JP2001050678A

JP2001050678A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2001050678A
Application number: JP11225277A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kozai; 晋古財; Tamio Komatsubara; 民雄小松原; Atsushi Igarashi; 敦志五十嵐; Katsuo Tezuka; 勝男手塚
Original assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd
Current assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】空冷式の熱交換器に関し、目詰まりが少なく
本来の性能が発揮できる熱交換器を提供することを課題
とする。【解決手段】所定の間隔を隔てて複数並列に配置さ
れ、冷却風が通過する側部が所定の厚さを有するチュー
ブ６と、隣合うチューブ６間に所定の隙間をおいて積層
形成され、チューブ６内を通過する流体の放熱を行うフ
ィン７とを有し、上記チューブ６の風上側の先端部から
上記フィン７の先端部を突出形成させ、この突き出た長
さが、チューブ６の上記厚さ以上となる関係にある構成
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空冷式の熱交換器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、産業機械或いは車両等のエンジン
に用いられる空冷式の熱交換器として、例えばラジエー
タは、フィンとチューブからなる形式の放熱機構（コ
ア）のものが多く採用されている。

【０００３】空冷式のラジエータ５０の放熱機構は、上
記チューブが冷却風と直交する上下方法に所定の間隔を
隔てて複数並列に配置され、これらチューブ間に所定の
隙間をおいて放熱のためのフィンが積層形成されてい
る。

【０００４】特に建設土木機械等のエンジンに用いられ
るフィンは、ルーバのような切り欠きの無い、フィン面
上に波状の凹凸をつけたウェービーフィンを使用するの
が一般的である。これは、通常自動車等に用いられる高
性能なコルゲートルーバ付のフィンは、建設土木等の現
場では塵等による目詰まりが発生しやすく、このような
耐目詰まり性能を改善するため、このフィンに比べて性
能は若干低下するウェービーフィンを採用している。

【０００５】図９は、上記ラジエータ５０を搭載した冷
却機構の概略を示したものである。この冷却機構は、ラ
ジエータ５０の他に、インタークーラ６１及びオイルク
ーラ６２等の熱交換器を冷却するものであり、エンジン
６５と連動するファン６６によって、外気がグリル６４
から取り込まれ上記熱交換器を冷却する。またこの冷却
機構は全体が架体６８に収容され、ファン６６の周辺に
はファンガイド６７が設けられている。

【０００６】上記ファン６６により取り込まれる外気と
ともに、外部周辺の作業現場の塵（泥、虫、木屑、綿ボ
コリ等）が冷却風と一緒に持ち込まれる。このような塵
による目詰まりを防止するため、一般にラジエータ５０
等の前方に金網６３（粒度＃１０〜２０）を設置して、
虫など比較的大きな塵によるラジエータ５０等の目詰ま
りを防止している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記金網６３
を通過してしまう小さな塵は、ラジエータ５０等の熱交
換器のフィンやチューブの前部に堆積する。このような
塵の堆積による目詰まりが進行すると、空気抵抗が著し
く増加して熱交換器を通過する冷却風量が低下し、最悪
の場合にはエンジンのオーバーヒート等の不具合が生じ
る。

【０００８】熱交換器の冷却機構の容量が同じ場合、フ
ィンピッチを縮小して放熱面積を大きくするか、または
フィンの高さ幅を狭くするなどしてフィン効率を改善す
れば、上記ウェービーフィンの放熱性能は向上する。し
かし、そのような対策では冷却風の通路が縮小され、か
えって耐目詰まり性能が悪化することが懸念される。

【０００９】このように放熱性能と耐目詰まり性能を両
立させることは困難な状況にあり、フィンの目詰まりに
対する有効な対策がとれていないのが実状である。しか
し、建設土木機械に用いられる熱交換器は、騒音規制や
排ガス規制の強化に伴って、効率の改善、容量の制限
等、により必要な冷却風の確保が難しくなるとともに、
インタークーラを装着する車両の増加などにより、冷却
系を取り巻く環境は一段と厳しくなっている。また、建
設土木機械等はホコリや塵が多量に浮遊する劣悪な環境
下で使用されることが多く、一般の自動車などの熱交換
器とは比較にならないほど、ホコリや塵による熱交換器
の冷却機構であるフィンやチューブの目詰まりが起こり
やすく、その対策が望まれている。

