JP6789019B2 - Corrugated fins and heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、コルゲートフィン及びこのコルゲートフィンを備えた熱交換器に関する。 The present invention relates to corrugated fins and heat exchangers equipped with the corrugated fins.
例えばハイブリッド自動車や電気自動車に搭載された駆動用モータの制御などの種々の用途に、半導体素子によりスイッチングを行う電力変換装置が用いられている。電力変換装置は、半導体素子や、半導体素子とともに電力変換回路を構成する電子部品等の発熱体を冷却するための熱交換器を有している。熱交換器は、外表面に発熱体が搭載されるジャケットと、ジャケットの内部に収容されるインナーフィンとを有している。熱交換器の性能向上や生産効率向上の観点から、インナーフィンは、通常、ろう付によりジャケットに接合されている。 For example, a power conversion device that switches by a semiconductor element is used for various applications such as control of a drive motor mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle. The power conversion device includes a heat exchanger for cooling a semiconductor element and a heating element such as an electronic component that constitutes a power conversion circuit together with the semiconductor element. The heat exchanger has a jacket on which a heating element is mounted on the outer surface and inner fins housed inside the jacket. From the viewpoint of improving the performance and production efficiency of the heat exchanger, the inner fins are usually joined to the jacket by brazing.
インナーフィンとしては、比較的製造が容易であり、低コストで製造可能なコルゲートフィンが多用されている。また、コルゲートフィンは、比較的軽量であり、熱伝導性の良いアルミニウム板材(アルミニウム板及びアルミニウム合金板を含む。以下同じ。)から構成されていることが多い。 As the inner fin, corrugated fins, which are relatively easy to manufacture and can be manufactured at low cost, are often used. Further, the corrugated fin is often made of an aluminum plate material (including an aluminum plate and an aluminum alloy plate; the same applies hereinafter) which is relatively lightweight and has good thermal conductivity.
また、コルゲートフィンには、冷却性能を高める目的で、フィン高さ方向に伸びるスリットが設けられることがある。例えば特許文献1には、EGR(排気再循環)ガスの冷却を行うための扁平伝熱管の内部に配置されるコルゲートフィンが記載されている。
Further, the corrugated fin may be provided with a slit extending in the fin height direction for the purpose of improving the cooling performance. For example,
電力変換装置に組み込まれる熱交換器においては、発熱体から発生する熱がジャケットを介してコルゲートフィンに伝達される。この場合、コルゲートフィンの板厚が薄いと、コルゲートフィンにおける熱伝導が悪化し、冷却性能の低下を招く。一方、板厚が厚い場合には、冷却媒体を流通させる際の圧力損失の増大や、製造性の悪化を招く。そのため、この種の熱交換器には、製造性を確保しつつ、冷却性能と圧力損失とのバランスをとる観点から、板厚0.30mm以下のコルゲートフィンが用いられている。 In the heat exchanger incorporated in the power conversion device, the heat generated from the heating element is transferred to the corrugated fin via the jacket. In this case, if the corrugated fins are thin, the heat conduction in the corrugated fins deteriorates, resulting in a decrease in cooling performance. On the other hand, when the plate thickness is thick, the pressure loss when the cooling medium is circulated increases and the manufacturability deteriorates. Therefore, in this type of heat exchanger, corrugated fins having a plate thickness of 0.30 mm or less are used from the viewpoint of balancing cooling performance and pressure loss while ensuring manufacturability.
しかし、近年の電力変換装置の出力の増大に対応するため、熱交換器の冷却性能をより向上させることが強く求められている。このような状況においては、圧力損失のある程度の増大を許容してでも、要求される冷却性能を確保する必要がある。 However, in order to cope with the increase in the output of the power converter in recent years, it is strongly required to further improve the cooling performance of the heat exchanger. In such a situation, it is necessary to ensure the required cooling performance even if a certain increase in pressure loss is allowed.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、圧力損失の増大を抑制しつつ、従来よりも格段に高い冷却性能を実現することができるコルゲートフィン及びこのコルゲートフィンを備えた熱交換器を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of this background, and is a corrugated fin capable of achieving significantly higher cooling performance than before while suppressing an increase in pressure loss, and a heat exchanger provided with the corrugated fin. Is intended to provide.
本発明の一態様は、アルミニウム板材からなり、フィン高さ方向に立設された平板部と、該平板部におけるフィン高さ方向の端部に接続された接続部とが交互に連なっているコルゲートフィンであって、
上記コルゲートフィンのフィン高さは5〜10mmであり、
上記コルゲートフィンは、上記平板部と、該平板部に連なる一対の接続部のうち一方の接続部との全体にわたって設けられた複数のスリットを有しており、
上記スリットは、フィン幅方向から観た平面視において長方形状を呈しており、
上記アルミニウム板材の板厚は0.4〜1.0mmであり、
上記スリットの幅をS[mm]とし、上記各平板部における、隣り合う上記スリットの間隔をL[mm]としたときに、下記式(1)〜(4)の関係を満足する、コルゲートフィンにある。
One aspect of the present invention is a corrugate made of an aluminum plate, in which a flat plate portion erected in the fin height direction and a connecting portion connected to the end portion of the flat plate portion in the fin height direction are alternately connected. It ’s a fin,
The fin height of the corrugated fin is 5 to 10 mm.
