JP2555449B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インタークーラなどの熱交換器に関する。

［従来の技術］ 実開昭60−176379号公報および実公昭60−21669号公
報などにおいては、丸穴や矩形穴等が壁部に形成された
インナーフィンをチューブ内に配設した熱交換器が開示
されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、前述の熱交換器のインナーフィンにおいて
は、丸穴や矩形穴が形成されていない縦壁部が、流体の
流れ方向に沿って連続的につながっている。このため、
連続的につながっている縦壁部においては、第９図に示
すように、流れの境界層が徐々に発達することによっ
て、局所熱伝達（Nu数）が大きく低下する。したがっ
て、丸穴や矩形穴等が壁部に形成されたインナーフィン
では、熱交換効率が低下するという問題点があった。

また、前述の熱交換器のインナーフィンにおいては、
連続的につながっている縦壁部と丸穴や矩形穴との間に
乱れが発生するので、チューブ内を流れる流体の圧力損
失が増加するという問題点があった。

本発明は、熱交換効率を向上でき、且つ流体の圧力損
失を減少できる熱交換器の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明では、内部を被熱交換流体が流れ、断面偏平状
のチューブと、 このチューブ内に、前記被熱交換流体の流れ方向に沿
って配設されるインナーフィンとを備える熱交換器であ
って、 このインナーフィンは、前記チューブの幅方向の一端
側から他端側に向けて並設され前記チューブ内を複数の
流体通路に区画する複数の縦壁部と、この縦壁部の一端
から前記チューブの幅方向一端側に向かって延ばされ、
前記チューブの幅方向一端側にて隣合う縦壁部の一端と
連接する第１横壁部と、前記縦壁部の他端から前記チュ
ーブの幅方向他端側に向かって延ばされ、前記チューブ
の幅方向他端側にて隣合う縦壁部の他端と連接する第２
横壁部とを有し、この第１横壁部、縦壁部、第２横壁部
が連続して形成されることにより矩形波形状に形成さ
れ、 且つ、このインナーフィンは、前記第１横壁部の少な
くとも一部から前記縦壁部を縦断し、第２横壁部の少な
くとも一部を連続して切り欠くスリットを有し 前記インナーフィンのフィン切れ長さをＬ、 前記スリットの幅をＳとしたとき、 Ｌ＞Ｓの関係を満足している熱交換器とした。

［作用］ インナーフィンのスリットが第１横壁部の少なくとも
一部から前記縦壁部を縦断し、第２横壁部の少なくとも
一部を連続して切り欠かれているので、縦壁部に発生す
る流れの境界層が、第９図に示すように、各スリットで
確実に分断される。このため、流れの境界層が発達しな
いので、局所熱伝達（Nu数）の低下が抑制される。ま
た、縦壁部を縦断してスリットが形成されているので、
連続的につながっている縦壁部が存在しない。このた
め、乱れの発生が抑制される。

また、インナーフィンのフィン切れ長さＬとスリット
の幅Ｓとの関係をＬ＞Ｓとしているので、縦壁部の切り
離し部分を減少し、相対的にインナーフィンのフィン切
れ長さＬが増大することによって、インナーフィンの伝
熱面積がさらに増大する。

［発明の効果］ 局所熱伝達の低下を抑制できるので、熱交換効率の向
上を図ることができる。また、乱れの発生を抑制できる
ので、流体の圧力損失を減少することができる。そし
て、インナーフィンの伝熱面積を増大できるので、熱交
換性能の向上を達成することができる。

［実施例］ 本発明の熱交換器を第１図ないし第８図に示す実施例
に基づき説明する。

第１図ないし第７図は本発明の第１実施例を示す。第
１図ないし第３図は空冷式の積層型インタークーラのイ
ンナーフィンを示し、第４図はそのインタークーラの全
体構造を示し、第５図はそのインタークーラの主要部の
構造を示す。

空冷式の積層型インタークーラ１は、例えば自動車の
エンジンルーム内の前方に装着されている。そして、イ
ンタークーラ１は、アルミニウム製のプレートを２枚対
向して接合することによってチューブ11が形成されてい
る。このチューブ11は、多数積層され、隣設されたチュ
ーブ11間には、クーリングフィン12が配設されている。
また、チューブ11の一端がわは、吸入側タンク13とさ
れ、他端がわは、吐出側タンク14とされている。この吸
入側タンク13は、過給機（図示せず）に連結される吸入
管15を接合している。そして、吐出側タンク14は、内燃
機関の吸気管（図示せず）に連結される吐出管16を接合
している。なお、チューブ11、クーリングフィン12、吸
入管15および吐出管16は、ろう付けにより接合されてい
る。

