(57)【要約】【課題】伝熱フィンや伝熱管と、空気流との間の熱交換をさらに促進する。【解決手段】フィンチューブ型熱交換器１０は、伝熱フィン１１と、伝熱フィン１１を貫通する複数の伝熱管１２と、を備え、気流の流れ方向において伝熱管１２の上流側にある伝熱フィン１１の表面には渦発生器１３が設けられ、渦発生器１３において、第１の面１３ａと第２の面１３ｂの連結により生じる稜線１３ｃの端点１３ｄ、１３ｅは、稜線の中心１３ｆよりも気流の下流側に位置し、稜線１３ｃに垂直な各平面で切断した場合の各切断面において、第１の面１３ａと各切断面との交線における２つの端点のうち稜線１３ｃに属さない端点と、第２の面１３ｂと各切断面との交線における２つの端点のうち稜線１３ｃに属さない端点とを結ぶ直線に、稜線１３ｃに属する点から下ろした垂線の長さは、稜線１３ｃに属する点以外の上記交線に属する点から直線に下ろした垂線の長さよりも長い。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱フィンと、
前記伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管と、
を備え、
気流の流れ方向において前記複数の伝熱管のそれぞれの上流側にある伝熱フィンの表面には、気流に縦渦が生じるように前記気流を調整する渦発生器が設けられ、
前記渦発生器は、
前記気流の上流側に面する第１の面と、前記第１の面に連結され、前記気流の下流側に面する第２の面とを有し、
前記第１の面と前記第２の面の連結により生じる稜線の端点は、前記稜線の中心よりも前記気流の下流側に位置し、
前記稜線に垂直な各平面で切断した場合の各切断面において、前記第１の面と各切断面との交線における２つの端点のうち前記稜線に属さない端点と、前記第２の面と各切断面との交線における２つの端点のうち前記稜線に属さない端点とを結ぶ直線に、前記稜線に属する点から下ろした垂線の長さは、前記稜線に属する点以外の前記第１の面と各切断面との交線に属する各点、および、前記稜線に属する点以外の前記第２の面と各切断面との交線に属する各点から前記直線に下ろした垂線の長さよりも長い、
フィンチューブ型熱交換器。
【請求項２】
前記稜線の端部における線分を延長した延長線は、前記伝熱管の外周、または、前記伝熱管と接触する前記伝熱フィンのカラー部の外周に略接する方向を向いている請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器。
【請求項３】
前記複数の伝熱管よりも前記気流の流れ方向の下流側において前記伝熱フィンを貫通する複数の下流側伝熱管をさらに備え、前記複数の伝熱管と前記複数の下流側伝熱管との間には前記渦発生器が設けられず、前記複数の伝熱管と前記複数の下流側伝熱管とは、前記伝熱フィン上において千鳥配置となるように配置され、前記延長線は、前記複数の下流側伝熱管のいずれかの方向を向いている請求項２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、フィンチューブ型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフィンチューブ型熱交換器では、気流の流れる方向に対して管軸が垂直方向となるよう、所定数の伝熱管が所定距離だけ離して配列されることが一般的である。この伝熱管は、略平板状の伝熱フィンを貫通し、これによって伝熱管と伝熱フィンとが密着する。
【０００３】
そして、伝熱管の内部を循環する冷媒を冷却または加熱するため、伝熱フィンに空気流を接触させる。これにより、伝熱フィンおよび伝熱管が冷却または加熱され、それによって冷媒が冷却または加熱される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
図１は、特許文献１におけるフィンチューブ型熱交換器１の一部を示す図である。図１に示すフィンチューブ型熱交換器１では、伝熱フィン２に設けられた長穴状の貫通孔３を２つの伝熱管４が貫通している。
【０００５】
また、このフィンチューブ型熱交換器１には、偏流部５ａ、５ｂが貫通孔３を挟んで対称に設けられる。偏流部５ａ、５ｂは、長辺の中心部が最も高い位置になるように突出している。これにより、空気流が複雑化し、空気流と伝熱フィン２との間の熱交換作用を活発化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４９５２５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１の従来技術では、偏流部５ａ、５ｂが伝熱フィン２の表面から突出しているため、空気流が伝熱フィン２の表面から剥離する現象が生じ得る。図２は、この空気流の剥離現象を概念的に説明する図である。図２では、伝熱フィン２の表面に設けられる２つの編流部５ａ、５ｂのうち一方の編流部５ａのみ示している。
