JPH0684877B2 - フインチユ−ブ型熱交換器 - Google Patents

フインチユ−ブ型熱交換器

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JPH0684877B2
JPH0684877B2 JP61146417A JP14641786A JPH0684877B2 JP H0684877 B2 JPH0684877 B2 JP H0684877B2 JP 61146417 A JP61146417 A JP 61146417A JP 14641786 A JP14641786 A JP 14641786A JP H0684877 B2 JPH0684877 B2 JP H0684877B2
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JP
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heat transfer
fin
tube
air flow
fins
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JP61146417A
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JPS633186A (ja
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薫 加藤
八郎 小間
聡 丹野
博由 田中
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Refrigeration Co
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

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7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
状フィン群1と、この板状フィン群1に直角に挿通され
た伝熱管群2とから構成され、気流3は、板状フィン群
1間を流れ、伝熱管群2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。
第8図〜第11図は、従来のフィンチューブ型熱交換器の
一例を示したものである。第8図,第10図は、部分側面
図を示す。第9図,第11図はそれぞれC−C′,D−D′
断面図を示す。第8図,第9図に示された従来例は、千
鳥管配列のフラットフィンと呼ばれるものであるが、伝
熱管2の気流3方向管列ピッチL1′を伝熱管2の外径
D0′の2−2倍程度に、また、気流3と垂直方向の管段
ピッチL2′を伝熱管2の外径D0′の2.2〜2.5倍程度に取
っている。また、第10図,第11図に示した従来例は、ス
リットフィンと呼ばれるもので、上記フラットフィンを
ベースにし、板状フィン1の伝熱管2間に多数のスリッ
ト形切り起こし5a〜5dを設けたものである。このフィン
形状では、多数の切り起こし5a〜5dに各々薄い温度境界
層が形成され、いわゆる境界層前縁効果により、切り起
こし部での伝熱性能は良好である。
尚、板状フィン1には、一体に設けたフィンカラー4を
介して伝熱管2を貫通させている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記の構成では、フラットフィンについ
ては、空気側の総活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。
さらに、これをベースとしたスリットフィンについて
は、ベース自体の非経済性の影響はもちろんであるが、
それ以外にも問題がある。すなわち、気流3の上流側の
切り起こし5a,5bでは、境界層前縁効果が大きく伝熱性
能が高いが、気流3の下流側の切り起こし5c,5では、前
列の切り起こし5a,5bで熱交換された気体が他の気体と
混合することなく、すなわち、5c〜5dが5a,5b発生した
温度境界層内に入るので伝熱性能が低い。また、伝熱管
2の気流3下流側に気体が流動しない死水域6が大きく
発生し、この部分での伝熱性能が低いために、フィン伝
熱性能の飛躍的な向上がみられないという問題点を有し
ていた。
そこで、上記問題点に鑑み、本発明は、伝熱管の管配列
を工夫することで、同一ファン動力基準にて、フラット
フィンの空気側総括熱伝達率を最大に高め、さらに、ス
リットフィンについても切り起こし部での気体の混合を
促進させ、また、伝熱管の気流後流部に発生する死水域
を減少させることにより、空気側総括熱伝達率を飛躍的
に高めたフィンチューブ型熱交換器を提供するものであ
る。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、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
に挿通された外径D0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1.2D0≦L1≦1.8D0,気流と垂直方
向の管段ピッチL2を2.6D0≦L2≦3.3D0とし、前記気流方
向について、伝熱管相互が、前記気流の上流側にあるい
ずれかの前記伝熱管の下流側への投影面と部分的な重な
りを有し、さらに、板状フィンの伝熱管相互間に、気流
と対向する2側辺部を切り起こして口したスリット形ま
