JP2014020580A - Fin tube type heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ルームエアコン、パッケージエアコン、カーエアコン等の空気調和機や、ヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫、冷凍庫等に用いられ、多数積層された伝熱フィンと伝熱フィン間を流動する気体などの流体と、伝熱管内を流動する水や冷媒などの流体との間で熱を授受するフィンチューブ型熱交換器に関するものである。 The present invention is used in air conditioners such as room air conditioners, packaged air conditioners, and car air conditioners, heat pump hot water heaters, refrigerators, freezers, etc., and a plurality of heat transfer fins and gases flowing between heat transfer fins are used. The present invention relates to a finned tube heat exchanger that transfers heat between a fluid and a fluid such as water or a refrigerant flowing in a heat transfer tube.
従来のフィンチューブ型熱交換器として、図7〜図11に示されるようなものがある(例えば、特許文献1参照)。 As conventional fin tube type heat exchangers, there are those shown in FIGS. 7 to 11 (see, for example, Patent Document 1).
図7は、上記特許文献1に記載された従来のフィンチューブ型熱交換器の斜視図、図8は、同フィンチューブ型熱交換器のフィンの正面図、図9は、同フィンの底面図、図10は、同フィンの要部の拡大斜視図、図11は、同フィンの別の要部の拡大斜視図である。
7 is a perspective view of the conventional finned tube heat exchanger described in
一般に、多数積層された平板状の伝熱フィンと伝熱管とで構成されるフィンチューブ型熱交換器は、図7に示すように、一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体Wが流動する多数の平板状の伝熱フィン101と、これらの伝熱フィン101に略直角に所定のピッチで挿入され、内部を水や冷媒などの流体Rが流動する伝熱管104とで構成され、伝熱管104は、伝熱フィン101の貫通穴(図示せず)の外周に垂直に立ち上げた円周状のフィンカラー102に密着接合されている。また、伝熱フィン101には、スリット形成部分103に、図8、図9、図10、図11に示すような2辺の切り込みを設けて1辺を基本線として切り起こす、三角形状のデルタウィングと呼ばれる切り起こし片111、112が設けられている。
In general, as shown in FIG. 7, a finned tube heat exchanger composed of a large number of laminated flat plate heat transfer fins and heat transfer tubes is stacked in parallel at a constant pitch, and air or the like between them. A large number of flat plate-like
そして、従来のフィンチューブ型熱交換器の切り起こし片111、112は、図10、図11に示す様に、基部から先端部に向けて漸次幅狭となり、通過する空気に縦渦Sを発生させる翼部を伝熱フィン101から切り起こして形成する。この縦渦Sにより、熱伝達率を向上させるというものである(例えば、特許文献1参照)。
As shown in FIGS. 10 and 11, the cut-and-raised
また、図12に示すように、伝熱フィン201に切り込み202を設け、気体の流動方向203に対し、風上側の伝熱フィン部を隆起させて、風下側に開口204を有する谷部205を形成するフィンチューブ型熱交換器も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
In addition, as shown in FIG. 12, the
しかしながら、上記特許文献1、2に記載されたようなフィンチューブ型熱交換器の構成では、平板状の伝熱フィン部の通風抵抗に対して、切り起こし形状部の通風抵抗が大きく、そのため、流体は切り起こし形状を迂回する様に流れてしまい、全体の通風抵抗の増大の割に、熱交換性能が向上しないという課題を有していた。
However, in the configuration of the fin tube type heat exchanger as described in
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、平板状の伝熱フィンに切り起こし部の通
風抵抗による気体流動の迂回を防ぎ、伝熱性能を向上させたフィンチューブ型熱交換器を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a finned-tube heat exchanger that prevents heat flow detours due to ventilation resistance of cut-and-raised parts in flat heat transfer fins and improves heat transfer performance The purpose is to do.
