(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィンと、前記複数のフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管とを備え、前記フィンは、前記伝熱管の周囲に形成された管周囲部と、前記管周囲部を取り囲むように形成された凸部とを有し、前記凸部に、前記フィンの表裏を連通する流体経路を設けることを特徴とするフィンチューブ熱交換器。
【請求項２】
前記フィンは、空気の流れ方向に対して波形状に傾いている傾斜部を備え、前記凸部は、前記伝熱管側に傾斜する第１の傾斜面と前記第１の傾斜面と反対側に傾斜する第２の傾斜面とから形成され、前記傾斜部と前記凸部とは、前記第２の傾斜面を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【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には、伝熱管後流部の死水域の低減のために、伝熱管の挿入穴を囲うように略円状の凸部を有し、また、蒸発器として使用した場合にフィンに付着する凝縮水を排水するために、凸部の一部に平坦部を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、特許文献１に記載された従来のフィンチューブ熱交換器を示すものである。
【０００４】
図１３（ａ）は、フィン１０１の部分平面図、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）は、それぞれ図１３（ａ）のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線での断面図、図１３（ｄ）は、図１３（ａ）の破線Ｃの部分拡大図を示している。
【０００５】
従来のフィンチューブ熱交換器は、図１３に示すように、一定間隔で平行に複数並べられ、その間を空気が流動するフィン１０１と、フィン１０１に所定の段ピッチおよび列ピッチで略直角に挿入され、内部を冷媒が流動する伝熱管１０２と、フィン１０１から立ち上げられ伝熱管１０２を挿嵌するフィンカラー１０３と、フィン１０１上でフィンカラー１０３の周囲を取り巻く環状の平坦な管周囲部１０４と、さらに管周囲部１０４の周囲を取り巻く環状の凸部１０５から構成されている。また、凸部１０５は伝熱管１０２側に傾斜している傾斜面１０５ａと傾斜面１０５ａとは反対側に傾斜する傾斜面１０５ｂとによって構成されている。
【０００６】
これにより、図１３（ｄ）に示すように、凸部１０５によって、伝熱管１０２の後ろへと流れる空気流ＳａおよびＳｂを誘引して、死水域Ｄの低減を図っている。
【０００７】
また、図１４に示すように、重力方向Ｇに対して、凸部１０５の下方の一部に、平坦部１０６を設けている。これにより、フィンチューブ熱交換器を蒸発器として使用した場合、フィン１０１に付着する凝縮水１２０を、平坦部１０６を介して排水して、伝熱性能の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２０３５９３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、前記従来の構成では、図１３（ｄ）に示すように、平坦部１０６から漏れ出る空気流Ｓｃ（破線で示す）が生じ、伝熱管１０２の後流部の風量を増加させることが困難であるという課題を有していた。
【００１０】
また、平坦部１０６を設けることによって、伝熱面積が減少し、伝熱性能が低下するという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、伝熱管の後流部の伝熱性能を向上させる
とともに、フィンの表面に発生する水の排水性を向上させ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】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明のフィンチューブ熱交換器は、複数のフィンと、前記複数のフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管とを備え、前記フィンは、前記伝熱管の周囲に形成された管周囲部と、前記管周囲部を取り囲むように形成された凸部とを有し、前記凸部に、前記フィンの表裏を連通する流体経路を設けることを特徴とするものである。
【００１３】
これにより、伝熱管の周囲を取り囲む凸部で、伝熱管後流部に流入する空気流を増加させるとともに、流体流路によってフィン上に発生した水を重力方向下方へと円滑に誘導して、排水性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、伝熱管の後流部の伝熱性能を向上させるとともに、フィンの表面に発生する水の排水性を向上させ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】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器の構成図
【図２】（ａ）同フィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図、（ｂ）図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）図２（ａ）の部分拡大図
