JP3783328B2

JP3783328B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP3783328B2
Application number: JP10627697A
Authority: JP
Inventors: 亀小林; 章夫上田; 正和兵藤; 秀之太田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2017-04-23
Also published as: JPH10300381A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば過給機によって高温となった過給気を冷却風または冷却水と熱交換させて冷却する熱交換器、およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の高出力化の要求が高まるにつれて、過給機を搭載する自動車が増加とともに、高温の過給気を冷却する熱交換器（以下、インタークーラと呼ぶ。）を搭載する自動車が増加傾向にある。このような状況の中で、過給機の性能向上と共に、インタークーラの高性能化、つまり高放熱量化および低圧力損失化の要求も高くなっている。
【０００３】
そして、インタークーラの高性能化の手段として、過給気が流れるチューブ内に配設したインナーフィンによる伝熱面積の増加等の手段により達成されることが知られている。
ところが、インナーフィンの形状によっては、チューブ内の圧力損失の増加を招いてしまい、エンジンの燃焼室へ供給される吸入空気量が減少し、かえって、エンジン性能を低下させてしまうという問題が発生してしまう。
【０００４】
そこで、この問題を解決する手段として、例えば特開平３−４５８９１号公報および特開平３−８４３９６号公報では、矩形波形状に屈曲した折曲山部の折曲谷部の一部から折曲山部の頂点の一部まで切り込んだスリットをインナーフィンに形成したものが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者等は、上記公報に記載のインナーフィンの量産化を図るべく、薄板状のフィン材料にスリットを穴開けした後に、折曲山部に対するスリットの位置合わせ行うことなく、高速プレス成形機を用いてフィン材料を矩形波形状に屈曲させることを試みたが、スリットの位置が折曲山部に対して大きくずれてしまうというスリットの位置ズレ不良（スリット位置ばらつき）が発生した。そして、このスリット位置ズレ不良は、インタークーラの熱交換能力のばらつきを誘発してしまう。
【０００６】
なお、発明者等の詳細な試験調査によれば、スリットの位置ズレは、熱伝達率に関しては殆ど影響がないが、インナーフィンを通過する際の過給気の通風抵抗を最大１６％増加させることが確認されている。
そこで、スリットが形成されたフィン材料を、歯車状のローラを有するローラ成形機を用いて連続的に矩形波形状に屈曲させるとともに、フィン材料の長手方向に並んで形成されているスリットの１つをパイロット用穴とし、ローラの外周に設けたパイロット用ピンをパイロット用穴に嵌め合わせることによって、スリットと折曲山部との位置合わせを行うという手段を試みた。
【０００７】
しかし、フィン材料の板厚が薄い（０．０８ｍｍ）ため、パイロット用穴の縁部分がパイロット用ピンにより引っ張られてパイロット用穴の周囲に亀裂が入ってしまい、折曲山部に対してスリットの位置を合わせることができなかった。
因みに、これらのスリット位置ズレ不良に対して、折曲山部を１つ形成する毎にスリットの位置を合わせるといった手段が考えられるが、この手段では、量産性が著しく低下するため、インナーフィンの製造原価が上昇してしまい、延いてはインタークーラの製造原価上昇を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、折曲山部に対するスリットの位置合わせを行うことなくインナーフィンを製造することにより、インナーフィンの量産性を向上させるとともに、スリット位置ズレ不良に伴う熱交換能力のばらつきを抑制することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１ないし３に記載の発明では、スリット（２２ｂ）は、尾根方向（Ｙ）に３個以上の複数個のスリット（２２ｂ）が並んでおり、第１のスリット（２２ｂ）と、尾根方向（Ｙ）において第１のスリット（２２ｂ）と隣接し、展開方向（Ｘ）において第１のスリット（２２ｂ）に対してずれて形成される第２のスリット（２２ｂ）と、尾根方向（Ｙ）において第１のスリット（２２ｂ）とは異なる側で第２のスリット（２２ｂ）と隣接し、展開方向（Ｘ）において第２のスリット（２２ｂ）に対してずれて形成される第３のスリット（２２ｂ）とを有し、展開方向（Ｘ）において、第１のスリット（２２ｂ）が第３のスリット（２２ｂ）に対してずれていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、仮に、一のスリット（２２ｂ）と折曲山部（２２ａ）との間で位置ズレが発生したとしても、後述するように、その位置ズレが発生した折曲山部（２２ａ）を除く、全ての折曲山部（２２ａ）に位置ズレの影響が連鎖することを防止することができる。
