JPH071156B2 - 伝熱フインおよび熱交換器 - Google Patents

伝熱フインおよび熱交換器

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JPH071156B2
JPH071156B2 JP63095614A JP9561488A JPH071156B2 JP H071156 B2 JPH071156 B2 JP H071156B2 JP 63095614 A JP63095614 A JP 63095614A JP 9561488 A JP9561488 A JP 9561488A JP H071156 B2 JPH071156 B2 JP H071156B2
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敏夫 畑田
能文 功刀
富久 大内
滋郎 杉本
民男 清水
恭二 河野
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Osaka Gas Co Ltd
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular 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
    • F28F1/24Tubular 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
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空冷式熱交換器などに用いられる伝熱フィンお
よび熱交換器に係り、特に通風抵抗が小さく、伝熱性能
に優れたフィンを実現するのに好適な伝熱フィンおよび
熱交換器に関する。
〔従来の技術〕
一般に、空気調和機,冷凍機等に用いられる、例えば空
冷式のクロスフィンチューブ式熱交換器はアルミ板等で
形成される多数のフィンを並設し、この並設フィンに複
数本の伝熱管を貫通させ、拡管等の手段で伝熱管とフィ
ンとを密着させ、伝熱管端をU字形のベンドで接続して
伝熱管路を構成している。そして、この伝熱管内には、
冷水,温水あるいは冷媒などの熱交換流体を流通させ、
管外には空気にて代表される他の熱交換流体を適宜流速
で流通せしめ、管壁およびフィンを介して熱交換を行っ
ている。
このような熱交換器に用いる伝熱フィンについては、従
来、特開昭62−252896号公報に記載されているように、
伝熱管間のフィン中央部付近の流体通過抵抗を大きく
し、その両側部のフィン部の流体通過抵抗を小さくし
て、伝熱性能を向上させるようにしたものがある。
〔発明が解決しようとする課題〕 一方、近年では、さらに伝熱性能の向上が要求されてい
るが、上記従来技術の伝熱フィンは単一細片で構成され
ているため、剛性上、フィンの微細化に限界があり、伝
熱性能をさらに向上させることができなかった。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、フィン間を流通する流体の温度(空気温
度)とフィン温度との温度差が大きい部分の流体速度
(風速)を速くして伝熱効率の向上を図るとともに、フ
ィン全体の強度低下なしに細片を微小化して伝熱性能を
向上し得る伝熱フィンを提供することを目的とするもの
である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の上記目的を達成するために、本発明の伝熱フィ
ンにおいては流体の流れ方向と交差する各細片を、当該
細片の流体の流れ方向と交差する方向の中央部に配置し
た中央部の細片と、その中央部の細片の両側部に設けら
れ、かつ前記中央部の細片に対して複数の細片とで構成
し、前記中央部の細片は前記両側部の細片における同一
流路幅当りの流体通過方向の投影面積より大きくさせう
る形状にしたものである。
また、本発明の熱交換器においては、流体の流れ方向と
交差する方向に積層したフィン基板上の流体の流れ方向
と交差する各細片を、当該細片の流体の流れ方向と交差
する方向の中央部に配置した中央部の細片と、その中央
部の細片の両側部に設けられ、かつ前記中央部の細片に
対して複数の細片を有する両側部の細片とで構成し、前
記中央部の細片は前記両側部の細片における同一流路幅
当りの流体通過方向の投影面積より大きくさせうる形状
にしたものである。
〔作用〕
上記構成とすることにより、流体とフィンの温度差の大
きい伝熱管周辺部は中央部付近と比較し、流体通過抵抗
が小さくなる。このことにより、伝熱管周辺部の流速が
大きくなり、伝熱性能は向上する。また、中央部の細片
の両側に位置する両側部細片を中央部の細片に対して更
に小さく分割することにより、フィンの強度を低下させ
ることなく、フィンの微細化が可能となり、総合伝熱性
能及びフィン剛性を向上させることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
