JPH0796994B2 - フィン付熱交換器 - Google Patents

フィン付熱交換器

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JPH0796994B2
JPH0796994B2 JP62161451A JP16145187A JPH0796994B2 JP H0796994 B2 JPH0796994 B2 JP H0796994B2 JP 62161451 A JP62161451 A JP 62161451A JP 16145187 A JP16145187 A JP 16145187A JP H0796994 B2 JPH0796994 B2 JP H0796994B2
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heat transfer
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transfer tubes
air flow
transfer tube
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繁男 青山
真嗣 藤本
八郎 小間
博由 田中
尚夫 楠原
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F28F1/325Fins with openings

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、空調,冷凍等に使用され、冷媒と空気等の流
体間で熱の授受を行う熱交換器に関するものである。
従来の技術 従来、この種の熱交換器は第3図に示したように、Uベ
ンドにより互いに接続された銅を材料とする伝熱管1と
アルミ等を材料とするフィン2よりなり、伝熱管1の内
部を流れる冷媒とフィン2間を流れる空気3が熱交換を
行う構成をしていた。このような熱交換器は近年、小
型,高性能化が要求されているが、騒音等の観点からフ
ィン間の空気流速は低く抑えられているため、管内側の
熱抵抗に比して、空気側の熱抵抗は高い。そこで、現在
は空気側の伝熱面積を拡大することで管内側の熱抵抗と
の差を減少させるように工夫している。しかしながら、
伝熱面積を拡大することには物理的な限界が存在すると
ともに、経済性,省スペース性等の点から問題もあり、
空気側の熱抵抗を低下させることが、このような熱交換
器において重要な課題である。
第2図は、このような熱交換器の従来例の平面図を示し
たものである。伝熱管4の内部にはフロン等の冷媒が循
環しており、その熱は伝熱管4からフィンカラー5へ伝
わり、フィン6及び、切り起し7へ伝わる。一方、気流
方向8からファン等により送られる空気はフィン6間を
通過するが、その際に、温度の異なったフィン6面と熱
の授受を行う。この作用によって冷媒と空気の熱交換が
連続的に行われる。
発明が解決しようとする問題点 前述の従来例は、フィン6に切り起こし7を有するスリ
ットフィンと称せられるもので、フィン表面に加工のな
いフラットフィンと比較すると、表面の熱抵抗を40〜50
%低下させている。しかしながら、このように切り起こ
しを設けた場合、平行平板理論を適用すると層流の助走
区間の熱伝達率が非常に高く、現在のこのようなスリッ
トフィンの有するフィン表面の熱抵抗値より50%以上低
い熱抵抗値を実現するはずである。この理論値を達成で
き得ない理由としては、様々考えられるが、それらのう
ちで重要な理由として次のことがあげられる。
(1)切り起こし7を通過する空気流の通風抵抗が高
く、切り起こし7以外の部分を通過する空気量が増加す
るので切り起こし7での熱的性能が十分生かされない。
すなわち、フィン6に平行な面における流速分布は、第
4図に示すように、伝熱管4のまわりの流速が速く、切
り起こし7での境界層前縁効果が十分に生かされない。
(2)伝熱管4後流に生じる死水域が広く存在するた
め、伝熱に寄与する有効伝熱面積が減少する。
そこで、本発明は、前記の問題点を解決し、フィンの熱
抵抗を低下させ、小型かつ高性能なフィン熱交換器を提
案することを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、伝熱管の
気流方向の管ピッチより気流に直角方向の管ピッチを大
きくし、気流に直角方向の伝熱管間におけるフィン面に
切り起しを設けるとともに、かつ、気流方向に対して、
(2N−1)列目(N:正の整数)の伝熱管の下流側への投
影面が、その直後の2N列目の伝熱管とは部分的な重なり
を有するが、(2N+1)列目および2(N+1)列目の
伝熱管とは部分的な重なりを有さないようにするもので
ある。
作用 この技術的手段による作用は次のようになる。
(1)気流方向に対して、(2N−1)列目(N:正の整
数)の伝熱管の下流側への投影面が、その直後の2N列目
の伝熱管とは部分的な重なりを有するために、すなわ
ち、2N列目の伝熱管が(2N−1)列目の伝熱管に対して
わずかにずれて設置されているために、橋状またはルー
バー状の切り起こしを伝熱管の後流部へ入り込むように
設置でき、その結果、伝熱管近傍に部分的に空気流速の