上記従来の課題を解決するために、本発明のフィンチューブ型熱交換器は、所定間隔で平行に並べられるとともに、その間を気体が流動する複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンに略直角に挿入し、貫通して、内部を流体が流動する複数の伝熱管と、前記伝熱フィンの平面方向に対し略直交する方向に延びる略円筒状のフィンカラーとを備え、前記伝熱フィンを、山部と谷部が交互に連続した波状に形成し、少なくとも前記山部の一つの高さ(H)を、隣接する2つの前記伝熱フィン間の距離(L)より大きく、かつこの距離(L)の2倍より小さく設定したフィンチューブ型熱交換器であって、前記伝熱フィンに切り込みを設け、前記切り込みの前記気体が流動する風上側の前記伝熱フィンを陥没させ、風下側に前記切り込みにより形成される開口部を有する谷部を形成したもので、伝熱フィンが山部と谷部を有することで、伝熱フィン自体の表面積が増加するとともに、流体が伝熱フィンの山部と谷部で形成された連続した波形状を通過することで、伝熱フィン表面の温度境界層の薄肉化に寄与することができる。 In order to solve the above-described conventional problems, a finned tube heat exchanger according to the present invention is arranged in parallel at predetermined intervals, and a plurality of heat transfer fins through which gas flows, and substantially perpendicular to the heat transfer fins. A plurality of heat transfer tubes through which a fluid flows, and a substantially cylindrical fin collar extending in a direction substantially orthogonal to the plane direction of the heat transfer fins, The crests and troughs are alternately formed in a wave shape, and at least one height (H) of the crests is larger than the distance (L) between two adjacent heat transfer fins, and this distance (L) is a finned tube heat exchanger set smaller than twice, wherein the heat transfer fin is provided with a cut, and the heat transfer fin on the windward side where the gas flows in the cut is depressed, and the leeward side Formed by the incision The heat transfer fin has a peak portion and a valley portion, so that the surface area of the heat transfer fin itself increases and the fluid flows between the peak portion and the valley portion of the heat transfer fin. By passing through the formed continuous wave shape, it is possible to contribute to the thinning of the temperature boundary layer on the surface of the heat transfer fin.
また、風下側に前記切り込みにより形成される開口部を有する谷部は、伝熱フィンの山部の勾配より傾斜が緩和されるため、通風抵抗を低く抑えることが可能となる。さらに、この切り込みにより形成された開口部を気体が通過するときに縦渦が発生し、伝熱フィン表面の温度境界層を乱すこととなる。こうすることにより、通風抵抗の増大を抑えつつ、伝熱フィンの熱伝達率を向上させ、熱交換器の熱交換性能を向上させる効果を奏する。 Moreover, since the inclination of the valley portion having the opening formed by the cut on the leeward side is less inclined than the slope of the peak portion of the heat transfer fin, it is possible to keep the ventilation resistance low. Further, when the gas passes through the opening formed by this cutting, a vertical vortex is generated, and the temperature boundary layer on the surface of the heat transfer fin is disturbed. By doing so, there is an effect of improving the heat transfer performance of the heat exchanger by improving the heat transfer coefficient of the heat transfer fins while suppressing an increase in ventilation resistance.
本発明のフィンチューブ型熱交換器は、伝熱フィンが山部と谷部を有することで、伝熱フィン自体の表面積が増加するとともに、流体が伝熱フィンの山部と谷部で形成された連続した波形状を通過することで、伝熱フィン表面の温度境界層の薄肉化に寄与することができる。 In the finned tube heat exchanger of the present invention, the heat transfer fin has a peak portion and a valley portion, so that the surface area of the heat transfer fin itself increases and the fluid is formed by the peak portion and the valley portion of the heat transfer fin. By passing through the continuous wave shape, it is possible to contribute to the thinning of the temperature boundary layer on the surface of the heat transfer fin.
第1の発明は、所定間隔で平行に並べられるとともに、その間を気体が流動する複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンに略直角に挿入し、貫通して、内部を流体が流動する複数の伝熱管と、前記伝熱フィンの平面方向に対し略直交する方向に延びる略円筒状のフィンカラーとを備え、前記伝熱フィンを、山部と谷部が交互に連続した波状に形成し、少なくとも前記山部の一つの高さ(H)を、隣接する2つの前記伝熱フィン間の距離(L)より大きく、かつこの距離(L)の2倍より小さく設定したフィンチューブ型熱交換器であっ
て、前記伝熱フィンに切り込みを設け、前記切り込みの前記気体が流動する風上側の前記伝熱フィンを陥没させ、風下側に前記切り込みにより形成される開口部を有する谷部を形成したもので、伝熱フィンが山部と谷部を有することで、伝熱フィン自体の表面積が増加するとともに、流体が伝熱フィンの山部と谷部で形成された連続した波形状を通過することで、伝熱フィン表面の温度境界層の薄肉化に寄与することができる。
The first invention is a plurality of heat transfer fins that are arranged in parallel at predetermined intervals and between which a gas flows, and a plurality of heat transfer fins that are inserted through the heat transfer fins at substantially right angles and through which the fluid flows. A heat transfer tube and a substantially cylindrical fin collar extending in a direction substantially orthogonal to the planar direction of the heat transfer fin, and the heat transfer fin is formed in a wave shape in which peaks and troughs are alternately continued. The fin tube type heat exchange in which at least one height (H) of the peak portion is set larger than the distance (L) between the two adjacent heat transfer fins and smaller than twice this distance (L). The heat transfer fin is provided with a cut, and the heat transfer fin on the windward side where the gas of the cut flows is depressed to form a trough having an opening formed by the cut on the leeward side. With heat transfer fins The surface area of the heat transfer fin itself is increased, and the temperature of the surface of the heat transfer fin is increased by the fluid passing through the continuous wave shape formed by the peak and valley portions of the heat transfer fin. It can contribute to the thinning of the boundary layer.
