(57)【要約】      （修正有）【課題】伝熱効率が改善されたフィンの設計と、そのようなフィンを備えた熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器フィンは、伝熱効率を改善するように、伝熱管を受けるための複数の開口部が形成されたベースと、第１端部と第２端部が前記ベースと結合され、第１ルーバの前縁および第１ルーバの後縁がベース平面から第１距離を置いて配置されている第１ルーバと、前記ベースに結合され、前記フィン前縁と第１ルーバ前縁との間に配置された第１小翼型渦発生器を備えた熱交換器フィンと、このようなフィンを備えた熱交換器。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィン前縁およびフィン後縁と、前記フィン前縁と前記フィン後縁との間に延びる実質的に平坦なベース平面とを有しており、使用中に前記フィン前縁が前記フィン後縁の上流側に位置し、伝熱管を受けるための複数の開口部がそれぞれ形成されたベースと、
第１端部と第２端部が前記ベースと結合され、第１ルーバ前縁および第１ルーバ後縁が前記ベース平面から第１距離を置いて配置されている第１のルーバと、
前記ベースに結合され、前記フィン前縁と前記第１ルーバ前縁との間に配置された第１小翼型渦発生器と
を備えた、熱交換器フィン
【請求項２】
第１端部と第２端部が前記ベースに結合され、前記フィン後縁と前記第１ルーバ後縁との間に配置された第２のルーバを備え、前記第２のルーバは前縁と後縁とを備え、第２ルーバ前縁と第２ルーバ後縁が前記ベース平面から前記第１距離よりも大きい第２距離を置いて配置された、請求項１に記載の熱交換器フィン。
【請求項３】
前記フィン前縁と前記第１のルーバ前縁との間に配置された第２小翼型渦発生器を備えた、請求項１に記載の熱交換器フィン。
【請求項４】
前記第１小翼型渦発生器と前記第２小翼型渦発生器は、矩形である、請求項３に記載の熱交換器フィン。
【請求項５】
前記第１小翼型渦発生器と前記第２小翼型渦発生器は、前記第１および第２小翼型渦発生器の長辺に沿って前記ベースと連結されている、請求項４に記載の熱交換器フィン。
【請求項６】
前記第１小翼型渦発生器と前記第２小翼型渦発生器は、それぞれ前記ベース平面に対して垂直な矩形翼を備えた、請求項４に記載の熱交換器フィン。
【請求項７】
前記第１小翼型渦発生器と前記第２小翼型渦発生器は、鋭角の放射線に沿って延在し、前記放射線はフィン後縁に向かって延在している、請求項３に記載の熱交換器フィン。
【請求項８】
前記鋭角の角度は、３５度〜７０度の間である、請求項７に記載の熱交換器フィン。
【請求項９】
前記第１小翼型渦発生器と前記第２小翼型渦発生器は、前記渦発生器の一部が前記小翼型渦発生器と同じ形状の開口を形成するように、フィン素材から形成されている、請求項３に記載の熱交換器フィン。
【請求項１０】
前記各開口部に隣接し、前記フィン後縁よりも前記フィン前縁の近くに配置された一対の小翼型渦発生器をさらに備えた、請求項３に記載の熱交換器フィン。
【請求項１１】
前記一対の小翼型渦発生器は、第２の鋭角のそれぞれの放射線に沿って延在し、前記放射線は、フィン後縁に向かって延在する、請求項１０に記載の熱交換器フィン。
【請求項１２】
前記第２の鋭角は、７０度〜９０度である、請求項１１に記載の熱交換器フィン。
【請求項１３】
前記各開口部に隣接し、前記フィン前縁よりも前記フィン後縁の近くに配置された一対の後縁側小翼型渦発生器をさらに備えた、請求項１０に記載の熱交換器フィン。
【請求項１４】
前記一対の後縁側小翼型渦発生器は、第３の鋭角のそれぞれの放射線に沿って延在し、前記放射線は、フィン前縁に向かって延在する、請求項１３に記載の熱交換器フィン。
【請求項１５】
前記第３の鋭角は、７０度〜９０度である、請求項１４に記載の熱交換器フィン。
【請求項１６】
複数の前記開口部はそれぞれ、楕円形である、請求項１に記載の熱交換器フィン。
【請求項１７】
