JPH09152288A - 伝熱フィン - Google Patents
伝熱フィンInfo
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- JPH09152288A JPH09152288A JP31389695A JP31389695A JPH09152288A JP H09152288 A JPH09152288 A JP H09152288A JP 31389695 A JP31389695 A JP 31389695A JP 31389695 A JP31389695 A JP 31389695A JP H09152288 A JPH09152288 A JP H09152288A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular 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
- F28F1/24—Tubular 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
- F28F1/32—Tubular 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
- F28F1/325—Fins with openings
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】従来、霜およびごみの付着に対する配慮が不充
分で、空調機の暖房時にフィン先端に急速に着霜が進行
し易く、通風が悪くなり性能が低下する、デフロスト周
期が長く、快適性が悪くなるなどの課題があった。 【解決手段】迎え角度が異なる複数のウィングレット
３，３ａを、上流のフィン面に疎らに配置して、先端付
近のフィン間通風面積を確保した。伝熱管挿入穴２ａ
は、碁盤配列、かつフィン後端に近い下流側の位置に配
置した。上記のウイングレットで誘起した縦渦で伝熱管
後方の死水域を無くする手段，下流側の中央のフィン面
に平面ルーバを配置して、下流側の伝熱を促進させる手
段を用いた。
分で、空調機の暖房時にフィン先端に急速に着霜が進行
し易く、通風が悪くなり性能が低下する、デフロスト周
期が長く、快適性が悪くなるなどの課題があった。 【解決手段】迎え角度が異なる複数のウィングレット
３，３ａを、上流のフィン面に疎らに配置して、先端付
近のフィン間通風面積を確保した。伝熱管挿入穴２ａ
は、碁盤配列、かつフィン後端に近い下流側の位置に配
置した。上記のウイングレットで誘起した縦渦で伝熱管
後方の死水域を無くする手段，下流側の中央のフィン面
に平面ルーバを配置して、下流側の伝熱を促進させる手
段を用いた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は空冷式熱交換器に用
いる伝熱フィンに関する。
いる伝熱フィンに関する。
【０００２】
【従来の技術】空冷式熱交換器に用いる伝熱フィンは、
大別して積層した多数のフィンと交差して円管を挿入し
た伝熱管からなるクロスフィンチューブ形式、および短
冊状のフィン，扁平管を交互に積層したサーペンタイン
形式がある。いずれの形式でも伝熱性能を高くするため
部分的に微細に切り起こした部分（以下ルーバと呼ぶ）
をフィン面に設けている。ルーバの形状により伝熱が促
進する機構は、大変異なる。一つは、供給する新鮮な空
気にできるだけ触れる位置に微細なルーバを配置して、
伝熱面を覆う境界層が大きくなるのを阻止する前縁効果
を利用するルーバ群がある。この方法のルーバは特開昭
61−6588号公報のように気流に対して迎え角度を持たな
い、すなわち、フィン面に基本的に平行に保ち、通風抵
抗が低い形状のもの（平面ルーバ）が多く用いられてい
る。もう一つは、迎え角度を持つウイングレットをフィ
ン面に配置して、発生する渦で気流を乱す方法である。
この方法のフィンは、実開平6−4183 号公報のように三
角翼形の切り起こし部分（以下ウイングレットと呼ぶ）
を用いるなどで発生させた縦渦（フィン面に垂直方向の
渦）を利用する特許が公表されている。
大別して積層した多数のフィンと交差して円管を挿入し
た伝熱管からなるクロスフィンチューブ形式、および短
冊状のフィン，扁平管を交互に積層したサーペンタイン
形式がある。いずれの形式でも伝熱性能を高くするため
部分的に微細に切り起こした部分（以下ルーバと呼ぶ）
をフィン面に設けている。ルーバの形状により伝熱が促
進する機構は、大変異なる。一つは、供給する新鮮な空
気にできるだけ触れる位置に微細なルーバを配置して、
伝熱面を覆う境界層が大きくなるのを阻止する前縁効果
を利用するルーバ群がある。この方法のルーバは特開昭
61−6588号公報のように気流に対して迎え角度を持たな
い、すなわち、フィン面に基本的に平行に保ち、通風抵
抗が低い形状のもの（平面ルーバ）が多く用いられてい
る。もう一つは、迎え角度を持つウイングレットをフィ
ン面に配置して、発生する渦で気流を乱す方法である。
この方法のフィンは、実開平6−4183 号公報のように三
角翼形の切り起こし部分（以下ウイングレットと呼ぶ）
を用いるなどで発生させた縦渦（フィン面に垂直方向の
渦）を利用する特許が公表されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術は、霜
およびごみの付着に対する配慮が不充分で、暖房時のヒ
ートポンプ空調機用屋外熱交換器の伝熱フィン面に付着
