JPS644118B2 - - Google Patents

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プレー
トフインチユーブ型熱交換器に関するものであ
る。

一般にプレートフインチユーブ型の熱交換器
は、並設された複数枚のプレートフインに対して
直角方向に複数本の伝熱管を貫通させ、この伝熱
管を拡管等の手段によつてフインと密着保持させ
ている。前記伝熱管内には冷温水、冷媒等の１次
流体を流通させ、フイン間には空気等の２次流体
を流通させてこれら両流体間で熱交換を行なわせ
るものである。

ところで、上記のフイン間を流れる空気流に
は、フインに沿つて流れの境界層が発生し易い。
この境界層内の温度勾配は極めて大きい状態であ
り、これは該境界層部分が大きな熱抵抗になつて
いることである。また境界層は２次流体の流れ方
向に従つて厚く発達し、そのためフインの流れ方
向の後流部ではその熱伝達率が著しく低下する。

このようにプレートフインチユーブ熱交換器で
は、２次流体側（フイン側）の熱伝達率が低いこ
とが最も大きな問題であり、この熱伝達率を向上
させるためには上述した境界層の形成、発達を防
止することが有効で、これまでにもプレートフイ
ン面上の加工形状に関して種々の提案がなされて
いる。

これらの提案は大きくは２通りに分けることが
できる。即ちそのひとつにはフインを折り曲げた
り、フイン面に凹凸部を形成することにより、フ
インを積層した時に生ずる空気流路の拡大、縮小
及び方向転換等を行ない、助走区間（前述した境
界層の薄い部分）の繰り返し効果をねらつたもの
があり、これには波形フイン、台形フイン等が代
表的なものである。またもうひとつは、フイン面
を空気方向に分断することにより、前記境界層を
こま切れにしてその厚い部分を無くする所謂前縁
効果を利用して熱伝達の向上を計るものである。

近年は主に後者の前縁効果を利用するものが、
比較的高い熱伝達率を得られるために一般的にな
つており、例えば第１図及び第２図に示すような
ものがある。これは伝熱管（図示せず）を貫通さ
せる管挿入孔１を有する平板状のフイン基板２
に、該管挿入孔１の管段方向と直角に多数の切り
込みを設け、この切り込みによつて形成された細
片を押し出して多数の橋状の切起し細片３（スト
リツプ）を形成し、、フイン基板２が積層された
時に該切起し細片３の群が、結果的に錯列配置さ
れるように構成したものである。

このように構成された熱交換器は、切起し細片
３が空気流の境界層を分断し、その形成、発達を
妨げるためフイン側の熱伝達率は向上する。とこ
ろが切起し細片３は流れ方向に対して平行で同一
平面上に多数存在し、これらが互いに近接してい
るため、空気流における上流側の切起し細片３に
よつて形成された境界層の影響を後流側の切起し
細片３は受けてしまい、各々の切起し細片３の前
縁効果は十分に活用されず、また細片の集合体で
フインが構成されているため該フインには強度的
な問題があつた。

第２の例としては第３図及び第４図に示すよう
に実開昭56−58184号公報によつて開示されたも
のがある。これは、フイン基板４面を中心軸とし
てその空気流方向にそれぞれの切起し細片５を傾
斜させて設置したものである。この従来例はフイ
ン１枚のみの場合を考えれば前述した第１の従来
例のような問題は生じない。しかし熱交換器とし
て用いるにはフインが数ミリピツチ程で積層され
るものであり、この場合空気流の主流方向は切起
し細片５の傾斜に沿つて屈曲するため、第４図に
示すように切起し細片５ａと切起し細片５ｂとの
位置関係が流れ方向と平行な同一平面状に存在す
ることになり、第１の従来例と同様に、切起し細
片５の前縁効果は十分に活用されない。またこの
例ではフインの積層ピツチを小さくすると切起し
細片５の前縁効果がほとんど失われてしまうた
め、該積層ピツチに制約がある等の問題も有して
いる。

