JP2008267716A - Cross fin tube type heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、家庭用エアコンや自動車用エアコン、パッケージエアコン等の空調用機器や冷蔵庫、ヒートポンプ式給湯機等に好適に用いられるクロスフィンチューブ型熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a cross fin tube type heat exchanger that is suitably used for air conditioners such as home air conditioners, automobile air conditioners, packaged air conditioners, refrigerators, heat pump water heaters, and the like.
従来より、家庭用エアコンや自動車用エアコン、パッケージエアコン等の空調用機器や冷蔵庫、ヒートポンプ式給湯機等には、蒸発器又は凝縮器として作動する熱交換器が用いられてきており、その中でも、家庭用室内エアコンや業務用パッケージエアコンにおいては、クロスフィンチューブ型熱交換器が、最も一般的に用いられている。 Conventionally, heat exchangers that operate as evaporators or condensers have been used for air conditioners such as home air conditioners, automobile air conditioners, packaged air conditioners, refrigerators, heat pump water heaters, etc. In a domestic indoor air conditioner and a commercial packaged air conditioner, a cross fin tube heat exchanger is most commonly used.
また、そのような熱交換器における冷媒としては、従来より、CFC(クロロフルオロカーボン)系冷媒やHCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)系冷媒、HFC(ハイドロフルオロカーボン)系冷媒等のフロン系冷媒が用いられてきたが、近年における地球環境問題の深刻化に鑑み、オゾン層保護や地球温暖化防止の観点から、温暖化係数の低い自然冷媒を利用した熱交換器の開発も行なわれており、中でも、炭酸ガスを主体とする冷媒を用いたクロスフィンチューブ型熱交換器が開発されてきている。更に、かかる炭酸ガスを主体とする冷媒と空気との間で熱交換を行なう空気熱交換器を用いたヒートポンプ式給湯機においても、同様なクロスフィンチューブ型熱交換器が、好適に用いられているのである。 Further, as refrigerants in such heat exchangers, CFC (chlorofluorocarbon) refrigerants, HCFC (hydrochlorofluorocarbon) refrigerants, HFC (hydrofluorocarbon) refrigerants and the like have been conventionally used as refrigerants. However, in view of the serious global environmental problems in recent years, heat exchangers using natural refrigerants with a low global warming potential have been developed from the viewpoint of protecting the ozone layer and preventing global warming. A cross fin tube type heat exchanger using a refrigerant mainly composed of has been developed. Furthermore, in a heat pump water heater using an air heat exchanger that performs heat exchange between the refrigerant mainly composed of carbon dioxide and air, a similar cross fin tube heat exchanger is preferably used. It is.
そして、このようなクロスフィンチューブ型熱交換器を構成するクロスフィンチューブは、通常、空気側のアルミニウムフィンと冷媒側の伝熱管とが一体に組み付けられて、構成されることとなる。また、このようなクロスフィンチューブ型熱交換器の製作方法においては、例えば、先ず、プレス加工等により、フィン表面に所定の組付孔が複数形成せしめられたアルミニウムプレートフィンを成形し、次いで、この得られたアルミニウムプレートフィンの複数を、その複数の組付孔の位置がそれぞれ一致するように積層した後、かかる組付孔の内部に、別途製作した伝熱管をそれぞれ挿通せしめ、そして、よく知られている機械拡管法等を用いて、伝熱管とアルミニウムプレートフィンとを固着する手法が採用されている。なお、ここで用いられる伝熱管には、例えば、転造加工等によって内面に溝加工を施したものを、所定の長さに切断し、ヘアピン曲げ加工を施したものが供されている。そして、かかる組付けが終了した後、そのアルミニウムプレートフィンに固着された複数の伝熱管の開口端部同士が、Uベンド管を用いて接続され、伝熱媒体の通路が形成せしめられるようにすることによって、目的とするクロスフィンチューブ型熱交換器が製造されるようになっている。 And the cross fin tube which comprises such a cross fin tube type heat exchanger is normally comprised by assembling | attaching the aluminum fin by the side of an air and the heat exchanger tube by the side of a refrigerant | coolant integrally. Further, in the method of manufacturing such a cross fin tube type heat exchanger, for example, first, aluminum plate fins in which a plurality of predetermined assembly holes are formed on the fin surface are formed by pressing or the like, and then After laminating a plurality of the obtained aluminum plate fins so that the positions of the plurality of assembly holes coincide with each other, a separately manufactured heat transfer tube was inserted into each of the assembly holes, and well A technique of adhering the heat transfer tube and the aluminum plate fin using a known mechanical tube expansion method or the like is employed. In addition, as the heat transfer tube used here, for example, a tube whose inner surface is grooved by rolling or the like is cut into a predetermined length and subjected to hairpin bending. Then, after the assembly is completed, the opening ends of the plurality of heat transfer tubes fixed to the aluminum plate fins are connected using a U-bend tube so that a passage of the heat transfer medium is formed. Thus, the intended cross fin tube type heat exchanger is manufactured.
