JPH055596A

JPH055596A - フインチユーブ式熱交換器

Info

Publication number: JPH055596A
Application number: JP31687691A
Authority: JP
Inventors: Takeo Tanaka; 武雄田中; Toshio Hatada; 敏夫畑田; Masaaki Ito; 正昭伊藤; Takao Chiaki; 隆雄千秋; Naoto Katsumata; 直登勝又; Yoshihiko Mochizuki; 佳彦望月; Hirokiyo Terada; 浩清寺田; Minetoshi Izushi; 峰敏出石; Minoru Sato; 実佐藤; Hiromi Tsuji; 弘美辻
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JP2921227B2

Abstract

(57)【要約】【目的】フィンの剛性を高めてフィンの変形を防止する
とともに、フィンの各ルーバを流れ方向に適正位置に設
けて、伝熱正の宇賀高くかつ通気抵抗が低い伝熱フィン
を提供する。【構成】フィンチューブ式熱交換器の各フィンにおい
て、隣り合う伝熱管で挾まれた部分に、流れ方向断面が
流れに平行な平面よりなる平面細片群２ｂを、この平面
細片群２ｂの流れ方向上流および下流側に、流れ方向に
折れ曲がった非平面細片群２ａを配置する。さらに、フ
ィンの流れ方向上流および下流端部を流れ方向に折り曲
げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空調機、又は産業用の熱
交換器に係り、特にパイプ群にフィンを嵌合したフィン
チューブ式熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフィンチューブ式熱交換器のフィ
ンは、フィン上面にルーバと呼ぶ多数の切り起こしを設
け、新鮮な空気とできるだけ多く触れさせることで高性
能化を図っている。新鮮な空気と多く触れるためには、
ルーバ幅を小さくして気流が停滞する境界層（厳密には
温度境界層）を小さくするか、上流で形成された境界層
の影響が少ない適正な位置に下流ルーバを配列すること
で達成される。ここで、ルーバ幅をあまりに小さくする
とフィン成形が難しくなるので、ルーバ配列の工夫で性
能向上させる方法が多用されている。しかし、ルーバで
高性能化することは一致していても、熱交換器に付帯し
て要求される大きさ、重量および通風抵抗等の指標でみ
ると公表されたルーバ形状にも相当異なった考え方が見
られる。

【０００３】小形軽量化に有利なものとして図５１、図
５２に示すように各ルーバ断面を流れ方向に折り曲げた
折り曲げフィンが特公昭５９−２６２３７号公報に記載
されている。このフィンは、ルーバを折り曲げているの
でフィンの剛性が高く薄板を用いても変形が少ない。そ
して、ルーバ配列を上述の適正位置にすることが可能と
なる。ただし、ルーバの山形部で気流を乱すので高風速
域では通風抵抗が大きくなる恐れがあり、低風速域で設
計するのが望ましい。

【０００４】すなわち、折り曲げフィンは変形が少ない
低風速向きの高性能フィンと言える。一方、通風抵抗の
低減に有利なものとして、図５３、図５４に示すルーバ
長手方向を折り曲げ、形状が異なる複数対のルーバを流
れ方向に配列したアコーディオンフィンが特公昭６１−
６５８８号公報に記載されている。このフィンは流れ方
向ルーバ断面が平面状で気流を乱さないので、高風速で
も通風抵抗を小さくできる。しかし、このルーバは、山
形等の剛性を増す手段がルーバに講じられていないの
で、ルーバ長手方向に変形しやすい。特に、ルーバ長手
方向に伝熱管本数が多い長尺のフィンではフィン全体が
たわみ管ピッチがずれ、搬送のためのフィンの積層作業
に手間取りハンドリング性が低下する。したがって、ア
コーディオンフィンは、変形が比較的少ない長尺のフィ
ンに限り実用されている。

【０００５】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ルー
バの変形がフィンの各部で異なり、それにより性能に与
える影響がフィンの各部で異なる。また、フィンチュー
ブ式熱交換器のフィン間風速は、気流がパイプの存在に
より縮流または拡大流となるので、一定風速とはならな
いという点について十分に考慮されていない。

【０００７】そして、ルーバの変形により性能が低下す
るのを避けるため、本来変形が少なく剛性を高める必要
がない部分のルーバも折り曲げて通風抵抗を増大させた
り、逆に平面ルーバのみでフィンを構成した場合には、
フィン剛性の不足による組立て、加工性の低下の問題が
あった。

【０００８】本発明の目的は、フィンチューブ式熱交換
器において、フィン変形を抑え、伝熱性能が高いルー
バ、高風速でも通風抵抗が小さいルーバ等、持ち味の異
なる複数のルーバを組み合わせることで単一のルーバ形
状では得られない高剛性、高伝熱性能、かつ通気抵抗の
小さい熱交換器のフィンを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、流体の流れ方向と直交する方向に切り起
こされた複数のルーバを備えた複数の伝熱フィンを積層
し、これに複数の伝熱管を嵌合したフィンチューブ式熱
交換器において、前記複数のルーバは流体の流れ方向断
面が流れにほぼ平行な平面で形成される平面細片群と、
流体の流れ方向断面が平面と異なる面で形成される非平
面細片群とを備えたものである。

