JPS5888595A - 巻装フイン付熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２つの別の流体の間で熱エネルギーを伝達す
るための熱交換器に関し、特に、伝熱表面を拡大するた
めに伝熱管の周りに巻装されたフィンを有する巻装フィ
ン付熱交換器に関する。詳述すれば、本発明は、伝熱媒
体を熱交換器の外面を被うようにして吸引するためのフ
ァンの位置による伝熱媒体（流体）の流量の不均一が存
在するにも拘らず、管内を通る流体と管を被って流れる
伝熱流体との間の均一な熱伝達を促進するために熱交換
器を構成する巻装フィン付管の各ループ間の間隔を規定
することに関する。

アルミニウムまたはその他の伝熱材で管状ベース部材を
形成し、そのベース部材の周りにフィン材をつる巻状に
巻きつけることによって伝熱表面を製造することはすで
に知られている。

このフィン材は、断面Ｕ字形に形成し、そのＵ字形フィ
ンの基部をベース管の外表面に接触させてフィンを管の
周りに巻きつけることができる。フィンの基部と管の外
表面とを金属間接触させることにより管からフィンへの
熱伝達を増進させることができる。この拡大されたフィ
ン表面により、管内を流れる流体と管の外面を被って流
れる気体との間の熱伝達を増大させることができる。

この巻装フィン付管は、熱交換器ユニットおよびそれを
被って空気を循環させるファンに適応した特定の形状お
よび寸法に形成する。この種の熱交換器は多くの用途を
有しており、例えば空間システムのための冷凍回路を構
成するのに使用することができる。その場合、管内に冷
媒が通され、管の拡大された外周面を被って空気が流さ
れる。この用途の場合、熱交換器の外周面を被い、巻装
フィンに接触して流れる空気と、管を流れる冷媒との間
で熱エネルギーが伝達される。熱交換器は、それを被っ
て流れる適正な空気流関係な設定するようにいろいろな
形態に形成することができる。ファンは、通常、空気を
伝熱表面を被って吸引または圧送するための、空調二′
°ニットの一部として設置する。

熱交換ユニット内に使用することができる多くの熱交換
器形態の１つは、筒形である。その場合、長い連続した
管を筒形に巻回し、熱交換器として機能するようにする
ことができる。この熱交換器は、一般に、該筒形熱交換
器を支持するための底部受皿と、頂部カバーを備えた熱
交換ユニット内に設置される。熱交換ユニットには、空
気を流入させ、伝熱表面を横切って通流させるためのル
ーバー状の外側ケーシングが設けられる。通常、ファン
は、空気を熱交換器の円筒状側面を被うようにして吸引
し、空調ユニットから上方へ排出させるように熱交換器
の頂部に設置されている。

熱交換器から空気を＊ｙｒするためにファンが筒形熱交
換器の一端の近くに設電されている場合、熱交換器を通
る空気流が本均−になることが判明した。通常、熱交換
器の単位長さ当りの吸引空気の容積流量は、ファンから
遠い熱交換器の底部からファンに近い熱交換器の頂部へ
いくにしたがつ′て多くなる。このような空気流の不均
一は、熱交換器の性能を低下させる結果となる◇なぜな
ら、熱交換器の一部分を通る空気流量が少くなるからで
ある。

本発明は、熱交換器全体の伝熱効率を高めるようにする
ためには、熱交換器の筒形態に幾つかの改変を施すこと
が有効であるという着想に基くものである。熱交換器の
全長に亘って空気流なより均一にする１つ−の方法は、
熱交換器を構成する管の個々のループ間の間隔を異る大
きさとすることである。熱交換器の空気流量の高い領域
においてはそのループの間隔をより密にすれば、空気流
に対する抵抗が高くなるから、それだけ熱交換器の他端
の空気流量の低い領域を通して吸引される空気が多くな
り、熱伝遣量が均衡化される。更に、空気流量の高い領
域の管間隔をより密にすれば、熱交換器の単位長さ当り
の空気流の容積流量を均衡化することができる。熱交換
器の全長に亘って均一な熱伝達を促進するのに均衡化し
なければならないのは、各ループ当りの空気流の量であ
る。

