(57)【要約】【課題】フィン側壁に切り起こし片を形成することができると共に、流体の圧力分布を均等にし効率よく渦を発生させ、熱交換効率を高めることができるコルゲートフィン及びその製造方法を提供する。【解決手段】コルゲートフィン１の側壁に略三角形状の多数の切り起こし片１１Ａｎ  ，１１Ｂｎ  が形成されていて、該切り起こし片が流体の流れ方向に沿って側壁の上面と下面に交互に突出して配置される。該切り起こし片の向きは流れの方向に対して所定の角度を形成しており、同じ面上にある各切り起こし片は、流れの方向に沿ってその三角形の向きを交互に変えられ、三角形の頂点ｔ１  ，ｔ２  が流れの方向から見て横方向に交互にずれている。【選択図】      図１
2004245450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波状に屈曲形成され、伝熱チューブ間に配置されるコルゲートフィンにおいて、
前記コルゲートフィンの側壁に略三角形状の多数の切り起こし片が形成されていて、前記切り起こし片が、コルゲートフィンによって形成される流路内を流れる流体の流れ方向に沿って、前記側壁の上面と下面に交互に突出するように配置されていることを特徴とするコルゲートフィン。
【請求項２】
前記切り起こし片の向きが、前記流体の流れ方向に対して所定の角度を形成するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のコルゲートフィン。
【請求項３】
前記側壁の上面及び下面のそれぞれ同じ面上にある前記各切り起こし片が、前記流体の流れ方向に沿って前記切り起こし片の三角形の向きを交互に変えられ、その三角形の頂点が前記流体の流れの方向から見て横方向に交互にずれた位置にあるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコルゲートフィン。
【請求項４】
表面が山部と谷部とが連続する波形状に形成され、噛合する上下一対のローラ成形刃型間に、平板状のフィン材を連続して供給することによって、波形状に屈曲形成するコルゲートフィンの製造方法において、
上側ローラ成形刃型の各山部の一方の側面に、略三角形の凸部と凹部とが、この順に軸方向に交互にその三角形の向きを変えて形成され、また各山部の他方の側面には、同じ形の略三角形の凹部と凸部とが、この順に軸方向に交互にその三角形の向きを変えて形成されており、
一方、下側ローラ成形刃型の各谷部の両側面には、前記上側ローラ成形刃型の各山部の両側面に形成された前記凸部と前記凹部とが、噛み合うように凹部と凸部とが形成されており、
これにより、前記上側及び下側ローラ成形刃型間を通って成形されるコルゲートフィンの側壁の上面と下面に突出して、交互に異なった向きの略三角形の切り起こし片が形成されることを特徴とするコルゲートフィンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、過給機から送られる圧縮空気を冷却するための熱交換器等に使用されるコルゲートフィン及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先に本出願人は、図５に示すようなフィン形状を提案している。これは、内燃機関から排出される排気と冷却流体との間で熱交換を行い、排気を冷却する排気再循環装置（ＥＧＲ）用熱交換器に好適に使用されるフィンであり、窒素酸化物を含む排気内で使用されるためステンレス材をプレス加工によって波形状に形成して使用している。このようにプレス加工によって波形状フィンＡを形成するため、切り起こし片Ｂはフィンの側壁面に形成することができず、上下面（チューブに結合される面）に形成されている。
【０００３】
この波形状フィンＡは、扁平状チューブＣと交互に積層することで熱交換器コアを形成しており、冷却流体がチューブＣ内を、排気がフィンＡを通って流れている。ここで、チューブＣとフィンＡとで形成される排気が流れる１つの矩形通路に着目すると、切り起こし片Ｂがある面付近の排気の流れは、圧力損失が高く、切り起こし片がない面付近（図５中にハッチングされた部分）では圧力損失が低くなる。そのため、切り起こし片がない面付近ばかりに流体が流れてしまい、切り起こし片による排気流れの撹拌効果が小さくなるという問題点があった。
【０００４】
また、波形状フィンを更に平坦部と屈曲部とが交互に連続する波形とし、この屈曲部に三角形の切り起こし片を形成したものも知られている（例えば、実用新案文献１参照。）。
