(57)【要約】【課題】  内陸都市部の地下水の枯渇問題を回避すると共に、冷却水の乏しい内陸地域においても電力設備を経済的に建設することのできる高性能な空冷コンデンサ用のフィンチューブを提供する。【解決手段】  扁平形状のチューブ１と、外形々状が略同じ矩形をなし、対向する長辺端部１１ａ，１１ｂが略直角に折り曲げられ、これらの長辺端部間にその表面から裏面に貫通する複数の開口１３が形成されると共に、開口の一方の短辺方向端部からそれぞれ突出し、短辺と平行な仮想線分に対して所定の角度だけ傾斜したルーバー１２が形成され、折り曲げられた長辺端部の一方１１ｂがチューブ１の外側扁平部にそれぞれ接合されると共に、折り曲げられた長辺端部の他方１１ａが互いに他と接合されて断面形状がそれぞれ矩形の空気流路１４を順次に形成する多数のフィン１１Ａ〜１１Ｇと、を備える。【選択図】  図１
2005308311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平形状のチューブと、
外形々状が略同じ矩形をなし、対向する長辺端部が略直角に折り曲げられ、これらの長辺端部間にその表面から裏面に貫通する複数の開口が形成されると共に、前記開口の一方の短辺方向端部からそれぞれ突出し、短辺と平行な仮想線分に対して所定の角度だけ傾斜したルーバーが形成され、折り曲げられた前記長辺端部の一方が前記チューブの外側扁平部にそれぞれ接合されると共に、折り曲げられた前記長辺端部の他方が互いに他と接合されて断面形状がそれぞれ矩形の空気流路を順次に形成する多数のフィンと、
を備えたフィンチューブ。
【請求項２】
前記開口及びルーバーは長辺方向に複数個形成されると共に、１列又は複数列形成される請求項１に記載のフィンチューブ。
【請求項３】
前記ルーバーの傾斜角度は約４５度である請求項１又は２に記載のフィンチューブ。
【請求項４】
扁平形状のチューブと、
外形々状が略同じ矩形をなし、対向する長辺端部が略直角に折り曲げられ、これらの長辺端部間にそれぞれ長辺方向にその表面から裏面に貫通する複数の開口が並ぶオフセットルーバーが形成され、折り曲げられた前記長辺端部の一方が前記チューブの外側扁平部にそれぞれ接合されると共に、折り曲げられた前記長辺端部の他方が互いに他と接合されて断面形状がそれぞれ矩形の空気流路を順次に形成する多数のフィンと、
を備えたフィンチューブ。
【請求項５】
前記フインは、対向する長辺端部が同一の方向に折り曲げられたものを用いるか、又は、互いに反対の方向に折り曲げられたものを用いる請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフィンチューブ。
【請求項６】
隣接する前記フィンは、互いに異なる位置に前記開口が形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフィンチューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空冷コンデンサに用いられるフィンチューブに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の空冷コンデンサに使用されるフィンチューブとして、図８にその一部を破断して斜視図で示したように、内部に蒸気を通してこれを凝縮せしめる扁平形状のチューブ２１の外側扁平部２２に、アルミ製の帯板を蛇行形状に成形し、成形部の一端を外側扁平部２２にロウ付けしたフィンチューブ２０が採用されている。図９はアルミ製の帯板を成形してなる蛇行形状のフィン２３の一端を外側扁平部２２にロウ付けした状態を示した拡大断面図である。
【０００３】
図８及び図９に示したフィン２３は、例えば、板厚０．３ｍｍ程度、幅２００ｍｍ程度のアルミベースの帯板を高さ１９ｍｍ程度の蛇腹形状に成形し、それぞれの山のピッチが２〜３ｍｍ程度になるようにして、チューブ２１の外側扁平部２２にロウ付けによって接合される。従って、フィンチューブ２０は全体として、その長手方向とフィン２３の蛇行方向とが一致し、かつ、フィン２３の幅はチューブ２１の外側扁平部２２の幅と同等になるように製造される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
上記のように構成されたフィンチューブ２０では、その外側に別途設置されるファンにより発生する冷却空気を導き、この冷却空気をフィン２３の蛇行方向と直角方向に、蛇行形状のフィン２３の間を通過させて冷却している。
