JP2007010280A - フィンチューブ型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィンチューブ型熱交換器において、伝熱フィンの強度低下を抑えつつ、切り起こしにより形成された案内フィンによる伝熱促進効果を得る。
【解決手段】 フィンチューブ型熱交換器１は、気流中に配置された伝熱フィン２と、伝熱フィン２に挿入されており気流の流れ方向に略直交する方向に配置された複数の伝熱管３とを備えている。伝熱フィン２には、伝熱管３の両側において、気流の流れ方向上流側に向かって拡開する案内フィン２１ａ、２１ｂが、切り起こしにより、伝熱フィン２面に形成されている。伝熱フィン２の案内フィン２１ａ、２１ｂの気流の流れ方向下流側の部分２ｂは、ワッフル形状になっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フィンチューブ型熱交換器、特に、気流中に配置された伝熱フィンと、伝熱フィンに挿入されており気流の流れ方向に略直交する方向に配置された複数の伝熱管とを備えたフィンチューブ型熱交換器に関する。

従来より、空気調和装置等において、空気流中に配置された伝熱フィンと、伝熱フィンに挿入されており空気流の流れ方向に略直交する向きに配置された複数の伝熱管とを備えたフィンチューブ型熱交換器（すなわち、クロスフィンアンドチューブ型熱交換器）がよく用いられている。
このようなフィンチューブ型熱交換器では、伝熱フィンにおける伝熱管の空気流の流れ方向下流側の部分に形成される死水域の低減、及び、伝熱フィンにおける境界層の更新を目的とした伝熱促進手法として、伝熱フィン面の伝熱管の両側の位置に、空気流の流れ方向上流側に向かって拡開する案内フィンを、切り起こしにより形成する手法が採用されることがある（特許文献１参照）。
特開昭６１−１１０８８９号公報

しかし、上述のような案内フィンが採用されたフィンチューブ型熱交換器では、案内フィンが切り起こしにより形成されているため、伝熱フィンの伝熱管付近の強度が低下し、伝熱フィンに伝熱管を挿入して組み立てる際の拡管作業において、伝熱フィンと伝熱管との十分な接触が行えず、熱交換性能が低下するという問題が生じてしまう。
本発明の課題は、フィンチューブ型熱交換器において、伝熱フィンの強度低下を抑えつつ、切り起こしにより形成された案内フィンによる伝熱促進効果を得ることにある。

第１の発明にかかるフィンチューブ型熱交換器は、気流中に配置された伝熱フィンと、伝熱フィンに挿入されており気流の流れ方向に略直交する方向に配置された複数の伝熱管とを備えている。伝熱フィンには、伝熱管の両側において、気流の流れ方向上流側に向かって拡開する案内フィンが、切り起こしにより、伝熱フィン面に形成されている。伝熱フィンの案内フィンの気流の流れ方向下流側の部分は、ワッフル形状になっている。

このフィンチューブ型熱交換器では、伝熱フィンの気流の流れ方向上流側の部分（以下、前縁側部分とする）に切り起こしにより案内フィンを形成し、伝熱フィンの案内フィンの気流の流れ方向下流側の部分（以下、後縁側部分とする）をワッフル形状にすることによって、案内フィンによる伝熱促進効果を得ながら、伝熱フィンの強度が低下するのを抑えることができる。これにより、伝熱フィンが切り起こしにより形成された案内フィンを有しているにもかかわらず、フィンチューブ型熱交換器を組み立てる際の拡管作業において、伝熱フィンと伝熱管との十分な接触を確保することができるようになり、熱交換性能を高めることができる。

第２の発明にかかるフィンチューブ型熱交換器は、第１の発明にかかるフィンチューブ型熱交換器において、伝熱フィンのワッフル形状になっている部分の一部は、伝熱管近傍の気流を、伝熱管の気流の流れ方向後側に案内する案内壁部を形成している。
このフィンチューブ型熱交換器では、ワッフル形状を有する伝熱フィンの後縁側部分に、伝熱管近傍の気流を伝熱管の気流の流れ方向後側に案内する案内壁部を形成しているため、死水域を低減する効果を得ることができる。

