WO1999030098A1

WO1999030098A1 - Structure d'ailette pour ensemble echangeur de chaleur

Info

Publication number: WO1999030098A1
Application number: PCT/JP1998/005421
Authority: WO
Inventors: Hideki Fukuda
Original assignee: Zexel Corporation
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 1999-06-17
Also published as: JPH11173784A

Description

明細書一体型熱交換器のフィン構造技術分野

この発明は、複数熱交換器からなる一体型熱交換器に用いられるフィンの構造に関する。背景技術

実公平 6— 4 5 1 5 5号公報に開示される熱交換器は、フィンを共通として平行に配設された第 1及び第 2の熱交換器から構成される。また、この熱交換器において、前記第 1の熱交換器及び第 2の熱交換器の間に位置するフィンの直線部分には所定の開口面積を有するスリットが形成され、第 1の熱交換器側に位置するフィンの部分と第 2の熱交換器側に位置するフインの部分との間の熱の伝導を抑制するようになっているものである。

また、特開平 3 - 1 7 7 7 9 5号公報に開示される複式一体型熱交換器は、相互に使用温度を異にする第 1熱交換器と第 2熱交換器とがフィンを共有して一体に構成されたもので、前記フィンの幅方向の中間部には、前記両熱交換器間での熱伝導を遮断する 1乃至複数の切欠部が形成されているものである。また、この引例には、切欠部がフィンの高さ方向に互いに反対側の端縁から交互に切り込まれた複数のスリットであることも開示される。

しかしながら、実公平 6— 4 5 1 5 5号公報に開示された熱交換器においては、フィンの直線部分にスリットを形成してフィン間の熱伝導を阻止しょうとするものであるが、フィンの熱伝導は、チュ一ブに当接するフィンの屈曲部分が最もフィンの熱影響を受けると共にお互いの熱交換器のチューブ間に最も近い位置にあるため、熱遮断率があまり高くないという不具合を有する。

また、特閧平 3 - 1 7 7 7 9 5号公報に開示される複式一体型熱交換器においては、第 1熱交換器と第 2熱交換器との間のフィンの幅方向の中間部に 1乃至複数の切欠部を形成するが、構造が複雑である割には第 1熱交換器側のフィンと第 2の熱交換器側のフインとが所定の幅で常につながっていることから熱遮断率があまり高くないという不具合を有する。

このため、この発明は、 2つの熱交換器間の熱遮断率の高い一体型熱交換器のフィンを提供することにある。発明の開示

したがって、この発明は、チューブと共に交互に積層されるフィンを共通として併設される複数の熱交換器からなる複式一体型熱交換器において、前記フィンは、各々のチューブに当接接合される部分を極点部としてコルゲート状に形成されると共に、一方の熱交換器のチューブ間に位置する第 1のフィンと、他方の熱交換器のチューブ間に位置する第 2のフィンと、前記フィンの所定の位置の極点部に形成され、前記第 1のフィンと前記第 2のフィンとを接続する連架部とによって構成されることにある。

これによつて、第 1のフィンと第 2のフィンとを接続する連架部が、フィンの所定の位置の極点部に形成されることから、該連架部を除く部分においては、第 1のフィンと第 2のフィンとは切り離された状態となるため、第 1のフィンと第 2のフィンの熱遮断率を向上させることができるものである。また、連架部をフィンの極点部に設けたことから連架部がアーチ状に形成されるので連架部の力学的強度が向上するため、第 1のフィン及び第 2のフィンの間の力学的強度をある程度維持できるものである。

また、前記連架部は、前記フィンの一方の側の極点部に一周期毎に形成することが望ましい。これによつて、第 1のフィン及び第 2 のフィンとの間の力学的強度を維持することができると共に、熱伝導を抑制することができるものである。また、前記連架部を、前記フィンの一方の側の極点部に二周期毎に形成したり、前記フィンの極点部に一周期半毎に形成したり、前記フィンの極点部に二周期半毎に形成しても良いものである。特に、第 1のフィンと第 2のフィンとの間の力学的強度に問題がない場合には、連架部の間隔をあけることが望ましいものである。

さらに、前記連架部の極点部から切欠端までの距離は、各々の熱交換器のチューブ間の上部極点部から下部極点部までの距離の略 2 5 %であることが望ましく、前記第 1のフィンと第 2のフィンとの間の距離は、前記一方の熱交換器のチューブと前記他方の熱交換器のチューブとの間の距離の略 8 0 %であることが望ましい。現在の —体型熱交換器に使用されるフィンにおいては、上記数値で形成することが最も好ましいものである。