した霜が原因で、暖房能力が低下するなどの問題を生じ
ることがある。すなわち、伝熱管内の冷媒が蒸発する気
化熱で冷された空気中の水分は、高性能なフィン先端に
急速に着霜して、通風が悪くなり性能が低下する。そこ
でデフロストのため冷凍機を周期的に停止する必要があ
り、吹き出し空気温度が低下して快適性が悪くなる。
およびごみの付着に対する配慮が不充分で、暖房時のヒ
ートポンプ空調機用屋外熱交換器の伝熱フィン面に付着
した霜が原因で、暖房能力が低下するなどの問題を生じ
ることがある。すなわち、伝熱管内の冷媒が蒸発する気
化熱で冷された空気中の水分は、高性能なフィン先端に
急速に着霜して、通風が悪くなり性能が低下する。そこ
でデフロストのため冷凍機を周期的に停止する必要があ
り、吹き出し空気温度が低下して快適性が悪くなる。
【０００４】本発明の課題は、暖房時の吹き出し空気温
度が低下する割合が少なく快適性が高い、霜およびごみ
の付着などに強い伝熱フィンの形状を示すことにある。
度が低下する割合が少なく快適性が高い、霜およびごみ
の付着などに強い伝熱フィンの形状を示すことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】フィンの先端に付着し易
い霜およびごみに対しては、先端付近のフィン間通風面
積を確保すると共にフィン全体に着霜させる手段を用い
る。具体的には、先端付近のフィン面にウイングレット
を疎らに配置してフィン間通風面積を確保する。さらに
フィン全体に均一に着霜させデフロスト周期を長くし
て、冷凍機停止に伴う吹き出し空気温度が低下する割合
を少なくする。ここでは、空気とフィン間の温度差が大
きい上流側のフィン面の熱伝達率を低く、温度差が小さ
い下流側のフィン面の熱伝達率を高く維持する方法を採
る。ウイングレットを疎らに配置した上流側のフィン面
の熱伝達率を低く、かつ下流のフィン面の熱伝達率は、
微細なルーバ群を配置して前縁効果で、さらに伝熱管後
方の死水域を取り除くことで、高くしている。
い霜およびごみに対しては、先端付近のフィン間通風面
積を確保すると共にフィン全体に着霜させる手段を用い
る。具体的には、先端付近のフィン面にウイングレット
を疎らに配置してフィン間通風面積を確保する。さらに
フィン全体に均一に着霜させデフロスト周期を長くし
て、冷凍機停止に伴う吹き出し空気温度が低下する割合
を少なくする。ここでは、空気とフィン間の温度差が大
きい上流側のフィン面の熱伝達率を低く、温度差が小さ
い下流側のフィン面の熱伝達率を高く維持する方法を採
る。ウイングレットを疎らに配置した上流側のフィン面
の熱伝達率を低く、かつ下流のフィン面の熱伝達率は、
微細なルーバ群を配置して前縁効果で、さらに伝熱管後
方の死水域を取り除くことで、高くしている。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例の伝熱フ
ィンについて、図面を参照しながら説明する。図１ない
し図２は本発明の一実施例を示す。この実施例は、斜視
図で示す図３のように平行に並べた多数のフィンに複数
の伝熱管２を挿入してなるクロスフィンチューブ式熱交
換器の伝熱フィン１に係る。なお図１は、図３の伝熱管
軸方向から見た正面図で、便宜的に一枚のフィンを部分
的に表示している。また図２は、積層した伝熱フィン間
の切り起こし部分の形状を示す側面図である。まず図１
で、伝熱フィン１は、伝熱管挿入穴２ａ，ウイングレッ
ト３，３ａおよび平面ルーバ４およびフィン母材５で構
成する。伝熱管挿入穴２ａは、フィン端面に対して平行
な碁盤配列、かつフィン先端から離れた後端に近い下流
側の位置に配置している。フィン先端に近いフィン面に
配置したウイングレット３は、フィン母材５に切り口を
入れ、折り曲げて切り起こしたもので、フィン先端と平
行に隣合う伝熱管の挿入口を等分割する複数のフィン面
のそれぞれの上流側の対称位置に切り起こしている。言
い替えればウイングレット３は、隣合う伝熱管間隔を当
分割する線の線対称の位置、かつ上流側フィン面に設け
た。なおウイングレットの切り起こし面は、図１のよう
にフィン端面に直交する線に傾斜した気流に迎え角度θ
を持つ複数の形状３，３ａを用いている。すなわち、分
割線に近いフィン中央のウィングレット３の気流に対す
る迎え角度θ１は、分割線と離れ伝熱管挿入穴２ａに近
いウイングレット３ａの迎え角度θ２と比べて大きい。
また図２に示す側面から見えるウイングレットのフィン
母材５面からの背の高さは、伝熱管に近いほど高くして
いる。すなわち図１で見た隣合う伝熱管を等分割するフ
ィン中央にフィン母材５面からの背の高さが低いウイグ
レット，フィン中央から離れ伝熱管に近い部分に背の高
いウイグレットを配置している。一方、下流側のフィン
先端と平行に隣合う伝熱管の挿入口を等分割する中央付
近のフィン面には、図２のようにフィン母材５と平行な
平面でなる複数の平面ルーバ、すなわち、気流に対して
ほぼ迎え角度を持たないルーバ群を配置している。新鮮
な空気に触れさせ、かつ微細なルーバ幅とすることによ
り、ルーバ表面に生じる境界層を薄くする前縁効果で、
伝熱を促進している。他の一実施例を、図４ないし図６
を用いて説明する。図４は、図１と同様の伝熱フィンの
正面図である。また、図５は、図２と同様な側面図であ
る。前述の実施例と異なるのは、フィン先端と平行に隣
合う伝熱管の間隔を等分割する線付近の下流のフィン面
に設けたルーバ４の形状である。下流側に配置した平面
ルーバ４ａは、図６のようルーバ長手方向の一部を折り
