JPS5986896A - 小ビレ付フイン管熱交換装置 - 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、管外周に放射状細片付基フィンを巻いてな
る小ビレ付フィン管又は、羊管又は。

複数盲動を単位として、小ビレ付鈑槓層固看したものを
熱交換素子とした装置に関するものである。

フィン付熱交俟素子は自動車用ラジェータ、オイルクー
ラ、窒調用１炭器や、は篭製品向のものに刻し急速な発
達を遂げた。この発明は、上記用途の他、従来比較的発
達のおくれていた。高温、高圧２大容量の重工業用とし
ても広く適用し得る高効率熱交換装置を提供したもので
ある。

先づ、小ビレ付フィン巻管の場合について、この発明と
従来のものと比較読切する。従来のフィン巻宮（ｄ、そ
の巻付基フィンから、管表面にはソ直角に立上ったスパ
イラルフィン又は、切欠き付スパイラルフィンであり、
前者の場合はフィン根元に発生するフィンの内外周長差
相当のしわをそのま＼としたものが一般でめった。

その管外熱媒流はフィン間望隙をフィン表面に沿って流
れ、　Ｗｒｍプレートフィンタイプのフィン表面伝達を
王とする熱移動形式のものであった。

この発明は、小ビレ（以下ヒレという）のヒレ諸元を夫
々、フィンの前表面よりの起立面と変異せしめ、管外流
路の管軸方向流れにおいて。

縦一列ヒレの流線位相を互に偏位せしめると共に、光列
ヒレの流出角と２次後列ヒレの流入角を同一となし、夫
々ヒレの中腹部を導流部となし、一方、管軸直交方向の
管外に、を、ヒレ諸元により管外周を流線形状に４流せ
しめる管束流となした夫々構成の、管外流路に、二次元
的導流及び、整流ヒレ列を配列したことを特徴とする。

従って、熱伝達は、ヒレの前縁効果を生体とし。

流れに沿った縦一列ヒレを互に相違した流産上に配列し
、慣列ヒレ間の各段の単位間隙流は。

次々に分割、方向転換（導流）、＠密混合２合流を繰り
返えし、ヒレ表面の伝熱効果を高めると共に、流れを導
流、整流し、一方、管軸直交方向流れをヒレ列の夫々ヒ
レ諸元にエリ流線形状に尋流、整流し、管外流路を、二
次元的、立体的に導流、整流し、管外流路の流れ抵抗損
失を低減する効果を発揮せしめたものである。

従って、高圧流体、大容量のヒレ付フィン円管又は、橢
円冒ｆ：累子とする熱交換装置には特に。

その効果が大きいものである。

具体例について説明する。第１図は従来公知のヒレ付フ
ィン巻管の例を示し、フィン２のヒレ３を肯１に巻付け
る際に必然のフィン内外周長の差を処理する１方法とし
て１巻付前片側に切欠き３′を入れたものを巻付け、切
欠き部を目動的にその部半径に応じて開脚３“する如く
したものでりり、製作の答易さと伝熱性能に２いても。

切欠きなしのリボンフィンに比し、その表面流のみだれ
による向上を期特出米るものと号した反面、それ相当の
流れ抵抗Ｖ）増大を′羊うものでありた。この場合、各
ヒレは同一流線に沿ってその延長線上に配列し、ヒレ表
面の流れは基本的には各ヒレ表面を連続して結んだスパ
イラル間隙に沿うものであった。

第Ｚ−Ｘ図はこの発明のヒレ付フィン巻管を千鳥配列と
した管束流路の管軸方向流れの展開流線図である（第４
図参照）。

第２−１図は管外周１巻につきヒレ１２個等分。

（１１，１２，１３，１４，１５，１６，１６’、　１
５’、　１４’、　１３’。

１２′、１１リヒレの形状は円弧状に湾曲したものとし
、その前・後・緑の切線角を管軸直角面に対し±θ、と
なしたものを凸凹交互に配列した場合のものを示す。管
外熱媒流は、ヒレ列の間を前厄に蛇行し、その間、ヒレ
の前縁効果と、各流線の分割、方向転換（導流）、疎苦
混合２合流によシ、ヒレ表面の夫々熱伝達を効率高く授
受しり　しかも、ヒレによる整流作用のため、その流路
圧力損失は比較的小さい。管軸、直交方向流れに対し管
の前、後縁の抵抗を減するため。

