WO2024084812A1 - ラジエータ - Google Patents

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WO2024084812A1
WO2024084812A1 PCT/JP2023/030801 JP2023030801W WO2024084812A1 WO 2024084812 A1 WO2024084812 A1 WO 2024084812A1 JP 2023030801 W JP2023030801 W JP 2023030801W WO 2024084812 A1 WO2024084812 A1 WO 2024084812A1
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WO
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outer tube
heat exchange
tube
flat
radiator
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/030801
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English (en)
French (fr)
Inventor
真幸 吉光
厳 大高
圭吾 西本
琢真 鈴木
Original Assignee
東京ラヂエーター製造株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 東京ラヂエーター製造株式会社 filed Critical 東京ラヂエーター製造株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-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
    • F28D1/02—Heat-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
    • F28D1/04—Heat-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
    • F28D1/053—Heat-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 the conduits being straight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element

Definitions

  • This disclosure relates to a radiator.
  • the radiator described in Patent Document 1 has a pair of tanks into which the liquid to be cooled can be introduced, and a core portion that is provided between the pair of tanks and exchanges heat between the liquid to be cooled and air.
  • the core portion is liquid-tightly joined to each of the pair of tanks, and has multiple tubes into which the liquid is introduced.
  • the purpose of this disclosure is to provide a radiator that achieves both improved heat exchange performance and reduced water flow resistance.
  • a radiator includes: A pair of tanks capable of storing a liquid to be cooled therein; a core portion provided between the tanks and configured to exchange heat between the liquid and air; Equipped with the core portion is liquid-tightly joined to the inside of each of the tanks and includes a tube through which the liquid can be introduced; The tube is The outer tube has a flat shape and its outer surface faces the air.
  • an inner fin that is inserted into the outer tube and fixed to the outer tube; It has The inner surface of the outer tube is formed to include a pair of opposing flat surfaces, The inner fin, in a cross-sectional view of the tube, a plurality of heat exchange portions provided so as to be in alternate contact with one of the flat portions and the other of the flat portions of the outer tube; a connecting portion connecting the heat exchange portion in contact with one of the flat portions of the outer tube and the heat exchange portion in contact with the other flat portion of the outer tube; Equipped with When the contact length of one of the heat exchange portions with respect to the flat portion is l and the distance between the opposing flat portions is h, l/h is equal to or greater than 0.5 and equal to or less than 2.75.
  • This disclosure makes it possible to provide a radiator that achieves both improved heat exchange performance and reduced water flow resistance.
  • FIG. 1 is a perspective view of a radiator according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the tube according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of the tube.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the water flow cross-sectional area and the water flow resistance and the l/h ratio.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of heat dissipation and the l/h ratio for each flow rate condition of the coolant liquid.
  • FIG. 6 is a diagram showing the difference in the relationship between the amount of heat dissipation and the flow rate of the coolant when the l/h ratio is changed.
  • FIG. 7 is a diagram showing the amount of heat dissipation when the h/W ratio is changed.
  • the "up-down direction” is a direction that includes the “upward direction” and the “downward direction.”
  • the “front-rear direction” is a direction that includes the “forward direction” and the “rearward direction.”
  • the “left-right direction” is a direction that includes the "leftward direction” and the “rightward direction.”
  • the symbol U indicates the upward direction.
  • the symbol D indicates the downward direction.
  • the symbol F indicates the forward direction.
  • the symbol B indicates the rearward direction.
  • the symbol L indicates the leftward direction.
  • the symbol R indicates the rightward direction. Note that these directions do not necessarily match the respective directions set for the vehicle when the radiator is installed on the vehicle.
  • FIG. 1 is a perspective view of a radiator 1 according to this embodiment.
  • the radiator 1 has a pair of a first tank 2 and a second tank 3, and a core portion 10.
  • the first tank 2 and the second tank 3 are configured to be capable of storing the liquid to be cooled (hereinafter referred to as coolant liquid) therein.
  • the first tank 2 and the second tank 3 are connected and arranged so as to sandwich the core portion 10 on the left and right.
  • the faces of the first tank 2 and the second tank 3 that connect to the core portion 10 are open.
  • the first tank 2 can store coolant liquid that has been heated through heat-generating equipment such as an internal combustion engine, an electric vehicle battery, or a fuel cell stack.
  • the first tank 2 is provided with an inlet 2a for introducing the heated coolant liquid into the inside.
  • the second tank 3 can store the coolant liquid cooled in the core part 10.
  • the second tank 3 is provided with an outlet 3a for discharging the cooled coolant liquid.
  • the cooled coolant liquid is circulated again to the heat-generating equipment.
  • the core portion 10 cools the coolant by exchanging heat between the coolant and air.
  • the core portion 10 includes tubes 11, end plates 12, and fins 13.
  • the tubes 11 are hollow members extending in the left-right direction and have a cross section that is flattened in the front-rear direction (see FIG. 2).
  • a plurality of tubes 11 are arranged in a vertical alignment.
  • the end plates 12 are provided at both the left and right ends of the core section 10.
  • the tubes 11 are supported inside the core section 10 by being inserted into the openings of a pair of end plates 12 provided at both ends of the core section 10.
