JPS6346357B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空調、冷凍機器等に用いられるプレー
トフインチユーブ熱交換器に関するものである。

一般にプレートフインチユーブ熱交換器は、並
設された複数枚のプレートフインに対して直角方
向に複数本の伝熱管を貫通させ、この伝熱管を拡
管等の手段によつてプレートフインと密着保持さ
せている。そして前記伝熱管内に冷温水、冷媒等
の１次流体を流通させ、プレートフイン間に空気
等の２次流体を流通させこれら両流体間で熱交換
を行なわせるものである。

しかし、上記プレートフイン間を流れる空気流
にはその形状によつて流れの境界層が発生し易い
問題がある。これは境界層内の温度勾配が極めて
大きい状態でいわば該境界層部分が大きな熱抵抗
になつていることである。そしてこの境界層は２
次流体の流れ方向に従つて厚く発達し、そのため
プレートフインの後流部ではその熱伝達率が著し
く低下する。

このようにプレートフインチユーブ熱交換器で
は２次流体側（フイン側）の熱伝達率の低さが最
も大きな問題である。そしてこの熱伝達率を向上
させるためには上述した境界層の形成、発達を防
止することが有効であり、このため従来よりプレ
ートフイン面上の加工形状に関して種々の提案が
なされている。

これらの提案は大きく２通りに分けることがで
きる。即ちその一方はプレートフイン面を折り曲
げたり凹凸を形成する等により、該プレートフイ
ンを積層した時に生じる空気流路の拡大、縮小及
び方向転換等を行ない、流れに乱れを促進させた
り、境界層の形成を防止する効果を狙つたもので
あり、他方はプレートフイン面を流れ方向に分断
することにより、境界層が未発達であるフイン先
端部の所謂前縁効果を繰り返して該境界層を全体
的に薄く抑え熱伝達の向上を計るものである。

近年は、主に後者の前縁効果を利用するものが
比較的高い熱伝達率を得られるために一般的にな
つており、これには例えば第１図及び第２図に示
すようなものがある。これは伝熱管（図示せず）
を貫通させる管挿入孔１を有する平板状のフイン
基板２に、該管挿入孔１の管段方向と直角に多数
の切り込みを設け、この切り込みによつて形成さ
れた細片を押し出して多数の橋状の切起し片（ス
トリツプ）３を形成し、フイン基板２の積層時に
該切起し片３の群が結果的に錯列配置されるよう
に構成したものである。

かかる構成の熱交換器は、切起し片３が空気流
の境界層を分断し、その形成、発達を妨げるため
フイン側の熱伝達率を向上する。そころが該切起
し片３は、流れ方向に対して平行で同一平面上に
多数存在し互いに近接しているため、空気流前流
側の切起し片３によつて形成された境界層の影響
を後流側の切起し片３は受けてしまい、各々の切
起し片３の前縁効果は十分に活用されず、また細
片の集合体でプレートフインが構成されることに
なるため、このプレートフインには強度的な問題
があつた。

第２の従来例として第３図及び第４図に示すよ
うに実開昭56−58184号公報によつて開示された
ものである。これは、フイン基板４面を中心軸と
してその空気流方向にそれぞれの切起し片５を傾
斜させて設置したものである。この例はプレート
フイン１枚のみの場合を考えれば前述した第１の
従来例のような問題は生じない。しかし熱交換器
のようにプレートフインが数ミリ間隔で積層され
た場合、熱交換器に流入する空気の主流方向はそ
れぞれの切起し片５の傾斜に沿つて屈曲するた
め、第４図に示すように切起し片５ａと切起し片
５ｂとの位置関係が流れ方向と平行な同一平面上
に存在することになり、前記第１の従来例と同様
に切起し片５の前縁効果は十分に活用されない。
またこの例ではプレートフインの積層ピツチを小
さくすると切起し片５の前縁効果はほとんど失わ
れてしまうため、該積層ピツチに制約がある等の
問題も有している。

