JPH0565791B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動車用ラジエータの如き、偏平チユ
ーブ群と伝熱用フイン群との組合わせ構造からな
る熱交換用コア部を有する熱交換器に関する。

［従来の技術］ 第３図および第４図に自動車用ラジエータの概
略の構成を図解した。このラジエータは被熱交換
流体としての冷却水の通路となる多数の偏平チユ
ーブ１群を所定間隔を保たせて縦向きに配列し、
その上端部を冷却水入口ポートとしてのアツパタ
ンク３の底壁面に穿つたチユーブ挿通用穴に液密
的に嵌着させ、下端部をアツパタンク３と同一の
構造を備えて冷却水出口ポートとなるロアタンク
の頂壁面に同様にして嵌着させると共に、隣接す
る偏平チユーブ１の間隙部に伝熱用フイン２を嵌
入ろう付けさせて成り立つている。

伝熱用フイン２には、ラジエータの部分破断面
を示した第３図のロ−ロ断面図としての第４図に
描かれているように、多数の伝熱効率増大用ルー
バ２Ａ群が、熱交換用流体としての冷風の流入方
向ハと直交する方向を保たせて、切り起こし法に
よつて形成されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の如き構造を備えたラジエータの熱交換性
能は、伝熱用フイン２の寸法や、フインに設けた
ルーバ２Ａの形成状態によつて少なからず左右さ
れるものであり、一般的にいつて、偏平チユーブ
１の流路巾Ｗ方向の縁端部から、その長手方向先
端部を突出させて組付けられているフイン２の突
出長さＬが短い程、またフイン２の板面に対する
ルーバ２Ａの傾斜角度θが大きい程、熱交換性能
は高まるものである（第４図参照）。

しかし、本願発明者が行つた一連の実験の過程
で、後に詳しく述べる次のような現象を見出し
た。即ち、ラジエータの部分横断面図としての第
５図に説明されているように、偏平チユーブ１の
壁面近くに沿つて図示矢印ハの如く熱交換領域に
向かつて進入してくる冷風の一部は、通風抵抗体
となるルーバ２Ａを避けてルーバ２Ａの存在しな
い偏平チユーブ１の壁面寄り個所Ａに向かう偏向
流F₂となり、進入方法をそのまま保とうとする
主流F₁との合成流Ｆは、図示のように伝熱効率
の高いルーバ２Ａの形成個所からそれる方向に進
む現象が生じい、かつこのような風向偏向度合は
前記の突出長さＬによつて左右され、このＬの値
を著しく短縮させると、ルーバ２Ａの傾斜角度θ
の値との相関々係により風向き偏向度合いが高ま
つて、冷却用冷風との温度差がもつとも大きく、
従つて熱交換効率が最も高いフイン先端域におけ
る熱交換効率がむしろ低下してしまうという事実
を把握することができた。

本願発明は、このような新らたな知見に基づい
てなされたものであつて、その目的とするところ
は、熱交換効率を最も高められるフインの突出し
長さ、およびルーバの傾斜角度を見出すことによ
つて、より熱交換性能のすぐれた熱交換器を提供
することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明による熱交
換器は、被熱交換流体の通路をなす偏平チユーブ
群と、この偏平チユーブの流路巾より広い巾を有
すると共に、伝熱効率増大用ルーバ群を熱交換用
流体の流れ方向に直交させて設けた伝熱用フイン
群との組み合わせからなる熱交換用コア部を備え
る熱交換器において、前記フインの長手方向先端
部が前記偏平チユーブの流路巾方向の縁端部から
突出した長さをＬとし、前記フインの板面に対す
る前記ルーバの傾斜角度をθとした時、Ｌおよび
θは下記の範囲の値 Ｌ＝0.5±0.2mm θ＝23±3° に設定する構成を採用した。

