JPH09292192A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インナーフィンを有する熱交換器において、
フィンピッチを小さくすることなく、熱交換量を増大さ
せる。 【解決手段】 平板部２２の片面側に突出する突出部３
０を設け、この突出部３０のうち吸入空気流れ上流側に
開口部３４を形成し、下流側を閉塞壁３８にて閉塞す
る。さらに、閉塞壁部３８両側方側が互いに近づくよう
に傾斜する案内壁部３９を形成する。これにより、前縁
部３１の長さを増大するとともに、閉塞壁部３８の裏面
３８ａに発生する死水域の発生を防止することができ
る。したがって、インナーフィン２０の熱交換量が増大
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体が流れるチュ
ーブ内に熱交換を促進するフィン（以下、インナーフィ
ンと呼ぶ。）を有する熱交換器に関するもので、エンジ
ンの吸入空気を排気圧等を利用して圧縮する、過給機付
きエンジンの吸入空気の冷却を行うインタークーラに用
いて有効である。

【０００２】

【従来の技術】インタークーラは、上述のように、過給
機にて圧縮された高温高圧の吸入空気を冷却して空気の
充填効率を向上させるものであるので、理想的には、圧
力損失が発生することなく吸入空気の冷却のみを行うこ
とが望ましい。そして、従来、インタークーラに用いら
れるインナーフィンとしては、例えば特開平３−８４３
９６号公報に記載の如く、矩形波状に折り曲げ形成され
たインナーフィンの一部を切断する切断部を有するもの
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、インナーフ
ィンに限らず、熱交換を促進するフィンの熱交換量を増
大させるには、フィンピッチを小さくしてフィンの表面
積を増大させる手段がある。しかし、この手段ではフィ
ンピッチが小さくなるので、フィンを通過する流体の圧
力損失が大きくなる。

【０００４】このため、インタークーラの熱交換量を増
大させるためにインナーフィンのフィンピッチを小さく
すると、圧力損失が大きくなるので、却って、吸入空気
の充填効率が低下してしまうという問題が発生してしま
う。本発明は、上記点に鑑み、インナーフィンを有する
熱交換器において、フィンピッチを小さくすることな
く、熱交換量を増大させることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜
５に記載の発明では、複数個の結合部（３２、３３）の
うち、一の結合部（３２）から前縁部（３１）に沿って
その一の結合部（３２）と隣合う他の結合部（３３）に
至る前縁部（３１）の長さ（Ｌ₁ ）は、その一の結合部
（３２）から他の結合部（３３）間の距離（Ｌ₂ ）より
長いことを特徴とする。

【０００６】これにより、インナーフィン（２０）の前
縁部２３に加えて、一の結合部（３２）からその他の前
縁部（３１）に沿って結合部（３３）に至る突出部（３
０）の前縁部（３１）が形成されているので、インナー
フィン（２０）全体としてフィンの前縁部の総長さを増
し、インナーフィン（２０）の熱交換量が増大する。請
求項２に記載の発明では、突出壁（３５）によって囲ま
れた空間（３７）内に前縁部（３１）側から流入した流
体が空間（３７）内から流出する流出口（４２）とを有
することを特徴とする。

【０００７】請求項３に記載の発明では、突出壁（３
５）には、流出口（４２）を閉塞する閉塞壁部（３８）
が形成され、平板部（２２）には、閉塞壁部（３８）と
衝突する流体を突出部（３０）が突出する向きと反対側
に導く導口（４０）が形成されていることを特徴とす
る。これにより、空間（３７）内流入した流体は導口
（４０）から平板部（２２）に対して突出部（３０）と
反対側に流れる。したがって、前縁部（３１）からの熱
伝達は、突出壁（３５）の両壁面から発生するので、よ
り一層インナーフィン（２０）の熱交換量が増大する。

【０００８】請求項４に記載の発明では、空間（３７）
外を突出壁（３５）に沿って流れる流体を、閉塞壁部
（３８）のうち流体流れ下流側に位置する裏面（３８
ａ）側に導く案内壁部（３９）が形成されていることを
特徴とする。これにより、後述するように、流体流れの
よどみ（死水域）が発生し易い閉塞壁部（３８）の裏面
（３８ａ）側に流体を導く案内壁部３９が形成されてい
るので、流体流れのよどみの発生を抑制することができ
る。したがって、インナーフィン（２０）全体の熱伝達
率を向上させることができる。

