JPH08296988A - クロスフィン熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 簡単な構造によりフィンの空気流に背向する
フィン表面とフィン全体の熱伝達率の向上を図る。 【構成】 空気流の流通方向に対向する表面１１ａ，１
３ａと空気流の流通方向に背向する表面１２ａ，１４ａ
とが交互に連続し、しかもこの空気流の流通方向に対向
する表面１１ａ，１３ａの山状の稜線２の近傍位置に、
突条１５，１７が存在するため、空気流がその流通方向
に対向する表面１１ａ，１３ａに衝突しこれに沿ってそ
の後縁側に流れる場合、第１突条１５，１７に衝突し表
面１１ａ，１３ａから一旦剥離するが、この第１突条１
５，１７の下流側部分は空気流の剥離によって負圧化し
ているため、一旦剥離した空気流は表面１１ａ，１３ａ
の後方側に連続する空気流に背向する表面１２ａ，１４
ａの前縁近傍側に押し付けられてこれに再付着され、表
面１２ａ，１４ａに沿って流れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるワッフルフィ
ンを備えたクロスフィン熱交換器に関し、さらに詳しく
はフィンの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】伝熱管に対してフィンが直交状に配置さ
れ該フィンの面方向に沿って空気流が流通する構成のク
ロスフィン熱交換器の一つに、上記フィンを波板状に折
曲形成しその折曲方向の一端側から他端側に向けて空気
流を流通させるようにしたいわゆるワッフルフィンを備
えたものが知られており、そのフィン構造の一例として
図４にフィン２０を示している。

【０００３】このフィン２０は、その前縁２０ａから後
縁２０ｂにかけてプレート体をその板厚方向に交互に折
曲させ、その稜線２１，２１，・・で相互に区画された
４つの平面状のフィン面部２２〜２５を形成した波板状
形態とされている。そして、かかる構成のフィン２０
を、図５に示すように所定間隔をもって複数枚対向配置
するとともに、これら各フィン２０，２０，・・をその
板厚方向に貫通させて伝熱管２６を配置して熱交換器を
構成し、該フィン２０，２０，・・に対して空気流を上
記伝熱管２６を横切るように該フィン２０の前縁２０ａ
側から後縁２０ｂ側に向けて流通させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかるフィ
ン２０を備えたクロスフィン熱交換器においては、該フ
ィン２０の前縁２０ａ側から後縁２０ｂ側に向けて空気
流を流通させると、該フィン２０の表面に沿う流れは図
５において空気流線Ａで示す如き状態となる。例えば、
フィン２０の一方の表面側（即ち、第１フィン面部２２
の表面２２ａ→第２フィン面部２３の表面２３ａ→第３
フィン面部２４の表面２４ａ→第４フィン面部２５の表
面２５ａ）を流れる空気流について考えてみると、フィ
ン２０の前縁２０ａから第１フィン面部２２側に入った
空気流は該第１フィン面部２２の表面２２ａが空気流通
方向に対向する面であるためこれに沿って流れるが、該
第１フィン面部２２と第２フィン面部２３との稜線２１
部分を越えると該第２フィン面部２３が空気流通方向に
背向する面であるためその表面２３ａから剥離してその
まま第３フィン面部２４側に流れる。この第３フィン面
部２４側に入った空気流は、該第３フィン面部２４が空
気流通方向に対向する面であるため、再びこの第３フィ
ン面部２４の表面２４ａに沿って流れるとともに、該第
３フィン面部２４から第４フィン面部２５に入ると該第
４フィン面部２５が空気流通方向に背向する面であるた
め再びその表面２４ａから剥離する傾向を示す。

【０００５】このように、フィン２０に対してその前縁
２０ａから後縁２０ｂに向けて空気流が流通する場合、
図５の下段の熱伝達率曲線Ｌ₀で示すように、空気流通
方向に対向する第１及び第３フィン面部２２，２４では
空気流がその表面２２ａ，２４ａに衝突状態で流入して
これに沿って流れるためその部分の熱伝達率は高くなる
が、空気流通方向に背向する第２及び第４フィン面部２
３，２５では空気流がその表面２３ａ，２５ａから剥離
する傾向にあるためその部分における熱伝達率は低くな
り、この両者間における熱伝達率の差によってフィン２
０全体としての熱伝達率の向上に限界がある。

【０００６】尚、実開平５−１７３６６号公報には、台
形波状に形成されたフィンにおいて、その凹部にディン
プルを設けて該ディンプルにより空気流の乱流化を促進
させ、凸部における熱伝達率の向上を図るようにした技
術が開示されているが、かかる構造においても凹部の熱
伝達率の向上は期待できないため、上述の問題の解決に
はならない。