【００１０】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、目詰まりが少なく本来の性能が発揮できる熱交
換器を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の技術的課題を解決
するため、本発明に係る熱交換器は、図１に示すよう
に、所定の間隔を隔てて複数並列に配置され、冷却風が
通過する側部が所定の厚さを有するチューブ６と、隣合
うチューブ６間に所定の隙間をおいて積層形成され、チ
ューブ６内を通過する流体の放熱を行うフィン７とを有
し、上記チューブ６の風上側の先端部から上記フィン７
の先端部を突出形成させ、この突き出た長さが、チュー
ブ６の上記厚さ以上となる関係にある構成である。

【００１２】また、本発明に係る熱交換器は、所定の間
隔を隔てて複数並列に配置され、冷却風が通過する側部
が所定の厚さを有するチューブ６と、隣合うチューブ６
間に所定の隙間をおいて積層形成され、チューブ６内を
通過する流体の放熱を行うフィン７とを有し、上記チュ
ーブ６の風上側の先端部から上記フィン７の先端部を突
出形成させ、この突き出た長さをＬとしたとき、上記チ
ューブ６厚さｄに対するフィン７の上記長さＬの比Δ
（＝Ｌ／ｄ）が１以上でかつ３以下となる関係にある構
成である。

【００１３】また、本発明に係る熱交換器は、上記フィ
ン７を、断面凸凹状に形成した構成である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る熱交換器の実
施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、建設土木
機械等のエンジンに用いられる上記熱交換器としてのラ
ジエータを示したものである。このラジエータ１１は、
冷却水の注入口３及びエンジンからの冷却水の流入口２
が設けられた上部タンク１、エンジンへ戻る冷却水の流
出口５及び水抜き弁１２が設けられた下部タンク４、こ
れら上部タンク１と下部タンク４とを連結し、上部タン
ク１から下部タンク４に向けて冷却水が流通する複数の
チューブ６及びこれらチューブ６を冷却するフィン７を
有している。

【００１５】上記チューブ６は、冷却風と直交する上下
方向に、所定の間隔を隔てて複数並列に配置され、これ
らチューブ６は、冷却風が通過する側部は厚さが薄く形
成されている。上記フィン７は、隣合うチューブ６間
に、帯状の板を折り畳むように上下に所定の隙間をおい
て積層形成され、チューブ６間は水平状に、またチュー
ブ６に接する部位は半円状に屈曲形成されている。

【００１６】さらに上記フィン７は、フィン７の水平状
面の中央部を凹凸状にエンボス成形８したいわゆるウェ
ービーフィンを採用している。また、上記チューブ６
は、断面が平行な偏平面６ａ，６ｂを有する長円形状で
あり、これら偏平面６ａ，６ｂの外面間は所定の厚さ
「ｄ」を有している。さらに、この実施の形態では、上
記フィン７は、冷却風１５の風上側の先端部７ａが、チ
ューブ６の同風上側の先端部６ｃから所定の長さ「Ｌ」
だけ突出形成されている。

【００１７】ここで、上記フィン７を突出成形（長さ
「Ｌ」）させた場合の効果につき、社内における目詰ま
り試験をふまえて説明する。図２は、この目詰まり試験
の概略図を示したものである。この目詰まり試験では、
冷却風の風上側と風下側にそれぞれ測定室２１，２２を
設け、両測定室２１，２２の間に試験用のラジエータ１
１を配置する。そして、風下側の測定室２２からの途中
にフィルタボックス２６を設け、ブロア２３を用いて風
下側の測定室２２から空気を吸い込んで冷却風を発生さ
せる。

【００１８】そして、風上側の測定室２１の前方に塵散
布装置２４を設置して塵１４を散布し、この塵１４によ
るラジエータ１１の目詰まりの程度を、上記測定室２１
内と測定室２２内との気圧の差（以下「差圧」という）
を測定しその差圧を比較して判断する。この場合、塵１
４を散布した後は、塵１４の付着によって冷却風がラジ
エータ１１を通過しにくくなり、風上側と風下側の各測
定室の差圧が大きくなる。