【００１０】また、流体の流れ方向と直交する方向に切
り起こされた複数のルーバを備えた伝熱フィンを積層
し、これに複数の伝熱管を嵌合したフィンチューブ式熱
交換器において、前記伝熱フィンは隣りあう伝熱管には
さまれた部分に流体の流れ方向断面が流れにほぼ平行な
平面で形成される平面細片群を備え、この平面細片群の
流れ方向上流側および下流側に流体の流れ方向断面が平
面と異なる非平面細片群をそれぞれ配設したものであ
る。

【００１１】また、流体の流れと直交する方向に切り起
こされた複数のルーバを備えた複数の伝熱フィンを積層
し、これに複数の伝熱管を嵌合したプレートフィン式熱
交換器において、前記伝熱フィンを流体の流れ方向複数
個所で折り曲げ、前記伝熱フィンの流れと直交する方向
に多数の切り起こしたルーバを形成し、少なくとも前記
折り曲げ個所の角部に最も近いルーバは流体の流れ方向
断面が平面と異なる非平面ルーバであり、この非平面ル
ーバと異なる前記ルーバは、流体の流れ方向断面が流れ
にほぼ平行な平面で形成されたルーバ群で形成したもの
である。

【００１２】また、互いに間隔をおいて平行に並べた多
数のプレートフィンと、前記プレートフィンを貫通する
複数の伝熱管とを備え、前記プレートフィンに空気流を
剪断する多数の切り起こし部を設けたフィンチューブ式
熱交換器において、前記伝熱管の流れと直交する方向の
投影断面の外側に延在しているフィン両端のルーバは流
れ方向のルーバ断面を平面と異なる形状とし、前記伝熱
管の投影断面内に含まれるフィン中央のルーバは流れ方
向にほぼ平面上に形成した複数のルーバを備えたもので
ある。

【００１３】また、伝熱管を保持する複数の取付け穴間
に前記取付け穴の中心を結ぶ線にほぼ平行に複数のルー
バを設けたプレートフィンにおいて、前記取付け穴間に
挾まれた部分の前記複数のルーバは前記プレートフィン
の基板面にほぼ平行な平面で形成される平面ルーバ群を
備え、前記プレートフィンの前記平面ルーバ群と異なる
複数のルーバは、前記プレートフィンの基板面に平行な
平面と異なる非平面ルーバ群であるように配設したもの
である。

【００１４】

【作用】フィンチューブ式熱交換器に用いられるフィン
の変形は、拡管時に最も生じやすい。特に、ルーバを微
細化して、伝熱性能を高めようとすると、微細化により
ルーバ個々の剛性が低下するのでルーバが変形しやすく
なる。

【００１５】これを防止するために、フィンの流れ方向
上流端、下流端部に、流れ方向に山形等の非平面ルーバ
を設け、かつルーバの切り込み長さを短くして、剛性を
高める手段を用いる。ただし、この手段のみで変形を完
全に防止するのは困難である。

【００１６】そこで、上流側のルーバにより形成される
温度境界層と下流側のルーバとが重ならないようにルー
バ形状を定める。これにより、フィンの変形の影響を除
去する。但し、ルーバを微細化した分だけ、流れを堰き
止める面積が増し、通風抵抗が増加してしまう。

【００１７】そこで、フィン中央には流れを乱さないよ
うに流れ方向にほぼ平行な平面状のルーバを配設する。
これにより、通風抵抗を低減できる。このように構成す
ると、フィンの上流および下流端部のルーバ形状が複雑
化して、スムーズな流れが阻害され、通風抵抗は増え
る。しかし、端部には伝熱管が無いので低風速であり、
通風抵抗の増加割合が小さい。

【００１８】一方、伝熱管により流路が狭められ縮流さ
れるフィン中央は、高風速で通風抵抗の大半を占める。
したがって、フィン全体の通風抵抗は低減できる。さら
に、フィンの両端に非平面ルーバを用いるのみでは薄板
のフィンでは剛性が不足する可能性があり、この場合に
はフィンの流れ方向上流端および下流端部に切り込みを
設けること無く、単純に折り曲げることによりフィン全
体の剛性を高め前記ハンドリング性の問題を解決する。

【００１９】

【実施例】本発明の各実施例を図１ないし図４を参照し
て説明する。まず、図１は本発明の一実施例に係るフィ
ンチューブ式熱交換器に用いられるフィンの平面図、図
２は図１のII−II矢視面で見た断面図、同様に図３は図
１のIII−III矢視断面図、図４はIV−IV矢視断面図であ
る。

【００２０】フィンチューブ式熱交換器は、一般に互い
に間隔をおいて平行に並べた多数のフィンと、これらフ
ィンを貫通する伝熱管とで構成される、図１は、そのフ
ィン一枚を取り出した図である。図１において白抜きの
矢印は気流の方向（−ｙ方向）であり、それに直交する
方向をｘ方向で示している。

