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公開番号2020153658
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200924
出願番号2020021446
出願日20200212
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】通水抵抗の低減と熱伝達率の向上との両立を図ることの可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、チューブ21の内部に収容されるインナーフィン23を備える。インナーフィン23は、所定のフィンピッチFPで波状に折り曲げられ、且つ折り曲げられた部分の先端部がチューブ21の内面に接合される接合部230a〜230cと、所定のフィンピッチFPよりも長く形成された部分であって、チューブ21の内面に接合されていない非接合部231a,231bと、を有する。チューブ21において非接合部231a,231bに対向する外壁部210,211には、突起部210a,211aが形成されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
積層して配置される複数のチューブ(21)を有し、前記チューブの内部を流れる第1流体と、前記チューブの外部を流れる第2流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、
前記チューブの内部に収容されるフィン(23)を備え、
前記フィンは、
所定のフィンピッチで波状に折り曲げられ、且つ折り曲げられた部分の先端部が前記チューブの内面に接合される接合部(230a,230b,230c)と、
前記所定のフィンピッチよりも長く形成された部分であって、前記チューブの内面に接合されていない非接合部(231a,231b)と、を有し、
前記チューブにおいて前記非接合部に対向する外壁部(210,211)には、突起部(210a,211a)が形成されている
熱交換器。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記突起部は、前記チューブの内側に突出す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3】
前記突起部は、前記フィンに接触しないように形成されている
請求項1又は2に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記突起部は、前記チューブの外側に突出す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5】
積層して配置される複数のチューブ(21)を有し、前記チューブの内部を流れる第1流体と、前記チューブの外部を流れる第2流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、
前記チューブの内部に収容されるフィン(23)を備え、
前記フィンは、
所定のフィンピッチで波状に折り曲げられ、且つ折り曲げられた部分の先端部が前記チューブの内面に接合される接合部(230a,230b,230c)と、
前記所定のフィンピッチよりも長く形成された部分であって、前記チューブの内面に接合されていない非接合部(231a,231b)と、を有し、
前記非接合部には、突起部(232a,232b,232c)が形成されている
熱交換器。
【請求項6】
前記突起部は、前記非接合部の一部を切り起こすことで形成されている
請求項5に記載の熱交換器。
【請求項7】
前記突起部は、前記チューブの内面に接触しないように形成されている
請求項5又は6に記載の熱交換器。
【請求項8】
前記非接合部は、前記チューブの内面に対して平行に延びるように形成されている
請求項1〜7のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項9】
積層して配置される複数のチューブ(21)を有し、前記チューブの内部を流れる第1流体と、前記チューブの外部を流れる第2流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、
前記チューブの内部に収容されるフィン(23)を備え、
前記フィンは、
所定のフィンピッチで波状に折り曲げられ、且つ折り曲げられた部分の先端部が前記チューブの内面に接合される接合部(230a,230b,230c)と、
前記所定のフィンピッチよりも長く形成された部分であって、前記チューブの内面に接合されていない非接合部(231a,231b)と、を有し、
前記チューブにおいて前記非接合部に対向する外壁部(210,211)には、突起部(210a,211a)が形成され、
前記非接合部には、突起部(232a)が形成されている
熱交換器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、熱交換器に関する。
続きを表示(約 7,800 文字)【背景技術】
【0002】
