(57)【要約】      （修正有）【課題】量産性が高く、且つ放熱性能のよいコルゲートフィン熱交換器コアを提供する。【解決手段】定間隔に並列された多数の偏平チューブ１と、各偏平チューブ１間にその頂部および谷部が接触してろう付け固定された多数のコルゲートフィン２を有する熱交換器コア３において、コルゲートフィン２は薄い金属帯材を矩形波状に曲折し、そのコルゲートフィン２の矩形波の頂部および谷部の隅の曲率半径Ｒが0.5mm 以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定間隔に並列した多数の偏平チューブ(1) と、各偏平チューブ(1) 間にその頂部および谷部が接触してろう付け固定された多数のコルゲートフィン(2) とを有する熱交換器コア(3）において、
そのコルゲートフィン(2) は、薄い金属製帯材が矩形波状に曲折成形されたものからなり、                                                                              ろう付け状態で、そのコルゲートフィン(2) の各矩形波の頂部および谷部の隅における曲折部の曲率半径Ｒが0.5mm 以下であることを特徴とするコルゲートフィン型熱交換器コア。
【請求項２】
請求項１において、
前記コルゲートフィン(2) のフィン高さＨｆが2.5mm 〜3.5mm であるコルゲートフィン型熱交換器コア。
【請求項３】
請求項 1または請求項２において、
前記コルゲートフィン(2) のフィンピッチＰｆが2.5mm 〜3.5mm であるコルゲートフィン型熱交換器コア。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記コルゲートフィン(2) のフィン幅Ｂが12mm〜30mmであるコルゲートフィン型熱交換器コア。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記コルゲートフィン(2) は、薄い金属製帯材を一対の成形ロール(8) 間で矩形波状に成形されたものからなり、
ろう付け状態で、そのコルゲートフィン(2) の各矩形波の頂部および谷部の隅における曲折部の曲率半径Ｒが0.25mm〜0.5mm であることを特徴とするコルゲートフィン型熱交換器コア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄い金属製帯状材を一対の成形ロールで矩形波状に曲折したコルゲートフィンを用いた熱交換器コアであって、自動車用ラジエータ等に用いることができるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
外周に歯車状の歯部を有する一対の成形ロール間に薄い帯状金属板を供給し、コルゲートフィンを成形することが従来から広く行われている。このようなロール成形によるコルゲートフィンは、通常図９に示す如く、その波の形状が三角波状で、その頂部および谷部は曲面に形成されている。更に、波の立上り部および立下り部には多数のルーバが切り起し形成されている。また、かかるコルゲートフィンは順送りプレス成形により形成することも可能である。このようなコルゲートフィン２を並列された多数の偏平チューブ１間にそれぞれ介装し、熱交換器コアを構成する。そして、偏平チューブ１内に一例として被冷却流体が流通し、偏平チューブ１の外面およびコルゲートフィン２に冷却用空気流が流通する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の三角波状のコルゲートフィン２と偏平チューブ１との組合せからなる熱交換器コア３は、そのフィンとチューブとのろう付け部の接触面積が比較的小さく、伝熱性が劣る点を有する。なお、コルゲートフィン２を矩形波状に形成し、それと偏平チューブ１との間をろう付け固定した場合には、三角波状のコルゲートフィン２よりも伝熱性がよいことは予測可能である。しかしながら、矩形波状のコルゲートフィン２を一対の成形ロール８により製造し、あるいはプレス成形により製造した場合、その頂部および谷部の隅における曲率半径Ｒは必ず生じる。本発明者の実験によれば、その曲率半径Ｒが一定以上大きいと、伝熱性が極端に悪くなることが明らかになった。そこで、係る実験に基づき、生産性がよく、且つ伝熱性の高いコルゲートフィン型熱交換器コアを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の本発明は、定間隔に並列した多数の偏平チューブ１と、各偏平チューブ１間にその頂部および谷部が接触してろう付け固定された多数のコルゲートフィン２とを有する熱交換器コア３において、そのコルゲートフィン２は、薄い金属製帯材が矩形波状に曲折成形されたものからなり、ろう付け状態で、そのコルゲートフィン２の各矩形波の頂部および谷部の隅における曲折部の曲率半径Ｒが0.5mm 以下であることを特徴とするコルゲートフィン型熱交換器コアである。