The corrugated fin has a plurality of slits provided over the entire flat plate portion and one of the connecting portions of the pair of connecting portions connected to the flat plate portion.
The slit has a rectangular shape when viewed from the fin width direction.
The thickness of the aluminum plate is 0.4 to 1.0 mm.
The width of the upper Symbol slit and S [mm], in the above flat plate portion, the distance between the adjacent said slit is taken as L [mm], satisfies the following relationship formula (1) to (4), corrugated It's in the fins.
0.5<S<5.0 ・・・(1)
L>1.0 ・・・(2)
S≦0.625L+0.125 ・・・(3)
S≦−0.28571L+7.5 ・・・(4)
0.5 <S <5.0 ... (1)
L> 1.0 ・ ・ ・ (2)
S ≦ 0.625L + 0.125 ・ ・ ・ (3)
S ≦ -0.88571L + 7.5 ・ ・ ・ (4)
本発明の他の態様は、上記の態様のコルゲートフィンと、
該コルゲートフィンを収容するジャケットとを有する、熱交換器にある。
Another aspect of the present invention includes the corrugated fin of the above aspect and
It is in a heat exchanger having a jacket that houses the corrugated fins.
上記コルゲートフィンは、上記特定の範囲の板厚を有する上記アルミニウム板材から構成されている。また、上記平板部に設けられた上記スリットの幅S及び隣り合う上記スリットの間隔Lが上記式(1)〜(4)の関係を満たしている。 The corrugated fin is made of the aluminum plate material having a plate thickness in the specific range. Further, the width S of the slits provided on the flat plate portion and the distance L between the adjacent slits satisfy the relationship of the above formulas (1) to (4).
上記コルゲートフィンは、従来よりも板厚の厚い上記アルミニウム板材を用いることにより、上記コルゲートフィンにおける熱伝導を向上させることができる。更に、上記平板部に、上記式(1)〜(4)の関係を満たすように上記スリットを設けることにより、上記コルゲートフィンを通過する冷却媒体の流れを乱し、上記コルゲートフィンとの熱交換を促進することができる。そして、上記アルミニウム板材の板厚による効果と上記スリットによる効果とが相乗的に作用することにより、従来よりも格段に高い冷却性能を実現することができる。 As the corrugated fin, the heat conduction in the corrugated fin can be improved by using the aluminum plate material having a thicker plate thickness than the conventional one. Further, by providing the slit in the flat plate portion so as to satisfy the relationship of the formulas (1) to (4), the flow of the cooling medium passing through the corrugated fin is disturbed, and heat exchange with the corrugated fin is performed. Can be promoted. Then, the effect of the thickness of the aluminum plate and the effect of the slit act synergistically to realize a significantly higher cooling performance than before.
また、上記平板部に、上記式(1)〜(4)の関係を満たすように上記スリットを設けることにより、高い冷却性能を実現した上で、圧力損失の過度の増大を回避することができる。 Further, by providing the slit in the flat plate portion so as to satisfy the relationship of the above formulas (1) to (4), it is possible to realize high cooling performance and avoid an excessive increase in pressure loss. ..
このように、上記コルゲートフィンにおいては、上記スリットの幅S及び隣り合う上記スリットの間隔Lが、圧力損失の過度の増大を回避しつつ高い冷却性能を実現できる最適な範囲に調整されている。それ故、上記コルゲートフィンは、圧力損失の増大を許容できる範囲内に抑制しつつ、従来よりも格段に高い冷却性能を実現することができる。 As described above, in the corrugated fin, the width S of the slits and the distance L between the adjacent slits are adjusted to the optimum range in which high cooling performance can be realized while avoiding an excessive increase in pressure loss. Therefore, the corrugated fin can realize a significantly higher cooling performance than the conventional one while suppressing an increase in pressure loss within an acceptable range.
また、上記熱交換器は、上記コルゲートフィンと、該コルゲートフィンを収容するジャケットとを有している。そのため、圧力損失の増大を許容できる範囲内に抑制しつつ、従来よりも格段に高い冷却性能を有している。 Further, the heat exchanger has the corrugated fin and a jacket for accommodating the corrugated fin. Therefore, it has a much higher cooling performance than the conventional one while suppressing an increase in pressure loss within an acceptable range.
上記コルゲートフィンにおける平板部は、フィン高さ方向に立設されている。これにより、コルゲートフィンに含まれる平板部の数を多くし、冷却性能を向上させることができる。 The flat plate portion of the corrugated fin is erected in the fin height direction. As a result, the number of flat plate portions included in the corrugated fin can be increased, and the cooling performance can be improved.
接続部は、隣り合う平板部のフィン高さ方向における端部同士を接続している。フィン長手方向における接続部の断面形状は、例えば、弧状とすることができる。この場合には、ジャケットとのろう付を行う際に、接続部とろう材との当接部分が直線状になりやすい。そのため、接続部とろう材とが面状に当接する場合に比べて、ろう付後の接合部におけるボイドの発生を抑制することができる。その結果、ジャケットからコルゲートフィンへの熱伝導をより向上させ、ひいては冷却性能をより向上させることができる。 The connecting portion connects the ends of adjacent flat plate portions in the fin height direction. The cross-sectional shape of the connecting portion in the longitudinal direction of the fin can be, for example, an arc shape. In this case, when brazing with the jacket, the contact portion between the connecting portion and the brazing material tends to be linear. Therefore, it is possible to suppress the generation of voids at the joint portion after brazing as compared with the case where the connecting portion and the brazing material are in contact with each other in a planar manner. As a result, the heat conduction from the jacket to the corrugated fin can be further improved, and thus the cooling performance can be further improved.
