JP4483536B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、チューブとフィンとにより構成される熱交換部の伝熱性能を向上させる熱交換器に関するもので、例えば、車両空調用の熱交換器(冷媒放熱器、冷媒蒸発器、温水放熱器)やエンジン用ラジエータ等に用いて好適なものである。 The present invention relates to a heat exchanger that improves the heat transfer performance of a heat exchanging section composed of tubes and fins, for example, a heat exchanger for vehicle air conditioning (refrigerant radiator, refrigerant evaporator, hot water radiator). ) And radiators for engines and the like.
従来のこの種の熱交換器の代表的なものは、冷媒等の流体が流れる断面扁平状に形成された扁平チューブと、この扁平チューブの外側扁平面に接合される、波状に曲げ形成されたコルゲートフィンとにより熱交換部を構成している。 A typical example of this type of conventional heat exchanger is formed in a wavy shape, joined to a flat tube formed into a flat cross section through which a fluid such as a refrigerant flows, and an outer flat surface of the flat tube. The heat exchange part is constituted by the corrugated fins.
そして、コルゲートフィンには短冊状の細片からなる複数のルーバを斜めに切り起こすことにより、フィン表面での境界層の連続的な発達を分断、阻止して、伝熱性能の向上を図っている。 And by corrugating fins, a plurality of louvers made of strip-shaped strips are diagonally cut up to divide and prevent the continuous development of the boundary layer on the fin surface to improve heat transfer performance. Yes.
また、別形式の熱交換器として、本発明者は図10のように波状に曲げ形成されたコルゲートフィン12に、空気の流れ方向Aに蛇行する突出部20を形成して、空気流れの乱流化により伝熱性能の向上を図ることを特許文献1にて提案している。
前者の従来技術では、フィンのうち扁平チューブとの接合部分(非ルーバ部分)および扁平チューブの外側扁平面は連続した平坦な面になっているので、境界層が発達して空気への熱伝達が悪化する。 In the former prior art, the joint part (non-louver part) of the flat tube of the fin and the outer flat surface of the flat tube are continuous flat surfaces, so the boundary layer develops and heat transfer to the air Gets worse.
また、本発明者の検討によると、後者の従来技術(特許文献1)では、空気が空気流れ方向Aと交差する一方向(図10の上下方向)のみに蛇行する(矢印A’参照)だけであるので、空気流れの乱流化が不十分となり、伝熱性能の向上効果が不十分であることが判明した。 Further, according to the study of the present inventor, in the latter prior art (Patent Document 1), the air only meanders in one direction (vertical direction in FIG. 10) intersecting the air flow direction A (see arrow A ′). Therefore, it has been found that the turbulence of the air flow becomes insufficient and the effect of improving the heat transfer performance is insufficient.
本発明は、上記点に鑑み、空気流れの乱流化の促進により伝熱性能を向上できる熱交換器を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a heat exchanger that can improve heat transfer performance by promoting turbulence of an air flow.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、流体が流れる複数本のチューブ(11)と、
前記チューブ(11)の外表面に設けられて前記チューブ(11)の周りを流れる空気との熱交換面積を増大させるフィン(12)とを備え、
前記フィン(12)には、隣接する前記チューブ(11)相互間に位置する平板部(12a)が形成されており、
前記平板部(12a)に、前記平板部(12a)の板面から前記板面の表裏両側に所定の高さで突き出す突起部(12c、12d)を形成するとともに、前記突起部(12c、12d)を前記平板部(12a)の板面上の空気流れ方向(A)と直交する方向に蛇行状に形成し、
前記板面の表側に突き出す表側突起部(12c)と前記板面の裏側に突き出す裏側突起部(12d)は、前記空気流れ方向(A)に交互に形成され、
前記表側突起部(12c)と前記裏側突起部(12d)の断面形状はともに矩形状であり、
前記表側突起部(12c)と前記裏側突起部(12d)との間には平坦部が形成されて
おり、
前記平坦部の前記空気流れ方向(A)の長さ(P)が、前記両突起部(12c、12d)の前記空気流れ方向(A)の幅(d)よりも長いことを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, a plurality of tubes (11) through which a fluid flows;
A fin (12) provided on the outer surface of the tube (11) to increase the heat exchange area with the air flowing around the tube (11);
The fin (12) is formed with a flat plate portion (12a) positioned between the adjacent tubes (11),
Protrusions (12c, 12d) projecting from the plate surface of the flat plate portion (12a) to the front and back sides of the plate surface at a predetermined height are formed on the flat plate portion (12a), and the projection portions (12c, 12d) ) In a meandering manner in a direction perpendicular to the air flow direction (A) on the plate surface of the flat plate portion (12a),
Front side protrusions (12c) protruding to the front side of the plate surface and back side protrusions (12d) protruding to the back side of the plate surface are alternately formed in the air flow direction (A),
The cross-sectional shapes of the front side protrusion (12c) and the back side protrusion (12d) are both rectangular.
A flat portion is formed between the front side protrusion (12c) and the back side protrusion (12d).
And
A length (P) of the flat portion in the air flow direction (A) is longer than a width (d) of the protrusions (12c, 12d) in the air flow direction (A) .
これによると、突起部(12c、12d)がフィン(12)の板面から突き出すことにより、空気流れに2次流れ(A1)を形成できると同時に、突起部(12c、12d)が平板部(12a)の板面上の空気流れ方向(A)と直交する方向に蛇行状に延びるので、この蛇行形状によっても方向の異なる別の2次流れ(A2)を形成できる。 According to this, since the protrusions (12c, 12d ) protrude from the plate surface of the fin (12), a secondary flow (A1) can be formed in the air flow, and at the same time, the protrusions (12c, 12d ) are flat. Since it extends in a meandering manner in a direction perpendicular to the air flow direction (A) on the plate surface of the portion (12a), another secondary flow (A2) having a different direction can be formed by this meandering shape.
この異なる方向の2つの2次流れ(A1、A2)の形成によって空気流れの乱流化を効果的に促進できる。これによって、空気側熱伝達率を向上でき、熱交換器の伝熱性能を向上できる。 The formation of two secondary flows (A1, A2) in different directions can effectively promote turbulence of the air flow. Thereby, the air side heat transfer rate can be improved and the heat transfer performance of the heat exchanger can be improved.
しかも、請求項1に記載の発明では、前記突起部(12c、12d、12e)を前記平板部(12a)の板面の表裏両側に突き出すように形成し、前記板面の表側に突き出す表側突起部(12c)と前記板面の裏側に突き出す裏側突起部(12d)は、前記空気流れ方向(A)に交互に形成され、前記表側突起部(12c)と前記裏側突起部(12d)の断面形状はともに矩形状であり、前記表側突起部(12c)と前記裏側突起部(12d)との間には平坦部が形成されている。このようなフィン構成とすることで、空気流れの乱流化をより一層効果的に達成できる。 Moreover, in the first aspect of the present invention , the protrusions (12c, 12d, 12e) are formed so as to protrude on both the front and back sides of the plate surface of the flat plate portion (12a), and the front protrusions protrude to the front side of the plate surface. The back side protrusions (12d) protruding to the back side of the plate surface and the part (12c) are alternately formed in the air flow direction (A), and the cross section of the front side protrusion (12c) and the back side protrusion (12d). Both of the shapes are rectangular, and a flat portion is formed between the front side protrusion (12c) and the back side protrusion (12d). By setting it as such a fin structure, the turbulent flow of an air flow can be achieved still more effectively.
請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載の熱交換器において、前記突起部(12c、12d)は、具体的には、前記空気流れ方向(A)に前記幅(d)を持つ堤状に形成すればよい。
As in the invention described in claim 2, in the heat exchanger according to claim 1, wherein the protrusions (12c, 12d), specifically, the said width direction of air flow (A) (d) What is necessary is just to form in the shape of a bank with.
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の熱交換器において、前記チューブ(11)は断面扁平状の扁平チューブであり、
前記フィン(12)は、前記平板部(12a)と前記扁平チューブ(11)の外側扁平面に接合される曲げ連結部(12b)とを有する波形状に形成されたコルゲートフィンであることを特徴とする。
In invention of Claim 3 , in the heat exchanger of Claim 1 or 2 , the said tube (11) is a flat tube of a cross-sectional flat shape,
The fin (12) is a corrugated fin formed in a wave shape having the flat plate portion (12a) and a bending connection portion (12b) joined to an outer flat surface of the flat tube (11). And
請求項4に記載の発明では、請求項1または2に記載の熱交換器において、前記フィン(12)は、前記平板部(12a)の板面に前記チューブ(11)が挿入され固定されるチューブ挿入穴(12f)を設けたプレートフィンであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the heat exchanger according to the first or second aspect , the fin (12) is fixed by inserting the tube (11) into a plate surface of the flat plate portion (12a). It is a plate fin provided with a tube insertion hole (12f).
請求項3、4に記載のように、本発明は、コルゲートフィン型熱交換器およびプレートフィン型熱交換器のいずれにおいても良好に実施できる。
As described in the third and fourth aspects, the present invention can be favorably implemented in both the corrugated fin type heat exchanger and the plate fin type heat exchanger.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
図1〜図4は本発明の第1実施形態を示すもので、図1は本実施形態による車両空調用冷凍サイクルの冷媒放熱器10を示す。冷媒放熱器10は、車両空調用冷凍サイクルの圧縮機(図示せず)の吐出側に接続されて、圧縮機吐出冷媒(高圧側冷媒)の熱を空気中に放出して冷媒を冷却するものである。
(First embodiment)
1 to 4 show a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 shows a
通常のフロン系冷媒を用いる冷凍サイクルでは圧縮機の冷媒吐出圧が冷媒の臨界圧力未満であるので、冷媒放熱器10内で冷媒は凝縮しながら放熱を行う。これに対し、冷媒として二酸化炭素(CO2)等の冷媒を用いる冷凍サイクルでは圧縮機の冷媒吐出圧が冷媒の臨界圧力以上になるので、冷媒放熱器10内で冷媒は凝縮することなく超臨界状態にて放熱を行う。
In a refrigeration cycle using a normal chlorofluorocarbon refrigerant, the refrigerant discharge pressure of the compressor is less than the critical pressure of the refrigerant, so that the refrigerant radiates heat while condensing in the
冷媒放熱器10は、チューブ11とフィン12とにより構成される熱交換部を備えている。チューブ11は所定間隔を置いて図1の上下方向に複数本並列配置され、この複数本のチューブ11相互間にフィン12を設けている。このフィン12は、チューブ11の外表面に接合されて空気との伝熱面積を増大させて冷媒と空気との熱交換を促進するものである。
The
チューブ11の長手方向(図1の左右方向)の両端側にはヘッダタンク13、14を設けている。このヘッダタンク13、14は、チューブ11の長手方向と直交する方向(上下方向)に延びて各チューブ11内の冷媒通路と連通する。そして、チューブ11およびフィン12からなる熱交換部のチューブ・フィン積層方向(図1の上下方向)の両端部に、補強部材をなすサイドプレート15、16を配置している。
ヘッダタンク13、14にはそれぞれ外部冷媒配管(図示せず)との接続用のジョイントブロック17、18が設けられ、この両ジョイントブロック17、18のいずれか一方が冷媒入口部を構成し、他方が冷媒出口部を構成する。
Each of the
なお、本実施形態では、チューブ11、フィン12、ヘッダタンク13、14、サイドプレート15、16およびジョイントブロック17、18をすべて、熱伝導性に優れた金属であるアルミニウム合金にて成形し、これらの金属部材11〜16をろう付けにて一体に接合する構成になっている。
In the present embodiment, the
図2は図1の熱交換部の一部断面図であって、冷媒放熱器10のチューブ11は、図2に示すように押し出し加工又は引き抜き加工により内部に複数個の冷媒通路穴11aが並列に形成された扁平状の多穴チューブである。チューブ11の扁平形状は空気流れ方向Aと平行になっている。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the heat exchanging portion of FIG. 1. The
また、フィン12は図4に示すように平坦な平板部12aと、隣り合う平板部12a相互間を繋ぐ曲げ連結部12bとを有するように波状に曲げ形成されたコルゲートフィンである。曲げ連結部12bの頂部もほぼ平坦な面となっている。
Further, the
このコルゲートフィン12は、0.5mm程度の薄板金属材料により成形されている。フィン12の曲げ連結部12bは図2に示すようにチューブ11の外側扁平面(外側平坦面)に接触してろう付けされる。
The
図3は図2のX−X断面図であり、フィン12の平板部12aにはその板面の表裏両側(図3の上下両側)へ突き出す突起部12c、12dが一体に形成されている。ここで、突起部12cは図3において平板部12aの板面の上側へ突き出すもので、突起部12dは平板部12aの板面の下側へ突き出すものである。図2と図4では、この両突起部12c、12dの区別を明示するために、一方の突起部12dを便宜上実線ではなく破線で図示している。
3 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 2. The
ここで、突起部12c、12dの断面形状は図3に示すようにほぼ矩形状であり、空気流れ方向Aに所定の幅dを持つ。突起部12cと突起部12dは空気流れ方向Aに所定間隔Pにて交互に形成されている。
Here, the cross-sectional shape of the
そして、両突起部12c、12dは、フィン12の平板部12aの板面において空気流れ方向Aと直交する方向(図2、図4の上下方向)に蛇行状に細長く延びる形状、すなわち、堤状の形状になっている。
The
なお、突起部12c、12dの間隔Pは例えば、0.5mm程度で、突起部12c、12dの突出高さhは例えば、0.25mm程度で、突起部12c、12dの堤形状の幅dは例えば、0.25mm程度である。
The interval P between the
また、突起部12c、12dの蛇行状の堤形状は、図2、図4から理解されるように平板部12aの板面の幅寸法(空気流れ方向Aと直交する方向の寸法)Wの大部分の範囲、具体的にはWの80〜90%程度の範囲に渡って形成されている。