たはルーバー形切り起こし群を、切り起こし群のフィン
と接合する脚部列が、板状フィンの前縁の法線方向と角
度を成すように設けるという構成を備えている。
作用 この技術的手段による作用を第5図〜第6図より説明す
る。
第5図,第6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D0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D0,L
1,L2および気流速度Uをパラメータとして実験および
解析を行ない、同一ファン動力ΔPU(ΔP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5図は管列ピッチ、第6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。L1≒1.3D0,L2≒2.9D0
で伝熱性能が最大になるが、1.2D0≦L1≦1.8D02.6D0≦L
2≦L2≦3.3D0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。また、気流方向について伝熱管相互がわ
ずかずつ気流と垂直方向にずらして設置されているため
上流側の管とフィンの存在により発生する馬蹄渦が下流
側の管へ衝突し、管表面に高い熱伝達域を生じる。そし
て、上流から発生する馬蹄渦が、管表面に衝突し、管両
側へ分岐するため止水域が少なくなり有効な伝熱面積が
増加する。さらに上記構成のスリットフィンによれば、
気流下流側に設けた切り起こしが上流側切り起こしで生
じた温度境界層内に入る部分が減少し、切り起こし部で
の境界層前縁効果が十分に生かされ、フィンの伝熱性能
が向上する。
また、気流と角度をもたせて切り起こしの脚部を設置し
てあるので切り起こし内部を流動する気流と外部を流動
する気流の混合が行なわれ、この混合効果による伝熱促
進が可能である。さらに、脚部で誘起される旋回成分を
もつ気流は、上記の混合効果を高めると共に、伝熱管後
流部の死水域減少に効果があり、フィンの有効伝熱面積
を増大させることによる伝熱性能向上も大きい。
実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。第1図,第3図は本発明の一実施例のフィンチュー
ブ型熱交換器の部分側面図あり、第2図,第4図はそれ
ぞれ第1図,第3図のA−A′,B−B′断面図を示す。
11は所定間隔で平行に並べられた板状フィンである。12
は外径D0の伝熱管であり、気流13方向の管列ピッチL1
1.2D0≦L1≦1.8D0,気流13方向に垂直な管段ピッチL2
2.6D0≦L2≦3.3D0とし、上流側の伝熱管12aの投影面14
に部分的に伝熱管12bが重なるように構成されている。
そして伝熱管12は板状フィン11にバーリング加工等で設
けたフィンカラー15に直角に挿通され、拡管加工もしく
は、ロウ付加工により固定されている。また、板状フィ
ン11には、伝熱管12相互間に気流13方向と対向する2側
辺部16a,16bを開口した切り起こし群17の板状フィン11
と接合する脚部18a,18b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てある。
本実施例による作用は以下のようになる。まず、気流13
方向の管列ピッチL1が1.2D0≦L1≦1.8D0,気流13方向と
垂直な管段ピッチL2が2.6D0≦L2≦3.3D0であるため、前
述のようにベースのフラットフィンは、同一ファン動力
基準で最も空気側伝熱性能を高めることができる。ま
た、気流13上流側の伝熱管12aの投影面14に部分的に後
流側の伝熱管12bが重なるように構成されているため、
上流側の伝熱管12aとフィンの存在により発生する馬蹄
渦が下流側の伝熱管12bへ衝突し、伝熱管12b表面に高い
熱伝達域を生じる。そして上流から発生する馬蹄渦が、
伝熱管12に衝突し、伝熱管12の両側へ分岐するため死水
域19が少なくない有効な伝熱面積が増大する。さらに、
スリット形または、ルーバー形切り起こしの開口した2
側辺部16a,16bが各々オフセットして設けられているの
で気流13の下流側の切り起こしには、気流13の上流側切
り起こしで生じた温度境界層外に位置する部分が常に存
在し、その部分での伝熱性能はよい。また、切り起こし
群17は、伝熱管12間において板状フィン11前縁と角度を
成して設けられているため、切り起こし内部を流動する
気流と、外部を流動する気流は、各々の流動方向が異な
り、気流間にスリップが生じ、乱流が発生し、伝熱性能
を高める。さらに切り起こし脚部18a,18bは、気流13方
向と角度を成して設けられているので、2次流れによる
旋回成分をもった気流が、脚部18a,18bから誘起され
る。この気流は、切り起こし部で熱交換された気体と新
鮮気体を混合させる作用を持つとともに伝熱管12の気流
13後流部への旋回成分を持ので、死水域19が減少し、板
状フィン11の有効伝熱面積が拡大され、伝熱性能は飛躍
的に向上する。
発明の効果 以上のように、本発明は、外径D0の伝熱管の気流方向列
ピッチL1を1.2D0≦L1≦1.8D0、気流と垂直方向管段ピッ
チL2を2.6D0≦L2≦3.3D0とし、伝熱管相互が、気流の上
流側にあるいずれかの前記伝熱管の下流側への投影面と
部分的な重なりを有し、さらに板状フィンの伝熱管相互
間に、気流方向に開口したスリット形または、ルーバー
形切り起こしを、この切り起こし脚部が、板状フィンの
前縁と角度を成すように設けられているため、フラット
