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WO2007122996A1 - 伝熱フィンおよびフィンチューブ型熱交換器 - Google Patents

伝熱フィンおよびフィンチューブ型熱交換器 Download PDF

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WO2007122996A1
WO2007122996A1 PCT/JP2007/057547 JP2007057547W WO2007122996A1 WO 2007122996 A1 WO2007122996 A1 WO 2007122996A1 JP 2007057547 W JP2007057547 W JP 2007057547W WO 2007122996 A1 WO2007122996 A1 WO 2007122996A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat transfer
fin
raised portion
raised
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2007/057547
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Osamu Ogawa
Kou Komori
Hiroki Hayashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2007531124A priority Critical patent/JP4028591B2/ja
Priority to US12/297,163 priority patent/US8505618B2/en
Priority to EP07740983.7A priority patent/EP2015018B1/en
Priority to CN200780013939XA priority patent/CN101427094B/zh
Publication of WO2007122996A1 publication Critical patent/WO2007122996A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • 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
    • F28F1/325—Fins with openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0477—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag

Definitions

  • the present invention relates to a heat transfer fin and a fin tube heat exchanger.
  • the fin tube type heat exchanger ⁇ is constituted by a plurality of heat transfer fins arranged at a predetermined fin pitch and a heat transfer tube penetrating these fins.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-90995 discloses a corrugated fin obtained by bending a plate-like fin into a wave shape.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-239196 discloses a fin tube type heat exchanger in which a large number of minute dimples are provided on the fin surface.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-294494 discloses a fin tube type heat exchanger in which a triangular pyramid-shaped protrusion is provided on the surface of a fin.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-300474 discloses a fin tube heat exchanger in which a quadrangular pyramid-shaped protrusion is provided on the surface of a fin.
  • the present invention has been made in view of the strong point, and an object of the present invention is to provide a new fin and fin tube type heat exchanger that improves the heat transfer coefficient while suppressing an increase in pressure loss. To provide transliteration.
  • the heat transfer fin according to the present invention includes a raised portion raised on the fin surface side and a notch formed on a predetermined upstream side of the raised portion, and the raised portion is formed in the notch. As an adjacent upstream portion, it has a tapered wing portion directed toward the upstream side.
  • the raised portion is a residual partial force after providing the notch so that the wing portion is formed in the original raised portion that is a substantially elliptical hill or a substantially circular hill raised from the fin base surface, It is preferable that a tangent plane with respect to the top of the substantially elliptical hill or the substantially circular hill is parallel to the fin base surface. If the raised portion is formed, a plane including the main surface of the portion can be defined as the fin base surface of the heat transfer fin.
  • the "elliptical hill” means that the contour of the projected image by orthogonal projection onto the fin base surface is an ellipse, and the contour of the longitudinal section including the vertex is a curve (for example, a sine curve or a cosine curve). Etc.) is a raised part.
  • a “cone” is a ridge in which the contour of the projected image by orthogonal projection onto the fin base surface is circular, and the contour of the longitudinal section including the vertex is a curve (for example, a sine curve or cosine curve). It is a part.
  • the raised portion is a residual partial force after providing the notch so that the wing portion is formed on the original raised portion which is a substantially elliptical cone or a substantially polygonal pyramid with a fin base surface force. May be.
  • cylindrical means that a point that goes around the circumference of a closed curve (or broken line) on a plane (fin base) and a fixed point (vertex) outside this plane are connected. A shape created by straight lines.
  • the “elliptical cone” means that a closed curve on the plane is an ellipse.
  • Polygonal pyramid means that a closed curve on the plane is a polygon. Note that the “cone” means that the closed curve on the plane is circular.
  • the raised portion may be raised from a fin base surface, and the wing portion may be parallel to the fin base surface. Further, the wing portion is inclined so as to approach the fin base surface toward the upstream side. May be. Alternatively, the wing portion may be inclined so as to move away from the fin base surface force toward the upstream side.
  • the heat transfer fin of the present invention can be used in a fin-tube heat exchanger that exchanges heat between the first fluid and the second fluid.
  • the heat transfer fins are provided with a plurality of heat transfer tube through-holes that are to be fitted with heat transfer tubes through which the second fluid flows, in a predetermined row direction intersecting the flow direction of the first fluid.
  • the raised portions can be provided between two adjacent through holes for heat transfer tubes.
  • the notch is formed from the first main surface side to the second main surface side of the heat transfer fin when the first fluid flowing along the main surface of the heat transfer fin reaches the raised portion.
  • the ridges are formed along the wings so that they can be distributed.
  • a finned tube heat exchanger includes a plurality of heat transfer fins arranged parallel to each other at intervals, and a plurality of heat transfer tubes penetrating the heat transfer fins.
  • a finned tube type heat exchanger ⁇ that exchanges heat between the first fluid flowing on the surface side of the fin and the second fluid flowing inside the heat transfer tube, the heat transfer tube including the first fluid
  • the first and second heat transfer tubes are arranged in a predetermined row direction intersecting the flow direction of the heat transfer fin, and the heat transfer fin is provided between the first heat transfer tube and the second heat transfer tube.
  • a bulging portion that bulges to the side and guides the first fluid to the first heat transfer tube side and the second heat transfer tube side, and an upstream side with respect to the flow direction of the first fluid from the bulge portion.
  • the heat transfer tubes and the raised portions are arranged in a staggered manner as viewed from the axial direction of the heat transfer tubes, and the raised portions are arranged between the heat transfer tubes adjacent in the row direction. Is preferred.
  • the present invention provides:
  • a finned tube type heat exchanger that exchanges heat between the first fluid and the second fluid, and is arranged in parallel with a space between each other to form a space in which the first fluid should flow.
  • a predetermined row that passes through the plurality of heat transfer fins and intersects the flow direction of the first fluid A plurality of heat transfer tubes arranged in a direction and through which the second fluid should flow, wherein the heat transfer fins are: (a) a first heat transfer tube and a second heat transfer tube adjacent to each other in the row direction; A raised portion formed between the heat transfer tube and (b) the first fluid flowing along the main surface of the heat transfer fin, when the first fluid of the heat transfer fin reaches the raised portion.
  • a hole formed along the upstream side portion of the raised portion with respect to the flow direction of the first fluid so as to be able to flow from the main surface side to the second main surface side,
  • the raised portion and the hole are respectively mirrored with respect to a mirrored surface including a perpendicular bisector connecting a center of the first heat transfer tube and a center of the second heat transfer tube with a shortest distance.
  • the boundary line between the raised portion and the hole observed when the heat transfer fin is viewed in plan shows a convex shape by directing toward the upstream side in the flow direction of the first fluid
  • the protuberance has a wing portion having a wing portion whose width in the row direction decreases as the upstream portion whose contour is defined by the boundary line proceeds upstream in the flow direction of the first fluid.
  • the present invention it is possible to improve the heat transfer coefficient of the heat transfer fin while suppressing an increase in pressure loss. Further, according to the present invention, high-performance fin tube type heat exchange having a novel shape can be realized.
  • FIG. 1 Perspective view of finned tube heat exchanger
  • FIG. 5 Perspective view of fin showing air flow
  • FIG. 6 is a plan view of a fin according to a modification.
  • FIG. 7 is a plan view of a fin according to a modification.
  • FIG. 8 is a plan view of a fin according to a modification.
  • the finned tube heat exchanger 1 includes a plurality of fins 3 arranged in parallel at a predetermined interval to form a space in which air A should flow.
  • a plurality of heat transfer tubes 2 penetrating these fins 3 are provided.