更に、波形状フィンの側壁面にルーバを形成し、このルーバの端部に切り起こし片を形成したものも知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、これらの切り起こし片は、同一形状で、同じ方向を向いているために、流体の撹拌効果が十分に期待できないという問題があった。
【０００５】
【実用新案文献１】
実願昭６３−５５８５８号（実開平１−１６９９８１号）のマイクロフィルム（第４，５頁、第１図）
【特許文献１】
特開平７−１０３６７７号公報（第２頁、第１，２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、コルゲートフィンの側壁に切り起こし片を形成することができると共に、熱交換流体の圧力分布を均等にし、熱交換効率を高めることができるコルゲートフィン及びその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載のコルゲートフィン及びその製造方法を提供する。
請求項１に記載のコルゲートフィンは、その側壁に略三角形状の多数の切り起こし片が形成されていて、これらの切り起こし片が、フィンによって形成される流路内を流れる流体の流れ方向に沿って、側壁の上面と下面に交互に突出するように配置されるようにしたものである。これにより、フィンによって形成される流路内において切り起こし片がある面を増加することができ、流路内の流体の圧力分布を均等にし、熱交換効率を高めることができる。
【０００８】
請求項２のコルゲートフィンは、切り起こし片の向きを流体の流れ方向に対して所定の角度で配置するようにしたものであり、これにより、切り起こし片の下流に更に効率よく渦を発生させることができる。
請求項３のコルゲートフィンは、側壁の同じ面上にある各切り起こし片が、流体の流れ方向に沿って切り起こし片の三角形の向きを交互に変えられ、その三角形の頂点が流体の流れ方向から見て横方向に交互にずれた位置にあるように配置されているものであり、これにより、流体の流れが一層乱されて、熱交換効率が向上する。
【０００９】
請求項４に記載のコルゲートフィンの製造方法は、山部と谷部とが連続する波形状に表面が形成された上下一対のローラ成形刃型のうち、上側ローラ成形刃型の各山部の一方の側面に、略三角形の凸部と凹部とが軸方向にこの順に交互にその三角形の向きを変えて形成され、また各山部の他方の側面には、同じ形の略三角形の凹部と凸部とが軸方向にこの順に交互にその三角形の向きを変えて形成されており、一方、下側ローラ成形刃型の各谷部の両側面には、上側ローラ成形刃型の各山部の両側に形成された凸部と凹部とが、噛み合うように凹部と凸部とが形成されており、これらの上側及び下側ローラ成形刃型間を平板状のフィン材を連続して供給することで、フィンの側壁の上面と下面とに突出して、交互に異なった向きの略三角形の切り起こし片を有するコルゲートフィンを製造するようにしたものである。このようにして、側壁に切り起こし片を有するコルゲートフィンをローラで形成することができ、熱交換効率の良いフィンを生産効率良く製造することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態のコルゲートフィンとその製造方法について説明する。本発明のコルゲートフィンは、フィン側を流れる流体が気体である場合に有効であり、特に過給機から送られる圧縮空気を冷却する熱交換器に好適に使用されるものである。コルゲートフィンが用いられる熱交換器は、一般的には、コルゲートフィンと扁平状チューブとが交互に積み重ねられるか、又は交互に接触して並べられ、ろう付等で固着されることで熱交換器コアを形成している。
図１は、本発明のコルゲートフィンを使用した熱交換コアの一部の（ａ）正面図と（ｂ）平面図を示している。
【００１１】
図１において、符号１は、波形状を形成されたコルゲートフィンを示しており、符号２は、扁平状のチューブである。このコルゲートフィン１のチューブ２に固着されない側壁には、フィン１上を流れる流体の流れの方向に沿って略三角形の多数の切り起こし片１１Ａｎ  ，１１Ｂｎ  （ｎ＝１，２，３…）が形成されている。しかも、これらの切り起こし片１１Ａｎ  ，１１Ｂｎ  は、流体の流れの方向に対して所定の角度（切り起こし片の折れ線が流体の流れ方向に対して所定の角度）をもって配置されている。またこれらの切り起こし片１１Ａｎ  ，１１Ｂｎ  は、側壁の上面に突出する切り起こし片１１Ａｎ  と側壁の下面に突出する切り起こし片１１Ｂｎ  とが、流体の流れの方向に沿って交互に直線状に配置されている。なお、図１（ｂ）の平面図において、実線で描かれている三角形が紙面の上方に向けて折り曲げられた切り起こし片１１Ａｎ  であり、一部点線で描かれている三角形１１Ｂが紙面の下方に向けて折り曲げられた切り起こし片１１Ｂｎ  である。