【００２１】フィン１には、伝熱管を取り付けるための
取付け穴５ａ，５ｂと、伝熱性能を高くするため気流と
直角方向に切り込みを入れ、フィンの一部である基板面
４より立ち上げた多数のルーバ２が設けられている。そ
して、ルーバ部２は、断面形状の異なる２種類のルーバ
群より構成されている。これら２つのルーバ群は図２お
よび図３に示すように、気流方向（−ｙ方向）に対して
山形となっているルーバ群（非平面ルーバ）２ａと、気
流方向に対してほぼ平行であるルーバ群（平面ルーバ）
２ｂで示される。

【００２２】従って、フィンは流れ方向上流端部および
下流端部付近を折り曲げて剛性を高めている他に、伝熱
管の取付け穴５ａ，５ｂ間のフィン部分で、ｚ方向視で
伝熱管の投影面に対応する部分（図１のＬ₂部分）に主
として平面ルーバ群２ａを、フィンの両端部分（図１の
Ｌ₁、Ｌ₃部分）に主として非平面ルーバ群２ｂを配置し
ている。ここで、以下の記述の便のために、平面ルーバ
群を形成したフィン部分を中央ルーバ、非平面ルーバ群
を形成したフィン部分を両端ルーバと称する。

【００２３】また、両端ルーバは、伝熱管取付け穴５
ａ，５ｂ間のほぼ中央（伝熱管中央と称す）でフィンの
未加工部分であるフィン基板３に連なっている。この結
果、伝熱管の取り付け穴ａ，５ｂ間でほぼ対称な構成と
なっている。気流に直角方向に切り込まれた様子を図４
に示す。ここで、図４は図１に示したルーバ２ｂ_₁ない
し２ｂ_₅をIV−IV方向より見た図であり、各ルーバ毎に
フィン基板面位置を変えて示している。これらのルーバ
は、フィン基板面を中心にフィンピッチの１／２ずつ上
下するように変化させている。次に上述したフィンの作
用を述べる。

【００２４】ルーバにより高い熱伝達率を得るにはルー
バを微細化するとともに下流ルーバは上流ルーバに生じ
る境界層の影響の少ない、言い替えると、下流ルーバを
できるだけ新鮮な気流と触れる適正な位置および形状に
する必要がある。しかしルーバを微細化すると、ルーバ
の剛性が低下しやすく変形も生じ易くなり、上記の適正
位置および形状に設定することが難しくなる。

【００２５】空調機用フィンチューブ式熱交換器では、
わずか 2mm 前後の狭いフィンピッチ内で板厚 0.1〜0.2
mmの多数のルーバが重なりあわないようにする訳である
から、ルーバ切り起こし方向のわずかな変形が伝熱性能
に重大な影響を与える。ルーバの変形は、大別してプレ
ス加工によるルーバ成形時、およびフィンと伝熱管を密
着する拡管時に生じる。また、ルーバの変形は必ずしも
フィン全体に生じるものでは無く、特に、フィン両端で
局所的に大きくなることがカット断面写真で判明した。

【００２６】その理由は、拡管時に開放端になるフィン
両端部はフィン面積が少ないため、他の部分のように伝
熱管から加わる力を打ち消すだけの反力がフィンに生ぜ
ず、一方的に力が加わるためと推察される。したがっ
て、適正なルーバ位置を保つには、なんらかの方法でフ
ィンの剛性を高め、特にフィン両端の変形を抑えること
が重要である。これよりフィン両端のルーバ形状は、図
２および図３のようにフィン両端部のみ山形のルーバを
配置した。また、ルーバ長手方向の長さは隣り合う伝熱
管ピッチの半分以下に短くする、さらに図１に示すよう
に隣り合う短いルーバを伝熱管中央のルーバ基部３´で
一体化すること等によりフィン剛性を大きくしている。
以上の手段で両端フィンの変形を抑え下流ルーバに重な
りが生じないようにしている。

【００２７】なお、フィン中央では変形に伴う気体の吹
き抜けに注意する必要がある。フィンチューブ式熱交換
器は伝熱管が存在するため本質的にフィン間での縮流お
よび拡大流が避けられない。すなわち、図１において白
抜きの矢印で示す流入気体はフィン先端ほど通路面積が
大きいので低速であるがフィン中央ほど伝熱管により通
路面積が狭められ高速となり、隣り合う伝熱管ピッチが
最も接近する中央より下流では再び通路面積が大きくな
り、減速する。流速が変化する割合は、伝熱管径が大き
く管ピッチが小さいほど顕著になる。ちなみに、空調機
用フィンチューブ式熱交換器の場合、フィン両端と中央
では流速が約１．５倍ないし２倍に変化する。

