JP2001012885A - プレートフィン・アンド・チューブ形熱交換器およびその平板フィンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平行平滑平板フィンの長所を保持しつつ、熱
交換率を向上したプレートフィン・アンド・チューブ形
熱交換器を提供する。 【解決手段】 プレートフィン・アンド・チューブ形熱
交換器１０は、所定間隔で平行に配置された複数枚の平
板フィン２０を１又は２以上の管５０が貫通してなる。
平板フィン２０は、その伝熱面の適宜部分に、その一方
の伝熱面側から他方の伝熱面側に穿孔することなく湾曲
した湾曲部２２を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレートフィン・
アンド・チューブ形熱交換器およびその平板フィンの製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】管とその外側に設けられたフィン（拡大
伝熱面）とにより構成されるフィン・アンド・チューブ
熱交換器の主要形式としては、狭い間隔で平行に配置さ
れたプレート状のフィン群を管列が貫通する構造のプレ
ートフィン・アンド・チューブ形式と、個々の管ごとに
独立にフィンを有する円周フィン形式とがある。

【０００３】前者のプレートフィン・アンド・チューブ
形式では、単純な平行平滑平板フィンのほか、波状フィ
ンや種々の断面のフィンが使用されている。熱交換効率
という観点からは、後者のように境界層を寸断する複雑
な断面形状の方が好ましいが、そうすると、フィンにゴ
ミ等が付着しやすく、かつ、除去も困難である。フィン
にゴミ等が付着すると、空気抵抗が増し、性能が低下す
る。これに対し、平行平滑平板フィンは、ゴミ等が付着
しにくく、かつ除去も容易であり、さらに、構造が簡単
で製造も容易であるという長所を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明が
解決しようとする技術的課題は、平行平滑平板フィンの
長所を保持しつつ、熱交換率を向上したプレートフィン
・アンド・チューブ形熱交換器を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用・効果】本発明
は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成のプ
レートフィン・アンド・チューブ形熱交換器を提供す
る。

【０００６】プレートフィン・アンド・チューブ形熱交
換器は、所定間隔で平行に配置された複数枚の平板フィ
ンを１又は２以上の管が貫通するタイプのものである。
上記平板フィンは、その伝熱面の適宜部分に、湾曲部を
有する。該湾曲部は、平板フィンの一方の伝熱面におい
ては隆起して隆起部を形成する一方、該平板フィンのの
他方の伝熱面においては陥没してくぼみ部を形成する。

【０００７】上記構成において、湾曲部は穿孔すること
なく湾曲した形状とすることができる。

【０００８】上記構成によれば、平板フィン間の流れ
は、湾曲部により形成された隆起部に当たる。これによ
って、流れの剥離、再付着あるいは渦発生などの乱れを
生じ、流れの境界層が寸断され、平板フィンの伝熱面と
接する流体が入れ替わり、熱伝達が促進される。一方、
湾曲部は穿孔することなく湾曲し、伝熱面が一様に連続
し、ゴミ等が付着しやすい切り欠きや穴がないようにし
て、ゴミ等が付着しにくいようにすることができ、ま
た、たとえゴミ等が付着し溜まっても、面に付着したゴ
ミ等は剥がれやすいので、容易に取り除くことができ
る。さらには、平板フィンに湾曲部を付加しても、平板
フィンは、従来と同様、接着、圧着、ろう付け、溶接等
により、管と結合することができる。

【０００９】したがって、平行平滑平板フィンの長所を
保持しつつ、熱交換率を向上することができる。

【００１０】好ましくは、上記各平板フィンは、同一形
状であり、同一方向に配置される。

【００１１】上記構成によれば、隣接する平板フィンに
おいて、湾曲部の向きと位置が揃うので、一方の平板フ
ィンの隆起部によるくぼみ部と、他方の平板フィンの湾
曲部による隆起部とは、互いに対向し、両者の間の隙間
は、隣接する平板フィンと略同じ間隔に保たれる。した
がって、平板フィン間の流れの向きが湾曲部で変えられ
ても、流れの幅は略一定となり、湾曲部の付加による圧
損をできるだけ小さくすることができる。また、ゴミ等
の付着も少なくなり、さらには、ゴミ等の除去も容易で
ある。

【００１２】好ましくは、上記各平板フィンは、管が貫
通する貫通穴と、上記湾曲部とが、プレス加工により同
時に形成される。

【００１３】平板フィンの湾曲部は、従来と同様のプレ
ス工程中において形成することができる。したがって、
湾曲部の追加によるコスト増をできるだけ小さくするこ
とができる。