【０００５】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記コルゲートフィン２のフィン高さＨｆが2.5mm 〜3.5mm であるコルゲートフィン型交換器コアである。
請求項３に記載の本発明は、請求項 1または請求項２において、
前記コルゲートフィン２のフィンピッチＰｆが2.5mm 〜3.5mm であるコルゲートフィン熱交換器コアである。
【０００６】
請求項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記コルゲートフィン２のフィン幅Ｂが12mm〜30mmであるコルゲートフィン型熱交換器アである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記コルゲートフィン２は、薄い金属製帯材を一対の成形ロール８間で矩形波状に曲折されたものからなり、
ろう付け状態で、コルゲートフィン２の各矩形波の頂部および谷部の隅における曲折部の曲率半径Ｒが0.25mm〜0.5mm であることを特徴とするコルゲートフィン型熱交換器コアである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のコルゲートフィン型熱交換器コアは、そのコルゲートフィン２が矩形波状に曲折形成され、その頂部および谷部の隅における曲折部の曲率半径Ｒを0.5mm 以下としたため、伝熱性能のよいコアを提供できる。
【０００８】
上記構成において、フィン高さＨｆが2.5mm 〜3.5mm とされたものにおいては、更に伝熱性能のよい熱交換器コアとなりうる。
上記構成において、コルゲートフィン２のフィンピッチＰｆが2.5mm 〜3.5mm とされた場合には、更に伝熱性能のよい熱交換器コアとなりえる。
【０００９】
上記いずれかの構成において、コルゲートフィン２のフィン幅Ｂが12mm〜30mmとされた場合には、更に安定して放熱性能のよい熱交換器コアとなりうる。
上記構成において、前記コルゲートフィン２を、薄い金属製帯材を一対の成形ロール８間で矩形波状に曲折成形したものとし、ろう付け状態で、コルゲートフィン２の各矩形波の頂部および谷部の隅における曲折部の曲率半径Ｒを0.25mm〜0.5mm とした場合には、量産性に優れ、性能のよいコルゲートフィン型熱交換器コアを提供できる。      
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明のコルゲートフィン型熱交換器コアの要部拡大正面図およびそのＢ−Ｂ矢視図である。また図２は同熱交換器コアの全体的略図である。この熱交換器は、図２に示す如く定間隔に並列された多数の偏平チューブ１と、その偏平チューブ１間に介装され、偏平チューブ１との間がろう付け固定されたコルゲートフィン２とを有する。このコルゲートフィン２は、図８に示すような一対の成形ロール８の間で、薄い金属性帯材を矩形波状に曲折形成して、波の進行方向に圧縮したものからなる。そして、その頂部および谷部に平面部を有し、その平面が偏平チューブ１の平面に接触し、その接触部がろう付け固定されたものである。コルゲートフィン２の立上り面および立下り面と頂部または谷部との折り曲げ部は、その曲率半径がＲであり、その値は0.25mm〜0.5mm の範囲をとる。
【００１１】
更に、コルゲートフィン２には多数のルーバ６がその立上り部および立下り部に並列して切り起し形成されている。