  • the heat exchange 1 exchanges heat between the fluid flowing inside the heat transfer tube 2 and the fluid flowing along the surface of the fin 3.
  • air A flows along the surface of the fin 3
  • refrigerant B flows inside the heat transfer tube 2.
  • the type and state of the fluid flowing inside the heat transfer tube 2 and the fluid flowing along the surface of the fin 3 are not particularly limited. These fluids may be gas or liquid.
  • the plurality of heat transfer tubes 2 may be connected to each other or may not be connected.
  • the fins 3 are formed in a substantially flat plate shape having a rectangular shape, and are arranged along the Y direction shown in the figure. In the present embodiment, the fins 3 are arranged at a constant fin pitch.
  • the fin pitch is, for example, 1.0 to 1.5 mm. However, the fin pitch need not be constant and may be different.
  • the fin pitch FP is expressed by the distance between the center positions of the adjacent fins 3.
  • a punched aluminum plate having a thickness of 0.08-0.2 mm can be preferably used.
  • the surface of the fin 3 is preferably subjected to a hydrophilic treatment such as boehmite treatment or application of a hydrophilic paint, or a water repellent treatment.
  • the heat transfer tubes 2 in each row are arranged along the longitudinal direction of the fins 3 (hereinafter simply referred to as the Z direction or the row direction).
  • the fins 3 are provided at equal intervals along a predetermined row direction that intersects the flow direction of the plurality of heat transfer tube through-hole air A for fitting the heat transfer tubes 2 together.
  • a fin collar 3a is provided around the through hole for the heat transfer tube.
  • the heat transfer tube 2 in the first row and the heat transfer tube 2 in the second row are shifted by 1Z2 of the tube pitch in the Z direction. That is, the heat transfer tubes 2 are arranged in a staggered pattern.
  • the tube pitch is represented by the distance between the centers of the heat transfer tubes 2 adjacent in the column direction.
  • the outer diameter D of the heat transfer tube 2 is, for example, 1 to 20 mm.
  • the heat transfer tube 2 is in close contact with the fin collar 3a and is fitted to the fin collar 3a.
  • the heat tube 2 may be a smooth tube having a smooth inner surface or a grooved tube.
  • the heat exchanger 1 is positioned so that the flow direction of the air A (X direction in Fig. 1) is substantially orthogonal to the stacking direction of the fins 3 (Y direction) and the row direction of the heat transfer tubes 2 (Z direction). Installed at. However, the airflow direction may be slightly inclined from the X direction as long as a sufficient amount of heat exchange can be secured.
  • each raised portion 5 is formed in a shape obtained by cutting a part of the upstream side of the elliptical hill elongated in the X direction.
  • a tapered triangular wing portion 6 is formed toward the upstream side.
  • the raised portion 5 is formed by a semi-elliptical hill-like latter half 7 and a triangular wing 6 located on the upstream side of the latter half 7.
  • the triangular wing portion 6 of the present embodiment is formed in a so-called delta wing shape having a substantially triangular shape.
  • a hole 8 (notch) is formed adjacent to the raised portion 5 on the upstream side of the raised portion 5.
  • the raised portion 5 is raised from one surface of the fin 3.
  • the raised portion 5 is Only one is arranged between the heat pipe 2A and the second heat transfer pipe 2B.
  • the raised portion 5 is disposed at an intermediate position between the heat transfer tubes 2 adjacent in the column direction. That is, when the axial force of the heat transfer tube 2 is also seen, the heat transfer tubes 2 are arranged in a staggered manner, and the raised portions 5 are also arranged in a staggered manner.
  • the raised portion 5 and the hole 8 are respectively located at the shortest distance between the center C11 of the first heat transfer tube 2A and the center C21 of the second heat transfer tube 2B.
  • the line segment LS is mirror-symmetric with respect to the mirror plane PS including the perpendicular bisector of LS.
  • the boundary line BL between the raised portion 5 and the hole 8 that is observed when the fin 3 is viewed in plan shows a convex shape toward the upstream side in the air A flow direction.
  • the raised portion 5 has an wing portion 6 whose width in the row direction (Z direction) decreases as the upstream portion 6 whose contour is defined by the boundary line BL proceeds upstream in the flow direction of the air A.
  • the raised portion 5 also has a residual partial force after providing the hole 9 (notch) so that the wing portion 6 is formed in the original raised portion which is a substantially elliptical hill raised from the fin base surface.
  • the planar images of the ridges 5 and the holes 8 have an oval shape as a whole.
  • the major axis of the ellipse coincides with the X direction, and the minor axis coincides with the Z direction.
  • the planar images of the raised portions 5 and the holes 8 are circular or polygonal.
  • the major axis of the projected image of the elliptical hill 9 is larger than the outer diameter D of the heat transfer tube 2 and the outer diameter D of the heat transfer tube 2 is larger.
  • the fin base surface is a plane including the main surface of the portion where the raised portion 5 is formed.
  • the center (vertex) C12 of the elliptical hill 9 in the first row is located downstream of the center C11 of the heat transfer tube 2 in the first row.
  • the upstream end 6a of the raised portion 5 in the first row is located upstream from the center C11 of the heat transfer tube 2 in the first row.
  • the center (vertex) C22 of the elliptical hill 9 in the second row is located upstream of the center C21 of the heat transfer tube 2 in the second row.
  • the elliptical hill 9 in the first row and the elliptical hill 9 in the second row partially overlap when viewed from the Z direction.
  • the raised portions 5 and the heat transfer tubes 2 adjacent to each other in the X direction are arranged at positions aligned with each other in the Z direction.
  • the center C12 of the elliptical hill 9 in the first row and the center C21 of the heat transfer tube 2 in the second row are positioned at the same position in the Z direction.
  • the center C11 of the heat transfer tube 2 in the first row and the center (vertex) C22 of the raised portion 5 in the second row are also positioned at the same position in the Z direction.
  • the receding angle represents the angle formed by a straight line parallel to the Z direction (row direction) and passing through the upstream end 6a of the triangular wing 6 and one side of the triangular wing 6 Let ⁇ be.
  • the size (area) of the triangular wing part 6 can be adjusted by appropriately changing the rear receding angle ⁇ . .
  • the value of the receding angle ⁇ is not particularly limited, but is set to about 30 degrees in the present embodiment in which, for example, 30 degrees to 50 degrees is preferred.
  • the leading edge of the triangular wing portion 6 is formed in a straight line, but the leading edge of the triangular wing portion 6 may be formed in a curved shape. It should be noted that the wing portion may not be triangular but may be other polygonal shapes.
  • the height H from the fin base surface 3b to the apex C12 of the raised portion 5 (hereinafter simply referred to as the height of the raised portion 5) H is smaller than the fin pitch FP.
  • the value of the height H of the raised portion 5 is not particularly limited, and may be 1Z3 to 2Z3 of the fin pitch FP, for example. In the present embodiment, the height H of the raised portion 5 is set to approximately 2Z3 of the fin pitch FP.
  • the triangular wing portion 6 is inclined so that the distance from the fin base surface 3b becomes smaller toward the upstream side. Yes. That is, the triangular wing portion 6 is formed in a so-called head-down state.
  • the tangential plane 20 with respect to the apex C12 of the raised portion 5 is parallel to the fin base surface 3b.
  • the raised portion 5 is formed in a shape that matches the fin base surface 3b so as not to disturb the air flow.
  • the airflow A 1 that has flowed forward of the fin 3 collides with the triangular wing 6.
  • a thin temperature boundary layer is formed on the surface of the triangular wing portion 6 by a so-called leading edge effect. Therefore, the heat transfer coefficient is improved in the triangular wing portion 6.