【０００９】請求項５に記載の発明では、隣り合う突出
部（３０）間には、平板部（２２）を切断する切断部
（４１）が形成されていることを特徴とする。なお、上
記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具
体的手段との対応関係を示すものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施の形
態について説明する。 （第１実施形態）本実施形態は本発明に係る熱交換器を
インタークーラに適用したもので、図１はインタークー
ラ１の全体図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図であ
る。

【００１１】このインタークーラ１には、図１に示すよ
うに、複数本のアルミニウム製の偏平チューブ（チュー
ブ）２が設けられており、この偏平チューブ２間には、
熱交換を促進する波形状に形成されたアルミニウム製の
クーリングフィン３がそれぞれ配置されている。また、
４は偏平チューブ２内を流れる吸入空気を分配集合させ
る樹脂製のタンク部である。

【００１２】なお、偏平チューブ２の内外壁にはろう材
が被覆されており、この被覆されたろう材によりクーリ
ングフィン３および後述するインナーフィン２がろう付
けされている。また、偏平チューブ２内には、上述の如
く、過給機にて圧縮された高温高圧の吸入空気が流れて
おり、この偏平チューブ２内には、図２に示すように、
矩形状に折り曲げ形成され、吸入空気の熱交換を促進す
るアルミニウム製のインナーフィン２０が配置されてい
る。このインナーフィン２０に形成された吸入空気の流
れに対して平行な平板部２１、２２のうち平板部２１
は、偏平チューブ２の内壁２ａにろう付けされており、
平板部２２には、図３に示すように、平板部２２の片面
側に吸入空気の流れに対して交差するように突出する複
数個の突出部３０が、平板部２２とともに一体形成され
ている。なお、突出部３０の詳細については後述する。

【００１３】次に、突出部３０について述べる。突出部
３０のうち、吸入空気の流れに対する突出部３０の前縁
部３１は、図４に示すように、結合部３２、３３の２か
所で平板部２２と結合するとともに、両結合部３２、３
３を結ぶ直線が吸入空気の流れに略直交するように交差
している。そして、結合部３２から前縁部３１に沿って
結合部３３に至る前縁部３１の長さＬ₁ が、結合部３２
から結合部３３間の距離Ｌ₂ より長くなっており、これ
により、突出部３０の吸入空気上流側にて開口する三角
形状の開口部３４を形成している。

【００１４】また、前縁部３１から吸入空気流れの下流
側に向かって延びる突出壁３５が形成されており、この
突出壁３５には、図５に示すように、前縁部３１から所
定長さ平板部２２と平行に延びた平行突出壁部３６と、
平行突出壁部３６によって囲まれた空間３７の下流側の
閉塞する閉塞壁部３８とが形成されている。そして、閉
塞壁部３８のうち吸入空気流れの両側方側の部位は、図
４に示すように、互いに吸入空気流れ下流側に向かうほ
ど近づくように傾斜することにより、空間３７外を突出
壁３５に沿って流れる吸入空気を、閉塞壁部３８のうち
吸入空気流れ下流側に位置する裏面３８ａ（図５参照）
側に導く案内壁部３９を形成している。

【００１５】さらに、平板部２２のうち空間３７と面す
る部位には、図５に示すように、開口部３４から流入し
て閉塞壁部３８に衝突する吸入空気を、突出部３０が吐
出する向きと反対側に導く導口４０が形成されている。
なお、複数個の突出部３０は、図３に示すように、吸入
空気流れ方向に直列に並んでおり、隣り合う突出部３０
間には、平板部２２を切断する切断部４１が形成されて
いる。

【００１６】次に、本実施形態の特徴を述べる。フィン
における熱交換量を増大させるには、フィンの熱伝達率
を大きくする必要がある。そして、熱伝達率は、周知の
如く流体（この場合は空気）の熱伝導率に比例し、温度
境界層の厚みに反比例するので、温度境界層の厚みが最
も小さくなるフィンの前縁部が最も熱伝達率が大きくな
る。

【００１７】そして、上述のように、本実施形態によれ
ば、インナーフィン２０の前縁部２３（図３参照）に加
えて、結合部３２から前縁部３１に沿って結合部３３に
至る突出部３０の前縁部３１が形成されているので、イ
ンナーフィン２０全体としてフィンの前縁部の総長さが
増し、インナーフィン２０の熱交換量が増大する。ま
た、開口部３４とともに導口４０が形成されているの
で、開口部３４から流入した吸入空気は導口４０から平
板部２２に対して突出部３０と反対側に流れる。したが
って、前縁部３１からの熱伝達は、平行突出壁３６の両
壁面から発生するので、より一層インナーフィン２０の
熱交換量が増大する。

