プレートフィン型熱交換器
【課題】 プレートフィン型熱交換器において、より熱交換性能のよいものの提供。
【解決手段】 熱交換器に用いる各プレートフィン２は、そのチューブ挿通孔１に筒状部２ａを形成し、その根元部に環状凹陥部５を設け、各環状凹陥部５間に台形部６を突設形成する。そして、その台形部６の平坦部６ａにスリット７またはルーバ８を切起し形成する。
【解決手段】 熱交換器に用いる各プレートフィン２は、そのチューブ挿通孔１に筒状部２ａを形成し、その根元部に環状凹陥部５を設け、各環状凹陥部５間に台形部６を突設形成する。そして、その台形部６の平坦部６ａにスリット７またはルーバ８を切起し形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、断面円形チューブとプレートフィンとの組み合わせからなるプレート型熱交換器であって、空調用熱交換器等に用いられるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
空調用熱交換器に用いられる従来のプレートフィン型熱交換器は、そのプレートフィンとして図１１〜図１３に示すような波型プレートフィン９、スリット型プレートフィン１１、ルーバ型プレートフィン１２が用いられていた。スリット型プレートフィン１１は図１２に示すごとく、平坦な細長いフィン本体に、チューブ挿通用の多数の筒状部２ａを立上げ形成すると共に、各筒状部２ａ間にスリット７を切起し形成したものである。またルーバ型プレートフィン１２は図１３に示すごとく、平坦な細長いフィン本体の筒状部２ａ間に多数のルーバ８を切起し形成したものである。
次に、波型プレートフィン９は図１１（Ｂ）に示すごとく、プレート本体の基面が波形に曲折されたものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１１に示す波型プレートフィン９は、そのフィン本体が波形に曲折されているため、空気流を波形に導いて熱交換を促進させる効果がある。しかしながら、その波形の熱交換性能の効果は、スリット７、ルーバ８のそれより劣るものである。
次に、スリット型プレートフィン１１、ルーバ型プレートフィン１２は、そのプレート本体が平坦に形成されているため、空気流を波形に導くことができず、空気流の流速が波型プレートフィン９のそれに比べて小さい。それと共に、筒状部２ａの下流側背面に空気流の滞留部が生じ、その部分で熱交換性能が低下する。
【０００４】
なお、波型プレートフィン９の構造と、スリット型プレートフィン１１またはルーバ型プレートフィン１２との構造を組合わせることも考えられる。これは波形の各斜面にスリットまたはルーバを切り起したことになる。ところが、本発明者の実験によれば、単にその斜面に、スリットまたはルーバを切り起しても、熱交換性能が向上しないことが明らかとなった。これは斜面に配置したスリットまたはルーバの存在により、斜面の空気流の案内効果が減少するからと思われる。それと共に、斜面においては、スリットまたはルーバの前縁効果も減少するものと思われる。そのため、全体として通常のスリットフィン、ルーバフィンより熱交換性能が劣ることが分かった。
そこでこれらの知見に基づいて、性能のよい新たなプレートフィン型熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の本発明は、複数の円形のチューブ挿通孔(1) が長手方向に離間して並列された互いに整合する多数のプレートフィン(2) の積層体と、その各プレートフィン(2) のチューブ挿通孔(1) に挿通された複数のチューブ(3) とを有し、そのプレートフィン(2) の幅方向に空気流(4)が流通するプレートフィン型熱交換器において、
各プレートフィン(2) は、そのチューブ挿通孔(1) が筒状に立ち上げられて筒状部(2a)を形成し、その根元部が環状に凹陥された環状凹陥部(5)を有し、隣り合う環状凹陥部(5)間に、その幅方向に沿う横断面を台形状とした台形部(6)が突設形成され、その台形部(6)の頂部平坦面(6a)に前記幅方向に対して交差するスリット(7) またはルーバ (8) が切り起こし形成されたことを特徴とするプレートフィン型熱交換器である。
