JP2020060355A - Flat tube for heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、偏平チューブ内にコルゲート型のインナーフィンが内装され、内部に気体が流通する熱交換器であって、そのインナーフィンに多数のルーバが切起こし形成されたものに関する。 The present invention relates to a heat exchanger in which a corrugated inner fin is provided inside a flat tube and a gas flows therein, and a large number of louvers are cut and raised in the inner fin.
チャージエアクーラや凝縮器に用いられる偏平チューブには、その内部に気体を撹拌するオフセット型インナーフィンやコルゲート型インナーフィンが挿入されるものがある。
コルゲート型インナーフィンの場合には、その波の稜線が偏平チューブの軸線方向に配置される。
Some flat tubes used for charge air coolers and condensers have an offset inner fin or a corrugated inner fin inserted therein for stirring gas.
In the case of the corrugated inner fin, the ridgeline of the wave is arranged in the axial direction of the flat tube.
コルゲート型インナーフィンを有する偏平チューブは、内部を流通する気体の流通抵抗が比較的小さいという特徴を有する。
しかしながら、オフセット型インナーフィンを有する偏平チューブに比べて、気体の攪拌効果が小さいと共に、熱伝達率も小さい欠点がある。
そこで本発明は、コルゲート型インナーフィンを有する熱交換器用偏平チューブにおいて、その熱伝達率を向上させると共に、気体の攪拌効果の高いものを提供することを課題とする。
The flat tube having the corrugated inner fins has a feature that the flow resistance of the gas flowing inside is relatively small.
However, as compared with the flat tube having the offset type inner fin, there are drawbacks that the effect of stirring the gas is small and the heat transfer coefficient is small.
Therefore, an object of the present invention is to provide a flat tube for a heat exchanger having a corrugated inner fin, which has a high heat transfer coefficient and a high gas stirring effect.
請求項1に記載の本発明は、対向する一対の平坦部1および、平坦部1間を連結する一対の側部2を有する偏平チューブ3と、その偏平チューブ3の軸線方向に平行に各波の稜線8が配置されるコルゲート型インナーフィン4とを具備し、偏平チューブ3内に気体が流通する熱交換器用偏平チューブにおいて、
インナーフィン4には、その波の立上面4aおよび立下面4bに、前記軸線に直交し、気体の流通方向に離間して多数のルーバ6が切起こし形成されたことを特徴とする熱交換器用偏平チューブである。
According to the present invention as set forth in
In the
請求項2に記載の本発明は、前記インナーフィン4には、波の振幅方向に離間して上下二段に切起こしルーバ6a,6bが形成され、下段部6cのルーバ6aの切起こしの向きと、上段部6dのルーバ6b切り起こしの向きとが、逆向きに形成された請求項1に記載の熱交換器用偏平チューブである。
In the present invention according to
請求項3に記載の本発明は、前記ルーバ6a,6bは、その切起こしの高さHが、H≧0.2mmかつ、その切り起こしの長さLがL≧1.0mmである請求項2に記載の熱交換器用偏平チューブである。
In the present invention according to
請求項4に記載の本発明は、前記偏平チューブ3は、その横断面の内側の高さに対する幅寸法の比ARが、
1<AR≦7となる請求項2に記載の熱交換器用偏平チューブである。
According to the present invention as set forth in
The flat tube for a heat exchanger according to
請求項1に記載の発明は、偏平チューブ3内にインナーフィン4の各稜線が軸線方向に平行に配置され、その立上面4aおよび立下面4bに、ルーバ6が切起こし形成されたものである。
その切起こされたルーバ6の前縁効果等により、チューブ内の気体とチューブ外の流体との間の熱交換が向上する。
According to the invention described in
Due to the leading edge effect of the
