JPS633189A - フイン付熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、空調、冷凍等に使用され冷媒と空気等の流体
間で熱の授受を行う熱交換器に関するものである。

従来の技術 従来、この種の熱交換器は第９図に示したように、Ｕベ
ンドにより互いに接続された銅管１とアルミ等を材料と
するフィン２よりなり、銅管１の内部を流れる冷媒とフ
ィン２間を流れる空気３が熱交換を行う構成を有してい
た。この様な熱交換器は近年、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空気流速は低
く抑えられているだめ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
ることで管内側の熱抵抗との差を減少させる様に工夫し
ている。しかしながら、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、省スペース性等
の点から問題もあり、空気側の熱抵抗を低下させること
がこの様な熱交換器に於て重要な課題となっている。

第７図及び第８図は、従来の熱交換器の一例を示したも
のである。第７図は平面図、第８図は側面図である。銅
管４の内部はフロン等の冷媒が循環しており、その冷媒
の熱が銅管４からフィンカラー５へ伝わり、フィン６へ
伝わる。フィン６の前方からは空気７が流動してフィン
６間を通過するが、その際に温度の異なったフィン６の
表面から冷媒から伝わる熱の授受を行うのである。この
作用によって冷媒と空気の熱交換が連続的に行われる。

発明が解決しようとする問題点 第７図及び第８図に示した従来例はちどり管配列のフラ
ットフィンと呼ばれるものであるが、この管配列は碁盤
目状に管配列したものより熱伝達率が高く一般に良く使
用されている。その際、使用されている伝熱管の外径り
は、−般家庭用空調機器用フイン付熱交換器ではＤ中１
０鶴前後が一般的であり、また、フィンの気流方向の巾
ＷについてばＷ−ｆ＝２０Ｍ！＆前後当たりに伝熱管１
列を設置するのが一般的になっている。このような状況
下、千鳥状配列が碁盤状配列より性能が上回る理由とし
ては、千鳥状配列にすることによって通風抵抗は増大す
るが、それ以上に、気流方向に対して後流側伝熱管の影
響で上流側伝熱管後流に生じる死水域が小さくなる効果
が大きいことがあげられる。

−方、−般的空調機器に於いて使用される風速範囲では
、フィン付熱交換器内のフィン間では層流域と考えられ
、十分流れが発達した層流域における熱伝達は、流路断
面形状が円から矩形、矩形から平行平板へとアスペクト
比（縦横比）が大きくなるにつれて、表面熱伝達率α。

が向上することが知られている。従って、この平行平板
の理論を用いれば、フィン付熱交換器の小型高性能化が
図れるはずであるが、上述したように、フィン巾Ｗ−ｉ
＝２ｏｍ前後に伝熱管１列、あるいは、フィン巾Ｗ　−
Ｆ　４０　ｔｓ前後に伝熱管２列などの配置では、平行
平板間流れを実現することは不可能で、逆に、フィン巾
を更に広くして、伝熱管を多列設置したとしても、熱交
換器自体大型になり、またその場合の通風抵抗は膨大な
値となることは必至であり、現在使用されている送風機
で、同一風量を得るのは不可能になってくる。

そこで、本発明はフィン中車たりの伝熱管の配置方法を
工夫することによって、通風抵抗の増大を抑え、かつ、
熱伝達率を従来に比べて飛躍的に向上させ、コンパクト
で高性能なフィン付熱交換器を得ようとするものである
。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、フィンの
気流方向の巾Ｗを１６ｍ≦Ｗ≦２２鵡とし伝熱管を気流
方向に３列以上５列以下設置し、かつ、気流方向に隣接
する伝熱管間距離Ｓを１．６鵡≦Ｓ≦２．５態とするも
のである。

作　　用 この技術的手段による作用は次のようになる。

第３図に、気流に直角方向の伝熱管ピッチＰｄ及びフィ
ンピッチＰｓ　　を一定として、かつ、気流方向に隣接
する伝熱管間距離Ｓを、露付き時の凝縮水の流下を妨げ
ない最適値１．５騙≦Ｓ≦２．５鵡をとるように、フィ
ン巾Ｗ（１ｓａｓ≦Ｗ≦２２ｍ）に伝熱管列数Ｎを１列
（このとき伝熱管外径Ｄ＝：＝１０鵡）から次第に増や
した場合の総括熱伝達率α。及び通風抵抗ΔＰを表わす
曲線を示す。すなわち、この場合、気流に直角方向の伝
熱管間における流路断面形状のアスペクト比が、伝熱管
列数Ｎを増やして配列するに従って、大きくなるため気
流方向へほぼ連続的に矩形流路流れが実現できる。従っ
て、総括熱伝達率α。（フィン効率を含む）は列数Ｎが
増えるに従って最初は向上していくが、多列になり過ぎ
ると、伝熱管径りが小さくなり、気流に直角方向の伝熱
管間隔（Ｐｄ−Ｄ）が大きくなることになり、逆に、フ
ィン効率が低下していくため、結果的には、伝熱管列数
Ｎ＝＝４列付近でα。が極大となる。

