JPH05196383A - コルゲートフィン型熱交換器 - Google Patents

コルゲートフィン型熱交換器

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JPH05196383A
JPH05196383A JP4006524A JP652492A JPH05196383A JP H05196383 A JPH05196383 A JP H05196383A JP 4006524 A JP4006524 A JP 4006524A JP 652492 A JP652492 A JP 652492A JP H05196383 A JPH05196383 A JP H05196383A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 通水特性ならびに通風特性の許容範囲におい
て放熱効率を最大限に発揮するコルゲートフィン型熱交
換器を提供する。 【構成】 コルゲートフィン型のヒータコア17は、入
口タンク、出口タンク、チューブ23およびコルゲート
フィン24からなる。コルゲートフィン24は、その横
断面長手方向が前記放熱部分に送風される空気流と平行
になるように配列され、ロウ材によりチューブ23に熱
溶着されている。コルゲートフィン24は空気流入方向
に対して斜め方向に傾斜した多数のルーバ24aを備え
る。そして、コルゲートフィン24のフィン山高さHf
がHf=2.5〜6.0mmの範囲内に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コルゲートフィン型熱
交換器に関するもので、特に自動車用暖房装置のヒータ
ーコア等に用いると好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来のコルゲートフィン型熱交換器は、
例えば実開平2−109178号公報に記載されるもの
があるが、このものは、放熱性能および通気抵抗を考慮
すると、コルゲートフィンのフィン山高さの範囲が6〜
12mm程度のものが良いことを開示している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
コルゲートフィン型熱交換器を備えた空調装置を搭載す
る車両は、年々増加してきており、このような車載用の
空調装置について年々改良が加えられ、通風系の特性な
らびに通水系の特性が従来のものと比べ大きく変化して
きている。例えば従来の空調装置を車両に搭載した状態
において最も熱交換性能を発揮する範囲は少しずつ変化
してきている。
【0004】一般に、例えば、自動車用空調装置に使用
されるヒーターコアの通水系においては、例えば図6に
示すように、エンジン冷却水回路系の通水抵抗とポンプ
特性とのマッチング点によって実車装着時の温水流量が
決定され、また通風系においては、例えば図7に示すよ
うに、ダクト、ヒーターコア部およびエバポレータ等か
らなる通風系の通風抵抗とファン特性とのマッチング点
において通風量が決定される。この実車状態での温水流
量と通風量とにより実車装着状態における放熱量が決定
される。
【0005】本発明者は、これらのマッチング点から求
められる放熱量をコンピュータシミュレーション計算に
て検討したところ、図8(a)に示す2列チューブタイ
プと図8(b)に示す1列チューブタイプとを対比した
結果、ヒータコアのコア奥行長さDをパラメータとし、
フィン山高さHfを変化させたところ、放熱量のピーク
となるフィン山高さHfに特定の範囲があることを見出
した。また、本発明者は、このフィン山高さHfの特定
の範囲はチューブ厚さBならびにフィンピッチPfを変
化させても固有の範囲であることを見出した。
【0006】本発明の目的は、通水特性ならびに通風特
性の許容範囲において放熱効率を最大限に発揮するコル
ゲートフィン型熱交換器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明によるコルゲートフィン型熱交換器は、被冷却
流体の導入を行うとともに、この導入された被冷却流体
を複数の偏平チューブへ分配する入口タンクと、前記偏
平チューブに熱的結合し、偏平チューブとともに被冷却
流体の放熱部分をなすコルゲートフィンと、前記偏平チ
ューブ内を流れた被冷却流体の集合を行うとともに、こ
の集合した被冷却流体の導出を行う出口タンクとを備
え、前記偏平チューブをその断面の長手方向が前記放熱
部分に送風される空気流と平行になるように配列したコ
ルゲートフィン型熱交換器において、前記コルゲートフ
ィンは空気流入方向に対して斜め方向に傾斜した多数の
ルーバからなるルーバ群を備える。前記コルゲートフィ
ンのフィン山高さHfをHf=2.5〜6.0mmの範
囲内に設定したことを特徴とする。
【0008】前記偏平チューブと前記コルゲートフィン
を純アルミニウムまたはアルミニウム合金で製作したコ