コルゲートフィン２の折り曲げ部の曲率半径Ｒを、その下限0.25mm以下とすると、一対の成形ロール８によりコルゲートフィン２を成形することが困難となる。また、曲率半径Ｒが0.5mm 以上であると、偏平チューブ１とコルゲートフィン２との伝熱性が急に悪化する。そこで曲率半径Ｒを上記の範囲に限定して熱交換器コア３を構成することが好ましい。しかしながら、コルゲートフィン２を順送りプレス成形により製造する場合には、0.25mm以下とすることも可能である。しかしこの場合、一対の成形ロール８による製造にくらべて、生産性は低下する。
【００１２】
次に、熱交換器コア３の両端には、一対のタンク４が配置される。このタンク４と各偏平チューブ１とが液密にろう付け固定され、熱交換器を完成するものである。
次に、図４は、偏平チューブ１とコルゲートフィン２とのろう付け状態を示す説明図であり、コルゲートフィン２の矩形波の頂部の隅における曲折部の曲率半径Ｒの変化によってろう付け状態が異なることを示す。
【００１３】
また、図３は頂部の曲率半径Ｒと熱伝達率との関係を実験的に求めたものである。この実験では、フィンピッチＰｆを2.5mm,3.0mm,3.5mm とし、温度20℃における冷却風の風速を８m/s とした。図３から明らかなように、熱伝達率はいずれのフィンピッチＰｆにおいても曲率半径Ｒが0.5mm を超えると急に低下する。
なお、一対の成形ロール８で薄い帯状金属板を矩形波状に形成すると共に、ルーバ６を切り起こすとき、矩形波の折り曲げ部の曲率半径Ｒは0.25mmが限界である。上記実験において曲率半径Ｒが0.2mm のものも記載されているが、これは一対の成形ロール８で成形後、手加工によりさらに折り曲げ部を成形してＲを0.2mm にしたものである。この程度の曲率半径は、順送りプレス成形により可能である。
【００１４】
これらの曲率半径Ｒとろう材７の付着の状態等を観察すると、図４の如くなっていることがわかった。曲率半径Ｒが0.2mm 〜0.5mm の間では、コルゲートフィン２の頂部のコーナー部より外側にろう材７が大きく付着している。しかしながら、曲率半径Ｒが0.6mm になるとろう材７は、立上り面２ａの外側には殆ど付着せず、湾曲部と偏平チューブ１との間に形成される楔部の内側に付着されるにすぎない。その結果、偏平チューブ１とコルゲートフィン２との熱伝達が悪くなるものと推測できる。
なお、この熱交換器コア３のモデルに用いたフィンは、フィン高さＨｆが６mm、フィンの板厚が0.08mmである。
【００１５】
次に、フィン頂部の曲率半径Ｒを最適範囲である0.3mm に固定し、フィン高さＨｆ（フィンの振幅）を2.0mm 〜7.0mm まで、0.5mm 間隔で変化させたときの放熱性能を実験により確認した。その結果が図５である。図５において、横軸にフィン高さＨｆを縦軸に放熱量比をとる。同図において、基準となるコアのフィンは、図９に示す従来型の三角波状コルゲートフィン２であり、その放熱性能の値を100 として、各フィン高さＨｆにおける放熱性能を比較したものである。なお、これらのコルゲートフィン２は、夫々ルーバ６が切り起し成形されたものを用いている。
実験において、熱交換器コア３の諸元は次の通りである。コア寸法は幅300mm ×高さ300mm ×奥行24mm、フィンピッチＰｆ2.5mm 、フィン板厚0.08mm、フィン奥行寸法24mm、チューブの板厚Ｔ0.2mm 、チューブの長径22mmとし、その短径は1.2mm と1.4mm と1.6mm の３種類とする。そして、フィン高さがＨｆを2.0mm 〜7.0mm まで、0.5mm 間隔で各種のものを製作する。
【００１６】
図５に示す実験結果から次のことが明らかとなった。チューブの短径が1.2mm と1.4mm と1.6mm の３種のいずれであっても、フィン高さＨｆが2.5mm 以下では放熱性能が急激に低下する。また、フィン高さＨｆが3.5mm 以上でも急激な放熱性能の低下がみられる。その結果、矩形フィンではフィン高さＨｆ2.5mm 〜3.5mm の範囲において放熱性能が最適であることがわかる。
また、上記実験結果からチューブの短径寸法が違っても、放熱性能が変化することはないことがわかった。これは、フィン頂部の曲率半径Ｒが最適範囲である条件においては、三角波状コルゲートフィン２のような、頂部からの風抜けが起こらないため（頂部間の広い空間をより多く風が通る現象）であると推測できる。
上記の図５の結果から、フィン高さＨｆ2.5mm 〜3.5mm を最適範囲として本発明の請求項２が特定されている。
【００１７】
