JP3430921B2 - Heat exchanger - Google Patents
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- JP3430921B2 JP3430921B2 JP14539898A JP14539898A JP3430921B2 JP 3430921 B2 JP3430921 B2 JP 3430921B2 JP 14539898 A JP14539898 A JP 14539898A JP 14539898 A JP14539898 A JP 14539898A JP 3430921 B2 JP3430921 B2 JP 3430921B2
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
- F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
- F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器に係り、
特に空冷式熱交換器に用いる伝熱フィンに関するもので
ある。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat exchanger,
In particular, it relates to a heat transfer fin used in an air-cooled heat exchanger.
【０００２】[0002]
【従来の技術】積層した多数のフィンと、該フィンに交
差して挿入した円形伝熱管からなるクロスフィンチュー
ブ形空冷式熱交換器（図４に示す）に用いる伝熱フィン
の伝熱促進方法には、２つの方法がある。2. Description of the Related Art A heat transfer fin promoting method for a heat transfer fin used in a cross fin tube type air-cooled heat exchanger (shown in FIG. 4) comprising a large number of laminated fins and circular heat transfer tubes inserted so as to intersect the fins. There are two ways.
【０００３】一つは、フィン面上に切り起こした微細ル
ーバを設け、この微細ルーバを供給する新鮮な空気にで
きるだけ触れる位置に設け、伝熱面を覆う境界層が厚く
なるのを阻止する前縁効果を利用して、伝熱促進を図る
方法である。この方法のルーバは特公平７−１０９３５
３号公報に記載のように気流に対して迎え角度を持たな
い、すなわちフィン面に対しては基本的に平行に保ち、
通風抵抗が低い形状のもの（平面ルーバ）が多く用いら
れている。 もう一つの伝熱促進方法は、フィン面に突
起片を取り付けた細片から発生する縦渦で気流を乱す方
法である。この方法は、図５に示すように、フィン面に
傾斜角度βで傾斜するが流れ方向に対して迎え角度を持
たないデルタウイング４ｄ（以下ではウイングと呼
ぶ）、流れ方向に対して迎え角度γで傾斜するがフィン
面に垂直で傾斜角度を持たないウイングレットタイプ４
ｅ（以下ではウイングレットと呼ぶ）の二つのタイプが
ある。流れが突起片を横切る稜線が二つできるウイング
タイプ４ｄは、下流に二つの主渦を生成する。これに対
して、流れが突起片を横切る稜線が一つのウイングレッ
トタイプ４ｅは、下流に一つの主渦を生成する。ウイン
グタイプで本発明に類似する特許として特開平９―１３
３４８７号公報を挙げることができる。One is to provide a fine louver cut and raised on the fin surface, and to provide the fine louver at a position where it comes into contact with fresh air to be supplied as much as possible to prevent the boundary layer covering the heat transfer surface from becoming thick. This is a method for promoting heat transfer by utilizing the edge effect. The louver of this method is 7-10935
As described in Japanese Patent No. 3, there is no angle of attack with respect to the air flow, that is, it is kept basically parallel to the fin surface,
The shape (planar louver) with low ventilation resistance is often used. Another heat transfer promotion method is a method of disturbing the air flow by a vertical vortex generated from a strip in which a projection piece is attached to a fin surface. In this method, as shown in FIG. 5, a delta wing 4d (hereinafter referred to as a wing) that is inclined to the fin surface at an inclination angle β but has no angle of attack with respect to the flow direction, and an angle of attack γ with respect to the flow direction. Winglet type 4 that tilts at, but has no tilt angle perpendicular to the fin surface
There are two types, e (hereinafter referred to as winglets). The wing type 4d, in which the flow has two ridges that cross the projection piece, generates two main vortices in the downstream. On the other hand, the winglet type 4e having a single ridgeline in which the flow crosses the projection piece generates one main vortex downstream. As a wing type patent similar to the present invention, Japanese Patent Laid-Open No. 9-13
3487 can be mentioned.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ヒートポンプ空調機用
熱交換器の室外用熱交換器は、ルーバの微細化により、
フィン面に局所的に霜が付着して、暖房能力が低下する
などの問題を生じることがある。すなわち空気中の水分
が、特にフィン先端など高性能なルーバ面に急速に着霜
して通風路が目詰まりし、通風量が低下するなどの問題
を起こし易い。The outdoor heat exchanger of the heat exchanger for the heat pump air conditioner has the following problems.
Frost may locally adhere to the fin surface, causing a problem such as a decrease in heating capacity. That is, water in the air is likely to cause problems such as rapid frost formation on the high-performance louver surface such as the tips of fins, clogging of the ventilation passage, and reduction of the ventilation volume.
