JP5753725B2

JP5753725B2 - コルゲートフィン型熱交換器

Info

Publication number: JP5753725B2
Application number: JP2011098600A
Authority: JP
Inventors: 卓也文後; 哲佐久間
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-04-26
Also published as: JP2012229862A

Description

本発明は、自動車のエンジン冷却水の冷却用ラジエータや、空調用熱交換器等に広く用いられているコルゲートフィン型熱交換器に関し、特に、そのフィン表面の切起しルーバに特徴があるものである。

コルゲートフィン型熱交換器は、そのコアが図７に示すごとく、偏平チューブ11とコルゲートフィン12とが交互に配置され、それらの各接触部を一体にろう付け固定したものである。そのコルゲートフィン12の表面には、図５および図６に示すごとく、多数の通常ルーバ１が定ピッチに切起し成形されている。そして、その空気流通方向の両端には入口平坦部２と出口平坦部４とが配置され、且つその中間部に中間平坦部３が配置されている。

その中間平坦部３の両端には第１転向ルーバ６および第２転向ルーバ７が、その中間平坦部３と連続してハの字状に形成されている。そして、入口平坦部２および出口平坦部４には、入口ルーバ５および出口ルーバ８がヘの字状に連続して形成されている。なお、各ルーバの切り起こし方向は、中間平坦部３を境に気体９の上流側と下流側とでその向きを逆にする。
入口ルーバ５と、第１転向ルーバ６と、第２転向ルーバ７と、出口ルーバ８は、それぞれ通常ルーバ１の幅Ｌの半分に形成されている。このようなルーバが図６のごとく、各偏平チューブ11間に多数並列する。

本発明者の実験によれば、従来のコルゲートフィン型熱交換器は、図６に示すごとく、気体９が左から右へ流通するとき、中間平坦部３と、その上流側および下流側に位置する多数の通常ルーバ１との作用により、流通路10は山形に形成される。それにより、流路長を長くして、熱交換を促進させている。
ところが、よく観察すると、その流通路10の形状は左右非対称になる。即ち、気体９の入口側の傾斜角度が大きく、出口側がそれより傾斜が小さい。このように、流通路10の傾斜がゆるくなると、その分だけ流路長が短くなり、熱交換性能が低下することになる。

そこで、本発明者はその原因を確かめるべく、図５における隣接する各通常ルーバ１、１の間、それと、出入口ルーバとの間、通常ルーバと転向ルーバとの間の各Ｐにおいて、その流速を測定してみた。すると、図２（Ｂ）の丸印のごとく、入口ルーバ５の位置および第２転向ルーバ７の位置でルーバ内速度が、他の点に比べて急激に低下していることがわかった。このような流速の低下があると、その位置では図３の丸印の折れ線のごとく、熱伝達率が他の位置より低下している。
そこで、本発明者は、かかる流速低下および熱伝達率の低下を防止するため、各種実験を試み、その実験結果に基づいて本発明を完成する。

請求項１に記載の本発明は、偏平チューブとコルゲートフィンとが交互に配置され、そのフィンの表面に気体流通方向へ互いに離間して、多数の同一幅の通常ルーバ(1)が定間隔に切り起こしされたコルゲートフィン型熱交換器において、
そのフィンの表面には、気体の入口端部と中間部と出口端部に、それぞれルーバの存在しない入口平坦部(2)と中間平坦部(3)と出口平坦部(4)とを有し、
入口平坦部(2)の下流端には入口ルーバ(5)がその平坦部(2)に連続して、断面への字状に切り起こされ、
中間平坦部(3)の入口側および出口側には、第１転向ルーバ(6)、第２転向ルーバ(7)がそれぞれ中間平坦部(3)に連続して、断面ハの字状に切り起こされ、
出口平坦部(4)にはその風上側に出口ルーバ(8)が出口平坦部(4)に連続して、断面への字状に切り起こされ、
入口ルーバ(5)の幅Ｌ₁および第２転向ルーバ(7)の幅Ｌ₃が、通常ルーバ(1)の幅Ｌの半分を超える幅で且つ、それにより前記中間平坦部(3)の両側に形成される空気流の流れを流通方向の横断面において略対称の山形に形成にしたことを特徴とするコルゲートフィン型熱交換器である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記第１転向ルーバ(6)の幅Ｌ_２が前記通常ルーバ(1)の幅Ｌと同程度の幅に形成されたコルゲートフィン型熱交換器である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記入口ルーバ(5)の幅Ｌ _１が、前記通常ルーバ(1)の幅Ｌと同程度の幅に形成され、
前記第２転向ルーバ(7)の幅Ｌ ₃ が、前記通常ルーバ (1)の幅Ｌと同程度の幅に形成されたコルゲートフィン型熱交換器である。

