(57)【要約】【課題】  パイプ背後の剥離流れを抑制し、圧力損失を低減して、同一送風機入力下での熱交換能力を増加させることのできる熱交換器を提供する。【解決手段】  内部を冷媒が流れる複数のパイプ１と、気流の流れ４に沿って設けられ、複数のパイプ１が貫通するフィン２と、フィン２の表面に設けられた切り起こし３とを備えた熱交換器において、切り起こし３は、段方向に並ふ複数のパイプ間の領域で、かつ少なくとも複数のパイプの中心を結ぶ中心線より下流側に設けられるとともに、切り起こしの脚部３ａはパイプ１の外周面に沿ってパイプ１の近傍に設けられ、気流の流れ方向に沿った切り起こし３の幅ａが、フィン２のパイプ貫通部におけるフィンカラー５の外径Ｄｃの１／４以上かつ１／３以下であるように構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を冷媒が流れる複数のパイプと、上記気流の流れに沿って設けられ、上記複数のパイプが貫通するフィンと、上記フィンの表面に設けられた切り起こしとを備えた熱交換器において、
上記切り起こしは、気流の流れ方向に対して交差する方向に並ぶ隣接する複数のパイプ間の領域に、少なくとも上記複数のパイプの中心を結ぶ中心線より上流側と下流側とに略対称に１個づつ設けられ、
上記上流側の切り起こしは、上記隣接する複数のパイプの上流側端部を結ぶ線より上流側および下流側に跨って設けられ、
上記下流側の切り起こしは、上記隣接する複数のパイプの下流側端部を結ぶ線より上流側および下流側に跨って設けられ、
少なくとも下流側に設けられる上記切り起こしの脚部は上記パイプの外周面に沿って上記パイプの近傍に設けられ、上記気流の流れ方向に沿った上記切り起こしの幅ａが、上記フィンのパイプ貫通部におけるフィンカラーの外径Ｄｃの１／４以上かつ１／３以下であることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
上流側に設けられる上記切り起こしの脚部は、上記気流の流れ方向に沿った上記切り起こしの幅ａが、上記フィンのパイプ貫通部におけるフィンカラーの外径Ｄｃの１／４以上かつ１／３以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
上流側の上記切り起こし及び下流側の上記切り起こしの各切り起こしの両端の脚部が、それぞれ隣接するパイプの外周面の近傍に当該外周面に沿って設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に関するものであり、特に熱交換器のフィンの構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５（ａ）（ｂ）は、例えば特開平１１−１８３０７６号公報に記載の従来の熱交換器を示す平面構成図及びフィンの側面図である。図において、１は冷媒を流すパイプ、２は多数積層されるフィンであり、複数のパイプ１がフィン２を貫通して、段方向及び列方向に配置される。３は熱交換器の熱交換性能の向上のためにフィン２に施された切り起こしであり、脚部３ａと水平部３ｂとからなる。また、切り起こし３は段方向に並ぶパイプ１とパイプ１に挟まれた領域で、かつパイプ１の近傍に位置して設けられており、また段方向に並ぶパイプ１の中心を結ぶ中心線より上流側と下流側にそれぞれ１個づつ設けられている。４は流入する気流の向き、５はフィン２に設けられたフィンカラーであり、パイプ１に密着している。
【０００３】
熱交換器のパイプ１はあらかじめフィン２のパイプ貫通部に加工された穴に貫通され、拡管工程により、穴の周囲に設けられたフィンカラー５と密着している。冷却もしくは過熱される空気は送風機により熱交換器の前面から流入する。熱交換器のフィン間に流入した気流の一部は、パイプ１に衝突してパイプ１の側面近傍で通過断面積減少のために速度を増すので、直進する慣性力が大きく、パイプ１の下流側に回り込むことができず、パイプ背後に剥離流れを生じる。このとき生じる渦は、パイプ近傍での速度の増加により静圧から変換された運動エネルギーを熱として散逸させてしまうため、再び静圧に回復できず、圧力損失となる。切り起こしの脚部３ｂは、上記剥離流れの発生をある程度防ぎ、気流をパイプ１の背後に導入するために、パイプの曲面に沿う形で気流に対して傾斜して置かれるのが普通である。