請求項2に記載の発明は、前記インナーフィン4に、波の振幅方向に離間して上下二段に切起こしルーバ6a、6bが形成され、下段部6cのルーバ6aの切起こしの向きと、上段部6dのルーバ6bの切り起こしの向きとが逆向きに形成されたものである。
それらのルーバ6a、6bで偏向された流れが偏平チューブの側面で反転されることによって、インナーフィン4の上下の切り起こしを貫く大きな旋回流が形成され、この旋回流によって偏平チューブ3内の流体が穏やかに大きく攪拌、混合されることにより、圧力損失の大幅な増加を伴うことなく当該気体内部の温度分布の不均衡が減少し、当該気体とチューブ外の流体との間の熱交換がさらに向上する。
In the invention according to
The flow deflected by the
請求項3に記載の発明は、ルーバ6a、6bの切起こしの高さHをH≧0.2mmかつ、切り起こしの長さLをL≧1.0mmとしたものである。
これにより、ルーバ6a、6bによる偏向効果が十分発揮されるので、前記の旋回流の効果を確実に得ることができる。
According to the third aspect of the invention, the cut-raised height H of the
As a result, the deflection effect of the
請求項4に記載の発明は、偏平チューブ3の横断面の内側の高さに対する幅寸法の比AR(アスペクトレシオ)を1<AR≦7としたものである。
これにより、旋回流の旋回周期が過大となることが防止され、旋回が十分に生成されずに偏平チューブ内を流通することが防止されるので、前記の旋回流の効果が十分発揮される。
In the invention according to
As a result, the swirling cycle of the swirling flow is prevented from becoming excessively large, and the swirling flow is prevented from flowing in the flat tube without being sufficiently generated, so that the effect of the swirling flow is sufficiently exhibited.
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〜図4は本発明の第1の形態を示し、図1はその熱交換器用偏平チューブの縦断面説明図、図2は同横断面拡大図、図3は図2のIII−III矢視断面図(A)、及び(A)のB−B矢視断面説明図、図4は同偏平チューブ内のインナーフィン4におけるルーバ6の説明図である。
この熱交換器用偏平チューブは、一例としてチャージエアクーラや燃料電池の凝縮器に用いることができるものである。
偏平チューブ3は、図2に示す如く、対向する一対の平坦部1および、平坦部1間を連結する一対の側部2を有し、その偏平チューブ3にコルゲート型のインナーフィン4が内装されたものである。そのインナーフィン4の各波の稜線8は、偏平チューブ3の軸線方向に平行に配置されている。
さらに、インナーフィン4には各波の立上面4a及び立下面4bに、軸線に直交して気体の流通方向に離間し多数のルーバ6が切起こし形成されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a vertical cross-sectional explanatory view of a flat tube for a heat exchanger, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the same, and FIG. 3 is a III-III arrow of FIG. FIG. 4A is an explanatory cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4A, and FIG. 4 is an explanatory diagram of the
This flat tube for a heat exchanger can be used, for example, in a charge air cooler or a condenser of a fuel cell.
As shown in FIG. 2, the
Further, the
この例では図2に示す如く、インナーフィンの立上面4a及び立下面4bには、波の振幅方向に離間して夫々上下二段に切り起こされたルーバ6a,6bが形成され、下段部6cのルーバ6aの切り起こしの向きと上段部6dのルーバ6bの切り起こしの向きとが、逆向きに形成されている。
図2の立上面4aにおいて、下段部6cのルーバ6aは開口が軸線方向下流側に向き、上段部6dのルーバ6bではその開口が軸線方向上流側に向いている。また、立上面4aに対向する立下面4bでは、下段部6cのルーバ6aの開口が気体の流通方向の上流側に向き、上段部6dのルーバ6bでは開口が気体の流通方向の下流側に向いている。
それを図3(B)で、次のように表示している。
図3(B)の下段部6cにおいて、左端に存在する立上面4aでは、ルーバ6aの開口が気体9の下流側に向き、上段部6dの立上面4aではルーバ6bの開口が気体9の上流側に向く。
それとは逆に、立上面4aに対向する立下面4bでは、下段部6cのルーバ6aの開口が気体9の上流側を向き、上段部6dのルーバ6bが気体9の下流側に向いている。
In this example, as shown in FIG. 2,
2, the opening of the
It is displayed as follows in FIG. 3 (B).
