(57)【要約】【課題】切り込みの前縁効果で伝熱性能に優れたフィンチューブ型熱交換器を提供する。【解決手段】所定の間隔を置いて略平行に積層された複数の伝熱フィン１０と、伝熱フィン１０の平面方向と略直交する方向に伝熱フィン１０を貫通する複数の伝熱管（図示せず）とを備え、伝熱フィン１０に気体の流動方向に略直角方向となる段方向だけに切り込み１３を設け、切り込み１３の気体が流動する風上側の伝熱フィン１０を隆起させて、風下側に切り込み１３により形成される開口部１４を有する山部１５を備え、切り込み１３を軸として山部１５と略対称な形状を成し、風上側に向けて開口するように山部１５と逆方向に隆起させた谷部２５を備えたもので、切り込み１３による開口部１４が拡大するので、伝熱フィン１０を貫く気体の流量が増し、伝熱フィン１０表裏間での混合を促進し、谷部２５により形成される前縁の長さが増し、より大きな前縁効果で伝熱性能が向上する。【選択図】図３
2014020582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔を置いて略平行に積層された複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンの平面方向と略直交する方向に前記伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを備え、前記伝熱管が貫通する前記伝熱フィンの貫通孔の周囲には、前記伝熱フィンの平面方向に対し略直交する方向に延びる略円筒状のフィンカラーが形成され、前記伝熱管は、前記フィンカラーに密着した状態で前記貫通孔に挿入され、前記伝熱フィンの平面方向に流れる気体と前記伝熱管の内部を流れる熱冷媒との間で熱交換を行うようにしたフィンチューブ型熱交換器であって、前記伝熱フィンに前記気体の流動方向に略直角方向となる段方向だけに切り込みを設け、前記切り込みの前記気体が流動する風上側の前記伝熱フィンを隆起させて、風下側に前記切り込みにより形成される開口部を有する山部を備え、前記切り込みを軸として前記山部と略対称な形状を成し、風上側に向けて開口するように前記山部と逆方向に隆起させた谷部を備えたことを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。
【請求項２】
開口部の形状を、伝熱フィンの面を対称軸とした２つの略三角形状を並べた形状としたことを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器。
【請求項３】
開口部の形状を、伝熱フィンの面を対称軸とした２つの略台形状を並べた形状としたことを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器。
【請求項４】
開口部の形状を、伝熱フィンの面を対称軸とした２つの略円弧状を並べた形状としたことを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルームエアコン、パッケージエアコン、カーエアコン等の空気調和機や、ヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫、冷凍庫等に用いられ、多数積層された平板状の伝熱フィンの間を流動する空気などの気体と伝熱管内を流動する水や冷媒などの流体との間で熱を授受するフィンチューブ型熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多数積層された平板状の伝熱フィンと伝熱管とで構成される従来のフィンチューブ型熱交換器として、図４〜７に示されるようなものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、上記特許文献１に記載された従来のフィンチューブ型熱交換器の斜視図、図５は、同フィンチューブ型熱交換器の伝熱フィンの部分正面図、図６は、同伝熱フィンの底面図、図７は、同伝熱フィンの要部の拡大斜視図である。
【０００４】
図４〜７において、従来のフィンチューブ型熱交換器は、一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体Ｗが流動する多数の平板状の伝熱フィン１０１と、これらの伝熱フィン１０１に略直角に所定のピッチで挿入され、内部を水や冷媒などの流体Ｒが流動する伝熱管１０４とで構成され、伝熱管１０４は、伝熱フィン１０１の貫通孔１１ａの外周に垂直に立ち上げた円筒状のフィンカラー１０２に密着接合されている。なお、全てのフィンカラー１０２は、伝熱フィン１０１から同一方向に延び、略同一の高さを有している。
【０００５】
また、伝熱フィン１０１のスリット形成部分１０３に、気流１の流れ方向に略直角方向となる熱交換器の段方向だけに切り込み１３を設け、切り込み１３の気体が流動する風上側の伝熱フィン１０１を表側（図５の手前側、図６の上側）に隆起させて、風下側に切り込み１３により形成される略三角形状の開口部１４を有する山部１５が形成されている。風下側の開口部１４を有する山部１５は、段方向に隣接するフィンカラー１０２の間の伝熱フィン１０１の面に複数形成されている。
【０００６】
気体は、山部１５に沿って流れ、その後風下側の開口部１４を通過するとき縦渦（図示せず）が発生し、そこから風下側の伝熱フィン１０１の表面の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進する。
【０００７】
