(57)【要約】【課題】優れた熱交換効率を備える直交流型熱交換器を提供する。【解決手段】流体が流通される金属管２と、金属管２の長さ方向に対して垂直に並設された複数の金属製放熱フィン３とを備える。放熱フィン３と、管状部４とを備える複数のフィン部材５が相互に積層され、各フィン部材５の管状部４を相互に連結して形成された金属管２を備える。管状部４は、金属板５ａを、管状部４の外面形状に沿う形状の凹部８を備える第１の型６と、管状部４の内面形状に沿う形状の凸部９を備える第２の型７との間でプレス成形して塑性変形せしめ、放熱フィン３と一体的に形成される。管状部４は、基端部から先端部に向かって次第に縮径されている。金属管２は、全長に亘って、複数の管状部４，４が重ね合わされて形成されている。前記流体は液体であってもよい。金属管２は、内面に金属管２の長さ方向に沿って形成され、液膜を保持する溝部１２を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通される金属管と、該金属管の長さ方向に対して垂直に並設された複数の金属製放熱フィンとを備える直交流型熱交換器において、
該放熱フィンと、該放熱フィンに対して垂直方向に、該放熱フィンと一体的に形成された管状部とを備える複数のフィン部材が相互に積層され、各フィン部材の該管状部を相互に連結することにより形成された金属管を備えることを特徴とする直交流型熱交換器。
【請求項２】
前記管状部は、前記フィン部材の材料となる金属板を、該管状部の外面形状に沿う形状の凹部を備える第１の型と、該管状部の内面形状に沿う形状の凸部を備える第２の型との間でプレス成形して塑性変形せしめることにより、前記放熱フィンと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載の直交流型熱交換器。
【請求項３】
前記管状部は、基端部から先端部に向かって次第に縮径された形状を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の直交流型熱交換器。
【請求項４】
前記金属管は、全長に亘って、複数の前記管状部が重ね合わされて形成されていることを特徴とする請求項３記載の直交流型熱交換器。
【請求項５】
前記流体は液体であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の直交流型熱交換器。
【請求項６】
前記金属管は、内面に該金属管の長さ方向に沿って形成され、液膜を保持する溝部を備えることを特徴とする請求項５記載の直交流型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のラジエータ、エアコンの凝縮器、蒸発器等に用いられる直交流型熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、気体または冷媒等の液体が流通される金属管と、該金属管の長さ方向に対して垂直に並設された複数の金属製放熱フィンとを備える直交流型熱交換器が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図９に示すように、前記従来の直交流型熱交換器３１は、例えば、金属管３２が金属板からなる放熱フィン３３に穿設された孔部３３ａに貫通された構成となっており、放熱フィン３３はロウ付けにより金属管３２に接合されている。前記直交流型熱交換器３１は、金属管３２に加熱された冷媒等の液体を流通させる一方、放熱フィン３３と平行な方向に空気等の気体を流すことにより、金属管３２に流通される前記冷媒の熱が放熱フィン３３を介して放散される。
【０００４】
しかしながら、金属管３２と放熱フィン３３とがロウ付けにより接合されていると、金属管３２から放熱フィン３３への熱伝達がロウにより低減され、十分な熱交換効率が得られないという不都合がある。
