JPWO2016043341A1

JPWO2016043341A1 - 熱交換器用コルゲートフィン

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Publication number: JPWO2016043341A1
Application number: JP2016548984A
Authority: JP
Inventors: 卓也文後; 大久保　厚; 厚大久保; 坂井　耐事; 耐事坂井
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2035-09-15
Also published as: WO2016043341A1; JP6567536B2

Abstract

伝熱性能の高いコルゲートフィンを提供する。互いに離間して並列された偏平チューブ１の間に介装される、または偏平チューブの内部に設置される熱交換器用コルゲートフィン１０であって、前記熱交換器用コルゲートフィンは、フィンの長手方向に波形に曲折された頂部と谷部との間に、立上げ部と立ち下げ部との各壁面３を有し、その各壁面に、フィンの幅方向に対して同一方向に傾斜する凸条４と凹条５とが交互に並列してなり、フィンの幅方向に対する、凸条の頂が連なる線および凹条の谷が連なる線の傾斜角度は相等しく、かつ１０度〜６０度であり、凸条および凹条は、フィンの幅方向に延びる徐変部２を介して、第１区分１５と第２区分１６とに分割されており、第１区分と第２区分の凹凸の周期は等しく、かつその凹凸の位相差は９０度〜２７０度である。

Description

本発明は、偏平チューブ間に介装される又は偏平チューブ内部に配置される熱交換器用コルゲートフィンであって、その立ち上がり壁面及び立ち下がり壁面に凸条と凹条とを交互に配置したものに関する。

熱交換器用コルゲートフィンとして、例えば、下記特許文献１に記載のフィンが知られている。
特許文献１に記載の発明は、互いに離間して並列された偏平チューブ間に介装される熱交換器用コルゲートフィンにおいて、その立ち上がり及び立下りの各壁面にフィンの幅方向に傾斜して、筋状凸部と溝状凹条とが交互に並列されてなるものである。

特許文献：特開２０１３−５０３０３号公報

上記特許文献１に記載のコルゲートフィンは、その製作時に予期しない箇所に曲がりが発生するのを確実に防止することを目的としたものであり、伝熱性能の向上を目的としたものではない。
伝熱性能はフィンに求められる第一の性能であり、伝熱性能の高いコルゲートフィンが求められている。
本発明は、従来のものよりも伝熱性能の高いコルゲートフィンを提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、互いに離間して並列された偏平チューブ（１）の間に介装される、または偏平チューブの内部に設置される熱交換器用コルゲートフィンにおいて、
フィンの長手方向に波形に曲折された頂部と谷部との間に、立上げ部と立ち下げ部との各壁面（３）を有し、
その各壁面（３）に、フィンの幅方向に対して同一方向に傾斜する凸条（４）と凹条（５）とが交互に並列してなり、
フィンの幅方向に対する、凸条（４）の頂が連なる線および凹条（５）の谷が連なる線の傾斜角度は相等しく、かつ１０度〜６０度であり、
凸条（４）および凹条（５）は、フィンの幅方向に延びる徐変部（２）を介して、第１区分（１５）と第２区分（１６）とに分割されており、
第１区分（１５）と第２区分（１６）の凹凸の周期は等しく、かつその凹凸の位相差は９０度〜２７０度であることを特徴とする熱交換器用コルゲートフィンである。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の熱交換器用コルゲートフィンにおいて、
フィンの幅方向に対する、凸条（４）の頂が連なる線および凹条（５）の谷が連なる線の傾斜角度は相等しく、かつ、２０度〜４０度であることを特徴とする熱交換器用コルゲートフィンである。
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の熱交換器用コルゲートフィンにおいて、
第１区分（１５）と第２区分（１６）の凹凸の位相差は１５０度〜２１０度であることを特徴とする熱交換器用コルゲートフィンである。

本発明のコルゲートフィンは、そのフィンの立ち上がりおよび、立ち下がりの各壁面３と、チューブ壁とで囲まれたセル内を気体が流通するとき、対向する両壁面３の各第１凹凸体６と第２凹凸体７とにより、気体はセル８内で、図２に示す如く、四つの旋回流９となって、気流の流通方向に進行する。その四つの旋回流９の進行により、セル８内の中央部分の気体を効率良くフィンに導くことによって、従来型フィンよりも熱交換が促進される。