ところで、このようなクロスフィンチューブ型熱交換器においては、その伝熱性能を向上させるために、これまでに様々な取組みが為されてきた。 By the way, in such a cross fin tube type heat exchanger, various efforts have been made so far in order to improve the heat transfer performance.
例えば、かかるクロスフィンチューブ型熱交換器において用いられている伝熱管としては、その内面に多数の溝、例えば、管軸に対して所定のリード角を持って螺旋状に延びる溝を多数形成して、それらの溝間に、所定高さの内面フィンが形成されるようにした、所謂、内面溝付伝熱管が多く用いられているのであるが、このような管内面に施した溝の形態に、様々な改良を加えることによって、管内熱伝達率を高めて、熱交換器の伝熱性能の向上が図られている。 For example, as a heat transfer tube used in such a cross fin tube type heat exchanger, a number of grooves, for example, a plurality of grooves extending in a spiral shape with a predetermined lead angle with respect to the tube axis are formed on the inner surface thereof. The so-called inner-surface grooved heat transfer tube, in which inner fins of a predetermined height are formed between the grooves, is often used. In addition, by making various improvements, the heat transfer coefficient in the pipe is increased and the heat transfer performance of the heat exchanger is improved.
一方、アルミニウムフィンにおける伝熱促進については、例えば、特開平2−203199号公報(特許文献1)においては、フィン面に、空気の流れ(気流)と垂直方向に長く配設されると共に、立ち上がり片が気流方向に対して傾斜している、切り起こし(ルーバー)を設けることによって、フィンの表面積を増大させ、且つ供給される新鮮な空気にフィンが触れやすくした方法が明らかにされている。 On the other hand, with regard to heat transfer enhancement in aluminum fins, for example, in JP-A-2-203199 (Patent Document 1), the fin surface is long in the direction perpendicular to the air flow (air flow) and rises. It has been clarified how to increase the surface area of the fins and make the fins easy to touch the fresh air supplied by providing cuts (louvers) in which the pieces are inclined with respect to the airflow direction.
また、特開平11−108575号公報(特許文献2)においては、空気が流入する側のフィン面の先端付近に、片持ち梁状の突起からなるウイングレットを複数箇所に形成すると共に、その下流側に両端支持梁状の切り起こしたルーバーを形成することによって、フィン間を流通する空気に渦を発生させて気流を乱し、伝熱促進を図った熱交換器が提案されている。 In JP-A-11-108575 (Patent Document 2), winglets made of cantilever-like projections are formed at a plurality of locations near the tip of the fin surface on the air inflow side, and the downstream side thereof. A heat exchanger has been proposed in which a louver that is cut and raised in the form of a beam supported at both ends is formed to generate vortices in the air flowing between the fins to disturb the air flow and promote heat transfer.
さらに、最近では、伝熱管とアルミニウムフィンとの間の接触熱抵抗の低減にも着目されてきており、例えば、特開2004−125235号公報(特許文献3)においては、伝熱管とアルミニウムフィンとの間の少なくとも一部に固化又は硬化した樹脂層又は有機無機ハイブリッドセラミックス層を存在させることによって、伝熱管とフィンとの間に形成される空隙部の影響を少なくして、伝熱性能を向上させる試みも為されている。 Furthermore, recently, attention has also been paid to the reduction of contact thermal resistance between the heat transfer tube and the aluminum fin. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-125235 (Patent Document 3), The presence of a solidified or hardened resin layer or organic / inorganic hybrid ceramic layer in at least part of the space between the heat transfer tubes reduces the effect of voids formed between the heat transfer tubes and the fins, improving heat transfer performance Attempts have also been made.