ルゲートフィン型熱交換器においては、前記コルゲート
フィンのフィン山高さHfをHf=3.0〜6.0mm
の範囲内に設定したことを特徴とする。前記偏平チュー
ブと前記コルゲートフィンを銅または黄銅で製作したコ
ルゲートフィン型熱交換器においては、前記コルゲート
フィンのフィン山高さHfをHf=2.5〜5.5mm
の範囲内に設定したことを特徴とする。
【0009】
【作用】コルゲートフィン型熱交換器の特にフィン山高
さHfを2.5〜6mmの範囲にすることにより、フィ
ン熱効率を従来より大幅に向上し得ることが計算にて確
認された。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明を車両用空調装置のヒータコアに適用した
実施例を図1〜図5に示す。通風系統は、例えば図2に
示すように、車室外の空気を取り入れる外気取入口2、
または車室内の空気を取入れる内気取入口3、4から取
り入れた空気を送風ファン6によりエバポレータ7に導
く。内気取入口3、4にはそれぞれの開度を調節するダ
ンパ5a,5bが回動自在に取り付けられている。エバ
ポレータ7の出口側にはエアミックスダンパ8が設けら
れ、このエアミックスダンパ8によって仕切られる第1
流路18と第2流路19のうちの片側の第2流路19に
ヒータコア17が取り付けられる。エアミックスダンパ
8とヒータコア17の出口側に形成されるエアミックス
チャンバ9は、デフロスタ吹出口13、胸元吹出口12
ならびに足元吹出口10に連通している。各吹出口1
0、12、13の入口側には該吹出口の開度を調節する
ダンパ14、15、16が回動自在に取り付けられてい
る。
【0011】ヒータコア17はその具体的な構造が図3
に示される。ヒータコア17は、上タンク20と下タン
ク21とコア部22から構成され、上タンク20および
下タンク21は黄銅、アルミニウム、アルミニウム合金
または樹脂からなり、コア部22は銅、黄銅またはアル
ミニウムまたはアルミニウム合金等で構成される。コア
部22は、上タンク20の内部と下タンク21の内部を
連通する複数の平行に配設されるチューブ23と、これ
らの隣接するチューブ23の間に接触されるコルゲート
フィン24とからなる。チューブ23の上端23aは、
シートメタル28の図示しない凸状案内部に挿入されて
上タンク20の内部に開口する。同様にチューブ23の
下端23bはシートメタル29の図示しない凸状案内部
に挿入されて下タンク21の内部に開口される。上部お
よび下部のシートメタル28、29はそれぞれ上タンク
フランジ部、下タンクフランジ部にはんだ付けまたはロ
ウ付けにより結合されている。
【0012】上タンク20の入口パイプ25および上タ
ンク20に連結される出口パイプ26は、例えば図5に
示す通水系統を流れるエンジン冷却水の循環回路の一部
を構成する。図5において30はエンジン、31はポン
プ、32は流路切り替え弁である。次に、図1に示すよ
うに、ヒータコア17を構成する偏平チューブ23はア
ルミニウムまたはアルミニウム合金製の条材(例えば板
厚0.4mm)を偏平形状に成形したものであり、この
偏平チューブ23は、その横断面長手方向が前記送風フ
ァン6からヒータコア17に送風される空気流イと平行
になるように配列してある。またコルゲートフィン24
は、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の条材(例
えば板厚0.04〜0.06mm)を波型に成形したも
のであり、コルゲートフィン24の上には図4に示す如
く多数のルーバ24aが空気流入方向(矢印イ方向)に
対して斜め方向に傾斜して形成されている。このルーバ
24aはその切り起こし角θが15〜30°となるよう
にしてコルゲートフィン24に一体に切り起こし形成さ
れている。また多数のルーバ24aに一連のルーバ群を
形成しており、このルーバ群にはその傾斜方向が互いに
反転している上流側部分24bと下流側部分24cとが
形成されている。
【0013】そして、このコルゲートフィン24と偏平
チューブ23との結合は次のようにして行う。すなわ
ち、偏平チューブ23の表面にあらかじめロウ材をクラ
ッドしておき、この偏平チューブ23にコルゲートフィ
ン24を治具を利用して組み合わせ、この組み合わせた
状態で炉内に入れ、しかる後、炉内で加熱することによ
り偏平チューブ23の表面にクラッドしたロウ材を溶か
し、この溶かしたロウ材で偏平チューブ23とコルゲー
トフィン24とをロウ付けすることにより結合する。
【0014】前記実施例によると、ルーバ間における良
好なV形状の空気流れを確保するようにしているから、
ルーバ表面の境界層の厚さを確実に減少でき、それによ
りフィン熱効率を大幅に向上することができる。そし
て、前記実施例において、コルゲートフィンのフィン山
高さを特定の範囲に設定するとにより、放熱効率が最大
になることが本発明者によって見出された。以下にその
条件および結果を示す。
