JPS633186A

JPS633186A - フインチユ−ブ型熱交換器

Info

Publication number: JPS633186A
Application number: JP14641786A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Kato; 薫加藤; Hachiro Koma; 小間　八郎; Satoshi Tanno; 聡丹野; Hiroyoshi Tanaka; 博由田中
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-06-23
Filing date: 1986-06-23
Publication date: 1988-01-08
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPH0684877B2

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】産業上の利用分野本発明は、空調、冷凍、冷蔵等に使用され、冷媒と空気
等の流体間で熱の授受を行なうフィンチューブ型熱交換
器に関するものである。

従来の技術従来のこの種のフィンチューブ型熱交換器は、第７図の
斜視図に示すように一定間隔で多数平行に並べられた板
状フィン群１と、この板状フィン群１に直角に挿通され
た伝熱管群２とから構成され、気流３は、板状フィン群
１間を流れ、伝熱管群２内を流れる冷媒と熱交換を行な
う。この様なフィンチューブ型熱交換器は、近年、小型
、高性能化が要求されているが、騒音等の観点からフィ
ン間の気流速度は低く抑えられているため、伝熱管内側
の熱抵抗に比して空気側の熱抵抗は高い。

そこで、現在は、空気側の伝熱面積を拡大することで伝
熱管内側の熱抵抗との差を減少させるように工夫してい
る。しかし、伝熱面を拡大することには物理的な限界が
存在するとともに、経済性、省スペース等の点から問題
もあり、空気側の熱抵抗を低下させることがこの種のフ
ィンチューブ型熱交換器において重要な課題となってい
る。

第８図〜第１１図は、従来のフィンチューブ型熱交換器
の一例を示したものである。第８図、第１０図は、部分
側面図を示す。第９図、第１１図はそれぞれＣ−Ｃ’、
Ｄ−Ｄ’断面図を示す。第８図。

第９図に示された従来例は、千鳥管配列のフラットフィ
ンと呼ばれるものであるが、伝熱管２の気流３方向管列
ピッチＬ１′を伝熱管２の外径り。′の２−２倍程度に
、また、気流３と垂直方向の管段ピッチＬ２′を伝熱管
２の外径り。′の２．２〜２．５倍程度に取っている。

また、第１Ｑ図、第１１図に示した従来例は、スリット
フィンと呼ばれるもので、上記フラットフィンｆｆ１−
スにし、板状フィン１の伝熱管２間に多数のスリット形
切り起こし５ａ〜５ｄを設けたものである。このフィン
形状では、多数の切り起こし５ａ〜５ｄに各々薄い温度
境界層が形成され、いわゆる境界層前縁効果によシ、切
り起こし部での伝熱性能は良好である。

尚、板状フィン１には、−体に設けたフィンカラー４を
介して伝熱管２を貫通させている。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、上記の構成では、フラットフィンについ
ては、空気側の総括熱伝達率を気流の流動抵抗Δｐｌ考
慮した同一ファン動力基準で最大にする最適な伝熱管配
列が実現されておらず、非経済的な設計になっている。

さらに、これをベースとしたスリットフィンについては
、ベース自体の非経済性の影響はもちろんであるが、そ
れ以外にも問題がある。すなわち、気流３の上流側の切
シ起こし５ａ、５ｂでは、境界層前縁効果が大きく伝熱
性能が高いが、気流３の下流側の切り起こしｓｃ、ｓｄ
では、前列の切り起こし５ａ、５ｂで熱交換された気体
が他の気体と混合することなく、すなわち、５０〜６ｄ
がｓａ、５ｂで発生した温度境界層内に入るので伝熱性
能が低い。また、伝熱管２の気流３下流側に気体が流動
しない死水域６が大きく発生し、この部分での伝熱性能
が低いために、フィン伝熱性能の飛躍的な向上がみられ
ないという問題点を有していた。

そこで、上記問題点に鑑み、本発明は、伝熱管の管配列
を工夫することで、同一ファン動力基準にて、フラ１７
）フィンの空気側総括熱伝達率を最大に高め、さらに、
スリットフィンについても切り起こし部での気体の混合
に促進させ、また、伝熱管の気流後流部に発生する死水
域を減少させることにより、空気側総括熱伝達率を飛躍
的に高めたフィンチューブ型熱交換器を提供するもので
ある。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するために、本発明のフィンチューブ
型熱交換器は、一定間隔で多数平行に並べられ、その間
を気流が流動する板状フィンと、この板状フィンに直角
に挿通された外径ＤＯの伝熱管とから構成され伝熱管の
気流方向管列ピッチＬ１を１．２ＤＯ≦Ｌ、≦１．ｓＤ
ｏ、気流と垂直方向の管段ピッチＬ２’＆　２．６Ｄｏ
≦Ｌ２≦３．３Ｄｏとし、前記気流方向について、伝熱
管相互が、前記気流の上流側にあるいずれかの前記伝熱
管の下流側への投影面と部分的な重なりを有し、さらに
、板状フィンの伝熱管相互間に、気流と対向する２側辺
部を切り起こして開口したスリット形またはルーバー形
切り起こし群を、切り起こし群のフィンと接合する脚部
列が、板状フィンの前縁の法線方向と角度を成すように
設けるという構成を備えている。