曲げている。ここで図６は、図４のＩ−Ｉ矢，II−II
矢，III−III矢で示す方向から平面ルーバ４ａのみを見
た側面図である。平面ルーバ４ａは、図５のようにフィ
ン全体の側面から見るとどの面を取ってもフィン母材５
と平行で、気流に迎え角度を持たない。ルーバを折り曲
げることで、下流側フイン面の熱伝達を促進する狙いが
ある。なおルーバ長手方向の折り曲げ箇所は、模式的に
一箇所のみの例を図６に示したが、多くの箇所で折り曲
げて、新鮮な空気に触れ易くするほど熱伝達を促進でき
る。他の一実施例を、図７ないし図８を用いて説明す
る。図７は、図１と同様の伝熱フィンの正面図である。
また図８は、図２と同様な側面図である。図１の実施例
と異なるのは、フィン先端と平行に隣合う伝熱管の間隔
を等分割する線付近の下流のフィン面に設けたルーバ４
の形状である。下流側に配置した平面ルーバ４ａは、図
７のように下流ほどルーバ幅ｗを小さくしている。な
お、図８から平面ルーバ４ａは、前述の実施例と同様に
ほぼ気流に迎え角度を持たない形状としている。他の一
実施例を、図９を用いて説明する。図９は、扁平の伝熱
管にフィンを積層して構成した空調機等で用いられる空
気サーペンタイン形熱交換器に適用した例で、熱交換器
の斜視図を示す。このタイプの熱交換器では、フィン１
に伝熱管挿入穴は設けられない。しかし、隣合う伝熱管
の間隔を等分割する線の線対称の上流側に疎らに設けた
ウイングレット３の形状，下流のフィン面に設けたルー
バ４の形状は、これまでに述べた実施例と同じである。
また、後述の霜及びごみに対する効果もほぼ同じであ
る。他の一実施例を、図１０を用いて説明する。図１０
は、発熱体の放熱面に適用した例で、部分的に取り出し
た放熱面の斜視図を示す。発熱体は、面ヒータ６，フィ
ン１，ウィングレット３，ルーバ４及びリード線７で構
成する。この実施例では、単体であらかじめ製作したウ
イングレット３およびルーバ４を、フィン１面に乗せて
固定している。すなわちフィン面から切り起こすのに代
えて、三角形などの形状で先端から徐々に背を高くし
て、また矩形などの形状で後端側を一定の高さにしてお
り、かつ複数の迎え角度θ１，θ２を持つように折り曲
げたウイングレットを、上流側のフィン面の線対称の位
置に固定している。ただしθ１＞θ２に選び、生成する
縦渦の面積を大きくするのが望ましい。なお下流側のフ
ィン中央にあらかじめ短冊状に成形したルーバを取り付
けている。電子機器の集積回路などの発熱体は、一点鎖
線で示す狭い筐体８内に置かれ、通風して冷却するのが
一般的である。
ィンについて、図面を参照しながら説明する。図１ない
し図２は本発明の一実施例を示す。この実施例は、斜視
図で示す図３のように平行に並べた多数のフィンに複数
の伝熱管２を挿入してなるクロスフィンチューブ式熱交
換器の伝熱フィン１に係る。なお図１は、図３の伝熱管
軸方向から見た正面図で、便宜的に一枚のフィンを部分
的に表示している。また図２は、積層した伝熱フィン間
の切り起こし部分の形状を示す側面図である。まず図１
で、伝熱フィン１は、伝熱管挿入穴２ａ，ウイングレッ
ト３，３ａおよび平面ルーバ４およびフィン母材５で構
成する。伝熱管挿入穴２ａは、フィン端面に対して平行
な碁盤配列、かつフィン先端から離れた後端に近い下流
側の位置に配置している。フィン先端に近いフィン面に
配置したウイングレット３は、フィン母材５に切り口を
入れ、折り曲げて切り起こしたもので、フィン先端と平
行に隣合う伝熱管の挿入口を等分割する複数のフィン面
のそれぞれの上流側の対称位置に切り起こしている。言
い替えればウイングレット３は、隣合う伝熱管間隔を当
分割する線の線対称の位置、かつ上流側フィン面に設け
た。なおウイングレットの切り起こし面は、図１のよう
にフィン端面に直交する線に傾斜した気流に迎え角度θ
を持つ複数の形状３，３ａを用いている。すなわち、分
割線に近いフィン中央のウィングレット３の気流に対す
る迎え角度θ１は、分割線と離れ伝熱管挿入穴２ａに近
いウイングレット３ａの迎え角度θ２と比べて大きい。
また図２に示す側面から見えるウイングレットのフィン
母材５面からの背の高さは、伝熱管に近いほど高くして
いる。すなわち図１で見た隣合う伝熱管を等分割するフ
ィン中央にフィン母材５面からの背の高さが低いウイグ
レット，フィン中央から離れ伝熱管に近い部分に背の高
いウイグレットを配置している。一方、下流側のフィン
先端と平行に隣合う伝熱管の挿入口を等分割する中央付
近のフィン面には、図２のようにフィン母材５と平行な
平面でなる複数の平面ルーバ、すなわち、気流に対して
ほぼ迎え角度を持たないルーバ群を配置している。新鮮
な空気に触れさせ、かつ微細なルーバ幅とすることによ
り、ルーバ表面に生じる境界層を薄くする前縁効果で、
伝熱を促進している。他の一実施例を、図４ないし図６
を用いて説明する。図４は、図１と同様の伝熱フィンの
正面図である。また、図５は、図２と同様な側面図であ
る。前述の実施例と異なるのは、フィン先端と平行に隣
合う伝熱管の間隔を等分割する線付近の下流のフィン面
に設けたルーバ４の形状である。下流側に配置した平面
ルーバ４ａは、図６のようルーバ長手方向の一部を折り
曲げている。ここで図６は、図４のＩ−Ｉ矢，II−II
矢，III−III矢で示す方向から平面ルーバ４ａのみを見
た側面図である。平面ルーバ４ａは、図５のようにフィ
ン全体の側面から見るとどの面を取ってもフィン母材５
と平行で、気流に迎え角度を持たない。ルーバを折り曲
げることで、下流側フイン面の熱伝達を促進する狙いが