高い部分が生ぜず、切り起こしへ十分な流量の空気を通
過させることができ、切り起こしによる境界層前縁効果
を十分に活かすことができる。すなわち、平行平板の助
走区間の理論的な熱伝達率に十分近い値を実現できる。
(2)(1)と同様に、気流方向に対して、(2N−1)
列目(N:正の整数)の伝熱管の下流側への投影面が、そ
の直後の2N列目の伝熱管とは部分的な重なりを有するた
めに、すなわち、2N列目の伝熱管が(2N−1)列目の伝
熱管に対してわずかずれて設置されているために、上流
側すなわち、(2N−1)列目の伝熱管の後流が、下流側
すなわち、2N列目の伝熱管により流動方向を2N列目の伝
熱管の死水域側へ、その流速は遅いが、誘引され、伝熱
管後流に生じる死水域が減少し、かつ、伝熱管による形
状抵抗も減少する。また、この現象は気流に直角方向の
伝熱管間におけるフィン面に切り起しを設けているた
め、より顕著になる。つまり、切り起こしは、気流方向
に開口した側辺部とフィンに接続される脚部を有する
が、この脚部を伝熱管後流部へ入り込むように設けられ
ているので、気流は死水域側へ流動するようになり、伝
熱管後流に生じる死水域が減少するのである。これは、
脚部を気流と傾斜させて仰角をもたせれば、より効果は
大きくなる。
(3)気流方向に対して、(2N−1)列目(N:正の整
数)の伝熱管の下流側への投影面が、その直後の2N列目
の伝熱管とは部分的な重なりを有し、かつ、(2N+1)
列目および2(N+1)列目の伝熱管とは部分的な重な
りを有さないため、すなわち、2N列目の伝熱管と(2N+
1)列目の伝熱管との間隔が大きいため、その間へ気流
が流動しやすくなり、伝熱管まわりの伝熱性能が向上す
る。かつ、気流上流側での切り起こし脚部から発生した
渦流が2N列目の伝熱管と(2N+1)列目の伝熱管との間
を通過して流れるため、気流下流側での切り起こしにお
ける境界層前縁効果を助長し、伝熱性能が向上する。ま
た、フィン方面に凝縮水が付着した場合においても、2N
列目の伝熱管と(2N+1)列目の伝熱管との間を通って
凝縮水が容易に落下し、熱交換性能が低下することがほ
とんどない。
実 施 例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
第1図は本発明の一実施例のフィン付熱交換器の平面
図、第2図は第1図のA−A断面図である。10は伝熱
管、11はフィン、12はフィンカラーであり、13は橋状の
切り起こしである。伝熱管10の内部には、冷媒が循環し
ており、その冷媒の有する熱は伝熱管10、フィンカラー
12、フィン11、及び切り起こし13へと順次伝えられる。
伝熱管10の気流方向14の管ピッチPrより気流に直角方向
の管ピッチPdを大きくし、気流に直角方向の伝熱管間に
おけるフィン11面に切り起し13をその脚部が気流方向14
に対して仰角を有するように設けるとともに、かつ、気
流方向14に対して1列目の伝熱管10aの下流側への投影
面15aが、その直後の2列目の伝熱管10bと約1/2だけ重
なりを有し、3列目の伝熱管10cの下流側への投影面15c
が、その直後の4列目の伝熱管10dと約1/2だけ重なりを
有するが、2列目の伝熱管10bの下流側への投影面15b
が、3列目及び4列目の伝熱管10c,10dとは部分的な重
なりを有さないように2列目の伝熱管10bの気流に直角
方向の管ピッチPdの1/2の中心線上に配置されている。
この場合、Pd>3D(D:フィンカラーの外径)とする。一
方、気流方向14から流動する気流は、フィン11間を通過
する際に、冷媒から伝えられた熱を空気の接する面を介
して間接的に熱の授受を行う。
次に、この一実施例の構成における作用を説明する。
(1)気流方向14に対して1列目の伝熱管10a、およ
び、3列目の伝熱管10cの下流側への投影面15cが、その
後流にある2列目の伝熱管10b、および、4列目の伝熱
管10dとは部分的な重なりを有するように配置されてい
るため、すなわち、2列目の伝熱管10b、および、4列
目の伝熱管10dが1列目の伝熱管10a、および、3列目の
伝熱管10cに対してわずかにずれて設置されているため
に、橋状切り起こし13を伝熱管10a,10cの後流部へ入り
込むように設置でき、その結果、伝熱管10近傍に部分的
に空気流速の高い部分が生ぜず、切り起こし13へ十分な
流量の空気を通過させることができ、切り起こし13によ
る境界層前縁効果を十分に活かすことができる。すなわ
ち、平行平板の助走区間の理論的な熱伝達率に十分近い
値を実現できる。
(2)(1)と同様に、気流方向14に対して1列目の伝
熱管10a、および、3列目の伝熱管10cの下流側への投影
面15cが、その後流にある2列目の伝熱管10b、および、
4列目の伝熱管10dとは部分的な重なりを有するように
配置されているため、すなわち、2列目の伝熱管10b、
および、4列目の伝熱管10dが1列目の伝熱管10a、およ
び、3列目の伝熱管10cに対してわずかにずれて設置さ
れているために、上流側すなわち、1列目および3列目
の伝熱管10a,10cの後流が、下流側すなわち、2列目お
よび4列目の伝熱管10b,10dにより流動方向を2列目お
よび4列目の伝熱管10b,10dの死水域側へ、その流速は
