JPH0731017B2 - 管−フィン型の熱交換器組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、チューブフィン型熱交換器に使用するフィン
に関する。

（従来の技術） 管−フィン型熱交換器は先行技術で良く知られている。
かかる熱交換器は、その軽量およびコンパクトな大きさ
のために自動車用オイルクーラーとして特に良く用いら
れている。フィンの形状は高温流体か冷却流体への効率
的な熱伝達を助長する上で極めて重要である。先行技術
の組立体のいくつかは異ったフィンの形状を開示してい
るが、その全てが熱伝達をより大きくする乱流を助長さ
せるためにフィンに亘る高温流体の境界層を破るという
同一の効果に向けられいる。

米国特許第4300629号（はただ氏等に対する）は、管型
熱交換器を開示している。フィンには、複数のルーバー
要素がある。これらのルーバー要素の高さが異っている
ので、その縁部はフィンの平面と直角な方向に喰い違っ
ている。このパターンは、乱流を助長し、熱伝達をより
効果的にする。

1985年11月５日に特許された米国特許第4550776号（ル
ー氏に対する）には、管−フィン型熱交換器に使用する
ための別のフィン設計が開示されている。このフィンに
は、複数のルーバー群がある。ルーバー群は、管開口部
の各々から、次の隣接した管開口部に向かって半径方向
に６方向に延びており、一方向にだけ混合を助長するよ
うな方法で配列されている。すなわち、流れはフィンの
一方側にだけ差し向けられる。この構造では、流体の流
れは横方向には混合されない。加えて、ルーバーの頂部
は開口部を有し、相互に連結されていない。これは、フ
ィン上を通過する流体からの熱伝達に利用できる表面積
の大きさを減ずる。

1944年10月10日に特許された米国特許第2360123号（ガ
ースティュング〔Gerstung〕氏等に対する）には、オイ
ルクーラーが開示されている。このオイルクーラーは高
温流体の通過する複数の管を有し、管内に波形板が延び
ている。波形の頂部は高温流体の通過する管に結合され
ている。頂部が管に結合されるから頂部は管と一体化に
なる。このことは、頂部を利用しうる熱伝達面として排
除する。かくして、頂部間の部分だけが熱伝達面として
利用できるにすぎない。

（発明の概要と利点） 本発明によれば、管−フィン型の熱交換器組立体を提供
する。この組立体は、ハウジングと、複数の穴を有する
複数のフィンと、ハウジング内に配置できるようになっ
ておりかつ、穴を通って延びる複数の管とを有する。こ
の組立体は、隣接した穴間に列をなして配置された複数
の波形部を有するフィンを特徴とする。波形部は列に沿
って互いに間隔をへだてており、隣接した波形部間の間
隔は、列のうちの一方のものと次のものとでは変ってい
る。

従って、本発明は複数の波形部を有するフィンを提供す
るものであって、これらの波形．はフィン上の流体の流
れに乱流を引き起こし、フィンの側から側へと及び隣接
した頂部のまわりに横方向へと２方向に流体の流れを混
合する。この波形部パターンは、厚い境界層の形成を妨
げる結果、従来技術よりもより効率的な熱伝達を可能に
した。

（実施例） 管−フィン型熱交換器を図中10で全体的に示す。組立体
10はハウジング12を有する。ハウジング12は一般に円筒
形である。ハウジング12は、高温流体流入口14、高温流
体流出口16、冷却流体流入口18、及び冷却流体流出口20
を有する。第１図に示す実施例では、高温流体と冷却流
体が向流パターンで示されている（すなわち、高温流体
はハウジングを冷却流体の方向と反対の方向に通過す
る。）。高温流体が冷却流体と同じ方向に流れるよう
に、高温流体流入口14と高温流体流出口16を逆にするこ
とができることが理解されるであろう。ハウジング12は
更に、冷却流体流入口リザーバー19と冷却流体流出口リ
ザーバー21を構成している。