【００２８】伝熱管の根元付近のみでルーバを切り起こ
した従来のルーバ形状では、伝熱管周辺のルーバ立上り
部は形状が複雑で通路抵抗が局所的に大きく、これらの
部材が無い伝熱管中央付近は通路抵抗が小さい。このた
め伝熱管の中央付近に大量の気体が流れ上述の加速流が
生じる。吹き抜けの一種である上述の加速流は、ルーバ
が変形して通路抵抗が流路中で小さくなると一層助長さ
れる。

【００２９】伝熱管ピッチ中央は伝熱管からの吹き抜け
が最も伝わり難い位置であり、ここで大量の吹き抜けが
あると伝熱性能の低下につながる。伝熱管ピッチ中央の
加速流を防ぐには、通路を分割し、小さな複数の通路で
構成し、通路抵抗が伝熱管付近のみで大きくなる偏りを
防ぐことである。そこで、本実施例では流れと直角方向
の上流側から見た通路を、図４のような折り曲げ形状が
異なる複数のルーバ（アコーディオンルーバ）を組合せ
て（アコーディオンフィン）形成し、図５のように分割
した。

【００３０】図５のルーバ配列により、伝熱管ピッチ中
央の加速流を防止できることはもとより、上流ルーバの
変形による温度境界層の重なりが少ないことが以下の理
由で言える。図４に示した重なりが生じやすい同士、例
えば下向きルーバ２ｂ_₁，２ｂ_₄を取り出してその変形
を調べたのが図６である。フィンの変形は一般にフィン
基板の上下方向に生じ易い。しかし、アコーディオンフ
ィンは上記の両ルーバが交差するように配列されている
ので、変形があっても重なるのは、両ルーバの交差点に
限られる。

【００３１】一方、仮に両ルーバが平行であるとすれば
変形によりルーバの大半が重なりあう可能性があること
を示している。すなわち、アコーディオンフィンは、変
形があっても伝熱性能が低下することは無く、安置した
性能を示す。これまでは伝熱性能を主体に述べてきた
が、フィンチューブ式熱交換器は多くの場合、通気抵抗
も極めて重要である。本発明では通気抵抗を小さくする
ためフィン中央の流れ方向ルーバ断面は、図２および図
３で示したようにどの断面でも平面状で気流に対し平行
（迎え角が零）になっている。通気抵抗は流速の二乗に
比例する。したがって、作用の項で述べたように、通路
の狭い流速の高い部分で通気抵抗を低減するのが効果的
であり、上述の本発明の形状は、理に適うものである。
本実施例により剛性を高めると、フィン全体のたわみが
少なくなり、管ピッチがずれてフィンの積層差業に手間
取るという問題を解決するのに有効である。

【００３２】次に剛性を高める他の実施例を示す。図７
ないし図１０は、本発明の他の実施例で、図８は図７の
VIII−VIII矢視断面図、図９は図７のIX−IX断面図、図
１０は図からルーバ２ｂのみを取り出し、そのＸ−Ｘ矢
視図を基板位置を変えて示したものである。本実施例で
はフィン両端のルーバ２ａをまず、図８に示すように基
板面４の両端を折り曲げた山２ｃで形成し、その一部に
スリットを入れた後、図９に断面を示す小さな山形ルー
バ２ａに形成して複数の小さい山形ルーバ群としてい
る。そして、これ以外の形状は前述の実施例と基本的に
同じである。

【００３３】ルーバ幅を縮め、高性能化しようとする場
合、ルーバの剛性を高めるのに本実施例は有効である。
図９のルーバ部２ｂに示すように、複合ルーバ部２ａで
はルーバ隙間を大きく取るのは加工性から難しく、下流
側ルーバが温度境界層の影響を受けやすい。しかし、ル
ーバ幅を縮めることができるので、上記実施例と同程度
の性能が得られる。

【００３４】さらに他の実施例を図１１ないし図２５に
示す。ここで、図１２ないし図１５は、フィン両端付近
尾ルーバ２ａのＡ−Ａ断面、図１６ぃないし図２１はフ
ィン中央のルーバ２ｂのみを取り出したＢ−Ｂ矢視図で
ある。本実施例のフィン両端ルーバ２ｂ形状は、気流方
向の断面が図１２の山形、図１３の突起型、図１４の湾
曲型および図１５の折り曲げ型と様々であるが、いずれ
もフィン剛性を大きくする手段が講じられている。これ
らフィン剛性を大きくする手段で特徴的なのは、いずれ
のルーバも気流に対し迎え角を持つことである。これに
対し、図１６ないし図２０に１つまたは２つのルーバを
取り出して示したように、フィン中央のルーバ２ｂは、
フィンの上流側より見た場合、矩形、三角形、湾曲形等
形状は様々であるが、ルーバ側面（図示せず）はフラッ
トで、気流に対し迎え角を持たない基本形状としてい
る。

【００３５】この実施例では、図１１に示したように流
れ方向に平行なフィン基板４の細片４ｃと切り込みを入
れ立ち上げたルーバ２ａ，２ｂを交互に並べている。こ
れらルーバは断続的であるが、フィン両端は非平面ルー
バ群、フィン中央は平面ルーバ群とグループ分けでき
る。なお、図示を省略するが基板側の細片４ｃにこのル
ーバ形状と同じ加工を施してもよい。