  • the triangular wing part 6 reduces the component of the airflow in the orthogonal direction (the component in the direction orthogonal to the leading edge of the triangular wing part 6), thereby reducing pressure loss.
  • the airflow A2 that has flowed over the triangular wing portion 6 then flows over the latter half 7 that is located downstream of the triangular wing portion 6.
  • the triangular wing portion 6 is formed so as to divide the air flow into left and right, and the latter half 7 is formed in a semi-elliptical hill shape, so that the air flow A2 is guided to the left and right by the raised portion 5. Therefore, a part of the airflow A2 is guided to the heat transfer tube 2A side, and the other airflow A2 is guided to the heat transfer tube 2B side.
  • the airflow A2 guided to the heat transfer tube 2A side wraps around the heat transfer tube 2A. Further, the air flow A2 guided to the heat transfer tube 2B side goes around the heat transfer tube 2B.
  • the dead water area is reduced in the rear part of the heat transfer tubes 2A and 2B in the fin 3, and the decrease in the heat transfer coefficient is suppressed.
  • the airflow A3 that once circulates behind the heat transfer tube 2A collides with the raised portion 5 in the second row.
  • the triangular wing portion 6 can improve the heat transfer coefficient by the leading edge effect and reduce the pressure loss.
  • the airflow A4 flowing on the triangular wing part 6 of the raised part 5 in the second row then flows on the latter half part 7 of the raised part 5.
  • the triangular wing portion 6 separates the air flow into one heat transfer tube 2A side and the other heat transfer tube 2B side, the latter half portion 7 of the raised portion 5 and each heat transfer tube 2A , The air flow is accelerated in the space between 2B. Therefore, the heat transfer rate of the fin 3 is improved by the amount of acceleration of air.
  • the accelerated air collides with the raised portion 5 provided on the downstream side.
  • the temperature boundary layer becomes thin in the triangular wing portion 6 of the ridge 5 on the downstream side. Therefore, the heat transfer coefficient in the raised portion 5 on the downstream side is improved, and as a result, the heat transfer coefficient of the fin 3 as a whole is improved.
  • the hole 8 is formed on the upstream side of the raised portion 5, the heat transfer amount to the foremost edge portion heat transfer tube 2 of the heat transfer fin 3 is appropriately limited. For this reason, when this heat exchanger 1 is used as an evaporator, where the heat transfer coefficient at the front edge of the heat transfer fin 3 does not increase locally, frost formation on the front edge of the heat transfer fin 3 is suppressed. Can be expected. In addition, a decrease in heat transfer performance due to a decrease in the heat transfer coefficient at the foremost edge of the heat transfer fin 3 can be compensated by an improvement in heat transfer performance due to the raised portion 5. Also, frost formation occurred at the leading edge of the tapered wing 6 Even in this case, a part of the air A can pass through the hole 8, so that an increase in pressure loss can be minimized and stopped.
  • the shape of the elliptical hill 9 (original raised portion) that forms the basis of the raised portion 5 is a sine curve shape or a cosine curve shape when the elliptical hill shape 9 is cut in a cross section orthogonal to the Z direction.
  • the shape may be as follows.
  • X is a variable of 180 ° ⁇ x ⁇ 180 °.
  • the shape of the original raised portion which is the basis of the raised portion 5, is not limited to the elliptical hill, but may be a polygonal pyramid (see Fig. 6). A pyramid). Further, it may be a cone or an elliptical cone. If a shape such as a cone having a sharp apex or an elliptical cone is adopted, better heat transfer characteristics can be obtained. On the other hand, if a shape such as a circular hill or elliptical hill with gentle vertices is adopted, manufacturing becomes easy.
  • a method for manufacturing the fin 3 will be described.
  • a die for punching and forming the triangular wing portion 6 is prepared in advance, and this die is pressed against a flat fin material to perform a pressing force.
  • a part of the fin material is punched, and the triangular wing portion 6 in the state before the bulge is formed.
  • the mold of the elliptical hill 9 (which is also prepared in advance) serving as the foundation of the raised portion 5 is positioned at a predetermined position, it is pressed against the fin material.
  • a part of the punched portion on the downstream side rises in a substantially elliptical hill shape, and a raised portion 5 (triangular wing portion 6 and latter half portion 7) is formed.
  • the finned tube heat exchanger 1 is manufactured as follows. That is, the fin 3 manufactured as described above is provided with a hole at a predetermined position through which the heat transfer tube 2 passes, and the periphery of the hole is raised to form the fin collar 3a. Next, a predetermined number of the fins 3 are arranged at a predetermined fin pitch, and the heat transfer tubes 2 are inserted into the holes. Then, the heat transfer tubes 2 and the fins 3 are joined (for example, tube expansion joining). Thereby, the fin tube type heat exchanger 1 is manufactured.
  • the manufacturing method of the fin 3 and the fin tube type heat exchanger 1 described above is an example, and the manufacturing method thereof is not limited to the above method.
  • the fin material may be twisted or unintentional irregularities may be formed on the surface of the fin material. Therefore, as shown in FIG. 8, the fin material may be provided with slits 12 in advance so as to absorb such twists and irregularities.
  • the slit 12 is preferably formed at a position (particularly in the middle) between the ridges 5 adjacent in the oblique direction.
  • the slit 12 preferably extends in a direction orthogonal to a line connecting the vertices of the raised portions 5.
  • Table 1 shows a fin-tube type heat exchanger equipped with a conventional corrugated fin (a fin in which a fin is bent into a wave shape.
  • a conventional corrugated fin a fin in which a fin is bent into a wave shape.
  • FIGS. 1 and 2 of JP-A-64-90995 A simulation result comparing ⁇ and the finned tube heat exchanger of this embodiment (see FIG. 9 for a specific shape) is shown.
  • the fin thickness was 0.1 mm
  • the fin pitch was 1.49 mm
  • the heat transfer tube outer diameter was 7. Omm
  • the front wind speed Vair was lm / s.
  • “Oval Hill”, “Circle”, “Cone”, and “Square pyramid” in the types of fins represent the shape of the original raised portion that is the basis of the raised portion 5.
  • “Circle” and “Oval” in Table 1 have a sine curve or cosine curve when cut in a cross section perpendicular to the Z direction.
  • the pressure loss is reduced as compared with the conventional finned tube heat exchanger having a corrugated fin. Heat transfer rate is improved.
  • the fin 3 of the finned tube heat exchanger 1 includes the raised portion 5 and the hole 8 (notch) formed on the upstream side of the raised portion 5.
  • the raised portion 5 has a triangular wing portion 6 tapered toward the upstream side as an upstream portion adjacent to the hole 8 (notch). Therefore, in the triangular wing part 6, the heat transfer rate is improved by the leading edge effect and the pressure loss is reduced by reducing the direct component of the flow.
  • the ridge part 5 causes an air flow behind the heat transfer tube 2.
  • the heat transfer coefficient behind the heat transfer tube 2 can be improved. Therefore, according to the finned tube heat exchanger 1 according to the present embodiment, the heat transfer coefficient can be improved while suppressing an increase in pressure loss.
  • the original raised portion that is the basis of the raised portion 5 is formed in a substantially elliptical hill shape.
  • the original raised portion is formed in a substantially elliptical cone shape, substantially the same effect is obtained. Obtainable.
  • the triangular wing portion 6 is inclined so as to approach the fin base surface 3b toward the upstream side. As a result, the flow velocity of the airflow A1 flowing on the upper surface of the fin 3 (the Y axis plus direction in FIG. 5) is accelerated, and the effect of improving the heat transfer coefficient is obtained.