ある。なおルーバ長手方向の折り曲げ箇所は、模式的に
一箇所のみの例を図６に示したが、多くの箇所で折り曲
げて、新鮮な空気に触れ易くするほど熱伝達を促進でき
る。他の一実施例を、図７ないし図８を用いて説明す
る。図７は、図１と同様の伝熱フィンの正面図である。
また図８は、図２と同様な側面図である。図１の実施例
と異なるのは、フィン先端と平行に隣合う伝熱管の間隔
を等分割する線付近の下流のフィン面に設けたルーバ４
の形状である。下流側に配置した平面ルーバ４ａは、図
７のように下流ほどルーバ幅ｗを小さくしている。な
お、図８から平面ルーバ４ａは、前述の実施例と同様に
ほぼ気流に迎え角度を持たない形状としている。他の一
実施例を、図９を用いて説明する。図９は、扁平の伝熱
管にフィンを積層して構成した空調機等で用いられる空
気サーペンタイン形熱交換器に適用した例で、熱交換器
の斜視図を示す。このタイプの熱交換器では、フィン１
に伝熱管挿入穴は設けられない。しかし、隣合う伝熱管
の間隔を等分割する線の線対称の上流側に疎らに設けた
ウイングレット３の形状，下流のフィン面に設けたルー
バ４の形状は、これまでに述べた実施例と同じである。
また、後述の霜及びごみに対する効果もほぼ同じであ
る。他の一実施例を、図１０を用いて説明する。図１０
は、発熱体の放熱面に適用した例で、部分的に取り出し
た放熱面の斜視図を示す。発熱体は、面ヒータ６，フィ
ン１，ウィングレット３，ルーバ４及びリード線７で構
成する。この実施例では、単体であらかじめ製作したウ
イングレット３およびルーバ４を、フィン１面に乗せて
固定している。すなわちフィン面から切り起こすのに代
えて、三角形などの形状で先端から徐々に背を高くし
て、また矩形などの形状で後端側を一定の高さにしてお
り、かつ複数の迎え角度θ１，θ２を持つように折り曲
げたウイングレットを、上流側のフィン面の線対称の位
置に固定している。ただしθ１＞θ２に選び、生成する
縦渦の面積を大きくするのが望ましい。なお下流側のフ
ィン中央にあらかじめ短冊状に成形したルーバを取り付
けている。電子機器の集積回路などの発熱体は、一点鎖
線で示す狭い筐体８内に置かれ、通風して冷却するのが
一般的である。
【０００７】次にヒートポンプ空調機用屋外熱交換器に
本発明を適用した場合を例に、図１を用い作用を述べ
る。暖房のため伝熱管内に流す冷媒が蒸発する気化熱で
冷されると、伝熱フィン表面に空気中の水分が着霜す
る。従来の伝熱フィンは、高性能化するためルーバをフ
ィン間に密に設けており、霜およびごみがフィンの先端
に付着し易かった。本発明では、上流側のフィン面に
は、疎らにウイングレットを切り起こしているのみで、
先端付近のフィン間通風面積が大きい。また伝熱管挿入
穴２ａは、矢印で示す気流に対して平行な碁盤配列、か
つフィン先端から離れた後端に近い下流側の位置に配置
している。伝熱管から先端付近のフィン面に伝わる熱
は、後端付近に比べ相対的に伝わりにくくしている。先
端付近の表面温度が高く、空気との温度差が小さくな
る。先端付近のフィン間通風面積が大きいこと、空気と
の温度差が小さことから、少なくともフィン先端付近に
着霜し易いことは解消できる。しかしフィン全体を一層
均一に着霜させるには、温度差以外の手段を取る必要が
ある。そこで本発明では、二つの方法で下流側フィン面
の熱伝達を促進させ、下流フィン面の着霜量が多くなる
ようにした。一つ目は、ウィングレットで誘起した縦渦
を利用して伝熱管後方の死水域を減らすことである。図
１，図４および図７の気流に対して迎え角度の大きいウ
ィングレット３で発生した縦渦は、迎え角度の小さいウ
ィングレット３ａにより強められ伝熱管後方に達して、
伝熱管後方の空気を乱し、死水域が減少する。伝熱管後
方の死水域を無くするには強い渦が必要である。ここで
縦渦は、迎え角度が小さく、片長が長いほど強い渦にな
ることが知られている。そこで迎え角度の小さい片長が
長い単独のウィングレットを用いる方法も考えられる。
しかし、この方法は、伝熱管前方のフィン面積が大きく
なり、過度に伝熱性能が低下する欠点がある。この欠点
を回避するため考案したのが、迎え角度が異なる複数の
ウィングレット３，３ａを、あたかも稜線を折り曲げた
片長の長い単独のウイングレットが置かれているように
並べたことである。可視実験により、図１のフィン中央
のウイングレット３で発生した縦渦は、伝熱管側のウィ
ングレット３ａで発生した縦渦に引き寄せられるように
合体して強められ、伝熱管挿入穴２ａ方向に向かって流
れることを確認している。これより伝熱管前方のフィン
面積が大きくなり、過度に伝熱性能が低下する欠点を克
服できる。下流フィン面の熱伝達を促進させる二つ目
は、下流の中央のフィン面に平板状の複数のルーバを配
置したことである。上流側に対称形状で設けたウイング
レットが対峙するフィン中央は、前述のようにウイング
レット高さを低くしている。すなわち伝熱管後方の死水
域を無くするのに必要とする以外の空気は、出来るだけ
下流のフィン中央に流す構成にしている。可視実験によ
れば、下流のフィン中央は、空調機の実用風速１ｍ／ｓ
付近でほぼ層流に保たれている。ここでフィン中央に多
数のウイングレットを置き、伝熱を促進する方法は、通
風抵抗が大きく流れが伝熱管周囲に偏るなど、フィン間
の流量配分を適正に維持することが難しい。しかし本発
明では、迎え角度を持たない平板状のルーバを配置して
いる。このため、フィン中央の下流は、通風抵抗を小さ
く偏流が起きず、一様な流れを確保できる。本発明の平
面ルーバ４は、図１のように、フィン母材５に平行に多