【０００８】
このように、空気流が伝熱フィン２の表面から剥離する現象が生じ得るため、これを改善して、伝熱フィン２と空気流との間の熱交換をさらに促進することが重要な課題となっている。
【０００９】
また、空気流が伝熱フィン２の表面から離れると、伝熱管４と空気流との間の接触効果が十分に得られなくなる。図３は、伝熱管４と空気流との間の接触効果について概念的に説明する図である。
【００１０】
図３に示すような円柱状の伝熱管４の周りを空気流が流れる場合、伝熱管４の表面に沿って空気流が回り込む現象がみられるが、空気流が伝熱フィン２の表面から剥離すると、空気流が伝熱管４の表面からも容易に剥離してしまう。そのため、伝熱管４と空気流との間の熱交換についてもさらに改善の余地がある。
【００１１】
本発明は、伝熱フィンや伝熱管と、空気流との間の熱交換をさらに促進することが可能なフィンチューブ型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】
本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、伝熱フィンと、伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管と、を備え、気流の流れ方向において複数の伝熱管のそれぞれの上流側にある伝熱フィンの表面には、気流に縦渦が生じるように気流を調整する渦発生器が設けられ、渦発生器は、気流の上流側に面する第１の面と、第１の面に連結され、気流の下流側に面する第２の面とを有し、第１の面と第２の面の連結により生じる稜線の端点は、稜線の中心よりも気流の下流側に位置し、稜線に垂直な各平面で切断した場合の各切断面において、第１の面と各切断面との交線における２つの端点のうち稜線に属さない端点と、第２の面と各切断面との交線における２つの端点のうち稜線に属さない端点とを結ぶ直線に、稜線に属する点から下ろした垂線の長さは、稜線に属する点以外の第１の面と各切断面との交線に属する各点、および、稜線に属する点以外の第２の面と各切断面との交線に属する各点から直線に下ろした垂線の長さよりも長い、という構成を採る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、伝熱フィンや伝熱管と、空気流との間の熱交換をさらに促進することが可能な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】
【００１４】
【図１】特許文献１におけるフィンチューブ型熱交換器の一部を示す図
【図２】空気流の剥離現象を概念的に説明する図
【図３】伝熱管と空気流との間の接触効果について概念的に説明する図
【図４】実施形態１に係るフィンチューブ型熱交換器の構成の一例を示す図
【図５】フィンチューブ型熱交換器の平面図
【図６】図５に示した渦発生器の断面図
【図７】渦発生器による縦渦の発生について説明する概念図
【図８】縦渦の発生の様子を示す概念図
【図９】縦渦による空気流の剥離抑制効果について概念的に説明する図
【図１０】渦発生器の形状の他の例を示す図
【図１１】実施形態２に係るフィンチューブ型熱交換器の構成の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施形態１）
図４は、実施形態１に係るフィンチューブ型熱交換器１０の構成の一例を示す図である。図４には、フィンチューブ型熱交換器１０の一部が示されている。
【００１７】
このフィンチューブ型熱交換器１０は、積み重ねられた複数の矩形板状の伝熱フィン１１と、伝熱フィン１１を串刺し状に貫通する伝熱管１２とを備える。フィンチューブ型熱交換器１０には、伝熱管１２が複数設けられる。
【００１８】
伝熱フィン１１は、例えば、薄いアルミ板をプレスして成形される。伝熱フィン１１は、具体的には、伝熱管１２の周りに広がるベース部１１ａと、ベース部１１ａに対して立てた状態で設けられる管状のカラー部１１ｂを備える。
【００１９】
このような構成により、伝熱管１２内を流れる流体と、伝熱フィン１１間を流れる気流との間で、熱交換を行うことができる。伝熱管１２内を流れる流体とは、たとえば、Ｒ４１０Ａ冷媒である。また、伝熱フィン１１間を流れる気流とは、たとえば、空気流である。
【００２０】
また、ベース部１１ａには、渦発生器１３が設けられる。図５は、フィンチューブ型熱交換器１０の平面図である。図５には、伝熱管１２と渦発生器１３をそれぞれ２つずつ示している。