【特許文献１】特開平９−２８０７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、フィンチューブ２０を使用した空冷コンデンサにおいては、一般的に巨大な設置面積を必要とする。都市部等の地価が高い地域においては、地下水の節減や設置面積の縮小化が強く望まれているにも拘わらず、フィンチューブ２０のフィン形状により伝熱性能がどのように変化するのかが解明されておらず、すなわち、よりコンパクトな空冷コンデンサを提供するための情報が不足しているため、建設費の有効な低減や運転コストの低減を図ることが困難であった。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は内陸都市部の地下水の枯渇問題を回避すると共に、冷却水の乏しい内陸地域においても電力設備を経済的に建設することのできる高性能な空冷コンデンサ用のフィンチューブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のようなフィンチューブの伝熱特性に関して各種パラメーターの影響を調査してみると以下の点が明らかになった。すなわち、フィンチューブの伝熱性能に関する主要な形状パラメーターとして、フィン高さ、フィンピッチ、フィン長さ、フィン厚さが考えられる。これらのパラメーターを種々に組み合わせた複数の条件で解析を行い、その解析結果から逆にそれぞれのパラメーターの性能、流動空気の圧力損失に与える影響を評価した。図１０はその結果の一例で、フィンの高さと伝熱性能との関係を示した線図である。
【０００８】
図１０の特性線Ｐから明らかなように、伝熱性能は、フィン高さが高いほど大きくなる。しかし、フィンチューブのピッチも大きくなるため、全体としての空冷コンデンサの形状が大きくなる可能性があった。一方、図示を省略するが、フィン長さについては長くなるほど性能が低下することが明らかになった。これはフィンの長さが長くなっても、空気の下流側では、空気温度が上昇しており、交換熱量の増加に寄与する割合が低下するためと考えられる。
【０００９】
本発明はこれらフィンの高さ及び長さを勘案しつつ、狭い空間を通過する空気の状況は、空気の動粘性係数、流動速度、代表寸法で表される無次元のレイノルズ数Ｒｅが２３００以下の場合には流動状況が層流となり、２３００を超えるに従って流動状況が乱流になり、このうち、層流といわれる流動状況においては壁面と垂直方向には流体粒子が入れ替わらず熱伝達係数が低くなるのに対して、乱流といわれる流動状況においては壁面と垂直方向への流体粒子の入れ替わりが促進されるため熱伝達係数が高くなることに着目してなされたものである。
【００１０】
そこで、請求項１に係る発明は、扁平形状のチューブと、外形々状が略同じ矩形をなし、対向する長辺端部が略直角に折り曲げられ、これらの長辺端部間にその表面から裏面に貫通する複数の開口が形成されると共に、開口の一方の短辺方向端部からそれぞれ突出し、短辺と平行な仮想線分に対して所定の角度だけ傾斜したルーバーが形成され、折り曲げられた長辺端部の一方がチューブの外側扁平部にそれぞれ接合されると共に、折り曲げられた長辺端部の他方が互いに他と接合されて断面形状がそれぞれ矩形の空気流路を順次に形成する多数のフィンと、を備えたフィンチューブである。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のフィンチューブにおいて、開口及びルーバーは長辺方向に複数個形成されると共に、１列又は複数列形成されたものである。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のフィンチューブにおいて、ルーバーの傾斜角度は約４５度としたものである。
【００１３】