本発明のコルゲートフィン型熱交換器によれば、入口ルーバ５の幅Ｌ₁および第２転向ルーバ７の幅Ｌ₃が、通常ルーバ１の幅Ｌの半分を超える幅で且つ、それにより中間平坦部(3)の両側に形成される空気流の流れを略対称の山形に形成にしたものである。
そのため、空気の流通が図２（Ａ）に示すごとく、流通方向横断面において傾斜の大きな略対称の山形に形成され、その分だけ流路長を長くして全体として熱交換性能を向上する。特に、図２（Ｂ）に示すごとく、入口ルーバ５のルーバ内速度と、第２転向ルーバ７のルーバ内速度とを速くし、そこにおける熱伝達率を図３のごとく向上し、全体として放熱性の高いコルゲートフィン型熱交換器を提供できる。即ち、従来型熱交換器に比べて、入口ルーバ５および第２転向ルーバ７近傍における流速および熱伝達率を著しく向上する。

本発明のコルゲートフィン型熱交換器に使用されるフィンの第１実施例を示す説明図。（Ａ）本発明のフィンの第２実施例を示す説明図、（Ｂ）空気流のルーバ内速度を示す説明図（縦軸：ルーバ内速度，横軸：図２（Ａ）および図６におけるルーバピッチ区切り，白丸：一般フィン（従来型フィン），黒四角：本発明フィン）。フィンの熱伝達性能を示す説明図（縦軸：熱伝達率，横軸：図２（Ａ）および図６におけるルーバピッチ区切り，白丸：一般フィン（従来型フィン），黒四角：本発明フィン）。本発明のコルゲートフィンの第３の実施例。従来型熱交換器に使用されているフィンの例を示す説明図。同フィンの気体流れ説明図。コルゲートフィン型熱交換器の要部正面図。

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における第１実施例の要部説明図であり、図２（Ａ）は第２実施例の要部説明図であって、図７におけるII−II矢視断面図である。
この熱交換器は、エンジン冷却水冷却用ラジエータや、空調用熱交換器あるいはインタークーラ等の熱交換器に用いることができる。

そのコアは図７に示すごとく、多数の偏平チューブ11とコルゲートフィン12とが交互に並列し、それらの接触部が互いにろう付け固定されている。各偏平チューブ11の両端部は、図示しないタンクに接続され、偏平チューブ11内に第１流体が流通し、その外面側およびコルゲートフィン12側に気体９として、空気流が流通する。この例の熱交換器のコルゲートフィン12が、図５に示す従来型のそれと異なる点は、入口ルーバ５の幅Ｌ_１と、第２転向ルーバ７の幅Ｌ_３と、その入口ルーバ５とそれに隣接する通常ルーバ１との空間ｔ_１のみである。他は従来型と同一であるので、その説明を省略する。

（実施例形状）
従来型のコルゲートフィンは、図５に示す如く、入口ルーバ５、第１転向ルーバ６、第２転向ルーバ７、出口ルーバ８の各幅Ｌ_１〜幅Ｌ_４は、全て通常ルーバ１の幅Ｌの半分に形成されている。
しかし、本発明では図１に示す如く、入口ルーバ５の幅Ｌ_１と第２転向ルーバ７の幅Ｌ_３とが、通常ルーバ１の幅Ｌと同一または略同一である。また、入口ルーバ５とそれに隣接する通常ルーバ１との隙間ｔ_１は、互いに隣接する通常ルーバ１間どうしの隙間ｔ_２よりも広い。そして、図１の例では中間平坦部３の上流側および下流側に夫々８枚の通常ルーバ１がそれぞれ切起し形成されている。

また、図２（Ａ）の第２実施例の場合には、中間平坦部３に対し、その上流側と下流側とにそれぞれ１８枚の通常ルーバ１が切起し成形されている。それ以外では、図１および図２（Ａ）の各実施例の各ルーバは同一である。即ち、両実施例の入口ルーバ５、第１転向ルーバ６、第２転向ルーバ７、出口ルーバ８はすべて同一に形成されている。
図１の実施例は、偏平チューブ11が１列のものに適用し、図２（Ａ）の実施例は偏平チューブ11が２列のものに適用される。

（実験結果）
図２（Ａ）の第２実施例において、隣接する通常ルーバ１間の中間部Ｐおよびその通常ルーバ１と出入口ルーバとの間、通常ルーバ１と各転向ルーバとの間、における風速を測定した。すると、図２（Ｂ）の四角各点に示すごとく、入口ルーバ５の位置および第２転向ルーバ７の位置の風速が、従来フィン（丸の各点）に比べて向上した。それにともない、図３のごとくその近傍における熱伝達率も向上した。そして、図２（Ａ）に示すごとく中間平坦部３の上流側と下流側とで、左右対称な流通路10が形成された。そして、図２（Ａ）の中間平坦部３からの距離Ｓと、その下流側における距離Ｓ_１とが同一となった。これは２段目における流通路10の縁と中間平坦部３との距離である。

