JP2728146B2 - 熱交換器及び熱交換器の配列構造 - Google Patents

熱交換器及び熱交換器の配列構造

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JP2728146B2
JP2728146B2 JP2246034A JP24603490A JP2728146B2 JP 2728146 B2 JP2728146 B2 JP 2728146B2 JP 2246034 A JP2246034 A JP 2246034A JP 24603490 A JP24603490 A JP 24603490A JP 2728146 B2 JP2728146 B2 JP 2728146B2
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哲雄 三村
幸隆 町田
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば燃焼排ガスから熱を回収する熱回収
装置などに使用される熱交換器に係り、特に鋸歯状のフ
ィンをチューブの周りに巻き付けて形成した熱交換器に
関する。
〔従来の技術〕
第12図は特開昭55−43310号公報や実開昭60−28365号
公報に開示れたU字形分割フィン12を示す図、第13図は
そのU字形分割フィン12をチューブ10に取りつけた状態
を示す図である。
このU字形分割フィン12は第12図に示されているよう
に、帯状をしたフィン素材の中央取付部11を残してその
両側から切込みを入れ、その切込みの根元から同じ方向
に折り曲げてU字形分割フィン12を構成するものであ
る。
そしてこのL字形分割フィン12は第13図に示されてい
るように、前記中央取付部11の部分をチューブ10に巻き
付けて固定することにより、多数のフィン12は放射方向
に向き、かつフィン12の外周部が中央取付部11より上方
を向くように傾斜している。
〔発明が解決しょうとする課題〕
ところでこのフィン12を取りつけた熱交換器では第13
図に示されているように、チューブ10の外周に平面状の
取付部11が互いに隣接して貼り付けられた状態となり、
結局、管壁が二重構造となり、管壁の厚さが増し、チュ
ーブ10の管壁と取付部11の間に境界面があり、そのため
に熱抵抗が増大して熱伝達特性が低下する。
また、フィンをチューブの外周に巻き付ける際、帯状
のフィン素材にかなりの張力をかけながらチューブの外
周に巻き付けていく訳であるが、前述のようにフィン素
材の両側から切込みが入っているためそれを高張力でチ
ューブに巻き付けるときに中央取付部11に亀裂が入り易
く、フィン素材が途中で切断される心配があり、作業能
率が悪い。
さらにこのフィン12は根元の所まで切り込まれている
ため、1本1本のフィンの傾斜角度が不揃いになり勝ち
で、フィンの間を通過する流体の流動抵抗が高くなり、
そのために熱伝達特性が低下するなどの欠点を有してい
る。
本発明は上記従来技術の欠点を解消し、熱伝達特性の
良い熱交換器ならびにそれの配列構造を提供することを
目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、第1の本発明は、 チューブがガスなどの流体流れ方向に対して略垂直方
向に配置され、 そのチューブの周りにフィンが巻き付けられ、そのフ
ィンの外周部がチューブと接合している内周部よりも下
方に向けて傾斜していることを特徴とするものである。
上記目的を達成するため、第2の本発明は、 例えばガスなどの流体の流れ方向に沿って第1の傾斜
フィン付き熱交換器と第2の傾斜フィン付き熱交換器と
を配置し、その第1の傾斜フィン付き熱交換器と第2の
傾斜フィン付き熱交換器のフィンの傾斜方向が異なって
いることを特徴とするものである。
〔作用〕
第1の本発明は前述のように、フィンの外周部をチュ
ーブと接合している内周部よりも下方に向けて傾斜させ
ることにより、内周部でのダストなどの堆積や洗浄時の
洗浄液の溜まりがなくなり、熱伝達率の低下が防止でき
る。
第2の本発明は前述のように、流体の流れ方向に沿っ
て第1の傾斜フィン付き熱交換器と第2の傾斜フィン付
き熱交換器のフィンの傾斜方向を異ならしめることによ