［作用および発明の効果］ フインの先端部が偏平チユーブの縁端部から突
出している長さＬと、フインに設けたルーバの傾
斜角度θとを実験に基づいて求めた最も望ましい
範囲の値に設定したことによつて、熱交換領域の
うちでも最も熱交換効率の高いフイン先端部にお
いて、この個所に進入してくる熱交換用流体が、
通風抵抗体となる伝熱効率増大用ルーバを避ける
方向に偏向する現象を最小限に押えられる。

従つて従来の熱交換器に微少な設計変更を施す
だけで、その熱交換性能を目立つて向上させるこ
とができる。

［実施例］ 以下に図に示す実施例に基づいて本発明の構成
を具体的に説明する。

第１図および第２図は、一実施例熱交換器とし
ての自動車用ラジエータを示しており、第１図は
既述の第５図と同様な部分横断面図、第２図は第
１図のイ−イ断面図であつて、ラジエータ全体と
しての基本構造は第５図に描かれている従来品と
同一であるので、その構造説明は省略する。

従来ラジエータと異なる点は、被熱交換流体と
しての加熱されたエンジン冷却水の冷却用通路を
なす偏平チユーブ１の、巾Ｗ方向の縁端部１Ａか
ら、伝熱用フイン２の先端部が突出している長さ
Ｌの値と、フイン２のほぼ全面に亘つて、熱交換
用流体としての冷風ハの流入方向に直交させて設
けた、伝熱効率増大用ルーバ２Ａ群の、フイン板
面に対する傾斜角度θの値を特定の範囲内に設定
したところにある。

フイン２の先端部の突出長さＬおよびルーバ２
Ａの傾斜角度θは、以下に述べる一連の実験結果
に基づいて決定された、ラジエータの熱交換性能
を最も高めることのできる下記の範囲の値に設定
した。

Ｌ＝0.5±0.2mm θ＝23±3° また本実施例では、Ｗ＋2L＝16mmに設定して
いる。

次に上記の値を設定した根拠に就いて説明す
る。

既に述べたように本願発明者はラジエータの熱
交換性能とフイン先端部突出し長さＬおよびルー
バ傾斜角度θとの間には密接な関係があることを
つき止めたので、これら三者の相関々係を明らか
にするための一連の実験を行つた。

第６図と第７図にこれらの実験結果をグラフ化
して示した。第６図はＬの値と熱交換性能との相
関性を求めた実験のデータグラフであつて、横軸
にＬの値が、縦軸にラジエータの単位伝熱面積当
りの伝熱量の値αaが採られており、θの値を10
〜30°の範囲で数段階に分けて計測した結果がそ
れぞれグラフ化して示してある。

これら曲線グラフの形状は、αaの値の測定個
所によつてかなり相異することがこの実験によつ
て判明した。即ちフイン２の巾Ｖ方向の中間位置
で測定した結果は、図中の実験または一点鎖線グ
ラフとして表されるが、偏平チユーブ１の側壁面
に近い個所で測ると、各々のグラフの左側部分、
つまりＬの値の小さい領域では、破線で示したよ
うに左下がり曲線を描くグラフに移行することが
解つた。

第７図はＬの値と、熱交換域を通過させられる
冷風の圧力損失の値ΔPaとの相関性を求めた実験
のデータグラフであり、第６図と同様にθの値を
変化させた計測結果を示してある。各グラフの左
側破線部分は、第６図の破線部分に対応してい
る。

これらのグラフから読み取れることは、熱交換
面としてのフイン２の表面のうち多くの部分は、
Ｌの値の減少と共にまたθの値の増大と共に伝熱
量αaが増大して行くという事実が第１である。
しかし第２に、偏平チユーブ１に近い領域、殊に
フイン２の先端部に近くて、冷却水によつて最も
高温に熱せられているために冷風との温度差が最
も大きく、従つて熱交換仕事も最も効率的に行わ
れる個所では、Ｌ対αaのグラフは左上がり曲線
を描かず、山形グラフを描くので、Ｌとαaとの
間の上記の相関々係は失われ、この山形グラフの
ピーク点に対応するＬの値を選定した時、最も高
い熱交換効率が得られることが解る。このような
現象はθの値の如何にかかわらず認められる。

