JP4884140B2 - フィンチューブ型熱交換器およびヒートポンプ装置 - Google Patents
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Description
第1流体と第2流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器であって、
第1流体の流路を形成するために、互いに間隔を空けて平行に並べられた複数のフィンと、
複数のフィンを貫通する、第2流体を流通させるべき複数の伝熱管とを備え、
複数の伝熱管は、第1流体の流れ方向と交差する所定の列方向に並んで配置された第1伝熱管と、第1伝熱管と並び方向が平行であるとともに第1流体の流れ方向に関して第1伝熱管よりも下流側に並んで配置された第2伝熱管とを含み、第2伝熱管の横断面積が第1伝熱管の横断面積よりも小であり、第2伝熱管は、列方向に関して、隣り合う2つの第1伝熱管の中間を通り、かつ2つの第1伝熱管より等距離の第1の基準線と、第1伝熱管の中心を通り、かつ第1の基準線と並行な第2の基準線とから外れるように配置され、
複数のフィンは、それぞれ、複数の伝熱管を配置するための複数の貫通孔が形成されているフィン基部と、隣り合う2つの第1伝熱管の間にフィン基部から突出するように設けられた隆起部とを含み、
隆起部の上流部分とフィン基部との境界に沿って、フィンを貫通する切り込みが平面視で弓形を示すように形成され、
隆起部の上流部分とフィン基部との間に切り込みに基づく隙間が形成され、その隙間を通じて第1流体がフィンの第1主面側から第2主面側へと流通可能となっており、
隆起部の上流部分は、平面視で半円形または半楕円形の形状を有し、
隆起部は、上流部分に連なる部分であって、隣り合う2つの第2伝熱管に挟まれた領域に達するまで列方向に関する幅を狭めながら延びている下流部分を含み、全体として涙滴の形状を有しており、
第1流体の流れ方向および列方向に直交する方向を高さ方向と定義したとき、高さ方向に関する隆起部の上流部分の頂点は、第1伝熱管の中心よりも第1流体の流れ方向の下流側に位置し、
隆起部の上流端は、第1伝熱管の中心よりも第1流体の流れ方向の上流側に位置している、フィンチューブ型熱交換器を提供する。
第1流体と第2流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器に用いられる板状のフィンであって、
第1流体の流れ方向と交差する所定の列方向に並んで配置される、第2流体を流通させるべき第1伝熱管のための複数の第1貫通孔と、第1伝熱管と並び方向が平行かつ第1流体の流れ方向に関して第1伝熱管よりも下流側に並んで配置される、第2流体を流通させるべき第2伝熱管のための複数の第2貫通孔とを有するフィン基部と、隣り合う2つの第1貫通孔の間にフィン基部よりも第1主面側に突出するように設けられた隆起部とを含み、
第2貫通孔の開口面積が第1貫通孔の開口面積よりも小であり、第2貫通孔は、列方向に関して、隣り合う2つの第1貫通孔の中間を通り、かつ2つの第1伝熱管より等距離の第1の基準線と、第1貫通孔の中心を通り、かつ第1の基準線と並行な第2の基準線とから外れるように形成され、
隆起部の上流部分とフィン基部との境界に沿って、当該フィンを貫通する切り込みが平面視で弓形を示すように形成され、
隆起部の上流部分とフィン基部との間に切り込みに基づく隙間が形成され、その隙間を通じて第1流体が当該フィンの第1主面側から第2主面側へと流通可能となっている、熱交換器用フィンを提供する。
冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機構と、
膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、
放熱器および蒸発器の少なくとも一方が、上記したフィンチューブ型熱交換器を含む、ヒートポンプ装置を提供する。
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明に係るフィンチューブ型熱交換器の全体斜視図である。フィンチューブ型熱交換器1(以下、単に「熱交換器1」ともいう)は、第1流体の流路を形成するために、所定間隔で平行に並べられた複数のフィン30と、これらのフィン30を貫通する複数の伝熱管2,3とを備えている。熱交換器1は、フィン30の主面に沿って流れる第1流体と、伝熱管2,3の内部を流れる第2流体とを熱交換させる。本実施形態では、フィン30の主面に沿って空気Aが流れ、伝熱管2,3の内部には冷媒Bが流れる。伝熱管2,3の内部を流れる流体およびフィン30の主面に沿って流れる流体の種類や状態は、特に限定されるわけではない。それら流体は、気体であってもよく、液体であってもよい。