【００２１】
図５に示すように、伝熱フィン１１のベース部１１ａの表面に渦発生器１３が存在することにより縦渦１４が発生するため、気流がベース部１１ａの表面から離れる現象が抑制され、気流と伝熱フィン１１との間の熱交換を効果的に促進することができる。この点については後に詳しく説明する。
【００２２】
図６は、図５に示した渦発生器１３の断面図である。ここで、図６（ａ）は、Ａ−Ａ’線を含み、稜線１３ｃに垂直な平面で渦発生器１３を切断した断面図である。図６（ｂ）は、Ｂ−Ｂ’線を含み、稜線１３ｃに垂直な平面で渦発生器１３を切断した断面図である。図６（ｃ）は、Ｃ−Ｃ’線を含み、稜線１３ｃに垂直な平面で渦発生器１３を切断した断面図である。
【００２３】
図５、図６に示すように、渦発生器１３は、気流の上流側に面する第１の面１３ａと、第１の面１３ａに連結され、気流の下流側に面する第２の面１３ｂとを有する。
【００２４】
そして、第１の面１３ａと第２の面１３ｂの連結により生じる稜線１３ｃの端点１３ｄ、１３ｅは、稜線１３ｃの中心１３ｆよりも気流の下流側に位置する。なお、図５の例では、稜線１３ｃは弓状の形状をしている。
【００２５】
また、稜線１３ｃの端部における線分を延長した延長線ＥＬは、伝熱管１２と接触する伝熱フィン１１のカラー部１１ｂの外周に接する方向、あるいは、略接する方向を向いている。
【００２６】
そのため、縦渦１４の移動方向を、伝熱フィン１１のカラー部１１ｂの外周方向に誘導することができる。これにより、伝熱管１２に縦渦１４を接触させることができ、気流と伝熱管１２との間の熱交換を効果的に促進することができる。
【００２７】
なお、ベース部１１ａにおいて、渦発生器１３が設けられている側の表面にカラー部１１ｂがない場合、延長線ＥＬは、伝熱管１２の外周に接する方向、あるいは、略接する方向を向くようにすればよい。
【００２８】
ここで、稜線１３ｃに垂直な平面で切断した場合の切断面における第１の面１３ａおよび第２の面１３ｂの高さについて、図５、図６を用いてさらに詳しく説明する。
【００２９】
図６に示すように、各切断面においては、第１の面１３ａと各切断面との交線Ｌ１の２つの端点のうち、稜線１３ｃに属さない端点と、第２の面１３ｂと各切断面との交線Ｌ２の２つの端点のうち、稜線１３ｃに属さない端点とを結ぶ直線（図６では、この直線を、Ａ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線、および、Ｃ−Ｃ’線としている。）が想定される。
【００３０】
この場合、渦発生器１３は、稜線１３ｃに属する点から下ろした垂線１３ｇの長さが、稜線１３ｃに属する点以外の交線Ｌ１、Ｌ２に属する点から上記直線に下ろした垂線１３ｈの長さよりも長くなるように形成される。なお、第１の面１３ａは、上に凸の面であり、第２の平面１３ｂは、下に凸の面であることが好ましい。
【００３１】
渦発生器１３をこのような形状とすることにより、縦渦１４が生じるようになり、気流がベース部１１ａの表面から離れる現象が抑制され、気流と伝熱フィン１１との間の熱交換を効果的に促進することができる。この点について、以下に詳しく説明する。
【００３２】
図７は、渦発生器１３による縦渦１４の発生について説明する概念図である。図７に示す渦発生器１３は、矢印の方向から気流を受けると、縦渦１４を発生させるような構造になっている。
【００３３】
具体的には、この渦発生器１３付近では、第１の面１３ａに沿って稜線１３ｃに向かって流れる気流が発生する。第２の面１３ｂは、稜線１３ｃから気流の下流方向へといくに従い、突出量が小さくなる。さらに、稜線１３ｃの端点１３ｄ、１３ｅは、稜線１３ｃの中心１３ｆよりも気流の下流側に位置している。
【００３４】
このような形状により、稜線１３ｃよりも下流側において縦渦１４を安定的に発生させることができる。図８は、縦渦１４の発生の様子を示す概念図である。
【００３５】
渦発生器１３が存在することにより発生した縦渦１４は、伝熱フィン１１のベース部１１ａの表面に付着するようになる。そのため、気流１５がベース部１１ａの表面から離れる現象が抑制され、気流１５と伝熱フィン１１との間の熱交換を効果的に促進することができる。
【００３６】
なお、ベース部１１ａに矩形状の切り起こしスリットを形成して熱交換を促進する従来技術があるが、この従来技術では通風抵抗が大きくなりがちである。これに対し、図７に示すような渦発生器１３の場合、通風抵抗の増加を抑制することができるので、省エネ性能の向上に貢献できる。
【００３７】
さらに、渦発生器１３が存在することにより、空気流が伝熱管１２の表面から離れてしまうことを抑制できる。図９は、縦渦１４による空気流の剥離抑制効果について概念的に説明する図である。
