JPS6350617A - 内燃機関の熱交換装置 - Google Patents

内燃機関の熱交換装置

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JPS6350617A
JPS6350617A JP19368086A JP19368086A JPS6350617A JP S6350617 A JPS6350617 A JP S6350617A JP 19368086 A JP19368086 A JP 19368086A JP 19368086 A JP19368086 A JP 19368086A JP S6350617 A JPS6350617 A JP S6350617A
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JP
Japan
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core
fan
coefficient
pressure
composite core
Prior art date
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Pending
Application number
JP19368086A
Other languages
English (en)
Inventor
Sunao Mizuno
直 水野
Toshimitsu Kuriwata
栗和田 利光
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Toyo Radiator Co Ltd
Original Assignee
Toyo Radiator Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toyo Radiator Co Ltd filed Critical Toyo Radiator Co Ltd
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Publication of JPS6350617A publication Critical patent/JPS6350617A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/0408Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
    • F28D1/0426Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to the large body of fluid, e.g. with interleaved units or with adjacent heat exchange units in common air flow or with units extending at an angle to each other or with units arranged around a central element
    • F28D1/0435Combination of units extending one behind the other

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

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〕 本発明は主として車輌に用いられる内燃機関の熱交換装
置に関し、特に熱交換器コアの単位前面面積当たりの流
通抵抗の大きなものに関する。
〔従 来 技 術〕
従来、自動車用内燃機関の熱交換器は、その背面に軸流
ファンを設け、自動車のアイドリング時及び低速時には
該ファンにより送風を行うと共に、自動車の中速及び高
速走行時には走行に伴う走行風を熱交換器に取り入れて
いた。
〔解決しようとする問題点〕
ところが近年、自動車用熱交換器の空気取り入れ口面積
を小さくする要望がある。それと共に、エンジンの高出
力化に伴い熱交換器の搭載可能なスペース中で冷却性能
を向上する要望がある。即ち、エンジン冷却水冷却用の
ラジェータの前面にインタークーラその他を重ね合わせ
てエンジンの出力を向上させる必要がある。このように
熱交換器コアを重ね合わせると共に、その空気取り入れ
口となる前面面積の小さな熱交換器を製作しようとする
と、コア全体の厚みが大となり単位前面面積あたりの空
気抵抗が著しく大きくなる。そのため従来の熱交換器用
ファンでは充分な放熱量を確保できなかった。このよう
な場合、従来は前面面積を大きくとり、単位前面面積当
たりの空気抵抗を小さくすることにしていた。従って上
記の要望を満足しつつ且つ、単位放熱面積当たりの放熱
量を充分に維持できる経済的な熱交換器は存在しなかっ
た。
〔問題点を解決するための手段] そこで本発明は以上の問題点を取り除くため、従来の軸
流ファンに代えて高静圧の混流ファン(軸方向及び半径
方向に起風する斜流ファン)を採用し、各種実験により
該混流ファンに対し最適な熱交換器コアを求めたもので
あり、その構成は次のとおりである。
I!pち、本発明の内燃機関の熱交換装置は、エンジン
冷却水冷却用のラジェータコア3と他のコア4とがその
厚み方向に重ね合わされて複合コアを構成する。それと
共に該複合コアに混流ファン1が対向して設けられる。
ここにおいて本発明の特徴とするところは、前記複合コ
ア及び混流ファン1の流量係数を横軸にし、圧力係数を
縦軸にとった時の、前記複合コアの圧力損失曲線と、前
記ファン1の特性曲線との交点fにより前記装置が作動
