JPH0233595A - フィンチューブ型熱交換器 - 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、空調、冷凍、冷蔵等に使用され、冷媒と空気
等の流体間で熱の授受を行なうフィンチューブ型熱交換
器に関するものである。

従来の技術 従来のこの種のフィンチューブ型熱交換器は、第５図の
斜視図に示すように一定間隔で多数平行に並べられた板
状フィン１と、この板状フィン１に直角に挿通された伝
熱管３とから構成され、気流Ａは、板状フィン１間を流
れ、伝熱管３内を流れる冷媒と熱交換を行なう。この様
なフィンチューブ型熱交換器は、近年、小型、高性能化
が要求されているが、騒音等の観点からフィン間の気流
速度は低く抑えられているため、伝熱管内側の熱抵抗に
比して空気側の熱抵抗は高い。そこで、現在は、空気側
の伝熱面積を拡大することで伝熱管内側の熱抵抗との差
を減少させるように工夫している。しかし、伝熱面を拡
大することには、物理的な限界が存在するとともに、経
済性、省スペース性等の点から問題もあり、空気側の熱
抵抗を低下させることがこの種のフィンチューブ型熱交
換器において、重要な課題となっている。

以下、図面を参照しながら従来のフィンチューブ型熱交
換器の一例について説明する。第６図。

第７図は従来のフィンチューブ型熱交換器を示す。

１は板状フィンで、フィンカラー２を等間隔で立上げ、
このフィンカラー２間に気流Ａに向って開口した切り起
こし１ａを前記板状フィン１のフィンカラー２側のみに
基板からの高さを等しくして形成している。切り起こし
１ａは、温度境界層の発達を阻止するだめのものである
。３は伝熱管で、気流入方向の管列ピッチＬ１′を伝熱
管３の外径Ｄ０′の１．９〜２．２倍に、まだ、気流Ａ
と垂直方向の管段ピッチＬ２／を伝熱管３の外径ＤＱ′
の２．２〜２．５倍にとって配置され、前記板状フィン
１に挿通。

拡管し、フィンカラー２の内面に密着されている。

伝熱管３はＵ字状に形成され、その両端はベンドにて連
結する。４ａ、４ｂは前記伝熱管３の後流側にできる死
水域を示す。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の構成では、空気側の総括熱伝達率を
気流の流動抵抗ΔＰを考慮した同一ファン動力基準で最
大にする最適な伝熱管配列が実現されておらず非経済的
な設計になっている。また、切り起こし１ａを伝熱管３
間において気流Ａに垂直な方向に基盤部を残して設けて
いないだめ、切り起こし１ａに対する伝熱管３前後から
の平均熱伝導距離が長くフィン効率が悪い。また、切り
起こし１ａの前縁距離が短かく境界層前縁効果が少ない
。また切り起こし１ａの脚部が板状フィン１の前縁の法
線方向と一致しており、切９起こし１ａを通過した後も
気流Ａの方向は変らず乱流促進が図れず、また、死水域
４ａ、４ｂが犬きくなシ、有効伝熱面積が減少する。ま
た、となり合う切り起こし１ａが同じ長さのため、脚部
が気流入方向に対して重なってしまい、流れに対する抵
抗が集中し、流速分布が不均一となっている。これによ
り切り起こし１ａの効果が十分生かされないという課題
を有していた。

