JPH08178571A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コルゲートフィン２の熱伝達率を向上させる
とともに、放熱面積の確保を図って、放熱性能を向上さ
せる。 【構成】 コルゲートフィン２の平坦面２１に、細い糸
状の円弧状細線２２を形成するとともに、この円弧状細
線２２を交互に逆方向に曲げ成形し、かつその曲げ幅お
よび曲げ高さを流体流れ方向Ｃに次第に変化させる。こ
れにより、各円弧状細線２２の表面に形成される温度境
界層は隣接のものと連続して形成されることがなく、そ
れぞれ分断された極く薄いものとなる。その結果、コル
ゲートフィン２であっても、ピンフィンやネットフィン
に近似した高熱伝達率を実現できる。しかも、コルゲー
トフィン２の平坦面２１上のほぼ全領域にわたって円弧
状細線群を形成できるから、放熱面積についても、従来
のルーバフィンと同程度の面積を確保でき、放熱性能を
飛躍的に向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフィン形状の改良により
熱伝達率の向上を図った熱交換器に関するもので、例え
ば自動車用ラジエータ等に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用ラジエータ等の熱交換器
における空気側熱伝達率を向上させる手段としては、図
６に示すように、偏平チューブ１にコルゲートフィン２
を接合し、このコルゲートフィン２の平坦面２１に多数
のルーバ２ａを所定の角度で斜めに切り起こし成形し
た、いわゆるルーバフィンの構成や、図７に示すように
コルゲートフィン２の平坦面２１に、この平坦面２１と
平行な面を持った多数の門形のルーバ２ｂを切り起こし
成形した、いわゆるスリットフィンの構成が代表的であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記ルーバフィンやス
リットフィンは、種々の研究、改良がなされ、幅広く製
品化されているが、ルーバ形状、寸法諸元等の改良によ
る性能向上はほぼ限界に達しており、更なる性能向上は
困難な状況となっている。そこで、近年、図８に示すよ
うなピンフィン３、図９に示すような編み目形状に形成
されたネットフィン４を用いた熱交換器の研究がなされ
ている。これらのピンフィン３およびネットフィン４で
は、細線の使用により温度境界層が細かく分断されて厚
い層に発達しないので、熱伝達率が上記ルーバフィンや
スリットフィンに比して大幅に向上するという長所があ
る。

【０００４】しかし、その反面、放熱面積が減少してし
まうので、同一の熱交換体積で比較してみると、上記ル
ーバフィンやスリットフィンを用いたものより、放熱性
能が低下するという問題があった。本発明は上記点に鑑
みてなされたもので、ピンフィンやネットフィンと同程
度の高熱伝達率を確保しつつ、放熱面積の拡大を図り、
放熱性能を向上できる熱交換器を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、以下の技術的手段を採用する。請求項１記載
の発明では、断面形状が偏平な偏平チューブ（１）と、
波形状に曲げ成形され、前記偏平チューブ（１）の平坦
面に接合されるコルゲートフィン（２）とを有する熱交
換器において、前記コルゲートフィン（２）の平坦面
（２１）に、その表裏両側に交互に円弧状に曲げ成形さ
れた多数の細線（２２）が形成されており、この多数の
円弧状細線（２２）は、その曲げ幅（Ｗ ）および曲げ
高さ（Ｈ）が前記平坦面（２１）の流体流れ方向（Ｃ）
の一端側から他端側へ向かって次第に変化するように構
成されている熱交換器を特徴としている。

【０００６】請求項２記載の発明では、請求項１に記載
の熱交換器において、前記円弧状細線（２２）の間隔
（ｄ）は、前記コルゲートフィン（２）の板厚（ｔ）と
略同一寸法に設定されていることを特徴とする。請求項
３記載の発明では、請求項１または２に記載の熱交換器
において、前記平坦面（２１）の流体流れ方向（Ｃ）の
一端側から他端側へ向かって曲げ幅（Ｗ）及び曲げ高さ
（Ｈ）が次第に変化するように構成された多数の円弧状
細線（２２）からなる円弧状細線群が、前記平坦面（２
１）の流体流れ方向（Ｃ）に複数形成されていることを
特徴とする。