【0015】本発明者によるコンピュータシミュレーシ
ョン計算は、図1、図3および図4に示す如き構成を有
するヒータコア17において、種々の条件下で繰り返え
され、コルゲートフィン型熱交換器のフィン山高さH
f、コア奥行長さD、フィンピッチPf、チューブ厚さ
Bを変数にして行われた。 変数:コア奥行長さDの場合 まず、図9および図10は、本発明の特徴の一つである
コルゲートフィン24のフィン山高さHfと放熱量の関
係を示す計算結果である。
【0016】銅−黄銅コアの場合、チューブの形態は、
図8(a)に示す2列型のものであり、チューブ間隔e
=3mmとし、チューブ厚さB=1.6mm、フィンピ
ッチPf=1.5mm、正面コアの大きさ160×20
0mmの条件で、コア奥行長さDについては21、2
5、30mmの3種類について放熱量を計算した。この
結果、放熱量のピーク値は、図9から理解されるよう
に、フィン山高さHfがHf=2.5〜5.5mmの範
囲であることが判明し、この最大放熱量をとるフィン山
高さHfの範囲はコア奥行長さDのいかんにかかかわら
ず固有の範囲であった。
【0017】またアルミニウムコアの場合、チューブの
形態は、図8(b)に示す1列型のものであり、チュー
ブ厚さB=1.8mm、フィンピッチPf=1.5m
m、正面コアの大きさ160×200mmの条件で、コ
ア奥行長さDについては22、27、32mmの3種類
について放熱量を計算した。この結果、放熱量のピーク
値は、図10から理解されるように、フィン山高さHf
がHf=3〜6mmの範囲であることが判明し、この最
大放熱量をとるフィン山高さHfの範囲はコア奥行長さ
Dのいかんにかかかわらず固有の範囲であった。 変数:フィンピッチPfの場合 アルミニウムコアについて計算した。コア奥行長さD=
27mm、チューブ厚さB=1.8mmに固定し、フィ
ンピッチPfをPf=1.5、2.5、3.0mmの3
種について放熱量を測定した。この結果、フィンピッチ
Pfの値がいずれの場合にも放熱量のピークの範囲がフ
ィン山高さHf=3〜6mmの範囲であることが判明し
た。 変数:チューブ厚さBの場合 アルミニウムコアについて計算した。コア奥行長さD=
27mm、フィンピッチPf=1.5mmに固定し、チ
ューブ厚さBをB=1.4、1.8mmの2通りについ
てフィン山高さHfと放熱量の関係を計算した。その結
果、図12に示されるように、チューブ厚さBの値にか
かわらず、フィン山高さHfが、Hf=3〜6mmの範
囲で放熱量がピークの範囲をとった。
【0018】次にフィン山高さHfを固定し、チューブ
厚さB、フィンピッチPfを変数にして計算した結果を
示す。 フィン山高さHfを固定し、チューブ厚さBを変数と
した場合 銅−黄銅コアのチューブの形態は、図8(a)に示す2
列型のものを用いた。チューブ厚さBと放熱量の関係を
図13に示す。コア奥行長さD=25mm、フィン山高
さHf=4.7mm、チューブ長さA=11mm、コア
正面の大きさ160×200mmの条件で、放熱量を計
算した。図13に示されるように、チューブ厚さBの値
が大きくなるほど放熱量は低下していることが解る。こ
れは、コア正面面積が一定である場合、チューブ厚さB
が増大するに従い、フィン面積が小さくなり風量が低下
することが1つの原因と考えられる。
【0019】アルミニウムコアのチューブの形態は、図
8(b)に示す1列型のものを用いた。チューブ厚さB
と放熱量の関係を図14に示す。コア奥行長さD=27
mm、フィン山高さHf=4.5mmに固定し、チュー
ブ厚さBに応じて放熱量がどのように変化するかを計算
したものである。このアルミニウムコアの場合も、銅−
黄銅コアの場合と同様に、チューブ厚さBが次第に大き
くなるに従い放熱量が次第に低下することが解る。これ
は、銅−黄銅コアの場合と同様に、コア正面面積が一定
である場合、チューブ厚さBが増大するに従い、フィン
面積が小さくなり風量が低下することが1つの原因と考
えられる。 フィン山高さHfを固定し、フィンピッチPfを変数
とした場合 アルミニウムコアのチューブの形態は、図8(b)に示
す1列型のものを用いた。図15は、コア正面面積を一
定にし、コア奥行長さD=27mm、チューブ厚さB=
1.8mm、フィン山高さHf=4.5mmに固定し、
フィンピッチPfの変化に伴い放熱量がどのように変化
するかを計算した結果を示す。
【0020】フィンピッチPfが次第に大きくなるに従
い放熱量が低下している。これは、フィンピッチPfが
大きくなるに従い空気との熱交換面積が小さくなること
によることが1つの原因であると考えられる。以上、本
発明者がコルゲートフィン型熱交換器のフィン山高さH
f、コア奥行長さD、フィンピッチPf、チューブ厚さ
Bを変数にして行った種々の計算結果を詳細に説明した
が、熱交換器の性能を高めつつ小型化を図る上でのもっ
とも重要な要因は、コルゲートフィンのフィン山高さH
fを2.5〜6mmの範囲にすることであり、このこと
