JPH0577959B2 - - Google Patents
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はカーエアコン、パツケージエアコン、
ルームエアコンなどの空気調和機に適した熱交換
器に係る。 〔従来の技術〕 一般に空気調和機に用いられる熱交換機は、多
数のフインとこれに接する複数の伝熱管の組合せ
からなつており、伝熱管内を流通する冷媒と伝熱
管及びフイン表面に接触しながら多数のフイン間
を流通する空気との熱交換を効率良く行わせるた
め、フイン表面に切起しルーバを設けている。こ
の種従来のフインとしては、例えば特開昭57−
12296号公報に示される如く、ピツチPfを有した
フインに、フイン基線に対して一定の角度αだけ
傾斜したルーバを切り起したものが知られてい
る。 又、特開昭57−37696号公報には、フイン間を
流通する流体の流通方向に直交する任意数の切込
みを入れて細片を形成し、これらの細片を橋状に
起こして山形状に形成すると共に、その山形細片
の相隣る縁部の高さ位置を互いにずらして構成す
ること、各フインはその山形細片が流通方向とほ
ぼ直交するように形成されること、山形細片がフ
イン基板の上部に2個、下部に1個橋状に押し出
されたもので、全体的な山形細片の配置が段階状
になつていることが開示されている。 次に、特開昭52−85653号公報には、フイン1
の表裏面に、左右方向をなすとともに、前後幅の
小さな浮沈状の水平ルーバ2,3を、前後方向に
食い違わせて多数列設したラジエーター用コルゲ
ートフインが開示されている。 〔発明が解決しようとする課題〕 特開昭57−12296号公報に記載されたように構
成されたルーバは、電熱性能を向上させるためル
ーバ幅bを小さくすると最小ルーバ隙間δnioも小
さくなり、フイン表面に結露した水滴や、空気中
の塵埃等によりルーバ部が目詰まりを生じるため
伝熱性能が低下する。すなわち、実開昭60−
16887号公報に、この種のルーバ隙間はフイン表
面に結露水を生じる場合には、最小ルーバ隙間の
最適値は0.65〜0.81mmであることが開示されてい
るが、例えば特開昭57−12296号公報に開示され
ているように、ルーバの傾斜角αを25°、ルーバ
幅b=0.7〜1.2mmとした場合には最小ルーバ隙間
δnio≒0.2〜0.4mmとなり、水滴の目詰まりによる
性能低下をまぬがれない。 又、特開昭57−37696号公報の第22図から第
24図に示されるものは、形成のフインが傾斜さ
れて配置されているが、上部に2個配置されてい
るため、ルーバ隙間が小さいものである。 そこで、従来の欠点を改良するために、フイン
基線に対して交互にルーバを切り起し、ルーバの
最小隙間をフインピツチPfの略1/2とし水滴によ
るルーバの目詰りを防止する方法が実開昭60−
12088号公報に界磁されている。このようにルー
バを配置すると第17図に示すように、空気流れ
Aによりルーバ4,4a,4b上に形成される温
度境界層100が分断されずに発達し下流側ルー
バの伝熱性能が悪くなる。特にルーバ幅bを0.6
〜1.0mm程度まで小さくした場合には性能低下が
著しく、ルーバ幅を小さくすることによる熱伝熱
率の向上が困難となるという欠点があつた。 上記欠点を改良するため、第18図に示すよう
に、3個のルーバ5a,5b,5cを空気流Aの
流通方向に連続的に配設してルーバ群を形成し、
空気流れ方向にルーバ1個分だけ離れた位置にお
けるルーバを互いに空気流と直角方向に相対位置
寸法Sだけずらして構成する方法が特開昭57−
144892号公報に開示されている。このように構成
されたルーバは、第3ルーバ5cと残部フイン基
板16との間に形成されるルーバ隙間も小さくな
りこの最小ルーバ隙間δnioの寸法が小さいために
この部分に水滴や塵埃が目詰りし、空気流の流れ
が阻害されて伝熱性能が低下するとともに通風抵
抗が増大するという欠点がある。また最小ルーバ
隙間を大きくした場合には、気流の方向にルーバ
1個分離れた第1ルーバ5aと第3ルーバ5cと
の流れに直角方向に相対位置差及び第2ルーバ5
bと残部フイン基板16との相対位置差寸法Sが
小さくなりかつ流れ方向にルーバが1個おきにS
寸法だけずれてほぼ直線的に並ぶ。このためルー
バ状に形成された気流温度境界層の分断が不完全
となり、下流側ルーバへ次々と影響を及ぼしその
ため温度境界層100が下流方向に沿つて発達す
るので伝熱性能が低下するという欠点があつた。 特開昭57−37696号公報の第13図および第1
4図に記載のものも上記した特開昭57−144892号
公報のものと同様の構成であり、同様の欠点を有
するものである。 又、特開昭62−85653号公報に開示のフインは、
その第2図からも分かるように、ルーバを切り起
ひした後に残余基板部(フイン基線に対応)を挟
んでルーバを単に段階状に形成しており、上部に
1個、下部に1個の山形細片の高さはそれぞれフ
イン基線に対して同じ高さを有するものである。 このため、ルーバ隙間を大きく確保しようとす
ると、隣接したフイン面に形成されたルーバが接
