JPH01252899A - 伝熱フインおよび熱交換器 - Google Patents

伝熱フインおよび熱交換器

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JPH01252899A
JPH01252899A JP63095614A JP9561488A JPH01252899A JP H01252899 A JPH01252899 A JP H01252899A JP 63095614 A JP63095614 A JP 63095614A JP 9561488 A JP9561488 A JP 9561488A JP H01252899 A JPH01252899 A JP H01252899A
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Hironobu Ueda
博信 上田
Toshio Hatada
畑田 敏夫
Takafumi Kunugi
能文 功刀
Tomihisa Ouchi
大内 富久
Shigeo Sugimoto
杉本 滋郎
Tamio Shimizu
清水 民男
Kyoji Kono
河野 恭二
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • 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

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〕 本発明は空冷式熱交換器などに用いられる伝熱フィンお
よび熱交換器に係り、特に通風抵抗が小さく、伝熱性能
に優れたフィンを実現するのに好適な伝熱フィンおよび
熱交換器に関する。
〔従来の技術〕
一般に、空気調和機、冷凍機等に用いられる、例えば空
冷式のクロスフィンチューブ式熱交換器はアルミ板等で
形成される多数のフィンを並設し、この並設フィンに複
数本の伝熱管を貫通させ、拡管等の手段で伝熱管とフィ
ンとを密着させ、伝熱管端をU字形のベンドで接続して
伝熱管路を構成している。そして、この伝熱管内には、
冷水、温水あるいは冷媒などの熱交換流体を流通させ、
管外には空気にて代表される他の熱交換流体を適宜流速
で流通せしめ、管壁およびフィンを介して熱交換を行っ
ている。
このような熱交換器に用いる伝熱フィンについては、従
来、特開昭62−252896号公報に記載されている
ように、伝熱管間のフィン中央部付近の流体通過抵抗を
大きくし、その両側部のフィン部の流体通過抵抗を小さ
くして、伝熱性能を向上させるようにしたものがある。
〔発明が解決しようとする課題〕
一方、近年では、さらに伝熱性能の向上が要求されてい
るが、上記従来技術の伝熱フィンは単一細片で構成され
ているため、剛性上.フインの微細化に限界があり、伝
熱性能をさらに向上させることができなかった。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので.フイン間を流通する流体の温度(空気温度
)とフィン速度との温度差が大きい部分の流体速度(風
速)を速く制御して伝熱効率の向上を図るとともに.フ
イン全体の強度低下なしに細片を微小化して伝熱性能を
向上し得る伝熱フィンを提供することを目的とするもの
である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の上記目的を達成するために1本発明の伝熱フィ
ンにおいては流体の流れ方向と交差する各細片を、当該
細片の流体の流れ方向と交差する方向の中央部に配置し
た中央部の細片と、その中央部の細片の両側部に設けら
れ、かつ前記中央部の細片に対して複数の細片とで構成
し、前記中央部の細片は鹸記両側部の細片における同一
流路幅当りの流体通過方向の投影面積より大きくさせう
る形状にしたものである。
また1本発明の熱交換器においては、流体の流れ方向と
交互する方向に積層したフィン基板上の流体の流れ方向
と交差する各細片を、当該細片の流体の流れ方向と交差
する方向の中央部に配置した中央部の細片と、その中央
部の細片の両側部に設けられ、かつ前記中央部の細片に
対して複数の細片を有する両側部の細片とで構成し、前
記中央部の細片は前記両側部の細片における同一流路幅
当りの流体通過方向の投影面積より大きくさせうる形状
にしたものである。
〔作用〕
上記構成とすることにより、流体とフィンの温度差の大
きい伝熱管周辺部は中央部付近と比較し、流体通過抵抗
が小さくなる。このことにより、伝熱管周辺部の流速が
大きくなり、伝熱性能は向上する。また、中央部の細片