また、風下側に前記切り込みにより形成される開口部を有する谷部は、伝熱フィンの山部の勾配より傾斜が緩和されるため、通風抵抗を低く抑えることが可能となる。さらに、この切り込みにより形成された開口部を気体が通過するときに縦渦が発生し、伝熱フィン表面の温度境界層を乱すこととなる。こうすることにより、通風抵抗の増大を抑えつつ、伝熱フィンの熱伝達率を向上させ、熱交換器の熱交換性能を向上させる効果を奏する。 Moreover, since the inclination of the valley portion having the opening formed by the cut on the leeward side is less inclined than the slope of the peak portion of the heat transfer fin, it is possible to keep the ventilation resistance low. Further, when the gas passes through the opening formed by this cutting, a vertical vortex is generated, and the temperature boundary layer on the surface of the heat transfer fin is disturbed. By doing so, there is an effect of improving the heat transfer performance of the heat exchanger by improving the heat transfer coefficient of the heat transfer fins while suppressing an increase in ventilation resistance.
第2の発明は、特に、第1の発明の切り込みの方向を 気体の流動方向に略直角方向となる段方向としたもので、伝熱フィンの熱伝導方向が、概略段方向の切り込み方向に沿うため、切り込みによる段方向の熱伝導の遮断が発生しない。こうすることにより、伝熱に寄与しない伝熱フィンの領域の発生を抑えることができ、優れた熱交換性能を十分発揮することが可能となる。 In the second invention, in particular, the cutting direction of the first invention is a step direction that is substantially perpendicular to the gas flow direction, and the heat conduction direction of the heat transfer fin is substantially the cutting direction in the step direction. Therefore, the heat conduction in the step direction is not interrupted by the cut. By doing so, it is possible to suppress the generation of heat transfer fin regions that do not contribute to heat transfer, and to sufficiently exhibit excellent heat exchange performance.
第3の発明は、特に、第1又は第2の発明の開口部の形状を、略三角形としたもので、風下側の略三角形形状の開口部を有する谷部は、後流に縦渦を発生させて伝熱促進するデルタウィングと呼ばれる立ち上げ三角片を2つ向かい合わせて山頂から山麓に連なる稜線の尾根で繋ぎあわせたような形態になる。すなわち、気体は谷部の斜面にそって流れた後、風下側の開口部を通過するときデルタウィングと同様に縦渦が発生し、風下側の伝熱フィン表面の温度境界層を乱すこととなる。こうすることにより、伝熱フィンの熱伝達率を向上させることとなる。 In the third aspect of the invention, in particular, the shape of the opening of the first or second aspect of the invention is a substantially triangular shape, and a valley having a substantially triangular shaped opening on the leeward side has a vertical vortex in the wake. Two rising triangle pieces called delta wings that generate heat and promote heat transfer face each other and are connected by the ridges of the ridge line from the summit to the foot of the mountain. That is, after the gas flows along the slope of the valley, when it passes through the opening on the leeward side, a vertical vortex is generated in the same manner as the delta wing, disturbing the temperature boundary layer on the surface of the heat transfer fin on the leeward side. Become. By doing so, the heat transfer coefficient of the heat transfer fin is improved.
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか一つの発明のフィンチューブ型熱交換器において、風下側の開口部を有する谷部を、段方向に隣接するフィンカラーの間の伝熱フィン面に複数個形成したもので、風下側の開口部を有する谷部による伝熱性能向上効果を、
その形成する数にほぼ比例して、増大することとなる。こうすることにより、熱交換器の伝熱性能を向上することが可能になる。
In the finned tube heat exchanger according to any one of the first to third inventions, the fourth invention is the heat transfer between the fin collars adjacent to each other in the step direction in the valley portion having the opening on the leeward side. A plurality of fin surfaces are formed, and the heat transfer performance improvement effect by the trough having the opening on the leeward side,
It increases in proportion to the number formed. By doing so, it is possible to improve the heat transfer performance of the heat exchanger.