ところで、近年、特に省エネルギーの観点から、各種エアコン等に使用されるクロスフィンチューブ型熱交換器の性能のより一層の向上が求められてきており、本発明者らは、このような課題について取り組み、鋭意研究を重ねてきた結果、以下のような、新たな伝熱性能に影響を及ぼす因子についての知見を得た。 By the way, in recent years, particularly from the viewpoint of energy saving, there has been a demand for further improvement in the performance of cross fin tube type heat exchangers used in various air conditioners, and the present inventors have tackled such problems. As a result of intensive research, we have gained knowledge about the following factors affecting the heat transfer performance.
すなわち、プレートフィン(アルミニウムフィン)の伝熱管との接触部近傍において、熱交換されるべき空気の流速が殆ど0に近づく領域が存在し、そのためにフィン根元での熱流速が極めて小さくなってしまうのである。言い換えれば、従来のクロスフィンチューブ型熱交換器においては、伝熱管に接触する近傍のプレートフィンは、放熱への寄与が極めて小さいということである。
That is, in the vicinity of the contact portion of the plate fin (aluminum fin) with the heat transfer tube, there is a region where the flow velocity of the air to be heat-exchanged
ここにおいて、本発明は、上記のような知見に基づいて、さらにプレートフィンの形状の最適化について検討した結果により得られたものである。そして、その目的とするところは、伝熱管に接触する近傍のプレートフィンの放熱効率を高めることによって、その熱交換性能をさらに向上させることの可能なクロスフィンチューブ型熱交換器を提供することにある。 Here, the present invention has been obtained based on the above findings and further investigation on the optimization of the shape of the plate fins. And the place made into the objective is to provide the cross fin tube type heat exchanger which can further improve the heat exchange performance by raising the heat dissipation efficiency of the plate fin of the neighborhood which contacts a heat exchanger tube. is there.
そして、本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは、所定高さの円筒状のカラー部が孔周囲に設けられてなる組付孔を備えたプレートフィンの複数を用い、該組付孔が対応し且つ該カラー部が同じ側に位置するように、それら複数のプレートフィンを積み重ねる一方、かかる組付孔に伝熱管を挿通せしめて、拡管することにより、該伝熱管が該プレートフィンに一体的に組み付けられてなる構造を有するクロスフィンチューブ型熱交換器において、前記プレートフィンのフィン平坦部に対する前記カラー部の付け根部分の放熱面が、該カラー部が位置する側のフィン平坦部の放熱面と該カラー部の外面との延長線上の交点を基準点とし、この基準点から該カラー部の高さ方向に0.2×p(但し、pは、プレートフィンの積重ねピッチを示す)離れたa位置と、該基準点から前記フィン平坦部の方向に0.3×p離れたb位置とを結ぶ直線にて、該カラー部の周りに形成されるテーパ面より外側に位置するように、構成したことを特徴とするクロスフィンチューブ型熱交換器にある。 And this invention was completed based on this knowledge, and the place made into the summary is the plate provided with the assembly hole by which the cylindrical collar part of predetermined height is provided in the circumference | surroundings of a hole. Using a plurality of fins, stacking the plurality of plate fins so that the assembly holes correspond and the collar portion is located on the same side, while inserting a heat transfer tube into the assembly holes and expanding the tubes Thus, in the cross fin tube type heat exchanger having a structure in which the heat transfer tube is integrally assembled with the plate fin, the heat radiation surface of the base portion of the collar portion with respect to the fin flat portion of the plate fin is the collar. The intersection point on the extended line between the heat radiating surface of the fin flat portion on the side where the portion is located and the outer surface of the collar portion is taken as a reference point, and 0.2 × p (provided that p in the height direction of the collar portion from this reference point) Is formed around the collar portion by a straight line connecting a position a apart from the reference point and a position b 0.3 × p away from the reference point in the direction of the flat portion of the fin. The cross fin tube type heat exchanger is configured to be located outside the tapered surface.
