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公開番号2020153655
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200924
出願番号2019130870
出願日20190716
発明の名称熱交換器
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人
主分類F28F 1/30 20060101AFI20200828BHJP(熱交換一般)
要約【課題】フィンの伝熱面積を小さくすることなく、凝縮水の排水性を高めることのできる熱交換器、を提供する。
【解決手段】熱交換器10は、水平方向に沿って伸びるように配置された管状の部材であって、内部を熱媒体が通るチューブ230と、上下方向に沿って互いに隣り合うチューブ230の間に配置されるフィン300と、を備える。フィン300は波状に折り曲げられており、チューブ230の近傍において屈曲している屈曲部320を有するものである。フィン300には、少なくとも一部が屈曲部320まで伸びるように形成された一対の切り込みCTと、一対の切り込みCTの間の部分であって、屈曲部320の内側に向けて凹状に変形しているオフセット部350と、が形成されている。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
熱媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器(10)であって、
水平方向に沿って伸びるように配置された管状の部材であって、内部を熱媒体が通るチューブ(230)と、
上下方向に沿って互いに隣り合う前記チューブの間に配置されるフィン(300)と、を備え、
前記フィンは波状に折り曲げられており、前記チューブの近傍において屈曲している屈曲部(320)と、上下方向に沿って互いに隣り合う前記屈曲部の間の部分である平板部(310)と、を有するものであって、
前記フィンには、
少なくとも一部が前記屈曲部まで伸びるように形成された一対の切り込み(CT)と、
一対の前記切り込みの間の部分であって、前記屈曲部の内側に向けて凹状に変形しているオフセット部(350)と、が形成されている熱交換器。
続きを表示(約 1,600 文字)【請求項2】
前記フィンに沿って空気が流れる方向のことを幅方向としたときに、
前記オフセット部を間に挟む一対の前記切り込みのうちの少なくとも一方が、前記幅方向に沿って、前記チューブの端部よりも当該チューブ側となる位置に形成されている、請求項1に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記オフセット部は、
前記幅方向に沿って、前記チューブと前記フィンとが互いに当接している範囲と重なる位置に形成されている、請求項2に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記屈曲部には、
上方側にある前記チューブの近傍に形成された上方側屈曲部(321)と、下方側にある前記チューブの近傍に形成された下方側屈曲部(322)と、が含まれており、
前記切り込み及び前記オフセット部は、前記下方側屈曲部の近傍、及び前記上方側屈曲部の近傍、の両方に形成されている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記下方側屈曲部の近傍に形成されている方の前記オフセット部を第1オフセット部とし、
前記上方側屈曲部の近傍に形成されている方の前記オフセット部を第2オフセット部としたときに、
前記第1オフセット部及び前記第2オフセット部は、前記フィンの長手方向に沿った中心を間に挟んで、当該長手方向に沿った両側となる位置に形成されている、請求項4に記載の熱交換器。
【請求項6】
前記中心から前記第1オフセット部までの、前記長手方向に沿った距離と、
前記中心から前記第2オフセット部までの、前記長手方向に沿った距離と、が互いに等しい、請求項5に記載の熱交換器。
【請求項7】
前記屈曲部には、
上方側にある前記チューブの近傍に形成された上方側屈曲部(321)と、下方側にある前記チューブの近傍に形成された下方側屈曲部(322)と、が含まれており、
前記切り込み及び前記オフセット部は、前記下方側屈曲部の近傍に形成されている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱交換器。
【請求項8】
前記切り込み及び前記オフセット部は、前記下方側屈曲部の近傍に形成されている一方で、前記上方側屈曲部の近傍には形成されていない、請求項7に記載の熱交換器。
