(57)【要約】【課題】熱交換器等に利用されるフィン付伝熱管において、伝熱特性がよくなり、かつ圧力損失を抑えられること。【解決手段】管体４４の外周部４６に該管体４４の径方向外方へ向けてフィン４２が突出するように設けられたフィン付伝熱管４１において、前記フィン４２が、前記管体４４の周方向に向けて分割された複数の分割フィンからなり、前記管体４４の周方向に区画される、少なくとも一部の領域に設けられる前記フィン４３の形状が他の領域に設けられる前記フィン４２の形状と異なることを特徴とする。【選択図】　　図１
2004125227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体の外周部に該管体の径方向外方へ向けてフィンが突出するように設けられ、前記フィンが、前記管体の周方向に向けて分割された複数の分割フィンからなり、前記管体の軸線を、流体の流動方向に交差させて該流体中に配置されるフィン付伝熱管において、
前記管体の周方向に区画される少なくとも一部の領域に設けられる前記分割フィンの形状が他の領域に設けられる前記分割フィンの形状と異なることを特徴とするフィン付伝熱管。
【請求項２】
請求項１記載のフィン付伝熱管において、
前記分割フィンが帯板状に形成されていることを特徴とするフィン付伝熱管。
【請求項３】
請求項１から２のいずれかに記載のフィン付伝熱管において、
前記フィンのうち、前記管体の軸線に交差する一方の側が流体の上流部とされるとともに同他方の側が流体の下流部とされ、前記上流部に位置する前記分割フィンがねじりを付与されたねじりフィンとされ、前記下流部に位置する分割フィンが表裏面が平坦な平坦フィンとされていることを特徴とするフィン付伝熱管。
【請求項４】
請求項１から２のいずれかに記載のフィン付伝熱管において、
前記管体の軸線周り方向の前記上流部と前記下流部との間が中間部とされ、前記上流部および下流部に位置する分割フィンが表裏面が平坦な平坦フィンとされ、前記中間部に位置する分割フィンがねじりを付与されたねじりフィンとされていることを特徴とするフィン付伝熱管。
【請求項５】
請求項１から２のいずれかに記載のフィン付伝熱管において、
前記上流部に位置する分割フィンの突出長さが前記下流部に位置する分割フィンの突出長さより大とされていることを特徴とするフィン付伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱交換器等に利用されるフィン付伝熱管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、熱交換器等に利用されるフィン付伝熱管は、各種のフィン形状を備えたものが採用されている。そのうち、管体の外周に巻かれたフィンの先端部に切込みが設けられたセレートフィンが主に利用されている。
【０００３】
図５、図６は、このような構造が備えられたフィン付伝熱管の例を示すものである。
図５に示すものは、フラットセレートフィン１１が備えられたフィン付伝熱管である。
フラットセレートフィン１１は、管体１２の外周部１４に該管体１２の径方向外方へ向けて突出するように設けられたものである。フラットセレートフィン１１は、管体１２に接合される環状基部１３と、該環状基部１３に連接され、管体１２の周方向に向けて分割された複数の分割フィン１６からなっている。分割フィン１６は、環状基部１３に連続してねじりが加えられていない平坦フィンとして構成されている。
【０００４】
図６に示すものは、ツイステッドセレートフィン２１が備えられたフィン付伝熱管である。
ツイステッドセレートフィン２１は、管体２２の外周部２４に該管体２２の径方向外方へ向けて突出するように設けられたものである。ツイステッドセレートフィン２１は、管体２２に接合される環状基部２３と、該環状基部２３に連接され、管体２２の周方向に向けて分割された複数の分割フィン２６からなっている。分割フィン２６は、環状基部２３に連続してねじりを付与されたねじりフィンとして構成されている。
【０００５】
図７に示すものは、ツイステッドセレートフィンにおける分割フィンの拡大図である。
ツイステッドセレートフィン９１は、前述のように管体９３と環状基部９４と分割フィン９２から構成されているが、分割フィン９２は、環状基部９４と同一平面にあった状態から分割フィン９２の先端部全体にねじりを加えることによりねじりフィンとなる。
【０００６】
図８に示すものは、フィン付伝熱管と、そのフィン付伝熱管の管体の外周付近を流れる流体のフローである。
図示されていないが、フィン付伝熱管３１は、熱交換器の内部に複数配列されている。流体は、上流部３５から管体３８の外周部３９の近傍をとおり下流部３６へ流れる。
【０００７】
