JPS5926879B2

JPS5926879B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JPS5926879B2
Application number: JP56189306A
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: 1981-11-27
Filing date: 1981-11-27
Publication date: 1984-07-02
Also published as: JPS57115689A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の対象〕本発明は多数個の並設フィンに山形細片を設けた熱交換
器に関する。

〔発明の背景〕

上記熱交換器は、適宜面積を有するフィンを多数個並設
し、この並設フィンに複数本の鋼管等の伝熱管を貫通し
、貫通部を拡管等にて密着し、必要に応じ伝熱管端部を
Ｕ字形のベンド管にて接続し、蛇行状に延長した適数本
の伝熱管理路を形成している。

上記伝熱管内には冷水・温水あるいは冷媒等を流通させ
、−万管外にはフィン間に空気等を流通させ、両流体を
管壁およびフィンを介して互いに熱交換させる。

而してこの種熱交換器に要望されることは伝熱性能の向
上と、フィン強度の増加であり、この要望にそってフィ
ンに切起し片を設けたもの、更にこの切起しフィンを波
形に形成した熱交換器も提案されている。

しかるに、前者の平板状のフィン基板に切起し片を設け
たものは、フィンの伝熱性能は優れているが、切起し片
の存在でフィンの強度が低下し、フィンの板厚をうすく
できないと共に、生産性に問題が生じやすい等の欠点を
有する。

また、後者の波形状のフィン基板に切起し片を設けたも
のはフィンの伝熱性能は、前者のフィンより更に向上す
ると共に、フィンの強度についてもフィン基板が波形の
ため、やや優れている。

しかし、切起し片そのものは外部からの圧力に屈しやす
く、生産性に難点があり、従って大巾にフィンの板厚を
うずくすることはできない。

第１図は従来のクロスフィンチューブ式熱交換器を示し
、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は数韻ピッチで多数個並
設され、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字形のベンド管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、対抗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は、切起し片５およびスリ
ット６により空気流れの温度境界層を切断し、その形成
および発達を妨げ、伝熱性能の向上を図っているが、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。

また、強度を増す為に、第４図、第５図に示すように、
波形の切起しフィンも提案されている。

第４図はこのフィンの平面図、第５図は切起し片部分の
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
し片５′およびスリット６′が形成されている。

このフィンを用いた熱交換器は、伝熱性能は波形基板の
乱流促進作用で第２図のラインよりやや向上すると共に
、フィンの強度についても波形基板により第２図のフィ
ンより優れている。

しかし乍ら切起し片５′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〕

本発明の目的は、熱交換器の多数の並設フィンの伝熱性
能を更に向上すると共にフィン強度を増加し薄板化、生
産性の向上を可能ならしめるものである。

〔発明の概要〕

本発明は上記に鑑みて、従来の欠点を改善し、最も好ま
しいクロスフィンチューブ式熱交換器を提供するもので
、その構成は各平板状のフィン基板の管列方向の隣接伝
熱管の間に、フィン間を流通する流体の流れの方向に対
向する方向に多数の切込みを入れ、切起し細片を形成し
、この細片の長手方向を複線とする山形に形成し、切込
み細片の隣り合う縁部の高さを流れの方向に沿って波形
にずらす特徴を有し、所期の目的を達成するものである
。

〔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
式熱交換器のフィンの部分平面図で、第７図は第６図の
Ｖｌ−ＶＩ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、伝熱管の管列方向に隣接した伝熱管挿入孔１
２の間の平板部に、フィン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、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を有す鈍角状に形成
し）、且つ適宜位置の切込み細片はフィン基板とほぼ平
行に橋形に起し上げ、各山形細片ｉ６’、ｉ６“、１６
“′の高さＨｏ、Ｈ□、Ｈ２，Ｈ３を変え、隣り合う山
形細片の縁部１３’、１３“ １３／／／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。