数の微細なルーバを配置して、前縁効果により下流のフ
ィン中央の伝熱は促進させるのが基本形状である。しか
し、図４のように折り曲げた平面ルーバ４ａを用いる
と、フィン成形時の塑性変形量が少なく、ルーバ高さの
精度など加工が容易になる副次的効果がある。さらに図
７のように下流ほど微細なルーバ幅を用いる方法は、耐
着霜性を一層高められる。しかし、微細なルーバは変形
し易いので、ルーバ面をわずかに山形などに折り曲げて
剛性を確保すれば、変形は防止できる。図９の扁平管を
用いた場合もフィン間の流れは、ウイングレットで生成
した縦渦が扁平管表面に沿って流れる、ルーバ付近はほ
ぼ層流に保たれる。したがって下流フィン面の熱伝達が
促進して着霜量が多くなる傾向は、図１の例と同じであ
る。流れの可視実験に依れば、あらかじめ成形したウイ
ングレットおよびルーバをフィン面に取り付け、切り起
こし穴が生じない方法でフィンを構成しても作用はあま
り変わらない。図１０の実施例では、上流側通風路を塞
ぐのは疎らに置かれたウイングレットのみで、フィン面
電子機器などの放熱フィンに空気中のごみが付着し易
い、上流側通風路が確保でき、ごみ詰まりの問題を解決
できる。
本発明を適用した場合を例に、図１を用い作用を述べ
る。暖房のため伝熱管内に流す冷媒が蒸発する気化熱で
冷されると、伝熱フィン表面に空気中の水分が着霜す
る。従来の伝熱フィンは、高性能化するためルーバをフ
ィン間に密に設けており、霜およびごみがフィンの先端
に付着し易かった。本発明では、上流側のフィン面に
は、疎らにウイングレットを切り起こしているのみで、
先端付近のフィン間通風面積が大きい。また伝熱管挿入
穴２ａは、矢印で示す気流に対して平行な碁盤配列、か
つフィン先端から離れた後端に近い下流側の位置に配置
している。伝熱管から先端付近のフィン面に伝わる熱
は、後端付近に比べ相対的に伝わりにくくしている。先
端付近の表面温度が高く、空気との温度差が小さくな
る。先端付近のフィン間通風面積が大きいこと、空気と
の温度差が小さことから、少なくともフィン先端付近に
着霜し易いことは解消できる。しかしフィン全体を一層
均一に着霜させるには、温度差以外の手段を取る必要が
ある。そこで本発明では、二つの方法で下流側フィン面
の熱伝達を促進させ、下流フィン面の着霜量が多くなる
ようにした。一つ目は、ウィングレットで誘起した縦渦
を利用して伝熱管後方の死水域を減らすことである。図
１，図４および図７の気流に対して迎え角度の大きいウ
ィングレット３で発生した縦渦は、迎え角度の小さいウ
ィングレット３ａにより強められ伝熱管後方に達して、
伝熱管後方の空気を乱し、死水域が減少する。伝熱管後
方の死水域を無くするには強い渦が必要である。ここで
縦渦は、迎え角度が小さく、片長が長いほど強い渦にな
ることが知られている。そこで迎え角度の小さい片長が
長い単独のウィングレットを用いる方法も考えられる。
しかし、この方法は、伝熱管前方のフィン面積が大きく
なり、過度に伝熱性能が低下する欠点がある。この欠点
を回避するため考案したのが、迎え角度が異なる複数の
ウィングレット３，３ａを、あたかも稜線を折り曲げた
片長の長い単独のウイングレットが置かれているように
並べたことである。可視実験により、図１のフィン中央
のウイングレット３で発生した縦渦は、伝熱管側のウィ
ングレット３ａで発生した縦渦に引き寄せられるように
合体して強められ、伝熱管挿入穴２ａ方向に向かって流
れることを確認している。これより伝熱管前方のフィン
面積が大きくなり、過度に伝熱性能が低下する欠点を克
服できる。下流フィン面の熱伝達を促進させる二つ目
は、下流の中央のフィン面に平板状の複数のルーバを配
置したことである。上流側に対称形状で設けたウイング
レットが対峙するフィン中央は、前述のようにウイング
レット高さを低くしている。すなわち伝熱管後方の死水
域を無くするのに必要とする以外の空気は、出来るだけ
下流のフィン中央に流す構成にしている。可視実験によ
れば、下流のフィン中央は、空調機の実用風速１ｍ／ｓ
付近でほぼ層流に保たれている。ここでフィン中央に多
数のウイングレットを置き、伝熱を促進する方法は、通
風抵抗が大きく流れが伝熱管周囲に偏るなど、フィン間
の流量配分を適正に維持することが難しい。しかし本発
明では、迎え角度を持たない平板状のルーバを配置して
いる。このため、フィン中央の下流は、通風抵抗を小さ
く偏流が起きず、一様な流れを確保できる。本発明の平
面ルーバ４は、図１のように、フィン母材５に平行に多
数の微細なルーバを配置して、前縁効果により下流のフ
ィン中央の伝熱は促進させるのが基本形状である。しか
し、図４のように折り曲げた平面ルーバ４ａを用いる
と、フィン成形時の塑性変形量が少なく、ルーバ高さの
精度など加工が容易になる副次的効果がある。さらに図
７のように下流ほど微細なルーバ幅を用いる方法は、耐
着霜性を一層高められる。しかし、微細なルーバは変形
し易いので、ルーバ面をわずかに山形などに折り曲げて
剛性を確保すれば、変形は防止できる。図９の扁平管を
用いた場合もフィン間の流れは、ウイングレットで生成
した縦渦が扁平管表面に沿って流れる、ルーバ付近はほ
ぼ層流に保たれる。したがって下流フィン面の熱伝達が
促進して着霜量が多くなる傾向は、図１の例と同じであ
る。流れの可視実験に依れば、あらかじめ成形したウイ
ングレットおよびルーバをフィン面に取り付け、切り起
こし穴が生じない方法でフィンを構成しても作用はあま
り変わらない。図１０の実施例では、上流側通風路を塞