の両側に位置する周側部細片を中央部の細片に対して更
に小さく分割することにより.フインの強度を低下させ
ることなく.フインの微細化が可能となり、総合伝熱性
能及びフィン剛性を向上させることができる。
〔実施例〕
以下1本発明の実施例を図面により説明する。
第1図〜第4図は、本発明の伝熱フィンの一実施例を示
す平面図である。第1図において、1フイン基板、2は
伝熱管と接触する伝熱管接触部である。伝熱管接触部間
におけるフィン基板1には、複数の細片3が流体の流れ
方向Aと交差する方向に分割されている。これらの各細
片3は、流体の流れ方向りと交差する方向の中央部に形
成した中央部の細片3Aと、この中央部の細片3Aの両
側部に設けられ、かつ前記中央部の細片3Aに対してさ
らに小さい複数の両側部の細片3Bとを備えている。前
述した両側部の細片3Bは、第2図に示すように切込み
部を角度θ′をもって曲折して流体の流れ方向の断面形
状を山形に形成されている。また、中央部の細片3Aの
流体の流れ方向の断面形状は第3図に示すように山形に
形成されている。前述した各中央部の細片3Aは隣り合
う中央部の細片3Aに対して流体の流れ方向りと交差す
る方向にずれをもっている。また、両側部の細片3Bも
同様なずれをもっている。上述した各細片3の斜視図を
第4図に示す。
この実施例による伝熱フィンは上記したように中央部の
細片3Aの流体の流れ方向の断面形状が山形に、また1
両側部に細片3Bの同断面形状が山形に形成されている
が、中央部の細片3Aは両側部の細片3Bの流体通過抵
抗よりも大きくさせうる形状になっている。すなわち、
中央部の細片3Aは両側部の細片3Bの流体通過抵抗よ
りも大きく構成されている。
次に本発明の一実施例の動作について説明する。
本発明は、中央部の細片3Aの流体の流れ通風抵抗が大
きく、両側部の細片3Bの流体の流れ抵抗が小となる。
このため、第5図に示すような空気流の流動様式になる
。すなわち、中央部の細片3A部分には低速流れ部の領
域12が形成され、その両側の両側部の細片3B部分に
は高速流れ部の領域11が形成される。第6図は第5図
のD−D断面部での流速u1と温度とを示す線図である
この図に示すように、流速uaは領域12で小、領域1
1で大となる。またフィン温度T i、流体の温度T&
の傾向は本質的に不変である。この結果フィン温度T1
と流体温度T&との差ΔT (= T x−’ra)が
大きい部分で流体U&を大きくすることができ、熱交換
量Qが飛躍的に増加する。一方。
低速領域12はΔT及びU&共に小であるが、もともと
絶対値的に小さいので、全体に与える影響は小さい。
次に両側部の複数の細片3Bの動作を第2図を用いて説
明する。流入流体の一部分が両側部の細片3Bの凸部前
半20の領域にある山形細片間から両側部の細片3Bの
凹部前半22の領域に流れ込み、山形凹部に発生してい
たよどみ成分を抑制する。そして、両側部の細片3Bの
凹部前半22で混流(はくり渦を伴うよどみ成分と層流
成分)した流体流が両側部の細片3Bの凹部後半23の
領域から山形細片間を介し、両側部の細片3Bの凸部後
半21の領域または下流方向へと流れる。
以上述べたように1本実施例によれば、細片長手方向の
流速制御により伝熱効率を向上させ、山形凹部のよどみ
部分を抑制するため、伝熱性能を更に向上させる。従っ
て、総合伝熱性能も一層向上する。しかも基底となって
いる山形細片の一部に更に小さい細片が形成される両側
部の細片3Bの構造により.フイン全体の剛性低下がな
く、細片の微細化による前縁効果を一層大きくすること
ができる。なお、第8図は伝熱性能に対する山角度の影
響を示す特性曲線である。この図において。
縦軸は熱伝達率りと圧力損失ΔPの比、横軸は基底とな
る山角度を示す、この図より明らかなように、両側部の
細片の最適な山形角度は、20〜40度付近であること
がわかる。山形角度がそれより小さくなると、各細片間
に空気流が流れ込みにくくなり、山形角度が逆にそれよ
り大きくなると、流体流の圧力損失が増すので、いずれ
の場合も、伝熱特性上好ましくない。
第9図〜第11図はそれぞれ本発明を構成する細片3の
他の実施例を示すものである。
第9図に示す実施例は、中央部の細片3Aを流体の流れ
方向断面形状が傾斜平板状の大きい斜形細片90で形成
し、両側部の細片3Bを流体の流れ方向断面形状が平板
状の複数(図では3個)の山形細片91に分割されてい
るものである。
第9図の実施例によれば、先の実施例と同様の効果が期
待される。
第10図に示す実施例は、中央部の細片3Aを流体の流
れ方向断面形状が傾斜平板状の大きい斜形細片100で
形成し1両側部の細片3Bを流体の流れ方向断面形状が
傾斜平板状の複数(図では3個)に分割された小さい斜