  • the openings of the end plates 12 correspond to the cross-sectional shape of the tubes 11.
  • the core part 10 and the first tank 2 are joined via the end plate 12, thereby enabling a liquid-tight connection between the first tank 2 and the tube 11.
  • the core part 10 and the second tank 3 are joined via the end plate 12, thereby enabling a liquid-tight connection between the second tank 3 and the tube 11.
  • the coolant liquid is sent from the first tank 2 through the inside of the tubes 11 toward the second tank 3.
  • the air that cools the coolant liquid passes through the space partitioned by two adjacent tubes 11 and a pair of end plates 12.
  • the fins 13 are provided in the spaces between the multiple tubes 11. In other words, the tubes 11 and the fins 13 are arranged alternately in the vertical direction. The fins 13 make the air flowing between the two tubes 11 turbulent, thereby promoting heat exchange between the air and the coolant liquid in the core portion 10.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of the tube 11.
  • Fig. 3 is a partially enlarged view of the tube 11.
  • the tube 11 has an outer tube 21 and an inner fin 22.
  • the outer tube 21 is a hollow member that forms the outer surface of the tube 11. In other words, the outer surface of the outer tube 21 faces the air that exchanges heat with the coolant liquid.
  • the outer tube 21 has a pair of flat surfaces 21a and a pair of curved surfaces 21b.
  • the flat surfaces 21a form the upper and lower surfaces of the outer tube 21.
  • the flat surface that forms the upper surface of the outer tube 21 will be referred to as the upper flat surface 21a1
  • the flat surface that forms the lower surface of the outer tube 21 will be referred to as the lower flat surface 21a2.
  • the curved surface portions 21b are provided at the front and rear ends of the outer tube 21, and gently connect the upper flat surface portion 21a1 and the lower flat surface portion 21a2 of the outer tube 21.
  • the inner fin 22 is inserted and fixed inside the outer tube 21.
  • the inner fin 22 has heat exchange portions 22a and bridge portions 22b arranged alternately.
  • the heat exchange portions 22a are in contact with the flat surface portion 21a.
  • a plurality of heat exchange portions 22a are provided so as to be in alternate contact with the upper flat surface portion 21a1 and the lower flat surface portion 21a2.
  • the heat exchange portions 22a are formed in a flat plate shape to ensure a large contact area with the outer tube 21. In the cross-sectional view shown in FIG.
  • the distance between the centers 22a1 in the width direction of two adjacent heat exchange portions 22a that are in contact with the upper flat surface portion 21a1 is defined as the pitch P.
  • the pitch P In other words, two heat exchange portions and two bridge portions are formed in one pitch in the width direction.
  • the ratio of the contact length l of one heat exchange portion 22a to the pitch P is 0.48 ⁇ l/P ⁇ 0.5.
  • the distance between the inner surfaces of the outer tube 21 in the front-to-rear direction is W
  • the distance h between the upper flat surface portion 21a1 and the lower flat surface portion 21a2 be h ⁇ 0.6 mm.
  • the connecting portions 22b connect the plurality of heat exchange portions 22a that are provided so as to be in alternate contact with the upper flat portion 21a1 and the lower flat portion 21a2.
  • the bridge portion 22b is formed of a flat plate. As shown in FIG. 3, it is preferable that the angle ⁇ between the perpendicular line of the flat portion 21a and the bridge portion 22b satisfies the following formula. 0° ⁇ 5°
  • EVs electric vehicles
  • radiators In recent years, electric vehicles (EVs) are increasingly being used as vehicles equipped with radiators.
  • electric pumps In EVs, electric pumps are often used to deliver coolant to the radiator. Electric pumps tend to have lower delivery capacity than mechanical pumps. For this reason, it is preferable for the radiator to have as low a water flow resistance as possible.
  • the coolant liquid that the radiator cools has a higher specific heat than air or oil. Therefore, compared to cooling air or oil, coolant liquid is more difficult to cool.
  • radiators are required to have two mutually contradictory properties: reduced water flow resistance and improved heat exchange performance.
  • the inventor has discovered a radiator configuration that achieves both of these requirements: reduced water flow resistance and improved heat exchange performance.
  • the inner fin 22 includes a heat exchange portion 22a and a bridge portion 22b.
  • the heat exchange portion 22a is alternately in contact with one flat portion 21a of the outer tube 21 and the other flat portion 21a of the outer tube 21.
  • the radiator 1 having such a configuration has a sufficiently wide heat exchange portion 22a that exchanges heat between the liquid and the air. In other words, the distance between adjacent bridge portions 22b is sufficiently large.
  • the bridge sections 22b extend in the thickness direction (vertical direction) of the outer tube 21 in a cross-sectional view of the outer tube 21. Because the outer tube 21 is weakest in rigidity in the thickness direction (vertical direction) due to its shape, it needs to be designed to withstand forces in the thickness direction (vertical direction) that may act on the outer tube 21.
  • the inner fin of this embodiment includes bridge sections 22b that extend in the thickness direction (vertical direction) of the outer tube 21, and therefore the strength of the outer tube in the thickness direction (vertical direction) can be improved, improving the pressure resistance of the tube 11.
