JPH0481108B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フインチユーブ式熱交換器に係り、
ルームエアコン、パツケージエアコン用クロスフ
イン形熱交換器、自動車ラジエータ、コンデン
サ、エバポレータなどルーバコルゲート形熱交換
器等に適用するのに好適な、フイン面を加工した
フインチユーブ式熱交換器に関するものである。

〔従来の技術〕

まず、従来のフインチユーブ形熱交換器の一例
を第１１図および第１２図に示す。

第１１図は、従来のフインチユーブ形熱交換器
の斜視図、第１２図は、第１１図のＤ−Ｄ断面拡
大図である。

第１１図において、１Ａは、互いに間隔をおい
て平行に並べた多数のプレートフイン（以下フイ
ンという）、４Ａは、これらフイン１Ａを貫通す
る複数の伝熱管である。

フイン１Ａの面には、熱伝導率は向上させるた
めの切り起こし部２Ａが設けられている。この切
り起こし部２Ａとフイン基部３Ａとが、白い矢印
で示した空気流の方向５Ａに交互に並んでおり、
これをスリツトフインと呼んでいる。

第１２図は、第１１図のＤ−Ｄ断面の一部を模
型的に略示したもので、フインの切り起こし部２
Ａとフイン基部３Ａとが実線で示すように交互に
並んでいる。このため、空気流５Ａの上流側フイ
ンの温度境界線（図示せず）が、下流側フインを
おおつてしまい、下流側のフインの熱伝達率が低
下してしまうという欠点があつた。

この欠点を補うため、いつくかの工夫がなされ
ており、特開昭57−198994号公報に開示されてい
るものも、その一例である。

当該公報によれば、フイン基板を気流の流通方
向に対して傾斜して波形に屈曲させ、そのフイン
面上に抑え角を有するルーバを設けている。

このようなルーバの配置により、上流側温度境
界層が、直接下流側ルーバを覆うことを防止して
いる。

次に、第１３図は他の従来例に係るスーパース
リツトフインの断面図である。

切り起こしたフイン２Ｂを山形に曲げて空気流
５Ｂを乱すことと、流れに対しフイン２Ｂの位置
を変えることにより、空気流の混合、乱流化を促
進させ、温度境界層を壊す効果を与えている。

本発明に一見似ているように見える発明が、特
開昭58−142196号公報に開示されている。

第１４図は、当該公報に開示された従来のフイ
ンチユーブ式熱交換器のフインを示すもので、ａ
は平面図、ｂはａのＥ−Ｅ断面拡大図である。

図において、１Ｃは伝熱フイン、２Ｃは切込み
に設けた凹凸、４Ｃは伝熱管取付孔を示してい
る。

本例では、伝熱フイン１Ｃに複数の切込みを設
け、この切込間の伝熱フインを交互にフイン表面
に対して台形状の凹凸２Ｃに形成しているが、そ
の効果は、伝熱面積が増える分だけ熱が伝わりや
すくなるものである。

又、特開昭58−69396号公報には、熱交換板の
切り起こし部を立ち上げ時に延ばし、この切り起
こし部の上面部を上下に波形にするとともに横方
向にもゆるやかな波形となるように成形した熱交
換板が開示されている。

又、特開昭58−144892号公報には、第１〜第３
の３個のスリツトフインを空気流通方向に連続的
に配置してスリツトフイン群を形成し、第１スリ
ツトフインを残部のフインベースのピツチの略1/
２の高さの位置に、第２スリツトフインをフイン
ベースに対して第１スリツトフインとは反対方向
にかつフインベースのピツチの1/10〜1/4の高さ
の位置に、第３スリツトフインを第１スリツトフ
インの高さ位置より第２スリツトフインの高さだ
け位置にそれぞれ配置したクロスフインコイル式
熱交換器が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、特開昭57−198994号公報、第１３
図に示されるように温度境界層に対するいくつか
の工夫によつて熱伝達率は確実に上昇している。
しかし、それに伴い、通風抵抗の増加は避けられ
ない。抑え角を有するルーバも、第１３図の山形
の形状をした切り起こしフインも、流れに対して
ある程度の形状抵抗をもつているからである。

又、第１２図の例で述べたように、１枚おきに
同じ形状の凹凸が存在するので上流側フインの温
度境界層は、下流側フインを覆うようになつてい
る。

又、特開昭58−69396号公報に開示の熱交換板
は、切り起こし部の上面部に波形を設けただけの
ものであつて、波形の位置する熱交換板からの高
さは同じであり、隣接する波形が互いに多数交差
しており、水滴が多数の交差部に滞溜しやすいも
のであつた。