【０００５】本発明の目的は、高性能を維持すると同時
に、局所的な着霜により通風量が低下するのを防止でき
るフィン形状を有する空気熱交換器を提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an air heat exchanger having a fin shape which can maintain a high performance and at the same time prevent a reduction in the amount of ventilation due to local frost formation.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明は、平板状のフィンをほぼ平行に複数並
べ、そのフィン間に流れる空気で管内を流れる媒体を冷
却または加熱する熱交換器において、前記フィンの一部
分を片持ちに折り曲げて切り起こし、その折り曲げ面を
フィン端面と交差する方向に迎え角度γと、前記フィン
の平面に対して傾斜角度βとを有するウイングレットを
設け、そのウイングレットは、空気流れと垂直方向に配
列される列ごとに前記迎え角度γの符号が交互に変わる
交差配列とし、さらに、ウイングレットの列ピッチＳｌ
／フィンピッチＰｆの値を６〜１０の範囲、ウイングレ
ットの段ピッチＳｔ／フィンピッチＰｆの値を２〜３の
範囲としたものである。To achieve the above object of the Invention The, the present invention arranges a plurality substantially parallel plate-shaped fins, cool or heat the medium flowing within the tube with air flowing between the fins in the heat exchanger, raised outright by bending a portion of the fin cantilevered, and celebrated example angle γ in a direction intersecting the bent surface and <br/> fin end face, against the flat surface of the fin <br/> the winglet having a tilt oblique angle β Te
And its winglets are oriented perpendicular to the air flow.
The sign of the angle of attack γ alternates with each row
Crossing arrangement and column pitch Sl of winglets
/ The fin pitch Pf value is in the range of 6 to 10
Value of step pitch St / fin pitch Pf of
It is a range .
【０００７】また、ウイングレットの幅Ｌｗとウイング
レットの高さＨｗの比（Ｌｗ／Ｈｗ）がほぼ２の長方形
をしており、ウイングレットの高さＨｗはフィンピッチ
Ｐｆにほぼ等しく、迎え角度γは、３０°＜γ＜７０°
の範囲にあり、フィン傾斜角度βは、９０°＜β＜１６
０°の範囲としたものである。 The width Lw of the winglet and the wing
Rectangle with height ratio Hw (Lw / Hw) of approximately 2
And the winglet height Hw is the fin pitch
Almost equal to Pf, the angle of attack γ is 30 ° <γ <70 °
And the fin inclination angle β is 90 ° <β <16
The range is 0 ° .
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例の伝熱フィ
ンについて、図面を参照しながら説明する。図１は本発
明の一実施例を示す。この実施例は、図４に示すクロス
フィンチューブ式熱交換器７の伝熱フィン１に係る。２
は、伝熱管を示す。クロスフィンチューブ式熱交換器７
は、平行に並べた多数のフィン１に複数の円形伝熱管２
を挿入してなる。空調機では、隣あうフィン１間を流れ
る空気により、伝熱管２内を流れる冷媒を気化、あるい
は凝縮させる目的で用いられる。図１は、図４の熱交換
器に用いられるフィンの、伝熱管軸方向から見た正面図
であり、便宜的に一枚のフィンの、伝熱管一列につい
て、部分的に表示している。まず図１において伝熱フィ
ン１は、伝熱管挿入孔３、ウイングレット４ａ、４ｂお
よびおよびフィン母材５で構成する。本発明は、フィン
面に切り込みを入れ、フィンの一部分を片持ち梁状に折
り曲げ気流に迎え角度γを持ち、フイン母材面に傾斜角
度βのダブル傾斜ウイングレットを、少なくとも空気が
流入する上流側のフィン端面に沿って連続的に並べて配
置したものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A heat transfer fin according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. This embodiment relates to the heat transfer fins 1 of the cross fin tube type heat exchanger 7 shown in FIG. Two
Indicates a heat transfer tube. Cross fin tube type heat exchanger 7
Is a plurality of circular heat transfer tubes 2 on a large number of fins 1 arranged in parallel.
Inserted. In the air conditioner, the air flowing between the adjacent fins 1 is used for the purpose of vaporizing or condensing the refrigerant flowing in the heat transfer tube 2. FIG. 1 is a front view of the fins used in the heat exchanger of FIG. 4 as seen from the axial direction of the heat transfer tube, and for convenience sake, partially shows one row of the heat transfer tubes of one fin. First, in FIG. 1, the heat transfer fin 1 is composed of the heat transfer tube insertion hole 3, the winglets 4 a and 4 b, and the fin base material 5. The present invention makes a cut in the fin surface, bends a part of the fin in a cantilever shape, has an angle γ to the airflow, and has a double inclined winglet with an inclination angle β in the fin base material surface at least on the upstream side where air flows. The fins are continuously arranged side by side.