従来、下記の特許文献1に記載の熱交換器がある。特許文献1に記載の熱交換器は、凝縮器であって、積層して配置される複数のチューブを備えている。チューブの内部には、冷媒が流れている。隣り合うチューブ間の隙間には空気が流れている。この熱交換器では、各チューブの内部を流れる冷媒と、各チューブの外部を流れる空気との間で熱交換が行われることにより、冷媒が凝縮される。チューブの内部にはインナーフィンが収容されている。インナーフィンは、薄い金属版を波状に屈曲させることにより形成された、いわゆるコルゲートフィンである。インナーフィンは、冷媒に対する伝熱面積を増加させることにより、冷媒と空気との間の熱交換を促進させる機能を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2013−217507号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載されるような構造、具体的にはチューブの内部にインナーフィンを設ける構造は、凝縮器に限らず、冷却水の熱を空気に放熱することにより冷却水を冷却するラジエータに適用する場合でも有効である。しかしながら、チューブの内部にインナーフィンを設ける構造をラジエータに採用した場合、次のような懸念がある。
【0005】
近年、電動機を動力源として走行する車両には、エンジン冷却水を冷却するラジエータとは別に、電動機に電力を供給する電池やその周辺機器を循環する冷却水を冷却するためのラジエータが搭載される場合がある。このようなラジエータは、エンジン冷却水よりも温度の低い冷却水が流れることから、低水温ラジエータと称されることがある。低水温ラジエータでは、エンジン冷却水用ラジエータと比較すると、電動ポンプから供給される冷却水の流量が少ない場合があるため、チューブの内部の冷却水の流れが低Re(レイノルズ)数領域の流れになり易く、冷却水の熱伝達率が低下するおそれがある。そのため、特許文献1に記載の熱交換器のように、チューブの内部にインナーフィンを設ければ、冷却水に対する伝熱面積を増加させることができるため、冷却水の熱伝達率を向上させることが可能となる。
【0006】
ところで、チューブの内部にインナーフィンを設けた場合、冷却水の流れに対してインナーフィンが障害物となるため、冷却水の通水抵抗が増加する。また、低水温ラジエータを車両に搭載する場合には、車両のスペース的な制約とラジエータの発熱量との関係により、ラジエータのチューブの積段数を少なくする必要が生じる場合がある。チューブの積段数が少なくなるほど、チューブ内の冷却水の流速が速くなるため、冷却水の通水抵抗が更に増加することになる。冷却水の通水抵抗が増加すると、チューブ内を冷却水が流れ難くなることから、低水温ラジエータの熱伝達率が低下するおそれがある。これが、チューブの内部にインナーフィンが設けられているにも関わらず、低水温ラジエータの熱伝達率を向上させることができない要因の一つとなっている。
【0007】
なお、このような課題は、低水温ラジエータに限らず、チューブの内部を流れる流体と、チューブの外部を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換器に共通する課題である。
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、通水抵抗の低減と熱伝達率の向上との両立を図ることの可能な熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決する熱交換器は、積層して配置される複数のチューブ(21)を有し、チューブの内部を流れる第1流体と、チューブの外部を流れる第2流体との間で熱交換が行われる。熱交換器は、チューブの内部に収容されるフィン(23)を備える。フィンは、所定のフィンピッチで波状に折り曲げられ、且つ折り曲げられた部分の先端部がチューブの内面に接合される接合部(230a,230b,230c)と、所定のフィンピッチよりも長く形成された部分であって、チューブの内面に接合されていない非接合部(231a,231b)と、を有する。チューブにおいて非接合部に対向する外壁部(210,211)には、突起部(210a,211a)が形成されている。
【0009】
この構成によれば、フィンの非接合部がチューブの内面に接触していないため、第1流体の流れる流路断面積を確保することができる。よって、通水抵抗を低減することが可能である。また、チューブに形成されている突起部により、第1流体に対するチューブの伝熱面積が増加するため、熱交換器の熱伝達率を向上させることができる。
【0010】
また、上記課題を解決する熱交換器は、積層して配置される複数のチューブ(21)を有し、チューブの内部を流れる第1流体と、チューブの外部を流れる第2流体との間で熱交換が行われる。熱交換器は、チューブの内部に収容されるフィン(23)を備える。フィンは、所定のフィンピッチで波状に折り曲げられ、且つ折り曲げられた部分の先端部がチューブの内面に接合される接合部(230a,230b,230c)と、所定のフィンピッチよりも長く形成された部分であって、チューブの内面に接合されていない非接合部(231a,231b)と、を有する。非接合部には、突起部(232a)が形成されている。
【0011】
この構成によれば、フィンの非接合部がチューブの内面に接触していないため、第1流体の流れる流路断面積を確保することができる。よって、通水抵抗を低減することが可能である。また、フィンの非接合部に形成されている突起部により、第1流体に対するフィンの伝熱面積が増加するため、熱交換器の熱伝達率を向上させることができる。
【0012】
さらに、上記課題を解決する熱交換器は、積層して配置される複数のチューブ(21)を有し、チューブの内部を流れる第1流体と、チューブの外部を流れる第2流体との間で熱交換が行われる。熱交換器は、チューブの内部に収容されるフィン(23)を備える。フィンは、所定のフィンピッチで波状に折り曲げられ、且つ折り曲げられた部分の先端部がチューブの内面に接合される接合部(230a,230b,230c)と、所定のフィンピッチよりも長く形成された部分であって、チューブの内面に接合されていない非接合部(231a,231b)と、を有する。チューブにおいて非接合部に対向する外壁部(210,211)には、突起部(210a,211a)が形成されている。非接合部には、突起部(232a)が形成されている。