熱交換器の各ループ当りの伝熱量を均一にするためにル
ープ間隔に差異を設けるための本発明の幾つかの実施例
を以下に説明する。１実施例においては、熱交換器の長
さ方向でみて管ループ間の間隔を異る大きさとした単列
管溜熱交換器とする。他の実施例においては、多重列管
型熱交換器とし、第１列の管ループ間の間隔は均一にし
、第２列の管ループ間の間隔は、所望の空気流パターン
に従って管ループ間の間隔を変化させる。あるいは、第
２列の管は、熱交換器の容積空気流量の多い領域にのみ
配設する。

本発明の１実施例においては、流体搬送管部分と、該管
部分内を流れる流体と管部分の外面を被って流れる気体
との間の熱伝達を促進するために管部分の周りに巻装し
たフィンとを有する単一の連続した巻装フィン付管によ
って構成した巻装フィン封管型熱交換器において、これ
を総体的に筒形に形成し、熱交換器の一端近くに設置し
たファンにより気体（通常、周囲空気）を熱交換器の管
の間を通して内方へ吸引するようにする。このファンに
よって＠す１される空気の量は、熱交換器の各部位の、
ファンからの距離に応じて異る。この空気量の差を補償
し、均一にするために、筒形熱交換器の、ファンに近い
上端部分、即ち、吸引される容積空気流量の高い領域に
おける第１群の管ループのループ間の間隔は、それらの
ループ間を通る空気の流れを抑制するように密にし、フ
ァンから遠い、容積空気流量の低い領域における第２群
の管ループのループ間の間隔は第１群のループのそれよ
り広くシ、空気の流れを容易にする。

別の実施例においては、多重外管型熱交換器の場合、１
つの列だけの管ループの間隔を変えるか、あるいは、第
２列の管ループを空気流の多い領域にだけ配設するよう
にすることができる。

以下に添付図を参照して本発明の詳細な説明する。

先に述べたように、ここでは本発明の原理に従っている
いろな態様で管ループの間隔を変化させた幾つかの特定
の実施例を示すが、本発明の教示に従って空気流を均一
にし、従って熱伝達を高めるためにループ間の間隔を他
のいろいろな態様で変化させることができることは当業
者には明らかであろう。また、ここでは、熱交換器の形
態は円筒形のものとして示されているが、ここでいう「
筒形」とは、正方形、Ｌ字形、同様な作動特性を有する
その他の形を含むものとする。

第１図を参照すると、円筒形の熱交換器１０を形成する
ために巻装フィン付の管１２をドラム２６の周りに巻回
しているところが示されている。管１２は、ヘッド５０
に取付けられた案内ホイール５８．５８の間を通して案
内され、ドラム２６の周面に沿って軸方向に適当な間隔
をおいて巻回され、熱交換器１０を形成する。ドラム２
６は、モータ２８により軸２９を介して回転せしめられ
、管１２をドラムの周りに個々のループ２０の形につる
巻状に巻回することによって熱交換器１０を形成する。

ドラムの周りに巻回される際の各ループ２０間の間隔は
、ヘッド５０によって制御する。ヘッド５０の位置は、
軸５６によってねじ付ロッド５２に連結したモータ５４
によって制御する。

即ち、モータ５４が軸５６を介してロッド５２を回転さ
せると、ヘッド５０が、ドラム２６の長手に平行に進め
られ、ドラムの周りに巻回される管を案内する。モータ
５４の回連速度を高めると、ドラム２６上の隣接するル
ープ２０間の間隔が大きくなる。従って、第１図に示さ
れるようなループ間隔を得るには、管がドラムに巻回さ
れるにつれてモータ５４の速度を徐々に高めていけばよ
い。第２列目の管をドラムの周りに巻回する場合は、単
に管を図示のループ列の上に重ねて巻回すればよい。

第２図には、例えば空調システムの屋外ユニット即ち凝
縮器として使用することができる熱交換ユニットが示さ
れている。通常、圧縮機８２を取付けたユニットのベー
スを底部受皿８４によって固定する。ユニットの頂部に
は、頂部吹出しグリル７２を備えた頂部カバー７８を取
付ける。ファンモータ７４は、吹出しグリ／Ｉ／７２に
担持させ、７アンモータにファン７６を取付ける。ファ
ンモータに７アン７６を取付ける。

７アン７６は、空気を熱交換器６０（の各管ループの関
）を通して熱交換ユニット内へ吸引し、該ユニットから
頂部吹出しグリル７０を通して排出させるようにしたプ
ロペラ溜７アンである。