また、接続部は、各平板部のフィン高さ方向における端部に連なる湾曲部と、湾曲部同士を接続する頂面部とを有しており、頂面部は、フィン高さ方向における外側に平坦面を有していてもよい。即ち、フィン長手方向における接続部の断面形状は、頂面部が平坦な弧状を呈していてもよい。この場合には、フィン長手方向における接続部の断面形状が矩形を呈する場合に比べて、ジャケットとのろう付を行う際に、頂面部とろう材との当接部分の面積を狭くすることができる。そのため、接続部の断面形状が矩形を呈する場合に比べて、ろう付後の接合部におけるボイドの発生を抑制することができる。その結果、ジャケットからコルゲートフィンへの熱伝導をより向上させ、ひいては冷却性能をより向上させることができる。 Further, the connecting portion has a curved portion connected to the end portion of each flat plate portion in the fin height direction and a top surface portion connecting the curved portions to each other, and the top surface portion is flat outward in the fin height direction. It may have a face. That is, the cross-sectional shape of the connecting portion in the longitudinal direction of the fin may have an arc shape with a flat top surface portion. In this case, the area of the contact portion between the top surface portion and the brazing material can be narrowed when brazing with the jacket, as compared with the case where the cross-sectional shape of the connecting portion in the longitudinal direction of the fin is rectangular. it can. Therefore, the generation of voids at the joint portion after brazing can be suppressed as compared with the case where the cross-sectional shape of the connection portion is rectangular. As a result, the heat conduction from the jacket to the corrugated fin can be further improved, and thus the cooling performance can be further improved.
コルゲートフィンを構成するアルミニウム板材としては、要求される強度や耐食性等に応じて、公知のアルミニウム板及びアルミニウム合金板を採用することができる。 As the aluminum plate material constituting the corrugated fin, a known aluminum plate or aluminum alloy plate can be adopted depending on the required strength, corrosion resistance, and the like.
アルミニウム板材の板厚は、0.4〜1.0mmとする。板厚が0.4mm未満の場合には、コルゲートフィンにおける熱伝導が悪化し、冷却性能の低下を招くおそれがある。一方、板厚が1.0mmを超える場合には、コルゲート加工の加工性が悪化し、コルゲートフィンの製造性の悪化を招くおそれがある。更に、この場合には、コルゲートフィンに含まれる平板部の個数が少なくなり、かえって冷却性能の低下を招くおそれもある。冷却性能を向上させる観点からは、アルミニウム板材の板厚を0.6〜0.9mmとすることが好ましい。 The plate thickness of the aluminum plate material is 0.4 to 1.0 mm. If the plate thickness is less than 0.4 mm, the heat conduction in the corrugated fins deteriorates, which may lead to a decrease in cooling performance. On the other hand, if the plate thickness exceeds 1.0 mm, the workability of corrugated processing deteriorates, which may lead to deterioration of the manufacturability of corrugated fins. Further, in this case, the number of flat plate portions included in the corrugated fin is reduced, which may lead to a decrease in cooling performance. From the viewpoint of improving the cooling performance, it is preferable that the thickness of the aluminum plate is 0.6 to 0.9 mm.
コルゲートフィンのフィン長さ及びフィン幅は、熱交換器のジャケットの形状に応じて適宜設定することができる。一方、フィン高さは、5〜10mmとする。フィン高さが過度に高い場合には、冷却性能の悪化を招くおそれがある。また、フィン高さが過度に低い場合には、圧力損失の増大を招くおそれがある。フィン高さを上記特定の範囲とすることにより、これらの問題を容易に回避することができる。 The fin length and fin width of the corrugated fins can be appropriately set according to the shape of the jacket of the heat exchanger. On the other hand, the fin height is 5 to 10 mm. If the fin height is excessively high, the cooling performance may be deteriorated. Further, if the fin height is excessively low, the pressure loss may increase. By setting the fin height within the above-mentioned specific range, these problems can be easily avoided.
隣り合う平板部の間隔は、0.9〜1.0mmとすることが好ましい。この間隔が過度に狭くなると、隣り合う平板部の間に異物が詰まりやすくなる。また、この場合には、コルゲート加工の加工性が悪化し、コルゲートフィンの製造性の悪化を招くおそれがある。一方、隣り合う平板部の間隔が過度に広くなると、コルゲートフィンに含まれる平板部の個数が少なくなり、冷却性能の低下を招くおそれがある。隣り合う平板部の間隔を0.9〜1.0mmとすることにより、これらの問題を容易に回避することができる。 The distance between the adjacent flat plates is preferably 0.9 to 1.0 mm. If this interval becomes excessively narrow, foreign matter tends to be clogged between adjacent flat plates. Further, in this case, the processability of the corrugated process is deteriorated, which may lead to the deterioration of the manufacturability of the corrugated fin. On the other hand, if the distance between the adjacent flat plates is excessively wide, the number of flat plates contained in the corrugated fins is reduced, which may lead to deterioration of cooling performance. By setting the distance between the adjacent flat plates to 0.9 to 1.0 mm, these problems can be easily avoided.
