(57)【要約】    【課題】  熱授受ユニットを具備する熱交換器に於いて、フィンとガス流間で熱交換効率を向上させると共に熱授受ユニット内でのガス流の淀みを解消し、熱交換効率を向上させる。    【解決手段】  熱媒体が流通する多数の導管１８と、該導管に取付けられる多層のフィンによって構成され、該フィン間を受熱するガスが蛇行して流れる熱授受ユニット１７を具備する熱交換器に於いて、前記導管が千鳥状に配列され、前記フィンのガス流に対して直角方向に隣接する前記導管の間の部分にガスの流線に対して端縁が直交、或は略直交となる様に切起しを形成した。    【選択図】          図１
2007255732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体が流通する多数の導管と、該導管に取付けられる多層のフィンによって構成され、該フィン間を受熱するガスが蛇行して流れる熱授受ユニットを具備する熱交換器に於いて、前記導管が千鳥状に配列され、前記フィンのガス流に対して直角方向に隣接する前記導管の間の部分にガスの流線に対して端縁が直交、或は略直交となる様に切起しを形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
熱媒体が流通する多数の導管と、該導管に取付けられる多層のフィンによって構成され、該フィン間を受熱するガスが蛇行して流れる熱授受ユニットを具備する熱交換器に於いて、前記導管が千鳥状に配列され、該導管の１／２ピッチの長さは該導管の直径よりも小さくなっていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記切起しは流線に沿って複数設けられ、少なくとも上流側、下流側に位置する切起しを切起し分体に分割し、該切起し分体を前記流線に対して端縁が直交、或は略直交となる様に形成した請求項１又は請求項２の熱交換器。
【請求項４】
前記切起しは流線に沿って複数設けられ、少なくとも上流側、下流側に位置する切起しを端縁が直交、或は略直交となる様に湾曲させた請求項１又は請求項２の熱交換器。
【請求項５】
前記フィンの上流側導管と下流側導管との間にガス流に向って盛上がる尾根部を形成した請求項１又は請求項２の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空調等に用いられる熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空調等に用いられる熱交換器では、熱媒体と熱交換する流体間での熱授受を行う熱授受ユニットを具備している。
【０００３】
図７は、従来の熱授受ユニット１の一部を示しており、熱媒体が流通する多数の導管２と該導管２に固着された多層のフィン３から構成されている。前記導管２は横方向（図中左右方向）に所定ピッチで設けられ、更に上下の導管２では１／２ピッチずつずれ、千鳥状の配置となっており、又前記ピッチは前記導管２の直径よりも充分に大きく設定されている。
【０００４】
前記導管２には熱媒体、例えば水が流通し、受熱（冷却、或は加熱）されるガス、例えば空気が前記フィン３，３間を前記導管２に対して直角方向に流通する。
【０００５】
熱媒体が有する熱は、前記導管２を介して直接ガスに伝達され、或は前記フィン３を介してガスに伝達され、ガスは冷却或は加熱される。
【０００６】
前記熱授受ユニット１では、熱交換効率を向上させると共にガスが該熱授受ユニット１を流通する際の圧力損失をできるだけ小さくすることが望まれる。
【０００７】
従来より、前記フィン３に対し、圧力損失を大きくすることなく、熱交換効率を増大させる為の工夫が為されている。
【０００８】
図８、図９は、熱交換効率を増大させる為に、前記フィン３にガスの流れを横切る様に切起し４，５，６を形成したものであり、該切起し４，５，６はそれぞれブリッジ状となっており、ガスは前記切起し４，５，６を通過し、或は該切起し４，５，６の上側を流れる。又、前記導管２が固定される導管固定孔９が穿設され、該導管固定孔９の周囲には孔周縁部１１が抜起され、該孔周縁部１１は前記フィン３，３間のスペーサとしても機能している。
【０００９】
又前記切起し４，５，６の内、上流側の切起し４は、前記導管２の略上流端に位置し、隣接する前記導管２，２間に略掛渡って形成され、前記切起し４の両脚部４ａは下流側に向って狭まる様に傾斜している。又、前記切起し５は、前記導管２の中間に位置し、両脚部５ａは上下に垂直となっており、下流側の切起し６は、更に切起し７、切起し８に２分割されており、前記切起し６は隣接する前記導管２，２間に略掛渡って形成されている。
【００１０】
更に、前記切起し７、前記切起し８それぞれの脚部７ａ，８ａは、中央側が上下に垂直、端側が下流に向って広がる様に傾斜している。
【００１１】
又、前記切起し７、前記切起し８は下流側の切起し４と略過半部が重合する配置となっている。
【００１２】