一方Ｌ対ΔPaのグラフにみられるように、θの
値の如何にかかわらず、Ｌの値を減少させて行つ
た時、フイン２の巾方向中間域ではΔPaの値はほ
ぼ不変に保たれるが、偏平チユーブ１に近い個所
では、Ｌが或る値以下に下がると圧力損失ΔPaが
次第に増大する現象が認められる。熱交換性能を
極力向上させるためには、このような現象は当然
に無視しえない。

上述の如き実験データの解析結果から結論付け
られることは、熱交換域の通風抵抗を考慮に入れ
たうえで、本実施例のラジエータの熱交換性能を
最も高めさせることのできるＬおよびθの値は、
第６図のグララフ上に示されたＰ点におけるそれ
ぞれの値、即ちＬ＝0.5mm、θ＝23°ということに
なる。

しかし、切り起し法によつてフイン２に形成さ
れるルーバ２Ａの傾斜角度θは、±3°程度の角度
誤差は避けられないので、θ＝23±3°を最適値と
した時、第６図の実験データからして、Ｌに関し
てはＬ＝0.5±0.2mmが最適値となる。

このようにＬおよびθの２つの値を特定値に設
定したことによつて、ラジエータの熱交換性能を
向上させることができる理由は、第１図に描かれ
ているように、偏平チユーブ１の間近に沿つて熱
交換域に流入してくる冷風ハが通風抵抗体として
のルーバ２Ａを避けようとする流れＦ２方向と、
流入方向を保とうとする流れＦ１方向との合成流
れＦの流れ方向を、冷風流ハの流路中央寄り方向
により偏向させることができて、ルーバＡの伝熱
効率向上機能が有効に活用されるためであると解
される。

上記のＬおよびθの最適値は、第１図および第
２図に模式的に示された。偏平チユーブ１とルー
バ２Ａを設けたフイン２との基本的な組付け構造
に変更がない限り、熱交換器の構成部材の材質や
寸法によつて大きく左右されることはない。ちな
みに自動車用ラジエータの場合、銅またはアルミ
ニウム製のフイン２の板厚は、一般に30〜50ミク
ロンである。従つて本発明の技術思想は、例えば
プレートフインと偏平チユーブとの組合わせ構造
を備えるラジエータなどのような他の様々な熱交
換器についてもそのまま適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は一実施例熱交換器として
のラジエータの部分図であつて、第１図は部分横
断面図、第２図は第１図のイ−イ断面図である。
第３図〜第５図は従来のラジエータを示した図
で、第３図は部分破断図、第４図は第３図のロ−
ロ断面図、そして第５図は部分横断面図である。
第６図と第７図は、Ｌおよびθの最適値を決定す
るための根拠となる、Ｌおよびθと、フインの伝
熱量又は熱交換域における冷却用冷風の圧力損失
との相互関係を求めた実験のデータグラフであ
る。 図中、１……偏平チユーブ、２……伝熱用フイ
ン、２Ａ……ルーバ、Ｌ……フイン先端部の突出
し長さ、θ……ルーバの傾斜角度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被熱交換流体の通路をなす偏平チユーブ群
   と、この偏平チユーブの流路巾より広い巾を有す
   ると共に、伝熱効率増大用ルーバ群を熱交換用流
   体の流れ方向に直交させて設けた伝熱用フイン群
   との組み合わせからなる熱交換用コア部を備える
   熱交換器において、 前記フインの長手方向先端部が前記偏平チユー
   ブの流路巾方向の縁端部から突出した長さをＬと
   し、前記フインの板面に対する前記ルーバの傾斜
   角度をθとした時、Ｌおよびθは下記の範囲の値 Ｌ＝0.5±0.2mm θ＝23±3° に設定されていることを特徴とする熱交換器。