(57)【要約】【課題】熱伝達効率を向上する熱交換器を提供することを目的とする。【解決手段】並列に配置されて内部に液体が流通する複数の偏平チューブ１と、複数の偏平チューブ１の間に配置される複数の円筒フィン４とを備え、円筒フィン４に螺旋部７を形成することにより、複数の偏平チューブ１の間で旋回流を生じるように気体を流通させて偏平チューブ１内の液体と熱交換し得る熱交換器であって、偏平チューブ１の平面２に沿うように円筒フィン４を並べて円筒フィン４の配列を構成し、且つ複数の円筒フィン４の外周面８で囲まれる開口５の面積を低減するように円筒フィン４の配列を複数段で積層する。【選択図】図１
2009127896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に配置されて内部に液体が流通する複数の偏平チューブと、複数の偏平チューブの間に配置される複数の円筒フィンとを備え、前記円筒フィンに螺旋部を形成することにより、複数の偏平チューブの間で旋回流を生じるように気体を流通させて偏平チューブ内の液体と熱交換し得る熱交換器であって、前記偏平チューブの平面に沿うように円筒フィンを並べて円筒フィンの配列を構成し、且つ複数の円筒フィンの外周面で囲まれる開口の面積を低減するように円筒フィンの配列を複数段で積層したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
並列に配置されて内部に液体が流通する複数の偏平チューブと、複数の偏平チューブの間に配置される複数の円筒フィンとを備え、前記円筒フィンに螺旋部を形成することにより、複数の偏平チューブの間で旋回流を生じるように気体を流通させて偏平チューブ内の液体と熱交換し得る熱交換器であって、前記偏平チューブの平面に沿うように円筒フィンを並べて円筒フィンの配列を構成し、且つ円筒フィンの配列を複数段で積層し、複数の円筒フィンの外周面で囲まれる開口に隙間部材を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
複数の円筒フィンの外周面と、偏平チューブの平面とで囲まれる開口に隙間部材を備えたことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジエータ等の熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両に配置されるラジエータの熱交換器は、図９に示す如く、並列して配置されて内部に冷却液が流通する複数の偏平チューブ１と、複数の偏平チューブ１の間に配置されて両側の偏平チューブ１の平面２に接するコルゲートフィン３とを備えており、エンジンから流下する高温の冷却液を冷却する際には、走行や冷却ファンからの風をコルゲートフィン３を配する空間へ流し、コルゲートフィン３及び偏平チューブ１を介して高温の冷却液を冷却するようにしている。
【０００３】
また、コルゲートフィン３を用いたラジエータの熱交換器の例には、放熱面積を増やすように、コルゲートフィン３にルーバーを設けて約１．４倍程度の熱伝達効率を向上させるものがある。
【０００４】
更に、ラジエータの熱交換器の他例では、並列して配置されて内部に冷却液が流通する複数の偏平チューブと、複数の偏平チューブの間に配置されて両側の偏平チューブの平面に接するピンフィンや針金フィンとを備え、同様に、高温の冷却液を、走行や冷却ファンからの風により偏平チューブ及びピンフィンや針金フィンを介して冷却するようにしているものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開昭６２−２４２７９４号公報
【特許文献２】特開平７−１５９０７３号公報
【特許文献３】特開２００７−３１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、車両の排ガス規制の強化によりエンジンへの負荷が増加する傾向にあるため、ラジエータの冷却性を高めるように、熱伝達効率を向上することが強く求められている。