図4に示すように、フィン30の前方からの気流A1は、まず、第1隆起部5の上流部分35に衝突する。この際、いわゆる前縁効果によって上流部分35の表面に薄い温度境界層が形成され、熱伝達率の向上が図られる。一方、上流部分35に隣接する第1隙間SH1に気流A1の一部が入ることにより、圧力損失の低減が図られる。上流部分35に乗り上げた気流A2の一部は、第1伝熱管2に向けて左右に誘導され、当該第1伝熱管2の後方に回り込む。このような空気の回り込みにより、第1伝熱管2の後方における死水域の生成が抑制され、熱伝達率が向上する。
図12は、図1に示すフィンチューブ型熱交換器に好適に採用できるフィンの別例の平面図である。フィン31の長手方向(Z方向)に前後2列で第1伝熱管2および第2伝熱管3が配置されている点やそれら伝熱管2,3の位置関係については、第1実施形態のフィン30と共通である。
フィンサイズ:27mm(X方向)
フィン厚み:0.1mm
フィンピッチ:1.49mm
前面風速Vair:1m/sec
第1伝熱管の外径D1:7mm
第1伝熱管の管ピッチ:21mm(Z方向)
第2伝熱管の外径D2:3mm
第2伝熱管の管ピッチ:10.5mm(Z方向)
Z方向に関する第2隆起部の最大長さR3:3.5mm
X方向に関する第2隆起部の最大長さR4:13mm
第2隆起部の高さH2:0.765mm
Z方向に関する第1隆起部の最大長さR1:10mm
X方向に関する第1隆起部の最大長さR2:24.25mm
第1隆起部の高さH1:0.765mm
第1隙間SH1の幅:0.5mm
第2隙間SH2の幅:0.5mm
Z方向に関する第1隆起部の最大長さR5:10mm
X方向に関する第1隆起部の最大長さR6:13mm
第1隆起部および第3隆起部の高さH1:0.765mm
Z方向に関する第3隆起部の最大長さR7:3.5mm
X方向に関する第3隆起部の最大長さR8:8.875mm
第1隙間SH1の幅:0.5mm
第2隙間SH2の幅:0.5mm
第3隙間SH3の幅:0.4375mm
形状:コルゲート
伝熱管の配置:千鳥
管ピッチ:21mm(Z方向)
伝熱管の外径:7.0mm
稜と谷の高低差:1.49mm
2 第1伝熱管
3 第2伝熱管
4 フィン基部
4p 第1主面
4q 第2主面
5 第1隆起部
6 第2隆起部
16 第3隆起部
7k 第1貫通孔
7j 第2貫通孔
9,11 切り込み
30,31 フィン
35 第1隆起部の上流部分
36 第1隆起部の下流部分
37 第2隆起部の上流部分
70 ヒートポンプ装置
71 圧縮機
72 放熱器
73 膨張機構
74 蒸発器
P1,P2 基準線
SH1 第1隙間
SH2 第2隙間
SH3 第3隙間
A 空気
Claims (9)
- 第1流体と第2流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記第1流体の流路を形成するために、互いに間隔を空けて平行に並べられた複数のフィンと、
前記複数のフィンを貫通する、前記第2流体を流通させるべき複数の伝熱管とを備え、
前記複数の伝熱管は、前記第1流体の流れ方向と交差する所定の列方向に並んで配置された第1伝熱管と、前記第1伝熱管と並び方向が平行であるとともに前記第1流体の流れ方向に関して前記第1伝熱管よりも下流側に並んで配置された第2伝熱管とを含み、前記第2伝熱管の横断面積が前記第1伝熱管の横断面積よりも小であり、前記第2伝熱管は、前記列方向に関して、隣り合う2つの前記第1伝熱管の中間を通り、かつ2つの前記第1伝熱管より等距離の第1の基準線と、前記第1伝熱管の中心を通り、かつ前記第1の基準線と並行な第2の基準線とから外れるように配置され、
前記複数のフィンは、それぞれ、前記複数の伝熱管を配置するための複数の貫通孔が形成されているフィン基部と、隣り合う2つの前記第1伝熱管の間に前記フィン基部から突出するように設けられた隆起部とを含み、
前記隆起部の上流部分と前記フィン基部との境界に沿って、前記フィンを貫通する切り込みが平面視で弓形を示すように形成され、
前記隆起部の上流部分と前記フィン基部との間に前記切り込みに基づく隙間が形成され、その隙間を通じて前記第1流体が前記フィンの第1主面側から第2主面側へと流通可能となっており、
前記隆起部の上流部分は、平面視で半円形または半楕円形の形状を有し、
前記隆起部は、前記上流部分に連なる部分であって、隣り合う2つの前記第2伝熱管に挟まれた領域に達するまで前記列方向に関する幅を狭めながら延びている下流部分を含み、全体として涙滴の形状を有しており、
前記第1流体の流れ方向および前記列方向に直交する方向を高さ方向と定義したとき、前記高さ方向に関する前記隆起部の上流部分の頂点は、前記第1伝熱管の中心よりも前記第1流体の流れ方向の下流側に位置し、