【００１８】また、開口部３４から流入した吸入空気は
閉塞壁部３８に衝突するので、閉塞壁部３８で温度境界
層の厚みが非常に小さくなる。したがって、閉塞壁部３
８での熱伝達率が大きくなるので、さらにインナーフィ
ン２０の熱交換量が増大する。ところで、発明者等は、
本実施形態に係るインナーフィン２０の熱伝達率の向上
を確かめるべく、有限要素法による数値解析（２次元）
を行ったところ、図６〜８に示すような結果を得た。

【００１９】すなわち、図６は平板部２２および突出部
３０を流れる吸入空気の流線を示しており、前縁部３１
から平行突出壁３６の両壁面に流線に沿うようにして温
度境界層が発生することが理解される。したがって、温
度境界層の厚みが最も小さくなる前縁部３１（図６中の
Ａ部）での熱伝達率が向上する。また、図７は、平板部
２２および突出壁３５のうち突出部３０の突出側の熱伝
達率を示しており、図８は、その反対側の壁面での熱伝
達率を示している。両図７、８から明らかなように、前
縁部３１（図６中のＡ部）、吸入空気が衝突する閉塞壁
部３８（図６中のＢ部）、および平行突出壁３６から剥
離して再び平板部２２に付着する再付着部（図６中のＣ
部）での熱伝達率は、突出部３０を設けない場合（図中
の一点鎖線）に比べて、それぞれ約５倍、約２．５倍、
約２．２倍と向上している。そして、発明者等の試算に
よれば、本実施形態に係るインナーフィン２０は、突出
部３０を設けない場合に比べて、インナーフィン２０全
体として熱伝達率が約４０％の向上することを確認し
た。

【００２０】なお、上記数値解析に用いた諸元は、次の
通りである（図３、５参照）。 インナーフィン２０のピッチＰ＝２ｍｍ、 切断部４１の切断幅Ｓ＝２．８ｍｍ、 閉塞壁部３８と平板部２２とのなす角度θ＝２０° 平板部２２と平行突出壁３６との距離Ｈ＝０．５ｍｍ 流速＝５０ｍ／ｓｅｃ Ｌ１＝３ｍｍ、Ｌ２＝４ｍｍ、Ｌ３＝５ｍｍ、Ｌ４＝１
４ｍｍ ところで、図６から明らかなように、閉塞壁部３８の裏
面３８ａ側（図６のＤ部）に吸入空気流れのよどみ（死
水域）が発生しているが、本実施形態によれば、案内壁
部３９が形成されているので、突出壁３５の側面側（図
６の紙面直角方向突出壁３５）に沿って流れてきた吸入
空気は、案内壁部３９によって閉塞壁部３８の裏面３８
ａ側に流れ込む。したがって、吸入空気流れのよどみ
（死水域）の発生を抑制することができるので、インナ
ーフィン２０全体の熱伝達率を向上させることができ
る。

【００２１】（第２実施形態）上述の実施形態では、開
口部３４を三角形状としたが、開口部３４の形状は三角
形状に限られるものではなく、上述の如く結合部３２か
ら前縁部３１に沿って結合部３３に至る前縁部３１の長
さＬ₁ が、結合部３２から結合部３３間の距離Ｌ₂ より
長ければよい。したがって、図９の（ａ）、（ｂ）に示
すように、矩形状または円周状としても本発明を実施す
ることができる。

【００２２】（第３実施形態）上述の実施形態では、閉
塞壁部３８を設けて空間４０の吸入空気下流側を閉塞し
たが、図１０に示すように、空間４０の吸入空気下流側
を開放し、空間４０内に流入した空気を流出させる流出
口４２を形成しても本発明を実施することができる。

【００２３】（第４実施形態）上述の実施形態では、平
板部２２に平行な平行突出壁３６が形成されていたが、
図１１に示すように、平行突出壁３６を廃止し、前縁部
３１から吸入空気流れ下流に向かうほど、平板部２２に
近づく傾斜壁４２としても本発明を実施することができ
る。