【特許文献１】特開平１１−３３７２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる不都合を解消して、優れた熱交換効率を備える直交流型熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、本発明の直交流型熱交換器は、流体が流通される金属管と、該金属管の長さ方向に対して垂直に並設された複数の金属製放熱フィンとを備える直交流型熱交換器において、該放熱フィンと、該放熱フィンに対して垂直方向に、該放熱フィンと一体的に形成された管状部とを備える複数のフィン部材が相互に積層され、各フィン部材の該管状部を相互に連結することにより形成された金属管を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の直交流型熱交換器によれば、前記フィン部材は、前記放熱フィンと、該放熱フィンと一体的に形成された前記管状部とを備え、複数の該フィン部材が積層されることにより形成されている。前記構成によれば、前記放熱フィンと一体的に形成された前記管状部が相互に連結されることにより前記金属管が形成されており、該金属管と該放熱フィンとの間に介在物が無いので、該金属管から該放熱フィンへの熱伝達が良好となり、優れた熱交換効率を得ることができる。
【０００８】
前記管状部は、例えば、前記フィン部材の材料となる金属板を、該管状部の外面形状に沿う形状の凹部を備える第１の型と、該管状部の内面形状に沿う形状の凸部を備える第２の型との間でプレス成形して塑性変形せしめることにより、容易に該放熱フィンと一体的に形成することができる。
【０００９】
このとき、前記管状部は、基端部から先端部に向かって次第に縮径された形状を備えていることにより、前記プレス成形が容易になる。また、前記管状部は、前記形状を備えることにより、１つのフィン部材の該管状部の先端部と他のフィン部材の該管状部の基端部とを重ね合わせて接続して前記金属管を形成することができ、該金属管に流通される流体のリークを防止することができる。
【００１０】
また、前記管状部を重ね合わせる際には、一方の管状部の先端部を他方の管状部の基端部に押し込むことにより両管状部が塑性変形されるので、両者の密着性を向上することができる。しかも、前記金属管では、重ね合わされた管状部の先端部が該金属管の内面に段差を形成するので、該金属管内面の表面積を増大させて、熱伝達面積を大きくすることができる。
【００１１】
前記のように１つのフィン部材の前記管状部の先端部と他のフィン部材の前記管状部の基端部とを重ね合わせて接続する場合、前記金属管は、全長に亘って、複数の前記管状部が重ね合わされて形成されていることが好ましい。このようにすることにより、前記金属管の管壁を厚くして補強することができ、さらに該金属管に流通される流体のリークを確実に防止することができる。
【００１２】
前記金属管に流通される流体としては、例えば冷媒等の液体を用いることができるが、気体であってもよい。
【００１３】
前記金属管に流通される流体が液体である場合、前記金属管は、内面に該金属管の長さ方向に沿って形成され、液膜を保持する溝部を備えることが好ましい。本発明の直交流型熱交換器は、前記金属管が前記溝部に液膜を保持することにより、さらに優れた熱交換効率を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の直交流型熱交換器の構成を示す斜視図、図２，３は本実施形態の直交流型熱交換器の製造方法を示す斜視図、図４〜７は本実施形態の直交流型熱交換器における金属管の構成を示す説明的断面図、図８は従来の直交流型熱交換器の構成を示す斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の直交流型熱交換器１は、内燃機関のラジエータに用いられるものであり、冷媒としての水が流通される金属管２と、金属管２の長さ方向に対して垂直に、等間隔で並設された複数の放熱フィン３とを備えている。
【００１６】
直交流型熱交換器１は、放熱フィン３と、放熱フィン３に対して垂直方向に、放熱フィン３と一体的に形成された断面楕円形状の管状部４とを備える複数のフィン部材５，５，・・・が相互に積層されることにより形成されている。フィン部材５は例えばアルミニウム合金の薄板等からなり、金属管２は各フィン部材５の管状部４を相互に、ロウ付けまたは溶接等により連結することにより形成されている。尚、管状部４の連結を前記ロウ付けにより行う場合は、１つのフィン部材５を他の放熱フィン部材５に積層する毎に１段ずつ行ってもよく、複数のフィン部材５，５，・・・を相互に積層した後に行ってもよい。
【００１７】
本実施形態の直交流型熱交換器１は、次のようにして製造することができる。
【００１８】
まず、図２に示すように、アルミニウム合金の薄板５ａを下型６と上型７とにより、プレス成形する。下型６は管状部４の外面形状に沿う形状の凹部８を複数備えており、上型７は管状部４の内面形状に沿う形状の凸部９を、凹部８と同数備えている。