近してしまい目詰まりを生じる問題や残余基板部
がルーバ1個分の間隔を置いて流れ方向の同一平
面状に一列に並んでしまい、伝熱面積の大半を占
めている残余基板部が順次上流側の温度境界層の
中に入つてしまい、熱伝熱率が低下する問題があ
る。 本発明はフイン表面に結露した水滴や空気中の
塵埃によるルーバの目詰まりを防ぎ、ルーバ状に
形成された温度境界層の下流側ルーバの影響を小
さくし、高い発熱性能をもつた熱交換器を得るこ
とを目的とするものである。 〔課題を解決するための手段〕 本発明の熱交換器は、上記目的を達成するため
に、複数のフインとこれに接する1個または複数
個の伝熱管を組合せ、該フインに切り込みを入れ
て、フイン基線をなす残余フイン基板を挟みフイ
ン基線に沿つて交互に反対側に橋状に切り起こし
たルーバを有する熱交換器において、前記ルーバ
が隣り合う残余フイン基板の間に4個以上偶数個
形成されるものであつて、前記フイン基板の一方
の側に形成されたルーバおよび他方の側に形成さ
れたルーバのそれぞれのフイン基線からの高さ
を、フイン基線に沿つて一定角度θだけ傾斜させ
るとともに前記残余フイン基板と隣接するルーバ
の高さがそれぞれ最大となるように配置したもの
である。 〔作用〕 本願発明の熱交換器は、上記のように構成して
いるので、空気の流れ方向に隣り合うルーバとル
ーバとの流路隙間が略一様で、しかもフイン残余
基板とルーバとの間に各々できる最小ルーバ隙間
の寸法もルーバ幅によらずに大きくとれる。 このように、フイン基線に対して一定の角度θ
だけ傾いた方向に沿つてルーバを一個おきに段階
状に配置しているので、ルーバ幅を小さくしても
ルーバ隙間は確保され、空気流も各ルーバにほぼ
均一に行きわたりルーバ状に生成する温度境界層
は、下流側に沿つて発達せずに分断されるため、
各ルーバの前線効果が最大限に発揮できる。 〔実施例〕 以下本発明の一実施例を第1図〜第3図を参照
して説明する。 第1図は本発明の一実施例によるカーエアコン
用熱交換器の要部斜視図、第2図は第1図の熱交
換器の全体を示す外観斜視図である。 本実施例の熱交換器は第2図に示すように、冷
間加工で屈曲させた扁平流体管31の間をジグザ
グに折り曲げ成形したコルゲートフイン1を挿入
し、高温炉で一体にろう付したのち、管内流体入
配管33と管内流体出口管34を接続して構成
し、扁平流体管31内を流れる冷媒と管外を流れ
る空気流Aとをコルゲートフイン1を介して熱交
換させるものである。 第1図において、5a,5b,5c,5dはフ
イン1にて形成された切起しルーバ(以下単にル
ーバという)である。1a,1b,1cはフイン
面にルーバ5を切り起した後に残る残余フイン基
板である。 第3図において、3はフイン基線を示し、10
a,10bはルーバ配列方向を示す直線である。 ルーバ5a,5b,5c,5d…は、フイン基
線に沿つて、フイン基線を挟むように互いに反対
側に交互に打出されて形成されており、隣り合う
残余基板1a,1bの略中点Bを基点として点対
称となるように切り出し高さを変え、かつ残余基
板を1個含み、流れに平行なフイン基線3に対し
てある一定角度θだけ傾いた直線10a,10b
に沿つて一個おきに階段状に形成されている。こ
こで、第3図に示すように、残余フイン基板1a
とこの残余フイン基板1aに隣接するルーバ5
a、残余フイン1cとこの残余フイン基板1cに
隣接するルーバ5dはそれぞれ切り出し高さが最
大になるよう設定されている。 本実施例は、上記のように構成としたので、空
気の流れ方向に隣り合うルーバとルーバとの流路
隙間が略一様で、しかもフイン残余基板1aとル
ーバ5aとの間及び1bと5dとの間に各々でき
る最小ルーバ隙間δnioの寸法もルーバ幅によらず
に大きくとれる。 空気が矢印Aの方向から、熱交換器に流入する
と、第3図に示すように、ルーバが直線10a,
10bに沿つて段階状に配置されているので空気
流101は、各ルーバ間を均等に分岐し全体とし
て真直に流れる。したがつて圧力損失は小さい。
ルーバ5上に形成される温度境界層100は各ル
ーバごとに断たれ、下流側ルーバへ直接影響しな
いので全てのルーバは有効に伝熱交用を行うこと
ができる。 このように、フイン基線に対して一定の角度θ
だけ傾いた方向に沿つてルーバを一個おきに段階
状に配置しているので、ルーバ幅を小さくしても
ルーバ隙間は確保され、空気流も各ルーバにほぼ
均一に行きわたりルーバ上に生成する温度境界層
は、下流側に沿つて発達せずに分断されるため、
各ルーバの前線効果が最大限に発揮できる。した
がつて、ルーバ幅を0.5〜1mm程度まで小さくす
ることが可能であり、従来の伝熱フインに比較し
て熱伝達率は大幅に向上する。 また、構造的にはルーバ5a,5c及び5b,
5dがフイン残余基板1a,1b,1c…を挟ん
で第4図に示すようにフイン1を支えるように両
側から対称に支持する構成となつているためろう
付時の座屈変形に対する強度が増す。したがつ
て、フイン基板の薄肉化が実現でき、熱交換器の
材料費が低減され安価な熱交換器を提供できると
