JP2010223578A - Heat exchanger fin, and heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器用フィン及び熱交換器、特にクロスフィンチューブ式熱交換器用フィンとクロスフィンチューブ式熱交換器とに関する。 The present invention relates to heat exchanger fins and heat exchangers, and more particularly to a cross fin tube heat exchanger fin and a cross fin tube heat exchanger.
空気調和機用の熱交換器の一種として、クロスフィンチューブ式熱交換器がある。図12に示すように、従来のクロスフィンチューブ式熱交換器では、断面形状が直線であるL字型フィンカラー12’が使われ、L字型フィンカラー12’の直線部分と伝熱管2’の外周面との密着を図るものがある。しかし、拡管過程で、フィンカラーの直線部分の中間部に凹みが発生し、フィンカラー12’と伝熱管2’の外周面とが接触しない部分が生ずる。この場合、図13(a)に示すように、フィンカラーの直線部分の中間部において、フィンカラーと伝熱管の外周面との接触ギャップが大きく、フィンカラーと伝熱管との接触面積が減るため伝熱面積が減少する。また、図13(b)に示すように、フィンカラーと伝熱管の接触部分に応力集中が発生し、フィンカラーにひび割れなどが発生して接触熱伝達率が低下する場合がある。また、カラーの直線部分の応力分布が左右方向にずれやすいため、曲げモーメントが発生しフィンカラーが座屈して伝熱管との間にギャップが発生する。従って、断面形状が直線であるL字型フィンカラーを採用した場合、所定の熱交換量が得られないなどの問題が存在する。
One type of heat exchanger for an air conditioner is a cross-fin tube heat exchanger. As shown in FIG. 12, in a conventional cross fin tube heat exchanger, an L-
フィンカラーと伝熱管の外周面との接触ギャップの発生を回避するため、図14に示す熱交換器用フィン21は、フィンカラーの3つの部分(22,23,24)にそれぞれ3つの曲げR(R1、R2、R3)を付け、さらにそれぞれの曲げRを滑らかに接触させ、全体的にフィンカラー形状を伝熱管側に凸とし、ストレート部分が存在しないようにしている(特許文献1)。このような形状のフィン21は、断面形状が直線であるL字型フィンカラーに比べて、フィンカラーと伝熱管との密着度が改善され、熱交換効率が向上された。
In order to avoid the occurrence of a contact gap between the fin collar and the outer peripheral surface of the heat transfer tube, the
本発明の目的は、上記背景技術の問題点を克服し、フィンカラーと拡管後の伝熱管との隙間が最小になるようなフィンを提供し、フィンカラーと伝熱管との密着度を改善させることである。また、熱交換器の熱交換効率を向上させることである。 The object of the present invention is to overcome the problems of the background art described above, provide a fin that minimizes the gap between the fin collar and the heat transfer tube after the expansion, and improve the adhesion between the fin collar and the heat transfer tube. That is. Moreover, it is improving the heat exchange efficiency of a heat exchanger.
第1発明に係る熱交換器用フィンは、プレート状のフィン本体部と、フィン本体部と交差する方向に延伸し、内部に貫通孔が形成される環状のフィンカラーと、を備えている。ここで、フィンカラーは、フィン本体部との連結部分であるフィンカラー根元部と、フィンカラー中間部と、フィンカラーリフレア部とにより構成されている。また、フィンカラーの断面形状は、フィンカラー中間部の中間点の位置をスプライン曲線の制御点とし、フィンカラー中間部の中間点、フィンカラー中間部の第1端部、フィンカラー中間部の第2端部、フィンカラーリフレア部の所定点、フィンカラー根元部の所定点を通るスプライン曲線である。 A fin for a heat exchanger according to a first aspect of the present invention includes a plate-like fin main body and an annular fin collar that extends in a direction intersecting the fin main body and has a through hole formed therein. Here, the fin collar is configured by a fin collar root portion, which is a connecting portion with the fin main body portion, a fin collar intermediate portion, and a fin collar reflare portion. In addition, the cross-sectional shape of the fin collar is the control point of the spline curve at the position of the intermediate point of the fin collar intermediate part, the intermediate point of the fin collar intermediate part, the first end of the fin collar intermediate part, and the first position of the fin collar intermediate part. It is a spline curve that passes through two end portions, a predetermined point of the fin collar refracted portion, and a predetermined point of the fin collar root portion.
スプライン曲線は、制御点により曲線形状制御が可能であり、また、形状制御を局所的に行うことができる。フィンカラーの断面形状をスプライン曲線にすることで、フィンカラーと拡管後の伝熱管との隙間が最小になるように、いくつかの座標を制御点としてフィンカラー曲線形状を制御することができる。また、フィンカラーと拡管後の伝熱管との隙間が最小になることにより、フィンと伝熱管との密着度が改善される。 The spline curve can be controlled by a control point and the shape can be locally controlled. By making the cross-sectional shape of the fin collar into a spline curve, the fin color curve shape can be controlled by using some coordinates as control points so that the gap between the fin collar and the heat transfer tube after the expansion is minimized. In addition, since the gap between the fin collar and the heat transfer tube after the expansion is minimized, the adhesion between the fin and the heat transfer tube is improved.
