(57)【要約】【課題】伝熱性能と排水性に優れたフィンチューブ熱交換器を提供すること。【解決手段】積層される複数のフィン１と、フィンを貫通する複数の伝熱管２と、を備え、フィン１は、気流１００方向に対して、フィンの風上部１ａと風下部１ｂとの双方に、山と谷が交互に出現するコルゲート形状部（８、１６）を有するとともに、伝熱管２が挿入される円筒形状のフィンカラー３と、フィンカラー３の周囲に形成される平坦部（１ｃ、１５ｃ）と、を有し、平坦部１ｃ、１５ｃ）が、気流１００方向に対してフィン１の風下側の端部まで延設されているもので、コルゲート形状によって伝熱面積を拡大するとともに、風下側の端部まで延設された平坦部によって排水性を向上させ、熱交換性能を向上させることができる。【選択図】図１
2014089018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層される複数のフィンと、前記フィンを貫通する複数の伝熱管と、を備え、
前記フィンは、気流方向に対して、前記フィンの風上部と風下部との双方に、山と谷が交互に出現するコルゲート形状部を有するとともに、前記伝熱管が挿入される円筒形状のフィンカラーと、前記フィンカラーの周囲に形成される平坦部と、を有し、
前記平坦部が、前記気流方向に対して前記フィンの風下側の端部まで延設されているフィンチューブ熱交換器。
【請求項２】
延設された前記平坦部は、気流方向に対して風上側よりも風下側が、鉛直下方となるように形成されている請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項３】
延設された前記平坦部に切起しを設け、前記切起しは、気流方向に対して風下側にのみ開口する開口部を有する請求項１または２に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項４】
前記フィンは、前記伝熱管の中心を通る水平線に対して線対称に形成される請求項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】
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を備えた冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、冷媒の熱交換に用いられるフィンチューブ熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のフィンチューブ熱交換器としては、所定間隔で並べられたフィン１０１と、フィン１０１に略直角に挿入されて貫通する伝熱管１０２とから構成されている。
【０００３】
図８（ａ）は、従来のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンを積層した際の断面図、図８（ｂ）は従来のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンの部分平面図である。
【０００４】
図８に示すように、フィン１０１上には、フィン１０１の表面から立ち上げられたフィンカラー１０３が形成され、フィンカラー１０３に伝熱管１０２を挿嵌する。フィンカラー１０３は、端面１３０が、隣り合うフィン１０１に接してフィン１０１同士の間隔を所定距離に保持する役割を果たす。
【０００５】
熱交換器には、送風機（図示せず）などによって導入された気流１００（例えば、空気）が、積層されたフィン１０１の間隙を流動し、フィン１０１を介して伝熱管１０２の内部を流通する流体（例えば、Ｒ４１０ａ、二酸化炭素などの冷媒）と熱交換を行う。また、伝熱管１０２の内部を流通する流体は、一般的には、液相と気相との二相状態にあって、気流１００との熱交換によって液相が蒸発し、過熱ガスとなって熱交換器から流出する。
【０００６】
また、フィン１０１は、気流１００方向に対して山と谷が交互に出現するコルゲート形状を有しており、これにより、空気流とフィン１０１との伝熱面積の拡大を図っている。
【０００７】
このような、コルゲート形状のフィンを用いたフィンチューブ熱交換器について、高効率の追求に応じた伝熱促進のために、フィンに切起しを形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
図９（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、特許文献１に記載のフィンチューブ熱交換器において、フィンを積層した際の断面図および部分平面図を示すものである。
【０００９】
図９に示す切起し１０４は、フィン１０１の一部が立ち上げられ、立ち上げられたフィン１０１の一部が、フィン平坦部１０１ｃと略平行になるように形成される。これによって、前縁１０４ａが形成される。また、切起し１０４の両端は、フィン平坦部１０１ｃと接続されて支持される。この切起し１０４を、伝熱管１０２の気流１００に対する上流側、下流側の双方に形成し、また、切起し１０４の高さを所定の範囲に設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１２５４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記従来の構成では、フィンがコルゲート形状に形成されていることから、伝熱管の周囲に析出する凝縮水が、フィンカラーとコルゲート形状との間や、切起し
