JPH0345891A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インタークーラなどの熱交換器に関する。

［従来の技術］ 近年、車両の高出力化の要求が高まるにつれて、過給機
を搭載する自動車が増加傾向にある。また、−層のエン
ジン出力の増大の目的を達成するため、過給機によって
高温となった過給気を冷却する熱交換器（以下インター
クーラと呼ぶ）を搭載する自動車も増加傾向にある。こ
のような状況の中で、過給機の性能向上とともに、イン
タークーラの高性能化、すなわち高放熱量化および過給
気の低圧力損失化の要求も高くなっている。

インタークーラを高性能化することは、過給気が流れる
チューブ内に配設したインナーフィンによる伝熱面積の
増加等の効果で３１！威されることが知られている。

しかるに、インナーフィンの形状等によっては、過給気
の圧力損失が増加して過給圧の低下およびエンジンの燃
焼室へ供給される吸入空気重量の減少を引き起こＬ、反
ってエンジン性能を低下させるという問題点があった。

このような問題点を解消する目的で、本願発明者等は、
先に、インナーフィンを特開昭６０−７３２９４号公報
においてスリットのないス１〜レートフィン（第１１図
）１００を提案した。さらに、本願発明者等は、特開昭
６２・−５０９８号公報においてスリットとフィン切れ
長さが同一のオフセットフィン（第１２図）２００とし
たインタークーラも提案した。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、将来の自動車産業においては、少しでも性能
の良い自動車が求められ、これを構成する優れた部品が
必要となる。したがって、将来のインタークーラにおい
ては、本願発明者等が先に提案したインタークーラのも
つ過給気の低圧力損失化および高放熱及化の効果をさら
に向上させたインタークーラの出現が望まれると考えら
れる。

本発明は、流体圧力損失を低く抑えることができ、且つ
放熱量を増大させることができる熱交換器の提供を目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の熱交換器は、内部を流体が流れるチューブと、
該チューブ内に配設されているとともに、スリットが形
成されたインナーフィンとを備えた熱交換器において、
前記インナーフィンは、フィンピッチをＰ、フィン切れ
長さをＬ、前記スリットの幅をＳとしたとき、１．６１
１＋ｎ≦Ｐ≦２．１ｍｍ、１００ｃｍｍ≦Ｌ≦１５．０
ｍｍ、２．０間≦Ｓ≦３．Ｏｎの関係を満足することを
特徴とする。

［作用および発明の効果］ インナーフィンのフィンピッチＰ、フィン切れ長さＬ、
スリットの幅Ｓを最適寸法範囲に設定することによって
、流体圧力損失を低く抑えながらも、放熱量をさらに増
大させることができるので、チューブ内を流れる流体を
効率良く熱交換させることができる。

［実施例コ 本発明の熱交換器を第１図ないし第１０図に示す実施例
に基づき説明する。

第１図ないし第９図は本発明の一実施例を示す。

第１図ないし第３図は空冷式の積層型インタークーラの
インナーフィンを示Ｌ、第４図はそのインタークーラの
全体構造を示Ｌ、第５図はそのインタークーラの主要部
の構造を示す。

空冷式の積層型インタークーラ１は、例えば自動車のエ
ンジンルーム内の前方に装着されている。

そして、インタークーラ１は、アルミニウム製のプレー
トを２枚対向して接合することによってチューブ１１が
形成されている。このチューブ１１は、多数８１層され
、隣設されたチューブ１１間には、クーリングフィン１
２が配設されている。また、チューブ１１の一端がわは
、吸入側タンク１３とされ、他端がわは、呼出側タンク
１４とされている。この吸入側タンク１３は、過給機（
図示せず）に連結される吸入管１５を接合している。そ
して、吐出側タンク１４は、内燃機関の暖気管（図示せ
ず）に連結される吐出管１６を接合している。なお、チ
ューブ１１゜クーリングフィン１２、吸入管１５および
吐出管１６は、ろう付けにより接合されている。

さらに、チューブ１１の内部には、矩形波形状のインナ
ーフィンとしてのスリットフィン２が配役されており、
過給機から供給される過給気の熱交換効率の向上を図っ
ている。このスリットフィン２は、壁部３が過給気の流
れ方向に対して平行方向に配設されている。そして、壁
部３は、過給気の流れ方向に対して平行方向にフィン部
４とスリット５とを交互に形成している。そして、スリ
ットフィン２は、チューブ１１の各プレートに接触して
ろう付けにより接合されている。

なお、このスリットフィン２は、フィンピッチをＰ、フ
ィン部４の長さつまりフィン切れ長さをＬ、スリット５
の幅をＳとしたとき、１　、６ｍｍ≦Ｐ≦２．１１１１
１．１０．０ＩＩｌｌ≦Ｌ≦１５．０開１．’１．Ｏｎ
≦Ｓ≦３、０ｍｍの関係を満足している。