また、コルゲートフィン３にルーバーを設けた場合は、圧損が増加して熱伝達効率を好適に向上することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、熱伝達効率を向上する熱交換器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、並列に配置されて内部に液体が流通する複数の偏平チューブと、複数の偏平チューブの間に配置される複数の円筒フィンとを備え、前記円筒フィンに螺旋部を形成することにより、複数の偏平チューブの間で旋回流を生じるように気体を流通させて偏平チューブ内の液体と熱交換し得る熱交換器であって、前記偏平チューブの平面に沿うように円筒フィンを並べて円筒フィンの配列を構成し、且つ複数の円筒フィンの外周面で囲まれる開口の面積を低減するように円筒フィンの配列を複数段で積層したことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明は、並列に配置されて内部に液体が流通する複数の偏平チューブと、複数の偏平チューブの間に配置される複数の円筒フィンとを備え、前記円筒フィンに螺旋部を形成することにより、複数の偏平チューブの間で旋回流を生じるように気体を流通させて偏平チューブ内の液体と熱交換し得る熱交換器であって、前記偏平チューブの平面に沿うように円筒フィンを並べて円筒フィンの配列を構成し、且つ円筒フィンの配列を複数段で積層し、複数の円筒フィンの外周面で囲まれる開口に隙間部材を備えたものである。
【０００９】
而して、このようにすれば、複数の円筒フィンの外周面で囲まれる開口の面積を低減するので、円筒フィンの内部の流速を増すと共に、気体を円筒フィンの内部へ誘導して内周面の螺旋部により気体に旋回流を与え、結果的に熱伝達効率を向上することができる。また、コルゲートフィンによる層流の冷却に比べて熱伝達効率を向上すると共に、ルーバー付きコルゲートフィンに比べて圧損を低減し、熱伝達効率を向上することができる。
【００１０】
また、本発明において、複数の円筒フィンの外周面と、偏平チューブの平面とで囲まれる開口に隙間部材を備えても良く、このようにすれば、複数の円筒フィンの外周面と、偏平チューブの平面とで囲まれる開口の面積を低減するので、円筒フィンの内部の流速が一層増すと共に、気体を円筒フィンの内部へ誘導して内周面の螺旋部により気体に旋回流を与え、結果的に熱伝達効率を更に向上することができる。
【発明の効果】
【００１１】
上記した本発明の熱交換器によれば、円筒フィンの内部の流速を増すと共に、螺旋部により気体に旋回流を与えるので、熱伝達効率を向上することができる等の種々の優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の実施の第一例の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１、図２は本発明を実施する形態の第一例を示すもので、第一例のラジエータの熱交換器は、並列して配置されて内部に冷却液（液体）が流通する複数の偏平チューブ１と、複数の偏平チューブ１の間に配置される複数の円筒フィン４とを備えて構成されている。
【００１４】
複数の円筒フィン４は、夫々、同径の円筒体で構成されると共に、偏平チューブ１の平面２に沿うように複数本が互いに接して並べられて一列の配列を構成しており、また、円筒フィン４の配列は、偏平チューブ１の間の幅方向（偏平チューブ１の平面２と直交する方向）の沿って二段で積層し、一列の円筒フィン４が一方の偏平チューブ１の平面２に接すると共に他列の円筒フィン４が他方の偏平チューブ１の平面２に接するように配置されている。
【００１５】
また、円筒フィン４の二段目の配列は、図１、図３に示す如く、一段目の配列に対し、配列方向（円筒フィン４の径方向で且つ偏平チューブ１の平面２の延在方向）に沿って円筒フィン４の半径分の距離をずらして配置し、１個の円筒フィン４に対して一段目側の円筒フィン４が２個接触するようにし、複数の円筒フィン４の外周面で囲まれる開口５の面積を低減している。ここで、円筒フィン４の二段目の配列を、図４に示す如く、一段目の配列に対し、配列方向（円筒フィン４の径方向で且つ偏平チューブ１の平面２の延在方向）で同じ位置に配置にし、１個の円筒フィン４に対して一段目側の円筒フィン４が１個接触するようにした場合には、複数の円筒フィン４の外周面で囲まれる開口５ａの面積が大きくなり、本発明の実施の第一例に示す開口５の面積は、少なくともこの開口５ａの面積より小さくする必要がある。
【００１６】
更に、円筒フィン４の内周面６には、図２に示す如く、円筒フィン４の延在方向（軸方向）に沿って所定のリードピッチにより形成された螺旋部７が備えられている。ここで、螺旋部７は、凸部により形成された螺旋状凸体が好ましい。
【００１７】
以下、本発明を実施する形態の第一例の作用を説明する。
【００１８】
ラジエータの熱交換器によりエンジン等から流下する高温の冷却液を冷却する際には、偏平チューブ１に高温の冷却液を流下させると同時に、複数の偏平チューブ１の間に風（気体）を円筒フィン４の延在方向に沿うように流通させる。
【００１９】
次に、複数の円筒フィン４の外周面８で囲まれる開口５の面積を低減することにより、円筒フィン４の内部空間の流速を増して風を流下させると共に、円筒フィン４の内周面６の螺旋部７により風に旋回流を与え、風の流れを活性化して円筒フィン４の伝熱面表層における風の境界層を縮小化し、且つ風の流通する距離を伸して流下させる。
