(57)【要約】【課題】伝熱管と伝熱フィンとの間の伝熱性を向上させる技術を提供する。【解決手段】フィンチューブ熱交換器１は、複数枚の伝熱フィン３Ａ及び複数の伝熱管２を備えている。複数枚の伝熱フィン３Ａは、それぞれ、筒状のカラー部５を有する。カラー部５は、第１平面Ｈ１の一方側に位置している前半部５ａと、第１平面Ｈ１の他方側に位置している後半部５ｂとを含む。フィンチューブ熱交換器１は、下記要件（ａ）及び（ｂ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを満足する。（ａ）高さ方向に垂直な第２平面Ｈ２でカラー部５を切断したときに観察される断面において、前半部５ａの厚さｄ１が後半部５ｂの厚さｄ２と異なっている。（ｂ）前記断面において、前半部５ａの断面積が後半部５ｂの断面積と異なっている。【選択図】図４
2014020756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積み重ねられた複数枚の伝熱フィンと、
前記複数枚の伝熱フィンを貫通し、所定の列方向に並んでいる複数の伝熱管と、
を備え、
前記複数枚の伝熱フィンは、それぞれ、前記伝熱管に沿って立ち上がる筒状のカラー部を有し、
前記カラー部によって囲まれた貫通孔の中心を通り、前記列方向及び前記カラー部の高さ方向の両方に平行な平面を第１平面と定義したとき、前記カラー部は、前記第１平面の一方側に位置している前半部と、前記第１平面の他方側に位置している後半部とを含み、
下記要件（ａ）及び（ｂ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを満足する、フィンチューブ熱交換器。
（ａ）前記高さ方向に垂直な任意の第２平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記前半部の厚さが前記後半部の厚さと異なっている。
（ｂ）前記高さ方向に垂直な任意の第２平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記前半部の断面積が前記後半部の断面積と異なっている。
【請求項２】
前記高さ方向及び前記列方向に垂直な方向を気流方向と定義したとき、
前記前半部は前記気流方向の上流側に位置し、前記後半部は前記気流方向の下流側に位置しており、
前記前半部の厚さが前記後半部の厚さよりも大きい、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項３】
前記高さ方向及び前記列方向に垂直な方向を気流方向と定義したとき、
前記前半部は前記気流方向の上流側に位置し、前記後半部は前記気流方向の下流側に位置しており、
前記前半部の断面積が前記後半部の断面積よりも大きい、請求項１又は２に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項４】
前記高さ方向及び前記列方向に垂直な方向を気流方向と定義したとき、
前記断面において、前記前半部の厚さが前記気流方向の上流側に進むにつれて増加している、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項５】
前記断面において、前記前半部の外周面の輪郭が円弧状である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項６】
前記高さ方向及び前記列方向に垂直な方向を気流方向と定義したとき、
前記断面において、前記前半部の一部が前記気流方向の上流側に向かって先細りの形状を有するように、前記前半部の外周面の形状が定められている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項７】
前記前半部は、前記カラー部の周方向に沿った２以上の位置に相対的に厚い部分を有し、かつ、２以上の位置に相対的に薄い部分を有し、
前記厚い部分と前記薄い部分とが前記カラー部の周方向において交互に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項８】
前記複数枚の伝熱フィン及び前記複数の伝熱管によって第１ユニットが構成されており、
前記フィンチューブ熱交換器は、前記第１ユニットと同一又は異なる構造の複数枚の伝熱フィン及び前記第１ユニットと同一又は異なる構造の複数の伝熱管によって構成された第２ユニットをさらに備えている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項９】
圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器をこの順に通過するように冷媒を循環させる冷媒回路を備え、
前記凝縮器及び前記蒸発器から選ばれる少なくとも１つが請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器である、ヒートポンプ装置。
【請求項１０】
