(57)【要約】  熱交換器（１）に用いられる伝熱フィン（３）が、板状のベース部（４）と、ベース部（４）に対して立てた状態で設けられる管状のカラー部（５）と、カラー部（５）の根元とベース部（４）とを連結する傾斜面（７ａ）を有する後退部（７）と、カラー部（５）の先端からカラー部（５）の径方向外向きに全周に亘って広がり、熱交換器（１）に用いられる他の伝熱フィン（３）と組み合わされた場合に他の伝熱フィン（３）の傾斜面（７ａ）と面接触するフレア部（６）と、を備え、後退部（７）の傾斜面（７ａ）とカラー部（５）の根元とは連結され、後退部（７）の傾斜面（７ａ）とカラー部（５）とを連結する連結部分は鋭角に折れ曲がった状態となっており、カラー部（５）の根元は、ベース部（４）のフレア部（６）側と反対側の面（４ａ）に当接する基準面Ｓを超えた位置まで達している。
2014167827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器に用いられる伝熱フィンであって、
板状のベース部と、
前記ベース部に対して立てた状態で設けられる管状のカラー部と、
前記カラー部の根元と前記ベース部とを連結する傾斜面を有する後退部と、
前記カラー部の先端から前記カラー部の径方向外向きに全周に亘って広がり、前記熱交換器に用いられる他の伝熱フィンと組み合わされた場合に該他の伝熱フィンの傾斜面と面接触するフレア部と、
を備え、
前記後退部の傾斜面と前記カラー部の根元とは連結され、該後退部の傾斜面と該カラー部とを連結する連結部分は鋭角に折れ曲がった状態となっており、前記カラー部の根元は、前記ベース部の前記フレア部側と反対側の面に当接する基準面を超えた位置まで達している、
伝熱フィン。
【請求項２】
前記連結部分が鋭角に折れ曲がった状態となることにより形成される溝の深さＤは、該溝の最外周径と前記カラー部の最外周径との差をΔＤとした場合に、０＜Ｄ≦ΔＤ／２である、
請求項１記載の伝熱フィン。
【請求項３】
前記カラー部の管軸方向に対する前記フレア部の傾斜角度は、前記カラー部の管軸方向に対する前記後退部の傾斜面の傾斜角度と同一、または、該後退部の傾斜面の傾斜角度よりも小さい、
請求項１記載の伝熱フィン。
【請求項４】
前記ベース部と前記後退部との間に前記ベース部から前記フレア部側に突き出る段差部をさらに備える、
請求項１記載の伝熱フィン。
【請求項５】
熱交換器であって、
積み重ねられた複数の伝熱フィンと、
前記複数の伝熱フィンを貫通する伝熱管と、を備え、
各伝熱フィンは、
板状のベース部と、
前記ベース部に対して立てた状態で設けられる管状のカラー部と、
前記カラー部の根元と前記ベース部とを連結する傾斜面を有する後退部と、
前記カラー部の先端から前記カラー部の径方向外向きに全周に亘って広がり、他の伝熱フィンと組み合わされた場合に該他の伝熱フィンの後退部における傾斜面と面接触するフレア部と、
を備え、
前記後退部の傾斜面と前記カラー部の根元とは連結され、該後退部の傾斜面と該カラー部とを連結する連結部分は鋭角に折れ曲がった状態となっており、前記カラー部の根元は、前記ベース部の前記フレア部側と反対側の面に当接する基準面を超えた位置まで達している、
熱交換器。
【請求項６】
前記連結部分が鋭角に折れ曲がった状態となることにより形成される溝の深さＤは、該溝の最外周径と前記カラー部の最外周径との差をΔＤとした場合に、０＜Ｄ≦ΔＤ／２である、
請求項５記載の熱交換器。
【請求項７】
各伝熱フィンが組み合わされる前における前記カラー部の管軸方向に対する前記フレア部の傾斜角度は、前記カラー部の管軸方向に対する前記後退部の傾斜面の傾斜角度と同一、または、該後退部の傾斜面の傾斜角度よりも小さい、
請求項５記載の熱交換器。
【請求項８】
前記ベース部と前記後退部との間に前記ベース部から前記フレア部側に突き出る段差部をさらに備える、
請求項５記載の熱交換器。
【請求項９】
圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を冷媒が循環するようにして冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置であって、
