JPS5926237B2

JPS5926237B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JPS5926237B2
Application number: JP53074187A
Authority: JP
Inventors: 敏夫畑田; 淳松崎; 文雄原田; 亨新井; 隆雄千秋; 肇二渡; 豊今泉; 澄義竹田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-06-21
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1984-06-25
Also published as: GB2023798A; US4300629A; JPS553508A; GB2023798B

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の対象〕本発明は、熱交換器特して、空気調和装置、冷凍機ある
いは除湿機等、空気との熱交換を行なうのに適した熱交
換器に関する。

〔発明の背景〕

従来の熱交換器を、クロスフィンチューブ式熱交換器を
引用して説明する。

第１図において、１は適宜面積を有するフィンで、アル
ミ板等で形成され、伝熱管を挿入する複数個の孔（図示
せず）が開口され、このフィン１は数１ｎｍピッチで多
数個並設され、この並設フィンに複数本の伝熱管（図示
せず）が上記孔を貫通して配設され、拡管等の手段によ
り伝熱管とフィン１を密着して形成し、伝熱管端部をＵ
字形のベント管２にて接続−し、蛇行状に延長した適数
本の伝熱管通路を形成している。

上記適数本の伝熱管内には、冷水・温水あるいは冷媒な
どの熱交換流体を流通させ、一方管外には空気にて代表
される他の熱交換流体を多数の並設フィン１間を適宜流
速にて流通せしめ、両流体が管壁およびフィンを介し互
いに熱交換を行なう。

しかし、てこの場合、フィン１間を流れる空気流には流
れの境界層ができ、境界層内の熱伝導は著しく悪い。

この温度境界層はフィン先端部より下流に向うに従って
厚く発達し、対向するフィン面上に発達する温度境界層
はフィン先端よりやや下流位置で合致し、同位置より下
流部分では著しく熱伝達が低下する。

上述の如くフラットなフィンを用いたクロスフィンチュ
ーブ式熱交換器ではフィン表面に生ずる空気流れの層流
温度境界層の為熱伝達率は低い。

この空気側熱伝達率を向上させる為には、温度境界層の
形成を妨げることが有効である。

上記観点からフィンに切起し片を設け、熱伝達性能を向
上する切起しフィンが知られている。

第２図はこのフィンの平面図、第３図は切起し片部分の
拡大断面図を示し、平板状のフィン基板３に管挿入孔４
の管列方向と平行に複数の切込みを入れ、この切込み細
片を押し上げて複数個の切起し片５を形成すると共に、
切起し後のフィン基板にスリット６が開口されている。

このフィンを用いた熱交換器では、第３図に示すように
、空気流れＡの温度境界層１００が切起し片５に沿って
形成され、分断されないまま発達し、主流部１０２と切
起し片５の間の伝熱性能を低下させる。

また、切起し片５の存在でフィンの強度が低下し、生産
性に問題が生じやすいと共に、フィンの板厚を薄くでき
ないという欠点がある。

一方、実開昭５３−１７８６６号公報には、フィンの強
度を増す為に、波形フィンを切起したものが示されてい
る。

第４図はそのフィンの平面図、第５図は切起し細片部分
の拡大断面図を示し、管列方向と平行に山谷の稜線７を
形成した波形フィン基板８に第２図の従来例と同様に切
起し細片５１およびスリット６′が形成されている。

このフィンは、波形フィンに添って平行にルーバが設け
られているので、第５図に示すように空気の主流部１０
２は波形フィン基板８に添って大きく曲げられ、従って
その部分では剥離渦１１０が大きく形成される。

また境界層１００も連続している。

そのため熱伝達率が低下する。また、空気の主流部１０
２が大きり練性することは、圧力損失の増加を招く。

しかも、切起し片５１そのものは平板状であるため、板
厚を薄くすると外部からの圧力に屈しやすく、生産性に
欠けることになり、大巾にフィン板厚を薄くすることは
できない。