【０００７】請求項４記載の発明では、請求項１ないし
３のいずれか１つに記載の熱交換器において、前記コル
ゲートフィン（２）の平坦面（２１）に、等間隔に、か
つ前記平坦面（２１）の流体流れ方向（Ｃ）の一端側か
ら他端側へ向かって次第に変化する幅寸法でもって多数
のスリット（Ｓ）を形成し、このスリット（Ｓ）の幅方
向に押圧力を作用させて、前記円弧状細線（２２）が形
成されていることを特徴とする。

【０００８】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すもので
ある。

【０００９】

【発明の作用効果】請求項１〜４記載の発明によれば、
上記技術的手段を有しているため、コルゲートフィンの
放熱部分を細い糸状の円弧状細線にて構成することがで
き、しかもこの円弧状細線は隣接の円弧状細線と交互に
逆方向に曲げ成形してあり、かつその曲げ幅および曲げ
高さを流体流れ方向に次第に変化させているから、各円
弧状細線の表面に形成される温度境界層は隣接のものと
連続して形成されることがなく、それぞれ分断された極
く薄いものとなる。

【００１０】その結果、本発明によるコルゲートフィン
の放熱部分では、ピンフィンやネットフィンに近似した
高熱伝達率を実現できる。しかも、コルゲートフィンの
平坦面上のほぼ全領域にわたって円弧状細線群を形成で
きるから、放熱面積についても、従来のルーバフィンと
同程度の面積を確保できるので、熱交換器の放熱性能を
飛躍的に向上できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図１〜３は本発明によるフィン形状を示すもの
で、基本的には従来の波形状に曲げ成形されたコルゲー
トフィン２をベースとして構成してあり、このコルゲー
トフィン２の平坦面２１に、その表裏両側に交互に円弧
状に曲げ成形された多数の細線２２を形成している。

【００１２】図１において、Ａはこの多数の円弧状細線
２２のうち、平坦面２１の表側（上側）に曲げ成形され
た部分を示し、Ｂは平坦面２１の裏側（下側）に曲げ成
形された部分を示し、このＡ部分の円弧状細線２２とＢ
部分の円弧状細線２２は交互に形成されている。２３は
コルゲートフィン２の曲げ部である。上記多数の円弧状
細線２２は、その曲げ幅Ｗ（図２参照）および曲げ高さ
Ｈ（図３参照）が前記平坦面２１の冷却空気（流体）流
れ方向Ｃの一端側から他端側へ向かって次第に減少する
ように構成されている。そして、本例では図３（ａ）に
示すように、多数の円弧状細線２２からなる１つの円弧
状細線群のうち、最大の円弧状細線２２の曲げ高さＨ
は、コルゲートフィン２のフィンピッチＦｐの略１／２
に設定されている。

【００１３】コルゲートフィン２は、熱伝導性、耐食
性、ろう付け性（半田付け性）等に優れたアルミニュウ
ム、黄銅等の金属から成形されるものであって、その板
厚ｔは０．１〜０．１５ｍｍ程度の薄板であり、そして
等間隔に形成される円弧状細線２２相互の間隔ｄ（後述
する円弧状細線形成用のスリットＳの間隔）はコルゲー
トフィン２の板厚ｔと略同一寸法に設定してある。

【００１４】図３（ｂ）にはその寸法例として、ｔおよ
びｄがいずれも０．１ｍｍに設定した場合を示してお
り、この具体的寸法例から理解されるように、円弧状細
線２２は極細の糸状に形成されている。また、各円弧状
細線２２の曲げ高さＨは、図３（ａ）に示すように、前
記板厚ｔ分だけ次第に低くなるようにしてある。

