(57)【要約】      （修正有）【課題】熱交換効率を向上させたフィンチューブ式の熱交換器を提供する。【解決手段】整列配置した複数の貫通孔３２を有する薄板状のフィン部材３０を貫通孔が整合するように且つ所定間隔をもって複数積層し、貫通孔にチューブを伝熱可能に圧入し、チューブに流れる第１熱交換媒体とフィン部材間を流れる第２熱交換媒体とが熱交換するフィンチューブ式の熱交換器であって、フィン部材には、前記複数の貫通孔の間に、第２熱交換媒体がＶ字の頂部側から流れるように、流入側Ｅから流出側Ｆまでに亘って一列に且つ等間隔に複数のＶ字形状の波状の凸部３６と凹部３８が形成されている。第２熱交換媒体に主流な流れの他に、フィン部材の表面近傍でＶ字の中央に向かう流れと隣接するフィン部材の中間部でＶ字の両サイドに向かう流れとからなる二次的な流れが生じ、熱交換効率が向上する。【選択図】図２
0003199776.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
整列配置した複数の貫通孔を有する薄板状のフィン部材を前記複数の貫通孔が整合するように且つ所定間隔をもって複数積層し、前記複数の貫通孔に複数のチューブを伝熱可能に圧入し、前記複数のチューブに流れる第１熱交換媒体と前記フィン部材間を流れる第２熱交換媒体とが熱交換するフィンチューブ式の熱交換器であって、
前記フィン部材は、前記第２熱交換媒体の流入側から流出側まで見通すことができる前記複数の貫通孔の間に、前記第２熱交換媒体がＶ字の頂部側から流れるように、前記第２熱交換媒体の流入側から流出側までに亘って一列に且つ等間隔に配置されるように複数のＶ字形状の波状の凹凸が形成されている、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の熱交換器であって、
前記Ｖ字形状の波状の凹凸は、Ｖ字の屈曲部位の振幅が他の部位の振幅より大きくなるように形成されている、
熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２記載の熱交換器であって、
前記複数の波状の凹凸のうち両側に貫通孔が形成されていない部位の波状の凹凸は、両側に貫通孔が形成されている部位の波状の凹凸より大きなＶ字となるように形成されている、
熱交換器。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載の熱交換器であって、
前記複数の貫通孔は、格子状に整列配置されている、
熱交換器。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれか１つの請求項に記載の熱交換器であって、
前記フィン部材は、前記フィン部材を積層したときに前記フィン部材が前記所定間隔となる段差部が前記複数の貫通孔の周囲に形成されている、
熱交換器。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、熱交換器に関し、詳しくは、フィンチューブ式の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器としては、格子状に整列配置した複数の貫通孔を有するフィンを所定間隔をもって複数積層し、複数の貫通孔に複数のチューブを圧入し、フィンの間に流れる空気と複数のチューブ内に流れる熱交換媒体とで熱交換するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この熱交換器では、空気の流出側に配列する一列のチューブから流入した熱交換媒体が蛇行して空気の流入側に配列する一列のチューブから流出するようにチューブの端部を連結しており、空気と熱交換媒体が全体として対向するように流れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８１５５３号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の熱交換器では、フィンの間の空気の流れは単調なものとなり、熱交換効率が低くなってしまう。空気の流れに対してチューブを千鳥状に配置することも考えられるが、空気の流通抵抗が大きくなってしまう。また、いずれの配置にしても空気の流れに対してチューブの裏側は死水域となり、熱交換効率を低下させてしまう。