に滞留することで、通風抵抗の増大と伝熱性能の低下を招き、結果として、熱交換性能が低下してしまうという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、コルゲート形状を備えるフィンにおいて、フィンと空気流との接触面積の増大を図るとともに、排水性を向上させ、熱交換性能に優れたフィンチューブ熱交換器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】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、積層される複数のフィンと、前記フィンを貫通する複数の伝熱管と、を備え、前記フィンは、気流方向に対して、前記フィンの風上部と風下部との双方に、山と谷が交互に出現するコルゲート形状部を有するとともに、前記伝熱管が挿入される円筒形状のフィンカラーと、前記フィンカラーの周囲に形成される平坦部と、を有し、前記平坦部が、前記気流方向に対して前記フィンの風下側の端部まで延設されていることを特徴とするものである。
【００１４】
これにより、コルゲート形状によってフィンと空気流との接触面積を増大させるとともに、フィン上に析出した水は、フィンの風下側の端部まで延設された平坦部を伝って流れ、その後、フィンの風下側の端部に沿って鉛直下方へと流れるので、フィン上に析出する水を円滑に流下させて、排水性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、伝熱性能と排水性の向上した、熱交換性能に優れたフィンチューブ熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフィンチューブ熱交換器の構成図
【図２】同フィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図
【図３】同フィンチューブ熱交換器のフィンの排水作用を示す説明図
【図４】同フィンチューブ熱交換器のフィンの切起し形状を示す斜視図
【図５】同フィンチューブ熱交換器のフィンの他の切起し形状を示す斜視図
【図６】同フィンチューブ熱交換器のフィンのさらに他の切起し形状の斜視図
【図７】本発明の実施の形態２におけるフィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図
【図８】（ａ）従来のフィンチューブ熱交換器のフィンを積層した際の断面図（ｂ）従来のフィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図
【図９】（ａ）従来のフィンチューブ熱交換器の別形状のフィンを積層した際の断面図（ｂ）従来のフィンチューブ熱交換器の別形状のフィンの部分平面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、積層される複数のフィンと、前記フィンを貫通する複数の伝熱管と、を備え、前記フィンは、気流方向に対して、前記フィンの風上部と風下部との双方に、山と谷が交互に出現するコルゲート形状部を有するとともに、前記伝熱管が挿入される円筒形状のフィンカラーと、前記フィンカラーの周囲に形成される平坦部と、を有し、前記平坦部が、前記気流方向に対して前記フィンの風下側の端部まで延設されているフィンチューブ熱交換器である。
【００１８】
これにより、コルゲート形状によってフィンの表面積が増大し、フィンと空気流との接触面積が増大するので伝熱性能が向上する。また、特に伝熱管の周囲に多く析出し、フィンカラーとコルゲート形状部との間に滞留する凝縮水が、平坦部を伝ってフィンの端部まで容易に到達するので、フィン上の水が円滑に流下して排水性が向上し、熱交換性能を向
上させることができる。
【００１９】
また、平坦部はフィンの風下側の端部に向かって延設されているので、積層されるフィンの間隙を流れる空気流の運動エネルギーを利用して、フィン上に析出する凝縮水をフィン風下側に向かって円滑に誘導することができるので、排水性をより向上させることができる。
【００２０】
第２の発明は、特に、第１の発明において、延設された前記平坦部は、気流方向に対して風上側よりも風下側が、鉛直下方となるように形成されているものである。
【００２１】
これにより、フィン上に析出する凝縮水の位置エネルギーと、積層されるフィンの間隙を流れる空気流の運動エネルギーとを利用して、また、風下側が下方となるように傾斜した平坦部に沿って、凝縮水をフィンの風下側の端部へと誘導することができる。よって、フィン上に析出する凝縮水を円滑に流下させ、排水性を向上させて、熱交換性能を向上させることができる。
