JPS59134490A - チユ−ブおよびプレ−トフイン熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は熱交換器に関し、更に詳細には平らなチューブ
とフィンを有するチューブおよびプレートフィン熱交換
器に関する。

（ロ）従来技術 高密度の熱負荷を処理するために、熱交換器は通常増加
された空気側表面積に対して熱交換コアにおけるフィン
の数を増加することによって改良されて来たが、これは
コアを通る空気流に高い圧力降下を生じることになる。

更に、境界層は空気速度および温度が変化する熱交換器
フィンの表面に形成される。空気が熱交換器に入るフィ
ンの先端縁において、境界層は薄くかつ熱交換効率は大
ぎいが、フィンの終りにおいては境界層は厚くなりフィ
ンから空気への熱伝達効率は減少する。

この問題を克服するための一つの方法はフィンの上部の
境界層をより有効に利用するためフィンの表面上に多数
の起立し／ｊルーバを等間隔で配置するＣとである。ル
ーバにより境界層は平らな妨害されないフィンはどには
増加されずかつルーバ付きフィンの前方区域を通る流れ
はルーバ付きフィンの後方区域を通る流れはルーバ付き
フィンの後方区域を通る流れにほとんど影ν２しない。

その結果ルーバ付ぎフィンを使用している熱交換器は高
い流入損失および速度こう配又は速度のずれによって生
起される高い空気圧１０失を右づるという欠点がある。

境界層の問題を解く試みの他の方法は、波付きフィンを
使用することである。熱交換器内の波（ｑさフィンは曲
り部分にお（〕る分離と同様の境界層の成長を有してい
て、このようにしてフィンＪ５よびチューブコアを通る
ジグザグの空気流によ・）で生起される曲り損失および
分離１０失の両方を与える。

最近、米国特許第３，９１６，８９８＠に示されるよう
に熱交換器の性能を改良するために片寄りスリットフィ
ンの概念が応用された。この特許は、複数の円形の熱伝
導性デユープといくつかの長方形のスリブｌ−が設けら
れたＦＵ数のフィンとを有し、そのスリブＩ〜がフィン
を通しかつチューブを回って流れる空気の流れにほぼ直
角に配置された密閉フィン−チューブ型熱交換器を示し
ている。スリットは幅広い範囲にわたって存在づる空気
流をさえきる。ようにかつ境界層の形成を阻止するよう
にルーバを与えるフィンの起′立部分が形成されている
。

スリブ１〜はデユープの間で列に配列されてもよく或は
各デユープから半径方向に伸びてもかつ各チューブの回
りに配置されてもよい。しかしながらこの熱交換器では
フィンを通る熱の流れが崩壊するのを阻止できない。熱
の流れの崩壊は熱交換器の効率を低下させる原因になる
。

本発明においてはコンパクトな熱交換器用のチューブお
よびフィンコア内での熱伝達を増加づるために改良され
たスリット付きフィンの形状が与えられる。

（ハ）発明の目的 本発明の目的は通常の空気流にある角度で或は平行に配
置された一列又は複数列の平らなチューブとスリット付
きフィンとを有し、隣接するチューブの間のフィンの平
らな部分が裂かれかつ片寄っていて規則的に隔てられた
間隔で配置された複数の長方形セグメントをつくってい
る新規な熱交換器を提供づることである３、独創的な平
らなフィンはこのようにして交互にスリン１−のないお
よび片寄ったスリットのある一連のヒゲメン１〜が設け
られ、その結果空気流はスリン［〜付きヒゲメン１〜お
よびスリットなしセグメントの両者によって繰返しさえ
ぎられる。この流れのさえ込゛りはデユープ側流体とフ
ィン側流体（空気）との間の熱抵抗を減少し、高い熱伝
達をつくり出す。

本発明の他の目的は、スリット付きフィンかスリットを
横切る熱流路に不統一を発生するのでスリットが熱流路
と並んでいるようなスリン１〜付きフィンを右する新規
な熱交換器を提供づることである。

本発明の更しこ別の目的は、フィンの表面から片寄って
いるスリン１へにより形成されかつデユープを囲んでい
るフィンカラーの強さを弱くすることのない範囲内で最
大の長さに寸法が決められたセグメントを有するスリッ
ト付きフィンを使用している新規な熱交換器を提供する
ことにある。デユープの端部を越えた各フィンの先端縁
および後端縁は成形された一つのヒゲメンｉ〜の幅とほ
ぼ同じ幅に寸法が決められている。

本発明の更に別の目的は、構造が最も簡単で効率がよく
、経済的でかつ組立が容易な熱交換器を得ることにある
。

（ニ）発明の構成 本発明ににるデユープおＪ、びプレートフィン熱交換器
は、少なくとも一つの横方向に伸びる列の複数の平らに
されたデユープと、前記チューブを密封的に受けている
開口を有する複数の密に隔てられた平行なプレー１−フ
ィンとを備え、平らにされたデユープの横軸線はフィン
を通した空気流が平らにされたデユープの長さ方向にほ
ぼ平行になるようにほぼ平行であり、各フィンがチュー
ブの横軸線に垂直な複数のほぼ平行なスリットを有しか
つ隣接するチューブの間に置かれたフィンの表面から片
寄った複数のヒゲメンｉ−を限定し、セグメントの幅が
前記片寄ったセグメント間の交互のフィン部分の幅に等
しく構成されている。