形細片101で形成している。
この第10図の実施例によれば、先の実施例と同様の効
果が期待される。
次に第11図に示す実施例においては、中央部の細片3
Aは第4図に示したものと同様、流体の流れ方向断面形
状が山形となっており1両側部の細片3Bは前記中央部
山形を基底として、山形の裾を櫛の歯状に切り起こした
小細片を形成してなる櫛歯状細片110を形成している
この実施例でも、先の実施例と同様の効果が期待される
次に本発明の他の実施例を第12図および第13図を用
いて説明すると、この実施例は、伝熱管接触部とその隣
りの接触部の間の中央部の細片3Aの角度θ2より、そ
の両側部の細片3Bの角度θ1を小さくしたものである
。この実施例によれば、第4図の実施例と比較して良好
な流速制御ができ、より一層の低圧力損失化が望めるも
のである。
また1本発明の他の実施例として1両側部の細片3Bを
第14図に示すように複数の傾斜状山形細片140に形
成し、中央部の細片3Aも、第15図に示すように傾斜
状山形細片150に形成したものである。また、さらに
他の実施例として、両側部の細片3Bを第16図に示す
ように非対称の山形細片160に形成し、中央部の細片
3Aを。
第17図に示すように非対称山角細片170に形成して
もよい、また他の実施例として、両側部の細片3Bを第
18図に示すように傾斜状平板細片180に形成し、そ
の中央部の細片3Aを第19図に示すように山形細片1
90に形成してもよい。
また、本発明の別の実施例として、両側部の細片3Bを
第20図に示すように山形細片200に形成し、中央部
の細片3Aを第21図に示すように、連続する山形細片
210に形成してもよい。
この実施例によれば、第4図の実施例と比較して。
フィン剛性の一層の向上を期待できるものである。
また、同様な狙いのために、両側部の細片3Bを第22
図に示すように平板細片220に形成し、その中央部の
細片3Aを第23図に示すように段階状に連続する平板
細片230に形成してもよいし、さらに、両側部の細片
3Bを第24図に示すように谷形細片240に形成し、
その中央部の細片3Aを第25図に示すように連続する
谷形細片250に組み合せ形成してもよい。
なお、第26図に示すように前述したフィン基板1を流
体の流れ方向と交差する方向に積層し、これに伝熱管5
を接触させることにより、熱交換器を構成することがで
きる。
また、本発明の伝熱フィンは空冷吸収式冷温水機の吸収
器および/もしくは蒸発器に適用することができる。す
なわち、第27図は空冷吸収式冷温水機を示すもので、
この図において、1は高温再生器、2は低温再生器、3
は凝縮器、4は蒸発器、5は吸収器、6は高温熱交換器
、7は低温熱交換器、8は循環ポンプ、9は冷媒スプレ
ポンプであ る。吸収器5は垂直管10の管外に前述した本発明の伝
熱フィン11を積層配設した複数列の空冷熱交換器で構
成され、冷却空気入口側の列の一部分が上下にヘッダ1
2.14を設け、凝縮器3を構成している。このように
構成したことにより、吸収液をその上方に位置する垂直
管10に散布し、これによって吸収過程の溶液循環量を
再生器から吸収器5に流れ込んでくる吸収液の流量より
も多くし得るので、吸収過程における吸収液循環量を。
垂直管10を通過する冷却空気による冷却能力に応じた
流量とすることができ、通過する冷却空気の冷却能力で
得られる最も稀薄な濃度に近いレベルの吸収液を得るこ
とができる。その結果、高い伝熱性能を得ることができ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、流体温度とフィン温度の差が大きい部
分の流速を速くするという流速制御ができるので、伝熱
性能をさらに向上させることができる。また.フイン全
体の強度低下がなく細片の微小化ができるので、前縁効
果の増大に伴う伝熱性能の向上と.フインの強度上の信
頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の伝熱フィンの一実施例を示す平面図、
第2図は第1図のA−A又はC−C方向から見た拡大断
面図、第3図は第1図のB−B方向から見た拡大断面図
、第4図は第1図に示す伝熱フィンにおける単一山形細
片の長手方向の一部分を示す斜視図、第5図は本発明に
よる伝熱フィンの空気流流動様式を示す模式図、第6図
は本発明による伝熱フィンの特性を説明する線図、第7
図は本発明の伝熱フィンにおける両側部の細片の空気流
流動様式を示す模式図、第8図はその細片形状における
伝熱性能と山角度の影響を示す特性曲線、第9図〜第1
1図はその他の実施例で単一細片の長手方向斜視図、第