【図３】同フィンチューブ熱交換器のフィンの排水作用説明図
【図４】（ａ）同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、（ｂ）図４（ａ）においてフィンを積層した際のＡ−Ａ断面図、（ｃ）図４（ａ）においてフィンを積層した際のＢ−Ｂ断面図
【図５】同フィンチューブ熱交換器の別形状のフィンの排水作用説明図
【図６】（ａ）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、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器の別形状フィンの部分平面図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態３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、（ｂ）図７（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）図７（ａ）の部分拡大図
【図８】同フィンチューブ熱交換器のフィンの排水作用説明図
【図９】同フィンチューブ熱交換器のフィンの熱伝導イメージ図
【図１０】（ａ）同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、（ｂ）図１０（ａ）においてフィンを積層した際のＡ−Ａ断面図、（ｃ）図１０（ａ）においてフィンを積層した際のＢ−Ｂ断面図
【図１１】同フィンチューブ熱交換器の別形状のフィンの排水作用説明図
【図１２】同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
【図１３】（ａ）従来のフィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図、（ｂ）図１３（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）図１３（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）図１３（ａ）の部分拡大図
【図１４】同フィンチューブ熱交換器のフィンの排水作用説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、複数のフィンと、前記複数のフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管とを備え、前記フィンは、前記伝熱管の周囲に形成された管周囲部と、前記管周囲部を取り囲むように形成された凸部とを有し、前記凸部に、前記フィンの表裏を連通する流体経路を設けることを特徴とするフィンチューブ熱交換器である。
【００１７】
これにより、伝熱管の周囲を取り囲む凸部で、伝熱管後流部に流入する空気流を増加させるとともに、流体経路でフィン上の水を重力方向下方へと円滑に誘導して、排水性を向上させるので、伝熱性能を向上させることができる。
【００１８】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記フィンは、空気の流れ方向に対して波形状に傾いている傾斜部を備え、前記凸部は、前記伝熱管側に傾斜する第１の傾斜面と前記第１の傾斜面と反対側に傾斜する第２の傾斜面とから形成され、前記傾斜部と前記凸部とは、前記第２の傾斜面を介して接続されていることを特徴とするフィンチューブ熱交換器である。
【００１９】
これにより、フィンは山部および谷部が交互に連続する波型形状のコルゲートフィンとなり、流体経路を伝った水がコルゲートフィンの谷部へと誘導されることで、フィン上に水の流路が形成されることになるので、フィンの排水性をより向上させることができる。
【００２０】
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。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器の構成図、図２（ａ）は、同フィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図、図２（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、図２（ａ）の部分拡大図、図３は、同フィンチューブ熱交換器のフィンの排水作用説明図、図４（ａ）は、同フィンチューブ熱交換器においてフィンをコルゲート形状としたときのフィンの部分平面図、図４（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、図４（ａ）においてフィンを積層した際のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線での断面図、図５は、同フィンチューブ熱交換器のフィンをコルゲート形状としたときの排水作用説明図である。
【００２２】
図１は、例えば、空気調和機やヒートポンプ給湯機、ヒートポンプ温水暖房の室外機に搭載されるフィンチューブ熱交換器である。このフィンチューブ熱交換器は、空気流Ｓに対して流路を形成するように、所定の間隔Ｆｐで積層された複数のフィン１と、フィン１を貫通し、列を成して複数配置される伝熱管２と、フィンチューブ熱交換器を室外機に載置する際の固定のため、および、複数列のフィンチューブ熱交換器同士をつなぎ合わせるための端板３０から構成される。
