JPH09189492A

JPH09189492A - 伝熱フィン

Info

Publication number: JPH09189492A
Application number: JP203396A
Authority: JP
Inventors: Takeo Tanaka; 武雄田中; Kenji Yaegashi; 賢司八重樫; Tomihisa Ouchi; 富久大内; Yasushi Senba; 保志船場
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-01-10
Filing date: 1996-01-10
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の伝熱促進方法は、密に配置したルーバ隙
間にごみが目詰まりして性能が急速に低下し易い。定期
的に運転を止め清掃が行われるが、多数のルーバを有す
る高性能フィンほど清掃が困難で、多額の清掃費用がか
かる。すなわちごみによつて伝熱性能が低下する割合が
少なく、清掃が容易で保守性の優れたフィン形状を見出
すことが課題である。【解決手段】伝熱促進機構を従来の前縁効果に代え縦渦
を利用することで、フィン４間に密に配置していたルー
バを無くして、要所要所のみにウイングレット３を配置
する、折り曲げたフィンの谷部にごみを付着させ、ルー
バ隙間などフィン４間に著しく狭い通風路が生じないよ
うにし、フィン４間に熱交換器５を真すぐに貫通する通
路を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層型熱交換器に
用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熱交換器、およ
び短冊状のフィン，扁平管を交互に重ねた積層形熱交換
器がある。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たウイングレットを用いるなどで発
生させた縦渦（フィン面に垂直方向の渦）を利用するも
のが公表されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術は、高
性能化して熱交換器を小型にするなどに力点が置かれ、
ごみの清掃など保守性に対する考慮が必ずしも充分では
無かった。比較的汚れた空気を扱うボイラ，産業用空気
冷却器などで、フィン表面に付着するごみにより通風が
妨げられ性能が低下する問題が生じ易い。特にフィン間
に多数の微細なルーバが置れた高性能な伝熱フィンほど
ごみの目詰まりで性能が急速に低下する。すなわち複数
のルーバがごみの目詰まりで連なり、あたかも単一の長
いルーバが形成され、前縁効果が失われ性能が低下する
欠点があった。定期的に運転を止め清掃が行われるが、
多数のルーバを有する高性能フィンほど清掃が困難で、
多額の清掃費用がかかる。すなわち、大気中に浮遊する
カーボン，タールなどが狭いルーバ隙間を埋め目詰まり
すると、強固なごみとして除去作業が大変になる。用途
により差はあるがごみがフィン表面に付着するのは避け
られない。したがってごみによつて伝熱性能が低下する
割合が少なく、清掃が容易で保守性の優れたフィン形状
を見出すことが課題である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】ごみによる伝熱性能の低
下が少ない、つまりフィン面にごみが堆積し流れが閉塞
しないようにすること、および清掃を容易にすることの
二つの手段を用いる。まずごみにより流れが閉塞しない
手段として、多数のルーバをフィン面に設ける従来の伝
熱の促進方法に代えて、少数のウイングレットをフィン
面に配置する方法を用い、ルーバの目詰まりを無くする
と共にごみが堆積し易い部分の通風面積を確保する。清
掃を容易にする手段として、フィン間に挿入する清掃ワ
イヤの通りを良くすること、またタールなど落ちにくい
成分の除去を目的に行うスチーム洗浄時の蒸気を通り易
くするためフィン間を真すぐに貫通する通風路を設け
る。