（ホ）実施例 以下図面を参照しＣ本発明の実施例について説明づる。

第１図から第４図は小（す１のタグクンフロー熱交換器
用のデユープおよびフィンコア１０を示し、そこにａ３
いて、Ｊ二によび下タンクｄ３よひデユープシート（図
示せず）はそこを連体の流れを与えるようにニ］アの端
部に固定されている。］アは第２図に示されるように列
を成しで配置された複数の平らにされたデユープ１１と
、銅、鋼又はアルミニラｌ＼のにうな祠わ１から成形さ
れた複数の平らな金属フィン１２どからなっ−Ｃいる。

各１、フィンはチューブ１１を受けかつそれと密に接触
しているスェージて曲げられたカラー１４を有する長い
開口が設（プられ、そのカラーはチューブからフィンへ
の熱伝達の抵抗を小ざくするためにチューブにハンダ付
けされている。

各フィンは、端部においてブリッジ部分１７にＪ、って
フィンの表面から片寄っている長方形のセグメント１６
が対の平行なスリットの間に形成された複数のスリット
１５を有している。各ヒゲメン１〜１６の幅りは隣接す
るチューブの間の一列の片寄ったセグメント１６の間の
距離１−に等しい。平らなフィンは交互にスリットなし
および片寄ったスリット付にされて、隣接するチューブ
の間に伸びる一連のセグメント１６が設けられ−Ｃいる
。それ故に、第４図に示されるように、コア１０を通る
空気流は片寄ったセグメント１６とスリットなしのセグ
メント１８とによって繰返しさえぎられる。この繰返し
の流れの阻止がチューブ側液体流れとフィン側流体′？
ｌなわち空気との間の熱抵抗を減少し、このようにして
高い熱伝達を生起づる。

フィン１２のスリン１〜１５はデユープ１１の間でその
最大長さまで伸ばされ、スリットがフィンカラー１４の
強さを弱くしないという理由でのみ制限されるたけてあ
り、その結果空気流は全スリン１−を横切ってかつ隣接
するチューブの間の全長をほぼ横切って流れる。また平
らにされたチューブの端部２２を起えたフィンの先端縁
１９および後端縁２１は、それぞれセグメントの幅りに
等しい幅Ｍ　ｔ’ある。

また不動作フィン材料の区域においてチューブの縁２２
を起えたフィンにはスリット１５が形成されていないが
、先方のスリットと後方のスリンｌ−とはデユープの端
部２２とほぼ平らにされている。もしフィンの先端縁お
よび後端縁が深いと、かつ一つより多いスリットがチュ
ーブの縁の前後を越えてつくられると、空気流がスリン
１〜部分をう回しようとしかつ最も小さな流れ抵抗の通
路を流れ、これによりスリット付きフィンの利点を利用
しないので、この制限は重要である。更に、熱の流れは
先端縁ｄ３よび後端縁の不動作フィン区域に、１３ける
あらゆるスリン１へにより大ぎく防げられる。

スリット付きフィンの製造にはスリン（への打出しおよ
び片寄りセグメントの成形に対するフィンのあり得る固
着傾向（ｓｔｉｃｈｉｎａ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ　）によ
る問題がある。この問題に対する救済手段は次のステッ
プでスリン１〜を制造づることにある。

１）　フィンの平らな部分を保持すること。

２）　切断ダイおよびオフセットダイでスリン］〜を形
成しセグメｌ：／トをオフセット成形づること。

３）　フィンの平らな部分は圧力を加えている間にスリ
ン］−から切断ダイを解放すること。

チューブとフィンが組み立てられたときチューブはカラ
ー１４により限定されたフィンの整合された開口１３内
に挿入されかつ適当にハンダ付けされる。

第５図はスリット付きフィンの概念が適用されたモジュ
ール式熱交換器２５が示されている。スリン１〜付きフ
ィンの長所を担保するために試験は１５°傾斜されたチ
ューブを有する三つのセグメントのスリット付きフィン
について行なわれた。これらの試験の結果は、スリン１
〜付きフィンは毎分ｍ　（５２８フイ一ト／分）の通常
の表面速度において平らなフィンよりも熱伝達率が４０
％改良されたことを示している。スリット付きフィンの
能力は基本的にフィンのスリットの数が増加すれば更に
増大する。

第６図および第７図は単一のチュ一ブの列および多数の
スリット３２および傾斜された平らなチューブ２８を有
するスリット付きフィンを有（る熱交換器２７に関する
。スリット３２は各フィン２９の先端縁３１と平行であ
りかつ片寄ったヒゲメン１−３３は傾斜されたチューブ
と同じ角度で全体的に方向付【）されている。前述の実
施例のようにフィン２９内の熱の流れ通路はスリットに
より乱されない、ｔノれども空気流は熱交換器内のどこ
でもスリットを９０°で横切り、このようにしてスリッ
ト付きフィンの利点をより有効に利用づる。

第８図および第９図は、−っの１列のチ５−ブ３６が第
８図に示されるように他の列のデユープ３７がら片寄っ
ている二列のチューブ３６おＪｚび３７を有づる熱交換
器の他の実施例が示されている。−多６りのツイン３８
はデユープを受１プＣいる開口おＪ：ひ各列の隣接りる
チューブの間のスリン１〜３９および“４１の列を有し
でいる。スリットはフィンの表面４４がら片舟っている
セグメント４２および４３を形成し、デユープ３６の間
のセグメント４２はチューブ３７の間のセグメント４３
がら片寄っている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を１施している熱交換器のフィンおよび
チューブコアの立面図、第２図はスリット付きフィンの
片寄りセグメントを示しているフィンｄ３よびスリット
フィンの上平面図、第３図は片寄ったセグメントを示し
ているスリット付きフィンおよびチューブの部分斜視図
、ｍ４図は第２図の線４−４に沿って切断した部分断面
図、第５図はスリット付きフィンを有づるモジュール熱
交換器の慨路上平面図、第６図は傾斜されたフィンを有
づるフィンおよびデユープコアの部分上平面図、ｍ７図
は第６図の線７−７に沿って切断した断面図、第８図は
二列の片寄りデユープを有づるデユープｉＢよびフィン
熱交換器コアの部分上平面図、第９図は第８図の線９−
９に沿って切断した部分断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　少なくとも一つの横方向に伸ひる列の複数の平ら
   にされたデユープ（１１）と、１ｉＦｊ記デユープを密
   封的に受けている間口（１３）を右づる複数の密に隔て
   られた平行なプレーミルフィン（１２）とを（紬え、平
   ら【こされＩこチューブの４黄中１１線はフィンを通し
   た空気流か平らにされたチューブの長さ方向にほぼ平行
   になるようにほぼ平行であり、各フィンがデユープの横
   軸線に垂直な複数の（Ｊぼ平行なスリットを有しかつ隣
   接づるデユープの間に置かれたフィンの表面（１８）か
   ら片６った複数の廿クメンｉ　（１Ｇ）を限定し、レグ
   メン１〜の幅か前記片酉ったレグメン１への間の交Ｈの
   フィン部分の幅（’Ｔ’　）に等しいチューブおよびプ
   レートフィン熱交換器。 ２、　前記チューブ（１１）がフィン（１２）の間口（
   １３）にハンダイ」けされていてそ、れらの間の熱伝達
   の抵抗を低くしている特許請求の範囲第１項に記載のチ
   ューブｄ３よびプレートフィン熱交換器。 ３、　前記スリット（１５）が前記チューブ（１１）に
   密に接して終りかつ列をなしたチューブの端部を越えて
   配置されていない特許請求の範囲第１項に記載のチュー
   ブｄ３よびプレートフィン熱交換器。 フィン部分く１６）よりも大きくない距１ｉｆｔ（Ｔ）
   越えて伸びている特許請求の範囲第７項に記載のチュー
   ブおにびプレー１〜フイン熱交換器。 ５、　前記スリン１〜（１５）Ｊ３Ｊ：び片寄ったフィ
   ンレグメン１〜（１６）がそこを横切る空気流に対して
   比較的低い圧ノ〕降下を与える特ｉｉ！ｒ請求の範囲第
   １項に記載のデユープｄ３よぴプレートフィン熱交換器
   。 ６、　前記平らにされたデユープ（２８）の列が前記フ
   ィン（２９）の長手方向軸線に関して傾けられている特
   許請求の範囲第１項に記載のチューブおよびプレートフ
   ィン熱交換器。 ７、　各々が平らにされたチューブの列および複数のフ
   ィンを有づるいくつかの熱交換部分はモジュール（２５
   ）を形成するように互いに角度をＵけて配列されている
   特許請求の範囲第１項に記載のチューブおよびプレート
   フィン熱交換器。 ８、　二つの列の平らにされたチューブ（３６゜３７）
   が前記複数のフィン（３８）の相補の開口内（ご受（〕
   られ、かつ、片寄ったフィン部分（４２，−，４３）を
   限定している複数のスリブｌ−＜３９．４１）が各列を
   なしている隣接°りるチ」−ブの間に置かれている特許
   請求の範囲第１項に記載のチューブおにひ一プレー１−
   フィン熱交換器。 ９、　二つの列におけるチューブ（３Ｇ、　３７＞が互
   いに横方向に片寄り、かつ各チューブの列における片寄
   ったピグメンｌ−＜４２．４３）が互いに片寄っている
   特許請求の範囲第８項に記載のヂュ〜ブおよびプレー１
   〜フイン熱交換器。