また、フィン基板は波形基板を用いる為、フィン基板製
作工数が加わり原価が割高になるなどの問題点を有する
。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑みて発明されたもので、熱交換効率を
向上すること、またフィンに多数の切起し細片を形成し
ても、該細片の長手方向の強度を低下させることなく、
フィンの薄板化および熱交換器の組立作業の向上をはか
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、フィン基板から切起した細片をフィン基板に
非平行な斜面を有する山形に形成し、山形細片及びフィ
ン基板の残余部分に形成された細片の高さを流体の流れ
の方向に添って波形に変化させ、かつ、上下のフィン基
板の山形細片の間隙が流れの方向にはシ一定となるよう
にして積層したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面にもとづき説明する。

第６図は本発明の一実施例を示すクロスフィンチューブ
式熱交換器用の伝熱フィンの部分平面図、第７図は第６
図の拡大断面図である。

平板状のフィン基板１１には多数個の伝熱管挿入孔１２
を形成し、隣接した伝熱管挿入孔１２．１２の間の平板
部に、フィン基板１１の間を流通する流体の流通方向と
ほぼ直交する方向（はぼ管列方向）に平行に多数の切込
み１３を入れてこの切込み細片１４を巾方向の中央で山
形に曲折形成しく図では稜線１５を有する鈍角状に形成
し）、さらに、適宜位置の切込み細片１４はフィン基板
１１とはゾ平行に橋形に切起して山形細片とし、各山形
細片１６’、１６“ ｉ５１１／のフィン基板１１か
らの高さを連続的に変え、隣り合う山形細片の縁部１３
ｔ。

１３’、１３”〆にずれを設ける。

従ってフィンは多数の山形細片１６’ 、１６〃。

１６”’で形成され、全体的なフィン形状は波形に形成
されている。

このようなフィンが、上下の山形細片間の距離をはシ一
定とするようにして積層される。

上記の如く、形成されたフィンを用いたクロスフィンチ
ューブ式熱交換器の作用について説明する。

熱交換流体例えば空気が矢印Ａの方向から、熱交換器に
流入すると、各フィン間に分配されてフィン間の流路を
流通する。

フィンには山形細片１６’、１６“ ｌ６／／／が、
流れの方向Ａにほぼ直交するように多数形成されている
。

第１２図に示すように、山形細片のフィン基板からの高
さＨｏ（＝Ｏ）、Ｈｌ、Ｒ２，Ｒ３が波形に変化し
ていること、及び細片が山形に形成されていて、フィン
基板に対し傾斜した面ＩＥｒａ、１６ｂを有することに
より、空気流１０２は、山形細片の前面部分により各山
形細片の間に均等に分配されて大きく蛇行することなく
流れる。

従って圧力損失が小さい。

また、山形細片の後面部分では、山形細片の両面からの
流れが合流して空気の混合が促進される。

その結果、空気の境界層１００は発達しないうちに寸断
され、その成層化が著るしく阻害されるので伝熱性能が
よい。

このように、多数の山形細片の組合によって形成された
本実施例の伝熱フィンはフィンの前縁効果が解実に発揮
されて、従来の伝熱フィンに比較して熱伝達率は大巾に
向上する。

また、構造的にはこの細片１６’ 、１６“、１６″
′は山形に形成されているため、管の配列方向の撓み強
度が増し、従ってフィン基板の薄肉化が実現でき、熱交
換器の材料費が低減され、同時にハンドリングが優れて
いるので生産効率が向上する。

第８図は、上記実施例のフィンを用いた熱交換器と、従
来の第３図に示すフィン（従来フィンＡ型）および第５
図に示すフィン（従来フィンＢ型）を用いた熱交換器と
の熱交換効率（伝熱性能）との比較を示すもので、本実
施例のフィンを用いた熱交換器は、従来品に比べ図示の
如く、熱交換効率は大巾に向上する。

第９図はフィンの他の実施例を示し、第７図に対応する
フィン断面を示すもので、山形の細片１７’、１７“を
交互に上下に配設し、山形細片の縁部１３’、１３“・
・・・・・にずれを設けている。

その他の部分は前記実施例と同様である。

この実施例も前記実施例と同様の作用効果を奏する。

尚上記第９図の実施例は、フィン基板に形成される細片
の全部、Ｒ１，ｌち切起し細片１７“部分と残余の部分
に形成される残余細片１７’部とも山形に形成している
が、切起し細片１７“部分は山形に形成し、残りの部分
に形成される残余細片１７’部分は、山形に折曲げずに
、平板状のまメに形成しても実用上の作用効果を奏する
ことができ、本発明はこれらの変形構造をも包含するも
のである。