【０００７】そこで本発明は、簡単な構造によりフィン
の空気流に背向するフィン表面における熱伝達率を高め
ることでフィン全体としての熱伝達率のより一層の向上
を図るようにしたクロスフィン熱交換器を提案せんとし
てなされたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明ではかかる課題を
解決するための具体的手段として、図１に例示するよう
に、板厚方向の両側へ交互に折曲せしめられた複数のフ
ィン面部１１〜１４を有する複数枚のフィン１，１，・
・を所定間隔をもって対向配置するとともに、これら複
数のフィン１，１，・・を板厚方向に貫通させて伝熱管
３を配置し、上記フィン１，１，・・の折曲方向の一端
側に位置する前縁１ａ側から他端側に位置する後縁１ｂ
側に向けて上記伝熱管３を横切るように空気流を流通さ
せるようにしたクロスフィン熱交換器において、上記フ
ィン１の各フィン面部１１〜１４の上記空気流の流通方
向に対向する側の表面１１ａ，１２ｂ，１３ａ，１４ｂ
における山状の稜線２の近傍位置に、該表面１１ａ，１
２ｂ，１３ａ，１４ｂ上に突出し且つ該表面１１ａ，１
２ｂ，１３ａ，１４ｂ上を上記稜線２と略平行に延びる
突条１５〜１８を設けたことを特徴としている。

【０００９】

【発明の作用・効果】本発明ではかかる構成とすること
により次のような作用・効果が得られる。即ち、フィン
１の各フィン面部１１〜１４の空気流の流通方向に対向
する側の表面１１ａ，１２ｂ，１３ａ，１４ｂにおける
山状の稜線２の近傍位置に、該表面１１ａ，１２ｂ，１
３ａ，１４ｂ上に突出し且つ該表面１１ａ，１２ｂ，１
３ａ，１４ｂ上を上記稜線２と略平行に延びる突条１５
〜１８を設けているので、上記フィン１の一方の表面に
ついてみれば、空気流の流通方向に対向する表面１１
ａ，１３ａと空気流の流通方向に背向する表面１２ａ，
１４ａとが交互に連続し、しかもこの空気流の流通方向
に対向する表面１１ａ，１３ａの山状の稜線２の近傍位
置、即ち、該表面１１ａ，１３ａの後縁近傍に上記突条
１５，１７が存在することになる。

【００１０】このため、空気流がその流通方向に対向す
る表面１１ａ，１３ａに衝突しこれに沿った状態でその
後縁側に流れる場合、該空気流は該表面１１ａ，１３ａ
の後縁近傍において上記第１突条１５，１７に衝突する
ことで該表面１１ａ，１３ａから一旦剥離せしめられ
る。ところが、この第１突条１５，１７の下流側部分は
空気流の剥離によって負圧化しているため、該第１突条
１５，１７において一旦剥離した空気流は該表面１１
ａ，１３ａの後方側に連続する空気流に背向する表面１
２ａ，１４ａの前縁近傍側に押し付けられてこれに再付
着され、該表面１２ａ，１４ａに沿って流れることにな
る。従って、空気流がその流通方向に対向する表面１１
ａ，１３ａのみならず、これに背向する表面１２ａ，１
４ａにおいても剥離することなくこれに沿って流れるこ
とで、空気流の流通方向に対向する表面１１ａ，１３ａ
と背向する表面１２ａ，１４ａの双方において高い熱伝
達率が達成され、例えば従来のように空気流の流通方向
に背向する表面における熱伝達率が空気流の剥離によっ
て低劣となる場合に比して、フィン全体としての熱伝達
率のより一層の向上が期待できるものである。

【００１１】

【実施例】以下、本発明にかかるクロスフィン熱交換器
を実施例に基づいて具体的に説明する。図１には、本発
明の実施例にかかるクロスフィン熱交換器に適用される
フィン１の一部を示している。このフィン１は、上述し
た従来のフィン２０（図４参照）と基本構成を同じにす
るものであって、その前縁１ａから後縁１ｂにかけてプ
レート体をその板厚方向に交互に折曲させ、その稜線
２，２，・・で相互に区画された４つの平面状のフィン
面部１１〜１４を形成した波板状形態を有する。そし
て、従来のフィン２０と異なる点は、上記各フィン面部
１１〜１４の後縁近傍に稜線２に平行に延びる突条１５
〜１８を形成した点である。