【００２４】（第５実施形態）上述の実施形態では、前
縁部３１から吸入空気流れ下流に向かって延びる突出壁
３５が形成されていたが、図１２に示すように、突出壁
３５の吸入空気流れ方向長さを十分に小さくしても本発
明を実施することができる。ところで、上述の実施形態
では、吸入空気を空気で冷却する空冷式インタークーラ
を例に説明したが、本発明に係るインタークーラ（熱交
換器）は、空冷式に限定されるものではなく液体（水
等）にて吸入空気を冷却する、いわゆる水冷式インター
クーラに適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱交換器（インタークーラ）の正
面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】第１実施形態に係るインナーフィンの斜視図で
ある。

【図４】（ａ）は、突出部の拡大斜視図であり、（ｂ）
は（ａ）のＢ矢視図である。

【図５】図４の（ａ）の吸入空気流れ方向の断面図であ
る。

【図６】突出部周りを流れる吸入空気の流線を示す模式
図（数値解析結果）である。

【図７】突出部が形成されている側の平板部および突出
部の壁面の熱伝達率を示すグラフである。

【図８】突出部が形成されている側と反対側の平板部お
よび突出部の壁面の熱伝達率を示すグラフである。

【図９】第２実施形態に係る突出部の拡大斜視図であ
る。

【図１０】第３実施形態に係る突出部の拡大斜視図であ
る。

【図１１】第４実施形態に係る突出部の拡大斜視図であ
る。

【図１２】第５実施形態に係る突出部の拡大斜視図であ
る。

【符号の説明】 １…インタークーラ、２…偏平チューブ（チューブ）、
３…クーリングフィン、４…タンク、２０…インナーフ
ィン、２１、２２…平板部、３０…突出部、３１…前縁
部、３２、３３…結合部、３４…開口部、３５…突出
壁、３６…平行突出壁部、３７…空間、３８…閉塞壁
部、３９…案内壁部、４０…導口、４１…切断部、４２
…流出口。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に流体が流れるチューブ（２）と、 前記チューブ（２）内に配設され、前記チューブ（２）
   内の流体流れに平行な平板部（２２）を有するインナー
   フィン（２０）と、 前記平板部（２２）の片面側に突出して形成され、前記
   チューブ（２０）内の流体流れと交差する突出部（３
   ０）とを有し、 前記チューブ（２）内の流体流れに対する前記突出部
   （３０）の前縁部（３１）には、前記平板部（２２）と
   結合する複数個の結合部（３２、３３）が形成されてお
   り、 前記複数個の結合部（３２、３３）のうち、一の結合部
   （３２）から前記前縁部（３１）に沿ってその一の結合
   部（３２）と隣合う他の結合部（３３）に至る前記前縁
   部（３１）の長さ（Ｌ₁ ）は、その一の結合部（３２）
   から前記他の結合部（３３）間の距離（Ｌ₂ ）より長い
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 前記複数個の結合部（３２、３３）のう
   ち隣り合う結合部（３２、３３）間を結ぶ直線は、前記
   チューブ（２）内の流体流れと交差しており、 前記突出部（３０）は、 前記前縁部（３１）から前記チューブ（２）内の流体流
   れ下流側に向かって延びる突出壁（３５）と、 前記突出壁（３５）のうち前記チューブ（２）内の流体
   流れ下流側に形成され、前記突出壁（３５）によって囲
   まれた空間（３７）内に前記前縁部（３１）側から流入
   した流体が前記空間（３７）内から流出する流出口（４
   ２）とを有することを特徴とする請求項１に熱交換器。
3. 【請求項３】 前記突出壁（３５）には、前記流出口
   （４２）を閉塞する閉塞壁部（３８）が形成され、 前記平板部（２２）には、前記閉塞壁部（３８）と衝突
   する流体を前記突出部（３０）が突出する向きと反対側
   に導く導口（４０）が形成されていることを特徴とする
   請求項２に熱交換器。
4. 【請求項４】 前記突出壁（３５）には、前記空間（３
   ７）外を前記突出壁（３５）に沿って流れる流体を、前
   記閉塞壁部（３８）のうち流体流れ下流側に位置する裏
   面（３８ａ）側に導く案内壁部（３９）が形成されてい
   ることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 【請求項５】 前記突出部（３０）は、前記チューブ
   （２）内の流体流れ方向に複数個形成されており、 隣り合う前記突出部（３０）間には、前記平板部（２
   ２）を切断する切断部（４１）が形成されていることを
   特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱
   交換器。