なお、本従来例では、図５に示すように、切り起こしの幅ａに対する、上流側の切り起こしと下流側の切り起こしとの間隔ｂの比を４．５〜７とし、気流の圧力損失が出来るだけ小さく、熱交換性能を出来るだけ大きくするよう設定している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の熱交換器は以上のように構成されており、切り起こし３が、段方向に並ぶ複数のパイプの中心を結ぶ中心線の両側にそれぞれ設けられ、かつ切り起こしの幅ａに対する切り起こしの間隔ｂの比を４．５〜７としているが、最適な切り起こしの幅ａは切り起こしと切り起こしとの間隔ｂのみにより規定されているため、切り起こし幅ａがパイプ１の直径に対して短いと、図６に示すように、切り起こし脚部３ａにより気流がパイプ１の背後に十分導入されず、剥離流れが生じ、パイプ下流側に剥離領域１１が発生することとなる。脚部３ａの背後においてもまた剥離流れが生じ、切り起こし脚部下流側に剥離領域１２が発生してしまうため、かえって圧力損失が増加するという問題があった。その結果、送風機入力の増加を招き、消費電力の増加につながるという問題があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、切り起こしの寸法を最適化して、パイプの背後の剥離流れを抑制し、圧力損失を低減することにより、同一送風機入力下での熱交換能力を増加させることのできる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の熱交換器は、内部を冷媒が流れる複数のパイプと、上記気流の流れに沿って設けられ、上記複数のパイプが貫通するフィンと、上記フィンの表面に設けられた切り起こしとを備えた熱交換器において、上記切り起こしは、気流の流れ方向に対して交差する方向に並ふ複数のパイプ間の領域で、かつ少なくとも上記複数のパイプの中心を結ぶ中心線より下流側に設けられるとともに、上記切り起こしの脚部は上記パイプの外周面に沿って上記パイプの近傍に設けられ、上記気流の流れ方向に沿った上記切り起こしの幅ａが、上記フィンのパイプ貫通部におけるフィンカラーの外径Ｄｃの１／４以上かつ１／３以下であるものである。
【０００７】
また、この発明の熱交換器は、上記熱交換器において、上記切り起こしが複数のパイプの中心を結ぶ中心線より上流側と下流側とに略対称に１個づつ設けられているものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、この発明の熱交換器によれば、内部を冷媒が流れる複数のパイプと、上記気流の流れに沿って設けられ、上記複数のパイプが貫通するフィンと、上記フィンの表面に設けられた切り起こしとを備えた熱交換器において、上記切り起こしは、気流の流れ方向に対して交差する方向に並ふ複数のパイプ間の領域で、かつ少なくとも上記複数のパイプの中心を結ぶ中心線より下流側に設けられるとともに、上記切り起こしの脚部は上記パイプの外周面に沿って上記パイプの近傍に設けられ、上記気流の流れ方向に沿った上記切り起こしの幅ａが、上記フィンのパイプ貫通部におけるフィンカラーの外径Ｄｃの１／４以上かつ１／３以下であるので、パイプ下流側の剥離領域が減少し、また切り起こし脚部においても背後に剥離領域が形成され難いため、圧力損失が減少する。したがって、同一送風機入力において風量が増加し、熱交換性能が向上するという効果を奏する。
【０００９】
また、この発明の熱交換器によれば、上記熱交換器において、上記切り起こしが複数のパイプの中心を結ぶ中心線より上流側と下流側とに略対称に１個づつ設けられているので、熱交換性能の高いものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による熱交換器を示す平面構成図及び側面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による熱交換器の気流の流れを説明する図である。
【図３】ａ／Ｄｃを変化させた場合の、熱交換器の圧力損失および熱伝達率の数値計算結果をａ／Ｄｃ＝０の際の値で規格化して示す図である。
【図４】ａ／Ｄｃを変化させた場合の、同一送風機入力における熱交換能力の変化をａ／Ｄｃ＝０の際の値で規格化して示す図である。
【図５】従来の熱交換器を示す平面構成図及びフィンの側面図である。
【図６】従来の熱交換器の気流の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態１による熱交換器を示す平面構成図及び側面図である。図において、１は冷媒を流すパイプ、２は気流の流れに沿って多数積層されるフィンであり、複数のパイプ１がフィン２を貫通して、気流の流れに直交（交差）する方向（段方向）、および気流の流れに沿った方向（列方向）に配置される。３は熱交換器の熱交換性能の向上のためにフィン２に施された切り起こしであり、脚部３ａと水平部３ｂとからなる。また、上記切り起こし３は段方向に並ぶパイプ１とパイプ１に挟まれた領域で、かつパイプ１の近傍に位置して設けられており、また段方向に並ぶパイプ１の中心を結ぶ中心線より上流側と下流側とにそれぞれ１個づつ略対称に設けられている。切り起こし脚部３ａはパイプ１の外周面に沿って設けられており、気流の方向に対して傾斜している。４は流入する気流の向き、５はフィン２に設けられたフィンカラーであり、パイプ１に密着している。Ｄｃはパイプ１をフィン２のパイプ貫通部に挿入した後のフィンカラー５の外径であり、Ｄｐは段方向に並ぶパイプ間の距離、Ｌｐは列方向に並ぶパイプ間の距離、ａは切り起こし３の気流方向に沿った幅、θは気流方向に対する切り起こし脚部３ａの傾斜角である。また、ｃはフィン先端から切り起こし前縁までの距離、Ｈは積層フィン間距離である。本実施の形態においては、θは４５度、Ｄｃは７．５５ｍｍ、ａは２ｍｍであり、ａ／Ｄｃ＝０．２６４である。