複数の前記開口部はそれぞれ、開口部の長手方向軸が、熱交換器に設けたときに熱交換器フィンを通るガスの上流から下流への平均流れ方向と平行になるように構成されている、請求項１６に記載の熱交換器フィン。
【請求項１８】
前記各フィン前縁における２つの前記開口部の間の位置の形状が凹形状である、請求項１に記載の熱交換器フィン。
【請求項１９】
前記開口部の上流側である前記フィン前縁のそれぞれの位置が凸形状であり、前記開口部の下流側である前記フィン後縁側のそれぞれの位置が凹形状である、請求項１に記載の熱交換器フィン。
【請求項２０】
前記熱交換器フィンは、前記熱交換器内の複数の平行な熱交換器フィンのうちの１つとして設けられ、複数の前記伝熱管が複数の前記熱交換器フィンに対して実質的に垂直に配置され、前記各伝熱管は複数の前記熱交換器フィンの前記開口部を貫通している、請求項１に記載の熱交換器フィン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、発明の名称「熱交換器フィン」として２０１８年３月１４日に出願の米国仮特許出願第６２／６４３０５０と、発明の名称「熱交換器フィン」として２０１９年２月１１日に出願の米国仮特許出願第６２／８０４０３７の優先権を主張する。これらの出願の内容全体は、本出願に参考として含まれる。
【０００２】
本発明の実施の形態は、一般に、熱交換器フィンと、熱交換器及びフィンの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
フィン付き熱交換器コイルアセンブリは、空調、冷凍、及びタンクレス給湯器のような多くの分野で広く使用されている。フィン付き熱交換器コイルアセンブリは、一般に、水または冷媒などの熱伝達流体が流れる複数の離間した平行な管を含んでいる。第２の熱伝達流体、通常は燃焼排ガス（flue gas）であり、管の外側を横切って導かれる。熱交換器コイルアセンブリの伝熱能力を向上させるために、通常、複数のフィンが使用される。各フィンは、例えば、銅、銅合金、チタン、アルミニウム、またはステンレス鋼からなる薄い金属板である。各フィンは、離間した平行な管を受けるための複数の開口部を含んでおり、管は一般にフィンに対して直角に複数のフィンを通過している。フィンは、空気または他の伝熱流体がフィンを横切って管の周りを流れるための複数の経路を形成するように、管に沿って平行に狭い間隔で配置されている。
【０００４】
多くの場合、フィンは、伝熱効率を向上させるために１つまたは複数の表面強化部（surface enhancements）を含んでいる。例えば、熱交換器フィンは、断面が波形または正弦波様の形状を含むことができる。滑らかな強化部に加えて、またはその代わりに、熱交換器フィンはまた、熱交換器フィンの表面から突出する強化部も含むこともできる。そのような強化部は、フィンストック（そこから全てのフィンの特徴が形成されるフィン材料の平面）から形成することができる。
【０００５】
前述の背景情報は、本発明に関連する可能性があると出願人が考える情報を明らかにするために提供した。前述の情報は、いずれも、本発明に対する先行技術を構成することを必ずしも承認することを意図したものではなく、また解釈されるべきではない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、伝熱効率が改善されたフィンの設計と、そのようなフィンを備えた熱交換器に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様は、フィン前縁およびフィン後縁と、前記フィン前縁と前記フィン後縁との間に延びる実質的に平坦なベース平面とを有しており、使用中に前記前記フィン前縁が前記フィン後縁の上流側に位置し、伝熱管を受けるための複数の開口部がそれぞれ形成されたベースと、第１端部と第２端部が前記ベースと結合され、前記第１ルーバの前縁および第１ルーバの後縁がベース平面から第１距離を置いて配置されている第１ルーバ（a first louver）と、前記ベースに結合され、前記フィン前縁と第１のルーバ前縁との間に配置された第１小翼型渦発生器（a first winglet-type vortex generators）備えた熱交換器フィンに関する。２つの渦発生器が、第１のルーバに向かって開く角度を形成するように互いに対して配向されている。
