JPS6350636B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6350636B2 JPS6350636B2 JP56501218A JP50121881A JPS6350636B2 JP S6350636 B2 JPS6350636 B2 JP S6350636B2 JP 56501218 A JP56501218 A JP 56501218A JP 50121881 A JP50121881 A JP 50121881A JP S6350636 B2 JPS6350636 B2 JP S6350636B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat transfer
- passage
- smooth
- corrugated
- transfer medium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 2
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
- F28F3/025—Elements 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
- F28F3/027—Elements 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
- F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
Landscapes
- 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)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明の適用分野
本発明は熱工学に関するものであり、更に詳し
くは波形の熱伝達構造体に関する。 本発明により提示される波形コア構造体は任意
の熱伝達媒体を用いる種々の型のフイルムチユー
ブ熱交換器とリブ付プレート熱交換器に応用し得
るものである。 技術的背景 そこを貫流する熱伝達媒体の為の、平行に並ん
だ通路を定める三角形あるいは矩形断面の波形体
を有する波形構造体が背景技術として知られてい
る。熱伝達媒体の流路に適合するように波形体側
面には連続的に順次並んで横方向凸部と凹部が位
置している。これらの凸部と凹部は熱伝達媒体通
路中に連続的に順次配列された末広がり−先細り
部分を定めるに適している。凸部と凹部の縁部は
流線形あるいは円形に形成されている。 熱伝達媒体流路と平行にのびる波形体側面は更
に平坦あるいは滑らかな部分によつて熱媒体流路
に沿つて互に分離された、横方向の凸部と凹部の
対を備えることもできる。この場合、滑らかな部
分と先細りあるいは末広がりの部分とが交互に続
く通路が形成されることとなり、凸部及び凹部は
波形体の尾根の全高にわたつて延びるか、あるい
は交互に尾根の高さの一部のみを占める。 熱伝達媒体の流れを収れんさせ、あるいは絞り
込むことにより通路の先細り部の壁に沿つて３次
元の渦（core eddy）が誘起される。 渦による粘性及び流動性は熱伝達媒体の流れの
うち壁との境界面領域で促進される傾向があり、
これにより熱伝達媒体の熱勾配と密度とが増大し
その結果熱伝達媒体と波形板の側壁との間の熱伝
達係数が改善される。 しかしながら、熱伝達媒体の条件および凹部、
凸部の寸法によつては強力な渦が通路の末広がり
部に生じ、これと流れのコア部分とが該渦の拡散
により相互作用を起すことになる これにより熱伝達媒体を流すに消費される全エ
ネルギーが増加してしまい、実質的には熱伝達媒
体と波形板側面との間の熱伝達係数を改善したこ
とにはならない。 また、末広がり部分で発生した渦が次に続く凸
部に達し、波形体の壁の滑らかな部分によつて順
次分離されて連続的に配置された横方向の凸部及
び凹部を備えた波形コア構造体中の流れのコア部
分に拡散して行つた場合にも類似の相互作用が該
流れのコア部分との間に起る。 このような設計になる波形コア構造体の熱力学
的効率は今なお低い。 熱伝達媒体の流れを次々に絞り込むことにより
熱交換作用を強化する方式は通路の末広がり部分
に誘起される渦が通路の滑らかな部分においてそ
の渦のエネルギーを完全に消散してしまうケース
においても不満足な利用結果しか与えない。前記
のケースでは熱伝達媒体の流れの中に薄い境界層
の回復が起つている。 発明の概要 本発明の目指すところは熱伝達媒体を次々と絞
り込むことによつて熱交換作用を熱力学的に最大
限の効率でもつて強化することのできる波形コア
構造体を提供することである。 これは次に述べるような構造によつて達成され
る。 先ず熱交換器の為の波形コア構造体の形を一般
的に述べると、該構造体波形体の平行な列を有す
る一つの板体からなつており、波形体の壁は熱伝
達媒体を貫流させる為の通路を定めると共に該壁
の滑らかな部分によつて次々に分離された壁の長
さ方向に延びた凸部と凹部とからなる対を有して
いる。 そしてこれら凸部と凹部の対は互に反対側に配
置され、熱伝達過程を強化する為に熱伝達媒体を
次々と絞り込む末広がり−先細り通路を定める。
また、波形体の各頂部は可能な限り小さな半径を
もつて屈曲している。 本発明によれば、このような構成に加え、更に
以下の構造が与えられる。即ち、 熱伝達媒体の通路の各々の滑らかな部分の長さ
は実質的に当該滑らかな部分の水力直径の５倍よ
り小さな値を有し、波形の頂部の内側の曲率半径
は実質的に波形のピツチの４分の１と当該部分の
壁厚の２分の１との差よりも小さい。 そして波形体の壁上に設けられた凸部及び凹部
は熱伝達作用を強化できるに足りる長さを有して
いる。 この構造により壁との境界領域の渦が熱伝達媒
体の流れのコア部分との間に相互作用を起す、即
ちコア部分に影響を与えるということが防止され
る。その結果伝達作用の強化の為に消費されるエ
ネルギーが低減される。 最高の熱力学的効率を与ええるのは、凸部と凹
部の長さｎがいずれも次式を満たす場合である。 ｎ＝Ｆ−d*／ｄ（Ｆ＋dm）／2m ここで、 Ｆ；通路の滑らかな部分の開口面積 d*；通路の最狭部について求められた水力直径 ｄ；通路の滑らかな部分について求められた水力