更に上述した問題点を改良するため、実公昭52
−35575号公報によつて開示されている提案があ
る。この第３の従来例は、第５図及び第６図に示
すように、第１の従来例で示した切起し片３を、
その表面が矢印で示す空気流方向に対向するよう
フイン基板６に対して傾斜させて設けたものであ
る。これは前縁効果を十分に機能させるために、
切起し片７をフイン基板６に対して傾斜させ、境
界層の発達方向に他の切起し片７が配置されるこ
とのないようにし、また気流に乱れを生じさせて
熱伝達の向上を計るようにしたものであるが、こ
の構成では空気流の主流方向に対する配慮がなさ
れていないため高い熱伝達率を得るのは困難であ
る。この点について空気流を模式的に示した第７
図を参照して説明する。

かかる提案では、空気流（矢印で示す）に平行
なフイン基板６と、傾斜している切起し片７と
が、その空気流方向だけでなく空気流と垂直方向
に対しても交互に配置されているため、例えば第
２の従来例の第４図で示すように傾斜した切起し
片５が整然と配列されて空気流の主流が該切起し
片５に沿つて流れるのではなく、傾斜した切起し
片７の裏面側に流れの剥離が生じる。この剥離の
発生部は、切起し片７裏面近傍の流速がほとんど
０になるのと等しいため、その部分での熱伝達は
非常に小さくなり、かえつて風圧損失が非常に増
大してしまうのである。このように前述の気流の
乱れとは実際には気流の剥離であるが、空調機等
のように層流領域で使用する場合、この剥離が生
じることは風圧損失の増大につながり熱伝達の向
上は望み難いのである。

上記従来例の他には例えば実開昭56−144988号
公報に開示されたものがあり、これを第４の従来
例として第８図及び第９図に示す。また同様な提
案としては特開昭55−105194号、同57−131995号
公報で開示されたものなどがある。

これら第４の従来例は、第２の従来例として示
した切起し片５の幅方向両端部を、その端部方向
に空気流と平行になるようそれぞれ屈曲させたも
のと見なし得、また波形フイン、台形フインを分
断したものであるといえる。尚８はフイン基板で
ある。この提案の目的とするところは前記第２の
従来例の欠点を改良しようとするものであること
は言うまでもない。しかしこの提案も、隣接する
それぞれの切起し片９のうち空気流（矢印で示
す）に対して上流側の切起し片９ａによつて形成
される境界成層速度場が下流側の切起し片９ｂに
影響を及ぼし、この切起し片９ｂの前縁効果が十
分に生かされず、熱伝達率も第２の従来例と比較
して逆に低く、更には風圧損失が増大し送風動力
の増大、騒音の増加を招く等の欠点があつた。

本発明は以上述べたような従来の欠点を除去す
るためになされたもので、相隣る傾斜片間に空気
流方向と平行なフイン基板部が存在し、これら傾
斜片とフイン基板部とが空気流方向に対して交互
に配置されるようにすることにより、熱伝達率が
大きくかつ風圧損失の少ない熱交換器を提供する
ことを目的とする。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。第１０図において１０はフイン基板（プレー
トフイン）で、このフイン基板１０には複数の伝
熱管挿入孔１０ａが設けられている。また１１は
フイン基板１０のそれぞれの伝熱管挿入孔１０ａ
間に形成された傾斜片である。この傾斜片１１
は、前記フイン基板１０の長手方向に平行な切込
みを多数設けてこれをフイン基板１０の表裏に切
起し、第１１図に示すように熱交換器に流入する
空気流に対してその断面が所定の角度を有した斜
形のルーバー状になるように形成したものであ
る。またこの傾斜片１１はその幅方向両端すなわ
ち空気流方向前後端が空気流方向と平行になるよ
う屈曲している。更に相隣る傾斜片１１間にはそ
れぞれ空気流に平行となるよう平板ストリツプ状
のフイン基板部１２が配列された状態になつてい
る。