伝熱管を嵌め合わせるために、所定の列方向に並んでいる複数の貫通孔と、
前記貫通孔の周囲に形成された筒状のカラー部と、を備え、
前記貫通孔の中心を通り、前記列方向及び前記カラー部の高さ方向の両方に平行な平面を第１平面と定義したとき、前記カラー部は、前記第１平面の一方側に位置している前半部と、前記第１平面の他方側に位置している後半部とを含み、
下記要件（ａ）及び（ｂ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを満足する、伝熱フィン。
（ａ）前記高さ方向に垂直な任意の第２平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記前半部の厚さが前記後半部の厚さと異なっている。
（ｂ）前記高さ方向に垂直な任意の第２平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記前半部の断面積が前記後半部の断面積と異なっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィンチューブ熱交換器及びこれを用いたヒートポンプ装置に関する。また、本発明は、フィンチューブ熱交換器に好適な伝熱フィンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、家庭用エアコン、自動車用エアコン、業務用パッケージエアコン等の空調用機器、冷蔵庫、ヒートポンプ式給湯機等のヒートポンプ装置には、蒸発器又は凝縮器として作動する熱交換器が用いられている。その中でも、家庭用エアコン又は業務用パッケージエアコンにおいては、フィンチューブ熱交換器が最も一般的に用いられている。
【０００３】
図１０は、家庭用エアコン、業務用パッケージエアコン等に用いられているフィンチューブ熱交換器１００の部分的な断面図である。この熱交換器１００は、積み重ねられた複数枚の伝熱フィン１２０と、伝熱フィン１２０を貫通する伝熱管１１０とを備えている。伝熱フィン１２０は、ベース部１２１から立ち上がる円筒状（断面形状が一定）のカラー部１２３を有している。カラー部１２３の根元及び先端からは、裾野部１２２及びフレア部１２４が湾曲しながら径方向外向きに拡大している。フレア部１２４は、隣接する伝熱フィン１２０の平面部１２１における裾野部１２２の近傍部分に接している。通常は、積み重ねられた伝熱フィン１２０のカラー部１２３内にカラー部１２３の内径よりも小さな外径の伝熱管１１０が嵌め合わされ、その後、伝熱管１１０が拡管されることによって伝熱管１１０がカラー部１２３に密着する。
【０００４】
特許文献１には、伝熱管１１０と伝熱フィン１２０との間の伝熱性を向上させる方法が記載されている。この方法では、隙間１３０にシリコーン樹脂等の充填剤を充填して硬化させることによって隙間１３０が埋められる。
【０００５】
特許文献２には、フレア部１２４の割れとカラー部１２３の変形とによる熱交換器の性能の低下を防ぐ方法が記載されている。この方法では、裾野部１２２の近傍をフレア部１２４の近傍よりも厚く形成することによって、割れ及び変形を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１６９３４４号公報
【特許文献２】特開平１０−１６０３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された方法では、充填剤を充填する工程が必要となるため煩雑である。さらに、熱交換器の廃棄時には、伝熱フィン１２０及び伝熱管１１０に加えて充填剤という異種材料が増えるため、材料の分別が困難になる。これにより、リサイクル性が悪化し、環境負荷が増加する。特許文献２に記載された方法は、伝熱管と伝熱フィンとの間の伝熱性の向上には寄与しない。
【０００８】
このような事情に鑑み、本発明は、伝熱管と伝熱フィンとの間の伝熱性を向上させる技術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】
【０００９】
すなわち、本開示は、
積み重ねられた複数枚の伝熱フィンと、
前記複数枚の伝熱フィンを貫通し、所定の列方向に並んでいる複数の伝熱管と、
を備え、
前記複数枚の伝熱フィンは、それぞれ、前記伝熱管に沿って立ち上がる筒状のカラー部を有し、
前記カラー部によって囲まれた貫通孔の中心を通り、前記列方向及び前記カラー部の高さ方向の両方に平行な平面を第１平面と定義したとき、前記カラー部は、前記第１平面の一方側に位置している前半部と、前記第１平面の他方側に位置している後半部とを含み、
下記要件（ａ）及び（ｂ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを満足する、フィンチューブ熱交換器を提供する。
（ａ）前記高さ方向に垂直な任意の第２平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記前半部の厚さが前記後半部の厚さと異なっている。
