JPH0418232B2 - - Google Patents

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JPH0418232B2
JPH0418232B2 JP60144158A JP14415885A JPH0418232B2 JP H0418232 B2 JPH0418232 B2 JP H0418232B2 JP 60144158 A JP60144158 A JP 60144158A JP 14415885 A JP14415885 A JP 14415885A JP H0418232 B2 JPH0418232 B2 JP H0418232B2
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JP
Japan
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fin
intercooler
ratio
air
performance
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JP60144158A
Other languages
English (en)
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JPS625098A (ja
Inventor
Michasu Yamamoto
Shinichi Oda
Kazuhiko Asano
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
Priority to JP14415885A priority Critical patent/JPS625098A/ja
Publication of JPS625098A publication Critical patent/JPS625098A/ja
Publication of JPH0418232B2 publication Critical patent/JPH0418232B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F28F3/027Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱交換器のインナーフインに関するも
ので、気体対気体熱交換器、例えば過給機用熱交
換器、いわゆるインタークーラとして用いて有効
である。
〔従来の技術〕
近年、自動車の高出力化の目的でターボ過給機
を搭載した車両が増えつつある。(ターボ過給機
はエンジンの排気ガス圧力によつてシヤフトの一
端に取付けたタービンを回転させ、これに伴つて
シヤフトの他端に取付けたコンプレツサが回転し
て、エンジンの燃焼室に空気を過給するものであ
る)このターボ過給機によつてエンジンの燃焼室
に過給される空気は高温高圧になるため、過給空
気を冷却する熱交換器(以下、インタークーラと
称す)を装着した車両も増加の傾向を示してい
る。インタークーラには空冷式と水冷式とがある
が、特に最近ではコスト的い有利な空冷式が主流
となりつつあり、例えば実開昭59−148978号公報
等に開示されている。
これらのインタークーラは、高温の過給気を冷
却する上で、伝熱面積を向上する目的としてイン
ナーフインを流体通路内に内蔵する構成である。
ところが、インナーフインの形状等によつては、
インタークーラ内の圧力損失が増加して、エンジ
ンの燃焼室に供給される過給圧が減少、つまり充
填効率が減少してしまつてエンジントルクがかえ
つて低下してしまうという問題点を有している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
そこで本発明は、上記の点に鑑みてなされるも
のであつて、インタークーラ用熱交換器におい
て、高温空気を効率良く冷却し、しかも低圧力損
失の熱交換器となるインナーフインの最適形状及
び寸法関係を提供することにある。一般には圧力
損失を抑える目的で第6図、第7図に示すストレ
ートフイン(ルーバやスリツトの設けられていな
いフイン)を用いることが多いのに対して、イン
タークーラの性能はあくまでも過給気の放熱量と
圧力損失との適合によつて決定されるものであ
り、本発明者らの検討によると、上記ストレート
フインは圧力損失が小さいという点では効果はあ
るものの、過給気側熱伝達率、つまり放熱量に問
題があることが判明した。
そこで第1図に示すオフセツトフインを用いて
更に検討・実験を行つた。このオフセツトフイン
は、エンジンオイルを冷却するオイルクーラとし
て用いられているが、オイルクーラとインターク
ーラとは以下に述べる冷却流体の相違があるの
で、単にオイルクーラ用インナーフインをインタ
ークーラに用いると性能を低下する可能性があ
る。つまりオイルの場合では流速は0.2〜1m/
s程度の流速で、かつ動粘性係数は温度によつて
も異なるが0.9×10-5m2/s程度のオーダーに対