【００１２】
また、切り起こし片１１Ａｎ  ，１１Ｂｎ  の三角形状は、好ましくは同一形状の不等辺三角形であり、同一面側にある切り起こし片１１Ａｎ  又は１１Ｂｎ  は、交互に三角形の向きが異なるように配列されている。従って、同一面側にある切り起こし片１１Ａｎ  又は１１Ｂｎ  の、例えば、隣接した切り起こし片１１Ａ１  と１１Ａ２  の三角形の頂点ｔ１  とｔ２  は、図１（ａ）の正面図から明らかなように、流体の流れの方向から見て横方向にずれている。なお、同一面側にある切り起こし片１１Ａｎ  又は１１Ｂｎ  は、例えば、１つおきの切り起こし片１１Ａ１  と１１Ａ３  の三角形の向きが同じ方向を向いている。このようにして、同一面側にある偶数番目の切り起こし片同志及び奇数番目の切り起こし片同志は、それぞれ切り起こし片の三角形の向きが同じであり、その三角形の頂点の位置は、流れ方向に沿って平行な同一線上にあるが、偶数番目の切り起こし片と奇数番目の切り起こし片の三角形の向きは異なっており、その三角形の頂点の位置は、流れ方向から見て横方向にずれている。
【００１３】
上記で説明したような構成の切り起こし片１１Ａｎ  ，１１Ｂｎ  を有するコルゲートフィンにおいては、流体の流れは、１番目の切り起こし片１１Ａ１  の三角形の比較的低い部分を乗り越えた流れが、２番目の切り起こし片１１Ａ２  では三角形の比較的高い部分を乗り越えることになり、これが交互に繰り返えされることになるため、流れが効率良く乱されて乱流効果が向上し、熱交換率が改善される。図２は、この流体の流れの様子を模式的に説明する図であり、１番目の切り起こし片１１Ａ１  の三角形の比較的低い部分を乗り越えた流れが、増速部を形成し、三角形の比較的高い部分では、この切り起こし片１１Ａ１  を回り込むようにして、縦渦の増速部を形成する。次いで、２番目の切り起こし片１１Ａ２  では、１番目の切り起こし片１１Ａ１  の比較的低い部分を乗り越えた増速した流れが、一部は今度は三角形の比較的高い部分を回り込んで縦渦の増速部を形成し、他の部分は、三角形の比較的低い部分を乗り越えて、縦渦の増速部に合流するようになる。また、１番目の切り起こし片１１Ａ１  の三角形の比較的高い部分を回り込んだ縦渦の増速部は、２番目の切り起こし片１１Ａ２  の比較的低い部分を乗り越えて更に増速される。このようにして、流体の流れが効果的に乱されることによって、熱交換効率を高めることができる。
また、流体の一部の流れは、切り起こし片１１Ａｎ  ，１１Ｂｎ  を切り起こすことに形成された略三角形状の孔１２を通って、隣接した流路内に入り、流体の流れを一層複雑にし、その撹拌効果を向上させることができる。
【００１４】
更に、フィンを通る流体の１つの流路に着目すると、上側の壁面から下方に切り起こされた切り起こし片１１Ｂｎ  と下側の壁面から上方に切り起こされた切り起こし片１１Ａｎ  とが、流路内を占有するような形となり、流体の撹拌効果が大きくなり、流路内の流体の圧力分布を均等にすることができる。
【００１５】
次に、本発明のコルゲートフィンの製造方法について、図３，４に基づいて説明する。図３において、符号１０は、平板状のフィン材１０ａを巻回したウェブロールであり、フィン材の供給源である。符号２０は、フィン材１０ａの張力を調整する張力調整部であり、符号３０は、平板状のフィン材１０ａを本発明のコルゲートフィン１のように成形する成形部であり、符号４０は、切断部である。
【００１６】
張力調整部２０は、２つの案内ローラ２１Ａ，２１Ｂと、これらの案内ローラ２１Ａ，２１Ｂ間に配置されるダンサーローラ２２と、摩擦ローラ２３とよりなる。ダンサーローラ２２は、上下動することによりフィン材１０ａの張力を調整すると共に、フィン材１０ａを一時的に貯留している。摩擦ローラ２３は、スプリング２４によりフィン材１０ａを押圧することで、フィン材１０ａに一定の張力を与えながら成形部３０にフィン材１０ａを供給している。
【００１７】