前記凝縮器と前記蒸発器の少なくとも一方が、請求項５に記載の熱交換器を備える冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱フィン、伝熱フィンを用いた熱交換器、伝熱フィンを用いて熱交換を行うことにより冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ装置などの冷凍サイクル装置においては、フィンチューブ型熱交換器が広く用いられている。フィンチューブ型熱交換器は、冷媒が流れる伝熱管に伝熱フィンが取り付けられ、伝熱面積が大きくなるように構成されている。【０００３】
図１１は、特許文献１に開示された従来のフィンチューブ型熱交換器１００の構成を示す図である。この熱交換器１００は、積み重ねられた複数の伝熱フィン１２０と、伝熱フィン１２０を貫通する伝熱管１１０を備える。【０００４】
そして、伝熱フィン１２０は、板状のベース部１２１に対して立てた状態で設けられる管状（断面形状一定）のカラー部１２３を備える。カラー部１２３の根元および先端からは、根元部１２２およびフレア部１２４が湾曲しながらカラー部１２３の径方向外向きに拡大している。【０００５】
伝熱フィン１２０のピッチ（各ベース部１２１間の間隔）は、隣り合う伝熱フィン１２０の一方の伝熱フィン１２０のフレア部１２４が、他方の伝熱フィン１２０の根元部１２２付近のベース部１２１に接することで規定される。【０００６】
そして、上記伝熱管１１０を各伝熱フィン１２０に密着させるためには、通常、伝熱管１１０の拡管が行われる。具体的には、積み上げられた伝熱フィン１２０のカラー部１２３内に、カラー部１２３の内径よりも小さい外径の伝熱管１１０が挿入される。その後、伝熱管１１０の拡管が行われることにより、伝熱管１１０と各伝熱フィン１２０とが密着する。【０００７】
なお、拡管の際には、伝熱管１１０は管軸方向に収縮する。特許文献１に記載された伝熱フィン１２０では、これによって生じる伝熱フィン１２０の変形を防止するため、段差部１２５を設け、伝熱フィン１２０の強度を高めている。【０００８】
この伝熱フィン１２０では、根元部１２２およびフレア部１２４が湾曲しながら拡大しているため、隣り合う伝熱フィン１２０のカラー部１２３の間に比較的大きな隙間１３０が形成される。【０００９】
このような隙間１３０があると、伝熱管１１０とカラー部１２３との接触面積が小さくなり、伝熱管１１０から伝熱フィン１２０に熱が伝わりにくくなる。このような問題を解決するため、特許文献２では、隙間１３０にシリコーン樹脂などの充填剤を充填し、伝熱性を向上させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−１１９７９２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６９３４４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、上記隙間１３０に充填剤を充填すると、熱交換器１００の廃棄時に、材料の分別がしにくくなるという問題がある。具体的には、金属性の伝熱管１１０および伝熱フィン１２０に加えて、異種材料である充填剤が廃材として発生する。これにより、リサイクル性が悪化し、環境負荷が増大してしまう。【００１２】
本発明は、このような従来の課題を解決するためのものであり、リサイクル性を悪化させずに伝熱管と伝熱フィンとの接触面積を増加させることができ、さらには排熱を効率よく行うことができる伝熱フィン、熱交換器、冷凍サイクル装置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】
本発明に係る伝熱フィンは、熱交換器に用いられる伝熱フィンであって、板状のベース部と、ベース部に対して立てた状態で設けられる管状のカラー部と、カラー部の根元とベース部とを連結する傾斜面を有する後退部と、カラー部の先端からカラー部の径方向外向きに全周に亘って広がり、熱交換器に用いられる他の伝熱フィンと組み合わされた場合に他の伝熱フィンの傾斜面と面接触するフレア部と、を備え、後退部の傾斜面とカラー部の根元とは連結され、後退部の傾斜面とカラー部とを連結する連結部分は鋭角に折れ曲がった状態となっており、カラー部の根元は、ベース部のフレア部側と反対側の面に当接する基準面を超えた位置まで達している、という構成を採る。【００１４】
