JP2008170035A - Fin tube-type heat exchanger, fin for heat exchanger, and heat pump device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィンチューブ型熱交換器、熱交換器用フィンおよびヒートポンプ装置に関する。 The present invention relates to a finned tube heat exchanger, a heat exchanger fin, and a heat pump device.
従来から、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、フィンチューブ型熱交換器が用いられている。フィンチューブ型熱交換器は、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。 Conventionally, fin tube heat exchangers have been used in home or automobile air conditioners, refrigerators / refrigerators, dehumidifiers, water heaters, and the like. The fin tube type heat exchanger is composed of a plurality of heat transfer fins arranged at a predetermined fin pitch and a heat transfer tube penetrating these fins.
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。 In such a heat exchanger, increasing the velocity of the fluid flowing on the fin surface increases the heat transfer coefficient of the fin. However, as the velocity of the fluid flowing on the fin surface increases, the pressure loss when the fluid passes through the heat exchanger increases. Thus, in the heat exchanger, the heat transfer coefficient and the pressure loss are in a trade-off relationship. Therefore, in order to improve the performance of the heat exchanger, it is desired to improve the heat transfer rate while suppressing an increase in pressure loss.
従来から、熱伝達率の向上や圧力損失の低減を目的として、形状に工夫を施したフィンが知られている。例えば、特許文献1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。特許文献2には、フィンの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。特許文献3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。特許文献4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。
近年、熱交換器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換器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、全く新規な形状のフィン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。 In recent years, further improvement in the performance of heat exchangers has been desired, and even if the specifications of conventional fin tube heat exchangers are optimized, satisfactory performance has not always been obtained. Therefore, a fin tube type heat exchanger having fins having a completely new shape has been awaited.
本発明は、か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、優れた伝熱性能を有しながらも圧力損失が小さいフィンチューブ型熱交換器を提供することにある。また、本発明は、フィンチューブ型熱交換器に好適に採用できる熱交換器用フィンを提供することを目的とする。また、本発明は、上記フィンチューブ型熱交換器を備えたヒートポンプ装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this point, The place made into the objective is providing the fin tube type heat exchanger with a small pressure loss, while having the outstanding heat transfer performance. Moreover, an object of this invention is to provide the fin for heat exchangers which can be employ | adopted suitably for a fin tube type heat exchanger. Moreover, an object of this invention is to provide the heat pump apparatus provided with the said finned tube type heat exchanger.
本発明は、
第1流体と第2流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記第1流体の流路を形成するために、互いに間隔を空けて平行に並べられた複数のフィンと、
前記複数のフィンを貫通する、前記第2流体を流通させるべき複数の伝熱管とを備え、
前記複数の伝熱管は、前記第1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
れた第1伝熱管と、
前記第1伝熱管と並び方向が平行であるとともに前記第1流体の流れ方向に関して、前記第1伝熱管よりも下流側に並んで配置された第2伝熱管とを含み、
前記複数のフィンは、それぞれ、前記複数の伝熱管を配置するための複数の貫通孔が形成されているフィン基部と、
隣り合う2つの前記第1伝熱管およびの間に前記フィン基部から突出するように設けられた第1隆起部と、
隣り合う2つの前記第2伝熱管の間に前記フィン基部から突出するように設けられた第2隆起部とを含み、
前記第1隆起部の上流部分と前記フィン基部との境界に沿って、前記フィンを貫通する第1切り込みが平面視で弓形を示すように形成され、
前記第2隆起部の上流部分と前記フィン基部との境界に沿って、前記フィンを貫通する第2切り込みが平面視で弓形を示すように形成され、
前記第1隆起部の上流部分と前記フィン基部との間に前記第1切り込みに基づく第1隙間が形成され、
前記第2隆起部の上流部分と前記フィン基部との間に前記第2切り込みに基づく第2隙間が形成され、
前記第1隙間および前記第2隙間を通じて前記第1流体が前記フィンの第1主面側から第2主面側へと流通可能となっており、
前記第1隆起部と前記第2伝熱管との間の前記フィン基面に第3切り込みを設け、
前記フィン基面の前記第1流体の流れ方向に対して風上側である第1フィンと、
前記フィン基面の前記第1流体の流れ方向に対して風上側である第2フィンと、
前記第1フィンと前記第2フィンを接続するフィン接続部を形成し、
第1フィンと第2フィンが千鳥状に配置されるフィンチューブ型熱交換器を提供する。
The present invention
A fin-tube heat exchanger for exchanging heat between the first fluid and the second fluid,
A plurality of fins arranged in parallel and spaced apart from each other to form a flow path for the first fluid;
A plurality of heat transfer tubes that pass through the plurality of fins and through which the second fluid should flow;
The plurality of heat transfer tubes are arranged in a predetermined row direction intersecting the flow direction of the first fluid, and the first heat transfer tubes,
A second heat transfer tube arranged in parallel with the first heat transfer tube and arranged downstream of the first heat transfer tube with respect to the flow direction of the first fluid;
Each of the plurality of fins includes a fin base portion in which a plurality of through holes for arranging the plurality of heat transfer tubes are formed, and
A first raised portion provided so as to protrude from the fin base between two adjacent first heat transfer tubes; and
A second raised portion provided so as to protrude from the fin base between two adjacent second heat transfer tubes;
A first notch penetrating the fin is formed so as to show an arcuate shape in a plan view along a boundary between the upstream portion of the first raised portion and the fin base portion.
