JP2017227342A

JP2017227342A - コルゲートフィン型熱交換器

Info

Publication number: JP2017227342A
Application number: JP2016121383A
Authority: JP
Inventors: 孝次上里; Koji Kamisato
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-12-28

Abstract

【課題】本発明は、放熱性能と、軽量化と、強度上の問題を同時に解決するコルゲートフィン型熱交換器を提供することを課題とする。【解決手段】コアの中央部に電動ファンを配置したコルゲートフィン型熱交換器において、コアの幅Ｂ，コアの高さＡとするとき、Ｂ＞Ａ×１．５であり且つ、電動ファンによるコアの中央領域ａが略コア高さＡに等しく、その中央領域ａの両側に側部領域ｂ＝Ａ×（０．１〜０．４）が存在し、中央領域ａにフィンピッチを２．５ｍｍ／２の第１コルゲートフィン２ａが配置され、側部領域ｂにフィンピッチを３．０ｍｍ／２または４．０ｍｍ／２の第２コルゲートフィン２ｂを配置したコルゲートフィン型熱交換器である。【選択図】図１

Description

本発明は、コルゲートフィン型熱交換器に関する。

図３は、広く用いられている従来型のコルゲートフィン型熱交換器の正面図であり、偏平チューブ１とコルゲートフィン２とを交互に定間隔に配置してコア１０を構成する。そして、各偏平チューブ１の両端を上タンク３と下タンク４とに連通し、コア１０の中央部に電動ファン８と、その外周を被嵌するシュラウド９を配置したものである。一般的にコア１０の各部におけるコルゲートフィン２のピッチは等しいと共に、偏平チューブ１の配置ピッチも等しい。
次に、下記特許文献１に記載のラジエータは、チューブとフィンとからなるコアに対向し冷却ファンが配置されたものにおいて、風速が大なる部分におけるフィンピッチを細かくし、風速が小なる部分において、フィンのビッチを粗くしたものである。
このようにフィンピッチを風速の大小に応じて変えることにより、冷却器の冷却効率を増大し、ラジエータの冷却性能の向上を図るとしている。

さらに、引用文献２に記載の熱交換器は、ファンを上部タンクに設けられたインレットパイプに近づけて設け、ファンが配置されている対応コア部分及びその近傍部分のチューブピッチ及びフィンピッチを密にし、それから遠く離れた部分のフィンピッチ及びチューブピッチを粗にしたことを特徴とする。
このようにファンによる強制冷却部分の表面積を増大させる。同時に熱い冷却液が流れこむコア部分を積極的に冷却することによって、十分な冷却効果が得られる熱交換器を提供する。また、ファンによる流速が小さい部分では、冷却面積を小さくして、流通抵抗を少なくすると記載されている。

実開昭５９−１３４７７０号公報実開昭５９−３２８６５号公報

上記各引用文献においては、ファンが対向する強い送風位置ではフィンピッチを小さくし、それから遠ざかった位置においてはフィンピッチを大きくして、熱交換性能の向上と、送風抵抗の低下を図るとしている。
しかしながら、フィンピッチの大きな部分と小さな部分との差異をどの程度にすべきか、詳細な考察がされていない。
本発明者の実験によれば、フィンピッチの大なる部分と、フィンピッチの小なる部分とには、複合的な要素から定まる最適な範囲が存在することが判った。とくに、熱交換器の軽量化と放熱量のバランスが重要な要素である。