【０００９】また図２は、積層した伝熱フィン間の上流
側切り起こしウイングレットの形状を示す図で、図１の
Ｂ方向から見た図である。ウイングレットは、気流に対
してγの迎え角度を持つと同時に、空気上流側に角度β
だけ傾斜していることがわかる。FIG. 2 is a view showing the shape of the upstream cut-and-raised winglet between the laminated heat transfer fins, as seen from the direction B in FIG. The winglet has an angle of attack of γ with respect to the air flow, and at the same time, an angle of β
You can see that it is only inclined.
【００１０】図３は、下流側ウイングレットの形状を示
す図で、図１のＣ方向から見た図である。ウイングレッ
トは、気流に対して迎え角度−γを持つと同時に、空気
上流側に角度βだけ傾斜していることがわかる。FIG. 3 is a view showing the shape of the downstream winglet, as viewed from the direction C in FIG. It can be seen that the winglet has an angle of attack −γ with respect to the air flow, and at the same time, is inclined at an angle β toward the upstream side of the air.
【００１１】ウイングレット４の形状については、モデ
ル実験により、伝熱促進効果が大きい適正形状を選んで
いる。As for the shape of the winglet 4, an appropriate shape having a large effect of promoting heat transfer is selected by a model experiment.
【００１２】図６から図９は、ダブル傾斜ウイングレッ
トのモデル実験結果の一例を示す。モデル実験は、ステ
ンレス箔ヒータで平行平板状のダクトを構成して、ダク
ト内面に紙製のモデルウイングレットを貼り付け、通風
時のヒータ発熱量、ヒータ表面温度、入口空気温度の測
定値から、熱伝達率を求める方法で行った。ヒータ表面
温度は、ダクトの外表面に、ヒータに密着して貼り付け
た熱電対または感温液晶により測定した。FIG. 6 to FIG. 9 show an example of a model experiment result of the double inclined winglet. In the model experiment, a parallel plate-shaped duct was constructed with a stainless steel foil heater, a paper model winglet was attached to the inside of the duct, and the heat value of the heater during ventilation, the heater surface temperature, and the inlet air temperature were measured. The method of obtaining the transmissibility was used. The surface temperature of the heater was measured by a thermocouple or a temperature-sensitive liquid crystal attached to the outer surface of the duct in close contact with the heater.
【００１３】図６は、ウイングレット周辺の伝熱表面温
度を、貼付した液晶で測定した結果に基く模式図で、ハ
ッチングが重なる部分ほど熱伝達率が高くなるように表
示している。FIG. 6 is a schematic diagram based on the result of measuring the heat transfer surface temperature around the winglet with the attached liquid crystal, and it is displayed such that the heat transfer coefficient becomes higher as the hatching overlaps.
【００１４】この図から、本発明のダブル傾斜ウイング
レットは、ウイングレットの上流および下流に熱伝達率
が高い領域が存在することが分かる。前者の領域は、ウ
イングレットの頂点付近に達した空気が、ウイングレッ
トの前方で流れを曲げられ、伝熱面に向かって流れるコ
ーナー渦により、伝熱が促進してもたらされたものであ
る。また後者の領域は、ウイングレットを横切る空気
が、ウイングレット後方の根元に向かって流れる主渦に
より、伝熱が促進してもたらされたものである。From this figure, it can be seen that the double-sloped winglet of the present invention has regions of high heat transfer coefficient upstream and downstream of the winglet. In the former region, the air that has reached near the top of the winglet is bent in front of the winglet, and the heat transfer is promoted by the corner vortex flowing toward the heat transfer surface. In the latter region, the air that crosses the winglets is brought about by the promotion of heat transfer due to the main vortex that flows toward the root behind the winglets.
【００１５】コーナ渦による伝熱促進効果が大きいウイ
ングレットの姿勢について調べだ結果が、図７から図９
である。図７、図８の縦軸のヌッセルト数Ｎｕは、測定
したウイングレット周辺の局所熱伝達率の最高値を無次
元化した値を示す。図７から、本発明のダブル傾斜ウイ
ングレットは、フィン傾斜角度βを１２０度で一定にし
て、迎え角度を変化させると、熱伝達率が最大になる迎
え角度γ＝５０度が存在することが明らかである。そこ
で、迎え角度γの範囲は、最適な迎え角度＝５０度を中
心に、測定誤差±２０度を見込み、３０度ないし７０度
とした。The results obtained by examining the posture of the winglet, which has a large effect of promoting heat transfer due to the corner vortex, are shown in FIGS.