さらに、チューブ11の内部には、インナーフィンとし
てのスリットフィン２が配設されており、過給機から供
給される過給気の熱交換効率の向上を図っている。この
スリットフィン２は、過給気の流れ方向に沿って配設さ
れている。そして、スリットフィン２は、チューブ11の
各プレートに接触してろう付けにより接合されている。

また、スリットフィン２は、第１縦壁部３、第２縦壁
部４、第１横壁部５および第２横壁部６から構成され、
これらをチューブ11の幅方向に連続的に複数設けること
によって、矩形波形状に形成されている。

第１縦壁部３および第２縦壁部４は、それぞれ所定の
ピッチで交互に配設され、チューブ11の幅方向に並設さ
れる複数の流体通路17にチューブ11内を区画している。
第１縦壁部３は、過給気の流れ方向に対して平行方向に
フィン部31とスリット７とを交互に形成している。第２
縦壁部４は、過給気の流れ方向に対して平行方向にフィ
ン部41とスリット８とを交互に形成している。

第１横壁部５は、第１縦壁部３の上端と第２縦壁部４
の上端とを連結するように、第１縦壁部３の上端から第
２縦壁部４の上端に向かってチューブ11の幅方向に延ば
されている。また、第１横壁部５は、第１縦壁部３がわ
端縁にスリット７の上端部分を形成している。さらに、
第１横壁部５は、第２縦壁部４がわ端縁にスリット８の
上端部分を形成している。そして、第１横壁部５のスリ
ット７、８が形成されていない部分は、チューブ11の内
壁にろう付けにより接合部分とされている。

第２横壁部６は、第１縦壁部３の下端と第２縦壁部４
と下端とを連結するように、第１縦壁部３の下端から第
１横壁部５の延長方向に対して逆方向に向かって延ばさ
れている。また、第２横壁部６は、第１縦壁部３がわ端
縁にスリットの下端部分を形成している。さらに、第２
横壁部６は、第２縦壁部４がわ端縁にスリット８の下端
部分を形成している。そして、第２横壁部６のスリット
７、８が形成されていない部分は、チューブ11の内壁に
ろう付けにより接合される接合部分とされている。

スリット７は、第１横壁部５の第１縦壁部３がわ端縁
から第１縦壁部３を縦断して第２横壁部６の第１縦壁部
３がわ端縁まで切り込まれている。スリット８は、第１
横壁部５の第２縦壁部４がわ端縁から第２縦壁部４を縦
断して第２横壁部６の第２縦壁部４がわ端縁まで切り込
まれている。つまり、スリット７、８は、第１縦壁部３
および第２縦壁部４に連続的につながった縦壁部が存在
しないように、各々のフィン部31およびフィン部41を確
実に分断している。

なお、このスリットフィン２は、スリット７と次列の
スリット７の間隔つまりフィンピッチをＰ、フィン部31
およびフィン部41の長さつまりフィン切れ長さをＬ、ス
リット７、８の幅をＳとしたとき、０＜Ｓ＜Ｌの関係を
満足している。

また、スリット７、８は、過給気の流れ方向に対して
平行方向に（Ｌ＋Ｓ）ピッチで形成されている。さら
に、スリット７、８は、第１縦壁部３と第２縦壁部４と
の間で、（Ｌ＋Ｓ）/2ずらして配設されている。

なお、このスリットフィン２は、第６図および第７図
に示すように、平板21に複数の矩形状穴22を穿設する穴
開け加工を行った後に、平板21を矩形波形状に折曲げる
折曲加工を行って成形されている。

ここで、第10図に示した比較例のオフセットフィン
（Ｌ＝Ｓ）100は、多数の刃具の組合わせの型構造のた
め、刃具の加工限界およびプレス回数に対する型寿命確
保上、現状限界フィンピッチが約2.5mm以下に小さくで
きなかった。しかし、本実施例の限界フィンピッチは約
1.7mmとなり、比較例のオフセットフィン100のフィンピ
ッチｐよりもフィンピッチＰを小さく設定することがで
きる。このため、スリットフィン２の伝熱面積を従来よ
り増大することができるので、冷却性能の向上を達成す
ることができる。

さらに、第１横壁部５および第２横壁部６までスリッ
ト７、８を確実に形成でき、且つフィン部31、41の間に
スリット７、８が確実に確保できる。

つぎに本実施例のインタークーラ１の作用を説明す
る。

過給機によって高温高圧になった過給気は、吸入管15
から吸入側タンク13を通ってチューブ11内に流入する。
そして、過給気は、チューブ11を通過する際に大気と熱
交換して冷却され、吐出側タンク14および吐出管16を通
って内燃機関の燃焼室（図示せず）に供給される。