【０００５】
本考案の熱交換器は、フィンチューブ式の熱交換器において、熱交換効率を向上させることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の熱交換器は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本考案の熱交換器は、
整列配置した複数の貫通孔を有する薄板状のフィン部材を前記複数の貫通孔が整合するように且つ所定間隔をもって複数積層し、前記複数の貫通孔に複数のチューブを伝熱可能に圧入し、前記複数のチューブに流れる第１熱交換媒体と前記フィン部材間を流れる第２熱交換媒体とが熱交換するフィンチューブ式の熱交換器であって、
前記フィン部材は、前記第２熱交換媒体の流入側から流出側まで見通すことができる前記複数の貫通孔の間に、前記第２熱交換媒体がＶ字の頂部側から流れるように、前記第２熱交換媒体の流入側から流出側までに亘って一列に且つ等間隔に配置されるように複数のＶ字形状の波状の凹凸が形成されている、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本考案の熱交換器では、整列配置した複数の貫通孔を有する薄板状のフィン部材を複数の貫通孔が整合するように且つ所定間隔をもって複数積層し、複数の貫通孔に複数のチューブを伝熱可能に圧入することによりフィンチューブ式の熱交換器として構成されており、複数のチューブに流れる第１熱交換媒体とフィン部材間を流れる第２熱交換媒体とが熱交換する。フィン部材には、第２熱交換媒体の流入側から流出側まで見通すことができる複数の貫通孔の間に、第２熱交換媒体がＶ字の頂部側から流れるように、第２熱交換媒体の流入側から流出側までに亘って一列に且つ等間隔に配置されるように複数のＶ字形状の波状の凹凸が形成されている。この複数のＶ字形状の波状の凹凸は、フィン部材の表面では、第２熱交換媒体の主流な流れに対してＶ字の屈曲部位（中央）に向かう二次的な流れを形成し、隣接するフィン部材の中央部（間）では、第２熱交換媒体の主流な流れに対してＶ字の両サイドに向かう二次的な流れを形成する。即ち、複数のＶ字形状の波状の凹凸により、第２熱交換媒体の流れに、主流な流れに対して、フィン部材の表面では両側のチューブから中央に向かう二次的な流れが生じ、隣接するフィン部材間の中央では両側のチューブに向かう二次的な流れが生じるのである。こうした二次的な流れは熱交換に寄与するから、熱交換効率を向上させることができる。また、こうした二次的な流れは、空気の主流な流れに対してチューブの裏側となる死水域にも流れを生じさせるから、熱交換効率を更に向上させることができる。さらに、フィン部材の表面に生じる中央に向かう二次的な流れは、第２熱交換媒体に混在した僅かな異物をフィン部材表面で中央に移動させるから、チューブとフィン部材との接合部に異物が堆積するのを抑制することができる。なお、複数の貫通孔は、格子状に整列配置されているのが好ましい。
【０００９】
こうした本考案の熱交換器において、前記Ｖ字形状の波状の凹凸は、Ｖ字の屈曲部位の振幅が他の部位の振幅より大きくなるように形成されているものとすることもできる。Ｖ字の屈曲部位（Ｖ字の底部の部位）の振幅を大きくすることにより、フィン部材表面に生じる両側のチューブから中央に向かう二次的な流れや隣接するフィン部材間の中央に生じる両側のチューブに向かう二次的な流れを強くすることができ、これにより、熱交換効率を更に向上させることができる。
【００１０】
また、本考案の熱交換器において、前記複数の波状の凹凸のうち両側に貫通孔が形成されていない部位の波状の凹凸は、両側に貫通孔が形成されている部位の波状の凹凸より大きなＶ字となるように形成されているものとすることもできる。こうすれば、第２熱交換媒体の主流な流れに沿って整列するチューブ間により強い二次的な流れを生じさせることができ、これにより、熱交換効率を更に向上させることができる。