【０００８】
本発明の他の態様は、フィン前縁およびフィン後縁と、前記フィン前縁と前記フィン後縁との間に延びる実質的に平坦なベース平面とを有しており、使用中に前記前記フィン前縁が前記フィン後縁の上流側に位置し、伝熱管を受けるための複数の開口部がそれぞれ形成されたベースと、第１端部と第２端部が前記ベースと結合され、前記第１ルーバの前縁および第１ルーバの後縁がベース平面から第１距離を置いて配置されている第１ルーバと、第１端部と第２端部が前記ベースに結合され、前記フィン後縁と第１のルーバ後縁との間に配置された第２ルーバとを備え、前記第２ルーバは前縁と後縁とを備え、第２ルーバ前縁と第２ルーバ後縁が前記ベースから前記第１距離よりも大きい第２距離を前記ベース平面から置いて配置された、熱交換器フィンに関する。前記フィンは、互いに平行に整列して配置され、熱交換器フィンを越えて伝熱管の外側の周りを流れるガスの平均流れ方向（the average direction of gas flow）に対して垂直に延びる２組の段付きルーバを備えることができる
【０００９】
別の態様では、本発明は、本明細書に記載の熱交換器フィンを組み込んだ熱交換器に関する。
【００１０】
これらと他の態様については、本明細書に記載の例示的な実施の形態においてさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の上記のおよび他の特徴と態様は、添付の図面と併せて読めば、特定の例示的な実施の形態である以下の説明を参照して、最もよく理解される。
【００１２】
【図１Ａ】本開示の例示的な実施の形態による熱交換器フィンの斜視図である。
【図１Ｂ】本開示の例示的な実施の形態による熱交換器フィンの平面図である。
【図１Ｃ】本開示の例示的な実施の形態による熱交換器フィンの側面図である。
【図２Ａ】図１Ａから図１Ｃに示した、ルーバ機構を備えた熱交換器フィンの一部分（図１Ｂの２Ａ）の拡大平面図）である。
【図２Ｂ】図１Ａから図１Ｃに示した実施の形態におけるルーバ機構の一部（図１Ｃの２Ｂ）を拡大した断面側面図である。
【図３Ａ】図１Ａから図１Ｃに示した加熱管開口部と複数の渦発生器とを備えた熱交換器フィンの拡大平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した渦発生器のうちの１つの３Ｂ−３Ｂ線拡大断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示した加熱管開口部の３Ｃ−３Ｃ線拡大断面図である。
【図４】図１Ａから図１Ｃに示した熱交換器フィンを組み込んだ熱交換器の実施の形態の一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図５】本発明の別の例示的な実施の形態による熱交換器フィンを示した平面図である。
【図６】図５に例示的な実施の形態で示した熱交換器用フィンを組み込んだ熱交換器の斜視３図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面は、本発明の例示的な実施の形態を示したに過ぎず、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではない。本発明は、他の同等に有効な実施の形態を認めることができる。
【００１４】
本発明は、タンクレス給湯器、プールヒーター、冷蔵庫、エアコン、他のガス−流体熱交換器、およびフィン付き熱交換器を使用する他の装置など、の危機に使用される熱交換器の移一部を形成することができる熱交換器フィンに関する。熱交換器フィンは、フィンの単位質量または単位表面積当たりの効率を向上させて熱を伝導するように構成されている。
【００１５】
