JPH02254269A

JPH02254269A - フインチューブ式熱交換器

Info

Publication number: JPH02254269A
Application number: JP7170389A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Matsushima; 弘章松嶋; Akio Sakazume; 坂爪　秋郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-03-27
Filing date: 1989-03-27
Publication date: 1990-10-15

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ｖ４磯、給湯機などの冷凍サイクルに使用
されるフィンチューブ式熱交換器に係り、特Ｋ、温度勾
配を有する作動流体を、伝熱管内へ流すようにしたフィ
ンチューブ式熱交換器に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、空ｌ！ｊ１ｍ、給湯機などの冷凍サイクルに
使用される熱交換器として、互いに平行に配列した複数
枚の板状フィンと、これらフィンに、該フィンと直交方
向に挿入した複数列の伝熱管とを有するフィンチューブ
式熱交換器が知られている。

なお、この種の熱交換器として関連するものには、たと
えば、特開昭６１−２４３２９１号公報２％開昭６１−
２４５２９５号公報、特開昭６１−２３５６９３号公報
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、伝熱管内部を流れる作動流体が、＠度
勾配を有する場合への適用については配慮されていなか
った。したがって、このような場合には、伝熱管列間で
の、フィンの熱伝導により、熱交換性能が低下するとい
う問題点があった。

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決して、伝熱
管内を流れる作動流体が温度勾配を有する場合でも、伝
熱管列間での熱伝導がなく、優れた熱交換性能を有する
フィンチューブ式熱交換器の提供を、その目的とするも
のである。

〔諌題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための、本発明に係るフィンチュ
ーブ式熱交換器の構成は、互いに平行に配列した複数枚
の板状フィンと、これらフィンに、該フィンと直交方向
に挿入した複数列の伝熱管とを具備し、この伝熱管の内
部を流れる、温度勾配を有する作動流体と、前記板状フ
ィンの外部を、前記伝熱管の最前列から最後列方向へ流
れる熱交換流体とを熱交換することができるようにした
フィンチューブ式熱交換器において、板状フィンを、伝熱管の列間にスリットを設けたスリッ
ト付きフィンにし、最後列の伝熱管に、作動流体の入口
部を設け、最前列の伝熱管に、その出口部を設けるよう
にしたものである。

さらに詳しくは、次のとおりである。

板状フィンを、伝熱管の列間にスリットを設けたスリッ
ト付きフィンくし、伝熱管内部を流れる作動流体の流れ
方向を、フィン外部を流れる熱交換流体の下流側から上
流側へ向くように構成したものである。

なお、伝熱管内部を流れる作動流体が相変化をともなう
流体くたとえば、非共沸混合冷媒）であれば、伝熱管の
途中に減圧器を設けるようにしたものである。

〔作用〕

板状フィンを、伝熱管の列間にスリットを設けたスリッ
ト付きフィンにすること釦より、伝熱管列間での熱伝導
による損失がなくなる。また、作動流体を、フィン外部
を流れる熱交換流体の下流側から上流側へ流すようにす
ることにより、■フフィンチュー式熱交換器を放熱に淘
用する場合には、熱交換流体の上流側から下流側へ向っ
て、該熱交換器の温度が高くなり、一方、■吸熱に利用
する場合には、熱交換流体の上流側から下流側に向って
、該熱交換器の温度が低くなる。

したがって、熱交換流体とフィンチューブ式熱交換器と
の温度差は、伝熱管列に沿って一様になｇ、作動流体が
温度勾配を有する場合でも、その熱交換性能が優れてい
る。

なお、作動流体が相変化をともなう場合には、伝熱管の
途中（たとえば、伝熱管の列間）に減圧器（たとえば、
千ヤビラリチューブ）を設けることＫより、熱伝達率の
高い相変化域が大きくなり、さらに熱交換性能が向上す
る。

〔実施的〕

以下１本発明を実施的によって、図面を用いて説明する
。

第１図は、本発明の第１の実施的に係るフィンチューブ
式熱交換器を示す斜視図、第２図は、第１図に係るフィ
ンチューブ式熱交換器の要部断面図、第３図は、第２図
のＩ−Ｉ断面に沿っての熱交換流体１作動流体の温度分
布図である。