各平板部には複数のスリットが形成されており、スリットの幅S[mm]と、隣り合う上記スリットの間隔L[mm]とが下記式(1)〜(4)の関係を満たしている。
0.5<S<5.0 ・・・(1)
L>1.0 ・・・(2)
S≦0.625L+0.125 ・・・(3)
S≦−0.28571L+7.5 ・・・(4)
A plurality of slits are formed in each flat plate portion, and the width S [mm] of the slits and the distance L [mm] of the adjacent slits satisfy the relationship of the following formulas (1) to (4). ..
0.5 <S <5.0 ... (1)
L> 1.0 ・ ・ ・ (2)
S ≦ 0.625L + 0.125 ・ ・ ・ (3)
S ≦ -0.88571L + 7.5 ・ ・ ・ (4)
スリットの幅Sは、0.5mm超え5.0mm未満とする。スリットの幅Sが5.0mm以上の場合には、圧力損失の増大を招くおそれがある。 The width S of the slit is more than 0.5 mm and less than 5.0 mm. If the width S of the slit is 5.0 mm or more, the pressure loss may increase.
一方、スリットの幅Sが0.5mm以下の場合には、平板部にスリットを形成することが難しい。また、この場合には、コルゲートフィンとジャケットとのろう付の際にろうがスリット内に充填される、あるいは冷却媒体を流通させた際に異物がスリットに詰まる等のトラブルにより、スリットの機能が損なわれるおそれがある。スリットの幅Sを0.5mmより大きくし、好ましくは0.9mmより大きくすることにより、これらの問題を回避することができる。 On the other hand, when the width S of the slit is 0.5 mm or less, it is difficult to form the slit in the flat plate portion. Further, in this case, the function of the slit may be caused by troubles such as the brazing being filled in the slit when the corrugated fin and the jacket are brazed, or foreign matter being clogged in the slit when the cooling medium is circulated. It may be damaged. These problems can be avoided by making the width S of the slit larger than 0.5 mm, preferably larger than 0.9 mm.
隣り合うスリットの間隔Lは、1.0mm超えとする。スリットの間隔Lが1.0mm以下の場合には、平板部にスリットを形成することが難しい。 The distance L between adjacent slits is 1.0 mm or more. When the slit spacing L is 1.0 mm or less, it is difficult to form slits in the flat plate portion.
また、スリットの幅Sとスリットの間隔Lとの関係は、上記式(3)及び式(4)を満たしている。両者の関係が上記式(3)を満たさない場合には、圧力損失の過度の増大を招く。また、両者の関係が上記式(4)を満たさない場合には、冷却性能が不十分となる。 Further, the relationship between the slit width S and the slit spacing L satisfies the above equations (3) and (4). If the relationship between the two does not satisfy the above equation (3), the pressure loss will be excessively increased. Further, if the relationship between the two does not satisfy the above equation (4), the cooling performance becomes insufficient.
このように、上記コルゲートフィンは、スリットの幅S[mm]と、隣り合う上記スリットの間隔L[mm]とが上記式(1)〜(4)の関係を全て満たしていることにより、圧力損失の増大を許容できる範囲内に抑制しつつ、従来よりも格段に高い冷却性能を実現することができるのである。そして、これらの関係式は、コルゲートフィンの寸法に関する多数のパラメータの中から、スリットの幅S[mm]と、隣り合う上記スリットの間隔L[mm]という2つのパラメータが冷却性能及び圧力損失に大きく影響することが本発明者らにより見出された結果、得ることができたものである。 As described above, the corrugated fin has a pressure because the slit width S [mm] and the adjacent slit spacing L [mm] satisfy all the relationships of the above formulas (1) to (4). It is possible to achieve much higher cooling performance than before while suppressing the increase in loss within an acceptable range. In these relational expressions, two parameters, the slit width S [mm] and the adjacent slit spacing L [mm], are the cooling performance and pressure loss from among many parameters related to the dimensions of the corrugated fin. As a result of finding that it has a great influence by the present inventors, it was possible to obtain it.
上述した作用効果を得るためには、コルゲートフィンに設けられた全てのスリットが上記式(1)〜(4)を満たしていればよい。例えば、上記式(1)〜(4)を満たす範囲内において、全てのスリットの幅を同一としてもよいし、一部のスリットの幅が他のスリットとは異なっていてもよい。 In order to obtain the above-mentioned effects, it is sufficient that all the slits provided in the corrugated fin satisfy the above formulas (1) to (4). For example, within the range satisfying the above formulas (1) to (4), the widths of all the slits may be the same, or the widths of some slits may be different from those of other slits.
コルゲートフィンの冷却性能をより向上させる観点からは、少なくとも一部の上記スリットにおける、上記スリットの幅S[mm]と、隣り合う上記スリットの間隔L[mm]との関係が、さらに下記式(5)の関係を満足することが好ましい。
S≦−0.015L2+0.5253L−1.5511 ・・・(5)
From the viewpoint of further improving the cooling performance of the corrugated fins, the relationship between the width S [mm] of the slits and the distance L [mm] of the adjacent slits in at least some of the slits is further expressed by the following equation ( It is preferable to satisfy the relationship of 5).