さらに、上述した構成のフィンは、下記する方法によって形成される。まず、アンコイラに卷回されたアルミニウム合金からなる所定の幅のフィン材が引き出され、該フィン材の幅方向略中央に、該フィン材の進行方向の沿って所定の長さのスリットを形成する。そして、フィン材の進行方向におけるスリットの間の部分が連架部となるように、所定の周期でフィン材をコルゲート状に形成し、そして所定の山数若しくは所定の長さで前記コルゲート状に形成されたフィン材がカットされ、フィンが形成されるものである。これによつて、第 1 フィン、第 2のフィン及び連架部を有するフィンを、一体に形成することができるものである。図面の簡単な説明

第 1図は、本願発明の実施の形態に係る一体型熱交換器の一例を示した斜視図であり、第 2図は、本願発明の第 1の実施の形態に係るフィンの構成を示した一部拡大斜視図であり、第 3図において、

( a ) は第 1の実施の形態に係るフィンの一部拡大断面図であり、

( b ) は第 2の実施の形態に係るフィンの一部拡大断面図であり、

( c ) は第 3の実施の形態に係るフインの一部拡大断面図であり、第 4図において、（ a ) は、本願発明に係るフィンの形状を説明すると共に、フィンの上部極点部から下部極点部までの距離 H、極点部からのフィンカツトの長さ H c等の定義を説明する一部拡大図であり、（b ) はその一部拡大正面図であり、第 5図は、フィンカット率と熱遮断率の関係を示した特性線図であり、第 6図は、フィンの製造工程を説明する説明図であり、第 7図において、（ a ) は、第 4の実施の形態を示した一部拡大断面図であり、（ b ) は、第 5の実施の形態を示した一部拡大断面図であり、（ c ) は、第 6の実施の形態を示した一部拡大断面図であり、（ d ) は、第 7の実施の形態を示した一部拡大断面図である。発明の実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説述するために、添付図面に従ってこれを説明する。

本願発明に係る一体型熱交換器は、例えば第 1図に示すものである。この一体型熱交換器 1は、第 1の熱交換器 2及び第 2の熱交換器 3 とを通風方向に並設して構成されているもので、第 1の熱交換器 2は、例えば車両用空調装置の冷房サイクルの一部を構成するコンデンサであり、第 2の熱交換器 3 としてはェンジン冷却水を冷却するラジェ一夕である。

前記第 1の熱交換器 2 としてのコンデンサは、一対のへッダ夕ンク 4 , 4 と、この一対のヘッダタンク 4， 4間を連通する複数のチユーブ（第 1のチューブ） 5 と、該複数の第 1のチューブ間に介在される複数のフィン 6 とによって構成される。また、前記ヘッダ夕ンク 4 , 4には、各々に熱交換媒体が流出入する流出入パイプ 7， 7が設けられる。

また、第 2の熱交換器 3 としてのラジェ一夕は、一対のヘッダ夕ンク 8 , 8 と、この一対のヘッダタンク 8， 8間を連通する複数のチューブ（第 2のチューブ） 9 (第 2図に示される）と、この複数の第 2のチューブ 9間に介在されると共に前記第 1の熱交換器 2のフィンと共通であるフィン 6 とによって構成される。また、前記へッダタンク 8 , 8には、各々にエンジン冷却水が流出入する流出入パイプ 1 0 , 1 0が設けられる。

そして、前記チューブ 5， 9及びフィン 6 との積層方向両端に設けられるエンドプレート 1 1 , 1 1によって前記第 1及び第 2のチュ一ブ 5 , 9及びフィン 6が積層方向に保持されると共に、前記第 1の熱交換器 2 と第 2の熱交換器 3は、このエンドプレート 1 1， 1 1によって通風方向の平行に保持されて、一体型熱交換器 1が構成され、該ー体型熱交換器 1はブラケット 1 2によって所定の位置に固定されるものである。

上記構成の一体型熱交換器 1において、前記フィン 6は、アルミニゥム合金によりコルゲート状に形成されたもので、前記第 1の熱交換器 2の第 1のチューブ 5の間に配される第 1のフィン 6 1 と、前記第 2の熱交換器 3の第 2のチューブ 9の間に配される第 2のフイン 6 2 と、前記第 1のフィン 6 1及び前記第 2のフィン 6 2の間を所定の間隔で接続する連架部 6 3 とによって構成されるものである。また、前記第 1のフィン 6 1及び前記第 2のフィン 6 2の直線部分には複数のル一バ 6 4が形成される。尚、コルゲート状に形成されたフィン 6において、前記ルーバ 6 4が形成された直線部分を熱交換部 6 5 といい、前記第 1及び第 2のチューブ 5， 9 と接合する屈曲した部分を極点部 6 6 という。特に、図中上部において前記第 1及び第 2のチューブ 5， 9 と接合する極点部 6 6を、上部極点部 6 6 aといい、図中下部において前記チューブ 5 , 9 と接合する極点部 6 6を下部極点部 6 6 bという。

