JP2004020108A

JP2004020108A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004020108A
Application number: JP2002177528A
Authority: JP
Inventors: Norihide Kawachi; 河地　典秀; Takeshi Okinoya; 沖ノ谷　剛; Ken Yamamoto; 山本　憲
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】インナーフィンの熱伝達率を向上させ、効率よく熱交換を行うことができる熱交換器を提供する。
【解決手段】この熱交換器は、流体を通す偏平チューブ１内にインナーフィン２を配設した構造の熱交換器である。インナーフィン２が多数のコルゲートフィン３，４，５・・を列状に並設して形成され、並設された各コルゲートフィン３，４，５・・は、各々の山と谷の位置を順に所定の長さだけ一方向にずらして配置されている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体間で熱交換を行う熱交換器に関し、特に流体を通す偏平通路内にインナーフィンを配設した構造の熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ヒートポンプサイクルで使用される放熱器として、冷媒を通す多数の第一チューブに接触して、流体を通すための多数の偏平チューブを配置し、それらの偏平チューブ内にインナーフィンを配置した構造の熱交換器が知られている（例えば、特開２００１−３２４２９１号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の熱交換器で使用される偏平チューブ内のインナーフィン３０は、従来、図６に示すように、薄い金属板をプレス成形して多数列のコルゲートフィンを一列おきにその山と谷の位置をずらすように配置して一体成形されていた。つまり、従来のインナーフィン３０は、多数列のコルゲートフィン３１，３２，３３，３４・・を並設した形状に形成されているが、隣接する一対のコルゲートフィン３１，３２または３３，３４は、その山と谷の位置をフィンの長さ方向に山または谷の半分の長さだけずらすように配置して形成され、このような対をなしたコルゲートフィン３１，３２または３３，３４を単純に並べて形成していた。
【０００４】
このため、従来のインナーフィン３０は、図６のように、隣接するコルゲートフィンつまり一対のコルゲートフィン３１，３２または３３，３４については、その山と谷の位置が山または谷の半分の長さだけずらすように配置され、一方のフィンの山または谷に、他方のフィンの山と谷の間である内柱が位置しているものの、隣接する一対のコルゲートフィン３３、３４の前後に位置する他の対のコルゲートフィン３１，３２または３５，３６を注目すると、その対のコルゲートフィン３３，３４の山と谷の位置が、その前後の対のコルゲートフィン３１，３２または３５，３６の山と谷の位置と、流体の流れ方向からみた場合、同列となって一致していた。
【０００５】
つまり、図６のように、各対のコルゲートフィン３１，３２又は３３，３４又は３５，３６の前列と後列の配置が、流体の流通方向に繰り返すように配置され、次の対の前列のコルゲートフィンが前の対の前列のコルゲートフィンと同じ位置に配置され、次の対の後列のコルゲートフィンが前の対の後列のコルゲートフィンと同じ位置に配置されていた。
【０００６】
したがって、このような熱交換器の偏平チューブ内に流体を通したとき、流体はインナーフィン３０の各コルゲートフィン３１，３２，３３，３４・・の横断方向に連通して形成された山と谷の空間を通過するが、この際、図７（ａ）に示すように、各対の前列と後列のコルゲートフィン３１，３２の山と谷の位置が山または谷の半分の長さだけずれて配置されていても、図７（ｂ）のように、次の対の前列のコルゲートフィン３３は前の対の前列のコルゲートフィン３１の山と谷の位置が同じとなり、同様に、次の対の後列のコルゲートフィン３４も前の対の後列のコルゲートフィン３２の山と谷の位置が同じとなってしまう。
【０００７】
