JPS62245092A - フインチユ−ブ型熱交換器 - 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】 音ｉｋ１．−のｆｌｌｌｌｌｌ；＋野 本発明は、空調、冷凍、冷蔵等に使用され、冷媒と空気
等の流体間で熱の授受を行なうフィンチューブ型熱交換
器に関するものである。

従来の技術 従来のこの種のフィンチューブ型熱交換器は、第７図の
斜視図に示すように一定間隔で多数平行に並べられた板
状フィン群１と、この板状フィン群１に直角に挿通され
た伝熱管群２とから構成され、気流３は、板状フィン群
１間を流れ、伝熱管群２内を流れる冷媒と熱交換を行な
う。この様なフィンチューブ型熱交換器は、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
ン間の気流速度は低く抑えられているため、伝熱管内側
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伝
熱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、伝熱面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種
のフィンチューブ型熱交換器において、重要な課題とな
っている。

第８図〜第１１図は、従来のフィンチューブ型熱交換器
の一例を示したものである。第８図、第１０図は、部分
側面図を示す。第９図、第１１図は、それぞれＣ−Ｃ’
、Ｄ−Ｄ’断面図を示す。第８図、第９図に示された従
来例は、千鳥管配列のフラットフィンと呼ばれるもので
あるが、伝熱管の気流３方向列ピッチＬ、′ヲ伝熱管２
の外径Ｄｏ′の１．９〜２．２倍程度に、また、気流３
と垂直方向の管段ピッチＬ′を伝熱管２の外径Ｄｏ′の
２．２〜２．５倍程度に取っている。ｔた、第１０図、
第１１図に示した従来例は、スリットフィンと呼ばれる
もので上記フラットフィンをベースにし、板状フィン１
の伝熱管２間に多数のスリット形勢シ起こし５ａ〜６ｄ
を設けたものである。このフィン形状では、多数の切り
起こし６ａ〜６ｄの各々薄い温度境界層が形成され、い
わゆる境界層前縁効果により、切り起こし部での伝熱性
能は良好である。

なお板状フィン１には、一体に設けたフィンカラー４を
介して伝熱管２を貫通させている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の構成では、フラットフィンについて
は、空気側の総括熱伝達率を、気流の流動抵抗ΔＰを考
慮した同一ファン動力基準で最大にする最適な伝熱管配
列が実現されておらず、非経済的な設計になっている。

さらに、これをベーストシたスリットフィンについては
、ベース自体の非経済性の影響は、もちろんであるがそ
れ以外にも問題がある。すなわち、気流３の上流側の切
り起こし５ａ、５ｂでは、境界層前縁効果が大きく伝熱
性能が高いが、気流３の下流側の切り起こしａｃ、ｓｄ
では、前列の切り起こし５ａ、５ｂで熱交換された気体
が他の気体と混合することなく、すなわち６Ｃ〜５ｄが
６ａ、５ｂで発生した温度境界層内に入るので伝熱性能
が低い。また、伝熱管２の気流３の下流側に気体が流動
しない死水域６が大きく発生し、この部分での伝熱性能
が低いためにフィンの伝熱性能の飛躍的な向上は見られ
ないという問題点を有していた。

そこで、上記問題点に鑑み、本発明は、伝熱管の管配列
を工夫することで同一ファン動力においてフラットフィ
の空気側総括熱伝達率を最大に高め、さらに、スリット
フィンについても、切シ起こし部での気体の混合を促進
させ、また伝熱管の気流後流部に発生する死水域を減少
させることにより、空気側総括熱伝達率を飛躍的に高め
たフィンチューブ型熱交換器を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明のフィンチューブ
型熱交換器は、一定間隔で多数平行に並べられ、その間
を気流が流動する板状フィンと、この板状フィンに直角
に挿通された外径Ｄｏの伝熱管から構成され、伝熱管の
気流方向管列ピッチＬ１を１．２Ｄｏ≦Ｌ１≦１−　ｃ
ｓ　Ｄｏとし、気流と垂直方向の管段ピッチＬ２を２．
６Ｄｏ≦Ｌ２≦ｓ　−２Ｄｏとし、さらに、板状フィン
の伝熱管相互間に、気流と対向する２側辺部を切り起こ
して開口したスリ７）形、または、ルーバー形切り起こ
し群を、切り起こし群のフィンと接合する脚部列が、板
状フィンの前縁の法線方向と角度をなすように設けると
いう構成を、備えている。

