JPH0731029B2 - 傾斜波形フィン付き熱交換器 - Google Patents

傾斜波形フィン付き熱交換器

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JPH0731029B2
JPH0731029B2 JP63044392A JP4439288A JPH0731029B2 JP H0731029 B2 JPH0731029 B2 JP H0731029B2 JP 63044392 A JP63044392 A JP 63044392A JP 4439288 A JP4439288 A JP 4439288A JP H0731029 B2 JPH0731029 B2 JP H0731029B2
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JP
Japan
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fin
fins
distance
pipe
heat exchanger
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正昭 伊藤
博志 小暮
政弘 宮城
忠夫 小池
勲 金森
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Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はルームエアコン,パツケージエアコン等の空調
機に使われるクロスフインチユーブ形熱交換器に係り、
特にヒートポンプの室外熱交換器に好適な傾斜波形フイ
ル付き熱交換器に関する。
〔従来の技術〕
現在使われている波形フインは、波線がフイン端面に平
行、すなわち、空気流入方向に対して直角となつてい
る。そのため波形の凹部に滞留渦ができて、熱伝達率,
通風抵抗とも十分な性能が得られない。そこで、冷凍57
巻655号(昭57−5)P.464〜472に載つている斜交波形
フインを適用したところ、波形の山が交差する点ではフ
イン間隔が重なり、そこから着霜による目詰りが生じる
ことが判つた。
なお偏心スタガーフインにつしいては、実開昭51−1065
6号公報,実開昭51−10654号公報等が挙げられる。
又、特開昭62−123293号公報には、山部および谷部の稜
線が「く」の字形に形成され一定間隔に平行に並べられ
たフィンが開示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、伝熱性能と着霜防止という両方の性質
を満足させる点について配慮がされておらず、斜交波形
フインを採用して伝熱性能を向上させれば、着霜による
目詰りが生じ易くなり、現状の波形フインで偏心スタガ
ーフインを採用すると伝熱性能が十分に出ないという問
題があった。又、特開昭62−123293号公報に開示のもの
は、有効伝熱面積を増大させることにより単位面積あた
りの着霜量を少なくするものではあるが、フィン先端の
霜による目詰りについては十分配慮されていないもので
あった。
本発明の目的は、熱伝達率は高く、通風抵抗は低くし
て、しかも着霜による目詰りに強い、ヒートポンプ用室
外熱交換器を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、流入空気に対して90°未満の傾斜角度を有
する波形をフィン面上に設け、隣り合うフィン面上の波
形が同一形状に形成されるものであって、そのフィン間
隔がほぼ一定に保たれており、該フィン群に直角に挿入
されるパイプから構成される傾斜波形フィン付き熱交換
器において、前記パイプを空気下流側に偏心させて設け
るとともに、該パイプ中心線よりフィン先端までの距離
がd1である長いフィンと、パイプ中心線よりフィン先端
までの距離がd3である短いフィンとを交互に配置し、パ
イプ中心線よりフィン後端までの距離d2をほぼ同一寸法
に形成し、前記d1とd2の比を1.0<d1/d2<1.5の範囲
に、フィンピッチをfpとしたときfp≦(d1−d3)≦2fp
の範囲に設定することにより達成される。
[作用] 傾斜波形フィンは、入口空気流れに対し、波形が90°未
満の角度で設けられているので、波形の凹部に存在する
空気は、入口空気流れ方向に流れる空気によって、波形
の溝方向への推進力と、それに垂直な回転力とを受ける
ので、溝に沿った旋回流を生じる。この旋回流により、
溝部の空気と主流の空気とは良く混合され、熱伝達率が
向上する。しかも溝部に沿う流れが生じることで、通風
抵抗も低減できる。さらにフィン面上の波形形状がすべ
てのフィンで同一形状で、交差させることがないため、
空気がフィン間を流れる際の流路の拡大、縮小がなく、
着霜による目詰りが生じ易い流路の縮小部がないことに
より、着霜防止効果を向上させることができる。
また、パイプ後流側のV字形の波形は、パイプ後流側に
できる死水域(空気のよどんだ伝熱性能の悪い領域)
に、強制的に空気を送り込み、死水域を減少させ、伝熱
性能を改善する効果がある。
パイプ中心線よりフィン先端までの距離がd1である長い
フィンと、パイプ中心線よりフィン先端までの距離がd3
である短いフィンとを交互に配置し、パイプ中心線より
フィン後端までの距離d2をほぼ同一寸法に形成し、前記