作　　用この技術的手段による作用を第５図〜第ｅ図より説明す
る。

第５図、第６図は、一定間隔で多数平行に並べられた板
状フィンに、外径ＤＯの伝熱管を直角に挿通し、この伝
熱管の気流方向管列ピッチｉＬ１゜気流と垂直方向の管
段ピッチをＬ２とするフィンチューブ型熱交換器におい
てＤｏ、Ｌ、、Ｌ２および気流速度ＵＦをパラメータと
して実験および解析を行ない、同一ファン動力ΔＰＵＦ
（ＪＰは熱交換器を通過する気流の流動抵抗）基準の空
気側総括熱伝達率α。で伝熱性能を評価したものである
。

第５図は管列ピッチ、第６図は管段ピッチの影響をみた
ものである。管列ピッチＬ１　　管段ピッチＬ２が大き
くなるとフィン表面での熱伝達率は向上するがフィン効
率が低下する。また気流の流動抵抗ΔＰは、管列ピッチ
Ｌ１．管段ピッチＬ２が小さい方が増大する。従って空
気側総括熱伝達率α。にピークが存在する。Ｌ１″、１
．３ＤＯ．Ｌ２″；２．９Ｄｏで伝熱性能が最大になる
が、１−２　Ｄ　４Ｌ　１≦１．８Ｄ。

２−　ｓ　Ｄ　ｏ≦Ｌ２≦３−　ｓ　Ｄｏであれば実用
上十分伝熱性能が優れていることがわかる。また、気流
方向について伝熱管相互がわずかずつ気流と垂直方向に
ずらして設置されているため上流側の管とフィンの存在
によシ発生する馬蹄渦が下流側の管へ衝突し、管表面に
高い熱伝達域を生じる。そして、上流から発生する馬蹄
渦が、管表面に衝突し、管側側へ分岐するため止水域が
少なくなシ有効な伝熱面積が増加する。さらに上記構成
のスリットフィンによれば、気流下流側に設けた切り起
こしが上流側切り起こしで生じた温度境界層内に入る部
分が減少し、切り起こし部での境界層前縁効果が十分に
生かされ、フィンの伝熱性能が向上する。

また、気流と角度をもたせて切シ起こし０脚部を設置し
であるので切り起こし内部を流動する気流と外部を流動
する気流の混合が行なわれ、この混合効果による伝熱促
進が可能である。さらに、脚部で誘起される旋回成分を
もつ気流は、上記の混合効果を高めると共に、伝熱管後
流部の死水域減少に効果があり、フィンの有効伝熱面積
を増大させることによる伝熱性能向上も大きい。

実施例以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。第１図、第３図は本発明の一実施例のフィンチュー
ブ型熱交換器の部分側面図であり、第２図、第４図はそ
れぞれ第１図、第３図のＡ　−Ａ’、Ｂ−Ｂ’断面図を
示す。１１は所定間隔で平行に並べられた板状フィンで
ある。１２は外径ＤＯの伝熱管であυ、気流１３方向の
管列ピッチＬ１を１．２Ｄ　　＜Ｌ　　＜１．８ＤＯ、
気流１３方向に垂直な管段ピッチＬ２を２．６ＤＯ≦Ｌ
２≦３．３ＤＯと１上流側の伝熱管１２ａの投影面１４
に部分的に伝熱管１２ｂが重なるように構成されている
。そして伝熱管１２は板状フィン１１にバー’）：ｉグ
加工等で設けたフィンカラー１５に直角に挿通され、拡
管加工もしくは、ロウ付加工により固定されている。ま
た、板状フィン１１には、伝熱管１２相互間に気流１３
方向と対向する２側辺部１６ａ。