【００１９】試験には、試料及び試料の２種類のラ
ジエータ１１を用いた。ラジエータ１１の各部のサイズ
は、試料については、フィン７が、間口Ｈ＝１０．８
ｍｍ、奥行きＦＷ＝３８ｍｍ、上下の隙間間隔（ピッ
チ）Ｐ＝３．０ｍｍであり、またチューブ６の形状は厚
さ「ｄ」が４．４ｍｍ、奥行きＷ＝３５ｍｍである。試
料は、フィン７が、間口Ｈ＝７．３ｍｍ、奥行きＦＷ
＝４９ｍｍ、上下のピッチＰ＝３．５ｍｍであり、また
チューブ６の形状は厚さ「ｄ」が１．７ｍｍ、奥行きＷ
＝４５ｍｍである。上記散布した塵１４は、繊維類及び
パルプ材を主な成分としている。

【００２０】この目詰まり試験では、上記フィン７の突
出し長さ「Ｌ」を、最初は埋め込んだ状態（Ｌがマイナ
ス）から次第に長く突出させ、そのときの「Ｌ」に対す
る耐目詰まり性能を調べた。具体的には、耐目詰まり性
能の判断基準として、目詰まり物質（上記塵１４）を散
布したサイクル数「ｃｙｃｌｅ」と抵抗増加倍率αとの
関係を測定した。上記サイクル数は、一定の散布間隔を
おいて塵１４を散布した回数（１回につき塵のかたまり
１０ｃｃを散布）のことである。この散布間隔は基本的
には１分としたが、記録をとるとき等、実験の都合で２
〜３分となる場合もある。

【００２１】また、上記抵抗増加倍率αは、ラジエータ
１１に塵１４が付着してない状態における上記風上側の
測定室２１と風下側の測定室２２との差圧「Ａ」を基準
値とし、塵１４が付着したときの差圧を上記差圧Ａと比
較したものである。例えば塵１４が付着した後の上記風
上側の測定室２１と風下側の測定室２２との差圧を
「Ｂ」としたとき、抵抗増加倍率αはα＝Ｂ／Ａとな
る。

【００２２】このように、塵散布後における差圧Ｂと、
塵散布前における差圧Ａとの比を上記抵抗増加倍率αと
している。すなわち、この抵抗増加倍率αは目詰まりの
程度を表す尺度といえる。この試験で用いた差圧計の単
位はＰａ（パスカル）であり、上記差圧は数百Ｐａ程度
である。この目詰まり試験では、抵抗増加倍率αが１．
５倍、２．０倍、２．５倍、３．０倍となる場合につい
て調べた。

【００２３】図３は、上記試料（チューブの厚さ
「ｄ」＝４．４ｍｍ）について、上記フィン７の突出し
長さ「Ｌ」に対する、耐目詰まり性能を調べた結果をグ
ラフに示したものである。このグラフは、横軸を長さ
「Ｌ」、縦軸をサイクル数「ｃｙｃｌｅ」として、これ
に上記抵抗増加倍率αが一定の場合の軌跡を示してい
る。このグラフでは、長さ「Ｌ」を増加させると、サイ
クル数を増加させ散布した塵１４の量を多くしても、抵
抗増加倍率は変わらないという特性が確認できる。これ
によれば、フィン７の突出し長さ「Ｌ」を長くすれば、
目詰まりがしずらくなり、塵１４に対して優れた耐目詰
まり性能が得られたことになる。このグラフでは、長さ
「Ｌ」が１０ｍｍ前後まで耐目詰まり性能の向上が見ら
れる。

【００２４】図４に示すグラフは、上記試料（チュー
ブの厚さ「ｄ」＝１．７ｍｍ）について、上記フィン７
の突出し長さ「Ｌ」に対する、耐目詰まり性能を調べた
結果を示したものである。このグラフでは、少なくとも
長さ「Ｌ」が４ｍｍ前後まで耐目詰まり性能の向上が見
られる。

