JP4184110B2

JP4184110B2 - フィンチューブ型熱交換器

Info

Publication number: JP4184110B2
Application number: JP2003037342A
Authority: JP
Inventors: 良明長岡
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP2004245532A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフィンチューブ型熱交換器に係わり、特に少なくとも一部の放熱フィンが熱交換空気の流通方向に分割されて２列並列されているフィンチューブ型熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
伝熱管を熱交換空気の流通方向に１列のみ設けた熱交換器において、伝熱管を外径Ｄ、フィン幅をＷとした場合、Ｗ／Ｄを３倍以上とすると伝熱性能が良くなることは知られている（例えば、特許文献１など）。
【０００３】
しかしながら、フィン幅を広くすることにより、伝熱性能を向上させる方策について、空気の流れ方向に対して分割している１列熱交換器を空気流通方向に２列並列にして使用する場合、フィン幅と伝熱性能との関係は十分解明されておらず、十分に伝熱性能を発揮させた使用がなされていなかった。
【０００４】
そこで、十分に伝熱性能を発揮できるようにフィン幅と伝熱性能との関係を明確にし、伝熱性能、特に低温特性を向上させた２列並列のフィンチューブ型熱交換器が要望されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１４１９０号公報（段落番号［０００８］、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、十分に伝熱性能を発揮できるようにフィン幅と伝熱性能との関係を明確にし、伝熱性能、特に低温特性を向上させた２列並列の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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、所定間隔を存して並設され、互いの隙間に熱交換空気を流通させる複数枚の放熱フィンと、これら放熱フィンに貫通して設けられ、熱交換空気の流通方向に２列に設けられた伝熱管とからなり、前記複数枚の放熱フィンのうち、少なくとも一部の放熱フィンが熱交換空気の流通方向に分割されているフィンチューブ型熱交換器において、前記伝熱管の外径Ｄを６．３５ｍｍ≦Ｄ≦１０ｍｍに設定するとともに、前記分割された放熱フィンの熱交換空気の流通方向の幅寸法Ｗを２２．２ｍｍ≦Ｗ≦２６．２ｍｍに設定し、かつ、風下側放熱フィンの伝熱管間に、熱交換空気の流通方向に２列以下の切起し部または切込み部を設けたことを特徴とするフィンチューブ型熱交換器が提供される。これにより、十分に伝熱性能を発揮できるようにフィン幅と伝熱性能との関係を明確にし、伝熱性能、特に低温特性を向上させた２列並列のフィンチューブ型熱交換器が実現される。特に、伝熱管の外径Ｄが、６．３５ｍｍ≦Ｄ≦１０ｍｍであるので、最大低温性能の約９０％以上の低温性能が達成され、また、風下側放熱フィンの伝熱管間に、熱交換空気の流通方向に２列以下の切起し部または切込み部を設けるので、高い低温性能が実現される。
【０００９】
また、他の好適な一例では、熱交換空気の流通方向風下側の伝熱管を、風下側放熱フィンの熱交換空気の流通方向中心に対し、風下側に偏倚して設ける。これにより、より効率よく伝熱性能が発揮される。
【００１１】
また、他の好適な一例では、風下側放熱フィンの伝熱管間の複数箇所に、切起し部または切込み部を設け、切起し部または切込み部の形成箇所数をＭ、熱交換空気の流通方向と直交する方向の伝熱管の段数をＸとしたとき、ＭとＸの比（Ｍ／Ｘ）を０．５≦（Ｍ／Ｘ）≦０．９７５とする。これにより、最大低温性能の約９０％以上の低温性能が達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の第１の実施形態の概念図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係わるフィンチューブ型熱交換器１は、気流方向に配置された複数列の伝熱管２（２ａ、２ｂ）と、この複数列の伝熱管２に所定のピッチを有して重合された一体型フィン群３と、複数列の伝熱管２の各列毎に分割され重合された分割型フィン群４（４ａ、４ｂ）とが伝熱管２の延設方向に組合されて設けられている。
【００１６】
この伝熱管２と分割型フィン群４とで形成される分割熱交換ユニット５は、風上側に配置される第１列熱交換ユニット６と、この第１列熱交換ユニット６に隣接し風下側に配置された第２列熱交換ユニット７とからなっている。