つぎに本実施例のインタークーラ１の作用を説明する。

過給機によって高温高圧になった過給気は、吸入管１５
から吸入側タンク１３を通ってチューブ１１内に流入す
る。そして、過給気は、チューブ１１を通過する際に大
気と熱交換して冷却され、吐出側タンク１４および吐出
管１６を通って内燃機関の燃焼室（図示せず）に供給さ
れる。

このとき、インタークーラ１の放熱量Ｑ９が大きいほど
冷１４１効果による空気密度が増加するので、インター
クーラ１を通過する吸入空気重量が増加する。また、イ
ンタークーラ１の過給気側の圧力損失ΔＩ）ｇが小さい
ほど吸入空気重量が増大する。

このため、内燃機関の性能が増大する。

つぎに、スリットフィン２の最適づ法範囲を設定した理
由を第６図ないし第８図に基づき説明する。

本願発明者等は、先に提案したストレートフィン１００
およびオフセットフィン２００に対して、過給気の流れ
と伝熱解析とを検討した。

この過給気の流れは、３０〜５０ｍ／ｓといった高流速
であり、この高流速基におけるインナーフィンの流体の
流れ方向の下流側に発生する非定常孔れがインナーフィ
ンの熱伝達を向上させている点に着目した。そこで、本
願発明者等は、数値解析と実験解析とを行なった。その
結果を第６図および第７図に示す。

第６図はフィンピッチＰを２．７ｍｍとしたときのスリ
７Ｉ〜５の幅Ｓ／フィン切れ長さしと、オフセットフィ
ン２００に対する本発明のスリットフィン２の放熱量比
（本発明の放熱量Ｑａ／オフセットフィン２００（従来
品）の放熱ｊｌＬＱ（＋）との関係を表したグラフであ
る。なお、フィン切れ長さり、を２７開としたオフセッ
トフィン２００を使用した従来品を１００％とする。ま
た、Ｌ＝　２．７ｍｍの計算結果を実線で、実験結果を
○で表示した。Ｌ＝　５ｕの計算結果を破線で、実験結
果をΔで表示した。Ｌｌｏｍｍの計算結果を一点鎖線で
、実験結果を口で表示した。Ｌ　＝　２０１１１１１１
の計算結果を二点鎖線で、実験結果を×で表示した。

第７図はフィンピッチＰを２．７ｍｍとしたときのＳ／
１−と、オフセットフィン２００に対する本発明のスリ
ットフィン２の過給気圧力損失比（本発明の過給気圧力
損失ΔＰｇ／オフセットフィン２００（従来品）のΔＰ
ａ）との関係を表したグラフである。なお、フィン切れ
長さＬを２．７開としたオフセットフィン２００を使用
した従来品を１００％とする。また、Ｌ＝２．７１１１
１の計算結果を実線で、実験結果を○で表示した。Ｌ＝
５１１１１の計算結果を破線で、実験結果をΔで表示し
た。　Ｌ＝１０ｍｍの計算結果を一点鎖線で、実験結果
を口で表示した。Ｌ＝２０間の計算結果を二点鎖線で、
実験結果を×で表示した。

本願発明者等は、数値解析と実験解析とから、フィン切
れ長さＬとスリット５の幅Ｓとが同一（Ｓ／Ｌ＝　１．
０）というオフセットフィン２００から、スリットを持
たない（Ｓ＝Ｏ）というストレートフィン１００に向か
って、第６図のグラフに示すように、スリット５の幅Ｓ
を順に短くしていくと、オフセットフィン２００の場合
の放熱量より高い放熱量を得る領域が存在することが確
認できる。

また、同様に、第７図のグラフに示すように、オフセッ
トフィン２００の場合の過給気圧力損失より低い過給気
圧力損失を得る領域が存在することを確認できる。

また、これらの計算結果および実験結果をもとに、高放
熱、ｆ領域で過給気圧力損失を考慮して、先に提案した
オフセットフィン２００と同等の過給気圧力損失におけ
る放熱量の変化を、フィンピッチＰ、フィン切れ長さＬ
、スリット５の幅Ｓをパラメータにして等放熱量特性を
解析した。その結果を第８図のグラフに表示する。

第８図はフィンピッチＰとフィン切れ長さＬ２とスリッ
ト５の幅Ｓとの関係を表したグラフである。

このグラフより、先に提案したオフセットフィン２００
よりも過給気圧力損失が同一であっても放熱量を１２％
以上アップできるスリットフィン２の最適寸法範囲（斜
線部分）が存在する。このスリットフィン２の最適範囲
は、１　、６ｍｍ≦Ｐ≦２．１ｍｍ、１０．０−■≦Ｌ
≦１５．◇關、２．０ｍｍ≦Ｓ≦３．０間であることが
確ｊ２できる０例えば、Ｐ＝　１．７ｍｍ、　Ｌ＝１４
開、Ｓ−”　２．８１１１であり、Ｐ＝　２．０ｍｍ、
Ｌ　＝１１ｍｍ、Ｓ＝　２．５ｍｍである。なお、スリ
ットフィン２の最適寸法範囲に放熱量比１００から放熱
量比１１２までの間は、スリットフィン２の飛躍的な高
放熱量特性および低過給気圧力損失を得られないため含
まなかった。

