JP2810361B2 - フィン・チューブ熱交換器 - Google Patents

フィン・チューブ熱交換器

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JP2810361B2
JP2810361B2 JP9135590A JP13559097A JP2810361B2 JP 2810361 B2 JP2810361 B2 JP 2810361B2 JP 9135590 A JP9135590 A JP 9135590A JP 13559097 A JP13559097 A JP 13559097A JP 2810361 B2 JP2810361 B2 JP 2810361B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F28F1/325Fins with openings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器に関する。
より詳しくは、冷媒が流れる多数の伝熱管と伝熱管の長
手方向に所定の間隔をおいて配列された複数のフィンプ
レートとを有する冷凍システム用の熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】エアコンや冷蔵庫等のように冷気を生成
する冷凍システムは、冷媒循環過程で熱の放出とか吸収
のために外気と熱交換する凝縮器と蒸発器とを有してい
る。凝縮器は、圧縮機より流入された高温高圧の気体冷
媒の熱を外部へ放出して液化させる役割をし、蒸発器
は、液体状態の冷媒が蒸発する時の吸収熱で外部から送
風される空気を冷却して冷気を生成する役割をする。凝
縮器と蒸発器には効率的な熱交換のために熱交換器が設
けられている。熱交換器は、外気が触れる面積を大きく
して外気との熱交換効率を高める為に冷媒が流れる伝熱
管に沿って多数のスリットフィンが形成されているフィ
ンプレートが積層された構造になっている。この積層さ
れたフィンプレートの隙間の空間に送風される外気が通
過することで熱交換が行われる。
【0003】図4は従来のフィンプレートの部分平面図
であり、図5は図4のB−B線における断面図である。
フィンプレート50は、冷媒が流れる伝熱管54が通過
する多数の貫通孔59を有している。フィンプレート5
0のプレート面にはまた、プレート面から切り開かれて
隆起又は陥没された多数のスリットフィン51が設けら
れている。スリットフィン51は外気がプレート面に沿
って流れる時、フィンプレートと外気との接触を大きく
して熱交換効率を高める役割をする。スリットフィン5
1は、フィンプレート50のプレート面に沿って外気が
送風される方向に向かって、隆起部と陥没部とが交互に
現れるように形成されている。さらに、スリットフィン
51を構成する前記の隆起部と陥没部とは、プレート面
に沿って所定間隔をおいて配置されている。各スリット
フィン51は、隆起部と陥没部とが交互に現れるように
形成されているので、プレート面に沿って流れる外気の
流動方向はプレート面に対して曲げられる。これによ
り、送風された外気は図5で矢印で示したように、上下
に経路を変更しながら流動するようになり、外気がプレ
ート面、特にプレート面に設けられた前記の隆起部と陥
没部とに十分接触しながら流動するので、フィンプレー
ト50と外気と間で行われる熱交換の効率が高まる。
【0004】しかし、プレート面に沿って流れる外気は
前記のような経路変更を繰り返すので、流動中の外気は
大きな抵抗力を受けて騒音を生じるようになる。このた
めまた、送風機から遠ければ遠いほど送風力が小さくな
り、従って熱伝達量が小さくなる。
【0005】また図6は、貫通孔59を有するフィンプ
レート50付近での外気の流れを示した図である。流動
してきた外気のうち、伝熱管54を配置した貫通孔59
に向かって流動してきた外気は伝熱管54に遮られて、
伝熱管54の後ろの部分にまで至ることができない。こ
のため、空気の流動が停滞した死区域56が生じる。こ
のような死区域56ではフィンプレート50と外気と間
で熱交換がほとんど行われないので、熱交換の効率が著
しく低下する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような問題点を考えて、熱交換の効率が高く、かつ、
騒音が小さい熱交換器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的は本発明による