第5の発明は、特に、第4の発明の風下側の開口部を有する谷部の数を、気体の流動する風下側のほうが、風上側より多くしたもので、この熱交換器をルームエアコンの室外機の熱交換器として使用する場合、暖房運転時、外気温が低くなると伝熱フィンの表面に霜が付着するが、この構成によれば、風上側で空気中の水分の一部が伝熱フィン表面に霜として付着した後、水分が少なくなった空気が風下側に流れるため、風下側の伝熱フィン表面に付着する霜が少なくなり、風下側の開口部を有する谷部が多く設けられていても霜の成長を抑制できる。こうすることにより、伝熱フィン間が霜で閉塞されるまでの時間を長く保つことができ、伝熱フィン全体の伝熱性能を向上させることが可能となる。 In the fifth aspect of the invention, in particular, the number of valleys having openings on the leeward side of the fourth aspect of the invention is greater on the leeward side where the gas flows than on the leeward side. When using as an outdoor unit heat exchanger, frost adheres to the surface of the heat transfer fins when the outside air temperature decreases during heating operation, but according to this configuration, some of the moisture in the air is on the windward side. After the frost adheres to the heat transfer fin surface, the air with reduced moisture flows to the leeward side, so the frost that adheres to the leeward heat transfer fin surface decreases, and there are many valleys with openings on the leeward side. Even if it is provided, the growth of frost can be suppressed. By doing so, it is possible to maintain a long time until the heat transfer fins are blocked with frost, and it is possible to improve the heat transfer performance of the entire heat transfer fins.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるフィンチューブ型熱交換器の斜視図、図2は、図1の矢印A方向からの視野図、図3は、図1の部分拡大図、図4は、同フィンチューブ型熱交換器の気体の流動方向を示す図である。
(Embodiment 1)
1 is a perspective view of a finned tube heat exchanger according to
図1において、本実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器は、所定間隔で平行に
並べられるとともに、その間を矢印で示される流動方向1の方向で気体が流動する伝熱フィン2を多数具え、伝熱フィン2に略直角に挿入し、貫通して、内部を流体が流動する伝熱管3とを多数具え、前記伝熱フィン2の平面方向に対し略直交する方向に延びる略円筒状のフィンカラー4が形成されている。
In FIG. 1, the finned tube heat exchanger according to the present embodiment includes a plurality of
図2において、伝熱フィン2を、山部5と谷部6が交互に連続した波状型を形成し、少なくとも前記山部5の一つの高さHが、隣接する2つの伝熱フィン2間の距離Lより大きく、この距離Lの2倍より小さい山を形成した伝熱フィン2で構成されている。
In FIG. 2, the
図3において、伝熱フィン2に切り込み7を設け、前記切り込み7に対し気体が流動する流動方向1の風上側の前記伝熱フィン2を陥没させ、風下側に前記切り込み7により形成される開口部8を有する谷部9を形成している。
In FIG. 3, the
この構成によれば、伝熱フィン2が山部5と谷部6とを有することで、伝熱フィン2自体の表面積が増加する。
According to this structure, the
また、図4の気体の流動方向を示す図において、気体が、伝熱フィン2の山部5と谷部6で形成された連続した波形状を通過することで、伝熱フィン2の表面の温度境界層の薄肉化に寄与することとなる。
Moreover, in the figure which shows the flow direction of the gas of FIG. 4, gas passes through the continuous wave shape formed in the
また、同様に図4において、風下側に前記切り込み7により形成される開口部8を有する谷部9は、伝熱フィン2の山部5の勾配10より傾斜が緩和されるため、通風抵抗を低く抑えることが可能となる。
Similarly, in FIG. 4, the
さらに、この切り込み7により形成された開口部8を気体が通過するときに縦渦11が発生し、伝熱フィン2の表面の温度境界層を乱すこととなる。
Further, when the gas passes through the
こうすることにより、通風抵抗の増大を抑えつつ、伝熱フィン2の熱伝達率を向上させ、フィンチューブ型熱交換器の熱交換性能を向上させる効果を奏する。
By carrying out like this, there exists an effect which improves the heat transfer rate of the heat-
また、本実施の形態では、図3に示すように、伝熱フィン2に設けた切り込み7の方向を、前記気体の流動方向1に略直角方向となる段方向と同じ向きになるよう配置している。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the direction of the
この構成によれば、伝熱フィン2の熱伝導方向は、概略、段方向の切り込み方向に沿うため、切り込み7による段方向の熱伝導の遮断が発生しない。こうすることにより、伝熱に寄与しない伝熱フィンの領域の発生を抑えることができ、優れた熱交換性能を十分発揮することが可能となる。