即ち、ファンに対向しない位置においては、フィンピッチを大きくして通風抵抗を少なくし、熱交換器の軽量化を図ったとしても、ラジエータ全体としての熱交換量が低下しては熱交換器として、好ましくない。
さらには、熱交換器は、コアの中央位置と端部位置では、放熱性能やチューブの熱膨張が異なる。そこで、それに応じた強度設計が必要である。従来型熱交換器では、各部でフィンピッチを変える場合、軽量化や、強度的配慮を欠いていた。
そこで、本発明は、放熱性能と、軽量化と、強度上の問題を同時に解決するコルゲートフィン型熱交換器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、偏平チューブ（１）とコルゲートフィンとが交互に配置されて、熱交換器コアが形成され、上下に離間して一対の上タンク（３），下タンク（４）が配置され、各タンク（３）（４）に偏平チューブ（１）の両端が連通され、コア（５）に対向してシュラウド（９）付きの電動モータを有するファン（８）が配置され、入口パイプ（６）から出口パイプ（７）に各偏平チューブ（１）を介してエンジン冷却水が流通すると共に、コア（５）の中央部に電動ファンによる起風が流通するコルゲートフィン型熱交換器において、
コアの幅（Ｂ）と、コアの高さ（Ａ）が、Ｂ＞Ａ×１．５であり、電動ファンによるコアの中央領域（ａ）が略コアの高さ（Ａ）に等しく、その中央領域（ａ）の両側に側部領域（ｂ）＝Ａ×（０．１〜０．４）が存在し、
前記中央領域（ａ）にフィンピッチ２．５ｍｍ／２の第１コルゲートフィン（２ａ）が配置され、
前記側部領域（ｂ）にフィンピッチ３．０ｍｍ／２または、フィンピッチ４．０ｍｍ／２の第２コルゲートフィン（２ｂ）が配置されたコルゲートフィン型熱交換器である。

本件発明は、中央領域ａにフィンピッチ２．５ｍｍ／２の第１コルゲートフィン２ａが配置され、側部領域ｂにフィンピッチ３．０ｍｍ／２または、フィンピッチ４．０ｍｍ／２の第２コルゲートフィン２ｂが配置されたものである。そのため、側部領域ｂのいずれのフィンピッチにおいても、放熱性能の低下を２．０％以内に抑えつつ、熱交換器の軽量化を３．０〜８．３％達成することができる。即ち、図２に示すごとく、全体として放熱性能の低下を殆ど起こすことなく、熱交換器の軽量化を達成できる。
また、コアの幅方向の両側に対称にフィンピッチを大きくすることにより、ファンの起風による放熱性が期待できないコア部分を輻射により冷却する。さらに、側部領域ｂをコアの両端部に対称に配置することにより、コア両端部の熱膨張を抑えて、熱交換器全体の強度バランスを向上することができる。
なお、上記において、フィンピッチ２．５ｍｍ／２とは、コルゲート状（波型）に曲折されたフィンの半ピッチ分をいう。

本発明のコルゲートフィン型熱交換器の正面図。同熱交換器の主コア部の中央領域ａ及び副コア部の側部領域ｂにおける各フィンと熱交換量との関係を、従来型のそれに対して比較したもの。従来型の熱交換器の正面図。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明のコルゲートフィン型熱交換器の正面図である。
この熱交換器が、図３の従来型の熱交換器と異なる点は、コア５が、幅方向に中央領域ａとその両側に配置された側部領域ｂとに分けられ、中央領域ａに対向してファン８とその外周を覆うシュラウド９とが被嵌されている。そして、中央領域ａには第１コルゲートフィン２ａが配置され、側部領域ｂには第２コルゲートフィン２ｂが配置されている。

この例ではコアの高さＡが一例として４００であり、コアの幅Ｂが７６０である。なお、コアの幅Ｂはコアの高さＡの1.5倍以内とすることが好ましい。そして、中央領域ａにおける第１コルゲートフィン２ａのフィンピッチＦｐは２．５ｍｍ／２であり、側部領域ｂにおける、第２コルゲートフィン２ｂのフィンピッチＦｐは３．０ｍｍ／２または、フィンピッチＦｐ＝４．０ｍｍ／２である。
ここに、各フィンピッチＦＰを１／２で除したのは、本来のフィンピッチにおけるサイクルの１/２を代表寸法とする意味である。逆に言うと、本来の１サイクルにおけるフィンピッチは、第１コルゲートフィン２ａでは２．５ｍｍであり、第２コルゲートフィン２ｂでは３．０ｍｍまたは４．０ｍｍである。