直径 ｍ；各凸部の高さ 以下に図面を参照して本発明を更に詳しく説明
する。 本発明の最適の実施例 熱交換器の為の波形コア構造体は一般に平行に
並んだ波形１の列を有する板体として形成されて
おり、この波形板体はリブ付板熱交換器の平坦な
各分離板の間に配置される。又、熱交換器がリブ
付板熱交換器でなくフイルムチユーブ熱交換器の
場合には波形体はフラツトチユーブ間あるいはチ
ユーブの内側に配置される。 波形体の壁２は矩形あるいは三角形の断面の通
路３を定め、この通路を熱伝達媒体が貫流する。 前記の各壁の全長に沿つて凸部４（第３図）及
び凹部５が波形体１の壁２（第１図及び第２図）
近傍において互に反対側に位置して配置されてお
り、滑らかな部分６によつて相互に分離されてい
る（第３図）。 従つて、滑らかな部分６と共に順次配置された
凸部４（第３図）と凹部５とからなる対を有する
壁２（第１図及び第２図）は一般に矢印Ａで示さ
れた熱伝達媒体の流路に沿つて並び、通路の滑ら
かな部分９によつて各々分離された先細り部７と
末広がり部分８とを形成している。 波形体１の頂部１０（第２図）と落ち込み部１
１は内径Ｒで丸味を付けるかあるいは屈曲されて
いる。 波形体１（第１図及び第２図）の壁における横
方向凸部４（第３図）と凹部５の各々の面の間の
共役関係（conjugation）は半径R1とR2の相接孤
（第４図）、あるいは傾斜線１２によつて共役関係
を保たれた（conjucated）半径R3とR4の孤によ
つて作られている。 ここで、提示された波形コア構造体の通路内で
生ずる対流的熱伝達過程は次の性質を有してい
る。 即ち、予め広がり角乃至張り出し角（第３図）
と、横方向凸部及び凹部の各頂部の曲率半径R5
が設定された場合に波形コア構造物の通路に沿つ
て熱伝達媒体を流動させる力は熱伝達媒体流の水
力学的安定性にある量の損失を伴う。 その結果、値Reで特徴付けられる熱伝達媒体
流についてある諸条件が満たされると渦流コア
（vortex core）の形をした３次元の渦、即ち、
３次元の渦系が末広がり部の壁に沿つて誘起され
る。これら渦の大きさは横方向の凸部４と凹部５
の高さに比例する。 本発明の発明者による研究によつて次の事が明
らかとなつた。即ち、壁面境界層は乱流熱伝導の
最低値λT、熱流密度ｑおよび最大温度勾配gradt
によつて特徴付けられる。そして熱伝達媒体流の
コア内部における乱流熱伝導値λX Tは最高の値を
示しそれは分子熱伝導による値λXの数桁も大き
い。 一方、壁面境界層における分子熱伝導による値
λは一般に壁面境界の熱流を定める働きをする。
そして熱伝達媒体流のコア部分に付加的に新たな
乱流が生じたとしても乱流熱伝導の値λX Tには無
視出来ない程の上昇は起らない。 従つて、媒体流のコア部分が通路断面積の大部
分を占めるという事実の為に媒体流のコア部分に
余分な乱流が発生することによつて付加的に消費
されるエネルギーはその際にそれに対応した密度
の上昇を得る為には不当に高いことになる。 上に述べたことはフーリエの仮説によつて説明
することができる。今の場合、これは壁面境界層
については ｑ＝（λ＋λT）gradt （但しλ＞λT） 流れのコア部分については ｑ＝−（λX＋λX T）gradt （但しλX≪λX T） と書ける。 これから判るように、渦流発生手段によつて流
れに加えられた付加的エネルギーの70％〜90％を
要する流れコア部分における乱流形成は通路内に
おける熱伝達の強化にほとんど寄与しない。 従つて当然の理として付加的なエネルギーは熱
伝達媒体流の壁面境界層に与えられなければなら
ない。一方、横方向凸部及び凹部の高さｍ（第１
図及び第２図）は通路内の熱伝達媒体の壁面境界
層の厚みより小さいが少なくとも等しくなければ
ならない。 何故ならば横方向凸部と凹部の高さが大きいと
誘起される壁面境界渦の寸法が大きくなるからで
ある。この渦の寸法が壁面境界層の厚みを越える
と１つの状況が生起されるであろう。この場合、
壁面境界層の外側で流れのコア部分に熱伝達媒体
の乱流を生起する為に媒体流に加えられた付加エ
ネルギーの一部は無駄に消費されてしまう。 通路に沿つた熱伝達媒体流中の壁面境界層の厚
みはその熱伝達媒体流の条件に依存して変化す
る。 これら条件はRe＝400〜10000の範囲を持つRe
数によつて特徴付けられる。横方向凸部と凹部の
高さｍについて要求される値もこれに対応して変
わる。その結果、通路断面の縮小比d*／ｄが変
ることになる。 ここで提案される波形コア構造体においては
d*の値は通路の最狭部で定められる。即ち、d*
＝4F*／π*、但し、F*及びπ*は波形体中の通路の最 狭部の開口面積及び周長である。 一方ｄ値は波形体中の通路の滑らかな部につい
ての水力半径として与えられるものであり、 ｄ＝4F／πとなる。 ここで、Ｆは滑らかな部分の開口面積であり、
πは同じく滑らかな部分の周長である。 上記のことから次のことがわかる。即ち、本発
明に従つた波形コア構造体においては渦は通路の
末広がり部分に誘起され、その寸法は熱伝達媒体
流について一定の条件が満たされる限り横方向の
凸部及び凹部の高さと同一数で割り切れる関係、
すなわち、それと正比例関係にある。この関係は
通路断面積の収縮比と横方向の凸部及び凹部の高
さがある値にある場合と同様のものである。 熱伝達媒体の渦渡的な流れに乗せられて渦はそ
の部分の壁面境界領域中において滑らかな部分に
沿つて動き、その後徐々に沈静あるいは消滅す
る。 熱伝達過程の強化が本発明で提案された波形コ
ア構造体について最大の熱力学的効率で行なわれ
る為に必要なエネルギーがそれに沿つて渦のエネ
ルギーから最大限に引き出されるという意味での
通路９の滑らかな部分の長さl′（第３図）の最適
値は通路９の滑らかな部分について求められた水
力半径の実質的に５倍未満という制限を受ける。 これはこのl′5dなる範囲にl′の値があれば渦
は熱伝達媒体の流れに乗つて、続けて配置された
末広がり及び先細り部に入る間にその末広がり部
分中に生成された渦と合体あるいは相互作用を起
し流れのコア部分で拡散して侵入することがな
い。そしてこの渦は壁部分に生ずる摩擦力及び媒
体の持つ粘性によつて壁面境界領域中で消失す