【００２３】
フィン１は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、平板状に形成され、空気流Ｓに示す方向から空気が流入する。フィン１には、伝熱管２の挿入孔としてフィンカラー３が形成され、フィンカラー３の周囲には、平坦な管周囲部４が形成されている。
【００２４】
また、フィン１と伝熱管２は、伝熱管２を機械拡管もしくは液圧拡管してフィンカラー３で接合される。さらに、この管周囲部４を取り囲むように、第１の傾斜面である傾斜面５ａと、第２の傾斜面である傾斜面５ｂとで構成される凸部５が形成されている。
【００２５】
ここで、傾斜面５ａは凸部５の稜線から伝熱管２側に向かって傾斜し、傾斜面５ｂは、凸部５の稜線から、伝熱管２と反対側に向かって傾斜する傾斜面を示すものである。
【００２６】
なお、凸部５は、図２（ａ）および（ｄ）に示すように、伝熱管２の周囲を取り巻くように、円形のリング状に形成されているが、その形状は特に限定されず、例えば、多角形状であってもよい。
【００２７】
凸部５には、その稜線に沿って、フィン１の表と裏を連通する、流体経路としての切込
み９が形成されている。本実施の形態においては、切込み９は、重力方向に対して、凸部５の上端と下端を含む位置に形成されている。
【００２８】
この切込み９の幅は、毛細管現象によってフィン上に発生する水を誘導することができるように、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であることが好ましい。また、スリットの長さＬはフィンピッチＦｐを基準したときに０．５Ｆｐ〜１．５Ｆｐ程度であると、フィン１上に発生する水が、積層されたフィン同士をまたいで架橋上に形成される現象（ブリッジ現象）を抑制できる点で好ましい。
【００２９】
さらに、切込み９は、伝熱管２の重力方向と平行な中心線からθ＝±４５°程度の範囲に形成されていると、フィン１上の水が溜まりやすい位置に切込み９が形成されることとなるので、フィン１上に発生した水を円滑に誘導することができる点で好ましい。
【００３０】
以上のように構成されたフィンチューブ熱交換器について、以下にその動作および作用を説明する。
【００３１】
本実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器は、フィン１の間を通過する空気と、伝熱管２内を流れる冷媒が熱交換を行うものである。ここで、伝熱管２の内部を流れる冷媒は、例えば、Ｒ４１０Ａ、プロパン、プロピレン、二酸化炭素などの環境負荷の少ないものが適しているが、特にこれらに限定されるものではない。
【００３２】
図２（ｄ）に示すように、フィン１に形成された凸部５が、空気流Ｓのガイドの役割を果たし、空気流Ｓから伝熱管後流部まで回りこむ空気流ＳａおよびＳｂを漏れなく誘引して、死水域Ｄを低減することができる。
【００３３】
次に、このときのフィン１の排水作用について、図３を用いて説明する。図３は左から順に、時系列的に並べられている。
【００３４】
図３（左）に示すように、特に、フィンチューブ熱交換器を蒸発器として使用する場合、伝熱管２の周囲には、空気中の水分が凝縮した凝縮水２０が発生する。ここで、凸部５には、その稜線に沿って切込み９が形成されているので、析出した凝縮水２０は、切込み９を伝ってフィン１の裏側に誘導され（図３の中）、さらに、フィン１を伝って重力方向下方へと誘導されることになる（図３の右）。
【００３５】
また、フィン１の表面を伝って流れる凝縮水２０についても、凸部５の上端に形成された切込み９を介してフィン１の裏側へと誘導され、また、フィン１の裏側へ誘導された凝縮水は凸部５の縁を伝って重力方向下方へと誘導される。
【００３６】
以上のように、管周囲部４を取り巻くように形成された凸部５によって、伝熱管２の後流部への空気流を誘引して死水域を低減するとともに、凸部５に形成された切込み９によって、毛細管現象を利用して、凝縮水２０を重力方向下方へと誘導することができるので、伝熱面積を減少させることなく、排水性を向上させ、伝熱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。
【００３７】
また、本実施の形態では、切込み９を凸部５の稜線に沿って設けるので、フィン１の向きに関係なく熱交換器の組立を行うことができ、製造工程での作業時間を短縮することができ、生産コストを低減することができる。
【００３８】
なお、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、フィン１は、空気流Ｓに対して、山部１３と谷部１４および谷部１４ａが、谷部１４ａ、山部１３、谷部１４、山部１３、谷部１４ａ
の順に第１傾斜部１５にて連続する、波型形状のＭ字型コルゲートフィンとなるように形成されていてもよい。ここで、山部１３、谷部１４および谷部１４ａとは、空気流Ｓに対して傾斜している傾斜部１５によって形成されている。
【００３９】
また、図４（ａ）に示すように、凸部５は、その稜線を境として、伝熱管２側へと傾斜する傾斜面５ａと、伝熱管２とは反対側に向かって傾斜する傾斜面５ｂによって形成されている。ここで、凸部５と第１傾斜部１５とは、傾斜面５ｂを介して接続されている。
【００４０】