一方、通風抵抗ΔＰについては、気流方向の伝熱管列数
Ｎを増やすに従って、伝熱管径りが小さくなるため、形
状抵抗が小さくなりΔＰは次第に減少していくが、列数
Ｎが増えることによる摩擦抵抗の増加の影響で１．（Ｐ
の減少率は低下していく。

更に、第３図より同一送風機動力ΔＰ−ｕＦ（ｕＦは気
流速度）基準の総括熱伝達率α。で性能を評価すると図
４に示すように、気流方向の伝熱管列数Ｎ＝４列付近で
α。／ΔＰ−ｕＦが極大値を有する。従って、フィンの
気流方向の単位中Ｗ（１９≦Ｗ≦２２）当たりに、伝熱
管を気流方向に４列配置することによって、フィン付熱
交換器の小型高性能化が図れる。但し、図４に示すよう
に気流方向の伝熱管列数４列の場合が最高になるが、３
列及び５列の場合も比較的高い性能を有しており、伝熱
管のコストや管内側冷媒の流動抵抗などを考慮に入れる
と、気流方向の伝熱管列数Ｎは３列以上５列以下であれ
ば、実用上、十分伝熱性能が優れていることがわかる。

なお、本発明において、気流方向の隣接する伝熱管間距
離Ｓを１．５ｍｍ■Ｓ■２．５ｊｔｌとしているのは、
−般空調機器として用いられる風速条件に於いて、露付
き時に、伝熱管間で凝縮水が滞留することなくフィン面
上をスムーズに流下するに必要な最小距離、及び、フィ
ン効率ηが低くなり過ぎない（η−４＝　０．９前後）
最大距離の間が最適であることを示している。また、図
４に示した傾向は、伝熱管の配列が１．５訪≦Ｓ≦２．
５１ｓの範囲で多少変化しても、はぼ同様であり、伝熱
管列数Ｎが３　りＮ　り５において、伝熱性能が優れて
いる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明の一実施例のフィン付熱交換器の平面図
、第２図は第１図の側面図である。８は伝熱管であり、
内部を冷媒が循環している。その熱は、伝熱管８からフ
ィンカラー９、フィン１０へと１＠次伝えられ、気流方
向１１に流動する空気と熱の授受を行う。伝熱管８はフ
ィン巾Ｗ（１ａｍ≦Ｗ≦２２鵡）の間に気流方向１１に
対して４列碁盤目状に設置されており、かつ、隣接する
伝熱管間距離Ｓは１．５調≦Ｓ≦２．５ｎである。

次に、この一実施例の構成に於ける作用を説明する。

先ず、■気流に直角方向１１の伝熱管８間に於いて、気
流方向１１へほぼ連続的に矩形流路流れが実現できるた
め、第１図に示す様な単位フィン巾Ｗ中４０間に外径Ｄ
ｌ：１ｏｍ前後の伝熱管８を２列設置する場合と比べる
と熱伝達率が大巾に向上する。

■　気流方向１１に並べられた伝熱管８間距離Ｓが１．
５　Ｗ≦Ｓ≦２．５路になっているため、フィン効率が
比較的高い範囲であり、かつ、露付き時に、伝熱管間に
凝凝水が滞留することなくスムーズに流下するためフィ
ン面が厚い水膜に覆われて熱伝達率が低下することもな
く、通風抵抗も増大しない。従って本実施例によるフィ
ン付熱交換器を凝縮器はもちろん、蒸発器として用いて
も高い伝熱性能が得られる。■　伝熱管径が小さく、か
つ、碁盤目状配列であるため、形状抵抗が小さくなり、
通風抵抗は減少する。

これら作用の結果、本実施例によると、通風抵抗の増大
を抑えながら、熱伝達率の大巾な向上が図れ、フィン付
熱交換器の小型高性能化が可能となる。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

第５図及び第６図は、本発明の他の実施例の一つを示し
たものであり、第５図は平面図、第６図は第５図のＡ−
Ａ断面図である。

１２ａ、　１２ｂ、１２０は伝熱管であり、その周囲に
バーリング加工されたフィンカラー１３が嵌合されてい
る。１４はフィンであり１５は橋状の切り起こしである
。伝熱管１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃの内部は冷媒が流
動しており、その冷媒の有する熱は、伝熱管１２．フィ
ンカラー１３．フィン１４゜及び切り起こし１５へと順
次伝えられる。−男気流方向１６から流動する気流は、
フィン間を通過する際に、冷媒から伝えられた熱を、空
気の接する面を介して間接的に交換する。