そこで本発明は上記課題に鑑み伝熱管の管配列を工夫す
ること及び切り起こしの前縁距離を長くし、境界層前縁
効果を増大させるとともにフィン効率を低下させない。

まだ、乱流促進を図り、気流を伝熱管後流側に回すこと
で、死水域を減少させ有効伝熱面積を増大させる。さら
に、流れに対する抵抗を分散することで、伝熱管間及び
隣接する板状フィン間で気流の速度を均一化し切り起こ
しによる乱流促進及び境界層前縁効果を増大させ、大幅
に熱伝達率を向上させた、高性能フィンチューブ型熱交
換器を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解明するために、本発明のフィンチューブ型
熱交換器は、一定間隔で多数平行に並べられ、その間を
気流が流動する板状フィンと、この板状フィンに直角に
挿通され内部を流体が流動する外径り。の伝熱管から構
成され、伝熱管の気流方向管列ピッチＬ１　を１，２Ｄ
ｏ≦Ｌ１≦１．８ＤＯとし、気流と垂直方向の管段ピッ
チＬ２を２．６ＤＯ≦Ｌ２≦３．３ＤＯとして、且つ、
板状フィンには、伝熱管の間に、気流に開口した切り起
こしを板状フィンの基盤を間にはさんで、上下交互に、
この切り起こしの板状フィンと接合する脚部が、板状フ
ィンの前縁の法線方向と角度をなすように設け、かつ、
その切り起こしの数を板状フィンの伝熱管間の中心から
、板状フィンの端に向かって順次増やし、脚部が気流方
向の前後で重ならないように形成するとともに、切り起
こし高さｈを板状フィンのピッチＰｆ　の略１／２とす
るという構成を備えたものである。

作　　用 この技術的手段による作用を第３図〜第４図により説明
する。

第３図、第４図は一定間隔で多数平行に並べられた板状
フィンに、外径らの伝熱管を直角に挿通し、この伝熱管
の気流方向管列ピッチをＬ１気流と垂直方向の管段ピッ
チをＬ２とするフィンチューブ型熱交換器において、Ｄ
ｏ、Ｌｌ、Ｌ２および気流速度ｖＦをパラメータとして
実験・解析を行ない、同一ファン動力ΔＰＵＦ（ΔＰは
熱交換器を通過する気流の流動抵抗）基準の空気側総括
熱伝達率α。で伝熱性能を評価したものである。第３図
は管列ピッチ、第４図は管段ピッチの影響をみたもので
ある。管列ピッチＬ１．管段ピッチＬ２が大きくなると
フィン表面での熱伝達率は向上するがフィン効率が低下
する。また、気流の流動抵抗ΔＰは、管列ピッチＬ１．
管段ピッチＬ２が小さい方が増大する。従って空気側総
括熱伝達率α。

にピークが存在する。Ｌ　、＊１−３Ｉ）０．　Ｌ２中
２　、ｓ　Ｄ。

で伝熱性能が最大になるが、１−２ＤＯ≦Ｌ１≦１．ｓ
Ｄｏ。

２．６Ｄｏ≦Ｌ２≦３−３Ｄｏであれば、実用上十分伝
熱性能が優れていることがわかる。さらに上記構成のス
リットフィンによれば、切り起こしが伝熱管間において
、気流Ａに垂直な方向に基盤を残して設けており、切り
起こし脚部が多く、前縁距離が長くなるとともに、伝熱
管前後からの平均熱伝導距離も短かくなりフィン効率も
向上する。切り起こしの板状フィンと接合する脚部が板
状フィンの前縁の法線方向と角度をなしているため、こ
の脚部で渦が発生し、乱流促進が図れるとともに、伝熱
管後流側の死水域が減少し有効伝熱面積が増大する。ま
た、切り起こしの高さｈが板状フィンのピッチＰＩの略
％であるため、隣接する板状フィン間で切り起こしが均
一に配置され、気流速度が均一となる。また、脚部が気
流方向の前後で重ならないように形成されているため、
上流側の影響を受けずに脚部での渦の発生を促進すると
ともに流れに対する抵抗が分散し、伝熱間においても気
流速度が均一化される。