熱交換器、すなわち、冷媒が流れる複数の伝熱管と、前
記伝熱管の長手方向に所定間隔をおいて配置された複数
のフィンプレートとを有するフィン・チューブ熱交換器
において、フィンプレート面上において外気の送風方向
と直角の方向に延び、かつ、外気が送られてくる上流側
から下流側に向かって順に連続して形成された、フィン
プレートの一方面に切り開いた凸部を有する隆起スリッ
トフィンと、平坦部と、フィンプレートの他方面に切り
開いた凸部を有する陥没スリットフィンとから成る第1
スリット部と、前記第1スリット部の下流側に所定幅の
平坦部をおいて位置して、フィンプレート面上において
外気の送風方向と直角の方向に延び、かつ、外気の送風
方向に向かって順に連続して形成された、フィンプレー
トの前記他方面に切り開いた凸部を有する陥没スリット
フィンと、フィンプレートの前記一方面に切り開いた凸
部を有する隆起スリットフィンとから成る第2スリット
部とを、前記フィンプレート面上に共に少なくとも1つ
有するフィン・チューブ熱交換器によって達成される。
【0008】ここで、第1スリット部を構成している最
上流側の隆起スリットフィンが、外気の送風方向と直角
の方向に延びたその中央部において、所定の中断区間を
おいて中断されていることで、送風入り口側での外気の
流れに対する抵抗を減らして騒音及び送風圧力の損失を
さらに減らすことができ、この際、前記の断続的に設け
られた隆起スリットフィンの中断間隔は、前記伝熱管の
半径より大きいことが望ましい。
【0009】さらに、前記伝熱管の周囲において、各ス
リットフィンを前記フィンプレートのプレート面に固定
しているフィン側面が、前記伝熱管の外周と一定距離を
保ち、かつ、伝熱管の外周面に対し平行面を保つよう、
外気の熱交換器への侵入方向に対して順次に傾斜角を有
するように形成されていることが望ましい。このように
形成することで、外気の流れ方向に対した伝熱管の後ろ
の領域に外気の流れが停滞される死区域が発生されない
ようにして熱交換の効率をさらに高めることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】熱交換器のフィンプレートに形成
されるスリットフィンとしては、一般に「Z形スリット
部」と呼ばれるもの(図7、図8)と、「ダイレクトZ
形スリット部」(以下、「DZ形スリット部」と称す
る)と呼ばれているもの(図9、図10)があるが、ま
ず始めにこれらについて説明する。
【0011】図7は、フィンプレート10面にZ形スリ
ット部15が形成されたフィンプレート10を示した部
分斜視図である。図8は、図7のI−I線におけるフィ
ンプレート10の断面を示した図である。Z形スリット
部15の各スリットフィンは、フィンプレート10面上
において、送風方向と直角を成す方向に切り開かれた部
位11及び13が、送風方向に沿って順に隆起スリット
フィン11と陥没スリットフィン13として現れるよう
に形成されている。しかも、これら隆起スリットフィン
11及び陥没スリットフィン13は所定間隔dだけ離し
て繰り返し形成されている。従って、送風方向に向かっ
て、隆起スリットフィン11、平坦部12、及び陥没ス
リットフィン13がこの順に交互に配置された構造とな
っている。
【0012】このような構造のため、送風された外気
は、図8において矢印で示したように上下にその経路を
変更しながら流動していく。このため、外気がフィンプ
レート10の平坦部12及び隆起スリットフィン11と
陥没スリットフィン13に十分接触しながら流動するよ
うになる。
【0013】従って、Z形スリット部の場合には、フィ
ンプレートと外気との間で行われる熱交換の効率が高
い。しかし、外気がプレート面に沿って流れる際に前記
のような経路変更を繰り返し、流動していく外気が大き
な抵抗力を受けて、騒音が発生することになる。このた
めまた、外気がフィンプレートの間を流動して行くにつ
れてその送風力が低下し、結果として熱伝達量も低下し
てしまう。
【0014】図9は、フィンプレート20面にDZ形ス
リット部25が形成されたフィンプレート20を示した
部分斜視図である。図10は、図9のII−II線における
フィンプレート20の断面を示した図である。DZ形ス
リット部25の各スリットフィンは、フィンプレート2
0面において、送風方向と直角を成す方向に切り開かれ
た部位21及び23が、送風方向に沿って順に隆起スリ
ットフィン21と陥没スリットフィン23として現れる
ように形成されている。しかも、これら隆起スリットフ
ィン21及び陥没スリットフィン23は、Z形スリット