【0013】
この構成によれば、フィンの非接合部がチューブの内面に接触していないため、第1流体の流れる流路断面積を確保することができる。よって、通水抵抗を低減することが可能である。また、チューブに形成されている突起部、及びフィンの非接合部に形成されている突起部により、第1流体に対するチューブ及びフィンの伝熱面積が増加するため、熱交換器の熱伝達率を向上させることができる。
【0014】
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の効果】
【0015】
本開示によれば、通水抵抗の低減と熱伝達率の向上との両立を図ることの可能な熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1は、第1実施形態の熱交換器の正面構造を示す正面図である。
図2は、図1のII−II線に沿った断面構造を示す断面図である。
図3は、第1実施形態のチューブの断面構造を示す断面図である。
図4は、第1実施形態のチューブの断面斜視構造を示す斜視図である。
図5は、冷却水のレイノルズ数Reと熱伝達率αとの関係を示すグラフである。
図6は、第1実施形態の第1変形例のチューブの断面構造を示す断面図である。
図7は、第1実施形態の第1変形例のチューブの断面斜視構造を示す斜視図である。
図8は、第2実施形態のチューブの断面構造を示す断面図である。
図9は、第2実施形態の第1変形例のチューブの断面構造を示す断面図である。
図10は、第2実施形態の第1変形例のチューブの断面構造を示す断面図である。
図11は、第2実施形態の第2変形例のチューブの断面斜視構造を示す斜視図である。
図12(A),(B)は、第2実施形態の第2変形例のチューブにおける突起部周辺の断面構造を示す断面図である。
図13は、第2実施形態の第2変形例の熱交換器におけるチューブ内の冷却水の流れ態様を模式的に示す図である。
図14は、第2実施形態の第3変形例のチューブの断面斜視構造を示す斜視図である。
図15(A),(B)は、第2実施形態の第3変形例のチューブにおける突起部周辺の断面構造を示す断面図である。
図16は、第2実施形態の第4変形例のチューブの断面斜視構造を示す斜視図である。
図17(A),(B)は、第2実施形態の第4変形例のチューブにおける突起部周辺の断面構造を示す断面図である。
図18は、他の実施形態のチューブの断面構造を示す断面図である。
図19は、他の実施形態のチューブの断面構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、熱交換器の実施形態について図面を参照しながら説明する。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。
<第1実施形態>
はじめに、図1に示される第1実施形態の熱交換器10について説明する。図1に示される熱交換器10は、走行用の動力源としてエンジン及び電動機を備える車両に搭載されている。熱交換器10には、エンジンを冷却するためのエンジン冷却水と、電動機及びその周辺機器を冷却するための冷却水とが循環している。なお、電動機及びその周辺機器を冷却するための冷却水は、エンジン冷却水よりも低温であるため、以下では「低温冷却水」と称する。熱交換器10は、エンジン冷却水と空気との間で熱交換を行うとともに、低温冷却水と空気との間で熱交換を行うことにより、エンジン冷却水及び低温冷却水を冷却することが可能な複合型ラジエータである。本実施形態では、エンジン冷却水及び低温冷却水が第1流体に相当し、空気が第2流体に相当する。なお、以下では、便宜上、エンジン冷却水及び低温冷却水をまとめて「冷却水」とも称する。熱交換器10は、車両用空調装置の凝縮器や蒸発器と共に、エンジンルーム内に配置されている。例えば車両用空調装置の蒸発器との組合せの場合には、熱交換器10は、車両用空調装置の凝縮器よりもグリル開口部に近い位置に配置されている。熱交換器10には、グリル開口部から導入される空気が供給される。
【0018】
図1に示されるように、熱交換器10は、コア部20と、第1ヘッダタンク30と、第2ヘッダタンク40とを備えている。
コア部20は、複数のチューブ21と、複数のアウターフィン22とを備えている。
【0019】
複数のチューブ21は、矢印Zで示される方向に所定の間隔をあけて積層して配置されている。チューブ21は、矢印Xで示される方向に延びるように形成されている。矢印Xで示される方向に直交するチューブ21の断面形状は扁平筒状に形成されている。チューブ21の内部には、冷却水の流れる流路が矢印Xで示される方向に延びるように形成されている。隣り合うチューブ21,21の間の隙間には、矢印Yで示される方向に空気が流れている。
【0020】
以下では、矢印Xで示される方向を「チューブ長手方向X」と称し、矢印Yで示される方向を「空気流れ方向Y」と称し、矢印Zで示される方向を「チューブ積層方向Z」と称する。なお、本実施形態では、チューブ積層方向Zが鉛直方向となっており、チューブ長手方向X及び空気流れ方向Yが水平方向となっている。したがって、本実施形態の熱交換器10は、いわゆるクロスフロー式の熱交換器である。
【0021】