る。 この結果、熱伝達媒体の流れのコア部分に供給
される付加的なエネルギーは存在せず、従つてこ
こで提案した波形コア構造を採用した熱交換器に
おいて熱伝達の強化を行なう為に消費されるエネ
ルギーの総量を経済的なものとすることができ
る。 上述した事項は実験によつて確かめられてお
り、熱伝達媒体流の条件がRe値＝1700で特徴付
けられている場合について Nu／Nuo＝ｆ（l′／ｄ）及び ξ／ξo＝f1（l′／ｄ）のグラフ（第６図）に示さ
れている。 ここで、NuとNuoはいずれもナツセルト数
（Nusselt数）であり、前者は次々と配置された
滑らかな部分と末広がり−先細り部分によつて定
められる熱伝達面の作る通路についてのものであ
り、後者は同じ滑らかな面を持つ通路に対するも
のである。同様にξ、ξpは圧力降下因子を上記
Nu及びNuoを与えた通路について各々表わす。 グラフの横座標には絞り込みの相対的頻度乃至
間隔l′／ｄがプロツトされ、縦座標にはNu／
Nuo（曲線）とξ／ξo（曲線）との関係がプ
ロツトされる。 このグラフから判るように、l′／ｄ＝０〜24の
すべての範囲を通じて本発明に従つた波形コア構
造体の熱力学的効率は１より大きい、即ち、
Nu／Nuo／ξ／ξp＞１である。 しかしながらl′／ｄ＝０〜５の範囲において、
Nu／Nuoは最つとも高い数値を示し、Nu／Nuo
＝2.15に達つする程である。つまり、滑らかな面
のみを採用した熱交換器との比較において寸法と
重さを全体にわたり半分に落とせることを保証す
る。 更に、次に記す事実の故に熱伝達媒体を流動さ
せる力によつて消費されるエネルギーも低減され
るのである。 即ち、波形体の各頂部はできるかぎりの小径Ｒ
をもつて丸められており（第２図）；横方向の凸
部４（第３図）及び凹部５が壁２（第１図及び第
２図）と共に半径R1とR2を持つ相接円（第４
図）、あるいは傾斜した線１２によつて共役関係
に置かれた半径R3とR4の孤によつて共役関係を
形成するように構成され、そして；長さｎを持つ
凸部及び凹部（第１図及び第２図）が相較的に小
さなエネルギーの消費で強化された熱交換過程を
達成する。 波形体の三角形通路の頂部の内径の曲率半径が
余分に大きいと渦流の安定性が損なわれ、波形体
を熱交換のリブ付プレートあるいはフラツトチユ
ーブの分離板に対して押しつけることが不可能に
なる場合がある。この圧接関係は部材の接合の為
に必要なものである。 これから来る半径Ｒに対する制限はＲ＝ｔ／４− δ／２で与えられる。 ここで、ｔ（第１図及び第２図）は波形体１の
波形間隔乃至ピツチであり、δは波形構造体の厚
みである。 横方向の凸部及び凹部の長さｎ（第１図及び第
２図）が大きい時と同様に、R1，R2（第４図）又
はR3，R4（第５図）が存在せず半径ＲがＲ＜ｔ／４ −δ／２と低い時には波形体１の通路３の頂部１０ 及び落ち込み部１１の角部分の薄層状の領域内に
おける渦の発生と広がりは不充分となり、熱伝達
媒体を流動させる力の為に消費されるエネルギー
が余分に必要となる。 本発明の発明者の見出した事実によれば、ここ
に提案された波形コア構造体の横方向凸部（第３
図）及び凹部５の長さｎは波形体１の通路３（第
１図及び第２図）の収縮比や前記凸部と凹部の高
さｍを試行的に選択した後で良好に定められる。 すなわち、 ｎ＝Ｆ−d*／ｄ（Ｆ＋dm）／2mで決定される。 ここで Ｆ：通路の滑らかな部分の開口面積 d*；通路の最狭部について求められた水力直径、 ｄ；通路の滑らかな部分について求められた水力
直径 ｍ；各凸部の高さ、 である。 このｎの最適値はここに提案された波形構造体
内において最高の熱力学的効率をもつて熱伝達過
程が達成される条件を与える。 産業上の適用性 本発明に従つた波形コア構造体を備えた標準の
水冷式のトラクター用ラジエターを工場内及び実
地で比較試験にかけてみると、他の諸条件を同一
とした場合、本発明の波形コア構造体を備えたも
のは寸法と重量を半分にすることができるのが確
認される。 水冷式のラジエターは大量生産される物品であ
るから、トラクター用の水冷式ラジエターの生産
のみを想定したとしても、ここに提案された波形
コア構造体の利用によつて当の経済的利点が見込
まれる。
くは波形の熱伝達構造体に関する。 本発明により提示される波形コア構造体は任意
の熱伝達媒体を用いる種々の型のフイルムチユー
ブ熱交換器とリブ付プレート熱交換器に応用し得
るものである。 技術的背景 そこを貫流する熱伝達媒体の為の、平行に並ん
だ通路を定める三角形あるいは矩形断面の波形体
を有する波形構造体が背景技術として知られてい
る。熱伝達媒体の流路に適合するように波形体側
面には連続的に順次並んで横方向凸部と凹部が位
置している。これらの凸部と凹部は熱伝達媒体通
路中に連続的に順次配列された末広がり−先細り
部分を定めるに適している。凸部と凹部の縁部は
流線形あるいは円形に形成されている。 熱伝達媒体流路と平行にのびる波形体側面は更
に平坦あるいは滑らかな部分によつて熱媒体流路
に沿つて互に分離された、横方向の凸部と凹部の
対を備えることもできる。この場合、滑らかな部
分と先細りあるいは末広がりの部分とが交互に続
く通路が形成されることとなり、凸部及び凹部は
波形体の尾根の全高にわたつて延びるか、あるい
は交互に尾根の高さの一部のみを占める。 熱伝達媒体の流れを収れんさせ、あるいは絞り
込むことにより通路の先細り部の壁に沿つて３次
元の渦（core eddy）が誘起される。 渦による粘性及び流動性は熱伝達媒体の流れの
うち壁との境界面領域で促進される傾向があり、
これにより熱伝達媒体の熱勾配と密度とが増大し
その結果熱伝達媒体と波形板の側壁との間の熱伝
達係数が改善される。 しかしながら、熱伝達媒体の条件および凹部、
凸部の寸法によつては強力な渦が通路の末広がり
部に生じ、これと流れのコア部分とが該渦の拡散
により相互作用を起すことになる これにより熱伝達媒体を流すに消費される全エ
ネルギーが増加してしまい、実質的には熱伝達媒
体と波形板側面との間の熱伝達係数を改善したこ
とにはならない。 また、末広がり部分で発生した渦が次に続く凸
部に達し、波形体の壁の滑らかな部分によつて順
次分離されて連続的に配置された横方向の凸部及
び凹部を備えた波形コア構造体中の流れのコア部