【請求項9】
一対の前記切り込みは互いに平行である、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の熱交換器。
【請求項10】
一対の前記切り込みは上下方向に沿って伸びるように形成されている、請求項9に記載の熱交換器。
【請求項11】
前記オフセット部の一部が、前記切り込みの下端よりも更に前記屈曲部の内側となる位置まで入り込むように形成されている、請求項10に記載の熱交換器。
【請求項12】
前記フィンに沿って空気が流れる方向のことを幅方向としたときに、
前記オフセット部は、
前記屈曲部を前記幅方向に沿って流れる水を、一対の前記切り込みの間に形成された開口へと導くように、前記幅方向に対して傾斜している、請求項10又は11に記載の熱交換器。
【請求項13】
前記一対の切り込みは、前記平板部から、前記屈曲部を挟んで当該平板部とは反対側にある前記平板部まで伸びるように形成されている、請求項1に記載の熱交換器。
【請求項14】
前記オフセット部が形成されている前記平板部のうち、空気の流れる方向に沿って前記オフセット部よりも下流側となる位置には、空気を通過させるためのルーバーが形成されており、
前記オフセット部は、一対の前記切り込みの間の部分を、前記ルーバーにおける空気の出口側に向けて変形させることにより形成されている、請求項1に記載の熱交換器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、熱媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器に関する。
続きを表示(約 5,500 文字)【背景技術】
【0002】
例えばヒートポンプシステムに設けられる蒸発器のように、冷媒等の熱媒体との熱交換によって空気から熱を回収する熱交換器では、チューブの内側を通る低温の熱媒体と、チューブの外側を通る空気との間で熱交換が行われる。
【0003】
熱交換器を通過する空気には水蒸気が含まれている。このため、当該空気がチューブの外側を通る際に冷却されると、空気に含まれる水蒸気が凝縮水となってチューブやフィンの表面に付着する。また、凝縮水が霜となってチューブやフィンの表面に付着することもある。
【0004】
上記のような凝縮水や、霜が融解して生じた水のことを、以下ではまとめて「凝縮水」と称する。凝縮水が、チューブやフィンの表面に付着したまま滞留すると、熱交換器を通過する空気の流れが凝縮水によって妨げられてしまう。特に、チューブが水平方向に沿って伸びるように配置された構成の熱交換器では、重力によって凝縮水が排出され難いため、上記のような凝縮水の滞留が生じやすい。
【0005】
そこで、下記特許文献1に記載の熱交換器では、フィンの一部に貫通穴を形成しており、当該貫通穴を通じて凝縮水を外部に排出することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2010−25481号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記特許文献1に記載された構成の熱交換器では、貫通穴を形成したことによりフィンの伝熱面積が小さくなってしまう。また、このようなフィンを形成する際には、貫通穴の位置にある材料を除去する必要があるが、従来と同様にローラーを用いてフィンを形成する場合には、除去された材料を排出することが難しいという問題もある。
【0008】
本開示は、フィンの伝熱面積を小さくすることなく、凝縮水の排水性を高めることのできる熱交換器、を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示に係る熱交換器は、熱媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器(10)であって、水平方向に沿って伸びるように配置された管状の部材であって、内部を熱媒体が通るチューブ(230)と、上下方向に沿って互いに隣り合うチューブの間に配置されるフィン(300)と、を備える。フィンは波状に折り曲げられており、チューブの近傍において屈曲している屈曲部(320)と、上下方向に沿って互いに隣り合う屈曲部の間の部分である平板部(310)と、を有するものである。フィンには、少なくとも一部が屈曲部まで伸びるように形成された一対の切り込み(CT)と、一対の切り込みの間の部分であって、屈曲部の内側に向けて凹状に変形しているオフセット部(350)と、が形成されている。
【0010】