したがって、折曲山部（２２ａ）に対するスリット（２２ｂ）の位置合わせを行うことなくインナーフィンを製造することができるとともに、スリット位置ズレ不良に伴う熱交換能力のばらつきを抑制することができる。
【００１１】
なお、尾根方向（Ｙ）に並んだ複数個のスリット（２２ｂ）間のずれ量は、請求項２に記載の発明のごとく、尾根方向（Ｙ）一端側のスリット（２２ｂ）と他端側のスリット（２２ｂ）とが、スリット（２２ｂ）の寸法のうち展開方向（Ｘ）と平行な寸法（Ｄ）分ずれるように設定することが望ましい。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施の形態について説明する。
本実施形態は、本発明に係る熱交換器をインタークーラに適用したもので、図１はインタークーラ１の斜視図を示している。２は、コンプレッサ（図示せず）によって加圧させた空気（以下、過給気と呼ぶ。）が流通するアルミニウム合金製の偏平チューブ（以下、チューブと略す。）であり、このチューブ２は、図２に示すように、所定形状にプレス成形されたプレート（板）２１をろう付けすることにより形成されている。そして、各チューブ２間には、図１、２に示すように、チューブ２の長手方向と略直交する方向から流れてくる空気（第２流体）と過給気（第１流体）との熱交換を促進するコルゲート状（波形状）に成形されたアルミニウム製のアウターフィン３が配設されており、このアウターフィン３は、チューブ２を構成するプレート２１とともに一体ろう付けされている。
【００１３】
一方、各チューブ２内には、図２に示すように、過給気の熱交換を促進するインナーフィン２２が配設されており、このインナーフィン２２は、図３に示すように、複数個の矩形折曲山部（以下、折曲山部と略す。）２２ａを有するように矩形コルゲート状に形成されている。
そして、インナーフィン２２には、インナーフィン２２の厚み方向に貫通する複数個のスリット（切欠き）２２ｂが、インナーフィン２２の展開方向Ｘ、および展開方向と直交する尾根方向Ｙに並んで形成されている。
【００１４】
また、スリット２２ｂのうち尾根方向Ｙに並んだ複数個のスリット２２ｂは、互いに展開方向Ｘに所定量ずれている。そして、そのずれ量δは、本実施形態では、尾根方向Ｙに並んだ複数個のスリット２２ｂのうち、尾根方向Ｙ一端側のスリット２２ｂと他端側のスリット２２ｂとが、略スリット寸法Ｄ（図４参照）となるように、スリット寸法Ｄを尾根方向Ｙに並んだスリット２２ｂの数Ｎから１を引いた値で除した値（δ＝Ｄ／（Ｎ−１））である。
【００１５】
ここで、スリット寸法Ｄとは、図４に示すように、スリット２２ｂの寸法のうち展開方向Ｘと平行な寸法をいう。
因みに、本実施形態では、スリット寸法Ｄは、折曲山部２２ａの展開長さＬ（折曲山部２２ａの谷部２２ｃの中央から隣の谷部２２ｃの中央までの展開寸法（図３の（ｂ）参照））の半分である。
【００１６】
また、図１中、４は過給気が流入する流入口であり、５はインタークーラ１によって冷却された過給気が流出する流出口である。また、６は流入口４から流入した過給気を各チューブ２に分配する分配タンク部であり、７は各チューブ２を流通してきた過給気を集合させる集合タンク部である。
次に、本実施形態に係るインタークーラ１のインナーフィン２２の製造方法について述べる。
【００１７】
図５は、インナーフィン２２を製造するフィン製造装置１００の模式図であり、このフィン製造装置１００は、プレス工程をなすプレス成形装置部１１０と、ローラ成形工程をなすローラ成形装置部１２０と、縮め工程をなす送り装置部１３０および摩擦ブレーキ部１４０とから構成されている。
そして、プレス成形装置部１１０は、薄板状のフィン材料５０の長手方向（送り方向）と垂直な方向に移動可能な可動型１１１と、プレス成形装置部１１０に固定された固定型１１２とからなり、尾根方向Ｙに並んだ複数個のスリット２２ｂが、互いに展開方向Ｘに所定量ずれるように、同時に複数個のスリット２２ｂを形成するものである。
【００１８】
また、ローラ成形装置部１２０は、一対の歯車状ローラ１２１、１２２を有し、プレス工程後のスリット２２ｂが形成されたフィン材料５０を折り曲げて矩形コルゲート状に成形するものであり、送り装置部１３０は、一対の歯車状ローラ１３１、１３２からなるものである。
なお、このローラ成形装置部１２０では、パイロット用ピン等の手段により、折曲山部２２ａに対するスリット２２ｂの位置を合わせるための特別な手段を講じておらず、送り装置部１３０の送り速度に連動して、順次、折曲山部２２ａを形成している。
【００１９】
また、摩擦ブレーキ部１４０は、金属製のブレーキ部材１４１をばね手段１４２等によって折曲山部２２ａの頂点側に押圧することにより、ローラ成形工程後、送り装置部１３０から送り出されてきたフィン材料５０に対して制動力を作用させて、各折曲山部２２ａ間の距離が所定値となるようにフィン材料５０を縮めるものである。
【００２０】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