ぐのは疎らに置かれたウイングレットのみで、フィン面
電子機器などの放熱フィンに空気中のごみが付着し易
い、上流側通風路が確保でき、ごみ詰まりの問題を解決
できる。
【０００８】
【発明の効果】本発明では、上流側のフィン面には、疎
らにウイングレットを切り起こしているのみで、先端付
近のフィン間通風面積が大きい。これよりフィンの先端
にごみが付着し易い問題は解決できる。またウイングレ
ット疎らであること、伝熱管挿入穴２ａは、碁盤配列、
かつフィン後端に近い下流側の位置に配置していること
から、９の模式図に示すように本発明フィンの空気とフ
ィン表面の温度差は、従来フィンと比べて、フィン奥行
きの先端側で小さく、後端側で大きい。したがつて、伝
熱管から先端付近のフィン面に伝わる熱は、後端付近に
比べ相対的に伝わりにくく、フィン先端付近に着霜し易
い従来フィンの課題を解消できる。さらに温度差以外の
手段として、迎え角度が異なる複数のウィングレット
３，３ａを、あたかも稜線を折り曲げた片長の長い単独
のウイングレットを上流に置き、誘起した縦渦で伝熱管
後方の死水域を無くする手段，下流側の中央のフィン面
に平面ルーバを配置して、下流側の伝熱を促進させる手
段を用いた。これよりフィン全体を一層均一に着霜させ
ることが可能になり、空調機のデフロスト周期を大幅に
長くでき、デフロストに伴う吹き出し空気温度の低下が
少ない、快適な暖房が可能になる。
らにウイングレットを切り起こしているのみで、先端付
近のフィン間通風面積が大きい。これよりフィンの先端
にごみが付着し易い問題は解決できる。またウイングレ
ット疎らであること、伝熱管挿入穴２ａは、碁盤配列、
かつフィン後端に近い下流側の位置に配置していること
から、９の模式図に示すように本発明フィンの空気とフ
ィン表面の温度差は、従来フィンと比べて、フィン奥行
きの先端側で小さく、後端側で大きい。したがつて、伝
熱管から先端付近のフィン面に伝わる熱は、後端付近に
比べ相対的に伝わりにくく、フィン先端付近に着霜し易
い従来フィンの課題を解消できる。さらに温度差以外の
手段として、迎え角度が異なる複数のウィングレット
３，３ａを、あたかも稜線を折り曲げた片長の長い単独
のウイングレットを上流に置き、誘起した縦渦で伝熱管
後方の死水域を無くする手段，下流側の中央のフィン面
に平面ルーバを配置して、下流側の伝熱を促進させる手
段を用いた。これよりフィン全体を一層均一に着霜させ
ることが可能になり、空調機のデフロスト周期を大幅に
長くでき、デフロストに伴う吹き出し空気温度の低下が
少ない、快適な暖房が可能になる。
【図１】本発明の１実施例の伝熱フィンの正面図。
【図２】本発明の１実施例の伝熱フィンの側面図。
【図３】空気熱交換器の構成と空気の流れ方向を示す斜
視図。
視図。
【図４】本発明の他の実施例の伝熱フィンの形状を示す
正面図。
正面図。
【図５】本発明の他の実施例の伝熱フィンの形状を示す
側面図。
側面図。
【図６】本発明の他の実施例の伝熱フィンの平面ルーバ
のみを、図４のＩ−Ｉ矢、II−II矢、III−III矢で示す
方向から見た側面図。
のみを、図４のＩ−Ｉ矢、II−II矢、III−III矢で示す
方向から見た側面図。
【図７】本発明の他の実施例の伝熱フィンの形状を示す
正面図。
正面図。
【図８】本発明の他の実施例の伝熱フィンの形状を示す
側面図。
側面図。
【図９】本発明の他の実施例の伝熱フィンの形状を示す
斜視図。
斜視図。
【図１０】本発明の他の実施例の放熱面の形状を示す斜
視図。
視図。
【図１１】本発明の効果を示す説明図。
１…伝熱フィン、２…伝熱管、２ａ…伝熱管挿入穴、２
ｂ…扁平管、３…ウイングレット、４…ルーバ、５…フ
ィン母材、６…放熱面、７…リード線、８…筐体。
ｂ…扁平管、３…ウイングレット、４…ルーバ、５…フ
ィン母材、６…放熱面、７…リード線、８…筐体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 重幸 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 中島 忠克 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内
Claims (10)
- 【請求項１】薄い平板状のフィンを平行に複数並べ積層
したフィン間に流れる空気を冷却または加熱する伝熱フ
ィンにおいて、 単体であらかじめ製作した三角形などの形状で先端から
徐々に背を高くして、また矩形などの形状で後端側を一
定の高さにしており、かつ複数の迎え角度θ１，θ２を
持つように折り曲げたウイングレットを上流側のフィン
面の線対称の位置に、また下流側のフィン中央にあらか
じめ成形した平面ルーバを、それぞれ取り付けているこ
とを特徴とする伝熱フィン。 - 【請求項２】伝熱管の挿入口を設けた薄い平板状のフィ
ンを平行に複数並べ積層したフィン間に流れる空気を冷
却または加熱する伝熱フィンにおいて、 単体であらかじめ製作した三角形などの形状で先端から
徐々に背を高くして、また矩形などの形状で後端側を一
定の高さにしており、かつ複数の迎え角度θ１，θ２を
持つように折り曲げたウイングレットを上流側のフィン
面の線対称の位置に、また下流側のフィン中央にあらか
じめ成形したルーバを、それぞれ取り付けていることを
特徴とする伝熱フィン。 - 【請求項３】薄い平板状のフィンを平行に複数並べ積層
したフィン間に流れる空気を冷却または加熱する伝熱フ
ィンにおいて、 フィン面に切り口を入れ、折り曲げた複数の切り起こし
部分を設けており、気流に迎え角度を持つ切り起こし部
