JPH0145000B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空調・冷凍機器等に用いられるプレー
トフインチユーブ熱交換器に関する。

上記熱交換器は複数枚の並設されたフインに直
角に複数本の伝熱管を貫通し、拡管等の手段によ
つてフインと密着させている。上記伝熱管内には
冷温水・冷媒等の１次流体を流通させ、フイン間
には空気等の２次流体を流通させ、両流体間で熱
交換を行わせる。

この時フイン間を流れる空気流には、フインに
沿つて、流れの境界層が生じ、境界層内の温度勾
配は、きわめて大きい状態、言いかえれば、境界
層部分が大きな熱抵抗となつてくる。この境界層
は２次流体の流れ方向に従つて厚く発達し、その
ためフインの下流部分では著しく熱伝達が低下す
る。このようにプレートフインチユーブ熱交換器
では２次流体側（フイン側）の熱伝達率が低いこ
とが最も大きな問題である。このフイン側熱伝達
率を向上させるためには、上述の境界層の形成、
発達をさまたげることが有効であり、フイン面上
の加工形状に関する種々の改良が提案されてい
る。

これらの改良の提案は大きく２通りに分けられ
る。１つには、フイン面を折り曲げたり、フイン
面に凸部凹部等を形成することにより、フインを
積層した時に生ずる空気流路の拡大、縮小方向転
換等によつて、助走区間（前述の境界層の薄い部
分）の繰り返し効果をねらつたものがあり、波形
フイン、台形フインが代表的なものである。他の
１つはフイン面を流れ方向に分断することによ
り、境界層をコマ切れにし、境界層の厚い部分を
無くすという、いわゆる前縁効果を利用し、熱伝
達の向上を計るものである。

近年は主に後者が、比較的高熱伝達率が得られ
るために一般的になつている。

例えば、第１図、第２図に示す第１の従来例
は、管挿入口２を有する平板状のフイン基盤１に
管挿入口２の管段方向と直角に多数の切り込みを
入れ、この切り込み細片を押し上げて多数の橋状
の切り起し片（ストリツプ）３を形成し、フイン
基盤１を積層した時に、小さなストリツプ３の群
が、結果的に錯列配置されるように構成されたも
のである。

このように構成された熱交換器においては、小
さなストリツプが、空気流の境界層を分断し、そ
の形成、発達を妨げるため、フイン側の熱伝達率
は向上する。

ところが、ストリツプ３が流れ方向に平行な同
一平面上に多数存在し、互に近接しているため
に、上流側のストリツプ３によつて形成された境
界成層の影響を後流側のストリツプは受け、個々
のストリツプの前縁効果は十分に活用されず、ま
た小さいストリツプの集合でフインが構成されて
いるため、フインの強度上の問題が存在する。

他の例としては第６図、第７図に示す、実開昭
56−58184によつて開示されたものがある。この
図に示す第２の従来例は、ストリツプ３をフイン
基盤１面を軸として傾斜させたものである。この
従来例はフイン１枚で考えれば、従来例のような
問題は生じないが、実際に熱交換器として用いる
時のようにフインが数ミリピツチで積層された場
合、主流方向はストリツプの傾斜に沿つて屈曲す
るため、第７図に示す、ストリツプ３ａとストリ
ツプ３ｂの位置関係が、流れ方向に平行な同一平
面状に存在することになり、第１の従来例と同じ
ように、ストリツプ３の前縁効果は十分に活用さ
れない。またこの例に於ては、フインの積層ピツ
チを小さくすると、となり合わせたフインのスト
リツプ間隔がより小さくなり、ストリツプ３の前
縁効果が大部分失われてしまうため、フインの積
層ピツチに制約があるという問題もある。

このような欠点を改善するために、実公昭52−
35575に開示されているようなものが提案されて
いる。第３図、第４図に従来例の３として示すこ
の考案は、第１図、第２図に示した従来例１のス
トリツプ３をフイン基盤１に対して傾斜させ、ス
トリツプ３としたものであり、前記実公昭52−
35575明細書の説明では、「ストリツプを気流方向
に対して傾斜させて設けることにより、境界層の
発達方向とは異る位置にストリツプを並ばせると
ともに、気流に乱れを生じさせて熱伝達の向上を
計るようにした」とある。

この第３の従来例は、上記実公昭52−35575の
明細書中にも書かれているように、前縁効果を十
分に機能させるために、ストリツプ３をフイン基
盤１に対して傾斜させ、境界層の発達方向に他の
ストリツプが配置されることを無くすという考え
において考案されている。