それとともに、伝熱フィン１０１の段方向の熱伝導が遮断されて伝熱に寄与しない領域が発生しないように切り込み１３を段方向だけとしたので、熱は伝熱フィン１０１が段方向に連続している山部１５を熱伝導により移動することができるので、伝熱フィン１０１の表面全体を伝熱に寄与させ、伝熱性能が向上するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４７７５４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献１に記載されたような従来のフィンチューブ型熱交換器の構成では、流動する気体が山部１５を通過するとき、一部の気体が前記山部１５の風下側に形成された開口部１４を介して伝熱フィン１０１を貫くように流れ、伝熱フィン１０１
表裏間で気体を混合させことによる伝熱性能の向上、および切り込み１３の下流側前縁による前縁効果による伝熱性能の向上を期待しているが、伝熱フィン１０１を貫く気体の流れは微量であり、大きな伝熱性能の向上は得られないという課題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、切り込みのより大きな前縁効果による性能を向上させたフィンチューブ型熱交換器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、所定の間隔を置いて略平行に積層された複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンの平面方向と略直交する方向に前記伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを備え、前記伝熱管が貫通する前記伝熱フィンの貫通孔の周囲には、前記伝熱フィンの平面方向に対し略直交する方向に延びる略円筒状のフィンカラーが形成され、前記伝熱管は、前記フィンカラーに密着した状態で前記貫通孔に挿入され、前記伝熱フィンの平面方向に流れる気体と前記伝熱管の内部を流れる熱冷媒との間で熱交換を行うようにしたフィンチューブ型熱交換器であって、前記伝熱フィンに前記気体の流動方向に略直角方向となる段方向だけに切り込みを設け、前記切り込みの前記気体が流動する風上側の前記伝熱フィンを隆起させて、風下側に前記切り込みにより形成される開口部を有する山部を備え、前記切り込みを軸として前記山部と略対称な形状を成し、風上側に向けて開口するように前記山部と逆方向に隆起させた谷部を備えたもので、開口部を通過する際に発生する縦渦により、開口部よりも風下側の伝熱フィン表面の伝熱を促進するとともに、伝熱フィンの熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができ、さらに従来よりも切り込みによる開口部を拡大させているので、伝熱フィンを貫く気体の流量が増し、フィン表裏間での混合を促進させるとともに、谷部により形成される前縁の長さが従来よりも増すことで、より大きな前縁効果により性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、以上説明したように構成されているので、風下側の開口部を有する山部に沿って気体が流れ、風下側の開口部を通過するとき縦渦が発生し、そこから風下側の伝熱フィン表面の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させ、伝熱を促進するとともに、三角片で伝熱フィンの熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィンが連続している山部を熱伝導することができるので、伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができ、さらに従来よりも切り込みによる開口部を拡大させているので、伝熱フィンを貫く気体の流量が増し、伝熱フィン表裏間での混合を促進させ、谷部により形成される前縁の長さが従来よりも増すことで、より大きな前縁効果により性能を向上させたフィンチューブ型熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフィンチューブ型熱交換器の伝熱フィンの正面図
【図２】同伝熱フィンの底面図
【図３】同伝熱フィンの要部の拡大斜視図
【図４】従来のフィンチューブ型熱交換器の斜視図
【図５】同フィンチューブ型熱交換器の伝熱フィンの部分正面図
【図６】同伝熱フィンの底面図
【図７】同伝熱フィンの要部の拡大斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、所定の間隔を置いて略平行に積層された複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンの平面方向と略直交する方向に前記伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを備え、前記伝熱管が貫通する前記伝熱フィンの貫通孔の周囲には、前記伝熱フィンの平面方向に対し略直交する方向に延びる略円筒状のフィンカラーが形成され、前記伝熱管は、前記フィンカラーに密着した状態で前記貫通孔に挿入され、前記伝熱フィンの平面方向に流れる気体と前記伝熱管の内部を流れる熱冷媒との間で熱交換を行うようにしたフィンチューブ型熱交換器であって、前記伝熱フィンに前記気体の流動方向に略直角方向となる段方向だけに切り込みを設け、前記切り込みの前記気体が流動する風上側の前記伝熱フィンを隆起させて、風下側に前記切り込みにより形成される開口部を有する山部を備え、前記切り込みを軸として前記山部と略対称な形状を成し、風上側に向けて開口するように前記山部と逆方向に隆起させた谷部を備えたもので、開口部を通過する際に発生する縦渦により、開口部よりも風下側の伝熱フィン表面の伝熱を促進するとともに、伝熱フィンの熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができ、さらに従来よりも切り込みによる開口部を拡大させているので、伝熱フィンを貫く気体の流量が増し、伝熱フィン表裏間での混合を促進させるとともに、谷部により形成される前縁の長さが従来よりも増すことで、より大きな前縁効果により性能を向上させることができる。