実施例 以下、本発明の一実施例のフィンチューブ型熱交換器に
ついて第１図、第２図を参照しながら説明する。１１は
板状フィンで、フィンカラー１２を等間隔に立ち上げて
いる。１３は外径り。の伝熱管であり、気流Ｂ方向に平
行な管列ピッチＬ１を１−２　Ｄｏ≦Ｌ１≦１．８Ｄ０
、また、気流Ｂ方向に垂直な管段ピッチＬ２を２．６Ｄ
ｏ≦Ｌ２≦３．３Ｄｏとして前記板状フィン１１を嵌挿
している。前記板状フィン１１には、前記伝熱管１３の
間に気流Ｂに開口した切り起こし１４ａ、１４ｂ、１４
ｃを、板状フィン１１の基盤を間にはさんで、上下交互
に、この切り起こし１４ａ〜１４ｃと板状フィン１１が
接合する脚部１５ａ〜１５ｃが板状フィン１１の前縁の
法線方向と角度をなすように設けられ、かつ、前記切り
起こし１４ａ〜１４ｃの数は板状フィン１１の伝熱管１
３間の中心から板状フィン１１端に向かって順次増やす
とともに切り起こし高さｈは、板状フィン１１のピッチ
Ｐｆの略％に形成されている。１６ａ、１８ｂは前記伝
熱管１３の後流側に生じる死水域を示す。

次に、この一実施例の構成における作用を説明する。

まず、気流Ｂ方向の管列ピッチＬ１　が１．２ＤＯ≦Ｌ
１≦１．８Ｄ。、また、気流Ｂ方向と垂直な管段ピッチ
Ｌ２が２．６％≦Ｌ２≦３．３Ｄｏであるため、前述の
ように、同一ファン動力基準で、最も空気側伝熱性能を
向上させた伝熱管配列が実現されている。また、切り起
こし１４ａ〜１４ｂが、板状フィン１１の中心から板状
フィン端に向かって１枚、２枚と順次増やして、板状フ
ィン１１の基盤を間にはさんで上下交互に設けており、
切り起こし１４ａ−１４ｃの脚部１５ａ−１６ｃが多く
前縁距離が長くなるとともに、伝熱管１３前後からの平
均熱伝導距離も短かくなり、フィン効率も向上する。

また、切り起こし１４ａ〜１４ｃの板状フィン１１と接
合する脚部１６ａ〜１５ｃが板状フィン１１の前縁の法
線方向と角度をなしているため、この脚部１５ａ〜１５
０で渦が発生し、乱流促進が図れると同時に、気流Ｂが
伝熱管１３の後流側に回シ込むので死水域１６ａ、１６
ｂが減少し、有効な伝熱面積を増加させることができる
。また、切り起こし高さｈが板状フィン１１のピッチＰ
ｆの略％であるため、隣接する板状フィン１１間で切り
起こし１４ａ〜１４ｃが均一に配置され、気流Ｂの速度
が均一となり、切り起こし１４ａ〜１４ｃを通る空気量
が増し、境界層前縁効果及び乱流促進効果を増大させる
ことができる。さらに、脚部１５ａ〜１５ｃが気流Ｂ方
向の前後で重ならないように、形成しているため、上流
側の影響を受けずに、脚部１５ａ〜１５ｃでの渦の発生
を促進するとともに、流れに対する抵抗が分散し、伝熱
管１３間においても、気流Ｂの速度が均一化され、切り
起こしを通過する空気量が増し、切り起こしの効果が増
大する。

以上より、最適な伝熱管配列と、切り起こし部による境
界層前縁効果、フィン効率向上、乱流促進、死水域減少
効果、気流速度の均一化を同時に引出すことが可能とな
り、熱交換器の伝熱性能は、著しく向上し小型高効率熱
交換器が実現できる。