  • the triangular wing portion 6 may be parallel to the fin base surface 3b. That is, the line segment connecting the uppermost end 6a of the triangular wing portion 6 and the vertex C12 of the raised portion 5 may be parallel to the fin base surface 3b. In such a case, since the air flow A1 passing through the triangular wing portion 6 flows smoothly, the pressure loss can be reduced and the effect can be obtained.
  • the triangular wing portion 6 may be inclined so as to move away from the fin base surface 3b toward the upstream side. In such a case, the flow velocity of the air flow A1 flowing on the back surface side of the fin 3 (Y-axis minus direction in FIG. 5) is accelerated, and the effect of improving the heat transfer coefficient is obtained.
  • the triangular wing portion 6 is formed on both the first row of raised portions 5 and the second row of raised portions 5.
  • the triangular wing portion 6 may be formed only in one of the first row of raised portions 5 and the second row of raised portions 5. That is, the other raised portion 5 may be the original raised portion itself such as an elliptical hill shape before forming a hole (notch).
  • the triangular wing portion 6 may not be formed on any of the plurality of raised portions 5 arranged in the row direction. That is, the raised portion 5 having the triangular wing portion 6 and the raised portion without the triangular wing portion 6 (original raised portion) may be arranged in the row direction.
  • the fin 3 is used as a heat transfer fin of the fin-tube heat exchanger 1, but the application target of the fin according to the present invention is limited to the fin-tube heat exchanger. Alternatively, it may be a heat exchanger of another type or a radiator or a cooler.
  • the present invention relates to a heat transfer fin, a fin tube type heat exchanger including the heat transfer fin, and various devices including the heat transfer system, for example, a heat pump system and a water heater using the heat pump, a household Useful for air conditioners and refrigerators for automobiles and automobiles.

Landscapes

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Abstract

　フィンチューブ型熱交換器１のフィン３は、隣り合う２つの伝熱管２，２の間に配置された隆起部５と、隆起部５よりも上流側に形成された孔８（切り欠き）とを備えている。隆起部５は、孔８に隣接する上流側部分として、上流側に向かって先細り状の翼部６を有する。

Description

明 細 書
伝熱フィンおよびフィンチューブ型熱交換器
技術分野
[0001] 本発明は、伝熱フィンおよびフィンチューブ型熱交換器に関するものである。
背景技術
[0002] 従来から、例えば、家庭用または自動車用の空気調和装置、冷凍 ·冷蔵装置、除 湿機、給湯機等において、各種の伝熱フィンが用いられている。また、伝熱フィンと伝 熱管とを組み合わせたフィンチューブ型熱交 もよく用いられている。フィンチュー ブ型熱交^^は、所定のフィンピッチで並べられた複数の伝熱フィンと、これらのフィ ンを貫通する伝熱管とによって構成されている。
[0003] このような熱交換器では、フィン表面を流れる流体の速度を増加させると、フィンの 熱伝達率が大きくなる。ところが、フィン表面を流れる流体の速度が大きくなると、流 体が熱交換器を通過する際の圧力損失が増加する。このように、熱交換器において 、熱伝達率と圧力損失とは、トレードオフの関係にある。そこで、熱交換器の性能向 上のために、圧力損失の増加を抑えつつ、熱伝達率を向上させることが望まれてい る。
[0004] 従来より、熱伝達率の向上や圧力損失の低減を目的として、フィン形状に工夫を施 したものが知られている。例えば、特開昭 64— 90995号公報には、板状フィンを波 状に折り曲げたコルゲートフィンが開示されている。また、特開平 7— 239196号公報 には、フィン表面に微小なディンプルを多数設けたフィンチューブ型熱交換器が開示 されている。特開昭 63— 294494号公報には、フィンの表面に三角錐状の突起を設 けたフィンチューブ型熱交換器が開示されている。特開平 6— 300474号公報には、 フィンの表面に四角錐状の突部を設けたフィンチューブ型熱交換器が開示されてい る。
発明の開示
[0005] し力しながら、近年、熱交^^の更なる性能向上が望まれており、従来のフィンチュ ーブ型熱交^^の仕様の最適化を図ったとしても、必ずしも満足のいく性能が得ら れるとは限らなかった。そこで、全く新規なフィン形状を有するフィンチューブ型熱交 換器が待ち望まれていた。
[0006] 本発明は、力かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧力損 失の増加を抑制しつつ熱伝達率を向上させる新たなフィンおよびフィンチューブ型 熱交翻を提供することにある。
[0007] 本発明に係る伝熱フィンは、フィン表面側に隆起した隆起部と、前記隆起部よりも 所定の上流側に形成された切り欠きとを備え、前記隆起部が、前記切り欠きに隣接 する上流側部分として、上流側に向力つて先細り状の翼部を有するものである。