すなわち第７図でＬ□、Ｈ２の区間において各々波形に
形成されている。

区間Ｌ□。Ｈ２の境界付近の細片１６’Ａ、１６’Ｂの
高さは等しい。

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。

熱交換流体が矢印Ａの如く、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。

フィンは、山形細片１６’、１６″。１６”が流通方向
Ａにほぼ直交するように多数形成されている細片を山形
としたことにより、細片の前面部分では流体の流れが細
片の両側に振分けられるので、流れは全体として大きな
曲りがなく、細片間をほぼ均等に上流から下流へ流れる
。

従って、通風抵抗が小さくなる。

細片の後面部分では、細片の両側の流れが混合されるの
でフィン面にそって流れる流体の温度境界層は、発達し
ないうちに寸断され、伝熱性能が向上する。

更に山形細片１６’ 、１６″、１６”にそって発
達しようとする温度境界層は山形細片の中央の稜線１５
１１５″、１５“′より後流側では、その成層化は著し
く阻害される。

従ってフィン間を流れる熱交換流体の流れは、著しく複
雑に乱れフィンと熱交換流体間の熱交換効率は大巾に向
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、強度が増し、従ってフィン
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。

なお、第７図に示すように、山形細片の高さＨｏ−Ｈ３
は、区間Ｌ工（−Ｈ２）を単行として波形に変化してい
るが区間Ｌ０とＨ２の境界付近では２個の細片の高さＨ
６が等しいつまり、完全な波形ではなく、この点におい
て熱交換効率は完全な波形のものに比べて若干低下する
。

しかし、以下に述べるような効果がある。

すなわち熱交換器はその用途によって通風方向長さを変
えて使いたい場合がある。

このとき、上記のような構成にしておくと１ユニツト毎
すなわち区間Ｈ０毎に分割することが可能で、分割され
たフィンは、全て左右対称になる。

このことは次のような利点をもたらす。

（１）左右対象になるので、熱交換器を構成する場合、
フィンの左右（前後）を全く気にしなくて済む（生産性
が極めて良い）。

（２）常に同一形状（左右対称）ユニットの連続である
ので、伝熱性能が安定し、熱交換器の設計精度が向上す
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。

上記両実施例は共に山形細片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１１図に示す
如く、わん曲状の山形１８′。

１８“、１８“′および１９’、１９“に形成してもよ
い。

その他の部分は前記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。

〔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
片によりフィン間を流通する熱交換流体の流れは全体と
しては、はぼ一様で通風抵抗が小さく、かつ細片の後流
で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。

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る。

また、薄板化にともない材料費が低減され、更にハンド
リングが優れているので、生産効率が向上する等の効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ク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Ｉ−
Ｉ線矢視拡太断面図、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−ｖ線矢視拡大断面図、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■−■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。１１・・・・・・フィン基板、１２・・・・・・伝熱管
挿入孔、１３・・・・・・切込み、１３′、１３“、１
３“′・・・・・・山形細片の縁部、１４・・・・・・
切込み細片、１５・・・・・・稜線、１６’、１６“、
１６“′・・・・・・山形細片、１７′ 。１７“・・・・・・山形細片、１８’、１８″・・・・
・・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多数
の細片及び残部に形成された細片とを有するフィン基板
を多数積層し、これらのフィン基板に複数本の伝熱管を
貫通して密着保持し、伝熱管内の熱交換流体とフィン基
板間を流通する熱交換流体とが、互に熱交換する熱交換
器において、前記切起し細片及び残部に形成された細片
は、いずれも、前記流れの方向及び前記積層方向の双方
に交差する方向に伸びる尾根を有し、かつ前記積層方向
の一方の側へ突出た山形細片であり、各フィン基板上の
山形細片の高さは前記流れの方向に沿って波形に変化し
ており、かつ、１つの波形から次の波形へ移行する部分
における２個の山形細片の高さが等しいことを特徴とす
る熱交換器。