【００１２】そして、この場合、この突条１５〜１８の
突出方向を次のように設定している。即ち、上記各フィ
ン面部１１〜１４の両表面１１ａ，１１ｂ〜１４ａ，１
４ｂのうち、空気流の流通方向に対向する表面、即ち、
フィン１の前縁１ａに対応する第１フィン面部１１にお
いては上側の表面１１ａに、該第１フィン面部１１に連
続する第２フィン面部１２においては下側の表面１２ｂ
に、該第２フィン面部１２に連続する第３フィン面部１
３においては上側の表面１３ａに、さらにフィン１の後
縁１ｂに対応する第４フィン面部１４においては下側の
表面１４ｂに、上記突条１５〜１８が突出するように設
定している。

【００１３】かかる構成のフィン１を、図２に示すよう
に所定間隔をもって順次対向配置するとともに、この各
フィン１，１，・・をその配列方向（板厚方向）に貫通
させて伝熱管３を配置することでクロスフィン熱交換器
が構成される。

【００１４】このクロスフィン熱交換器が運転され、上
記各フィン１，１，・・間を空気流が流通する場合、隣
り合う一対のフィン１，１間における空気流の全体的な
流れは図２において空気流線Ａ₀で示すようにフィン１
の屈曲形状に沿った状態となる。ところで、フィン１の
熱伝達率に最も影響を与えるフィン表面に沿って流れる
空気流は、図４に示す従来のフィン２０のように各フィ
ン面部２２〜２５が単なる平面構造であると空気流の流
通方向に背向する表面においては空気流が剥離し、かか
る空気流の剥離が生じない空気流の流通方向に対向する
表面に比して、その熱伝達率が低下することは既述の通
りである。

【００１５】ところが、この実施例のフィン１において
は、上述のように各フィン面部１１〜１４の空気流の流
通方向に対向する表面１１ａ，１２ｂ，１３ａ，１４ｂ
側に突出して稜線２と略平行に延びる突条１５〜１８
を、該各表面表面１１ａ，１２ｂ，１３ａ，１４ｂの後
縁近傍に設けているので、次述するように、空気流の流
通方向に背向する表面１１ｂ，１２ａ，１３ｂ，１４ａ
における空気流の剥離が可及的に抑えられその部分にお
ける熱伝達率が高められ、結果的にフィン１全体として
高い熱伝達率が達成できるものである。

【００１６】即ち、例えば上記フィン１の一方の表面に
ついてみれば、図２の上段において空気流線Ａで示すよ
うに、フィン１の前縁１ａから流入しフィン間を通って
後縁１ｂ側に流れる空気流は、先ず第１フィン面部１１
の空気流の流通方向に対向する表面１１ａに衝突しこれ
に沿った状態でその後縁側に流れる。従って、この第１
フィン面部１１部分においては高い熱伝達率が達成され
る。さらに、この第１フィン面部１１の表面１１ａに沿
って流れる空気流は、該表面１１ａの後縁近傍において
該表面１１ａ側に突出する第１突条１５に衝突すること
で一旦該表面１１ａから剥離される。ところが、この第
１突条１５の下流側部分は空気流の剥離によって負圧化
しているため、該第１突条１５において一旦剥離した空
気流は、該表面１１ａの後方側に位置し空気流に背向す
る第２フィン面部１２の表面１２ａの前縁近傍側に押し
付けられてこれに再付着され、そのまま該表面１２ａに
沿って該第２フィン面部１２と第３フィン面部１３との
稜線２側に向けて流れる。これにより、該第２フィン面
部１２部分における高い熱伝達率が達成される。

【００１７】また、上記と同様に、この稜線２側に向け
て流れる空気流は、該稜線２の下流側に連続する第３フ
ィン面部１３の表面１３ａが空気流の流通方向に対向す
る表面であることからこれに衝突し該表面１３ａに沿っ
て流れるとともに、該表面１３ａの後縁近傍に達した時
点でここに設けられた第３突条１７により一旦剥離され
る。さらに、ここで剥離された空気流は、該第３フィン
面部１３の下流側に連続し且つ空気流の流通方向に背向
する第４フィン面部１４の表面１４ａ側に流れるが、上
記第３突条１７の下流側が負圧化していることで該第４
フィン面部１４の表面１４ａの前縁近傍に押し付けられ
て再付着し、そのまま該表面１４ａに沿ってフィン後縁
１ｂ側に流れる。