12図〜第25図はそれぞれその他の実施例で、第1図
のA−A又はC−〇及びB−B方向から見た拡大断面図
、第26図は本発明の熱交換器の一実施例を示す斜視図
、第27図は本発明の伝熱フィンを適用した空冷吸収式
冷温水機の一例の構成を示す図である。 1・・・フィン基板、2・・・伝熱管接触部、3・・・
細片、3A・・・中央部の細片、3B・・・両側部の細
片。 づ 第 2 目 3B・・・角帽利部の細庁 第 6 目 第 71!] ×1×2 一一一 第 8 口 θ−−− 奉 9 目 第 Il  口 第 14  の 、3B 30・山@細岸 第 78 口 第 22 の B

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 1. フイン基板上に細片群を配列した伝熱フインにお
    いて、流体の流れ方向と交差する各細片は、当該細片の
    流体の流れ方向と交差する方向の中央部に配置した中央
    部の細片と、その中央部の細片の両側部に設けられ、か
    つ前記中央部の細片に対して複数の細片を有する両側部
    の細片とを備え、前記中央部の細片は前記両側部の細片
    における同一流路幅当りの流体通過方向の投影面積より
    大きくさせうる形状に構成したことを特徴とする伝熱フ
    イン。
  2. 2. フイン基板上に細片群を配列した伝熱フインにお
    いて、流体の流れ方向の交差する各細片は、当該細片の
    流体の流れ方向と交差する方向の中央部に配置した中央
    部の細片と、その中央部の細片の両側部に設けられ、か
    つ前記中央部の細片に対して複数の細片を有する両側部
    の細片とを備え、前記中央部の細片は前記両側部の細片
    の流体通過抵抗よりも大きくさせうる形状に構成したこ
    とを特徴とする伝熱フイン。
  3. 3. 中央部の細片は流体の流れ方向に沿つて複数に分
    割された請求項1又は2記載の伝熱フイン。
  4. 4. 中央部の細片は流体の流れ方向に沿つて連続する
    連続細片である請求項1又は2記載の伝熱フイン。
  5. 5. 細片群を配列したフイン基板を、流体の流れ方向
    と交差する方向に積層し、これに伝熱管を接触させた熱
    交換器において、前記フイン基板上の流体の流れ方向と
    交差する各細片は、当該細片の流体の流れ方向と交差す
    る方向の中央部に配置した中央部の細片と、その中央部
    の細片の両側部に設けられ、かつ前記中伯部の細片に対
    して複数の細片を有する両側部の細片とを備え、前記中
    央部の細片は前記両側部の細片における同一流路幅当り
    の流体通過方向の投影面積より大きくさせうる形状に構
    成したことを特徴とする熱交換器。
  6. 6. 細片群を配列したフイン基板を、流体の流れ方向
    と交差する方向に積層し、これに伝熱管を接触させた熱
    交換器において、前記フイン基板上の流体の流れ方向を
    交差する各細片は、当該細片の流体の流れ方向と交差す
    る方向の中央部に配置した中央部の細片と、その中央部
    の細片の両側部に設けられ、かつ前記中央部の細片に対
    して複数の細片を有する両側部の細片とを備え、前記中
    央部の細片は前記両側部の細片の流体通過抵抗よりも大
    きくさせうる形状に構成したことを特徴とする熱交換器
  7. 7. 中央部の細片は流体の流れ方向に沿つて複数に分
    割された請求項5又は6記載の熱交換器。
  8. 8. 中央部の細片は流体の流れ方向に沿つて連続する
    連続細片である請求項5又は6記載の熱交換器。
  9. 9. 空冷吸収式冷温水機を構成する吸収器および、も
    しくは凝縮器における吸収溶液および、もしくは冷媒蒸
    気の通路を形成する垂直管に、フイン基板を積層し、こ
    のフイン基板上の垂直管間に設けた流体の流れ方向と交
    差する各細片は、当該細片の流体の流れ方向と交差する
    方向の中央部に配置した中央部の細片と、その中央部の
    細片の両側に設けられ、かつ前記中央部の細片に対して
    複数の細片を有する両側部の細片とを備え、前記中央部
    の細片は前記両側部の細片における同一流路幅当りの流
    体通過方向の投影面積より大きくさせうる形状に構成し
    たことを特徴とする熱交換器。
JP63095614A 1987-12-04 1988-04-20 伝熱フインおよび熱交換器 Expired - Lifetime JPH071156B2 (ja)

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