ここで、本実施例は、スリット７、８によって第１縦
壁部３および第２縦壁部４に連続的につながった縦壁部
が存在しないように、第１横壁部５の第１縦壁部３がわ
端縁、第２横壁部６の第１縦壁部３がわ端縁、および第
１横壁部５の第２縦壁部４がわ端縁、第２横壁部６の第
２縦壁部４がわ端縁まで切り込んで、各々のフィン部31
およびフィン部41を確実に分断している。

よって、第１縦壁部３および第２縦壁部４に発生する
流れの境界層が、第９図に示すように、各スリット７、
８で確実に分断される。このため、流れの境界層が発達
しないので、局所熱伝達（Nu数）の低下を抑制できる。
したがって、高温過給気を効率良く冷却できる。

また、第１縦壁部３および第２縦壁部４を縦断してス
リット７、８が形成されているので、連続的につながっ
ている縦壁部が存在しない。このため、スリット７、８
とフィン部31、41との間で乱れの発生を抑制できる。

したがって、インタークーラ１の過給気側の圧力損失
の増加を抑制できるので、吸入空気重量を増大すること
ができる。よって、内燃機関の性能を飛躍的に向上させ
ることができる。

ここで、本実施例のスリットフィン２は、スリット
７、８の幅Ｓをフィン切れ長さＬより小さくなるように
形成されている。このため、第１縦壁部３および第２縦
壁部４の切り離し部分を減少し、相対的にフィン切れ長
さＬを増大させる。よって、スリットフィン２の伝熱面
積をさらに増大することができるので、さらに冷却性能
の向上を達成することができる。

第８図は本発明の第２実施例のインタークーラの全体
構造を示す。

第１実施例では、熱交換器として積層型インタークー
ラ１を用いたが、熱交換器として偏平チューブ91を有す
るチューブ・フィン型インタークーラ９を用いても良
い。この偏平チューブ91の内部には、本発明のスリット
フィン２が配設されている。隣設する偏平チューブ91間
および偏平チューブ91とサイドプレート92との間には、
クーリングフィン93が配設されている。

本実施例では、熱交換器として空冷式のインタークー
ラを用いたが、熱交換器として水冷式のインタークーラ
を用いても良く、またオイルクーラなど種々の熱交換器
に用いても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の第１実施例を示す。第１
図は空冷式の積層型インタークーラのスリットフィンを
示す正面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は
そのスリットフィンを示す部分斜視図である。第４図は
空冷式の積層型インタークーラの全体構造を示す斜視
図、第５図はそのインタークーラの主要部の構造を示す
斜視図である。第６図はスリットフィンの成形順序を示
す平面図、第７図は第６図のＢ−Ｂ断面図である。 第８図は本発明の第２実施例のインタークーラの全体構
造を示す正面図である。 第９図はスリットのある場合、およびスリットのない場
合における流れの速度ベクトル、境界層の発達度合およ
び局所熱伝達を表したグラフ、第10図は比較例のオフセ
ットフィンを示す斜視図である。 図中 １…空冷式の積層型インタークーラ（熱交換器）、２…
スリットフィン（インナーフィン）、３…第１縦壁部、
４…第２縦壁部、５…第１横壁部、６…第２横壁部、
７、８、…スリット、９…チューブ・フィン型インター
クーラ、11…チューブ、17…流体通路、31、41…フィン
部、91…偏平チューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 魚住 信幸 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 実開 昭56−124777（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部を被熱交換流体が流れ、断面偏平状の
   チューブと、 このチューブ内に、前記被熱交換流体の流れ方向に沿っ
   て配設されるインナーフィンとを備える熱交換器であっ
   て、 このインナーフィンは、前記チューブの幅方向の一端側
   から他端側に向けて並設され前記チューブ内を複数の流
   体通路に区画する複数の縦壁部と、この縦壁部の一端か
   ら前記チューブの幅方向一端側に向かって延ばされ、前
   記チューブの幅方向一端側にて隣合う縦壁部の一端と連
   接する第１横壁部と、前記縦壁部の他端から前記チュー
   ブの幅方向他端側に向かって延ばされ、前記チューブの
   幅方向他端側にて隣合う縦壁部の他端と連接する第２横
   壁部とを有し、この第１横壁部、縦壁部、第２横壁部が
   連続して形成されることにより矩形波形状に形成され、 且つ、このインナーフィンは、前記第１横壁部の少なく
   とも一部から前記縦壁部を縦断し、第２横壁部の少なく
   とも一部を連続して切り欠くスリットを有し 前記インナーフィンのフィン切れ長さをＬ、 前記スリットの幅をＳとしたとき、 Ｌ＞Ｓの関係を満足している熱交換器。