又、特開昭57−144892号公報に開示の熱交換板
は、隣接するフインは互いに平行に配置されてい
るものであり、水滴が滞溜しやすいものであつ
た。

本発明の目的は、前述の従来技術の問題点を解
決するためになされたもので、凝縮水によつて目
詰りをすることがなく、通風抵抗の増大を抑えつ
つ、上流側フインの温度境界層の影響が下流側フ
インに及ばないようにできる。高い熱伝達率を有
するフインチユーブ式熱交換器を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明のフインチユ
ーブ式熱交換器は、互いに間隔をおいて平行に並
べた多数のプレートフインと、これらプレートフ
インを貫通する伝熱管とを備え、前記プレートフ
インに、プレートフインの積層方向と空気の流れ
る方向の両方に直交する方向に多数の切り起こし
部を設けたフインチユーブ式熱交換器において、
前記切り起こし部とフイン基部とのいずれにも少
なくとも２種類以上の異なる形状の波形フインで
形成し、それぞれ隣接する切り起こし部、フイン
基部同志の波形フインが空気流の方向からみて重
なり合うことのないように配置し、かつ隣接する
波形フインが交差することがないよう配置したも
のである。

〔作用〕

波形フインが空気流の方向からみて重なり合う
ことのないように配置しているので、下流側の波
形フインは上流側の波形フインの温度境界層の外
側に位置するので、熱伝達率が向上する。又、隣
接する波形フインが交差することがないように配
置しているので、凝縮水によつてフイン全体が目
詰りすることがなく、通風抵抗の急激な増大を防
ぐことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第７図
および第１０図を参照して説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係るフイ
ンチユーブ式熱交換器に供せられるフインの斜視
図、第２図は、第１図のフインの平面図、第３，
４図は、第２図のＡ−Ａ矢視面でみた略示断面図
である。

第１図において、１はプレートフイン（以下フ
インという）の一部を示し、２は切り起こし部、
３は、この切り起こし部２に隣接する基体部分
で、フイン基部と名付ける。切り起こし部２、フ
イン基部３のいずれにも波形が形成されて波形フ
インを構成している。４は、複数の伝熱管を挿通
させる取付孔である。白い矢印５は空気流の方向
を示している。

フインチユーブ式熱交換器は、基本的には互い
に間隔をおいて平行に並べた多数のフインと、こ
れらフインを貫通する複数の伝熱管とで構成され
るが、第１図は、そのフインの１枚を取出してさ
らにその一部を示したものである。

第１図に示すように、切り起こし部２およびフ
イン基部３には、それぞれに異なつた波形が形成
されている。したがつて、流入する空気流５は、
上流側フインで温度境界層を生じるが、下流側フ
インはその温度境界層の中心から外れたところに
位置し常に高い熱伝達率を保持することができ
る。

このことをさらに詳しく第２図ないし第４図で
説明する。

第２図において、切り起こし部２とフイン基部
３にはそれぞれ番号が付けてあり、図の左側か
ら、２−１，３−１，２−２，３−２，２−３，
３−３，２−４の各波形フインが並んでいる。図
では波形の屈曲部を破線で示している。各波形フ
インをＡ−Ａ断面の方向から各個を見た略示図が
第３図である。２−１，３−１，２−２，３−２
の各波形フイン部はそれぞれ実線で示した異なる
波形に形成されている。波形フイン２−３，３−
３，２−４は、波形フイン２−１，３−１，２−
２と類似形状のものである。

これらを空気流５の方向から、重ね合わせて、
２−１，３−１，２−３，２−２の４つの波形フ
インを見とおすと第４図のようになる。第４図で
は２−１，３−１の波形フインを実線で示し、３
−１，３−２の波形フインを破線で示して、これ
ら波形形状の関係を見やすくしている。

第４図では、どの波形も全体が重なり合つてい
るものはない。したがつて、全く同じ波形で出て
いるのは、３つの波を隔てて、４つ目で始めて出
てくる。これを先に説明した第１２図の従来のス
リツトフインとくらべてみると、従来のスリツト
フインでは切り起こし部２Ａはフイン基部３Ａを
隔ててすぐに全く同じ位置に切り起こし部２Ａが
来てしまい隣り合うスリツトが空気流の方向から
みて重なり合つていることが明らかである。

本実施例のものは、切り起こし部２に少なくと
も２種類の波形フイン２−１，２−２を形成し、
フイン基部３にも少なくとも２種類の波形フイン
３−１，３−２を形成しているので、切り起こし
部２およびフイン基部３のそれぞれの隣接する波
形が、空気流５の方向からみて重なり合うことが
なく、波形が重なり合う位置を離すことができ
る。