なお、このような本発明に従うクロスフィンチューブ型熱交換器の望ましい態様の一つによれば、前記カラー部の付け根部分の放熱面は、前記伝熱管の軸心の位置する断面において、該軸心に対して傾斜した直線部を与えるように構成されることとなる。 According to one of the desirable embodiments of the cross fin tube heat exchanger according to the present invention, the heat radiating surface of the base portion of the collar portion has the axis in the cross section where the axis of the heat transfer tube is located. It will be configured to give a straight line that is inclined with respect to the heart.
また、かかる本発明に従うクロスフィンチューブ型熱交換器の別の望ましい態様の一つにあっては、前記カラー部の付け根部分の放熱面は、前記伝熱管の軸心の位置する断面において、0.45×p以上の曲率半径を有する円弧形状部を与えるように構成されることとなる。 Further, in another desirable mode of the cross fin tube type heat exchanger according to the present invention, the heat radiation surface of the base portion of the collar portion is 0 in the cross section where the axial center of the heat transfer tube is located. It will be configured to provide an arcuate portion having a radius of curvature of .45xp or greater.
従って、このような本発明に従う構成とされたクロスフィンチューブ型熱交換器によれば、プレートフィンに設けられた組付孔の周囲に設けられた円筒状のカラー部における付け根部分の放熱面を、所定領域より外側に位置するように構成しているところから、プレートフィンと伝熱管との接触部分の近傍における放熱効率が、効果的に高められることとなり、以て、熱交換器の熱交換性能を更に向上させることが可能となるのである。 Therefore, according to the cross fin tube type heat exchanger configured according to the present invention, the heat radiation surface of the base portion in the cylindrical collar portion provided around the assembly hole provided in the plate fin is provided. The heat radiation efficiency in the vicinity of the contact portion between the plate fin and the heat transfer tube is effectively increased from being configured to be located outside the predetermined region, and thus heat exchange of the heat exchanger The performance can be further improved.
以下、本発明の構成をより具体的に明らかにするために、本発明に従うクロスフィンチューブ型熱交換器について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。 Hereinafter, in order to clarify the configuration of the present invention more specifically, the cross fin tube heat exchanger according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、図1には、本発明の適用される一般的なクロスフィンチューブ式熱交換器の外観の一例が、その断面図の形態において概略的に示されている。即ち、かかる図1において、伝熱管12は、要求される伝熱性能等に応じて、銅や銅合金等の中から適宜に選択された、所定の金属材質にて構成される内面溝付伝熱管であって、ここでは、そのような伝熱管12は、U字形状において用いられている。一方、板状の放熱フィンであるプレートフィン14は、従来と同様に、アルミニウム若しくはその合金等の所定の金属材料にて形成されていると共に、その平坦なフィン本体部16に対して、図1に示されているように、複数の組付孔18が所定間隔を隔てて設けられ、更に、それら複数の組付孔18の周りには、図2に示されている如く、フィンカラー20がそれぞれ一体的に立設せしめられてなる構造において、形成されている。
First, in FIG. 1, an example of the appearance of a general cross fin tube heat exchanger to which the present invention is applied is schematically shown in the form of a sectional view thereof. That is, in FIG. 1, the
そして、かかるプレートフィン14の複数が、それぞれの組付孔18を一致させ且つフィンカラー20を同じ側に位置させた状態下において(図1や図3において、左右方向に貫通する孔となるように且つフィンカラー20は左側に位置するように)重ね合わされ、その一致した組付孔18内に、伝熱管12を挿入せしめた後、従来と同様にして、伝熱管12の拡管加工を行うことによって、かかる伝熱管12とプレートフィン14とが固着せしめられてなるクロスフィンチューブが形成されているのである。
