JPH01219497A - 傾斜波形フイン付き熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はルームエアコン、パッケージエアコン等の空調
機に使われるクロスフィンチューブ形熱交換器に係り、
特にヒートポンプの室外熱交換器に好適な傾斜波形フィ
ル付き熱交換器に関する。

〔従来の技術〕

現在使わけている波形フィンは、波線がフィン端面に平
行、すなわち、空気流入方向に対して直角となっている
。そのため波形の凹部に滞留渦ができて、熱伝達率９通
風抵抗とも十分な性能が得られない、そこで、冷凍５７
巻６５５号（昭５７−５）Ｐ、４６４〜４７２に載って
いる斜交波形フィンを適用したところ、波形の山が交差
する点ではフィン間隔が性なり、そこから着霜による目
詰りが生じることが判った。

なお偏心スタガーフィンについては、実開昭５１−１０
６５６号、実開昭５１−１０６５４号等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、伝熱性能と着霜防止という両方の性質
を満足させる点について配慮がされておらず、斜交波形
フィンを採用して伝熱性能を向上させれば、着霜による
目詰りが生じ易くなり、現状の波形フィンで偏心スタガ
ーフィンを採用すると伝熱性能が十分に出ないという問
題点があった。

本発明の目的は、熱伝達率は高く、通風抵抗は低くして
、しかも着霜による目詰りに強い、ヒートポンプ用室外
熱交換器を提供することにある。

（課題を解決するための手段〕 上記目的は、流入空気に対して傾斜した同一の波形を各
フィン面上に設け、この波形を隣り合うフィン面上の波
形と交差させることなく、積み重ねることにより、空気
通路の間隔を一定に保つことによって達成される。

さらにこの波形を、パイプ中心を通る水平線を中心線と
して、上下対称の７字形とすることにより、伝達性能の
向上が著しくなる。

また、パイプを空気下流方向に偏心させること、パイプ
先端の位置を、フィン１枚ごとに交互に変えることによ
り、フィン先端での霜による目詰りを防止することがで
きる。

〔作用〕

傾斜波形フィルは、入口空気流れに対し、波形が９０′
″未満の角度で設けられているので、波形の凹部に存在
する空気は、入口空気流れ方向に流れる空気によって、
波形の溝方向への推進力と、それに垂直な回転力とを受
けるので、溝に沿った旋回流を生じる。この旋回流によ
り、溝部の空気と主流の空気とは良く混合され、熱伝達
率が向上する。しかも溝部に沿う流れが生じることで、
通風抵抗も低減できる。さらにフィン面上の波形形状が
すべてのフィンで同一形状であるため、空気がフィン間
を流れる際の流路の拡大、縮小がなく、その結果通風抵
抗が低減できるばかりでなく、着霜による目詰りが生じ
易い流路の縮小部がないことにより１着霜防止効果を向
上させることができる。

また、パイプ後流側のＶ字形の波形は、パイプ後流側に
できる死水域（空気のよどんだ伝熱性能の悪い領域）に
、強制的に空気を送り込み、死水域を減少させ、伝熱性
能を改善する効果がある。

さらに、パイプを空気下流側に偏心させることにより、
フィン先端のフィン効率を低く抑えることによって、フ
ィン先端の着霜量を減らすことができ、霜による目詰り
を防止することができる。

パイプ中心位置からフィン先端までの距離をフィン１枚
ごとに変えて積層すると、フィン先端ではフィンピッチ
が２倍になり、フィン先端の霜による目詰りを大幅に改
善することができる。

以上の効果は、それぞれ独立なので、どのような組み合
わせることも可能であり、それぞれの作用が消失するこ
とはない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１，２図により説明する。

第１図は本発明フィンの平面図で、パイプ中心位置７か
らフィン先端５までの距離ｄ１は１５ｍ。

パイプ中心位Ｉｔ７からフィン後端６までの距離ｄ２は
１０ｍである。フィン面上には、入口空気流れ方向４に
対し、３０°だけ傾斜した波形３が設けられている。波
形は、パイプ中心を通る水平線８と、パイプ間距離の中
央を通る水平線９に関して対称形となっており、パイプ
後流側に空気が集まるように７字形の波形を形成してい
る。波形の形状を第１図のＡ−Ａ断面で見ると、第３図
に示すような形状になっており、波形の波長は３．５園
、波形の振幅は１■である。