【００３６】変形によるルーバ重なりが生じ易い平面状
ルーバの欠点を克服するため、本実施例では図１１のよ
うに、フィン中央のルーバ長さをこれまでの１／２ない
し１／３と短くして、変形を少なくしている。一方、フ
ィン中央部の加速流を防ぐため、フィンの上流側から見
た通路形状は、図２１ないし図２３のように基板面から
フィンピッチまでの高さの範囲でルーバ形状，切り起し
高さ等を変化させた。これにより通路内の通気抵抗の均
一化を図っている。図２１は、図１６の矩形ルーバを、
図２２は図１７ないし図１９の矩形及び三角形を、図２
３は図２０の湾曲形を各々基本形状とする組み合せで、
上述の通路を形成している。

【００３７】図２４および図２５は、本発明のフィン中
央ルーバ形状の他の実施例を示したものである。図２４
は、図４と同様にフィン中央ルーバ２ｂを示したもの
で、図１のIV−IV矢視である。６種類の基本形状を組合
せることにより、図２５に示すようにフィンチューブ式
熱交換器の上流側から見た各ルーバは、これまでに述べ
た図５，図２１及び図２３の実施例より境界層の重なり
も少なく、高性能化が達成できる。

【００３８】他の実施例を図２６ないし図２８に示す。
ここで図２７は、図２６のＥ−Ｅ断面図、図２８は、図
２６のＦ−Ｆ断面図を示す。この実施例は、フィン両端
をフィン中央の伝熱管中央に平面ルーバ２ｂ′を設けて
いるのを除き、図１の実施例と同じ形状である。また平
面ルーバ２ｂ′は、図１の対応する部分が山形であるの
に対し、図２７ないし図２８のように流れに平坦なルー
バに置き替えたものである。このルーバはフィンの板厚
が厚く変形が比較的少ない場合に好適である。

【００３９】さらに他の実施例を、図２９ないし図３３
に示す。ここで図３０は、図２９のＧ−Ｇ断面図、図３
１は、図２９のＨ−Ｈ断面図、図３２は、図２９のｉ−
ｉ断面図である。そして、図３３は、図２９のルーバ２
ｂ_₁〜２ｂ_₈をＪ−Ｊ方向から見た図で、各ルーバごと
にフィン基板位置を変えて示している。この実施例で
は、フィン両端に折り曲げ部４ｅを設けているのを除き
図１の実施例とほぼ同じ形状である。フィン両端は、流
れと直角方向（ｙ方向）にフィンを複数の高さｈ₁，
ｈ₂，ｈ₃で折り曲げた後、切り込みを設け山形ルーバに
成形した母分４ｄと単に折り曲げた母分４ｅとで構成さ
れている。この２つの部分４ｄ，４ｅは、フィン両端か
らの折り曲げ位置が同じである。また、図３４及び図３
５に示すように母材４ｄと母材４ｅのフィン両端からの
折り曲げ位置を、折り曲げ部分４ｄではｌ₁ ，折り曲げ
部分４ｅではｌ₂ とそれぞれ独立に定めても良い。ここ
で図３５は、図３４のＫ−Ｋ断面図である。

【００４０】フィン両端に折り曲げ部分を設けることで
フィン全体の剛性を高くできるが、拡管時に伝熱管側か
ら加えられる力によりフィン両端にたるみが生じる恐れ
がある。両端を折り曲げるとフィン全体の剛性は増す
が、たるみを吸収し、フィン全体の剛性を得るには、フ
ィンに独立した折り曲げ部分を設けるのが有効である。

【００４１】他の実施例を、図３６ないし図３９に示
す。図３７は、図３６のＭ−Ｍ断面図、図３８は、図３
６のＮ−Ｎ断面図、そして図３９は、図３６のＯ−Ｏ断
面図である。この実施例は、フィン中央に図３８に示し
たように流れとほぼ平行に設けた複数のルーバ２ｂを基
板面４の上下方向に切り起しているのを除き、図１の実
施例と同じである。

【００４２】ルーバ２ｂは、流れと直角方向に隣り合う
伝熱管の間隔より短かい複数の切り込みをフィンに設け
て、折り曲げている。そして、流れ方向に切り込みが無
い基板細片４ｆ，フィン基板３を介し両端の非平面ルー
バ２ａと連結している。ルーバ長さを短かくすること、
及び隣り合う伝熱管のほぼ中央で全てのルーバを連結し
ていることにより剛性を高めている。