また、従来のフィン付伝熱管として、例えば、特開平１０−２３８９８３号公報に示すように、熱交換器において、伝熱部の伝熱フィンとして、種々の形状のセレートフィンを使用するものがある（特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２３８９８３号公報（第１−８頁、第１−２０図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のフィン付伝熱管において、上記の図５に示すフラットセレートフィン１１が備えられたフィン付伝熱管１０は、分割フィン１６にねじりが加えられておらず、分割フィン１６による流体の乱流化が小さいため、フィン付伝熱管１０と流体との熱交換が十分でなく、熱交換効率が低くなるという問題があった。
また、上記の図６に示すツイステッドセレートフィン２１が備えられたフィン付伝熱管２０は、分割フィン１６にねじりが付与されており、分割フィン２６による流体の乱流化が大きく、フィン付伝熱管２０と流体との熱交換が十分であるために熱交換効率の向上を図ることができる反面、管外流れにおける流動抵抗が大きく圧力損失が大きくなるという問題があった。特に、フィン付伝熱管３１の中央部３２と最下流部３３の中間点３４から、フィン付伝熱管３１からの流体の剥離が生じることにより形成される死水域３７での圧力損失が大きくなるという問題があった。
【００１０】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、伝熱特性がよくなり、かつ圧力損失を抑えられるフィンが備えられたフィン付伝熱管を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に係る発明は、管体の外周部に該管体の径方向外方へ向けてフィンが突出するように設けられ、前記フィンが、前記管体の周方向に向けて分割された複数の分割フィンからなり、前記管体の軸線を、流体の流動方向に交差させて該流体中に配置されたフィン付伝熱管において、前記管体の周方向に区画される少なくとも一部の領域に設けられる前記分割フィンの形状が他の領域に設けられる前記分割フィンの形状と異なることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、一部の領域に設けられるフィンを他の領域に設けられるフィンと異なる形状にすることにより、管外流れの乱流化が促進され、伝熱特性が向上する。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のフィン付伝熱管において、前記分割フィンが帯板状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、分割フィンが帯板状に形成されることにより、管外流れの乱流化が促進され、熱交換の効率を上げることとなる。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１から２のいずれかに記載のフィン付伝熱管において、前記フィンのうち、前記管体の軸線に交差する一方の側が流体の上流部とされるとともに同他方の側が流体の下流部とされ、前記上流部に位置する前記分割フィンがねじりを付与されたねじりフィンとされ、前記下流部に位置する分割フィンがねじりを付与されていない平坦フィンとされていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、管体の上流部のみに設けられたフィンのねじりにより、流体の乱流化が促進され、管体の下流部のフィンが平坦であることにより、フィン付伝熱管の死水域に生じる流体の乱流化が抑制される。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１から２のいずれかに記載のフィン付伝熱管において、前記管体の軸線周り方向の前記上流部と前記下流部との間が中間部とされ、前記上流部および下流部に位置する分割フィンがねじりを付与されていない平坦フィンとされ、前記中間部に位置する分割フィンがねじりを付与されたねじりフィンとされていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、管体の中間部に位置するフィンのねじりにより、流体の乱流化が促進されることとなり、また、管体の中央部に位置し、下流部側の死水域まで備えられたフィンのねじりにより、フィン付伝熱管からの流体の剥離が抑制される。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１から２のいずれかに記載のフィン付伝熱管において、前記上流部に位置する分割フィンの突出長さが前記下流部に位置する分割フィンの突出長さより大とされていることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、管体の上流部にねじりが備えられたフィンを長くすることにより、伝熱面積が広げられるとともに流体の乱流化が促進され、管体の下流部のねじりが備えられたフィンを短くすることにより、フィン付伝熱管の死水域にかかる伝熱面の領域を小さくすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、この発明における第１の実施の形態を示す図であって、この発明を適用したフィン付伝熱管を示す図である。
