JPS633188A - フインチユ−ブ型熱交換器 - 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】 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
ピンチＬ／を伝熱管２の外径Ｄ０′（Ｄｏ’　＊１０ｙ
ａｎ　）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１０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
フラットフィンをベースにし、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
層前縁効果により、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には一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ΔＰを考
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。

これには、伝熱管の外径り。′が１０ｍと大きいためΔ
Ｐが大きいことも影響している。さらに、これをペース
としたスリットフィンについては、ペース自体の非経済
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の上流側の切り起こし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５ｃ、５ｄでは、前列の切り起こ
しｓａ、ｓ、ｂ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、６ｃ〜５ｄが６ａ、ｓｂ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が太
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
と管径を工夫することで、同一ファン動力基準にて、ス
リット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
混合を促進させ、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１ｉｌｌｌ　ａ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１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
に挿通された外径り。（≦−７．５１１１７１１）＋７
：伝熱管とから構成され伝熱管の気流方向管列ピッチＬ
１を１−２　Ｄｏ≦Ｌ１≦１．８Ｄ。。

気流と垂直方向の管段ピッチＬ２を２．６ＤＯ≦Ｌ２≦
３．５Ｉ）０とし、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６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Ｄ０（’　３＋ｎ＋ｎ５ＣＤ０≦７．
５ｍｍ　）の伝熱管を直列に挿通し、この伝熱管の気流
方向管列ピッチをＬｌ、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
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ＪＰＵＦ（ΔＰ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Ｌメ；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管段ビ、
ｙチＬ２が小さい方が増大する。従って空気側総括熱伝
達率ａ０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．
２Ｄｏ≦Ｌ１≦１．８Ｄ。、２，６ＤＯ≦Ｌ２≦ｓ　−
ｓ　Ｄ　ｏ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。この値は、従来のり。−４＝１〜の場合と
比べると、パイプ後流にできる死水域１８が小さいこと
とΔＰが小さいため、４０〜ｓｏ％向上している。

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り起こし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（３りり。

≦７．５咽）の伝熱管であり、気流１３方向の管列ピッ
チＬ１　を１．２Ｄｏ≦Ｌ１≦１．８Ｄ。。

気流１３方向に垂直な管段ピッチＬ２ヲ２．６ＤＯ≦４
メＡ６Ｄ０としている。そして伝熱管１２は板状フィン
１１にバーリング加工等で設けたフィンカラー１４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１５ａ、１ｓ
ｂを開口した切り起こし群１６の板状フィン１１と接合
する脚部１７ａ、１７ｂ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１．２Ｄ０≦Ｌ１≦１．
８Ｄ。。

気流１３方向と垂直な管段ピッチＬ２が２．６ＤＱ≦Ｌ
ｉ卯−６Ｄ。

であるため、前述のようにペースのフラットフィンは、
同一フィ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。この時伝熱管１２間かに≦Ｄ。≦７．６ニで
ある為従来品り。＝１蝕のものに対しては、気流の流動
抵抗と死水域１８が小さいため約４０〜６０係空気側伝
熱性能が向上した２側辺部１５　ａ−、、１５ｂ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
切り起こしには、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任し、その部分で
の伝熱性能はよい。また、切り起こし群１ｅは、伝熱管
１２間において板状フィン１１前縁と角度を成して設け
られているため、切り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１７ａ、１７ｂ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１７ａ、１７ｂがら誘起され
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つので、死水域１８（ｄ
フラットフィンの場合よりさらに減少し、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。また、本発明のフィンチューブ型熱交換器は、
伝熱管外径が従来に対して小さい為、伝熱管の肉厚も薄
くすることが可能で従来に対し約３０幅のコストダウン
が図れる。

発明の効果 以上のように本発明は、外径り。（３ｒｃｎ≦Ｄ。≦７
．５ｍｍの伝熱管の気流方回列ピ、チＬ１　　を１−２
ＤＯ≦Ｌ１≦１．８Ｄ。。

気流と垂直方向管段ピッチＬ２ヲ２．６Ｄ。≦２９．５
Ｄ。

とし、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、ルーバー形切り起こしを、
この切り起こし脚部が、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、フラットとしては、同一フ
ァン動力基準で４Ｑ％〜６０％窒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金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。さらに伝熱管外径Ｄ０
も小さいため、肉厚を薄くすることができ、従来品に対
し約３ｏ％のコストダウンが図れる。

【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図は本発明の作用を示す特性図、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１Ｑ図のＤ　−Ｄ斯面図である。 １１・・・・・・板状フィン、１２・・・・・・伝熱管
、Ｄ。・・・・・・伝熱管の外径、Ｌ、　曲、、管列ピ
ッチ、Ｌ２１０１０．。 管段ピッチ、１３・・・・・・気流、１ｓａ、１ｓｂ・
・・・・・側辺部、１６・・・・・・切９起こし群、１
７ａ、１７ｂ・・・・・・脚部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名／／
−３反状フィン ／２−−−イ乏Ｉ明’１ 第１図　　　　　　　　／３−気あ ／４−一−フィンガラ− ／♂−−−瓦氷す或 第２図 ／ｌ−−一頼状フイン ／２−−一北勢青 第３図　　　　　　　７３−λ烹 ／４−−−　フィンフラー Ｉｊａ、１５４−−−４１Ｗ 第４図 第６図 Ｌ？／Ｂσ 第７図 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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
   される内部を流体が流動する外径 Ｄ＿Ｏ（３ｍｍ≦Ｄ＿Ｏ≦７．５ｍｍ）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
   方向管段ピッチＬ＿２を２．６Ｄ＿Ｏ≦Ｌ＿２≦３．５
   Ｄ＿Ｏとしたフィンチューブ型熱交換器。
2. （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。