【００１２】
図２に気流の流れを示す。熱交換器前面から流入した気流はパイプ間に設けられた上流側切り起こし３とパイプ近傍部分を通過し、その後下流側の切り起こし脚部３ａに衝突するが、切り起こし脚部３ａの気流に沿った長さは２．８ｍｍと長いため、気流は脚部３ａの表面に沿ってパイプ１の背後の領域に導入される。一方、切り起こし脚部３ａの背後においては、脚部３ａの気流に沿った長さが十分に長いので、脚部３ａの背後に回り込んだ気流が脚部背面側に到達し、その後脚部背面に沿って流れ、風速分布が均一化し、静圧が回復する。切り起こし３およびパイプ１の下流では均一に近い流速分布となり、気流は熱交換器の外に排出される。
【００１３】
本実施の形態の熱交換器について、同一寸法で切り起こしのない熱交換器との能力の比較を行った。その結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
上記表によれば、本実施の形態の切り起こしを設けたことにより、圧力損失は３７％上昇し、熱伝達率は４７％向上する。また、熱交換器能力は１５％向上する。
【００１６】
図３に、ａ／Ｄｃを変化させた場合の、熱交換器の圧力損失および熱伝達率の数値計算結果を、ａ／Ｄｃ＝０の際の値で規格化して示す。また図４に、ａ／Ｄｃを変化させた場合の、同一送風機入力における熱交換能力の変化を、ａ／Ｄｃ＝０の際の値で規格化して示す。熱交換器は気流に沿ってパイプ１を２列有するものについて計算し、１列あたりの気流方向に沿った切り起こし３の個数は２個であり、段方向に並ぶ複数のパイプ１の中心を結ぶ中心線に対して上流側と下流側に対称配置とし、フィン先端から切り起こし前縁までの距離ｃは列ピッチＬｐの１／１０としている。積層フィン間距離Ｈは、Ｈ／Ｄｃ＝０．１６、パイプの列ピッチＬｐは、Ｌｐ／Ｄｃ＝１．６８、パイプの段ピッチＤｐはＤｐ／Ｄｃ＝２．７とした。また、図３の計算では、熱交換器の前面風速は１ｍ／ｓとし、図４の計算では、標準的なユニット搭載条件にて計算している。
【００１７】
図３の結果によれば、圧力損失については、ａ／Ｄｃが０．１程度でピークを有しており、それ以上の領域では単調に低下する。これは以下のような理由による。すなわち、切り起こし３の幅ａを増加させると摩擦損失が増加するが、同時にパイプ下流に導入される気流量が増加し、剥離領域が狭く抑えられるため、剥離による形状損失は減少し、トータルとして圧力損失は減少するためである。一方、熱伝達率はａ／Ｄｃが０．２程度でピークをもち、それ以上の領域では単調に低下する。これはパイプの下流側に気流が導入される効果により実質的な伝熱面積が増加するためである。また、図４の結果によれば、主に圧力損失の減少により風量が増加し、熱交換能力が向上することがわかる。そして、熱交換能力は、本実施の形態１に示す構成の、ａ／Ｄｃ＝０．２６４付近においてピークを示す。
【００１８】
図３、図４に示す計算結果からわかるように、本実施の形態の熱交換器は、ａ／Ｄｃ＝０．２６４、即ち、切り起こしの幅ａがパイプ挿入部のフィンカラー外径Ｄｃの０．２６４倍に設計されているため、パイプ下流側の剥離領域が減少し、圧力損失が減少する。その結果、同一送風機入力において風量が増加し、熱交換性能が向上するという効果を奏する。
【００１９】
なお、本実施の形態では、熱交換器の各部寸法について単一の条件にて検討した結果を示したが、通常の熱交換器における各部寸法、即ち、積層フィン間の距離ＨについてＨ／Ｄｃ＝０．１〜０．３、パイプの列ピッチＬｐについてＬｐ／Ｄｃ＝１．５〜３、パイプの段ピッチＤｐについてＤｐ／Ｄｃ＝２〜４、熱交換器の前面風速０．５〜２ｍ／ｓの範囲で検討した結果、熱交換能力が最大となるａ／Ｄｃの範囲は、ａ／Ｄｃが１／４以上かつ１／３以下の範囲である。
【００２０】
また、上記実施の形態においては、切り起こしがパイプ１列あたりに２個、即ち、切り起こしが段方向に並ぶ複数のパイプの中心を結ぶ中心線より上流側と下流側に１個づつ対称に設けられたものにおいて、熱交換能力が最大となるａ／Ｄｃの範囲を示したが、上記寸法範囲は少なくとも下流側の切り起こしに対してのみ満たしていればよい。
また、切り起こしの数もパイプ１列あたりに２個づつ設けるものに限らない。熱伝達率は少し低下するが、少なくとも下流側に、上記寸法範囲のものが１個づつあればよい。
【符号の説明】
【００２１】
１  パイプ、２  フィン、３  切り起こし、３ａ  脚部、３ｂ  水平部、４  気流の向き、５  フィンカラー、１１  パイプ下流剥離領域、１２  切り起こし脚部下流剥離領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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