【００１１】
さらに、本考案の熱交換器において、前記フィン部材は、前記フィン部材を積層したときに前記フィン部材が前記所定間隔となる段差部が前記複数の貫通孔の周囲に形成されているものとすることもできる。こうすれば、フィン部材の間隔を精度良く所定間隔とすることができると共に、熱交換用チューブの組み付け性を良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本考案の一実施例としてのフィンチューブ式の熱交換器２０を側面から見た側面図である。
【図２】図１のフィンチューブ式の熱交換器２０を上方からみた平面図である。
【図３】図２のＡ１−Ａ２断面のＡ１側の一部を示す部分断面図である。
【図４】図２のＢ１−Ｂ２断面のＢ１側の一部を示す部分断面図である。
【図５】図２のＣ１−Ｃ２断面のＣ１側の一部を示す部分断面図である。
【図６】図２のＤ１−Ｄ２断面のＤ１側の一部を示す部分断面図である。
【図７】Ｖ字形状の波状の凸部３６および凹部３８によるフィン部材３０間およびチューブ２２間の第２熱交換流体の二次的な流れを模式的に示す説明図である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
次に、本考案を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は本考案の一実施例としてのフィンチューブ式の熱交換器２０を側面から見た側面図であり、図２は図１のフィンチューブ式の熱交換器２０を上方からみた平面図である。また、図３は図２のＡ１−Ａ２断面のＡ１側の一部を示す部分断面図であり、図４は図２のＢ１−Ｂ２断面のＢ１側の一部を示す部分断面図であり、図５は図２のＣ１−Ｃ２断面のＣ１側の一部を示す部分断面図であり、図６は図２のＤ１−Ｄ２断面のＤ１側の一部を示す部分断面図である。実施例の熱交換器２０は、図１および図２に示すように、複数のフィン部材３０と、格子状に整列配置して複数のフィン部材３０を貫通する複数のチューブ２２と、を備える。実施例の熱交換器２０は、複数のチューブ２２内に流通する第１熱交換媒体（例えば熱媒や冷媒）と複数のフィン部材３０の間に流れる第２熱交換媒体（例えば空気）との間で熱交換が行なわれる。図２中、白抜き矢印Ｅは第２熱交換媒体の流入を示しており、白抜き矢印Ｆは第２熱交換媒体の流出を示している。
【００１５】
チューブ２２は、熱伝導率の高い金属のパイプ（例えばアルミニウムやステンレスなどの金属による直径１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度のパイプ）により形成されている。
【００１６】
フィン部材３０は、熱伝導率の高い金属の薄板（例えばアルミニウムやステンレスなどの金属による０．３ｍｍや０．２ｍｍの薄板）にバーリング加工やプレス加工などを施して構成されており、所定間隔（例えば、２ｍｍ〜５ｍｍ程度の間隔）をもって複数積層されている。フィン部材３０には、図２に示すように、格子状に整列配置した複数のバーリング孔３２がバーリング加工により形成されており、フィン部材３０を複数積層した後に各バーリング孔３２に各チューブ２２が圧入されている。フィン部材３０の各バーリング孔３２の周囲には、図６に示すように、バーリング加工を２段階に亘って施すことによりバーリング台座部３４と段差部３３とが形成されている。実施例では、バーリング孔３２とバーリング台座部３４は、その高さが同じになるように形成し、段差部３３は、その幅が薄板の厚みとなるように形成した。実施例のフィン部材３０では、図６に示すように、複数積層すると、バーリング孔３２は隣接するフィン部材３０（図６中上側のフィン部材３０）のバーリング台座部３４に嵌挿され、バーリング孔３２の端部（頂部）は隣接するフィン部材３０の段差部３３の内側に当接し、段差部３３は隣接するフィン部材３０のバーリング台座部３４の下端（底部）に当接する。このため、フィン部材３０は、各バーリング孔３２の部分と隣接するフィン部材３０のバーリング孔３２の部分との間で隙間を生じることなく、且つ、隣接するフィン部材３０との間にバーリング孔３２やバーリング台座部３４の高さの間隔をもって積層することができる。このように、隣接するフィン部材３０のバーリング孔３２の部分には隙間がないため、圧入したチューブ２２からの伝熱を良好に行なうことができる。