【００１７】
上記第１列熱交換ユニット６は、一定間隔（ピッチ）で平行に配置され、その間を気流が流通し、フィン幅Ｗを有する多数の板状の分割型フィン群４の伝熱フィン４ａと、この板状伝熱フィン４ａに直角に嵌挿され内部を流体が流通する外径Ｄを有する伝熱管２ａとからなり、この伝熱管２ａは、その管段ピッチＰ１で気流と垂直方向に配置されている。
【００１８】
第２列熱交換ユニット７は、板状伝熱フィン４ｂと、この伝熱フィン４ｂを嵌挿する伝熱管２ｂとからなり、第１列熱交換ユニット（風上側熱交換ユニット）６と同一形状をなし、この第１列熱交換ユニット６の伝熱管２ａと第２列熱交換ユニット（風下側熱交換ユニット）７の伝熱管２ｂが、管列ピッチＰ２（両伝熱管が両伝熱フィンの中心線上に載置される場合はＰ２＝Ｗ）を有するように第１列熱交換ユニット６に平行に配置され、さらに、伝熱管２ａと伝熱管２ｂとは、気流と直交する方向に管段ピッチＰ１の半分（１／２Ｐ１）ずれた状態、いわゆる千鳥配列になっている。
【００１９】
上記フィン幅Ｗは２２．２ｍｍ≦Ｗ≦２６．２ｍｍであるのが好ましい。Ｗが２６．２ｍｍを超えると、単位面積当りの着霜量が減少することにより、着霜性能は向上するが、逆にフィン全体のフィン効率が下がるため、除霜性能が低下し、また、Ｗが２６．２ｍｍより小さいと、フィン性能が低下し、十分な低温特性（着霜と除霜を伴う暖房性能）が得られない。
【００２０】
また、上記伝熱管２ｂの外径Ｄは、６．３５ｍｍ≦Ｄ≦１０ｍｍであるのが好ましい。Ｄがこの範囲を外れると、低温特性が低下し、実用上好ましくない。
【００２１】
本第１実施形態において、図１に示すように、フィンチューブ型熱交換器１の長さＬに対する一体型フィン群３の長さＬ１の長さの比率（一体型フィン群の占拠率）は、図３に示すように、その占拠率は大きい程低温性能は向上するが、他の熱交換特性を考慮して、例えば占拠率を５０％にして使用するようにし、少なくともフィンチューブ型熱交換器の一部に一体型フィン群を設けることにより、低温性能を向上させることができる。また、図４乃至図６に示すように、フィンチューブ型熱交換器１における一体型フィン群３の位置はいずれであってもよいが、図７あるいは図８に示すように、フィンチューブ型熱交換器１をＬ曲げ成形およびＵ字曲げ成形して使用する場合には、曲げ部が一体フィン群の場合は、伝熱管に座屈が生じるため、曲げ部は分割型フィン群４とすることが望ましい。
【００２２】
上記のような構造を有する本第１実施形態のフィンチューブ型熱交換器は、２列に設けられた伝熱管に取付けられた複数枚の放熱フィンのうち、少なくとも一部の放熱フィンが熱交換空気の流通方向に分割され、分割された放熱フィンの熱交換空気の流通方向の幅寸法Ｗを２２．２ｍｍ≦Ｗ≦２６．２ｍｍに設定することにより、最大低温性能の約９０％以上の低温性能が達成され、約２４．２で低温性能が最大になる。また、伝熱管の外径Ｄを６．３５ｍｍ≦Ｄ≦１０ｍｍに設定することにより、上記同様の低温特性が得られ、特に、伝熱管外径Ｄが、８〜９．５２ｍｍ（拡管前）でフィン幅Ｗが２３．５〜２４ｍｍの範囲で高い性能が得られる。
【００２３】
次に本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の第２実施形態について説明する。
【００２４】
本第２の実施形態は、図１に示す上記第１実施形態がその伝熱管がフィンの中心線上に配置されているのに対して、風下側熱交換ユニットの伝熱管が風下側に偏倚して設けられている。
【００２５】
例えば、図９に示すように、本第２実施形態のフィンチューブ型熱交換器１Ａの風下側熱交換ユニット３Ａの伝熱管２Ａｂは、フィン４Ａｂの長手方向の中心線Ｃに対して、風下側に偏倚して設けられている。フィン効率は伝熱管周りが最も高く、フィンは伝熱管の同心円状に構成するのが理想であり、風上側熱交換ユニット２Ａのフィン４Ａａは、その特性上、伝熱管２Ａａはフィン幅の中心線Ｃに配置されることが主であり、フィン全体のフィン効率を見た場合、伝熱管周りの次に伝熱管間が、高フィン効率である。
【００２６】
上記風下側熱交換ユニット３Ａの伝熱管２Ａｂは、フィン幅Ｗの中心線Ｃより空気流通方向に偏倚させているため、フィン効率の高いフィン４Ａｂの管段間（伝熱管間）４Ａｂ１が、風上側熱交換ユニット２Ａの伝熱管２Ａａの死水域ａｒに覆われることなく、フィン幅Ｗの中心線Ｃより空気流通方向に偏倚させているため、風下側熱交換ユニットの伝熱管を中心線上に配置したものに比べて、より効率よく伝熱性能が発揮される。他の構成は図１に示すフィンチューブ型熱交換器と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。
【００２７】