本発明に係る熱交換器は、積み重ねられた複数の伝熱フィンと、複数の伝熱フィンを貫通する伝熱管と、を備え、各伝熱フィンは、板状のベース部と、ベース部に対して立てた状態で設けられる管状のカラー部と、カラー部の根元とベース部とを連結する傾斜面を有する後退部と、カラー部の先端からカラー部の径方向外向きに全周に亘って広がり、他の伝熱フィンと組み合わされた場合に他の伝熱フィンの後退部における傾斜面と面接触するフレア部と、を備え、後退部の傾斜面とカラー部の根元とは連結され、後退部の傾斜面とカラー部とを連結する連結部分は鋭角に折れ曲がった状態となっており、カラー部の根元は、ベース部のフレア部側と反対側の面に当接する基準面を超えた位置まで達している、という構成を採る。【００１５】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を冷媒が循環するようにして冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置であって、凝縮器と蒸発器の少なくとも一方が、上記熱交換器を備える、という構成を採る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、リサイクル性を悪化させずに伝熱管と伝熱フィンとの接触面積を増加させることができ、さらには排熱を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の構成の一例を示す図
【図２】図１に示した熱交換器の拡大斜視断面図
【図３】図１に示した熱交換器の部分断面図
【図４】伝熱フィンの各部の寸法について説明する図
【図５】伝熱フィン間における空気の流れの数値解析結果を示す図
【図６】風速０の領域の発生と、溝の深さＤおよび溝の幅ΔＤ／２との間の関係を示す図
【図７】フレア部の傾斜角度が後退部の傾斜角度よりも小さい伝熱フィンの一例を示す図
【図８】実施の形態２に係る熱交換器の構成の一例を示す拡大斜視断面図
【図９】伝熱フィンの各部の寸法について説明する図
【図１０】熱交換器が用いられる冷凍サイクル装置の構成の一例を示す図
【図１１】特許文献１に開示された従来のフィンチューブ型熱交換器の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態により限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る熱交換器１の構成の一例を示す図である。この熱交換器１は、積み重ねられた複数の矩形板状の伝熱フィン３と、伝熱フィン３の両側に配置された一対のサイドプレート２０と、伝熱フィン３およびサイドプレート２０を串刺し状に貫通する複数のＵ字状の伝熱管２とを備える。このような熱交換器１は、フィンチューブ型と呼ばれる。
【００２０】
各伝熱管２の形状は、例えば円筒状である。そして、各伝熱管２の直線部は、所定の間隔で、各伝熱フィン３の長手方向に並んでいる。また、上記直線部の両端は、サイドプレート２０から突出している。そして、各伝熱管２の直線部のうち、隣り合う直線部の端部はベンド管２１によって連結されている。例えば、伝熱管２として、内面溝付銅管を用いることができる。
【００２１】
図２は、図１に示した熱交換器１の拡大斜視断面図である。図２に示される矩形板状の伝熱フィン３は、例えば、薄いアルミ板をプレスして成形される。各伝熱フィン３は、具体的には、伝熱管２の周りに広がるベース部４と、ベース部４に対して立てた状態で設けられる管状のカラー部５を備える。
【００２２】
さらに、各伝熱フィン３は、フレア部６と、後退部７を備える。フレア部６は、カラー部５の先端からカラー部５の径方向外向きに全周に亘って広がっている。後退部７は、カラー部５の根元とベース部４を連結する傾斜面を有する。
【００２３】
そして、フレア部６は、他の伝熱フィン３と組み合わされた場合に、他の伝熱フィン３における傾斜面と面接触する。以下では、説明の便宜のため、後退部７に連結するカラー部５の根元からフレア部６に連結するカラー部５の端部へと向かう方向を上方向とし、それとは反対の方向を下方向とする。
【００２４】
熱交換器１を組み上げる際には、カラー部５の中心軸が一致するように各伝熱フィン３を積み上げ、カラー部５の内側に、カラー部５の内径よりも小さな外径の伝熱管２を挿入する。その後、その伝熱管２を拡管することにより、伝熱管２の外周面を、カラー部５の内周面に密着させる。
【００２５】
