JPH05149687A - プレートフイン式熱交換器用伝熱フインおよびその成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マルチ・エントリーフィンに近い特性を有す
るにもかかわらず、設計および製造が容易となり、加え
て、流体の流れの撹乱方向が三次元的となるために、平
均伝熱係数が良好となるプレートフィン式熱交換器用伝
熱フィンおよびその成形方法を提供する。 【構成】 上下伝熱プレートから交互に突設させる伝熱
フィンにおいて、スリットにより多数の伝熱フィン片と
して細分化するとともに、伝熱フィン片の全部または大
半を規則的に左右交互に傾斜させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プレートフィン式熱
交換器用伝熱フィンおよびその成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プレートフィン式熱交換器は、一般的に
多数枚の伝熱プレートを重ねて、その間の空間に上下伝
熱プレートから伝熱フィンが交互に突設される。伝熱フ
ィンの構造については種々あって、そのうち、最も基本
的なプレーン形フィンについては、一枚の伝熱板材にコ
字形の反転を繰り返すようにプレス加工を施し、コ字形
の各突部が伝熱フィンとなるもので、それにより直線的
な流路が形成され、円管に近い流れの特性を示す。

【０００３】プレーン形フィンの場合、熱媒体としての
流体の流れについては、障害物がない層流となるため
に、図６の左のグラフに示す如く、伝熱フィンの始めか
ら終わりに進むにつれて速度および温度が異なる温度境
界層が発達する。そして、伝熱効率は、次のようにその
温度境界層の厚みδによって支配される。

【０００４】境界層の厚さδは、流れが層流の場合に
は、伝熱フィンの始点からの距離の１／２乗に比例して
増大するので、平均伝熱係数ｈｍは、伝熱面の長さＬの
平方根に逆比例して減少する。従って、フィンの長さＬ
が小さいほど平均伝熱係数ｈｍは大きくなる。この性質
を積極的に利用したのが、マルチ・エントリーフィンで
ある。つまり、マルチ・エントリーフィンは、流層を形
成する流れの始点を繰り返して連続的にすることによっ
て、伝熱係数を高い位置に平均化したものである。ま
た、波形フィン、ルーバ形フィン、多孔板形フィン等も
近似した特性を示す。

【０００５】従来のマルチ・エントリーフィンは、図７
に示すように、伝熱板材に金型によりプレス加工を施
し、コ字形に伝熱フィンを形成するとともに、その側面
に凸壁と凹壁を交互に形成したもので、側面においてコ
字形の反転が繰り返される。そこで、流体の流れがこの
凹凸により撹乱されるために、速度が抑制されるととも
に、温度の境界層が剪断される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のマルチ・エント
リーフィンは、上記のように側面に凹凸を有するから、
非常に複雑な金型を要し、その金型の製造のためにコス
ト高となることは避けられなく、また、伝熱フィンの側
面が垂直に近い形状であるため、流体の流れの撹乱方向
が水平方向の二次元的となり、流体の流れが上下では余
り交流しないことになり、この点で改良の余地があっ
た。

【０００７】この発明は、上記のような実情に鑑みて、
マルチ・エントリーフィンに近い特性を有するにもかか
わらず、設計および製造が容易となり、加えて、流体の
流れの撹乱方向が三次元的となるために、平均伝熱係数
が良好となるプレートフィン式熱交換器用伝熱フィンお
よびその成形方法を提供することを目的とした。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明のプレートフィン式熱交換器は、上下伝
熱プレートから交互に突設させる伝熱フィンにおいて、
スリットにより多数の伝熱フィン片として細分化すると
ともに、伝熱フィン片の全部または大半を規則的に左右
交互に傾斜させたことを特徴とする。

【０００９】この発明の伝熱フィンの成形方法は、伝熱
プレートに固着するフィン形成用の伝熱板材に、流体の
流れ方向のスリット列をスリットが直角となるように形
成し、伝熱板材を各スリット列で反転させて波段形状に
折り曲げるとともに、スリットで分断される片の一部ま
たは大半を規則的に左右交互に傾斜させることを特徴と
する。

【００１０】

【作用】プレートフィン式熱交換器用伝熱フィンを上記
のように構成したから、伝熱フィン間の流路に流体が流
れると、細分化された各伝熱フィン片により温度境界層
が剪断されるために、各伝熱フィン毎に温度境界層の始
点ができることになり（図右グラフ参照）、言わば流れ
を受けるルーバを三段（または二段）にずらしたことに
なり、前段のルーバの影響が軽減されるため、非常に高
い伝熱係数が得られ、マルチ・エントリーフィンに近似
した特性を示す。しかも、温度境界層の剪断が斜めにな
され、撹乱が三次元的になるために、平均伝熱係数ｈｍ
が流体流路の全長において平均して高い位置に保持され
る。

【００１１】これを従来のマルチ・エントリーフィンと
比較すると、単に境界層の始点の位置をずらしただけで
なく、角度を持たせてあるために、前段の伝熱フィンで
発生する境界層の剪断に後段の伝熱フィンが有効に作用
する。実験では、通常のプレーン形フィンに対して、１
５〜２０％の伝熱効率の向上が確認された。

【００１２】伝熱フィンにおいて、伝熱フィンを起立、
右傾斜、左傾斜にした場合には、流体の障害面積が大き
くなり、平均伝熱係数の向上を果たし得る反面、場合に
よっては、圧力損失が過大となる。圧力損失に対する制
限が厳しい場合には、伝熱フィンを右傾斜、左傾斜の二
段階のみの傾斜とすることにより、若干の伝熱効率の減
少と引き替えに、圧力損失の低減を達成することができ
る。