S ≦ −0.015L 2 + 0.5253L −1.5511 ・ ・ ・ (5)
コルゲートフィンの冷却性能をさらに向上させる観点からは、全ての上記スリットにおける、上記スリットの幅S[mm]と、隣り合う上記スリットの間隔L[mm]との関係が、上記式(5)の関係を満足することがさらに好ましい。 From the viewpoint of further improving the cooling performance of the corrugated fins, the relationship between the width S [mm] of the slits and the distance L [mm] of the adjacent slits in all the slits is determined by the above formula (5). It is even more preferable to satisfy the relationship.
また、上記式(1)〜(4)を満たす範囲内において、全てのスリットを等間隔に配置してもよいし、一部のスリットの間隔が他のスリットの間隔とは異なっていてもよい。 Further, all the slits may be arranged at equal intervals within the range satisfying the above equations (1) to (4), or the intervals of some slits may be different from the intervals of other slits. ..
例えば、上記コルゲートフィンは、フィン長手方向における一端に配置された上流部と、フィン長手方向における他端に配置され、上記上流部に連なる下流部とを有しており、上記上流部における隣り合う上記スリットの間隔が上記下流部よりも広くなっていてもよい。この場合には、スリットの間隔が比較的広い上流部において、圧力損失の増大を抑制することができる。また、スリットの間隔が比較的狭い下流部において、スリットにより冷却媒体の流れを乱し、冷却媒体とコルゲートフィンとの熱交換を促進することができる。これらの結果、圧力損失の増大を抑制しつつ、下流部における冷却性能を向上させることができる。 For example, the corrugated fin has an upstream portion arranged at one end in the fin longitudinal direction and a downstream portion arranged at the other end in the fin longitudinal direction and connected to the upstream portion, and is adjacent to each other in the upstream portion. The distance between the slits may be wider than that of the downstream portion. In this case, it is possible to suppress an increase in pressure loss in the upstream portion where the slit spacing is relatively wide. Further, in the downstream portion where the distance between the slits is relatively narrow, the slits can disturb the flow of the cooling medium and promote heat exchange between the cooling medium and the corrugated fins. As a result, it is possible to improve the cooling performance in the downstream portion while suppressing the increase in pressure loss.
上記コルゲートフィンをジャケット内に収容することにより、熱交換器を構成することができる。ジャケットとしては、熱交換器用として公知のジャケットを採用することができる。上記コルゲートフィンを有する熱交換器は、種々の用途に用いることができ、特に、電力変換装置用として好適に用いることができる。 A heat exchanger can be configured by accommodating the corrugated fin in the jacket. As the jacket, a jacket known for heat exchangers can be adopted. The heat exchanger having the corrugated fins can be used for various purposes, and can be particularly preferably used for a power conversion device.
上記コルゲートフィンの実施例について、図を用いて説明する。なお、本発明に係るコルゲートフィンの態様は、実施例の態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。 Examples of the corrugated fins will be described with reference to the drawings. The mode of the corrugated fin according to the present invention is not limited to the mode of the embodiment, and the configuration can be appropriately changed as long as the gist of the present invention is not impaired.
(実施例1)
本例は、スリット4が等間隔に配置されたコルゲートフィン1の例である。本例のコルゲートフィン1は、アルミニウム板材から構成されており、図1に示すように、フィン高さ方向に立設された平板部2と、平板部2におけるフィン高さ方向の端部に接続された接続部3とが交互に連なっている。アルミニウム板材の板厚は0.4〜1.0mmである。平板部2は、フィン高さ方向に伸びる複数のスリット21を有している。また、コルゲートフィン1は、図2に示すように、スリット21の幅をS[mm]とし、各平板部2における、隣り合うスリット21の間隔をL[mm]としたときに、下記式(1)〜(4)の関係を満足している。
(Example 1)
This example is an example of
0.5<S<5.0 ・・・(1)
L>1.0 ・・・(2)
S≦0.625L+0.125 ・・・(3)
S≦−0.28571L+7.5 ・・・(4)
0.5 <S <5.0 ... (1)
L> 1.0 ・ ・ ・ (2)
S ≦ 0.625L + 0.125 ・ ・ ・ (3)
S ≦ -0.88571L + 7.5 ・ ・ ・ (4)
図1及び図2に示すように、本例のコルゲートフィン1は、等間隔に配置された複数のスリット21を有している。また、本例においては、スリット21が、平板部2と、平板部2に連なる一対の接続部3(3a、3b)のうち一方の接続部3bとの全体に亘って形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
フィン長手方向における接続部3の断面形状は弧状である。
The cross-sectional shape of the connecting
本例においては、アルミニウム板材の板厚を0.6mm、隣り合う平板部2の間隔を0.9mm、フィン高さを6mmとし、スリット21の幅S及び隣り合うスリット21の間隔Lを表1に示すように種々変更したコルゲートフィン(試験体A1〜A28)を実際に製造し、製造性の評価を行った。その結果、製造可能である場合には、表1中の「製造性」の欄に記号「A」を記載し、製造できなかった場合には記号「B」を記載した。
In this example, the thickness of the aluminum plate is 0.6 mm, the distance between the adjacent
また、これらのコルゲートフィンのうち製造可能であったものについて熱流体解析を行い、冷却性能及び圧力損失を評価した。熱流体解析は、以下の方法により行った。まず、互いに対向する一対の壁部に冷媒導排口を備えた箱状のジャケットと、フィン長手方向の端面と冷媒導排口を備えた壁部とが対面するようにしてジャケット内に収容されたコルゲートフィンとを有する構造モデルを作成した。次いで、このジャケットにおける、接続部に当接する外壁の外表面に1000Wの発熱体を配置した。そして、上流側の冷媒導排口からジャケット内に冷却媒体を流入させ、定常状態におけるジャケットの最高温度Tmax[℃]と、圧力損失ΔP[kPa]とを算出した。なお、冷却媒体は60℃のLLC(Long Life Coolant)とし、流量は10L/minとした。 In addition, thermo-fluid analysis was performed on those corrugated fins that could be manufactured, and the cooling performance and pressure loss were evaluated. The thermo-fluid analysis was performed by the following method. First, a box-shaped jacket having a pair of wall portions facing each other and having a refrigerant inlet / outlet port and a wall portion having a fin longitudinal end surface and a refrigerant inlet / outlet port facing each other are housed in the jacket. A structural model with corrugated fins was created. Next, a 1000 W heating element was placed on the outer surface of the outer wall of the jacket in contact with the connecting portion. Then, the cooling medium was made to flow into the jacket from the refrigerant inlet / outlet on the upstream side, and the maximum temperature Tmax [° C.] of the jacket in the steady state and the pressure loss ΔP [kPa] were calculated. The cooling medium was LLC (Long Life Coolant) at 60 ° C., and the flow rate was 10 L / min.