  • the radiator 1 of this embodiment is configured so that the ratio of the contact length l of one heat exchange section 22a to the pitch P is 0.48 ⁇ l/P ⁇ 0.5. Since the contact length l of one heat exchange section 22a to the pitch P can be ensured to be sufficiently long, the heat exchange performance is improved.
  • the radiator 1 of this embodiment is further configured so that the ratio of the distance h between the flat portions 21a to the distance W between the inner surfaces of the outer tubes 21 is 0.02 ⁇ h/W ⁇ 0.15. If the distance h between the flat portions 21a is too small relative to the distance W between the inner surfaces, water resistance increases. If the distance h between the flat portions 21a is too large relative to the distance W between the inner surfaces, heat exchange performance decreases. Thus, by keeping the ratio of the distance W between the inner surfaces and the distance h between the flat portions 21a within the above range, it is possible to achieve a good balance between reduced water resistance and improved heat exchange performance.
  • the transfer portion 22b is further composed of a flat plate. Since the transfer portion 22b extends linearly, the distance over which heat is conducted through the transfer portion 22b is shortened. This improves the heat exchange performance of the radiator 1.
  • the angle ⁇ between the transfer portion 22b and the perpendicular to the flat portion 21a is 0° ⁇ 5°.
  • the angle ⁇ is sufficiently small, so the flow path width within the outer tube 21 is almost uniform. This allows the coolant to flow easily in any region in the thickness direction (vertical direction) of the outer tube 21. This further reduces the water flow resistance of the radiator 1.
  • the extension distance of each transfer portion 22b can be reduced, the distance over which heat is conducted through the transfer portion 22b is shortened, improving heat exchange performance.
  • the distance h between the flat surfaces 21a is 0.6 mm or more. In this case, the water flow resistance of the radiator 1 can be further reduced.
  • the radiator 1 of this embodiment is particularly effective when applied to a radiator for a fuel cell vehicle or an electric vehicle.
  • dimples are sometimes provided inside the outer tube, which has the effect of making the cooling water flowing inside the outer tube more turbulent, facilitating heat exchange.
  • the outer tube with dimples is formed by bending a dimpled flat plate and brazing it using flux. While flux has the advantage of removing the oxide coating from the tube and making it easier to join, it is prone to causing ion elution due to chemical reactions. In particular, in radiators for fuel cell vehicles and electric vehicles, electricity generated by the fuel cell or electricity leaking due to an accident while driving is transmitted to the radiator via the coolant, and depending on the materials used for the inner fins and outer tube, it could cause corrosion of the radiator.
  • the radiator 1 according to this embodiment can promote heat exchange without providing dimples. In other words, the amount of flux used can be reduced, making the radiator 1 less likely to corrode.
  • (Analysis result 1) 4 is a diagram showing the relationship between the cross-sectional area and resistance to flow and the l/h ratio.
  • the solid line graph shows the relationship between the cross-sectional area and the l/h ratio.
  • the two-dot chain line graph shows the relationship between the resistance to flow and the l/h ratio at a coolant flow rate Q1.
  • the dashed dot line graph shows the relationship between the resistance to flow and the l/h ratio at a coolant flow rate Q2.
  • Q1>Q2 As shown in Figure 4, when the l/h ratio increases, the water flow cross-sectional area also increases, and as a result, the water flow resistance decreases at both flow rates Q1 and Q2.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of heat dissipation for each coolant flow rate condition and the l/h ratio.
  • four coolant flow rate conditions Q1 to Q4 are compared, with Q1>Q2>Q3>Q4.
  • the amount of heat dissipation decreases as the l/h ratio increases under all flow conditions. Also, the amount of heat dissipation increases as the flow rate increases.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of heat dissipation and the flow rate of the coolant when the l/h ratio is changed.
  • the graph in Fig. 6 shows examples of l/h ratios of 0.9, 1.8, and 9.9.
  • the amount of heat dissipation decreases as the flow rate decreases.
  • the amount of decrease in the amount of heat dissipation increases as the flow rate decreases. For example, a comparison is made between an l/h ratio of 0.9 and an l/h ratio of 9.9.
  • the amount of decrease in the amount of heat dissipation when the l/h ratio is 9.9 is approximately twice the amount of decrease in the amount of heat dissipation when the l/h ratio is 0.9. Since the radiator may be used with a low coolant flow rate, the heat dissipation capacity at low flow rates is important. From the analysis results 2 and 3, it is desirable for the radiator surface to have a small l/h ratio.
  • (Analysis result 4) 7 is a diagram showing the relationship between the amount of heat dissipation and the h/W ratio.
  • the outer tube and inner fin so that the h/W ratio is in the range of 0.02 to 0.15.
  • the inner fins inserted inside the tube may be formed so that the heat exchange section and the bridge section are appropriately shifted in the width direction in the longitudinal direction of the tube.
  • the radiator 1 has been described in which the coolant flows in one direction from the first tank 2 to the second tank 3 in the core portion 10, but the first tank may be provided with both an inlet and an outlet.
  • the radiator may be configured so that the coolant flows from the first tank through the core portion to the second tank, and then the coolant flows from the second tank through the core portion toward the first tank.
