（Ｎｕ／Ｃｆ）を用いる。Ｎｕ／Ｃｆの値が大きい程、フィン２の熱伝達率が高いことを表している。また、フィン２の平面部２１にルーバ２３が形成されていない比較例のフィン２におけるヌセルト数をＮｕ0、抵抗係数をＣｆ0とする。

ここで、本参考例のヒータコアにおいて、ルーバピッチＰＬを変化させた場合のｔ／ＰＬとフィン２の伝熱性能との関係を図１０に示す。このとき、ヒータコアの大きさは横２００ｍｍ、縦１５０ｍｍ、幅１６ｍｍであり、ヒータコアを通過する空気の風量は３００ｍ³／ｈ、空気温度は２０℃、冷却水温度は８５℃である。また、フィン高さＨｆは３ｍｍ、ルーバ２３の切り起こし角度θは３２°である。

続いて、本参考例のヒータコアにおける、ルーバピッチＰＬとフィン２の伝熱性能との関係を図１１に示す。このとき、ヒータコアにおけるフィン２の板厚ｔが０．０３ｍｍである以外は、図１０の条件と同様である。なお、図１１の縦軸は、ルーバピッチＰＬが０．３ｍｍのフィン２の伝熱性能を１００％としたときの、フィン２の伝熱性能比を示している。

続いて、本参考例のヒータコアにおいて、フィン２の板厚ｔとフィン２の伝熱性能との関係を図１２に示す。このとき、ヒータコアにおけるルーバピッチＰＬが０．３ｍｍである以外は、図１０の条件と同様である。なお、図１２の縦軸は、板厚ｔが０．０３ｍｍであるフィン２の伝熱性能を１００％としたときの、フィン２の伝熱性能比を示している。

続いて、本参考例のヒータコアにおいて、フィン高さＨｆとフィン２の伝熱性能との関係を図１３に示す。このとき、ヒータコアにおけるルーバピッチＰＬが０．３ｍｍであるとともにフィン２の板厚ｔが０．０３ｍｍである以外は、図１０の条件と同様である。なお、図１３の縦軸は、フィン高さＨｆが３ｍｍのフィン２の伝熱性能を１００％としたときの、フィン２の伝熱性能比を示している。

続いて、本参考例のヒータコアにおいて、ルーバ２３の切り起こし角度θとフィン２の伝熱性能との関係を図１４に示す。このとき、ヒータコアにおけるルーバピッチＰＬが０．３ｍｍであるとともにフィン２の板厚ｔが０．０３ｍｍである以外は、図１０の条件と同様である。なお、図１４の縦軸は、ルーバ２３の切り起こし角度θが３２°のフィン２の伝熱性能を１００％としたときの、フィン２の伝熱性能比を示している。

（第２参考例）
次に、本発明の第２参考例について図１５〜図１８に基づいて説明する。本第２参考例は、上記第１参考例と比較して、熱交換器用フィンを、水冷式内燃機関を冷却した冷却水と空気との間で熱交換を行うラジエータに搭載されるフィンに適用した点が異なるものである。

本参考例のラジエータにおいて、ルーバピッチＰＬとフィン２の伝熱性能との関係を図１５に示す。このとき、ラジエータの大きさは横３１３ｍｍ、縦４００ｍｍ、幅１６ｍｍであり、ラジエータを通過する空気の風速は４ｍ／ｓ、空気温度は２０℃、冷却水温度は８０℃である。また、フィン高さＨｆは３ｍｍ、フィン２の板厚ｔは０．０３ｍｍ、ルーバ２３の切り起こし角度θは３２°である。なお、図１５の縦軸は、ルーバピッチＰＬが０．３ｍｍのフィン２の伝熱性能を１００％としたときの、フィン２の伝熱性能比を示している。

続いて、本参考例のラジエータにおいて、フィン２の板厚ｔとフィン２の伝熱性能との関係を図１６に示す。このとき、ラジエータにおけるルーバピッチＰＬが０．３ｍｍである以外は、図１５の条件と同様である。なお、図１６の縦軸は、板厚ｔが０．０３ｍｍであるフィン２の伝熱性能を１００％としたときの、フィン２の伝熱性能比を示している。

続いて、本参考例のラジエータにおいて、フィン高さＨｆとフィン２の伝熱性能との関係を図１７に示す。このとき、ラジエータにおけるルーバピッチＰＬが０．３ｍｍであるとともにフィン２の板厚ｔが０．０３ｍｍである以外は、図１５の条件と同様である。なお、図１７の縦軸は、フィン高さＨｆが３ｍｍであるフィン２の伝熱性能を１００％としたときの、フィン２の伝熱性能比を示している。