第1図〜第4図は、本発明の伝熱フィンの一実施例を示
す平面図である。第1図において、フィン基板1には、
伝熱管と接触する伝熱管接触部2が形成されている。伝
熱管接触部間におけるフィン基板1には、複数の細片3
が流体の流れ方向Lと交差する方向に分割されている。
これらの各細片3は、流体の流れ方向Lと交差する方向
の中央部に形成した中央部の細片3Aと、この中央部の細
片3Aの両側部に設けられ、かつ前記中央部の細片3Aに対
してさらに小さい複数の両側部の細片3Bとを備えてい
る。前述した両側部の細片3Bは、第1図のA−A又はC
−C矢視図である第2図に示すように切込み部を角度
θ′をもって曲折して流体の流れ方向の断面形状を山形
に形成されている。また、中央部の細片3Aの流体の流れ
方向の断面形状は第1図のB−B矢視図である第3図に
示すように角度θをもって曲折した形状の山形に形成さ
れている。前述した各中央部の細片3Aは隣り合う中央部
の細片3Aに対して流体の流れ方向Lと交差する方向にず
れをもっている。また、両側部の細片3Bも同様なずれを
もっている。上述した各細片3の斜視図を第4図に示
す。
この実施例による伝熱フィンは上記したように中央部の
細片3Aの流体の流れ方向の断面形状が山形に、また、両
側部に細片3Bの同断面形状が山形に形成されているが、
中央部の細片3Aは両側部の細片3Bの流体通過抵抗よりも
大きくさせうる形状になっている。すなわち、中央部の
細片3Aは両側部の細片3Bの流体通過抵抗よりも大きく構
成されている。
次に本発明の一実施例の動作について説明する。
本発明は、中央部の細片3Aの流体の流れ通風抵抗が大き
く、両側部の細片3Bの流体の流れ抵抗が小となる。この
ため、第5図に示すような空気流の流動様式になる。す
なわち、フィン基板1へ流入する流れ10により中央部の
細片3A部分には低速流れ部の領域12が形成され、その両
側の両側部の細片3B部分には高速流れ部の領域11が形成
される。第6図は第5図のD−D断面部での流速u
温度とを示す線図である。この図に示すように、流速u
は領域12で小、領域11で大となる。またフィン温度T
,流体の温度Tの傾向は本質的に不変である。この
結果フィン温度Tと流体温度Tとの差ΔT(=T
−T)が大きい部分で流速uを大きくすることがで
き、熱交換量Qが飛躍的に増加する。一方、低速領域12
はΔT及びu共に小であるが、もともと絶対値的に小
さいので、全体に与える影響は小さい。
次に両側部の複数の細片3Bの動作を第7図を用いて説明
する。流入流体の一部分が両側部の細片3Bの凸部前半20
の領域にある山形細片間から両側部の細片3Bの凹部前半
22の領域に流れ込み、山形凹部に発生していたよどみ成
分を抑制する。そして、両側部の細片3Bの凹部前半22で
混流(はくり渦を伴うよどみ成分と層流成分)した流体
流が両側部の細片3Bの凹部後半23の領域から山形細片間
を介し、両側部の細片3Bの凸部後半21の領域または下流
方向へと流れる。
以上述べたように、本実施例によれば、細片長手方向の
流速制御により伝熱効率を向上させ、山形凹部のよどみ
部分を抑制するため、伝熱性能を更に向上させる。従っ
て、総合伝熱性能を一層向上する。しかも基底となって
いる山形細片の一部に更に小さい細片が形成される両側
部の細片3Bの構造により、フィン全体の剛性低下がな
く、細片の微細化による前縁効果を一層大きくすること
ができる。なお、第8図は伝熱性能に対する山形角度の
影響を示す特性曲線である。この図において、縦軸は熱
伝熱率hと圧力損失ΔPの比、横軸は基底となる山形角
度を示す。この図より明らかなように、両側部の細片の
最適な山形角度は、20〜40度付近であることがわかる。
山形角度がそれより小さくなると、各細片間に空気流が
流れ込みにくくなり、山形角度が逆にそれより大きくな
ると、流体流の圧力損失が増すので、いずれの場合も、
伝熱特性上好ましくない。
第9図〜第11図はそれぞれ本発明を構成する細片3の他
の実施例を示すものである。
第9図に示す実施例は、中央部の細片3Aを流体の流れ方
向断面形状が傾斜平板状の大きい斜形細片90で形成し、
両側部の細片3Bを流体の流れ方向断面形状が平板状の複
数(図では3個)の細片91に分割されているものであ
る。
第9図の実施例によれば、先の実施例と同様の効果が期
待される。
第10図に示す実施例は、中央部の細片3Aを流体の流れ方
向断面形状が傾斜平板状の大きい斜形細片100で形成
し、両側部の細片3Bを流体の流れ方向断面形状が傾斜平
板状の複数(図では3個)に分割された小さい斜形細片
101で形成している。
この第10図の実施例によれば、先の実施例と同様の効果
が期待される。
次に第11図に示す実施例においては、中央部の細片3Aは
第4図に示したものと同様、流体の流れ方向断面形状が
山形となっており、両側部の細片3Bは上記中央部山形を