分に拡散して行つた場合にも類似の相互作用が該
流れのコア部分との間に起る。 このような設計になる波形コア構造体の熱力学
的効率は今なお低い。 熱伝達媒体の流れを次々に絞り込むことにより
熱交換作用を強化する方式は通路の末広がり部分
に誘起される渦が通路の滑らかな部分においてそ
の渦のエネルギーを完全に消散してしまうケース
においても不満足な利用結果しか与えない。前記
のケースでは熱伝達媒体の流れの中に薄い境界層
の回復が起つている。 発明の概要 本発明の目指すところは熱伝達媒体を次々と絞
り込むことによつて熱交換作用を熱力学的に最大
限の効率でもつて強化することのできる波形コア
構造体を提供することである。 これは次に述べるような構造によつて達成され
る。 先ず熱交換器の為の波形コア構造体の形を一般
的に述べると、該構造体波形体の平行な列を有す
る一つの板体からなつており、波形体の壁は熱伝
達媒体を貫流させる為の通路を定めると共に該壁
の滑らかな部分によつて次々に分離された壁の長
さ方向に延びた凸部と凹部とからなる対を有して
いる。 そしてこれら凸部と凹部の対は互に反対側に配
置され、熱伝達過程を強化する為に熱伝達媒体を
次々と絞り込む末広がり−先細り通路を定める。
また、波形体の各頂部は可能な限り小さな半径を
もつて屈曲している。 本発明によれば、このような構成に加え、更に
以下の構造が与えられる。即ち、 熱伝達媒体の通路の各々の滑らかな部分の長さ
は実質的に当該滑らかな部分の水力直径の５倍よ
り小さな値を有し、波形の頂部の内側の曲率半径
は実質的に波形のピツチの４分の１と当該部分の
壁厚の２分の１との差よりも小さい。 そして波形体の壁上に設けられた凸部及び凹部
は熱伝達作用を強化できるに足りる長さを有して
いる。 この構造により壁との境界領域の渦が熱伝達媒
体の流れのコア部分との間に相互作用を起す、即
ちコア部分に影響を与えるということが防止され
る。その結果伝達作用の強化の為に消費されるエ
ネルギーが低減される。 最高の熱力学的効率を与ええるのは、凸部と凹
部の長さｎがいずれも次式を満たす場合である。 ｎ＝Ｆ−d*／ｄ（Ｆ＋dm）／2m ここで、 Ｆ；通路の滑らかな部分の開口面積 d*；通路の最狭部について求められた水力直径 ｄ；通路の滑らかな部分について求められた水力
直径 ｍ；各凸部の高さ 以下に図面を参照して本発明を更に詳しく説明
する。 本発明の最適の実施例 熱交換器の為の波形コア構造体は一般に平行に
並んだ波形１の列を有する板体として形成されて
おり、この波形板体はリブ付板熱交換器の平坦な
各分離板の間に配置される。又、熱交換器がリブ
付板熱交換器でなくフイルムチユーブ熱交換器の
場合には波形体はフラツトチユーブ間あるいはチ
ユーブの内側に配置される。 波形体の壁２は矩形あるいは三角形の断面の通
路３を定め、この通路を熱伝達媒体が貫流する。 前記の各壁の全長に沿つて凸部４（第３図）及
び凹部５が波形体１の壁２（第１図及び第２図）
近傍において互に反対側に位置して配置されてお
り、滑らかな部分６によつて相互に分離されてい
る（第３図）。 従つて、滑らかな部分６と共に順次配置された
凸部４（第３図）と凹部５とからなる対を有する
壁２（第１図及び第２図）は一般に矢印Ａで示さ
れた熱伝達媒体の流路に沿つて並び、通路の滑ら
かな部分９によつて各々分離された先細り部７と
末広がり部分８とを形成している。 波形体１の頂部１０（第２図）と落ち込み部１
１は内径Ｒで丸味を付けるかあるいは屈曲されて
いる。 波形体１（第１図及び第２図）の壁における横
方向凸部４（第３図）と凹部５の各々の面の間の
共役関係（conjugation）は半径R1とR2の相接孤
（第４図）、あるいは傾斜線１２によつて共役関係
を保たれた（conjucated）半径R3とR4の孤によ
つて作られている。 ここで、提示された波形コア構造体の通路内で
生ずる対流的熱伝達過程は次の性質を有してい
る。 即ち、予め広がり角乃至張り出し角（第３図）
と、横方向凸部及び凹部の各頂部の曲率半径R5
が設定された場合に波形コア構造物の通路に沿つ
て熱伝達媒体を流動させる力は熱伝達媒体流の水
力学的安定性にある量の損失を伴う。 その結果、値Reで特徴付けられる熱伝達媒体
流についてある諸条件が満たされると渦流コア
（vortex core）の形をした３次元の渦、即ち、
３次元の渦系が末広がり部の壁に沿つて誘起され
る。これら渦の大きさは横方向の凸部４と凹部５
の高さに比例する。 本発明の発明者による研究によつて次の事が明
らかとなつた。即ち、壁面境界層は乱流熱伝導の
最低値λT、熱流密度ｑおよび最大温度勾配gradt
によつて特徴付けられる。そして熱伝達媒体流の
コア内部における乱流熱伝導値λX Tは最高の値を
示しそれは分子熱伝導による値λXの数桁も大き
い。 一方、壁面境界層における分子熱伝導による値
λは一般に壁面境界の熱流を定める働きをする。
そして熱伝達媒体流のコア部分に付加的に新たな
乱流が生じたとしても乱流熱伝導の値λX Tには無
視出来ない程の上昇は起らない。 従つて、媒体流のコア部分が通路断面積の大部
分を占めるという事実の為に媒体流のコア部分に
余分な乱流が発生することによつて付加的に消費
されるエネルギーはその際にそれに対応した密度
の上昇を得る為には不当に高いことになる。 上に述べたことはフーリエの仮説によつて説明
することができる。今の場合、これは壁面境界層
については ｑ＝（λ＋λT）gradt （但しλ＞λT） 流れのコア部分については ｑ＝−（λX＋λX T）gradt （但しλX≪λX T） と書ける。 これから判るように、渦流発生手段によつて流
れに加えられた付加的エネルギーの70％〜90％を
要する流れコア部分における乱流形成は通路内に
おける熱伝達の強化にほとんど寄与しない。 従つて当然の理として付加的なエネルギーは熱
伝達媒体流の壁面境界層に与えられなければなら
ない。一方、横方向凸部及び凹部の高さｍ（第１
図及び第２図）は通路内の熱伝達媒体の壁面境界
層の厚みより小さいが少なくとも等しくなければ
ならない。 何故ならば横方向凸部と凹部の高さが大きいと
誘起される壁面境界渦の寸法が大きくなるからで
ある。この渦の寸法が壁面境界層の厚みを越える
と１つの状況が生起されるであろう。この場合、
壁面境界層の外側で流れのコア部分に熱伝達媒体