し、インタークーラとして用いる場合は空気の流
速が数十m/sで、かつ動粘性係数は0.24×10-4
m2/sと大きく異なる。すなわちオイルクーラで
は相当円直径を代表長さとしたレイノルズRedが
100〜300程度と小さい領域(層流)で用いられる
のに対し、インタークーラはレイノズルRedは
2000以上(乱流)で用いられることが多い。さら
に温度場と速度場の相関を示すといわれているプ
ラントル数も、空気では100℃で0.71程度に対し、
オイルでは110℃で140と大きく異なることから考
えても伝熱の挙動が全く異なる。
本発明者らは以上の点を鑑みて、種々の実験・
検討を行つたところ、空気等の気体に対して熱交
換率が高く、かつ圧力損失の小さいイナーフイン
の寸法関係を見出した。本発明はこれに基づいて
なされたものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、インナーフインのフインピツチPと
フイン高さB、セギユメント長さLに注目して、
その寸法関係を、3mm≦P≦7mm、3mm≦B≦6
mm、0<2L/P≦3としたところにある。
〔実施例〕
以下、本発明を図に示す一実施例に基づいて詳
細に説明する。
第1図はインタークーラの流体通路体に設けら
れるインナーフインを示す部分斜視図、第2図は
本発明の一実施例であるインタークーラの斜視
図、第3図は第2図における−線に沿う部分
斜視断面図である。
このインタークーラは、両端面に椀状突出部1
aを有するアルミニウム製のプレートを2枚向か
い合わせて接合し、その内部に流体通路2を形成
している。これらの接合された2枚のプレート1
の組が順次積合され、各プレート1の組間には熱
交換を向上させるためのフイン3が挿入配設され
ている。また椀状突出部1aは各々連通して吸入
部4、吐出部5を形成するとともに、吸収部4、
吐出部5には各々吸入管6、吐出管7が連結され
ている。また吸入管6は図示せぬ過給機に接続さ
れるとともに、吐出管7は図示せぬエンジンの吸
気管と接続されている。尚、各プレート1、フイ
ン3はろう付けによつて接合されている。
また、第2図に示す様に流体通路2内には第1
図に示す矩形波形状とインナーフイン8いわゆる
オフセツトフインが挿入されて、過給機から供給
される過給気の熱交換率の向上を図つている。こ
のオフセツトフイン8は第1図に示す様に、オフ
セツトフイン8の壁部8aが過給気の流れに対し
て平行となるように、つまり第1図において矢印
方向に過給気が流れるように流体通路2内に配設
されている。このオフセツトフイン8のフインピ
ツチをP、フイン高さをB、フインセギユメント
長さをLとすると、 3mm≦P≦7mm、3mm≦B≦6mm、0<2L/
P≦3という関係を有しており、このオフセツト
フイン8はプレート1と接触してろう付け接合さ
せている。
空冷式インタークーラは一般に車両のエンジン
ルーム内前方に取付けられることが多い。そして
過給機によつて高温高圧になつた過給気は吸入管
6よりインタークーラ本体内に流入し、流体通路
2内を流れる間に大気と熱交換し冷却され、吐出
管7を通つてエンジンの燃焼室に供給される。こ
のときインタークーラの放熱量Qgが大きいほど
冷却効果による空気密度が増加するので、インタ
ークーラを通過する吸入空気重量は増加し、また
インタークーラの過給気側の圧力損失△Pgが小
さいほど、吸入空気重量流量は増大し、エンジン
性能は増大する。ことインタークーラの性能評価
はエンジントルク増加率を用いられることが多
く、エンジントルク増加率は、断熱変化の関係式
を用いて得られるインタークーラ性能比√1+
C1Qg/(1+C2△Pg)(定数C1、C2は過給圧、
エンジン条件等により決定される。)で代用する
ことができる。
そこでこのインタークーラ性能比√1+1
g/(1+C2△Pg)を縦軸にとり、フインピ
ツチPを横軸にとつて両者の関係を比2L/Pを
パラメータとして示したのが第8図〜第11図で
ある。2L/Pをパラメータとした理由について
第4図、第5図に基づいてここで述べる。第4図
はオフセツトフイン8の実際製造されているもの
の正面図、第5図は第4図の−線に沿う断面
である。オフセツトフインピツチPの半分/2
と、セギユメント長さLとの比L/(P/2)=
2L/Pを一定にすることは、フインピツチPと
セギユメント長さLの関係が相似に保たれている
ことを意味する。
第8図〜第11図はそれぞれフイン高さB=
2.8、3.8、4.8、5.8mmの場合についてフインピツ
チPとインタークーラ性能比√1+1g/(1
+C2△Pg)との関係を示し、それぞれの場合
において2L/P=1.0、3.0、5.0と変化させたもの
であり、いずれの場合もフインピツチPを小さく
するとインタークーラ性能比は増加する傾向にな
るが、フインピツチP=3mmより小さくなるとイ
ンタークーラ性能比は急激に低下する。また
2L/P=3.0とか5.0のピーク値と同程度の性能比
は、2L/P=1.0ではP=7mm程度であることよ
