JP2001116481A

JP2001116481A - 多管式熱交換器

Info

Publication number: JP2001116481A
Application number: JP29365199A
Authority: JP
Inventors: Shiro Ikuta; 四郎生田; Nobuhide Kasagi; 伸英笠木; Yuji Suzuki; 雄二鈴木
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、コア部における外部流体の流れ方
向に複数のチューブを配置してなる多管式熱交換器に関
し、使用動力に対する放熱量を従来より大幅に向上する
ことを目的とする。【解決手段】所定間隔を置いて対向配置される入口タ
ンク１１と出口タンク１３との間に断面円環状の複数の
チューブ２１を配置して外部流体Ｇが流通されるコア部
２３を形成するとともに、コア部２３の外部流体Ｇの流
れ方向に複数のチューブ２１を配置してなる多管式熱交
換器において、複数のチューブ２１を正方形の碁盤目状
に配置するとともに、チューブ２１の管径ｄを、０．２
ｍｍ以上で０．８ｍｍ以下とし、隣接するチューブ２１
の中心間間隔Ｐを管径ｄで除した値Ｐ／ｄを、０．５以
上で３．５以下の値とし、隣接するチューブ２１の間隙
寸法Ｌをチューブ２１の管径ｄ以上で管径ｄの２倍以下
の値にしてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コア部における外
部流体の流れ方向に複数のチューブを配置してなる多管
式熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ラジエータ，ヒーターコア等の熱
交換器では、図７に示すように、チューブ１内の熱を、
チューブ１の外表面に装着したコルゲートフィン２を拡
大伝熱面として用いて放熱し、放熱性能を向上すること
が行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の熱交換器では、熱交換器の小型化や高性能化
を更に進めることが限界にきているという問題がある。

【０００４】すなわち、従来、このような熱交換器で
は、コルゲートフィン２の伝熱面積を増加することで改
良を加えてきたが、伝熱面積の増大によりコルゲートフ
ィン２の熱伝達率が向上すると、コルゲートフィン２自
体の温度が低下し、空気との温度差がなくなり放熱量が
低下することになる。そこで、コルゲートフィン２を使
用することなく、チューブから空気に直接熱量を伝達す
る形式の多管式熱交換器を採用することが検討されてい
る。

【０００５】しかしながら、従来の多管式熱交換器で
は、チューブの管径が比較的大きいため放熱量が比較的
小さいという問題があった。一方、放熱量を増大するた
めに、チューブの管径を小さくすると、チューブ内を流
れる内部流体である水の通水抵抗が増大し、内部流体を
循環するための使用動力が増大するという問題があっ
た。

【０００６】また、放熱量を増大するために、単位容積
当たりのチューブの本数を増大すると、チューブの間を
流れる外部流体である空気の通気抵抗が増大し、外部流
体を流通するための使用動力が増大するという問題があ
った。本発明は、かかる従来の問題を解決するためにな
されたもので、使用動力に対する放熱量を従来より大幅
に向上することができる多管式熱交換器を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の多管式熱交換
器は、所定間隔を置いて対向配置される入口タンクと出
口タンクとの間に断面円環状の複数のチューブを配置し
て外部流体が流通されるコア部を形成するとともに、前
記コア部の前記外部流体の流れ方向に複数のチューブを
配置してなる多管式熱交換器において、前記複数のチュ
ーブを正方形の碁盤目状に配置するとともに、前記チュ
ーブの管径を、０．２ｍｍ以上で０．８ｍｍ以下とし、
前記隣接するチューブの中心間間隔を前記管径で除した
値を、０．５以上で３．５以下の値とし、前記隣接する
チューブの間隙寸法を前記チューブの管径以上で管径の
２倍以下の値にしてなることを特徴とする。

【０００８】（作用）請求項１の多管式熱交換器では、
入口タンクと出口タンクとの間に、複数のチューブが、
コア部の横断面において正方形の碁盤目状となるように
配置される。このように、複数のチューブを、コア部の
横断面において正方形の碁盤目状となるように配置する
のは、チューブ外表面の熱伝達率と、外部流体、例え
ば、空気の抵抗との関係から千鳥配列より優れていると
の理由による。

【０００９】そして、チューブの管径が、０．２ｍｍ以
上で０．８ｍｍ以下とされる。また、隣接するチューブ
の中心間間隔を管径で除した値が、０．５以上で３．５
以下の値とされる。さらに、隣接するチューブの間隙寸
法が、チューブの管径以上で管径の２倍以下の値にされ
る。