ともに生産効果が向上する。 以上の実施例は、隣り合う残余フイン基板の間
に4個のルーバを切り起した場合(即ちルーバピ
ツチP=5×b)を示したが、ルーバの数をさら
に増しても本発明の効果が変わない。 ルーバ数を増した場合の一例を第5図、第6図
に示す。それぞれ、残余フイン基板間に切り起し
たルーバの数が6個(P=7×b)及び8個(P
=9×b)の場合のルーバ断面配列を示してい
る。 さらに、フイン基線に対してある一定の角度θ
だけ傾けたルーバ5の配列方向をルーバの1ピツ
チまたは複数ピツチごとに変えても本発明の効果
は変わない。 第7図は隣り合う残余フイン基板の間に6個の
ルーバを切り起した場合についてルーバピツチ1
個分ごとに傾きθの方向をジグザグに変えた場合
のルーバ断面配列を示している。 以上述べたように本発明のフインは、4個以上
偶数個のルーバをフイン基線を挟んで交互に高さ
を変えて連続して切り起し、フイン基線に対して
残余フイン基板を含み、ある一定角度θ傾けた方
向にルーバ1個おきに配列するとともに、残余フ
イン基板と隣接するルーバの高さがそれぞれ最大
となるように配置するところを特徴としたもので
あり、実用に即して設計事項として傾斜角θを選
定できるとともに、傾斜方向をルーバピツチPご
とに適宜変えても本発明の作用効果は変らない。
また残余フイン基板1a〜のフイン基線に沿つた
長さ及び形状については設計事項として選択でき
る。 次に、上記実施例のフインと、従来の第17図
(従来フインA)及び第18図(従来フインB)
との伝熱性能の比較を第8図及び第9図に示す。 性能比較実験は、サーミスタヒータを用いて熱
伝達率を測計する方法によつて行つた。実験に使
用したサーミスタヒータは、板厚が約1mmでルー
バ長さb=10mm、全幅150mmのものである。この
サーミスタヒータを流方向に11列並べて実機フイ
ンのフインピツチPf=2mm、ルーバ幅1.0mmに相
当する相似なルーバ群を構成した。1枚のフイン
基板から切り起したルーバに相当するサーミスタ
ヒータのみ通電加熱した。熱伝達率αは次式によ
つて求めた。 α=Q/△T・A …(1) Q=QH−Ql …(2) △T=Tai−TW …(3) ここで、Qは空気に伝わつた熱量W、QHはヒ
ータ発熱量W、Qlは熱損失W、Aはヒータと空気
流とが接触する伝熱面積(m2)、△Tはサーミス
タヒータの表面温度と入口空気との温度差(℃)、
TWはサーミスタヒータの表面温度(℃)、Taiは
入口空気温度(℃)である。このようにして測定
した熱伝達率から、実機フインの性能を求めるに
は周知のレイノルズ数Re及びヌツセルト数Nuを
用いた。 Re=vf・b/ν …(4) Nu=α・b/λ …(5) ここで、vfは主流の速度(m/s)、νは空気
の動粘性係数(m2/s)、λは空気の熱伝導率
(W/mK)である。 第8図は、ルーバ1個分へだてて下流側に位置
するルーバ相互の相対位置寸法Sを変えた場合の
熱伝達率の測定結果を比較して示す。従来フイン
Aを基準にした熱伝達率の比を示している。本実
施例のフインは、従来品に比べて伝熱性能が大幅
に向上するのがわかる。特に、相対ルーバ位置寸
法Sが0.4から0.2mmの間で従来フインBではSが
小さくなるに従つて大幅な性能低下が認められる
が本実施例のフインは性能の変化が小さい。さら
に、この違いを明確にするため同じデータを最小
ルーバ隙間δnio寸法についてプロツトと直し比較
したのが第9図である。カーエアコンに用いられ
る空気冷却器では空気中の水分がフイン表面に凝
縮し、水滴となつてルーバ上に成長するため、最
小ルーバ隙間はできるだけ大きい方が好ましい。
ところが、従来フインBでは最小ルーバ隙間δnio
を大きくすると、相対ルーバ位置寸法Sが小さく
なり、図示のように大幅な性能低下を生じる。こ
れに対し本実施例のフインは、従来フインBより
更にδnio寸法が大きい(0.7〜0.8mm)領域で熱伝
達率が大幅に向上している。したがつて、本実施
例によれば、フイン表面に結露した水滴やゴミに
よる目詰まりを防止し伝熱性能の高い熱交換器を
得ることができる。 以上の実施例は、フインピツチPf=2mm、ルー
バ幅b=1mm、板厚t=0.1mmについてのもので
あるが、実際に実施する場合には設計仕様によつ
てこれらの値は種々のものが用いられる。以下、
本実施例におけるルーバ配列の傾斜角θの選定に
ついて、水滴の付着など実際的な要因を考慮して
適性な範囲について述べる。 一様流中に平行に置かれた平板の下流に生じる
後流の排除厚さδ*(いわゆる死水域)について
の測定結果が文献(1)に公開されている。この排除
厚さδ*はルーバに生成し下流側にたなびいて下
流側ルーバに影響を及ぼす温度境界層に相当する
ものである。したがつて、本実施例における上流
側ルーバと下流側ルーバとの相対位置寸法Sは、
この排除厚さδ*よりも大きいことが望ましい。
本実施例について、S=δ*とし上記条件を満足
するルーバの配列傾斜角θの下限の値を求めると
第10図の如くなる。第10図において横軸は式
(4)で表わされるレイノズル数である。空調用熱交
換器として通常用いられるのは、b=1〜2mm、