請求項４に係る発明は、扁平形状のチューブと、外形々状が略同じ矩形をなし、対向する長辺端部が略直角に折り曲げられ、これらの長辺端部間にそれぞれ長辺方向にその表面から裏面に貫通する複数の開口が並ぶオフセットルーバーが形成され、折り曲げられた長辺端部の一方がチューブの外側扁平部にそれぞれ接合されると共に、折り曲げられた長辺端部の他方が互いに他と接合されて断面形状がそれぞれ矩形の空気流路を順次に形成する多数のフィンと、を備えたフィンチューブである。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフィンチューブにおいて、フインは、対向する長辺端部が同一の方向に折り曲げられたものを用いるか、又は、互いに反対の方向に折り曲げられたものを用いる。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフィンチューブにおいて、隣接するフィンは、互いに異なる位置に開口が形成されているものを用いる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、内陸都市部の地下水の枯渇問題を回避すると共に、冷却水の乏しい内陸地域においても電力設備を経済的に建設することのできる高性能な空冷コンデンサ用のフィンチューブを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るフィンチューブの第１の実施形態の概略構成を、その一部を破断して示した斜視図である。同図において、チューブ１は内部に蒸気を通してこれを凝縮せしめるもので扁平形状を有している。このチューブ１の外側扁平部２に外形々状が略同じでそれぞれ矩形をなした多数のフィン１１Ａが、例えば、ロウ付けにより接合されている。フィン１１Ａは対向する長辺端部が同じ方向に略直角に折り曲げられ、かつ、これらの長辺端部の中間部が複数の箇所で切り起こされてその切り起こし部であるルーバー１２と開口１３とが形成され、端部の一方がチューブ１の外側扁平部２にそれぞれ接合されると共に、他方の端部が互いに他と接合されて断面形状がそれぞれ矩形の空気流路１４が順次に形成されている。そして、チューブ１と多数のフィン１１Ａとでフィンチューブ１０が構成される。なお、チューブ１の他の外側扁平部２にも上述したと同様なフィン１１Ａが接合されるが、図面の簡単化のために省略している。
【００１８】
図２はフィン１１Ａの詳細な構成を示す斜視図である。ここで、フィン１１Ａは外形々状が矩形をなし、長辺端部が同じ方向に折り曲げられて折り曲げ部１１ａ，１１ｂを形成している。これらの折り曲げ部１１ａ，１１ｂのうち、一方の折り曲げ部１１ｂがチューブ１の外側扁平部２にロウ付けされ、他方の折り曲げ部１１ａの先端が他のフィンの折り曲げ部１１ａの基端にロウ付けされる。ルーバー１２及び開口１３はフィンの高さ方向、すなわち、Ｙ方向の中央部で、フィン長手方向、すなわち、Ｘ方向に略等間隔で３箇所に形成されている。そして、ルーバー１２はそれぞれ短辺と平行な仮想線分に対して４５度の傾斜を持つように形成されている。
【００１９】
因みに、フィン高さＡを約２２ｍｍとしたとき、折り曲げ部１１ａ，１１ｂの幅Ｂは２ｍｍ程度で、ルーバー１２を折り曲げ部１１ａ，１１ｂから約６ｍｍ離して形成したときＸ方向のルーバーピッチＣはルーバー１２の長さの１〜２倍として、ルーバー１２自体の高さを約１〜２ｍｍとしている。
【００２０】
図２に示す多数のフィン１１Ａをチューブ１の外側扁平部２に、折り曲げ部１１ｂの幅でチューブ１の長手方向に詰めて並べた状態でロウ付けし、さらに、折り曲げ部１１ａを互いに隣接するものどうしをロウ付けすることによって、図１に示したように断面形状が矩形の多数の空気流路１４が形成される。この場合、ルーバー１２の傾斜方向は全て同一の方向に揃えることが重要である。
【００２１】
上記の構成により、例えば、図２中に矢印Ｗで示した方向に冷却空気が導入されると、この冷却空気はルーバー１２によってその一部がチューブ１に接合された折り曲げ部１１ｂ側に偏向せしめられ、他の一部が開口１３を通って隣接する空気流路１４に流出し、残りの一部がルーバー１２と折り曲げ部１１ａとの間を通ることになり、この結果、矢印Ｗで示した空気の流動状況は乱流となって空気流路１４を通過する。また、折り曲げ部１１ｂの近傍を流通する空気はその速度が増し、さらに、速度が増した空気の一部は気圧の低下に伴って、隣接する空気流路１４の空気を、開口１３を通して流出、入させる作用が行われる。
【００２２】
かくして、図１及び図２に示した第１の実施形態によれば、フィン１１Ａにルーバー１２及び開口１３を設けたことにより、冷却空気の流動状況が乱流になり、壁面と垂直方向への流体粒子の入れ替わりが促進されて熱伝達係数が高くなるため、空冷コンデンサ用のフィンチューブの高性能化が実現される。
【００２３】