（ｂ）前記高さ方向に垂直な任意の第２平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記前半部の断面積が前記後半部の断面積と異なっている。
【発明の効果】
【００１０】
上記のフィンチューブ熱交換器は、要件（ａ）及び（ｂ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを満足する。例えば、前半部の厚さ（及び／又は断面積）が後半部の厚さ（及び／又は断面積）よりも大きいとき、前半部が風上側に位置するようにフィンチューブ熱交換器を使用することができる。これにより、伝熱管と伝熱フィンとの間の伝熱性が向上し、ひいては熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。また、充填剤を必要としないので、熱交換器の破棄時の材料の分別が容易であり、リサイクル性を悪化させることもない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係るフィンチューブ熱交換器の構成図
【図２】図１に示すフィンチューブ熱交換器の部分的な斜視図
【図３】図１に示すフィンチューブ熱交換器の部分的な断面図
【図４】カラー部の横断面図
【図５】変形例１に係るカラー部の横断面図
【図６】変形例２に係るカラー部の横断面図
【図７】伝熱フィンの製造工程説明図
【図８】第２実施形態に係るフィンチューブ熱交換器の斜視図
【図９】フィンチューブ熱交換器が使用されたヒートポンプ装置の一例であるルームエアコンの構成図
【図１０】従来のフィンチューブ熱交換器の部分的な断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の第１態様は、
積み重ねられた複数枚の伝熱フィンと、
前記複数枚の伝熱フィンを貫通し、所定の列方向に並んでいる複数の伝熱管と、
を備え、
前記複数枚の伝熱フィンは、それぞれ、前記伝熱管に沿って立ち上がる筒状のカラー部を有し、
前記カラー部によって囲まれた貫通孔の中心を通り、前記列方向及び前記カラー部の高さ方向の両方に平行な平面を第１平面と定義したとき、前記カラー部は、前記第１平面の一方側に位置している前半部と、前記第１平面の他方側に位置している後半部とを含み、
下記要件（ａ）及び（ｂ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを満足する、フィンチューブ熱交換器を提供する。
（ａ）前記高さ方向に垂直な任意の第２平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記前半部の厚さが前記後半部の厚さと異なっている。
（ｂ）前記高さ方向に垂直な任意の第２平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記前半部の断面積が前記後半部の断面積と異なっている。
【００１３】
第２態様は、第１態様に加え、前記高さ方向及び前記列方向に垂直な方向を気流方向と定義したとき、前記前半部は前記気流方向の上流側に位置し、前記後半部は前記気流方向の下流側に位置しており、前記前半部の厚さが前記後半部の厚さよりも大きい、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、伝熱管と伝熱フィンとの間の伝熱性が向上する。
【００１４】
第３態様は、第１又は第２態様に加え、前記高さ方向及び前記列方向に垂直な方向を気流方向と定義したとき、前記前半部は前記気流方向の上流側に位置し、前記後半部は前記気流方向の下流側に位置しており、前記前半部の断面積が前記後半部の断面積よりも大きい、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、前半部の熱抵抗が低減するので、伝熱管と伝熱フィンとの間の伝熱性が向上する。
【００１５】
第４態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記高さ方向及び前記列方向に垂直な方向を気流方向と定義したとき、前記断面において、前記前半部の厚さが前記気流方向の上流側に進むにつれて増加している、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、伝熱管と伝熱フィンとの間の伝熱性の向上させる効果がより十分に得られる。
【００１６】
第５態様は、第１〜第４態様のいずれか１つに加え、前記断面において、前記前半部の外周面の輪郭が円弧状である、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、伝熱管と伝熱フィンとの間の伝熱性の向上させる効果がより十分に得られる。
【００１７】