このフィンチューブ式熱交換器１は、互いに平行に配列
した複数枚の板状フィン（詳細後述）とこれらフィンに
、該フィンと＠某方向に挿入した複数列の伝熱管２（詳
細後述）とを具備し、この伝熱管２は、前列伝熱管５ど
、後列伝熱管４と、これら伝熱管４，５を互いに凝続す
るベンド管６とからなるものであり、この伝熱管２の内部を流れる、温度勾配を有する作動流
体（たとえば、温水）と、前記板状フィンの外部を、前
列伝熱管５から後列伝熱管４方向へ流れる熱交換流体（
たとえば、空気）とを熱交換することができるようにし
たものであって、前記板状フィンを、前列伝熱管５．後
列伝熱管４０列間にスリット７を設けたスリット付きフ
ィン５にし、後列伝熱管４に、前記作動流体の入口部８を設け、前列
伝熱管５に、その出口部９を設けてなるものである。

このように構成したフィンチューブ式熱交換器１におい
て、入口部８から後列伝熱管４内へ、その下部から流入
した作動流体は、該伝熱管２内を流れるに従って、スリ
ット付きフィン５を介して熱交換流体と熱交換し、その
温度を徐々に下げながら、後列伝熱管４．ベンド管６．
前列伝熱管５へと流れて、出口部９から外部へ流出する
。一方、熱交換流体は、フィン間を流れる間に、スリッ
ト付きフィン３および伝熱管２から吸熱して、その＠度
がＴＡＩからＴＡ２へと上昇する（第５図参照）。

また、この第３図において、後列伝熱管４内の作動流体
の温度ＴＢＩは、前列伝熱管５内の作動流体の温度ＴＢ
２よりも高くなり、したがって、熱交換体と、伝熱管２
及びスリット付きフィン５との間の温度差がほぼ一様に
なる。

また、スリット７があるので、前列伝熱管５と後列伝熱
管４との、スリット付きフィン３を介しての熱伝導がな
くなり、後列伝熱管４の放熱は熱交換流体のみＫなる。

以上説明した実施例によれば、伝熱管の列間にスリット
を設けるようにしたので、伝熱管列間の熱伝導がなくな
り、また、作動流体を、熱交換流体の下流から上流へ流
すようにしたので、熱交換流体と熱交換器との＠度差が
一様になＣバ熱交換性能が向上するという効果がある。

なお、本実施例では、作動流体の流れを、後列伝熱管で
は下から上へ、前列伝熱管では上から下へ流すようにし
たが、前、後列で流れ方向が同じになるようにしてもよ
い。このようにすれば、前列伝熱管内の作動流体温度と
後列伝熱管内の作動流体温度との差が、フィンチューブ
式熱交換器の上、下方向で一様となり、さらに熱交換性
能が向上するものである。

以下、他の実施例を説明する。

第４，５図は、それぞれ、本発明の第２．３の実施例に
係るフィンチューブ式熱交換器の要部断面図である。

第４図に係るフィンチューブ式熱交換器ＩＡにおいて、
２人は、前列伝熱管５Ａと後列伝熱管４Ａとを千鳥状に
配列した伝熱管、３Ａは、前列伝熱管５Ａと後列伝熱管
４Ａとの中間に、管中心を結ぶ直線と垂直方向にスリッ
ト７Ａを設けたスリット付きフィンである。

以上のように構成することにより、前列伝熱管５Ａと後
列伝熱管４人との間の熱伝導がなくなり、第１の実施例
と同様の効果を奏するとともに、後列伝熱管４ＡＫ関し
ては、熱交換流体とスリット付きフィン７人との間の熱
伝達率の高い、伝熱管前方のフィン面積が増加するので
、さらに熱効換性能が向上するという利点がある。

第５図に係るフィンチューブ式熱交換器１Ｂにおいて、
第４図と同一番号を付したものは同一部分である。そし
て、５］３は、前列伝熱管５Ａと後列伝熱管４Ａの中央
部よりも前列伝熱管５Ａ側に、前列伝熱管５Ａを中心と
してスリン）７Ｂを設けたスリット付きフィンである。