冷却性能の指標としては、下記式(6)により算出される熱抵抗Rth[K/W]の値を使用した。また、圧力損失ΔP[kPa]は、上流側の冷媒導排口における冷却媒体の圧力と、下流側の冷媒導排口における冷却媒体の圧力との差とした。これらの値は、表1に示す通りであった。
Rth=(Tmax−60)/1000 ・・・(6)
As an index of the cooling performance, the value of the thermal resistance Rth [K / W] calculated by the following formula (6) was used. Further, the pressure loss ΔP [kPa] was defined as the difference between the pressure of the cooling medium at the refrigerant inlet / outlet on the upstream side and the pressure of the cooling medium at the refrigerant inlet / outlet on the downstream side. These values were as shown in Table 1.
Rth = (Tmax-60) / 1000 ... (6)
また、スリットを有するコルゲートフィンとの比較のために、スリットを有しないコルゲートフィン(表1、試験体R)を用いた場合の熱抵抗Rth[K/W]及び圧力損失ΔP[kPa]を、上記と同様の方法により算出した。 Further, for comparison with corrugated fins having slits, the thermal resistance Rth [K / W] and pressure loss ΔP [kPa] when corrugated fins without slits (Table 1, Specimen R) are used. It was calculated by the same method as above.
これらの値に基づき、コルゲートフィンの性能の良否の判定を行った。冷却性能については、試験体Rを用いた場合の熱抵抗Rthの値に対する試験体A1〜A28の熱抵抗Rthの値の比率に基づいて判定を行った。試験体A1〜A28の熱抵抗Rthが試験体Rに対して0.9倍以下の場合には、表1中の「判定」欄に記号「A」を、0.9倍を超える場合には記号「B」を記載した。そして、冷却性能が十分に向上した記号「A」の場合を合格と判定した。 Based on these values, the quality of the corrugated fin performance was judged. The cooling performance was determined based on the ratio of the values of the thermal resistance Rth of the test bodies A1 to A28 to the value of the thermal resistance Rth when the test body R was used. When the thermal resistance Rth of the test bodies A1 to A28 is 0.9 times or less with respect to the test body R, the symbol "A" is displayed in the "judgment" column in Table 1, and when it exceeds 0.9 times, The symbol "B" is described. Then, the case of the symbol "A" in which the cooling performance was sufficiently improved was determined to be acceptable.
圧力損失については、試験体Rを用いた場合の圧力損失ΔPの値に対する試験体A1〜A28の圧力損失ΔPの比率に基づいて判定を行った。試験体A1〜A28の圧力損失ΔPが圧力損失ΔPに対して2倍以下の場合には表1中の「判定」欄に記号「A+」を、2倍超え3倍以下の場合には記号「A」を、3倍より大きい場合には記号「B」を記載した。そして、圧力損失の増加を十分に抑制できた記号「A+」及び記号「A」の場合を合格と判定した。 The pressure loss was determined based on the ratio of the pressure loss ΔP of the test bodies A1 to A28 to the value of the pressure loss ΔP when the test body R was used. When the pressure loss ΔP of the test bodies A1 to A28 is 2 times or less with respect to the pressure loss ΔP, the symbol “A +” is displayed in the “judgment” column in Table 1. When "A" is larger than 3 times, the symbol "B" is described. Then, the cases of the symbol "A +" and the symbol "A" that could sufficiently suppress the increase in the pressure loss were judged to be acceptable.