また、本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の第３実施形態について説明する。
【００２８】
本第３の実施形態は、図１に示す上記第１実施形態における第２列熱交換ユニットのフィンの管段間に２列以下の切起し部を設けたものである。
【００２９】
例えば、図１０（ａ）に示すように、本第２の実施例のフィンチューブ型熱交換器１Ｂは、その第２列熱交換ユニット７Ｂの伝熱管２Ｂｂ間に形成されるフィン４Ｂａの管段間４Ｂｂ１に、２列以下の図１０（ｂ）に示すようなＸ方向からの側面視台形状の切起し部４Ｂｂ２が設けられている。
【００３０】
フィンの管段間に切起し部を設けることにより、伝熱を促進させることは周知のことであるが、着霜を伴う低温性能においては、切起し部への着霜により、逆に性能が低下してしまうとされていた。この場合は、フィン全体に切起しを設けた場合であり、部分的に切起しを設けた場合の低温性能への影響は十分解明されていない。そこで、風上側のフィンと風下側のフィン全体に切起こしを設けることは、性能が低下することがわかっているため、風下側の伝熱管間のフィンだけに切起こしを設け、その切起しの本数を変化させて、その熱交換器の特性試験を行ない、切起しの本数は、２列以下が高低温性能を実現できると結果を得た。本第２の実施例は、この結果に基づきなされたもので、風下側の伝熱管間のフィンに２列以下の切起し部を設けることにより、高低温性能を実現できる。低温性能は切起し本数が２列以下のとき向上するが、３本以上では、切起し本数の増加に伴い、切起し部への着霜量が増加し、風量が低下することにより低温性能が低下する。なお、図１１に示すような側面視弧状の切込み４Ｂｂ３であっても同様の効果が得られる。
【００３１】
また、本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の第４実施形態について説明する。
【００３２】
本第４の実施形態は、図１０に示す上記第３実施形態が風下側熱交換ユニットの管段間の全てに切起し部を設けるのに対して、管段間に所定の比率で切起し部を設けるものである。
【００３３】
例えば、図１２に示すように、本第４実施形態のフィンチューブ型熱交換器１Ｃは、その第２列熱交換ユニット７Ｃの伝熱管２Ｃｂ間に形成されるフィン４Ｃｂの管段間４Ｃｂ１のうち所定の比率で切起し部４Ｃｂ２を設けるものである。
【００３４】
すなわち、管段間に設けられる切起し部の数をＭ、管段間数をＸとするとき、その所定比率Ｍ／Ｘは、０．５≦Ｍ／Ｘ≦０．８７５が成立するように設定される。このＭ／Ｘがこの範囲を外れると、低温性能が急激に低下する。
【００３５】
具体例として、切起し部１３（Ｍ＝１３）のとき、管段数２０（Ｘ＝２０）とすることによりＰ＝０．６５となる。
【００３６】
切起し部を設ける場合は、着霜と除霜を伴う暖房性能に対する観点から、切起し部への着霜による風量低下を招かないように形成することが好ましい。本第４実施形態では１切起しの本数を３にした例である。
【００３７】
本第４の実施形態において、比率Ｍ／Ｘが０．５≦Ｍ／Ｘ≦０．８７５の範囲で最大低温性能の約９０％以上の低温性能が達成され、約０．６９で低温性能が最大になる。
【００３８】
【実施例】
試験１：図１に示すような本発明の第１実施形態のフィンチューブ型熱交換器を用い、フィン幅を０．２ｍｍ単位で変化させて、低温性能の変化を調べた。
【００３９】
結果を図１３に示す。
【００４０】
図１３からもわかるように、フィン幅が２２．２ｍｍ≦Ｗ≦２６．２ｍｍの範囲で最大低温性能の約９０％以上の低温性能が達成され、約２４．２で低温性能が最大になり、幅がこの範囲を外れると、低温性能が急激に低下することがわかった。
【００４１】
また、伝熱管外径Ｄを６．３５〜１０ｍｍの範囲で、管段ピッチＰ１を変化させても、試験１と同様の結果であった。特に、伝熱管外径Ｄが、８〜９．５２ｍｍ（拡管前）でフィン幅Ｗが２３．５〜２４ｍｍの範囲で高い性能が得られることがわかった。
【００４２】
試験２：図１４に示すような本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の切起しの本数を変化させ、低温性能を調べた。
【００４３】
結果を図１４に示す。
【００４４】
図１４に示すように、切起し本数が１列及び２列では、切起しを設けない場合に比べて低温性能は向上するが、３列以上では、切起し列数の増加に伴い、切起し部への着霜量が増加して、風量が低下し、低温性能が低下することがわかった。なお、図１１（ｂ）に示すような側面視弧状の切込みを設けて、試験３と同様の試験を行ったが、同様の効果が得られた。
【００４５】
試験３：図７に示すような本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器を用い、その風下側熱交換ユニットの管段間に設けられる切起し部の数をＭ、管段間数をＸとするとき、その比率Ｍ／Ｘを変化させ、低温性能を調べた。