する。そしてこの交点fにおける流量係数Φ及び静圧係
数甲が次の範囲にある。
0.28≦゛P O935Φ0<Φ<0.65Φ。
ただしΦ。はファンの流量係数の最大値であり、ファン
及び複合コアのΦ、Vは夫々次の値を取る。
ファンに対して Φ−□ (+D2) +7Cn D) P5g 甲沼 □ T(πn D) 2 複合コアに対し F (πnD) γ(πn D)2 ここに Φ二流量係数     甲:圧力係数 Q:流量(m3/5) Ps:ファン静圧(mrnAq) ΔPa:複合コア圧力損失(mmAq)D=ファン直径
(m) n:ファン回転数(rps) F:複合コア前面面積(m2) γ:空気比重(1,2kg /m”) g:重力加速度−9,8m / s ”〔作  用〕 従って、この熱交換装置によれば、第1図から明らかな
如く、複合コアの単位前面面積当たりの放熱量が極めて
大となる範囲であると共に、全放熱面積に対する放熱量
が充分大きな値である。従って、経済的で且つコンパク
トな熱交換装置となり得る。
〔実 施 例〕
次に本発明の実施例につき説明する。この実施例では第
2図、第3図に示す如く方形の内燃機関用ラジェータコ
ア3とインタークーラコア4とを重ね合わせる。なお、
夫々のコア部分の形状は同一とする。そしてラジェータ
コア3の背面側にシュラウド2を介してファン1を取り
つける。このファン1は本発明では第5図の第1実施例
または第6図〜第8図に示す第2実施例ものであって高
静圧を得ることができる特性曲線の異なる混流ファンを
用いている。そして第5図及び第6図〜第8図の夫々の
混流ファンの直径りは同一で、D=639tm  であ
る。また、夫々の厚みBはB=15911と162 *
*であり、前者が9枚の羽根7を有する金属板よりなる
と共に、後者は7枚の羽根7を有する合成樹脂の成形体
からなる。次に、エンジン冷却水冷却用ラジェータは、
そのタンク5,5を除いたコア3部分が次表の形式に、
の如く幅618mm、高さ650mm、厚さ48.51
m、フィンピッチ2.5/2nm、全放熱面積30.1
4rrr、前面面積0.4017mとした。
そして該コアの上下に冷却水タンク5が設けられている
。なお、このコアは3列の偏平チューブを1011間隔
で並列すると共にそれらの間にコルゲートフィンを配設
した。又、この偏平チューブの横断面における長軸は1
3龍であり短軸は1.81である。次に、インタークー
ラのコア4はその前面面積及び前面の外形がラジェータ
コア3と同一であると共に厚さが651mでフィンピッ
チ6.0/2mmになっている。又、本発明の他の実施
例としては下表のコア形式に6およびK。
がある。
(以下余白) また比較例としてKlないしに2及びに、を示した。こ
のうちに1は従来型の軸流ファンF+と共にに使用され
ていたものであり、他は全て本実験の為に新たに用意し
たものである。そして夫々のコア型式につき第2図及び
第3図に準じて熱交換装置を組み立てた。そして、その
時のインタークーラコア4は各ラジェータコア3の前面
面積と同一のものを用いると共に、各コアに合致するよ
うにシュラウド2を取付け、該シュラウド2とファン1
とを並列させた。そしてこのファン1としては前記の如
く、第5図に示す第1実施例のものと、第6図〜第8図
に示す第2実施例のもの、及び比較のため第4図の従来
型軸流ファンを夫々取付は性能試験をしてみた。その結
果を第1図に示す。第1図においてFoは第4図にしめ
ず従来型の軸流ファンの特性曲線であり、Flは第5図
にしめす金属板製の混流ファンであり、F2は第6図〜
第8図に示す合成樹脂製の混流ファンである。次に、第
1図のに1ないしに7の各曲線は、前記表の型式に、〜
に、に示す諸元を有する夫々のラジェータコア3とイン
タークーラコア4との複合コアにおける圧力損失曲線で
ある。そしてに1ないしに7の曲線とFoないしF2の
曲線との交点fが各ファン(FOないしFz)に対する
各コアの動作点である。この、第1図は実験において流
量Q、ファン静圧PS、複合コア圧力損失ΔPa、ファ
ン回転数nを夫々測定し、該測定値から各ファン及び各
コアの特性係数であるΦ及び甲を求めたものである。又
、Φ及び甲はファン並びに複合コアに対して夫々次のと
おり設定した。即ちファンに対し φ−□ (4−D2)(πnD) γ(πnD)2 複合コアに対し F (πnD) γ(πnD)” ここに φ:流量係数     ″P:圧力係数Q:流量(m3
/5) Ps:ファン静圧(mmAq) ΔPa:複合コア圧力損失(mmAq)D:ファン直径
(m) n:ファン回転数(r p s) F:複合コア前面面積(m2) γ:空気比重(1,2kg /m3) g;重力加速度=9.8m/s” 次に、FoないしF2の各ファンとに、ないしに、にお
ける各コアとの動作点におけるラジェータコア3の放熱
量を測定してみた。即ち、ラジェータコアに冷却水を流
通させ、その入口温度と出口温度との差よりコア3の放
熱量を測定した。なお、インタークーラコアのチューブ
内にはなにも流通させなかった。そして、前記ラジェー
タコア3の放熱量の測定値から夫々のコアの前面面積に
対する放熱量Q w / Fを各ファン毎に算出し第1
図のFoaないしF2aの曲線を得た。さらに、前記測
定値から全放熱面積に対する放熱量QW/Aを各ファン
毎に算出しF。bないしF2bの曲線を得た。なお、こ
の曲線における縦軸は、下部に圧力係数甲をとり、中央
部に放熱面積に対する放熱量QW/A、をとり、上部に
前面面積に対する放熱i1 Q w / Fを夫々とっ
ている。そして横軸には流量係数Φをとったものである
上記特性曲線から、前面面積に対する放熱量の曲線F。
aないしF2aにピーク値の存在することがはじめて分