[0008] 前記隆起部は、フィン基面から隆起した略楕円丘または略円丘である原隆起部に 前記翼部が形成されるように前記切り欠きを設けた後の残存部分力 なって 、ること が好ましく、前記略楕円丘または略円丘の頂点に対する接平面が前記フィン基面に 対して平行であることが好ま 、。前記隆起部が形成されて 、な 、部分の主面を含 む平面を、伝熱フィンのフィン基面として定義することができる。
[0009] なお、ここで、「楕円丘」とは、フィン基面への正射影による投影像の輪郭が楕円形 であり、頂点を含む縦断面の輪郭が曲線 (例えば、正弦曲線や余弦曲線等）になつ ている隆起部分のことである。一方、「円丘」とは、フィン基面への正射影による投影 像の輪郭が円形であり、頂点を含む縦断面の輪郭が曲線 (例えば、正弦曲線や余弦 曲線等）になっている隆起部分のことである。
[0010] 前記隆起部は、フィン基面力 隆起した略楕円錐または略多角錐である原隆起部 に前記翼部が形成されるように前記切り欠きを設けた後の残存部分力 なって ヽても よい。
[0011] ここで、「錐状」とは、平面 (フィン基面）上の閉じた曲線 (または折れ線)の周上を一 周する点と、この平面外の一定点（頂点）とを結ぶ直線によってつくられる形状のこと である。「楕円錐状」とは、上記平面上の閉じた曲線が楕円形となっているものである 。「多角錐状」とは、上記平面上の閉じた曲線が多角形となっているものである。なお 、「円錐」とは、上記平面上の閉じた曲線が円形となっているものである。
[0012] 前記隆起部はフィン基面から隆起し、前記翼部は前記フィン基面と平行であっても よい。また、前記翼部は、上流側にいくほど前記フィン基面に近づくように傾斜してい てもよい。あるいは、前記翼部は、上流側にいくほど前記フィン基面力 離れるように 傾斜していてもよい。
[0013] また、本発明の伝熱フィンは、第 1の流体と第 2の流体とを熱交換させるフィンチュ ーブ型熱交換器に使用することができる。この場合、伝熱フィンには、前記第 2の流 体が流通するべき伝熱管を嵌め合わせる予定の複数の伝熱管用貫通孔を、前記第 1の流体の流れ方向と交差する所定の列方向に沿って等間隔で設けることができ、さ らに、隣り合う 2つの前記伝熱管用貫通孔の間に前記隆起部を設けることができる。 前記切り欠きは、当該伝熱フィンの主面に沿って流通する前記第 1の流体が、前記 隆起部に差し掛カる際に当該伝熱フィンの第 1主面側から第 2主面側に流通可能と なるように、前記隆起部の前記翼部に沿って形成されて 、るとょ 、。
[0014] 本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、互いに間隔を空けて平行に並べられ た複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを備え、前記伝熱 フィンの表面側を流れる第 1の流体と前記伝熱管の内部を流れる第 2の流体とを熱交 換させるフィンチューブ型熱交^^であって、前記伝熱管には、前記第 1の流体の 流れ方向と交差する所定の列方向に並ぶ第 1および第 2の伝熱管が含まれ、前記伝 熱フィンは、前記第 1の伝熱管と前記第 2の伝熱管との間に、フィン表面側に隆起し て前記第 1の流体を前記第 1の伝熱管側と前記第 2の伝熱管側とに導く隆起部と、前 記隆起部よりも前記第 1の流体の流れ方向に関する上流側に形成された切り欠きと を有し、前記隆起部が、前記切り欠きに隣接する上流側部分として、上流側に向かつ て先細り状の翼部を有するものである。
[0015] 前記伝熱管および前記隆起部は、前記伝熱管の軸方向から見てそれぞれ千鳥状 に配列され、前記列方向に隣り合うそれぞれの伝熱管の間に前記隆起部が配置され ていることが好ましい。
[0016] 他の側面において、本発明は、
第 1の流体と第 2の流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交^^であって、 前記第 1の流体が流通するべき空間を形成するために、互いに間隔を空けて平行 に並べられた複数の伝熱フィンと、
前記複数の伝熱フィンを貫通し、前記第 1の流体の流れ方向と交差する所定の列 方向に並んで配置された、前記第 2の流体が流通するべき複数の伝熱管とを備え、 前記伝熱フィンは、（a)前記列方向に関して互いに隣り合う第 1の伝熱管と第 2の伝 熱管との間に形成された隆起部と、（b)当該伝熱フィンの主面に沿って流通する前記 第 1の流体が、前記隆起部に差し掛かる際に当該伝熱フィンの第 1主面側から第 2主 面側に流通可能となるように、前記第 1の流体の流れ方向に関する前記隆起部の上 流側部分に沿って形成された孔とを有し、
前記隆起部および前記孔は、それぞれ、前記第 1の伝熱管の中心と前記第 2の伝 熱管の中心とを最短距離で結ぶ線分の垂直 2等分線を含む鏡映面に関して鏡映対 称であり、
前記伝熱フィンを平面視したときに観察される前記隆起部と前記孔との境界線が、 前記第 1の流体の流れ方向に関する上流側に向力つて凸形状を示し、
前記隆起部は、前記境界線によって輪郭が規定される前記上流側部分として、前 記第 1の流体の流れ方向に関する上流側に進むにつれて前記列方向に関する幅が 減少する翼部を有する、フィンチューブ型熱交換器を提供する。
[0017] 本発明によれば、圧力損失の増加を抑制しつつ伝熱フィンの熱伝達率を向上させ ることができる。また、本発明によれば、新規な形状を有する高性能なフィンチューブ 型熱交翻を実現することができる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]フィンチューブ型熱交換器の斜視図
[図 2A]フィンの平面図
[図 2B]図 2Aの部分拡大図
[図 3]図 2Aの III III線断面図
[図 4]フィンの一部を上流側力 見た正面図
[図 5]空気の流れを示すフィンの斜視図
[図 6]変形例に係るフィンの平面図
[図 7]変形例に係るフィンの平面図
[図 8]変形例に係るフィンの平面図
[図 9]シミュレーションモデルの平面図 発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
[0020] 図 1に示すように、実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器 1は、空気 Aが流通 するべき空間を形成するために所定間隔かつ平行に並べられた複数のフィン 3と、こ れらのフィン 3を貫通する複数の伝熱管 2とを備えている。熱交翻 1は、伝熱管 2の 内部を流れる流体と、フィン 3の表面に沿って流れる流体とを熱交換させるものである 。本実施形態では、フィン 3の表面に沿って空気 Aが流れ、伝熱管 2の内部には冷媒 Bが流れる。ただし、伝熱管 2の内部を流れる流体およびフィン 3の表面に沿って流 れる流体の種類や状態は、特に限定される訳ではない。それら流体は、気体であつ てもよく、液体であってもよい。複数の伝熱管 2は、 1本につながつていてもよいし、つ ながっていなくてもよい。
[0021] フィン 3は長方形状の略平板状に形成されており、図示の Y方向に沿って並べられ ている。本実施形態では、フィン 3は一定のフィンピッチで並べられている。フィンピッ チは、例えば 1. 0〜1. 5mm等である。ただし、フィンピッチは必ずしも一定である必 要はなぐ異なっていてもよい。なお、図 3に示すように、フィンピッチ FPは、隣り合う フィン 3の中心位置同士の距離で表される。フィン 3には、例えば、打ち抜き加工され た肉厚 0. 08-0. 2mmのアルミニウム製の平板を好適に用いることができる。なお、 フィン 3の表面には、ベーマイト処理または親水性塗料の塗布などの親水性処理力、 あるいは撥水性処理が施されて 、ることが好まし 、。