ところで、仮に、尾根方向Ｙに並んだ複数個のスリット２２ｂが、互いに展開方向Ｘにずれておらず、同一線上に並んでいた場合には、ローラ成形工程にて最初に形成される折曲山部２２ａに対するスリット２２ｂの位置が所定の位置からズレた場合には、その最初に発生した位置ズレは、その後に形成される全ての折曲山部２２ａに対して影響を与える。
【００２１】
これに対して、本実施形態では、前述のごとく、尾根方向Ｙに並んだ複数個のスリット２２ｂが、互いに展開方向Ｘにずれるようにスリット２２ｂが形成されているので、最初に発生した位置ズレが、その後に形成される全ての折曲山部２２ａに対して連鎖的に影響を与えるといったことを防止することができる。
換言すれば、最初に形成される折曲山部２２ａに対して位置ズレが生じたとしても、所定の周期（所定個の折曲山部２２ａ）毎に、スリット２２ｂが折曲山部２２ａに対して所定の位置となる位置ズレのない状態が発生させることができる。
【００２２】
したがって、個々の折曲山部２２ａとスリット２２ｂとの関係で観察すれば、個々に異なる位置ズレが発生しているが、位置ズレのない状態（位置ズレ量が等しい状態）を周期的に発生させることができる。つまり、インナーフィン２２の平均位置ズレ量のばらつきを小さくすることができので、インタークーラ１の熱交換能力のばらつきを効果的に抑制することができる。
【００２３】
ところで、上述の実施形態では、スリット寸法Ｄは、折曲山部２２ａの展開長さＬの半分であったが、本発明は、これに限定されるものではなく、スリット寸法Ｄを展開長さＬの実数倍としてもよい。因みに、図６はスリット寸法Ｄと展開長さＬとを等しくしたときのインナーフィン２２の斜視図である。
また、図７に示すように、千鳥状にずれた２つのスリット２２ｂを１組として、スリット２２ｂを展開方向Ｘにずらしてもよい。因みに、図８は図７に示されたインナーフィン２２の展開図である。
【００２４】
また、上述の実施形態では、スリット２２ｂの形状は矩形状であったが、楕円状もしくは長円状としてもよい。
また、本発明に係る熱交換器は、インタークーラのみならず、オイルクーラ等その他の熱交換器に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インタークーラの斜視図である。
【図２】偏平チューブの断面図である。
【図３】（ａ）はインナーフィンの斜視図であり、（ｂ）はインナーフィンの側面図である。
【図４】インナーフィン（フィン材料）の展開図である。
【図５】フィン製造装置の模式図である。
【図６】本発明の変形例に係るインナーフィンの斜視図である。
【図７】本発明の変形例に係るインナーフィンの斜視図である。
【図８】図７に示されたインナーフィン（フィン材料）の展開図である。
【符号の説明】
２…偏平チューブ、２２…インナーフィン、２２ａ…折曲山部、
２２ｂ…スリット。

Claims

内部に第１流体が流通するチューブ（２）と、
前記チューブ（２）内に配設され、複数個の折曲山部（２２ａ）が形成されたコルゲート状のインナーフィン（２２）とを有し、
前記第１流体と、前記チューブ（２）の外部を流通する第２流体との間で熱交換を行う熱交換器（１）であって、
前記インナーフィン（２２）には、前記インナーフィン（２２）の厚み方向に貫通する複数個のスリット（２２ｂ）が、前記インナーフィン（２２）の展開方向（Ｘ）、および前記展開方向（Ｘ）と直交する尾根方向（Ｙ）に形成されており、
前記スリット（２２ｂ）は、前記尾根方向（Ｙ）に３個以上の複数個の前記スリット（２２ｂ）が並んでおり、第１のスリット（２２ｂ）と、前記尾根方向（Ｙ）において前記第１のスリット（２２ｂ）と隣接し、前記展開方向（Ｘ）において前記第１のスリット（２２ｂ）に対してずれて形成される第２のスリット（２２ｂ）と、前記尾根方向（Ｙ）において前記第１のスリット（２２ｂ）とは異なる側で前記第２のスリット（２２ｂ）と隣接し、前記展開方向（Ｘ）において前記第２のスリット（２２ｂ）に対してずれて形成される第３のスリット（２２ｂ）とを有し、
前記展開方向（Ｘ）において、前記第１のスリット（２２ｂ）が前記第３のスリット（２２ｂ）に対してずれていることを特徴とする熱交換器。
前記尾根方向（Ｙ）に並んだ複数個の前記スリット（２２ｂ）のうち、前記尾根方向（Ｙ）一端側の前記スリット（２２ｂ）と他端側の前記スリット（２２ｂ）とは、前記スリット（２２ｂ）の寸法のうち前記展開方向（Ｘ）と平行な寸法（Ｄ）分ずれていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記展開方向（Ｘ）に並んだ２列の複数個の前記スリット（２２ｂ）が千鳥状にずれて形成されており、前記尾根方向（Ｙ）に並んで千鳥状にずれた２つのスリット（２２ｂ）を１組として、各組のスリット（２２ｂ）が前記展開方向（Ｘ）にずれていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
請求項１ないし３のうちのいずれか１つに記載の熱交換器のインナーフィン製造方法であって、
薄板状のフィン材料に前記複数個のスリット（２２ｂ）を同時に形成するプレス工程と、
一対の歯車状のローラ間に前記プレス工程終了後の前記薄板を挿入することにより、前記折曲山部（２２ａ）を連続的に形成するローラ成形工程とを有することを特徴とする熱交換器のインナーフィン製造方法。