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記プレートフィン(2) の多数のチューブ挿通孔(1) が、幅方向に離間して複数列に配置され且つ、各チューブ挿通孔(1) が千鳥配置されているプレートフィン型熱交換器である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のプレートフィン型熱交換器は、その各プレートフィン２の表面に台形部６が突設形成され、その台形部６の平坦部６ａに幅方向に対して交差するスリット７またはルーバ８が切起し形成されたから、積層されたプレートフィン２を空気流４が流通するとき、台形部６の斜面によって流速が高まり、速い空気流４を台形波状に流通させる。そして、その平坦部６ａに設けられたスリット７またはルーバ８によって空気流の境界層を分断し、熱交換性能を向上させる。すなわち、本発明の熱交換器は、そのプレートフィン２によって台形波の効果と、スリット７またはルーバ８による境界層分離効果とを極めて簡単な構造で達しうる。しかも、スリット７、ルーバ８は平坦部６ａに形成されているため、空気流４の安定域において且つ流速が増大した状態で境界層を分断するため、熱交換性能が向上することが確認された。
さらに、このプレートフィン２は筒状部２ａの根元部に環状凹陥部５を有するので、そこに空気が導かれ、その空気流がチューブの背面側に円滑に導かれて、それが下流方向に流出し、チューブ背面側の空気の滞留域を減少し、熱交換性能を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すプレートフィン型熱交換器に用いるプレートフィン２の要部斜視図。
【図２】同平面図。
【図３】図２のIII−III矢視断面図。
【図４】同熱交換器の要部断面説明図。
【図５】本発明の第２のプレートフィン型熱交換器におけるプレートフィン２の斜視図。
【図６】同平面図。
【図７】図６のVII−VII矢視断面図。
【図８】同熱交換器の要部を示す説明図。
【図９】本発明の第３のプレートフィン型熱交換器に用いるプレートフィン２の平面図。
【図１０】同第４のプレートフィン型熱交換器に用いるプレートフィン２の平面図。
【図１１】従来のプレートフィン型熱交換器に用いる波型プレートフィン９の平面図およびＢ−Ｂ矢視断面図。
【図１２】従来の他のプレートフィン型熱交換器に用いるスリット型プレートフィン１１の平面図およびＢ−Ｂ矢視断面図。
【図１３】従来のさらに他のプレートフィン型熱交換器に用いるルーバ型プレートフィン１２の平面図およびＢ−Ｂ矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１〜図４には本発明の第１実施例のプレートフィン型熱交換器に用いるプレートフィン２が図示されている。その熱交換器のプレートフィン２は、この例では複数の円形のチューブ挿通孔１が長手方向に等間隔に離間して形成されると共に、幅方向にそれが２列に且つ、隣り合う各チューブ挿通孔１が千鳥状に配置されている。プレートフィン２の孔縁部は立ち上げられて、筒状部２ａを形成する。それと共に、筒状部２ａの先端は僅かにフランジ状に形成されている。筒状部２ａの根元部には環状凹陥部５が、内周をすり鉢状に、形成されている。
【０００９】
次に、プレートフィン２はその幅方向に全体として横断面台形状とした台形部６が突設形成されている。その台形部６の平坦部６ａに、複数のスリット７がその上面側および下面側に切起し形成され、それらが平坦面に平行に突設されている。このスリット７はプレートフィン２の長手方向に台形状の断面を有する。
そして、互いに整合するプレートフィン２を図４に示すごとく、多数積層すると共に、各プレートフィン２の筒状部２ａ内に断面円形のチューブ３をそれぞれ挿通する。次いで、そのチューブ３内に拡開治具を挿通して、チューブ３を拡開し、その外周と筒状部２ａ内周との間を圧着固定する。そして、各チューブ３端どうしを連通し（図示せず）、本発明のプレートフィン型熱交換器を完成する。
【００１０】
（作用）
図４において、各プレートフィン２の幅方向に空気流４を流通させる。すると、空気流４は台形部６に導かれて台形状に案内され、その分だけ流速が増速する。そして、平坦部６ａでは空気流４が安定し、そこに設けたスリット７によって境界層が分断され、スリット７の前縁効果が生じ、空気流４とチューブ３内の流体との間の熱交換が促進される。平坦部６ａを通過した空気流４はさらに波型に導かれ下流側の環状凹陥部５に誘導される。そして、筒状部２ａの外周を流通して下流側に導かれる。このすり鉢状の環状凹陥部５の存在は、それに延在する波型部との相互作用により、空気流４の流通を円滑に行うことができる。そして、筒状部２ａの下流側における空気流の滞留を防止し、円滑な流通を確保する。
【００１１】
次に、図５〜図７は本発明の第２のプレートフィン型熱交換器に用いるプレートフィン２を示し、図８はその積層状態を示す熱交換器の要部説明図である。この例が第１の実施例と異なる点は、スリット７の代わりにルーバ８を設けた点のみである。スリット７は平坦部６ａに並行に切起し形成されているが、ルーバ８は平坦部６ａに傾斜して切起し形成されたものである。この熱交換器も空気流４が各プレートフィン２の幅方向に流通し、平坦部６ａにおいて、空気流４の一部はルーバ８によって各プレートフィン２の裏面側から表面側に導かれる。そのときルーバ８による前縁効果でチューブ３内の流体と空気流４との熱交換が促進される。他の作用は第１実施例と同様である。