【００１９】
アルミニウム合金の薄板５ａを前記プレス成形することにより、図３に示すように、薄板５ａに垂直方向に管状部４が形成され、管状部４の周囲に残された薄板５ａにより放熱フィン３が形成される。この結果、放熱フィン３に垂直方向に、放熱フィン３と一体的に形成された管状部４を備えるフィン部材５を得ることができる。
【００２０】
そこで次に、１つのフィン部材５に形成された管状部４を、その先端部（放熱フィン３から離間する側の端部）を、他のフィン部材５に形成された管状部４の基端部（放熱フィン３側の端部）に接続することにより、管状部４が連結され、図１に示す金属管２が形成される。
【００２１】
管状部４が前記基端部から前記先端部まで同径であるときには、図４に示すように、１つのフィン部材５の管状部４の先端部を他のフィン部材５の管状部４の基端部に、ロウ付け１０により接続すると共にシールする。この結果、管状部４，４が連結され、内面に平滑な流路２ａを備える金属管２が形成される。
【００２２】
また、管状部４は、図５に示すように、基端部から先端部に向かって次第に縮径される形状であってもよく、このようにすると前記プレス成形が容易になるとの利点がある。この場合には１つのフィン部材５の管状部４の先端部と他のフィン部材５の管状部４の基端部とが重ね合わされ、管状部４，４の重ね合わせられた部分がロウ付け１０により互いに接続される。
【００２３】
このようにするときには、管状部４，４の重ね合わせにより、流路２ａに流通される水等の流体のリークを防止する効果を得ることができる。また、管状部４，４を重ね合わせる際に、一方の管状部４の先端部を他方の管状部４の基端部に押し込むことにより、管状部４，４が塑性変形されるので、両者の密着性を向上することができる。しかも、金属管２では、図５に示すように、重ね合わされた管状部４の先端部が流路２ａの内面に段差１１を形成するので、流路２ａ内面の表面積を増大せしめ、熱伝達面積が大になるとの効果を得ることができる。
【００２４】
また、管状部４が基端部から先端部に向かって次第に縮径される形状であるときには、管状部４が重ね合わせられる部分の長さを調整して、図６に示すように、金属管２の全長に亘って複数の管状部４が重ね合わせられるようにしてもよい。このようにすることにより、金属管２の管壁を厚くして補強する効果と、流路２ａに流通される水等の流体のリークを確実に防止する効果とを得ることができる。
【００２５】
図１乃至３では、断面楕円形状の管状部４を形成する場合について説明しているが、管状部４は断面が円形状であってもよく、四角形等の多角形状であってもよい。
【００２６】
また、図７に示すように、管状部４の内面には、長さ方向に沿って複数の溝部１２が形成されていてもよい。尚、図７は、管状部４の断面が円形状である場合を示している。溝部１２は、例えば、幅１００μｍ程度、深さ１００μｍ程度とすることにより、金属管２内面の流路２ａに冷媒としての水等が流通されたときに液膜を保持することができるので、相変化を伴う熱交換の場合に有利に作用する。
【００２７】
管状部４の内面に溝部１２を備えるフィン部材５は、図２に示すプレス成形において、上型７の突部９に該突部９の長さ方向に沿って、幅１００μｍ程度、高さ１００μｍ程度の凸条を形成しておくことにより、容易に製造することができる。
【００２８】
尚、本実施形態では、管状部４同士の接続をロウ付け１０により行う場合について説明しているが、ロウ付け１０に代えて溶接により接続するようにしてもよい。また、本実施形態のラジエータでは、放熱フィン３と金属管２との接合が不要であるので、管状部４同士の接続は熱伝導性を顧慮することなく行うことができ、例えばシリコーン樹脂製シール剤、シリコーン樹脂製ガスケット剤等を用いるようにしてもよい。
【００２９】
また、本実施形態では、金属管２に冷媒としての水が流通される場合について説明しているが、金属管２には水等の液体に代えて水蒸気、空気、アンモニア、フロン等の気体を流通させるようにしてもよい。
【００３０】
次に、本発明の実施例及び比較例を示す。
【実施例】
【００３１】