【００１５】そして、コルゲートフィン２の平坦面２１
上には、上記多数の円弧状細線２２から構成される複数
の円弧状細線群を構成している。すなわち、コルゲート
フィン２の平坦面２１の空気流れ方向Ｃの一端側から他
端側へ向かって、曲げ幅Ｗ及び曲げ高さＨが次第に減少
する多数の円弧状細線２２にて１つの円弧状細線群を構
成し、この円弧状細線群を平坦面２１の空気流れ方向に
複数（図１では５個）形成している。

【００１６】なお、図３（ａ）においては、上記した１
つの円弧状細線群における円弧状細線２２の数が２０で
あるので、１つの細線群の長さＬは、２０×０．１ｍｍ
＝２ｍｍとなる。そして、細線群を８個形成すれば、そ
の全体の長さＬ₀ は、８×２ｍｍ＝２０ｍｍとなる。図
４は上記した複数の円弧状細線群を有するコルゲートフ
ィン２と、断面形状が偏平な偏平チューブ１とを接合し
た熱交換部を示すもので、多数のコルゲートフィン２と
偏平チューブ１とを交互に組付けた後、コルゲートフィ
ン２の曲げ部２３が偏平チューブ１の平坦面に接合され
ている。

【００１７】偏平チューブ１もコルゲートフィン２と同
種の金属で成形され、ろう付けまたは半田付けにて両者
１、２は一体に接合される。自動車ラジエータでは、偏
平チューブ１の両端部は、それぞれエンジン冷却水の入
口パイプ、出口パイプを有する上下のタンクに連通し、
図４の矢印Ｃ方向に送風される冷却空気とエンジン冷却
水との間で熱交換を行って、エンジン冷却水を冷却す
る。

【００１８】次に、本発明熱交換器の製法について述べ
ると、まず、コルゲートフィン２の成形に際しては、図
５（ａ）に示すように、前記した板厚ｔ＝０．１ｍｍ程
度の金属薄板に、その板厚ｔと略同一の間隔でスリット
Ｓを所定数入れる。この時、この所定数のスリットＳの
幅は、前記した円弧状細線２２の曲げ幅Ｗが得られるよ
うに、次第に減少（図５（ａ）のａ、ｂ、ｃ参照）させ
ていく。

【００１９】そして、この所定数のスリットＳからなる
スリット群を、前述の円弧状細線群の必要数だけ繰り返
し形成する。上記スリットＳの切れ目を入れるときに、
これと同時に、各スリットＳは交互に反対方向（図５
（ａ）上側のＡ方向、Ｂ方向）に若干量円弧状に起こし
ておく。また、上記スリットＳの切れ目を入れると同時
に、コルゲートフィン２の波形の成形も行う。

【００２０】このようなスリットＳの加工とコルゲート
フィン２の波形の成形は、歯車状に形成した成形刃を用
いて、同時に実施することができる。次に、上記スリッ
トＳを加工したコルゲートフィン２と、偏平チューブ１
とを交互に組付け、その後にこの組付体に対して、図５
（ｂ）の矢印イに示すように、スリットＳの幅を圧縮す
る方向から押圧力を、偏平チューブ１を介してコルゲー
トフィン２に加える。

【００２１】この押圧力により各スリットＳ部がそれぞ
れ図５（ｂ）の上下方向（前記Ａ、Ｂ方向）に展開し
て、所定の曲げ幅Ｗおよび曲げ高さＨを持った円弧状細
線群を形成でき、これにより図１に示すフィン形状が得
られる。次に、熱交換部（偏平チューブ１、コルゲート
フィン２）以外のコアプレート、タンク、出入口パイプ
等の組付を行い、この組付状態を治具等により維持して
ろう付け炉内に搬入して、組付体の各部を接合する。以
上により熱交換器を完成できる。