図１において符号４１は、この発明を適用したフィン付伝熱管である。
フィン付伝熱管４１において、管体４４の軸線に交差する一方の側が流体の上流部４７とされるとともに、同他方の側が流体の下流部４８とされる。
フィン付伝熱管４１は、管体４４と、管体４４の上流部４７の外周部４６に径方向外方に向けて突出するように設けられたツイステッドセレートフィン４２と、管体４４の下流部４８の外周部４６に径方向外方に向けて突出するように設けられたフラットセレートフィン４３とからなる。
【００２２】
フラットセレートフィン４３は、上記図５に示すフラットセレートフィン１１であり、分割フィン１６は、ねじりを付与されていない平坦フィンとして板状に形成されている。また、ツイステッドセレートフィン４２は、上記図６に示すツイステッドセレートフィン２１であり、分割フィン２６は、ねじりを付与されたねじりフィンとして板状に形成されている。
【００２３】
上記の構成において、図示されていないが、フィン付伝熱管４１は、管体４４の軸線を、流体の流動方向に交差させて該流体中に配置される。
フィン付伝熱管４１は、例えば排ガスボイラ、熱回収用ボイラ、ＨＲＳＧすなわち排熱回収熱交換器などの伝熱管として利用されるものである。さらに、ボイラに限定せず、一般の熱交換器の伝熱管としての利用も可能である。
【００２４】
次に、上記の構成からなるフィン付伝熱管の作用について説明する。
熱交換器の内部に複数配列されたフィン付伝熱管４１の上流部４７より下流部４８へ、流体が流れる。フィン付伝熱管４１の上流部４７において、管体４４の上流部４７に設けられたツイステッドセレートフィン４２により、流体の乱流化が促進されツイステッドセレートフィン４２と効率よく接触するため、伝熱特性が向上される。さらに、フィン付伝熱管４１の下流部４８において、管体４４の下流部４８に設けられたフラットセレートフィン４３により、フィン付伝熱管４１の死水域４９に生じる流体の乱流が抑制され、したがって圧力損失が抑制されることになる。
【００２５】
上記の構成によれば、管体４４において優れた伝熱特性を有する領域を生かすことで、伝熱特性を向上することができる。また、管外流れにおいて流動抵抗となるフィン付伝熱管４１の死水域４９の影響を小さくすることで、圧力損失を抑制することができる。
【００２６】
図２は、この発明における第２の実施の形態を示す図であって、この発明を適用したフィン付伝熱管を示す図である。
図２において、符号５１は、この発明を適用したフィン付伝熱管である。
フィン付伝熱管５１において、管体４４の軸線に交差する一方の側が流体の上流部４７とされるとともに、同他方の側が流体の下流部４８とされる。また、管体４４の軸線周り方向の上流部４７と下流部４８との間が中間部４５とされる。
フィン付伝熱管５１は、管体４４と、管体４４の中間部４５に径方向外方に向けて突出するように設けられたツイステッドセレートフィン４２と、管体４４の上流部４７および下流部４８に径方向外方に向けて突出するように設けられたフラットセレートフィン４３とからなり、この構成は上記第１の実施の形態と同様である。
【００２７】
図２においては、上記第１の実施の形態における図１と同一構成要素には同一符号を付し、以下上記第１の実施の形態と異なる点についてのみ説明する。
フィン付伝熱管５１の上流部４７において、管体４４の中間部４５に設けられたツイステッドセレートフィン４２により、流体の乱流化が促進されツイステッドセレートフィン４２と効率よく接触するため、伝熱特性が向上される。
また、フィン付伝熱管５１の下流部４８において、管体４４の中間部４５に設けられたツイステッドセレートフィン４２により、フィン付伝熱管５１からの流体の剥離が抑制され、フィン付伝熱管５１の死水域４９の大きさが縮小し、したがって圧力損失が抑制されることになる。
このように、この第２の実施の形態においても、伝熱特性が向上され、圧力損失が抑制されることになるので、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
図３は、この発明における第３の実施の形態を示す図であって、この発明を適用したフィン付伝熱管を示す図である。