【０００５】

【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４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５のように複数の伝熱管２の間に平行に並べ
た多数のフィンを挿入した積層形熱交換器の伝熱フィン
１に係る。ここで積層形熱交換器５は、入り口ノズル６
ａから供給された媒体液が、ヘッダ７ａで分岐して各伝
熱管２内を流れ、再びヘッダ７ｂに集合して出口ノズル
６ｂから外部に放出する間に、伝熱管と交差して流れる
空気を冷却又は加熱する構造になっている。なお図１
は、フィンの形状を説明し易くするため、図５の伝熱管
の間に挿入され隣接したフィン１の３枚のみを便宜的に
取り出して表示した斜視図である。また図２は、折り曲
げたフィン母材４の形状を示す図１のＡ矢方向から見た
側面図である。また図３は、図１のＢ矢方向から見た矢
視図である。さらに図４は、図５の積層形熱交換器の前
面から見た、本発明フィンの組み込み後の状態を示す平
面図である。図１においてフィン母材４を台形状に交互
に複数折り曲げている。図２において、隣合う相手側の
フィンの折り曲げ面４ａを接線方向に延長した線（一点
鎖線で示す方向）と交わる付近のフィン面に、フィンの
一部を切り起こしたウイングレット３を設けている。す
なわち折り曲げたフィン母材の谷の面からほぼ直角方向
にウイングレットを立ちあげている。ウイングレットの
フィン母材谷底面４ｂからの背の高さは、上流側先端か
ら後端になるほど徐々に高くしている。しかし、ウイン
グレットの頂点３ａは、フィン母材の山頂点とほぼ同じ
高さにしている。ウイングレットの取り付け形状は、図
３に示すように、三角形の２片に相当する部分のフィン
母材を切断し、他の１片に相当する面を支点に折り曲げ
る方法で、対称の一対の形状で切り起こしている。また
ウイングレットの姿勢は、フィンの長手方向端面に傾斜
する方向に立ちあげることで流れに迎え角度を持たせて
いる。可視実験に依れば、迎え角度が５度ないし２５度
が安定した縦渦を生成でき望ましい。以上の形状は、ご
みが堆積しにくい流れをフィン間に形成するための施策
である。以下、清掃を容易にするための施策を述べる。
ここで清掃作業は、フィン間にワイヤを挿入しブラッシ
ングすることで大量のごみを除去した後にスチーム洗浄
するのが短時間で効率的である。そこで本発明の伝熱フ
ィンは、図４で積層形熱交換器に組み込む際、複数の台
形に折り曲げた一つのフィン母材の山の頂点を連ねる線
４ｃと向き合うフィンの谷の低点を連ねる線４ｂで囲ま
れる空間に、フィン材が含まれないようにフィン間を真
すぐに貫通する通風路をフィン間を形成する。具体的に
は、ウイングレットの立ちあげ高さを折り曲げたフィン
母材の山の面とほぼ同じにして、隣合うフィン間隔を、
折り曲げたフィン母材の谷の面からの山の高さより大き
くして、フィン間を貫通する障害物が無い通風部を形成
している。すなわちフィン間にワイヤおよびスチーム洗
浄の蒸気が通り易くなるように考慮している。他の一実
施例を、図６ないし図７を用いて説明する。図６は、図
２と同様の伝熱フィンの側面図である。また図７は、図
６のＡ矢方向から見た平面図である。前述の実施例と異
なるのは、フィン４を波形に曲げていること、フィン４
から切り起こしたウイングレット３の形状を矩形にした
ことである。交互に波形に複数折り曲げた折り曲げ面４
ａを接線方向に延長（一点鎖線で示す方向）した向い合
う相手側のフィン面にウイングレット３を配置してい
る。気流に対する迎え角度などの主要寸法諸元は前実施
例と同じである。この実施例は、フィン間にワイヤの挿
入などごみ清掃の通路が確保され、フィンにより主流が
曲がって流れた向い合う相手側のフィン面に達した付近
にウイングレットが有り、フィン間の流れに縦渦を生じ
る伝熱フィンの構成であれば、フィンおよびウイングレ
ットの個別の形状は自由であることを示す。したがって
ウイングレットは、図７のようにフィンの一部を切り起
こすのみならず、あらかじめ製作したものをフィン面に
後に固定しても良い。他の一実施例を、図８ないし図９
を用いて説明する。図８は、図２と同様の伝熱フィンの
Ａ矢方向から見た側面図である。また図９は、図８のＡ
矢方向から見た平面図である。これまでに述べた実施例
と異なるのは、図８に示すように下流側ほどフィン母材
４を台形又は波形に交互に折り曲げる箇所が多く、した
がってウイングレット３を下流側フィン面ほど密に取り
付けていることである。