また、製造性、冷却性能及び圧力損失の評価結果に基づき、以下のようにして総合判定を行った。製造性が「A(製造可能)」、冷却性能が「A(合格)」、圧力損失が「A+(優れている)」の場合には、優れた性能及び十分な製造性を有すると判定し、「総合判定」の欄に記号「A+」を記載した。また、製造性が「A」、冷却性能が「A」、圧力損失が「A(合格)」の場合には、良好な性能及び十分な製造性を有すると判定し、「総合判定」の欄に記号「A」を記載した。製造性、冷却性能及び圧力損失のうち1項目以上が「B(製造不能または不合格)」の場合には、性能または製造性が劣っていると判定し、「総合判定」の欄に記号「B」を記載した。 In addition, based on the evaluation results of manufacturability, cooling performance and pressure loss, a comprehensive judgment was made as follows. When the manufacturability is "A (manufacturable)", the cooling performance is "A (pass)", and the pressure loss is "A + (excellent)", it is judged that the product has excellent performance and sufficient manufacturability. , The symbol "A +" is described in the "Comprehensive judgment" column. If the manufacturability is "A", the cooling performance is "A", and the pressure loss is "A (pass)", it is judged that the product has good performance and sufficient manufacturability, and the "Comprehensive judgment" column is used. The symbol "A" is described in. If one or more of the manufacturability, cooling performance and pressure loss is "B (unmanufacturable or rejected)", it is judged that the performance or manufacturability is inferior, and the symbol "Comprehensive judgment" is displayed. B ”is described.
また、図3に、表1の「総合判定」と、各試験体におけるスリットの幅S及びスリットの間隔Lとの関係をまとめたグラフを示す。図3の縦軸はスリットの幅S[mm]であり、横軸はスリットの間隔L[mm]である。また、グラフ中の記号「◎」は、総合判定が「A+」であった試験体を示している。同様に、記号「○」は総合判定が「A」であった試験体、記号「×」は総合判定が「B」であった試験体を示している。 Further, FIG. 3 shows a graph summarizing the relationship between the “comprehensive judgment” in Table 1 and the slit width S and the slit spacing L in each test piece. The vertical axis of FIG. 3 is the slit width S [mm], and the horizontal axis is the slit spacing L [mm]. Further, the symbol “⊚” in the graph indicates a test piece whose overall judgment was “A +”. Similarly, the symbol "○" indicates a test body having a comprehensive judgment of "A", and the symbol "x" indicates a test body having a comprehensive judgment of "B".
さらに、図3中には、下記式により表される直線L1〜L6を破線にて表示した。直線L1及びL2は上記式(1)の境界に対応する式である。また、直線L3〜L6は、それぞれ、上記式(2)〜(5)の境界に対応する式である。
L1:S=0.5
L2:S=5.0
L3:L=1.0
L4:S=0.625L+0.125
L5:S=−0.28571L+7.5
L6:S=−0.015L2+0.5253L−1.5511
Further, in FIG. 3, straight lines L1 to L6 represented by the following formula are indicated by broken lines. The straight lines L1 and L2 are equations corresponding to the boundary of the above equation (1). Further, the straight lines L3 to L6 are equations corresponding to the boundaries of the above equations (2) to (5), respectively.
L1: S = 0.5
L2: S = 5.0
L3: L = 1.0
L4: S = 0.625L + 0.125
L5: S = -0.88571L + 7.5
L6: S = -0.015L 2 + 0.5253L-1.5511
表1及び図3に示したように、スリットの幅Sとスリットの間隔Lとが上記式(1)〜(4)を満たしている試験体A8〜A11、A15〜A18、A21〜A22、A25〜A26は、製造性及び冷却性能に優れ、圧力損失の増大を十分に抑制することができた。また、これらの試験体の中でも、スリットの幅Sとスリットの間隔Lとが上記式(5)を満たしている試験体A10〜A11、A17〜A18は、これら以外の試験体に比べて圧力損失をより低減することができた。 As shown in Tables 1 and 3, test specimens A8 to A11, A15 to A18, A21 to A22, and A25 in which the slit width S and the slit spacing L satisfy the above formulas (1) to (4). ~ A26 was excellent in manufacturability and cooling performance, and could sufficiently suppress an increase in pressure loss. Further, among these test bodies, the test bodies A10 to A11 and A17 to A18 in which the slit width S and the slit spacing L satisfy the above formula (5) have a pressure loss as compared with the test bodies other than these. Was able to be further reduced.
一方、スリットの幅Sを0.5mm未満にしようとした試験体A1〜A6、及び、スリットの間隔Lを1.0mm未満にしようとした試験体A7、A13については、狙いの寸法のスリットを形成することができなかった。そのため、コルゲートフィンを作製することができなかった。
上記式(3)を満たさない試験体A14、A20、A24及びスリットの幅Sが5.0mmを超える試験体A28は、圧力損失が過度に増大したため、熱交換器に用いることが難しい。
上記式(4)を満たさない試験体A12、A19、A23及びA27は、冷却性能の向上が不十分であった。
On the other hand, for the test bodies A1 to A6 in which the slit width S is to be less than 0.5 mm, and the test bodies A7 and A13 in which the slit spacing L is to be less than 1.0 mm, slits having the target dimensions are provided. Could not be formed. Therefore, it was not possible to produce corrugated fins.
The test bodies A14, A20, A24 that do not satisfy the above formula (3) and the test body A28 having a slit width S of more than 5.0 mm are difficult to use in a heat exchanger because the pressure loss is excessively increased.
The test bodies A12, A19, A23 and A27 that did not satisfy the above formula (4) had insufficient improvement in cooling performance.