部の場合のように間隔をおくことなく連続して形成され
ていて、フィン21と23の間に連続したプレート開口
部を有する構造となっている。結果として、送風方向に
向かって、隆起スリットフィン21と陥没スリットフィ
ン23がこの順に交互に連続して配置された構造となっ
ている。
【0015】このような構造のため、DZ形スリット部
25が形成されたフィンプレート20では、図10にお
いて矢印で示したように、送風された外気はその流動中
にZ形スリット部の場合に見られたような経路変更を行
うことなく、プレート面に沿って流動していく。
【0016】従って、DZ形スリット部の場合には、フ
ィンプレート20と外気との間で行われる熱交換の効率
はZ形スリット部の場合よりも低い値にとどまる。しか
し、外気がプレート面に沿って流れる際に生じる外気に
対する抵抗力は小さく、騒音の発生は抑えられ、しかも
送風力の低下が少ない。
【0017】本発明は、このようなZ形スリット部とD
Z形スリット部とがもっている各々の長所を一つの熱交
換器の中で有効に活用しようと考え、完成に至ったもの
である。
【0018】図1は、本発明による熱交換器のフィンプ
レートを示した部分平面図である。図2は、図1のA−
A線におけるフィンプレートの断面を示した図である。
蒸発器や凝縮器で用いられる本発明による熱交換器にお
いて、フィンプレート30には、冷媒が流れる伝熱管3
4が貫通する多数の貫通孔39が形成されている。フィ
ンプレート30にはまた、前記のZ形スリット部の構造
を成している第1スリット部31と、前記のDZ形スリ
ット部の構造を成している第2スリット部32とが形成
されている。フィンプレート30の面上において、第1
スリット部31は、伝熱管34の周囲領域のうち、送風
されてくる外気が侵入してくるより上流側に配置され
る。また第2スリット部32は、伝熱管34の周囲領域
のうち、前記第1スリット部31に後続するようにその
下流側に配置されている。
【0019】第1スリット部31は、外気流入方向に向
かって順に配置された、隆起スリットフィン31a、平
坦部31c、及び陥没スリットフィン31bから成って
いる。上流側最前列に設けられた隆起スリットフィン3
1aは、外気流入方向に対して直角の方向にお互いに隣
り合うように配置された2つの部分から成っていて、間
にスリット31aが存在しない中断区間pが設けられて
いる。最前列に設けたスリットフィン31aの間に中断
区間pを設けたことによって、中断区間pに向かって送
り込まれた外気は、スリットによる抵抗力を受けること
なくフィンプレート30のプレート面に沿って進行し、
前記陥没スリットフィン31bにさらに後続する平坦部
31cに隣接してその後部に設けられた第2の隆起スリ
ットフィン31aに直接至るようになる。
【0020】従って、送り込まれた外気は、第1スリッ
ト部31中、最前列の隆起スリットフィン31aに対す
ると同様に、後方に位置する第2の隆起スリットフィン
31aにも直接侵入していくので、スリットフィンによ
る送風圧力の低下が抑えられるとともに熱交換効率が高
くなる。この際、最前列の隆起スリットフィン31aは
流動してくる外気に大きな抵抗力を与えるようであって
はならず、中断区間pの長さは、貫通孔39の半径以上
の長さであることが望ましい。
【0021】図2に示したように、第1スリット部31
を通過した外気は、第2スリット部32に至る。第2ス
リット部32には、陥没スリットフィン32aと隆起ス
リットフィン32bが、外気の流動方向に向かってこの
順に形成されている。
【0022】第1スリット部31を通過する外気は、ス
リット部31の構造上、プレート面に沿って上下に流動
経路を変えながら流れるが、第2スリット部32を通過
する外気は、流動経路を大きく変更することなくプレー
ト面に沿ってほぼ真っ直ぐに流れる。このため、外気が
熱交換器に侵入してくる熱交換器の入り口側では熱交換
効率が高く、一方、外気が熱交換器から流出していく熱
交換器の送風出口側では騒音が減少し、外気の送風圧力
の低下が抑えられる。
【0023】図3は、図1に示したフィンプレートを熱
交換器に用いたとき、フィンプレート面付近に形成され
る外気の流れを示したフィンプレートの部分平面図であ
る。各スリット部の隆起部及び陥没部をフィンプレート
面に固定しているフィン側面35は、伝熱管34が貫通
している貫通孔39の外周に沿うような角度で順次形成
されている。すなわち、円形の貫通孔39の周囲では、
各スリットフィンのフィン側面35は、貫通孔39の外