【００１２】
次に図９は、本発明の第３の実施例を示す平面図であり、これが図２の第１実施例のそれと異なる点は、平坦部６ａに形成されたスリット７の向きのみである。このスリット７はプレートフィン２の幅方向に対して斜めに且つ平面ハの字状に形成されている。なお、ハの字のスリット対は図示のように、各列同一方向に形成されているが、それを１列ごとに逆向きにスリットを形成することもできる。
次に図１０は、本発明の第４の実施の形態を示すプレートフィン２の平面図であり、これが図２の実施例と異なる点は、スリット７が平坦部６ａに、その中心に対し放射状に形成されている点のみである。
【符号の説明】
【００１３】
１ チューブ挿通孔
２ プレートフィン
2a 筒状部
３ チューブ
４ 空気流
５ 環状凹陥部
６ 台形部
6a 平坦部
【００１４】
７ スリット
８ ルーバ
９ 波型プレートフィン
10 波形面
11 スリット型プレートフィン
12 ルーバ型プレートフィン
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、断面円形チューブとプレートフィンとの組み合わせからなるプレート型熱交換器であって、空調用熱交換器等に用いられるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
空調用熱交換器に用いられる従来のプレートフィン型熱交換器は、そのプレートフィンとして図１１〜図１３に示すような波型プレートフィン９、スリット型プレートフィン１１、ルーバ型プレートフィン１２が用いられていた。スリット型プレートフィン１１は図１２に示すごとく、平坦な細長いフィン本体に、チューブ挿通用の多数の筒状部２ａを立上げ形成すると共に、各筒状部２ａ間にスリット７を切起し形成したものである。またルーバ型プレートフィン１２は図１３に示すごとく、平坦な細長いフィン本体の筒状部２ａ間に多数のルーバ８を切起し形成したものである。
次に、波型プレートフィン９は図１１（Ｂ）に示すごとく、プレート本体の基面が波形に曲折されたものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１１に示す波型プレートフィン９は、そのフィン本体が波形に曲折されているため、空気流を波形に導いて熱交換を促進させる効果がある。しかしながら、その波形の熱交換性能の効果は、スリット７、ルーバ８のそれより劣るものである。
次に、スリット型プレートフィン１１、ルーバ型プレートフィン１２は、そのプレート本体が平坦に形成されているため、空気流を波形に導くことができず、空気流の流速が波型プレートフィン９のそれに比べて小さい。それと共に、筒状部２ａの下流側背面に空気流の滞留部が生じ、その部分で熱交換性能が低下する。
【０００４】
なお、波型プレートフィン９の構造と、スリット型プレートフィン１１またはルーバ型プレートフィン１２との構造を組合わせることも考えられる。これは波形の各斜面にスリットまたはルーバを切り起したことになる。ところが、本発明者の実験によれば、単にその斜面に、スリットまたはルーバを切り起しても、熱交換性能が向上しないことが明らかとなった。これは斜面に配置したスリットまたはルーバの存在により、斜面の空気流の案内効果が減少するからと思われる。それと共に、斜面においては、スリットまたはルーバの前縁効果も減少するものと思われる。そのため、全体として通常のスリットフィン、ルーバフィンより熱交換性能が劣ることが分かった。
そこでこれらの知見に基づいて、性能のよい新たなプレートフィン型熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の本発明は、複数の円形のチューブ挿通孔(1) が長手方向に離間して並列された互いに整合する多数のプレートフィン(2) の積層体と、その各プレートフィン(2) のチューブ挿通孔(1) に挿通された複数のチューブ(3) とを有し、そのプレートフィン(2) の幅方向に空気流(4)が流通するプレートフィン型熱交換器において、
各プレートフィン(2) は、そのチューブ挿通孔(1) が筒状に立ち上げられて筒状部(2a)を形成し、その根元部が環状に凹陥された環状凹陥部(5)を有し、隣り合う環状凹陥部(5)間に、その幅方向に沿う横断面を台形状とした台形部(6)が突設形成され、その台形部(6)の頂部平坦面(6a)に前記幅方向に対して交差するスリット(7) またはルーバ (8) が切り起こし形成されたことを特徴とするプレートフィン型熱交換器である。