  • the tubes may be arranged in only one row in the front-to-rear direction, or the tubes may be arranged in two or more rows in the front-to-rear direction.
  • the tube may be a so-called B-type tube, which is made by bending a single flat plate to form two rows of coolant flow paths.

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Abstract

本開示のラジエータは、第一タンク（２）および第二タンク（３）と、液体と空気との間で熱交換を行うコア部（１０）と、を備え、コア部（１０）は、内部に液体を導入可能なチューブ（１１）を備える。チューブ（１１）は、扁平なアウターチューブ（２１）と、インナーフィン（２２）と、を有している。アウターチューブ（２１）の内面は、対向する１対の平面部（２１ａ）を含む。インナーフィン（２２）は、チューブ（１１）の横断面視において、アウターチューブ（２１）の一方の平面部（２１ａ）と他方の平面部（２１ａ）とに交互に接触するように設けられる複数の熱交換部（２２ａ）と、複数の熱交換部（２２ａ）の間をつなぐ渡し部（２２ｂ）と、を備える。１つの熱交換部（２２ａ）における平面部（２１ａ）に対する接触長さをｌ、対向する平面部（２１ａ）同士の距離をｈとすると、ｌ／ｈは０．５以上 ２．７５以下である。

Description

ラジエータ
　本開示は、ラジエータに関する。
　特許文献１に記載のラジエータが知られている。また、特許文献２に記載の熱交換器が知られている。
日本国特開２０１９－１００６７４号公報 日本国特開２０１９－０１５４９２号公報
　特許文献１に記載のラジエータは、冷却対象である液体を導入可能な一対のタンクと、一対のタンクの間に設けられ、冷却対象である液体と空気との間で熱交換を行うコア部を有している。コア部は、一対のタンクとそれぞれ液密に接合されていて、内部に該液体が導入される複数のチューブを備える。
　ところで、特許文献２において開示されているように、熱交換器においては、熱交換をより促進するために、チューブの内部に挿入して接合されるフィンが設けられることがある。しかし、ラジエータに適用するためには、特許文献２に記載されているようなフィンは、冷却性能を十分に発揮するために、クーラント液を送液するポンプの送液性能を過剰に高める必要があった。
　本開示は、熱交換性能の向上と通水抵抗の低減を両立したラジエータを提供することを目的とする。
　本開示の一側面に係るラジエータは、
　冷却対象である液体を内部で溜めることが可能な一対のタンクと、
　前記タンクの間に設けられ、該液体と空気との間で熱交換を行うコア部と、
　を備え、
　前記コア部は、それぞれの前記タンクの内部と液密に接合されていて、内部に該液体を導入可能なチューブを備え、
　前記チューブは、
　　扁平な形状で、外面が空気に面しているアウターチューブと、
　　前記アウターチューブの内部に挿入され、前記アウターチューブに対して固定されるインナーフィンと、
　を有しており、
　　前記アウターチューブの内面は、対向する１対の平面部を含んで形成されており、
　前記インナーフィンは、前記チューブの横断面視において、
　　前記アウターチューブの一方の前記平面部と他方の前記平面部とに交互に接触するように設けられる複数の熱交換部と、
　　前記アウターチューブの一方の前記平面部に接触している前記熱交換部と他方の前記平面部に接触している前記熱交換部との間をつなぐ渡し部と、
　を備え、
　　１つの前記熱交換部における前記平面部に対する接触長さをｌ、対向する前記平面部同士の距離をｈとすると、ｌ／ｈは０．５以上２．７５以下である。
　本開示によれば、熱交換性能の向上と通水抵抗の低減を両立したラジエータを提供できる。
図１は、本実施形態に係るラジエータの斜視図である。 図２は、本実施形態に係るチューブの断面図である。 図３は、チューブの部分拡大図である。 図４は、通水断面積および通水抵抗とｌ／ｈ比との関係を示した図である。 図５は、クーラント液の流量条件ごとの放熱量と、ｌ／ｈ比との関係を示した図である。 図６は、ｌ／ｈ比を変化させた際の放熱量とクーラント液の流量との関係の違いを示した図である。 図７は、ｈ／Ｗ比を変化させた際の放熱量を示した図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。