第３の発明にかかるフィンチューブ型熱交換器は、気流中に配置された伝熱フィンと、伝熱フィンに挿入されており気流の流れ方向に略直交する方向に配置された複数の伝熱管とを備えている。伝熱フィンには、伝熱管の両側において、気流の流れ方向上流側に向かって拡開する案内フィンが、切り起こしにより、伝熱フィン面に形成されている。伝熱フィンの案内フィンの気流の流れ方向下流側の部分には、伝熱フィンを切り込むことなく膨出させた膨出部が形成されている。

このフィンチューブ型熱交換器では、伝熱フィンの気流の流れ方向上流側の部分（以下、前縁側部分とする）に切り起こしにより案内フィンを形成し、伝熱フィンの案内フィンの気流の流れ方向下流側の部分（以下、後縁側部分とする）に膨出部を形成することによって、案内フィンによる伝熱促進効果を得ながら、伝熱フィンの強度が低下するのを抑えることができる。

第４の発明にかかるフィンチューブ型熱交換器は、第３の発明にかかるフィンチューブ型熱交換器において、膨出部は、伝熱管近傍の気流を、伝熱管の気流の流れ方向後側に案内するように形成されている。
このフィンチューブ型熱交換器では、伝熱フィンの後縁側部分に形成された膨出部が、伝熱管近傍の気流を伝熱管の気流の流れ方向後側に案内するように形成されているため、死水域を低減する効果を得ることができる。これにより、伝熱フィンが切り起こしにより形成された案内フィンを有しているにもかかわらず、フィンチューブ型熱交換器を組み立てる際の拡管作業において、伝熱フィンと伝熱管との十分な接触を確保することができるようになり、熱交換性能を高めることができる。

第５の発明にかかるフィンチューブ型熱交換器は、第１〜第４の発明のいずれかにかかるフィンチューブ型熱交換器において、案内フィンは、気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増している
このフィンチューブ型熱交換器では、案内フィンの形状を気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増した形状にすることによって、案内フィンの背後に縦渦を生じさせることができるため、案内フィンによる伝熱促進効果をさらに高めることができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
第１の発明では、案内フィンによる伝熱促進効果を得ながら、伝熱フィンの強度が低下するのを抑えることができる。
第２の発明では、死水域を低減する効果を得ることができる。
第３の発明にかかるフィンチューブ型熱交換器は、案内フィンによる伝熱促進効果を得ながら、伝熱フィンの強度が低下するのを抑えることができる。

第４の発明では、死水域を低減する効果を得ることができる。
第５の発明では、案内フィンの背後に縦渦を生じさせることができるため、案内フィンによる伝熱促進効果をさらに高めることができる。

以下、本発明にかかるフィンチューブ型熱交換器の実施形態について、図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１〜図４に本発明の第１実施形態にかかるフィンチューブ型熱交換器１の要部を示す。ここで、図１は、フィンチューブ型熱交換器１の断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。図４は、図１のＣ部分を示す斜視図である。

（１）フィンチューブ型熱交換器の構成
フィンチューブ型熱交換器１は、いわゆるクロスフィンアンドチューブ型熱交換器であり、主として、複数の伝熱フィン２と、複数の伝熱管３とを備えている。
伝熱フィン２は、その平面方向を空気等の気流の流れ方向に概ね沿わせた状態で、板厚方向に並んで配置されている。伝熱フィン２は、気流の流れ方向上流側の部分（以下、前縁側部分２ａとする）が平坦なプレート状であり、気流の流れ方向下流側の部分（以下、後縁側部分２ｂとする）がワッフル形状となっている。

前縁側部分２ａは、伝熱フィン２の気流の流れ方向の最前縁から伝熱フィン２の気流の流れ方向の略中央までの部分を構成している。
後縁側部分２ｂは、前縁側部分２ａの気流の流れ方向下流側の最後縁である中央線部２４から伝熱フィン２の気流の流れ方向の最後縁までの間の部分を板厚方向に交互に折り曲げることにより、伝熱フィン２の板厚方向の一方側に突出する稜線を有する山部２５、伝熱フィン２の板厚方向の一方側とは反対側に突出する稜線を有する谷部２６、及び、伝熱フィン２の板厚方向の一方側に突出する稜線を有する山部２７を、中央線部２４から伝熱フィン２の気流の流れ方向の最後縁に向かって、順次に形成した部分である。そして、伝熱フィン２には、気流の流れ方向に略直交する方向に間隔を空けて複数の貫通孔２ｃが形成されている。これらの貫通孔２ｃは、本実施形態において、中央線部２４上において、前縁側部分２ａと後縁側部分２ｂに跨るように形成されている。貫通孔２ｃの周囲部分は、伝熱フィン２の板厚方向の一方側に突出する環状のカラー部２３となっている。そして、カラー部２３は、板厚方向に隣り合う伝熱フィン２のカラー部２３が形成された面と反対の面に当接しており、各伝熱フィン２の板厚方向間に所定の間隔Ｈを確保している。

伝熱管３は、内部に冷媒等の熱媒体が流れる管部材であり、板厚方向に並んで配置された複数の伝熱フィン２に挿入されており、気流の流れ方向に略直交する方向に配置されている。具体的には、伝熱管３は、伝熱フィン２に形成された貫通孔２ｃを貫通しており、フィンチューブ型熱交換器１の組立時の拡管作業によって、カラー部２３の内面に密着している。

そして、伝熱フィン２の前縁側部分２ａには、各伝熱管３の両側（すなわち、各伝熱管３の下側及び上側）において、気流の流れ方向上流側に向かって拡開する案内フィン２１ａ、２１ｂが、切り起こしにより、伝熱フィン２面に形成されている。案内フィン２１ａ、２１ｂの切り起こし方向は、カラー部２３の突出方向と同じである。また、各案内フィン２１ａ、２１ｂは、気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増するように形成されている。本実施形態において、各案内フィン２１ａ、２１ｂは、略台形状又は略三角形状であり（図３参照、図３は、案内フィン２１ｂを示す図であるが、案内フィン２１ａについても同様の形状を有する）、その最大高さｈがカラー部２３の高さＨよりも低くなるように形成されている。また、案内フィン２１ａ、２１ｂが切り起こされる際に伝熱フィン２に形成されるスリット孔２２ａ、２２ｂは、案内フィン２１ａ、２１ｂを挟んで伝熱管３よりも遠い側に配置されている。

また、伝熱フィン２の後縁側部分２ｂには、カラー部２３の外周部を囲むように前縁側部分２ａの面と同一の面をなす平坦部２８が形成されている。そして、この平坦部２８の気流の流れ方向下流側には、伝熱管３近傍の気流を伝熱管３の気流の流れ方向後側に案内する案内壁部２９が形成されている。案内壁部２９は、平坦部２８の気流の流れ方向下流側の縁部から中央線部２４、山部２５及び谷部２６がなす面に繋がるように、カラー部２３の突出方向に向かって立ち上がった略円弧状の壁部である。ここで、案内壁部２９は、中央線部２４から山部２５に向かうにつれて壁高さが高くなり、山部２５から谷部２６に向かうにつれて壁高さが低くなるように形成されている。これにより、伝熱管３の近傍を流れる気流は、案内壁部２９によって伝熱管３の後側に案内されやすくなっている。

（２）フィンチューブ型熱交換器の特徴
上述のように構成されたフィンチューブ型熱交換器１では、伝熱フィン２の気流の流れ方向上流側の部分である前縁側部分２ａに切り起こしにより案内フィン２１ａ、２１ｂを形成し、伝熱フィン２の案内フィン２１ａ、２１ｂの気流の流れ方向下流側の部分である後縁側部分２ｂをワッフル形状にして、伝熱フィン２の伝熱管３の近傍部分の強度が低下するのを抑えるようにしている。このため、フィンチューブ型熱交換器１の組立時の拡管作業により伝熱管３をカラー部２３の内面に密着させる際に、伝熱フィン２の伝熱管３の近傍部分の変形を抑えることができるようになり、伝熱管３とカラー部２３の内面との間の密着性の低下を抑えることができる。このように、フィンチューブ型熱交換器１では、案内フィン２１ａ、２１ｂによる伝熱促進効果を得ながら、伝熱フィン２の強度が低下するのを抑えることができるようになり、熱交換性能を高めることができる。

また、ワッフル形状を有する伝熱フィン２の後縁側部分２ｂには、伝熱管３近傍の気流を伝熱管３の気流の流れ方向後側に案内する案内壁部２９が形成されているため、死水域を低減する効果を得ることができる。
さらに、このフィンチューブ型熱交換器１では、各案内フィン２１ａ、２１ｂの形状を気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増した形状にすることによって、各案内フィン２１ａ、２１ｂの背後に縦渦を生じさせることができるため、各案内フィン２１ａ、２１ｂによる伝熱促進効果をさらに高めることができる。

＜第２実施形態＞
図５〜図７に本発明の第２実施形態にかかるフィンチューブ型熱交換器１０１の要部を示す。ここで、図５は、フィンチューブ型熱交換器１０１の断面図である。図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。図７は、図５のＣ部分を示す斜視図である。
（１）フィンチューブ型熱交換器の構成
フィンチューブ型熱交換器１０１は、いわゆるクロスフィンアンドチューブ型熱交換器であり、主として、複数のプレート状の伝熱フィン１０２と、複数の伝熱管３とを備えている。伝熱フィン１０２は、その平面方向を空気等の気流の流れ方向に概ね沿わせた状態で、板厚方向に並んで配置されている。伝熱フィン１０２には、気流の流れ方向に略直交する方向に間隔を空けて複数の貫通孔１０２ｃが形成されている。貫通孔１０２ｃの周囲部分は、伝熱フィン１０２の板厚方向の一方側に突出する環状のカラー部１２３となっている。カラー部１２３は、板厚方向に隣り合う伝熱フィン１０２のカラー部１２３が形成された面と反対の面に当接しており、各伝熱フィン１０２の板厚方向間に所定の間隔Ｈを確保している。伝熱管３は、内部に冷媒等の熱媒体が流れる管部材であり、板厚方向に並んで配置された複数の伝熱フィン１０２に挿入されており、気流の流れ方向に略直交する方向に配置されている。具体的には、伝熱管３は、伝熱フィン１０２に形成された貫通孔１０２ｃを貫通しており、フィンチューブ型熱交換器１０１の組立時の拡管作業によって、カラー部１２３の内面に密着している。

次に、本実施形態のフィンチューブ型熱交換器１０１に用いられている伝熱フィン１０２の詳細形状について説明する。
そして、伝熱フィン２の気流の流れ方向上流側の部分（以下、前縁側部分とする）には、各伝熱管３の両側（すなわち、各伝熱管３の下側及び上側）において、気流の流れ方向上流側に向かって拡開する案内フィン１２１ａ、１２１ｂが、切り起こしにより、伝熱フィン１０２面に形成されている。案内フィン１２１ａ、１２１ｂの切り起こし方向は、カラー部１２３の突出方向と同じである。また、各案内フィン１２１ａ、１２１ｂは、気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増するように形成されている。本実施形態において、各案内フィン１２１ａ、１２１ｂは、略台形状又は略三角形状であり（図３参照、図３は、案内フィン１２１ｂを示す図であるが、案内フィン１２１ａについても同様の形状を有する）、その最大高さｈがカラー部１２３の高さＨよりも低くなるように形成されている。また、案内フィン１２１ａ、１２１ｂが切り起こされる際に伝熱フィン１０２に形成されるスリット孔１２２ａ、１２２ｂは、案内フィン１２１ａ、１２１ｂを挟んで伝熱管３よりも遠い側に配置されている。

そして、案内フィン１２１ａ、１２１ｂが形成された伝熱フィン１０２の前縁側部分の下流側の部分（以下、後縁側部分とする）には、カラー部１２３の外周側の部分であって気流の流れ方向下流側に対応する部分を囲むように、絞り加工等により伝熱フィン１０２を切り込むことなく膨出させた膨出部１２９ａ、１２９ｂが形成されている。膨出部１２９ａ、１２９ｂは、カラー部１２３の突出方向と同じ方向に突出した略円弧状の部分である。膨出部１２９ａは、伝熱管３の管中心を気流の流れ方向に横切る線に対して案内フィン１２１ａが形成されている側に配置されている。膨出部１２９ｂは、伝熱管３の管中心を気流の流れ方向に横切る線に対して案内フィン１２１ｂが形成されている側に配置されている。このため、伝熱管３の近傍を流れる気流は、膨出部１２９ａ、１２９ｂによって、伝熱管３の気流の流れ方向後側に案内されるようになっている。また、膨出部１２９ａの気流の流れ方向下流側の端部と膨出部１２９ｂの気流の流れ方向下流側の端部との間には隙間が設けられているため、伝熱管３の後側に案内されやすくなっている。

（２）フィンチューブ型熱交換器の特徴
上述のように構成されたフィンチューブ型熱交換器１０１では、伝熱フィン２の気流の流れ方向上流側の部分である前縁側部分に切り起こしにより案内フィン１２１ａ、１２１ｂを形成し、伝熱フィン１０２の案内フィン１２１ａ、１２１ｂの気流の流れ方向下流側の部分である後縁側部分に伝熱フィン１０２を切り込むことなく膨出させた膨出部１２９ａ、１２９ｂを形成することによって、伝熱フィン１０２の伝熱管３の近傍部分の強度が低下するのを抑えるようにしている。このため、フィンチューブ型熱交換器１０１の組立時の拡管作業により伝熱管３をカラー部１２３の内面に密着させる際に、伝熱フィン１０２の伝熱管３の近傍部分の変形を抑えることができるようになり、伝熱管３とカラー部１２３の内面との間の密着性の低下を抑えることができる。このように、フィンチューブ型熱交換器１０１では、案内フィン１２１ａ、１２１ｂによる伝熱促進効果を得ながら、伝熱フィン１０２の強度が低下するのを抑えることができるようになり、熱交換性能を高めることができる。

また、伝熱フィン１０２の後縁側部分に形成された膨出部１２９ａ、１２９ｂは、伝熱管３近傍の気流を伝熱管３の気流の流れ方向後側に案内するように形成されているため、死水域を低減する効果を得ることができる。
さらに、このフィンチューブ型熱交換器１０１では、各案内フィン１２１ａ、１２１ｂの形状を気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増した形状にすることによって、各案内フィン１２１ａ、１２１ｂの背後に縦渦を生じさせることができるため、各案内フィン１２１ａ、１２１ｂによる伝熱促進効果をさらに高めることができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

本発明を利用すれば、フィンチューブ型熱交換器において、伝熱フィンの強度低下を抑えつつ、切り起こしにより形成された案内フィンによる伝熱促進効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態にかかるフィンチューブ型熱交換器の断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１、図５のＢ−Ｂ断面図である。 図１のＣ部分を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態にかかるフィンチューブ型熱交換器の断面図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。 図５のＣ部分を示す斜視図である。

符号の説明

１、１０１ フィンチューブ型熱交換器
２、１０２ 伝熱フィン
３ 伝熱管
２１ａ、２１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ 案内フィン
２９ 案内壁部
１２９ａ、１２９ｂ 膨出部

Claims (5)

1. 気流中に配置された伝熱フィン（２）と、
   前記伝熱フィンに挿入されており、気流の流れ方向に略直交する方向に配置された複数の伝熱管（３）とを備え、
   前記伝熱フィンには、前記伝熱管の両側において、気流の流れ方向上流側に向かって拡開する案内フィン（２１ａ、２１ｂ）が、切り起こしにより、前記伝熱フィン面に形成されており、
   前記伝熱フィンの前記案内フィンの気流の流れ方向下流側の部分は、ワッフル形状になっている、
   フィンチューブ型熱交換器（１）。
2. 前記伝熱フィン（２）の前記ワッフル形状になっている部分の一部は、前記伝熱管（３）近傍の気流を、前記伝熱管の気流の流れ方向後側に案内する案内壁部（２９）を形成している、請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器（１）。
3. 気流中に配置された伝熱フィン（１０２）と、
   前記伝熱フィンに挿入されており、気流の流れ方向に略直交する方向に配置された複数の伝熱管（３）とを備え、
   前記伝熱フィンには、前記伝熱管の両側において、気流の流れ方向上流側に向かって拡開する案内フィン（１２１ａ、１２１ｂ）が、切り起こしにより、前記伝熱フィン面に形成されており、
   前記伝熱フィンの前記案内フィンの気流の流れ方向下流側の部分には、前記伝熱フィンを切り込むことなく膨出させた膨出部（１２９ａ、１２９ｂ）が形成されている、
   フィンチューブ型熱交換器（１０１）。
4. 前記膨出部（１２９ａ、１２９ｂ）は、前記伝熱管（３）近傍の気流を、前記伝熱管の気流の流れ方向後側に案内するように形成されている、請求項３に記載のフィンチューブ型熱交換器（１０１）。
5. 前記案内フィン（２１ａ、２１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ）は、気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増している、請求項１〜４のいずれかに記載のフィンチューブ型熱交換器（１、１０１）。

Images