り、フィンが流体の拡散を助長し、そのために熱伝達率
を向上することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
1図は本発明の一実施例に係る熱交換器の斜視図、第2
図は第1図A−A線上の断面図、第3図は第1図の熱交
換器の拡大平面図である。
これらの図に示されているように、一方の側に多数の
分割部3を設け、他方の側に各分割部3を連結する歯を
切っていない共通ベース部2を有する鋸歯状のフィン4
を、前記共通ベース部2の端縁がチューブ1の外周部に
接合するようにチューブ1の周りに巻き付けて熱交換器
を構成している。
第2図に示すようにフィン4は、チューブ1の軸芯に
垂直に立てた直線に対して角度θをもって傾斜してい
る。
第6図は、フィン4の傾斜角θ(第2図参照)とフィ
ン山数(管軸方向の単位長さ当たりの巻数)Nとの関係
を示す特性図である。この図から明らかなようにフィン
4の傾斜角θが大きくなるに従ってフィン山数Nも増
し、特にθが2〜20度の範囲でフィン山数Nの増加が顕
著である。
第7図は、フィン山数Nと装置全体の重量Wとの関係
を示す特性図である。この図から明らかなように、管軸
方向の単位長さ当たりのフィン山数Nが多いということ
は、装置を小さくしても所定の伝熱面積が確保できると
いうことであり、その分装置重量Wが軽くなる。従って
フィン4の傾斜角θを2〜20度の範囲に規制することに
より、フィン山数Nを増し、分装置重量Wを軽減するこ
とができる。
第8図は、共通ベース部2の径方向の高さhとフィン
全体の径方向の高さH(ともに第3図参照)の比率(H/
h)と、フィン4をチューブ1に巻付けたときの根元の
しわの幅との関係を示す特性図である。なお、フィン4
の根元のしわの幅は第11図に示す幅である。
第9図は、フィン根元しわの幅とドラフト損失との関
係を示す特性図である。この図から明らかなように、フ
ィン根元しわの幅とドラフト損失とは相関関係があり、
フィン根元しわの幅が大きくなるとドラフト損失が大と
なり、ドラフト損失が大きいということは、フィン根元
部での流体の流れが悪くなり、結局、伝熱特性の低下を
きたすことを意味する。
これら第8図ならびに第9図から明らかなように、H/
hが1.5未満であると、すなわち共通ベース部2の高さh
の占める割合が大きいと、フィン根元しわの幅が大き
く、そのためドラフト損失が大となり、伝熱特性の低下
をきたす。
この点H/hが1.5を超えるとフィン根元しわの幅が極端
に小さくなり、そのためドラフト損失、すなわちフィン
根元部での流動抵抗が小さくなり、フィン根元部での伝
熱効率が良好である。この傾向はH/hが15を超えても同
じであるが、H/hの値がこれ以上大きくなるということ
は共通ベース部2が極端に低くなることであり、そうす
ればフィン素材の引張強度が低下し、フィン4をチュー
ブ1に巻付ける際にフィン素材が切断することがあり、
作業効率が低下する。従ってフィン根元しわの幅を小さ
く抑え、しかもフィン素材をチューブに作業性よく巻付
けるためには、H/hの値を1.5〜15の範囲に規制するとよ
い。
第4図は上述した熱交換器の配列構造を示す平面図、
第5図は第4図B−B線矢視図である。第4図ならびに
第5図に示されているように、ガス6の流れ方向に沿っ
て傾斜フィン付き熱交換器1が4本づつ4列千鳥状に配
置されており、第5図に示す如く上流側の熱交換器1は
フィン4が下向きで、その後流側の熱交換器1はフィン
4が上向きになっており、フィン4の傾斜方向が互いに
異なっている。
第10図は、フィンの傾斜方向を異ならしめたケースA
と、フィンの傾斜方向を同一にしたケースBについて、
ガス流速vと熱伝達率αとの関係を示す特性図である。
この図から明らかなように、フィンの傾斜方向を異なら
しめることにより(ケースA)ガスの拡散が非常に良好
となり、その結果、ケースBに比較して熱伝達率αを著
しく向上させることができた。
また第1図ならびに第2図に示すように、フィン4の
外周部がチューブ1と接合している内周部よりも下方に
向けて傾斜しておれば、例えばガスの通気を停止した際
の共通ベース部2上でのダストの堆積が少なく、また、
水洗などをしたときに共通ベース部2上に水が溜まる心
配もない。