A second notch penetrating the fin is formed so as to show an arcuate shape in plan view along the boundary between the upstream portion of the second raised portion and the fin base.
A first gap based on the first cut is formed between the upstream portion of the first raised portion and the fin base,
A second gap based on the second cut is formed between the upstream portion of the second raised portion and the fin base,
The first fluid can flow from the first main surface side of the fin to the second main surface side through the first gap and the second gap,
Providing a third notch in the fin base surface between the first raised portion and the second heat transfer tube;
A first fin on the windward side with respect to the flow direction of the first fluid on the fin base surface;
A second fin on the windward side with respect to the flow direction of the first fluid on the fin base surface;
Forming a fin connecting portion connecting the first fin and the second fin;
Provided is a finned tube heat exchanger in which first fins and second fins are arranged in a staggered manner.
もちろん、全ての隆起部に切り込みが形成されていなければならないわけではなく、例えば、列方向の1つおきに切り込みが形成されていてもよい。 Of course, not all the ridges need to have cuts formed therein, and for example, cuts may be formed every other row direction.
また、本発明は、
第1流体と第2流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器に用いられる板状のフィンであって、
前記第1隙間は、前記第1切り込みに沿って前記フィン基部および/または前記第1隆起部が部分的に切り取られることによって形成され、
前記第2隙間は、前記第2切り込みに沿って前記フィン基部および/または前記第2隆起部が部分的に切り取られることによって形成され、
前記第1隆起部は、隣り合う2つの前記第1伝熱管の間に1つのみ設けられるとともに、前記列方向に関する最大幅が前記第1伝熱管の外径よりも大であり、
前記第2隆起部は、隣り合う2つの前記第2伝熱管の間に1つのみ設けられるとともに、前記列方向に関する最大幅が前記第2伝熱管の外径よりも大であり、
前記第1隆起部および前記第2隆起部の上流部分は、平面視で半円形または半楕円形の形状を有する熱交換器用フィンを提供する。
The present invention also provides:
A plate-like fin used in a finned tube heat exchanger for exchanging heat between the first fluid and the second fluid,
The first gap is formed by partially cutting the fin base and / or the first raised portion along the first cut,
The second gap is formed by partially cutting off the fin base and / or the second raised portion along the second cut,
The first raised portion is provided only between two adjacent first heat transfer tubes, and the maximum width in the column direction is larger than the outer diameter of the first heat transfer tubes,
Only one of the second raised portions is provided between two adjacent second heat transfer tubes, and the maximum width in the column direction is larger than the outer diameter of the second heat transfer tubes,
An upstream portion of the first and second raised portions provides a heat exchanger fin having a semicircular or semielliptical shape in plan view.
また、本発明は、
前記第1隆起部および前記第2隆起部の上流部分は、平面視で三角翼の形状を有してもよい。
The present invention also provides:
The upstream portion of the first raised portion and the second raised portion may have a triangular wing shape in plan view.
また、本発明は、
前記第1隆起部および前記第2隆起部は、楕円丘、円丘、多角錐または円錐の形状を有しても良い。
The present invention also provides:
The first raised portion and the second raised portion may have an elliptical hill, a circular hill, a polygonal pyramid, or a conical shape.
また、本発明は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機構と、
膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、
放熱器および蒸発器の少なくとも一方が、上記したフィンチューブ型熱交換器を含む、ヒートポンプ装置を提供する。
The present invention also provides:
A compressor for compressing the refrigerant;
A radiator that dissipates the refrigerant compressed by the compressor;
An expansion mechanism for expanding the refrigerant radiated by the radiator;
An evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expansion mechanism,
Provided is a heat pump device in which at least one of a radiator and an evaporator includes the above-described finned tube heat exchanger.
上記のフィンチューブ型熱交換器によれば、第1隆起部および第2隆起部の前方部の切れ込みの前縁効果により伝熱性能の向上を図ることができる。また、第1フィンと第2フィンを略半フィンピッチずらすことにより、第2フィンの前方部の一部の前縁効果により伝熱性能の向上を図ることができる。また、隆起部の上流部分とフィン基部との間に隙間が形成されており、その隙間により、第1流体が第1主面側から第2主面側へと流通することが可能となっている。そのため、隆起部を設けることによる圧力損失の増大を抑制することができる。そして、これらの効果が相俟って、圧力損失の増大が抑制されるとともにフィンの伝熱性能が向上し、ひいては、より高性能なフィンチューブ型熱交換器を実現することが可能となる。 According to said fin tube type heat exchanger, a heat transfer performance can be improved by the front edge effect of the notch of the front part of a 1st protruding part and a 2nd protruding part. Further, by shifting the first fin and the second fin by approximately a half fin pitch, the heat transfer performance can be improved by the front edge effect of a part of the front portion of the second fin. In addition, a gap is formed between the upstream portion of the raised portion and the fin base, and the first fluid can flow from the first main surface side to the second main surface side by the gap. Yes. Therefore, it is possible to suppress an increase in pressure loss due to the provision of the raised portion. These effects combine to suppress an increase in pressure loss and improve the heat transfer performance of the fins. As a result, a higher performance fin tube heat exchanger can be realized.