これにより、図５に示すように、例えば、フィンチューブ熱交換器を蒸発器として使用した場合には、凝縮水２０が発生しても（図５の左）、析出した凝縮水２０は切込み９を介してフィン１の裏側へと誘導され、さらにコルゲートフィンの山部１３（フィン裏側から見ると谷部となる）へと誘導されるので（図５の中）、凝縮水２０は重力方向下方へと随時誘導、排水される（図５の右）。
【００４１】
このように、フィン１をコルゲート状に形成すると、切込み９と山谷形状によって水が流れる流体流路が形成されることとなるので、排水性をより向上させることができる。
【００４２】
また、フィン１をコルゲート形状とすると、図４（ｂ）に示すように、空気の流れは蛇行する空気流Ｓｃのようになるので、温度境界層を薄膜化して伝熱促進することができ、熱交換器の伝熱性能を向上させることができる。
【００４３】
なお、図４においては、フィン１をＭ字型コルゲートフィンとして形成したが、フィン１上に山部１３が１箇所のみ形成されるＶ字型コルゲートフィンとしてもよい。
【００４４】
なお、本実施の形態では、伝熱管２を丸管として記載したが、伝熱管２は丸管でなくても、例えば、偏平管としてもよい。
【００４５】
（実施の形態２）
図６（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の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平面図を示すものである。なお、他の実施の形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
本実施の形態と他の実施の形態との相違は、流体経路として小孔１０を形成した点である。
【００４７】
小孔１０は、毛細管現象によってフィン上に発生する水を誘導することができるように、直径が０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度であることが好ましい。また、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、凸部５の上方および下方に形成されていることが望ましい。
【００４８】
これにより、フィン１の剛性を確保しながら、排水性を向上させることができるので、組立性を向上させることができる。
【００４９】
また、図６（ｂ）に示すように、フィン１をＭ字型コルゲート状に成型することで、温度境界層を薄膜化して伝熱促進することができ、熱交換器としての伝熱性能を向上させることができる。
【００５０】
（実施の形態３）
図７（ａ）は本発明の第３の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平面図、図７（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、図７（ａ）のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、図７（ａ）の部分拡大図、図８は、同フィンチューブ熱交換器のフィンの
排水作用説明図、図９は、同フィンチューブ熱交換器のフィンの熱伝導を示すイメージ図、図１０（ａ）は、同フィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図、図１０（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、図１０（ａ）においてフィンを積層した際のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、図１１は、同フィンチューブ熱交換器のフィンをコルゲート形状としたときの排水作用説明図である。
【００５１】
なお、他の実施の形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
本実施の形態と他の実施形態との相違は、凸部５を形成する傾斜面５ａおよび５ｂに、それぞれ、流体経路としての切込み９ａおよび９ｂが形成され、また、切込み９ａおよび９ｂは、傾斜面５ａおよび５ｂの傾斜する方向に伸びるように形成されている点である。
【００５３】
図７に示すように、凸部５は、その稜線を境として、伝熱管２側に向かって傾斜する傾斜面５ａと、伝熱管２とは反対側に向かって傾斜し、傾斜部１５と接続される傾斜面５ｂとによって形成される。また、図７に示す切込み９ａおよび切込み９ｂは、重力方向に対して、凸部５の下方および上方の２箇所に形成されている。
【００５４】
ここで、切込み９ａおよび切込み９ｂの幅は、毛細管現象によってフィン上に発生する水を誘導することができるように、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００５５】
なお、切込み９ａおよび９ｂの長さは特に限定されず、例えば、切込み９ａは、凸部５と管周囲部４が接するまで形成され、また、切込み９ｂは、凸部５とフィン１の平板状箇所とが接するまで形成されていてもよい。また、切込み９ａと切込み９ｂとが、凸部５の稜線で接続され、一体となるように形成されていてもよい。
【００５６】
以上のように構成されたフィンチューブ熱交換器について、以下にその動作および作用を説明する。
【００５７】
図７（ｄ）に示すように、フィン１に形成された凸部５が、空気流Ｓのガイドの役割を果たし、空気流Ｓから伝熱管後流部まで回りこむ空気流ＳａおよびＳｂを漏れなく誘引して、死水域Ｄを低減することができる。