vf=1〜5w/s,Re=100〜600であり、θの値
としては、5〜15°程度の小さな値で良い。 フイン基板から切り起されるルーバの切り起し
高さは、ルーバ立上り部のフイン材料の伸びの限
界から成形加工上、最大立上げ高さHnaxの寸法
が制限される。空調用熱交換器のフイン基板の配
置ピツチ(フインピツチ)Pfは通常1.5〜3mm程
度であり、Hnax≦Pf/2程度が好ましいとされ
ている。しかし、第11図に示すようにHnaxを
小さくするとルーバ最小隙間δnaiが δnio=Hnax−t …(6) ここで、tはルーバ板厚(m)である。 の関係により小さくなつてしまうので、フイン表
面に結露した水滴や、塵埃等によるルーバの目詰
りに弱くなつてしまう。 第12図及び第13図は、カーエアコン用蒸発
器について、水滴の付着状況の観察結果を示して
いる。観察は、管内に5℃の冷水を流し空気温度
25℃、相対湿度60%、前面風速vf=2m/sの条
件で行つた。 観察の結果以下のことが明らかになつた。 (1) フイン表面に結露した水滴50は、ルーバ切
り起しによつて生じる開口部40及び40′の
うち、ルーバ根元のY字形の切り込み部に吸い
寄せられ、さらに (2) フイン1と扁平管31との接合部に生じる楔
状空間部に集まり接合部に沿つて下方(図中矢
印D)に落下し排水される。 (3) この排水速度には限界があるため、運転中は
常時、ルーバ根元のY字形切り込み部に水滴5
0が保水され、特に最小ルーバ隙間δnioが小さ
い場合に多くなる。 (4) 隣り合うフイン基板から切り起したルーバに
よつて生じる開口部41,41′には殆んど水
滴が保水されない。 以上の観察結果から、水滴による目詰りを防ぐ
ためにできるだけ最小ルーバ隙間δnioを大きくす
べきであること即ち第11図において最大ルーバ
立上げ高さHnaxを大きくすべきことがわかつた。
さらに、Hnaxを大きくすると第11図から明ら
かなように隣り合うフイン基板から切り起したル
ーバ間の空間41も小さくなるがここでの保水は
殆んど生じない即ち目詰りを生じないことも明ら
かになつた。 最大立上げ高さHnaxを加工限界より Hnax=1/2Pf …(8) とした場合には第11図により明らかなように、
ルーバ5dとルーバ5d′が同一流線上に並んでし
まい、互いに上流側ルーバの後流の影響を受け伝
熱性能の低下を生じる。 したがつて、以上述べた検討結果より最大立上
げ高さHnaxは、第10図に示されている、ルー
バ1個分へだてたルーバ相互の相対位置Sを排除
厚さδ*より大きくするという条件を考慮した次
の値とするのが好ましい。 Hnax=Pf/2−b×tanθ …(9)
ルームエアコンなどの空気調和機に適した熱交換
器に係る。 〔従来の技術〕 一般に空気調和機に用いられる熱交換機は、多
数のフインとこれに接する複数の伝熱管の組合せ
からなつており、伝熱管内を流通する冷媒と伝熱
管及びフイン表面に接触しながら多数のフイン間
を流通する空気との熱交換を効率良く行わせるた
め、フイン表面に切起しルーバを設けている。こ
の種従来のフインとしては、例えば特開昭57−
12296号公報に示される如く、ピツチPfを有した
フインに、フイン基線に対して一定の角度αだけ
傾斜したルーバを切り起したものが知られてい
る。 又、特開昭57−37696号公報には、フイン間を
流通する流体の流通方向に直交する任意数の切込
みを入れて細片を形成し、これらの細片を橋状に
起こして山形状に形成すると共に、その山形細片
の相隣る縁部の高さ位置を互いにずらして構成す
ること、各フインはその山形細片が流通方向とほ
ぼ直交するように形成されること、山形細片がフ
イン基板の上部に2個、下部に1個橋状に押し出
されたもので、全体的な山形細片の配置が段階状
になつていることが開示されている。 次に、特開昭52−85653号公報には、フイン1
の表裏面に、左右方向をなすとともに、前後幅の
小さな浮沈状の水平ルーバ2,3を、前後方向に
食い違わせて多数列設したラジエーター用コルゲ
ートフインが開示されている。 〔発明が解決しようとする課題〕 特開昭57−12296号公報に記載されたように構
成されたルーバは、電熱性能を向上させるためル
ーバ幅bを小さくすると最小ルーバ隙間δnioも小
さくなり、フイン表面に結露した水滴や、空気中
の塵埃等によりルーバ部が目詰まりを生じるため
伝熱性能が低下する。すなわち、実開昭60−
16887号公報に、この種のルーバ隙間はフイン表
面に結露水を生じる場合には、最小ルーバ隙間の
最適値は0.65〜0.81mmであることが開示されてい
るが、例えば特開昭57−12296号公報に開示され
ているように、ルーバの傾斜角αを25°、ルーバ
幅b=0.7〜1.2mmとした場合には最小ルーバ隙間
δnio≒0.2〜0.4mmとなり、水滴の目詰まりによる
性能低下をまぬがれない。 又、特開昭57−37696号公報の第22図から第
24図に示されるものは、形成のフインが傾斜さ
れて配置されているが、上部に2個配置されてい
るため、ルーバ隙間が小さいものである。 そこで、従来の欠点を改良するために、フイン