従って、前記フィン３，３間を流れるガスは、前記導管２が千鳥状に配列されていることから蛇行し、更に前記切起し４，５，６がガス流内に突出することから、該切起し４，５，６によって整流される。ガス流は、蛇行されることで、前記熱授受ユニット１を流れる際の流路長が長くなり、又前記切起し４，５，６がガス流内に突出していることから、熱交換効率が向上する。
【００１３】
又、前記切起し７、前記切起し８はガス流を分流し、更に分流したガスを下流側の切起し４に向けているので、ガスは前記熱授受ユニット１内を円滑に蛇行して流通する様になっている。
【００１４】
上記した従来の熱授受ユニット１では、前記切起し７、前記切起し８は分流した流れを、下流側の切起し４に円滑に導く形状となっている。この為、前記導管２の直下の下流部で、隣接する切起し７と切起し８間にはガス流れの淀み１２が形成される。
【００１５】
該淀み１２ではガスと前記導管２、前記フィン３間の熱の授受量が減少するので、前記熱授受ユニット１の熱交換効率を低下させる原因となっている。
【００１６】
【特許文献１】意匠登録第１１３９８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は斯かる実情に鑑み、熱授受ユニットに於けるフィンとガス流間で熱交換効率を向上させると共に熱授受ユニット内でのガス流の淀みを解消し、熱交換効率を向上させるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、熱媒体が流通する多数の導管と、該導管に取付けられる多層のフィンによって構成され、該フィン間を受熱するガスが蛇行して流れる熱授受ユニットを具備する熱交換器に於いて、前記導管が千鳥状に配列され、前記フィンのガス流に対して直角方向に隣接する前記導管の間の部分にガスの流線に対して端縁が直交、或は略直交となる様に切起しを形成した熱交換器に係るものである。
【００１９】
又本発明は、熱媒体が流通する多数の導管と、該導管に取付けられる多層のフィンによって構成され、該フィン間を受熱するガスが蛇行して流れる熱授受ユニットを具備する熱交換器に於いて、前記導管が千鳥状に配列され、該導管の１／２ピッチの長さは該導管の直径よりも小さくなっている熱交換器に係るものである。
【００２０】
又本発明は、前記切起しは流線に沿って複数設けられ、少なくとも上流側、下流側に位置する切起しを切起し分体に分割し、該切起し分体を前記流線に対して端縁が直交、或は略直交となる様に形成した熱交換器に係り、又前記切起しは流線に沿って複数設けられ、少なくとも上流側、下流側に位置する切起しを端縁が直交、或は略直交となる様に湾曲させた熱交換器に係り、更に又前記フィンの上流側導管と下流側導管との間にガス流に向って盛上がる尾根部を形成した熱交換器に係るものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱媒体が流通する多数の導管と、該導管に取付けられる多層のフィンによって構成され、該フィン間を受熱するガスが蛇行して流れる熱授受ユニットを具備する熱交換器に於いて、前記導管が千鳥状に配列され、前記フィンのガス流に対して直角方向に隣接する前記導管の間の部分にガスの流線に対して端縁が直交、或は略直交となる様に切起しを形成したので、境界層前縁効果は高められ、熱交換性能が向上する。
【００２２】
又本発明によれば、熱媒体が流通する多数の導管と、該導管に取付けられる多層のフィンによって構成され、該フィン間を受熱するガスが蛇行して流れる熱授受ユニットを具備する熱交換器に於いて、前記導管が千鳥状に配列され、該導管の１／２ピッチの長さは該導管の直径よりも小さくなっているので、蛇行が大きくなり、熱交換長が長くなり、又前記導管下部での回込みが大きくなり、淀みの形成を抑制し、熱交換効率が向上する。
【００２３】
又本発明によれば、前記切起しは流線に沿って複数設けられ、少なくとも上流側、下流側に位置する切起しを切起し分体に分割し、該切起し分体を前記流線に対して端縁が直交、或は略直交となる様に形成したので、境界層前縁効果は高められ、熱交換性能が向上し、又前記切起しの整流効果が増大する。
【００２４】
又本発明によれば、前記切起しは流線に沿って複数設けられ、少なくとも上流側、下流側に位置する切起しを端縁が直交、或は略直交となる様に湾曲させたので、境界層前縁効果は高められ、熱交換性能が向上する。
【００２５】
又本発明によれば、前記フィンの上流側導管と下流側導管との間にガス流に向って盛上がる尾根部を形成したので、３次元の蛇行が形成され、流路長が長くなり、熱交換効率が向上し、又前記導管下部への回込みが増大し、淀みの形成を抑制し、熱交換効率が向上する等の優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００２７】
先ず、図１〜図３に於いて、本発明が実施される熱交換器の一例について略述する。
【００２８】