伝熱管１２は単位フィン巾Ｗ（１８１ｍ≦Ｗ≦２２Ｂ）
の間に気流方向１６に対して３列設置され、隣接する伝
熱管１２間距離Ｓは１．５賜≦Ｓ≦２．２ｕであり、か
つ、伝熱管１２ｂ及び１２ｃは空気流の上流側に設置さ
れた伝熱管１２ａの斜線で示した投影面１了に半分だけ
重なる様に配置されている。

次に、この一実施例の構成に於ける作用を説明する。

この実施例では、伝熱管１２を気流方向１６に対して第
１の実施例のように直線状に設置されてなく、かつ、伝
熱管１２間に切り起し１５を設け、かつ、そのフィン１
４と接続する脚部を気流方向１６に対して傾斜させて設
けている。

従って、第一の実施例で述べた様な作用に加えて以下の
様な作用が生じる。脚部が空気の流れを鋼管１２群内へ
導く様に働き、止水域を減少させている。また、この脚
部が銅管１２ａ、１２ｂの後流へ入り込む様にも配置さ
れているため、鋼管群間で一部分だけ空気の流速が早く
なることがなく、均一空気流速が得られる。それ故切り
起こし１５の伝熱性能が空気流速の低下によって損なわ
れることがない。その上、銅管群１２ａ、１２ｂ。

１２ｃは概ね一列となっているため、鋼管群間の熱流を
阻害することがなく、フィン効率も高くなるＯ 以上の作用の結果、切り起こしを設けるため通風抵抗は
増加するが、送風機動力基準の総括熱伝達率は、第１の
実施例の場合と比べて、絶対値自体は約３０〜４０％向
上する。

発明の効果 以上のように本発明は、一定間隔で平行に並べられ、そ
の間を気流が流動するフィンと、このフィンに直角に挿
入され、内部を流体が流動する伝熱管とから構成し、フ
ィンの気流方向の単位中Ｗ（１８ｍｍ■Ｗ■２２囚）当
たりに、気流方向に伝熱管を３列以上Ｓ列以下設置し、
かつ、隣接する伝熱管間距離Ｓを１．５編≦Ｓ≦２．５
鵡とするフィン付熱交換器であるから、次の様な効果を
有する。

■　気流に直角方向の伝熱管間に於いて、気流方向へほ
ぼ連続的に矩形流路流れが実現できるため、熱伝達率が
大巾に向上する。

■　フィン効率が比較的高く、かつ、露付き時に伝熱管
間に凝縮水が滞留することなくスムーズに流下するため
に、凝縮器はもちろん、蒸発器として使用する場合でも
伝熱性能が著しく向上する。

■　伝熱管径が小さいことによる形状抵抗減少のため、
通風抵抗が減少する。

以上の効果により、伝熱性能が向上し、小型で高性能な
フィン付熱交換器が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるフィン付熱交換器の平
面図、第２図は同側面図、第３図及び第４図は本発明の
特性図、第５図は本発明の実施例によるフィン付熱交換
器の平面図、第６図は同Ａ−Ａ線における断面図、第７
図は従来例を示すフィン付熱交換器の側面図、第８図は
同側面図、第９図は同斜視図である。 ８．１２・・・・・伝熱管、１０．１４　　・・・フィ
ン、１１．１６・・・・・・気流方向、Ｗ・・・・フィ
ンの気流方向の巾、Ｓ・・・・・・気流方向に隣接する
伝熱管間距離。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名δ−
−−七吏麿 第　１　図　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
／θ−−−フィン／ｌ−−−人硫方向 Ｗ−〜−フンンｐ弧月七が約−１笠つ 第３図 第４図 ／２久／？、Ｓ、　／ｌ’ｃ−仙沁す 第７図 「 第９図 −［ −［ 副

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　一定間隔で平行に並べられ、その間を気流が流
   動するフィンと、このフィンに直角に挿入され、内部を
   流体が流動する伝熱管とから構成され、前記フィンの気
   流方向の巾Ｗを１８ｍｍ■Ｗ■２２ｍｍとし、伝熱管を
   気流方向に３列以上５列以下設置し、かつ、気流方向に
   隣接する伝熱管間距離Ｓを１．５ｍｍ■Ｓ■２．５ｍｍ
   としたフィン付熱交換器。
2. （２）　伝熱管を気流方向に対して碁盤目状に設置した
   特許請求の範囲第１項記載のフィン付熱交換器。
3. （３）　伝熱管を気流方向に複数列設置し、第２列目以
   降の伝熱管が、気流上流側にあるいずれかの伝熱管の下
   流側への投影面と部分的な重なりをもって非直線状を構
   成している特許請求の範囲第１項記載のフィン付熱交換
   器。
4. （４）　気流に直角方向の伝熱管間に於けるフィン上に
   切り起しを設けた特許請求の範囲第１項記載のフィン付
   熱交換器。