A plurality of
また、そのようなクロスフィンチューブの、プレートフィン14に固着せしめられた伝熱管12の開口した端部同士が、図1に示される如く、U字形状を呈するUベンド管22を用いて接続されていることによって、クロスフィンチューブ型熱交換器10が、構成されている。なお、そのようなUベンド管22は、ここでは、その外径が伝熱管10の端部の開口部内に挿入可能な大きさとなるように、構成されており、このUベンド管22の両端部を、隣接する伝熱管12,12を接続するように、それら伝熱管12,12の近接した端部の開口部内にそれぞれ嵌入せしめた後、かかる伝熱管12の内周面と挿入されたUベンド管22の外周面との間に形成される隙間にロウ材を流し込むことによって、それら伝熱管12,12とUベント管22のロウ付け接合を行い、各伝熱管12を直列に接続して、積層されたプレートフィン14に固着された伝熱管12内を、伝熱冷媒が流通せしめられるようにされている。
Further, the open ends of the
なお、このような構成とされたクロスフィンチューブ型熱交換器10においては、プレートフィン14の厚さ(t)としては、熱交換器10の大きさや熱交換性能に応じて種々選択されるが、望ましくは0.1mm程度とされることとなる。また、隣り合うプレートフィン14,14の間の間隔(ピッチ:p)にあっても、熱交換器の所望の伝熱性能等に応じて適宜に決定されることとなるが、一般に1.0mm〜2.0mm程度の間隔とされ、望ましくは、1.5mm程度とされることとなる。
In the cross fin
また、プレートフィン14と伝熱管12とが接触するフィンカラー20部分は、図2や図3の拡大された断面図に示される如く、実際に伝熱管に接触している所定高さの円筒形状とされたカラー本体部24と、隣接するプレートフィン14に当接してフィンピッチ(p)を安定して保つ効果を発揮する、カラー本体部24の先端に形成されたフレアー部26と、カラー本体部24をプレートフィン14のフィン本体部16に所定の曲率半径:R(ここでは、およそ0.25mm)をもって滑らかに接続しているカラー接続部28とから、構成されている。
Further, the
このように、伝熱管12にプレートフィン14を組み付けて構成されたクロスフィンチューブ型熱交換器10においては、伝熱管12からプレートフィン14へ熱が伝達され、プレートフィン14からその外側の空気へと放熱する際、積層された複数のプレートフィン14間に、ファンによって送り込まれる新鮮な空気が、隣り合うプレートフィン14のピッチ(p)が狭くなってきている現状においては、プレートフィン14の根元(伝熱管12とプレートフィン14とが接触している近傍)まで、充分に送られ得なくなっているのである。
Thus, in the cross fin tube
すなわち、そのような領域では、熱交換されるべき空気の流速が殆ど0に近づいてしまうため、プレートフィン14根元での熱流速が極めて小さくなってしまうのである。換言すれば、伝熱管12に接触する近傍のプレートフィン14は、放熱への寄与が極めて小さくなってしまうのである。そして、このような領域は、本発明者らが種々検討を重ねた結果、プレートフィン14における組付孔18の付け根部分の周縁部、即ち図4に示される斜線部のような三角形の領域Aを断面形状とする、フィンカラー20周りに形成されるテーパ状の領域において、顕著であることが判明した。
That is, in such a region, the flow velocity of the air to be heat-exchanged is almost 0, so that the heat flow rate at the root of the
具体的には、伝熱管12の軸心が面上に位置する断面図として表わされる図4に示されるように、プレートフィン14のフィンカラー20が位置する側のフィン本体部16の放熱面とフィンカラー20のカラー本体部24の外面とを延長して、交わる交点:0を基準点とし、この基準点(0)からカラー本体部24の高さ方向に0.2×p(但し、pは、図3に示される如く、プレートフィン14の積重ねピッチを示す)離れたa位置と、この基準点(0)からフィン本体部18の延びる(伝熱管12から離隔する)方向に0.3×p離れたb位置とを結ぶ直線にて、カラー本体部24の周りに形成されるテーパ面より内側の領域において、換言すれば、それらa位置とb位置と基準点(0)の3点にて囲まれる三角形の領域(A)において、放熱への寄与が極めて小さくなっていることが明らかとなったのである。
Specifically, as shown in FIG. 4 represented as a cross-sectional view in which the axial center of the
従って、このような領域A内に、プレートフィン14の放熱面Bを設けても、その部分は、殆ど放熱に寄与することがないため、放熱性能の向上のためには、出来るだけ、この領域Aを避けてプレートフィン14を設けることが望ましいものであるところから、本発明にあっては、フィンカラー20の付け根部分、即ち、フィンカラー20のカラー本体部24とプレートフィン14のフィン本体部16とを接続しているカラー接続部28部分の放熱面Bが、前記したa位置とb位置とを結ぶ直線を伝熱管12の軸心周りに回転させることによって形成されるすり鉢状のテーパ面よりも外側に位置するように、構成したのである。
Therefore, even if the heat dissipation surface B of the
そして、このような観点によって、本発明に従う構成とされたクロスフィンチューブ型熱交換器が、伝熱管12とプレートフィン14の接合部分を拡大した断面図の形態において、図5及び図6に示されている。
And from such a viewpoint, the cross fin tube type heat exchanger configured according to the present invention is shown in FIGS. 5 and 6 in the form of a cross-sectional view in which the joint portion of the
すなわち、図5には、フィンカラー20の付け根部分、即ちカラー本体部24とプレートフィン14のフィン本体部16とを繋ぐカラー接続部28について、それが、伝熱管12の軸心の位置する断面において、直線状となるように構成することにより、カラー接続部28をフィン本体部16側からカラー本体側24に向かって順次小径となるテーパ形状として、プレートフィン14の放熱面Bが、前記した三角形の領域Aを避けるように構成されたものが、示されている。
That is, FIG. 5 shows a cross section where the base portion of the
一方、図6には、カラー本体部24とフィン本体部16とを繋ぐカラー接続部28の部位に、比較的大きな根元R(ここでは、0.45×p)を設けることによって、プレートフィン14の放熱面Bが、伝熱管12の軸心の位置する断面において、前記の如くして求められる領域Aを避けるようにしたものが、示されている。なお、このようにフィン根元Rを大きくすることによって、フィンカラー20の付け根部分(28)の放熱面が領域A内に位置するのを避けるためには、その曲率半径Rは、0.45×p以上とされることとなる。
On the other hand, in FIG. 6, the
このように、本発明に従う構成とされたクロスフィンチューブ型熱交換器によれば、プレートフィン14に対して伝熱管12を組み付けるための組付孔18の孔周囲に設けられたフィンカラー20の付け根部分、即ちプレートフィン14の平坦なフィン本体部16とフィンカラー20の円筒状のカラー本体部24とを繋ぐカラー接続部28部分における放熱面Bを、フィンピッチ(p)から求められる所定の領域(A)より、外側に位置するように構成しているところから、プレートフィン14と伝熱管12との接触部分の近傍における放熱効率を、効果的に高めることが出来、以て、熱交換器の熱交換性能を更に向上させることが可能となるのである。
Thus, according to the cross fin tube type heat exchanger configured according to the present invention, the
以上、本発明の代表的な実施形態の一つについて詳述してきたが、それらは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。そして、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。 As mentioned above, although one of the typical embodiments of the present invention has been described in detail, they are merely examples, and the present invention is based on a specific description according to such embodiments. It should be understood that this should not be construed as limiting in any way. And although not enumerated one by one, the present invention can be implemented in an aspect to which various changes, modifications, improvements, etc. are added based on the knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that any one of them falls within the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.
以下に、本発明の代表的な実施例の一つを示し、本発明の特徴を更に明確にすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。 In the following, one of the representative embodiments of the present invention will be shown to clarify the features of the present invention. However, the present invention is not restricted by the description of such embodiments. It goes without saying that it is not a thing.
先ず、数値流体シミュレーションを実行するために、図1に示されるようなクロスフィンチューブ型熱交換器をモデル化したものを作製することとした。ここで、熱交換器を構成する伝熱管の材質には純銅を、プレートフィンの材質には純アルミニウムを用いることとし、更にフィンや伝熱管の大きさや間隔は、図7に示されるように、プレートフィンの厚さ(t):0.1mm、プレートフィンの間隔(フィンピッチ:p):1.4mm、伝熱管ピッチ(p2 ):25mm、伝熱管の外径(D):8.45mmとした。 First, in order to perform a numerical fluid simulation, it was decided to produce a model of a cross fin tube heat exchanger as shown in FIG. Here, pure copper is used for the material of the heat transfer tubes constituting the heat exchanger, and pure aluminum is used for the material of the plate fins. Further, the size and interval of the fins and the heat transfer tubes are as shown in FIG. Plate fin thickness (t): 0.1 mm, plate fin spacing (fin pitch: p): 1.4 mm, heat transfer tube pitch (p 2 ): 25 mm, heat transfer tube outer diameter (D): 8.45 mm It was.