その部分のヒレｎ、　　ｔｌ；　１６．、　　ｘ６′の
根元を２１．　２１’２６、２６’の如く折曲げ（第３
図、第４図参照）管の前、後縁のフィン間隔分を覆って
、流れを流線形状に管軸直交方向に導流したものである
。

第２−１図１は管の右側（Ｒ側）を示し、之と対向のＬ
ｉ１１１１は之と対称のものと丁。第２菅列を千鳥配置
とした場合（累４図参照）、第１宮列のヒレ１５．１６
と第２管列のヒレ１１’、　１２’は、その外円周で接
することになり、この部分の流扛の混乱防止のため、同
一形状のヒレ列を流れ方向に隣接する配列となしたもの
でるる。

第２−２図は凸凹の０２角４曲、ヒレの間に０２傾斜ヒ
レを介在せしめた配列とした場合の例で。

管１巻き２４等分としたものである。第１雷列と第２肯
列を千鳥配置とすれば（第５図参照）。

ヒレ１７と１７′は、その外周においてｌｆ４接するこ
ととなるので前述の如く、その前厄とも向−ノ形状のも
のとなしたものである。併動の隣接ヒレはｔＦＬｎ−の
混乱防止のため、その諸元を制える。そのために谷営毎
に、その軸線を含む１つの平面に対し、左右側の各ヒレ
は対称のものとなす。

第３図は、上述したヒレ付フィン管の製作要稙例の説明
線図であり、第３−１図は、その平面展開図、第３−２
図は、前者と管の前、後縁の流れをｔｆｆ、線形化する
方法を異にし、ヒレ１１’−１゜１ｉ　−ｔ　ｚ　１６
−　ｔｙ　ｉｓ’　　１１　　ｋ　夫々＋　Ｗｄ＆ヒｙ
管軸直交方向に傾斜湾曲せしめ、管との交差流を流線形
状に導流する如くした例の平面展開図であり、第３−３
図は、そのｆｆ断面図である。

第１図の如き切欠き３′人シフインの管巻込み前工程と
して、１組のヒレ成形ロール４，４′に工９管ひと巻き
単位又は、−ｔの倍数のロール駒付成形ロールを前置し
、第３−１図の平面展開図の如き、ヒレ付フィン管を製
作ブーる。即ち、管軸？含む１千面２例えばｏ’−ｉｓ
ｏ’を精ぶ釉のスパイラル断面に対し、左右対称のヒレ
諸元のフィンＶを成形ロールをもって製作する例を示し
た。

千鳥配置管束に、この発明を英雄した具体例を第４．第
４−１を図に示し、その流路展開流線図は、第２図をも
って前述した如くである。第４図は、ヒレ付フィン巻管
束熱交換部の管軸直角断面図でろろ。円管９り前、後縁
の流れの圧力損失を軽減するため、流れ方向ｌＯに対し
、ヒレ１１、１１’及び、　　１６．１６’の根元を、
夫々２１．２１’、　２６゜２６′の如く折曲は円管９
の前、後縁のフィンピッチ間隙を被覆し、営の前、後Ｒ
？！−流線形化して導流し、管束抵抗を大巾に減少した
。第４−１図は、ヒレ１１−１６の根元の展開図であり
、その左側図り如き単位フィンを右側図の如く積層巻付
したものである。２１．２６のハツチングし友部分が、
管軸の前、後縁盆被覆し、従って、ヒレ１１、１６はそ
の分だけ他のヒレより放射長ざが短縮することになるが
、流路全体としての導流。

整流には支障はない。

上述した如く、ヒレ列を翼列とした。Ｖ軸方向の蟹流、
導流のほか、管軸直交方向の整流、４流として前記、　
１１．１１’、　１６．１６’の流入、流出ヒレの根元
部で管の前、後縁を覆って流線形化し。