いずれの場合でも、残余細片が切起し細片と共に、全体
として波形になるように配列されていることは、図より
明らかであろう。

また上記各実施例は共に山形細片の屋根は稜線を有する
鈍角状に形成されているが、山形細片は第１０図、第１
１図に示す如く、わん曲状の尾根の山形１８’、１８“
ｉ８／／／および１９’、１９“に形成してもよい
。

その他の部分は前期実施例と同様であり、この両実施例
も前記実施例と同様な作用効果を奏する。

尚、前記第６図、第７図および第１０図の実施例は、平
板のフィン基板を用いたが、フィン基板として波形のフ
ィン基板を用いてもよい。

即ち、波形のフィン基板はアコーデオン状に曲げられた
フィン基板で、このフィン基板に、切込みを入れること
、切込まれた細片を鈍角状に曲げ鈍角状の山形細片を形
成すること、あるいは切込まれた細片をわん曲に曲げ、
わん曲状の山形細片を形成すること、各山形細片は全体
的に波形換言すれば基準となる平面からの高さが波形に
配置されていること及びフィン基板に対し非平行な斜面
を有することは、前記実施例と同様であり、同様の作用
効果を奏する。

波形フィン基板を用いることにより、伝熱フィン全体の
管列方向の撓み強度を増加することが出来る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、多数の山形の細
片を設けたことにより、フィン間を流通する熱交換流体
の流れは著しく複雑に乱れ、温度境界層の成層化が妨げ
られ熱交換器の熱交換効率が大巾に向上する。

一方、空気の全体的な流れは、その方向が大きく変化せ
ず、従って通風抵抗が小さい。

また、細片が山形に形成されているため、フィンの強度
が増し、フィンの薄板化が実現でき材料費が低減される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般的なりロスフィンチューブ式熱交換器の
斜視図、第２図は従来のフィンの平面図、第３図は第２
図の■−■線矢視拡大断面図に空気流れの状態を記入し
た図、第４図は従来の他のフィンの平面図、第５図は第
４図の■−Ｖ線矢視拡大断面図に空気流れの状態を記入
した図、第６図は本発明の一実施例を示すフィンの平面
図、第７図は第６図のＶＩ−ＶＩ線矢視拡大断面図、第
８図は本発明の熱交換器と従来の熱交換器との熱交換効
率の比較線図、第９図乃至第１１図は夫々他の実施例の
フィンを示し、第７図に対応する拡大断面図である。第１２図は、第７図のフィンにおける空気流れの状態を
示した図である。１１・・・・・・フィン基板、１２・・・・・・伝熱管
挿入孔、１３・・・・・・切込み、１３’、１３“ ｌ
３／／／・・・・・・山形細片の縁部、１４・・・・
・・切込み細片、１５・・・・・・稜線、１６’、１６
“、１６メ／／・・・・・・山形細片、１７’、１７′
ｌ・・・・・・山形細片、１８’、１８“ ｌｆ３ｔ
ｔｔ・・・・・・わん曲状の山形細片、１９’、１９“
・・・・・・わん曲状の山形細片。

Claims

【特許請求の範囲】１流体の流れの方向と交差する方向に切起された複数
の細片と、残余部分に形成された複数の細片とを有する
フィン基板を前記流体の流れの方向と交差する方向に積
層し、これに伝熱管を接触させた熱交換器において、前
記切起し細片は、いずれも前記積層方向の一方の側へ突
出し、かつ前記流れの方向、積層方向の双方に交差する
方向に伸びる尾根を有する山形細片であり、該山形細片
はフィン基板に対して非平行な面を有し、各フィン基板
上の山形細片及び残余部分の細片の高さは前記流れの方
向に添って波形に変化しており、前記積層方向における
細片間の距離が前記流れの方向においてはシ一定となる
ようにしてフィン基板を積層したことを特徴とする熱交
換器。２前記フィン基板上の残余部分も前記切起し細片と同
じ方向に突出した山形細片であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の熱交換器。