によりフィン熱効率を大幅に向上できることが判明し
た。他の要因は前記要因に関して付随的に設定すればよ
いことも判明した。
【0021】なお、前述した実施例では、自動車用空調
装置のヒータコアに本発明を適用した例について示した
が、さらには一般の家庭暖房用の温水放熱器としても本
発明を適用可能である。また、放熱流体はエンジン冷却
水に限られるものでないことは言うまでもない。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のコルゲー
トフィン型熱交換器によれば、フィンヤマ高さを特定の
範囲に設定するとともにルーバ間における良好なV形状
の空気流れを確保することで、放熱効率を最大にするこ
とができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による偏平チューブとコルゲー
トフィンの要部を示す斜視図である。
【図2】本発明を車両用空調装置のヒータコアに適用し
た実施例を示す概略構成図である。
【図3】本発明の実施例によるヒータコアを示す斜視図
である。
【図4】(a)は、1列のルーバ群を示す図である。
(b)は多数列のルーバ群を示す図である。
【図5】ヒータコアのエンジン冷却水の流れを示す回路
図である。
【図6】ヒータコアの温水流量特性を示す図である。
【図7】ヒータコアの風量特性を示す図である。
【図8】(a)は2列チューブとコルゲートフィンを示
す概略構成図である。(b)は1列チューブとコルゲー
トフィンを示す概略構成図である。
【図9】銅−黄銅コアのフィン山高さHfおよびコア奥
行長さDと放熱量の関係を示す図である。
【図10】アルミニウムコアの場合のフィン山高さHf
およびコア奥行長さDと放熱量の関係を示す図である。
【図11】アルミニウムコアの場合のフィン山高さHf
およびフィンピッチPfと放熱量の関係を示す図であ
る。
【図12】アルミニウムコアの場合のフィン山高さHf
およびチューブ厚さBと放熱量の関係を示す図である。
【図13】銅−黄銅コアの場合のチューブ厚さBと放熱
量の関係を示す図である。
【図14】アルミニウムコアの場合のチューブ厚さBと
放熱量の関係を示す図である。
【図15】アルミニウムコアの場合のフィンピッチPf
と放熱量の関係を示す図である。
【符号の説明】
17 ヒータコア 20 上タンク(入口タンク、出口タンク) 21 下タンク(入口タンク、出口タンク) 23 チューブ(偏平チューブ) 24 コルゲートフィン 24a ルーバ 24b ルーバ群の上流側部分 24c ルーバ群の下流側部分

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被冷却流体の導入を行うとともに、この
    導入された被冷却流体を複数の偏平チューブへ分配する
    入口タンクと、 前記偏平チューブに熱的結合し、偏平チューブとともに
    被冷却流体の放熱部分をなすコルゲートフィンと、 前記偏平チューブ内を流れた被冷却流体の集合を行うと
    ともに、この集合した被冷却流体の導出を行う出口タン
    クとを備え、 前記偏平チューブをその断面の長手方向が前記放熱部分
    に送風される空気流と平行になるように配列したコルゲ
    ートフィン型熱交換器において、 前記コルゲートフィンは空気流入方向に対して斜め方向
    に傾斜した多数のルーバからなるルーバ群を備えるとと
    もに、 前記コルゲートフィンのフィン山高さHfをHf=2.
    5〜6.0mmの範囲内に設定したことを特徴とするコ
    ルゲートフィン型熱交換器。
  2. 【請求項2】 前記偏平チューブと前記コルゲートフィ
    ンを純アルミニウムまたはアルミニウム合金で製作した
    コルゲートフィン型熱交換器において、 前記コルゲートフィンのフィン山高さHfをHf=3.
    0〜6.0mmの範囲内に設定したことを特徴とする請
    求項1記載のコルゲートフィン型熱交換器。
  3. 【請求項3】 前記偏平チューブと前記コルゲートフィ
    ンを銅または黄銅で製作したコルゲートフィン型熱交換
    器において、 前記コルゲートフィンのフィン山高さHfをHf=2.
    5〜5.5mmの範囲内に設定したことを特徴とする請
    求項1記載のコルゲートフィン型熱交換器。
JP00652492A 1992-01-17 1992-01-17 自動車用空調装置のヒータコア Expired - Lifetime JP3459271B2 (ja)

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US08/002,832 US5311935A (en) 1992-01-17 1993-01-15 Corrugated fin type heat exchanger

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