【００１５】
第２の発明は、特に、第１の発明の開口部の形状を、伝熱フィンの面を対称軸とした２つの略三角形状を並べた形状としたもので、気体は山部の斜面に沿って流れた後、風下側の開口部を通過するとき縦渦が発生し、そこから風下側の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進することができる。一方、伝熱フィンの段方向の熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィンが段方向に連続している山部および谷部を熱伝導することができるので、伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。
【００１６】
また、従来よりも切り込みによる開口部を拡大させているので、伝熱フィンを貫く気体の流量が増し、伝熱フィン表裏間での混合を促進させるとともに、谷部により形成される前縁の長さが従来よりも増すことで、より大きな前縁効果により性能を向上させることができる。
【００１７】
第３の発明は、特に、第１の発明の開口部の形状を、伝熱フィンの面を対称軸とした２つの略台形状を並べた形状としたもので、気体は山部の斜面に沿って流れた後、風下側の開口部を通過するとき縦渦が発生し、そこから風下側の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進することができる。一方、伝熱フィンの段方向の熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィンが段方向に連続している山部および谷部を熱伝導することができるので、伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。また、山部および谷部を形成する４つの斜面は平面状の尾根に緩やかな角度で繋がるので、山部を隆起させる加工が容易である。
【００１８】
また、従来よりも切り込みによる開口部を拡大させているので、伝熱フィンを貫く気体の流量が増し、伝熱フィン表裏間での混合を促進させるとともに、谷部により形成される前縁の長さが従来よりも増すことで、より大きな前縁効果により性能を向上させることができる。
【００１９】
第４の発明は、特に、第１の発明の開口部の形状を、伝熱フィンの面を対称軸とした２つの略円弧状を並べた形状としたもので、気体は山部の斜面に沿って流れた後、風下側の開口部を通過するとき縦渦が発生し、そこから風下側の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進することができる。一方、伝熱フィンの段方向の熱伝導を
遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィンが段方向に連続している山部および谷部を熱伝導することができるので伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。また、山部は断面を円弧状にして隆起させるので、加工が容易である。
【００２０】
また、従来よりも切り込みによる開口部を拡大させているので、伝熱フィンを貫く気体の流量が増し、伝熱フィン表裏間での混合を促進させるとともに、谷部により形成される前縁の長さが従来よりも増すことで、より大きな前縁効果により性能を向上させることができる。
【００２１】
以下、本発明のフィンチューブ型熱交換器の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるフィンチューブ型熱交換器の伝熱フィンの正面図、図２は、同伝熱フィンの底面図、図３は、同伝熱フィンの要部の拡大斜視図である。なお、上記従来のフィンチューブ型熱交換器と同一部分には、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
図１および図２に示されるように、本実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器のそれぞれの伝熱フィン１０には、伝熱管１２が貫通する複数の貫通孔１１ａ（図１では二つの貫通孔のみ示している）が形成されている。それぞれの貫通孔１１ａの周囲には、伝熱フィン１０の平面方向あるいは気流１の流れ方向に対し略直交する方向に延びる略円筒状のフィンカラー１１が形成されており、例えば、それぞれの伝熱管１２を拡径することにより、伝熱管１２はフィンカラー１１に密着した状態で貫通孔１１ａに挿通されている。なお、全てのフィンカラー１１は、伝熱フィン１０から同一方向に延び、略同一の高さを有している。
【００２４】
ここで、伝熱管１２の拡径について詳述すると、フィンチューブ型熱交換器を製造するに際し、伝熱フィン１０を積層して、フィンカラー１１に伝熱管１２を挿入するが、作業性を良好にするため、フィンプレス時のフィンカラー１１の内径は、伝熱管１２の外径より多少大きく加工されている。しかしながら、伝熱管１２のフィンカラー１１への挿入後、液圧を利用して、あるいは機械的な方法等で伝熱管１２を拡径し、伝熱管１２とフィンカラー１１を密着させて伝熱性能を向上させている。