続いて、本参考例のラジエータにおいて、ルーバ２３の切り起こし角度θとフィン２の伝熱性能との関係を図１８に示す。このとき、ラジエータにおけるルーバピッチＰＬが０．３ｍｍであるとともにフィン２の板厚ｔが０．０３ｍｍである以外は、図１５の条件と同様である。なお、図１４の縦軸は、ルーバ２３の切り起こし角度θが３２°であるフィン２の伝熱性能を１００％としたときの、フィン２の伝熱性能比を示している。

以上説明したように、熱交換器用フィンとして、ラジエータに搭載されるフィンを採用した場合であっても、上記第１参考例と同様の効果を得ることが可能となる。

（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態について図１９に基づいて説明する。本第１実施形態は、上記第１参考例と比較して、ルーバ２３の形状が異なるものである。

（第３参考例）
次に、本発明の第３参考例について図２０に基づいて説明する。本第３参考例は、上記第１実施形態と比較して、ルーバ２３の形状が異なるものである。

図２０に示すように、本参考例では、フィン２の１つの平面部２１に形成される全てのルーバ２３は、当該平面部２１に垂直な断面の形状が、長方形における１つの角部に相当する部位が円弧状に形成された形状になっている。

本参考例では、ルーバ２３の平面部２１に垂直な断面の形状を、長方形における１つの角部に相当する部位が円弧状に形成された形状としているので、ルーバ間通路２３０に空気が流入しやすくなる。このため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（他の実施形態および他の参考例）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。上述の実施形態および参考例は、以下のように種々変形可能である。

（１）上記各実施形態および上記各参考例では、熱交換対象物としてチューブ１を採用して、熱交換器としていわゆるフィンアンドチューブ型の熱交換器を採用した例について説明したが、これに限定されない。例えば、熱交換対象物としてパワーカードやインバータ素子等の発熱する電子部品や機械を採用し、熱交換器として、フィンを当該電子部品に直接接合する構成の熱交換器を採用してもよい。

（２）上記各実施形態および上記各参考例では、熱交換器としてヒータコアまたはラジエータを採用した例について説明したが、熱交換器はこれに限定されない。例えば、熱交換器として、車両用冷凍サイクル（空調装置）内を循環する冷媒と空気とを熱交換して冷媒を冷却する凝縮器や、内燃機関（エンジン）に供給される燃焼用の空気（吸気）を冷却するインタークーラ等を採用してもよい。

（３）上記各実施形態および上記各参考例では、チューブ１の外表面に接合されるフィン（アウターフィン）２にルーバ２３を形成した例について説明したが、これに限らず、チューブ１の内部に配置されるインナーフィンにルーバ２３を形成してもよい。

（４）上記第１実施形態および上記第３参考例では、ルーバ２３の平面部２１に垂直な断面の形状を、長方形における２つまたは１つの角部に相当する部位が円弧状に形成された形状とした例について説明したが、これに限らず、長方形における３つまたは４つの角部に相当する部位が円弧状に形成された形状としてもよい。

（５）上記第１実施形態および上記第３参考例では、フィン２の平面部２１に形成される全てのルーバ２３において、平面部２１に垂直な断面の形状を、長方形における少なくとも１つの角部に相当する部位が円弧状に形成された形状とした例について説明したが、これに限定されない。すなわち、フィン２の平面部２１に形成される複数のルーバ２３のうち、少なくとも１つのルーバにおいて、平面部２１に垂直な断面の形状を、長方形における少なくとも１つの角部に相当する部位が円弧状に形成された形状としてもよい。

Claims

熱交換対象物（１）の外表面に接合されるとともに、前記熱交換対象物（１）と、前記熱交換対象物（１）周りを流通する流体との熱交換を促進する熱交換器用フィンであって、
前記流体の流れ方向に垂直な断面形状が、前記流体の流れ方向と略平行な複数の平面部（２１）と、隣り合う前記平面部（２１）間を繋ぐ頂部（２２）とを有する波形状であり、
前記平面部（２１）には、前記平面部（２１）に対して予め定めた切り起こし角度で切り起こされたルーバ（２３）が、前記流体の流れ方向（Ｘ１）に沿って複数設けられており、
前記平面部（２１）の板厚をｔ、前記ルーバ（２３）のルーバピッチをＰＬとしたとき、前記平面部（２１）の板厚および前記ルーバピッチが、０．０３５≦ｔ／ＰＬ≦０．２９の関係を満たしており、
前記複数のルーバ（２３）のうち少なくとも１つのルーバ（２３）は、前記平面部（２１）に垂直かつ前記流体の流れ方向と平行な断面における４つの角部のうち対角線上にある２つの角部が円弧状に形成されていることを特徴とする熱交換器用フィン。
前記少なくとも１つのルーバ（２３）は、前記４つの角部のうち残りの２つの角部が直角に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器用フィン。