そして、本発明に従う構造に該当する熱交換器として、前述の実施形態の図5に示されるような、プレートフィン(14)のフィン本体部(16)とフィンカラー(20)のカラー本体部(24)を接続するカラー接続部(28)が、伝熱管(12)の軸心に対して傾斜した直線となるように構成した構造のものを、モデル化して、これを実施例とした。なお、カラー接続部(28)の両端とフィン本体部(16)やカラー本体部との接続部分に関し、それは、実際には、図5に示されるように小さな曲率半径Rをもって滑らかに繋がっているが、ここでは、図8に示されるような形状のモデルに簡略化した。また、伝熱管とプレートフィンとの接触面積の影響を除外するために、伝熱管とプレートフィンの非接触部(図8において、クロスハッチング部分)にアルミニウムを埋め込んだモデルとした。 And as a heat exchanger applicable to the structure according to this invention, the fin main-body part (16) of a plate fin (14) and the color main-body part (20) of a fin collar (20) as shown in FIG. 5 of above-mentioned embodiment. A structure having a structure in which the collar connecting portion (28) for connecting 24) is a straight line inclined with respect to the axis of the heat transfer tube (12) is modeled and used as an example. In addition, regarding the connecting portion between the both ends of the collar connecting portion (28) and the fin body portion (16) or the collar body portion, it is actually smoothly connected with a small radius of curvature R as shown in FIG. However, it is simplified to a model having a shape as shown in FIG. Further, in order to exclude the influence of the contact area between the heat transfer tube and the plate fin, a model was used in which aluminum was embedded in a non-contact portion (cross hatched portion in FIG. 8) between the heat transfer tube and the plate fin.
そして、このように軸心に対して傾斜した直線状となるように形成されたカラー接続部(28)の寸法は、フィン本体部(16)の放熱面からカラー本体部(24)の高さ方向の距離(フィン本体部の放熱面からa’点までの距離)を、フィンピッチ(p)の0.2倍(0.28mm)よりも大きい0.30mmとし、カラー本体部(24)の外面からフィン本体部(16)の方向の距離(カラー本体部の外面からb’点までの距離)を、フィンピッチ(p)の0.3倍(0.42mm)よりも大きい0.45mmとした。 The dimension of the collar connecting portion (28) formed to have a linear shape inclined with respect to the axial center in this way is the height of the collar body portion (24) from the heat radiation surface of the fin body portion (16). The distance in the direction (distance from the heat radiation surface of the fin body part to the point a ′) is set to 0.30 mm, which is larger than 0.2 times (0.28 mm) of the fin pitch (p), and the collar body part (24). The distance in the direction from the outer surface to the fin body (16) (the distance from the outer surface of the collar body to the point b ') is 0.45 mm, which is larger than 0.3 times (0.42 mm) the fin pitch (p). did.
一方、従来の構造とされたクロスフィンチューブ型熱交換器として、図9に示されるように、プレートフィン(14)のフィン本体部(16)とフィンカラー(20)のカラー本体部(24)とが、比較的小さな曲率半径で接続されている形状としたものをモデル化し、これを比較例とした。なお、その曲率半径(R)は、フィンピッチ(p)の0.45倍(0.63mm)よりも小さい0.25mmとした。 On the other hand, as a cross fin tube type heat exchanger having a conventional structure, as shown in FIG. 9, the fin body (16) of the plate fin (14) and the collar body (24) of the fin collar (20). Were modeled as shapes connected with a relatively small radius of curvature, and this was used as a comparative example. The radius of curvature (R) was 0.25 mm, which is smaller than 0.45 times (0.63 mm) the fin pitch (p).