このように、傾斜片１１とフイン基板部１２と
が空気流方向に対して交互に配置されたフイン基
板１０を第１１図に示すように積層した場合、該
傾斜片１１は並積された他方のフイン基板１０の
傾斜片１１とで波形流路を形成する。この波形流
路を通過する空気流は方向転換を行なうため、助
走区間の繰り返し効果により全体の境界層が薄く
なり、熱伝達率が向上する。更にこの実施例で
は、傾斜片１１間にフイン基板部１２が存在して
いるため、フイン基板部１２ａによつて形成され
た境界層は傾斜片１１によつて主流方向が偏向さ
れフイン基板部１２ｂにはその影響を与えない。
またそれぞれの傾斜片１１の間隔が長くなり、そ
の前縁部に影響を与える境界成層は第４の従来例
等とは異なりほとんど消滅し、空気流の後流側の
傾斜片１１の前縁効果は十分に生かされ高熱伝達
率を得ることができる。そして第１１図から明ら
かなように、並積された隣接するフイン基板１０
の傾斜片１１とは前記従来例と異なり、互いに境
界層の影響による前縁効果の阻害を生じさせるよ
うなことはない。

第１２図は実施例と従来例との比較の一例とし
て、第１の実施例の熱交換器と比較例として第２
の従来例との性能比較したものである。実施例は
フイン基板流路長22mm、フイン基板積層ピツチ
1.6mm、傾斜片4.5mm、フイン基板部1.5mmで構成さ
れ、比較例はフイン基板部が存在しない他は同一
寸法であり、図において曲線Ａは実施例、曲線Ｂ
は比較例である。このように実施例は比較例に較
べ、平均表面熱伝達率で25％以上大きく、風圧損
失では30％程度小さい（前面風速1m／ｓ付近）
ものであり、実施例が実用上優れていることが明
らかである。

以上のように本発明は、熱交換器のフイン基板
の伝熱管相互間の部分に、空気流方向に対しその
断面が斜形状でかつその前後端が屈曲した傾斜片
を多数設け、相隣る傾斜片間に空気流方向と平行
なフイン基板部が存在してこれら傾斜片とフイン
基板部とが空気流方向に対して交互に配置される
ように構成したので、境界層の成長方向が同一平
面上でなくなり、前縁効果が十分に機能し、しか
も空気等の流体の流れが滑らかに誘導されて剥離
等の乱れが生ぜず、風圧損失が少なくかつ熱伝達
率の非常に大きい熱交換器が得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は従来例による熱交換器のプレ
ートフインを示し、第１図及び第２図は第１の従
来例の平面図及び―線断面図、第３図及び第
４図は第２の従来例の平面図及び―線断面
図、第５図、第６図及び第７図は第３の従来例の
平面図、―線断面図及び空気流の模式図、第
８図及び第９図は第４の従来例の平面図及び―
線断面図、第１０図及び第１１図は本発明の一
実施例による熱交換器のプレートフインの平面図
及びXI―XI線断面図、第１２図は実施例と比較例
（第２の従来例）との特性図である。 １０…フイン基板（プレートフイン）、１０ａ
…伝熱管挿入孔、１１…傾斜片、１２…フイン基
板部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多数列積層させたプレートフインと、このプ
   レートフインを貫通して保持されている伝熱管と
   から構成され、該伝熱管内を流れる冷媒と前記プ
   レートフイン間を通過する空気とを熱交換する熱
   交換器において、前記プレートフインの隣設され
   た伝熱管相互間におけるフイン基板部に、空気流
   方向に対しその断面が一定の傾斜角を有する平板
   体の傾斜片を切起こし、かつ該平板体の空気流方
   向前後端を空気流方向と平行で上下流方向に屈曲
   させ、この傾斜片を空気流方向に間隔をおいて多
   数設けると共に、相隣る傾斜片間に空気流方向と
   平行なフイン基板部を存在させ、これら傾斜片と
   フイン基板部とが空気流方向に対して交互に配置
   されるようにしたことを特徴とする熱交換器。