組立体10はまた、その中に挟持された複数のバッフル22
を持つのが良い。バッフル22はハウジング12を通る高温
流体の流れを（第１図の矢印で示すように）方向ずけ
る。もし、組立体10がバッフルを有していなければ熱交
換器組立体10は単一通過型のものとなる。（すなわち、
高温流体は方向ずけられることなく高温流体流入口14か
ら高温流体流出口16まで真直ぐ通過する。） 組立体10は更に複数の管24を有する。管24はハウジング
内に配置できるようになっている。管は、ほぼ円形の横
断面を持ち、ハウジングの長さと平行な方向に延びてい
る。これらの管は、ハウジング12内に互いに平行に配置
される。管24の各々の一端は冷却流体流入口リザーバー
19と流体連通しており、管24の各々の他端は冷却流体流
出口リザーバー21と流体連通している。水などの冷却流
体が冷却流体流入口18から組立体10に入る。冷却流体は
冷却流体流入口リザーバー19から冷却流体流入口リザー
バー19に直接流入する。冷却流体は管24の各々に流入す
る。引き続いて冷却流体は各管24を出て、冷却流体流出
口リザーバー21に流入する。最後に、冷却流体は流出口
リザーバー21から冷却流体流出口20まで流れ、ここで冷
却流体は組立体10に出る。

組立体10は更に複数のフィン26を有する。フィン26はハ
ウジング12内に配置できるようになっている。バッフル
22は幾つかのフィン26の間に挟持されている。数枚のフ
ィン26は互いに密接に配置される。フィン26はほぼ平ら
なプレート27を有し、このプレート27はほぼ直線の又は
平らな頂部と底部およびほぼ湾曲縁部を持つ。湾曲縁部
はハウジング12の内壁に係合する。これにより高温流体
がフィン26の縁部の回りを流れないようにする。頂部と
底部は（第１図において最もよくわかるように）ハウジ
ング12に係合しない。この形状により高温流体は各フィ
ンの頂部の上及び底部の下を通る。フィン26はこれを貫
通する複数の穴28を有する。管24は穴28を通って延び
る。フィン26は冷却流体流入口リザーバー19と冷却流体
流出口リザーバー21との間でハウジング12内に設置され
る。

フィン26は一般に平らなプレート27から成り、30で全体
的に示す複数の波状部を有する。波状部30は等しい大き
さであるのが好ましく、フィンから一方向のみに突出す
る。しかしながら、波形部30が不均等な大きさのもので
あってもよく、更に、波形部30はフィン26から両方向に
突出してもよいことが認識されよう。

波形部30は、隣接した穴28間に列32、34、36をなして配
置される。波形部30は列32、34、36に沿って互に間隔を
へだてており、隣接した波形部間の間隔のうちの一方の
ものと次のものとでは変っている。波形部は列32、34、
36の一つと、次の列の一つとで喰い違っている。換言す
れば、隣接した列32、34、36の波形部の頂部40は、（第
５図により最もわかるように）フィンの幅と平行な方向
に整列しない。列32、34、36は、互いに接する。すなわ
ち、波形部30は全て相互に連結されてより大きい熱伝達
表面積を作る。波形部30の頂部が互に喰い違っているこ
と及び列32、34、36が互いに接していることが重要であ
る。また、頂部は高温流体からの熱伝達のための表面積
として利用できる。後述するように境界層を絶えず妨げ
ることによって効率的な熱伝達が得られる。

列32、34、36のうち１つ置きの列は波形部30の間に平坦
部分38を有する。列中の第１の列32は、互いにすぐ隣接
して配置された３つの波形部30を有する。列中の第２の
列34は２つの波形部30を有し、該２つの波形部間に平坦
部分38を有する。列中の第３の列36は、互いにすぐ隣接
した２つの波形部30を有する。

列32、34、36の端部はこれに隣接した管28の周辺に弧に
配置されている。このような弧のパターンのために、高
温流体がフィン26の上を、また管24の周囲を通る際、高
温流体は絶えず波形部30に差し向けられる。フィン26上
の高温流体の流れを第２図に矢印で全体的に示す。

波形部30は、フィンに沿って流れる高温流体による境界
層の形成を絶えず妨げる。境界層はプレート27に近い流
れの領域であり、この領域では流体の速度は粘性力によ
っておそくされる。もし境界層の形成が妨げられないな
らば、境界層における流体の流れは層流であり、厚い層
に生長し、その結果熱伝達が悪くなる。境界層を波形部
30によって妨げ、境界層の生長を妨げることによって境
界層を薄くし、フィンの一方側から他方側までの流体の
混合によって、又隣接した波形部30間で流体を横方向に
混合することによって、乱流を生じさせ熱伝達をより効
率的にする。波形部のパターンはフィンの一方側から他
方側に、又隣接した波形部30のまわりを流れる流体を増
大させるので、厚い層流境界層の形成を妨げる。