【００４６】
結果を図１５に示す。
【００４７】
図１５からもわかるように、比率Ｍ／Ｘが、０．５≦Ｍ／Ｘ≦０．８７５の範囲で最大低温性能の約９０％以上の低温性能が達成され、約０．６９で低温性能が最大になり、幅がこの範囲を外れると、低温性能が急激に低下することがわかった。なお、図１１（ｂ）に示すような側面視弧状の切込みを設けて、試験３と同様の試験を行ったが、同様の効果が得られた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器によれば、十分に伝熱性能を発揮できるようにフィン幅と伝熱性能との関係を明確にし、伝熱性能、特に低温特性を向上させた２列並列のフィンチューブ型熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の一実施形態の平面図。
【図２】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の一実施形態の分割熱交換ユニットの側面図。
【図３】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の一体型フィンの占拠率と低温性能との関連図。
【図４】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の他実施形態の平面図。
【図５】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の他実施形態の平面図。
【図６】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の他実施形態の平面図。
【図７】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の他実施形態の平面図。
【図８】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の他実施形態の平面図。
【図９】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の他実施形態の平面図。
【図１０】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の他実施形態の平面図。
【図１１】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の他実施形態の平面図。
【図１２】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の他実施形態の平面図。
【図１３】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の一実施形態を用いた試験結果図。
【図１４】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の他実施形態を用いた試験結果図。
【図１５】本発明に係わるフィンチューブ型熱交換器の他実施形態を用いた試験結果図。
【符号の説明】
１フィンチューブ型熱交換器
２（２ａ、２ｂ）伝熱管
３一体型フィン群
４（４ａ、４ｂ）分割型フィン群
５分割熱交換ユニット
６第１列熱交換ユニット
７第２列熱交換ユニット

Claims

所定間隔を存して並設され、互いの隙間に熱交換空気を流通させる複数枚の放熱フィンと、これら放熱フィンに貫通して設けられ、熱交換空気の流通方向に２列に設けられた伝熱管とからなり、前記複数枚の放熱フィンのうち、少なくとも一部の放熱フィンが熱交換空気の流通方向に分割されているフィンチューブ型熱交換器において、前記伝熱管の外径Ｄを６．３５ｍｍ≦Ｄ≦１０ｍｍに設定するとともに、前記分割された放熱フィンの熱交換空気の流通方向の幅寸法Ｗを２２．２ｍｍ≦Ｗ≦２６．２ｍｍに設定し、かつ、風下側放熱フィンの伝熱管間に、熱交換空気の流通方向に２列以下の切起し部または切込み部を設けたことを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。
上記切起し部または切込み部の形成箇所数をＭ、熱交換空気の流通方向と直交する方向の伝熱管の段数をＸとしたとき、ＭとＸの比（Ｍ／Ｘ）を０．５≦（Ｍ／Ｘ）≦０．９７５としたことを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器。
熱交換空気の流通方向風下側の伝熱管を、風下側放熱フィンの熱交換空気の流通方向中心に対し、風下側に偏倚して設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のフィンチューブ型熱交換器。