次に、フィン高さＨｆをその最適範囲内である2.5mm に固定すると共に、フィン頂部の曲率半径Ｒを0.3mm に固定し、フィンピッチＰｆを変化させて、その放熱性能への影響を実験により確かめてみた。
このときのコア寸法は幅300mm ×高さ300mm ×奥行24mm、フィン板厚0.08mm、フィン奥行寸法24mm、チューブ寸法は短径1.2mm 、長径22mm、板厚0.2mm 、
そして、フィンピッチＰｆを2.0mm,2.5mm,3.0mm,3.5mm,4.0mm,5.0mm とし、その放熱性能の実験結果を図６に示す。この図において、横軸にフィンピッチＰｆを縦軸に放熱量比をとる。そして、基準として用いた従来型熱交換器コアは、前記同様の図９に示すものである。即ち、基準としたコルゲートフィン２は三角波状に形成され、チューブは短径1.2mm 、長径22mm、板厚0.2mm 、フィンピッチＰｆは2.5mm であり、コルゲートフィン２の形状以外は、そのコアの諸元は上記と同一である。その従来型熱交換器コアの放熱性能の値を100 としたときの放熱量比を図６の縦軸に示す。
【００１８】
実験結果より次のことが明らかとなった。フィンピッチＰｆが2.5mm 以下の範囲では、放熱性能に急激に低下する。また、フィンピッチＰｆが3.5mm 以上でも放熱性能が急激に低下する。その結果矩形フィンのフィンピッチＰｆの最適範囲は2.5mm 〜3.5mm である。そこで、この最適範囲を、本発明の請求項３として特定する。即ち、請求項３は請求項１または請求項２において、コルゲートフィン２のフィンピッチＰｆが2.5mm 〜3.5mm である。
【００１９】
次に、フィンピッチＰｆ、フィン高さＨｆおよびコルゲートフィン２頂部の曲率半径Ｒをそれぞれ最適範囲に特定し、フィンの奥行寸法を変化させたときの放熱性能の影響を実験により求めてみた。このときのコア寸法は、幅300mm ×高さ300mm であり、奥行の寸法を10mm,12mm,16mm,24mm,30mm,32mm の６種類とした。そして、フィン高さＨｆは2.5mm 、フィンピッチＰｆ2.5mm 、フィン板厚0.08mm、フィン奥行は前記コア寸法に整合した10mm,12mm,16mm,24mm,30mm,32mm である。また、フィンの頂部の曲率半径Ｒは0.3mm であり、チューブ寸法は短径1.2mm 、長径が８mm、10mm、14mm、22mm、28mm、32mmであり、板厚が0.2mm である。そして図９に示す従来型熱交換器コアの放熱性能の値を100 としたときの放熱量比を図７の縦軸に示す。
【００２０】
図７の実験結果から次のことが明らかとなった。フィンの奥行寸法が30mm以上では、放熱性能が急激に低下する。また、フィンの奥行寸法が12mm以下でも急激に放熱性能の低下が起こる。その結果、フィンの奥行寸法は12mm〜30mmのものが最適である。そこで、本発明の請求項４にフィン幅Ｂを12mm〜30mmとする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のコルゲートフィン型熱交換器コアの要部拡大正面図およびそのＢ−Ｂ矢視図。
【図２】同熱交換器の正面略図。
【図３】矩形波状用コルゲートフィンの頂部における曲折隅部の曲率半径Ｒと熱伝達率との関係を実験的に求めたもの。
【図４】コルゲートフィン２の曲率半径ＲとそのＲ部および偏平チューブ１との間に形成されるろう材７の状態を示す説明図。
【００２２】
【図５】フィン高さＨｆと放熱量比との関係を示す実験曲線。
【図６】フィンピッチＰｆと放熱量比との関係を示す実験曲線。
【図７】フィン奥行寸法と放熱量との関係を示す実験曲線。
【図８】本発明の熱交換器コアを構成するコルゲートフィン成形用歯車の一例を示す正面略図および歯合状態を示す拡大説明図。
【図９】従来型熱交換器コアの要部斜視図
【符号の説明】
【００２３】
１  偏平チューブ
２  コルゲートフィン
２ａ  立上り面
３  熱交換器コア
４  タンク
５  出入口パイプ
【００２４】
６  ルーバ
７  ろう材
８  成形ロール
８ａ  歯部
Ｒ  曲率半径
Ｈｆ  フィン高さ
Ｐｆ  フィンピッチ
Ｂ  フィン幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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