【００２０】
これにより、旋回流の風は、円筒フィン４及び偏平チューブ１を介して冷却液と熱交換し、高温の冷却液を冷却する。
【００２１】
ここで、実際に、図５に示す如く、円筒フィン４の配列及び積層（斜め置き積層）により外周面８側の開口５の面積を低減した場合（図３）と、円筒フィン４の配列及び積層（縦置き積層）により外周面８側の開口５の面積が大きい場合（図４）とを、熱伝達率で比較すると、斜め置き積層の場合（図３）は、縦置き積層の場合（図４）に比べて熱伝達率が約１５％向上し、開口５の面積の低減による効果が明らかであった。
【００２２】
而して、このようにすれば、複数の円筒フィン４の配列と積層状態により、複数の円筒フィン４の外周面８で囲まれる小さい面積の開口５を低減するので、円筒フィン４の内部の流速を増すと共に、風（気体）を円筒フィン４の内部へ誘導して内周面６の螺旋部７により風（気体）に旋回流を与え、結果的に熱伝達効率を向上することができる。また、コルゲートフィンによる層流の冷却に比べて熱伝達効率を向上すると共に、ルーバー付きコルゲートフィンに比べて圧損を低減し、熱伝達効率を向上することができる。更に、熱伝達効率を向上するので、ラジエータ等の熱交換器を小型化することができる。
【００２３】
以下本発明の実施の第二例の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図６、図７は本発明を実施する形態の第二例を示すもので、第二例のラジエータの熱交換器は、並列して配置されて内部に冷却液（液体）が流通する複数の偏平チューブ１と、複数の偏平チューブ１の間に配置される複数の円筒フィン９とを備えて構成されている。
【００２５】
複数の円筒フィン９は、夫々、同径の円筒体で構成されると共に、偏平チューブ１の平面２に沿うように複数本が互いに接して並べられて一列の配列を構成しており、また、円筒フィン９の配列は、偏平チューブ１の間の幅方向（偏平チューブ１の平面２と直交する方向）の沿って二段で積層し、一列の円筒フィン９が一方の偏平チューブ１の平面２に接すると共に他列の円筒フィン９が他方の偏平チューブ１の平面２に接するように配置されている。
【００２６】
また、円筒フィン９の二段目の配列は、図６に示す如く、一段目の配列に対し、配列方向（円筒フィン９の径方向で且つ偏平チューブ１の平面２の延在方向）に沿って円筒フィン９の半径分の距離をずらして配置し、１個の円筒フィン９に対して一段目側の円筒フィン９が２個接触するようにしている。ここで、円筒フィン９の二段目の配列は、図７に示す如く、一段目の配列に対し、配列方向（円筒フィン９の径方向で且つ偏平チューブ１の平面２の延在方向）で同じ位置に配置にし、１個の円筒フィン９に対して一段目側の円筒フィン９が１個接触するようにしても良い。
【００２７】
また、図６、図７に示す如く、複数の円筒フィン９の外周面１０で囲まれる開口１１，１２には、隙間部材１３，１４が備えられて開口１１，１２の面積を低減すると共に、複数の円筒フィン９の外周面１０と偏平チューブ１の平面２とで囲まれる開口１５には、隙間部材１６が備えられて開口１５の面積を低減するようになっている。ここで、隙間部材１３，１４，１６は、ろう付けし得る金属材料等のろうが好ましいが、開口１１，１２，１５を塞ぎ得るならば、夫々の開口１１，１２，１５の形状に対応する閉止プレートを用いても良い。また、隙間部材１３，１４，１６は、開口１１，１２，１５の全てを閉止して開口１１，１２，１５の面積を完全に低減することが望ましいが、円筒フィン９や偏平チューブ１の配置、風の流れ等により開口１１，１２，１５の一部を閉止して開口１１，１２，１５の面積の一部を低減しても良い。
【００２８】
更に、円筒フィン９の内周面１７には、円筒フィン９の延在方向（軸方向）に沿って所定のリードピッチにより形成された螺旋部７（図２参照）が備えられている。ここで、螺旋部７は、凸部により形成された螺旋状凸体が好ましい。
【００２９】
以下、本発明を実施する形態の第二例の作用を説明する。
【００３０】
ラジエータの熱交換器によりエンジン等から流下する高温の冷却液を冷却する際には、第一例と同様に、偏平チューブ１に高温の冷却液を流下させると同時に、複数の偏平チューブ１の間に風（気体）を円筒フィン９の延在方向に沿うように流通させる。
【００３１】
次に、複数の円筒フィン９の外周面１０で囲まれる開口１１，１２，１５の面積を隙間部材１３，１４，１６によって低減することにより、円筒フィン９の内部空間の流速を増して風を流下させると共に、円筒フィン９の内周面１７の螺旋部７により風に旋回流を与え、風の流れを活性化して円筒フィン９の伝熱面表層における風の境界層を縮小化し、且つ風の流通する距離を伸して流下させる。