これにより、伝熱管２内を流れる流体と、伝熱フィン３間を流れる流体との間で、熱交換を行うことができる。伝熱管２内を流れる流体とは、たとえば、ヒートポンプ装置などの冷凍サイクル装置において用いられるＲ４１０Ａ冷媒である。また、伝熱フィン３間を流れる流体とは、たとえば、空気などの流体である。
【００２６】
つぎに、図１１に示した従来のフィンチューブ型熱交換器１００の構成を参照して、伝熱現象の詳細について説明する。
【００２７】
図１１の破線矢印Ｂに示されるように、伝熱管１１０内を流れる流体の熱は伝熱管１１０の外周面に伝達され、その外周面からカラー部１２３の内周面に伝達され、さらにカラー部１２３からベース部１２１に伝達される。そして、伝熱フィン１２０間を流れる流体には、カラー部１２３の外周面、および、ベース部１２１の上下の面から熱が伝達される。
【００２８】
一般に、伝熱管１１０の外周面からカラー部１２３の内周面に熱が伝達される際の接触熱コンダクタンスは、以下の（式１）により定義される。
【数１】
2014167827.tif 000003
【００２９】
ここで、各パラメータの定義は、以下の通りである。 
Ｋ：接触熱コンダクタンス（Ｗ／ｍ２・Ｋ） 
δ１：接触面を構成する一方の部材の表面粗さ（μｍ） 
δ２：接触面を構成する他方の部材の表面粗さ（μｍ） 
δ０：接触相当長さ（＝２３μｍ） 
λ１：接触面を構成する一方の部材の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ） 
λ２：接触面を構成する他方の部材の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ） 
Ｐ：接触圧力（ＭＰａ） 
Ｈ：接触面を構成する部材のうち軟らかい方の硬度（Ｈｂ） 
λｆ：介在流体熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）
【００３０】
また、上記（式１）で求められた接触熱コンダクタンスＫを用いると、接触熱抵抗Ｒｃは以下の（式２）により算出される。
Ｒｃ＝１／（Ｋ×Ｓ）  ・・・（式２）
【００３１】
ここで、各パラメータの定義は、以下の通りである。 
Ｒｃ：接触熱抵抗（Ｋ／Ｗ） 
Ｓ：接触面積（ｍ２）
【００３２】
（式２）からわかるように、接触熱抵抗Ｒｃを低減するためには、接触熱コンダクタンスＫを大きくする方法と、接触面積Ｓを大きくする方法がある。
【００３３】
前述の特許文献２に記載された方法は、接触熱コンダクタンスＫを大きくする方法の１つである。この方法では、伝熱管１１０に面するカラー部１２３間の隙間１３０に、空気よりも熱伝導率λｆが大きい充填剤を充填し、接触熱コンダクタンスＫを大きくする。
【００３４】
しかし、この方法では前述のように、リサイクル性が悪化してしまう。具体的には、リサイクル率の低下やリサイクルに要するエネルギーが増大するなどして、環境負荷が増大する。
【００３５】
また、昨今、家電リサイクル法に代表されるように、地球環境への負荷を低減する取り組みが政府主導で実施されており、今後対象商品が拡大される傾向にあるため、リサイクル性は無視できない要素となっている。そのため、充填剤を用いる上記方法には、解決すべき課題が残されている。
【００３６】
また、接触熱コンダクタンスＫを大きくする他の方法として、接触面の表面粗さδ１、δ２を小さくする方法、接触圧力Ｐを大きくする方法、伝熱管１１０及び伝熱フィン１２０の熱伝導率λ１、λ２を大きくする方法、伝熱管１１０または伝熱フィン１２０のうち、軟らかい方の硬度Ｈを小さくする方法がある。
【００３７】
このような方法に対し、本実施の形態における伝熱フィン３は、接触熱コンダクタンスＫを大きくするのではなく、接触面積Ｓを大きくすることに着目して構成されるものである。（式２）から明らかなように、伝熱管１１０とカラー部１２３の接触面積Ｓを増加させれば、接触熱コンダクタンスＫが変化しなくとも、接触熱抵抗Ｒｃを低減できる。
【００３８】
そして、接触熱抵抗Ｒｃを低減できれば、伝熱管１１０から伝熱フィン１２０への熱伝導性を向上させることができる。すなわち、熱交換器１の熱交換効率を向上させることができる。
【００３９】
図３は、図１に示した熱交換器１の部分断面図である。図３に示すように、後退部７の傾斜面７ａとカラー部５の根元とは連結されている。そして、後退部７の傾斜面７ａとカラー部５の連結部分は鋭角に折れ曲がった状態となっている。さらに、カラー部５の根元は、フレア部６側と反対側にあるベース部４の面４ａに当接する基準面Ｓよりも下方の位置にまで達している。