また、そのフィンチューブ型熱交換器を採用することで、ヒートポンプ装置のCOP(coefficient of performance)を改善することができる。 Further, by adopting the fin tube type heat exchanger, COP (coefficient of performance) of the heat pump apparatus can be improved.
(第1実施形態)
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係るフィンチューブ型熱交換器の全体斜視図である。フィンチューブ型熱交換器1(以下、単に「熱交換器1」ともいう)は、第1流体の流路を形成するために、第1流体の流れ方向(X方向)の風上側に所定間隔で平行に並べられた複数の第1フィン3aと、第1流体の流れ方向(X方向)の風下側に所定間隔で平行に並べられた複数の第2フィン3bと、フィン3a、3bをY方向に略半フィンピッチずらせて、かつ接続する接続部3cと、フィン3a、3bを貫通する複数の伝熱管2a、2bとを備えている。熱交換器1は、フィン3a、3bの主面に沿って流れる第1流体と、伝熱管2a、2bの内部を流れる第2流体とを熱交換させる。本実施形態では、フィン3a、3bの主面に沿って空気Aが流れ、伝熱管2a、2bの内部には冷媒Bが流れる。伝熱管2a、2bの内部を流れる流体およびフィン3a、3bの主面に沿って流れる流体の種類や状態は、特に限定されるわけではない。それら流体は、気体であってもよく、液体であってもよい。
FIG. 1 is an overall perspective view of a finned tube heat exchanger according to the present invention. The finned tube heat exchanger 1 (hereinafter also simply referred to as “
図1に示すごとく、複数の伝熱管2a、2bは、空気Aの流れ方向と交差する所定の列方向に1列に並んで配置された複数の第1伝熱管2aと、第1伝熱管2aと並び方向が平行であるとともに空気Aの流れ方向に関して第1伝熱管2aよりも下流側に1列に並んで配置された複数の第2伝熱管2bとからなる。第1伝熱管2aは、冷媒Bが順番に流れるように1本につながっている。同様に、第2伝熱管2bは、冷媒Bが順番に流れるように1本につながっている。ただし、これらの伝熱管2a,2bは、必ずしも1本につながっていなくてもよい。また、第1伝熱管2aと第2伝熱管2bとが1本につながっていてもよい。
熱交換器1は、空気Aの流れ方向(X方向)がフィン3a、3bの積層方向(Y方向)および伝熱管2a,2bの列方向(Z方向)とほぼ直交するような姿勢で使用される。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
。なお、本明細書中では、空気Aの流れ方向をX方向、伝熱管2a,2bが配列している方向であるフィン3a、3bの長手方向をZ方向、フィン3a、3bの主面に垂直な方向である積層方向(Y方向)を高さ方向と定義する。
As shown in FIG. 1, the plurality of
The
フィン3a、3bは、略長方形かつ平板状の形状を有し、図1中に示すY方向に沿って並べられている。本実施形態では、フィン3a、3bは一定の間隔(フィンピッチ)で並べられている。フィンピッチは、例えば1.0mm〜1.5mm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く、異なっていてもよい。フィン3a、3bは、例えば、打ち抜き加工された肉厚0.08〜0.2mmの金属板で構成することができる。金属板は、例えば、アルミニウム製の平板である。また、フィン3a、3b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、あるいは撥水性処理が施されていることが好ましい。
The
図2は、図1に示す熱交換器に用いられているフィンの平面図である。図3は、そのフィンの斜視図である。図4は、図2に示すフィンのI−I断面図である。図5は、図2に示すフィンのII−II断面図である。図2は、フィンの平面図であるが、伝熱管2a,2bも併記している。
FIG. 2 is a plan view of fins used in the heat exchanger shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view of the fin. 4 is a cross-sectional view taken along line II of the fin shown in FIG. FIG. 5 is a II-II cross-sectional view of the fin shown in FIG. Although FIG. 2 is a plan view of the fin, the
図2に示すごとく、フィン基部3は、第1フィン3aと、第2フィン3bと、接続部3cと、第1隆起部5aと、第2隆起部5bとからなる。フィン基部3は、伝熱管2a,2bを配置するための複数の貫通孔7k,7jが形成されている平坦な部分である。複数の貫通孔7k,7jは、当該フィン3a、3bの第1主面4pと第2主面4q(図5参照)とを貫くように、空気Aの流れ方向と直交する列方向(Z方向)に等間隔で形成された複数の第1貫通孔7kと、同じくZ方向に等間隔で形成された複数の第2貫通孔7jとからなる。
As shown in FIG. 2, the
第1フィン3aの前縁30pから近い前列の第1貫通孔7kに第1伝熱管2aが配置され、第2フィン3bの前縁30qから近い後列の第2貫通孔7jに第2伝熱管2bが配置される。