作　　用 この技術的手段による作用を第６図〜第６図によシ説明
する。

第５図、第６図は一定間隔で多数平行に並べられた板状
フィンに、外径Ｄｏの伝熱管を直角に挿通し、この伝熱
管の気流方向管列ピッチをＬｌ。

気流と垂直方向の管段ピッチをＬ２とするフィンチュー
ブ型熱交換器において、ＤＯＬｌ、Ｌ２および気流速度
ＶＦをパラメータとして実験および、解析を行ない、同
一ファン動力ΔＰＵＦ（ΔＰは熱交換器を通過する気流
の流動抵抗）基準の空気側総括熱伝達率α。で伝熱性能
を評価したものである。第５図は管列ピッチ、第６図は
管段ピッチの影響をみたものである。管列ピッチＬ４、
管段ピッチＬ２が大きくなるとフィン表面での熱伝達率
は向上するがフィン効率が低下する。また、気流の流動
抵抗ΔＰは、管列ピッチＬ１、管段ピッチＬ２が小さい
方が増大する。従って空気側総括熱伝達率α。にビーク
が存在する。Ｌ１キ１．３Ｄｏ．Ｌ２′Ｆ２．９ｐ０で
伝熱性能が最大になるが、１．２ＤＱ≦Ｌ１≦１−　ａ
　Ｄｏ　ｓ２．６Ｄｏ≦Ｌ２≦３−２　Ｄｏ　　であれ
ば、実用上十分伝熱性能が優れていることがわかる。さ
らに、上記構成のスリットフィンによれば、気流下流側
に設けた切９起こしが、上流側切り起こしで生じた温度
境界層内に入る部分が減少し、切り起こし部での境界層
前縁効果が十分に生かされ、フィンの伝熱性能が向上す
る。また、気流と角度をもたせて切り起こし０脚部を設
置しであるので、切り起こし内部を流動する気流と外部
を流動する気流の混合が行なわれ、この混合効果による
伝熱促進も期待される。さらに、脚部で誘起される旋回
成分をもつ気流は、上記の混合効果を高めると共に、伝
熱管後流部の死水域減少に効果があシ、フィンの有効伝
熱面積全増大させることによる伝熱性能向上も大きい。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。第１図、第３図は、本発明の一実施例のフィンチュ
ーブ型熱交換器の部分側面図であり、第２図、第４図は
、それぞれ第１図、第３図のＡ−Ａ／、Ｂ−Ｂ’断面図
を示す。１１は、所定間隔で平行に並べられた板状フィ
ンである。１２は外径Ｄｏの伝熱管であり、気流１３方
向に平行な管列ピッチＬ１を１．２Ｄｏ≦Ｌ１≦１．６
Ｄｏ１また、気流１３方向に垂直な管段ピッチＬ２を ２．６Ｄ　　（、、Ｌ　　く３．２Ｄｏとしている。そ
して、伝熱管１２は板状フィン１１にバーリング加工等
で設けたアイ／カラー１４に直角に挿通され、拡管加工
もしくはロウ付加工によシ固定されている。

また、板状フィン１１には、伝熱管１２相互間に、気流
１３方向と対向する２側辺部１５ａ、１５ｂを開口した
切シ起こし群１６を、この切シ起こし群１６の板状フィ
ン１１と接合する脚部１７ａ。

１７ｂが板状フィン１１の前縁の法線方向と角度をなす
ように設けである。

本実施例による作用は以下のようになる。まず、気流１
３方向の管列ピッチＬ１が１．２Ｄｏ≦Ｌ１≦１．６Ｄ
ｏまた、気流１３方向と垂直な管段ピッチＬ２が２．６
Ｄ　りＬ　　＜３．２Ｄｏであるため、前述のように、
べ一曳のフラットフィンは、同一ファン動力基準で、最
も空気側伝熱性能を向上させることができる。さらに、
スリット形または、ハーバ−形切り起こしの開口した２
側辺部１５ａ、１５ｂが各々オフセットして設けられて
いるので気流１３の下流側の切り起こしには、気流１３
の上流側切り起こしで生じた温度境界層外に位置する部
分が常に存在し、その部分での伝熱性能はよい。また、
切り起こし群１６は、伝熱管１２間において、板状フィ
ン１１前縁と角度を成して設けられているため、切シ起
こし内部を流動する気流と、外部を流動する気流は、各
々の流動方向が異なり、気流間にスリップが生じ、乱流
が発生し、伝熱性能を高める。さらに、切シ起こし脚部
１７ａ、１７ｂｌｌｉ気流１３方向験角度をなして設け
られているので、２次流れによる旋回成分をもった気流
が、脚部１７ａ、１７ｂから誘起される。この気流は、
切り起こし部で熱交換された気体と新鮮気体を混合させ
る作用を持つとともに、伝熱管１２の気流後し板状フィ
ン１１の有効伝熱面積が拡大され、伝熱性能は飛躍的に
向上する。