【００１４】好ましくは、上記平板フィンの上記湾曲部
は、散点状に配置された略半球体、略半楕円体、略円
錐、略多角錐（略三角錐、略四角錐など）、略円柱、略
多角柱（略三角柱、略四角柱など）、略円錐台、略多角
錐台（略三角錐台、略四角錐台など）、上記平板フィン
間の流れに略直交する方向に連続的または断続的に配置
され上記平板フィンの面方向に直線状または波状に連続
する畝状隆起の、少なくとも１つの形状を有する。な
お、上記形状には、たとえば、角を丸くしたり、面をカ
ーブしたものや、全体的に斜めに傾けたものなどが含ま
れる。

【００１５】別の観点からは、本発明は、プレートフィ
ン・アンド・チューブ形熱交換器の平板フィンの製造方
法を提供する。

【００１６】すなわち、所定間隔で平行に配置された複
数枚の平板フィンを１又は２以上の管が貫通するプレー
トフィン・アンド・チューブ形熱交換器の上記平板フィ
ンの製造方法は、平板をプレスすることにより、管が貫
通する貫通穴と、その一方の面側から他方の面側に穿孔
することなく湾曲した湾曲部とを同時に形成する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
プレートフィン・アンド・チューブ形熱交換器につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、プレートフ
ィン・アンド・チューブ形熱交換器の斜視図、図２は、
その最小ユニットの斜視図である。図３は、平板フィン
間の流れの模式図と、熱交換器の要部断面図である。図
４は、平板フィンの平面図および要部断面図である。

【００１８】熱交換器１０は、図１および図２に示すよ
うに、所定の狭い間隔で平行に配置された複数枚の平板
フィン２０を１又は２以上の管５０が貫通してなる。最
小ユニット１０ａでは、図２に示すように、貫通する管
５０は１本である。管５０内には、たとえば蒸気が通
り、平板フィン２０間には、たとえば矢印９０で示す方
向に空気が通り、空気を加熱する。この実施形態では、
熱交換効率を高めるため、管５０は楕円形状となってい
る。

【００１９】平板フィン２０と管５０とは、従来装置と
同様、平板フィン２０のバーリング部２４に管５０を圧
入して固定し、両者の圧着面から熱が伝わるようになっ
ている。バーリング部２４の突出量は、図３（ｂ）の断
面図に示すように、平板フィン２０のピッチに略等しく
なっていて、バーリング部２４により、管５０の外周面
が略完全に覆われるようになっている。これは、熱伝達
面をできるだけ広くするとともに、ゴミ等の付着をでき
るだけ少なくするためである。

【００２０】平板フィン２０は、従来装置と異なり、平
滑平面である伝熱面の一部に湾曲部２２が形成されてい
る。図４（ｂ）に示すように、平板フィン２０の湾曲部
２２は、一方の伝熱面側から他方の伝熱面側に穿孔する
ことなく湾曲している。平板フィン２０の湾曲部２２
は、管５０の貫通穴２６からなるべく離れた位置に、１
ユニットにつき４ヶ所の割合で形成されている。また、
平板フィン２０には、筋２８が形成され、伝熱面の平滑
面が平面を保つようになっている。平板フィン２０は、
プレス加工によって、湾曲部２２と、バーリング部２４
と、筋２８とが、同時に形成される。バーリング部２４
と湾曲部２２とは、同じ方向に突出しているので、プレ
ス加工が容易である。

【００２１】平板フィン２０には、管５０を圧入できる
炭素鋼、ステンレス鋼などを用いる。炭素鋼の場合、平
板フィン２０を管５０と結合した後、たとえば亜鉛メッ
キを施してもよい。平板フィンには、熱伝達のよいアル
ミニウムなどの金属板を用いることも可能である。

【００２２】熱交換器１０において、平板フィン２０間
の流体の流れは、図３（ａ）において矢印８０，８２で
模式的に示したように、湾曲部２２により形成された隆
起部に当たると、平板フィン２０の面方向に曲がる。ま
た、図３（ｂ）において矢印８４で示したように、湾曲
部２２により形成された隆起部に当たると、平板フィン
２０の面直角方向にも曲がる。これによって、流れの剥
離、再付着あるいは渦発生などの乱れを生じ、流れの境
界層は寸断され、平板フィン２０の伝熱面と接する流体
が入れ替わり、熱伝達が促進される。

【００２３】図５に、管５０に蒸気を通し、平板フィン
２０間に空気を通して加熱する蒸気ヒーターについての
実験結果の一例を示す。測定結果は、２０°Ｃに換算し
ている。横軸は、平板フィン２０間を通過する風速ｖ
（ｍ／ｓ）であり、縦軸は、熱伝達係数Ｋ（ｋｃａｌ／
ｍ² Ｈｒ °Ｃ）である。実線Ａは、平板フィン２０の
伝熱面に湾曲部２２を有する場合を示し、点線Ｂは、平
板フィン２０の伝熱面が平滑である（湾曲部２２がな
い）従来装置を示す。風速１〜５ｍ／ｓの範囲では、湾
曲部２２を設ければ、熱伝達率Ｋが約０〜１０％向上す
ることが分かる。