【０００６】次に産業用空気冷却器に本発明を適用した
場合の作用を述べる。既に積層形熱交換器の構成を述べ
ているので、主として図１ないし図４を用いフィン面に
付着するごみと伝熱性能の関係を示す。図１の左端から
フィン間に入った空気は、折り曲げられたフィン母材４
ａによって向きを一点鎖線方向に曲げられ、向い合う相
手側のフィン面に到達する。ここで、気流に迎え角度を
持つ三角形，矩形などのウイングレット３により縦渦が
形成される。縦渦を含む流れは、下流の折り曲げられた
フィン母材４ｄによって再び向きを代え元のフィン面に
沿って流れ、次のウイングレットヘ到達する。縦渦は気
流を乱し伝熱性能を高くする効果が有るが、下流になる
ほど効果が減少するため、適度な間隔でウイングレット
を設け、伝熱性能を維持している。このように本発明で
は、伝熱促進機構を従来の前縁効果に代え縦渦を利用す
ることで、フィン間に密に配置していたルーバを無くし
て、要所要所にウイングレットを配置するのみで、ルー
バ隙間などフィン間に著しく狭い通風路が生じないよう
に考慮している。流れに浮遊したごみがフィン面に付着
する形態は、ごみの大きさ，分子間引力により異なる。
リンターの総称で呼ばれる比較的軽くて長い繊維質物
は、フィン先端など上流側の端面に付着し易いが、外部
から除去し易いので大きな問題にはならない。これに対
して、カーボン，土砂粉およびタールなどの比較的大き
い粒径で分子間引力が大きい微粒子は、フィン先端など
気流がぶつかり易い部分に付着する。また比較的小さい
微粒子は、下流のフィン表面など境界層内で流れが澱む
平坦部分に付着する。これよりごみの付着量は、フィン
の突起部分，フィンの折り曲げ部分など気流がぶつかり
易い部分に多く付着して、徐々にフィン全体に付着して
いく。したがって図２の場合、フィン先端４ｃ，ウイン
グレット３表面およびフィンの折り曲げ面４ｄに多くの
ごみが付着して、上流側から徐々に下流側に付着が進行
して、最後にはフィン全体が付着したごみで覆われる。
図２で明らかなように本発明では、付着量が多いウイン
グレット３表面およびフィンの折り曲げ面４ｄを、折り
曲げたフィン母材４の谷部分に配置して隣合うフィン間
隔を十分に取ることで、ごみが局部的に閉塞しにくくし
ている。ごみが付着すると細かい空気層からなる断熱材
でフィン表面を覆うのと同じ作用で伝熱性能が次第に低
下する。さらに付着量が増し通風路が閉塞して風量が低
下すると伝熱性能が大幅低下するので、装置の運転を止
めごみの清掃を行うことになる。ごみの清掃に関する施
策は前述したので省略する。上記のようにごみの付着は
伝熱に対して不利に働く。ごみの付着で低下する伝熱性
能を補う施策が、図８ないし図９の実施例である。ごみ
の付着が進行しにくい下流側のフィン面ほど、母材４を
台形又は波形に交互に折り曲げる箇所が多く、したがっ
てウイングレット３を下流側フィン面ほど密に取り付け
ている。すなわちごみの影響が少ない下流側のフィンほ
ど縦渦で気流を乱し伝熱性能を促進させ、上流側のごみ
による伝熱性能の低下を補っている。

【０００７】

【発明の効果】本発明では、伝熱促進機構を従来の前縁
効果に代え縦渦を利用することで、フィン間に密に配置
していたルーバを無くして、要所要所にウイングレット
を配置するのみで、ルーバ隙間などフィン間に著しく狭
い通風路が生じないようにしたので、ルーバがごみで目
詰まりして伝熱性能が低下する問題を解決できる。また
フィン母材を折り曲げて山部，谷部を形成して、ごみの
付着量が多いウイングレット３の表面およびフィンの折
り曲げ面４ｄは、折り曲げたフィン母材４の谷部に配置
することで、隣合うフィン間隔がごみにより局部的に閉
塞しにくくした（図１）。これよりフィン間の通風路が
閉塞して通風量が大幅に低下する問題は生じない。また
熱交換器に組み込む際、隣合うフィンの間隔を調節して
積層して、フィン間を真すぐに貫通する通風路を確保し
ている。すなわちフィン間にワイヤおよびスチーム洗浄
の蒸気が通り易くなる従来フィンに無い考慮を行ってい
る。これより本発明の伝熱フィンは、ごみによつて伝熱
性能が低下する割合が少なく、清掃が容易で保守性に優
れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の伝熱フィンの斜視図。