胴筒部１４の両端に管板１５、管板１６が配設され、前記管板１５、前記管板１６間に熱授受ユニット１７が設けられる。該熱授受ユニット１７の主たる構成は、上記した様に多数の導管１８と該導管１８の軸心方向に所要ピッチで多数設けられたフィン２１（図４参照）によって構成され、前記導管１８は前記管板１５、前記管板１６を気密に貫通している。
【００２９】
前記管板１５、前記管板１６にはそれぞれ液室２３、液室２４が設けられ、前記液室２３には前記導管１８の図１中左端が開口し、前記液室２４には前記導管１８の右端が開口している。
【００３０】
又、前記液室２３は仕切板２５によって液密に仕切られ、一方の分室２３ａには液流入口２６が連通し、他方の分室２３ｂには液流出口２７が連通し、前記液流入口２６より前記液室２３に熱媒体、例えば冷却水が流入し、冷却水は前記導管１８を通って前記液室２４に至り、該液室２４で反転し、前記導管１８を通って前記分室２３ｂに流入し、更に前記液流出口２７から流出する。
【００３１】
前記胴筒部１４の内部は気密となっており、該胴筒部１４内部は仕切板２８によって軸心に沿ってガス流動室２９が形成される様仕切られ、仕切られた他方は仕切板３１により、更に軸心方向に２分割され、ガス流入室３２、ガス流入室３３が形成されている。又、前記ガス流入室３２にはガス流入口３４が設けられ、前記ガス流入室３３にはガス流出口３５が設けられている。
【００３２】
前記ガス流入口３４より流入したガス、例えば冷却される空気が流入し、前記ガス流入室３２から前記熱授受ユニット１７の左半分を紙面（図１）に対して垂直方向に流れ、前記ガス流動室２９に至り、該ガス流動室２９を紙面に沿って図１中右方向に流れ、前記熱授受ユニット１７の右半分を垂直に流れ、前記ガス流入室３３に流入し、更に前記ガス流出口３５より流出する。
【００３３】
而して、前記導管１８を流通する水によって前記熱授受ユニット１７が冷却され、該熱授受ユニット１７を空気が流通することで冷却され、冷却された空気が前記ガス流出口３５より流出する様になっている。
【００３４】
次に、前記熱授受ユニット１７について説明する。
【００３５】
図４は該熱授受ユニット１７を構成する前記フィン２１の一部を示し、図５は図４のＢ−Ｂ矢視図、図６は図４のＣ−Ｃ矢視図である。尚、ガス流は図４中、下側に向って流れるものとする。
【００３６】
前記フィン２１には導管固定孔３６が所定ピッチで列をなす様穿設され、更に上下に所要数列穿設されると共に上下の列間では前記導管固定孔３６は１／２ピッチずれ、千鳥状の配列となっている。又、１／２ピッチの長さは、好ましくは前記導管固定孔３６の直径、又は前記導管１８の直径よりも小さくなっている。
【００３７】
前記導管固定孔３６の周囲には孔周縁部３７が抜起されている。該孔周縁部３７は、隣接するフィン２１の間隙を保持するスペーサとして機能すると共に前記フィン２１と前記導管１８間の熱伝達部となっている。
【００３８】
前記フィン２１の前記導管固定孔３６，３６間には、切起し３８，３９，４０，４１，４２がブリッジ状に形成される。上流位置の切起し３８と下流位置の切起し４２とは、それぞれ切起し分体３８ａ，３８ｂ及び切起し分体４２ａ，４２ｂに２分割され、前記切起し分体３８ａ，３８ｂ及び前記切起し分体４２ａ，４２ｂの切起し端面（少なくとも上流側の端面）は、ガスの流線４４に対して直交、或は直交に近い角度となる様に傾斜している。
【００３９】
又、前記切起し３８，３９，４０，４１，４２の脚部は、前記流線４４と平行、或は略平行となる様に、上流側に位置するものについては上流側が広がる様に、又下流側に位置するものについては下流側が広がる様に傾斜している。
【００４０】
前記切起し分体３８ａ，３８ｂは、上流側の導管１８の直下にあり、前記切起し分体４２ａ，４２ｂは下流側の導管１８の直上にあり、前記切起し分体４２ａと前記切起し分体３８ｂとは正対或は略正対する様に傾斜し、前記切起し分体４２ｂと前記切起し分体３８ａとは正対或は略正対する様に傾斜している。
【００４１】
又、前記導管固定孔３６の列間には、列と平行に尾根部４３が形成され、該尾根部４３は前記流線４４に向って盛上がる形状、例えば断面が山形状となっている。
【００４２】
前記フィン２１と前記導管１８との組立ては、該導管１８を前記導管固定孔３６に挿通させ、所要枚数のフィン２１を前記導管１８に組立てる。上記した様に、前記孔周縁部３７はスペーサとして機能するので、前記フィン２１，２１が突当る状態とすれば所定の間隙が形成される。該フィン２１を前記導管１８に装着した状態で、該導管１８を拡管すれば、該導管１８に前記フィン２１が固着される。
【００４３】
前記導管１８と前記フィン２１とが一体となって前記熱授受ユニット１７を構成し、該熱授受ユニット１７は前記胴筒部１４（図１参照）に組込まれる。
【００４４】
前記熱授受ユニット１７の熱交換作用について説明する。
【００４５】