分を上流側のフィン面に、かつ気流に迎え角度を持たな
い切り起こし部分を下流側のフィン面に配置したことを
特徴とする伝熱フィン。 - 【請求項４】伝熱管の挿入口を設けた薄い平板状のフィ
ンを平行に複数並べ積層したフィン間に流れる空気を冷
却または加熱する伝熱フィンにおいて、 フィン面に切り口を入れ、折り曲げる複数の切り起こし
部分を設けており、気流に迎え角度を持つ切り起こし部
分を上流側のフィン面に、かつ気流に迎え角度を持たな
い切り起こし部分を下流側のフィン面に配置したことを
特徴とする伝熱フィン。 - 【請求項５】請求項３において、フィン先端と直交する
線で等分割する複数のフィン面のそれぞれの上流側の対
称位置に、フィン面からの背の高さが分割線付近に比
べ、離れるほど背が高くなる複数の形状からなり、分割
線に傾斜する向きに切り起こして、気流に迎え角度を持
せた切り起こし部分を配置した伝熱フィン。 - 【請求項６】請求項第３において、 フィン先端と直交する線で等分割する複数のフィン面の
それぞれの上流側の対称位置に設けた切り起こし部分
と、該切り起こし部分の下流の該等分割線付近に、下流
ほど幅が短い、もしくは表面を折り曲げた気流に迎え角
度を持たない複数の切り起こし部分で構成したルーバ群
を配置した伝熱フィン。 - 【請求項７】薄い平板状のフィンを平行に複数並べ積層
したフィン間に流れる空気を冷却または加熱する伝熱フ
ィンにおいて、 フィン先端と直交する線で等分割する複数のフィン面の
それぞれの上流側の対称位置に、フィン面からの背の高
さが分割線付近に比べ、離れるほど背が高くなる複数の
形状からなる気流に迎え角度を持つ切り起こし部分を、
かつ下流ほど幅が短い、もしくは表面を折り曲げた気流
に迎え角度を持たない切り起こし部分を下流側の該等分
割線付近のフィン面に設けことを特徴とする伝熱フィ
ン。 - 【請求項８】請求項第４において、 フィン先端と平行に隣合う伝熱管の間隔を等分割する線
で分けた複数のフィン面のそれぞれの上流側の対称位置
に、フィン面からの背の高さを隣合う伝熱管の中央に比
べ、伝熱管に近いほど背が高い形状に切り起こした気流
に迎え角度を持つ切り起こし部分を配置した伝熱フィ
ン。 - 【請求項９】請求項第４において、 フィン先端と平行に隣合う伝熱管の間隔を等分割する線
で分けた複数のフィン面のそれぞれの上流側の対称位置
に設けた切り起こし部分と、該切り起こし部分の下流の
該等分割線付近に、下流ほど幅が短い、もしくは長手方
向の一部をを折り曲げた気流に迎え角度を持たない複数
の切り起こし部分で構成したルーバ群を配置した伝熱フ
ィン。 - 【請求項１０】伝熱管の挿入口を設けた薄い平板状のフ
ィンを平行に複数並べ積層したフィン間に流れる空気を
冷却または加熱する伝熱フィンにおいて、 フィン先端と平行に隣合う伝熱管の挿入口を等分割する
複数のフィン面のそれぞれの上流側の位置にフィン面か
らの背の高さを隣合う伝熱管の中央に比べ伝熱管に近い
ほど背を高くした気流に迎え角度を持つ対称形状の切り
起こし部分を、かつ下流ほど幅が短い、もしくは長手方
向の一部を折り曲げた気流に迎え角度を持たない切り起
こし部分を下流側の該等分割線付近のフィン面に配置し
たことを特徴とする伝熱フィン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31389695A JP3264156B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 伝熱フィン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31389695A JP3264156B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 伝熱フィン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09152288A true JPH09152288A (ja) | 1997-06-10 |
| JP3264156B2 JP3264156B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=18046824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31389695A Expired - Fee Related JP3264156B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 伝熱フィン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3264156B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7337831B2 (en) * | 2001-08-10 | 2008-03-04 | Yokohama Tlo Company Ltd. | Heat transfer device |
| US7578339B2 (en) * | 2003-05-23 | 2009-08-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heat exchanger of plate fin and tube type |