本発明の実施の形態を例示する添付の図面を参照しつつ、以下にいくつかの代表的な実施の形態を完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載の実施の形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施の形態は、この開示が徹底的かつ完全なものとなり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるためのものである。
【００１６】
ここで図１Ａ〜１Ｃ（まとめて図１という）、２Ａ〜２Ｂ（まとめて図２という）、および３Ａ〜３Ｃ（まとめて図３という）に目を向けると、これらの図は、本発明のいくつかの例示的な実施の形態による熱交換器フィン１０を示したものである。以下にさらに説明するように、熱交換器フィン１０は、伝熱管（例えば、図４の管９０を参照）をそれぞれ受ける複数の開口部１２０と、少なくとも１つの第１表面１１１と第１表面と反対側に位置する第２表面１１２との境界を様々に崩壊させた特徴とを備えたベース１１０を備えている。そのような境界を崩壊させた特徴は、一連のルーバ１２５と、複数の渦発生器（例えば、小翼型渦発生器（winglet-type vortex generators）１５０ａ〜１５０ｆ（一般に、渦発生器（vortex generators）１５０という））とを備えている。記載された表面特徴の組み合わせは、同じ質量および／または表面積の他のフィンと比較して効率的な熱伝達を有する熱交換器フィン、例えばフィン１０を容易にする。
【００１７】
熱交換器フィン１０は、フィン前縁１１３およびフィン後縁１１４と、フィン前縁とフィン後縁との間に延在する実質的に平坦なベース面Ｘとを備えている。フィン１０は、使用中にフィン前縁１１３がフィン後縁１１４の上流に位置するように構成される（本明細書に記載の他の要素について、「前縁」および「後縁」を指す場合、そのような構成要素の前縁とは、使用中に後縁の上流に位置することに留意されたい。）。上述したように、フィン１０は、複数の開口部１２０を備えている。開口部１２０は、伝熱管９０（図４参照）が開口部を通って延びるときに伝熱管９０（図４参照）に接触するように構成されたカラー１２２を備えることができる。図に示したように、開口部１２０は互いに均等に離間させることができる。
【００１８】
フィン１０は、一連のルーバ１２５、例えば、第１のルーバ１３０、第２のルーバ１４０、第３のルーバ１６０、および第４のルーバ１７０を備えている。図に示した実施の形態では、一連のルーバ１２５は、隣接する開口部（例えば、開口部１２０ａと１２０ｂ）の間の各スペースに配置することができる。ルーバの表面の特徴は、第１の端部および第１の端部とは反対側の第２の端部がベース１１０に結合されており、ベース平面Ｘから距離を置いて配置された前縁および後縁を備えている。例えば、ルーバ１３０は、第１の端部１３１および第２の端部１３２がベース１１０に連結されている。第１のルーバ１３０は、前縁１３３と後縁１３４とを備えており、第１のルーバ前縁１３３と第１のルーバ後縁１３４とのそれぞれは、ベース平面Ｘから第１の距離Ｙだけ離れている。同様に、第２のルーバ１４０は、第１の端部１４１および第２の端部１４２が基部１１０に結合されており、前縁１４３および後縁１４４を備えている。図に示した実施の形態では、第２のルーバ前縁１４３および第２のルーバ後縁１４４はそれぞれベース平面Ｘから第２の距離Ｚだけ離れている。図に示した実施の形態では、第２のルーバ１４０は、第１のルーバ１３０と平行であり、隣接している。
【００１９】