このように準備された実施例及び比較例のモデルを用いて、数値流体シミュレーションを行い、伝熱性能の評価を行なった。なお、計算対象のクロスフィンチューブ型熱交換器の計算モデルは、前面風速1.4m/s、35℃の空気と、39℃の伝熱管がフィンを介して熱交換するモデルとした。また、計算領域は、フィン1枚分、伝熱管1本分の領域(図7におけるハッチング部分)とし、フィン断面には対称境界、フィン積層方向には周期境界を与えた。また、モデル化の際には、空気側のみを解析するため、伝熱管外表面に等温条件を境界条件として与えた。この数値解析には、汎用流体ソフトを用い、拡散項に2次精度中心差分、対流項に2次精度風上差分、圧力の計算にはSIMPLE法を適用し、流れは層流として計算を行なった。なお、アルミフィンと伝熱管との接触面の条件としては、接触コンダクタンスを9000(W/m2 K)とした。 A numerical fluid simulation was performed using the models of Examples and Comparative Examples prepared as described above, and the heat transfer performance was evaluated. The calculation model of the cross-fin tube type heat exchanger to be calculated was a model in which air at a front wind speed of 1.4 m / s and air at 35 ° C. and a heat transfer tube at 39 ° C. exchange heat through fins. The calculation area was an area for one fin and one heat transfer tube (hatched portion in FIG. 7), and a symmetrical boundary was given to the fin cross section, and a periodic boundary was given to the fin stacking direction. In modeling, in order to analyze only the air side, an isothermal condition was given to the outer surface of the heat transfer tube as a boundary condition. For this numerical analysis, general-purpose fluid software is used, the second-order center difference is used for the diffusion term, the second-order upwind difference is used for the convection term, and the SIMPLE method is applied to calculate the pressure, and the flow is calculated as a laminar flow. It was. In addition, as a condition of the contact surface between the aluminum fin and the heat transfer tube, the contact conductance was set to 9000 (W / m 2 K).
以上のようなシミュレーションによる計算結果によれば、従来の構造とされた比較例の熱交換器に対して、本発明に従う構造とされた実施例の熱交換器は、伝熱量が約2%増大することが確認された。これにより、伝熱管とプレートフィンの接触部近傍におけるプレートフィンの形状を改善することによって、熱交換器の伝熱性能が向上する効果が得られることが確認された。 According to the simulation results as described above, the heat exchanger of the embodiment according to the present invention has a heat transfer amount increased by about 2% compared to the heat exchanger of the comparative example having the conventional structure. Confirmed to do. Thereby, it was confirmed that the effect of improving the heat transfer performance of the heat exchanger can be obtained by improving the shape of the plate fin in the vicinity of the contact portion between the heat transfer tube and the plate fin.
10 熱交換器
12 伝熱管
14 プレートフィン
16 フィン本体部
18 組付孔
20 フィンカラー
22 Uベンド管
24 カラー本体部
26 フレアー部
28 カラー接続部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記プレートフィンのフィン平坦部に対する前記カラー部の付け根部分の放熱面が、該カラー部が位置する側のフィン平坦部の放熱面と該カラー部の外面との延長線上の交点を基準点とし、この基準点から該カラー部の高さ方向に0.2×p(但し、pは、プレートフィンの積重ねピッチを示す)離れたa位置と、該基準点から前記フィン平坦部の方向に0.3×p離れたb位置とを結ぶ直線にて、該カラー部の周りに形成されるテーパ面より外側に位置するように、構成したことを特徴とするクロスフィンチューブ型熱交換器。 Using a plurality of plate fins having an assembly hole in which a cylindrical collar portion of a predetermined height is provided around the hole, so that the assembly hole corresponds and the collar portion is located on the same side, A cross fin tube type heat exchange having a structure in which the heat transfer tubes are integrally assembled to the plate fins by stacking the plurality of plate fins and inserting the heat transfer tubes into the assembly holes and expanding the plate fins. In the vessel
The heat radiation surface of the base portion of the collar portion with respect to the fin flat portion of the plate fin is based on the intersection point on the extension line between the heat radiation surface of the fin flat portion on the side where the collar portion is located and the outer surface of the collar portion, A position 0.2 × p away from this reference point in the height direction of the collar portion (where p represents the stacking pitch of the plate fins), and 0. 0 from the reference point toward the fin flat portion. A cross fin tube type heat exchanger configured so as to be positioned outside a tapered surface formed around the collar portion along a straight line connecting b positions separated by 3 × p.
The heat radiation surface of the base portion of the collar portion is configured to give an arc-shaped portion having a radius of curvature of 0.45 × p or more in a cross section where the axis of the heat transfer tube is located. Cross fin tube type heat exchanger.
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