【００５８】
次に、このときのフィン１の排水作用について、図８を用いて説明する。図８は左から順に、時系列的に並べられている。
【００５９】
図８（左）に示すように、特に、フィンチューブ熱交換器を蒸発器として使用する場合、伝熱管２の周囲には、空気中の水分が凝縮した、凝縮水２０が発生する。ここで、傾斜面５ａおよび傾斜面５ｂには、それぞれ、切込み９ａおよび切込み９ｂが形成され、フィンの表裏が連通するとともに、凸部５の内側と外側とが連通することとなる。
【００６０】
よって、析出した凝縮水２０は、切込み９ａおよび切込み９ｂを伝って、凸部５の外側へ、また、フィン１の裏側へと誘導され（図８の中）、さらに、フィン１を伝って重力方向下方へと誘導されることになる（図８の右）。
【００６１】
また、フィン１の表面を伝って流れる凝縮水２０についても、凸部５の上方に形成された切込み９ａと切込み９ｂとを介して、重力方向下方へと誘導される。
【００６２】
以上のように、切込み９ａおよび切込み９ｂを介して、凝縮水２０をフィン１の重力方
向下方へと円滑に誘導させることができるので、伝熱面積を減少させることなく、排水性を向上させ、伝熱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。
【００６３】
また、切込み９ａおよび切込み９ｂを、凸部５の稜線に対して垂直に形成すると、図９に示すように、フィン１における熱伝導は伝熱管から放射状に広がるので、フィン１の熱伝達率の低下を抑制することができる。
【００６４】
なお、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、フィン１は、空気流Ｓに対して、山部１３と谷部１４および谷部１４ａが、谷部１４ａ、山部１３、谷部１４、山部１３、谷部１４ａの順に連続する、波型形状のＭ字型コルゲートフィンとなるように形成されていてもよい。ここで、山部１３と谷部１４および谷部１４ａとは、空気流Ｓに対して傾斜している傾斜部１５によって形成されている。
【００６５】
また、図１０（ａ）に示すように、凸部５は、その稜線を境として、伝熱管２側へと傾斜する傾斜面５ａと、伝熱管２とは反対側に向かって傾斜する傾斜面５ｂによって形成されている。ここで、凸部５と傾斜部１５とは、傾斜面５ｂを介して接続されている。
【００６６】
これにより、図１１に示すように、例えば、フィンチューブ熱交換器を蒸発器として使用した場合には、凝縮水２０が発生しても（図１１の左）、析出した凝縮水２０は切込み９ａおよび切込み９ｂを介して凸部５の外側、かつ、フィン１の裏側へと誘導され、さらにコルゲートフィンの山部１３（フィン裏側から見ると谷部となる）へと誘導されるので（図１１の中）、凝縮水２０は、重力方向下方へと円滑に排水される（図１１の右）。
【００６７】
このように、フィン１をコルゲート状に形成すると、切込み９とコルゲートフィンによる山谷形状によって、水が流れる一本の流体流路が形成されることとなるので、排水性をより向上させることができる。
【００６８】
また、フィン１をコルゲート形状とすると、図１０（ｂ）に示すように、空気の流れが蛇行する空気流Ｓｃのようになるので、温度境界層を薄膜化して伝熱促進することができ、熱交換器の伝熱性能を向上させることができる。
【００６９】
なお、図１０においては、フィン１をＭ字型コルゲートフィンとして形成したが、フィン１上に山部１３が１箇所のみ形成されるＶ字型コルゲートフィンとしてもよい。
【００７０】
また、切込み９ａおよび切込み９ｂは、図１２に示すように、複数設けられていてもよい。このとき、切込み９ａおよび切込み９ｂの、伝熱管２と反対側の端部が、谷部１４の稜線の外側に位置するように、伝熱管２の中心から放射状に形成することが好ましい。これにより凝縮水２０をより多く排水して、さらに伝熱性能を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
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、伝熱管の後流部の伝熱性能を向上させるとともに、フィンの表面に発生する水の排水性を向上できるので、空気調和装置、給湯装置、暖房装置などに用いられる熱交換器に適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  フィン
２  伝熱管
４  管周囲部
５  凸部
５ａ  第１の傾斜面
５ｂ  第２の傾斜面
９、９ａ、９ｂ  切込み（流体経路）
１０  小孔（流体経路）
１３  山部
１４、１４ａ  谷部
１５  傾斜部
Ｓ、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ  空気流
Ｇ  重力方向
【図１】
0005974276.tif 000002
【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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【図１１】
0005974276.tif 000012
【図１２】
0005974276.tif 000013
【図１３】
0005974276.tif 000014
【図１４】
0005974276.tif 000015