　また、本実施形態の説明では、説明の便宜上、「左右方向」、「前後方向」、「上下方向」について適宜言及する。ここで、「上下方向」は、「上方向」及び「下方向」を含む方向である。「前後方向」は、「前方向」及び「後方向」を含む方向である。「左右方向」は、「左方向」及び「右方向」を含む方向である。以降に説明する図中に示した符号Ｕは上方向を示す。符号Ｄは下方向を示す。符号Ｆは前方向を示す。符号Ｂは後方向を示す。符号Ｌは左方向を示す。符号Ｒは右方向を示す。なお、ラジエータを車両に取り付けたときにこれらの方向が車両について設定される各々の方向と一致するとは限らない。
　図１は、本実施形態に係るラジエータ１の斜視図である。図１に示すように、ラジエータ１は一対の第一タンク２および第二タンク３とコア部１０を有する。第一タンク２および第二タンク３は、冷却対象の液体（以後、クーラント液と呼ぶ）を内部で溜めることが可能に構成されている。第一タンク２および第二タンク３は、コア部１０を左右に挟むように接続して配置されている。コア部１０と接続する第一タンク２および第二タンク３の面は開口している。
　第一タンク２は、内燃機関、電気自動車用バッテリー、燃料電池スタック等の発熱機器を介して温められたクーラント液を溜めることができる。第一タンク２は、温められたクーラント液を内部に導入する導入口２ａが設けられている。
　第二タンク３は、コア部１０で冷却されたクーラント液を溜めることができる。第二タンク３は、冷却されたクーラント液を排出する排出口３ａが設けられている。冷却されたクーラント液は、再び発熱機器に循環される。
　コア部１０は、クーラント液と空気との間で熱交換を行うことで、クーラント液を冷却する。コア部１０は、チューブ１１と、エンドプレート１２と、フィン１３と、を備える。
　チューブ１１は、左右方向に延びる中空部材であり、その断面は前後方向に扁平である（図２参照）。コア部１０には、複数のチューブ１１が、上下方向に整列して配置されている。
　エンドプレート１２は、コア部１０の左右両端に設けられている。チューブ１１は、コア部１０の両端に設けられた一対のエンドプレート１２の開口部に挿入されることで、コア部１０の内部に支持されている。エンドプレート１２の開口部は、チューブ１１の断面形状に対応している。
　エンドプレート１２の開口にチューブ１１が挿入された状態で、コア部１０と第一タンク２とがエンドプレート１２を介して接合されることで、第一タンク２とチューブ１１を液密に接続することができる。エンドプレート１２の開口にチューブ１１が挿入された状態で、コア部１０と第二タンク３とがエンドプレート１２を介して接合されることで、第二タンク３とチューブ１１を液密に接続することができる。
　クーラント液は、第一タンク２から、チューブ１１の内部を通って、第二タンク３に向かって送られる。クーラント液を冷却する空気は、隣り合う２つのチューブ１１と一対のエンドプレート１２とで区画される空間を通過する。
　フィン１３は、複数のチューブ１１の間の空間に設けられている。換言すれば、チューブ１１とフィン１３は上下方向に交互に配列されている。フィン１３は、２つのチューブ１１間を流れる空気の流れを乱流にすることで、コア部１０における空気とクーラント液との間の熱交換を促進させる。
　次に、チューブ１１の構造について説明する。図２は、チューブ１１の断面図である。図３は、チューブ１１の部分拡大図である。図２および図３に示すように、チューブ１１は、アウターチューブ２１とインナーフィン２２を有する。
　アウターチューブ２１は、チューブ１１の外面を形成している、中空の部材である。つまり、アウターチューブ２１の外面は、クーラント液と熱交換する空気に面している。アウターチューブ２１は、一対の平面部２１ａと一対の曲面部２１ｂを備える。平面部２１ａは、アウターチューブ２１の上面と下面を形成している。以後、アウターチューブ２１の上面を成す平面部を上平面部２１ａ１、アウターチューブ２１の下面を成す平面部を下平面部２１ａ２と呼ぶ。曲面部２１ｂは、アウターチューブ２１の前後端部に設けられて、アウターチューブ２１の上平面部２１ａ１と下平面部２１ａ２とをなだらかに接続している。
　インナーフィン２２は、アウターチューブ２１の内部に挿入されて固定される。インナーフィン２２は、熱交換部２２ａと渡し部２２ｂを交互に備えている。熱交換部２２ａは、平面部２１ａと接触している部位である。熱交換部２２ａは、上平面部２１ａ１と下平面部２１ａ２とに交互に接触するように複数設けられている。熱交換部２２ａは、アウターチューブ２１に対して接触面積を大きく確保するために平板状に形成されている。
　図２に示すような断面視において、一つの熱交換部２２ａの平面部２１ａとの接触長さをｌ（＝ｌ１，ｌ２，…ｌｎ、ｎは２以上の整数）とし、上平面部２１ａ１と下平面部２１ａ２との距離（対向する平面部２１ａ同士の距離）をｈとすると、次式を満たしている。
　０．５≦ｌ／ｈ≦２．７５
　なお、接触長さをｌとして、ｌ＝ｌ１＝ｌ２＝…＝ｌｎを満たすことが望ましい。このとき、上平面部２１ａ１と接触する、隣り合う２つの熱交換部２２ａの幅方向における中心２２ａ１同士の距離を、ピッチＰとする。換言すれば、幅方向における１ピッチ間において、熱交換部２つ分と渡し部２つとが形成されている。このとき、ピッチＰに対する１つの熱交換部２２ａの接触長さｌの割合は、０．４８≦ｌ／Ｐ≦０．５であることが望ましい。