第６態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記高さ方向及び前記列方向に垂直な方向を気流方向と定義したとき、前記断面において、前記前半部の一部が前記気流方向の一方側に向かって先細りの形状を有するように、前記前半部の外周面の形状が定められている、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、隣り合う伝熱フィンの間を流れる流体の流れが阻害されにくい。
【００１８】
第７態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記前半部は、前記カラー部の周方向に沿った２以上の位置に相対的に厚い部分を有し、かつ、２以上の位置に相対的に薄い部分を有し、前記厚い部分と前記薄い部分とが前記カラー部の周方向において交互に形成されている、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、隣り合う伝熱フィンの間を流れる流体の流れが阻害されにくい。
【００１９】
第８態様は、第１〜第７態様のいずれか１つに加え、前記複数枚の伝熱フィン及び前記複数の伝熱管によって第１ユニットが構成されており、前記フィンチューブ熱交換器は、前記第１ユニットと同一又は異なる構造の複数枚の伝熱フィン及び前記第１ユニットと同一又は異なる構造の複数の伝熱管によって構成された第２ユニットをさらに備えている、フィンチューブ熱交換器を提供する。複数のユニットが設けられていると、より大きい熱交換能力を達成できる。
【００２０】
本開示の第９態様は、
圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器をこの順に通過するように冷媒を循環させる冷媒回路を備え、
前記凝縮器及び前記蒸発器から選ばれる少なくとも１つが第１〜第８態様のいずれか１つのフィンチューブ熱交換器である、ヒートポンプ装置を提供する。
【００２１】
第１〜第８態様のいずれか１つのフィンチューブ熱交換器を使用すれば、凝縮器及び／又は蒸発器の熱交換効率を向上させることができる。その結果、優れたＣＯＰ（coefficient of performance）を発揮しうるヒートポンプ装置を提供できる。
【００２２】
本開示の第１０態様は、
伝熱管を嵌め合わせるために、所定の列方向に並んでいる複数の貫通孔と、
前記貫通孔の周囲に形成された筒状のカラー部と、を備え、
前記貫通孔の中心を通り、前記列方向及び前記カラー部の高さ方向の両方に平行な平面を第１平面と定義したとき、前記カラー部は、前記第１平面の一方側に位置している前半部と、前記第１平面の他方側に位置している後半部とを含み、
下記要件（ａ）及び（ｂ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを満足する、伝熱フィンを提供する。
（ａ）前記高さ方向に垂直な任意の第２平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記前半部の厚さが前記後半部の厚さと異なっている。
（ｂ）前記高さ方向に垂直な任意の第２平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記前半部の断面積が前記後半部の断面積と異なっている。
【００２３】
上記の伝熱フィンは、要件（ａ）及び（ｂ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを満足する。例えば、前半部の厚さ（及び／又は断面積）が後半部の厚さ（及び／又は断面積）よりも大きいとき、前半部が風上側に位置するように、伝熱フィンを用いてフィンチューブ熱交換器を作製することができる。これにより、伝熱管と伝熱フィンとの間の伝熱性が向上する。
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係るフィンチューブ熱交換器１は、積み重ねられた複数枚の伝熱フィン３Ａと、伝熱フィン３Ａの両側に配置された一対のサイドプレート２０と、伝熱フィン３Ａ及びサイドプレート２０を貫通する複数のＵ字状の伝熱管２とを備えている。
【００２６】
各伝熱フィン３Ａは特定方向に延びている。各伝熱管２の直線部は一定のピッチで所定の列方向に並んでいる。詳細には、各伝熱管２の直線部は伝熱フィン３Ａの長手方向に並んでいる。本実施形態では、伝熱フィン３Ａの長手方向が列方向に一致している。各伝熱管２の両端部は、直線部同士をつなぐ折り返し部と反対側のサイドプレート２０から突出しており、隣り合う伝熱管２の端部同士がベント管２１によって連結されている。
【００２７】
各伝熱管２は、銅等の熱伝導度の大きい金属で作られている。各伝熱フィン３Ａは、薄いアルミニウム板がプレス成形された板状のものであり、平面視で長方形状である。ただし、各伝熱フィン３Ａの形状は、特定方向に延びるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、特定方向に引き延ばされた菱形や台形等の多角形状でもよいし、楕円状であってもよい。
【００２８】