In the
On the contrary, on the
このように形成することにより、偏平チューブ3内の気体9は、下段部6cの各ルーバ6aを流通して、一方の側部2に反転され上方への反射流7となって、上段部6dの各ルーバ6bに導かれる。また、図示しない他方の側部2では、気体は他方の側部2に反転され下方への反射流となって、再び下段部6cのルーバ6aに導かれる。
結果として、気体9は、図1及び図2に示す如く、上下方向に旋回しつつ、偏平チューブ3内を軸線方向の下流側に流通する。この気体9の流れは、蛇行および撹拌することに加えて、上下方向に旋回させるので、チューブ内壁に沿う熱交換を促進し、熱交換性能を高めることができる。
なお、偏平チューブ3の外面側には、一例として冷却水が流通し、内部の気体9との間に熱交換が行われる。
By forming in this way, the
As a result, the
As an example, cooling water circulates on the outer surface side of the
次に、図6〜図9は本発明のルーバを有するインナーフィンと、ルーバを有しないインナーフィンとの熱伝達率及び圧力損失をコンピュータによるシミュレーションで比較したものである。
このときのシミュレーションの各設定値は、次のとおりである。インナーフィンは、その振幅は7mm、フィンピッチは4mm、フィンの板厚は0.075mm、偏平チューブは、その短径が7.8mmであり、その内寸が7mm、長径が48.5mm、内寸が47.7mmであり、板厚は0.4mmである。
そして図6では、ルーバ6を図4において、高さH=0.3mm、その長さL=1mm、ピッチP=6.2mmとしたものである。そして、横軸に偏平チューブに流入する風量Vaを1.39m/s、2.77m/s、4.16m/s、5.54m/s、8.31m/sとした場合、ルーバのない(プレーン)のインナーフィンと比較した場合の熱伝達率を縦軸に表したものである。
この図6から明らかなことは、風量の増加と共に伝達率αが向上するが、その値は5.54m/sでピークとなり、8.31m/sではそれより低下する。これは風量の増加に伴いαは増加するが、それ以上に内部抵抗が増加するためである。
Next, FIGS. 6 to 9 compare the heat transfer coefficient and the pressure loss of the inner fin having the louver of the present invention and the inner fin having no louver by computer simulation.
The setting values of the simulation at this time are as follows. The inner fin has an amplitude of 7 mm, a fin pitch of 4 mm, a fin plate thickness of 0.075 mm, and a flat tube has a short diameter of 7.8 mm, an inner dimension of 7 mm, and a long diameter of 48.5 mm. The dimension is 47.7 mm and the plate thickness is 0.4 mm.
In FIG. 6, the
It is clear from FIG. 6 that the transmissibility α increases with an increase in the air volume, but its value peaks at 5.54 m / s and drops below 8.31 m / s. This is because α increases as the air volume increases, but the internal resistance further increases.
次に、図7は図4において、ルーバの長さL=1mm、高さH=0.3mmに固定し、ピッチPを12.4mm、6.2mm、3.1mmとしたときの、従来型インナーフィン(プレート型)に比較した熱伝達率α及び圧力損失ΔPを比較したものである。
このグラフより、ルーバピッチPが小さくなるほど、即ち、ルーバ6の数が多くなるほど熱伝達率α及び圧力損失ΔPが大きくなることが判る。
Next, FIG. 7 shows a conventional type in which the louver length L = 1 mm and the height H = 0.3 mm in FIG. 4 and the pitch P is 12.4 mm, 6.2 mm and 3.1 mm. The heat transfer coefficient α and the pressure loss ΔP are compared with those of the inner fin (plate type).
From this graph, it is understood that the heat transfer coefficient α and the pressure loss ΔP increase as the louver pitch P decreases, that is, as the number of
次に、図8は図4において、ルーバ6の高さH=0.3mmとし、ピッチPを6.2mmに固定し、ルーバの長さLを1mm、2mm、3mmとしたときの、熱伝達率α及び圧力損失ΔPを従来型インナーフィン(プレート型)に比べたものである。
この図8より明らかなことは、熱伝達率αはルーバの長さLに拘わらず略一定である。
また、圧力損失ΔPはルーバの長さLが大きいほど減少することが分かった。
Next, FIG. 8 shows heat transfer when the height H of the
It is clear from FIG. 8 that the heat transfer coefficient α is substantially constant regardless of the length L of the louver.