【００２５】図５に示すグラフは、横軸を、フィン７の
突出し長さ「Ｌ」とチューブ６の厚さ「ｄ」との比
「Δ」（Δ＝Ｌ／ｄ）とし、縦軸をサイクル数として、
これに上記抵抗増加倍率αが一定の場合の軌跡を示した
ものである。そしてこのグラフ上に上記試料と試料
についての軌跡を併記している。このグラフからすれ
ば、上記試料及び試料は、上記抵抗増加倍率αが一
定の場合、少なくとも比Δが１〜３の範囲では、フィン
７を突出しない場合（Δ＝０）と比べて耐目詰まり性能
の向上或いは改善が見られる。したがって、上記フィン
７の突出による効果は、一般的に、その突出し長さ
「Ｌ」と、チューブ６の厚さ「ｄ」との比（Δ＝Ｌ／
ｄ）を基準として判断することができる。

【００２６】さらに詳細に上記試験結果をみると、いず
れについてもαが一定の場合、フィン７の突き出しによ
り、上記比Δ（＝Ｌ／ｄ）が２程度までは、耐目詰まり
性能が向上し、さらに比Δが略２〜３の範囲で特性のピ
ークが見られる。そして比ΔがΔ＝１〜３の範囲では、
フィン７を突き出さない状態（Δ＝０）に比べて、良好
な耐目詰まり効果が得られる。なお、従来のラジエータ
等の熱交換器においても、製造上の都合等により若干フ
ィン７を突出形成することが行われているが、これはΔ
が１より小さい範囲に限られている。

【００２７】上記抵抗増加倍率αに関する試験と並行し
て、ラジエータ１１の表面における塵付着の程度を調査
した。これによれば、抵抗増加倍率αが一定の場合に
は、塵の散布の量にかかわりなく、塵の付着（目詰ま
り）の程度は略同じであり、上記グラフと同様な傾向が
見られた。

【００２８】また、上記試験結果において、フィン７の
突出し長さ「Ｌ」又は比「Δ」がマイナスのポイントが
示されているが、これはチューブ６の先端の半円状に屈
曲した部分１３と平坦な部分との境界部、すなわち図６
（ａ）に示すようにチューブ６の先端部から少し後方の
部位とフィン７の先端部とをあわせたときの測定結果で
ある。この場合、試験中の観察によれば、図７に示すよ
うに、フィン７とチューブ６とが接触する部分のフィン
７先端の屈曲部分１３に、早いサイクル数で塵１４によ
る目詰りが発生していることが確認された。

【００２９】また、試みにチューブ６のアール部分の丸
みをとって、図６（ｂ）に示すように角状断面として試
験したところ、上記と同様、早いサイクル数でフィン７
先端の屈曲部分１３に目詰まりが発生した。これらから
すれば、フィン７がチューブ６に対して突出形成されて
いない場合には、冷却風１５はチューブ６の先端部の手
前でフィン７方向にかたむいてフィン７の屈曲部分１３
に集まり、この屈曲部分１３に掛った塵１４は、他に逃
げ場がなく、次々とその場に堆積していくためと考えら
れる。

【００３０】これに対して、この実施の形態のようにフ
ィン７の先端部をチューブ６から突出形成した場合に、
耐目詰まり性能が向上するのは以下の理由によるものと
考えられる。まず、フィン７の先端部における冷却風の
風当たりがよくなり、すでにフィン７の屈曲部分１３に
掛った塵１４が次に飛んできた塵１４と衝突し、これに
よって先の塵１４をフィン７から吹き飛ばして風下に流
してしまう。

【００３１】また、図８に示すように塵１４がフィン７
の先端の屈曲部分１３に集中しなくなり、この屈曲部分
１３をよけて流れ、塵１４の堆積し易い屈曲部分１３へ
の塵の付着が軽減される。この場合、フィン７の屈曲部
分１３をよけた塵１４の一部は、チューブ６の先端部に
付着することもあるが、チューブ６自体に付着した塵１
４は、それ自体によって冷却風のフィン７通過を阻むも
のでもなく、面積的にも僅かであり、冷却効果への影響
は少ない。