基線に対して交互にルーバを切り起し、ルーバの
最小隙間をフインピツチPfの略1/2とし水滴によ
るルーバの目詰りを防止する方法が実開昭60−
12088号公報に界磁されている。このようにルー
バを配置すると第17図に示すように、空気流れ
Aによりルーバ4,4a,4b上に形成される温
度境界層100が分断されずに発達し下流側ルー
バの伝熱性能が悪くなる。特にルーバ幅bを0.6
〜1.0mm程度まで小さくした場合には性能低下が
著しく、ルーバ幅を小さくすることによる熱伝熱
率の向上が困難となるという欠点があつた。 上記欠点を改良するため、第18図に示すよう
に、3個のルーバ5a,5b,5cを空気流Aの
流通方向に連続的に配設してルーバ群を形成し、
空気流れ方向にルーバ1個分だけ離れた位置にお
けるルーバを互いに空気流と直角方向に相対位置
寸法Sだけずらして構成する方法が特開昭57−
144892号公報に開示されている。このように構成
されたルーバは、第3ルーバ5cと残部フイン基
板16との間に形成されるルーバ隙間も小さくな
りこの最小ルーバ隙間δnioの寸法が小さいために
この部分に水滴や塵埃が目詰りし、空気流の流れ
が阻害されて伝熱性能が低下するとともに通風抵
抗が増大するという欠点がある。また最小ルーバ
隙間を大きくした場合には、気流の方向にルーバ
1個分離れた第1ルーバ5aと第3ルーバ5cと
の流れに直角方向に相対位置差及び第2ルーバ5
bと残部フイン基板16との相対位置差寸法Sが
小さくなりかつ流れ方向にルーバが1個おきにS
寸法だけずれてほぼ直線的に並ぶ。このためルー
バ状に形成された気流温度境界層の分断が不完全
となり、下流側ルーバへ次々と影響を及ぼしその
ため温度境界層100が下流方向に沿つて発達す
るので伝熱性能が低下するという欠点があつた。 特開昭57−37696号公報の第13図および第1
4図に記載のものも上記した特開昭57−144892号
公報のものと同様の構成であり、同様の欠点を有
するものである。 又、特開昭62−85653号公報に開示のフインは、
その第2図からも分かるように、ルーバを切り起
ひした後に残余基板部(フイン基線に対応)を挟
んでルーバを単に段階状に形成しており、上部に
1個、下部に1個の山形細片の高さはそれぞれフ
イン基線に対して同じ高さを有するものである。 このため、ルーバ隙間を大きく確保しようとす
ると、隣接したフイン面に形成されたルーバが接
近してしまい目詰まりを生じる問題や残余基板部
がルーバ1個分の間隔を置いて流れ方向の同一平
面状に一列に並んでしまい、伝熱面積の大半を占
めている残余基板部が順次上流側の温度境界層の
中に入つてしまい、熱伝熱率が低下する問題があ
る。 本発明はフイン表面に結露した水滴や空気中の
塵埃によるルーバの目詰まりを防ぎ、ルーバ状に
形成された温度境界層の下流側ルーバの影響を小
さくし、高い発熱性能をもつた熱交換器を得るこ
とを目的とするものである。 〔課題を解決するための手段〕 本発明の熱交換器は、上記目的を達成するため
に、複数のフインとこれに接する1個または複数
個の伝熱管を組合せ、該フインに切り込みを入れ
て、フイン基線をなす残余フイン基板を挟みフイ
ン基線に沿つて交互に反対側に橋状に切り起こし
たルーバを有する熱交換器において、前記ルーバ
が隣り合う残余フイン基板の間に4個以上偶数個
形成されるものであつて、前記フイン基板の一方
の側に形成されたルーバおよび他方の側に形成さ
れたルーバのそれぞれのフイン基線からの高さ
を、フイン基線に沿つて一定角度θだけ傾斜させ
るとともに前記残余フイン基板と隣接するルーバ
の高さがそれぞれ最大となるように配置したもの
である。 〔作用〕 本願発明の熱交換器は、上記のように構成して
いるので、空気の流れ方向に隣り合うルーバとル
ーバとの流路隙間が略一様で、しかもフイン残余
基板とルーバとの間に各々できる最小ルーバ隙間
の寸法もルーバ幅によらずに大きくとれる。 このように、フイン基線に対して一定の角度θ
だけ傾いた方向に沿つてルーバを一個おきに段階
状に配置しているので、ルーバ幅を小さくしても
ルーバ隙間は確保され、空気流も各ルーバにほぼ
均一に行きわたりルーバ状に生成する温度境界層
は、下流側に沿つて発達せずに分断されるため、
各ルーバの前線効果が最大限に発揮できる。 〔実施例〕 以下本発明の一実施例を第1図〜第3図を参照
して説明する。 第1図は本発明の一実施例によるカーエアコン
用熱交換器の要部斜視図、第2図は第1図の熱交
換器の全体を示す外観斜視図である。 本実施例の熱交換器は第2図に示すように、冷
間加工で屈曲させた扁平流体管31の間をジグザ
グに折り曲げ成形したコルゲートフイン1を挿入
し、高温炉で一体にろう付したのち、管内流体入
配管33と管内流体出口管34を接続して構成
し、扁平流体管31内を流れる冷媒と管外を流れ
る空気流Aとをコルゲートフイン1を介して熱交
換させるものである。 第1図において、5a,5b,5c,5dはフ
イン1にて形成された切起しルーバ(以下単にル
ーバという)である。1a,1b,1cはフイン