The first
図2の平面図において、隣り合う2つの第1貫通孔7k,7kの中心同士を結ぶ直線は、第1フィン3aの前縁30pに平行である。同様に、第2貫通孔7j,7jの中心同士を結ぶ直線も、第2フィン3bの前縁30qに平行である。
In the plan view of FIG. 2, a straight line connecting the centers of two adjacent first through
伝熱管2a,2bは、銅や銅合金等の良導性金属で構成された、内面が平滑な平滑管または内面に溝が形成された溝付き管である。伝熱管2a,2bが貫通孔7k,7jの周囲に形成されたフィンカラー31,32(図4参照)に密着することにより、第1伝熱管2aと第1フィン3a,第2伝熱管2bと第2フィン3bとの間の熱移動が促進される。
The
本実施形態では、第1貫通孔7kに配置された第1伝熱管2aの直径(外径D1)と第2貫通孔7jに配置された第2伝熱管2bの直径(外径D2)が同じである。第1伝熱管2aの外径D1および第2伝熱管2bの外径D2は、それぞれ、例えば1mm〜20mmの範囲内で調整することができる。各伝熱管2a,3bの外径D1,D2は、フィン3a、3bに形成されている貫通孔7k,7jの開口径に一致する。したがって、第2貫通孔7jの開口面積は、第1貫通孔7kの開口面積に等しい。
In the present embodiment, the diameter (outer diameter D1) of the first
基準線P1は、フィン基部3の平面図において、第1貫通孔7kの中心C11を通りZ方向と直交する直線である。基準線P2は、隣り合う2つの第1貫通孔7k,7kの中間に位置して上記基準線P1に平行な直線、言いかえれば、隣り合う2つの第1貫通孔7k,7kの中心C11,C11同士を結ぶ線分の垂直2等分線である。また、基準線P1は
、隣り合う2つの第2貫通孔7j,7jの中心C21,C21(第2伝熱管2bの中心)同士を結ぶ直線の垂直2等分線でもある。
The reference line P1 is a straight line passing through the center C11 of the first through
第1隆起部5aについて詳しく説明する。第1隆起部5aは、それぞれ、フィン基部3よりも突出するように成形加工されている丘状の部分であり、フィン基部3の伝熱面積の拡大に寄与する。図2に示すごとく、空気Aの流れ方向における隆起部5aの上流部分6aは、平面視で半楕円形の形状を有している。半楕円形に代えて、半円形の形状を採用してもよい。そして、この半楕円形の上流部分6aとフィン基部3との境界に沿って、フィン3aを厚さ方向に貫通する切り込み9aが平面視で弓形を示すように形成されている。そして、第1隆起部5aの上流部分6aとフィン基部3との間に、切り込み9aに基づく第1隙間8aが形成され、その第1隙間8aを通じて空気Aがフィン3aの第1主面4p側から第2主面4q側(図5参照)へと流通可能となっている。図3の斜視図は、第1隙間8aの様子を最も的確に表している。この点は、第2隆起部5bについても同じことがいえる。
The first raised
本実施形態のフィン3a,3bにおいては、隆起部5a,5bの上流側にのみ空気Aが流通可能な第1隙間8aおよび第2隙間8bを形成している。その第1隙間8aおよび第2隙間8bを通過して第1主面4p側から第2主面4q側に移動した空気Aが、再び第1主面4p側に戻ってくることがない。これにより、空気Aのスムーズな流れを形成でき、圧力損失の増大抑制に効果がある。
In the
なお、平面視で半円形または半楕円形とは、フィン3a、3bの主面4p,4qに平行な平面に隆起部5a、5bを正射影したときに現れる像の形状(像の輪郭)が半円形または半楕円形という意味である。また、本実施形態において、隆起部5a、5bはいずれも丘状であるが、円錐、楕円錐や多角錐といった尖塔状の形状を採用してもよい。
It should be noted that the semicircular or semi-elliptical shape in plan view is an image shape (image contour) that appears when the raised
第1隆起部5aは、隣り合う2つの第1伝熱管2a,2aの間に1つのみ設けられている。図2に示すごとく、第1隆起部5aのZ方向に関する最大長さL1は、第1伝熱管2aの外径D1以上である。また、フィン3aの平面図における第1隆起部5aの等価直径(面積が等しい円の直径)は、第1伝熱管2aの外径D1よりも大である。本実施形態では、第1隆起部5aの上流部分6aに隣接して形成されている切り込み9aの一端11aと他端12aとを最短距離で結ぶ線分の長さが、第1隆起部5aのZ方向に関する最大長さL1に一致することとなる。切り込み9aの一端11aと他端12aとを結ぶ線分は、半楕円形の上流部分6aの短軸に一致する。第1隆起部5aの上流部分6aを平面視で半円形とする場合には、上記線分が円の直径に一致する。この点は、第2隆起部5bについても同じことがいえる。
Only one first raised
例えば、従来のように、隣り合う2つの伝熱管の間に多数の小さい隆起部を形成する場合、加工上の問題から隆起部の高さを稼ぐことが困難である。そして、そのような小さい隆起部は、空気Aを誘導する作用が弱い。また、高さが不十分な隆起部は、未加工の平板に対する伝熱面積の増加率も低く、境界層の発達を抑制する作用もあまり期待できない。これに対し、本実施形態のフィン3a、3bに設けられた隆起部5a、5bによれば、Z方向の最大長さL1を第1伝熱管2aの外径D1または第2伝熱管2bの外径D2以上とすることにより、高さH(図4参照)を十分に稼ぐことができるので、空気Aを伝熱管2a,2bに向けて誘導する作用が強い。また、未加工の平板に対する伝熱面積の増加率を最大限に高めることが可能であるとともに、境界層の発達を抑制する作用も強く、フィン3a、3bの伝熱性能の向上を十分に期待できる。