その管の横側面に導く手段のほか、第３−２図及び、第
３−３図の如く、ヒレ１１及び、１６を管軸方向及び、
管軸直交方向に湾曲又は、傾斜せしめ、管前縁に対し流
れを傾斜流れとして前縁の形状抵抗を減じ、その他のヒ
レ１２．１３．１４゜１５も同様趣旨をもって、その管
の中心方向に求心分力を生じせしめ、その管周に沿った
流れとする構成となして目的を達することもできる。

第４−２図は、管のヒレ諸元により、管の周囲の流れに
、求心分速度を生ぜしめ、姫路の管軸直交方向の導流を
なさしめることを説明したものである。管前縁に流入し
た流れ７０は、ヒレ７１の根元形状７１′により　７１
ｔとなして、ヒレ７２に流入し、ヒレ７２の管軸方向及
び、軸直交方向の湾曲又は、傾斜による誘導により求心
・方向分速７２’１．を生ぜしめ、その合成速１ｉ７２
．とする。同様にして７２１は、ヒレ′７３内で７３□
と合成し、　７３１となる。同様にして７４□、７５１
となり７６及び、７６′は合流して７０’となって流出
する。

この場合の求心分速度の発生は、１例として夫々ヒレの
ひね、！２（ひね９基準線、　７２’、　７３’、　７
４’。

７５′）により惹起せしめるものと仮定した。

千鳥配列は勿論、基盤目配列の管束に父差する管外熱媒
流体を２等諸元のヒレ列を翼列となして、管軸方向及び
、管軸直交方向の二次元的導流及び、整流し、流れ抵抗
の少ない、ヒレ前縁効果の大きい、ヒレ付フィン管熱交
換装置となし得たのである。

第３−２図、第３−３図の管前縁ヒレ１１−１の導流方
法と同趣意である。

第５図、第５−１図は、＄４図の場合と流路の４流、整
流方法を異にした場合の具体例を示す。

ＬＲ，几りは、１つのヒレの流入、流出方向が夫々、左
ネジー右ネジ、右ネジー左ネジ方向のものを示し、ＮＬ
、ＮＲは、夫々軸匪角−左ネジ、４１Ｂ直角−右ネジ、
のものを示す。対向ヒレ配列の盲間流路には、夫々、几
−Ｌｉｄ”’ＲＬ−ＬＲの対称ヒレを配置し、骨細基準
として２反対方向表現のものとなし、１組の流路面のヒ
レ列を均整し１こ導流、整流作用をなさしめる即くす。

第６図は、その成形ロールの１具体例の概念説明図であ
る。

以上は、管外熱媒流体が管軸に交差流した場合であるが
、第７図は、単位管の外周をスパイラル流に娼ｐながら
軸方向に流れる構成とした。

黙交涙累子の具体例の縦、横断面図である。管３１に巻
付けた基フィン３２′に付設したヒレ３２を。

その基フィン３２′の巻付角度θ。よシ大きく傾けてθ
３となしであるので、管外熱′Ｍ流体叱矢印３６の如く
２円管３１と外管３３０間をヒレ３２配列により大きな
リードのスパイラル流をなし、ヒレ３２は導流、整流と
共に高効率の熱交換要素としての目的を達することがで
きる。

同、求心的スパイラル流れとなし、効率を高めるため、
第４−２図の原理を応用し′ｆｃ諸元のヒレとすれば、
更に高効率となることは当然である。

ヒレ外周管おの外１１Ｉｌｌを、熱媒流体の流路３７と
すれば、スパイラル流３６は内外両管壁と熱交換をなす
。３５は管３１Ｆ３の流れを示す。流路３７は同心の外
Ｗ３４によ多構成するほか、第８図の如く。

ヒレ外管３３の管束の各管外空間３７′としてなすこと
も随意である。３８．３８’は内管の管板、　３９．３
９’は９８管３３の管板を示し、　４０．４０’は管板
３８．３８’と共に管内熱媒流体集会室４１．４１’の
構成壁を示し。

