JPS625098A - 熱交換器のインナ−フィン - Google Patents

熱交換器のインナ−フィン

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JPS625098A
JPS625098A JP14415885A JP14415885A JPS625098A JP S625098 A JPS625098 A JP S625098A JP 14415885 A JP14415885 A JP 14415885A JP 14415885 A JP14415885 A JP 14415885A JP S625098 A JPS625098 A JP S625098A
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fin
intercooler
heat exchanger
plates
pitch
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Michiyasu Yamamoto
道泰 山本
Shinichi Oda
信一 織田
Kazuhiko Asano
浅野 一彦
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NipponDenso Co Ltd
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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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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ィンに関するもので、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
気ガス圧力によってシャフトの一端に取付けたタービン
を回転させ、これに伴ってシャフトの他端に取付けたコ
ンプレッサが回転して、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ってエンジンの
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
近ではコスト的に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ィンを流
体通路内に内蔵する構成である。
ところが、インナーフィンの形状等によっては、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
まってエンジントルクがかえっ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っ
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
ナーフィ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
示すストレートフィン(ルー/−,Jやスリットの設け
られていないフィン)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って決定されるものであり、本発明
者らの検討によると、上記ストレートフィンは圧力損失
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図に示すオフセットフィンを用いて更に検討
・実験を行った。このオフセットフィンは、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ィ
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〜l m 
/ s程度の流速で、かつ動粘性係数は温度によっても
異なるが0.9 X 10−’rd/ 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0.24X1
0−’rd/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1
00〜300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。さらに温度場を
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 ’C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
ったところ、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ンナーフィ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、インナーフィンのフィンピッチPとフィン高
さB、セギュメント長さしに注目して、その寸法関係を
、3mm≦P≦7 am、  3 mm≦B≦6mm。
0 < 2 L/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内に設けられるイン
ナーフィ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I−1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1a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の組が順次積台され、各プレ
ート1の紐間には熱交換を向上させるためのフィン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、吸入部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、フィン3はろう付けによって接
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
矩形波形状のインナーフィン8いわゆるオフセントフィ
ンが挿入されて、過給機から供給される過給気の熱交換
率の向上を図っている。このオフセットフィン8は第1
図に示す様に、オフセットフィン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。このオフセットフィン8のフィンピッチを
P、フィン高さをB、フィンセギュメント長さをLとす
ると、 3ffIIW≦P≦6 mm、  3 mm≦B≦6m
m、2L/P≦3という関係を有しており、このオフセ
ットフィン8はプレート1と接触してろう付は接合され
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。そして過給機によって
高温高圧になった過給気は吸入管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を通っ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撰失ΔPg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
の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J
1+CtQg/(1+CzΔPg)(定数C,,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CC1+CI Qg/(
1+C,ΔPg)を縦軸にとり、フィンピッチPを横軸
にとって両者の関係を比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図はオフセットフィン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n−n線に沿う断
面である。オフセントフィンピッチPの半分P/2と、
セギュメント長さしとの比L/ (P/2)=2L/P
を一定にすることは、フィンピッチPとセギュメント長
さし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図はそれぞれフィン高さB = 2.8
.3、8 、 4.8 、 5.8 mmの場合につい
てフィンピッチPとインタークーラ性能比V’l +C
I Qg/ (1+C2ΔPg)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、いずれの場合もフィンピッチ
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、フィンピッチP=31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、フィン
ピッチを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
ーフィンを用いてフィンピッチ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(フィン高さB=
4.8mm)に併記した。これよりストレートフィンに
対するオフセットフィン8の優位性がわかる。しかもオ
フセットフィンのフィンピッチPが大きくとれる点で軽
量化もはかれるというメリットがある。
次に、フィン高さ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。フィンピッ
チP及び比2 L/Pの値は、これまで検討した中で全
体的範囲にわたってかなり良い性能を出していたフィン
ピッチP = 4.5 mm、比2 L/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
ィン高さB=2〜6IIIIYl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。このことよりフィン高さはB=2〜6mm、更に加
工条件等を変えると好ましくは3mm≦B≦6IIII
11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、前述の各フィン高さB=2.8. 3.8. 4
゜8,5.8mmの値について、横軸に比2L/Pをと
り、フィン高さ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、フィンピッチPによって性能比に差が生じ
るで、いずれのフィンピッチ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、オフセットフィンを用いたインタークー
ラの放熱量Qgと圧力損失ΔPgで決まるインタークー
ラ性能比v’ 1 +C+ Qg/ (1+02ΔPg
)が、最も良好な範囲が求められ、上述の寸法関係を有
するオフセントフィンを用いることにより、従来のスト
レートフィン(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
交換器のチューブ内に、上述した寸法関係のインナーフ
ィンを用いた場合も、同様の性能化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、インナーフィンのフ
ィンピッチP1フィン高さB、フィンピッチPとセギュ
メント長さしとの比2 L/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図はインナーフィ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I−r線に沿う部分斜視断面図、第4
図はインナーフィンの正面図、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
ートフィンを示す斜視図、第8図〜第11図は比2L/
Pをパラメータとした場合のフィンピッチとインターク
ーラの性能比との関係を示した図で、第8図〜第11図
は各々フィン高さが2.8mm、 3.8mm、 4.
8mm、  5.8 mmの時を示す。第12図はフィ
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図はフィンピッチをパラメータとした
場合の比2 L/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図は各々フィン高さが
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・・・インナーフィン、8a・・・壁部。 代・埋入弁理士  岡 部   隆 第2図 第3図 第6図 P 第8図 第7図 第9図 第10図       第11図 第12図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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
    にインナーフィンを内蔵した熱交換器において、フィン
    ピッチPと、フィン高さBと、フィンセギュメント長さ
    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ィン。
  2. (2)前記流体通路内を流通する気体は、前記インナー
    フィンの壁部に沿っ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ィン。
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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