　さらに、アウターチューブ２１の前後方向（厚さ方向（上下方向）に直交する幅方向の一例）の内面間距離をＷとすると、本実施形態においては、０．０２≦ｈ／Ｗ≦０．１５を満たしていることが望ましい。
　また、上平面部２１ａ１と下平面部２１ａ２との距離ｈについて、ｈ≧０．６ｍｍであることが望ましい。
　渡し部２２ｂは、上平面部２１ａ１と下平面部２１ａ２とに交互に接触するように設けられる複数の熱交換部２２ａの間をつないでいる。
　本実施形態において渡し部２２ｂは、平坦な平板で構成されている。また、図３に示すように、平面部２１ａの垂線と渡し部２２ｂとがなす角θは、次式を満たすことが望ましい。
　０°≦θ≦５°
　近年、ラジエータが搭載される車両として電気自動車（ＥＶ）が採用されることが増加している。ＥＶにおいてラジエータに冷却水を送液するポンプは電動式が採用されることがある。電動式のポンプは、機械式のポンプと比較して、送液能力が低い傾向にある。このため、ラジエータにおいては、通水抵抗はなるべく低いことが好ましい。
　一方、ラジエータの冷却対象であるクーラント液は、空気または油を比較すると、比熱が大きい。よって、空気または油を冷却する場合と比べると、クーラント液の方が冷えにくい。
　特許文献１のラジエータに、特許文献２のインナーフィンを適用すると、インナーフィンがアウタ―チューブと接触することによって熱交換が行われる。しかし、インナーフィンの渡し部間の距離が小さいので、通水抵抗が増大し、チューブ内で冷却水が十分に通過できないことがある。特に、特許文献２のインナーフィンには、冷却水が通る流路に幅狭な領域と幅広の領域とが存在する。幅広の領域よりも幅狭な領域は流体が通りにくく、ラジエータにおける通水抵抗の増大の一因となっていた。
　このように、ラジエータには、通水抵抗の低減と熱交換性能の向上という背反しやすい性能が求められている。この点について、本発明者は、通水抵抗の低減と熱交換性能の向上という２つの要求を両立するラジエータの構成を見出した。
　本実施形態のラジエータ１において、インナーフィン２２は、熱交換部２２ａと渡し部２２ｂとを備える。熱交換部２２ａは、アウターチューブ２１の一方の平面部２１ａとアウターチューブ２１の他方の平面部２１ａとに交互に接触している。このとき、１つの熱交換部２２ａと平面部２１ａとの接触長さｌ（＝ｌ１，ｌ２，…）と対向する平面部２１ａ同士の距離ｈとの比が０．５以上２．７５以下である。
　このような構成のラジエータ１であれば、液体と空気との熱交換を行う熱交換部２２ａを十分広く備えている。換言すれば、隣り合う渡し部２２ｂ同士の距離が十分に離れている。冷却水の流路においてどの領域でも十分な流路幅を確保できるので、冷却水が部分的に流れにくい領域の発生が抑制される。これにより、インナーフィン２２を設けることによる通水抵抗を低減できる。これにより、熱交換性能の向上と通水抵抗の低減を両立したラジエータ１を提供できる。
　さらに、渡し部２２ｂは、熱交換部２２ａ同士をつなぐために、アウターチューブ２１の断面視においてアウターチューブ２１の厚さ方向（上下方向）に延びている。アウターチューブ２１は、その形状から厚さ方向（上下方向）が最も剛性的に弱いので、アウターチューブ２１に働きうる厚さ方向（上下方向）の力に耐えられるように設計される必要がある。本実施形態のインナーフィンは、アウターチューブ２１の厚さ方向（上下方向）に延びる渡し部２２ｂを備えるので、アウターチューブの厚さ方向（上下方向）の強度を向上させることができ、チューブ１１の耐圧性が向上する。
　本実施形態のラジエータ１は、ピッチＰに対する１つの熱交換部２２ａの接触長さｌの割合は、０．４８≦ｌ／Ｐ≦０．５となるように構成されている。ピッチＰに対する１つの熱交換部２２ａの接触長さｌを十分長く確保できるので、熱交換性能が向上する。
　本実施形態のラジエータ１は、さらに、アウターチューブ２１の内面間距離Ｗに対する平面部２１ａ同士の距離ｈの比が、０．０２≦ｈ／Ｗ≦０．１５となるように構成されている。内面間距離Ｗに対して平面部２１ａ同士の距離ｈが小さくなりすぎると、通水抵抗が増大する。内面間距離Ｗに対して平面部２１ａ同士の距離ｈが大きくなりすぎると、熱交換性能が低下する。これにより、内面間距離Ｗと平面部２１ａ同士の距離ｈとの割合を上記の範囲内とすることによって、通水抵抗の低減と熱交換性能の向上をバランスよく実現できる。
　本実施形態のラジエータ１において、さらに、渡し部２２ｂは平坦な平板で構成されている。渡し部２２ｂは直線的に延びるので、渡し部２２ｂを伝わる熱の伝導する距離が短くなる。これにより、ラジエータ１の熱交換性能が向上する。
　図３に示すように、本実施形態のラジエータ１において、渡し部２２ｂと、平面部２１ａに対する垂線と、がなす角θは、０°≦θ≦５°である。このとき、角θが十分に小さいので、アウターチューブ２１内における流路幅がほぼ均一となる。これにより、アウターチューブ２１の厚さ方向（上下方向）におけるどの領域であっても、冷却水は流れやすい。これにより、ラジエータ１の通水抵抗はより低減される。また、それぞれの渡し部２２ｂが延びる距離を小さくできるので、渡し部２２ｂを伝わる熱の伝導する距離が短くなるので、熱交換性能も向上する。