【００４０】
そして、前述のように、隣り合う伝熱フィン３では、一方の伝熱フィン３の後退部７が、他方の伝熱フィン３のフレア部６によって形成された空間に入り込み、当該フレア部６に面接触している。後退部７がフレア部６に接することで、伝熱フィン３のピッチ（各ベース部４間の間隔）が規定される。
【００４１】
そして、図３に破線矢印Ａで示したように、伝熱管２からカラー部５に伝達された熱は、そのカラー部５を備える伝熱フィン３のベース部４に伝達されるだけでなく、その伝熱フィン３に隣接する伝熱フィン３のベース部４にも伝達される。
【００４２】
すなわち、カラー部５からベース部４へと向かう熱の伝達経路として、後退部７を経由して熱が伝達される経路と、フレア部６から隣接する伝熱フィン３の後退部７へと熱が伝達される経路の２つの経路が確保される。
【００４３】
一方、図１１に示した従来の熱交換器１００では、フレア部１２４の先端がベース部１２１に線接触している。そして、線接触している部分を通過して伝達される熱量は限りなく小さくなる。
【００４４】
そのため、従来の熱交換器１００では、破線矢印Ｂに示すように、伝熱管１１０からカラー部１２３に伝達された熱は、当該カラー部１２３を備える伝熱フィン１２０のベース部１２１にのみ伝達される。すなわち、カラー部１２３からベース部１２１へと熱が伝達される経路は、根元部１２２を経由する１つの経路のみである。
【００４５】
このようなことから、本実施の形態における熱交換器１では、従来の熱交換器１００に比べて、効率よくベース部４に熱を伝えることができる。したがって、伝熱管２から伝熱フィン３へと熱が伝わりやすくなり、熱交換効率をより向上させることができる。
【００４６】
また、フレア部６は、カラー部５の先端からカラー部５の径方向外向きに全周に亘って設けられているので、隣接する伝熱フィン３間の接触面積を増大させることができる。これらのことにより、効率良くベース部４へと熱を伝えることができ、熱交換効率をより向上させることができる。
【００４７】
さらに、隣接する伝熱フィン３では、上側にある伝熱フィン３の後退部７の傾斜面７ａと、下側にある伝熱フィン３のフレア部６の傾斜面６ａとが面接触する。このように、後退部７とフレア部６とが斜めに接触することにより、図１１に示した従来の熱交換器１００と比べて、横方向へのフレア部６の飛び出し量を抑制しつつ、両伝熱フィン３の接触面積を増大させることができる。
【００４８】
また、前述のように、カラー部５の根元は、基準面Ｓよりも下方の位置にまで達している。すなわち、上側にある伝熱フィン３の傾斜面７ａと下側にある伝熱フィン３の傾斜面６ａとの接触部分が、各伝熱フィン３間の空気の流れる風路に露出している。
【００４９】
伝熱フィン３間に空気を導き、風路を形成する場合、伝熱フィン３の近傍の空気は伝熱フィン３からの放熱により風路中央の空気よりも比較的高温になる。そのため、接触部分が基準面Ｓよりも下方の位置にない場合、伝熱フィン３の近傍を流れてきた高温の空気が接触部分に接することになり、放熱の効率をより向上させることが難しい。
【００５０】
特に上記接触部分においては、上側にある伝熱フィン３の後退部７と下側にある伝熱フィン３のフレア部６とが接触することで、その厚みが伝熱フィン３の厚みの２倍となり、熱容量が大きくなる。そして、この接触部分は、カラー部５からベース部４へと熱が伝達され、さらにベース部４から空気へと熱が放散される際の熱抵抗となるため、比較的高温になる。
【００５１】
そのため、カラー部５の根元が基準面Ｓよりも下方に位置するように伝熱フィン３を形成し、上記接触部分を伝熱フィン３の近傍から離れた風路中央付近を流れる比較的低温の空気に接触させる。これにより、上記接触部分と空気との間の温度差が大きくなるので、放熱を効果的に行うことができ、熱交換能力が向上する。
【００５２】
また、カラー部５の根元が基準面Ｓよりも下方に位置するように伝熱フィン３を形成することにより、後退部７の傾斜面７ａとカラー部５との連結部分における鋭角の折れ曲がり角度がより小さくなる。
【００５３】
これにより、カラー部５の管軸方向に対するフレア部６の傾斜角度を小さくでき、フレア部６の外側への拡大量が小さくなる。その結果、フレア部６の加工時に、フレア部６とカラー部５との連結部分においてひび割れが発生することを抑制でき、伝熱フィン３の加工がしやすくなる。