したがつて、下流側の波形フインは上流側の波
形フインの温度境界層の外側に位置するので、熱
伝達率が向上する。波形の種類が多ければ多いほ
ど、波形が重なり合う位置を遠く隔てることがで
きる。

平板も波形の一種と考えれば、波形と平板とを
交互に設けても同様の効果を得ることができる。

また、フインに水滴が凝縮する場合には、隣り
合う切り起こし部が交差したり、接触したりする
と、その部分に水滴がたまり、通風抵抗の増大を
もたらす。そのため、隣接する波形フインはでき
るだけ間〓を広げ、交差したり、接触したりする
のを避けることが望ましい。第４図をみれば、そ
のような配慮がされているのがわかる。

さらに、このように通風抵抗が低いという特徴
を最大限に生かすためには、伝熱管の通風抵抗を
減らさなければならない。従来伝熱管には、第１
１図、第１２図の例のように円形管が使われてき
た。しかし、円形管に替えて楕円管あるいは扁平
管を用いると通風抵抗の低減は顕著となる。

次に、第５図ないし第７図を参照して楕円管を
用いた実施例を説明する。

第５図は、本発明の他の実施例に係るフインチ
ユーブ式熱交換器に供せられるフインの平面図、
第６，７図は、第５図のＢ−Ｂ矢視図でみた略示
断面図である。

第５図において、１１はプレートフイン、１２
は切り起こし部、１３はフイン基部で、切り起こ
し部１２、フイン基部１３のいずれにも波形が形
成されて波形フインを構成している。１４は、複
数の楕円管の伝熱管を挿通させる楕円孔である。

第５図において、切り起こし部１２とフイン基
部１３にはそれぞれ番号が付けてあり、図の左側
から、１２−１，１３−１，１２−２，１３−
２，１２−１，１３−１，１２−２の各波形フイ
ンが並んでいる。ここで波形の屈曲部は破線で示
している。これらの波形フインをＢ−Ｂ断面の方
向から各個を見たのが第６図あり、空気流５の方
向から、重ね合わせて、１２−１，１３−１，１
２−２，１３−２の４つの波形でフインを見とお
したのが第７図である。第７図では、１２−１，
１３−１の波形フインを実線で示し、１２−２，
１３−２の波形フインを破線で示して、これら波
形形状の関係を見やすくしている。

本例によれば、切り起こし部１２に少なくとも
２種類の波形フイン１２−１，１２−２を形成
し、フイン基部１３にも少なくとも２種類の波形
フイン１３−１，１３−２を形成しているので、
切り起こし部１２およびフイン基部１３のそれ備
れの隣接する波形が、空気流５の方向から見て重
なり合うことがなく、波形の重なり合う位置を離
すことができる。

したがつて、下流側の波形フインは上流側の波
形フインの温度境界層の外側に位置するので、熱
伝達率が向上する。

また、伝達管は、空気流５の方向に長径を有す
る楕円管としたもので、通風抵抗が円形管よりさ
らに低減する。

前述の第２図、第５図の各実施例のように、フ
インの切り起こし部とフイン基部とのいずれにも
波形を形成すると、平坦な場合に比べて伝熱面積
が増すのはもちろんであるが、それ以外に、隣り
合うフインとの間〓を部分的に大きくすることが
でき、それによつて、上流側フインの温度境界層
の外側に位置することができ、さらに、水滴によ
る目詰りを防止する効果が生じる。このことをさ
らに詳しく第８図ないし第１０図を参照して説明
する。

第８図は、従来のスリツトフインの切り起こし
部の配置図、第９図は、第８図のＣ−Ｃ矢視断面
図、第１０図は、本発明のさらに他の実施例に係
るフインチユーブ式熱交換器に供せられるフイン
の、第９図に対応する断面図である。

第８，９図において、２′は、切り起こし部に
係るスリツトフイン、３′はフイン基部で、切り
起こし部およびフイン基部には波形を設けていな
い。

通常使用されている空気調和機用のフインチユ
ーブ式熱交換器における多数のプレートフインの
間隔すなわちフインピツチｐは２mm、プレートフ
インの板厚は0.13mm程度である。この狭い間隔内
で、上流側フインと重ならないように３枚の平坦
なスリツトフイン２′を配列しようとすると、第
８図に示すように、隣り合うスリツトフインとの
間〓ｃは0.37mmとなつてしまう。この値は、上流
側フインの温度境界層厚さより小さく、下流側フ
インは、上流側フインの温度境界層内に含まれて
しまい、高い熱伝達率を得ることができない。さ
らに、フインに空気中の水蒸気が凝縮するような
状態で使用される熱交換器では、この狭い〓間全
体を凝縮水が満たしてしまい、空気が通過できな
くなり、非常に高い通風抵抗になつてしまうこと
が分かつている。水が付着する熱交換器では、隣
接するフインとの〓間を少なくとも1.6mm以上に
することが望ましい。