面にルーバ5を切り起した後に残る残余フイン基
板である。 第3図において、3はフイン基線を示し、10
a,10bはルーバ配列方向を示す直線である。 ルーバ5a,5b,5c,5d…は、フイン基
線に沿つて、フイン基線を挟むように互いに反対
側に交互に打出されて形成されており、隣り合う
残余基板1a,1bの略中点Bを基点として点対
称となるように切り出し高さを変え、かつ残余基
板を1個含み、流れに平行なフイン基線3に対し
てある一定角度θだけ傾いた直線10a,10b
に沿つて一個おきに階段状に形成されている。こ
こで、第3図に示すように、残余フイン基板1a
とこの残余フイン基板1aに隣接するルーバ5
a、残余フイン1cとこの残余フイン基板1cに
隣接するルーバ5dはそれぞれ切り出し高さが最
大になるよう設定されている。 本実施例は、上記のように構成としたので、空
気の流れ方向に隣り合うルーバとルーバとの流路
隙間が略一様で、しかもフイン残余基板1aとル
ーバ5aとの間及び1bと5dとの間に各々でき
る最小ルーバ隙間δnioの寸法もルーバ幅によらず
に大きくとれる。 空気が矢印Aの方向から、熱交換器に流入する
と、第3図に示すように、ルーバが直線10a,
10bに沿つて段階状に配置されているので空気
流101は、各ルーバ間を均等に分岐し全体とし
て真直に流れる。したがつて圧力損失は小さい。
ルーバ5上に形成される温度境界層100は各ル
ーバごとに断たれ、下流側ルーバへ直接影響しな
いので全てのルーバは有効に伝熱交用を行うこと
ができる。 このように、フイン基線に対して一定の角度θ
だけ傾いた方向に沿つてルーバを一個おきに段階
状に配置しているので、ルーバ幅を小さくしても
ルーバ隙間は確保され、空気流も各ルーバにほぼ
均一に行きわたりルーバ上に生成する温度境界層
は、下流側に沿つて発達せずに分断されるため、
各ルーバの前線効果が最大限に発揮できる。した
がつて、ルーバ幅を0.5〜1mm程度まで小さくす
ることが可能であり、従来の伝熱フインに比較し
て熱伝達率は大幅に向上する。 また、構造的にはルーバ5a,5c及び5b,
5dがフイン残余基板1a,1b,1c…を挟ん
で第4図に示すようにフイン1を支えるように両
側から対称に支持する構成となつているためろう
付時の座屈変形に対する強度が増す。したがつ
て、フイン基板の薄肉化が実現でき、熱交換器の
材料費が低減され安価な熱交換器を提供できると
ともに生産効果が向上する。 以上の実施例は、隣り合う残余フイン基板の間
に4個のルーバを切り起した場合(即ちルーバピ
ツチP=5×b)を示したが、ルーバの数をさら
に増しても本発明の効果が変わない。 ルーバ数を増した場合の一例を第5図、第6図
に示す。それぞれ、残余フイン基板間に切り起し
たルーバの数が6個(P=7×b)及び8個(P
=9×b)の場合のルーバ断面配列を示してい
る。 さらに、フイン基線に対してある一定の角度θ
だけ傾けたルーバ5の配列方向をルーバの1ピツ
チまたは複数ピツチごとに変えても本発明の効果
は変わない。 第7図は隣り合う残余フイン基板の間に6個の
ルーバを切り起した場合についてルーバピツチ1
個分ごとに傾きθの方向をジグザグに変えた場合
のルーバ断面配列を示している。 以上述べたように本発明のフインは、4個以上
偶数個のルーバをフイン基線を挟んで交互に高さ
を変えて連続して切り起し、フイン基線に対して
残余フイン基板を含み、ある一定角度θ傾けた方
向にルーバ1個おきに配列するとともに、残余フ
イン基板と隣接するルーバの高さがそれぞれ最大
となるように配置するところを特徴としたもので
あり、実用に即して設計事項として傾斜角θを選
定できるとともに、傾斜方向をルーバピツチPご
とに適宜変えても本発明の作用効果は変らない。
また残余フイン基板1a〜のフイン基線に沿つた
長さ及び形状については設計事項として選択でき
る。 次に、上記実施例のフインと、従来の第17図
(従来フインA)及び第18図(従来フインB)
との伝熱性能の比較を第8図及び第9図に示す。 性能比較実験は、サーミスタヒータを用いて熱
伝達率を測計する方法によつて行つた。実験に使
用したサーミスタヒータは、板厚が約1mmでルー
バ長さb=10mm、全幅150mmのものである。この
サーミスタヒータを流方向に11列並べて実機フイ
ンのフインピツチPf=2mm、ルーバ幅1.0mmに相
当する相似なルーバ群を構成した。1枚のフイン
基板から切り起したルーバに相当するサーミスタ
ヒータのみ通電加熱した。熱伝達率αは次式によ
つて求めた。 α=Q/△T・A …(1) Q=QH−Ql …(2) △T=Tai−TW …(3) ここで、Qは空気に伝わつた熱量W、QHはヒ
ータ発熱量W、Qlは熱損失W、Aはヒータと空気
流とが接触する伝熱面積(m2)、△Tはサーミス
タヒータの表面温度と入口空気との温度差(℃)、
TWはサーミスタヒータの表面温度(℃)、Taiは
入口空気温度(℃)である。このようにして測定
した熱伝達率から、実機フインの性能を求めるに
は周知のレイノルズ数Re及びヌツセルト数Nuを