【００２５】
また、図１〜図３において、伝熱フィン１０に気流１の流れ方向に略直角方向となる熱交換器の段方向だけに切り込み１３を設け、切り込み１３の気体が流動する風上側の伝熱フィン１０を表側（図１の手前側、図２の上側）に隆起させて、風下側に切り込み１３により形成される開口部１４を有する山部１５が形成されている。
【００２６】
さらに、切り込み１３を対称軸として山部１５と対称な形状を成すよう、山部１５に対して伝熱フィン１０の裏側（図１の奥側、図２の下側）に隆起させ、山部１５の風下側において略ひし形となる開口部１４を風上側にて共有する谷部２５を備えている。山部１５および谷部２５は、段方向に隣接するフィンカラー１１の間の伝熱フィン１０の面に複数形成されている。
【００２７】
なお、山部１５は表側、谷部２５は裏側に隆起させて形成されるだけに限定するものではなく、山部１５が裏側、谷部２５が表側に隆起させて形成されても良いし、表側の隆起と裏側の隆起とを混在させても良い。
【００２８】
以上のように構成された本実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００２９】
伝熱フィン１０に切り込み１３を気体の流動方向に略直角方向となる段方向に設け、切り込み１３の気流１の風上側の伝熱フィン１０を隆起させて風下側に切り込み１３により形成される開口部１４を有する山部１５を形成したので、気体は、山部１５に沿って流れ、その後風下側の開口部１４を通過するとき縦渦が発生し、そこから風下側の伝熱フィン１０の表面の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進する。
【００３０】
また、切り込み１３を対称軸として山部１５と対称な形状を成すよう、山部１５に対して伝熱フィン１０の裏側に隆起させ、山部１５の風下側において略ひし形となる開口部１４を風上側にて共有する谷部２５を形成したので、気体の一部は、山部１５の裏側面に沿って流れた後、開口部１４を介して谷部２５の表側面に沿って流れ、伝熱フィン１０の表裏間で混合させるので、伝熱性能を向上させることができる。
【００３１】
開口部１４は、谷部２５が伝熱フィン１０の裏側面に隆起されたことで従来よりも拡大されているので、伝熱フィン１０の表裏間で混合される気体の量も増し、得られる伝熱性能の向上分は従来よりも増大している。
【００３２】
また、切り込み１３の風下側、谷部２５の前縁２６にて温度境界層の前縁効果により伝熱性能を向上させることができる。谷部２５の前縁２６は、谷部２５を伝熱フィン１０の裏側面に隆起され従来よりも長くなっているので、得られる前縁効果も従来よりも向上している。
【００３３】
また、山部１５と谷部２５を形成するための切り込み１３は、伝熱フィン１０の段方向の熱伝導が遮断されて伝熱に寄与しない領域が発生しないように段方向だけとしたので、熱は、伝熱フィン１０が段方向に連続している山部１５および谷部２５を熱伝導により移動することができるので、伝熱フィン１０の表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。
【００３４】
なお、開口部１４の形状を伝熱フィン１０面を対称とした２つの略台形状を並べた形状にすれば、山部１５と谷部２５を形成する４つの斜面は平面状の尾根に緩やかな角度で繋がるので、山部１５および谷部２５を隆起させる加工を容易にすることができる。さらに、開口部１４の形状を伝熱フィン１０面を対称軸とした２つの略円弧状を並べた形状にすれば、山部１５および谷部２５の断面を円弧状にして隆起させるので、加工を容易にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、伝熱フィンに切り込みを設け、切り込みの風上側の伝熱フィン部を隆起させて、切り込みにより風下側に形成される開口部を有する山部を形成することにより、風下側の開口部を通過する際に発生する縦渦により、風下側の伝熱フィン表面の伝熱を促進するとともに、伝熱フィンの熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができ、さらに従来よりも切り込みによる開口部を拡大させているので、伝熱フィンを貫く気体の流量が増し、伝熱フィン表裏間での混合を促進させ、谷部により形成される前縁の長さが従来よりも増すことで、より大きな前縁効果により性能を向上させることができるので、空気調和機、ヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫、冷凍庫等に用いられる熱交換器として有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１０、１０１  伝熱フィン
１１、１０２  フィンカラー
１１ａ  貫通孔
１２、１０４  伝熱管
１３  切り込み
１４  開口部
１５  山部
２５  谷部
２６  前縁
【図１】
2014020582.tif 000003
【図２】
2014020582.tif 000004
【図３】
2014020582.tif 000005
【図４】
2014020582.tif 000006
【図５】
2014020582.tif 000007
【図６】
2014020582.tif 000008
【図７】
2014020582.tif 000009