第2発明に係る熱交換器用フィンは、第1発明に係る熱交換器用フィンであって、フィンカラーは、フィンカラー根元部と、フィンカラー中間部と、フィンカラーリフレア部とにより構成されている。また、フィンカラーの断面形状は、第1スプライン曲線と、第2スプライン曲線と、第3スプライン曲線との複数のスプライン曲線を連続的に結んで形成されている。ここで、第1スプライン曲線は、フィンカラー中間部の中間点と、フィンカラー中間部の第1端部と、フィンカラー中間部の第2端部との三点を通るスプライン曲線である。第2スプライン曲線は、フィンカラーリフレア部の所定点と、フィンカラー中間部のフィンカラーリフレア部側の第1端部とを通るスプライン曲線である。第3スプライン曲線は、フィンカラー根元部の所定点とフィンカラー中間部のフィンカラー根元部側の第2端部とを通るスプライン曲線である。 A heat exchanger fin according to a second aspect of the present invention is the heat exchanger fin according to the first aspect of the present invention, wherein the fin collar is composed of a fin collar root portion, a fin collar intermediate portion, and a fin collar reflare portion. . Further, the cross-sectional shape of the fin collar is formed by continuously connecting a plurality of spline curves including a first spline curve, a second spline curve, and a third spline curve. Here, the first spline curve is a spline curve that passes through the three points of the intermediate point of the fin collar intermediate portion, the first end portion of the fin collar intermediate portion, and the second end portion of the fin collar intermediate portion. The second spline curve is a spline curve that passes through a predetermined point of the fin collar flared portion and a first end portion of the fin collar intermediate portion on the fin collar flared portion side. The third spline curve is a spline curve that passes through a predetermined point of the fin collar root portion and a second end portion of the fin collar intermediate portion on the fin collar root portion side.
ここで、フィンカラーの断面形状は、3点を通る第1スプライン曲線と、2点を通る第2スプライン曲線及び第3スプライン曲線を連続的に結ぶ形状になっている。このような形状を採用することで、フィンカラーと伝熱管の外周面との接触ギャップをさらに小さくさせることができるとともに、フィンカラーと伝熱管の接触部分に発生しやすい応力集中を抑制することができる。また、X2、X3は独立変数であり、スプライン曲線の数が多いため、フィンカラーの中間点X1に対し非対称な形状のフィンカラーを作ることが可能であり、レイアウトの自由度が高くなる。 Here, the cross-sectional shape of the fin collar is a shape that continuously connects the first spline curve passing through the three points, the second spline curve passing through the two points, and the third spline curve. By adopting such a shape, the contact gap between the fin collar and the outer peripheral surface of the heat transfer tube can be further reduced, and stress concentration that tends to occur at the contact portion between the fin collar and the heat transfer tube can be suppressed. it can. Further, X2 and X3 are independent variables, and since the number of spline curves is large, it is possible to create a fin color having an asymmetric shape with respect to the intermediate point X1 of the fin color, and the degree of freedom in layout is increased.
第3発明に係る熱交換器用フィンは、第2発明に係る熱交換器用フィンであって、複数のスプライン曲線は非一様有理Bスプラインである。また、フィンカラー中間部の中間点(X1)、フィンカラー中間部の第1端部(X2)、フィンカラー中間部の第2端部(X3)の各座標の関係は、
そのうち、0<N1<1、0<N2<1、C1、C2は所定値である。
The heat exchanger fin according to the third invention is the heat exchanger fin according to the second invention, wherein the plurality of spline curves are non-uniform rational B-splines. In addition, the relationship between the coordinates of the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part, the first end part (X2) of the fin collar intermediate part, and the second end part (X3) of the fin collar intermediate part is
Among them, 0 <N1 <1, 0 <N2 <1, C1, and C2 are predetermined values.
ここでは、非一様有理Bスプライン曲線を採用したため、制御点によって制御できる範囲を調節でき、制御点が曲線に与える影響を操作することができる。ここでは、伝熱管の直径、フィンの積層方向のピッチ、伝熱管及びフィンの材質などによって、フィンカラー中間部の中間点及びフィンカラー中間部の両端部を含む3つの制御点を制御し、フィンカラー中間部と伝熱管の外周面との接触ギャップが最小になるように、フィンカラーの形状を最適化させることができる。また、X2、X3は独立変数であり、スプライン曲線の数が多いため、フィンカラーの中間点X1に対し非対称な形状のフィンカラーを作ることが可能であり、レイアウトの自由度が高くなる。 Here, since the non-uniform rational B-spline curve is adopted, the range that can be controlled by the control point can be adjusted, and the influence of the control point on the curve can be manipulated. Here, the three control points including the intermediate point of the fin collar intermediate part and both ends of the fin collar intermediate part are controlled by the diameter of the heat transfer tube, the pitch in the stacking direction of the fins, the material of the heat transfer tube and the fin, The shape of the fin collar can be optimized so that the contact gap between the collar intermediate portion and the outer peripheral surface of the heat transfer tube is minimized. Further, X2 and X3 are independent variables, and since the number of spline curves is large, it is possible to create a fin color having an asymmetric shape with respect to the intermediate point X1 of the fin color, and the degree of freedom in layout is increased.