の乱流を生起する為に媒体流に加えられた付加エ
ネルギーの一部は無駄に消費されてしまう。 通路に沿つた熱伝達媒体流中の壁面境界層の厚
みはその熱伝達媒体流の条件に依存して変化す
る。 これら条件はRe＝400〜10000の範囲を持つRe
数によつて特徴付けられる。横方向凸部と凹部の
高さｍについて要求される値もこれに対応して変
わる。その結果、通路断面の縮小比d*／ｄが変
ることになる。 ここで提案される波形コア構造体においては
d*の値は通路の最狭部で定められる。即ち、d*
＝4F*／π*、但し、F*及びπ*は波形体中の通路の最 狭部の開口面積及び周長である。 一方ｄ値は波形体中の通路の滑らかな部につい
ての水力半径として与えられるものであり、 ｄ＝4F／πとなる。 ここで、Ｆは滑らかな部分の開口面積であり、
πは同じく滑らかな部分の周長である。 上記のことから次のことがわかる。即ち、本発
明に従つた波形コア構造体においては渦は通路の
末広がり部分に誘起され、その寸法は熱伝達媒体
流について一定の条件が満たされる限り横方向の
凸部及び凹部の高さと同一数で割り切れる関係、
すなわち、それと正比例関係にある。この関係は
通路断面積の収縮比と横方向の凸部及び凹部の高
さがある値にある場合と同様のものである。 熱伝達媒体の渦渡的な流れに乗せられて渦はそ
の部分の壁面境界領域中において滑らかな部分に
沿つて動き、その後徐々に沈静あるいは消滅す
る。 熱伝達過程の強化が本発明で提案された波形コ
ア構造体について最大の熱力学的効率で行なわれ
る為に必要なエネルギーがそれに沿つて渦のエネ
ルギーから最大限に引き出されるという意味での
通路９の滑らかな部分の長さl′（第３図）の最適
値は通路９の滑らかな部分について求められた水
力半径の実質的に５倍未満という制限を受ける。 これはこのl′5dなる範囲にl′の値があれば渦
は熱伝達媒体の流れに乗つて、続けて配置された
末広がり及び先細り部に入る間にその末広がり部
分中に生成された渦と合体あるいは相互作用を起
し流れのコア部分で拡散して侵入することがな
い。そしてこの渦は壁部分に生ずる摩擦力及び媒
体の持つ粘性によつて壁面境界領域中で消失す
る。 この結果、熱伝達媒体の流れのコア部分に供給
される付加的なエネルギーは存在せず、従つてこ
こで提案した波形コア構造を採用した熱交換器に
おいて熱伝達の強化を行なう為に消費されるエネ
ルギーの総量を経済的なものとすることができ
る。 上述した事項は実験によつて確かめられてお
り、熱伝達媒体流の条件がRe値＝1700で特徴付
けられている場合について Nu／Nuo＝ｆ（l′／ｄ）及び ξ／ξo＝f1（l′／ｄ）のグラフ（第６図）に示さ
れている。 ここで、NuとNuoはいずれもナツセルト数
（Nusselt数）であり、前者は次々と配置された
滑らかな部分と末広がり−先細り部分によつて定
められる熱伝達面の作る通路についてのものであ
り、後者は同じ滑らかな面を持つ通路に対するも
のである。同様にξ、ξpは圧力降下因子を上記
Nu及びNuoを与えた通路について各々表わす。 グラフの横座標には絞り込みの相対的頻度乃至
間隔l′／ｄがプロツトされ、縦座標にはNu／
Nuo（曲線）とξ／ξo（曲線）との関係がプ
ロツトされる。 このグラフから判るように、l′／ｄ＝０〜24の
すべての範囲を通じて本発明に従つた波形コア構
造体の熱力学的効率は１より大きい、即ち、
Nu／Nuo／ξ／ξp＞１である。 しかしながらl′／ｄ＝０〜５の範囲において、
Nu／Nuoは最つとも高い数値を示し、Nu／Nuo
＝2.15に達つする程である。つまり、滑らかな面
のみを採用した熱交換器との比較において寸法と
重さを全体にわたり半分に落とせることを保証す
る。 更に、次に記す事実の故に熱伝達媒体を流動さ
せる力によつて消費されるエネルギーも低減され
るのである。 即ち、波形体の各頂部はできるかぎりの小径Ｒ
をもつて丸められており（第２図）；横方向の凸
部４（第３図）及び凹部５が壁２（第１図及び第
２図）と共に半径R1とR2を持つ相接円（第４
図）、あるいは傾斜した線１２によつて共役関係
に置かれた半径R3とR4の孤によつて共役関係を
形成するように構成され、そして；長さｎを持つ
凸部及び凹部（第１図及び第２図）が相較的に小
さなエネルギーの消費で強化された熱交換過程を
達成する。 波形体の三角形通路の頂部の内径の曲率半径が
余分に大きいと渦流の安定性が損なわれ、波形体
を熱交換のリブ付プレートあるいはフラツトチユ
ーブの分離板に対して押しつけることが不可能に
なる場合がある。この圧接関係は部材の接合の為
に必要なものである。 これから来る半径Ｒに対する制限はＲ＝ｔ／４− δ／２で与えられる。 ここで、ｔ（第１図及び第２図）は波形体１の
波形間隔乃至ピツチであり、δは波形構造体の厚
みである。 横方向の凸部及び凹部の長さｎ（第１図及び第
２図）が大きい時と同様に、R1，R2（第４図）又
はR3，R4（第５図）が存在せず半径ＲがＲ＜ｔ／４ −δ／２と低い時には波形体１の通路３の頂部１０ 及び落ち込み部１１の角部分の薄層状の領域内に
おける渦の発生と広がりは不充分となり、熱伝達
媒体を流動させる力の為に消費されるエネルギー
が余分に必要となる。 本発明の発明者の見出した事実によれば、ここ
に提案された波形コア構造体の横方向凸部（第３
図）及び凹部５の長さｎは波形体１の通路３（第
１図及び第２図）の収縮比や前記凸部と凹部の高
さｍを試行的に選択した後で良好に定められる。 すなわち、 ｎ＝Ｆ−d*／ｄ（Ｆ＋dm）／2mで決定される。 ここで Ｆ：通路の滑らかな部分の開口面積 d*；通路の最狭部について求められた水力直径、 ｄ；通路の滑らかな部分について求められた水力
直径 ｍ；各凸部の高さ、 である。 このｎの最適値はここに提案された波形構造体
内において最高の熱力学的効率をもつて熱伝達過
程が達成される条件を与える。 産業上の適用性 本発明に従つた波形コア構造体を備えた標準の
水冷式のトラクター用ラジエターを工場内及び実
地で比較試験にかけてみると、他の諸条件を同一
とした場合、本発明の波形コア構造体を備えたも
のは寸法と重量を半分にすることができるのが確
認される。 水冷式のラジエターは大量生産される物品であ
るから、トラクター用の水冷式ラジエターの生産