【００２２】上述した熱交換器構成によれば、コルゲー
トフィン２の放熱部分が、極細の糸状に形成された円弧
状細線２２にて構成されており、しかもこの円弧状細線
２２は隣接の円弧状細線２２と交互に逆方向に曲げ成形
され、かつその曲げ幅Ｗおよび曲げ高さＨが冷却媒体で
ある空気流れ方向に次第に減少するようになっているか
ら、各円弧状細線２２の表面に形成される温度境界層は
隣接のものと連続して形成されることがなく、それぞれ
分断された極く薄いものとなる。

【００２３】その結果、本発明によるコルゲートフィン
２の放熱部分では、ピンフィンやネットフィンに近似し
た高熱伝達率を実現できる。しかも、コルゲートフィン
２の平坦面２１上のほぼ全領域にわたって円弧状細線群
を形成できるから、放熱面積についても、従来のルーバ
フィンと同程度の面積を確保できるので、熱交換器の放
熱性能を飛躍的に向上できる。

【００２４】なお、上述の実施例では、多数の円弧状細
線２２を、その曲げ幅Ｗおよび曲げ高さＨが前記平坦面
２１の流体流れ方向Ｃの一端側から他端側へ向かって次
第に減少するように構成したが、これとは逆に、多数の
円弧状細線２２を、その曲げ幅Ｗおよび曲げ高さＨが前
記平坦面２１の流体流れ方向Ｃの一端側から他端側へ向
かって次第に増大するように構成しても同様の作用効果
を発揮できる。

【００２５】また、本発明熱交換器は自動車用ラジエー
タに限らず、種々の用途に広く適用可能であることはも
ちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるコルゲートフィンの一実施例を示
す一部斜視図である。

【図２】図１のコルゲートフィンの要部拡大正面図であ
る。

【図３】（ａ）は図１のコルゲートフィンの要部断面
図、（ｂ）は（ａ）のＹ部拡大図である。

【図４】本発明によるコルゲートフィンと偏平チューブ
とを組付た熱交換部の一部斜視図である。

【図５】本発明によるコルゲートフィンの成形方法を説
明する説明図である。

【図６】従来のルーバフィン形状を示す熱交換部の一部
斜視図である。

【図７】従来のスリットフィン形状を示す熱交換部の一
部斜視図である。

【図８】従来のピンフィン形状を示す熱交換部の一部斜
視図である。

【図９】従来のネットフィン形状を示す熱交換部の一部
斜視図である。

【符号の説明】

１……偏平チューブ、２……コルゲートフィン、２１…
…平坦面、２２……円弧状細線、Ｗ……曲げ幅、Ｈ……
曲げ高さ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面形状が偏平な偏平チューブと、波形
   状に曲げ成形され、前記偏平チューブの平坦面に接合さ
   れるコルゲートフィンとを有する熱交換器において、 前記コルゲートフィンの平坦面に、その表裏両側に交互
   に円弧状に曲げ成形された多数の細線が形成されてお
   り、 この多数の円弧状細線は、その曲げ幅および曲げ高さが
   前記平坦面の流体流れ方向の一端側から他端側へ向かっ
   て次第に変化するように構成されていることを特徴とす
   る熱交換器。
2. 【請求項２】 前記円弧状細線の間隔は、前記コルゲー
   トフィンの板厚と略同一寸法に設定されていることを特
   徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記平坦面の流体流れ方向の一端側から
   他端側へ向かって曲げ幅及び曲げ高さが次第に変化する
   ように構成された多数の円弧状細線からなる円弧状細線
   群が、前記平坦面の流体流れ方向に複数形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 前記コルゲートフィンの平坦面に、等間
   隔に、かつ前記平坦面の流体流れ方向の一端側から他端
   側へ向かって次第に変化する幅寸法でもって多数のスリ
   ットを形成し、このスリットの幅方向に押圧力を作用さ
   せて、前記円弧状細線が形成されていることを特徴とす
   る請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。