【００１７】
フィン部材３０には、第２熱交換媒体の流入方向（図２の白抜き矢印Ｅの方向）からみて流出方向に見通すことができるバーリング孔３２間には、Ｖ字形状の複数の波状の凸部３６および凹部３８が、Ｖ字の頂部側（上側）から第２熱交換媒体が流れるように、第２熱交換媒体の流入側から流出側に向かって一列に且つ等間隔に配置されるように、滑らかな曲面によって形成されている。Ｖ字形状の波状の凸部３６および凹部３８は、両側にバーリング孔３２が形成されている部位ではＶ字が小さく、両側にバーリング孔３２が形成されていない部位（第２熱交換媒体の流れ方向に沿ったバーリング孔３２の間の部位）ではＶ字が大きくなるように形成されている。また、Ｖ字形状の波状の凸部３６および凹部３８は、図３ないし図６に示すように、Ｖ字の中央（バーリング孔３２間の中央）の振幅Ｌ１は、Ｖ字の両サイド（バーリング孔３２の近傍）の振幅Ｌ２に比して大きくなるように形成されている。なお、フィン部材３０には、第２熱交換媒体の流入側と流出側とを容易に判断できるように、流出側のバーリング孔３２の並びの端部に複数の切欠３１が形成されている。
【００１８】
図７は、Ｖ字形状の波状の凸部３６および凹部３８によるフィン部材３０間およびチューブ２２間の第２熱交換流体の二次的な流れを模式的に示す説明図である。説明の容易のため、フィン部材３０にはＶ字形状の波状の凸部３６および凹部３８は表示していない。第２熱交換媒体が図２の白抜き矢印Ｅ，Ｆのように流れると、第２熱交換媒体の主流な流れは白抜き矢印Ｅ，Ｆの方向となるが、フィン部材３０の表面近傍には、第２熱交換媒体がＶ字形状の波状の凸部３６および凹部３８に沿って流れるため、Ｖ字の中央に向かう流れ成分（チューブ２２から遠ざかる流れ成分）が生じる。一方、隣接する２つのフィン部材３０の中間部には、フィン部材３０の表面近傍のＶ字の中央に向かう流れ成分によって押し出された第２熱交換媒体のＶ字の両サイドに向かう流れ成分（チューブ２２に近づく流れ成分）が生じる。したがって、図７に示すように、第２熱交換媒体には主流な流れの他に、フィン部材３０の表面近傍でＶ字の中央に向かう流れと隣接する２つのフィン部材３０の中間部でＶ字の両サイドに向かう流れとが二次的な流れとして生じる。この二次的な流れは、フィン部材３０の伝熱を促進すると共に第２熱交換媒体の温度の均一化を促進するものであるため、熱交換効率を向上させることができる。特に、第２熱交換媒体の流れ方向に沿ったバーリング孔３２の間の部位に形成されるＶ字形状の波状の凸部３６および凹部３８をＶ字が大きくなるように形成することにより、上述の二次的な流れが生じる範囲を広くすることができ、バーリング孔３２に嵌挿されるチューブ２２に異物が留まるのを抑制することができる。また、Ｖ字形状の波状の凸部３６および凹部３８をＶ字の中央（屈曲部）の振幅が大きくなるように形成することにより、Ｖ字の中央部（屈曲部）における第２熱交換媒体の隣接する２つのフィン部材３０の中間部に向かう流れを強くすることができ、より強い二次的な流れを生じさせることができる。この結果、熱交換効率を向上させることができる。実施例のフィン部材３０では、Ｖ字形状の波状の凸部３６および凹部３８を形成することにより、第２熱交換部材との接触面積を大きくすることによる熱交換効率の向上を図るだけでなく、第２熱交換媒体に主流な流れの他に上述の二次的な流れを生じさせることにより、熱交換効率の向上を図っている。
【００１９】