このような構成の熱交換器では、フィンの一部に一対の切り込みが形成されており、切り込みの間の部分を、屈曲部の内側に向けて凹状に変形させることによりオフセット部が形成されている。オフセット部の近傍には開口が形成されているので、フィンに付着した凝縮水を、当該開口を通じて外部へと排出することができる。
【0011】
尚、当該開口は上記の通り、一対の切り込みの間の部分を、屈曲部の内側に向けて変形させることにより形成されたものである。このような開口を形成するにあたっては、フィンを構成する材料の一部を除去する必要がない。このため、従来のルーバーを形成するための方法と同様の方法を用いて、切り込みやオフセット部をローラーによって形成して行くことができる。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、フィンの伝熱面積を小さくすることなく、凝縮水の排水性を高めることのできる熱交換器、が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1は、第1実施形態に係る熱交換器の全体構成を示す図である。
図2は、熱交換器が備えるフィン、及びその上下に配置されたチューブを示す図である。
図3は、熱交換器が備えるフィン、及びその上下に配置されたチューブを示す図である。
図4は、熱交換器が備えるフィンの一部を拡大して示す図である。
図5は、熱交換器が備えるフィンの一部を拡大して示す図である。
図6は、フィンに形成されたオフセット部の形状を示す図である。
図7は、オフセット部の位置を説明するための図である。
図8は、凝縮水が排出される経路について説明するための図である。
図9は、第2実施形態に係る熱交換器の、フィンに形成されたオフセット部の形状を示す図である。
図10は、第3実施形態に係る熱交換器の、フィンに形成されたオフセット部の形状を示す図である。
図11は、第4実施形態に係る熱交換器の、オフセット部の位置を説明するための図である。
図12は、第5実施形態に係る熱交換器が備えるフィンの一部を拡大して示す図である。
図13は、第5実施形態に係る熱交換器が備えるフィンの一部を拡大して示す図である。
図14は、第6実施形態に係る熱交換器が備えるフィン、及びその上下に配置されたチューブを示す図である。
図15は、第6実施形態に係る熱交換器、が備えるフィンの構成を模式的に示す図である。
図16は、第7実施形態に係る熱交換器における、空気の流れを説明するための図である。
図17は、第7実施形態に係る熱交換器における、空気の流れを説明するための図である。
図18は、第7実施形態の比較例に係る熱交換器における、空気の流れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【0015】
図1を主に参照しながら、第1実施形態に係る熱交換器10の構成について説明する。熱交換器10は、不図示の車両に搭載される熱交換器であって、ラジエータ100と蒸発器200とを組み合わせて一体化した複合型の熱交換器として構成されている。
【0016】
ラジエータ100は、不図示の発熱体を通り高温となった冷却水を、空気との熱交換によって冷却するための熱交換器である。ここでいう「発熱体」とは、上記車両に搭載され冷却を必要とする機器のことであって、例えば内燃機関、インタークーラ、モーター、インバーター、バッテリ等のことである。蒸発器200は、車両に搭載される不図示の空調装置の一部であって、空気との熱交換によって液相の冷媒を蒸発させるための熱交換器である。このように、熱交換器10は、熱媒体と空気との間で熱交換を行う熱交換器として構成されている。ラジエータ100においては冷却水が上記の「熱媒体」に該当し、蒸発器200においては冷媒が上記の「熱媒体」に該当する。
【0017】
先ず、ラジエータ100の構成について説明する。ラジエータ100は、一対のタンク110、120と、チューブ130と、フィン300と、を備えている。尚、図1においてはフィン300の図示が省略されている。
【0018】
タンク110、120はいずれも、熱媒体である冷却水を一時的に貯えるための容器である。これらは略円柱形状の細長い容器として形成されており、その長手方向を上下方向に沿わせた状態で配置されている。タンク110、120は、水平方向に沿って互いに離間した位置に配置されており、両者の間には後述のチューブ130及びフィン300が配置されている。
【0019】
尚、タンク110は、蒸発器200が有するタンク210と一体化されている。同様に、タンク120は、蒸発器200が有するタンク220と一体化されている。図1においては、タンク110及びタンク210の内部の構成を示すため、タンク110及びタンク210を熱交換器10から取り外した状態が示されている。