Further, the meandering bank shape of the
上記構成において本実施形態の作用効果を説明する。冷媒放熱器10に対して図示しない送風機により冷却空気が矢印A方向に送風されると、突起部12c、12dがフィン板面表裏両側へ突き出しているため、矢印A方向の空気流れの中に、この板面表裏両側への2次流れA1(図3参照)が生じる。
The operational effects of the present embodiment in the above configuration will be described. When the cooling air is blown in the direction of arrow A by a blower (not shown) with respect to the
更に、突起部12c、12dはフィン板面において空気流れ方向Aと直交する方向に蛇行状に細長く延びる堤形状になっているので、この蛇行状の堤形状によって空気流れ直交方向にも2次流れA2(図2参照)が生じる。
Further, since the
このように突起部12c、12dの形成によって、異なる2方向の2次流れA1、A2が生じるため、フィン平板部12aの板面全域における空気流れの乱流化を促進できる。これにより、フィン平板部12aの板面、フィン曲げ連結部12bおよびチューブ11の外側扁平面における境界層を破壊して、これら各部の熱伝達率を向上できる。従って、冷媒放熱器10の伝熱性能を効果的に向上できる。
As described above, since the secondary flows A1 and A2 in two different directions are generated by the formation of the
(他の実施形態)
なお、本発明は上述の一実施形態に限定されることなく次のごとく種々変形可能である。例えば、突起部12c、12dの形態は図5〜図8のように種々変更できる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment and can be variously modified as follows. For example, the shape of the
図5は、突起部12c、12dの空気流れ方向Aに対する蛇行形状の凹凸を図2、図4と逆にしている。
In FIG. 5, the meandering irregularities of the
図6は図2、図4の突起部12c、12dの両端部に空気流れ下流側に向かう湾曲部a、bを追加した形状にしている。なお、図5の蛇行形状において、突起部12c、12dの両端部に空気流れ上流側に向かう湾曲部を追加してもよい。
FIG. 6 has a shape in which curved portions a and b toward the downstream side of the air flow are added to both ends of the
上述の図2〜図4では各フィン平板部12aの突起部12c、12dを一定の間隔Pで形成する例を図示しているが、図7では各フィン平板部12aの突起部12c、12dの間隔Pを一定とせずに、空気流れ方向Aに沿って変更する例を示している。このため、フィン平板部12aの突起部12c、12dの位置が空気流れ方向Aに対してずれることになる。
2 to 4 show an example in which the
なお、図2〜図7では、いずれも、各フィン平板部12aの板面の表裏両側に突起部12c、12dを突き出しているが、各フィン平板部12aの板面の表裏両側のうち片側のみに突起部12c、12dを突き出すようにしてもよい。
In FIGS. 2 to 7, the
また、図2〜図7では、いずれも、突起部12c、12dを断面矩形状の所定の幅寸法(空気流れ方向Aの幅寸法)を持つ堤形状に形成しているが、図8は突起部12eをフィン平板部12aの板面から直角状(L状)に切り起こした細片で形成している。
2 to 7, the
そして、この切り起こし突起部12eを空気流れ方向Aと直交する方向に蛇行状に延びるように形成する。この切り起こし突起部12eの蛇行形状は図2等と同じでよいので、図示を省略する。なお、切り起こし突起部12eの切り起こし高さHは、0.1〜0.5mm程度の微小寸法である。
And this cut-and-raised
図8の突起部12eに空気流れが衝突することにより、図3の2次流れA1に対応する2次流れA1が形成される。そして、突起部12eの空気流れ方向Aと直交方向への蛇行形状によって、図2の2次流れA2に対応する2次流れ(図示せず)を形成できる。従って、図8の突起部12eにおいても、異なる2方向の2次流れA1、A2を形成でき、乱流化の促進によって伝熱性能を向上できる。
When the air flow collides with the
なお、図8では、フィン平板部12aの板面の片側のみ(図8の上側のみ)に突起部12eを切り起こす例を図示しているが、フィン平板部12aの板面の両側(図8の上下両側)に突起部12eを切り起こし形成してもよい。
8 illustrates an example in which the
また、上述の一実施形態では、フィン12として波状に曲げ成形されるコルゲートフィンについて説明したが、本発明による突起部12c、12dは図9に示す平板状のプレートフィン12の平板部12aの板面にも同様に形成できるから、チューブ11とプレートフィン12との組み合わせにより構成される熱交換部を持つプレートフィン型熱交換器にも本発明は適用できる。
Further, in the above-described embodiment, the corrugated fin bent and formed in a wave shape as the
なお、このプレートフィン型熱交換器では周知のごとくプレートフィン12の平板部12aの板面にチューブ11が貫通するチューブ挿入穴12fを設け、複数枚のプレートフィン12のチューブ挿入穴12fにチューブ11を串刺状に挿入し固定するから、プレートフィンの平板部12aの板面はチューブ11の長手方向に直交する配置となる。