| EP2141434A1 (en) * | 2007-03-19 | 2010-01-06 | Daikin Industries, Ltd. | Fin for heat exchanger, guide, and method of using the guide |
| JP2010230290A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Panasonic Corp | フィン付き熱交換器 |
| EP2754988A3 (en) * | 2013-01-10 | 2014-12-10 | Noritz Corporation | Heat exchanger and water heater |
| CN107407534A (zh) * | 2015-03-30 | 2017-11-28 | 三菱电机株式会社 | 热交换器及空气调节机 |
| JP2019158333A (ja) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | リーム マニュファクチァリング カンパニー | 熱交換器フィン |
| CN110455102A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-11-15 | 四川禧上热能科技有限公司 | 一种空冷器套片式板束装置及空冷器 |
-
1995
- 1995-12-01 JP JP31389695A patent/JP3264156B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7337831B2 (en) * | 2001-08-10 | 2008-03-04 | Yokohama Tlo Company Ltd. | Heat transfer device |
| US7578339B2 (en) * | 2003-05-23 | 2009-08-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heat exchanger of plate fin and tube type |
| US8162041B2 (en) | 2003-05-23 | 2012-04-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heat exchanger of plate fin and tube type |
| EP2141434A1 (en) * | 2007-03-19 | 2010-01-06 | Daikin Industries, Ltd. | Fin for heat exchanger, guide, and method of using the guide |
| EP2141434A4 (en) * | 2007-03-19 | 2014-06-11 | Daikin Ind Ltd | RUBBER FOR HEAT EXCHANGER, GUIDANCE AND METHOD FOR USE OF THE GUIDE |
| JP2010230290A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Panasonic Corp | フィン付き熱交換器 |
| EP2754988A3 (en) * | 2013-01-10 | 2014-12-10 | Noritz Corporation | Heat exchanger and water heater |
| US9829257B2 (en) | 2013-01-10 | 2017-11-28 | Noritz Corporation | Heat exchanger and water heater |
| CN107407534A (zh) * | 2015-03-30 | 2017-11-28 | 三菱电机株式会社 | 热交换器及空气调节机 |
| US20180100659A1 (en) * | 2015-03-30 | 2018-04-12 | Mitsubishi Electric Corporation | Heat exchanger and air-conditioning apparatus |
| JP2019158333A (ja) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | リーム マニュファクチァリング カンパニー | 熱交換器フィン |
| CN110274504A (zh) * | 2018-03-14 | 2019-09-24 | 瑞美制造公司 | 换热器翅片 |
| CN110274504B (zh) * | 2018-03-14 | 2022-09-02 | 瑞美制造公司 | 换热器翅片 |
| US11512909B2 (en) | 2018-03-14 | 2022-11-29 | Rheem Manufacturing Company | Heat exchanger fin |
| CN110455102A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-11-15 | 四川禧上热能科技有限公司 | 一种空冷器套片式板束装置及空冷器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3264156B2 (ja) | 2002-03-11 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |