JPS59189293A - プレ−トフインチユ−ブ熱交換器 - 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】 この発明は、空調、冷凍機器などに用いられるプレート
フィンチューブ熱交換器に関する。

この種の熱交換器は複数枚の並設されたフィンに直角に
複数本の伝熱管を貫通し、拡管などの手段によってフィ
ンと密着させている。

上記伝熱管内には冷温水、冷媒などの１冷涼体を流通さ
せ、フィン間には空気などの２次流体を流通させ、両流
体間で熱交換を行なわせる。

このとき、フィン間を流れる空気流には、フィンに沿っ
て、流れの境界層が生じ、境界層内の温度勾配は、きわ
めて大きい状態、換言すれば、境界層部分が大きな熱抵
抗となってくる。

この境界層は２次流体の流れ方向にしたがって厚く発達
し、そのためフィンの下流部分では著しく熱伝達が低下
する。

このように、プレートフィンチューブ熱交換器では、２
次流体側（フィン側）の熱伝達率が低いことが最も大き
な問題である。

このフィン側熱伝達率を向上させるためには、上述の境
界層の形成、発達をさまたげることが有効であり、従来
からフィン面上の加工形状に関する種々の提案がなされ
ている。

これらの改良の方策は大きく２通りに分けられる。その
一つには、フィン面を折り曲げたり、フィン面に凸部四
部などを形成することにより、フィンを積層したときに
生ずる空気流路の拡大、縮小方向転換などによって、流
れに乱れを促進したり、境界層の形成を防げるようにす
る効果を狙ったものがある。

他の一つはフィン面を流れ方向に分断することにより、
境界層が未発達なフィン先端部の所謂前縁効果を繰り返
して、境界層を全体的にうすくおさえることによって熱
伝達の向上を計るものである。

たとえば、第１図、第２図（第１図のＡ−Ａ線の断面図
）に示す第１の従来例は、管挿入口２を有する平板状の
フィン基板１に管挿入口２の管段方向と直角に多数の切
り込みを入れ、この切り込み細片を押し上げて多数の橋
状の切り起し片（ストリップ）３を形成し、フィン基板
１を積層したときに、小さなストリップ３の群が、結果
的に錯列配置されるように構成されたものである。

このように構成された熱交換器においては、小さなスト
リップが、空気流１００の境界層を分断し、その形成、
発達を妨げるため、フィン側の熱伝達率は向上する。

ところが、この従来例ではストリップ３が流れ方向に平
行な同一平面上に多数存在し、互に近接しているために
、上流側のストリップ３によって形成された境界成層の
影響を後流側のストリップ３が受け、個々のストリップ
３の前縁効果は十分に活用されず、また小さいストリッ
プ３の集合でフィンが構成されているため、フィンの強
度上の問題が存在する。

他の例としては、第３図、第４図（第３図のＢ−Ｂ線の
断面図）に示す、実開昭５６−５８１８４号公報によっ
て開示されたものがある。この第３図、第４図に示す第
２の従来例は、ストリップ５をフィン基板面４を軸とし
て傾斜させたものである。

この従来例はフィン１枚で考えれば、上記従来例のよう
な問題は生じないが、実際に熱交換器として用いるとき
のように、フィンが数ミリ間隔で積層された場合、熱交
換器に流入する空気の主流方向は各ストリップ５の傾斜
に沿って流れていくため、第４図に示す、ストリップａ
とストリップｂの位置関係が、流れ方向に平行な同一平
面状に存在することになシ、第１の従来例と同じように
、ストリップ５の前縁効果は十分に活用されない。

また、この例においては、フィンの積層ピッチを小さく
すると、隣合わせたフィンのストリップ間隔がより小さ
くなり、ストリップ５の前縁効果が大部分失われてしま
うため、フィンの積層ピッチに制約があるという問題も
ある。

このような欠点を改善するために、第３の従来例として
第５図、第６図（第５図のＣ−Ｃ線の断面図）に示す、
実公昭５２−３５５７５号公報で開示されたものがある
。

この第３の従来例では、「ストリップを気流方向に対し
て傾斜させて設けることにより、境界層の発達方向とは
異なる位置にストリップ７を並ばせるとともに、気流に
乱れを生じさせて熱伝達の向上を計るようにした」もの
である。

この第３の従来例は、上記実公昭５２−３５５７５号公
報にも書かれているように、前縁効果を十分に機能させ
るために、ストリップ７をフィン基板６に対して傾斜さ
せ、境界層の発達方向に他のストリップが配置されるこ
とを無くするという考えにおいて考案されている。

しかし、この第３の従来例は、空気の主流方向に対して
乱れを生じさせたり、流れのはく離が生じたシする欠点
がある。すなわち、流れ方を模式的に示した第７図で説
明する。

この場合、空気流の主流方向が、第４図に示した第２の
従来例のように傾斜ストリップに沿って滑らかに流れな
い。この点は空気流の可視化実験によって容易に観測で
きる。

つまり第７図に示すように、平行ストリップＣと傾斜ス
トリップｄが、交互に混在しているため、整然と傾斜ス
）　ＩＪツブｄが配列された第２の従来例である第４図
のように空気流１００の主流がきれいにストリップに沿
って流れず、第７図に示すように、傾斜ス）　ＩＪツブ
ｄの後流部分に流れの剥離を生ずる。

この剥離が生ずるということは、その部分のストリップ
近傍の流速が殆どＯとなるに等しいから、その部分での
熱伝達は非常に小さくなり、逆に風圧損失が非常に増大
してしまうのである。

この第３の従来例としての上記公報にも、この点は認め
ており、前出のように「気流に乱れが生じ」としている
。

しかし、空調機などのように層流領域で使う場合は、前
圧のように乱れ（実際は剥離）が生じては実用上不都合
を生ずる。

他の従来例としては、実開昭５６−１４４９８８号公報
に開示されたものがあり、第４の従来例として第８図、
第９図（第８図のＤ−Ｄ線の断面図）に示す。同様な考
え方としては、特開昭５５−１０５１９４号公報、特開
昭５７−１３１９９５号公報などがあり、これらは大略
同一なものと考えられる。

この第４の従来例は、第３の従来例および第４の傾斜ス
トリップ５の両端を屈折させほぼ右下シの波形フィン、
台形フィンを分断したものでもあると言える。

第４の従来例の目的とするところは、前述した第２の従
来例の欠点を改良しようとするものであることは言うま
でもない。

しかしこの提案も、第９図に示すように、隣設する右下
りの階段状ストリップ９のｅ、ｆにおいて、前置ス）　
ＩＪツブｅによって形成される境界成層速度場が、スト
リップｆに影響をおよぼし後流側のストリップの前縁効
果が十分に生かされず、後述する実験によれば、熱伝達
率も、第２の従来例にくらべて逆に低く、さらには風圧
損失が増大し、送風動力の増大、騒音の増加を招来する
という欠点がある。

この発明は、以上述べてきた従来例の諸欠点を除去する
ためになされたもので、右下りの階段状のストリップと
鏡対称関係になる右上りの階段状のストリップの間に平
板ストリップを介在させることにより、熱伝達率の大な
る向上と、風圧損失の低減を達成できるプレートフィン
チューブ熱交換器を提供することを目的とする。

以下、この発明のプレートフィンチューブ熱交換器の実
施例について図面に基づき説明する。第１０図はその一
実施例におけるフィンの平面図であり、第１１図は第１
０図のＥ−Ｅ線の断面図である。

この第１０図および第１１図において、フィン基板１０
に複数の伝熱管の挿入口２を設け、この挿入口２の段方
向の間に、段方向とは直角に適宜長さの切り込みを入れ
、この切り込みを流れ方向に一つおきに断面形状が右下
シの階段状のストリップ１１と右上りの階段状のストリ
ップ１２を配置し、第１１図に示すような断面構造に形
成する・第１１図はフィン２枚が積層したときの断面図
である。前の説明で明らかのように、フィンの断面は、
フィン基板１０である平板ストリップ１３と右下りの階
段状のストリップ１１およびそれと鏡対称関係にある右
上９の階段状のストリップ１２が交互に流れ方向に配置
されている。

このように構成されたフィン１１．１２を多数枚積層し
たとき右下りの階段状のスｌ−’）ツブ１１および右上
りの階段状ストＩＪツブ１２が互いに平行に隣接する右
下りの階段状のス）　ＩＪツブ１１、右上りの階段状の
ストリップ１２で囲まれる空間で、２回折れ曲り流れ流
路ａ１と、このすぐ後方で、鏡対称関係となる２回折れ
曲り流れ流路ａ２とが組み合さった波形流れ流路を形成
する。

このような波形流路を通過する空気流ａは方向転換を右
下りの階段状のストリップ１１、右上りの階段状のスト
リップ１２の部分で２度すつくシ返して、前縁効果と合
わせて全体の境界層が薄くなり、熱伝達は向上する。

さらに、この発明の特徴である平板ストリップ１３を加
えることによって、性能を高めることができる。

第１１図に示すように１平板ストリツプｉによって形成
された境界層は右下りの階段状のストリップ１１（符号
ｇで示す方）によって主流方向が偏向されたため、次の
平板ストリップ１３（符号ｊで示す方）には影響をおよ
ぼさない。

まだ、右下Ｖの階段状ストリップ１１（符号ｇで示す方
）と右上りの階段状ス）　ＩＪツブ１２（符号りで示す
方）との間に平板ストリップ１３（符号ｊで示す方）が
存在することによって、両者の間の流れ方向の距離が長
くなる。

このため、右上りの階段状のス）　ＩＪツブ１２（符号
りで示す方）の前縁に影響を与えるその前に設けられた
右下りの階段状のストＩＪツブ１１（符号ｇで示す方）
の境界成層は第４の従来例とは異なって、殆ど消滅する
ので、後流側の右下りの階段状のストリップ１１（符号
りで示す方）の前縁効果は十分に生かされ、高熱伝達率
を得ることができる。

また、第１１図から判明するように、フィンを積層した
場合でも、隣の並設フィンのストリップとは、第２の従
来例とは異なり、互に境界層の影響を与えて前縁効果を
阻害することはない。

これも右下シの階段状のストリップ１１の中間に平板ス
トリップ１３を入れ、並設されたフィン各々の右下りの
階段状のス）　ＩＪツブ１１の位置が離れた効果である
。

さらに、第１１図の空気流を示す矢印ａｌ　、　ａ２の
ように、フィン間を空気流はゆるやかなカーブを画いて
流れることになり、流れにおける剥離や乱れを生ずるこ
とがない。

この発明の他の実施例として、前述の右上りの階段状の
ストリップの形状を曲υ部の角をなめらかにした右上り
の階段状のストリップとしても前記実施例とほぼ同様の
作用効果を奏する。

以上説明したようにこの発明のプレートフィンチューブ
熱交換器によれば、管段方向に直角に隣接伝熱管の間の
フィン部に多数の切り込みを入れ、この切り込みを流れ
方向に一つおきに断面形状が右下りの階段状のストリッ
プと右上りの階段状のストリップを配列し、フィン切り
起し部の断面構造が、平板ストリップと、右下りの階段
状のストリップが流れ方向に交互に配置されることによ
ｐ１前縁効果が十分に発揮され、右下りおよび右上りの
階段状のス）　ＩＪツブの傾斜に沿って流れを清らかに
誘導するから、剥離などの乱れが生ぜず風圧損失の小さ
い、かつ熱伝達率を非常に大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の従来例のフィン平面図、第２図は第１図
のＡ−Ａ線の断面図、第３図は第２の従来例のフィン平
面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ線の断面図、第５図は第
３の従来例のフィンの平面図、第６図は第５図のＣ−Ｃ
線の断面図、第７図は第５図のフィンの空気流相の模式
図、第８図は第４の従来例のフィン平面図、第９図は第
８図のＤ−Ｄ線の断面図、第１０図はこの発明のプレー
トフィンチューブ熱交換器の一実施例におけるフィンの
平面図、第１１図は第１０図のＥ−Ｅ線の断面図である
。 ２・・・伝熱管挿入口、１０・・・フィン基板、１１・
・・右下りの階段状のス）　ＩＪツブ、１２・・・右上
υの階段状のストリップ、１３・・・平板ストリップ。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示すＯ 第１図 第２図 第３図 ２ 第４図 一一一一ド〜 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一定間隔で並設され、その間を気体が流動する複数枚の
   フィンとこれらのフィンに直角に貫通した複数本の内部
   を流体が流動する伝熱管より構成されたプレートフィン
   チューブ熱交換器において、前記伝熱管の段方向の間隔
   部の前記フィンに、フィン間を流れる気体の流れ方向に
   直交する方向にフィンの表裏にまたがるように断面形状
   が右下りの階段状のストリップとこの右下りの階段状の
   ストリップと鏡対称の位置関係に断面形状が右上りの階
   段状のストリップを配置するとともに前記右下りの階段
   状のス）　ＩＪツブと右上りの階段状のストリップとの
   間に平板ストリップを配置してなることを特徴とするプ
   レートフィンチューブ熱交換器０