成形部３０は、一対のローラ成形刃型である上側ローラ成形刃型３１と下側ローラ成形刃型３２とより構成される。この上側及び下側ローラ成形刃型３１，３２の表面は、山部と谷部とが連続する波形状に形成されていて、両者は噛合している。この上側及び下側ローラ成形刃型３１，３２の間を平板状のフィン材１０ａが通ることによって波形状のコルゲートフィン１が成形される。本発明では、この波形状が成形されると同時に、その側壁に多数の切り起こし片１１Ａｎ  ，１１Ｂｎ  が形成される。以下に、その構造について説明する。
【００１８】
図４（ａ）は、図２の上側ローラ成形刃型３１と下側ローラ成形刃型３２とが噛合する部分Ａを、両者を上下に少し離して拡大して示している。この場合、１つの噛合する部分である上側ローラ成形刃型３１の山部３１ａと下側ローラ成形刃型３２の谷部３２ａとが示されている。上側ローラ成形刃型３１の山部３１ａの一方の側面（図４（ａ）において右側の側面）には、前記した切り起こし片１１Ａｎ  ，１１Ｂｎ  を形成するために、図４（ｂ）に示すように軸方向に三角形状の凸部３３と凹部３４とが交互に形成され、また他方の側面（図４（ａ）において左側の側面）には、三角形状の凹部３４と凸部３３とが軸方向に交互に形成されている。これらの三角形は同じ形状をした不等辺三角形であるが、同じ側面上にある凸部３３同志及び凹部３４同志は、交互に三角形の向きが変えられている。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、実線は凸部３３を、破線は凹部３４を示している。なお、山部、谷部とは、噛合する部分の一方の側を山部とし他方の側を谷部と称しているにすぎない。
【００１９】
同様に上側ローラ成形刃型３１の山部３１ａと噛合する下側ローラ成形刃型３２の谷部３２ａの側面にも、三角形状の凸部３３と凹部３４とが交互に形成されている。即ち、下側ローラ成形刃型３２の谷部３２ａの一方の側面（図４（ａ）において右側の側面）には、図４に示すように三角形状の凹部３４と凸部３３とが軸方向に交互に形成されており、また谷部３２ａの他方の側面（図４（ａ）において左側の側面）には、三角形状の凸部３３と凹部３４とが軸方向に交互に形成されている。また、同じ側面上にある凸部３３同志及び凹部３４同志は、交互に三角形の向きが変えられている。
【００２０】
このようにして、上側及び下側ローラ成形刃型３１，３２の波形状表面の各波形の側面には、全周に渡って凸部３３と凹部３４とが形成されている。従って、上側ローラ成形刃型３１と下側ローラ成形刃型３２とが噛合するとき、各凸部３３と凹部３４とが嵌め合うようになる。これにより、平板状のフィン材１０ａが上側及び下側ローラ成形刃型３１，３２の間を通って波形状のコルゲートフィン１が成形されると同時に、フィンの側壁には、前記したような略三角形状の切り起こし片１１Ａｎ  ，１１Ｂｎ  が形成される。
【００２１】
このようにして、連続成形されたコルゲートフィン１は、切断部４０で一対の切断ローラ４１，４２によって、所定の長さに切断される。なお、この切断は、回転式の切断ではなく、上下動式の切断機構を採用してもよい。
また、コルゲートフィンの材料としては、銅及び銅合金、アルミ及びアルミ合金等の比較的軟質の金属材料が好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のコルゲートフィンの（ａ）側面図と（ｂ）平面図を示している。
【図２】本発明のコルゲートフィンにおける流体の流れの様子を模式的に説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態のコルゲートフィンの製造方法を説明する図である。
【図４】（ａ）は、一対のローラ成形刃型の噛み合い部分Ａの拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ１  視及びＢ２  視のローラ成形刃型の表面図である。
【図５】従来のフィン形状を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１…コルゲートフィン
１１Ａｎ  ，１１Ｂｎ  …切り起こし片
１２…孔
２…チューブ
１０…ウェブロール
１０ａ…フィン材
２０…張力調整部
３０…成形部
３１…上側ローラ成形刃型
３２…下側ローラ成形刃型
３３…凸部
３４…凹部
４０…切断部
【図１】
2004245450.tif 000003
【図２】
2004245450.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004245450.tif 000006
【図５】
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