JP2604722B2 - フインチユーブ型熱交換器 - Google Patents

フインチユーブ型熱交換器

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JP2604722B2
JP2604722B2 JP61146419A JP14641986A JP2604722B2 JP 2604722 B2 JP2604722 B2 JP 2604722B2 JP 61146419 A JP61146419 A JP 61146419A JP 14641986 A JP14641986 A JP 14641986A JP 2604722 B2 JP2604722 B2 JP 2604722B2
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薫 加藤
八郎 小間
繁男 青山
博由 田中
眞 小畑
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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▲L ▼を伝熱
管2の外径D0′(D0≒10mm)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D0
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、従来は、同一ファン動力基準の空気側
総括伝達で伝熱性能を評価する考え方がなく、別の実用
的でない評価方法で、列ピッチ、段ピッチを決めていた
ため、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
D0′が10mmと大きいためΔPが大きいことも影響してい
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、5c〜5dが5a,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
列と管径を工夫することで、同一ファン動力基準にて、
フラ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D0(3mm≦D0≦7.5mm)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1.2D0≦L1
≦1.8D0,気流と垂直方向の管段ピッチL2を2.6D0≦L2
3.5D0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の伝熱管を直角に挿通し、この伝
熱管の気流方向の管列ピッチをL1,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、L1,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(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、外径D0が7.3mmの伝熱管を用いたときの管
列ピッチL1の影響をみたものである。なお、図示してい
ないが、従来のD0≒10mmの場合においても、第5図の特
性図と同じ傾向があらわれることが確認されている。
なお、第5図は、厳密にはL2/D0の値を3.0としたとき
の特性であるが、2.6≦(L2/D0)≦3.5のときは、第5
図とほぼ同じ特性図となり、(L2/D0)が2.6より小さく
なるにつれて、また、(L2/D0)が3.5より大きくなるに
つれて、特性図の山のピークが低くなる。
第6図は、外径D0が7.3mmの伝熱管を用いたときの管
段ピッチL2の影響をみたものである。なお、図示してい
ないが、従来のD0≒10mmの場合においても、第6図の特
性図と同じ傾向があらわれることが確認されている。
なお、第6図は、厳密にはL1/D0の値を1.5としたとき
の特性であるが、1.2≦(L1/D0)≦1.8のときは、第6
図とほぼ同じ特性図となり、(L1/D0)が1.2より小さく
なるにつれて、また、(L1/D0)が1.8より大きくなるに
つれて、特性図の山のピークが低くなる。
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は低下する。
また気流の流動抵抗ΔPは、管列ピッチL1,管段ピッチL
2が小さい方が増大する。従って空気側総括熱伝達α
にピークが存在する。L1≒1.3D0,L2≒2.9D0で伝熱性能
が最大になるが、1.2D0≦L1≦1.8D0,2.6D0≦L2≦3.5D0
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。
従来のものは、(L1/D0)=2.2,(L2/D0)=2.2〜2.5
であったので、第5図,第6図より、特性の悪い列ピッ
チ、段ピッチを採用していたことがわかる。
また、伝熱管の外径D0を、従来のD0≒10mmから、3mm
≦D07.5mmにすることにより、伝熱管後流にできる死水
域が小さくなるとともに、気流の流動抵抗ΔPも小さく
なる。
以上のことから、本発明によるフィンチューブ型熱交
換器は、同一ファン動力ΔPUF基準の空気側総括熱伝達
αが、従来のものに較べて40〜50%向上することとな
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の脚部を設
置して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D0が7.3mmの伝熱管であり、気流13方向
の管列ピッチL1を、(L1/D0)=1.78となる13.0mm,気流
13方向に垂直な管段ピッチL2を、(L2/D0)=2.88とな
る21.0mm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,15b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てあ
る。
本実施例のフィンチューブ型熱交換器の寸法、性能を
従来のものと対比した表を以下に示す。
この表によると、本実施例のフィンチューブ型熱交換
器は、従来のものと比較して、同一ファン動力ΔPUF
準の空気側総括熱伝達αが、60/120から90/120へと1.
5倍となり、熱交換器の重量が、33%軽くなっており、
軽くなった分、従来に対し約30%のコストダウンが図れ
る。
本実施例による作用は以下のようになる。まず、気流
13方向の管列ピッチL1が1.2D0≦L1≦1.8D0,気流13方向
と垂直な管段ピッチL2が2.6D0≦L2≦3.5D0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
の時伝熱管外径D0が3mm≦D0≦7.5mmである為従来品D0
10mm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40〜50%空気側伝熱性能が向上している。
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15a,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
が常に存在し、その部分での伝熱性能はよい。また、切
り起こし群16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つので、死水域18はフラ
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、本実施例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%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D0(3mm≦D0≦7.5mm)の
伝熱管の気流方向列ピッチL1を1.2D0≦L1≦1.8D0,気流
と垂直方向管段ピッチL2を2.6D0≦L2≦3.5D0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、フラットフィンとしては、同一ファン
動力基準で40%〜50%空気側伝熱性能を高めることがで
き、またスリトフィンとしても、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。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30%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10図のD−D′断面図である。 11……板状フィン、12……伝熱管、D0……伝熱管の外
径、L1……管列ピッチ、L2……管段ピッチ、13……気
流、15a,15b……側辺部、16……切り起こし群、17a,17b
……脚部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小間 八郎 東大阪市高井田本通3丁目22番地 松下 冷機株式会社内 (72)発明者 青山 繁男 東大阪市高井田本通3丁目22番地 松下 冷機株式会社内 (72)発明者 田中 博由 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (72)発明者 小畑 眞 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−62794(JP,A) 特開 昭60−202296(JP,A) 実開 昭57−100079(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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D0(3mm≦D0≦7.5
    mm)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L1を1.2D0≦L1≦1.8D0とし、気流と垂直方向管
    段ピッチL2を2.6D0≦L2≦3.5D0としたフィンチューブ型
    熱交換器。
  2. 【請求項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。
JP61146419A 1986-06-23 1986-06-23 フインチユーブ型熱交換器 Expired - Lifetime JP2604722B2 (ja)

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