具体的に、各伝熱フィン３Ａは、図２〜図４に示すように、伝熱管２の直線部の回りに広がるベース部４と、ベース部４から伝熱管２の直線部に沿って立ち上がる円筒状のカラー部５とを含む。なお、以下では、説明の便宜のために、カラー部５が立ち上がる方向を上方、それと反対方向を下方という。
【００２９】
各伝熱フィン３Ａには、伝熱管２を嵌め合わせるために複数の貫通孔６が形成されている。複数の貫通孔６は、伝熱フィン３Ａの長手方向（列方向）に並んでいる。カラー部５は、貫通孔６の周囲に形成されている。言い換えれば、カラー部５は、伝熱管２を嵌め合わせるための貫通孔６を形成している。伝熱管２は、当初はカラー部５の内径よりも小さな外径を有し、上下方向で貫通孔６の中心が一致するように伝熱フィン３Ａを積み重ねた後に貫通孔６に嵌め合わされる。すなわち、当初の伝熱管２とカラー部５との間には、伝熱管２を貫通孔６に容易に挿し込めるようにするためのクリアランスが設けられる。その後、伝熱管２内に拡管ビレットを挿入する機械的拡管法等を用いて伝熱管２が拡管される。これにより、伝熱管２がカラー部５に接触し、それらが同軸的に一体化するように固定される。
【００３０】
カラー部５の下方には、カラー部５の根元から湾曲しながら径方向外向きに拡大してベース部４につながる裾野部５５が設けられている。一方、カラー部５の上方には、鍔状のフレア部５１が設けられている。
【００３１】
本実施形態では、ベース部４は、フラットであるが、伝熱フィン３Ａの長手方向に平行な筋模様を呈する波形となっていてもよい。なお、波形の筋模様は必ずしも伝熱フィン３Ａの長手方向に平行でなくてもよく、それに対して傾いていてもよい。
【００３２】
フレア部５１は、カラー部５の先端から径方向外向きに張り出している。そして、隣り合う伝熱フィン３Ａでは、図３に示すように、一方の伝熱フィン３Ａのフレア部５１が他方の伝熱フィン３Ａの裾野部５５の近傍部分に当接している。
【００３３】
フレア部５１は、伝熱フィン３Ａが積み重ねられた際に、隣接する伝熱フィン３Ａを支持する役割を果たす。そのため、フレア部５１の上端は全て、ベース部４から等しい高さにあることが望まれる。
【００３４】
図３及び図４に示すように、カラー部５によって囲まれた貫通孔６の中心Ｏを通り、列方向及びカラー部５の高さ方向の両方に平行な平面を第１平面Ｈ１と定義する。列方向は、伝熱管２の並び方向に平行な方向である。カラー部５の高さ方向は、伝熱フィン３Ａの積み重ね方向に平行な方向である。また、カラー部５の高さ方向に垂直な任意の平面を第２平面Ｈ２と定義する。カラー部５は、第１平面Ｈ１の一方側に位置している前半部５ａ（上流部）と、第１平面Ｈ１の他方側に位置している後半部５ｂ（下流部）とを含む。第２平面Ｈ２でカラー部５を切断したときに観察される断面（カラー部５の横断面）において、前半部５ａの厚さｄ１が後半部５ｂの厚さｄ２と異なっている。また、カラー部５の横断面において、前半部５ａの断面積が後半部５ｂの断面積と異なっている。
【００３５】
本明細書において、カラー部５の厚さは、貫通孔６の半径方向における厚さを意味する。また、図４等において「前半部５ａの厚さｄ１」は、第１平面Ｈ１から最も遠い位置における前半部５ａの厚さで特定されている。しかし、「前半部５ａの厚さｄ１」の語句は、必ずしもその位置における前半部５ａの厚さのみを意味せず、前半部５ａの任意の位置における厚さをも包含する。さらに、「前半部５ａの厚さｄ１」の語句は、「前半部５ａの平均厚さ」の意味で使用してもよい。前半部５ａの平均厚さは、以下の方法で算出できる。まず、前半部５ａにおけるカラー部５の内周長さＬ１、前半部５ａにおけるカラー部５の外周長さＬ２及びカラー部５の横断面における前半部５ａの面積Ｓ１を測定する。長さＬ１と長さＬ２の平均値（Ｌ１＋Ｌ２）／２で面積Ｓ１を除することによって、前半部５ａの平均厚さｄ１aveを算出できる。
【００３６】
同様に、図４等において「後半部５ｂの厚さｄ２」は、第１平面Ｈ１から最も遠い位置における後半部５ｂの厚さで特定されている。しかし、「後半部５ｂの厚さｄ２」の語句は、必ずしもその位置における後半部５ｂの厚さのみを意味せず、後半部５ｂの任意の位置における厚さをも包含する。さらに、「後半部５ｂの厚さｄ２」の語句は、「後半部５ｂの平均厚さ」の意味で使用してもよい。後半部５ｂの平均厚さは、以下の方法で算出できる。まず、後半部５ｂにおけるカラー部５の内周長さＬ３、後半部５ｂにおけるカラー部５の外周長さＬ４及びカラー部５の横断面における後半部５ｂの面積Ｓ２を測定する。長さＬ３と長さＬ４の平均値（Ｌ３＋Ｌ４）／２で面積Ｓ２を除することによって、後半部５ｂの平均厚さｄ２aveを算出できる。
【００３７】
本実施形態において、前半部５ａは気流方向の上流側（一方側）に位置し、後半部５ｂは気流方向の下流側（他方側）に位置している。前半部５ａの厚さｄ１は、後半部５ｂの厚さｄ２よりも大きい。また、カラー部５の最も厚い部分が前半部５ａに含まれている。このような構成によれば、伝熱管２と伝熱フィン３Ａとの間の伝熱性が向上する。なお、図２〜図６において、気流方向は、矢印Ａで示された方向であって、カラー部５の高さ方向及び伝熱フィン３Ａの長手方向（列方向）に垂直な方向である。