４２．４２’は大々、管外熱媒流体集合室を示す。

矢印は夫々、熱媒流体の流入、流出方向を示す。

第９図１′ｉ、　　この発明のヒレ付フィン橢円管累子
の断面図である。管外流６３に対し管の前縁ヒレ５１の
根元部５１′の形状で流れを流線形状に導流し管外流体
抵抗を軽減すると共に、ヒレ５１，５２゜５３、５４・
−・・・−・を前述円管の場合と同一趣旨のヒレ諸元配
列となす。

６２はＬ形フィンの菅胴付部、　　６１．６１’は橢円
管後縁部のヒレと、その根元線を人々示す。このような
ヒレ付フィン橢円管素子をもって前述円管の場合と同様
、基盤目又は、千鳥配置の管束の熱交侠装置となし、ヒ
レ５１の根元５１′と後続するヒレ配列によシ、二次元
的導流、整ｆｊＬを合理的になし、前縁効果と流の分割
、導流混合１合流等を流線に沿って繰返えし、高い伝熱
効果を発揮したヒレ付フィン管熱交換装置となす。

次に、管の外周にヒレ付板積層取付をなしたものを、熱
交換素子とした装置の説明をする。

第１０図及び第１１図は、従来普通に使用されている積
層プレートをフィンとした橢円管及び２円管束熱交換素
子の外観図である。

管装置は千鳥又は、基盤目をなア。積層グレート表面に
付着した熱媒流体の境界層のため、流の前縁より奥に進
むに従って局所熱伝達率の低下は不可避であり、管装置
又は、ウェービイフィンの採用にＪ：フ管外流を乱すこ
とによシ熱云達率の改善が竹ゎれたが、その流在抵抗の
増大による種々のデメリットが大きく、総会効果はそれ
程期待できないま＼の現状である。

ヒレ付フィン巻管の項で前述したこの発明の趣意は、そ
のフィン及び、′ヒレの形式如何に拘らず、普遍釣に応
用できる。

具体例全図足置Ｅ！Ａする。

Ｎ１２図は、この発明のヒレ付積層橢円管の説明断面図
である。図は、単位管の例を示すが、第１３図又は、第
１８図の例の如く、複数管束単位の素子とすることは、
任意である。

管８０に、ヒレ付フィンプレート８８を所定ピッチ間隔
毎に低入固看する。管外流８７に対し橢円管の前、後縁
部の流を抵抗を減じ、流線を左右に導流する為に前述第
３図等の例の如く、その部のヒレ８１及び、８６の根元
を折曲げ、折曲部８１′。

８６′をもってＨの前、後縁を覆って、流線形化して導
流した例である。折曲げ前を二、克鎖線、折曲げ后を英
綴で示す。第１７図に夫々のヒレ８１−８６の流れに沿
ったヒレ列断面の１例を示ア。

ヒレ数は管の前、後縁ｍ　ｋ含め任意とする。

第１２図の如き単位素子を横列、縦列の千鳥、又は、基
盤目配置する。

第１３図は、流れ９７に併タリする複数円管９ｏのヒレ
付板９８槓層敗付した。この発明の熱交換素子による装
置の説明断面図である。

前述した如く２円管の前縁及び、後Ｍをヒレ９１゜９６
の根元９１’、　９６’によ！ｌ覆って流線形化した例
である。

第１７図に、流れに沿ったヒレ列の断面の１例を示す。

ヒレ９１．９６は片持式とし、　９２．９３．９４．９
５は両持架橋とした例である。ヒレの根本形状の成形に
際し、成形に起因する肉厚の減少を防止し。

又、工作を容易にするため、管の前、後縁ヒレ９１、９
６の根元成形を折曲げ加工とし、従って。

このヒレを片持式としたものである。ヒレ根元の肉厚の
減少は、そのフィン効率を低下せしめるので、フィン及
び２　ヒレの成形に際し注意を要し、塑性加工度及び、
使用材料の展延性等を考慮し、ヒレ諸元の特定のヒレを
片持式にすることが効果を発揮する。

第１４図は、ＡＡ断面図、第１５図は、ＢＢ断面図。

第１６図は、Ｃａ断面図である。

第１８図は、流れに対し円管３横列、５縦列したヒレ付
板積層取付管熱交換素子による装置の説明断面図を示し
、前述の第１３図に示した素子を縦方向に連結した形の
ものとな、り、槓ＩＣ板ｌｏ８の夫々の縦連結部１０９
と、償遅結ヒレ１０７を連結部となして、夫々のヒレ１
０１〜１０６を成形したものである。