According to this configuration, since the heat conduction direction of the
また、本実施の形態では、同じく図3に示すように、開口部8の形状を、略三角形としている。この構成によれば、風下側の略三角形形状の開口部8を有する谷部9は、後流に縦渦11を発生させて伝熱促進するデルタウィングと呼ばれる立ち上げ三角片を2つ向かい合わせて山頂から山麓に連なる稜線の尾根で繋ぎあわせたような形態になる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the shape of the
すなわち、気体は谷部9の斜面にそって流れた後、風下側の開口部8を通過するときデルタウィングと同様に縦渦11が発生し、風下側の伝熱フィン2の表面の温度境界層を乱すこととなる。こうすることにより、伝熱フィン2の熱伝達率を向上させることとなる。また、開口形状は、半円状でも、台形形状でも同様な効果を奏する。
That is, after the gas flows along the slope of the
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2におけるフィンチューブ型熱交換器の斜視図である。なお、上記実施の形態1におけるフィンチューブ型熱交換器と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a perspective view of the finned tube heat exchanger according to
本実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器は、図5に示すように、風下側の開口部8を有する前記谷部9を、段方向に隣接する前記フィンカラー4の間の伝熱フィン2の面に複数個形成したものである。
As shown in FIG. 5, the finned tube heat exchanger according to the present embodiment is configured such that the
この構成によれば、風下側の開口部8を有する谷部9による伝熱性能向上効果が、その形成する数にほぼ比例して、増大することとなる。こうすることにより、熱交換器の伝熱性能を向上させることが可能になる。
According to this configuration, the effect of improving the heat transfer performance by the
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3におけるフィンチューブ型熱交換器の斜視図である。なお、上記実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a perspective view of a finned tube heat exchanger according to
本実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器は、図6に示すように、風下側の開口部8を有する谷部9の数を、気体の流動する流動方向1の風下側のほうが、風上側より多くしたものである。
As shown in FIG. 6, the finned tube heat exchanger according to the present embodiment has the number of
このフィンチューブ型熱交換器をルームエアコンの室外機(図示せず)の熱交換器として使用する場合、暖房運転時、外気温が低くなると伝熱フィン2の表面に霜が付着するが、上記実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器の構成によれば、風上側で空気中の水分の一部が伝熱フィン2の表面に霜として付着した後、水分が少なくなった空気が風下側に流れるため、風下側の伝熱フィン2の表面に付着する霜が少なくなり、風下側の開口部8を有する谷部9が多く設けられていても霜の成長を抑制できる。
When this fin tube type heat exchanger is used as a heat exchanger of an outdoor unit (not shown) of a room air conditioner, frost adheres to the surface of the
こうすることにより、伝熱フィン2間が霜で閉塞されるまでの時間を長く保つことができ、伝熱フィン2全体の伝熱性能を向上させることが可能となる。
By doing so, it is possible to maintain a long time until the
以上のように、本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、多数積層された伝熱フィンと伝熱フィン間を流動する気体などの流体と、伝熱管内を流動する水や冷媒などの流体との間で熱を授受する熱交換器として有用であり、省エネ性を向上する必要のある、ルームエアコン、パッケージエアコン、カーエアコン等の空気調和機や、ヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫、冷凍庫等において利用が可能である。 As described above, the finned tube heat exchanger according to the present invention includes a plurality of stacked heat transfer fins, a fluid such as a gas flowing between the heat transfer fins, and a fluid such as water or a refrigerant flowing in the heat transfer tube. Useful as a heat exchanger that transfers heat to and from the air-conditioner such as room air conditioners, packaged air conditioners, car air conditioners, heat pump water heaters, refrigerators, freezers, etc. It can be used.
1 流動方向
2 伝熱フィン
3 伝熱管
4 フィンカラー
5 山部
6、9 谷部
7 切り込み
8 開口部
10 勾配
11 縦渦
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