Is. The Nusselt number Nu on the vertical axis in FIGS. 7 and 8 represents a dimensionless value of the maximum measured local heat transfer coefficient around the winglet. From FIG. 7, it is clear that, in the double-inclined winglet of the present invention, there is an angle of attack γ = 50 ° at which the heat transfer coefficient becomes maximum when the fin angle of inclination β is kept constant at 120 ° and the angle of attack is changed. Is. Therefore, the range of the angle of attack γ is set to 30 to 70 degrees with a measurement error of ± 20 degrees centered on the optimum angle of attack = 50 degrees.
【００１６】同様に図８から、迎え角度γを３０度で一
定にした時、フィン傾斜角度βを変化させると、熱伝達
率が最大になるフィン傾斜角度β＝１２０度が存在する
ことが分かる。また、図８から、β＝９０度のフィン傾
斜角度を持たないウイングレットと比べて、フィン傾斜
角度＝１２０度で、本発明のダブル傾斜ウイングレット
は、高性能であることが分かる。なお、フィン傾斜角度
βの請求範囲は、従来ウイングレットの伝熱性能を凌ぐ
９０度から１６０度とした。Similarly, FIG. 8 shows that when the angle of attack γ is kept constant at 30 degrees, when the fin inclination angle β is changed, there is a fin inclination angle β = 120 degrees at which the heat transfer coefficient becomes maximum. . Further, it can be seen from FIG. 8 that, with a fin inclination angle of 120 degrees, the double-incline winglet of the present invention has higher performance than a winglet having no fin inclination angle of β = 90 degrees. The fin tilt angle β is set to 90 to 160 degrees, which exceeds the heat transfer performance of conventional winglets.
【００１７】また、もう一つの従来形状である、フィン
面に傾斜角度を持つが、流れ方向に対して迎え角度を持
たないデルタウイングと伝熱性能を比較したのが、図９
である。横軸のレイノルズ数は、フィン間の風速を無次
元化したものである。縦軸のＪH因子は、熱伝達率の大
きさを示す無次元数である。デルタウイングに対して、
本発明のダブル傾斜ウイングレットのＪH因子は、高レ
イノルズ数領域ほど高性能であることが分かる。FIG. 9 shows a comparison of the heat transfer performance with another conventional shape, that is, a delta wing having an inclination angle on the fin surface but no angle of attack with respect to the flow direction.
Is. The Reynolds number on the horizontal axis is the dimensionless wind speed between the fins. The J H factor on the vertical axis is a dimensionless number indicating the magnitude of the heat transfer coefficient. Against the Delta Wing,
It can be seen that the J H factor of the double-sloped winglet of the present invention has higher performance in the higher Reynolds number region.
【００１８】さらに、図１において、ウイングレットの
幅Ｌｗとウイングレットの高さＨｗの比について調べた
ところＬｗ／Ｈｗ＝２近辺が最適であることがわかっ
た。Further, in FIG. 1, when the ratio between the width Lw of the winglet and the height Hw of the winglet was examined, it was found that the optimum value was around Lw / Hw = 2.
【００１９】また、ウイングレット高さＨｗとフィンピ
ッチＰｆとの関係について調べた結果は、Ｈｗ≒Ｐｆが
最適であることが判明した。As a result of investigating the relationship between the winglet height Hw and the fin pitch Pf, it was found that Hw≈Pf is optimal.
【００２０】次にウイングレット群の最適配列について
検討した。Next, the optimum arrangement of winglets was examined.
【００２１】熱交換器の伝熱面には、多数のウイングレ
ットを取り付ける必要があるため、ウイングレット群に
より全体の流れが曲げられたり、隣り合うウイングレッ
ト間の渦が干渉しあうことが考えられる。Since it is necessary to attach a large number of winglets to the heat transfer surface of the heat exchanger, it is possible that the entire flow is bent by the winglet group or vortices between adjacent winglets interfere with each other.
【００２２】ウイングレット群の配列方法としては、図
１０に示す、３つの配列について検討した。As a method of arranging the winglets, three arrays shown in FIG. 10 were examined.
【００２３】（ａ）は交差配列であり、流れ方向のウイ
ングレットの迎え角度γを＋４５、−４５度と交互に反
転させた。（ｂ）はペア配列であり、流れに垂直方向
（段ピッチ方向）に迎え角度γを＋４５、−４５度と対
向するように配置した。（ｃ）は平行配列であり、すべ
てのウイングレットを迎え角度γが４５度になるよう配
置した。(A) is a crossing arrangement in which the attack angle γ of the winglets in the flow direction is alternately inverted to +45 and -45 degrees. (B) is a pair arrangement, and is arranged so that the angle of attack γ faces +45 and −45 degrees in the direction perpendicular to the flow (step pitch direction). (C) is a parallel arrangement, and all the winglets are arranged so that the angle of attack γ is 45 degrees.
【００２４】実験結果を図１１に示す。横軸は、空気流
速を無次元化したレイノルズ数である。縦軸には、熱伝
達率を無次元化したＪH因子，通風抵抗を無次元化した
摩擦係数ｆ、そして熱伝達率を摩擦係数で割ったＪH／
ｆの３つをとってある。熱交換器としては、通風抵抗が
小さく、熱伝達率が大きい配列が良いので、ＪH／ｆで
最終的な評価をした。図１１より、ＪH／ｆがもっとも
高いのは交差配列である。この理由としては、次のよう
に考えられる。ペア配列では流れの縮流、拡大が激し
く、その結果通風抵抗が増大する。平行配列では全体の
流れが、ウイングレットの迎え角の方向に曲がり、下流
側のウイングレットに対する迎え角度γが相対的に小さ
くなり、熱伝達率が低下する。結果として、ウイングレ
ット群の配列方法として、交差配列が最も好適であるこ
とが分かった。The experimental results are shown in FIG. The horizontal axis is the Reynolds number that makes the air flow velocity dimensionless. On the vertical axis, the J H factor that makes the heat transfer coefficient dimensionless, the friction coefficient f that makes the ventilation resistance dimensionless, and J H / the heat transfer coefficient divided by the friction coefficient
Three of f are taken. As a heat exchanger, an arrangement having a small ventilation resistance and a large heat transfer coefficient is good, so the final evaluation was made by J H / f. From FIG. 11, it is the crossover sequence that has the highest J H / f. The reason for this is considered as follows. In the pair arrangement, the flow contracts and expands rapidly, resulting in increased ventilation resistance. In the parallel arrangement, the entire flow bends in the direction of the attack angle of the winglets, the attack angle γ with respect to the downstream winglets becomes relatively small, and the heat transfer coefficient decreases. As a result, it was found that the crossing arrangement is the most suitable method for arranging the winglets.
【００２５】そこでこれ以降は、交差配列に限定し、ウ
イングレット群の空気流れ方向のピッチ（列ピッチＳ
ｌ）と流れに垂直方向のピッチ（段ピッチＳｔ）につい
て検討した。Therefore, hereinafter, the pitch is limited to the crossing arrangement, and the pitch of the winglets in the air flow direction (column pitch S
l) and the pitch in the direction perpendicular to the flow (step pitch St) were examined.
【００２６】列ピッチについては、図１２に示す３種類
のモデルフィンを作成した。フィンピッチＰｆを基準と
して、列ピッチＳｌがフィンピッチＰｆの（ａ）に示す
ように16.7倍、（ｂ）に示すように8.3倍、（ｃ）に示
すように５倍の３種類である。結果を図１３に示す。横
軸、縦軸は図１１と同じである。ＪH／ｆで評価する
と、列ピッチＳｌが、フィンピッチＰｆの8.3倍の時、
もっとも高いことが分かる。この理由は、列ピッチがあ
まりに大きいと、縦渦の効果が消えてしまって、熱伝達
率が低下し、反対に列ピッチがあまりに小さいと通風抵
抗ばかりが増大してしまい、いずれも評価が低くなる。
Ｓｌ／Ｐｆが８位のところに最適値があることが判明し
た。最適値の前後に２の誤差を見込んで、６＜Ｓｌ／Ｐ
ｆ＜１０の範囲とした。Regarding the row pitch, three types of model fins shown in FIG. 12 were prepared. With reference to the fin pitch Pf, there are three types of the column pitch Sl, which are 16.7 times as shown in (a) of the fin pitch Pf, 8.3 times as shown in (b), and 5 times as shown in (c). The results are shown in Fig. 13. The horizontal axis and the vertical axis are the same as in FIG. When evaluated by J H / f, when the row pitch Sl is 8.3 times the fin pitch Pf,
You can see that it is the highest. The reason for this is that if the row pitch is too large, the effect of the vertical vortex disappears, and the heat transfer rate decreases, and conversely, if the row pitch is too small, only the ventilation resistance increases, and both have low ratings. Become.
It was found that there was an optimum value at the position where Sl / Pf was in the 8th place. Taking into account the error of 2 before and after the optimum value, 6 <Sl / P
The range was f <10.
【００２７】最後に、ウイングレット群の段ピッチＳｔ
の検討をした。モデルフィンは図１４に示すように、１
列ウイングレットで、段ピッチＳｔをフィンピッチＰｆ
の１倍、２倍、３倍の３種類とした。結果を図１５に示
す。ＪH／ｆで評価すると段ピッチＳｔは一番広い３倍
の時が最も高かった。この理由は、段ピッチが広いほ
ど、ウイングレット相互の干渉がなくなり、通風抵抗も
低くなるからと考えられる。レイノルズ数が小さい範囲
では、この傾向が顕著であるが、レイノルズ数が８００
以上の領域では、ＪH／ｆの値に差がなくなるので、熱
伝達率のより高いＳｔ／Ｐｆ＝２程度の狭い段ピッチに
するのも一方策である。請求範囲は、ＪH／ｆで評価す
る場合と、ＪHで評価する場合とを考慮して、２＜Ｓｔ
／Ｐｆ＜３とした。Finally, the step pitch St of the winglets
Was examined. The model fin is 1 as shown in FIG.
Row winglet, step pitch St to fin pitch Pf
1 time, 2 times and 3 times. The results are shown in Fig. 15. When evaluated by J H / f, the step pitch St was highest when it was the widest triple. The reason for this is thought to be that the wider the step pitch, the less interference between the winglets and the lower the ventilation resistance. This tendency is remarkable in the range where the Reynolds number is small, but the Reynolds number is 800
In the above range, there is no difference in the value of J H / f, so it is also a good idea to set a narrow step pitch of St / Pf = 2, which has a higher heat transfer coefficient. The claim is 2 <St in consideration of the case of evaluation by J H / f and the case of evaluation by J H.
/ Pf <3.
【００２８】次に作用を述べる。本発明の図１の場合、
フィン先端付近の前方ウイングレット群４ａに達した入
り口空気は、ウイングレットで流れが曲げられ、ウイン
グレットの頂部の空気がウイングレットの根元に向かう
縦渦の一つであるコーナー渦がウイングレットの前方に
形成される。ウイングレットを横切る空気は、ウイング
レットの下流に縦渦の一つである主渦を形成して気流を
乱して、中央のフィン面の伝熱を促進する。ここで、縦
渦が中心流と伝熱面付近の空気を入れ替える伝熱促進効
果は、コーナー渦を形成するウイングレット前方のフィ
ン面が最も高く、継いでウイングレットの直後が高く、
下流になるほど徐々に低下する。微風速では、ウイング
レットからフィン根元に向かう再付着流れが生じて、縦
渦と同様に伝熱促進する。伝熱管挿入口３を横切った空
気は、後方ウイングレット４ｂにより伝熱管後方に曲げ
られて流れ、伝熱管および破線に示す伝熱管下面に付着
する水滴の死水域を少なくする。Next, the operation will be described. In the case of FIG. 1 of the present invention,
The inlet air reaching the front winglet group 4a near the fin tips is bent in flow by the winglets, and a corner vortex, which is one of the vertical vortices in which the air at the top of the winglets heads to the root of the winglets, is formed in front of the winglets. . The air that crosses the winglet forms a main vortex, which is one of the vertical vortices, downstream of the winglet and disturbs the air flow, promoting heat transfer on the central fin surface. Here, the heat transfer promotion effect that the vertical vortex exchanges the air near the heat transfer surface with the central flow is highest at the fin surface in front of the winglet forming the corner vortex, and immediately after that, it is high immediately after the winglet.
It decreases gradually as it goes downstream. At low wind speed, a reattachment flow from the winglets to the root of the fin occurs, promoting heat transfer similar to a longitudinal vortex. The air that has crossed the heat transfer tube insertion port 3 is bent backward by the rear winglets 4b and flows, reducing the dead water area of water droplets attached to the heat transfer tube and the lower surface of the heat transfer tube shown by the broken line.
【００２９】暖房時に伝熱管内に流す冷媒が蒸発する気
化熱によるフィン表面の着霜状況を述べる。フィン面の
着霜量は、熱伝達率が高く、フィン表面温度が低い条件
ほど多くなる。以上に示した本発明の実施例では、熱伝
達率が最も高い上流側のウイングレット付近のフィン面
は、フィンが上流側に長く表面温度が高く、流れに直交
する方向の隣あうウイングレット間隔が疎らなため、従
来のルーバフィンのような著しい着霜は生じない。上流
側のウイングレットからフィン中央にかけての区間は、
熱伝達率が高く、伝熱管に近いためフィン表面温度が低
く、最も着霜量が多くなる。しかし、この区間にはルー
バなどを配置していないので、フィン間の通風路が大き
く、着霜による閉塞は生じない。フィン中央から下流の
区間は、後方ウイングレット４ｂで伝熱が促進してお
り、着霜量が多くなる。特にウイングレット４ｂで発生
する縦渦により、従来の伝熱管後方の死水領域に相当す
る部分に着霜させる利点が生じる。The frosting condition of the fin surface due to the evaporation heat of the refrigerant flowing in the heat transfer tube during heating will be described. The amount of frost on the fin surface increases as the heat transfer coefficient increases and the fin surface temperature decreases. In the embodiment of the present invention shown above, the fin surface near the winglet on the upstream side, which has the highest heat transfer coefficient, has long fins on the upstream side and a high surface temperature, and adjacent winglet intervals in the direction orthogonal to the flow are sparse. Therefore, significant frost formation unlike conventional louver fins does not occur. The section from the winglet on the upstream side to the center of the fin is
The heat transfer coefficient is high, and since it is close to the heat transfer tube, the fin surface temperature is low and the amount of frost is the largest. However, since no louver or the like is arranged in this section, the air passage between the fins is large, and the blockage due to frost does not occur. In the section downstream from the center of the fin, heat transfer is promoted by the rear winglets 4b, and the amount of frost is increased. In particular, the vertical vortex generated in the winglet 4b brings about an advantage that frost is formed on a portion corresponding to the dead water region behind the conventional heat transfer tube.