[0022] 図 2Aに示すように、本実施形態では、伝熱管 2は 2列設けられている。各列の伝熱 管 2は、フィン 3の長手方向（以下、単に Z方向あるいは列方向という）に沿って配列さ れている。つまり、フィン 3には、伝熱管 2を嵌め合わせるための複数の伝熱管用貫通 孔カ 空気 Aの流れ方向と交差する所定の列方向に沿って等間隔で設けられている 。伝熱管用貫通孔の周囲には、フィンカラー 3aが設けられている。 1列目の伝熱管 2 と 2列目の伝熱管 2とは、 Z方向に管ピッチの 1Z2だけずれている。すなわち、伝熱 管 2は千鳥状に配置されている。なお、管ピッチは、列方向に隣り合う伝熱管 2の中 心同士の距離で表される。伝熱管 2の外径 Dは、例えば l〜20mmである。伝熱管 2 は、フィンカラー 3aと密着しており、当該フィンカラー 3aに嵌合されている。なお、伝 熱管 2は、内面が平滑な平滑管であってもよぐ溝付き管であってもよい。
[0023] 熱交換器 1は、空気 Aの流れ方向（図 1の X方向）がフィン 3の積層方向（Y方向）お よび伝熱管 2の列方向 (Z方向）とほぼ直交するような姿勢で設置される。ただし、十 分な熱交換量を確保できる限り、気流方向は X方向から若干傾斜していてもよい。
[0024] フィン 3の表面には、複数の隆起部 5が形成されている。各隆起部 5は、 X方向に細 長い楕円丘の上流側の一部を切り取つたような形状に形成されている。空気 Aの流 れ方向に関する隆起部 5の上流側部分として、上流側に向かって先細り状の三角翼 部 6が形成されている。言い換えると、隆起部 5は、半楕円丘状の後半部 7と、後半部 7の上流側に位置する三角翼部 6とによって形成されている。本実施形態の三角翼 部 6は、略三角形状のいわゆるデルタ翼形状に形成されている。隆起部 5よりも上流 側には、隆起部 5に隣接して孔 8 (切り欠き）が形成されている。
[0025] 孔 8は、伝熱フィン 3の主面に沿って流通する空気 A力 隆起部 5に差し掛かる際に 当該伝熱フィン 3の第 1主面側 (表面側)から第 2主面側 (裏面側）に流通可能となる ように、空気 Aの流れ方向に関する隆起部 5の上流側部分 6 (三角翼部 6)に沿って 形成されている。
[0026] 隆起部 5は、フィン 3の一方の面から隆起している。空気 Aの流れ方向と交差する Z 方向に関して隣り合う 2つの伝熱管 2, 2の一方を第 1の伝熱管 2A、他方を第 2の伝 熱管 2Bとすると、隆起部 5は、第 1の伝熱管 2Aと第 2の伝熱管 2Bとの間に、 1つだけ 配置されている。さらに、本実施形態では、隆起部 5は、列方向に隣り合う伝熱管 2の 間の中間位置に配置されている。すなわち、伝熱管 2の軸方向力も見たときに、伝熱 管 2は千鳥状に配置されており、隆起部 5も千鳥状に配置されている。
[0027] 図 2Bの部分拡大図から理解できるように、隆起部 5および孔 8は、それぞれ、第 1の 伝熱管 2Aの中心 C 11と第 2の伝熱管 2Bの中心 C21とを最短距離で結ぶ線分 LSの 垂直 2等分線を含む鏡映面 PSに関して鏡映対称である。フィン 3を平面視したときに 観察される隆起部 5と孔 8との境界線 BLは、空気 Aの流れ方向に関する上流側に向 かって凸形状を示す。隆起部 5は、境界線 BLによって輪郭が規定される上流側部分 6として、空気 Aの流れ方向の上流側に進むにつれて列方向（Z方向）に関する幅が 減少する翼部 6を有して ヽる。 [0028] 隆起部 5は、フィン基面から隆起した略楕円丘である原隆起部に翼部 6が形成され るように孔 9 (切り欠き）を設けた後の残存部分力もなつている。言い換えれば、隆起 部 5および孔 8の平面像が、全体として、楕円形を示す。楕円の長軸は X方向に一致 し、短軸は Z方向に一致している。なお、後述する他の例（図 6,図 7参照）において は、隆起部 5および孔 8の平面像が、円形または多角形を示す。
[0029] 隆起部 5の基礎となる楕円丘 (切り欠きのない状態の原隆起部） 9のフィン基面への 投影像の面積は、伝熱管 2の面積と同等以上に設定されている。すなわち、楕円丘 9 の投影像の等価直径 d ( π d2Z4 = S (面積)で定義される d)は、伝熱管 2の外径 D以 上である。本実施形態では、楕円丘 9の投影像の長径は伝熱管 2の外径 Dよりも大き ぐ短径も伝熱管 2の外径 Dよりも大きい。なお、符号 L1は、楕円丘 9の気流方向長さ (X方向長さ）を示し、符号 L2は隆起部 5の気流方向長さを示している。フィン基面と は、隆起部 5が形成されて 、な 、部分の主面を含む平面のことである。
[0030] 1列目の楕円丘 9の中心 (頂点） C12は、 1列目の伝熱管 2の中心 C11よりも下流側 に位置している。一方、 1列目の隆起部 5の上流端 6aは、 1列目の伝熱管 2の中心 C 11よりも上流側に位置している。 2列目の楕円丘 9の中心 (頂点） C22は、 2列目の伝 熱管 2の中心 C21よりも上流側に位置している。 1列目の楕円丘 9と 2列目の楕円丘 9 とは、 Z方向から見て一部重なっている。 X方向に隣り合う隆起部 5と伝熱管 2とは、 Z 方向に関して互いに揃った位置に配置されている。すなわち、 1列目の楕円丘 9の中 心 C12と 2列目の伝熱管 2の中心 C21とは、 Z方向に関して揃った位置に位置づけら れている。また、 1列目の伝熱管 2の中心 C11と 2列目の隆起部 5の中心（頂点） C22 も、 Z方向に関して揃った位置に位置づけられている。
[0031] すなわち、翼部 6の一部または全部力 第 1の伝熱管 2Aの中心 C11と第 2の伝熱 管 2Bの中心 C21とを通過する直線よりも、空気 Aの流れ方向に関する上流側に位置 している。このような位置に翼部 6があることにより、空気 Aを第 1の伝熱管 2Aと第 2の 伝熱管 2Bとに効率よく誘導することができる。
[0032] 図 2Aに示すフィン 3の平面図において、 Z方向（列方向）に平行かつ三角翼部 6の 上流端 6aを通過する直線と、三角翼部 6の一辺とがなす角度を後退角 Θとする。後 退角 Θを適宜変更することにより、三角翼部 6の大きさ（面積)を調整することができる 。後退角 Θの値は特に限定されないが、例えば 30度〜 50度が好ましぐ本実施形 態では約 30度に設定されている。本実施形態では、三角翼部 6の前縁は直線状に 形成されているが、三角翼部 6の前縁は曲線状に形成されていてもよい。なお、翼部 は三角形状でなくてもよぐその他の多角形状等であってもよい。
[0033] 図 3に示すように、フィン基面 3bからの隆起部 5の頂点 C12までの高さ（以下、単に 隆起部 5の高さという） Hは、フィンピッチ FPよりも小さい。ただし、隆起部 5の高さ Hの 値は特に限定されず、例えば、フィンピッチ FPの 1Z3〜2Z3であってもよい。本実 施形態では、隆起部 5の高さ Hは、フィンピッチ FPの略 2Z3に設定されている。
[0034] 図 3およびフィン 3の X方向力 見た図である図 4に示すように、三角翼部 6は、上流 側にいくほどフィン基面 3bとの距離が小さくなるように傾斜している。すなわち、三角 翼部 6は、いわゆる頭下がりの状態に形成されている。
[0035] 隆起部 5の頂点 C12に対する接平面 20は、フィン基面 3bと平行となっている。この ように、隆起部 5は、空気の流れを徒に乱さないように、フィン基面 3bと調和した形状 に形成されている。
[0036] 次に、本熱交翻 1における空気の流れにっ 、て説明する。
[0037] 図 5に示すように、フィン 3の前方力 流れてきた気流 A1は、三角翼部 6に衝突する 。この際、いわゆる前縁効果によって、三角翼部 6の表面に薄い温度境界層が形成 される。そのため、三角翼部 6において、熱伝達率の向上が図られる。一方、三角翼 部 6によって、気流の直交方向成分 (三角翼部 6の前縁と直交する方向の成分)が小 さくなり、圧力損失の低減が図られる。