【００５４】
なお、ベース部４の形状は、図３に示すように平板状であってもよいし、複数の山谷を有する波板状であってもよい。ベース部４を波板状とする場合は、後退部７とベース部４との間に平らなリング部を設けることが好ましい。
【００５５】
ここで、図３に示したように、後退部７の傾斜面７ａとカラー部５の連結部分は、鋭角に折れ曲がった状態となっているが、そのような状態になることにより形成される溝の深さを、放熱のしやすさを考慮して決定することとしてもよい。
【００５６】
図４は、伝熱フィン３の各部の寸法について説明する図である。図４に示すように、Ｄは、カラー部５と後退部７との間に形成された溝の深さを表し、φＤ１は、溝の最外周径を表し、φＤ２は、カラー部５の最外周径を表すものとする。そして、溝の最外周径とカラー部５の最外周径との差φＤ１−φＤ２を、ΔＤと表す。この場合、溝の幅は、ΔＤ／２となる。
【００５７】
溝の深さＤが大きくなると、溝の底の部分にまで空気が流れにくくなり、その部分における放熱が生じにくくなる。そのため、溝の深さＤを放熱のしやすさを考慮して決定することが望ましい。
【００５８】
図５は、伝熱フィン３間における空気の流れの数値解析結果を示す図である。図５には、段差のある風路の左側から１．０ｍ／ｓの風速（初期風速１．０ｍ／ｓ）で流入した空気が、風路の右側に流出する際の速度分布が示されている。
【００５９】
この段差は、カラー部５と後退部７との間に生じる図４に示した溝部に相当する。図５には、図４に示した溝部の深さＤ、および、溝部の幅ΔＤ／２が示されている。この例では、ＤおよびΔＤ／２は、ともに０．５ｍｍである。
【００６０】
また、風路の上部境界３０は、隣り合う伝熱フィン３のうちの上側の伝熱フィン３の下面に相当し、風路の下部境界３１は、下側の伝熱フィン３の上面に相当する。また、風路の上部境界３０と下部境界３１との間の間隔は、フィンピッチに相当する。図５に示した例では、フィンピッチを１．３４ｍｍとしている。
【００６１】
また、この数値解析では、３次元形状を有する熱交換器１を２次元モデルで表し、３次元的な空気の流れを２次元流れに近似している。すなわち、図５には、カラー部５の表面３２の位置が示してあるが、実際の空気の流れでは、この位置において、流れの方向が変化し、カラー部５を回り込むようにして空気が流れることになる。
【００６２】
図５に示した２次元モデルでは、この点を簡略化し、カラー部５の表面３２の位置において、流れの方向が変化しないものとして計算をおこなっている。この数値解析の目的は、カラー部５と後退部７との間の溝部の底に空気の流れない領域が発生するか否かを調べることにある。このような目的からすれば、上記近似を行ったとしても十分な精度を確保できる。
【００６３】
図５に示すように、ＤおよびΔＤ／２がともに０．５ｍｍである場合、風路の下部境界３１付近の段差のある部分には、風速が０になる領域が生じる。このことは、カラー部５と後退部７との間に生じる溝部の底に風速が０になる領域が生じることを示している。
【００６４】
同様の数値解析を、さまざまなＤおよびΔＤ／２の値について行った結果が図６に示されている。図６は、風速０の領域の発生と、溝の深さＤおよび溝の幅ΔＤ／２との間の関係を示す図である。
【００６５】
図６の丸印は、風速０の領域が発生しないことを示し、四角の印は、風速０の領域が発生することを示す。また、三角の印は、風速０の領域が発生するか否かが初期風速に依存することを示す。
【００６６】
具体的には、Ｄが０．４ｍｍ、ΔＤ／２が０．５ｍｍである場合、初期風速が２．０ｍ／ｓ以上になると、風速０の領域が発生する。また、Ｄが０．６ｍｍ、ΔＤ／２が０．７ｍｍの場合、初期風速が１．０ｍ／ｓ以上になると、風速０の領域が発生する。
【００６７】
図６に示されるように、ＤがＤ＞ΔＤ／２の関係を満たす場合、風速０の領域が生じる傾向があることがわかる。このような領域が生じないようにするには、Ｄを（ΔＤ／２）以下にすることが好ましい。
【００６８】
これにより、カラー部５の根元部でも、カラー部５の表面から空気への熱伝達が生じるので、熱交換器１における空気側熱伝達率の低下が起こらない。そして、この熱交換器１では、伝熱管２と伝熱フィン３との接触面積を大きくすることにより伝熱性を向上させているが、空気側熱伝達率の低下を防止することにより、この伝熱性の向上効果を十分に発揮させることができる。
【００６９】