【００３８】
また、本実施形態において、前半部５ａの断面積が後半部５ｂの断面積よりも大きい。このような構成によれば、前半部５ａの熱抵抗が低減するので、伝熱管２と伝熱フィン３Ａとの間の伝熱性が更に向上する。
【００３９】
伝熱管２を流れる流体（例えば、冷媒）の熱は、伝熱管２の外周面からカラー部５の内周面に伝導した後、カラー部５の内部を通じて、カラー部５の外周面、ベース部４の上面及びベース部４の下面にそれぞれ伝導する。カラー部５の外周面、ベース部４の上面及びベース部４の下面に伝導した後、熱は、隣り合うベース部４の間を流れる流体（例えば、空気）に与えられる。隣り合うベース部４の間を流れる流体から伝熱管２を流れる流体に熱が伝導するときは、この逆が成り立つ。
【００４０】
伝熱フィン３Ａのうち、前縁７の近傍部分は、いわゆる前縁効果により、高い熱伝達率を示す。他方、伝熱フィン３Ａのうち、第１平面Ｈ１よりも気流方向の下流側に位置している部分は、低い熱伝達率を示す。ここで、熱抵抗は、伝熱経路の断面積に反比例し、熱の移動距離に比例する。従って、カラー部５の内部を通じて伝熱管２からベース部４の上面及び下面に熱が伝導することを考えたとき、前縁７に極力近い位置でベース部４から伝熱管２への伝熱経路の断面積を拡大することが有効である。つまり、カラー部５の前半部５ａの厚さｄ１がカラー部５の後半部５ｂの厚さｄ２よりも大きいことは、伝熱経路の断面積が効果的に拡大されることを意味する。結果として、カラー部の厚さが一定の従来例（図１０）に比べて、伝熱管２と伝熱フィン３Ａとの間の伝熱性が向上し、ひいてはフィンチューブ熱交換器１の熱交換効率が向上する。
【００４１】
前半部５ａの厚さｄ１は、カラー部５の周方向において連続的に変化している。具体的には、カラー部５の横断面において、前半部５ａの厚さｄ１が気流方向の上流側（一方側）に進むにつれて増加している。貫通孔６の中心Ｏを通り、第１平面Ｈ１に垂直な平面を第３平面Ｈ３と定義したとき、第３平面Ｈ３と前半部５ａの外周面との交点Ｐ（カラー部５の上流端）において、前半部５ａの厚さｄ１が最大になっている。このような構成によれば、伝熱管２と伝熱フィン３Ａとの間の伝熱性を向上させる効果がより十分に得られる。詳細には、カラー部５の横断面において、前半部５ａの外周面の輪郭が円弧状である。カラー部５の内周面は、基本的には円筒形であり、伝熱管２に密着している。カラー部５の横断面において、前半部５ａの外周面の輪郭は円弧状であり、カラー部５の内周面の半径よりも少し大きい曲率半径を有する。後半部５ｂの厚さｄ２は、カラー部５の周方向において、概ね一定である。
【００４２】
ただし、カラー部５の周方向において、後半部５ｂの厚さｄ２が変化していてもよい。また、前半部５ａに部分的に薄い部分が形成されていてもよい。つまり、（ａ）前半部５ａの平均厚さが後半部５ｂの平均厚さよりも大きいとき、（ｂ）カラー部５の横断面において、前半部５ａの断面積が後半部５ｂの断面積よりも大きいとき、又は（ｃ）前半部５ａの体積が後半部５ｂの体積よりも大きいとき、前半部５ａの熱抵抗が低減するので、フィンチューブ熱交換器１の熱交換効率を向上させる効果が得られる。これらの要件は、重複して満たされていてもよい。
【００４３】
また、カラー部５の横断面形状は、カラー部５の高さ方向において一定であってもよいし、場所によって異なっていてもよい。前者の製造は比較的容易である。後者の例として、以下のような構造が挙げられる。すなわち、前半部５ａのうち、裾野部５５に近い部分が相対的に厚く形成され、フレア部５１に近い部分が薄く形成されていてもよい。このような構造は、伝熱管２と伝熱フィン３Ａとの間の伝熱性を向上させる効果を高める可能性がある。
【００４４】
本実施形態において、伝熱フィン３Ａの各部の厚さは特に限定されない。一例において、ベース部４の厚さは、８０〜１００μｍの範囲にある。前半部５ａの厚さｄ１は、６０〜８０μｍの範囲にある。後半部５ｂの厚さｄ２は、４０〜６０μｍの範囲にある。本実施形態では、前半部５ａのうち、交点Ｐを含む部分の厚さｄ１がベース部４の厚さに等しい。後半部５ｂの厚さｄ２は、ベース部４の厚さよりも小さい。
【００４５】
次に、本実施形態の伝熱フィン３Ａの製造方法の一例を説明する。
【００４６】
まず、図７に示すように、公知の方法に従って、厚さが一定の予備カラー部４５を有する伝熱フィンを作製する（ＳＴＥＰ１）。この時点において、予備カラー部４５の厚さは、ベース部４の厚さに略一致している。次に、予備カラー部４５にピン４７を挿入したまま、金型４９を用いた塑性加工方法により、前半部５ａ及び後半部５ｂがベース部４よりも薄くなるように予備カラー部４５を変形させる。さらに、後半部５ｂの厚さが、前半部５ａの厚さよりも薄くなるように、予備カラー部４５を変形させる（ＳＴＥＰ２）。これにより、図３及び図４に示す形状のカラー部５が形成される。最後に、カラー部５を上から押しつぶしてフレア部５１を形成する（ＳＴＥＰ３）。前半部５ａの厚さｄ１は、例えば、最大でベース部４の厚さに概ね等しい厚さになる。このように、本実施形態の伝熱フィン３Ａは、一定の厚さを有する板状材料（例えば、アルミ板）から製造され得る。