d1とd2の比を1.0<d1/d2<1.5の範囲に、フィンピッチ
をfpとしたときfp≦(d1−d3)≦2fpの範囲に設定して
いるので、パイプからフィン先端までの距離を適切な範
囲に変えているので、着霜による目詰りに対して強くな
る。
さらに、パイプを空気下流側に偏心させることにより、
フィン先端のフィン効率を低く抑えることによって、フ
ィン先端の着霜量を減らすことができ、霜による目詰り
を防止することができる。
パイプ中心位置からフィン先端までの距離をフィン1枚
ごとに交互に変えて積層すると、フィン先端の霜による
目詰りを大幅に改善することができる。
以上の効果は、それぞれ独立なので、どのような組み合
わせることも可能であり、それぞれの作用が消失するこ
とはない。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1,2図により説明する。
第1図は本発明フインの平面図で、パイプ中心位置7か
らフイン先端5までの距離d1は15mm,パイプ中心位置7
からフイン後端6までの距離d2は10mmである。フイン面
上には、入口空気流れ方向4に対し、30°だけ傾斜した
波形3が設けられている。波形は、パイプ中心を通る水
平線8と、パイプ間距離の中央を通る水平線9に関して
対称形となつており、パイプ後流側に空気が集まるよう
にV字形の波形を形成している。波形の形状を第1図の
A−A断面で見ると、第3図に示すような形状になつて
おり、波形の波長は3.5mm,波形の振幅は1mmである。
第2図は、第1図と同様の傾斜波形フインであるが、パ
イプ中心位置7からフイン先端までの距離d3が12mmとな
つている。第1図のフインと第2図のフインを交互に積
み重ねて、フインカラー2にパイプを通すと本発明の傾
斜波形熱交換が得られる。その時のフインピツチfpは、
第3図に示すように2mmである。
この実施例の作用と効果について述べる。次ずパイプの
偏心量の効果であるが、パイプ中心位置7からフイン先
端5までの距離d1とし、パイプ中心位置7からフイン後
端までの距離をd2とした時、d1/d2を横軸にとり、フイ
ン効率φと目詰りまでの時間割合tを縦軸にとると、第
4図のようになる。条件は表1に示すとおりである。
フイン先端までの距離d1を次第に長くしていくと、フイ
ン効率φは低下していく。それに伴い、フイン先端に着
く霜の量は減るので、目詰りまでの時間割合tは徐々に
長くなる。従つて、目詰りするまでに得られる同一伝熱
面積当りの暖房能力比Qは、フイン効率φと目詰りまで
の時間割合tの積で表わされ、第4図中の一点鎖線で示
す傾向をもつ。すなわち、フイン先端までの距離d1が、
フイン後端までの距離d2の1.2〜1.3倍で極大値をもち、
1.5倍以上にすると不径済であることがわかる。従つ
て、d1/d2が次の範囲内にあることが望ましい。
1.0<d1/d2<1.5 ……(1) 次に、フイン先端の変位量(これをスタガー量と呼ぶ)
について述べる。長い方のフインのフイン中心位置から
フイン先端までの距離をd1、短い方のフインのフイン先
端までの距離をd3とした時(d1−d3)を次第に大きくし
ていつた時の、フイン先端が目詰りするまでの着霜量の
違いを第5〜7図に示す。ここで霜は、その断面がほぼ
円形になるようにフイン先端を着霜し、成長していく、
またフイン板厚は無視できると仮定した。第5図は、す
べてのフインが同一の長さの場合で、フイン先端に付着
する霜は、その直径がフインピツチfpに達すると目詰り
して空気が通らなくなつてしまい。それ以上に成長する
ことはできない。第6図は、(d1/d3)をフインピツチ
分とした場合の着霜状態である。フインを前後にずらし
た効果があらわれ、直径がフインピツチの着霜となつて
もまだ目詰りすることはない。しかし、スタガー量(d1
−d3)がこれ以下では、効果はほとんどない。第7図
は、スタガー量(d1−d3)を2倍のフインピツチ分とし
た場合である。着霜した霜は、直径2fpまで成長し、フ
インピツチが2倍となつた1枚おいたフインとの間で目
詰りを生じている。すなわち、これ以上スタガー量を増
しても何の効果も得られない。結局スタガー量(d1
d3)は、次の範囲にあることが望ましい。
fp≦(d1−d3)≦2fp ……(2) 次に傾斜波形の効果について述べる。第8図は現在使用
されている波形フインの平面図である。波形3は、入口
空気流れ4に直角になつている。
第8図のB−B断面で見ると、第9図に示すようになつ
ていて、滞留渦11が波形の凹部に形成されている。この
ため、熱伝達率は低下し、通風抵抗が増大していること
が判る。これを改善するため、本発明の最も簡単な波形
として、第10図のフインと第11図のフインを交互に積み
重ねた場合を考察する。傾斜波形フインでは、空気流入
方向4と波形3とが角度をなしているため、波形の凹部
の空気は滞留せずに、主流方向の流れによつて溝に沿つ
て押し流される力と、溝の中で回転する力とを受け、ら
せん状に旋回しながら、波形の凹部を流れ去る。波形の
凹部にある空気は波形に沿いつつ、ゆるやかな旋回流と
なつて流れ出ている。波形の凹部の流れだけを取り出し
て図示すると、第12,13図のようになる。その結果、溝
内の流れと主流との混合が良くなり、熱伝達率が向上す
る。また、波形が空気の流れを阻害することも少なくな
るので、通風抵抗が抵減できる。この波形を第1図のよ