【００２４】湾曲部２２の突出高さは、図４に示したよ
うに、バーリング部２４の突出高さ、すなわち平板フィ
ン２０の間隔（ピッチ）の約半分程度であり、これによ
って、平板フィン２０間の流れ全体を乱し、熱交換効率
を高めることができる。

【００２５】湾曲部２２の突出高さは、従来の湾曲部の
ない平板フィンと同様に製造・組立などを行えるように
するためには、バーリング部２４の突出高さを越えない
ことが好ましい。

【００２６】湾曲部２２は穿孔することなく湾曲し、ゴ
ミ等が引っかかり溜まりやすい切り欠きや穴などがない
ので、平板フィン２０の伝熱面には、ゴミ等が付着しに
くい。また、たとえゴミ等が付着して溜まっても、ゴミ
等は面に付着しているので剥がれやすく、容易に取り除
くことができる。さらには、平板フィン２０に湾曲部２
２を付加しても、平板フィン２０は、従来と同様の工程
で製造し、管５０と結合することができる。

【００２７】したがって、熱交換器１０は、平行平滑平
板フィンの長所を保持しつつ、熱交換率を向上すること
ができる。

【００２８】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。

【００２９】たとえば、平板フィン２０の枚数・間隔・
材質や、管５０の大きさ・形状・本数・配列等は、適宜
に設定することができる。平板フィン２０の湾曲部２２
の形状・大きさ・位置・個数などを、平板フィン２０の
間隔（ピッチ）、管５０の形状・寸法・配列、流体の種
類・圧力・流速等に応じて、適宜選択することができ
る。たとえば、湾曲部の形状は、略半球状に限るもので
はなく、略四角台状であってもよく、また、筋２８のよ
うに流れに直角方向に連続的に延在してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る熱交換器の斜視図
である。

【図２】 図１の最小ユニットの斜視図である。

【図３】 （ａ）は平板フィン間の流れの模式図、
（ｂ）は熱交換器の要部断面図である。

【図４】 図１の平板フィンの平面図および断面図であ
る。

【図５】 実験結果の一例を示すグラフである。

【符号の説明】

１０，１０ａ 熱交換器 ２０，２０ａ 平板フィン ２２，２２ａ 湾曲部 ２４ バーリング部 ２６ 貫通穴 ２８ 筋 ５０ 管 ８０，８２，８４ 流れ ９０ 矢印

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定間隔で平行に配置された複数枚の平
   板フィン（２０）を１又は２以上の管（５０）が貫通す
   るプレートフィン・アンド・チューブ形熱交換器（１
   ０）において、 上記平板フィン（２０）は、その伝熱面の適宜部分に、
   その一方の伝熱面においては隆起して隆起部を形成する
   一方、その他方の伝熱面においては陥没してくぼみ部を
   形成する湾曲部（２２）を有することを特徴とする、プ
   レートフィン・アンド・チューブ形熱交換器。
2. 【請求項２】 上記各平板フィン（２０）は、同一形状
   であり、同一方向に配置されたことを特徴とする、請求
   項１記載のプレートフィン・アンド・チューブ形熱交換
   器。
3. 【請求項３】 上記各平板フィン（２０）は、管（５
   ０）が貫通する貫通穴（２６）と、上記湾曲部（２２）
   とが、プレス加工により同時に形成されることを特徴と
   する、請求項１又は２記載のプレートフィン・アンド・
   チューブ形熱交換器。
4. 【請求項４】 上記平板フィン（２０）の上記湾曲部
   （２２）は、散点状に配置された略半球体、略半楕円
   体、略円錐、略多角錐、略円柱、略多角柱、略円錐台若
   しくは略多角錐台、又は上記平板フィン（２０）間の流
   れに略直交する方向に連続的または断続的に配置され上
   記平板フィン（２０）の面方向に直線状または波状に連
   続する畝状隆起の、少なくとも１つの形状を有すること
   を特徴とする、請求項１、２又は３記載のプレートフィ
   ン・アンド・チューブ形熱交換器。
5. 【請求項５】 所定間隔で平行に配置された複数枚の平
   板フィン（２０）を１又は２以上の管（５０）が貫通す
   るプレートフィン・アンド・チューブ形熱交換器（１
   ０）の上記平板フィン（２０）の製造方法であって、 平板をプレスすることにより、管（５０）が貫通する貫
   通穴（２６）と、その一方の面側から他方の面側に穿孔
   することなく湾曲した湾曲部（２２）とを同時に形成す
   ることを特徴とする、プレートフィン・アンド・チュー
   ブ形熱交換器の平板フィンの製造方法。