【００１０】このようにチューブの間隙寸法を設定する
ことにより、外部流体、例えば、空気のレイノルズ数Ｒ
ｅが５００以上となり、空気の乱れがチューブの後ろに
発生し、熱交換効率が向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示す
実施形態について説明する。

【００１２】図１ないし図３は、本発明の多管式熱交換
器の一実施形態を示している。この実施形態では、自動
車のヒーターコアに本発明が適用される。この多管式熱
交換器では、入口タンク１１と出口タンク１３とが上下
方向に所定間隔を置いて対向配置されている。入口タン
ク１１および出口タンク１３は、タンク本体１５とヘッ
ダー部材１７により構成されている。

【００１３】また、入口タンク１１と出口タンク１３の
両側には、補強用のサイドプレート１９が配置されてい
る。入口タンク１１のタンク本体１５には、エンジンの
冷却水からなる内部流体Ｎを流入させるための図示しな
い入口パイプが開口されている。

【００１４】また、出口タンク１３のタンク本体１５に
は、内部流体Ｎを流出させるための図示しない出口パイ
プが開口されている。そして、入口タンク１１のヘッダ
ー部材１７と出口タンク１３のヘッダー部材１７との間
に多数のチューブ２１を配置して、空気からなる外部流
体Ｇが流通されるコア部２３が形成されている。

【００１５】また、コア部２３の外部流体Ｇの流れ方向
には、複数のチューブ２１が間隔を置いて配置されてい
る。この実施形態では、入口タンク１１と出口タンク１
３との間には、多数のチューブ２１が、図４に示すよう
に、コア部２３の横断面において正方形の碁盤目状にな
るように配置される。

【００１６】すなわち、コア部２３の外部流体Ｇの流れ
方向に対向して、コア部２３の前面には、多数の円環状
のチューブ２１が間隔を置いて直線状に配置されてい
る。そして、コア部２３の外部流体Ｇの流れ方向に、多
数の円環状のチューブ２１が間隔を置いて直線状に配置
されている。この実施形態では、チューブ２１は、真
鍮，銅，アルミニウム等の熱伝導性が良好な金属により
形成されている。

【００１７】そして、チューブ２１の管径ｄが、０．２
ｍｍ以上で０．８ｍｍ以下とされる。なお、本発明にお
いて、チューブ２１の管径ｄとは、チューブ２１の外径
をいう。そして、チューブ２１の肉厚が、この管径ｄの
１割程度の値とされている。また、隣接するチューブ２
１の中心間間隔（以下ピッチという）Ｐを管径ｄで除し
た値が、０．５以上で３．５以下の値とされる。

【００１８】さらに、隣接するチューブ２１の間隙寸法
Ｌが、チューブ２１の管径ｄ以上で管径ｄの２倍以下の
値にされる。上述した多管式熱交換器では、複数のチュ
ーブ２１を正方形の碁盤目状に配置するとともに、チュ
ーブ２１の管径ｄを、０．２ｍｍ以上で０．８ｍｍ以下
とし、隣接するチューブ２１の中心間間隔（ピッチＰ）
を管径ｄで除した値を、０．５以上で３．５以下の値と
し、隣接するチューブ２１の間隙寸法Ｌをチューブ２１
の管径ｄ以上で管径ｄの２倍以下の値にしたので、使用
動力に対する放熱量を従来より大幅に向上することがで
きる。

【００１９】そして、上述した多管式熱交換器を、ヒー
ターコアとして用いる場合には、拡大伝熱面であるコル
ゲートフィンが不要になり、小型で熱交換効率の高いヒ
ーターコアを提供することができる。すなわち、図５
は、上述した多管式熱交換器におけるチューブ２１の管
径ｄと使用動力に対する放熱量Ｑ／Ｗとの関係を示すも
ので、管径ｄが略０．５ｍｍの時に、使用動力に対する
放熱量Ｑ／Ｗが最大になることがわかる。

【００２０】ここで、使用動力Ｗとは、上述した多管式
熱交換器において、冷却水を循環するために必要な内部
流体系動力ＷＮと、コア部２３に空気を供給するために
必要な外部流体系動力ＷＧとを加えたものである。すな
わち、内部流体系動力ＷＮとは、多数のチューブ２１の
通水抵抗に抗して内部流体をチューブ２１内に循環させ
るために必要な動力である。