本実施例では、図２に示すように、５６．８ｍｍ×８ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＡ３０００系アルミニウム合金板５ａをしてプレス成形することにより、放熱フィン３と、放熱フィン３と垂直方向に放熱フィン３と一体的に形成された管状部４とを備えるフィン部材５を得た。管状部４は、楕円形状断面を備え、基端部では短径１．６ｍｍ、長径８ｍｍであり、７ｍｍ間隔で６個形成されている。また、管状部４は、基端部から先端部に向けて次第に縮径されており、先端部では短径１．０ｍｍ、長径７．５ｍｍとなっている。また、管状部４は、基端部から先端部までが２．３ｍｍの長さに形成されている。
【００３２】
次に、５０枚の前記フィン部材５を、放熱フィン３同士の間隔が１ｍｍになるように積層し、各フィン部材５，５，・・・の管状部４を、シリコーン樹脂系液状ガスケット剤を介して互いに重ね合わせることにより接続して、金属管２を形成した。この結果、幅５８．６ｍｍ、奥行き８ｍｍ、高さ６０ｍｍのアルミニウム合金製ラジエータが得られた。
【００３３】
次に、前記ラジエータの上下に、冷却水の出入り口を備えるＡ３０００系アルミニウム合金製のフランジをロウ付けし、該ラジエータの下部から上部に向けて、金属管２内面の流路２ａに８０℃の温水を２００ｍｌ／分の流量で流通すると共に、該ラジエータの外部に前面風速２ｍ／秒の条件で２５℃の空気を流した。そして、前記ラジエータの上部から排出される温水の温度を測定して、放熱量を求めた。
【００３４】
本実施例のラジエータでは、上部から排出される温水の温度は６３℃、放熱量は２３８Ｗであった。結果を表１に示す。
【００３５】
次に比較例として、図８に示す従来のラジエータ２１を用いた以外は前記実施例と全く同一にして、該ラジエータの上部から排出される温水の温度を測定し、放熱量を求めた。
【００３６】
図８に示す従来のラジエータ２１は、幅１．６ｍｍ、長さ８ｍｍの長方形状断面を備える６本の金属管２２と、各金属管２２の間に配設された幅７ｍｍの放熱フィン２３とを備えている。金属管２２はＡ７０００系アルミニウム合金製である。また、放熱フィン２３はＡ３０００系アルミニウム合金からなり、幅８ｍｍの長尺の薄板が、７ｍｍ毎に、上下の間隔が１ｍｍとなるように蛇腹状に折り返されてなり、折り返し部で金属管２２にロウ付けされている。
【００３７】
この結果、ラジエータ２１は、前記実施例で得られたラジエータと同一の幅５８．６ｍｍ、奥行き８ｍｍ、高さ６０ｍｍの大きさを備えている。尚、２４，２５は側板であり、熱交換には関与しない。また、ラジエータ２１の上下には、冷却水の出入り口を備えるＡ３０００系アルミニウム合金製のフランジ（図示せず）がロウ付けされている。
【００３８】
図８に示す従来のラジエータ２１では、上部から排出される温水の温度は６６℃、放熱量は１９６Ｗであった。結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
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表１から、放熱フィン３と一体的に形成された管状部４を連結して金属管２を形成した実施例のラジエータによれば、放熱フィン２３が金属管２２にロウ付けされている比較例のラジエータ２１に比較して、上部から排出される温水の温度が低く、放熱量も約２１％大きくなっており、優れた熱交換効率を備えていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の直交流型熱交換器の一構成例を示す斜視図。
【図２】図１に示す直交流型熱交換器の製造方法を示す斜視図。
【図３】図１に示す直交流型熱交換器の製造方法を示す斜視図。
【図４】図１に示す直交流型熱交換器における金属管の構成を示す説明的断面図。
【図５】図１に示す直交流型熱交換器における金属管の構成を示す説明的断面図。
【図６】図１に示す直交流型熱交換器における金属管の構成を示す説明的断面図。
【図７】図１に示す直交流型熱交換器における金属管の構成を示す説明的断面図。
【図８】従来の直交流型熱交換器の一構成例を示す斜視図。
【図９】従来の直交流型熱交換器の他の構成例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００４１】
１…直交流型熱交換器、  ２…金属管、  ３…放熱フィン、  ４…管状部、  ５…フィン部材、  ６…第１の型、  ７…第２の型、  ８…凹部、  ９…凸部、  １２…溝部。
【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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