ヒレ１０６の成形両店の説明図を第１９図に示し。

折曲げ前を二瓜鎖線、成形後を点線で示す。

２ｊ断面は、第２０図にその要部を示し、ヒレ１０１は
、９１と類似である。ｂ’ｂ断面は、第１５図のＢＢ的
ｆ面と近似し、ヒレ１０４は、９４と類似である。１１
０及び１１１は、素子間の境界部間隙を示す。Ｋｎ−に
沿った流路のヒレ列断面図は第１７図と類似のため省略
する。

この発１４Ａの種々の具体例について説明したが。

上記の種々の例に限定するものでなく、フィン背の形式
如何に関せず、この発明の精神に基づくものは、全てこ
の発明に属することは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来公知のヒレ付フィン巻看の説明図。第２
−１図、第２−２図は、この発明のヒレ付フィン巻管素
子の流路の営軸方向流ｎの展開流線図。第３図は、ヒレ
付フィン巻管の製作要領例の説明線図。 第３−１図、第３−２図は、第３図の管の箭。 後縁ヒレ１１．１６の導流方法を異にした場仕り夫々平
面展開図。第３−３図は、第３−２図Ｏｆｆ断面図。第
４図は、ヒレ付フィン巻管束熱交侠部の管軸直角断面図
。第４−１図は、そのヒレ根元の展開図。第４−２図は
、管１１１ぼ交方向の導流説明線図。第５図は、果４図
と異なる碑流２整流ヒレ列の説明線図。第５−１図は。 その展開図。第６図は、ヒレ成形ロールの１例の概念説
明図。第７図は、１単位のヒレ付フィン巻管の外周をス
パイラル状に、管外流を導流する如くしたものの断面図
。第８図は、第７図の素子を併動した熱交換装置の断面
図。第９図は、ヒレ付ンイン橢円管　素子の断面図、。 第１０図は、従来の積層プレートフィン橢円管の外観図
、第１１図は、従来の積層プレート管束素子の外観図。 第し図は、この発明のヒレ付フィングレートｓ層橢円冒
の説明断面図。第１３図は、この発明の併動複数円管を
単位としたヒレ付板積層のものの説明断面図。第１４図
は、そのＡＡ断面図。第１５図は、ＢＢ断面図。第１６
図は、ＣＣ断面図。 第１７図は、流れに沿ったヒレ列断面図。第１８図は、
３横列、５縦列円管束を単位とした。この発明の熱交換
素子の説明断面図。第１９図、ヒレ１０１の成形両店の
説明図。第２０図はｒ　　ＣＣ断面図。第２１図は、ａ
′ａ′断面図を夫々示す。 ｌ・・・従来形のもの＼管、２・・・１の巻フィン。 ３、・ヒレ、　　３’、　　３“・・・切欠キｐ　　４
ｒ　　４’・・・ヒレ成形ロール、　１１．１２．１３
．１４．１５．１６・・この発明のフィンのヒレ、　１
１’、　１２’、　１３’、　１４’、　１５’、　１
６’・・・前記の管の反対側のフィンのヒレ、　１１．
１１’・・・雷の前縁部のヒレ、［押≠Ｗ−→ドー年祿
嘲−チ七→へ　１６．１６’・・・哲の後縁部のヒレ、
　２１．２１’・・・１１．１１’の根元、　２６．２
６’・・・１６゜１６′の根元、７１・・・前縁部のヒ
’＋　７１’・・・７１０根元形状７１□・・・７１の
流出方向、７２１・・・７２（／Ｌ）合成速区方向、７
２□・・・７２の求心分速、ＬＲ・・・ヒレの流入、流
出方向が夫々左ネジ、石ネジ方向のもの、ＲＬ・・・前
記が大々右ネジ、左ネジ方向のもの、ＮＬ・・・前記が
夫々軸直角、左ネジ方向のもの、３２′・・・基フィン
、３２・・・ヒレ、３６・・・管外流のスパイラル流方