作動中、オイルなどの高温流体が組立体10の高温流体流
入口14に流入する。水などの冷却流体が冷却流体流入口
18を通って組立体10に入る。冷却流体は冷却流体流入口
リザーバー19に流入し、引き続いて管24の各々に流入す
るように差し向けられる、高温流体は、フィン26上およ
び管24上を流れる。高温流体がフィン26上を流れると
き、境界層の形成はフィン26の波形部30によって絶えず
妨げられる。これらの波形部は高温流体に乱流を引き起
こし、伝達を増大させる。更に、波形部30の頂部40は、
熱伝達を増大させる表面積として利用することができ
る。高温流体は、バッフル22によって管の上を何回か流
れるように差し向けられる。これは多流熱交換器を作
る。第１図は３つのバッフルを示す。高温流体の流れは
第１図に矢印で示す通りである。従って、高温流体は４
回管に差し向けられた後、高温流体流出口16から出る。
冷却流体は最後には管24を出て、冷却流体流出口リザー
バー21に流入する。冷却流体は、冷却流体流出口リザー
バーから、冷却流体流出口20を通って流出する。

発明を例示として説明してきたが、用いられた術語が説
明上の用語であってこれに限定されるものでないことを
理解すべきである。

この発明の多くの修正及び変更が前述の教示に徴して可
能であることは明らかである。従って、特許請求の範囲
中において、参照番号は単なる便宜上のものであって、
いかなる意味においても制限するものではなく、本発明
を特に説明した以外の方法で実施してもよいことが理解
すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は部分的に切断し、組立体の横断面を示した本発
明における側面図、第２図は、本発明におけるフィンの
平面図、第３図は、第２図の区域３の拡大部分図、第４
図は、ほぼ第３図の４−４線に沿って切断した断面図、
及び第５図は、ほぼ第３図の５−５線に沿って切断した
断面図である。 10……管−フィン型熱交換器組立体 12……ハウジング 14……高温流体流入口 16……高温流体流出口 18……冷却流体流入口 20……冷却流体流出口 24……管 26……フィン 28……穴 30……波形部 32、34、36……列

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジング12と、複数の穴28を有する複数
   のフィン26と、前記ハウジング12内に配置できるように
   なっており、前記穴28を通って延びている複数の管24を
   含む管−フィン型熱交換器組立体10において、前記フィ
   ンは、隣接した前記穴28間に列32、34、36をなして設置
   され、前記列32、34、36に沿って互いに間隔をへだてた
   複数の波形部30を有し、隣接した波形部30間の間隔は前
   記列32、34、36のうちの一方のものと次のものとでは変
   っており、前記列32、34、36の各々が、前記波形部30間
   に前記フィン26の平坦部分38を有することを特徴とする
   前記組立体。
2. 【請求項２】前記波形部30が前記列32、34、36のうちの
   １つと次の前記列の１つとで喰い違っていることを特徴
   とする、請求項（１）に記載の組立体。
3. 【請求項３】前記列32、34、36の端部が、これに隣接し
   た前記穴28の周辺に弧に配置されていることを特徴とす
   る、請求項（２）に記載の組立体。
4. 【請求項４】前記列32、34、36が互いに接していること
   を特徴とする、請求項（３）に記載の組立体。
5. 【請求項５】前記波形部30が、前記フィン26から外方に
   突出していることを特徴とする、請求項（４）に記載の
   組立体。
6. 【請求項６】前記列中の第１の列32が、互いにすぐ隣接
   した３つの前記波形部30を有し、前記列中の第２の列34
   が、２つの前記波形部30を有し、該波形部間に１つの前
   記平坦部分38を備え、前記列中の第３の列36が、互いに
   すぐ隣接した２つの前記波形部30を有することを特徴と
   する、請求項（５）に記載の組立体。
7. 【請求項７】前記管24がほぼ円形の横断面を持ち、前記
   ハウジング12内に互いに平行に配置されていることを特
   徴とする、請求項（６）に記載の組立体。
8. 【請求項８】前記ハウジング12が一般に円筒形であり、
   高温流体流入口14、高温流体流出口16、冷却流体流入口
   18、及び冷却流体流出口20を有し、前記ハウジングが前
   記管24上の高温流体の流れを方向づけるために前記ハウ
   ジング内に配置された複数のバッフルを有することを特
   徴とする、請求項（７）に記載の組立体。