なお、図４等では、カラー部５の軸方向に対するフレア部６の傾斜角度βが、カラー部５の軸方向に対する後退部７の傾斜角度αと同一である伝熱フィン３を組み合わせる場合について説明した。しかし、伝熱フィン３を組み合わせる前の傾斜角度βは、これに限定されず、傾斜角度αよりも小さい角度としてもよい。
【００７０】
図７は、フレア部６の傾斜角度が後退部７の傾斜角度よりも小さい伝熱フィン３の一例を示す図である。このような伝熱フィン３を用いて熱交換器１を形成する場合、まず伝熱フィン３が積み重ねられ、その後これらの伝熱フィン３はカラー部５の軸方向に沿ってプレスされる。
【００７１】
これにより、フレア部６が後退部７によって押し広げられ、最終的にフレア部６と後退部７とが互いに平行な状態となる。これにより、フレア部６と後退部７とが面接触するので、伝熱フィン３間の接触面積が増大し、下側の伝熱フィン３のカラー部５から上側の伝熱フィン３への熱の伝わりやすさを向上させることができる。
【００７２】
また、この熱交換器１では、たとえ伝熱管２が拡管された場合でも、図３に示した隙間８が広がりにくいという利点がある（第１の作用）。これは、後退部７がフレア部６により押さえ付けられ、カラー部５の根元がフレア部７と伝熱管２との間にしっかりと固定されるためである。これに対し、図１１に示した従来の熱交換器１００では、カラー部１２３の根元が固定されないため、隙間１３０が広がりやすい。
【００７３】
また、図７の左図に示されるように、後退部７がフレア部６の上端に当接することで伝熱フィン３のピッチが規定される熱交換器もあるが、このような熱交換器では、伝熱フィン３と伝熱管２との間の隙間が比較的大きくなる。
【００７４】
これに対し、本実施の形態における熱交換器１では、上述のように、後退部７がフレア部６により押さえ付けられるので、隙間が広がりにくく、伝熱管２とカラー部５の接触面積の低下を防止できる（第２の作用）。
【００７５】
これらの作用により、本実施形態における熱交換器１では、接触熱抵抗を低減でき、伝熱性を向上することができる。その結果、熱交換器１の熱交換効率を大きくできる。また、このような効果を得るために、伝熱管２および伝熱フィン３以外に、隙間を充填する充填剤などの材料を必要としないため、熱交換器１の廃棄時の分別が容易になる。その結果、リサイクル性が悪化し、環境負荷を増大させるような事態を防止することができる。
【００７６】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、伝熱フィン３が、ベース部４からフレア部６側に突き出る段差部を備える場合について説明する。図８は、実施の形態２に係る熱交換器１の構成の一例を示す拡大斜視断面図である。
【００７７】
図２に示した熱交換器１との違いは、図８の熱交換器１が段差部９を有する点である。この段差部９は、下側の伝熱フィン３のフレア部６を収容する。これにより、伝熱フィン３を積み重ねた場合の横ずれを低減することができる。
【００７８】
図９は、伝熱フィン３の各部の寸法について説明する図である。図４の場合と同様に、Ｄは、カラー部５と後退部７との間に形成された溝の深さを表し、φＤ１は、溝の最外周径を表し、φＤ２は、カラー部５の最外周径を表すものとする。そして、溝の最外周径とカラー部５の最外周径との差φＤ１−φＤ２を、ΔＤと表す。この場合、溝の幅は、ΔＤ／２となる。
【００７９】
また、段差部９の高さをＣと表す。この高さＣは、フレア部６側と反対側のベース部４の面４ａに当接する基準面Ｓから、段差部９の最上部までの距離である。また、カラー部５の根元から、段差部９の最上部と同じ高さにあるカラー部５の箇所までの距離をＥと表す。この場合、カラー部５の根元は、基準面Ｓを超えた位置まで達しているので、Ｅ＞Ｃとなる。
【００８０】
このように、段差部９がある場合でも、カラー部５の根元が基準面Ｓよりも下方の位置にまで達するように伝熱フィン３を構成し、各伝熱フィン３間の空気の流れる風路にフレア部６と後退部７の接触部分を露出させる。これにより、放熱を効果的に行うことができ、熱交換能力が向上する。
【００８１】
また、このような段差部９がある場合も、カラー部５と後退部７との間に形成された溝の深さＤを、放熱のしやすさを考慮して決定することが望ましい。具体的には、この場合も図６に示した関係と同様の関係がえられるので、溝の深さＤを（ΔＤ／２）以下にすることが望ましい。これにより、溝部の底に風速が０になる領域が生じることを防止することができる。