フィン１０は、一連のルーバ１２５の一部として、第３のルーバ１６０および第４のルーバ１７０をさらに備えることができる。第３および第４のルーバ１６０、１７０は、それぞれ第１および第２のルーバ１４０と同様に、第２のルーバの下流に配置することができる。例えば、第３のルーバ１６０は、第１の端部１６１および第２の端部１６２が基部１１０に結合されており、前縁１６３および後縁１６４を備えている。同様に、第４のルーバ１７０は、第１の端部１７１および第２の端部１７２が基部１１０に結合されており、前縁１７３および後縁１７４を備えている。第１のルーバ１３０と同様に、第３のルーバ前縁１６３および第３のルーバ後縁１６４は、それぞれ、ベース平面Ｘから第１の距離Ｙだけ離れている。また、第２のルーバと同様に、第４のルーバ前縁１７３および第４のルーバ後縁１７４は、それぞれ、ベース平面Ｘから第２の距離Ｚだけ離れている。図に示した実施の形態では、４つのルーバ１３０、１４０、１６０、１７０は、互いに平行であり、概して上流‐下流の方向に整列している。第３ルーバ１３０は第２ルーバ１４０の下流に隣接しており、第４ルーバ１７０は第３ルーバ１６０の下流に隣接している。
【００２０】
図に示した実施の形態では、少なくとも２つのルーバ（例えば、第１のルーバ１３０と第２のルーバ１４０、または第３のルーバ１６０と第４のルーバ１７０）は、ベース平面Ｘから異なる距離（例えば、距離ＹとＺ）で離れている。例えば、下流側のルーバ（例えば、第２のルーバ１４０または第４のルーバ１７０）は、ベース平面Ｘからの距離が、上流側のルーバ（例えば、第１のルーバ１３０または第３のルーバ１６０）の距離よりも約２倍以上大きい距離で離間している。
【００２１】
１つ以上のルーバに加えて、フィン１０はまた、小翼型渦発生器１５０など、１つ以上の渦発生器を備えている。いくつかの実施の形態では、小翼型渦発生器１５０は、渦発生器の一部が小翼型渦発生器１５０と同じ形状の開口１５２を形成するように、フィン素材（a fin stock）から形成することができる。小翼型渦発生器１５０は、ベースに結合され、例えばベース平面Ｘに対してある角度で表面１１１から突出する本体または小翼１５１（図３Ｂ）を備えている。図に示した実施の形態では、小翼１５１はベース平面Ｘに対して垂直である。他の場合では、ベース平面Ｘに対する小翼１５１の角度は、４０、５０、６０、７０、８０、９０度、またはその間の任意の数である。小翼型渦発生器１５０は、その長さに亘って一定の高さ（例えば、長方形）のものからなり、または、その長さに亘って高さが変化する／減少する（例えば、三角形）ものからなることができる。図に示した実施の形態では、長方形の小翼１５１は、その長辺に沿ってベース１１０に結合されている
【００２２】
渦発生器１５０が配置されているフィン１０上の１つの位置は、フィン前縁１１３と第１のルーバ前縁１３３との間の領域である。例えば、図に示した実施の形態では、一対の矩形タイプの小翼型渦発生器（第１の小翼型渦発生器１５０ａおよび第２の小翼型渦発生器１５０ｂと呼ばれる）が、ベース１１０に連結されて、フィン前縁部１１３と第１のルーバ前縁部１３３との間に配置されている。一対の渦発生器１５０ａと１５０ｂは、第１および第２の渦発生器１５０ａと１５０ｂとの間の距離が、フィン前縁１１３に向かってより小さく、フィン後縁１１４に向かって大きくなるように、フィンを通過する流体の平均流れ方向に対してある角度で位置決めすることができる。具体的には、第１の小翼型の渦発生器１５０ａと第２の小翼型渦発生器１５０ｂは、それぞれ、鋭角αの放射線に沿って延在し、これらの放射線はフィン後縁１１４に向かって延在している。鋭角αは、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、６０度、６５度、７０度、７５度、またはそれらの間の値などのように、３５度から７５度の間とすることができる。いくつかの実施の形態では、角度αは、５５度〜６５度の間、または、約６０度である。
【００２３】