しかしこの第３の従来例は主流の流れ方向に対
する配慮が欠落している。この点を流れ方を模式
的に示した第５図で説明する。この場合、空気流
の主流方向が、第７図に示した従来例２のように
傾斜ストリツプに沿つて素直に流れない。この点
は空気流の可視化実験によつて容易に観測でき
る。つまり第５図に示すように、平行ストリツプ
３ｃと傾斜ストリツプ３ｄが、交互に混在してい
るため、整然と傾斜ストリツプが配列された従来
例２の第７図のように主流がきれいにストリツプ
に沿つて流れず、第５図に示すように、傾斜スト
リツプ３ｄの後流部分に流れの剥離を生ずる。剥
離が生ずるということは、その部分のストリツプ
近傍の流速が殆ど０となるに等しいから、その部
分での熱伝達は非常に小さくなり、逆に風圧損失
が非常に増大してしまうのである。この従来例３
の明細書でも、この点は認めており、前出のよう
に「気流に乱れが生じ」としている。しかし、空
調機等のように層流領域で使う場合は、前出のよ
うに乱れ（実際は剥離）が生じては駄目なのであ
る。

他の従来例としては、実開昭56−144988に開示
されたものがあり第４の従来例として第８図、第
９図に示す。同様な考え方としては、特開昭55−
105194、特開昭57−1311995などがあり、これら
は大略同一なものと考えられる。

これら第４の従来例は、第３の従来例、第７図
の傾斜ストリツプ３の両端を屈折させ略〓状に形
成したものと見倣し得、前出の波形フイン、台形
フインを分断したものでもあると言える。第４の
従来例の目的とするところは、前述した第２の従
来例の欠点を改良しようとするものであることは
言うまでもない。しかしこの提案も、第９図に示
すように、隣設する〓状ストリツプ３の３ｅ，３
ｆに於て、前置ストリツプ３ｅによつて形成され
る境界成層速度等が、ストリツプ３ｆに影響を及
ぼし後流側のストリツプの前縁効果が十分に生か
されず、後述する実験によれば熱伝達率も、第２
の従来例にくらべて逆に低く、更には風圧損失が
増大し、送風動力の増大、騒音の増加を招来する
という欠点がある。

本発明は、以上のようなものの欠点を除去する
ためになされたもので、多数列積層させたプレー
トフイン、及びこのフインを貫通し密着保持して
いる伝熱管より構成され、伝熱管内の冷媒とフイ
ン間を通過する空気とが熱交換するプレートフイ
ンチユーブ型熱交換器において、フイン長手方向
に隣設する伝熱管のフイン部に、フイン間を通過
する空気の流れ方向に直交する方向に切起し細片
（ストリツプ）を設け、本切起し細片（ストリツ
プ）形状は中央部に山形形状を有する〓〓形に形
成し、かつ隣り合う切起し部の間に空気の流れに
平行に平板を設けたことを特徴とする熱交換器を
提供するものである。

以下本発明の一実施例を図において説明する。
第１０図は本発明の一実施例を示すプレートフイ
ンチユーブ熱交換器のフイン平面図で、フイン基
板１に複数の伝熱管挿入口２を設け、この挿入口
２の段方向の間に段方向とは直角に適宜長さの切
込を入れ、この切込を〓〓形に開起し、第１１図
に示すような断面形状に形成する。

第１１図について説明する。第１１図はフイン
２枚が積層した時の断面図である。前述のように
フイン断面は、フイン基板１である平板ストリツ
プと〓〓形の切り起しストリツプ３とそれに連な
るフイン基板１ｊとが流れ方向に配置されてい
る。

このように構成されたフインを積層した時、〓
〓状ストリツプ３は並設された他のフインの同部
分とで複数折れ曲りの波形流路を形成する。この
波形流路を通過する空気流は、方向転換を複数回
行なうために助走区間の繰り返し効果により、全
体の境界層が薄くなり熱伝達率は向上する。さら
に本発明によりストリツプ３は、凸部を有してい
る為、ストリツプ部での境界層の発達をさまたげ
るので、ストリツプ３自体の熱伝達率を向上する
ことになり、しいては、前記と合わせ全体の熱伝
達率は向上する。