基底として、山形の裾を櫛の歯状に切り起こした小細片
を形成してなる櫛歯状細片110を形成している。
この実施例でも、先の実施例と同様の効果が期待され
る。
次に本発明の他の実施例を第12図および第13図を用いて
説明すると、この実施例は、伝熱管接触部とその隣りの
接触部の間の中央部の細片3Aの角度θより、その両側
部の細片3Bの角度θを小さくしたものである。この実
施例によれば、第4図の実施例と比較して良好な流速制
御ができ、より一層の圧力損失化が望めるものである。
また、本発明の他の実施例として、両側部の細片3Bを第
14図に示すように複数の傾斜状山形細片140に形成し、
中央部の細片3Aも、第15図に示すように傾斜状山形細片
150に形成したものである。また、さらに他の実施例と
して、両側部の細片3Bを第16図に示すように非対称の山
形細片160に形成し、中央部の細片3Aを、第17図に示す
ように非対称山形細片170に形成してもよい。また他の
実施例として、両側部の細片3Bを第18図に示すように傾
斜状平板細片180に形成し、その中央部の細片3Aを第19
図に示すように山形細片190に形成してもよい。
また、本発明の別の実施例として、両側部の細片3Bを第
20図に示すように山形細片200に形成し、中央部の細片3
Aを第21図に示すように、連続する山形細片210に形成し
てもよい。この実施例によれば、第4図の実施例と比較
して、フィン剛性の一層の向上を期待できるものであ
る。また、同様な狙いのために、両側部の細片3Bを第22
図に示すように平板細片220に形成し、その中央部の細
片3Aを第23図に示すように段階状に連続する平板細片23
0に形成してもよいし、さらに、両側部の細片3Bを第24
図に示すように谷形細片240に形成し、その中央部の細
片3Aを第25図に示すように連続する谷形細片250に組み
合せ形成してもよい。
なお、第26図に示すように前述したフィン基板1を流体
の流れ方向と交差する方向に積層し、これに伝熱管3を
接触させることにより、熱交換器を構成することができ
る。
また、本発明の伝熱フィンは空冷吸収式冷温水機の吸収
器や蒸発器に適用することができる。すなわち、第27図
は空冷吸収式冷温水機を示すもので、この図において、
41は高温再生器、42は低温再生器、43は凝縮器、44は蒸
発器、45は吸収器、46は高温熱交換器、47は低温熱交換
器、48は循環ポンプ、49は冷媒スプレポンプである。
吸収器45は垂直管50の管外に前述した本発明の伝熱フィ
ン51を積層配設した複数列の空冷熱交換器で構成され、
冷却空気入口側の列の一部分が上下にヘッダ52,54を設
け、凝縮器43を構成している。このように構成したこと
により、吸収液をその上方に位置する垂直管50に散布
し、これによって吸収過程の溶液循環量を再生器から吸
収器45に流れ込んでくる吸収液の流量よりも多くし得る
ので、吸収過程における吸収液循環量を、垂直管50を通
過する冷却空気による冷却能力に応じた流量とすること
ができ、通過する冷却空気の冷却能力が得られる最も稀
薄な濃度に近いレベルの吸収液を得ることができる。そ
の結果、高い伝熱性能を得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、流体温度とフィン温度の差が大きい部
分の流速を速くするという流速制御ができるので、伝熱
性能をさらに向上させることができる。また、フィン全
体の強度低下がなく細片の微小化ができるので、前縁効
果の増大に伴う伝熱性能の向上と、フィンの強度上の信
頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の伝熱フィンの一実施例を示す平面図、
第2図は第1図のA−A又はC−C方向から見た拡大断
面図、第3図は第1図のB−B方向から見た拡大断面
図、第4図は第1図に示す伝熱フィンにおける単一山形
細片の長手方向の一部分を示す斜視図、第5図は本発明
による伝熱フィンの空気流流動様式を示す模式図、第6
図は本発明による伝熱フィンの特性を説明する線図、第
7図は本発明の伝熱フィンにおける両側部の細片の空気
流流動様式を示す模式図、第8図はその細片形状におけ
る伝熱性能と山形角度の影響を示す特性曲線、第9図〜
第11図はその他の実施例で単一細片の長手方向斜視図、
第12図〜第25図はそれぞれその他の実施例で、第1図の
A−A,C−C又はB−B方向から見た拡大断面図、第26
図は本発明の熱交換器の一実施例を示す斜視図、第27図
は本発明の伝熱フィンを適用した空冷吸収式冷温水機の
一例の構成を示す図である。 1……フィン基板、2……伝熱管接触部、3……細片、