フィンとしては、同一ファン動力基準で最も空気側伝熱
性能を高めることができ、またスリットフィンとして
も、フィン間を流れる気流中に旋回成分を持つ流れと乱
れを誘起させ、気流の混合効果、乱流促進効果、死水域
減少効果、および境界層前縁効果が十分に発揮され、空
気側伝熱性能を大巾に向上させることができる。これに
より、熱交換器の伝熱性能は著しく向上し、小型、高性
能化を実現させるのに効果が大きい。
【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A−A′断
面図、第3図は本発明の他の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4図は第3図のB
−B′断面図、第5図,第6図は本発明の作用を示す特
性図、第7図は従来のフィンチューブ型熱交換器を示す
斜視図、第8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9図は第8図のC−C′断面図、第10
図は別の従来によるフィンチューブ型熱交換器を示す部
分側面図、第11図は第10図のD−D′断面図である。 11……板状フィン、12……伝熱管、D0……伝熱管の外
径、L1……管列ピッチ、L2……管段ピッチ、13……気
流、14……投影面、16a,16b……側辺部、17……切り起
こし群、18a,18b……脚部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹野 聡 大阪府東大阪市高井田本通3丁目22番地 松下冷機株式会社内 (72)発明者 田中 博由 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−243292(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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D0の伝熱管とから構
    成され、前記伝熱管の気流方向管列ピッチL1を1.2D0≦L
    1≦1.8D0とし、気流と垂直方向の管段ピッチL2を2.6D0
    ≦L2≦3.3D0とするとともに、前記気流方向について、
    伝熱管相互が、前記気流の上流側にあるいずれかの前記
    伝熱管の下流側への投影面と部分的な重なりを有して構
    成されたフィンチューブ型熱交換器。
  2. 【請求項2】板状フィンの前記伝熱管相互間に、気流と
    対向する2側辺部を切り起こして開口したスリット形ま
    たはルーバー形切り起こし群を前記各切り起こし群のフ
    ィンと接合する脚部列が、前記板状フィンの前縁の法線
    方向と角度をな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。
JP61146417A 1986-06-23 1986-06-23 フインチユ−ブ型熱交換器 Expired - Lifetime JPH0684877B2 (ja)

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JP61146417A JPH0684877B2 (ja) 1986-06-23 1986-06-23 フインチユ−ブ型熱交換器

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JP61146417A JPH0684877B2 (ja) 1986-06-23 1986-06-23 フインチユ−ブ型熱交換器

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JPS633186A JPS633186A (ja) 1988-01-08
JPH0684877B2 true JPH0684877B2 (ja) 1994-10-26

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JP61146417A Expired - Lifetime JPH0684877B2 (ja) 1986-06-23 1986-06-23 フインチユ−ブ型熱交換器

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980086240A (ko) * 1997-05-31 1998-12-05 윤종용 공기조화기용 열교환기
KR101290962B1 (ko) 2009-02-23 2013-07-30 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 가스 쿨러

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59103071U (ja) * 1982-12-24 1984-07-11 三菱重工業株式会社 熱交換器
JPS6162794A (ja) * 1984-09-04 1986-03-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd フイン付熱交換器

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JPS633186A (ja) 1988-01-08

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