【００２２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、延設された前記平坦部に切起しを設け、前記切起しは、気流方向に対して風下側にのみ開口する開口部を有するものである。
【００２３】
これにより、切起しが、外気温度の低い運転条件においても着霜が生じにくいフィンの風下部に設けられ、かつ、切起しの開口部が気流方向の風下側にのみ形成されているので、切起しへの着霜を抑制しながらも、気流の乱流化を促進して、熱交換効率を向上させることができる。
【００２４】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれかの発明において、前記フィンは、前記伝熱管の中心を通る水平線に対して線対称に形成されるものである。
【００２５】
これにより、フィンが上下対称になることで、フィンの設計自由度を向上させ、加工性に優れたフィンチューブ熱交換器を提供することができる。
【００２６】
以下、本発明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。
【００２７】
（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熱交換器の構成図である。図１に示すように、本実施の形態のフィンチューブ熱交換器は、所定間隔Ｆｐで並べられたフィン１と、フィン１に略直角に挿入されて貫通する伝熱管２とから構成されている。
【００２８】
フィンチューブ熱交換器には、送風機（図示せず）などによって導入された気流１００（例えば、空気）が、積層されたフィン１の間隙を流動する。これにより、フィン１を介して、気流１００と伝熱管２の内部を流通する流体（例えば、Ｒ４１０ａ、二酸化炭素などの冷媒）との間で熱交換を行う。なお、伝熱管２の内部を流通する流体は、一般的には、液相と気相との二相状態にあって、気流１００との熱交換によって液相が蒸発し、過熱ガスとなって熱交換器から流出する。
【００２９】
図２は、本実施の形態のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンの部分正面図を示すものである。図２において、フィン１は、風上側をフィンの風上部１ａ、風下側をフィンの風下部１ｂとするとき、風上部１ａに１つの山部、風下部１ｂにさらに１つの山部を備え、気流１００の流れ方向に対して、山と谷が交互に出現するＷ型のコルゲート形状（他
にも波形状、ワッフル形状などとも呼ばれる）を成している。
【００３０】
また、気流１００方向に対して、最も風上側に平坦部１５ａ、最も風下側に平坦部１５ｂを有している。平坦部１５ａ、１５ｂはそれぞれ、最大数ｍｍの幅で、フィンの鉛直方向に伸びて形成されている。
【００３１】
伝熱管２が挿入される貫通孔１０の周囲には、伝熱管２の形状に沿って形成される円筒形状のフィンカラー３が形成されている。また、フィンカラー３の周囲には、フィンの風上部１ａとフィンの風下部１ｂとの領域にまたがって備えられた円形状の平坦部１ｃが設けられている。なお、平坦部１ｃとコルゲート形状部８の谷は同一平面状に形成される。
【００３２】
製造過程において、伝熱管２は、まず、貫通孔１０に挿入され、その後、伝熱管２の径を内部から拡大させる拡管作業を行うことにより、フィンカラー３と密着した状態となる。
【００３３】
平坦部１５ｃは、風下部１ｂかつ伝熱管２の鉛直方向下方側に形成され、また、円形状の平坦部１ｃと平坦部１５ｂとを接続するように配置されている。すなわち、円形状の平坦部１ｃが延設されて平坦部１５ｃを形成し、最も風下側の平坦部１５ｂと接続され、平坦部１ｃ、１５ｃ、１５ｂが一体となって形成されている。
【００３４】
また、平坦部１５ｃと、平坦部１５ｃの鉛直下方のコルゲート形状部１６とは、傾斜面１８を介して接している。平坦部１５ｃと傾斜面１８との境界線１７は、気流１００の流れ方向に対して風下側が下方になるように傾斜して形成されている。すなわち、平坦部１ｃが延設されて成る平坦部１５ｃは、気流１００方向に対して風上側よりも風下側が鉛直下方となるように形成されている。
【００３５】
また、平坦部１５ｃには、切起し２１が配設されている。切起し２１は、平坦部１５ｃに鉛直方向に切り込みを入れ、フィンの平坦部１５ｃの一部を、フィンカラー３が形成される方向に隆起させて形成され、また、フィン１の風下側のみに開口部２０を有する山型の形状を備える。
【００３６】
以上のように、構成された熱交換器について、以下にその動作および作用を説明する。
【００３７】
図３は、本実施の形態のフィンにおける排水作用を示す説明図である。
【００３８】
熱交換器が蒸発器として作用している場合には、伝熱管２の内部を冷媒が蒸発しながら流通することで、フィン１は、フィンカラー３、平坦部１ｃを介して熱を奪われ、気流１００よりも低温になる。フィン１の表面温度が気流１００の露点温度よりも低くなると、フィン１の表面には凝縮水２２が発生する。この凝縮水２２はフィン１表面の表面張力に逆らって自重により鉛直下方へ流れようとする。
【００３９】