尚、第 2図及び第 3図（ a ) で示す第 1の実施の形態は、前記連架部 6 3を一周期毎、特に下部極点部 6 6 b側に連続して形成したものである。この実施の形態においては、下部極点部 6 6 bのすベてに連架部 6 3が形成されるので、フィン 6の強度を向上させることができる。

また第 3図（ b ) で示す第 2の実施の形態は、前記連架部 6 3を、前記フィン 6の一方の側の極点部の一つ置き（フィン 6の波形の 2 周期毎）の極点部、特に下部極点部 6 6 bに形成したものである。また、この第 2の実施の形態において、前記連架部 6 3が形成されないその他の部分には、所定の幅のスリット 6 8が形成されることによって、前記第 1のフィン 6 1 と前記第 2のフィン 6 2 とは切り離されて非伝導空間 6 7を形成しているものである。これによつて、第 1のフィン 6 1 と第 2のフィン 6 2 との熱伝導率を極端に低減することができるので、第 1のチューブ 5 と第 2のチューブ 9 との間の熱影響を低減させることができるものである。

また、前記連架部 6 3は、極点部 6 6に形成されていることから、その形状がアーチ状となることから、この部分の力学的強度を維持できるため、第 1のチューブ 5及び第 2のチューブ 9 とフィン 6 との組み付け性を向上させることができるものである。

第 3図（ c ) に示す第 3の実施の形態は、前記連架部 6 3を前記フィン 6の一方側の極点部の一つ置き（フィンの波形の 2周期毎）の極点部で、特に上部極点部 6 6 aに設けたもので、上記第 2の実施の形態と同様の効果を奏することができるものである。尚、この第 3 の実施の形態並びに以下に示す実施の形態において、同一の箇所、同様の効果を奏する箇所には同一の符号を付してその説明を省略することとする。

また、前記連架部 6 3の幅としては、第 4図（ a ) , ( b ) に示すように、第 1 のチューブ 5， 5若しくは第 2のチューブ 9 , 9間であって、フィン 6の一方の（上部）極点部 6 6 aから他方の（下部）極点部 6 6 bまでの距離を H、第 1のチューブ 5 と第 2のチューブ 9 との間の距離を Lとし、また一方の（上部）極点部 6 6 a側からのフィンカヅ卜の長さを H e；、フィンカツトの幅を L c とした場合、 H c / H (フィンカット率）は第 5図の特性線図及びフィンの力学的強度との兼ね合いから、具体的には熱遮断率を 7 0 %以上とすると共に、フィン 6の力学的強度を保持できる寸法とすることから、 7 5 %とすることが最適であると考えるものである。

また、この特性線図において、 Mはフィンカット部分を熱交換部 6 5の中心から形成した場合のフィンカット率と熱交換器遮断率の関係を示した特性線であり、 Tはフィンカット部分を極点部 6 6から形成した場合のフィンカツト率と熱交換器遮断率の関係を示した特性線である。このことからも、フィン 6の熱交換部 6 5にスリツト入れる場合よりも極点部 6 6からスリットをいれる場合の方が熱遮断率が良いものである。

さらに、前記チューブ間幅 Lと切断幅 L cの切欠率 L c / Lは、略 8 0 %であることが望ましい。これ以上であると、前記連架部 6 3の力学的強度が弱くなりすぎ、これ以下であると、連架部 6 3の幅が狭くなるので、熱遮断率が低下するからである。

以上のフィン 6を形成する方法は、第 6図（ a ) , ( b ) に示すように、図示しないアンコイラに巻回されたフィン材 6 0を引き出し、スリット 6 8を形成する。この形成においては、ロールギアによって連続して形成する方法が望ましい。そして、形成されたスリット 6 8間の接続部分 7 0が所定の位置の極点部 6 6 となるように、フィン材 6 0をコルゲート状に形成すると同時に、極点部 6 6， 6 6間の熱交換部 6 5にル一バ 6 を形成する。これによって、熱交換部 6 5にル一バ 6 4が形成されたコルゲ一ト状のフイン材 6 0 A が形成され、その後、所定の数の山数若しくは所定の長さで前記フィン材 6 O Aを切断することによって、前記フイン 6が形成されるものである。

また、本願発明の第 4の実施の形態に係るフィンは、前記連架部 6 3を、フィン 6の一方の側の極点部 6 6の 2つ置き（フィン 6の波形の 3周期毎）の極点部 6 6に形成したもので、特に第 7図（ a ) で示すものは、 2つ置きの下部極点部 6 6 bに形成したものである。よって、フィン 6の非伝導空間の割合を増大させることができるので、第 1のフィン 6 1 と第 2のフィン 6 2 との間の熱遮断率を向上させることができるものである。また、前記連架部 6 3を、フィン 6の他方の側の極点部 6 6の 2つ置き、つまり 2つ置きの上部極点部 6 6 aに形成したものも、上記第 3の実施の形態と同様の効果を得ることができるものである。