前記隆起部の上流端は、前記第1伝熱管の中心よりも前記第1流体の流れ方向の上流側に位置している、フィンチューブ型熱交換器。 - 前記隙間は、前記切り込みに沿って前記フィン基部および/または前記隆起部が部分的に切り取られることによって形成されている、請求項1記載のフィンチューブ型熱交換器。
- 前記隆起部は、隣り合う2つの前記第1伝熱管の間に1つのみ設けられるとともに、前記列方向に関する最大幅が前記第1伝熱管の外径よりも大である、請求項1記載のフィンチューブ型熱交換器。
- 前記第2伝熱管の配置間隔が、前記第1伝熱管の配置間隔の1/2に設定され、
前記複数のフィンは、隣り合う2つの前記第2伝熱管に挟まれた領域のうち、第1隆起部としての前記隆起部が設けられていない領域において、前記フィン基部から前記第1隆起部と同じ側に突出するように設けられた第2隆起部をさらに含む、請求項1記載のフィンチューブ型熱交換器。 - 前記第2隆起部は、平面視で円形または楕円形の形状を有するとともに、その第2隆起部の上流部分と前記フィン基部との境界に沿って、前記フィンを厚さ方向に貫通する切り込みが形成されている、請求項4記載のフィンチューブ型熱交換器。
- 第1流体と第2流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記第1流体の流路を形成するために、互いに間隔を空けて平行に並べられた複数のフィンと、
前記複数のフィンを貫通する、前記第2流体を流通させるべき複数の伝熱管とを備え、
前記複数の伝熱管は、前記第1流体の流れ方向と交差する所定の列方向に並んで配置された第1伝熱管と、前記第1伝熱管と並び方向が平行であるとともに前記第1流体の流れ方向に関して前記第1伝熱管よりも下流側に並んで配置された第2伝熱管とを含み、前記第2伝熱管の横断面積が前記第1伝熱管の横断面積よりも小であり、前記第2伝熱管は、前記列方向に関して、隣り合う2つの前記第1伝熱管の中間を通り、かつ2つの前記第1伝熱管より等距離の第1の基準線と、前記第1伝熱管の中心を通り、かつ前記第1の基準線と並行な第2の基準線とから外れるように配置され、
前記複数のフィンは、それぞれ、前記複数の伝熱管を配置するための複数の貫通孔が形成されているフィン基部と、隣り合う2つの前記第1伝熱管の間に前記フィン基部から突出するように設けられた隆起部とを含み、
前記隆起部の上流部分と前記フィン基部との境界に沿って、前記フィンを貫通する切り込みが平面視で弓形を示すように形成され、
前記隆起部の上流部分と前記フィン基部との間に前記切り込みに基づく隙間が形成され、その隙間を通じて前記第1流体が前記フィンの第1主面側から第2主面側へと流通可能となっており、
前記隆起部は、楕円丘または円丘の形状を有し、
前記第2伝熱管の配置間隔が、前記第1伝熱管の配置間隔の1/2に設定され、
前記複数のフィンは、第1隆起部としての前記隆起部と同じ側に突出し、かつその第1隆起部よりも表面積が小さくなるように、隣り合う2つの前記第2伝熱管の間に設けられた他の隆起部をさらに含み、
前記第1流体の流れ方向および前記列方向に直交する方向を高さ方向と定義したとき、前記高さ方向に関する前記第1隆起部の頂点は、前記第1伝熱管の中心よりも前記第1流体の流れ方向の下流側に位置し、
前記第1隆起部の上流端は、前記第1伝熱管の中心よりも前記第1流体の流れ方向の上流側に位置している、フィンチューブ型熱交換器。 - 前記他の隆起部は、隣り合う2つの前記第2伝熱管で挟まれた領域のうち、前記第1隆起部と千鳥配列を形成することになる領域に1つのみ設けられた第2隆起部と、前記第1流体の流れ方向に関して前記第1隆起部の下流側に位置することになる領域に1つのみ設けられた第3隆起部とからなり、それら第2隆起部および第3隆起部が前記列方向に交互に並んでいる、請求項6記載のフィンチューブ型熱交換器。
- 前記第1隆起部、前記第2隆起部および前記第3隆起部は、それぞれ、平面視で円形または楕円形の形状を有し、
前記第2隆起部および/または前記第3隆起部は、その第2隆起部の上流部分および/または第3隆起部の上流部分と前記フィン基部との境界に沿って、前記フィンを厚さ方向に貫通する切り込みが形成されている、請求項7記載のフィンチューブ型熱交換器。 - 冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機構と、
前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、
前記蒸発器および前記放熱器の少なくとも一方が、請求項1または請求項6記載のフィンチューブ型熱交換器を含む、ヒートポンプ装置。
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