アウターフィン22は、隣り合うチューブ21,21の間の隙間に配置されている。アウターフィン22は、アルミニウム等からなる薄い金属板を波状に折り曲げることにより形成された、いわゆるコルゲートフィンである。アウターフィン22の折り曲げ部分の先端部は、隣り合うチューブ21,21のそれぞれの外面に接触するとともに、それらの接触部分がろう付けにより接合されている。この接合構造によりアウターフィン22がチューブ21に固定されている。アウターフィン22は、隣り合うチューブ21,21の間を流れる空気に対する伝熱面積を増加させることにより、チューブ21の内部を流れる冷媒と空気との間の熱交換を促進させる機能を有している。
【0022】
第1ヘッダタンク30は、各チューブ21の一端部に接続されている。第1ヘッダタンク30は筒状に形成されている。第1ヘッダタンク30の内部には、その内部空間を第1分配流路31と第2分配流路32とに仕切る仕切部33が形成されている。第1ヘッダタンク30には、第1分配流路31が形成される部分に対応して第1流入口310が設けられるとともに、第2分配流路32が形成される部分に対応して第2流入口320が設けられている。
【0023】
第2ヘッダタンク40は、各チューブ21の他端部に接続されている。第2ヘッダタンク40は、第1ヘッダタンク30と同様に筒状に形成されている。第2ヘッダタンク40の内部には、その内部空間を第1集合流路41と第2集合流路42とに仕切る仕切部43が形成されている。第2ヘッダタンク40の仕切部43は、チューブ積層方向Zにおいて第1ヘッダタンク30の仕切部33の位置と同一の位置に配置されている。第2ヘッダタンク40には、第1集合流路41が形成されている部分に対応して第1排出口410が設けられるとともに、第2集合流路42が形成されている部分に対応して第2排出口420が設けられている。
【0024】
なお、以下では、コア部20において第1ヘッダタンク30の第1分配流路31及び第2ヘッダタンク40の第1集合流路41に接続されている領域を第1コア領域A1と称し、コア部20において第1ヘッダタンク30の第2分配流路32及び第2ヘッダタンク40の第2集合流路42に接続されている領域を第2コア領域A2と称する。図1に示されるように、本実施形態の熱交換器10では、第1コア領域A1が第2コア領域A2よりも大きい。
【0025】
この熱交換器10では、第1ヘッダタンク30の第1流入口310にエンジン冷却水が流入する。第1流入口310に流入したエンジン冷却水は、第1ヘッダタンク30の第1分配流路31からコア部20の第1コア領域A1の各チューブ21に分配される。コア部20の第1コア領域A1では、各チューブ21の内部を流れるエンジン冷却水と各チューブの外部を流れる空気との間で熱交換が行われることにより、エンジン冷却水が冷却される。各チューブを流れることにより冷却されたエンジン冷却水は、第2ヘッダタンク40の第1集合流路41に集められた後、第2ヘッダタンク40の第1排出口410から排出される。
【0026】
また、この熱交換器10では、第1ヘッダタンク30の第2流入口320に低水温冷却水が流入する。第2流入口320に流入した低水温冷却水は、第1ヘッダタンク30の第2分配流路32からコア部20の第2コア領域A2の各チューブ21に分配される。コア部20の第2コア領域A2では、各チューブ21の内部を流れる低水温冷却水と各チューブの外部を流れる空気との間で熱交換が行われることにより、低水温冷却水が冷却される。各チューブを流れることにより冷却された低水温冷却水は、第2ヘッダタンク40の第2集合流路42に集められた後、第2ヘッダタンク40の第2排出口420から排出される。
【0027】
次に、コア部20の構造について具体的に説明する。
図2に示されるように、コア部20では、チューブ21の積層構造が空気流れ方向Yに2列並べて配置されている。なお、コア部20は、チューブ21の積層構造を2列有する構造に限らず、チューブ21の積層構造を一列だけ有する構造であってもよい。
【0028】
チューブ21の内部には、インナーフィン23が収容されている。インナーフィン23は、アルミニウム等の薄い金属板を折り曲げることにより形成されている。
図3及び図4に示されるように、インナーフィン23の一端部には、チューブ21にかしめられる、かしめ部232が形成されている。かしめ部232によりチューブ21の一端部の板厚が太くなることで、チューブ21のストーンチッピング性能が確保されている。
【0029】
インナーフィン23におけるかしめ部232よりも内側の部分、及びインナーフィン23の中央部及び他端部には、所定のフィンピッチFPで波状に折り曲げられた接合部230a〜230cがそれぞれ形成されている。接合部230a〜230cの折り曲げ部分の先端部はチューブ21の内面に接触している。それらの接触部分はろう付けにより接合されている。接合部230a〜230cは、チューブ21に対するインナーフィン23の位置決めを行うとともに、チューブ21への熱移動およびチューブ21の剛性を確保している。
【0030】
インナーフィン23における接合部230aと接合部230bとの間の部分には、チューブ21の内面に接合されていない非接合部231aが形成されている。同様に、インナーフィン23における接合部230bと接合部230cとの間の部分にも非接合部231bが形成されている。各非接合部231a,231bは、チューブ21の内面に対して平行に延びるように形成されている。非接合部231a,231bのそれぞれの長さL1,L2は、接合部230a〜230cのそれぞれのフィンピッチFPよりも長くなっている。
(【0031】以降は省略されています)

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