【００３０】[0030]
【発明の効果】フィン先端は、微細なルーバ群に替え、
フィン端面に沿って、ウイングレットを疎らに配置し
た。ウイングレット形状を、従来に無い気流に迎え角度
γ、フィン面に傾斜角度βで傾斜させるダブル傾斜構成
にしてコーナー渦を強め、ウイングレット前方の伝熱促
進を図り、フィン表面温度を高くして着霜の進行を抑え
た。着霜量が多いフィン中央は、ルーバなどを配置して
いないので、フィン間の通風路が大きく、着霜による閉
塞は生じない。 フィン中央から下流の区間は、後方ウ
イングレット４ｂで伝熱が促進しており、着霜量が多く
なる。特にウイングレット４ｂで発生する縦渦により、
従来の伝熱管後方の死水領域に相当する部分に着霜が生
じるようにした。The tip of the fin is replaced with a fine louver group,
The winglets were sparsely arranged along the end faces of the fins. The winglet shape has a double inclination structure that makes the airflow angle γ which is unprecedented and the fin surface is inclined at an inclination angle β to strengthen the corner vortex and promote heat transfer in front of the winglet, raising the fin surface temperature and frosting. Suppressed the progress of. Since the louvers and the like are not arranged in the center of the fins where the amount of frost is large, the ventilation passages between the fins are large and blockage due to frost does not occur. In the section downstream from the center of the fin, heat transfer is promoted by the rear winglets 4b, and the amount of frost is increased. Especially due to the vertical vortex generated in the winglet 4b,
Frost was made to occur in the portion corresponding to the dead water area behind the conventional heat transfer tube.
【００３１】これらの手段は、フィン全体に均一に着霜
させる効果があり、高い伝熱性能を維持しながら、フィ
ン先端など高性能なルーバ面が急速に着霜して通風路が
目詰まり、通風量が低下するなどの問題を解決できる。These means have the effect of uniformly frosting the entire fin, and while maintaining high heat transfer performance, the high-performance louver surface such as the fin tips rapidly frosts, clogging the ventilation passage, It is possible to solve problems such as reduced ventilation.
【図１】本発明の１実施例に係る伝熱フィンの形状を示
す正面図である。FIG. 1 is a front view showing the shape of a heat transfer fin according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の１実施例に係る伝熱フィンの形状を示
す図１のＢ矢視図である。FIG. 2 is a view taken in the direction of arrow B in FIG. 1 showing the shape of a heat transfer fin according to one embodiment of the present invention.
【図３】本発明の１実施例に係る伝熱フィンの形状を示
す図１のＣ矢視図である。3 is a view taken in the direction of arrow C in FIG. 1 showing the shape of a heat transfer fin according to one embodiment of the present invention.
【図４】空調機用熱交換器に用いられるクロスフィン付
き熱交換器の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a heat exchanger with cross fins used in a heat exchanger for an air conditioner.
【図５】フィン面に突起片を設け、それによって発生す
る縦渦で気流を乱す、従来の代表的な形状のデルタウイ
ング及びウイングレットの斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a delta wing and a winglet of a conventional typical shape in which a fin piece is provided with a projection piece and a vertical vortex generated thereby disturbs the air flow.
【図６】本発明の実施例に係る伝熱フィンの熱伝達率分
布を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a heat transfer coefficient distribution of heat transfer fins according to an embodiment of the present invention.
【図７】本発明の実施例に係る伝熱フィンの迎え角度と
伝熱性能の関係の一例を示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between the approach angle and the heat transfer performance of the heat transfer fins according to the embodiment of the present invention.
【図８】本発明の実施例に係る伝熱フィンのフィン傾斜
角度と伝熱性能の関係の一例を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing an example of a relationship between a fin inclination angle and heat transfer performance of a heat transfer fin according to an embodiment of the present invention.
【図９】本発明の実施例に係る伝熱フィンと従来の伝熱
フィンの伝熱性能を比較した一例を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing an example in which heat transfer performances of a heat transfer fin according to an embodiment of the present invention and a conventional heat transfer fin are compared.