ユニットの外側はルーバー状ケーシング８０によって囲
い、空気をユニット内へ流入させるためのルーバー（格
子状）開口が形成されるようにする。熱交換器６０は、
ルーバー状ナーシング８０に並置してユニットの円周に
装着する〇熱交換器６０は、第２図に示されるように、
外側管列６４と内側管列６２を有している。外側管列は
、熱交換器の全長に亘って配設しであるが、内側管列は
、熱交換器の一部分（上方部分）にのみ配設しである。

第２人図に拡大図で示されるように、熱交換器の各隣接
するループの管２４に巻装されたフィン２２とフィン２
２とは互いに噛合させである。内側管列６２が終端して
いる部位より下方に延長している外側管列６２の下方部
分の各隣接する管のフィンとフィンも互いに噛合させる
ことができるが、この部分には内側管列６２は設けられ
ていないから、外側管列の管同志のフィンとフィンの噛
合に加えて、外側管列と内側管列との間のフィンとフィ
ンの二重噛合は存在しない。

第２ｖ！：ｉに熱交換器６０の各ループ間の聞膝を通し
て内方へ吸引される空気流の速度分布６０が示されてい
る。この速度分布は、ファン７６が図示の位置にあり、
そして各ループ間の聞■が均一である場合に熱交換器ユ
ニットへ流入する空気流の相対速度を示すものである。

図から分るように、熱交換器のループ間を通って流入す
る空気の速度は、７アン７６に近い円筒形熱交換器の端
部において高く、ファンから遠い他方の端部にいくにつ
れて漸次低下する。従って、ファンに近い熱交換器の端
部においては多量の空気が管ループを被って流入するが
、ファンから遠い熱交換器の端部においては一瞥ループ
を被って流入する空気の量は少いので、管ループの熱伝
達効率が大幅に低下する。

第３図を参照すると、各隣接する管ルー１２０間の間隔
を変化させた単列型熱交換器３０が示されている。熱交
換器５０の頂部においては、熱交換器の底部におけるよ
り各ルー１２０寓の間隔をはるかに密にしである。第３
ｗＩには、熱交換器の外側部に各隣接するループの中心
着量の距離が示されている。距離Ａ、Ｂ、Ｃで示される
上方部分のループ間隔は、距離Ｐ、Ｑ、Ｒによって示さ
れる下方部分のループ間隔よりはるかに密である。第３
Ａ図に示されるように、熱交換器の頂部においては、ｉ
ｌＩ！ｌｓループの管２４のフィン２２は実質的に互い
に噛合しているが、熱交換器の底部においては第５Ｂ図
に示されるように、隣接する管のフィンは、全く係合し
ていない。第３Ａ図に示される部分と第３Ｂ図に示され
る部分との間の部分においては、隣接するループのフィ
ンの外端と外端とが僅かに接触するか、あるいは僅かに
離隔する状態とすることができる。このようにして熱交
換器の頂部から底部にいくにつれてループ間の間隔を漸
次に増大させる。