3A……中央部の細片、3B……両側部の細片。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 博信 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 畑田 敏夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 功刀 能文 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大内 富久 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 杉本 滋郎 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 清水 民男 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 河野 恭二 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 審査官 丸山 英行 (56)参考文献 特開 昭62−252896(JP,A)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フィン基板上に細片群を配列した伝熱フィ
    ンにおいて、流体の流れ方向と交差する各細片は、当該
    細片の流体の流れ方向と交差する方向の中央部に配置し
    た中央部の細片と、その中央部の細片の両側部に設けら
    れ、かつ前記中央部の細片に対して複数の細片を有する
    両側部の細片とを備え、前記中央部の細片は前記両側部
    の細片における同一流路幅当りの流体通過方向の投影面
    積より大きくさせうる形状に構成したことを特徴とする
    伝熱フィン。
  2. 【請求項2】フィン基板上に細片群を配列した伝熱フィ
    ンにおいて、流体の流れ方向の交差する各細片は、当該
    細片の流体の流れ方向と交差する方向の中央部に配置し
    た中央部の細片と、その中央部の細片の両側部に設けら
    れ、かつ前記中央部の細片に対して複数の細片を有する
    両側部の細片とを備え、前記中央部の細片は前記両側部
    の細片の流体通過抵抗よりも大きくさせうる形状に構成
    したことを特徴とする伝熱フィン。
  3. 【請求項3】中央部の細片は流体の流れ方向に沿って複
    数に分割された請求項1又は2記載の伝熱フィン。
  4. 【請求項4】中央部の細片は流体の流れ方向に沿って連
    続する連続細片である請求項1又は2記載の伝熱フィ
    ン。
  5. 【請求項5】細片群を配列したフィン基板を、流体の流
    れ方向と交差する方向に積層し、これに伝熱管を接触さ
    せた熱交換器において、前記フィン基板上の流体の流れ
    方向と交差する各細片は、当該細片の流体の流れ方向と
    交差する方向の中央部に配置した中央部の細片と、その
    中央部の細片の両側部に設けられ、かつ前記中央部の細
    片に対して複数の細片を有する両側部の細片とを備え、
    前記中央部の細片は前記両側部の細片における同一流路
    幅当りの流体通過方向の投影面積より大きくさせうる形
    状に構成したことを特徴とする熱交換器。
  6. 【請求項6】細片群を配列したフィン基板を、流体の流
    れ方向と交差する方向に積層し、これに伝熱管を接触さ
    せた熱交換器において、前記フィン基板上の流体の流れ
    方向と交差する各細片は、当該細片の流体の流れ方向と
    交差する方向の中央部に配置した中央部の細片と、その
    中央部の細片の両側部に設けられ、かつ前記中央部の細
    片に対して複数の細片を有する両側部の細片とを備え、
    前記中央部の細片は前記両側部の細片の流体通過抵抗よ
    りも大きくさせうる形状に構成したことを特徴とする熱
    交換器。
  7. 【請求項7】中央部の細片は流体の流れ方向に沿って複
    数に分割された請求項5又は6記載の熱交換器。
  8. 【請求項8】中央部の細片は流体の流れ方向に沿って連
    続する連続細片である請求項5又は6記載の熱交換器。
  9. 【請求項9】空冷吸収式温水機の吸収器を形成する垂直
    管および凝縮器を形成する垂直管の少なくとも1つに、
    フィン基板を積層し、このフィン基板上の垂直管間に設
    けた流体の流れ方向と交差する各細片は、当該細片の流
    体の流れ方向と交差する方向の中央部に配置した中央部
    の細片と、その中央部の細片の両側に設けられ、かつ前
    記中央部の細片に対して複数の細片を有する両側部の細
    片とを備え、前記中央部の細片は前記両側部の細片にお
    ける同一流路幅当りの流体通過方向の投影面積より大き
    くさせうる形状に構成したことを特徴とする熱交換器。
JP63095614A 1987-12-04 1988-04-20 伝熱フインおよび熱交換器 Expired - Lifetime JPH071156B2 (ja)

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