のみを想定したとしても、ここに提案された波形
コア構造体の利用によつて当の経済的利点が見込
まれる。
第１図は本発明に従つた熱交換器用の波形コア
構造体の見取図である。 第２図は本発明に従つた熱交換器用の波形コア
構造体の一つの変形例を示し、波形の壁の高さの
全部を凸部と凹部とで占めている例である。 第３図は第１図における線−に沿つた断面
を示す。 第４図は第１図における要素の拡大見取図で
ある。 第５図は第２図における要素の拡大見取図で
ある。 第６図はRe＝1700の場合におけるNu／Nup＝
ｆ（l′／ｄ）とξ／ξp＝f1（l′／ｄ）を表わすグラ
フ
である。 ２：波形体の壁、３：熱伝達媒体通路、７：通
路の先細り部、８：通路の末広がり部。
構造体の見取図である。 第２図は本発明に従つた熱交換器用の波形コア
構造体の一つの変形例を示し、波形の壁の高さの
全部を凸部と凹部とで占めている例である。 第３図は第１図における線−に沿つた断面
を示す。 第４図は第１図における要素の拡大見取図で
ある。 第５図は第２図における要素の拡大見取図で
ある。 第６図はRe＝1700の場合におけるNu／Nup＝
ｆ（l′／ｄ）とξ／ξp＝f1（l′／ｄ）を表わすグラ
フ
である。 ２：波形体の壁、３：熱伝達媒体通路、７：通
路の先細り部、８：通路の末広がり部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 互に平行に配置された波形体の列を有する１
つの板体として形成されており；各波形体の各壁
は熱伝達媒体を貫流させる為の通路を定めると共
に各壁の滑らかな部分によつて次々と分離され壁
の長さ方向に沿つて延びる凸部と凹部とからなる
対を備えており；前記各対をなす凸部と凹部は各
通路の末広がり部分および先細り部分とを形成す
べく相互に反対側に配置されると共に熱伝達過程
を強化するに十分な長さを有しており；前記各通
路の滑らかな部分は前記末広がり部分及び先細り
部分と共に交番的に組み合わさつて熱伝達過程を
強化する為に熱伝達媒体の流れを次々と絞り込む
ことができ；通路の前記滑らかな部の各々は実質
的に該通路の前記滑らかな部分の水力直径の５倍
より小さな長さを有し；前記各波形体の頂部は実
質的に前記波形のピツチの４分の１と該部分の壁
厚の２分の１との差より小さな半径をもつて屈曲
している；熱交換器の為の波形コア構造体。 ２ 前記各凸部及び凹部が次式、 ｎ＝Ｆ−d*／ｄ（Ｆ＋dm）／2m 但し、Ｆ；通路の滑らかな部分の開口面積 d*；通路の最狭部について求められた水力直径 ｄ；通路の滑らかな部分について求められた水力
直径 ｍ；各凸部の高さ で与えられる長さｎを有する、特許請求の範囲第
１項記載の波形コア構造体。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU802872538A SU962743A2 (ru) | 1980-02-07 | 1980-02-07 | Гофрированна вставка дл пластинчатого теплообменника |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57500388A JPS57500388A (ja) | 1982-03-04 |
| JPS6350636B2 true JPS6350636B2 (ja) | 1988-10-11 |
Family
ID=20873458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56501218A Expired JPS6350636B2 (ja) | 1980-02-07 | 1981-01-15 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4420039A (ja) |
| JP (1) | JPS6350636B2 (ja) |
| CH (1) | CH654653A5 (ja) |
| DE (1) | DE3134401C1 (ja) |
| FR (1) | FR2475710A1 (ja) |
| IT (2) | IT1135342B (ja) |
| SE (1) | SE8105874L (ja) |
| SU (1) | SU962743A2 (ja) |
| WO (1) | WO1981002340A1 (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4619242A (en) * | 1978-10-10 | 1986-10-28 | Smith Robert J | Heat transfer and conditioning unit |
| JP2949963B2 (ja) * | 1991-10-18 | 1999-09-20 | 株式会社デンソー | コルゲートルーバフィン型熱交換器 |
| RU2020304C1 (ru) * | 1992-03-31 | 1994-09-30 | Геннадий Ираклиевич Кикнадзе | Поверхность обтекания для формирования динамических вихревых структур в пограничных и пристенных слоях потоков сплошных сред |
| US5350012A (en) * | 1992-08-21 | 1994-09-27 | Voss Manufacturing, Inc. | Rotary fin machine |
| FR2714456B1 (fr) * | 1993-12-29 | 1996-01-12 | Commissariat Energie Atomique | Echangeur de chaleur à plaques améliorées. |
| JP2913007B2 (ja) * | 1994-10-18 | 1999-06-28 | 工業技術院長 | 摩擦抵抗低減流体用熱交換器 |
| US5476140A (en) * | 1995-02-21 | 1995-12-19 | Behr Heat Transfer Systems, Inc. | Alternately staggered louvered heat exchanger fin |