冷却されるガス、例えば空気は、図４中、上側から下側に流れる。前記導管１８，１８間に流入したガスは、前記切起し分体３８ａ、前記切起し分体３８ｂによって合流され、該導管１８，１８間で絞られ、更に前記切起し分体４２ａ、前記切起し分体４２ｂ及び下流側の導管１８で分流される。
【００４６】
尚、前記導管１８の直径は管が設けられているピッチの１／２より大きくなっているので、上流の導管１８と下流の導管１８を直線的に流通するガスは存在しない。従って、ガスは、前記導管１８の間を確実に蛇行しながら流通し、更に大きく蛇行することから前記導管１８の下側への回込み量も大きくなる。
【００４７】
又、前記切起し３８，３９，４０，４１，４２は前記流線４４が前記導管１８に沿って蛇行する様に設けられているので、前記切起し３８，３９，４０，４１，４２はガスの流れを整流している。又、前記切起し分体３８ａ、前記切起し分体３８ｂと前記切起し分体４２ａ、前記切起し分体４２ｂとに分割することで、切起しの整流効果が増大する。
【００４８】
次に、前記切起し分体４２ａを通過したガスは前記尾根部４３を越えて前記切起し分体３８ｂに流れ、又前記切起し分体４２ｂを通過したガスは前記尾根部４３を越えて前記切起し分体３８ａに流れる。従って、ガスは紙面に対して垂直方向にも蛇行することとなり、ガスは前記フィン２１，２１間を３次元に蛇行して流通する。従って、前記フィン２１，２１間を流れるガスと前記フィン２１との流路長（接触長）が長くなり、熱交換効率が向上する。
【００４９】
又、ガスが前記尾根部４３を越える過程、例えば前記切起し分体４２ａを通過したガスが前記尾根部４３を越える過程で、横方向の（更に蛇行する方向の）分力を受ける。従って、近接した導管１８により生じた蛇行に加え、ガスの導管１８の下部への回込み量が更に大きくなり、該導管１８直下の下流部でのガス流れの淀みの発生が抑制される。
【００５０】
更に、前記ガスの流路中に前記切起し３８，３９，４０，４１，４２が切起されているので、切起し端面による境界層前縁効果によって熱交換性能が向上する。更に又、前記切起し３８，３９，４０，４１，４２は、前記流線４４に対して直交、或は略直交する様になっているので、境界層前縁効果はより高められる。
【００５１】
尚、前記尾根部４３は連続でなくても間欠的に形成してもよい。例えば前記切起し４２の直下部分を省略する等である。尚、前記尾根部４３を連続的、或は間欠的に設けることで、前記フィン２１の剛性が向上するという効果も得られる。
【００５２】
更に、前記切起し３８，３９，４０，４１，４２の切起し端面を前記流線４４に対して、直交、或は直交に近づけることで、熱交換性能が向上する。又、前記導管１８が千鳥状に配設されることでガスの蛇行が生じる。従って、前記導管１８の直径は管が設けられているピッチの１／２より小さい場合でも、境界層前縁効果は高められ、熱交換性能が向上する。
【００５３】
又、前記切起し３８，３９，４０，４１，４２の切起し端面を前記流線４４に対して、直交、或は直交に近づける様にする他の方法として、前記切起し３８，３９，４０，４１，４２を湾曲させて切起すことが考えられる。或は、多角形状に屈曲させて切起してもよい。更に、前記尾根部４３は２条等複数条であってもよく、断面形状も半円形等であってもよい。
【００５４】
又、上記実施の形態で、切起し３８、切起し４２について分割したが、他の切起しについても同様に分割してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明が実施される熱交換器の一例を示す概略断面図である。
【図２】同前本発明が実施される熱交換器の一例を示す概略側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】本発明に用いられるフィンの部分図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ矢視図である。
【図６】図４のＣ−Ｃ矢視図である。
【図７】従来の熱授受ユニットを示す部分斜視図である。
【図８】従来のフィンを示す部分正面図である。
【図９】従来のフィンを示す部分斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１７            熱授受ユニット
１８            導管
２１            フィン
３６            導管固定孔
３７            孔周縁部
３８            切起し
３９            切起し
４０            切起し
４１            切起し
４２            切起し
４３            尾根部
４４            流線
【図１】
2007255732.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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