図３において、符号６１は、この発明を適用したフィン付伝熱管である。
フィン付伝熱管６１において、管体６４の軸線に交差する一方の側が流体の上流部６７とされるとともに、同他方の側が流体の下流部６８とされる。
フィン付伝熱管６１は、管体６４と、管体６４の外周部６６に径方向外方に向けて突出するように設けられたツイステッドセレートフィン６２とからなる。
ツイステッドセレートフィン６２の長さは、最上流部７０において最も長く、上流部６７から周方向に下流部６８へ進むにつれて短くなり、最下流部７２において最も短く形成されている。最上流部７０の上記フィン６２の長さは、最下流部７２の上記フィン６２の２倍程度の長さとなる。
【００２９】
ツイステッドセレートフィン６２は、管体６４の外周部６６に溶接などにより接合しながら巻き付けられる。その際、ツイステッドセレートフィン６２のうち、最も長い部分が最上流部７０に、最も短い部分が最下流部７２に接合されるように、あらかじめ図４のように製作しておく。
【００３０】
図４は、上記第３の実施の形態において、ツイステッドセレートフィン６２を管体６４に巻き付ける前の状態を示す展開図である。
図４において、符号７５は、巻き付ける前のツイステッドセレートフィンである。
【００３１】
フィン付伝熱管６１の上流部６７において、管体６４の上流部６７に設けられたツイステッドセレートフィン６２を長くすることにより、管体６４の上流部６７の伝熱面積が広げられるため、伝熱特性が向上される。
また、フィン付伝熱管６１の下流部６８において、管体６４の下流部６８に設けられたツイステッドセレートフィン６２を短くすることにより、フィン付伝熱管７１の死水域６９の大きさが縮小され、したがって圧力損失が抑制されることになる。
このように、この第３の実施の形態においても、伝熱特性が向上され、圧力損失が抑制されることになるので、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したこの発明のフィン付伝熱管においては、以下の効果を奏する。
請求項１に係る発明によれば、管体の外周に設けられたフィンの形状を部分的に変えているので、伝熱特性の向上を図ることができ、また、圧力損失を抑制することができる。
【００３３】
請求項２に係る発明によれば、分割フィンが帯板状に形成されているので、伝熱特性の向上を図ることができる。
【００３４】
請求項３に係る発明によれば、管外流れ上流部において、管体の外周に設けられたフィンにねじりを設けるので、伝熱特性の向上を図ることができる。また、下流部では、管体の外周に平坦なフィンを設けているので、圧力損失を抑制することができる。
【００３５】
請求項４に係る発明によれば、管体の中間部のフィンにねじりを設けることにより、フィン付伝熱管からの流体の剥離が起きにくくなるので、流体の乱流化を抑えることができ、よって圧力損失を抑制することができる。
【００３６】
請求項５に係る発明によれば、管体の上流部において、ねじりが備えられたフィンを長く設けるので、伝熱特性の向上を図ることができ、また、下流部において、ねじりが備えられたフィンを短く設けるので、圧力損失を抑制することができる。なお、上記フィンの長さは、長く設けたフィンは短く設けたフィンの２倍程度とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明における第１の実施の形態に係るフィン付伝熱管の側面図である。
【図２】この発明における第２の実施の形態に係るフィン付伝熱管の側面図である。
【図３】この発明における第３の実施の形態に係るフィン付伝熱管の側面図である。
【図４】上記第３の実施の形態において、ツイステッドセレートフィンを管体に巻き付ける前の状態の展開図である。
【図５】フラットセレートフィンを有するフィン付伝熱管の斜視図である。
【図６】ツイステッドセレートフィンを有するフィン付伝熱管の斜視図である。
【図７】ツイステッドセレートフィンにおける分割フィンの拡大図である。
【図８】フィン付伝熱管に流れる流体の状態を示すフロー図である。
【符号の説明】
１０、２０、３１、４１、５１、６１　フィン付伝熱管
１１、４３　フラットセレートフィン
２１、４２、６２　ツイステッドセレートフィン
【図１】
2004125227.tif 000003
【図２】
2004125227.tif 000004
【図３】
2004125227.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004125227.tif 000007
【図６】
2004125227.tif 000008
【図７】
2004125227.tif 000009
【図８】
2004125227.tif 000010