これに対して、図６に示す、従来のコルゲートフィン型熱交換器は、上流側の長さＳが下流側の長さＳ_２よりも短い。その長さは、通常ルーバ１の２つの幅ほど短くなっている。前記のとおり、本発明の図２（Ａ）では流通路10の上流側の傾斜と下流側の傾斜が同一であると共に、入口ルーバ５およびその近傍における風速および熱伝達率が、従来のそれに比べて夫々図２（Ｂ）、図３のごとく大きくなっている。同様に第２転向ルーバ７における風速および熱伝達率も、本発明では大きくなっている。

なお、上記実験における空気流の温度は２０℃とし、気体速度（風速）を８．０ｍ／ｓｅｃとする。そして、偏平チューブ11内を流通する冷却水温度を８０℃に固定した。また、図１および図２（Ａ）の例においては、入口ルーバ５と通常ルーバ１との間隔ｔ_１を通常ルーバ１どうしの間隔ｔ_２よりも広くしたが、それを同一とした場合、入口ルーバ５近傍におけるルーバ内流速は図２（Ｂ）よりも僅かに低下するが、従来の流速よりも速い。それとともに、熱伝達率も僅かに低下するが、従来のものに比べてその熱伝達率も良い。
このように入口ルーバ５における隙間ｔ_１を大きくし、入口ルーバ５および第２転向ルーバ７の幅Ｌ_１、Ｌ_３を通常ルーバ１の幅Ｌと略同一にすることにより、理想的な流通路10の流れを作り、ルーバ内流速および熱伝達率を向上できる。

なお、図１の例では、入口ルーバ５の幅Ｌ_１と第２転向ルーバ７の幅Ｌ_３とが、通常ルーバ１の幅Ｌと同一または略同一である。しかし、本発明にこれに限らず、入口ルーバ５の幅Ｌ_１と第２転向ルーバ７の幅Ｌ_３とが、通常ルーバ１の幅Ｌの半分を超えればよい。それにより従来より熱交換性能が向上するからである。また、入口ルーバ５とそれに隣接する通常ルーバ１との隙間ｔ_１は、互いに隣接する通常ルーバ１間どうしの隙間ｔ_２よりも広くしたが、隙間ｔ_１と隙間ｔ_２同一としてもよい。

次に、図４は本発明の第３実施例であり、この例が第１実施例の図１と異なる点は、第１転向ルーバ６の幅Ｌ_２である。この例では第１転向ルーバ６の幅Ｌ_２と通常ルーバ１の幅Ｌとが同一である。実験によれば、このように構成しても、結果はほとんど変わらなかった。

１通常ルーバ
２入口平坦部
３中間平坦部
４出口平坦部
５入口ルーバ
６第１転向ルーバ
７第２転向ルーバ
８出口ルーバ
９気体
10 流通路
11 偏平チューブ
12 コルゲートフィン

Claims

偏平チューブとコルゲートフィンとが交互に配置され、そのフィンの表面に気体流通方向へ互いに離間して、多数の同一幅の通常ルーバ(1)が定間隔に切り起こしされたコルゲートフィン型熱交換器において、
そのフィンの表面には、気体の入口端部と中間部と出口端部に、それぞれルーバの存在しない入口平坦部(2)と中間平坦部(3)と出口平坦部(4)とを有し、
入口平坦部(2)の下流端には入口ルーバ(5)がその平坦部(2)に連続して、断面への字状に切り起こされ、
中間平坦部(3)の入口側および出口側には、第１転向ルーバ(6)、第２転向ルーバ(7)がそれぞれ中間平坦部(3)に連続して、断面ハの字状に切り起こされ、
出口平坦部(4)にはその風上側に出口ルーバ(8)が出口平坦部(4)に連続して、断面への字状に切り起こされ、
入口ルーバ(5)の幅Ｌ₁および第２転向ルーバ(7)の幅Ｌ₃が、通常ルーバ(1)の幅Ｌの半分を超える幅で且つ、それにより前記中間平坦部(3)の両側に形成される空気流の流れを流通方向の横断面において略対称の山形に形成にしたことを特徴とするコルゲートフィン型熱交換器。
請求項１に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記第１転向ルーバ(6)の幅Ｌ_２が前記通常ルーバ(1)の幅Ｌと同程度の幅に形成されたコルゲートフィン型熱交換器。
請求項１に記載のコルゲートフィン型熱交換器において、
前記入口ルーバ(5)の幅Ｌ _１が、前記通常ルーバ(1)の幅Ｌと同程度の幅に形成され、
前記第２転向ルーバ(7)の幅Ｌ ₃ が、前記通常ルーバ (1)の幅Ｌと同程度の幅に形成されたコルゲートフィン型熱交換器。