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記プレートフィン(2) の多数のチューブ挿通孔(1) が、幅方向に離間して複数列に配置され且つ、各チューブ挿通孔(1) が千鳥配置されているプレートフィン型熱交換器である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のプレートフィン型熱交換器は、その各プレートフィン２の表面に台形部６が突設形成され、その台形部６の平坦部６ａに幅方向に対して交差するスリット７またはルーバ８が切起し形成されたから、積層されたプレートフィン２を空気流４が流通するとき、台形部６の斜面によって流速が高まり、速い空気流４を台形波状に流通させる。そして、その平坦部６ａに設けられたスリット７またはルーバ８によって空気流の境界層を分断し、熱交換性能を向上させる。すなわち、本発明の熱交換器は、そのプレートフィン２によって台形波の効果と、スリット７またはルーバ８による境界層分離効果とを極めて簡単な構造で達しうる。しかも、スリット７、ルーバ８は平坦部６ａに形成されているため、空気流４の安定域において且つ流速が増大した状態で境界層を分断するため、熱交換性能が向上することが確認された。
さらに、このプレートフィン２は筒状部２ａの根元部に環状凹陥部５を有するので、そこに空気が導かれ、その空気流がチューブの背面側に円滑に導かれて、それが下流方向に流出し、チューブ背面側の空気の滞留域を減少し、熱交換性能を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すプレートフィン型熱交換器に用いるプレートフィン２の要部斜視図。
【図２】同平面図。
【図３】図２のIII−III矢視断面図。
【図４】同熱交換器の要部断面説明図。
【図５】本発明の第２のプレートフィン型熱交換器におけるプレートフィン２の斜視図。
【図６】同平面図。
【図７】図６のVII−VII矢視断面図。
【図８】同熱交換器の要部を示す説明図。
【図９】本発明の第３のプレートフィン型熱交換器に用いるプレートフィン２の平面図。
【図１０】同第４のプレートフィン型熱交換器に用いるプレートフィン２の平面図。
【図１１】従来のプレートフィン型熱交換器に用いる波型プレートフィン９の平面図およびＢ−Ｂ矢視断面図。
【図１２】従来の他のプレートフィン型熱交換器に用いるスリット型プレートフィン１１の平面図およびＢ−Ｂ矢視断面図。
【図１３】従来のさらに他のプレートフィン型熱交換器に用いるルーバ型プレートフィン１２の平面図およびＢ−Ｂ矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１〜図４には本発明の第１実施例のプレートフィン型熱交換器に用いるプレートフィン２が図示されている。その熱交換器のプレートフィン２は、この例では複数の円形のチューブ挿通孔１が長手方向に等間隔に離間して形成されると共に、幅方向にそれが２列に且つ、隣り合う各チューブ挿通孔１が千鳥状に配置されている。プレートフィン２の孔縁部は立ち上げられて、筒状部２ａを形成する。それと共に、筒状部２ａの先端は僅かにフランジ状に形成されている。筒状部２ａの根元部には環状凹陥部５が、内周をすり鉢状に、形成されている。
【０００９】
次に、プレートフィン２はその幅方向に全体として横断面台形状とした台形部６が突設形成されている。その台形部６の平坦部６ａに、複数のスリット７がその上面側および下面側に切起し形成され、それらが平坦面に平行に突設されている。このスリット７はプレートフィン２の長手方向に台形状の断面を有する。
そして、互いに整合するプレートフィン２を図４に示すごとく、多数積層すると共に、各プレートフィン２の筒状部２ａ内に断面円形のチューブ３をそれぞれ挿通する。次いで、そのチューブ３内に拡開治具を挿通して、チューブ３を拡開し、その外周と筒状部２ａ内周との間を圧着固定する。そして、各チューブ３端どうしを連通し（図示せず）、本発明のプレートフィン型熱交換器を完成する。
【００１０】
（作用）
図４において、各プレートフィン２の幅方向に空気流４を流通させる。すると、空気流４は台形部６に導かれて台形状に案内され、その分だけ流速が増速する。そして、平坦部６ａでは空気流４が安定し、そこに設けたスリット７によって境界層が分断され、スリット７の前縁効果が生じ、空気流４とチューブ３内の流体との間の熱交換が促進される。平坦部６ａを通過した空気流４はさらに波型に導かれ下流側の環状凹陥部５に誘導される。そして、筒状部２ａの外周を流通して下流側に導かれる。このすり鉢状の環状凹陥部５の存在は、それに延在する波型部との相互作用により、空気流４の流通を円滑に行うことができる。そして、筒状部２ａの下流側における空気流の滞留を防止し、円滑な流通を確保する。
【００１１】