[0038] 三角翼部 6上を流れた気流 A2は、次に、三角翼部 6の下流側に位置する後半部 7 上を流れる。三角翼部 6は気流を左右に切り分けるように形成されており、また、後半 部 7は半楕円丘状に形成されているので、気流 A2は隆起部 5によって左右に誘導さ れる。そのため、一部の気流 A2は伝熱管 2A側に誘導され、他の気流 A2は伝熱管 2 B側に誘導される。そして、伝熱管 2A側に誘導された気流 A2は、当該伝熱管 2Aの 後方に回り込む。また、伝熱管 2B側に誘導された気流 A2は、当該伝熱管 2Bの後方 に回り込む。その結果、フィン 3における伝熱管 2Aおよび 2Bの後方部分において、 死水域が小さくなり、熱伝達率の低下が抑制される。 [0039] 次に、いったん伝熱管 2Aの後方に回り込んだ気流 A3は、 2列目の隆起部 5に衝 突する。そして、前述と同様に、三角翼部 6において、前縁効果による熱伝達率の向 上と、圧力損失の低減とが図られる。 2列目の隆起部 5の三角翼部 6上を流れた気流 A4は、次に、当該隆起部 5の後半部 7上を流れる。これにより、気流 A4の一部は、後 半部 7の半楕円丘形状に沿って伝熱管 2C側に誘導され、当該伝熱管 2Cの後方に 回り込む。その結果、 2列目の伝熱管 2Cの後方部分においても、死水域が小さくなり 、熱伝達率の低下が抑制される。
[0040] また、本実施形態では、三角翼部 6が空気の流れを一方の伝熱管 2A側と他方の 伝熱管 2B側とに切り分けた後、隆起部 5の後半部 7と各伝熱管 2A, 2Bとの間の空 間で空気の流れが加速される。そのため、空気が加速された分だけ、フィン 3の熱伝 達率が向上する。
[0041] また、加速した空気は、下流側に設けた隆起部 5に衝突する。その結果、下流側の 隆起部 5の三角翼部 6において、温度境界層が薄くなる。そのため、下流側の隆起部 5における熱伝達率の向上が図られ、ひ ヽてはフィン 3全体の熱伝達率が向上する。
[0042] また、本熱交 によれば、隆起部 5は、第 1の伝熱管 2Aと第 2の伝熱管 2Bとの 間に 1つのみ形成されている。隆起部 5の基礎となる楕円丘 9 (原隆起部）の投影像 の等価直径 dは、伝熱管 2の外径 D以上であり、隆起部 5は比較的大きく形成されて いる。そのため、比較的大きな規模で流れ方向を変更させることができる。したがって 、空気の流速が比較的小さい場合 (例えば、前面風速が 2mZs未満)や特に小さい 場合 (例えば、前面風速が lmZs未満)であっても、伝熱管 2の後方に空気を良好に 誘導することができる。本熱交^^ 1によれば、層流状態の気流に対しても、良好な 伝熱特性を発揮することができる。
[0043] また、隆起部 5よりも上流側に孔 8が形成されているので、伝熱フィン 3の最前縁部 力 伝熱管 2への伝熱量が適度に制限される。そのため、伝熱フィン 3の最前縁部の 熱伝達率が局所的に高くなりにくぐ本熱交換器 1を蒸発器として用いた場合に、伝 熱フィン 3の最前縁部への着霜を抑制する効果が期待できる。しかも、伝熱フィン 3の 最前縁部の熱伝達率低下による伝熱性能の低下は、隆起部 5による伝熱性能の向 上によって補うことができる。また、先細り状の翼部 6の前縁部において着霜が生じた 場合でも、空気 Aの一部は、孔 8を通過することができるので、圧力損失の増大を最 小限に食 、止めることができる。
[0044] なお、隆起部 5の基礎となる楕円丘 9 (原隆起部）の形状は、当該楕円丘 9を Z方向 と直交する断面で切断したときにその輪郭が正弦曲線状または余弦曲線状になるよ うな形状であってもよい。言い換えると、楕円丘 9を上記断面で切断したときの輪郭が 、 Kを定数として y=Kcos (x)で表される余弦曲線であってもよい。なお、ここで、 Xは — 180° ≤x≤180° の変数である。
[0045] また、隆起部 5の基礎となる原隆起部の形状は、楕円丘に限らず、円丘（図 6参照） であってもよぐ多角錐（図 7は多角錐の一例の四角錐)であってもよい。また、円錐 や楕円錐等であってもよい。なお、頂点が尖っている円錐、楕円錐等の形状を採用 すると、より良好な伝熱特性を得ることができる。一方、頂点がなだらかな円丘、楕円 丘等の形状を採用すると、製造が容易となる。
[0046] 次に、上記フィン 3の製造方法について説明する。このフィン 3の製造にあたっては 、まず、三角翼部 6を打ち抜き成形するための型を予め作製しておき、この型を平板 状のフィン材に押し当て、プレス力卩ェを行う。その結果、フィン材の一部が打ち抜か れ、隆起前の状態の三角翼部 6が形成される。次に、隆起部 5の基礎となる楕円丘 9 の型 (この型も予め作製しておく）を、所定の位置に位置決めした後、上記フィン材に 押し当てる。その結果、打ち抜かれた部分の下流側の一部が略楕円丘状に隆起し、 隆起部 5 (三角翼部 6および後半部 7)が形成される。
[0047] 上記フィンチューブ型熱交換器 1は、以下のようにして製造する。すなわち、上述の ようにして製造したフィン 3に対し、伝熱管 2が貫通する所定位置に孔を設けるととも に、当該孔の周囲を立ち上げ、フィンカラー 3aを形成する。次に、所定枚数の上記フ イン 3を所定のフィンピッチで並べ、上記孔に伝熱管 2を挿入する。そして、伝熱管 2と フィン 3とを接合 (例えば、拡管接合等)する。これにより、上記フィンチューブ型熱交 1が製造される。
[0048] なお、上述のフィン 3およびフィンチューブ型熱交換器 1の製造方法は一例であり、 それらの製造方法は上記方法に限定される訳ではない。
[0049] ところで、フィン 3の厚みが小さ 、場合や隆起部 5が大き 、場合等では、隆起部 5を 作成する際に、フィン材に捩れが生じたり、フィン材の表面に意図しない凹凸が形成 されるおそれがある。そこで、そのような捩れや凹凸を吸収するように、図 8に示すよう に、予めフィン材にスリット 12を設けておくようにしてもよい。スリット 12は、斜め方向に 隣り合う隆起部 5の間 (特に中間）の位置に形成されていることが好ましい。また、スリ ット 12は、隆起部 5の頂点同士を結ぶ線と直交する方向に延びていることが好ましい 。このように、フィン材にスリット 12を設けておくことにより、フィン材に型を押し当てた ときに無理な応力が生じにくくなり、適正な形状および大きさの隆起部 5を形成しやす くなる。
[0050] 表 1に、従来のコルゲートフィン (フィンを波状に折り曲げたフィン。例えば、特開昭 6 4— 90995号公報の第 1図および第 2図参照）を備えたフィンチューブ型熱交^^と 、本実施形態のフィンチューブ型熱交換器 (具体的形状は図 9参照）とを比較したシ ミュレーシヨン結果を示す。本シミュレーションにあたっては、フィンの厚みは 0. lmm 、フィンピッチは 1. 49mm,伝熱管の外径は 7. Omm、前面風速 Vairは lm/sとした
[0051] [表 1]
I I I I
|(コルゲートフィンに ί ！ 対する比率) ί
Figure imgf000013_0001
[0052] ここで、フィンの種類における「楕円丘」、「円丘」、「円錐」、および「四角錐」とは、隆 起部 5の基礎となる原隆起部の形状を表している。なお、表 1の「円丘」および「楕円 丘」は、 Z方向と直交する断面で切断したときの輪郭が正弦曲線状または余弦曲線 状になるものである。
[0053] 表 1から分力るように、本実施形態のフィンチューブ型熱交^^によれば、コルゲー トフインを備えた従来のフィンチューブ型熱交換器に比べて、圧力損失が低減しかつ 熱伝達率が向上する。
[0054] 以上のように、本実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器 1のフィン 3は、隆起部 5と、隆起部 5よりも上流側に形成された孔 8 (切り欠き）とを備え、隆起部 5が、孔 8 (切 り欠き）に隣接する上流側部分として、上流側に向力つて先細り状の三角翼部 6を有 している。そのため、三角翼部 6において、前縁効果による熱伝達率向上と流れの直 交方向成分の減少による圧力損失の低減とが図られ、さらに、隆起部 5によって、伝 熱管 2の後方に気流を導くことができ、伝熱管 2の後方における熱伝達率の向上も図 られる。したがって、本実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器 1によれば、圧力 損失の増大を抑制しつつ熱伝達率を向上させることができる。なお、本実施形態で は、隆起部 5の基礎となる原隆起部は略楕円丘状に形成されていたが、原隆起部が 略楕円錐状に形成されていても、ほぼ同様の効果を得ることができる。