For example, when a large number of small raised portions are formed between two adjacent heat transfer tubes as in the prior art, it is difficult to increase the height of the raised portions due to processing problems. And such a small protruding part has a weak effect | action which induces the air A. FIG. In addition, the raised portion with an insufficient height has a low rate of increase in the heat transfer area with respect to the unprocessed flat plate, and the effect of suppressing the development of the boundary layer cannot be expected so much. On the other hand, according to the raised
さらに、図2に示すごとく、本実施形態の第1フィン3aに設けられた第1隆起部5aは、隣り合う2つの第2伝熱管2b,2bに挟まれた領域(下流領域)に達するまで、上
流部分6aに連なる下流部分7aが列方向(Z方向)に関する幅を狭めながら延びる形状を有するものとして構成されている。図4の断面図に示すごとく、第1隆起部5aは、X方向に関して上流端から下流端まで段差がなく、高さが連続的に変化している。第1隆起部5aの上流端は、第1伝熱管2aよりもフィン3aの前縁30pの近くに位置し、第1隆起部5aの下流端は、第1伝熱管2aよりも空気Aの流れ方向における下流側に位置している。第1隆起部5aのX方向の長さL2は、第1伝熱管2aの外径D1よりも大きく、かつZ方向に関する最大長さL1よりも大きい。この点は、図2および図5の断面図に示すごとく、第2伝熱管2b、フィン3bの前縁30qおよび第2隆起部5bについても同じことがいえる。
Furthermore, as shown in FIG. 2, the first raised
図2に示すごとく、第1隆起部5aの上流部分6aの頂点C12は、第1伝熱管2aの中心C11よりも下流側に位置している。第1隆起部5aの上流端は、第1伝熱管2aの中心C11よりも上流側に位置している。第1隆起部5aの高さHは、フィン基部3における第1主面4pから当該第1隆起部5aの頂点C12までの高さで表され、フィンピッチFPよりも小さい。ただし、第1隆起部5aの高さHは特に限定されず、例えば、フィンピッチFPの1/3〜2/3の範囲内で調整することができる。本実施形態では、第1隆起部5aの高さHが、フィンピッチFPの略1/2に設定されている。このような範囲内に第1隆起部5aの高さHを調整することにより、伝熱面積を拡大することと、圧力損失の増大を抑制することとのバランスをとることができる。この点は、第2隆起部5bについても同じことがいえる。
As shown in FIG. 2, the apex C12 of the
第1隆起部5aは、X方向に関し、上流端から頂点C12まで高さが一定であり、その頂点C12から下流端に進むにつれて高さが単調減少している。このようにすれば、第1隆起部5aの上流部分6を空気Aがスムーズに流れるので、圧力損失の低減に効果がある。ただし、第1隆起部5aの形状はこれに限定されない。例えば、頂点C12から上流端に向かって、第1隆起部5aの上流部分6aの高さが単調減少していてもよいし(図7参照)、上流端から下流端に向かって、第1隆起部5aの高さが単調増加していてもよい(図8参照)。前者によれば、上流部分6aの上方を流れる空気Aの流速が大きくなり、熱伝達率が向上する。後者によれば、上流部分6aの下方を流れる空気Aの流速が大きくなり、熱伝達率が向上する。さらに、図9に示すごとく、第1隆起部5aの上流端5sおよび下流端5tを含み、Z方向に直交する断面において、外形5f(輪郭)がKを定数としてy=Kcos(x)で表される余弦曲線を描くように、当該第1隆起部5aの形状を設定することができる。ここで、xは−180°≦x≦180°(または−90°≦x≦90°)であり、第1隙間8aが形成されている部分にも第1隆起部5aが存在すると仮定して上記xを定めるものとする。また、余弦曲線に代えて、外形5fが円弧を描くように、第1隆起部5aの形状を設定してもよい。さらに、X方向に直交する断面に現れる外形(輪郭)が、図9に示すような余弦曲線や円弧を描くように、第1隆起部5aの形状を設定することができる。この点は、第2隆起部5bについても同じことがいえる。
The height of the first raised