【００４３】他の実施例を、図４０及び図４１に示す。
図４１は、図４０のＰ−Ｐ断面である。流れと直角方向
に隣接する伝熱管に挟まれたフィン中央に、流れに平行
なほぼ平面のルーバを配設した平面ルーバ群２ｂの前後
には、フィンを折り曲げた折り曲げフィン４ｇに部分的
な切り込みを入れたルーバ２ａ′、及びフィン基板３か
ら立上げたルーバ２ａ″を設けて、非平面ルーバ群２ａ
を構成している。この実施例では、非平面ルーバ群を用
いたこと、およびフィンを折り曲げたことにより、剛性
を高めている。そして、切り込み長ｌ及びルーバ２ａ′
の折り曲げ角度θを適正に選ぶことにより、気流を滑ら
かに導き、伝熱管後方に出来る流れの滞溜を減らし伝熱
性能を高める効果がある。

【００４４】他の実施例を、図４２ないし図４５に示
す。図４３は、図４２のＱ−Ｑ断面図、図４３は図４２
のＲ−Ｒ断面図、そして図４５は図４２でＳ−Ｓ方向か
ら見たルーバ形状の模式図である。伝熱管中央におい
て、流れ方向に複数の大きな折り曲げをフィンに設け、
ルーバを形成している。そして、フィン中央には複数の
平面ルーバ２ｂを、その前後には複数の山形の非平面ル
ーバ２ａを配置した中央ルーバグループ２ｘを形成し、
この中央ルーバグループに隣接して流れと直交方向に複
数の非平面ルーバ２ｂからなるサイドルーバグループ２
ｙを設けている。ここで、中央ルーバグループの折り曲
げ角度θ₁ はサイドグループの折り曲げ角度θ₂ より小
さくなるように選び、伝熱管中央での気流の吹き抜けを
防止している。このように構成すると、図４４のよう
に中央ルーバグループのフィン中央ほど下流ルーバが接
近して流れ方向投影面でルーバが重なり、伝熱性能が低
下する。この伝熱性能の低下を防ぐため、図４５の下段
に形状を示すルーバをフィン中央に配置している。この
改良した実施例では、フィンを大きく折り曲げ、フィン
両端に非平面ルーバを配置したことにより剛性が高く、
フィン中央での気流の吹き抜け及びルーバの重なりを少
なくすることで伝熱性能を高まる。

【００４５】他の実施例を、図４６ないし図４８に示
す。流れ方向に複数の大きな折り曲げをフィンに設け、
フィンの折り曲げの角部付近には複数の非平面ルーバ２
ａを、その他の部分は流れに平行な平面ルーバ２ｂを各
々配置している。またフィン両端の非平面ルーバは流れ
と直角方向に隣り合う伝熱管の間隔より短かい複数の切
り込みを入れ成形している。この実施例では、フィンを
折り曲げることと非平面ルーバを配設していることによ
って他の実施例より剛性を高くできる。その結果、特に
板厚の薄いフィンの変形防止に有効である。

【００４６】本発明の他の実施例を、図５６ないし図５
９に示す。ここで、図５７は図５６のXI−XI断面、図５
８は図５６のXII−XII断面図、図５９は図５６のルーバ
２ｂ_₁〜２ｂ_₈をXIII−XIII方向より見た図で、各ルー
バごとにフィン基板面位置を変えて示している。フィン
両端の非平面ルーバ群2aの切り込みを隣り合う伝熱管取
り付け穴５ａ，５ｂ付近まで入れていることを除き、図
２９の実施例と同じである。非平面ルーバ群２ａの折り
曲げ角度を大きくすることにより、流れ方向XI−XI断面
付近の折り曲げ部を省略し、ルーバか項を簡単化しても
十分な剛性が得られる効果がある。

【００４７】次に本発明の効果を試作品により検証した
結果を述べる。図４９及び図５０は、本発明を適用した
試作品の伝熱性能，通気抵抗及び剛性の測定値を示す図
である。ここで折り曲げフィンは、図５１及び図５２
（図５１のＶ−Ｖ断面図）に示す形状、アコーディオン
フィンは、図５３及び図５４（図５３の基板面をずらし
て表示したＷ−Ｗ断面図）に示す形状であり、これら従
来例のフィンを用いて得た結果を図４９、図５０では併
せて示している。。各々の従来フィンで得た値を示す。
図４９から本発明フィンは、従来フィンと比較して伝熱
性能が大幅に向上し、通風抵抗も低減していることが知
られる。また、剛性の指標である荷重とたわみ量との関
係は、図５０に示すように従来折り曲げフィンとほぼ同
程度で、従来アコーディオンフィンより極めて少なくで
きることが分った。

【００４８】この理由は図５５の（ａ）において、通気
抵抗に対する熱伝達率の比α／ΔＰが、流速の変化によ
り流れ方向に変化することによる。そして、フィン両端
Ｌ₁，Ｌ₃では本発明によるルーバはルーバ重なりが存在
するアコーディオン形状より高く、山形形状と同程度の
α／ΔＰを示す。しかし流速が高いフィン中央の区間Ｌ
₂ では、山形ルーバの場合、気流の乱れによって熱伝達
率が向上するが、それ以上に通気抵抗が大きくなり、α
／ΔＰ値が大きく低下する。これに対して本発明の平面
ルーバでは低下割合が小さい。従って図６の（ａ）のよ
うに、奥行全体の通気抵抗当りの熱伝達率α／ΔＰ_T は
単独ルーバより上回る。これにより、形状が異なるルー
バを組合せることが有効であることが分る。