図１は本発明の熱交換器用コルゲートフィンの要部断面正面図。
図２は同熱交換器用コルゲートフィンの作用を示す説明図。
図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視説明図。
図４は同コルゲートフィンを用いた熱交換器の正面略図。
図５は同コルゲートフィンの平面説明図。
図６は図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面略図。
図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断略面図。
図８は同コルゲートフィンの展開状態を示す平面説明図。
図９は同コルゲートフィンと図１２に示す従来型コルゲートフィンとの熱伝達率比率を比較したものであって、横軸にコア厚さをとり、縦軸に熱伝達率比率を示したものである。
図１０は同熱交換器用コルゲートフィンの他の例を示す平面図。
図１１は同熱交換器用コルゲートフィンのさらに他の例を示す平面図。
図１２は従来型コルゲートフィンの要部平面図。
図１３は図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面略図。
図１４は同コルゲートフィンの作用を示す説明図。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の熱交換器用コルゲートフィンの要部断面正面図であり、図４はそのコルゲートフィンを用いた熱交換器の一例である。
この熱交換器は、並列された多数の偏平チューブ１間に夫々コルゲートフィン１０が介装され、その接触部がろう付けされて熱交換器を形成する。コルゲートフィン１０は、アルミニウム、ステンレス等のフィンの条材が曲折されて、その長手方向に波形に形成された頂部と谷部とを有し、その立ち上げ部と立ち下げ部との各壁面３に凸条４と凹条５とが交互に並列されている。
その壁面３の表面は図５に示す如く、その幅方向中心の中心線Ｍを境として二等分割され、一方側に第１区分１５が形成され、他方側に第２区分１６が形成されている。そして各区分毎に、凸条４と凹条５とが交互に配置されている。ここで、フィンの幅方向に対する、凸条４の頂が連なる線および凹条５の谷が連なる線の傾斜角度は相等しく、かつ３０度となっている。そして第１区分１５の凹条５は、第２区分１６の凸条４に一直線上に接続されている。
また、第１区分１５の凸条４は第２区分１６の凹条５に一直線上に接続されている。すなわち、第１区分１５と第２区分１６の凹凸の周期は等しく、かつその凹凸の位相差は１８０度となっている。それらの接続部には、徐変部２が存在する。これを図５，図６において説明すると、第２区分１６の凸条４は、徐変部２を介して第１区分１５の凹条５に接続されている。逆に、第２区分１６の凹条５は、第１区分１５の凸条４に徐変部２を介して接続されている。なお、図５において第１区分１５及び第２区分１６の両端にも、夫々徐変部２が存在する。
そして、第１区分１５の凹条５と第２区分１６の凸条４と、それらを接続する徐変部２とにより、第１凹凸体６を構成する。そして、それに隣接する第２区分１６の凹条５と第１区分１５の凸条４とにより第２凹凸体７を構成する。
なお、図５に示す、壁面３の幅方向両側の縁部１４には、凸条４も凹条５も存在しない。そして、図５の縁部１４は、偏平チューブ１に、図１の如く、一体にろう付けされる。
なお、図６は図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面略図、図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面略図である。
このような、コルゲートフィン１０は、展開状態において、図８の如く形成され、同図において縁部１４の位置で交互に山折りと谷折りとに曲折される。
また、図３は第１区分１５及び第２区分１６の凸条４及び凹条５並びに徐変部２を模型的に説明した説明図である。この第１凹凸体６，第２凹凸体７は、図８に示す如く、交互に形成されている。
（作用）
一例として、コルゲートフィン１０には、図３に示す如く気流１７が流入し、偏平チューブ１内には被冷却用の液体が流通する。そして気流１７がコルゲートフィン１０にその先端から流入すると、第１区分１５に流入した気流１７は、偏平チューブ１の面またはコルゲートフィン１０の頂部もしくは谷部において、図２に示したように偏向され、また第２区分１６に流入した気流１７は、第１区分１５の凹条５から第２区分１６の凸条４にかけての徐変部２の面（図６参照）により、図２に示したように偏向される。
その結果、その気流１７は、偏平チューブ１と壁面３とで囲まれたセル８内で、旋回流９を形成しながらコアの幅方向に流通する。
これを模式的に表したのが図２である。同図のセル８内の流れは、４つの区分に分割され、その各区分に旋回流９が発生しており、その旋回流９が紙面の表面側から裏面側に進行する。
なお、これらの旋回流９は、前記傾斜角度が１０度〜６０度、かつ前記位相差が９０度〜２７０度のときに、好適に発生し、さらには、前記傾斜角度が２０度〜４０度、かつ前記位相差が１５０度〜２１０度のときに、より好適に発生する。
（比較例）
これに対して、図１２〜図１４に示す従来型のフィンでは、図１４に示す如く、コルゲートフィン１３と偏平チューブ１とで囲まれたセル８内は、中心線Ｓの両側に旋回流９が２つのみ生じる。
本発明者の実験によれば、図１４に示すセル８内の２つの旋回流９に対して、本発明のように図２に示す４つの旋回流９の場合には、各旋回流の旋回半径が小さいので、セル８内の中央部分の気体が、より速やかにフィンに導かれ、熱伝達が促進される。
図９は、本発明の熱交換器用コルゲートフィンと従来型コルゲートフィンとの比較を示したものであり、横軸にコア厚さをとり、縦軸に熱伝達率比率を示したものである。この例では、基準として、コア厚さ１００ｍｍの従来型コルゲートフィンにおける熱伝達率を１００％としている。同図で▲の各点は、本発明の熱伝達率を各コア厚さごとにプロットしたものである。また、同図の●は従来型コルゲートフィンの熱伝達率を、各コア厚さに対してプロットしたものである。
図９の実験から、次のことが明らかとなった。
汎用されるコア厚さ範囲２５〜１２５ｍｍにおいて、従来型フィンよりも、本発明のフィンの熱伝達率は高くなる。
そして、特に、コア厚さが薄い程、従来型フィンに対する本発明のフィンの熱伝達率向上は顕著であり、例えば、コア厚さ２５ｍｍにおいては、約１５％向上する。
（本願発明のコルゲートフィンの他の例）
図１０は本願発明のコルゲートフィンの他の例を示すものであり、図５に示されたコルゲートフィンとの違いは、第１区分１５の凹条５と第２区分１６の凸条４とが一直線上になく、また第１区分１５の凸条４と第２区分１６の凹条５とも一直線上にない点のみである。
図１１は本発明のコルゲートフィンのさらに他の例を示すものであり、図５に示されたコルゲートフィンとの違いは、第１区分１５の領域の幅が広くなり、第２区分１６の領域の幅が狭くなっている点である。逆に、第１区分１５の領域の幅を狭くし、第２区分１６の領域の幅を広くすることもできる。
（本願発明の適用範囲）
このコルゲートフィンは、ラジエータ，コンデンサ，ＥＧＲクーラ等の各種の熱交換器に適用できる。
また、そのコルゲートフィンに流通する気体を加熱する場合にも、冷却する場合にも適用できる。コルゲートフィンの頂部谷部の全体的なコルゲート波形の形状は、矩形波状、台形波状、三角波状、正弦波状、または、それらの組み合わせのいずれであってもよい。
また、頂部谷部以外のフィンの壁面に形成される凸条凹条は、矩形波状、台形波状、三角波状、正弦波状、または、それらの組み合わせのいずれであってもよい。