図3および図4に示すごとく、第1隆起部5aの上流部分6aとフィン基部3との間に形成された第1隙間8aは、切り込み9aに沿って第1隆起部5の上流部分6aが部分的に帯状に切り取られることによって形成されうる。第1隆起部5aの上流部分6aに代えて、またはこれとともに、フィン基部3側を切り取るようにしてもよい。フィン3aの一部を切り取ることにより、第1隆起部5aの高さHをあまり大きくしない場合でも、十分な広さの第1隙間8aを形成できるようになる。ただし、フィン基部3と第1隆起部5aとの境界に沿って切り込み9aを形成し、その第1隆起部5aの上流部分6aをY方向に持ち上げるように変形させれば、フィン3aの一部を切り取り加工しなくてもよい。なお、第1隆起部5aの上流部分6aの前縁は、本実施形態のような曲線に限定されるわけではなく、例えば、直線状や多角形状であってもよい。例えば、第1隆起部5aの上流部分6aが、上流側に向かって先細である三角形となるようにフィン3aの一部を切り取り加
工することができる。この点は、第2隆起部5bについても同じことがいえる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図2および図3に示すごとく、フィン3aおよびフィン3bは、接続部3cによって接続し、フィン基部3を構成している。接続部3cは、第2隆起部5bの上流側に位置し、フィン3aおよびフィン3bの位置関係を保持している。フィン3aおよびフィン3bはY方向に対して、略半分のフィンピッチFP分だけずれている。これにより、フィン3bの前縁30qにおいて前縁効果により伝熱性能を向上することができる。接続部3cは、本実施形態のような形状に限定されるわけではなく、例えば、図6に示すような形状でも良い。このような形状にすると、加工性に優れる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
次に、フィン3a、3bの作用について説明する。
Next, the operation of the
図3に示すように、フィン3aの前方からの気流A1は、まず、第1隆起部5aの上流部分6aに衝突する。この際、いわゆる前縁効果によって上流部分6aの表面に薄い温度境界層が形成され、熱伝達率の向上が図られる。一方、上流部分6aに隣接する第1隙間8aに気流A1の一部が入ることにより、圧力損失の低減が図られる。上流部分6aに乗り上げた気流A2の一部は、第1伝熱管2aに向けて左右に誘導され、当該第1伝熱管2aの後方に回り込む。このような空気の回り込みにより、第1伝熱管2aの後方における死水域の生成が抑制され、熱伝達率が向上する。
As shown in FIG. 3, the airflow A1 from the front of the
次に、第1伝熱管2aの後方に回り込んだ気流A3は、フィン3bの第2隆起部5bに衝突する。そして、第1隆起部5aの場合と同様に、その上流部分6b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。また、第2隆起部5bに乗り上げて下流に向かう気流A3の一部は、後列の第2伝熱管2bに向けて左右に誘導され、当該第2伝熱管2bの後方に回り込む。このような空気の回り込みにより、第2伝熱管2bの後方における死水域の生成が抑制され、熱伝達率が向上する。
Next, the airflow A3 that wraps around the first
一方、第1隙間8aを通過した気流は、一段下に配置されているフィン3aの第1隆起部5aの上で、上流部分6aに乗り上げた気流と合流し、第1隆起部5aの上に下流に向かう気流A4を形成する。その気流A4の一部は、上述したように、フィン3bの第2伝熱管2bの後方に回り込む。
On the other hand, the airflow that has passed through the
また、本実施形態のフィン3a、3bによれば、第1隆起部5aと第1伝熱管2aとで挟まれた領域において、空気の流速が大きくなる傾向がある。そのため、第1伝熱管2aの側面(フィンカラー31の側面)において、熱伝達率が向上する。加速した空気は、下流側の第2隆起部5bに衝突する。これにより、第2隆起部5bの上流部分6bにおいて温度境界層が薄くなり、熱伝達率の向上が図られる。
Further, according to the
ところで、フィン3a、3bの厚さが小さい場合や隆起部5a,5bが大きい場合、プレス加工によって隆起部5a,5bを形成する際に、フィン基部3に捩れが生じたり、意図しない凹凸が生じたりするおそれがある。そこで、図2、図6に示すごとく、フィン基部3に切り込みを入れて、接続部3c、3dのベースとなる領域を形成し、この接続部3c、3dに隆起部5a,5bを形成する際の捩れや凹凸を吸収させるようにするとよい。このような接続部3c、3dによれば、プレス加工用の金型をフィン基部3に押し当てたときにフィン基部3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5a,5bを形成できるようになる。接続部3c、3dを形成する位置は、特に限定されないが、図2、図6に示すごとく、第1伝熱管2aと第2隆起部5bとの間に形成すれば、捩れや凹凸を吸収する高い効果が得られる。また、このよう接続部3c、3dは、フィン3aおよびフィン3bはY方向に対して、略半分のフィンピッチFP分だけずらすようにプレス加工することにより形成される。
By the way, when the thickness of the
なお、フィン基部3との境界に切り込み9a、9bが形成されている隆起部5a、5bと、切り込み9a、9bは形成されていないが形状は隆起部5a、5bと同一の隆起部とを、フィン3a、3bの前列に交互に設けるようにしてもよい。
また、第2隆起部5bに関していえば、切り込み9bは必須でなく、例えば、フィン基部3との境界に切り込み9bが形成された第2隆起部5bに代えて、フィン基部3との境界に切り込み9bは形成されていないが形状は第2隆起部5bと同一の隆起部をフィン3bに設けるようにしてもよい。もちろん、切り込み9bが形成された第2隆起部5bと、切り込み9bが形成されていない隆起部とを混在させる(例えば交互に設ける)ようにしてもよい。
The raised
