JPS59215596A - 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】 本発明は空調・冷凍機器等に用いられるグレートフィン
チー−プ熱交換器に関する。

上記熱交換器は複数枚の並設されたフィンに直角に算数
本の伝熱管を貫通し、拡管等の手段によってフィンと密
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。

フィン間には空気等の２次流体を流通させ１両流体間で
熱交換を行わせる。

この時フィン間を流れる空気流には、フィンに沿って、
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
となってくる。この境界層は２次流体の流れ方向に従っ
て厚く発達し、そのためフィンの下流部分では著しく熱
伝達が低下する。このようにグレートフィンチー−ブ熱
交換器では２次流体側（フィン側）の熱伝達率が低いこ
とが最も大きな問題である。

このフィン側熱伝達率全向上させるためには。

上述の境界層の形成９発達をさまたげることが有効であ
シ、フィン面上の加工形状に関する種種の改良が提案さ
れている。

これらの改良の提案は太きく　２：ａ、！２に分けられ
る。１つには、フィン面を折９曲けた９、７４７面に凸
部四部等を形成することにより、フインを積層した時に
生する空気流路の拡大、縮小方向転換等によって、助走
区間（前述の境界層の薄い部分）の繰り返（７効果をね
らったものがあり、波形フィン、台形フィンが代表的な
ものである。他の１つはフィ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っている。

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ィン基盤（１１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υ起し片（ス
）　ＩＪツブ）（３）を形成し、フィン基盤（１１を積
層した時に、小さなストリップ（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又換器においては。

小さなストリップが、空気流の境界層を分断し、その形
成１発達を妨げるため、フィン側の熱伝達率は向上する
。

ところが、ストリップ（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
ストリップ（３）によって形成された境界成層の影響を
後流側のス）　ＩＪツブは受け、個々のストリップの前
縁効果は十分に活用されず、また小さいストリップの集
合でフィンが構成されているため、フィンの強度上の問
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５６−５
８１８４によって開示されたものがある。この図に示す
第２の従来例は、ストリップ（３）をフィン基盤（１）
面を軸として傾斜させたものである。この従来例はフィ
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ィンが数ミリ
ピッチで積層された場合、主流方向はストリップの傾斜
に沿って屈曲するため、第７図に示す、ストリップ（３
８）とス）　ＩＪツブ（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、ストリップ（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、フィンの
積層ピッチを小さくすると、となり合わせたフィンのス
トリップ間隔がより小さくなり、ストリップ（３）の前
縁効果が大部分失われてしまうため、フィンの積層ピン
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５２−８５５
７５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（ＩＩのストリップ（３）ラ
フイン基盤（１）に対して傾斜させ、ストリップ（３）
としたものであり。

前記実公、昭５２−３５５７５明細省の説明では、「ス
トリップを気流方向に対して傾斜させて設けることによ
シ、境界層の発達方向とは異る位置にス）　ＩＪッグを
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５２−４５５７５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、ストリップ（３）をフィン基盤（１）に
対して傾斜させ、境界層の発達方向に他のストリップが
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
傾斜ストリップに沿って素直に流れない。この点は空気
流の可視化実験によって容易に観測できる。つまり第５
図に示すように、平行ストリップ（３ｃ）と傾斜ストリ
ップ（３ｄ）が、交互に混在しているため、整然と傾斜
ストリッ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ップに沿って流れず、第５図に示
すように、傾斜ストリップ（３ｄ）の後流部分に流れの
剥離を生ずる。剥離が生するということは、その部分の
ストリッ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
非常に増大してし捷うのである。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５７−１８１９９
５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
トリップ（３）の両端を屈折させ略尤状に形成したもの
と見做し得、前出の波形フィン、台形フィンを分断した
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、＠設するχ状ストリップ（３）の
（３ｅ）　、　　（３ｆ）に於て、前置ストリップ（３
ｅ）によって形成される境界成層速度等が。

ストリップ（３ｆ）に影響を及はし後流側のストリップ
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〈１べて逆に低く、更には
風圧損失がｊＶＪ大し、送風動力の据犬、騒音の増加全
招来するという欠点がある。

本発明は、以」二のようなものの欠点を除去するために
な３れたもので、多数列列槓層きせたプレートフィン、
及びこのフィ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ィン間を通過する空気とが
熱交換するプレートフィンチューブ型熱交換器において
。