このために、流体を偏平チューブ内に通したとき、山と谷の中間部に位置する内柱が流体の流通方向に一列おきに一致して位置するために、内柱の周囲に形成される温度境界層がコルゲートフィンの一列おきに流体の流れ方向からみて一致する状態となって、インナーフィンと流体間での熱伝達率が低く抑制されるという課題があった。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、インナーフィンの熱伝達率を向上させ、効率よく熱交換を行うことができる熱交換器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の熱交換器は、流体を通す偏平通路内にインナーフィンを配設した構造の熱交換器において、インナーフィンが多数のコルゲートフィンを列状に並設して形成され、並設された各コルゲートフィンは、各々の山と谷の位置を順に所定の長さだけ一方向にずらして配置されていることを特徴とする。
【００１０】
ここで、請求項２のように、上記各コルゲートフィンは、各々の山と谷の位置を順に山または谷の略半分の長さだけ一方向にずらして配置することができる。
【００１１】
【作用】
上記構成の熱交換器では、偏平通路内に流体を流通させると、流体はインナーフィン上に並設され多数のコルゲートフィンの山と谷の空間をその横断方向に流れるが、並設された各コルゲートフィンの山と谷の位置は、所定の長さだけ（例えば山または谷の略半分の長さだけ）一方向にずらして配置されているから、流体の流れ方向からみて、従来のように山と谷の間の内柱が流体の流通方向に一列おきに一致する状態とはならず、内柱は隣接する前後のコルゲートフィンの山または谷の内側に入り、且つ前後の内柱の位置は必ず相互にずれて位置することになる。したがって、内柱の周囲に形成される温度境界層が流体の流れ方向からみて前後に一致することはなく、インナーフィンと流体間での熱伝達率を従来より向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用した熱交換器で使用される偏平チューブ１の断面図を示している。この偏平チューブ１は、例えばヒートポンプサイクルで使用される放熱器としての熱交換器内に流体の偏平通路として配設され、偏平チューブ１内には、インナーフィン２が配設される。偏平チューブ１の外側には冷媒を通すための冷媒チューブ９がロウ付けなどで接合されている。
【００１３】
偏平チューブ１は、薄い金属板材を所定形状にプレス成形して形成された半割り状板材を使用し、その半割り状板材の内側にインナーフィン２を挟み込むように配置し、その半割り状板材を重ね合わせ、ロウ付けなどにより接合して、内部に偏平通路を形成するように構成される。偏平チューブ１内にはインナーフィン２が、チューブ内の流体の流れ方向に沿って、その山と谷の空間を連続させるように配設される。図１においては、偏平チューブ１内の流体の流れ方向は紙面に対し垂直方向であり、偏平チューブ１の縦方向の各所を絞るようにして閉鎖することにより、偏平チューブ１内に紙面に対し垂直方向の流路が複数本形成されている。
【００１４】
インナーフィン２は、薄い金属板をプレス成形して一体に形成され、図２に示すように、多数の細い波形で帯状のコルゲートフィン３，４，５，６，７・・が並設・形成される。各コルゲートフィン３，４，５・・は、薄い金属板を波形つまり山と谷が連続するコルゲート状に成形して形成され、これらのコルゲートフィン３，４，５・・は、前の列のコルゲートフィンに対しその後の列のコルゲートフィンが、山と谷の位置を順に一方向に、その山または谷の略半分の長さだけずらすように配置されている。偏平チューブ１内を通過する流体の流れ方向は、コルゲートフィンの長手方向に対し直角の方向である。
【００１５】
すなわち、図２に示すように、例えば４本のコルゲートフィン３，４，５，６が並設される部分では、各コルゲートフィンの山と谷の位置のずれは山または谷の長さの半分の長さに設定されるから、コルゲートフィン３を基準にしてみた場合、コルゲートフィン３と４は山と谷の位置が山または谷の半分の長さだけずれ、コルゲートフィン３と５は山と谷の位置が山または谷の長さだけずれ、コルゲートフィン３と６は山と谷の位置が山または谷の１．５倍の長さだけずれて配置されている。
【００１６】