更に上述した問題点を改良するため、第３の従
来例として実公昭52−35575号公報によつて開示
されている提案がある。この提案は第５図及び第
６図に示すように、第１の従来例で示した切起し
細片３を、その表面が矢印で示す空気流方向に対
向するようフイン基板６に対して傾斜させて設け
たものである。

この提案は前縁効果を十分に機能させるため
に、切起し細片７をフイン基板６に対して傾斜さ
せ、境界層の発達方向に他の切起し細片７が配置
されることのないようにし、また気流に乱れを生
じさせて熱伝達の向上を計るようにしたものであ
るが、空気流の主流方向に対する配慮がなされて
いないため高い熱伝達率を得るのは困難である。
この点について空気流を模式的に示した第７図を
参照して説明する。

かかる提案では、矢印で示すような空気流と平
行なフイン基板６と、傾斜している切起し細片７
とが交互に混在しているため、例えば第２の従来
例の第４図で示すように傾斜した切起し細片５が
整然と配列されて主流が該切起し細片５に沿つて
流れるのではなく、切起し細片７の裏面側に流れ
の剥離が生じる。この剥離の発生した部分は、切
起し細片７の裏面近傍の流速が殆ど０になるのと
等しく、その部分での熱伝達は非常に小さくな
り、かえつて風圧損失が非常に増大してしまうの
である。このように前述の気流の乱れとは実際に
は剥離であるが、空調機等層流領域で使用する場
合、この剥離が生じることにより風圧損失の増大
につながり熱伝達の向上は望み難いのである。

上記従来例の外には例えば実開昭56−144988号
公報に開示されたものがありこれを第４の従来例
として第８図及び第９図に示す。また同様な提案
としては特開昭55−105194号、同57−131995号公
報等で開示されたものがある。

これら第４の従来例は、第２の従来例として示
した切起し細片５の幅方向両端部をその端部方向
に、空気流と平行になるようそれぞれ屈曲させた
ものと見なし得、また前述の波形フイン、台形フ
インを分断したものであると云える。尚８はフイ
ン基板である。この提案の目的とするところは前
記第２の従来例の欠点を改良しようとするもので
あるが、隣設するそれぞれの切起し細片９のうち
空気流（矢印で示す）に対して上流側の切起し細
片９ａによつて形成される境界成層速度場が後流
側の切起し細片９ｂに影響を及ぼし、この切起し
細片９ｂの前縁効果が十分に生かされず、熱伝達
率も第２の従来例と比較して逆に低く、更には風
圧損失が増大し送風動力の増大、騒音の増加を招
く等の欠点があつた。

本発明は以上述べたような従来の欠点を除去す
るためになされたもので、熱伝達率が大きくかつ
風圧損失の小さい熱交換器を提供することを目的
とする。

以下本発明の一実施例を図について説明する。
第１０図において１０はフイン基板即ちプレート
フインで、このフイン基板１０には複数の伝熱管
挿入孔１０ａが設けられている。また１１はフイ
ン基板１０のそれぞれの伝熱管挿入孔１０ａ間に
形成された切起し細片である。この切起し細片１
１は、前記フイン基板１０の長手方向に平行な切
込みを多数設けてこれをフイン基板１０の表裏に
それぞれ平担部を残して切起し、その両端縁部を
フイン基板１０面に略平行に反切起し方向へ再屈
曲させ、第１１図に示すように空気流方向（矢印
で示す）に対してその断面が階段状になるよう形
成したものであり、また相隣る切起し細片１１間
にはそれぞれ空気流に平行となるよう平板状のフ
イン基板部１２が配列された状態になつている。

このように構成されたフイン基板１０を第１１
図に示すように積層した時、切起し細片１１は階
段状に形成されているため、この切起し細片１１
と並積された隣接するフインの切起し細片１１と
で複数の折れ曲りの波形流路を形成する。また、
階段状のため切起し細片１１一枚の流路長が小さ
くなつている。この波形流路を通過する空気流は
方向転換を複数回行なうため、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。