ここで、スリットフィン２の最適寸法範囲のうち１例と
して、Ｐ＝　Ｌ７ｍｍ、　Ｌ　＝１４ｍｍ、　Ｓ＝　２
．８１１１１、フィン部４の高さＢ　＝　３．８ｍｍ４
こで選定したスリットフィン２を使用してインタークー
ラ１を製作した。

このインタークーラ１の性能特性と従来品のオフセット
フィン２００を使用したインタークーラの性能特性との
比較した。この比較結果を第９図のグラフに表示した。

第９図は吸入空気重量流、ｉＧ　Ｏ（ｋｒ／　ｈ）と放
熱量ｑｇ　　（ｋｃａｌ／ｈ）および過給気圧力損失Δ
Ｐ（１（ＩＩＩＨｇ）との関係を表すグラフである。な
お、この実験は、過給気入口温度１００℃、冷却風の入
口温度２５℃、冷却風の風速８ｓ／ｓで行った。また、
各インタークーラのサイズは、２２５Ｗｘ　２００Ｈｘ
６４Ｄである。

本発明のスリットフィン２を使用したインタークーラ１
は、この第９図のグラフからも明らかなように、従来品
のオフセットフィン２００を使用したインタークーラの
過給気圧力損失と同一であっても放熱量を１２％以上ア
ップできることが確認できる。

さらに、本発明のインタークーラ１を、従来品のオフセ
ットフィン２００を使用したインタークーラに対して実
車に搭載した場合の最大トルク増分比、最大馬力増分比
の試験結果を表１に示す。なお、各インタークーラのサ
イズは、２２５ＷＸ　２００Ｈｘ６４Ｄである。

以下余白 表 （従来品のオフセットフィンを使用した場合を００％と
する） 表１において、最大トルク増分比に対して１３％アップ
が確認でき、最大馬力増分比に対して１５％アップが確
認できた。

したがって、本発明のスリットフィン２は、従来品のオ
フセットフィン２００に対して、フィンピッチＰ、フィ
ン切れ長さＬ、スリット５の幅Ｓを最適寸法範囲に設定
しているため、過給気圧力損失ΔＰＯを上昇さぜること
なく、放熱量Ｑ（Ｉｔをさらに増大させることができる
ので、高温過給気を効率良く冷却できる。つまり、冷却
効果による空気密度が増加するので、インタークーラ１
を通過する吸入空気重量を増加することができる。また
、インタークーラ１の過給気側の圧力損失ΔＰｇをの増
加を抑制できるので、吸入空気重量ＧｆＪを増大するこ
とができる。よって、内燃機関の性能を向上、させるこ
とができる。

本実施例では、熱交換器として積層型インタークーラ１
を用いたが、第１０図に示すように、熱交換器として偏
平チューブ６を有するチューブ・フィン型インタークー
ラ７を用いても良い。この偏平チューブ６の内部には、
本発明のスリットフィン２が配設されている。隣設する
偏平チューブ６問および偏平チューブ６とサイドプレー
ト８との間には、クーリングフィン１２が配設されてい
る。

さらに、本実施例では、熱交換器として空冷式のインタ
ークーラを用いたが、熱交換器として水冷式のインター
クーラを用いても良く、またオイルクーラなと種々の熱
交換器に用いても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明の一実施例を示す。 第１図は空冷式の積層型インタークーラのスリットフィ
ンを示す正面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３
図はそのスリットフィンを示す部分斜視図である。第４
図は空冷式の積層型インタークーラの全体ｍ造を示す斜
視図、第５図はそのインタークーラの主要部の構造を示
す斜視図である。 第６図は従来品のオフセットフィンに対する放熱量特性
を表すグラフ、第７図は従来品のオフセットフィンに対
する過給気圧力損失特性を表すグラフ、第８図は従来品
のオフセットフィンに対して同等過給気圧力損失におけ
る放熱量の変化を表すグラフ、第９図はインタークーラ
の性能特性を表すグラフである。 第１０図は本発明の他の実施例のインタークーラの全体
構造を示す正面図である。 第１１図は従来品のストレートフィンを示す斜視図、第
１２図は従来品のオフセットフィンを示す斜視図である
。 図中 １・・・空冷式の積層型インタークーラ（熱交換器）２
・・・スリットフィン（インナーフィン〉　　３・・・
壁部　４・・・フィン部　５・・・スリット　６・・・
偏平チューブ　７・・・チューブ・フィン型インターク
ーラ１１・・・チューブ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内部を流体が流れるチューブと、 該チューブ内に配設されているとともに、スリットが形
   成されたインナーフィンと を備えた熱交換器において、 前記インナーフィンは、 フィンピッチをＰ、 フィン切れ長さをＬ、 前記スリットの幅をＳとしたとき、 １．６ｍｍ≦Ｐ≦２．１ｍｍ、 １０．０ｍｍ≦Ｌ≦１５．０ｍｍ、 ２．０ｍｍ≦Ｓ≦３．０ｍｍ の関係を満足することを特徴とする熱交換器。