第４図の変型実施例においては、熱交換器４０の内側列
４２のループ間の間隔は、熱交換器ユニットの全長に亘
って一定であるが、外側列４４のループ間の間隔は、熱
交換器の長手方向でみた部位によって相当に変化させで
ある。第４図に熱交換器の側方に示された間隔から分る
ように間隔２およびＹは、間隔ＲおよびＱよりはるかに
狭い。第４Ａ図および第４Ｂ図は、円で囲まれた部位に
おける内側列と外側列のフィンの噛合度を示す。やはり
、外側列のループ間の間隔は、ファンからの距離が遠く
なるにつれて広くなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図はドラムの周りに巻装フィン付管を巻回して円筒
形熱交換器を形成するところを示す概略図、第２図は、
巻装フィン封管熱交換器を組入れた熱交換ユニットの概
略断面図、第２Ａ図は第２図の円で囲まれた部分の拡大
図、第３図は単列型巻装フィン管熱交換器の断面図、第
５Ａおよび第３Ｂ図は第５図の円で囲まれた部分の拡大
図、第４図は多重列型熱交換器の断面図、第４Ａおよび
４Ｂ図は第４図の円で囲まれた部分の拡大図である。 図中、１０は熱交換器、２０は管ループ、２２はフィン
、２４は管、４２は内側管列、４４は外側管列、６０は
熱交換器、６２は内側管列、６４は外側管列、７６はフ
ァン。 ＦＡσｌ Ｆｌに、ＪＡ　　　　　　　Ｆｌ６．．３βＦＩＧ、　
３ ＦＩＧ・４Ａ　　　　　　Ｉｌｌ；、４βＦＩＧ、　４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）流体搬送管（財）と該管の外面を被って流れる気体
   への熱伝達を促進するために該管の周りに巻装されたフ
   ィン（２）とを備えた巻装フィン付管（Ｌ々によって構
   成された無交換器であって、該熱交換器の一端近くに設
   置されたファン（７６）によって前記気体が熱交換器を
   通して強制的に通流されるようになされており、該ファ
   ンによって通流せしめられる気体の量が、該ファンから
   の熱交換器の各部位の距離に応じて異る熱交換器におい
   て、 該熱交換器は複数の管ループ員によって構成されており
   、通流される気体の容積流量が高い領域における第１群
   の管ループのループ間の間隔は、それらのループ間を通
   る気体の流れを抑制するように密にされ、通流される気
   体の容積流量が低い領域における第２群の管ループのル
   ープ間の間隔は第１群のループのそれより広くされてい
   ることを特徴とする巻装フィン付熱交換器。 ２）前記第１群のループのループ間の間隔は、各１１接
   するループのフィンとフィンとが互いに噛合するように
   密にされており、第２群のループのループ間の間隔は、
   各隣接するループのフィンとフィンとが噛合しないよう
   な大きさとされている特許請求の範囲第１項記載の巻装
   フィン付熱交換器。 ３）前記第１群のループ（２）は、前記ファン（７６）
   に近い、熱交換器の端部に設けられ、第２群のループ員
   は、該ファンのある側とは反対側の熱交換器の端部に設
   けられており、第１群のループと第２群のループとの間
   にあるループのループ間の間隔は、それらのループの間
   を通る気体の流量が適正となるように漸次に異る大きさ
   とされている特許請求の範囲第１項記載の巻装フィン付
   熱交換器。 ４）前記ループは複数の列として配−されておリ、前記
   第１群のループは少くとも２列のループを含むものであ
   る特許請求の範囲第１項記載の巻装フィン付熱交換器。 ５）第１列Ｈのループは均一なループ間間隔を有してい
   て、熱交換器の全長に亘って配設されており、第２列關
   のループは熱交換器の全長の一部分に亘ってのみ配設さ
   れている特許請求の範囲第４項記載の巻装フィン付熱交
   換器。 ６）第１列■のループは均一なループ間間隔を有してい
   て、熱交換器の全長に亘って配設されており、第２列（
   財）のループは不均一なループ間間隔を有していて熱交
   換器の全長に亘って配設されている特許請求の範囲第４
   項記戦の巻装フィン付熱交換器。 ７）流体搬送管（財）と該管の周りに巻装されたフィン
   （社）を備えた着装フィン付管によって構成され、該管
   内を流れる流体と、管の外面を被って流れる気体との間
   で熱エネルギーを伝達するようになされた熱交換器にお
   いて、複数の管ループ翰が全体として筒形を形成するよ
   うに配置されており、管ループを被って流れる気体の容
   積流量が高い、熱交換器の領域の第１群の管ループのル
   ープ間間隔は密であり、気体の容積流量が低い領域の第
   ２群の管ループのループ間間隔は、第１群の管ループの
   それより大きくされており、それによって、熱交換器の
   各員る部位における気体の容積流量が相異していても、
   熱交換器の各部を被って流れる気体の単位容積当りの前
   記熱エネルギーの伝達量が等しくなるようになされた巻
   装フィン付熱交換器。 ８）前記ループは複数の列（６２，６４）として配置さ
   れており、懐数列の前記第１群のループのツーインは、
   すべて互いに噛合している特許請求の範囲第７項記載の
   巻装フィン付熱交換器０ ９）第１列−のループは均一なループ間間隔を有してい
   て、熱交！ｌ！！器の全長に亘って配設されており、第
   ２列−のループは熱交換器の全長の一部分に亘ってのみ
   配設されている特許請求の範囲第８項記載の巻装フィン
   付熱交換器。 １Ｄ）＃記ループは熱交換器の全長に亘って複数の列と
   して配設されており、少くとも１つの列のループのルー
   プ間の間隔は部位によって異る大きさにされている特許
   請求の範囲第８項記載の巻装フィン付熱交換器。