Further, regarding the second raised
以上に説明したフィンチューブ型熱交換器1は、空気や水等の対象を加熱または冷却するヒートポンプ装置に適用することができる。図10に示すように、ヒートポンプ装置70は、冷媒を圧縮する圧縮機71と、圧縮機71で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器72と、放熱器72で放熱した冷媒を膨張させる膨張弁73と、膨張弁73で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器74とを備えている。圧縮機71、放熱器72、膨張弁73および蒸発器74が配管75によって接続され、冷媒回路が形成されている。膨張弁73に代えて、膨張機を採用してもよい。放熱器72および蒸発器74は、本発明のフィンチューブ型熱交換器1を含むものとして構成することができる。
(実施例)
本発明にかかるフィンチューブ型熱交換器の特性を計算機シミュレーションで調べた。具体的には、図2に示すフィン基部3を用いたフィンチューブ型熱交換器について、計算機シミュレーションを行った。実施例1がフィン基部3を用いた例である。比較例として、コルゲートフィンを用いた従来のフィンチューブ型熱交換器についても同様の計算機シミュレーションを行った。計算機シミュレーションによって調べた特性は、熱伝達率および圧力損失である。なお、計算機シミュレーションは、フルーエント・アジアパシフィック社製“Fluent Ver.6”を用い、下記条件にて実施した。
<実施例1および比較例1に共通の条件>
フィンサイズ:27mm(X方向)
フィン厚み:0.1mm
フィンピッチ:1.49mm
前面風速Vair:1m/sec
<実施例1の条件>
第1伝熱管の外径D1:7mm
第1伝熱管の管ピッチ:21mm(Z方向)
第2伝熱管の外径D1:7mm
第2伝熱管の管ピッチ:21mm(Z方向)
隆起部5a、5bの高さH:0.765mm
Z方向に関する隆起部5a、5bの最大長さL1:10mm
X方向に関する隆起部5a、5bの最大長さL2:13mm
<比較例1の条件>
形状:コルゲート
伝熱管の配置:千鳥
管ピッチ:21mm(Z方向)
伝熱管の外径:7.0mm
稜と谷の高低差:1.49mm
実施例1および比較例1の計算機シミュレーションの結果を表1に示す。
The fin
(Example)
The characteristics of the finned tube heat exchanger according to the present invention were examined by computer simulation. Specifically, a computer simulation was performed on a finned tube heat exchanger using the
<Common conditions for Example 1 and Comparative Example 1>
Fin size: 27mm (X direction)
Fin thickness: 0.1mm
Fin pitch: 1.49mm
Front wind speed Vair: 1m / sec
<Conditions of Example 1>
1st heat transfer tube outer diameter D1: 7mm
Tube pitch of the first heat transfer tube: 21 mm (Z direction)
Outer diameter D2 of the second heat transfer tube: 7mm
Tube pitch of second heat transfer tube: 21 mm (Z direction)
Height H of the raised
Maximum length L1 of the raised
Maximum length L2 of the raised
<Conditions of Comparative Example 1>
Shape: Corrugated Heat transfer tube arrangement: Staggered Tube pitch: 21 mm (Z direction)
Heat transfer tube outer diameter: 7.0 mm
Height difference between ridge and valley: 1.49mm
Table 1 shows the results of the computer simulation of Example 1 and Comparative Example 1.
表1から分かるように、本実施形態のフィンチューブ型熱交換器によれば、コルゲートフィ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ΔPが同程度でありながら(実施例1で1%上昇)、熱伝達率αが増加した(実施例1で7%の向上)。 As can be seen from Table 1, according to the finned tube heat exchanger of the present embodiment, the pressure loss ΔP is comparable to that of the conventional finned tube heat exchanger having corrugated fins (Examples). 1), the heat transfer coefficient α increased (an improvement of 7% in Example 1).