遅いが、誘引され、伝熱管10a,10cの死水域が減少し、
かつ、伝熱管による形状抵抗も減少する。また、この現
象は気流に直角方向の伝熱管10間におけるフィン11面上
に切り起し13を設けているため、より顕著になる。つま
り、切り起こし13は、気流方向14に開口した側辺部とフ
ィン11に接続される脚部を有するが、この脚部を伝熱管
10後流部へ入り込むように設けられているので、気流は
死水域側へ流動するようになり、伝熱管10後流に生じる
死水域が減少するのである。これは、脚部を気流と傾斜
させて仰角をもたせれば、より効果は大きくなる。
(3)気流方向14に対して、1,3列目の伝熱管10a,10cの
投影面15a,15cが、その直後の2,4列目の伝熱管10b,10d
とは部分的な重なりを有し、かつ、2列目の伝熱管10b
と3列目の伝熱管10cは部分的な重なりを有さないた
め、すなわち、2列目の伝熱管10bと3列目の伝熱管10d
との間隔が大きいため、その間へ気流が流動しやすくな
り、伝熱管10まわりの伝熱性能が向上する。かつ、気流
上流側での切り起こし脚部15から発生した渦流が2列目
の伝熱管10bと3列目の伝熱管10cとの間を通過して流れ
るため、気流下流側での切り起こし13における境界層前
縁効果を助長し、伝熱性能が向上する。また、フィン11
表面に凝縮水が付着した場合においても、2列目の伝熱
管10bと3列目の伝熱管10cとの間を通って凝縮水が容易
に落下し、熱交換性能が低下することがほとんどない。
以上の点より、フィンの熱抵抗を全体的に著しく低下さ
せることができる。
発明の効果 以上のように本発明は、一定間隔で平行に並べられ、そ
の間を気流が流動するフィンと、このフィンに直角に挿
通され、内部を流体が流動する伝熱管とから構成され、
伝熱管の気流方向の管ピッチより気流に直角方向の管ピ
ッチを大きくし、気流に直角方向の伝熱管間におけるフ
ィン面に切り起しを設けるとともに、かつ、気流方向に
対して、(2N−1)列目(N:正の整数)の伝熱管の下流
側への投影面が、その直後の2N列目の伝熱管とは部分的
な重なりを有するが、(2N+1)列目および2(N+
1)列目の伝熱管とは部分的な重なりを有さないフィン
付熱交換器であるから、次のような効果を有する。
(1)気流に直角方向の伝熱管間の流速分布が均一化さ
れて、切り起こし部への通過風量が低下せず、切り起こ
しによる境界層前縁効果によって、フィン表面熱伝達率
が大幅に向上する。
(2)(2N−1)列目の伝熱管の後流が、2N列目の伝熱
管により流動方向を2N列目の伝熱管の死水域側へ誘引さ
れるため、伝熱管後流に生じる死水域が減少し、有効な
伝熱面積が増加するとともに、伝熱管による形状抵抗も
減少する。
(3)2N列目の伝熱管と(2N+1)列目の伝熱管との間
隔が大きいため、その間へ気流が流動しやすくなり、伝
熱管まわりの伝熱性能が向上する。かつ、気流上流側で
の切り起こし脚部から発生した渦流が2N列目の伝熱管と
(2N+1)列目の伝熱管との間を通過して流れるため、
気流下流側での切り起こしにおける境界層前縁効果を助
長し、伝熱性能が向上する。また、フィン表面に凝縮水
が付着した場合においても、2N列目の伝熱管と(2N+
1)列目の伝熱管との間を通って凝縮水が容易に落下
し、熱交換性能が低下することがほとんどない。
以上のような効果により、伝熱性能が著しく向上し、小
型かつ、高性能なフィン付熱交換器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるフィン付熱交換器の平
面図、第2図は同A−A断面図、第3図は従来例を示す
フィン付熱交換器の斜視図、第4図は同平面図である。 10,10a,10b,10c,10d……伝熱管、11……フィン、13……
切り起こし、14……気流方向、15a,15b,15c……投影
面。
フロントページの続き (72)発明者 小間 八郎 大阪府東大阪市高井田本通3丁目22番地 松下冷機株式会社内 (72)発明者 田中 博由 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 楠原 尚夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−243292(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一定間隔で平行に並べられ、その間を気流
    が流動するフィンと、このフィンに直角に挿通され、内
    部を流体が流動する伝熱管とから構成され、前記伝熱管
    の気流方向の管ピッチより気流に直角方向の管ピッチを
    大きくし、気流に直角方向の伝熱管間におけるフィン面
    に切り起しを設けるとともに、かつ、気流方向に対し
    て、(2N−1)列目(N:正の整数)の伝熱管の下流側へ
    の投影面が、その直後の2N列目の伝熱管とは部分的な重
    なりを有するが、(2N+1)列目および、2(N+1)
    列目の伝熱管とは部分的な重なりを有さないフィン付熱
    交換器。
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