第２図は、第１図と同様の傾斜波形フィンであるが、パ
イプ中心位１１７からフィン先端までの距離ｄ３が１２
鴫となっている。第１図のフィンと第２図のフィンを交
互に積み重ねて、フィンカラー２にパイプを通すと本発
明の傾斜波形熱交換が得られる。その時のフィンピッチ
ｆｐは、第３図に示すように２＋ｓである。

この実施例の作用と効果について次に述べる。

次ずパイプの偏心量の効果であるが、パイプ中心位置７
からフィン先端５までの距離をｄｉ　とし、パイプ中心
位［７からフィン後端までの距離をｄＺとした時、ｄｘ
／ｄａを横軸にとり、フィン効率φと目詰りまでの時間
割合ｔを縦軸にとると、第４図のようになる０条件は表
１に示すとおりである。

表　１　パイプ偏心量の効果の条件 フィン先端までの距ｉｌｌ　ｄ　ｓ　を次第に長くして
いくと、フィン効率φは低下していく、それに伴い、フ
ィン先端に着く霜の量は減るので、目詰りまでの時間割
合ｔは徐々に長くなる。従って、目詰りするまでに得ら
れる同一伝熱面積当りの暖房能力比Ｑは、フィン効率φ
と目詰りまでの時間割合ｔの積で表わされ、第４図中の
一点鎖線で示す傾向をもつ、すなわち、フィン先端まで
の距離ｃｉｌが、フィン後端までの距Ｉｌｌ　ｄ　ｚの
１．２〜１．３倍で極大値をもち、１．５倍以上にする
と不経済であることがわかる。従って、ｄ１／ｄｉが次
の範囲内にあることが望ましい。

１．０＜ｄ１／ｄａ＜１．５　　　　　　　　−（１）
次に、フィン先端の変位量（これをスタガー量と呼ぶ）
について述べる。長い方のフィンのフィン中心位置から
フィン先端までの距離をｃｌｌ、短い方のフィンのフィ
ン先端までの距離をｄａとした時（ｄｓ−ｃｌｓ）を次
第に大きくしていった時の。

フィン先端が目詰りするまでの着霜量の違いを第５〜７
図に示す、ここで霜は、その断面がほぼ円形になるよう
にフィン先端に着霜し、成長していく、またフィン板厚
は無視できると仮定した。第５図は、すべてのフィンが
同一の長さの場合で、フィン先端に付着する霜は、その
直径がフィンピッチｆ、に達すると目詰りして空気が通
らなくなってしまい、それ以上に成長することはできな
い。

第６図は、（ｄｓ−ｄａ）をフィンピッチ分とした場合
の着霜状態である。フィンを前後にずらした効果があら
れれ、直径がフィンピッチの着霜となってもまだ目詰り
することはない、しかし、スタガー量（ｄｌ　ｄａ）が
これ以下では、効果はほとんどない、第７図は、スタガ
ー量（ｄｌ　ｄａ）を２倍のフィンピッチ分とした場合
である０着霜した霜は、直径２ｆＰまで成長し、フィン
ピッチが２倍となった１枚おいたフィンとの間で目詰り
を生じている。すなわち、これ以上スタガー量を増して
も何の効果も得られない、結局スタガー量（ｄｘ−ｄａ
）は１次の範囲にあることが望ましい。