【００１８】このように、空気流が該空気流の流通方向
に対向する第１フィン面部１１の表面１１ａ及び第３フ
ィン面部１３の表面１３ａのみならず、該空気流の流通
方向に背向する第２フィン面部１２の表面１２ａ及び第
４フィン面部１４の表面１４ａにおいてもほとんど剥離
することなくこれに沿って流れることで、これら各フィ
ン面部１１〜１４において共に高い熱伝達率が達成され
る。このフィン１における熱伝達率を図２の下段の熱伝
達率曲線Ｌ₁で示している。この実施例のフィン１にお
ける熱伝達率曲線Ｌ₁と、同図に示した従来のフィン２
０の熱伝達率曲線Ｌ₀（図５に示す曲線Ｌ₀と同一のも
の）とを比較すれば、この従来のフィン１においては空
気流の流通方向に背向する第２フィン面部１２及び第４
フィン面部１４における熱伝達率の落ち込みが従来のフ
ィン２０の場合に比して少なく、フィン全体としてより
フラットな熱伝達率特性を示しており、このことからこ
の実施例のフィン１においては従来のフィン２０に比し
て、より一層高い熱伝達率が達成できるということが解
る。

【００１９】ここで、上記フィン１に形成される突条１
５〜１８の好適な構造例を、上記第１フィン面部１１に
設けられた第１突条１５を例にとって説明する。この実
施例においては、上記第１突条１５を、第１フィン面部
１１の一部をその一方の表面１１ｂ側から他方の表面１
１ａ側に膨出させて形成するとともに、その断面形状を
略９０°の頂点角度をもつ角状に形成している。かかる
角状の第１突条１５とする場合、本願発明者らの実験に
よれば、最適な第１突条１５の寸法及び形成位置等は次
の通りである。

【００２０】即ち、空気流速Ｖ＝１０ｍ／ｓの風速条件
下において、第１フィン面部１１の空気流線に対する傾
斜角１２〜１５°、第１フィン面部１１の空気流線方向
における幅寸法をＷ、第１突条１５の稜線２からの距離
をＳ、第１突条１５の高さをＨとした場合、この第１フ
ィン面部１１の幅寸法Ｗと第１突条１５の形成距離Ｓと
第１突条１５の高さ寸法Ｈとを、 Ｓ／Ｗ＝０．１３〜０．２、 Ｈ／Ｓ＝０．１６〜０．４ という関係になるように設定した場合に最も好適であっ
た。かかる寸法関係に基づけば、例えば第１フィン面部
１１の幅寸法Ｗ＝３ｍｍ、第１突条１５の稜線２からの
距離Ｓ＝０．５ｍｍ、第１突条１５の高さ寸法Ｈ＝０．
１ｍｍと設定すれば良い。

【００２１】尚、この実施例においては上記突条１５〜
１８をフィン面部１１〜１４の一部をその一方の表面側
に膨出させて形成しているが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えば各フィン面部１１〜１４を平面
状に形成しその表面上に所定の断面形状をもつ棒状体を
載置固定して突条１５〜１８を形成しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかるクロスフィン熱交換器
に適用されるフィンの斜視図である。

【図２】図１に示したフィンにおける熱伝達率特性の説
明図である。

【図３】図１に示したフィンの要部拡大断面図である。

【図４】従来のクロスフィン熱交換器に適用されるフィ
ンの斜視図である。

【図５】図４に示したフィンにおける熱伝達率特性の説
明図である。

【符号の説明】

１はフィン、２はフィンの稜線、３は伝熱管、１１〜１
４はフィン面部、１５〜１８は突条である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板厚方向の両側へ交互に折曲せしめられ
   た複数のフィン面部（１１）〜（１４）を有する複数枚
   のフィン（１），（１），・・を所定間隔をもって対向
   配置するとともに、これら複数のフィン（１），
   （１），・・を板厚方向に貫通させて伝熱管（３）を配
   置し、上記フィン（１），（１），・・の折曲方向の一
   端側に位置する前縁（１ａ）側から他端側に位置する後
   縁（１ｂ）側に向けて上記伝熱管（３）を横切るように
   空気流を流通させるようにしたクロスフィン熱交換器で
   あって、 上記フィン（１）の各フィン面部（１１）〜（１４）の
   上記空気流の流通方向に対向する側の表面（１１ａ），
   （１２ｂ），（１３ａ），（１４ｂ）における山状の稜
   線（２）の近傍位置に、該表面（１１ａ），（１２
   ｂ），（１３ａ），（１４ｂ）上に突出し且つ該表面
   （１１ａ），（１２ｂ），（１３ａ），（１４ｂ）上を
   上記稜線（２）と略平行に延びる突条（１５）〜（１
   ８）が設けられていることを特徴とするクロスフィン熱
   交換器。