以上のように構成することにより、前列伝熱管５人と後
列伝熱管４Ａとの間の熱伝導がなくなり、第１の実施例
と同様の効果を奏するとともに、スリン）７Ｂを前列伝
熱管５Ａ寄りに設けるようにしたので、熱伝達率の低い
伝熱管後部面積が少なくなり、熱伝達率の高い伝熱管前
部面積が増加し、全体として、さらに熱伝達性能が同上
するという利点がある。

第６図は、本発明の第４の実施例に係るフィンチューブ
式熱交換器を示す斜視図、第７図は、第６図に係るフィ
ンチューブ式熱交換器を使用した冷凍サイクルの一例を
示すサイクル構成図、第８図は、この冷凍サイクルのモ
リエル線図である。

第６図において、第１図と同一番号を付したものは同一
部分である。

第６図に係るフィンチューブ式熱交換器１５が、第１図
に係るフィンチューブ式熱交換器」と異なるところは、
その伝熱管２Ｃを、前列伝熱管５と後列伝熱管４との間
に、前記ベンド管６に代えて減圧器に係るキャピラリチ
ューブ１０を設けるようにした点にある。

このフィンチューブ式熱交換１５は、後述する。

第７図に係る冷凍サイクル１１において、利用側熱交換
器として用いるものである。

第７図において、１１は、給湯装置又は暖房装置等に使
用される冷凍サイクル、１２は圧縮機、１５は、第６図
に係るフィンチューブ式熱交ｙ８器を用いた利用側熱交
換器、１４は主減圧器、１５は、第１図に係るフィンチ
ューブ式熱交換器を用いた熱源側熱交換器である。そし
て、この冷凍サイクル１１内には、相変化時にも温ｉｆ
変化を伴なう非共沸混合冷媒（例えば、Ｒ１２＋Ｒ２２
）が、作動流体とし２て封入されている。この第７図中
の記号ａ、ｂ、・・・は、第８図中の記号ａ、ｂ、・・
・と同一場所を表わすものである。

以上のようＫｍ成した冷凍ティクルの動作について説明
する。

圧縮機１２で高温高圧になった作動流体は、利用側熱交
換器であるフィンチューブ式熱交換器１５で熱交換流体
（ｆｐＩＪえは、水あるいは空気）と熱交換することに
より冷却され、液流体となり主減圧器１４へ送られる。

この間、フィンチューブ式熱交換器１３の入口部８では
高温高圧のガスであった作動流体は、後列伝熱管４を通
る間に、熱交換流体によりｂ−＋ｃに冷却される。そし
て、キャピラリチューブ１０を通り、ｃ−＋ｄに減圧さ
れ温度が低下した作動流体は、前列伝熱管５を通る間に
熱交換流体と再び熱交換しｄ→ｅに冷却される。

主減圧器１４で減圧され低温になった作動流体は、熱源
側熱交換器であるフィンチューブ式熱交換器１５へ送ら
れ、後列伝熱管から前列伝熱管へと流れる間に、該フィ
ンチューブ式熱交換器１５の熱交換流体（例えば室外空
気）との熱交換によってｆ→ａに吸熱し、再び圧縮機１
２へ戻る。

以上説明した実施例によれば、次の効果がある。

■　作動光体は、利用側熱交換器であるフィンチューブ
式熱交換器１５人口では高温ガス。

出口では液であり、また、非共沸混合冷媒であることか
ら、かわき度が小さくなると同一圧力でも温度が低下す
るために、伝熱管２Ｃに沿って温度が異なる。さらに、
キャピラリチューブ１０によって、前列伝熱管５内の圧
力と後列伝熱管４内の圧力とが異なり、後列伝熱管４の
温度は前列伝熱管５の温度よりも高くなり、熱交換性能
がよい。