したがって、コルゲートフィン３を基準にして流体の流れ方向からみた場合、図３（ａ）に示すように、後のコルゲートフィン４の山Ｙと谷Ｔの間の内柱Ｕの位置は、前のコルゲートフィン３の内柱Ｕと内柱Ｕの間に入る。同様に、その後のコルゲートフィン５の山Ｙと谷Ｔの間の内柱Ｕの位置は、コルゲートフィン３の内柱Ｕと内柱Ｕの間に入り、同様に、その後のコルゲートフィン６の山Ｙと谷Ｔの間の内柱Ｕの位置も、コルゲートフィン３の内柱Ｕと内柱Ｕの間に入り、それらのコルゲートフィン３，４，５，６の山と谷の間の内柱が流体の流れ方向で一致することはなく、内柱Ｕの位置は相違する。
【００１７】
さらに、一列おきのコルゲートフィン３，５又は４，６をみた場合、図３（ｂ）に示すように、一方のコルゲートフィン３または４の山Ｙまたは谷Ｔと他方のコルゲートフィン５または６の谷Ｔまたは山Ｙが一致し、その山と谷の間の内柱Ｕも一致するが、一致する内柱Ｕの傾斜は相互に逆向きとなる。
【００１８】
したがって、このようなコルゲートフィン３，４，５，６・・を並設してなるインナーフィン２の任意の部分の４列のコルゲートフィンをみた場合、各コルゲートフィンの各々の山と谷の間の内柱は、他のコルゲートフィンの内柱とその位置が一致せずにずれて配置され、また、位置の一致した内柱は傾斜が相互に逆向き状態となる。
【００１９】
このように構成される偏平チューブ１は、図示しないヘッダタンク間に多数本が連通して接続され、各偏平チューブ１内にはヘッダタンクを通して水などの流体が流され、偏平チューブ１に接合された冷媒チューブ９には、炭酸ガスなどの冷媒が圧縮機を介して供給される。
【００２０】
偏平チューブ１内を通過する水などの流体は、インナーフィン２の各コルゲートフィン３，４，５，６・・の横断方向に流れ、各コルゲートフィンの山と谷の空間を通過して流れるが、このとき、図３のように、任意の４列のコルゲートフィンの各山Ｙと谷Ｔの間の内柱Ｕは、流体の流れ方向からみて、相互に重なる位置とはならず、相互に異なる位置に内柱Ｕが配置される。
【００２１】
したがって、流体が偏平チューブ１内を流れる際、インナーフィン２の各コルゲートフィン３，４，５，６・・の山と谷の間の内柱の周囲に、温度境界層が発生するが、前のコルゲートフィンの内柱の温度境界層に後のコルゲートフィンの内柱が入ることはなく、つまり前のコルゲートフィンの内柱の温度境界層と後のコルゲートフィンの内柱の温度境界層が、流体の流れ方向の前後で一致することがないため、インナーフィン２と流体間の熱伝達率を向上させることができる。このために、図６のような従来のインナーフィンを偏平チューブ内に配設した熱交換器にくらべ、その熱交換率を大幅に向上させることができる。
【００２２】
図４は他の実施形態の熱交換器のインナーフィン１２の概略平面図を示している。この例のインナーフィン１２は、上記と同様に、薄い金属板をプレス成形して形成され、多数の細い波形で帯状のコルゲートフィン１３，１４，１５・・が並設・形成される。
【００２３】
また、各コルゲートフィン１３，１４，１５・・は、薄い金属板を波形つまり山と谷が連続するコルゲート状に成形して形成されが、これらのコルゲートフィン１３，１４，１５・・は、隣接するコルゲートフィンに対しその山と谷の位置がその山または谷の半分の長さだけずらすように配置されている。しかし、その山と谷ずれは、フィンの長さ方向に順にずれていくのではなく、一つおきのコルゲートフィン１３と１５では、その山と谷の位置が一致するように、一列おきに同じ山と谷の配置を有するコルゲートフィンが繰り返し配置される。
【００２４】
さらに、これらのコルゲートフィン１３，１４，１５・・では、その山Ｙと谷Ｔの間の内柱Ｕが流体の流通方向に対し斜めに傾斜角度αだけ傾斜して配置されている。つまり、コルゲートフィン１３，１４，１５・・は、その山と谷を作る際にその横断方向に対し折り曲げ線を角度αだけ傾斜させて折り曲げ、それによって山Ｙと谷Ｔの間の内柱Ｕを流体の流通方向に対し斜めに傾斜して配置するようにしている。
【００２５】
このようなインナーフィン１２を配設した偏平チューブ内を水などの流体を流通させた場合、流体は、インナーフィン１２の各コルゲートフィン１３，１４，１５・・の横断方向に流れ、各コルゲートフィンの山と谷の空間を通過して流れるが、このとき、一つおきに隣接するコルゲートフィンの各山Ｙと谷Ｔの間の内柱Ｕは、流体の流れ方向からみて、相互に重なる位置となるが、内柱Ｕが流体の流通方向に対し傾斜して配置されるため、内柱Ｕに当たった流体の流れが変化して、前の内柱周辺の温度境界層と後の内柱周辺の温度境界層が一致せず、流体とインナーフィン１２間の熱伝達率を向上させることができ、これによって、熱交換器の熱交換率を向上させることができる。