向、３５・・・内管３１円の流、３７・・・外管３３．
３４間の流、θ０・・・巻伺角。 θ３・・・ヒレ３２の傾き角度、５０・・・橢円管、５
１・・・管５０の前縁ヒレ、５１′・・・５１の根元形
状、８１・・・橢円管８０取付積層板の前線ヒレ、８１
′・・・８１の根元、８８・・・ヒレ付フィングレート
、９１・・・円管９０の取付積層板の前縁ヒレ、９１′
・・・９１の根元、１０７・・・横連結ヒレ。 １０９・・・１０７との縦連結部 ％社用願人　小　沖　清　− ４綽神正書 １３ｇ知ゲｒ鳴　２月１７８ 婿許）″Ｖ旋情石沙効人ガ（ ３，３’ｌ；！４　　（Ａｈ−繋ａ”　し、’！２ｚ”
、’Ｆ””；Ｍ２４’惧２ｊ（ｉ　、４１ｐ　Ｔ！直φ
つ方３゜１６貞９行目と１Ｕ行目の間にＴ　’Ｊ巴　　
（２４行）追加する。 第２２図は、第１８図と異なるヒー鉗叡績層取付管熱交
換菓子による装置の説明断面図を示す。流れ１２０に活
って千鳥配列管１２１群にプレートフィンの函準ブラッ
ク１２２に小ヒレ１２３．”’　１２４．　１２５゜１
２６等を切欠ぎ、流れを小ヒレ列によって二次元に直交
する管列間の小ヒレを流れに旧って交互に凸凹せしめて
晋軸直交方同の４流＋段としく前述第４−２図説明趣旨
による）、第２３図（ｄ−ｄ断面図）及び第２５図の如
く、管間流路Ｘ１部の小ビレ１２３又は、１２３’の４
流方同を管軸直交方向近似とし、管の流入、及び流出部
の小ビレ１２７又は。 １２７′の尋流万同を、管軸に対し大きな斜流角αとな
し、その郡の単位流路Ｘ２都の小ビレ１２７又は。 １の二次元導流の手段とし、旦１円冒軸の前、後流の相
対形状抵抗をだ円のそれど化し、流れ抵抗低減効果を果
したものである。尚、導流ヒレ又は。 格子１６０をこの装置前面に別置し、最初の流入小ビン
１２７′の導流をせしめた。第２４図はｅ−ｅ断面。 第２５図は／」１ビレ典列の１例の拡大説明図を大々示
した。 １８頁上から７１丁目の次に下記５４字追刀０する。 第２２図は、第１８図と異なる熱交換素子の説明図。 第２６図、第２４図は天々ｄ−ｄ　、　　ｅ−ｅ　ＴＮ
Ｔ面図、第２５図は、小ビレ翼列の拡大説明図を大々示
す。 １９頁終何と特許出願人の間にＦ２２９字追加する。 １２１・・・・・・管、１２２・・・・・プレートフづ
ンの基準ブランク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、背の外周に小ビレ付フィンを巻付又は、積層固層な
   したものを、熱交換素子とした装置において、小ビレの
   、根元形状及び、管軸及び。 管軸直交方向の、傾斜及び、又は、湾曲、ひねシ（以下
   これらをヒレ諸元という）を夫々。 フィンの管表面よシの起立面と変異せしめ。 それらの小ビレ列を、管外流路の、管軸及び。 管軸直交方向の二次元的導流及び、整流翼列となした構
   成の小ビレ付フィン管熱交換装置。 ２夫々の小ビレのヒレ諸元を各盲毎に、その軸線を含む
   、１つの平面に対し左右対称となした構成の特許請求の
   範囲第１項記載の小ビレ付フィン管熱交換装置。 ３、管外熱１ｓ流体を、その管軸を中心とした。ら線状
   流れとなした特許請求の範囲第１項記載の小ビレ付フィ
   ン管熱交換装置。 ４、片持状及び両持状小ビレの組合せにより構成した特
   許請求の範囲第１項記載の小ビレ付フィン管熱交換装置
   。