また、切り起こし１４ａ〜１４ｃが基盤部を間にはさん
で、上下交互に設けであるため板状フィン１１の強度も
向上する。

発明の効果 以上のように本発明のフィンチューブ型熱交換器は一定
間隔で多数平行に並べられ、その間を気流が流動する板
状フィンと、この板状フィンに直角に挿通され内部を流
体が流動する外径らの伝熱管とから構成され、伝熱管の
気流方向管列ピッチＬ１　を１．２ＤＯ≦Ｌ１≦１．８
Ｄ０とし、気流と垂直方向の管段ピッチＬ２　を２．６
Ｄｏ≦Ｌ２≦３．３Ｄｏとして、且つ、板状フィンには
、伝熱管の間に、気流に開口した切り起こしを板状フィ
ンの基盤を間にはさんで、上下交互に、この切り起こし
の板状フィンと接合する脚部が、板状フィンの前縁の法
線方向と角度をなすように設け、且つ、その切り起こし
の数を板状フィンの伝熱管間の中心から板状フィンの端
に向かって順次増やし、脚部が気流方向の前後で重なら
ないように形成するとともに、切り起こし高さｈを板状
フィンのピッチＰｆの略１／２とするという構成を備え
ることにより、次のような効果を有する。

最適な伝熱管配列によシ同−フアン動力基準で最も空気
側伝熱性能を高めることができる。また、切り起こしの
脚部が多く前縁距離が長くなシ、境界層前縁効果を増大
させる。また、平均熱伝導距離が短かくなり、フィン効
率が向上する。切り起こしの脚部より渦が発生し乱流促
進が図れると同時に死水域が減少し有効伝熱面積を増加
させることができる。さらに、隣接する板状フィン間及
び伝熱管間において気流の速度を均一化することができ
、切り起こしによる境界層前縁効果及び乱流促進効果を
増大させることができる。捷た、板状フィンの「こし」
が強くなるという効果も生じる。

以上の効果より、伝熱性能は飛躍的に向上し、小型で高
性能なフィンチューブ型熱交換器が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるフィンチューブ型熱
交換器を示す部分側面図、第２図は第１図のＤ−Ｄ’断
面図、第３図、第４図は本発明の特性説明図、第６図は
従来のフィンチューブ型熱交換器を示す斜視図、第６図
は従来のフィンチューブ型熱交換器を示す部分側面図、
第７図は第６図のＣ−Ｃ’断面図である。 １１・・・・・・板状フィン、１３・・・・・・伝熱管
、Ｄｏ・・・・・伝熱管の外径、Ｌｌ　・・・・・・管
列ピッチ、Ｌ２・・・・・・管段ピッチ、１４ａ、１４
ｂ、１４ｃ・・山・切り起こし、１５ａ、１５ｂ、１５
ｃ・・・・・・脚部、ｈ・・・・・・切り起こし高さ、
Ｐｆ・・・・・・ピッチ、Ｂ・・・・・・気流。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名褒 凋 λ　Ｃ：ｙ＋”−蓋　Ｃｚｔｓ も　　ｃ＞Ｎ　　　唯　１　）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）　一定間隔で、多数平行に並べられ、その間を
   気流が流動する板状フィンと、前記板状フィンに直角に
   挿通され内部を流体が流動する外径らの伝熱管から構成
   され、前記伝熱管の気流方向の管列ピッチＬ＿１を１．
   ２Ｄ＿Ｏ≦Ｌ＿１≦１．８Ｄ＿Ｏとし、気流と垂直方向
   の管段ピッチＬ＿２を２．６Ｄ＿Ｏ≦Ｌ＿２≦３．３Ｄ
   ＿Ｏとして、且つ、前記板状フィンには、前記伝熱管の
   間に、気流に開口した切り起こしを板状フィンの基盤を
   間にはさんで、上下交互に設けるとともに、この切り起
   こしの数を板状フィンの伝熱管間の中心から板状フィン
   端に向かって順次増やしたフィンチューブ型熱交換器。
2. 　（２）切り起こしを板状フィンと接合する脚部が板状
   フィンの前縁の法線方向と角度を成すように設けた特許
   請求の範囲第１項記載のフィンチューブ型熱交換器。
3. 　（３）切り起こし高さｈを板状フィンのピッチＰ＿ｆ
   の略１／２とする特許請求の範囲第１項記載のフィンチ
   ューブ型熱交換器。
4. 　（４）切り起こしの板状フィンと接合する脚部が気流
   方向の前後で重ならないように形成した特許請求の範囲
   第１項記載のフィンチューブ型熱交換器。