かり、そのピーク値は混流ファンではΦ=0.15付近
である。これに対し従来用いられていた熱交換器用の軸
流ファンFoaのピーク値はその流量係数がΦ−0,1
4はどである。
そして夫々のピーク値を境としていずれのファンにおい
ても、流量係数が増大しても減少しても単位前面面積当
たりの放熱量が悪くなることがわかった。逆にいえば同
一の放熱量を得るためには前記したピーク値を外れる流
量係数においては、より大きな前面面積を必要とする。
よって、前面面積の小さな熱交換装置を造るにはこのピ
ーク値近傍の流量係数で動作するようにすればよい。
次に、全放熱面積に対する放熱量の曲線F。b〜Fzb
は前記した前面面積に対する放熱量のピーク値近傍から
流量係数が下がるに従って低下している。このことは、
図において流量係数がより小さな値の場合には、全放熱
面積をより大きくする必要がある。すると、その分だけ
各チューブ間に介装すべきフィン材料をより多く必要と
し、熱交換器が高価にならざるを得ない。
そこで、経済性の高い熱交換装置であり且つ前面面積の
小さなものを選択するには流量係数が0.11ないし0
.2の範囲であって、圧力係数が0゜28以上の高静圧
ファンを採用すればよい。この流量係数0.11ないし
0.2の値を、各混流ファンF、ないしF2の流量係数
最大の値Φ。に夫々換算するとほぼ0.35Φ。ないし
0.65Φ。である。
そこで本発明はΦが0.35Φ。ないし0.65Φ。
の範囲で且つ甲が0.28以上である範囲で動作するよ
うに複合コア及びファンを選択したものである。
〔変 形 例〕
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでは勿論な
く、例えばインタークーラコアの代わりに空調用コアや
オイルクーラコアを設け、さらにはそれらを組み合わせ
てもよい。
〔発明の効果〕
本発明の熱交換装置は以上のような構成からなり、次の
効果を有する。
本装置は、その作動点における圧力係数型が0.28以
上の高静圧範囲をとると共に、流量係数Φが0,35Φ
。ないし0.65φ。の範囲にあるように設定したから
、複合コアの前面面積を小さくし小型化できると共に、
コアの全放熱面積に対する放熱量を高い値に維持できる
。そしてコアの単位前面面積当たりの放熱量を大きくで
きるため、経済性があり装置の小型化に寄与できると共
に、空気取り入れ口の面積を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本装置及び比較のだめの各装置の特性曲線を示
し、その縦軸の下部に圧力係数型を、中央部に全放熱面
積A当たりの放熱量Q w / Aを、上部にラジェー
タコア3の前面面積に対する放熱量Q w / Fをと
る。そして横軸に流量係数Φを取ったものである。そし
てFoないしF、は各ファンのφ−宇時特性曲線示し、
FoaないしF、、aは夫々のファンを用いた前面面積
に対する各コアの放熱量を示す特性曲線であり、F。b
ないしF、bは同様に各ファンにおける夫々のコアの全
放熱面積に対する放熱量を示したものである。 第2図は本装置の側面略図、第3図はその背面図、第4
図は従来型熱交換器に用いられていた軸流ファンの斜視
図、第5図は本装置に用いられる軸流ファン1の要部斜
視図、第6図及び第7図は同地の実施例の斜視略図であ
り、第8図はその縦断面略図。 1・・・ファン     2・・・シュラウド3・・・
ラジェータコア 4・・・インタークーラコア5・・・
冷却水タンク  6・・・エアータンク7・・・羽根 
     8・・・案内筒代理人弁理士  窪 1)卓
 美 第3図    第4図 第2図    第5図 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 エンジン冷却水冷却用のラジエータコア(3)と他のコ
    ア(4)とがその厚み方向に重ね合わされて複合コアを
    構成すると共に、該複合コアにファン(1)が対向して
    設けられた内燃機関の熱交換装置において、流量係数Φ
    を横軸にし圧力係数Ψを縦軸に取った時、前記複合コア
    の圧力損失曲線と、前記ファン(1)の静圧曲線との交
    点(f)で前記装置が作動し、この作動点(f)におけ
    る前記圧力係数Ψ及び流量係数Φが次の範囲にあること
    を特徴とする内燃機関の熱交換装置。 0.28≦Ψ 0.35Φ_0<Φ<0.65Φ_0 ただしΦ_0はファンの流量係数の最大値であり、ファ
    ン及び複合コアのΦ、Ψは夫々次の値を取る。 ファンに対し Φ=Q/{[(π/4)D^2][πnD]}Ψ=2P
    _3g/γ(πnD)^2 複合コアに対し Φ={Q[F/(π/4)D^2]}/F[πnD]Ψ
    =2△P_aG/γ(πnD)^2 ここに Φ:流量係数 Ψ:圧力係数 Q:流量(m^3/s) Ps:ファン静圧(mmAq) ΔPa:複合コア圧力損失(mmAq) D:ファン直径(m) n:ファン回転数(rps) F:複合コア前面面積(m^2) γ:空気比重(1.2kg/m^3) g:重力加速度=9.8m/s^2
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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011513616A (ja) * 2008-02-22 2011-04-28 ホートン, インコーポレイテッド ハイブリッド流ファン装置
JP2015139225A (ja) * 2014-01-20 2015-07-30 日本電産株式会社 モータ

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