　本実施形態のラジエータ１において、平面部２１ａ同士の距離ｈは０．６ｍｍ以上である。このとき、ラジエータ１の通水抵抗をさらに低減できる。
　なお、本実施形態のラジエータ１は、特に燃料電池車および電気自動車向けのラジエータ１に適用すると効果的である。
　従来のラジエータにおいては、アウターチューブの内部にディンプルが設けられることがある。ディンプルが設けられることで、アウターチューブの内部を流れる冷却水は乱流になりやすく、熱交換が促進されやすくなる効果がある。
　ディンプルを備えるアウターチューブは、ディンプル加工された平板を折り曲げて、フラックスを用いてろう付け接合することによって形成される。フラックスはチューブの酸化被膜を除去して接合しやすくする利点がある一方で、化学反応により、イオンの溶出を起こしやすい。特に燃料電池車および電気自動車向けラジエータにおいては、燃料電池による発電によって得られた電気や運転中の事故等により漏れ出た電気が、冷却水を介してラジエータに伝わり、インナーフィンおよびアウターチューブ等の材料によっては、ラジエータの腐食の原因となる可能性があった。
　本実施形態に係るラジエータ１は、ディンプルを設けなくても、熱交換を促進できる。つまり、フラックスの使用量を低減できるので、ラジエータ１の腐食が起きにくい。
　次に、インナーフィンの違いによるラジエータの性能について解析した解析結果１～４について説明する。なお、すべての熱交換部の接触長さｌは同じ長さとし、また、渡し部と、平面部に対する垂線と、がなす角θは１．５°として解析している。また、平面部間の距離ｈに対する接触長さｌとの比をｌ／ｈ比と呼ぶ。アウターチューブの内面間距離Ｗに対する平面部間の距離ｈの比をｈ／Ｗ比と呼ぶ。
（解析結果１）
　図４は、通水断面積および通水抵抗とｌ／ｈ比との関係を示した図である。なお、実線のグラフは通水断面積とｌ／ｈ比との関係を示している。二点鎖線のグラフはクーラント液の流量Ｑ１における通水抵抗とｌ／ｈ比との関係を示している。一点鎖線のグラフはクーラント液の流量Ｑ２における通水抵抗とｌ／ｈ比との関係を示している。ただし、Ｑ１＞Ｑ２である。
　図４に示すように、ｌ／ｈ比が増大すると通水断面積も増大し、これに伴い、流量Ｑ１においても、流量Ｑ２においても、通水抵抗は減少する。逆に言えばｌ／ｈ比が低い場合、通水抵抗は増大する。このため、ｌ／ｈ比は大きい方が望ましい。
　ただし、ｌ／ｈ比は過剰に大きい場合、通水断面積が増大しても、通水抵抗は低減しにくくなる。
（解析結果２）
　図５は、クーラント液の流量条件ごとの放熱量と、ｌ／ｈ比との関係を示した図である。図５ではクーラント液の流量Ｑ１～Ｑ４の４条件について比較しており、Ｑ１＞Ｑ２＞Ｑ３＞Ｑ４である。
　図５に示すように、どの流量条件においてもｌ／ｈ比が増大すると放熱量は減少する。また、流量が増大するほど放熱量も増大する。流量が大きい条件では、ｌ／ｈ比を増大させても放熱量の減少率が小さいが、流量が低い条件では、ｌ／ｈ比を増大させたときの放熱量の減少率が大きい。
（解析結果３）
　図６は、ｌ／ｈ比を変化させた際の放熱量とクーラント液の流量との関係の違いを示した図である。図６のグラフは、ｌ／ｈ比がそれぞれ０．９，１．８，９．９の場合について例示している。
　図６に示すように、ｌ／ｈ比に関わらず、流量が減少すると放熱量も減少している。また、ｌ／ｈ比が増大すると、流量の減少に伴う放熱量の低下量が増大する。例えば、ｌ／ｈ比０．９の場合とｌ／ｈ比９．９の場合とを比較する。このとき、流量をＱ１からＱ４に低下させると、ｌ／ｈ比９．９の場合の放熱量の低下量は、ｌ／ｈ比０．９の場合の放熱量の低下量の略２倍である。
　ラジエータは、クーラント液の流量が低い状態で使用されることがあるので、流量が小さい場合の放熱能力は重要である。解析結果２および３から、放熱面については、ｌ／ｈ比は小さいことが望ましい。
　解析結果１～３において示した通り、ｌ／ｈ比が小さすぎると通水抵抗が増大し、ｌ／ｈ比が大きすぎると、放熱量が低下する。また、ｌ／ｈ比が小さすぎると、製造が難しくなり、製造コストが増大する。総合的に考慮して、発明者はｌ／ｈ比を０．５以上２．７５以下とすることが望ましいことを見出した。
（解析結果４）
　図７は、放熱量とｈ／Ｗ比との関係を示した図である。ｈ＝ｈ１の解析結果は丸印で、ｈ＝ｈ２の解析結果は三角印で、ｈ＝ｈ３の解析結果は四角印で示されている。ただし、ｈ１＜ｈ２＜ｈ３である。また、グループＧ１はＷ＝Ｗ１の解析結果を、グループＧ２はＷ＝Ｗ２の解析結果を、グループＧ３はＷ＝Ｗ３の解析結果を、グループＧ４はＷ＝Ｗ４の解析結果を、それぞれまとめたグループである。ただし、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３＞Ｗ４である。