り、フインピツチを3mm≦P≦7mmとした範囲が
インタークーラ性能比として最良となる。また第
6図、第7図に示されるようなストレートインナ
ーフインを用いてフインピツチPを変化させたと
きのインタークーラ性能比の変化を第10図(フ
イン高さB=4.8mm)に併記した。これよりスト
レートフインに対するオフセツトフイン8の優位
性がわかる。しかもオフセツトフインのフインピ
ツチPが大きくとれる点で軽量化もはかれるとい
うメリツトがある。
次に、フイン高さBに対してインタークーラ性
能比がどのように変化するかを、第12図に示し
た。フインピツチP及び比2L/Pの値は、これ
まで検討した中で全体的範囲にわたつてかなり良
い性能を出していたフインピツチP=4.5mm、比
2L/P=1として固定して、インタークーラ性
能比を測定すると、フイン高さB=2〜6mmをピ
ークとして性能が向上し、これより大きくても小
さくても性能比は低下する。このことよりフイン
高さはB=2〜6mm、更に加工条件等を変えると
好ましくは3mm≦B≦6mmとすれば、良好なイン
タークーラ性能比を有することが判明した。
次に、前述の各フイン高さB=2.8、3.8、4.8、
5.8mmの値について、横軸に比2L/Pをとり、フ
イン高さPをパラメータとしてインタークーラの
性能比の関係を示したが、第13図〜第16図で
ある。この図よりいずれの場合も比2L/Pが小
さいほど、インタークーラの性能比は向上する。
つまり高性能となる傾向にある。しかしながら、
比2L/Pが3より大きい値となると、フインピ
ツチPによつて性能比に差が生じるで、いずれの
フインピツチPでも同程度で、かつ高性能を保つ
には、比2L/P≦3としたときであることがわ
かる。尚、2L/P>0は言うまでもない。
以上のように、オフセツトフインを用いたイン
タークーラの放熱量Qgと圧力損失△Pgで決ま
るインタークーラ性能比√1+1g/(1+C2
△Pg)が、最も良好な範囲が求められ、上述の
寸法関係を有するオフセツトフインを用いること
により、従来のストレートフイン(第10図の点
線で図示)よりも性能比が向上する。
尚、上述実施例では、第2図に示したインター
クーラに基づいて説明したが、例えばコルゲート
コアタイプ等の他の形状のインタークーラ、つま
り過給気を冷却する熱交換器のチユーブ内に、上
述した寸法関係のインターフインを用いた場合
も、同様の性能比向上が得られることは言うまで
もない。
〔発明の効果〕
以上述べた通り、本発明によれば、インナーフ
インのフインピツチP、フイン高さB、フインピ
ツチPのセギユメント長さLとの比2L/Pを最
適関係に決定したので、熱交換器の外形寸法や、
外形形状を変更することなしに、気体対気体の熱
交換器として総合的な熱交換率を向上することが
できるとともに、気体の圧力損失を最小限に抑制
することができる高性能なものが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はインナーフインを示す部分斜視図、第
2図は本発明の一実施例であるインタークーラの
斜視図、第3図は第2図における−線に沿う
部分斜視断面図、第4図はインナーフインの正面
図、第5図は第4図における−線に沿う断面
図、第6図、第7図は従来のストレートフインを
示す斜視図、第8図〜第11図は比2L/Pをパ
ラメータとした場合のフインピツチとインターク
ーラの性能比との関係を示した図で、第8図〜第
11図は各々フイン高さが2.8mm、3.8mm、4.8mm、
5.8mmの時を示す。第12図はフイン高さとイン
タークーラの性能比との関係を示した図、第13
図〜第16図はフインピツチをパラメータとした
場合の比2L/Pとインタークーラの性能比との
関係を示した図で、第13図〜第16図は各々フ
イン高さが2.8mm、3.8mm、4.8mm、5.8mmの時を示
す。 1……プレート、2……流体通路、4……吸入
部、5……吐出部、6……吸入管、7……吐出
管、8……インナーフイン、8a……壁部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 気体の流入する吸入通路を有する吸入部と、
    気体の流出する吐出通路を有する吐出部と、前記
    吸入部と吐出部との間を連通する流体通路を配設
    し、その流体通路にインナーフインを内蔵した熱
    交換器において、フインピツチPと、フイン高さ
    Bと、フインセギユメント長さLが 3mm≦P≦7mm 3mm≦B≦6mm 0<2L/P≦3 の関係になる熱交換器のインナーフイン。 2 前記流体通路内を流通する気体は、前記イン
    ナーフインの壁部に沿つて流れる特許請求の範囲
    第1項記載の熱交換器のインナーフイン。
JP14415885A 1985-07-01 1985-07-01 熱交換器のインナ−フィン Granted JPS625098A (ja)

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