用いた。 Re=vf・b/ν …(4) Nu=α・b/λ …(5) ここで、vfは主流の速度(m/s)、νは空気
の動粘性係数(m2/s)、λは空気の熱伝導率
(W/mK)である。 第8図は、ルーバ1個分へだてて下流側に位置
するルーバ相互の相対位置寸法Sを変えた場合の
熱伝達率の測定結果を比較して示す。従来フイン
Aを基準にした熱伝達率の比を示している。本実
施例のフインは、従来品に比べて伝熱性能が大幅
に向上するのがわかる。特に、相対ルーバ位置寸
法Sが0.4から0.2mmの間で従来フインBではSが
小さくなるに従つて大幅な性能低下が認められる
が本実施例のフインは性能の変化が小さい。さら
に、この違いを明確にするため同じデータを最小
ルーバ隙間δnio寸法についてプロツトと直し比較
したのが第9図である。カーエアコンに用いられ
る空気冷却器では空気中の水分がフイン表面に凝
縮し、水滴となつてルーバ上に成長するため、最
小ルーバ隙間はできるだけ大きい方が好ましい。
ところが、従来フインBでは最小ルーバ隙間δnio
を大きくすると、相対ルーバ位置寸法Sが小さく
なり、図示のように大幅な性能低下を生じる。こ
れに対し本実施例のフインは、従来フインBより
更にδnio寸法が大きい(0.7〜0.8mm)領域で熱伝
達率が大幅に向上している。したがつて、本実施
例によれば、フイン表面に結露した水滴やゴミに
よる目詰まりを防止し伝熱性能の高い熱交換器を
得ることができる。 以上の実施例は、フインピツチPf=2mm、ルー
バ幅b=1mm、板厚t=0.1mmについてのもので
あるが、実際に実施する場合には設計仕様によつ
てこれらの値は種々のものが用いられる。以下、
本実施例におけるルーバ配列の傾斜角θの選定に
ついて、水滴の付着など実際的な要因を考慮して
適性な範囲について述べる。 一様流中に平行に置かれた平板の下流に生じる
後流の排除厚さδ*(いわゆる死水域)について
の測定結果が文献(1)に公開されている。この排除
厚さδ*はルーバに生成し下流側にたなびいて下
流側ルーバに影響を及ぼす温度境界層に相当する
ものである。したがつて、本実施例における上流
側ルーバと下流側ルーバとの相対位置寸法Sは、
この排除厚さδ*よりも大きいことが望ましい。
本実施例について、S=δ*とし上記条件を満足
するルーバの配列傾斜角θの下限の値を求めると
第10図の如くなる。第10図において横軸は式
(4)で表わされるレイノズル数である。空調用熱交
換器として通常用いられるのは、b=1〜2mm、
vf=1〜5w/s,Re=100〜600であり、θの値
としては、5〜15°程度の小さな値で良い。 フイン基板から切り起されるルーバの切り起し
高さは、ルーバ立上り部のフイン材料の伸びの限
界から成形加工上、最大立上げ高さHnaxの寸法
が制限される。空調用熱交換器のフイン基板の配
置ピツチ(フインピツチ)Pfは通常1.5〜3mm程
度であり、Hnax≦Pf/2程度が好ましいとされ
ている。しかし、第11図に示すようにHnaxを
小さくするとルーバ最小隙間δnaiが δnio=Hnax−t …(6) ここで、tはルーバ板厚(m)である。 の関係により小さくなつてしまうので、フイン表
面に結露した水滴や、塵埃等によるルーバの目詰
りに弱くなつてしまう。 第12図及び第13図は、カーエアコン用蒸発
器について、水滴の付着状況の観察結果を示して
いる。観察は、管内に5℃の冷水を流し空気温度
25℃、相対湿度60%、前面風速vf=2m/sの条
件で行つた。 観察の結果以下のことが明らかになつた。 (1) フイン表面に結露した水滴50は、ルーバ切
り起しによつて生じる開口部40及び40′の
うち、ルーバ根元のY字形の切り込み部に吸い
寄せられ、さらに (2) フイン1と扁平管31との接合部に生じる楔
状空間部に集まり接合部に沿つて下方(図中矢
印D)に落下し排水される。 (3) この排水速度には限界があるため、運転中は
常時、ルーバ根元のY字形切り込み部に水滴5
0が保水され、特に最小ルーバ隙間δnioが小さ
い場合に多くなる。 (4) 隣り合うフイン基板から切り起したルーバに
よつて生じる開口部41,41′には殆んど水
滴が保水されない。 以上の観察結果から、水滴による目詰りを防ぐ
ためにできるだけ最小ルーバ隙間δnioを大きくす
べきであること即ち第11図において最大ルーバ
立上げ高さHnaxを大きくすべきことがわかつた。
さらに、Hnaxを大きくすると第11図から明ら
かなように隣り合うフイン基板から切り起したル
ーバ間の空間41も小さくなるがここでの保水は
殆んど生じない即ち目詰りを生じないことも明ら
かになつた。 最大立上げ高さHnaxを加工限界より Hnax=1/2Pf …(8) とした場合には第11図により明らかなように、
ルーバ5dとルーバ5d′が同一流線上に並んでし
まい、互いに上流側ルーバの後流の影響を受け伝
熱性能の低下を生じる。 したがつて、以上述べた検討結果より最大立上
げ高さHnaxは、第10図に示されている、ルー
バ1個分へだてたルーバ相互の相対位置Sを排除
厚さδ*より大きくするという条件を考慮した次