また、この例はアルミニウム製の熱交換器であり、偏平チューブ１及び第１コルゲートフィン２ａ，第２コルゲートフィン２ｂ並びに上タンク３，下タンク４はアルミニウム材またはアルミニウム合金からなる。そして、偏平チューブ１の横断面の長径１６．２５ｍｍ、短径は１．４ｍｍ、厚みは０．２５ｍｍである。
また、第２コルゲートフィン２ｂ，第１コルゲートフィン２ａの板厚は、夫々０．０６ｍｍである。

図１において、中央領域ａはシュラウド９の開口及びファン８の直径に略等しい。また、側部領域ｂは中央領域ａの両側に一例として１８０ｍｍである。そして、第２コルゲートフィン２ｂの第１実施例はそのフィンピッチが３．０ｍｍ／２である。このとき、従来型の熱交換器を１００としたとき、第１実施例の放熱量の低下は図２に示す如く１％程度であった。
次に、その第２コルゲートフィン２ｂのフィンピッチを４．０ｍｍ／２とした場合には、従来型の熱交換器に比べて放熱量は、同図右側の棒グラフにあるように２％の低下であった。

これに対して、第２コルゲートフィン２ｂのフィンピッチが３．０ｍｍ／２としたときのアルミニウム材の軽量化は３．０％であった。
また、第２コルゲートフィン２ｂのフィンピッチを４．０ｍｍ／２とした場合には、８．３％のアルミニウム材の軽量化ができた。
なお、この例では中央領域ａの幅を３８０ｍｍとしたが、コアの高さＡの０．８〜０．９倍とすることもできる。

また、側部領域ｂの幅はコアの高さＡの０．１〜０．４倍とすることができる。その範囲において、熱交換量の低下を従来型熱交換器に比べて１％〜２％とし、軽量化を３．０〜８．３％達成することができる。
なお、偏平チューブ１はＡ３００３の芯材にＡ４３４３合金を皮材として外側に被覆したものを用いることができる。さらには、芯材の内側にはＡ７０７２の皮剤を被覆することができる。

上タンク３，下タンク４は、その本体が合成樹脂の成形体から構成することができる。そして、その本体を各偏平チューブ１が挿通されたチューブプレート１１に、図示しないゴムシール材を介して接続することができる。

１偏平チューブ
ａ中央領域
ｂ側部領域
２コルゲートフィン
２ａ第１コルゲートフィン
２ｂ第２コルゲートフィン
３上タンク
４下タンク
５コア
６入口パイプ

７出口パイプ
８ファン
９シュラウド
１０コア
１１チューブプレート
Ａコアの高さ
Ｂコアの幅

Claims

偏平チューブ（１）とコルゲートフィンとが交互に配置されて、熱交換器コアが形成され、上下に離間して一対の上タンク（３），下タンク（４）が配置され、各タンク（３）（４）に偏平チューブ（１）の両端が連通され、コア（５）に対向してシュラウド（９）付きの電動モータを有するファン（８）が配置され、入口パイプ（６）から出口パイプ（７）に各偏平チューブ（１）を介してエンジン冷却水が流通すると共に、コア（５）の中央部に電動ファンによる起風が流通するコルゲートフィン型熱交換器において、
コアの幅（Ｂ）と、コアの高さ（Ａ）が、Ｂ＞Ａ×１．５であり、電動ファンによるコアの中央領域（ａ）が略コアの高さ（Ａ）に等しく、その中央領域（ａ）の両側に側部領域（ｂ）＝Ａ×（０．１〜０．４）が存在し、
前記中央領域（ａ）にフィンピッチ２．５ｍｍ／２の第１コルゲートフィン（２ａ）が配置され、
前記側部領域（ｂ）にフィンピッチ３．０ｍｍ／２または、フィンピッチ４．０ｍｍ／２の第２コルゲートフィン（２ｂ）が配置されたコルゲートフィン型熱交換器。