周と一定の距離を保ち、かつ、貫通孔39の外周面に対
し平行面を保つよう、外気の熱交換器への侵入方向に対
して順次に傾斜角を有するように形成されている。この
ようにフィン側面35を形成することによって、外気は
フィン側面35に誘導されて貫通孔39の外周に沿って
図3で矢印で示したように流動する。外気の流れは、貫
通孔39を貫通している伝熱管34の後方にまで回り込
み導かれて、伝熱管34の後方にまで外気の流れが至る
ようになる。従って、外気の流れが及ばずに停滞する死
区域が存在しなくなり、外気とフィンプレートとの間で
行われる熱交換の効率が高まる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、一つのフィンプレート
に順次に設けたZ形スリット部とDZ形スリット部とに
よって、熱交換効率が高く、かつ騒音の発生も少ない熱
交換器を実現することができる。また、フィン側面を伝
熱管の外周面に沿うように傾斜角をつけて形成したこと
によって、伝熱管後方に死区域が存在しなくなり、熱交
換効率が高い熱交換器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う熱交換器のフィンプレートの部分
平面図である。
【図2】図1のA−A線による断面図である。
【図3】図1に示したフィンプレートを熱交換器に用い
たとき、フィンプレート面付近に形成される外気の流れ
を示したフィンプレートの部分平面図である。
【図4】従来の熱交換器のフィンプレートの部分平面図
である。
【図5】図4のB−B線による断面図である。
【図6】図4に示したフィンプレートを熱交換器に用い
たとき、フィンプレート面付近に形成される外気の流れ
を示したフィンプレートの部分平面図である。
【図7】Z形スリット部を有したフィンプレートの部分
斜視図である。
【図8】図7のI−I線による断面図である。
【図9】DZ形スリット部を有したフィンプレートの部
分斜視図である。
【図10】図9のII−II線による断面図である。
【符号の説明】
30 フィンプレート 31 第1スリット部 31a 隆起スリットフィン 31b 陥没スリットフィン 31c 平坦部 32 第2スリット部 32a 陥没スリットフィン 32b 隆起スリットフィン 34 伝熱管 35 フィン側面 39 貫通孔

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷媒が流れる複数の伝熱管と、前記伝熱
    管の長手方向に所定間隔をおいて配置された複数のフィ
    ンプレートとを有するフィン・チューブ熱交換器におい
    て、 フィンプレート面上において外気の送風方向と直角の方
    向に延び、かつ、外気が送られてくる上流側から下流側
    に向かって順に連続して形成された、フィンプレートの
    一方面に切り開いた凸部を有する隆起スリットフィン
    と、平坦部と、フィンプレートの他方面に切り開いた凸
    部を有する陥没スリットフィンとから成る第1スリット
    部と、 前記第1スリット部の下流側に所定幅の平坦部をおいて
    位置して、フィンプレート面上において外気の送風方向
    と直角の方向に延び、かつ、外気の送風方向に向かって
    順に連続して形成された、フィンプレートの前記他方面
    に切り開いた凸部を有する陥没スリットフィンと、フィ
    ンプレートの前記一方面に切り開いた凸部を有する隆起
    スリットフィンとから成る第2スリット部とを、前記フ
    ィンプレート面上に共に少なくとも1つ有するフィン・
    チューブ熱交換器。
  2. 【請求項2】 前記第1スリット部を構成している最上
    流側の隆起スリットフィンが、外気の送風方向と直角の
    方向に延びたその中央部において、所定の中断区間をお
    いて中断されている、請求項1記載の熱交換器。
  3. 【請求項3】 前記中断区間の長さが前記伝熱管の半径
    より大きい、請求項2記載の熱交換器。
  4. 【請求項4】 前記伝熱管の周囲において、各スリット
    フィンを前記フィンプレートのプレート面に固定してい
    るフィン側面が、前記伝熱管の外周と一定距離を保ち、
    かつ、伝熱管の外周面に対し平行面を保つよう、外気の
    熱交換器への侵入方向に対して順次に傾斜角を有するよ
    うに形成されている、請求項1乃至3いずれかに記載の
    熱交換器。
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