以上説明した実施例の熱交換器２０では、フィン部材３２の第２熱交換媒体の流入方向からみて流出方向に見通すことができるバーリング孔３２間に、Ｖ字の頂部側から第２熱交換媒体が流れるように、第２熱交換媒体の流入側から流出側に向かって一列に且つ等間隔に配置されるようにＶ字形状の複数の波状の凸部３６および凹部３８を形成することにより、第２熱交換媒体に主流な流れの他に、フィン部材３０の表面近傍でＶ字の中央に向かう流れと隣接する２つのフィン部材３０の中間部でＶ字の両サイドに向かう流れとからなる二次的な流れを生じさせ、熱交換効率を向上させることができる。しかも、第２熱交換媒体の流れ方向に沿ったバーリング孔３２の間の部位に形成されるＶ字形状の波状の凸部３６および凹部３８をＶ字が大きくなるように形成することにより、上述の二次的な流れが生じる範囲を広くすることができ、バーリング孔３２に嵌挿されるチューブ２２に異物が留まるのを抑制することができる。また、Ｖ字形状の波状の凸部３６および凹部３８をＶ字の中央（屈曲部）の振幅が大きくなるように形成することにより、Ｖ字の中央部（屈曲部）における第２熱交換媒体の隣接する２つのフィン部材３０の中間部に向かう流れを強くすることができ、より強い二次的な流れを生じさせることができる。
【００２０】
実施例の熱交換器２０では、バーリング孔３２の周囲にバーリング台座部３４と段差部３３とを形成すると共に、バーリング孔３２とバーリング台座部３４とを同じ高さとなるように且つ段差部３３の幅が薄板の厚みとなるように形成することにより、フィン部材３０を隣接するフィン部材３０との間にバーリング孔３２やバーリング台座部３４の高さの間隔をもって容易に積層することができると共に、隣接するフィン部材３０のバーリング孔３２の部分に隙間を生じさせないようにしたことにより圧入したチューブ２２からの伝熱を良好に行なうことができる。
【００２１】
実施例の熱交換器２０では、第２熱交換媒体の流れ方向に沿ったバーリング孔３２の間の部位に形成されるＶ字形状の波状の凸部３６および凹部３８をＶ字が大きくなるように形成したが、一列に等間隔に形成されるＶ字形状の波状の凸部３６および凹部３８はすべて同じ大きさに形成するものとしてもよい。
【００２２】
実施例の熱交換器２０では、Ｖ字形状の波状の凸部３６および凹部３８を、Ｖ字の中央の振幅がＶ字の両サイドの振幅に比して大きくなるように形成したが、Ｖ字のいずれの部位においても同一の振幅となるように形成するものとしてもよい。
【００２３】
実施例の熱交換器２０では、バーリング孔３２とバーリング台座部３４とを同じ高さとなるように且つ段差部３３の幅が薄板の厚みとなるように形成したが、バーリング孔３２とバーリング台座部３４とが異なる高さとなるように形成したり、段差部３３の幅が薄板の厚みとは異なるように形成したりしても構わない。
【００２４】
実施例の熱交換器２０では、バーリング孔３２の周囲にバーリング台座部３４と段差部３３とを形成するものとしたが、こうしたバーリング台座部３４と段差部３３とを形成しないものとしても構わない。また、実施例の熱交換器２０では、フィン部材３０の第２熱交換媒体の流出側に複数の切欠３１を形成するものとしたが、こうした切欠３１を形成しないものとしてもよい。
【００２５】
実施例の熱交換器２０では、複数のチューブ２２を３行８列に整列配置したが、複数のチューブ２２をＮ行Ｍ列に整列配置するものとしてもよい。この場合、１行Ｍ列としても構わない。
【００２６】
以上、本考案を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本考案はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本考案は、熱交換器の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
２０  熱交換器、２２  チューブ、３０  フィン部材、３１  切欠、３２  バーリング孔、３３  段差部、３４  バーリング台座部、３６  凸部、３８  凹部。
【図１】
0003199776.tif 000003
【図２】
0003199776.tif 000004
【図３】
0003199776.tif 000005
【図４】
0003199776.tif 000006
【図５】
0003199776.tif 000007
【図６】
0003199776.tif 000008
【図７】
0003199776.tif 000009