It was also found that the pressure loss ΔP decreases as the length L of the louver increases.
次に、図9は図4において、ルーバ6の長さL=1mm、ピッチPを6.2mmに固定し、高さHを0.2mm、0.3mmに夫々した場合、従来型インナーフィン(プレーン)に比較して、その熱伝達率α及び圧力損失ΔPがどのようになるかをシュミレーションしたものである。
その結果、高さHがより高くなると熱伝達率α及び圧力損失ΔPが共に高くなる。
Next, in FIG. 9, when the length L of the
As a result, when the height H becomes higher, both the heat transfer coefficient α and the pressure loss ΔP become higher.
次に、図5は本発明のルーバ6の他の実施例であり、これが図4のそれと異なる点は、図4では、それが片側のみ切り起こされていたのに比べて、図5の場合にはルーバの両側が切り起こされた点である。
このように両側を切り起こしても良い。この場合には、ルーバ6による気流がより攪拌され、熱伝達率が促進される。
Next, FIG. 5 shows another embodiment of the
You may cut and raise both sides in this way. In this case, the air flow by the
なお、上記図6〜図9のシミュレーションではインナーフィン及び偏平チューブの各種寸法を特定の値に固定したが、本発明はそれに限定されるものでは勿論なく、例えば、Hを0.2mm以上とし、ルーバの長さLを1.0mm以上とし、偏平チューブ3の横断面
の内側の高さに対する幅寸法の比ARを1<AR≦7とすることもできる。
これらの範囲において、本発明の作用効果を達し得る。
In addition, in the simulations of FIGS. 6 to 9, various sizes of the inner fin and the flat tube are fixed to specific values, but the present invention is not limited thereto. For example, H is 0.2 mm or more, The length L of the louver may be 1.0 mm or more, and the ratio AR of the width dimension to the inner height of the cross section of the
In these ranges, the effects of the present invention can be achieved.
また、図3において、ルーバ6aおよびルーバ6bは、気体9の主流方向において互い違いに配置されているが、それらを気体9の主流方向に揃えて配置しても、本発明の作用効果を達し得る。
Further, in FIG. 3, the
また、気体9の主流方向を逆としても、本発明の作用効果を達し得る。
Further, even if the main flow direction of the
本発明は、チャージエアクーラや燃料電池用の凝縮器等、偏平チューブの内部に気体が流通する熱交換器に適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a heat exchanger in which gas flows inside a flat tube, such as a charge air cooler or a condenser for a fuel cell.
1 平坦部
2 側部
3 偏平チューブ
4 インナーフィン
4a 立上面
4b 立下面
6 ルーバ
6a ルーバ
6b ルーバ
6c 下段部
6d 上段部
7 反射流
8 稜線
9 気体
1
Claims (4)
インナーフィン(4)には、その波の立上面(4a)および立下面(4b)に、前記軸線に直交し、気体の流通方向に離間して多数のルーバ(6)が切起こし形成されたことを特徴とする熱交換器用偏平チューブ。 A flat tube (3) having a pair of opposed flat portions (1) and a pair of side portions (2) connecting the flat portions (1), and each wave parallel to the axial direction of the flat tube (3). And a corrugated inner fin (4) on which the ridgeline (8) is arranged, and a flat tube for a heat exchanger, in which gas flows in the flat tube (3),
In the inner fin (4), a large number of louvers (6) are formed by cutting and rising on the rising surface (4a) and the rising and falling surface (4b) of the wave, which are orthogonal to the axis and are separated in the gas flow direction. A flat tube for a heat exchanger, which is characterized in that
1<AR≦7となる請求項2に記載の熱交換器用偏平チューブ。 In the flat tube (3), the ratio AR of the width dimension to the height inside the cross section is
The flat tube for a heat exchanger according to claim 2, wherein 1 <AR ≦ 7.
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