[0055] なお、前記実施形態では、三角翼部 6は、上流側にいくほどフィン基面 3bに近づく ように傾斜している。これにより、フィン 3の上面（図 5の Y軸プラス方向）を流れる気流 A1の流速が加速され、熱伝達率の向上という効果が得られる。
[0056] ただし、三角翼部 6は、フィン基面 3bと平行であってもよい。つまり、三角翼部 6の最 上流端 6aと、隆起部 5の頂点 C12とを結ぶ線分がフィン基面 3bと平行となっていても よい。このような場合には、三角翼部 6を通過する気流 A1がスムーズに流れるため、 圧力損失の低減と 、う効果が得られる。
[0057] また、三角翼部 6は、上流側にいくほどフィン基面 3bから離れるように傾斜していて もよい。このような場合には、フィン 3の裏面側（図 5の Y軸マイナス方向）を流れる気 流 A1の流速が加速され、熱伝達率の向上という効果が得られる。
[0058] 本実施形態では、 1列目の隆起部 5および 2列目の隆起部 5のいずれにも、三角翼 部 6が形成されていた。しかし、三角翼部 6は、 1列目の隆起部 5および 2列目の隆起 部 5のうち、いずれか一方にのみ形成されていてもよい。すなわち、他方の隆起部 5 は、孔 (切り欠き）を形成する前の楕円丘形状等の原隆起部そのものであってもよい。 また、列方向に並ぶ複数の隆起部 5のうち、いずれかには三角翼部 6が形成されて いなくてもよい。すなわち、三角翼部 6を有する隆起部 5と三角翼部 6のない隆起部（ 原隆起部）とが、列方向に並んでいてもよい。 [0059] 本実施形態は、フィン 3をフィンチューブ型熱交換器 1の伝熱フィンとして利用した 形態であつたが、本発明に係るフィンの適用対象は、フィンチューブ型熱交換器に限 定されず、他の形式の熱交換器であってもよぐ放熱器または冷却器等であってもよ い。
産業上の利用可能性
[0060] 以上説明したように、本発明は、伝熱フィン、それを備えたフィンチューブ型熱交換 器、並びに、それを備えた各種機器、例えば、ヒートポンプシステムおよびそれを用 いた給湯機、家庭用または自動車用の空気調和装置、冷蔵庫等について有用であ る。

Claims

請求の範囲
[1] フィン表面側に隆起した隆起部と、
前記隆起部よりも所定方向の上流側に形成された切り欠きとを備え、
前記隆起部が、前記切り欠きに隣接する上流側部分として、上流側に向かって先 細り状の翼部を有する、伝熱フィン。
[2] 前記隆起部は、フィン基面から隆起した略楕円丘または略円丘である原隆起部に 前記翼部が形成されるように前記切り欠きを設けた後の残存部分からなり、
前記略楕円丘または略円丘の頂点に対する接平面が前記フィン基面に対して平 行である、請求項 1に記載の伝熱フィン。
[3] 前記隆起部は、フィン基面力 隆起した略楕円錐である原隆起部に前記翼部が形 成されるように前記切り欠きを設けた後の残存部分力 なる、請求項 1に記載の伝熱 フィン。
[4] 前記隆起部は、フィン基面力 隆起した略多角錐である原隆起部に前記翼部が形 成されるように前記切り欠きを設けた後の残存部分力 なる、請求項 1に記載の伝熱 フィン。
[5] 前記隆起部はフィン基面から隆起しており、
前記翼部は前記フィン基面と平行である、請求項 1に記載の伝熱フィン。
[6] 前記隆起部はフィン基面から隆起しており、
前記翼部は、上流側にいくほど前記フィン基面に近づくように傾斜している、請求 項 1に記載の伝熱フィン。
[7] 前記隆起部はフィン基面から隆起しており、
前記翼部は、上流側にいくほど前記フィン基面力 離れるように傾斜している、請求 項 1に記載の伝熱フィン。
[8] 第 1の流体と第 2の流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交^^に使用するた めに、前記第 2の流体が流通するべき伝熱管を嵌め合わせる予定の複数の伝熱管 用貫通孔が、前記第 1の流体の流れ方向と交差する所定の列方向に沿って等間隔 で設けられ、
隣り合う 2つの前記伝熱管用貫通孔の間に前記隆起部が設けられており、 当該伝熱フィンの主面に沿つて流通する前記第 1の流体が、前記隆起部に差し掛 力る際に当該伝熱フィンの第 1主面側力 第 2主面側に流通可能となるように、前記 隆起部の前記翼部に沿って前記切り欠きが形成されて!、る、請求項 1に記載の伝熱 フィン。
[9] 互いに間隔を空けて平行に並べられた複数の伝熱フィンと、
前記伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを備え、
前記伝熱フィンの表面側を流れる第 1の流体と前記伝熱管の内部を流れる第 2の 流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交^^であって、
前記伝熱管には、前記第 1の流体の流れ方向と交差する所定の列方向に並ぶ第 1 および第 2の伝熱管が含まれ、
前記伝熱フィンは、前記第 1の伝熱管と前記第 2の伝熱管との間に、フィン表面側 に隆起して前記第 1の流体を前記第 1の伝熱管側と前記第 2の伝熱管側とに導く隆 起部と、前記隆起部よりも前記第 1の流体の流れ方向に関する上流側に形成された 切り欠きとを有し、
前記隆起部が、前記切り欠きに隣接する上流側部分として、上流側に向かって先 細り状の翼部を有する、フィンチューブ型熱交^^。
[10] 前記伝熱管および前記隆起部は、前記伝熱管の軸方向から見てそれぞれ千鳥状 に配列され、
前記列方向に隣り合うそれぞれの伝熱管の間に前記隆起部が配置されている、請 求項 9に記載のフィンチューブ型熱交換器。
[11] 第 1の流体と第 2の流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交^^であって、 前記第 1の流体が流通するべき空間を形成するために、互いに間隔を空けて平行 に並べられた複数の伝熱フィンと、
前記複数の伝熱フィンを貫通し、前記第 1の流体の流れ方向と交差する所定の列 方向に並んで配置された、前記第 2の流体が流通するべき複数の伝熱管とを備え、 前記伝熱フィンは、（a)前記列方向に関して互いに隣り合う第 1の伝熱管と第 2の伝 熱管との間に形成された隆起部と、（b)当該伝熱フィンの主面に沿って流通する前記 第 1の流体が、前記隆起部に差し掛かる際に当該伝熱フィンの第 1主面側から第 2主 面側に流通可能となるように、前記第 1の流体の流れ方向に関する前記隆起部の上 流側部分に沿って形成された孔とを有し、
前記隆起部および前記孔は、それぞれ、前記第 1の伝熱管の中心と前記第 2の伝 熱管の中心とを最短距離で結ぶ線分の垂直 2等分線を含む鏡映面に関して鏡映対 称であり、
前記伝熱フィンを平面視したときに観察される前記隆起部と前記孔との境界線が、 前記第 1の流体の流れ方向に関する上流側に向力つて凸形状を示し、
前記隆起部は、前記境界線によって輪郭が規定される前記上流側部分として、前 記第 1の流体の流れ方向に関する上流側に進むにつれて前記列方向に関する幅が 減少する翼部を有する、フィンチューブ型熱交換器。
[12] 前記隆起部は、前記第 1の伝熱管と前記第 2の伝熱管との間に 1つのみ形成されて いる、請求項 11に記載のフィンチューブ型熱交^^。
[13] 前記隆起部および前記孔の平面像が、全体として、楕円形、円形または多角形を 示す、請求項 11に記載のフィンチューブ型熱交換器。
[14] 前記翼部の一部または全部が、前記第 1の伝熱管の中心と前記第 2の伝熱管の中 心とを通過する直線よりも、前記第 1の流体の流れ方向に関する上流側に位置して いる、請求項 11に記載のフィンチューブ型熱交^^。
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