さらに、本発明は、平板ストリツプ１ｊを加え
ることによつて性能を飛躍的に高めたものであ
り、〓〓状ストリツプ３は、平板ストリツプ１ｊ
の存在によつて両者の間の流れ方向の距離が長く
なるため、〓〓ストリツプ３の前縁に影響を与え
る境界成層は、第４の従来例と異なりほとんど消
滅し、空気の後流側の〓〓状ストリツプ３の前縁
効果は十分に生かされ、高熱伝達率を得ることが
できる。また第１１図から判明するように、フイ
ンを積層した場合でも、隣の並設フインのストリ
ツプとは、従来例の２とは異なり、互に境界層の
影響を与えて前縁効果を阻害することはない。こ
れも〓〓状ストリツプの中間に平板ストリツプを
入れ、並積されたフイン各々の〓〓状ストリツプ
の位置が離れた効果である。

本発明の凸部を有すストリツプの前縁は流れ方
向に対して全て錯列に配置されている。その上後
流側の各ストリツプは巧妙に境界層成長方向が同
一平面上にないように配慮されており、たとえ同
一平面状にあつても距離が離れており、前置スト
リツプの境界層が殆ど消滅し、影響しないように
なつている。かつ伝熱特性の低下や風圧損失増大
の因となる流れの剥離や乱れを生じるような無理
な構成とはなつていない。

このフインを積層して形成した本発明の熱交換
器は、前述の波形流路の伝熱特性向上に加え、各
ストリツプの前縁効果が十分に機能するため、熱
伝達率が諸従来例に比べ飛躍的に向上し、風圧損
失も減少するのである。第１２図は、実験によつ
て本発明の熱交換器と第８図第９図に示した第４
の従来例の性能比較図で、たて軸は平均熱伝達率
と風圧損失で、横軸はフイン側の前面風速であ
る。

第１２図によれば、本発明の上記実施例は、第
４の従来例にくらべ、平均表面熱伝達率で25％以
上大きく、30％程度風圧損失が小さい（前面風速
1m／２付近）ことが判り、本発明の実用上の大
きな価値がはつきりする。

第１３図は本発明の他の実施例を示し、前記実
施例が、〓状ストリツプを用いているのに対し、
この実施例では、第１３図に示すように波形の角
部を丸くし略〓状のストリツプ３を用いたもので
ある。他の構成は前記従来例と同一である。

本実施例も、前記実施例とほぼ同様の作用効果
を奏するが、ストリツプ３が滑らかに略〓状に形
成されているため、風圧損失が若干減少する。し
かし熱伝達率は多少低下する。

両実施例は、使用条件に応じ適宜選択すれば良
い。

また、公知ではあるが、本発明もフインに〓状
のストリツプを曲起しているので、フインの強度
も十分である。

以上述べたように本発明は、管段方向に直角に
隣接伝熱管の間のフイン部に多数の切り込みを入
れ、この切り込みの流れ方向の一つおきに凸部を
設けかつ〓〓状に曲起し、結果としてフイン切り
起し部の断面構造が、平板ストリツプ〓〓状スト
リツプが流れ方向に交互に配置されることによ
り、各ストリツプの境界層成長方向が同一平面上
にないようにし、前縁効果が十分に発輝され、流
れを滑らかに誘導するから風圧損失となり、か
つ、熱伝達率の非常に大きい熱交換器を提供する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の従来例のフイン平面図、第２図
は第１の従来例のフインの切り起し部分の断面
図、第３図は第３の従来例のフイン平面図、第４
図は第３のフインの切り起し部分の断面図、第５
図は第３の従来例の空気流相の模式図、第６図は
第２の従来例のフイン平面図、第７図は第２の従
来例のフインの切り起し部分の断面図、第８図は
第４の従来例のフイン平面図、第９図は第４の従
来例のフインの切り起し部分の断面図、第１０図
は本発明の一実施例の熱交換器のフインの平面
図、第１１図は本発明の一実施例の熱交換器のフ
インの切り起し部分の断面図、第１２図は従来例
と本発明熱交換器との特性比較図、第１３図は本
発明の熱交換器の他の実施例のフインの切り起し
部分の断面図である。 図中同一符号は同一又は相当部分を示し、１は
フイン基板、２は伝熱管挿入口、３は切り起しス
トリツプである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多数列積層させたプレートフイン、及びこの
   フインを貫通し密着保持している伝熱管より構成
   され、伝熱管内の冷媒とフイン間を通過する空気
   とが熱交換するプレートフインチユーブ型熱交換
   器において、フイン長手方向に隣設する伝熱管の
   間のフイン部に、フイン間を通過する空気の流れ
   方向に直交する方向に切起し細片（ストリツプ）
   を設け、切起し細片形状は中央部に山形部を設け
   た〓〓形に形成し、かつ隣り合う切起し部の間に
   空気の流れに平行に平板を設けたことを特徴とす
   る熱交換器。