【００１３】伝熱フィンは、一枚の伝熱プレートに対し
て、全面的に傾斜させる必要がなく、状況に応じて部分
的に傾斜させることが可能である。また、伝熱フィン間
の間隔をスリットの幅により変更できるから、伝熱フィ
ンの実質的なフィンの長さを容易に変更が可能であり、
要求性能（熱交換能力、圧力損失）に対して、設計およ
び製造上において、きめこまかな対応が可能となる。

【００１４】ところで、プレートフィンタイプの熱交換
器の場合には、３流体以上の熱交換器として設計される
ことが多く、各流体間の熱バランスを取る必要がある。
このような場合において、本発明によれば、プレーン形
フィンタイプを基本として、部分的にマルチ・エントリ
ーフィン加工としたり、部分的にフィンの長さを変更で
きるので、設計に幅を与えることが可能となり、その点
で製造コストが安価となる。

【００１５】また、伝熱フィンの成形方法によれば、製
造について、上記と同様の作用を有する他、伝熱板材に
予めスリット加工を施してから、プレスにより波形に成
形し、簡単な作業により傾斜させて伝熱フィンを形成で
きるため、従来のマルチ・エントリーフィンのように複
雑な金型を必要としないために、コストダウンが可能で
ある。

【００１６】

【実施例】次に、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１ないし図４は一実施例を示したもので、熱
交換器は、複数枚の伝熱プレート１，１，…間の空間に
は、上下交互に伝熱フィン３，３，…が列設され、その
空間が流体流路５となっており、一面の伝熱フィン３，
３，…全体が一枚の伝熱板材２により成形される。

【００１７】その製造工程については、一枚の伝熱板材
２にスリット７，７，…を多数列に穿設し（図４）、各
スリット７を流体の流れ方向に対して直角方向に形成す
る。次に、その伝熱板材２を各列において、プレス加工
によりＵ字形（またはコ字形）に反転して折り曲げ、全
体的にほゞ波形の段状に成形する。この状態では、各列
においてスリット７で隣接する片が起立しているので、
金型を用いて或いは一個づつ曲げ加工を施す。

【００１８】曲げ加工については、スリット７で隣接す
る多数片のうちの一片をそのままにして起立フィン片３
ａとし、次段の片を右へ傾斜させて右傾斜フィン片３ｂ
とし、次段の片を左へ傾斜させて左傾斜フィン片３ｃと
し、これを順次繰り返すことにより各伝熱フィン３が構
成される。

【００１９】各伝熱フィン３において、横列に各フィン
を同じ傾斜にしてある。このようにすれば、曲げ加工を
なしやすい。しかし、横列において交互の傾斜にした
り、起立フィン、右傾斜フィン、左傾斜フィンの順番で
あってもよい。

【００２０】図５は、他の実施例を示したもので、この
場合は、各伝熱フィン３が、右傾斜フィン片３ｂと左傾
斜フィン片３ｃとの交互により構成される。

【００２１】なお、伝熱フィンの左右への傾斜は、完全
に規則的であることは要しなく、各種の要求に応じてほ
ゞ規則的であっても良いものとする。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、次のような効果を顕著に発揮する。 １）伝熱フィン間の流路に流体が流れると、細分化され
た各伝熱フィン片により温度境界層が剪断されるため
に、マルチ・エントリーフィンに近似した特性を示す。
しかも、温度境界層の剪断が斜めになされ、撹乱が三次
元的になるために、平均伝熱係数が流体流路の全長にお
いて平均して高い位置に保持され、伝熱効率が非常に良
好である。

【００２３】２）伝熱フィンの右傾斜、左傾斜、起立の
各態様の選択により、伝熱フィンが占める断面積の大小
を設計や製造段階において容易に変更でき、しかも、伝
熱フィンの実質的なフィンの長さをスリットの幅で容易
に変更が可能であるから、要求性能（熱交換能力、圧力
損失）に対し設計および製造上において、きめこまかな
対応が可能となる。

【００２４】３）プレーン形フィンタイプを基本とし
て、部分的にマルチ・エントリーフィン加工としたり、
部分的にフィンの長さを変更できるので、設計に幅を与
えることが可能となり、その点で製造コストが安価とな
る。

【００２５】４）殊に、伝熱フィンの成形方法によれ
ば、従来のマルチ・エントリーフィンのように複雑な金
型を必要としないために、コストダウンが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すプレートフィン式熱
交換器用伝熱フィンを伝熱プレートから突出状態で示す
斜視図である。

【図２】同実施例によるプレートフィン式熱交換器の一
部断面図である。

【図３】伝熱フィン片の配列状態を平面から見た説明図
である。

【図４】製造工程の一部を示す伝熱板材の平面図であ
る。

【図５】他の実施例を示す図２に対応する断面図であ
る。

【図６】マルチ・エントリーフィン特性をプレーン形フ
ィンと比較して説明するグラフである。

【図７】従来のマルチ・エントリーフィンの斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 伝熱プレート ２ 伝熱板材 ３ 伝熱フィン ３ａ，３ｂ，３ｃ 伝熱フィン片 ７ スリット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下伝熱プレートから交互に突設させる
   伝熱フィンにおいて、スリットにより多数の伝熱フィン
   片として細分化するとともに、伝熱フィン片の全部また
   は大半を規則的に左右交互に傾斜させたことを特徴とす
   るプレートフィン式熱交換器用伝熱フィン。
2. 【請求項２】 伝熱プレートに固着するフィン形成用の
   伝熱板材に、流体の流れ方向のスリット列をスリットが
   直角となるように形成し、伝熱板材を各スリット列で反
   転させて波段形状に折り曲げるとともに、スリットで分
   断される片の一部または大半を規則的に左右交互に傾斜
   させることを特徴とするプレートフィン式熱交換器用伝
   熱フィンの成形方法。