渦発生器１５０を配置することができるフィン１０上の他の位置は、各開口部１２０の上流端部１２１付近の領域である。例えば、一対の小翼型の渦発生器１５０ｃ、１５０ｄは、各開口部１２０に隣接し、開口部１２０またはカラー１２２から離間し、フィン後縁１１４よりもフィン前縁１１３の近くに配置されている。一対の渦発生器１５０ｃと１５０ｄは、渦発生器１５０ｃと１５０ｄとの間の距離がフィン前縁部１１３に向かってより小さく、フィン後縁１１４に向かってより大きくなるように、フィンを通過する流体の平均流れ方向に対してある角度で位置決めすることができる。具体的には、上流端部１２１付近の一対の小翼型渦発生器１５０ｃと１５０ｄは、第２の鋭角βのそれぞれの放射線に沿って延在し、これらの放射線は、フィン後縁１１４に向かって延在する。第２の鋭角βは、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、６０度、６５度、７０度、７５度、またはそれらの間の任意の値など、３５度〜７５度の間とすることができる。いくつかの実施の形態では、角度βは、３５度〜４５度の間、または、約４０度である。
【００２４】
渦発生器１５０を配置することができるフィン１０上のさらに別の位置は、各開口部１２０の下流端部１２３付近の領域である。例えば、一対の小翼型渦発生器１５０ｅ、１５０ｆは、各開口部１２０に隣接し、開口部１２０またはカラー１２２から離間するとともに、フィン前縁部１１３よりもフィン後縁部１１４の近くに配置されている。一対の渦発生器１５０ｅと１５０ｆは、第１および第２の渦発生器１５０ｅと１５０ｆとの間の距離が、フィン後縁１１４および１５０ｆに向かってより小さく、フィン前縁１１３に向かって大きくなるように、フィン上を通過する流体の平均流れ方向に対してある角度で位置決めすることができる。具体的には、下流端部１２３付近の一対の小翼型渦発生器１５０ｅと１５０ｆは、第３の鋭角μのそれぞれの放射線に沿って延在し、これらの放射線はフィン前縁部１１３に向かって延在している。第３の鋭角μは、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、６０度、６５度、７０度、７５度、またはそれらの間の任意の値など、３５度〜７５度の間とすることができる。いくつかの実施の形態では、角度μは、３５度〜４５度の間、または、約４０度である。
【００２５】
いくつかの実施の形態では、複数の開口部１２０のそれぞれは、円形または楕円形（例えば楕円形）とすることができる。図１Ａ〜図３Ｃに示した熱交換器フィンの一例示的な実施の形態では、開口部１２０は、長軸／短軸比が１．４の楕円形である。複数の開口部１２０のそれぞれは、開口部の主（長手）軸Ｅ（図３Ａ）が、熱交換器フィン上方および伝熱管の外側の周りのガス流の平均流れ方向と平行になるように構成されている。開口部１２０はまた、フィン後縁１１４よりもフィン前縁１１３の近くに位置させることもできる。
【００２６】
いくつかの実施の形態において、フィンに必要とされる材料の量を減らすために、フィン１０の縁部１１３、１１４は材料の切り欠きを有することができる。例えば、２つの開口部１２０の間にあるフィン前縁部１１３の各部分１１３ａは、凹形状とすることができる。開口部の下流にあるフィン後縁１１４の各部分１１４ｂは、凹形状とすることができる。逆に、開口部１２０の上流にあるフィン前縁の各部分１１３ｂは、凸形状とすることができる。
【００２７】
本発明の別の態様は、図４に示すように、実質的に平行に配置された上記のような複数のフィン１０と、複数のフィンに対して実質的に垂直に配置された１つ以上の伝熱管９０とを備えている。各管９０は、複数のフィン１０の１つ以上の開口部１２０を貫通している。
【００２８】
ルーバおよび小翼型渦発生器の異なる構成の試験では、図１Ａ〜図３Ｃに示される特徴の位置が実質的に改善された熱伝達効率を提供することを示した。特に、各開口部の間の４つのルーバの配置と、各開口部を囲む４つの小翼型渦発生器の位置と、ルーバとヒートシンクフィンの前縁との間の２つの角度付き小翼型渦発生器の位置と、各開口部の間のヒートシンクフィンの後縁に配置した凹形状の切り欠きとの組み合わせは、ヒートシンクフィンを形成するのに必要な材料の量を最小にしながら、ヒートシンクフィンの熱伝達効率を最適化する。
【００２９】
熱交換器フィンの別の例示的な実施の形態が図５に示されている。図５に示した例示の熱交換器フィン５００は、熱交換器フィン５００がより長いことを除いて、前述の熱交換器フィン１０と実質的に同じである。一例では、熱交換器フィン５００は、プールヒーター（a pool heater）に適している。上述した交換器フィン１０の特徴の説明は、一般に、図５に示す加熱器交換器５００に適用される。したがって、熱交換器フィン５００の特徴は、簡単な説明だけにする。