【００３２】さらに、フィン７を突出形成することによ
り、フィン７が突出した分冷却風がフィン７内部に進入
する間口が広くなって、冷却風に対する抵抗が少なくな
る。この場合、たとえフィン７の屈曲部分１３に塵１４
が堆積しても、フィン７の突出部分の側部にはチューブ
６との間に空間部が形成されていることから、この部位
から冷却風がフィン７内部に進入することができる。以
上が、耐目詰まり性能が向上する理由である。

【００３３】従って、上記実施の形態のラジエータによ
れば、フィン７の先端部をチューブ６から突出形成した
から、フィン７への塵１４の目詰まり現象が緩和され、
また、冷却風が流入する間口も広くなったことから、耐
目詰まり性能が向上し、塵１４等が多く散乱する環境下
においても、良好な冷却効果が得られる。また、フィン
７には放熱特性に優れたウェービーフィンを採用した
が、耐目詰まり性能については、フラットなフィンであ
っても同様な効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る熱交
換器によれば、チューブの風上側の先端部からフィンの
先端部を突出形成させ、この突き出た長さが、チューブ
の厚さ以上となる関係にある構成を採用したから、塵の
目詰まり現象が緩和され、耐目詰まり性能に優れ熱交換
器本来の性能が発揮できるという効果がある。

【００３５】また、本発明に係る熱交換器によれば、チ
ューブの風上側の先端部からフィンの先端部を突出形成
させ、この突き出た長さをＬとしたとき、チューブ厚さ
ｄに対するフィンの長さＬの比Δが１以上でかつ３以下
となる関係にある構成を採用したから、実用的に優れた
耐目詰まり性能が得られるという効果がある。

【００３６】また、本発明に係る熱交換器によれば、フ
ィンのチューブ間の部位を、断面凸凹状に形成したか
ら、さらに放熱特性に優れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る熱交換器の構成図で
ある。

【図２】実施の形態に係る目詰まり試験の概略図を示し
たものである。

【図３】（ａ）は試料の目詰まり試験の試験結果を示
したグラフであり、（ｂ）は測定値を示す。

【図４】（ａ）は試料の目詰まり試験の試験結果を示
したグラフであり、（ｂ）は測定値を示す。

【図５】（ａ）は突出し長さＬとチューブの厚さｄを示
す図、（ｂ）は試験結果につき横軸に比Δ（＝Ｌ／ｄ）
をとったグラフを示す。

【図６】冷却風の流れ方向を示す図で、（ａ）はチュー
ブの先端が屈曲する場合、（ｂ）はチューブの先端が角
状の場合を示す。

【図７】フィンに堆積した塵を示す図である。

【図８】フィンを突出形成した場合の冷却風の流れ方向
を示す図である。

【図９】熱交換器を搭載した冷却機構の概略を示す図で
ある。

【符号の説明】

６チューブ７フィン１１熱交換器（ラジエータ）

【手続補正書】

【提出日】平成１２年４月１４日（２０００．４．１
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者五十嵐敦志神奈川県川崎市川崎区藤崎３丁目５番１号東京ラヂエーター製造株式会社内 (72)発明者手塚勝男神奈川県川崎市川崎区藤崎３丁目５番１号東京ラヂエーター製造株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の間隔を隔てて複数並列に配置さ
れ、冷却風が通過する側部が所定の厚さを有するチュー
ブと、隣合うチューブ間に所定の隙間をおいて積層形成され、
チューブ内を通過する流体の放熱を行うフィンとを有
し、上記チューブの風上側の先端部から上記フィンの先端部
を突出形成させ、この突き出た長さが、チューブの上記
厚さ以上となる関係にあることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】所定の間隔を隔てて複数並列に配置さ
れ、冷却風が通過する側部が所定の厚さを有するチュー
ブと、隣合うチューブ間に所定の隙間をおいて積層形成され、
チューブ内を通過する流体の放熱を行うフィンとを有
し、上記チューブの風上側の先端部から上記フィンの先端部
を突出形成させ、この突き出た長さをＬとしたとき、上記チューブ厚さｄに対するフィンの上記長さＬの比Δ
（＝Ｌ／ｄ）が１以上でかつ３以下となる関係にあるこ
とを特徴とする熱交換器。
【請求項３】上記フィンを、断面凸凹状に形成したこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換
器。