【００２１】また、外部流体系動力ＷＧとは、多数のチ
ューブ２１の通気抵抗に抗して外部流体をコア部２３に
流通させるために必要な動力である。さらに、放熱量Ｑ
とは、例えば、８０℃の温度の内部流体Ｎをチューブ２
１に循環している場合に、コア部２３を流通する、例え
ば、２５℃の温度の外部流体Ｇに、チューブ２１を介し
て伝達された熱量である。

【００２２】なお、現在通常使用されているコルゲート
フィンを用いたヒーターコアの場合には、使用動力Ｗが
３５Ｗ、放熱量Ｑが７０００Ｗ程度であり、従って、使
用動力に対する放熱量Ｑ／Ｗの値が２００程度になる。
また、従来の多管式熱交換器では、使用動力に対する放
熱量Ｑ／Ｗが比較的悪く、使用動力に対する放熱量Ｑ／
Ｗの値は、２００よりかなり低くなっている。

【００２３】従って、本発明では、使用動力に対する放
熱量Ｑ／Ｗが２００を充分に越えている管径ｄである
０．２ｍｍ以上で０．８ｍｍ以下の管径ｄが、望ましい
チューブ２１の管径ｄとして選択される。なお、チュー
ブ２１の管径ｄが０．２ｍｍ未満になると、チューブ２
１の製造が非常に困難になる。

【００２４】また、チューブ２１の管径ｄが、０．８ｍ
ｍを越えると使用動力に対する放熱量Ｑ／Ｗを充分に得
ることが困難になる。図６は、上述した多管式熱交換器
における、チューブ２１のピッチＰを管径ｄで除した値
Ｐ／ｄと、使用動力に対する放熱量Ｑ／Ｗとの関係を示
すもので、チューブ２１のピッチＰを管径ｄで除した値
Ｐ／ｄが略２．０の時に、使用動力に対する放熱量Ｑ／
Ｗが最大になることがわかる。

【００２５】なお、図６において、符号ａは管径ｄが
０．３ｍｍ、符号ｂは管径ｄが０．５ｍｍ、符号ｃは管
径ｄが０．７ｍｍ、符号ｄは管径ｄが１．０ｍｍの場合
を示しており、管径ｄが１．０ｍｍになると使用動力に
対する放熱量Ｑ／Ｗが急激に低下しているのがわかる。
なお、上述した実施形態では、本発明を自動車のヒータ
ーコアに適用した例について説明したが、本発明はかか
る実施形態に限定されるものではなく、ラジエータ，エ
バポレータ等の熱交換器に広く適用することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の多管式熱
交換器では、複数のチューブを正方形の碁盤目状に配置
するとともに、チューブの管径を、０．２ｍｍ以上で
０．８ｍｍ以下とし、隣接するチューブの中心間間隔を
管径で除した値を、０．５以上で３．５以下の値とし、
隣接するチューブの間隙寸法をチューブの管径以上で管
径の２倍以下の値にしたので、使用動力に対する放熱量
を従来より大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多管式熱交換器の一実施形態を示す正
面図である。

【図２】図１の入口タンクの横断面図である。

【図３】図１の側面図である。

【図４】図１のチューブの配列状態を示す説明図であ
る。

【図５】図１の多管式熱交換器のチューブの管径と使用
動力に対する放熱量との関係を示す説明図である。

【図６】図１の多管式熱交換器におけるチューブのピッ
チを管径で除した値と使用動力に対する放熱量との関係
を示す説明図である。

【図７】従来のヒーターコア等の熱交換器のコア部の一
部を示す説明図である。

【符号の説明】

１１入口タンク１３出口タンク２１チューブ２３コア部ｄ管径ＰピッチＬ間隙寸法

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定間隔を置いて対向配置される入口タ
ンク（１１）と出口タンク（１３）との間に断面円環状
の複数のチューブ（２１）を配置して外部流体（Ｇ）が
流通されるコア部（２３）を形成するとともに、前記コ
ア部（２３）の前記外部流体（Ｇ）の流れ方向に複数の
チューブ（２１）を配置してなる多管式熱交換器におい
て、前記複数のチューブ（２１）を正方形の碁盤目状に配置
するとともに、前記チューブ（２１）の管径（ｄ）を、
０．２ｍｍ以上で０．８ｍｍ以下とし、前記隣接するチ
ューブ（２１）の中心間間隔（Ｐ）を前記管径（ｄ）で
除した値（Ｐ／ｄ）を、０．５以上で３．５以下の値と
し、前記隣接するチューブ（２１）の間隙寸法（Ｌ）を
前記チューブ（２１）の管径（ｄ）以上で管径（ｄ）の
２倍以下の値にしてなることを特徴とする多管式熱交換
器。