【００３２】
これにより、旋回流の風は、円筒フィン９及び偏平チューブ１を介して冷却液と熱交換し、高温の冷却液を冷却する。
【００３３】
ここで、実際に、図８に示す如く、隙間部材１３，１６を用いて外周側の開口１１，１２の面積を低減した場合（図６）と、隙間部材１３，１６を適用せずに外周側の開口１１，１２の面積が大きい場合（図３）とを、熱効率で比較すると、隙間部材１３，１６を用いた場合（隙間部材有り、図６）は、隙間部材１３，１６を適用しない場合（隙間部材無し、図３）に比べて熱効率が約１０％向上し、開口１１，１２の面積の低減による効果が明らかであった。
【００３４】
而して、このようにすれば、隙間部材１３，１４の配置により複数の円筒フィン９の外周面１０で囲まれる小さい面積の開口１１，１２を低減するので、円筒フィン９の内部の流速を増すと共に、風（気体）を円筒フィン９の内部へ誘導して内周面１７の螺旋部７（図２参照）により風（気体）に旋回流を与え、結果的に熱伝達効率を向上することができる。また、コルゲートフィンによる層流の冷却に比べて熱伝達効率を向上すると共に、ルーバー付きコルゲートフィンに比べて圧損を低減し、熱伝達効率を向上することができる。更に、熱伝達効率を向上するので、ラジエータ等の熱交換器を小型化することができる。
【００３５】
また、本発明を実施する形態の第二例において、複数の円筒フィン９の外周面１０と、偏平チューブ１の平面２とで囲まれる開口１５に隙間部材１６を備えると、複数の円筒フィン９の外周面１０と、偏平チューブ１の平面２とで囲まれる小さい面積の開口１５を低減するので、円筒フィン９の内部の流速が一層増すと共に、気体を円筒フィン９の内部へ誘導して内周面１７の螺旋部７により気体に旋回流を与え、結果的に熱伝達効率を更に向上することができる。
【００３６】
尚、本発明の熱交換器は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、気体が高温の液体を冷却するのみならず、気体が低温の液体を昇温しても良いこと、熱交換器はラジエータに限定されるものでなく、車両以外の他の機器に適用されるものでも良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を実施する形態の第一例を示す斜視図である。
【図２】円筒フィンの螺旋部を示す拡大図である。
【図３】本発明を実施する形態の第一例であって、円筒フィンの配列を二段で積層すると共に円筒フィンの一列を他列に対してずらして配置した構成を示す正面図である。
【図４】本発明を実施する形態の第一例と対比する比較例であって、円筒フィンの配列を二段で積層すると共に円筒フィンの一列を他列と同じ状態で配置した構成を示す正面図である。
【図５】開口の面積を低減した場合（斜め置き積層）と、開口の面積が大きい場合（縦置き積層）とを、熱伝達率で比較したグラフである。
【図６】本発明を実施する形態の第二例であって、円筒フィンの配列を二段で積層すると共に円筒フィンの一列を他列に対してずらして配置した構成を示す正面図である。
【図７】本発明を実施する形態の第二例の他の構成であって、円筒フィンの配列を二段で積層すると共に円筒フィンの一列を他列と同じ状態で配置した構成を示す正面図である。
【図８】開口の面積を低減した場合（隙間部材有り）と、開口の面積が大きい場合（隙間部材無し）とを、熱効率で比較したグラフである。
【図９】従来の熱交換器の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    偏平チューブ
２    平面
４    円筒フィン
５    開口
７    螺旋部
８    外周面
９    円筒フィン
１０    外周面
１１    開口
１２    開口
１３    隙間部材
１４    隙間部材
１５    開口
１６    隙間部材
【図１】
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【図２】
2009127896.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009127896.tif 000007
【図６】
2009127896.tif 000008
【図７】
2009127896.tif 000009
【図８】
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【図９】
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