また、前記切起し細片１１間にはフイン基板部
１２が存在しているため、それぞれの切起し細片
１１間の距離が長くなり、その前縁部に影響を与
える境界成層は、第４の従来例等とは異なり殆ど
消滅し、空気流の後流側の切起し細片１１の前縁
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図に示すように並積された隣接
するフインの切起し細片１１とは、前記従来例と
異なり互いに境界層の影響による前縁効果の阻害
を生じさせるようなことはない。

それぞれの切起し細片１１及びフイン基板部１
２の前縁部は流れ方向に対してすべて錯列に配置
され、その上後流側の切起し細片１１及びフイン
基板部１２は境界層成長方向が同一平面上に存在
しないように配列されており、たとえその成長方
向が同一になつたとしても、これらの距離が離れ
ており、前流部の境界層が殆ど消滅し、影響しな
いようになつている。また伝熱特性の低下や風圧
損失増大の要因である流れの剥離や乱れを生じる
ような無理な構成ではないため空気流も滑らかで
ある。

尚、上記切起し細片１１はその端縁部を再屈曲
させているので、フインの強度も十分に得られ
る。次に上記フイン基板１０を積層して形成した
実施例の熱交換器と比較例として第４の従来例と
の性能の比較を第１２図に示す。図において曲線
Ａは実施例、曲線Ｂは比較例である。このように
実施例は比較例に較べ、平均表面熱伝達率で25％
以上大きく、風圧損失では30％程度小さい（前面
風速１ｍ／Ｓ付近）ものであり、実施例が実用上
優れていることが明らかである。

以上のように本発明は、熱交換器のフイン基板
の伝熱管相互間の部分に、空気流方向に直交する
方向の切起し細片をフイン基板の表裏に多数設け
ると共にこの切起し細片の端縁部を反切起し方向
へ再屈曲させ、空気流方向にはその断面が階段状
をを呈しかつ相隣る切起し細片間に空気流と平行
にフイン基板部が存在するように構成したので、
境界層の成長方向が同一平面上でなくなり、前縁
効果が十分に機能し、しかも空気流等の流れが滑
らかに誘導されて剥離等の乱れが生ぜず、風圧損
失が小さくかつ熱伝達率の非常に大きい熱交換器
が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の従来例の熱交換器のプレートフ
イン面図、第２図は同第１図−線断面図、第
３図は第２の従来例によるプレートフイン平面
図、第４図は同第３図−線断面図、第５図は
第３の従来例によるプレートフイン平面図、第６
図は同第５図−線断面図、第７図は同フイン
における空気流を模式的に示した図、第８図は第
４の従来例によるプレートフイン平面図、第９図
は同第８図−線断面図、第１０図は本発明の
一実施例による熱交換器のプレートフイン平面
図、第１１図は同第１０図XI−XI線断面図、第１
２図は実施例と比較例（第４の従来例）との特性
図である。 １０……プレートフイン、１０ａ……伝熱管挿
入孔、１１……切起し細片、１２……フイン基板
部。尚、図中同一符号は同一または相当部分を示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多数列積層させたプレートフインと、このプ
   レートフインを貫通して保持されている伝熱管と
   から構成され、該伝熱管内を流れる冷媒と前記プ
   レートフイン間を通過する空気とを熱交換するプ
   レートフインチユーブ型熱交換器において、前記
   プレートフイン長手方向に隣接する伝熱管相互間
   におけるプレートフインに対し、空気流方向に直
   交する方向の切起し細片を前記プレートフインの
   表裏に空気流方向に間隔をおいて多数設けると共
   に、該切起し細片の両端縁部を前記プレートフイ
   ン面に略平行に反切起し方向へ再屈曲させ、前記
   切起し部の断面が平担部を中心にして空気流方向
   に階段状を呈しかつ相隣る切起し細片間に空気流
   に平行にフイン基板部が存在するようにしたこと
   を特徴とする熱交換器。