の値とするのが好ましい。 Hnax=Pf/2−b×tanθ …(9)
以上説明したように、本発明によれば、フイン
基線を挟んで連続して4個以上偶数個のルーバを
切り起し、該ルーバを残余フイン基板を含んでフ
イン基線に対して一定角度θ傾けた方向に1個お
きに段階状にかつ残余フイン基板と隣接したルー
バの高さをそれぞれ最大となるように、配置した
ことにより、最小ルーバ隙間が大きくて水滴や塵
埃等によるルーバの目詰まりに強く、ルーバ上に
形成された温度境界層の下流側ルーバの影響を小
さくし、伝熱性能の高い熱交換器を得ることがで
きる。また、フイン基板を挟んでルーバを対称に
切り起した構成となつているためろう付時のフイ
ンの座屈強度が増し、生産性の良い熱交換器を得
ることができる。
基線を挟んで連続して4個以上偶数個のルーバを
切り起し、該ルーバを残余フイン基板を含んでフ
イン基線に対して一定角度θ傾けた方向に1個お
きに段階状にかつ残余フイン基板と隣接したルー
バの高さをそれぞれ最大となるように、配置した
ことにより、最小ルーバ隙間が大きくて水滴や塵
埃等によるルーバの目詰まりに強く、ルーバ上に
形成された温度境界層の下流側ルーバの影響を小
さくし、伝熱性能の高い熱交換器を得ることがで
きる。また、フイン基板を挟んでルーバを対称に
切り起した構成となつているためろう付時のフイ
ンの座屈強度が増し、生産性の良い熱交換器を得
ることができる。
第1図〜第4図は本発明の一実施例になる熱交
換器を示すもので、第1図はその要部斜視図、第
2図は全体外観斜視図、第3図は要部縦断面図及
び流れの状態を示す図である。第4図はフイン部
分を正面から見た図である。第5図、第6図及び
第7図は各々本発明の他の実施例に係るフインの
ルーバ部断面図、第8図及び第9図は本発明と従
来例の性能を比較する図である。第10図は本発
明のルーバ配列傾斜角θとレイノルズ数Reの関
係を示す図である。第11図は本発明の一実施例
に係る熱交換器のフイン最大立上げ高さHnaxを
説明する図、第12図、第13図は本発明の一実
施例に係る熱交換器の水滴付着状況を示す要部拡
大図、第14図は本発明の他の実施例に係る熱交
換器の斜視図、第15図は、第14図の縦断面
図、第16図は第15図のX−X断面図である。
第17図および第18図は各々従来の熱交換器の
フイン配列を示す縦断面図である。 1……フイン、1a,1b,1c……フイン残
余基板、5a,5b,5c……ルーバ。
換器を示すもので、第1図はその要部斜視図、第
2図は全体外観斜視図、第3図は要部縦断面図及
び流れの状態を示す図である。第4図はフイン部
分を正面から見た図である。第5図、第6図及び
第7図は各々本発明の他の実施例に係るフインの
ルーバ部断面図、第8図及び第9図は本発明と従
来例の性能を比較する図である。第10図は本発
明のルーバ配列傾斜角θとレイノルズ数Reの関
係を示す図である。第11図は本発明の一実施例
に係る熱交換器のフイン最大立上げ高さHnaxを
説明する図、第12図、第13図は本発明の一実
施例に係る熱交換器の水滴付着状況を示す要部拡
大図、第14図は本発明の他の実施例に係る熱交
換器の斜視図、第15図は、第14図の縦断面
図、第16図は第15図のX−X断面図である。
第17図および第18図は各々従来の熱交換器の
フイン配列を示す縦断面図である。 1……フイン、1a,1b,1c……フイン残
余基板、5a,5b,5c……ルーバ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 複数のフインとこれに接する1個または複数
個の伝熱管を組合せ、該フインに切り込みを入れ
て、フイン基線をなす残余フイン基板を挟みフイ
ン基線に沿つて交互に反対側に橋状に切り起こし
たルーバを有する熱交換器において、前記ルーバ
が隣り合う残余フイン基板の間に4個以上偶数個
形成されるものであつて、前記フイン基板の一方
の側に形成されたルーバおよび他方の側に形成さ
れたルーバのそれぞれのフイン基線からの高さ
を、フイン基線に沿つて一定角度θだけ傾斜させ
るとともに前記残余フイン基板と隣接するルーバ
の高さがそれぞれ最大となるように配置したこと
を特徴とする熱交換器。 2 前記角度θを5〜15°としたことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の熱交換器。 3 前記角度をθ、フインのピツチをPf、ルーバ
の幅をbとしたとき、ルーバの最大立ち上げ高さ
Hnaxが次の条件を満足することを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の熱交換器。 【化】 (Reはレイノルズ数)。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60195870A JPS6256786A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 熱交換器 |
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