【００４７】
特許文献１に記載されているように、伝熱管１１０と伝熱フィン１２０との間の伝熱性を向上させる方法として、隙間１３０に充填剤を充填する方法がある。しかし、充填剤を用いた場合には、熱交換器１００を構成する材料に、伝熱フィン１２０の材料及び伝熱管１１０の材料に加えて充填剤の材料が混在することになり、製品廃棄時にリサイクルのための材料毎の分別が困難になる。その結果、リサイクル性が悪化してリサイクル率の低下やリサイクル時に必要なエネルギーの増加等につながり、環境負荷が増加する。
【００４８】
昨今、家電リサイクル法に代表されるように地球環境への負荷を低減する取り組みが政府主導で実施されており、今後対象商品が拡大される傾向にあるため、リサイクル性は無視できない要素となっている。
【００４９】
また、特許文献２に記載されているように、伝熱管１１０とカラー部１２３との間の接触圧力を減少させにくくする方法がある。しかし、本方法は、フレア部１２４の割れ及びカラー部１２３の変形の抑制を主としており、カラー部１２３の伝熱特性を改善するものではない。
【００５０】
本実施形態によれば、従来例（図１０）のように充填剤を使用せず、伝熱管２と伝熱フィン３Ａとの間の伝熱性を向上させ得る。そのため、熱交換器の破棄時の材料の分別が容易であり、リサイクル性も良好である。
【００５１】
（変形例１）
図５に示すように、変形例１に係る伝熱フィン３Ｂは、先に説明した伝熱フィン３Ａのカラー部５と異なる形状のカラー部２５を有する。具体的には、カラー部２５の横断面において、前半部５ａの一部が気流方向の上流側（一方側）に向かって先細りの形状を有するように、前半部５ａの外周面の形状が定められている。つまり、前半部５ａの外周面の形状は円弧に限定されない。本変形例にように、後半部５ｂの厚さｄ２よりも厚い部分が前半部５ａの特定の範囲に集中して形成されていてもよい。また、前半部５ａの一部のみが後半部５ｂよりも厚く形成されており、前半部５ａの残部は後半部５ｂと同一の厚さに形成されていてもよい。例えば、交点Ｐを基準として、カラー部５の周方向における角度に換算して、±０〜４５度の範囲にのみ、前半部５ａが厚い部分を有してもよい。このような構成でも第１実施形態と同一の効果が得られる。また、変形例１によれば、隣り合う伝熱フィン３Ｂの間を流れる流体の流れが阻害されにくく、圧力損失の増加を防止できる。
【００５２】
（変形例２）
図６に示すように、変形例２に係る伝熱フィン３Ｃは、先に説明した伝熱フィン３Ａ及び３Ｃのカラー部５及び２５と異なる形状のカラー部３５を有する。具体的には、前半部５ａは、カラー部３５の周方向に沿った２以上の位置に相対的に厚い部分を有し、かつ、２以上の位置に相対的に薄い部分を有している。厚い部分と薄い部分とがカラー部３５の周方向において交互に形成されている。つまり、前半部５ａには、後半部５ｂの厚さｄ２よりも厚い部分が間欠的に形成されている。カラー部３５の横断面において、前半部５ａの外周面の輪郭の一部は直線を示している。つまり、前半部５ａの外周面の一部が平面で形成されていてもよい。このような構成でも第１実施形態と同一の効果が得られる。また、変形例１によれば、隣り合う伝熱フィン３Ｃの間を流れる流体の流れが阻害されにくい。
【００５３】
（その他の変形例）
図３〜図６を参照して説明したカラー部５，２５及び３５は、第３平面Ｈ３に関して対称な構造を有している。ただし、第３平面Ｈ３に対して一方側に位置する部分と他方側に位置する部分とが互いに異なる構造を有していてもよい。
【００５４】
（第２実施形態）
図８に示すように、第２実施形態に係るフィンチューブ熱交換器４０は、第１ユニット４１及び第２ユニット４２を備えている。第１ユニット４１は、第１実施形態で説明した複数枚の伝熱フィン３Ａ及び複数の伝熱管２によって構成されている。第２ユニット４２も複数枚の伝熱フィン３Ａ及び複数の伝熱管２によって構成されている。第１ユニット４１で使用された伝熱フィン３Ａは、第２ユニット４２で使用された伝熱フィン３Ａと同一の構造を有する。第１ユニット４１で使用された伝熱管２は、第２ユニット４２で使用された伝熱管２と同一の構造を有する。つまり、第１ユニット４１及び第２ユニット４２は、それぞれ、第１実施形態で説明したフィンチューブ熱交換器１と同一の構造を有する。第１ユニット４１が気流方向（矢印Ａに平行な方向）の上流側に配置され、第２ユニット４２が気流方向の下流側に配置されている。気流方向に沿って、複数のユニット４１及び４２が設けられていると、より大きい熱交換能力を達成できる。
【００５５】
本実施形態において、第１ユニット４１の姿勢は、カラー部５の前半部５ａが気流方向の上流側に位置するように設定されている。同様に、第２ユニット４２の姿勢は、カラー部５の前半部５ａが気流方向の上流側に位置するように設定されている。この場合、第２ユニット４２においても第１実施形態で説明した効果が得られる。ただし、第２ユニット４２において、カラー部５のうち、最も厚い部分が気流方向の上流側に位置していることは必須ではない。最も厚い部分は、カラー部５の周方向において、任意の方向に位置していてもよい。