図３は本発明に係るフィンチューブの第２の実施形態として、チューブ１との接合状態を省略し、フィンの形状のみを示した斜視図である。図中、図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示したフィン１１Ｂは長辺端部の一方の折り曲げ部１１ａと他方の折り曲げ部１１ｃとを互いに反対の方向に折り曲げた点が図２に示したフィン１１Ａと異なるだけで、これ以外は図２と全て同一に構成されている。この図３に示したフィン１１Ｂをチューブ１の外側扁平部２に、折り曲げ部１１ｃの幅でチューブ１の長手方向に詰めて並べた状態でロウ付けし、さらに、折り曲げ部１１ａを互いに隣接するものどうしをロウ付けすることによって、図１に示したように断面形状が矩形の多数の空気流路１４が順次に形成される。この場合、ルーバー１２の傾斜方向は全て同一の方向に揃えることが重要である。
【００２４】
かくして、図３にフィン１１Ｂを示した第２の実施形態によっても、空冷コンデンサ用のフィンチューブの高性能化が実現される。
【００２５】
図４は本発明に係るフィンチューブの第３の実施形態として、チューブ１との接合状態を省略し、フィンの形状のみを示した斜視図である。図中、図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示したフィン１１Ｃにはフィンの高さ方向、すなわち、Ｙ方向にルーバー及び開口を２列形成したもので、フィンの長手方向、すなわち、Ｘ方向にそれぞれ板を切り起こして開口すると同時に１列目のルーバー１２１１，１２１２，１２１３と、２列目のルーバー１２２１，１２２２，１２２３とが形成されている。この場合、Ｘ方向で見た１番目のルーバー１２１１とルーバー１２２１とは傾斜角は同じで互いに同一の延長線上に揃えて形成されている。同様に、Ｘ方向で見た２番目のルーバー１２１２及びルーバー１２２２、並びに、３番目のルーバー１２１３及びルーバー１２２３の各傾斜角は同じで互いに同一の延長線上に揃えて形成されている。
【００２６】
このように、恰も、図２に示したルーバー１２及び開口１３を分割して形成することにより、冷却空気の流動状況が乱流になりやすいという利点が得られる。
【００２７】
図５は本発明に係るフィンチューブの第４の実施形態として、チューブ１との接合状態を省略し、フィンの形状のみを示した斜視図である。図中、図４と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示したフィン１１Ｄはフィンの高さ方向、すなわち、Ｙ方向にルーバー及び開口を２列形成したもので、フィンの長手方向、すなわち、Ｘ方向にそれぞれ板を切り起こして開口すると同時に１列目のルーバー１２１１，１２１２，１２１３と、２列目のルーバー１２２１，１２２２，１２２３とが形成されている。この場合、Ｘ方向で見た１番目のルーバー１２１１及びルーバー１２２１は冷却空気の流通端から同じ距離に揃えて形成されている。同様に、Ｘ方向で見た２番目のルーバー１２１２及びルーバー１２２２、並びに、３番目のルーバー１２１３及びルーバー１２２３も冷却空気の流通端から同じ距離に揃えて形成されている。
【００２８】
これによって、空気の流動状況は図４に示したものと若干の相違があるものの、乱流の状態を作りやすいという利点が得られる。
【００２９】
図６は本発明に係るフィンチューブの第５の実施形態として、チューブ１との接合状態を省略し、互いに隣接する一対のフィンの形状を重ねて、その一部を破断して示した側面図である。この実施形態は、フィン長手方向の互いに異なる位置にルーバー１２及び開口１３を２列形成してなるフィン１１Ｅと、ルーバー１２′及び開口１３′を２列形成してなるフィン１１Ｆとをチューブ１の長手方向に交互に配置したものを示している。この場合、ルーバー１２及び開口１３とルーバー１２′及び開口１３′とはフィン長手方向に丁度半ピッチずつずれた位置に形に成されている。
【００３０】
このように構成することによって、冷却空気の流動状況がさらに乱流になりやすくすることができる。
【００３１】
図７は本発明に係るフィンチューブの第６の実施形態として、チューブ１との接合状態を省略し、フィンの形状のみを示した斜視図である。ここに示したフィン１１Ｇは対向する長辺端部が同じ方向に略直角に折り曲げられて折り曲げ部１１ａ，１１ｂが形成されている。そして、これらの折り曲げ部１１ａ，１１ｂの中間部に、上記の各実施形態とは異なるオフセットルーバー１５が空気の流通方向に３個形成されている。このオフセットルーバー１５はフィンの一部を平行に断裁すると共に、台形状に持ち上げるようにプレス成形したもので、空気の流通方向に開口１６が並べて形成される。