＠　スリット７があるので、前列伝熱管５と後列伝熱管
４との間に熱伝導を生じない。

θ　前列伝熱管の圧力が低いためＫ、管内熱伝達率の高
い二相域を大きくとれる。すなわち。

第８図中の実線で示すように、キャピラリチューブ１０
を使用した本実施例の熱交換量は、ｂ−４６と大きくす
ることができる。これに対して、キャビ２リチエーブを
使用しなければ、同二相域での熱交換量は、破線で示す
ように、ｂ′−ｅ′と小さい、なお、圧縮仕事は、前列
伝熱管の温度が低いためＫ、後列伝熱管の圧力が高くな
って増加するものの、その増加量はわずかである。した
がって、熱交換性能が向上し冷凍サイクルの省エネルギ
化を図れる。

Ｏ熱源側熱交換器にも本発明の第１の実施例に係るフィ
ンチューブ式熱交換器１５を用いているために、かわき
度の小さい後列伝熱管の温度は、かわき度の大きい前列
熱交換器の温度よりも小さくなる。したがりで熱交換流
体温度〉前列伝熱管温度〉後列伝熱管温度となり、熱交
換流体と伝熱管との温度差が一様になり、熱交換性能が
向上し、冷凍サイクル１１の省エネルギ化をもたら丁。

以上、これを要するに、フィンチューブ式熱交換器１５
の゛伝熱管２Ｃの途中にキャピラリチューブ１０を設け
、作ｉｊｈ流体として相変化をともなう流体を用いるこ
とにより、熱伝達率の高い相変化域を大きくすることが
でき、熱交換性能が向上するという効果がある。

なお、本実施例では、前、後２列の伝熱管を持つフィン
チューブ式熱交換器を用いて説明し７たが、３列以上の
ものでも同様の効果を奏するものである。

さらに、３列以上の伝熱管を有するフィンチューブ式熱
交換器では、すべての列間に減圧器を設けることにより
、さらに熱交換性能が向上する。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、伝熱管内を
流れる作動流体が温度勾配を有する場合でも、伝熱管列
間での熱伝導がなく、優れた熱交換性能を有するフィン
チューブ式熱交換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係るフインチェーブ
式熱交換器を示す斜視図、第２図は、第１図に係るフイ
ンチェーブ式熱交換器の要部断面図、第５図は、第２図
のＩ−Ｉ’断面に沿っての熱交換流体２作動流体の温度
分布囚、第４，５図は、それぞれ、本発明の第２．３の
実施例に係るフィンチューブ式熱交換器の要部断面図、
第６図は、本発明の第４の実施例に係るフインチェーブ
式熱交換器を示す斜視図、第７図は、第６図に係るフイ
ンチェーブ式熱交換器を使用した冷凍サイクルの一例を
示すサイクル構成図、第８図は、この冷凍サイクルのモ
リエル線図である。１　、　ＩＡ、　ＩＢ・・・フィンチューブ式熱交換器
２　、２Ａ　、　２Ｇ・・・伝熱管３．３Ａ、３Ｂ・・・スリット付フィン４．４Ａ・・・
後列伝熱管５．５Ａ・・・前列伝熱管７．７Ａ、７Ｂ・・・スリット８・・・入口部９・・・出口部１０・・・キャビラリチェーブ１３・・・フィンチューブ式熱交換器換器）１５・・・フィンチューブ式熱交換器換器）。（利用側熱交（熱源側熱交第１図」５図第２０Ｍ４図Ｊ’；５［２１第６図ｑ第７図

Claims

【特許請求の範囲】

１．互いに平行に配列した複数枚の板状フインと、これ
らフインに、該フイン直交方向に挿入した複数列の伝熱
管とを具備し、この伝熱管の内部を流れる、温度勾配を有する作動流体
と、前記板状フインの外部を、前記伝熱管の最前列から最後
列方向へ流れる熱交換流体とを熱交換することができる
ようにしたフインチューブ式熱交換器において、板状フインを、伝熱管の列間にスリットを設けたスリッ
ト付きフインにし、最後列の伝熱管に、作動流体の入口部を設け、最前列の
伝熱管に、その出口部を設けたことを特徴とするフイン
チューブ式熱交換器。
２．伝熱管の途中に、減圧器を配設したことを特徴とす
る請求項１記載のフインチューブ式熱交換器。