1 フィンチューブ型熱交換器
2a 第1伝熱管
2b 第2伝熱管
3 フィン基部
3a 第1フィン
3b 第2フィン
4p 第1主面
4q 第2主面
5a 第1隆起部
5b 第2隆起部
6a 第1隆起部の上流部
6b 第2隆起部の上流部
7a 第1隆起部の下流部
7b 第2隆起部の下流部
7k 第1貫通孔
7j 第2貫通孔
8a 第1隙間
8b 第2隙間
9a 第1切り込み
9b 第2切り込み
11a 第1切り込みの一端
11b 第2切り込みの一端
12a 第1切り込みの他端
12b 第2切り込みの他端
30p 第1フィンの前縁
30q 第2フィンの前縁
31 第1フィンのカラー
32 第2フィンのカラー
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1流体の流路を形成するために、互いに間隔を空けて平行に並べられた複数のフィンと、
前記複数のフィンを貫通する、前記第2流体を流通させるべき複数の伝熱管とを備え、
前記複数の伝熱管は、前記第1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第1伝熱管と、
前記第1伝熱管と並び方向が平行であるとともに前記第1流体の流れ方向に関して、前記第1伝熱管よりも下流側に並んで配置された第2伝熱管とを含み、
前記複数のフィンは、それぞれ、前記複数の伝熱管を配置するための複数の貫通孔が形成されているフィン基部と、
隣り合う2つの前記第1伝熱管およびの間に前記フィン基部から突出するように設けられた第1隆起部と、
隣り合う2つの前記第2伝熱管の間に前記フィン基部から突出するように設けられた第2隆起部とを含み、
前記第1隆起部の上流部分と前記フィン基部との境界に沿って、前記フィンを貫通する第1切り込みが平面視で弓形を示すように形成され、
前記第2隆起部の上流部分と前記フィン基部との境界に沿って、前記フィンを貫通する第2切り込みが平面視で弓形を示すように形成され、
前記第1隆起部の上流部分と前記フィン基部との間に前記第1切り込みに基づく第1隙間が形成され、
前記第2隆起部の上流部分と前記フィン基部との間に前記第2切り込みに基づく第2隙間が形成され、
前記第1隙間および前記第2隙間を通じて前記第1流体が前記フィンの第1主面側から第2主面側へと流通可能となっており、
前記第1隆起部と前記第2伝熱管との間の前記フィン基面に第3切り込みを設け、
前記フィン基面の前記第1流体の流れ方向に対して風上側である第1フィンと、
前記フィン基面の前記第1流体の流れ方向に対して風上側である第2フィンと、
前記第1フィンと前記第2フィンを接続するフィン接続部を形成し、
第1フィンと第2フィンが千鳥状に配置されることを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。 A fin-tube heat exchanger for exchanging heat between the first fluid and the second fluid,
A plurality of fins arranged in parallel and spaced apart from each other to form a flow path for the first fluid;
A plurality of heat transfer tubes that pass through the plurality of fins and through which the second fluid should flow;
The plurality of heat transfer tubes are arranged in a predetermined row direction intersecting the flow direction of the first fluid, and the first heat transfer tubes,
A second heat transfer tube arranged in parallel with the first heat transfer tube and arranged downstream of the first heat transfer tube with respect to the flow direction of the first fluid;
Each of the plurality of fins includes a fin base portion in which a plurality of through holes for arranging the plurality of heat transfer tubes are formed, and
A first raised portion provided so as to protrude from the fin base between two adjacent first heat transfer tubes; and
A second raised portion provided so as to protrude from the fin base between two adjacent second heat transfer tubes;
A first notch penetrating the fin is formed so as to show an arcuate shape in a plan view along a boundary between the upstream portion of the first raised portion and the fin base portion.
A second notch penetrating the fin is formed so as to show an arcuate shape in plan view along the boundary between the upstream portion of the second raised portion and the fin base.
A first gap based on the first cut is formed between the upstream portion of the first raised portion and the fin base,
A second gap based on the second cut is formed between the upstream portion of the second raised portion and the fin base,
The first fluid can flow from the first main surface side of the fin to the second main surface side through the first gap and the second gap,
Providing a third notch in the fin base surface between the first raised portion and the second heat transfer tube;
A first fin on the windward side with respect to the flow direction of the first fluid on the fin base surface;
A second fin on the windward side with respect to the flow direction of the first fluid on the fin base surface;
Forming a fin connecting portion connecting the first fin and the second fin;
A finned tube heat exchanger, wherein the first fin and the second fin are arranged in a staggered manner.
前記第2隙間は、前記第2切り込みに沿って前記フィン基部および/または前記第2隆起部が部分的に切り取られることによって形成されている、請求項1記載のフィンチューブ型熱交換器。 The first gap is formed by partially cutting the fin base and / or the first raised portion along the first cut,
2. The finned tube heat exchanger according to claim 1, wherein the second gap is formed by partially cutting the fin base and / or the second raised portion along the second cut.
前記第2隆起部は、隣り合う2つの前記第2伝熱管の間に1つのみ設けられるとともに、前記列方向に関する最大幅が前記第2伝熱管の外径よりも大である、請求項1記載のフィンチューブ型熱交換器。 The first raised portion is provided only between two adjacent first heat transfer tubes, and the maximum width in the column direction is larger than the outer diameter of the first heat transfer tubes,
The said 2nd protruding part is provided only between two said 2nd heat exchanger tubes adjacent, and the largest width regarding the said row direction is larger than the outer diameter of the said 2nd heat exchanger tube. The described finned tube heat exchanger.
前記圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機構と、
前記膨張機構で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、
前記蒸発器および前記放熱器の少なくとも一方が、請求項1記載のフィンチューブ型熱交換器を含む、ヒートポンプ装置。 A compressor for compressing the refrigerant;
A radiator that dissipates the refrigerant compressed by the compressor;
An expansion mechanism for expanding the refrigerant radiated by the radiator;
An evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expansion mechanism,
The heat pump device, wherein at least one of the evaporator and the radiator includes the finned tube heat exchanger according to claim 1.
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CN113390135A (en) * | 2020-03-11 | 2021-09-14 | Lg电子株式会社 | Heat transfer module for dehumidifier and manufacturing method thereof |
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