(実施例2)
本例は、一部のスリット21の間隔L1が他のスリット21の間隔L2とは異なっているコルゲートフィン102の例である。図4に示すように、本例のコルゲートフィン102は、フィン長手方向における一端に配置された上流部11と、フィン長手方向における他端に配置され、上流部11に連なる下流部12とを有している。上流部11における隣り合うスリットの間隔L1[mm]は、下流部12における隣り合うスリットの間隔L2[mm]よりも広い。
(Example 2)
This example is an example of a
その他は実施例1と同様である。なお、図4において用いた符号のうち、既出の実施例において用いた符号と同一のものは、特に説明のない限り、既出の実施例における構成要素等と同様の構成要素等を表す。 Others are the same as in Example 1. In addition, among the symbols used in FIG. 4, the same symbols as those used in the above-mentioned Examples represent the same components and the like as those in the above-mentioned Examples unless otherwise specified.
本例においては、表2に示すようにスリットの幅S[mm]及びスリットの間隔L1、L2[mm]を変更したコルゲートフィン(試験体B1〜B3)を実際に作製し、製造性の評価を行った。また、これらの試験体について、実施例1と同様の方法により、冷却性能及び圧力損失の評価を行った。これらの評価結果は、表2に示した通りであった。 In this example, as shown in Table 2, corrugated fins (test bodies B1 to B3) in which the slit width S [mm] and the slit intervals L1 and L2 [mm] are changed are actually produced to evaluate the manufacturability. Was done. In addition, the cooling performance and pressure loss of these test specimens were evaluated by the same method as in Example 1. The results of these evaluations are as shown in Table 2.
表2に示したように、本例の試験体B1〜B3においては、全てのスリットが上記式(1)〜(4)の関係を満足している。そのため、試験体B1〜B3は、優れた製造性及び冷却性能を示した。さらに、これらの試験体における少なくとも一部のスリットが上記式(5)の関係を満足しているため、圧力損失の増大を抑制する効果が高かった。 As shown in Table 2, in the test bodies B1 to B3 of this example, all the slits satisfy the relationship of the above formulas (1) to (4). Therefore, the test bodies B1 to B3 showed excellent manufacturability and cooling performance. Further, since at least a part of the slits in these test specimens satisfies the relationship of the above formula (5), the effect of suppressing the increase in pressure loss was high.
(実施例3)
本例は、接続部303の形状を変更したコルゲートフィン103の例である。図5に示すように、本例のコルゲートフィン103は、各平板部2のフィン高さ方向における端部22に連なる湾曲部31と、湾曲部31同士を接続する頂面部32とを備えた接続部303を有している。頂面部32は、フィン高さ方向における外側に平坦面321を有している。即ち、本例の接続部303は、フィン長手方向の断面において、頂面部32が平坦な弧状を呈していている。その他は実施例1と同様である。本例のように、接続部303の頂面部32が平坦に形成されている場合にも、実施例1と同様の作用効果を奏することができる。
(Example 3)
This example is an example of the
1、102、103 コルゲートフィン
2 平板部
21 スリット
3、303 接続部
S スリットの幅
L、L1、L2 隣り合うスリットの間隔
1, 102, 103
Claims (6)
上記コルゲートフィンのフィン高さは5〜10mmであり、
上記コルゲートフィンは、上記平板部と、該平板部に連なる一対の接続部のうち一方の接続部との全体にわたって設けられた複数のスリットを有しており、
上記スリットは、フィン幅方向から観た平面視において長方形状を呈しており、
上記アルミニウム板材の板厚は0.4〜1.0mmであり、
上記スリットの幅をS[mm]とし、上記各平板部における、隣り合う上記スリットの間隔をL[mm]としたときに、下記式(1)〜(4)の関係を満足する、コルゲートフィン。
0.5<S<5.0 ・・・(1)
L>1.0 ・・・(2)
S≦0.625L+0.125 ・・・(3)
S≦−0.28571L+7.5 ・・・(4) A corrugated fin made of an aluminum plate, in which a flat plate portion erected in the fin height direction and a connecting portion connected to an end portion in the fin height direction of the flat plate portion are alternately connected.
The fin height of the corrugated fin is 5 to 10 mm.
The corrugated fin has a plurality of slits provided over the entire flat plate portion and one of the connecting portions of the pair of connecting portions connected to the flat plate portion.
The slit has a rectangular shape when viewed from the fin width direction.
The thickness of the aluminum plate is 0.4 to 1.0 mm.
The width of the upper Symbol slit and S [mm], in the above flat plate portion, the distance between the adjacent said slit is taken as L [mm], satisfies the following relationship formula (1) to (4), corrugated fin.
0.5 <S <5.0 ... (1)
L> 1.0 ・ ・ ・ (2)
S ≦ 0.625L + 0.125 ・ ・ ・ (3)
S ≦ -0.88571L + 7.5 ・ ・ ・ (4)
S≦−0.015L2+0.5253L−1.5511 ・・・(5) The first aspect of the present invention, wherein the relationship between the width S [mm] of the slits and the distance L [mm] of the adjacent slits in at least a part of the slits further satisfies the relationship of the following formula (5). Corrugated fins.
S ≦ −0.015L 2 + 0.5253L −1.5511 ・ ・ ・ (5)
該コルゲートフィンを収容するジャケットとを有する、熱交換器。 The corrugated fin according to any one of claims 1 to 5 ,
A heat exchanger having a jacket that houses the corrugated fins.
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