〔発明の効果〕
第1の本発明は前述のように、フィンの外周部をチュ
ーブと接合している内周部よりも下方に向けて傾斜させ
ることにより、内周部でのダストなどの堆積や洗浄時の
洗浄液の溜まりがなくなり、熱伝達率の低下が防止でき
る。
第2の本発明は前述のように、流体の流れ方向に沿っ
て第1の傾斜フィン付き熱交換器と第2の傾斜フィン付
き熱交換器のフィンの傾斜方向を異ならしめることによ
り、フィンが流体の拡散を助長し、そのために熱伝達率
を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る熱交換器の斜視図、第
2図は第1図A−A線上の断面図、第3図は第1図の熱
交換器の拡大平面図、第4図は熱交換器の配列構造を示
す平面図、第5図は第4図B−B線矢視図、第6図はフ
ィン傾斜角とフィン山数との関係を示す特性図、第7図
はフィン山数と装置重量との関係を示す特性図、第8図
はH/hとフィン根元しわの幅との関係を示す特性図、第
9図はフィン根元しわの幅とドラフト損失との関係を示
す特性図、第10図はケースAとケースBのガス流速と熱
伝達率との関係を示す特性図、第11図はフィン根元しわ
の幅を示す説明図、第12図は従来提案されたフィンの斜
視図、第13図はそのフィンを取りつけた熱交換器の断面
図である。 1……チューブ、2……共通ベース部、3……分割部、
4……フィン、θ……フィン傾斜角。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 幸隆 広島県呉市宝町6番9号 バブコツク日 立株式会社呉工場内 (72)発明者 坂本 公哉 広島県呉市宝町6番9号 バブ日立工業 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−68796(JP,A) 特開 昭50−112849(JP,A) 実開 昭60−28365(JP,U) 実開 昭63−109802(JP,U)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チューブがガス流れ方向に対して略垂直方
    向に配置され、 そのチューブの周りに平面状フィンが連続して巻き付け
    られ、その平面状フィンの外周側に多数の分割部を設
    け、平面状フィンの内周側に前記各分割部を連結する平
    面状の共通ベース部を有し、その平面状共通ベース部の
    端面を前記チューブの外周に接合するとともに、前記平
    面状共通ベース部から分割部にかけて下方に向けて傾斜
    していることを特徴とする熱交換器。
  2. 【請求項2】請求項(1)記載において、前記共通ベー
    ス部の径方向の高さhとフィン全体の径方向の高さHと
    の比率(H/h)が1.5〜15の範囲に規制されていることを
    特徴とする熱交換器。
  3. 【請求項3】チューブの周りに平面状フィンが連続して
    巻き付けられ、その平面状フィンの外周側に多数の分割
    部を設け、平面状フィンの内周側に前記各分割部を連結
    する平面状の共通ベース部を有し、その平面状共通ベー
    ス部の端面を前記チューブの外周に接合するとともに、
    前記平面状共通ベース部から分割部にかけて下方に向け
    て傾斜した第1の傾斜フィン付き熱交換器と、 チューブの周りに平面状フィンが連続して巻き付けら
    れ、その平面状フィンの外周側に多数の分割部を設け、
    平面状フィンの内周側に前記各分割部を連結する平面状
    の共通ベース部を有し、その平面状共通ベース部の端面
    を前記チューブの外周に接合するとともに、前記平面状
    共通ベース部から分割部にかけて上方に向けて傾斜した
    第2の傾斜フィン付き熱交換器とを備えたことを特徴と
    する熱交換器の配列構造。
  4. 【請求項4】請求項(3)記載において、前記平面状フ
    ィンの前記共通ベース部の径方向の高さhとフィン全体
    の径方向の高さHとの比率(H/h)が1.5〜15の範囲に規
    制されていることを特徴とする熱交換器の配列構造。
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