【００５６】
また、第２ユニット４２には、第１ユニット４１の伝熱フィン３Ａと異なる構造の伝熱フィン、例えば、変形例１の伝熱フィン３Ｂが使用されていてもよい。また、第２ユニット４２には、第１ユニット４１の伝熱管２と異なる構造の伝熱管が使用されていてもよい。
【００５７】
すなわち、第２ユニット４２は、積み重ねられた複数枚の第２伝熱フィンと、複数枚の第２伝熱フィンを貫通し、所定の他の列方向に並んでいる複数の第２伝熱管とによって構成されていてもよい。複数枚の第２伝熱フィンは、それぞれ、第２伝熱管に沿って立ち上がる筒状の第２カラー部を有する。第２カラー部によって囲まれた第２貫通孔の中心を通り、他の列方向及び第２カラー部の高さ方向の両方に平行な平面を他の第１平面と定義したとき、第２カラー部は、他の第１平面の一方側に位置している第２前半部と、他の第１平面の他方側に位置している第２後半部とを含む。第２カラー部の高さ方向に垂直な他の第２平面で第２カラー部を切断したときに観察される断面において、第２前半部の厚さが第２後半部の厚さと異なっていてもよい。第１実施形態の説明は、第２ユニット４２の第２伝熱フィンにそっくり援用できる。
【００５８】
さらに、第２ユニット４２の第２伝熱フィンとして、フラットフィン、コルゲートフィン等の従来のフィンを使用することも可能である。
【００５９】
（ヒートポンプ装置の実施形態）
次に、図９を参照して、上述した熱交換器１が使用されたヒートポンプ装置の一例であるルームエアコン１０を説明する。
【００６０】
ルームエアコン１０では、室内ユニット１０Ａと室外ユニット１０Ｂとに跨って冷媒回路１０Ｃが構成されている。室外ユニット１０Ｂ内には圧縮機１１（一例としてロータリー圧縮機）、四方弁１２、室外熱交換器１３、絞り装置１４（一例として膨張弁）が配置されており、室内ユニット１０Ａ内には室内熱交換器１５が配置されている。また、室外ユニット１０Ｂには室外熱交換器１３に室外空気を送る室外ファン１６（一例としてプロペラファン）が、室内ユニット１０Ａには室内熱交換器１５に室内空気を送る室内ファン１７（一例としてクロスフローファン）がそれぞれ設けられている。
【００６１】
ルームエアコン１０では、四方弁１２により、圧縮機１１により圧縮された高温高圧の冷媒が、暖房運転の際は室内熱交換器１５に、冷房運転の際は室外熱交換器１３に導かれる。暖房運転の際は、室内熱交換器１５が凝縮器となり、四方弁１２から室内熱交換器１５へ高温冷媒が送られる。室内熱交換器１５は、流れてくる高温冷媒の熱と室内ファン１７によって送られる室内空気の熱を熱交換し、冷媒の熱を空気へ放熱させることで冷媒を凝縮液化させる。液化した冷媒は絞り装置１４で断熱膨張され、これにより低温低圧となった冷媒が室外熱交換器１３に送られる。室外熱交換器１３は蒸発器となり、気液二相状態の低温冷媒の熱と室外ファン１６によって送られる室外空気の熱を熱交換し、空気の熱を冷媒に吸熱させることで冷媒を蒸発気化させる。蒸発した低圧気化冷媒は、圧縮機１１で再度圧縮される。このサイクルを連続的に繰り返すことにより、室内空気を暖めて暖房を行う。冷房運転の際は、四方弁１２を切り替えることで、冷媒を逆方向に流し、室内空気を冷やして冷房を行う。すなわち、暖房運転と冷房運転の双方で、冷媒回路１０Ｃを循環する冷媒は、圧縮機１１、凝縮器、絞り装置１４及び蒸発器をこの順に通過する。
【００６２】
上述したようなルームエアコン１０あるいはそれ以外のヒートポンプ装置において、凝縮器と蒸発器の少なくとも一方を本実施形態の熱交換器１とすることで、凝縮器及び／又は蒸発器の熱交換効率を向上させることができる。その結果、ヒートポンプ装置のＣＯＰを向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本実施形態のフィンチューブ熱交換器は、家庭用エアコン、自動車用エアコン、業務用パッケージエアコン等の空調用機器、冷蔵庫、ヒートポンプ式給湯機等に利用されるヒートポンプ装置に適応可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１，４０  フィンチューブ熱交換器
２  伝熱管
３Ａ〜３Ｃ  伝熱フィン
４  ベース部
５，２５，３５  カラー部
５ａ  前半部
５ｂ  後半部
５１  フレア部
５５  裾野部
１０  ルームエアコン（ヒートポンプ装置）
１０Ｃ  冷媒回路
１１  圧縮機
１３  室外熱交換器
１４  絞り装置
１５  室内熱交換器
４１  第１ユニット
４２  第２ユニット
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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