【００３２】
この場合、冷却空気の一部が上流側の開口１６から隣接する空気流路１４に流出したり、隣接する空気流路１４の冷却空気が下流側の開口１６から流入したりすることとなり、上記の各実施形態と同様に冷却空気の流動状況が乱流になり、壁面と垂直方向への流体粒子の入れ替わりが促進されて熱伝達係数が高くなるため、空冷コンデンサ用のフィンチューブの高性能化が実現される。
【００３３】
因みに、オフセットルーバー１５のフィン高さ方向の持ち上げ長さＡを１２．５ｍｍ、折り曲げ部１１ａ，１１ｂとの間隔を５ｍｍ、フィン長手方向の幅Ｂを５ｍｍ、隣接するオフセットルーバー１５との間隔を２５ｍｍとしたものを作成することによって好結果が得られた。
【００３４】
なお、オフセットルーバー１５は図７に示すように冷却空気の流通方向に３個形成するだけでなく、フィン高さ方向に複数列形成したり、あるいは、図６を用いて説明したように、隣接するものが互いに半ピッチずつずれるように２種類のものを形成し、チューブ１の外側扁平部２に交互に接合するようにしても上述したと同様な効果が得られる。
【００３５】
なおまた、図７に示したフィン１１Ｇは長辺端部が同じ方向に折り曲げられているが、これらの長辺端部を互いに逆の方向に折り曲げても上述したと同様に空冷コンデンサ用のフィンチューブの高性能化が実現される。
【００３６】
かくして、上記の各実施形態によれば、空冷コンデンサ用のフィンチューブの高性能化が実現され、これによって、内陸都市部の地下水の枯渇問題を回避すると共に、冷却水の乏しい内陸地域においても電力設備を経済的に建設することができる。
【００３７】
なお、上述したように、フィンの伝熱性能の向上により流入上記量の増大をもたらすことになる。流入蒸気量が増大すると流速が増加し、圧力損失も増加することになる。この圧力損失の増加は伝熱性能の増大効果を低減するため、伝熱性能の向上分よりもチューブ１の断面積を大きくしておけば、流速の増加はないので、圧力損失による性能低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るフィンチューブの第１の実施形態の概略構成を、その一部を破断して示した斜視図。
【図２】図１に示したフィンチューブを構成するフィンの詳細な構成を示す斜視図。
【図３】本発明に係るフィンチューブの第２の実施形態として、チューブとの接合状態を省略し、フィンの形状のみを示した斜視図。
【図４】本発明に係るフィンチューブの第３の実施形態として、チューブとの接合状態を省略し、フィンの形状のみを示した斜視図。
【図５】本発明に係るフィンチューブの第４の実施形態として、チューブとの接合状態を省略し、フィンの形状のみを示した斜視図。
【図６】本発明に係るフィンチューブの第５の実施形態として、チューブとの接合状態を省略し、互いに隣接する一対のフィンの形状を重ねて、その一部を破断して示した側面図。
【図７】本発明に係るフィンチューブの第６の実施形態として、チューブとの接合状態を省略し、フィンの形状のみを示した斜視図。
【図８】空冷コンデンサに使用される従来のフィンチューブの一部を破断してしめした斜視図。
【図９】図８に示すフィンチューブを構成するフィンの一端をチューブの外側扁平部にロウ付けした状態を示した拡大断面図。
【図１０】フィンチューブの伝熱性能に関する主要な形状パラメーターのうち、フィンの高さと伝熱性能との関係を示した線図。
【符号の説明】
【００３９】
１，２１  チューブ
２，２２  外側扁平部
１０，２０  フィンチューブ
１１Ａ〜１１Ｇ，２３  フィン
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  折り曲げ部
１２  ルーバー
１３，１２１１〜１２２３  開口
１４  空気流路
１５  オフセットルーバー
１６  開口
【図１】
2005308311.tif 000003
【図２】
2005308311.tif 000004
【図３】
2005308311.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005308311.tif 000007
【図６】
2005308311.tif 000008
【図７】
2005308311.tif 000009
【図８】
2005308311.tif 000010
【図９】
2005308311.tif 000011
【図１０】
2005308311.tif 000012