In this plate fin type heat exchanger, as is well known, a
突起部12c、12dの代わりに、図8に示す切り起こし細片からなる突起部12eを図9に示す平板状のプレートフィン12の平板部12aに形成してもよい。
Instead of the projecting
また、上述の一実施形態では、本発明を車両空調用の冷媒放熱器10に適用した例について説明したが、車両空調用の冷媒蒸発器や温水放熱器(ヒータコア)、エンジン用ラジエータ、更に住宅用空調装置の熱交換器等、種々な用途の熱交換器一般には広く適用できる。
Further, in the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the
11…チューブ、12…フィン、12a…平板部、12b…曲げ連結部、
12c、12d、12e…突起部。
11 ... Tube, 12 ... Fin, 12a ... Flat plate part, 12b ... Bending connection part,
12c, 12d, 12e ... projections.
Claims (4)
前記チューブ(11)の外表面に設けられて前記チューブ(11)の周りを流れる空気との熱交換面積を増大させるフィン(12)とを備え、
前記フィン(12)には、隣接する前記チューブ(11)相互間に位置する平板部(12a)が形成されており、
前記平板部(12a)に、前記平板部(12a)の板面から所定の高さで前記板面の表裏両側に突き出す突起部(12c、12d)を形成するとともに、前記突起部(12c、12d)を前記平板部(12a)の板面上の空気流れ方向(A)と直交する方向に蛇行状に形成し、
前記板面の表側に突き出す表側突起部(12c)と前記板面の裏側に突き出す裏側突起部(12d)は、前記空気流れ方向(A)に交互に形成され、
前記表側突起部(12c)と前記裏側突起部(12d)の断面形状はともに矩形状であり、
前記表側突起部(12c)と前記裏側突起部(12d)との間には平坦部が形成されており、
前記平坦部の前記空気流れ方向(A)の長さ(P)が、前記両突起部(12c、12d)の前記空気流れ方向(A)の幅(d)よりも長いことを特徴とする熱交換器。 A plurality of tubes (11) through which fluid flows;
A fin (12) provided on the outer surface of the tube (11) to increase the heat exchange area with the air flowing around the tube (11);
The fin (12) is formed with a flat plate portion (12a) positioned between the adjacent tubes (11),
Protrusions (12c, 12d) projecting from the plate surface of the flat plate portion (12a) to the front and back sides of the flat plate portion (12c) are formed on the flat plate portion (12a) at a predetermined height. ) In a meandering manner in a direction perpendicular to the air flow direction (A) on the plate surface of the flat plate portion (12a),
Front side protrusions (12c) protruding to the front side of the plate surface and back side protrusions (12d) protruding to the back side of the plate surface are alternately formed in the air flow direction (A),
The cross-sectional shapes of the front side protrusion (12c) and the back side protrusion (12d) are both rectangular.
A flat portion is formed between the front side protrusion (12c) and the back side protrusion (12d) ,
The length (P) of the flat portion in the air flow direction (A) is longer than the width (d) of the projections (12c, 12d) in the air flow direction (A). Exchanger.
前記フィン(12)は、前記平板部(12a)と前記扁平チューブ(11)の外側扁平面に接合される曲げ連結部(12b)とを有する波形状に形成されたコルゲートフィンであることを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器。 The tube (11) is a flat tube having a flat cross section.
The fin (12) is a corrugated fin formed in a wave shape having the flat plate portion (12a) and a bending connection portion (12b) joined to an outer flat surface of the flat tube (11). The heat exchanger according to claim 1 or 2 .
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