さらに、第 7図（ b ) に示す第 5の実施の形態に係るフィンにおいて、連架部 6 3は、極点部 6 6の 2つ置き、いわゆる前記フィン 6の波形の 1周期半毎の極点部 6 6に形成されるもので、下部極点部 6 6 bから 2つ置きの上部極点部 6 6 a、さらにこの上部極点部 6 6 aから 2つ置きの下部極点部 6 6 bと連架部 6 3が形成されるものである。このように、所定の間隔をあけた上下に連架部 6 3が形成されることによって、フィン 6の力学的強度を確実に維持できるようになるものである。

さらにまた、第 6の実施の形態に係るフィンは、前記連架部 6 3 を、フィン 6の一方の側の極点部 6 6の 3つ置き（フィン 6の波形の 4周期毎）の極点部 6 6に形成したもので、特に第 7図（ c ) で示すものは、 3つ置きの下部極点部 6 6 bに形成したものである。よって、フィン 6の非伝導空間の割合をさらに増大させることができるので、第 1のフィン 6 1 と第 2のフィン 6 2 との間の熱遮断率を向上させることができるものである。また、前記連架部 6 3を、フィン 6の他方の側の極点部 6 6の 3つ置き、つまり 3つ置きの上部極点部 6 6 aに形成したものも、上記第 5の実施の形態と同様の効果を得ることができるものである。

また、第 7図（ d ) に示す第 7の実施の形態に係るフィンにおいて、連架部 6 3は、極点部 6 6の 4つ置き、いわゆる前記フィン 6 の波形の 2周期半毎の極点部 6 6に形成されるもので、下部極点部 6 6 bから 4つ置きの上部極点部 6 6 a、さらにこの上部極点部 6 6 aから 4つ置きの下部極点部 6 6 bと連架部 6 3が形成されるものである。このように、所定の間隔をあけた上下に連架部 6 3が形成されることによって、フィン 6の力学的強度を確実に維持できるようになるものである。産業上の利用可能性

以上説明したように、この発明によれば、一体型熱交換器の 2つの熱交換器に共用されるフィンにおいて、一方の熱交換器のチューブと当接する部分（第 1のフィン）と、他方の熱交換器のチューブに当接する部分（第 2のフィン）との間の部分を所定の間隔で分離する部分（非伝導空間）が形成されるので、第 1のフィンと第 2のフィンとの間の熱遮断性を向上させることができるものである。また、第 1のフィンと第 2のフィンとの間の連架部を、前記フィンの極点部に設けたことによって、連架部をアーチ形状とすることができるので、連架部の力学的強度を向上させることができるため、 2つの熱交換器の仮組み付けを容易に行うことができるものである, さらに、以上の構成から、熱交換器の軽量化を達成できると共に、コストの低減を図ることができるものである。

Claims

請求の範囲

1 . チューブと共に交互に積層されるフィンを共通として併設される複数の熱交換器からなる複式一体型熱交換器において、

前記フィンは、各々のチューブに当接接合される部分を極点部としてコルゲート状に形成されると共に、一方の熱交換器のチューブ間に位置する第 1のフィンと、他方の熱交換器のチューブ間に位置する第 2のフィンと、前記フィンの所定の位置の極点部に形成され、前記第 1のフィンと前記第 2のフィンとを接続する連架部とによつて構成されることを特徴とする一体型熱交換器のフィン構造。

2 . 前記連架部は、前記フィンの一方の側の極点部に一周期毎に形成されることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の一体型熱交換器のフィン構造。

3 . 前記連架部は、前記フィンの一方の側の極点部に二周期毎に形成されることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の一体型熱交換器のフィン構造。

4 . 前記連架部は、前記フィンの極点部に一周期半毎に形成されることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の一体型熱交換器のフィン構； (a。

5 . 前記連架部は、前記フィンの極点部に二周期半毎に形成されることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の一体型熱交換器のフィン構 ia。

6 . 前記連架部の極点部から切欠端までの距離は、各々の熱交換器のチューブ間の上部極点部から下部極点部までの距離の略 2 5 %であることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 5項のいずれか一つに記載の一体型熱交換器のフィン構造。

7 . 前記第 1のフィンと第 2のフィンとの間の距離は、前記一方の熱交換器のチュ一ブと前記他方の熱交換器のチュ一ブとの間の距離の略 8 0 %であることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 6項のいずれか一つに記載の一体型熱交換器のフィン構造。