| DE10102088A1 (de) * | 2000-01-28 | 2001-08-16 | Behr Gmbh & Co | Ladeluftkühler, insbesondere für Kraftfahrzeuge |
| DE10304692A1 (de) * | 2003-02-06 | 2004-08-19 | Modine Manufacturing Co., Racine | Gewellter Einsatz für ein Wärmetauscherrohr |
| US20040209017A1 (en) * | 2003-04-15 | 2004-10-21 | Zahrobsky Peter C. | Weak base modification of porous ink-jet media coating for enhanced image quality |
| DE10359806A1 (de) * | 2003-12-19 | 2005-07-14 | Modine Manufacturing Co., Racine | Wärmeübertrager mit flachen Rohren und flaches Wärmeübertragerrohr |
| US20060099073A1 (en) * | 2004-11-05 | 2006-05-11 | Toufik Djeridane | Aspherical dimples for heat transfer surfaces and method |
| DE102005053924B4 (de) * | 2005-11-11 | 2016-03-31 | Modine Manufacturing Co. | Ladeluftkühler in Plattenbauweise |
| US20090250201A1 (en) | 2008-04-02 | 2009-10-08 | Grippe Frank M | Heat exchanger having a contoured insert and method of assembling the same |
| US8424592B2 (en) * | 2007-01-23 | 2013-04-23 | Modine Manufacturing Company | Heat exchanger having convoluted fin end and method of assembling the same |
| US20100025024A1 (en) * | 2007-01-23 | 2010-02-04 | Meshenky Steven P | Heat exchanger and method |
| DE202008016603U1 (de) | 2008-12-15 | 2010-04-29 | Autokühler GmbH & Co. KG | Wellrippe für Wärmeaustauscher |
| JP5487423B2 (ja) * | 2009-07-14 | 2014-05-07 | 株式会社神戸製鋼所 | 熱交換器 |
| RU2450230C2 (ru) * | 2009-12-07 | 2012-05-10 | Евгений Владимирович Дубровский | Гофрированная вставка для пластинчатого теплообменника |
| JP5545260B2 (ja) | 2010-05-21 | 2014-07-09 | 株式会社デンソー | 熱交換器 |
| US9065158B2 (en) * | 2010-05-28 | 2015-06-23 | GM Global Technology Operations LLC | Corrugated fin and frame assembly for battery cooling |
| US9080819B2 (en) * | 2011-10-05 | 2015-07-14 | T.Rad Co., Ltd. | Folded heat exchanger with V-shaped convex portions |
| DE102012205916B4 (de) | 2012-04-11 | 2018-09-06 | Mahle International Gmbh | Wellrippe |
| JP6225042B2 (ja) * | 2014-02-14 | 2017-11-01 | 住友精密工業株式会社 | プレートフィン熱交換器、及び、熱交換器用コルゲートフィンの製造方法 |
| JP6742504B2 (ja) * | 2017-03-07 | 2020-08-19 | 株式会社Ihi | 航空機用放熱器 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2789797A (en) * | 1953-08-20 | 1957-04-23 | Modine Mfg Co | Heat exchanger fin structure |
| US3151675A (en) * | 1957-04-02 | 1964-10-06 | Lysholm Alf | Plate type heat exchanger |
| FR1212976A (fr) * | 1957-10-24 | 1960-03-28 | Richard Kablitz Ges M B H Deut | Perfectionnements aux échangeurs de chaleur |
| FR1193290A (fr) * | 1958-03-14 | 1959-11-02 | Tube pour échangeur de chaleur | |
| US3262495A (en) * | 1961-12-21 | 1966-07-26 | Blackstone Corp | Heat transfer core structure |