【００４９】一方剛性に関しては、従来アコーディオン
フィンは小さい熱交換器に用いられる小さい短尺フィン
に実用範囲が限られていた。これに対し、本発明のフィ
ンは剛性が高いので、従来高い剛性を有する折り曲げフ
ィンしか用いられなかった大きな熱交換器用の長尺フィ
ンへの適用が可能になった。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、フィン両端に山形ルー
バ、ルーバ長さを管ピッチの１／２以下にした短い平面
状ルーバ群、または大きな山の一部にさらに小さな山形
ルーバ群を構成する等でフィン端部の剛性を高めたこと
により、変形が少なく下流側ルーバの重なりを防ぐこと
が可能になり、熱伝達率が向上する。また、フィン中央
にルーバ切り起こし高さが連続的に変わる平面状ルーバ
群を配置しており、フィン中央の高流速部のルーバ迎え
角を零にできるので通気抵抗が大幅に低減する。これら
複数の形状をもつルーバを組み合わせることで、単独形
状のみの時より同一通気抵抗当りの熱伝達率を向上する
ことができる。

【００５１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の平面図である。

【図２】図１のII−II矢視断面図である。

【図３】図１のIII−III矢視断面図である。

【図４】図１のIV−IV矢視を基板面位置を変えて示した
図である。

【図５】図１のIV−IV矢視図である。

【図６】ルーバの変形を説明する図である。

【図７】本発明の他の実施例の平面図である。

【図８】図７のVIII−VIII断面図である。

【図９】図７のIX−IX断面図である。

【図１０】図７のＸ−Ｘ矢視を基準面位置を変えて示し
た図である。

【図１１】本発明の他の実施例の平面図である。

【図１２】図１１のＡ−Ａ断面図である。

【図１３】図１１のＡ−Ａ断面図である。

【図１４】図１１のＡ−Ａ断面図である。

【図１５】図１１のＡ−Ａ断面図である。

【図１６】図１１のＢ−Ｂ断面図である。

【図１７】図１１のＢ−Ｂ断面図である。

【図１８】図１１のＢ−Ｂ断面図である。

【図１９】図１１のＢ−Ｂ断面図である。

【図２０】図１１のＢ−Ｂ断面図である。

【図２１】図１１のフィン中央ルーバ部２ｂ全体のＢ−
Ｂ矢視図である。

【図２２】図１１のフィン中央ルーバ部２ｂ全体のＢ−
Ｂ矢視図である。

【図２３】図１１のフィン中央ルーバ部２ｂ全体のＢ−
Ｂ矢視図である。

【図２４】図１のIV−IV矢視に相当するフィン中央ルー
バ部の他の実施例を示す図である。

【図２５】図１のIII−III矢視図に相当するフィン中央
ルーバ部の他の実施例を示す図である。

【図２６】本発明の他の実施例の平面図である。

【図２７】図２６のＥ−Ｅ断面図である。

【図２８】図２７のＦ−Ｆ断面図である。

【図２９】本発明の他の実施例の平面図である。

【図３０】図２９のＧ−Ｇ断面図である。

【図３１】図２９のＨ−Ｈ断面図である。

【図３２】図２９のｉ−ｉ断面図である。

【図３３】図２９の基板面の位置を変えて示したＪ−Ｊ
矢視図である。

【図３４】本発明の他の実施例の平面図である。

【図３５】図３４のＫ−Ｋ断面図である。

【図３６】本発明の他の実施例の平面図である。

【図３７】図３６のＭ−Ｍ断面図である。

【図３８】図３６のＮ−Ｎ断面図である。

【図３９】図３６のＯ−Ｏ断面図である。

【図４０】本発明の他の実施例の平面図である。

【図４１】図４０のＰ−Ｐ断面図である。

【図４２】本発明の他の実施例の平面図である。

【図４３】図４２のＱ−Ｑ断面図である。

【図４４】図４２のＲ−Ｒ断面図である。

【図４５】図４２のＳ−Ｓ断面を基板面位置を変えて示
した図である。

【図４６】本発明の他の実施例の平面図である。

【図４７】図４６のＴ−Ｔ断面図である。

【図４８】図４６のＵ−Ｕ断面図である。

【図４９】伝熱性能および通気抵抗を説明する図であ
る。

【図５０】剛性を説明する図である。

【図５１】従来例の平面図である。

【図５２】図５１のＶ−Ｖ断面図である。

【図５３】従来例の平面図である。

【図５４】図５３のＷ−Ｗ矢視を基板面位置を変えて示
した図である。

【図５５】伝熱性能および通気抵抗を説明する図であ
る。

【図５６】本発明の他の実施例の平面図である。

【図５７】図５６のXI−XI断面図である。

【図５８】図５６のXII-XII断面図である。

【図５９】図５６のXIII−XIII矢視を基準面位置を変え
て示した図である。

【符号の説明】

１……プレートフィン、２……ルーバ部、３……基板、