【００３０】
熱交換器フィン５００は、前縁５１３と後縁５１４とを備えている。図５に示したように、燃焼から生じる高温ガスのような熱伝達流体は、最初に前縁５１３と接触し、熱交換器フィン５００の特徴部を通過し、次いで後縁５１４を通過する。熱交換器フィン１０と同様に、熱交換器フィン５００は、熱交換器フィン５００の後縁５１４に沿って配置された一連のルーバ５２５を備えている。熱交換器フィン１０と同様に、図５に示したルーバ５２５は、熱交換器用フィン５００のベース平面から離間した一連の表面を備えており、これにより、熱交換器用フィン５００の表面を流れる熱伝達流体の流れが遅くなる。図５に見られるように、ルーバ５２５は、熱交換器フィン５００の長さに沿って開口部５２０の間に配置されている。熱交換器フィン５００は、そのより長い長さが、より多くの開口部５２０にそれぞれ伝熱管を受けるに適している、という点で熱交換器フィン１０と異なる。開口部はまた、各開口部の周囲にカラー５２２も備え、カラー５２２は、開口部５２０を通過する伝熱管を固定するように設計することができる。開口部の形状は、様々な形状とすることができるが、図５の例示的な実施の形態では、開口部５２０は長軸／短軸比が１．４の楕円形である。
【００３１】
熱交換器フィン５００はまた、熱交換器フィン１０の渦流発生器１５０ａ〜１５０ｆと同様の小翼型渦流発生器５５０ａ〜５５０ｆの配列も備えている。前述した実施の形態と同様に、図５の例は、開口部５２０間に配置され、開口部５２０を囲む渦発生器を示している。例示的な熱交換器フィン５００とは別の例では、ルーバと渦発生器の数および配置を変更することができることを理解されたい。
【００３２】
ここで図６を参照すると、例示の熱交換器フィン５００を備えた熱交換器５６０が示されている。一例として、熱交換器５６０は、プール暖房システムで使用することができる。熱交換器フィン５００のアレイの各開口部５２０を通過するのは、伝熱管５６４である。図６に示した例は、熱交換器５６０を通る水の流れを示している。図６に示したように、水は、入口管５６２から伝熱管５６４の第１の部分に流れる。水は、伝熱管５６４の第１の部分を通って流れると、熱交換器フィン５００を通って伝熱管５６４の外側を通過する高温ガスによって加熱される。熱交換器フィン５００の表面上のルーバと渦発生器の形状および位置は、高温ガスから伝熱管５６４内を流れる水への熱の伝達を最適化する。図６の矢印で示すように、例示の熱交換器５６０は、伝熱管５６４の第１の部分を出て、中間管５６６を通過し、次いで熱の第２の部分を通過することによって、出口管５６８を通って出る前に、水が２回通過するように構成されている。
【００３３】
前述の説明と関連する図面に提示された教示の恩恵を受けて、当業者であれば、本明細書に記載された発明の多くの変更および他の実施の形態を思い浮かべるであろう。したがって、本発明は開示された特定の実施の形態に限定されるべきではなく、変更および他の実施の形態が本願の範囲内に含まれることを意図していることを理解されるべきである。本明細書で使用されている特定の用語は、一般的で説明的な意味で使用されているにすぎず、限定の目的で使用されていない。
【図１Ａ】
2019158333.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2019158333.tif 000009
【図４】
2019158333.tif 000010
【図５】
2019158333.tif 000011
【図６】
2019158333.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月19日(2019.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィン前縁およびフィン後縁と、前記フィン前縁と前記フィン後縁との間に延びる実質的に平坦なベース平面とを有しており、使用中に前記フィン前縁が前記フィン後縁の上流側に位置し、伝熱管を受けるための複数の開口部がそれぞれ形成されたベースと、