次に、図５〜図７は本発明の第２のプレートフィン型熱交換器に用いるプレートフィン２を示し、図８はその積層状態を示す熱交換器の要部説明図である。この例が第１の実施例と異なる点は、スリット７の代わりにルーバ８を設けた点のみである。スリット７は平坦部６ａに並行に切起し形成されているが、ルーバ８は平坦部６ａに傾斜して切起し形成されたものである。この熱交換器も空気流４が各プレートフィン２の幅方向に流通し、平坦部６ａにおいて、空気流４の一部はルーバ８によって各プレートフィン２の裏面側から表面側に導かれる。そのときルーバ８による前縁効果でチューブ３内の流体と空気流４との熱交換が促進される。他の作用は第１実施例と同様である。
【００１２】
次に図９は、本発明の第３の実施例を示す平面図であり、これが図２の第１実施例のそれと異なる点は、平坦部６ａに形成されたスリット７の向きのみである。このスリット７はプレートフィン２の幅方向に対して斜めに且つ平面ハの字状に形成されている。なお、ハの字のスリット対は図示のように、各列同一方向に形成されているが、それを１列ごとに逆向きにスリットを形成することもできる。
次に図１０は、本発明の第４の実施の形態を示すプレートフィン２の平面図であり、これが図２の実施例と異なる点は、スリット７が平坦部６ａに、その中心に対し放射状に形成されている点のみである。
【符号の説明】
【００１３】
１ チューブ挿通孔
２ プレートフィン
2a 筒状部
３ チューブ
４ 空気流
５ 環状凹陥部
６ 台形部
6a 平坦部
【００１４】
７ スリット
８ ルーバ
９ 波型プレートフィン
10 波形面
11 スリット型プレートフィン
12 ルーバ型プレートフィン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円形のチューブ挿通孔(1) が長手方向に離間して並列された互いに整合する多数のプレートフィン(2) の積層体と、その各プレートフィン(2) のチューブ挿通孔(1) に挿通された複数のチューブ(3) とを有し、そのプレートフィン(2) の幅方向に空気流(4)が流通するプレートフィン型熱交換器において、
各プレートフィン(2) は、そのチューブ挿通孔(1) が筒状に立ち上げられて筒状部(2a)を形成し、その根元部が環状に凹陥された環状凹陥部(5)を有し、隣り合う環状凹陥部(5)間に、その幅方向に沿う横断面を台形状とした台形部(6)が突設形成され、その台形部(6)の頂部平坦面(6a)に前記幅方向に対して交差するスリット(7) またはルーバ (8) が切り起こし形成されたことを特徴とするプレートフィン型熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
前記プレートフィン(2) の多数のチューブ挿通孔(1) が、幅方向に離間して複数列に配置され且つ、各チューブ挿通孔(1) が千鳥配置されているプレートフィン型熱交換器。
【請求項１】
複数の円形のチューブ挿通孔(1) が長手方向に離間して並列された互いに整合する多数のプレートフィン(2) の積層体と、その各プレートフィン(2) のチューブ挿通孔(1) に挿通された複数のチューブ(3) とを有し、そのプレートフィン(2) の幅方向に空気流(4)が流通するプレートフィン型熱交換器において、
各プレートフィン(2) は、そのチューブ挿通孔(1) が筒状に立ち上げられて筒状部(2a)を形成し、その根元部が環状に凹陥された環状凹陥部(5)を有し、隣り合う環状凹陥部(5)間に、その幅方向に沿う横断面を台形状とした台形部(6)が突設形成され、その台形部(6)の頂部平坦面(6a)に前記幅方向に対して交差するスリット(7) またはルーバ (8) が切り起こし形成されたことを特徴とするプレートフィン型熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
前記プレートフィン(2) の多数のチューブ挿通孔(1) が、幅方向に離間して複数列に配置され且つ、各チューブ挿通孔(1) が千鳥配置されているプレートフィン型熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２８６１３３（Ｐ２０１０−２８６１３３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３８３３０（Ｐ２００９−１３８３３０）
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００２２２４８４）株式会社ティラド (289)
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００２２２４８４）株式会社ティラド (289)
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