【００２６】
さらに、図５は他の実施形態の熱交換器のインナーフィン２２の概略平面図を示している。この例のインナーフィン２２は、上記と同様に、コルゲートフィン２３，２４，２５・・が、その山Ｙと谷Ｔの間の内柱Ｕを流体の流通方向に対し傾斜角度αだけ傾斜させるように形成されている。つまり、コルゲートフィン２３，２４，２５・・は、その山と谷を作る際にその横断方向に対し折り曲げ線を角度αだけ傾斜させて折り曲げ、それによって山Ｙと谷Ｔの間の内柱Ｕを流体の流通方向に対し斜めに傾斜して配置するようにしているが、隣接する一方のコルゲートフィン２４の内柱Ｕの流体の流通方向に対する傾斜方向は、他のコルゲートフィン２３または２５の内柱Ｕの傾斜方向と逆方向に傾斜している。
【００２７】
このように、隣接する一方のコルゲートフィン２４の内柱Ｕの流体の流通方向に対する傾斜方向を、他のコルゲートフィン２３または２５の内柱Ｕの傾斜方向と逆方向にすることにより、流体を流通させた際のインナーフィンと流体間の熱伝達率は、さらに向上し、一層、熱交換器の熱交換率を向上させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱交換器によれば、インナーフィン上に並設され多数のコルゲートフィンの山と谷の空間をその横断方向に流体が流れるとき、並設された各コルゲートフィンの山と谷の位置が、順に所定の長さだけ一方向にずらして配置されているから、流体の流れ方向からみて、従来のように山と谷の間の内柱が流体の流通方向に一列おきに一致する状態とはならず、内柱は隣接する前後のコルゲートフィンの山または谷の内側に入り、且つ前後の内柱の位置は必ず相互にずれて位置することになる。したがって、内柱の周囲に形成される温度境界層が流体の流れ方向からみて前後に一致することはなく、インナーフィンと流体間での熱伝達率を従来より向上させることができ、それによって、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す熱交換器の偏平チューブの断面図である。
【図２】偏平チューブ内に配設するインナーフィンの斜視図である。
【図３】（ａ）はコルゲートフィン３と４の山と谷の配置状態を示す説明図、（ｂ）はコルゲートフィン３と５の山と谷の配置状態を示す説明図である。
【図４】（ａ）は他の実施形態のインナーフィンの概略平面図、（ｂ）はそのコルゲートフィン１３と１４の山と谷の配置状態を示す説明図である。
【図５】（ａ）は他の実施形態のインナーフィンの概略平面図、（ｂ）はそのコルゲートフィン２３と２４の山と谷の配置状態を示す説明図である。
【図６】従来のインナーフィンの斜視図である。
【図７】（ａ）は従来のコルゲートフィン３１と３２の山と谷の配置状態を示す説明図、（ｂ）は従来のコルゲートフィン３１と３３の山と谷の配置状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１−偏平チューブ（偏平通路）
２−インナーフィン
３，４，５，６−コルゲートフィン
Ｙ−山
Ｔ−谷
Ｕ−内柱

Claims

流体を通す偏平通路内にインナーフィンを配設した構造の熱交換器において、
該インナーフィンが多数のコルゲートフィンを列状に並設して形成され、並設された各コルゲートフィンは、各々の山と谷の位置を順に所定の長さだけ一方向にずらして配置されていることを特徴とする熱交換器。
前記各コルゲートフィンは、各々の山と谷の位置を順に該山または谷の略半分の長さだけ一方向にずらして配置されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
流体を通す偏平通路内にインナーフィンを配設した構造の熱交換器において、
該インナーフィンが多数のコルゲートフィンを列状に並設して形成され、並設された各コルゲートフィンは、隣接するコルゲートフィンに対し各々の山と谷の位置を所定の長さだけずらして配置され、該コルゲートフィンの山と谷の間の内柱が流体の流通方向に対し斜めに傾斜して配置されていることを特徴とする熱交換器。
前記内柱が隣接するコルゲートフィン間で相互に逆向きに傾斜して配置されていることを特徴とする請求項３記載の熱交換器。