【００３８】
前述のように、渦発生器１３が存在することにより発生した縦渦１４は、伝熱フィン１１のベース部１１ａの表面に付着するようになる。これにより、伝熱管４の表面に沿って気流１５が回り込む際、気流１５が伝熱管１２の表面から離れにくくなる。
【００３９】
その結果、伝熱管４の表面に沿って、気流１５が大きく回り込むことになるため、気流１５と伝熱フィン１１との間の熱交換を効果的に促進することができる。
【００４０】
なお、渦発生器１３の形状は、図５、６等に示した形状に限定されるものではなく、他の形状としてもよい。
【００４１】
図１０は、渦発生器１３の形状の他の例を示す図である。この渦発生器１３は、稜線１３ｃがＶ字状である点が、図５、６等に示した渦発生器１３と異なる。また、図１０に示した形状以外でも、稜線１３ｃの形状をコの字状にしてもよい。
【００４２】
ここで、稜線１３ｃの端部における線分を延長した延長線ＥＬは、図５に示した場合と同様に、伝熱管１２と接触する伝熱フィン１１のカラー部１１ｂの外周に接する方向、あるいは、略接する方向を向いていることが好ましい。
【００４３】
ベース部１１ａにおいて、渦発生器１３が設けられている側の表面にカラー部１１ｂがない場合、延長線ＥＬは、伝熱管１２の外周に接する方向、あるいは、略接する方向を向いていることが好ましい。
【００４４】
これらの場合においても、稜線１３ｃに垂直な各平面で切断した場合の各切断面は、図６（ａ）、（ｃ）のようになる。また、稜線１３ｃの中心１３ｆを通り、渦発生器１３を２等分する平面で切断した場合の切断面は、図６（ｂ）のようになる。
【００４５】
そして、図６（ａ）〜（ｃ）で説明した場合と同様に、渦発生器１３は、稜線１３ｃに属する点から前述の直線に下ろした垂線１３ｇの長さが、稜線１３ｃに属する点以外の交線Ｌ１、Ｌ２に属する点から上記直線に下ろした垂線１３ｈの長さよりも長くなるように形成される。その結果、図５、図６に示した渦発生器１３と同様の効果が得られる。
【００４６】
（実施形態２）
上記実施形態１では、複数の伝熱管１２が１列に並んでいる場合について説明したが、２列以上並んでいることとしてもよい。実施形態２では、複数の伝熱管１２が２列に並んでいる場合について説明する。
【００４７】
図１１は、実施形態２に係るフィンチューブ型熱交換器１０の構成の一例を示す図である。なお、図１１では、図５に示した各要素と同じ要素について、同一の符号を付している。
【００４８】
このフィンチューブ型熱交換器１０は、気流の上流側に渦発生器１３が設けられた２つの伝熱管１２よりも下流側において、伝熱フィン１１を貫通する複数の下流側伝熱管１６をさらに備える。この渦発生器１３は、実施形態１で説明した渦発生器１３と同様のものである。
【００４９】
そして、伝熱管１２と下流側伝熱管１６との間には渦発生器１３が設けられず、伝熱管１２と下流側伝熱管１６とは、伝熱フィンのベース部１１ａ上において、千鳥配置となるように配置される。
【００５０】
ここで、実施形態１と同様に、渦発生器１３の稜線１３ｃの端部における線分を延長した延長線ＥＬは、伝熱管１２と接触する伝熱フィン１１のカラー部１１ｂの外周に接する方向、あるいは、略接する方向を向いている。
【００５１】
なお、ベース部１１ａにおいて、渦発生器１３が設けられている側の表面にカラー部１１ｂがない場合、延長線ＥＬは、伝熱管１２の外周に接する方向、あるいは、略接する方向を向くようにすればよい。
【００５２】
さらに、渦発生器１３は、延長線ＥＬの方向が下流側伝熱管１６の方向を向くように設けられる。これにより、渦発生器１３が存在することにより発生した縦渦１４が下流側伝熱管１６に安定的に接触するため、気流と下流側伝熱管１６との間の熱交換を効果的に促進することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、たとえば、空気調和装置に用いるのに好適である。
【符号の説明】
【００５４】
１，１０  フィンチューブ型熱交換器
２，１１  伝熱フィン
３  貫通孔
４，１２  伝熱管
５ａ，５ｂ  偏流部
１１ａ  ベース部
１１ｂ  カラー部
１３  渦発生器
１３ａ  第１の面
１３ｂ  第２の面
１３ｃ  稜線
１３ｄ，１３ｅ  稜線の端点
１３ｆ  稜線の中心
１４  縦渦
１５  気流
１６  下流側伝熱管
【図１】
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【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】
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