発明の効果 以上のように、本発明は、外径り。の伝熱管の気流方向
列ピツチＬ１を１−２　Ｄｏ≦Ｌ１≦１−　ｅ　Ｄ　ｏ
、気流と垂直方向段ピツチＬ２を２−　ｃｓ　Ｄｏ≦Ｌ
２≦３．２Ｄｏとし、さらに板状フィンの伝熱管相互間
に、気流方向に開口したスリット形、またはルーバー形
切り起こしを、この切シ起こし脚部が、板状フィンの前
縁と角度をなすように設けられているため、フラットフ
ィンとしては、同一ファン動力基準で最も空気側伝熱性
能を高めることができ、また、スリットフィンとしても
、フィン間を流れる気流中に旋回成分をもつ流れと乱れ
を誘起させ、気流の混合効果、乱流促進効果、死水域減
少効果、および境界層前縁効果が十分に発揮され、空気
側伝熱性能を大巾に向上させることができる。これによ
り、熱交換器の伝熱性能は著しく向上し、小型。

高性能化を実現させるのに効果が大きい。

第１図は本発明の一実施例におけるフィンチューブ型熱
交換器を示す部分側面図、第２図は第１図のＡ−Ａ’断
面図、第３図は本発明の他の実施例におけるフィンチュ
ーブ型熱交換季を示す部分側面図、第４図は第３図ノＢ
　−Ｂ′ｖｆｒ面図、第６図。

第６図は本発明の特性説明図、第７図は従来のフィンチ
ューブ型熱交換器を示す斜視図、第８図は従来のフィン
チューブ型熱交換器を示す部分側面図、第９図は第８図
のＣ−Ｃ’断面図、第１０図は従来のフィンチューブ型
熱交換器を示す部分側面図、第１１図は第１０図のＤ−
α側面図である。

１１・・・・・・板状フィン、１２・・・・・・伝熱管
、Ｄｏ・・・・・・伝熱管の外径、Ｌ　・・・・・・管
列ピッチ、Ｌ２・・・・・・管段ピッチ、１３・・・・
・・気流、１５ａ、１５ｂ・・・・・・側辺部、１６・
・・・・・切り起こし群、１７ａ、１７ｂ・・・・・・
脚部。

代理人の氏名　弁理士　中“尾　敏　男　ほか１名Ｈ−
ａｘフィン 第　　１　　図　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　／２・−・イ云穆か管Ｂ−−−！Ａ、ｆ
ｊ。

／４−−−フィン〃ラー ρａ−−−伝ｆ／ｌ−今トめり［イ釡（彬第２図 ／Ｉ−一一話状フイン 第　３　図　　　　　　　　　　　　　／２−−一伝移
管／３−−−灸流 ｌθ　　　　１５　　　　　？θ Ｌｔ７島 第６因 第７図 第８図 第１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　一定間隔で多数平行に並べられ、その間を気流
   が流動する板状フィンと、前記板状フィンに直角に挿通
   され内部を流体が流動する外径Ｄ＿ｏの伝熱管から構成
   され、前記伝熱管の気流方向管列ピッチＬ＿１を、１．
   ２Ｄ＿ｏ≦Ｌ＿１≦１．６Ｄ＿ｏとし、気流と垂直方向
   の管段ピッチＬ＿２を２．６Ｄ＿ｏ≦Ｌ＿２≦３．２Ｄ
   ＿ｏとするフィンチューブ型熱交換器。
2. （２）　板状フィンの前記伝熱管相互間に、気流と対向
   する２側辺部を切り起こして開口したスリット形または
   ルーバー形切り起こし群を前記各切り起こし群のフィン
   と接合する脚部列が、前記板状フィンの前縁の法線方向
   と角度をなすように設けた特許請求の範囲第１項記載の
   フィンチューブ型熱交換器。