第１端部と第２端部が前記ベースと結合され、第１ルーバ前縁および第１ルーバ後縁が前記ベース平面から第１距離を置いて配置されている第１のルーバと、
前記ベースに結合され、前記フィン前縁と前記第１ルーバ前縁との間に配置された第１小翼型渦発生器と
を備えた、熱交換器フィン
【請求項２】
第１端部と第２端部が前記ベースに結合され、前記フィン後縁と前記第１ルーバ後縁との間に配置された第２のルーバを備え、前記第２のルーバは前縁と後縁とを備え、第２ルーバ前縁と第２ルーバ後縁が前記ベース平面から前記第１距離よりも大きい第２距離を置いて配置された、請求項１に記載の熱交換器フィン。
【請求項３】
前記フィン前縁と前記第１のルーバ前縁との間に配置された第２小翼型渦発生器を備えた、請求項１に記載の熱交換器フィン。
【請求項４】
前記第１小翼型渦発生器と前記第２小翼型渦発生器は、矩形である、請求項３に記載の熱交換器フィン。
【請求項５】
前記第１小翼型渦発生器と前記第２小翼型渦発生器は、前記第１および第２小翼型渦発生器の長辺に沿って前記ベースと連結されている、請求項４に記載の熱交換器フィン。
【請求項６】
前記第１小翼型渦発生器と前記第２小翼型渦発生器は、それぞれ前記ベース平面に対して垂直な矩形翼を備えた、請求項４に記載の熱交換器フィン。
【請求項７】
前記第１小翼型渦発生器と前記第２小翼型渦発生器は、鋭角の放射線に沿って延在し、前記放射線はフィン後縁に向かって延在している、請求項３に記載の熱交換器フィン。
【請求項８】
前記鋭角の角度は、３５度〜７５度の間である、請求項７に記載の熱交換器フィン。
【請求項９】
前記第１小翼型渦発生器と前記第２小翼型渦発生器は、前記渦発生器の一部が前記小翼型渦発生器と同じ形状の開口を形成するように、フィン素材から形成されている、請求項３に記載の熱交換器フィン。
【請求項１０】
前記各開口部に隣接し、前記フィン後縁よりも前記フィン前縁の近くに配置された一対の小翼型渦発生器をさらに備えた、請求項３に記載の熱交換器フィン。
【請求項１１】
前記一対の小翼型渦発生器は、第２の鋭角のそれぞれの放射線に沿って延在し、前記放射線は、フィン後縁に向かって延在する、請求項１０に記載の熱交換器フィン。
【請求項１２】
前記第２の鋭角は、３５度〜７５度である、請求項１１に記載の熱交換器フィン。
【請求項１３】
前記各開口部に隣接し、前記フィン前縁よりも前記フィン後縁の近くに配置された一対の後縁側小翼型渦発生器をさらに備えた、請求項１０に記載の熱交換器フィン。
【請求項１４】
前記一対の後縁側小翼型渦発生器は、第３の鋭角のそれぞれの放射線に沿って延在し、前記放射線は、フィン前縁に向かって延在する、請求項１３に記載の熱交換器フィン。
【請求項１５】
前記第３の鋭角は、３５度〜７５度である、請求項１４に記載の熱交換器フィン。
【請求項１６】
複数の前記開口部はそれぞれ、楕円形である、請求項１に記載の熱交換器フィン。
【請求項１７】
複数の前記開口部はそれぞれ、開口部の長手方向軸が、熱交換器に設けたときに熱交換器フィンを通るガスの上流から下流への平均流れ方向と平行になるように構成されている、請求項１６に記載の熱交換器フィン。
【請求項１８】
前記各フィン前縁における２つの前記開口部の間の位置の形状が凹形状である、請求項１に記載の熱交換器フィン。
【請求項１９】
前記開口部の上流側である前記フィン前縁のそれぞれの位置が凸形状であり、前記開口部の下流側である前記フィン後縁側のそれぞれの位置が凹形状である、請求項１に記載の熱交換器フィン。
【請求項２０】
前記熱交換器フィンは、前記熱交換器内の複数の平行な熱交換器フィンのうちの１つとして設けられ、複数の前記伝熱管が複数の前記熱交換器フィンに対して実質的に垂直に配置され、前記各伝熱管は複数の前記熱交換器フィンの前記開口部を貫通している、請求項１に記載の熱交換器フィン。