ここで、本実施の形態では、図３に示すように、平坦部１ｃにて発生した凝縮水２２が、平坦部１ｃと境界線１７との接点である最下端１７ｃを経て、境界線１７に沿って風下側斜め下方に流れ、さらに、平坦部１５ｂに沿って鉛直下方へ流れる。また、上述の境界線１７に沿って風下側斜め下方に流れる作用は、気流１００の運動エネルギーによって助長され、より滑らかに凝縮水２２を流下させることができる。
【００４０】
すなわち、フィン１上に、凝縮水２２が円滑に流れる流路が形成されることとなり、フィン１に滞留する凝縮水２２を円滑に排水することができるので、通風抵抗を小さくすることができる。
【００４１】
また、フィン１の温度が０℃未満となって熱交換器への着霜がある運転条件で動作させる場合は、除霜運転を行って霜が融けて生成した融解水が、境界線１７の傾斜を利用して滑らかに流下するので、除霜運転からの復帰時においても、フィン１に滞留した融解水が再氷結することによる通風抵抗の増大を抑制することができる。
【００４２】
また、平坦部１５ｃに備えられた切起し２１は、気流１００が開口部２０を通過するときに縦渦を発生させ、温度境界層を乱して熱伝達率を向上させるとともに、開口部２０において、フィン１の表裏を流通する気流１００を衝突させて混合させるので、伝熱性能を向上させることができる。
【００４３】
さらに、開口部２０は前縁を形成するので、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。また、開口部２０は、風下部１ｂに、鉛直方向と平行に１箇所だけ形成されているので、熱伝達が過度に遮断されることなく、フィン１の表面全体を伝熱に寄与させることができる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態においては、気流１００方向に対して山と谷が交互に形成されるコルゲート形状を有し、フィンカラー３の周囲に形成される平坦部１ｃと、気流１００方向に対して下流側かつフィンカラー３の下方に備えられた平坦部１５ｃを備え、平坦部１５ｃがフィン１の風下側の端部まで延設されており、さらにコルゲート形状と平坦部１５ｃの延設される部位との境界線１７が、気流１００方向に対して風下側が鉛直下方となるように傾斜している。
【００４５】
これにより、コルゲート形状によって伝熱面積を増大させるとともに、フィン１に析出する凝縮水２２が、境界線１７に沿ってフィン１の風下側の端部まで容易に到達し、さらに、平坦部１５ｂに沿って鉛直下方に流下するので、排水性を向上させ、熱交換性能を向上させることができる。
【００４６】
なお、切起し２１は、図４に示すように、山型の三角形状を有する開口部２０ａ以外にも、図５に示すような円弧状の開口部２０ｂや、図６に示すような台形状の開口部２０ｃを有していてもよい。
【００４７】
切起し２１を、円弧状の開口部２１ｂや、台形状の開口部２１ｃを備えるように形成すると、加工が容易である。
【００４８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図７に従い説明する。図７は本実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器のフィンの部分正面図である。なお、本実施の形態において実施の形態１と同一の箇所については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
本実施の形態におけるフィンは、図７に示すように、気流１００方向に対して下流側の平坦部１５ｃを、フィンカラー３の中心を通り気流１００方向に対して平行な中心線Ｌを軸として、線対称となるように形成したものである。これにより、フィン１の上下方向を逆に取り付けても、同等の効果が得られる設計自由度の高いフィンを形成することができ、加工性の高いフィンチューブ熱交換器とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかるフィンチューブ熱交換器は、伝熱面積の増大と、排水性の向上を図ることにより、熱交換性能を向上させることができるので、空気調和装置、給湯装置、暖房装置などに用いられる冷凍サイクル装置の熱交換器に適用することができる
。
【符号の説明】
【００５１】
１  フィン
１ａ  風上部
１ｂ  風下部
１ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  平坦部
２  伝熱管
３  フィンカラー
８、１６  コルゲート形状部
１７  境界線
２１  切起し
１００  気流
Ｌ  中心線
【図１】
2014089018.tif 000003
【図２】
2014089018.tif 000004
【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】
2014089018.tif 000009
【図８】
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【図９】
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