フィン長手方向に隣設する伝熱間のフィン部に、フィン
間を通過する空気の流れ方向に直交する方向に切起し卸
１片（ストリップ）を設け１本切起し細片（ストリップ
）形状は中央部に山形形状を有するλし形に形成し、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
けたこと全特徴とする熱交換器を捉供するものである。

以下本発明の一実施例を図において説明する。第１Ｏ図
は本発明の一実施例を示すプレートフィン、チーープ熱
交換器のフィン平面図で、フィン基板（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λし形に開起し、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図はフィン２枚が積
層した時の断面図である。前述のようにフィン断面は、
フィン基板（１）である平板ストリップと＼形の切り起
しストリップ（３１とそれに連なるフィン基板（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ィンを積層した時。

１＼−状ストリップ（３）は並設された他のフィンの同
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々うため
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ッ
プ（３）は、凸部を有している為、ストリップ部での境
界層の発達をさまたげるので、ス）　ＩＪツブ（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１本発明は、平板ストリップ（１ｊ）を加えるこ
とによって性能を飛躍的に高めたものであり、へシ　状
ストリップ（３）は、平板ストリップ（１ｊ）の存在に
よりて両者の間の流れ方向の罪離が長くなるため、′＼
−ス）　ＩＪツブ（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＼状ストリップ（３）の前線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、フィンヲ槓頷した場合でも。

隣の並設フィンのストリップとは、従来例の２とは異な
υ、互に境界層の影響を与えてＡｉＪ縁効果を阻害する
ことはない。これもキシ状ストリップの中間に平板スト
リップを入れ、並槓されたフィン各々の１又−状ストリ
ップの位置が離れた効果である。

本発明の凸部を有すス）　ＩＪツブ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
）　ＩＪツブ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っても距離が離れており、前置ス
トリップの境界層が殆ど消滅し、影響しないようになっ
ている。かつ伝熱特性の低下や風圧損失増大の因となる
流れの剥前や乱れを生じるような無理な構成とはなって
いない。

このフィ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）　ＩＪッど
ａ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、実験によっ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、横軸はフィン側の前面風速゛
である。

第１２図によれば１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、３
０％程度風圧損失が小さい（前面風速１ｍ／２　伺近）
ことが判シ９本発明の実用上の大きな価値がはっきりす
る。

第１３図は本発明の他の実施例を示し、前記実施例が、
を状ストリッ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式状のス
）　ＩＪツブ（３１ヲ用いたものである。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、ストリップ（３）が滑らかに略式状に形成されてい
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は良い。

また、公知で昧あるが１本発明もフィンに℃状のストリ
ップ全曲起しているので、フィ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
管の間のフィン部に多数の切り込みを入れ、この切υ込
みの流れ方向の一つおきに凸部を設けかつ１＼−状に曲
起し、結果としてフィン切９起し部の断面構造が、平板
ストリップＡ１−状ストリップが流れ方向に交互に配置
されることにより、各ストリッ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揮され、
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の従来例のフィン平面図、第２図は第１の
従来例のフィンの切り起し部分の断面図、第３図は第３
の従来例のフィン平面図。 第４図は第３のフィンの切り起し部分の１新面図、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の従来例のフィン平面図、第７図は第２の
従来例のフィンの切り起し部分の断面図、第８図は第４
の従来例のフィン平面図、第９図は第４の従来例のフィ
ンの切シ起し部分の断面図、第１Ｏ図は本発明の一実施
例の熱交換器のフィンの平面図、第１１図は本発明の一
実施例の熱交換器のフィンの切シ起し部分の断面図。 第１２図は従来例と本発明熱交換器との特性比較図、第
１３図は本発明の熱又換器の他の実施例のフィンの切シ
起し部分の断面図である。 図中同−行号は同−又は相当部分を示し、（１１はフィ
ン基板、（２）は伝熱管挿入口、（３）は切り起しスト
リップである。 代理人　大岩増雄 第　１　図 第２図 ｔｈｓ　　図 第　５　図 腸　６　閲 第　７　図 第　８　図 第　９９Ａ 第　１０図 第１１　　図 Ｎ１３図 第１２ｖＡ 前面肚速　、。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数列積層させたグレートフィン、及びこのフィンを貫
   通し密着保持している伝熱管よ多構成され、伝熱管内の
   冷媒とフィン間を通過する空気とが熱交換するグレート
   フィンチューブ型熱交換器において、フィン長手方向に
   隣設する伝熱管の間のフィン部に、フィン間を通過する
   空気の流れ方向に直交する方向に切起し細片（ストリッ
   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。