【図１０】本発明の実施例に係る伝熱フィンの、ウイン
グレット群の配列例を示す正面図である。FIG. 10 is a front view showing an example of arrangement of winglet groups of the heat transfer fin according to the embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の実施例に係る伝熱フィンの、ウイン
グレット群の配列の違いによる伝熱性能の違いを示す特
性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a difference in heat transfer performance of a heat transfer fin according to an example of the present invention due to a difference in arrangement of winglet groups.
【図１２】本発明の実施例に係る伝熱フィンの、ウイン
グレット群の列ピッチ例を示す正面図である。FIG. 12 is a front view showing an example of the row pitch of the winglets of the heat transfer fin according to the embodiment of the present invention.
【図１３】本発明の実施例に係る伝熱フィンの、ウイン
グレット群の列ピッチの違いによる伝熱性能の違いを示
す特性図である。FIG. 13 is a characteristic diagram showing the difference in heat transfer performance of the heat transfer fins according to the example of the present invention due to the difference in the row pitch of the winglets.
【図１４】本発明の実施例に係る伝熱フィンの、ウイン
グレット群の段ピッチ例を示す正面図である。FIG. 14 is a front view showing an example of step pitches of a winglet group of a heat transfer fin according to an embodiment of the present invention.
【図１５】本発明の実施例に係る伝熱フィンの、ウイン
グレット群の段ピッチの違いによる伝熱性能の違いを示
す特性図である。FIG. 15 is a characteristic diagram showing a difference in heat transfer performance of a heat transfer fin according to an example of the present invention due to a difference in step pitch of winglet groups.
１…伝熱フィン、２…伝熱管、３…伝熱管挿入孔、４…
ウイングレット、４ａ…前方ウイングレット、４ｂ…後
方ウイングレット、４ｃ…切り起こし穴、４ｄ…デルタ
ウイング、４ｅ…ウイングレットタイプ、５…フィン母
材、６…流入空気、７…クロスフィンチューブ式熱交換
器。1 ... Heat transfer fin, 2 ... Heat transfer tube, 3 ... Heat transfer tube insertion hole, 4 ...
Winglet, 4a ... Front winglet, 4b ... Rear winglet, 4c ... Cut and raised hole, 4d ... Delta wing, 4e ... Winglet type, 5 ... Fin base material, 6 ... Inflowing air, 7 ... Cross fin tube type heat exchanger.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−110396（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−231198（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−114091（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−7488（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28F 1/32 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-3-110396 (JP, A) JP-A-63-231198 (JP, A) JP-A-61-114091 (JP, A) Jitsukaihei 2- 7488 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F28F 1/32
Claims (2)
のフィン間に流れる空気で管内を流れる媒体を冷却また
は加熱する熱交換器において、前記フィンの一部分を片
持ちに折り曲げて切り起こし、その折り曲げ面をフィン
端面と交差する方向に迎え角度γと、前記フィンの平面
に対して傾斜角度βとを有するウイングレットを設け、
そのウイングレットは、空気流れと垂直方向に配列され
る列ごとに前記迎え角度γの符号が交互に変わる交差配
列とし、さらに、ウイングレットの列ピッチＳｌ／フィ
ンピッチＰｆの値を６〜１０の範囲、ウイングレットの
段ピッチＳｔ／フィンピッチＰｆの値を２〜３の範囲と
した熱交換器。1. A plurality of flat plate-shaped fins are arranged substantially parallel to each other .
In the heat exchanger you cool or heat the medium flowing through the tubes in the air flowing between the fins, cause outright by bending a portion of the fin cantilevered of attack example angle in a direction intersecting the bent surface and the fin end face and gamma, flat surface of the fin
The winglet having a tilt oblique angle β against the provided,
The winglets are aligned perpendicular to the air flow
Crossing arrangement in which the sign of the angle of attack γ alternates for each row.
Rows, and the winglet row pitch Sl / fit
Value of the pitch Pf in the range of 6 to 10
The value of step pitch St / fin pitch Pf is set to a range of 2 to 3.
Heat exchangers.
ｗとウイングレットの高さＨｗの比（Ｌｗ／Ｈｗ）がほ
ぼ２の長方形をしており、ウイングレットの高さＨｗは
フィンピッチＰｆにほぼ等しく、迎え角度γは、３０°
＜γ＜７０°の範囲にあり、フィン傾斜角度βは、９０
°＜β＜１６０°の範囲である熱交換器。2. The width L of the winglet according to claim 1.
The ratio (Lw / Hw) of w to the height Hw of the winglet is approximately 2, the height Hw of the winglet is approximately equal to the fin pitch Pf, and the angle of attack γ is 30 °.
<Γ <70 °, and the fin inclination angle β is 90
Heat exchanger with a range of ° <β <160 °.
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