| US3372743A (en) * | 1967-01-25 | 1968-03-12 | Pall Corp | Heat exchanger |
| GB1304691A (ja) * | 1969-01-21 | 1973-01-24 | ||
| FR2034344A1 (ja) * | 1969-03-18 | 1970-12-11 | Chausson Usines Sa | |
| SU591684A2 (ru) * | 1976-01-30 | 1978-02-05 | Предприятие П/Я А-1665 | Гофрированна вставка дл пластинчатого теплообменника |
| JPS5926237B2 (ja) * | 1978-06-21 | 1984-06-25 | 株式会社日立製作所 | 熱交換器 |
| JPS56155391A (en) * | 1980-04-30 | 1981-12-01 | Nippon Denso Co Ltd | Corrugated fin type heat exchanger |
-
1980
- 1980-02-07 SU SU802872538A patent/SU962743A2/ru active
-
1981
- 1981-01-15 JP JP56501218A patent/JPS6350636B2/ja not_active Expired
- 1981-01-15 DE DE3134401A patent/DE3134401C1/de not_active Expired
- 1981-01-15 WO PCT/SU1981/000005 patent/WO1981002340A1/ru active Application Filing
- 1981-01-15 CH CH6520/81A patent/CH654653A5/de not_active IP Right Cessation
- 1981-01-15 US US06/309,887 patent/US4420039A/en not_active Expired - Fee Related
- 1981-02-05 FR FR8102241A patent/FR2475710A1/fr active Granted
- 1981-02-06 IT IT19567/81A patent/IT1135342B/it active
- 1981-02-06 IT IT8120708U patent/IT8120708V0/it unknown
- 1981-10-05 SE SE8105874A patent/SE8105874L/xx unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE8105874L (sv) | 1981-10-05 |
| SU962743A2 (ru) | 1982-09-30 |
| WO1981002340A1 (en) | 1981-08-20 |
| IT8119567A0 (it) | 1981-02-06 |
| FR2475710A1 (fr) | 1981-08-14 |
| IT8120708V0 (it) | 1981-02-06 |
| FR2475710B1 (ja) | 1984-04-20 |
| JPS57500388A (ja) | 1982-03-04 |
| IT1135342B (it) | 1986-08-20 |
| US4420039A (en) | 1983-12-13 |
| CH654653A5 (de) | 1986-02-28 |
| DE3134401C1 (de) | 1984-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS6350636B2 (ja) | ||
| US6820682B2 (en) | Heat exchanger | |
| US7334631B2 (en) | Heat exchanger | |
| CN1875240B (zh) | 热交换器的流道以及带有这种流道的热交换器 | |
| EP2455694A2 (en) | Heat exchanger | |
| EP2455695A2 (en) | Heat exchanger | |
| JP5539352B2 (ja) | チャンネルシステム | |
| US20130153184A1 (en) | Heat exchanger | |
| US20020088611A1 (en) | Heat exchanger for liquid and gaseous media | |
| JP2005530979A (ja) | スタック構造のプレート熱伝達体 | |
| JPS6334393B2 (ja) | ||
| JPH0250399B2 (ja) | ||
| CN1102475A (zh) | 由众多平行管构成的热交换器 | |
| CN107062978A (zh) | 一种换热器板片及板式换热器 | |
| JPH0226159B2 (ja) | ||
| CN104930540A (zh) | 空气预热器烟气入口的导流结构 | |
| EP1860330A1 (en) | Method for producing a flow which forms tornado-type jets incorporated into a stream and a surface for carrying out said method | |
| JP2670512B2 (ja) | 伝熱要素板の積層体 | |
| JPH11183062A (ja) | 二重管式熱交換器 | |
| CN215832535U (zh) | 一种混合肋排换热器芯体及换热器 | |
| CN215639000U (zh) | 一种板式换热器的换热板片及板式换热器 | |
| CN210833173U (zh) | 一种用于相变换热的热交换器板束 | |
| JPH06159955A (ja) | ２重管式熱交換器 | |
| CN217844880U (zh) | 一种板式换热器用波纹板 | |
| CN117168214B (zh) | 一种鱼鳞状表面换热扁管及其组成的管束 |