１６ｂｉ開口した切り起こし群１７の板状フィン１１と
接合する脚部１８ａ、１８ｂが板状フィン１１の前縁の
法線方向と角度をなすように設けである。

本実施例による作用は以下のようになる。まず、気流１
３方向の管列ピッチＬ１が１．２ＤＯ≦Ｌ１≦１ＢＤ。

。気流１３方向と垂直な管段ピッチＬ２がｗＤ。≦Ｌ、−
＜ｓ、３Ｄ。

であるため、前述のようにベースのフラットフィンは、
同一ファン動力基準で最も空気側伝熱性能を高めること
ができる。また、気流１３上流側の伝熱管１２ａの投影
面１４に部分的に後流側の伝熱管１２ｂが重なるように
構成されているため、上流側の伝熱管１２ａとフィンの
存在によシ発生する馬蹄渦が下流側の伝熱管１２ｂへ衝
突し、伝熱管１２ｂ表面に高い熱伝達域を生じる。そし
て上流から発生する馬蹄渦が、伝熱管１２に衝突し伝熱
管１２の両側へ分岐するため死水域１９が少なくない有
効な伝熱面積が増大する。さらに、スリット形または、
ルーバー形切り起こしの開口した２側辺部１θａ　、　
１　ｓｂが各々オフセットして設けられているので気流
１３の下流側の切シ起こしには、気流１３の上流側切り
起こしで生じた温度境界層外に位置する部分が常に存在
し、その部分での伝熱性能はよい。また、切り起こし群
１７は、伝熱管１２間において板状フ、イン１１前縁と
角度を成して設けられているため、切シ起こし内部を流
動する気流と、外部を流動する気流は、各々の流動方向
が異なり、気流間にスリップが生じ、乱流が発生し、伝
熱性能を高める。さらに切り起こし脚部１８ａ、１８ｂ
は、気流１３方向と角度を成して設けられているので、
２次流れによる旋回成分をもった気流が、脚部１８ａ、
１８ｂから誘起される。この気流は、切り起こし部で熱
交換された気体と新鮮気体を混合させる作用を持つとと
もに伝熱管１２の気流１３後流部への旋回成分を持ので
、死水域１９が減少し、板状フィン１１の有効伝熱面積
が拡大され、伝熱性能は飛躍的に向上する。

発明の効果以上のように、本発明は、外径り。の伝熱管の気流方向
列ピツチＬ１を１．２ＤＯ≦Ｌ１≦１．８Ｄ。、気流と
垂直方向管段ピッチＬ２を２．６Ｄ４Ｌ２≦３．３ＤＯ
とし、伝熱管相互が、気流の上流側にあるいずれかの前
記伝熱管の下流側への投影面と部分的な重なＶｔ有し、
さらに板状フィンの伝熱管相互間に、気流方向に開口し
たスリット形または、ルーバー形切シ起こし全、この切
シ起こし脚部が、板状フィンの前縁と角度を成すように
設けられているため、フラットフィンとしては、同一フ
ァン動力基準で最も空気側伝熱性能を高めることができ
、またスリットフィンとしても、フィン間を流れる気流
中に旋回成分を持つ流れと乱れを誘起させ、気流の混合
効果、乱流促進効果、死水域減少効果、および境界層前
縁効果が十分に発揮され、空気側伝熱性能を大巾に向上
させることができる。これにより、熱交換器の伝熱性能
は著しく向上し、小型、高性能化を実現させるのに効果
が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるフィンチューブ型熱
交換器を示す部分側面図、第２図は第１図のＡ　−Ａ’
断面図、第３図は本発明の他の実施例におけるフィンチ
ューブ型熱交換器を示す部分側面図、第４図は第３図の
Ｂ　−Ｂ／断面図、第５図。第６図は本発明の作用全話す特性図、第７図は従来のフ
ィンチューブ型熱交換器を示す斜視図、第８図は従来の
フィンチューブ型熱交換器を示す部分側面図、第９図は
第８図のＣ−Ｃ’断面図、第１０図は別の従来によるフ
ィンチューブ型熱交換器を示す部分側面図、第１１図は
第１０図のＤ　−Ｄ’断面図である。１１・・・・・・板状フィン、１２・・・・・・伝熱管
、Ｄｏ・・・・・・伝熱管の外径、Ｌｌ　・・・・・・
管列ピッチ、Ｌ２・・・・・・管段ピッチ、１３・・・
・・・気流、１４・・・・・・投影面、１ｅａｓ１ａｂ
・・・・・・側辺部、１７・・・・・・切シ起こし群、
１８ａ　。１８ｂ・・・・・・脚部。／だ−頼抜刀ン／２−　　伝熱管、１２図Ｉ）ヵ／ｌ−−一巾稠文フイン／４−−一反千Ｉ第４図Ｌｔ−一・管列ヒ゛ツー升（汽９Ｌｚ−−一樫トｊ徒ヒ′７す（索２１０　　　　　　／Ｊ　　　　　　？σＬ　ｔ７’（）
。第　６　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　一定間隔で多数平行に並べられ、その間を気流
が流動する板状フィンと、前記板状フィンに直角に挿通
され内部を流体が流動する外径Ｄ＿Ｏの伝熱管とから構
成され、前記伝熱管の気流方向管列ピッチＬ＿１を１．
２Ｄ＿Ｏ≦Ｌ＿１≦１．８Ｄ＿Ｏとし、気流と垂直方向
の管段ピッチＬ＿２を２．６Ｄ＿Ｏ≦Ｌ＿２≦３．３Ｄ
＿Ｏとするとともに、前記気流方向について、伝熱管相
互が、前記気流の上流側にあるいずれかの前記伝熱管の
下流側への投影面と部分的な重なりを有して構成された
フィンチューブ型熱交換器。
（２）　板状フィンの前記伝熱管相互間に、気流と対向
する２側辺部を切り起こして開口したスリット形または
ルーバー形切り起こし群を前記各切り起こし群のフィン
と接合する脚部列が、前記板状フィンの前縁の法線方向
と角度をなすように設けた特許請求の範囲第１項記載の
フィンチューブ型熱交換器。