【0020】
タンク110には、受入部111、112が形成されている。これらはいずれも、上記の発熱体を通った後の冷却水を受け入れるための部分として設けられている。受入部111は、タンク110のうち上方側となる位置に設けられている。受入部112は、タンク110のうち下方側となる位置に設けられている。
【0021】
図1に示されるように、タンク110の内部空間は、セパレータS3によって上下2つに分けられている。受入部111から共有された冷却水は、タンク110の内部空間のうちセパレータS3よりも上方側の部分に流入する。受入部112から共有された冷却水は、タンク110の内部空間のうちセパレータS3よりも下方側の部分に流入する。
【0022】
タンク120には、排出部121、122が形成されている。これらはいずれも、熱交換に供された後の冷却水を外部へと排出するための部分として設けられている。排出部121は、タンク120のうち上方側となる位置に設けられている。排出部122は、タンク120のうち下方側となる位置に設けられている。
【0023】
タンク120の内部には、セパレータS3と同じ高さとなる位置に、セパレータS3と同様のセパレータが配置されている。タンク120の内部空間は、当該セパレータによって上下2つに分けられている。タンク120のうち当該セパレータよりも上方側の内部空間に流入した冷却水は、排出部121から外部へと排出される。タンク120のうち当該セパレータよりも下方側の内部空間に流入した冷却水は、排出部122から外部へと排出される。
【0024】
チューブ130は、内部を冷却水が通る管状の部材であって、ラジエータ100に複数本備えられている。それぞれのチューブ130は細長い直線状の管となっており、水平方向に沿って伸びるように配置されている。チューブ130は、その一端がタンク110に接続されており、その他端がタンク120に接続されている。これにより、タンク110の内部空間は、それぞれのチューブ130を介して、タンク120の内部空間と連通されている。
【0025】
それぞれのチューブ130は、上下方向、つまりタンク110等の長手方向に沿って並ぶように配置されている。尚、上下方向に沿って互いに隣り合うチューブ130の間にはフィン300が配置されているのであるが、先に述べたように、図1においてはフィン300の図示が省略されている。
【0026】
外部からタンク110に供給された冷却水は、それぞれのチューブ130の内側を通ってタンク120へと流入する。冷却水は、チューブ130の内側を通る際において、チューブ130の外側を通過する空気によって冷却されその温度を低下させる。尚、当該空気が通過する方向は、タンク110の長手方向及びチューブ130の長手方向のいずれに対しても垂直な方向であって、ラジエータ100から蒸発器200へと向かう方向となっている。熱交換器10の近傍には、上記の方向に空気を送り出すための不図示のファンが設けられている。
【0027】
フィン300は、金属板を波状に折り曲げることによって形成されたコルゲートフィンである。上記のように、フィン300は、上下方向において互いに隣り合うチューブ130の間となる位置に配置されている。つまり、ラジエータ100では、フィン300とチューブ130とが、上下方向に沿って交互に並ぶように積層されている。図2に示されるように、波状に形成されたフィン300のそれぞれの頂部は、上下方向において隣り合うチューブ130の表面に当接しており、且つろう接されている。
【0028】
チューブ130の内側を冷却水が通っているときにおいては、冷却水の熱がチューブ130を介して空気に伝達されるほか、チューブ130及びフィン300を介しても空気に伝達される。つまり、空気との接触面積がフィン300によって大きくなっており、これにより空気と冷却水との熱交換が効率的に行われる。
【0029】
続いて、蒸発器200の構成について説明する。蒸発器200は、一対のタンク210、220と、チューブ230と、フィン300と、を備えている。
【0030】
タンク210、220はいずれも、熱媒体である冷媒を一時的に貯えるための容器である。これらは略円柱形状の細長い容器として形成されており、その長手方向を上下方向に沿わせた状態で配置されている。タンク210、220は、水平方向に沿って互いに離間した位置に配置されており、両者の間にはチューブ230及びフィン300が配置されている。
(【0031】以降は省略されています)

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