うに、パイプ後流に向つてV字形になるように形成する
と、空気がパイプ背後の死水例にはいり込み、死水域を
少なくすることによつてさらに熱伝達率を向上させるこ
とができる。
最後に、斜交波形とせず、すべての波形を同一の形状と
した効果について述べる。第14図は従来から良く知られ
ている斜交波形フインを積層した図である。表面の波形
12は実線のように右上りとなつており、表面から1枚下
の波形13は、破線で示すように右下りとなつており、こ
の関係が交互にくり返されている。このようにすると、
波形の間を通過する空気の混合が良くなり、熱伝達率が
向上するという効果があるが、逆に着霜による目詰りに
は弱いということが明らかになつた。その理由を以下に
述べる。第14図のC−C断面を第15図に示す。右上りの
波形12と、右下りの波形13の間の間隔は広くなつたり狭
くなつたりしている。霜は間隔が狭くなつた場所にも付
着し、先ずこの部分で目詰りを生じる。その結果、この
目詰りした部分から次第に霜の目詰りが広がり、ついに
閉塞するに到る。これを改善するには、第1図と第2図
に示すような、波形が同一形状のフインを積み重ねれば
良い。その時のフイン間隔は、第3図に示す通りどこで
も一定である。
本実施例によれば、特に目詰りし易い箇所がなく、目詰
りまでの時間を長く延ばすることができる。
〔発明の効果〕
パイプ中心線よりフィン先端までの距離がd1である長い
フィンと、パイプ中心線よりフィン先端までの距離がd3
である短いフィンとを交互に配置し、パイプ中心線より
フィン後端までの距離d2をほぼ同一寸法に形成し、前記
d1とd2の比を1.0<d1/d2<1.5の範囲に、フィンピッチ
をfpとしたときfp≦(d1−d3)≦2fpの範囲に設定した
ので、フイン効率がよく熱伝達が高く、フイン先端に着
く霜の量が少なく通風抵抗が低く、さらにフィン先端の
フィン効率を低く抑え、パイプからフイン先端までの距
離を適切な範囲で変えているので、着霜による目詰りに
強い傾斜波形フィン付き熱交換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1,2図は本発明の一実施例の平面図、第3図は第1図
のA−A断面図、第4図はd1/d2による性能曲線図、第
5〜7図は着霜状態を示す図、第8図は従来波形フイン
の平面図、第9図は第8図のB−B断面図、第10,11図
は本発明の別の実施例の平面図、第12図はその斜視図、
第13図は平面図、第14図は従来の斜交波形フインの平面
図、第15図は第14図のC−C断面図である。 1……フイン、2……フインカラー、3……波形、4…
…空気流れ、5……フイン先端、6……フイン後端、7
……パイプ中心位置、8……パイプ中心水平線、9……
パイプ間中央水平線、10……着霜量、11……滞留渦、12
……右上り波形、13……右下り波形。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮城 政弘 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株式 会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 小池 忠夫 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株式 会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 金森 勲 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株式 会社日立製作所栃木工場内 (56)参考文献 特開 昭62−123293(JP,A) 実開 昭54−179569(JP,U) 実開 昭54−148974(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流入空気に対して90°未満の傾斜角度を有
    する波形をフィン面上に設け、隣り合うフィン面上の波
    形が同一形状に形成されるものであって、そのフィン間
    隔がほぼ一定に保たれており、該フィン群に直角に挿入
    されるパイプから構成される傾斜波形フィン付き熱交換
    器において、前記パイプを空気下流側に偏心させて設け
    るとともに、該パイプ中心線よりフィン先端までの距離
    がd1である長いフィンと、パイプ中心線よりフィン先端
    までの距離がd3である短いフィンとを交互に配置し、パ
    イプ中心線よりフィン後端までの距離d2をほぼ同一寸法
    に形成し、前記d1とd2の比を1.0<d1/d2<1.5の範囲
    に、フィンピッチをfpとしたときfp≦(d1−d3)≦2fp
    の範囲に設定したことを特徴とする傾斜波形フィン付き
    熱交換器。
JP63044392A 1988-02-29 1988-02-29 傾斜波形フィン付き熱交換器 Expired - Lifetime JPH0731029B2 (ja)

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JPH01219497A JPH01219497A (ja) 1989-09-01
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