ｆＰ≦（ｄｘ　　ｄａ）≦２ｆｐ　　　　　　　　・・
・（２）次に傾斜波形の効果について述べる。第８図は
現在使用されている波形フィンの平面図である。

波形３は、入口空気流れ４に直角になっている。

第８図のＢ−Ｂ断面で見ると、第９図に示すようになっ
ていて、滞留渦１１が波形の凹部に形成されている。こ
のため、熱伝達率は低下し、通風抵抗が増大しているこ
とが判る。これを改善するため、本発明の最も簡単な波
形として、第１０図のフィンと第１１図のフィンを交互
に積み重ねた場合を考察する。傾斜波形フィンでは、空
気流入方向４と波形３とが角度をなしているため、波形
の凹部の空気は滞留せずに、主流方向の流れによって溝
に沿って押し流される力と、溝の中で回転する力とを受
け、らせん状に旋回しながら、波形の凹部を流れ去る。

波形の凹部にある空気は波形に沿いつつ、ゆるやかな旋
回流となって流れ出ている。波形の凹部の流れだけを取
り出して図示すると、第１２．１３図のようになる。そ
の結果。

溝内の流れと主流との混合が良くなり、熱伝達率が向上
する。また、波形が空気の流れを阻害することも少なく
なるので、通風抵抗が低減できる。

この波形を第１図のように、バイブ後流に向ってＶ字形
になるように形成すると、空気がバイブ背後の死水例に
はいり込み、死水域を少なくすることによってさらに熱
伝達率を向上させることができる。

最後に、斜交波形とせず、すべての波形を同一の形状と
した効果について述べる。第１４図は従来から良く知ら
れている斜交波形フィンを積層した図である０表面の波
形１２は実線のように右上りとなっており、表面から１
枚下の波形１３は、破線で示すように右下りとなってお
り、この関係が交互にくり返されている。このようにす
ると、波形の間を通過する空気の混合が良くなり、熱伝
達率が向上するという効果があるが、逆にＭ霜による目
詰りには弱いということが明らかになった。

その理由を以下に述べる。第１４図のＣ−Ｃ断面を第１
５図に示す、右上りの波形１２と、右下りの波形１３の
間の間隔は広くなったり狭くなったりしている。霜は間
隔が狭くなった場所にも付着し、先ずこの部分で目詰り
を生じる。その結果、この目詰りした部分から次第に霜
の目詰りが広がり、ついに閉塞するに到る。これを改善
するには、第１図と第２図に示すような、波形が同一形
状のフィンを積み重ねれば良い、その時のフィン間隔は
、第３図に示す通りどこでも一定である。

本実施例によれば、特に目詰りし易い箇所がなく、目詰
りまでの時間を長く延ばすることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、傾斜波形を同一間隔で積み重ねたので
、熱伝達率が高く、通風抵抗が低く、さらに着霜による
目詰りに強いフィン付き熱交換器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の一実施例の平面図、第３図は第１
図のＡ−Ａ断面図、第橿稿はｄ１／ｄ２による性能曲線
図、第５〜７図は着霜状態を示す図、第８図は従来波形
フィンの平面図、第９図は第８図のＢ−１３断面図、第
１０．１１図は本発明の別の実施例の平面図、第１２図
はその斜視図、第１３図は平面図、第１４図は従来の斜
交波形フィンの平面図、第１５図は第１４図のＣ−Ｃ断
面図である。 １・・・フィン、２・・・フィンカラー、３・・・波形
、４・・・空気流れ、５・・・フィン先端、６・・・フ
ィン後端、７・・・パイプ中心位置、８・・・パイプ中
心水平線、９・・・パイプ間中央水平線、１０・・・着
霜量、１１・・・滞留＼−−／ 第１図　　　　　　　第２目 ＩＰ３　　■ ′４４図 α：　Ｂ篇ソ１うコで゛り垣〔涛宵とη几早５Ｔ！１ 隼Ｔ図 ０１ａｔ ￥　３コ 第　ＩＯじコ　　　　　　　　　　　　　第　ノｌｌ！
］＄１２凹 第１３図 ｖ−１牝 第１５凹 ｃ−ｅ酢？ｋＪコ １２　右しリラ（す ／３　５丁１表り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．流入空気に対して９０゜未満の傾斜角度を有する波
   形をフイン面上に設け、隣り合うフイン面上の波形が同
   一であつて、そのフイン間隔がどの位置においてもほぼ
   一定に保たれていることを特徴とする傾斜波形フイン付
   き熱交換器。