フイン切り起こし部と、フイン基部に波形をつ
けることは、部分的にではあるが、隣り合うフイ
ンとの〓間を大きくすることができるので、平坦
の場合より、高い熱伝達率が得られると同時に、
凝縮水によつてフイン全体が目詰りすることもな
く、通風抵抗の急激な増大を防ぐことができる。
そのためには、波形の寸法に対してある程度の大
きさが必要である。波形の山と谷との差が、フイ
ンピツチの半分（約１mm）を最大限度とし、フイ
ンに水が付着しない熱交換器では、上流側フイン
の温度境界層厚さ（約0.5mm）を最小限とする範
囲内に変化させることが望ましい。その一例を第
１０図に示す。

第１０図において、２２ａは切り起こし部の波
形フイン、２３はフイン基部、２３ａは、フイン
基部２３に形成した波形フインである。

ｐはフインピツチで２mm程度、ｄは、波形の山
と谷との差で、0.5〜1.0mmに形成されるものであ
る。

前述の各実施例によれば、上流側波形フインの
温度境界層の影響を下流側波形フインが受けない
ようにできるので、通風抵抗が小さく熱伝達率の
高い、高性能のフインチユーブ式熱交換器を提供
することができる。

隣接する波形フイン間の〓間を広げ、空気流方
向から見て、交差したり、接触したり、重なり合
わないようにすると、水滴の付着を防ぐことがで
き、通風抵抗の増大を防ぐことができる。

本発明のフインを、楕円管あるいは扁平管と組
み合わせて使用すると、通風抵抗の小さい特徴を
顕著に発揮することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、通風抵抗
の増大を抑えつつ、上流側フインの温度境界層の
影響が下流側フインに及ばないようにできる、高
い熱伝達率を有するフインチユーブ式熱交換器を
提供することができる。

又、凝縮水によつてフイン全体が目詰りするこ
とがなく、通風抵抗の急激な増大を防ぐことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るフインチユ
ーブ式熱交換器に供せられるフインの斜視図、第
２図は、第１図のフインの平面図、第３，４図
は、第２図のＡ−Ａ矢視図でみた略示断面図、第
５図は、本発明の他の実施例に係るフインチユー
ブ式熱交換器に供せられるフインの平面図、第
６，７図は、第５図のＢ−Ｂ矢視面でみた略示断
面図、第８図は、従来のスリツトフインの切り起
こし部の配置図、第９図は、第８図のＣ−Ｃ矢視
断面図、第１０図は、本発明のさらに他の実施例
に係るフインチユーブ式熱交換器に供せられるフ
インの、第９図に対応する断面図、第１１図は、
従来のクロスフイン形熱交換器の斜視図、第１２
図は、第１１図のＤ−Ｄ断面拡大図、第１３図
は、他の従来例に係るスーパスリツトフインの断
面図、第１４図はさらに他の従来のフインチユー
ブ式熱交換器のフインを示すもので、ａは平面
図、ｂはａのＥ−Ｅ断面拡大図である。 １，１１……プレートフイン、２，１２……切
り起こし部、３，１３，２３……フイン基部、２
−１，２−２，２−３，２−４，３−１，３−
２，１２−１，１２−２，１３−１，１３−２，
２２ａ，１３ａ……波形フイン、４……伝熱管取
付孔、１４……楕円孔、５……空気流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに間隔をおいて平行に並べた多数のプレ
   ートフインと、これらプレートフインを貫通する
   複数の伝熱管とを備え、前記プレートフインに、
   プレートフインの積層方向と空気の流れる方向の
   両方に直交する方向に多数の切り起こし部を設け
   たフインチユーブ式熱交換器において、前記切り
   起こし部とフイン基部とのいずれも少なくとも２
   種類以上の異なる形状の波形フインで形成し、そ
   れぞれ隣接する切り起こし部とフイン基部との波
   形フイン及び隣接する切り起こし部、フイン基部
   同志の波形フインが、空気流の方向からみて重な
   り合うことのないように配置しかつ隣接する波形
   フインが交差することがないように配置したこと
   を特徴とするフインチユーブ式熱交換器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   波形の山と谷の差がフインピツチの半分を最大限
   度とし、０の最小値となるように設定されている
   フインチユーブ式熱交換器。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   異なる形状の波形の山と谷との差は0.5〜1.0mmに
   形成したものであるフインチユーブ式熱交換器。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項記載のも
   ののいずれかにおいて、複数の伝熱管を、空気流
   の方向に長径を有する楕円管としたものであるフ
   インチユーブ式熱交換器。