　図７に示すように、ｈ／Ｗ比は低いほど放熱量が高くなることが確認された。ところで、ｈ／Ｗ比が小さい場合、ｈを小さくするか、Ｗを大きくすることが考えられる。ここで、ｈが小さすぎる場合は、通水抵抗が増大し、Ｗが大きすぎる場合は、アウターチューブの厚さ方向への剛性が低下する。また、ｈは製造限界により低減できる限界値が存在する。したがって、ｈ／Ｗ比の下限は０．０２であることが望ましい。
　一方、ｈ／Ｗ比は高いほど放熱量が低くなることが確認された。ラジエータの熱交換性能を向上させるため、ｈ／Ｗ比の上限は０．１５であることが望ましい。
　このように、通水抵抗および製造限界と放熱量とのバランスをとる観点から、ｈ／Ｗ比の範囲が０．０２以上０．１５以下となるようにアウターチューブおよびインナーフィンが構成されることが望ましい。
　以上、実施形態に基づいて本発明を説明した。本実施形態は本開示の一例であって、上述した実施形態に限定されず、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所等は、本発明を開示できるものであれば任意であり、限定されない。
　チューブの内部に挿入されるインナーフィンは、熱交換部および渡し部が、チューブの長手方向において、適宜幅方向にずれて形成されてもよい。
　本実施形態ではコア部１０において、第一タンク２から第二タンク３の一方向にクーラント液が流れるラジエータ１について説明したが、第一タンクに導入口と排出口の両方が設けられていてもよい。この場合、ラジエータは、クーラント液が第一タンクからコア部を通って第二タンクに流れ、その後、クーラント液が第二タンクからコア部を通って第一タンクに向かって流れるように構成されてもよい。
　また、コア部の内部に、チューブは前後方向に１列だけ設けられていてもよく、チューブが前後方向に２列以上並んで設けられていてもよい。
　さらに、チューブには、一枚の平板を折り曲げて２列のクーラント液の流路を形成する、所謂Ｂ型チューブが採用されてもよい。
　　本出願は、２０２２年１０月２１日に出願された日本国特許出願（特願２０２２－１６８９９７号）に開示された内容を適宜援用する。
１　ラジエータ
２　第一タンク
２ａ　導入口
３　第二タンク
３ａ　排出口
１０　コア部
１１　チューブ
１２　エンドプレート
１３　フィン
２１　アウターチューブ
２１ａ　平面部
２１ａ１　上平面部
２１ａ２　下平面部
２１ｂ　曲面部
２２　インナーフィン
２２ａ　熱交換部
２２ｂ　渡し部 

Claims (6)

  1. 　冷却対象である液体を内部で溜めることが可能な一対のタンクと、
    　前記タンクの間に設けられ、該液体と空気との間で熱交換を行うコア部と、
    　を備え、
    　前記コア部は、それぞれの前記タンクの内部と液密に接合されていて、内部に該液体を導入可能なチューブを備え、
    　前記チューブは、
    　　扁平な形状で、外面が空気に面しているアウターチューブと、
    　　前記アウターチューブの内部に挿入され、前記アウターチューブに対して固定されるインナーフィンと、
    　を有しており、
    　　前記アウターチューブの内面は、対向する１対の平面部を含んで形成されており、
    　前記インナーフィンは、前記チューブの横断面視において、
    　　前記アウターチューブの一方の前記平面部と他方の前記平面部とに交互に接触するように設けられる複数の熱交換部と、
    　　前記アウターチューブの一方の前記平面部に接触している前記熱交換部と他方の前記平面部に接触している前記熱交換部との間をつなぐ渡し部と、
    　を備え、
    　　１つの前記熱交換部における前記平面部に対する接触長さをｌ、対向する前記平面部同士の距離をｈとすると、ｌ／ｈは０．５以上２．７５以下である、ラジエータ。
  2. 　前記アウターチューブの一方の前記平面部に隣り合って接触している２つの前記熱交換部における、前記チューブの横断面視における中心間距離をピッチＰとすると、０．４８≦ｌ／Ｐ≦０．５である、
    　請求項１に記載のラジエータ。
  3. 　前記チューブの横断面視における、前記アウターチューブの扁平した厚さ方向に直交する幅方向の内面間距離をＷとすると、０．０２≦ｈ／Ｗ≦０．１５である、
    　請求項１または請求項２に記載のラジエータ。
  4. 　前記渡し部は、平坦な平板で構成されている、
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のラジエータ。
  5. 　前記渡し部と、前記熱交換部が接触する前記平面部に対する垂線と、がなす角θは、０°≦θ≦５°である、
    　請求項４に記載のラジエータ。
  6. 　前記平面部同士の距離ｈは０．６ｍｍ以上である、
    　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のラジエータ。
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