４……基板面、５……取付け穴

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Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】流体の流れ方向と直交する方向に切り起こ
された複数のルーバを備えた複数の伝熱フィンを積層
し、これに複数の伝熱管を嵌合したフィンチューブ式熱
交換器において、前記複数のルーバは流体の流れ方向断
面が流れにほぼ平行な平面で形成される平面細片群と、
流体の流れ方向断面が平面と異なる面で形成される非平
面細片群とを備えたことを特徴とするフィンチューブ式
熱交換器。【請求項２】流体の流れ方向と直交する方向に切り起こ
された複数のルーバを備えた伝熱フィンを積層し、これ
に複数の伝熱管を嵌合したフィンチューブ式熱交換器に
おいて、前記伝熱フィンは隣りあう伝熱管にはさまれた
部分に流体の流れ方向断面が流れにほぼ平行な平面で形
成される平面細片群を備え、この平面細片群の流れ方向
上流側および下流側に流体の流れ方向断面が平面と異な
る非平面細片群をそれぞれ配設したことを特徴とするフ
ィンチューブ式熱交換器。【請求項３】前記非平面細片群は流体の流れ方向断面が
山形であることを特徴とする請求項１または２に記載の
フィンチューブ式熱交換器。【請求項４】複数の伝熱管とこの伝熱管に嵌合して積層
された複数のフィンとを備えたフィンチューブ式熱交換
器において、前記フィンに複数のルーバを設け、このル
ーバの形状を少なくとも２種類の形状に形成したことを
特徴とするフィンチューブ式熱交換器。【請求項５】前記非平面細片群は流体の流れ方向に間隔
をおいて形成したことを特徴とする請求項２に記載のフ
ィンチューブ式熱交換器。【請求項６】前記伝熱フィンは前記平面細片群の流れ方
向上流側及び下流側を流れ方向と直交する方向に折り曲
げ、前記非平面細片群は少なくとも折り曲げた部分と異
なる部分に形成したことを特徴とする請求項２に記載の
フィンチューブ式熱交換器。【請求項７】前記伝熱管の中心より流体の流れ方向下流
側における前記非平面細片群の流体の流れ方向に直交す
る方向幅を前記平面細片群の幅に等しいか、又は大きく
したことを特徴とする請求項２に記載のフィンチューブ
式熱交換器。【請求項８】前記非平面細片群は流れと直交する方向に
複数個にグループ分けして配設され、この各グループご
とに前記山形の角度を変えたことを特徴とする請求項３
に記載のフィンチューブ式熱交換器。【請求項９】前記平面細片群の前記伝熱フィンの基板面
から切り起こしたルーバは、流れ方向に隣り合うルーバ
の形状が異なっていることを特徴とする請求項２に記載
のフィンチューブ式熱交換器。【請求項１０】前記平面細片群の前記伝熱フィンの基板
面から切り起こしたルーバは、流れ方向に隣り合う前記
ルーバ高さを変えていることを特徴とする請求項２に記
載のフィンチューブ式熱交換器。【請求項１１】流体の流れと直交する方向に切り起こさ
れた複数のルーバを備えた複数の伝熱フィンを積層し、
これに複数の伝熱管を嵌合したプレートフィン式熱交換
器において、前記伝熱フィンを流体の流れ方向複数個所
で折り曲げ、前記伝熱フィンの流れと直交する方向に多
数の切り起こしたルーバを形成し、少なくとも前記折り
曲げ個所の角部に最も近いルーバは流体の流れ方向断面
が平面と異なる非平面ルーバであり、この非平面ルーバ
と異なる前記ルーバは、流体の流れ方向断面が流れにほ
ぼ平行な平面で形成されたルーバ群であることを特徴と
するプレートフィン式熱交換器。【請求項１２】互いに間隔をおいて平行に並べた多数の
プレートフィンと、前記プレートフィンを貫通する複数
の伝熱管とを備え、前記プレートフィンに空気流を剪断
する多数の切り起こし部を設けたフィンチューブ式熱交
換器において、前記伝熱管の流れと直交する方向の投影
断面の外側に延在しているフィン両端のルーバは流れ方
向のルーバ断面を平面と異なる形状とし、前記伝熱管の
投影断面内に含まれるフィン中央のルーバは流れ方向に
ほぼ平面上に形成した複数のルーバを備えたことを特徴
とするフィンチューブ式熱交換器。【請求項１３】伝熱管を保持する複数の取付け穴間に前
記取付け穴の中心を結ぶ線にほぼ平行に複数のルーバを
設けたプレートフィンにおいて、前記取付け穴間に挾ま
れた部分の前記複数のルーバは前記プレートフィンの基
板面にほぼ平行な平面で形成される平面ルーバ群を備
え、前記プレートフィンの前記平面ルーバ群と異なる複
数のルーバは、前記プレートフィンの基板面に平行な平
面と異なる非平面ルーバ群であることを特徴とするプレ
ートフィン。