１偏平チューブ
２徐変部
３壁面
４凸条
５凹条
６第１凹凸体
７第２凹凸体
８セル
９旋回流
１０コルゲートフィン
１１タンク
１３コルゲートフィン
１４縁部
１５第１区分
１６第２区分
１７気流
１８接合部
Ｓ中心線（セル）
Ｍ中心線

Claims

互いに離間して並列された偏平チューブ（１）の間に介装される、または偏平チューブの内部に設置される熱交換器用コルゲートフィンにおいて、
フィンの長手方向に波形に曲折された頂部と谷部との間に、立上げ部と立ち下げ部との各壁面（３）を有し、
その各壁面（３）に、フィンの幅方向に対して同一方向に傾斜する凸条（４）と凹条（５）とが交互に並列してなり、
フィンの幅方向に対する、凸条（４）の頂が連なる線および凹条（５）の谷が連なる線の傾斜角度は相等しく、かつ１０度〜６０度であり、
凸条（４）および凹条（５）は、フィンの幅方向に延びる徐変部（２）を介して、第１区分（１５）と第２区分（１６）とに分割されており、
第１区分（１５）と第２区分（１６）の凹凸の周期は等しく、かつその凹凸の位相差は９０度〜２７０度であることを特徴とする熱交換器用コルゲートフィン。
請求項１に記載の熱交換器用コルゲートフィンにおいて、
フィンの幅方向に対する、凸条（４）の頂が連なる線および凹条（５）の谷が連なる線の傾斜角度は相等しく、かつ、２０度〜４０度であることを特徴とする熱交換器用コルゲートフィン。
請求項１または請求項２に記載の熱交換器用コルゲートフィンにおいて、
第１区分（１５）と第２区分（１６）の凹凸の位相差は１５０度〜２１０度であることを特徴とする熱交換器用コルゲートフィン。