【図２】本発明の１実施例の伝熱フィンの図１のＡ矢視
図。

【図３】本発明の１実施例の伝熱フィンの図１のＢ矢視
図。

【図４】本発明の１実施例の伝熱フィンに組み込んだ積
層型熱交換器の一部を取り出した平面図。

【図５】積層型熱交換器の構成と空気の流れ方向を示す
斜視図。

【図６】本発明の第二の実施例の伝熱フィンの側面図。

【図７】本発明の第二の実施例の伝熱フィンの平面図。

【図８】本発明の第三の実施例の伝熱フィンの側面図。

【図９】本発明の第三の実施例の伝熱フィンの平面図。

【符号の説明】

１…伝熱フィン、２…伝熱管，扁平管、３…ウイングレ
ット、４…フィン母材、５…熱交換器、６ａ，６ｂ…入
口ノズル，出口ノズル、７…ヘッダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者船場保志茨城県土浦市神立町603番地株式会社日立製作所土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【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、交互に台形又は波形に複数折り曲げたフィン母材面の複
数の箇所に三角形，矩形などのウイングレットを折り曲
げたフィン母材の谷の面からほぼ直角方向に立ちあげて
おり、前記ウイングレットの取付け位置は、隣合う相手
側のフィンの折り曲げ面を接線方向に延長した線と交わ
る付近のフィン面としており、前記ウイングレットの流
れに対する向きは、フィンの長手方向に傾斜する姿勢で
取り付けることで流れに迎え角度を持たせたことを特徴
とする伝熱フィン。
【請求項２】請求項１において、前記フィン母材の台形
又は波形に交互に折り曲げる箇所を下流側ほど多くし
て、前記ウイングレットを下流側フィン面ほど密に取り
付けている伝熱フィン。
【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、交互に台形又は波形に複数折り曲げたフィン母材面の複
数の箇所に三角形，矩形などのウイングレットを折り曲
げたフィン母材の谷の面からほぼ直角方向に立ちあげて
おり、前記ウイングレットの取り付け位置は、隣合う相
手側のフィンの折り曲げ面を接線方向に延長した線と交
わる付近のフィン面としており、前記ウイングレットの
流れに対する向きは、フィンの長手方向に傾斜する姿勢
で取り付けることで流れに迎え角度を持たせており、前
記ウイングレットの立ちあげ高さは、折り曲げたフィン
母材の山の面とほぼ同じ高さにしており、また隣合うフ
ィン間隔を、折り曲げたフィン母材の谷の面からの山の
高さより大きくして、フィン間を貫通する障害物が無い
通風部を形成したことを特徴とする伝熱フィン。
【請求項４】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、交互に台形又は波形に複数折り曲げたフィン母材面の複
数の箇所に三角形，矩形などのウイングレットを折り曲
げたフィン母材の谷の面からほぼ直角方向にフィンの一
部を切り起こして成形しており、前記ウイングレットの
取り付け位置は、隣合う相手側のフィンの折り曲げ面を
接線方向に延長した線と交わる付近のフィン面としてお
り、前記ウイングレットの流れに対する向きは、フィン
の長手方向に傾斜する姿勢で取り付けることで流れに迎
え角度を持たせており、前記ウイングレットの立ちあげ
高さは、折り曲げたフィン母材の山の面とほぼ同じ高さ
にしており、また隣合うフィン間隔を、折り曲げたフィ
ン母材の谷の面からの山の高さより大きくして、フィン
間を貫通する障害物が無い通風部を形成したことを特徴
とする伝熱フィン。
【請求項５】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、交互に台形又は波形に複数折り曲げたフィン母材面の複
数の箇所に三角形，矩形などのウイングレットを折り曲
げたフィン母材の谷の面からほぼ直角方向にフィンの一
部を切り起こして成形しており、前記ウイングレットの
取り付け位置は、隣合う相手側のフィンの折り曲げ面を
接線方向に延長した線と交わる付近のフィン面としてお
り、前記ウイングレットの流れに対する向きは、フィン
の長手方向に傾斜する姿勢で取り付けることで流れに５
度ないし２５度の迎え角度を持たせたことを特徴とする
伝熱フィン。
【請求項６】請求項５において、前記フィン母材の台形
又は波形に交互に折り曲げる箇所を下流側ほど多くし
て、前記ウイングレットを下流側フィン面ほど密に取り
付けている伝熱フィン。