本願発明に係る熱交換器は、複数のフィンと複数の伝熱管とを備えたクロスフィンチューブ式熱交換器である。各フィンは複数の貫通孔を有するフィン本体部と、貫通孔の周縁に形成されたフィンカラーとを有する。各伝熱管はそれぞれ貫通孔に挿入され、拡管により複数のフィンのフィンカラーと密着接触されている。また、フィンカラーの断面形状はスプライン形状である。 The heat exchanger according to the present invention is a cross fin tube heat exchanger provided with a plurality of fins and a plurality of heat transfer tubes. Each fin has a fin main body having a plurality of through holes and a fin collar formed on the periphery of the through holes. Each heat transfer tube is inserted into the through-hole, and is in close contact with the fin collars of the plurality of fins by expansion. Further, the cross-sectional shape of the fin collar is a spline shape.
ここでは、断面がスプライン形状を有するフィンカラーを採用することにより、フィンカラーと拡管後の伝熱管との隙間が最小に制御し、フィンと伝熱管との密着度を改善することができる。 Here, by adopting a fin collar whose cross section has a spline shape, the gap between the fin collar and the heat transfer tube after the expansion is controlled to the minimum, and the adhesion between the fin and the heat transfer tube can be improved.
また、フィンカラーの断面形状は、3点を通る第1スプライン曲線と、2点を通る第2スプライン曲線及び第3スプライン曲線を連続的に結ぶ形状になっている。このような形状を採用することで、フィンカラー中間部と伝熱管の外周面との接触ギャップをさらに小さくさせることができるとともに、フィンカラーと伝熱管の接触部分に発生しやすい応力集中を抑制することができる。 The cross-sectional shape of the fin collar is a shape that continuously connects the first spline curve passing through three points, the second spline curve passing through two points, and the third spline curve. By adopting such a shape, the contact gap between the fin collar intermediate portion and the outer peripheral surface of the heat transfer tube can be further reduced, and stress concentration that tends to occur at the contact portion between the fin collar and the heat transfer tube is suppressed. be able to.
さらに、フィンカラーの断面形状として、非一様有理Bスプライン曲線を採用し、フィンカラー中間部の中間点及びフィンカラー中間部の両端部を含む3つの制御点を制御し、フィンカラー中間部と伝熱管の外周面との接触ギャップが最小になるように、フィンカラーの形状を最適化させることができる。 Furthermore, a non-uniform rational B-spline curve is adopted as the cross-sectional shape of the fin collar, and the three control points including the intermediate point of the fin collar intermediate part and both ends of the fin collar intermediate part are controlled, The shape of the fin collar can be optimized so that the contact gap with the outer peripheral surface of the heat transfer tube is minimized.
その結果、クロスフィンチューブ式熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。 As a result, the heat exchange efficiency of the cross fin tube heat exchanger can be improved.
上記特許文献1に開示した3つ以上の曲げRを付けたフィンカラーの場合、断面形状が直線であるL字型フィンカラーに比べると接触熱伝達率が向上するが、それぞれの曲げRの決定方法については開示されていない。また、接触熱伝達率の計算式に問題があり、所定の接触熱伝達率の値が得られない。
In the case of a fin collar having three or more bends R disclosed in
本発明に係るフィンカラーの断面形状は、フィンカラー中間部の中間点の位置をスプライン曲線の制御点とし、フィンカラー中間部の中間点、フィンカラー中間部の第1端部、フィンカラー中間部の第2端部、フィンカラーリフレア部の所定点、フィンカラー根元部の所定点の5点を通るスプライン曲線である。 The cross-sectional shape of the fin collar according to the present invention is such that the position of the intermediate point of the fin collar intermediate part is the control point of the spline curve, the intermediate point of the fin collar intermediate part, the first end of the fin collar intermediate part, and the fin collar intermediate part Is a spline curve that passes through the five points of the second end, a predetermined point of the fin collar reflare portion, and a predetermined point of the fin collar root portion.
ここでは、フィンカラーの断面形状をスプライン曲線にすることで、フィンカラーと拡管後の伝熱管との隙間が最小になるように、いくつかの座標を制御点としてフィンカラー曲線形状を制御することができる。また、フィンカラーと拡管後の伝熱管との隙間が最小にさせることが可能であると共に、最大接触圧力を増加させることができる。その結果、フィンと伝熱管との密着度が改善され、フィンカラーと拡管後の伝熱管との接触熱伝達率が向上される。 Here, the fin collar curve shape is controlled using several coordinates as control points so that the gap between the fin collar and the heat transfer tube after expansion is minimized by making the cross-sectional shape of the fin collar into a spline curve. Can do. In addition, the gap between the fin collar and the heat transfer tube after the expansion can be minimized, and the maximum contact pressure can be increased. As a result, the adhesion between the fin and the heat transfer tube is improved, and the contact heat transfer coefficient between the fin collar and the heat transfer tube after the expansion is improved.
本発明に係るフィンカラーの断面形状は、3点を通る第1スプライン曲線と、2点を通る第2スプライン曲線及び第3スプライン曲線を連続的に結ぶ形状になっている。このような形状を採用することで、フィンカラーと伝熱管の外周面との接触ギャップをさらに小さくさせることができる。また、接触圧力を増加させることができるとともに、フィンカラーと伝熱管の接触部分に発生しやすい応力集中を抑制することができる。その結果、フィンと伝熱管との密着度が改善され、フィンカラーと拡管後の伝熱管との接触熱伝達率が向上される。さらに、X2、X3は独立変数であり、スプライン曲線の数が多いため、フィンカラーの中間点X1に対し非対称な形状のフィンカラーを作ることが可能であり、レイアウトの自由度が高くなる。 The cross-sectional shape of the fin collar according to the present invention is a shape that continuously connects the first spline curve passing through the three points, the second spline curve passing through the two points, and the third spline curve. By adopting such a shape, the contact gap between the fin collar and the outer peripheral surface of the heat transfer tube can be further reduced. In addition, the contact pressure can be increased, and stress concentration that easily occurs at the contact portion between the fin collar and the heat transfer tube can be suppressed. As a result, the adhesion between the fin and the heat transfer tube is improved, and the contact heat transfer coefficient between the fin collar and the heat transfer tube after the expansion is improved. Furthermore, since X2 and X3 are independent variables and the number of spline curves is large, it is possible to create a fin color having an asymmetric shape with respect to the intermediate point X1 of the fin color, and the degree of freedom in layout is increased.
本発明に係るフィンカラーの断面形状は、非一様有理Bスプライン曲線であるため、制御点によって制御できる範囲を調節でき、制御点が曲線に与える影響を操作することができる。ここでは、伝熱管の直径、フィンの積層方向のピッチ、伝熱管及びフィンの材質などによって、フィンカラー中間部の中間点及びフィンカラー中間部の両端部を含む3つの制御点を制御し、フィンカラーと伝熱管の外周面との接触ギャップが最小になるように、フィンカラーの形状を最適化させることができる。また、X2、X3は独立変数であり、スプライン曲線の数が多いため、フィンカラーの中間点X1に対し非対称な形状のフィンカラーを作ることが可能であり、レイアウトの自由度が高くなる。 Since the cross-sectional shape of the fin collar according to the present invention is a non-uniform rational B-spline curve, the range that can be controlled by the control point can be adjusted, and the influence of the control point on the curve can be manipulated. Here, the three control points including the intermediate point of the fin collar intermediate part and both ends of the fin collar intermediate part are controlled by the diameter of the heat transfer tube, the pitch in the stacking direction of the fins, the material of the heat transfer tube and the fin, The shape of the fin collar can be optimized so that the contact gap between the collar and the outer peripheral surface of the heat transfer tube is minimized. Further, X2 and X3 are independent variables, and since the number of spline curves is large, it is possible to create a fin color having an asymmetric shape with respect to the intermediate point X1 of the fin color, and the degree of freedom in layout is increased.
また、本発明に係る熱交換器は、複数のフィンと複数の伝熱管とを備えたクロスフィンチューブ式熱交換器である。各フィンは複数の貫通孔を有するフィン本体部と、貫通孔の周縁に形成されたフィンカラーとを有する。各伝熱管はそれぞれ貫通孔に挿入され、拡管により複数のフィンのフィンカラーと密着接触されている。また、フィンカラーの断面形状は上記のスプライン形状である。 Moreover, the heat exchanger which concerns on this invention is a cross fin tube type heat exchanger provided with the several fin and the several heat exchanger tube. Each fin has a fin main body having a plurality of through holes and a fin collar formed on the periphery of the through holes. Each heat transfer tube is inserted into the through-hole, and is in close contact with the fin collars of the plurality of fins by expansion. Moreover, the cross-sectional shape of the fin collar is the above-mentioned spline shape.
ここでは、断面がスプライン形状を有するフィンカラーを採用することにより、フィンカラーと拡管後の伝熱管との隙間が最小にさせることが可能であると共に、接触圧力を増加させることができる。その結果、フィンと伝熱管との密着度が改善され、フィンカラーと拡管後の伝熱管との接触熱伝達率が向上され、最終的に熱交換器全体の性能が向上される。 Here, by adopting a fin collar whose cross section has a spline shape, the gap between the fin collar and the heat transfer tube after the expansion can be minimized, and the contact pressure can be increased. As a result, the adhesion between the fin and the heat transfer tube is improved, the contact heat transfer coefficient between the fin collar and the heat transfer tube after the expansion is improved, and finally the performance of the entire heat exchanger is improved.
本発明に係るクロスフィンチューブ式熱交換器および熱交換器用フィンについて、添付図を用いて説明する。 A cross fin tube heat exchanger and a heat exchanger fin according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係るクロスフィンチューブ式熱交換器100の製造過程を示す断面模式図であり、図2は部分拡大図である。図1及び図2に示すように、クロスフィンチューブ式熱交換器100は、所定のフィンピッチで複数枚並設されたフィンプレート1と伝熱管2とにより構成されている。フィンプレート1は、貫通孔を有し、フィンプレート1に設けられた貫通孔の周縁にはフィンカラー12が形成されている。フィンプレート1の貫通孔に挿入された伝熱管2は拡管ヘッド3で拡管され、伝熱管2外周面とフィンカラー12とが接触される。フィンカラー12と伝熱管2との接触面積において、伝熱管2内に流通する冷媒とフィンプレート1の表面を流通する空気Wとの間で熱交換が行われる。ここで、フィンカラー12と伝熱管2との接触状態及び接触圧力の大きさにより熱交換器の熱伝達効率が大きく変動する。本願では、フィンカラーの断面形状をスプライン曲線にして最適化することにより、拡管後のフィンカラー12と伝熱管2との密着状態を改善させるとともに接触圧力を適正化することにより、熱交換器の熱伝達効率を向上することができる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of a cross-fin
フィンカラー断面形状の最適化による効果を検証するため、クロスフィンチューブ熱交換器の拡管加工過程を有限要素法によるシミュレーション実験により再現し、フィンカラー12と伝熱管2との局所的な接触状態を調べた。
In order to verify the effect of optimization of the fin collar cross-sectional shape, the tube expansion process of the cross fin tube heat exchanger was reproduced by a simulation experiment by the finite element method, and the local contact state between the
図3は、接触熱伝達率を計算するために用いたシミュレーションモデルの模式図である。クロスフィンチューブの拡管加工は、軸対称の特徴を有するため、図3ではクロスフィンチューブの拡管の半分のみを用いて説明する。ここでは、7枚のフィンプレート1を積層し、Y軸方向から起算して1枚目のフィンプレートのプレート部と7枚目のフィンプレートの部フィンカラー端部のY軸方向の移動が制約されている。また、対応する伝熱管の両端部のY軸方向の移動が制約されている。フィンカラーの断面形状を最適化するため、本実施例では、非一様有理Bスプライン曲線を用いた。また、フィンカラー12各部位における伝熱管2との隙間高さの和が最小になる、すなわち隙間面積が最小になることを最適化の目標とした。
FIG. 3 is a schematic diagram of a simulation model used for calculating the contact heat transfer coefficient. Since the expansion processing of the cross fin tube has an axially symmetric feature, FIG. 3 will be described using only half of the expansion of the cross fin tube. Here, seven
図4に示すフィン1は、プレート状のフィン本体部(11)と、フィン本体部(11)と交差する方向に延伸し、内部に貫通孔が形成される環状のフィンカラー(12)とを備えている。また、フィンカラー(12)は、フィン本体部(11)との連結部分であるフィンカラー根元部(121)と、フィンカラー中間部(122)と、フィンカラーリフレア部(123)とにより構成されている。ここで、拡管する前のフィンカラー中間部(122)とフィンカラー中心軸Zとの距離rは3.6mmである。スプライン曲線の制御点として、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)、フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)のいずれか一つ以上を選択し、変動範囲は、フィンカラー中心軸Zとの距離が3.51〜3.7156mmの範囲に設定した。
The
ここでは、接触熱伝達率を計算する際、下記の式を用いた。
Here, the following formula was used when calculating the contact heat transfer coefficient.
h − 接触熱伝達率, [w/m2k];
λ1 − アルミの熱伝導率(フィンに使用), [w/m2k];
λ2 − 銅の熱伝導率(管に使用), [w/m2k];
δ1 − アルミの表面粗さ(フィンに使用), [μm];
δ2 − 銅の表面粗さ(管に使用), [μm];
H − 銅の硬さ, [kgf/mm];
L − フィンカラーの接触長さ, [mm];
p(l)− フィンと管の接触圧力, [kgf/mm]
h-contact heat transfer coefficient, [w / m2k];
λ1-thermal conductivity of aluminum (used for fins), [w / m2k];
λ2-copper thermal conductivity (used for tubes), [w / m2k];
δ1-aluminum surface roughness (used for fins), [μm];
δ2-copper surface roughness (used for tubes), [μm];
H-Hardness of copper, [kgf / mm];
L-the contact length of the fin collar, [mm];
p (l)-contact pressure between fin and tube, [kgf / mm]
<実験1>
実験1においては、図5(a)に示すように、フィンカラーの断面形状最適化時の変数として、変動制御点は1つである。また、フィンカラーの断面形状は、3点を通るスプライン曲線により構成されている。
<
In
すなわち、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)の位置をスプライン曲線の制御点とし、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)、フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)の3点を通るスプライン曲線を作成した。その結果、図5(b)に示す最適化後の形状を得ることができた。表1は、実験1における最適化後の形状の変化を表している。
That is, the position of the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122) is set as the control point of the spline curve, the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122), and the first end of the fin collar intermediate part (122). A spline curve passing through the three points of the portion (X2) and the second end (X3) of the fin collar intermediate portion (122) was created. As a result, the optimized shape shown in FIG. 5B was obtained. Table 1 shows the shape change after optimization in
<実験2>
実験2においては、図6(a)に示すように、フィンカラーの断面形状最適化時の変数として、変動制御点は1つである。また、フィンカラーの断面形状は、5点を通るスプライン曲線により構成されている。
<
In
すなわち、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)の位置をスプライン曲線の制御点とし、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)、フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)、フィンカラーリフレア部の所定点C1、フィンカラー根元部の所定点C2の5点を通るスプライン曲線を作成した。その結果、図6(b)に示す最適化後の形状を得ることができた。表2は、実験2における最適化後の形状の変化を表している。
That is, the position of the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122) is set as the control point of the spline curve, the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122), and the first end of the fin collar intermediate part (122). A spline curve that passes through the five points of the portion (X2), the second end portion (X3) of the fin collar intermediate portion (122), the predetermined point C1 of the fin collar reflare portion, and the predetermined point C2 of the fin collar root portion was created. As a result, the optimized shape shown in FIG. 6B was obtained. Table 2 shows the change in shape after optimization in
<実験3>
実験3においては、図7(a)に示すように、フィンカラーの断面形状最適化時の変数として、変動制御点は3つである。また、フィンカラーの断面形状は、5点を通るスプライン曲線により構成されている。
<
In
すなわち、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)、フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)の位置をスプライン曲線の制御点とした。ここで、X2とX3は、
0<N<1により定義した。また、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)、フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)、フィンカラーリフレア部の所定点C1、フィンカラー根元部の所定点C2の5点を通るスプライン曲線を作成した。その結果、図7(b)に示す最適化後の形状を得ることができた。表3は、実験3における最適化後の形状の変化を表している。
That is, the positions of the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122), the second end part (X3) of the fin collar intermediate part (122), and the first end part (X2) of the fin collar intermediate part (122). The control point of the spline curve was used. Where X2 and X3 are
It was defined by 0 <N <1. Further, the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122), the first end part (X2) of the fin collar intermediate part (122), the second end part (X3) of the fin collar intermediate part (122), the fin collar A spline curve passing through five points, that is, a predetermined point C1 of the refracted portion and a predetermined point C2 of the fin collar root portion was created. As a result, the optimized shape shown in FIG. 7B was obtained. Table 3 shows the shape change after optimization in
<実験4>
実験4においては、図8(a)に示すように、フィンカラーの断面形状最適化時の変数として、変動制御点は3つである。また、フィンカラーの断面形状は、5点を通るスプライン曲線により構成されている。
<Experiment 4>
In Experiment 4, as shown in FIG. 8A, there are three variation control points as variables when optimizing the cross-sectional shape of the fin collar. Further, the cross-sectional shape of the fin collar is constituted by a spline curve that passes through five points.
すなわち、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第一端点(X2)、フィンカラー中間部(122)の第二端点(X3)の位置をスプライン曲線の制御点とした。ここで、X2とX3は、
0<N1<1、0<N2<1により定義した。また、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)、フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)、フィンカラーリフレア部の所定点C1、フィンカラー根元部の所定点C2の5点を通るスプライン曲線を作成した。その結果、図8(b)に示す最適化後の形状を得ることができた。表4は、実験4における最適化後の形状の変化を表している。
That is, the positions of the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122), the first end point (X2) of the fin collar intermediate part (122), and the second end point (X3) of the fin collar intermediate part (122) are splined. The control point of the curve was used. Where X2 and X3 are
It was defined by 0 <N1 <1, 0 <N2 <1. Further, the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122), the first end part (X2) of the fin collar intermediate part (122), the second end part (X3) of the fin collar intermediate part (122), the fin collar A spline curve passing through five points, that is, a predetermined point C1 of the refracted portion and a predetermined point C2 of the fin collar root portion was created. As a result, the optimized shape shown in FIG. 8B was obtained. Table 4 shows the shape change after optimization in Experiment 4.
<実験5>
実験5においては、図9(a)に示すように、フィンカラーの断面形状最適化時の変数として、変動制御点は3つである。また、フィンカラーの断面形状は2点を通るスプライン曲線2本と、3点を通るスプライン曲線1本とにより構成されている。
<
In
すなわち、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第一端点(X2)、フィンカラー中間部(122)の第二端点(X3)の位置をスプライン曲線の制御点とした。ここで、X2とX3は、
0<N1<1、0<N2<1により定義した。また、フィンカラーの断面形状はフィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)、フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)の3点を通る第1スプライン曲線、フィンカラーリフレア部(123)の所定点(C1)とフィンカラー中間部(122)のフィンカラーリフレア部(123)側の第1端部(X2)の2点を通る第2スプライン曲線と、フィンカラー根元部(121)の所定点(C2)とフィンカラー中間部(122)のフィンカラー根元部(121)側の第2端部(X3)の2点を通る第3スプライン曲線とにより構成されている。その結果、図9(b)に示す最適化後の形状を得ることができた。表5は、実験5における最適化後の形状の変化を表している。
That is, the positions of the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122), the first end point (X2) of the fin collar intermediate part (122), and the second end point (X3) of the fin collar intermediate part (122) are splined. The control point of the curve was used. Where X2 and X3 are
It was defined by 0 <N1 <1, 0 <N2 <1. Further, the cross-sectional shape of the fin collar includes an intermediate point (X1) of the fin collar intermediate portion (122), a first end portion (X2) of the fin collar intermediate portion (122), and a second end portion of the fin collar intermediate portion (122). The first spline curve that passes through the three points (X3), the predetermined point (C1) of the fin collar reflared portion (123), and the first end portion (X2) of the fin collar intermediate portion (122) on the fin collar reflared portion (123) side ), The second spline curve passing through the two points, the predetermined point (C2) of the fin collar root portion (121), and the second end portion (X3) of the fin collar intermediate portion (122) on the fin collar root portion (121) side. And a third spline curve passing through the two points. As a result, the optimized shape shown in FIG. 9B was obtained. Table 5 shows the shape change after optimization in
<実験6>
実験6においては、図10(a)に示すように、フィンカラーの断面形状最適化時の変数として、変動制御点は2つである。また、フィンカラーの断面形状は2点を通るスプライン曲線2本と、3点を通るスプライン曲線1本とにより構成されている。
<Experiment 6>
In Experiment 6, as shown in FIG. 10A, there are two variation control points as variables when optimizing the cross-sectional shape of the fin collar. Further, the cross-sectional shape of the fin collar is constituted by two spline curves passing through two points and one spline curve passing through three points.
すなわち、フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2), フィンカラー根元部(121)側の第2端部(X3)の位置をスプライン曲線の制御点とした。また、フィンカラーの断面形状は、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)、フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)の3点を通る第1スプライン曲線、フィンカラーリフレア部(123)の所定点(C1)とフィンカラー中間部(122)のフィンカラーリフレア部(123)側の第1端部(X2)の2点を通る第2スプライン曲線と、フィンカラー根元部(121)の所定点(C2)とフィンカラー中間部(122)のフィンカラー根元部(121)側の第2端部(X3)の2点を通る第3スプライン曲線とにより構成されている。その結果、図10(b)に示す最適化後の形状を得ることができた。表6は、実験6における最適化後の形状の変化を表している。 That is, the positions of the first end portion (X2) of the fin collar intermediate portion (122) and the second end portion (X3) on the fin collar root portion (121) side were set as control points of the spline curve. Further, the cross-sectional shape of the fin collar includes an intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122), a first end (X2) of the fin collar intermediate part (122), and a second end of the fin collar intermediate part (122). A first spline curve passing through the three points of the portion (X3), a predetermined point (C1) of the fin collar reflared portion (123), and a first end portion of the fin collar intermediate portion (122) on the fin collar reflared portion (123) side ( A second spline curve passing through two points X2), a predetermined point (C2) of the fin collar root portion (121), and a second end portion (X3) of the fin collar intermediate portion (122) on the fin collar root portion (121) side. ) And a third spline curve passing through two points. As a result, the optimized shape shown in FIG. 10B was obtained. Table 6 shows the shape change after optimization in Experiment 6.
<結論>
図11及び表7は、上記各シミュレーション実験の結果である、フィンカラー12と伝熱管2との接触隙間の合計減少率、最大接触圧力の増加率、接触熱伝達率の増加率をまとめたものである。
<Conclusion>
FIG. 11 and Table 7 summarize the total reduction rate of the contact gap between the
表7から分かるように、シミュレーション実験2、5、6においては、接触すきま合計の減少率が大きいだけでなく、最大接触圧力の増加率も大きくなっており、その結果、接触熱伝達率の増加率も12%以上になっている。
As can be seen from Table 7, in
一方、表8に示すように、従来のフィンカラーでは、単一または二つの曲げRを付けたフィンと伝熱管との接触熱伝達率の増加率は5%程度であり、フィンカラーにそれぞれ3つの曲げRを付け、さらにそれぞれの曲げRを滑らかに接触させ、全体的にフィンカラー形状を伝熱管側に凸とし、ストレート部分が存在しないようにしたものであっても、接触熱伝達率の増加率は9%にすぎない。 On the other hand, as shown in Table 8, in the conventional fin collar, the increase rate of the contact heat transfer coefficient between the fin with the single or two bends R and the heat transfer tube is about 5%. Even if one bend R is attached, and each bend R is contacted smoothly, and the fin collar shape is convex toward the heat transfer tube as a whole so that no straight portion exists, the contact heat transfer coefficient The increase rate is only 9%.
1 フィン
11 フィン本体部
12 フィンカラー
121 フィンカラー根元部
122 フィンカラー中間部
123 フィンカラーリフレア部
2 伝熱管
3 拡管ヘッド
X1 フィンカラー中間部の中間点座標
X2 フィンカラー中間部の第1端部座標
X3 フィンカラー中間部の第2端部座標
C1 フィンカラーリフレア部の所定点座標
C2 フィンカラー根元部の所定点座標
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記フィンカラー(12)は、前記フィン本体部(11)との連結部分であるフィンカラー根元部(121)と、フィンカラー中間部(122)と、フィンカラーリフレア部(123)とにより構成されており、
前記フィンカラー(12)の断面形状は、前記フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)の位置をスプライン曲線の制御点とし、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)、フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)、フィンカラーリフレア部の所定点C1、フィンカラー根元部の所定点C2を通るスプライン曲線である、
熱交換器用フィン。 A fin for a heat exchanger comprising: a plate-like fin main body (11); and an annular fin collar (12) extending in a direction intersecting the fin main body (11) and having a through hole formed therein. In
The fin collar (12) includes a fin collar root portion (121) which is a connecting portion with the fin main body portion (11), a fin collar intermediate portion (122), and a fin collar refractor portion (123). And
The cross-sectional shape of the fin collar (12) is such that the position of the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122) is the control point of the spline curve, and the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122) The first end portion (X2) of the collar intermediate portion (122), the second end portion (X3) of the fin collar intermediate portion (122), the predetermined point C1 of the fin collar refracted portion, and the predetermined point C2 of the fin collar root portion. A spline curve,
Heat exchanger fins.
そのうち、前記複数のスプライン曲線は、
前記フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)と、前記フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)と、前記フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)との三点を通る第1スプライン曲線と、
前記フィンカラーリフレア部(123)の所定点(C1)と、前記フィンカラー中間部(122)の前記フィンカラーリフレア部(123)側の第1端部(X2)とを通る第2スプライン曲線と、
前記フィンカラー根元部(121)の所定点(C2)と前記フィンカラー中間部(122)の前記フィンカラー根元部(121)側の第2端部(X3)とを通る第3スプライン曲線と、
を含む、請求項1に記載の熱交換器用フィン。 The cross-sectional shape of the fin collar (12) is formed by continuously connecting a plurality of spline curves,
Among these, the plurality of spline curves are
An intermediate point (X1) of the fin collar intermediate portion (122), a first end portion (X2) of the fin collar intermediate portion (122), and a second end portion (X3) of the fin collar intermediate portion (122). A first spline curve passing through the three points;
A second spline curve passing through a predetermined point (C1) of the fin collar reflared portion (123) and a first end (X2) of the fin collar intermediate portion (122) on the fin collar reflared portion (123) side; ,
A third spline curve passing through a predetermined point (C2) of the fin collar root portion (121) and a second end (X3) of the fin collar intermediate portion (122) on the fin collar root portion (121) side;
The heat exchanger fin according to claim 1, comprising:
前記フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、前記フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)、前記フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)の各座標の関係は、
そのうち、0<N1<1、0<N2<1、C1、C2は所定値
である、
請求項2に記載の熱交換器用フィン。 The plurality of spline curves are non-uniform rational B-splines;
Each of the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122), the first end part (X2) of the fin collar intermediate part (122), and the second end part (X3) of the fin collar intermediate part (122). The relationship of coordinates is
Among them, 0 <N1 <1, 0 <N2 <1, C1, C2 are predetermined values.
The heat exchanger fin according to claim 2.
前記貫通孔に挿入され、拡管により前記複数のフィン(1)のフィンカラー(12)と密着接触された複数の伝熱管(3)と、を備え、
前記フィンカラー(12)の断面形状は前記フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)の位置をスプライン曲線の制御点とし、フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)、フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)、フィンカラーリフレア部の所定点C1、フィンカラー根元部の所定点C2を通るスプライン曲線である、
クロスフィンチューブ式熱交換器。 A fin for a heat exchanger comprising: a plate-like fin main body (11); and an annular fin collar (12) extending in a direction intersecting the fin main body (11) and having a through hole formed therein. (1) and
A plurality of heat transfer tubes (3) inserted into the through-holes and in close contact with the fin collars (12) of the plurality of fins (1) by pipe expansion;
The cross-sectional shape of the fin collar (12) is such that the position of the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122) is the control point of the spline curve, the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122), and the fin color A spline that passes through the first end (X2) of the intermediate portion (122), the second end (X3) of the fin collar intermediate portion (122), the predetermined point C1 of the fin collar flared portion, and the predetermined point C2 of the fin collar root portion. Is a curve,
Cross fin tube heat exchanger.
そのうち、前記複数のスプライン曲線は、
前記フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)と、前記フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)と、前記フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)との三点を通る第1スプライン曲線と、
前記フィンカラーリフレア部(123)の所定点(C1)と、前記フィンカラー中間部(122)の前記フィンカラーリフレア部(123)側の第1端部(X2)とを通る第2スプライン曲線と、
前記フィンカラー根元部(121)の所定点(C2)と前記フィンカラー中間部(122)の前記フィンカラー根元部(121)側の第2端部(X3)とを通る第3スプライン曲線と、
を含む、請求項4に記載のクロスフィンチューブ式熱交換器。 The cross-sectional shape of the fin collar (12) is formed by continuously connecting a plurality of spline curves,
Among these, the plurality of spline curves are
An intermediate point (X1) of the fin collar intermediate portion (122), a first end portion (X2) of the fin collar intermediate portion (122), and a second end portion (X3) of the fin collar intermediate portion (122). A first spline curve passing through the three points;
A second spline curve passing through a predetermined point (C1) of the fin collar reflared portion (123) and a first end (X2) of the fin collar intermediate portion (122) on the fin collar reflared portion (123) side; ,
A third spline curve passing through a predetermined point (C2) of the fin collar root portion (121) and a second end (X3) of the fin collar intermediate portion (122) on the fin collar root portion (121) side;
The cross fin tube type heat exchanger according to claim 4, comprising:
前記フィンカラー中間部(122)の中間点(X1)、前記フィンカラー中間部(122)の第1端部(X2)、前記フィンカラー中間部(122)の第2端部(X3)の各座標の関係は、
そのうち、0<N1<1、0<N2<1、C1、C2は所定値
である、
請求項5に記載のクロスフィンチューブ式熱交換器。 The plurality of spline curves are non-uniform rational B-splines;
Each of the intermediate point (X1) of the fin collar intermediate part (122), the first end part (X2) of the fin collar intermediate part (122), and the second end part (X3) of the fin collar intermediate part (122). The relationship of coordinates is
Among them, 0 <N1 <1, 0 <N2 <1, C1, C2 are predetermined values.
The cross fin tube heat exchanger according to claim 5.
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