【００８２】
（実施の形態３）
つぎに、実施形態１または２に示した熱交換器１を冷凍サイクル装置に適用する場合について説明する。図１０は、熱交換器１が用いられる冷凍サイクル装置１０の構成の一例を示す図である。たとえば、冷凍サイクル装置１０の一例として、ルームエアコンなどのヒートポンプ装置が挙げられる。
【００８３】
図１０に示す冷凍サイクル装置１０は、室内ユニット１０Ａと、室外ユニット１０Ｂを備える。そして、室内ユニット１０Ａと室外ユニット１０Ｂは、冷媒を流す冷媒回路１０Ｃにより接続される。
【００８４】
室内ユニット１０Ａは、室内熱交換器１５、および、室内熱交換器１５に室内空気を送る室内ファン１７を備える。室内ファン１７の一例としてクロスフローファンが挙げられる。
【００８５】
室外ユニット１０Ｂは、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、絞り装置１４、室外ファン１６を備える。圧縮機１１の一例としてロータリー型圧縮機が、絞り装置１４の一例として膨張弁が、室外ファン１６の一例としてプロペラファンが挙げられる。
【００８６】
暖房運転の際には、圧縮機１１により圧縮された高温高圧の冷媒が四方弁１２の働きにより室内熱交換器１５に送られる。室内熱交換器１５は、凝縮器として働き、高温高圧の冷媒で、室内ファン１７により導かれた室内空気を暖める。その際、冷媒は、室内空気により熱を奪われて凝縮する。
【００８７】
そして、凝縮した冷媒は、絞り装置１４に送られる。そして、その冷媒は、絞り装置１４の働きにより断熱膨張し、これにより低温定圧となった冷媒は、室外熱交換器１３に送られる。
【００８８】
室外熱交換器１３は、蒸発器として働き、室外ファン１６により導かれた室外空気で、低温定圧となった冷媒を暖める。その際、冷媒は蒸発し、蒸発した冷媒は圧縮機１１で再び圧縮される。暖房運転においては、このような冷媒の状態変化が繰り返される。
【００８９】
冷房運転の際には、圧縮機１１により圧縮された高温高圧の冷媒が四方弁１２の働きにより室外熱交換器１３に送られる。室外熱交換器１３は、凝縮器として働き、室外ファン１６により導かれた室外空気で、低温定圧となった冷媒を冷やす。その際、冷媒は、室外空気により熱を奪われて凝縮する。
【００９０】
そして、凝縮した冷媒は、絞り装置１４に送られる。そして、その冷媒は、絞り装置１４の働きにより断熱膨張し、これにより低温定圧となった冷媒は、室内熱交換器１５に送られる。
【００９１】
室内熱交換器１５は、蒸発器として働き、低温定圧となった冷媒で、室内ファン１７により導かれた室内空気を冷やす。その際、冷媒は蒸発し、蒸発した冷媒は圧縮機１１で再び圧縮される。冷房運転においては、このような冷媒の状態変化が繰り返される。
【００９２】
本実施の形態３では、室外熱交換器１３、および、室内熱交換器１５の少なくとも一方に、実施の形態１、または、実施の形態２で説明した熱交換器１を備えることとする。これにより、蒸発器、または、凝縮器としての熱交換効率が向上する。その結果、冷凍サイクル装置１０のＣＯＰ（成績係数：coefficient of performance）が向上する。
【００９３】
２０１３年４月９日出願の特願２０１３−０８１２０３の日本出願に基づく優先権を主張する。本日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明に係る伝熱フィン、熱交換器、冷凍サイクル装置は、たとえば、ルームエアコンや給湯器、暖房機などのヒートポンプ装置に用いるのに好適である。
【符号の説明】
【００９５】
１  熱交換器
２  伝熱管
３  伝熱フィン
４  ベース部
４ａ  面
５  カラー部
６  フレア部
６ａ  傾斜面
７  後退部
７ａ  傾斜面
８  隙間
９  段差部
１０  冷凍サイクル装置
１０Ａ  室内ユニット
１０Ｂ  室外ユニット
１０Ｃ  冷媒回路
１１  圧縮機
１２  四方弁
１３  室外熱交換器
１４  絞り装置
１５  室内熱交換器
１６  室外ファン
１７  室内ファン
２０  サイドプレート
２１  ベンド管
３０  風路の上部境界
３１  風路の下部境界
３２  カラー部の表面
１００  熱交換器
１１０  伝熱管
１２０  伝熱フィン
１２１  ベース部
１２２  根元部
１２３  カラー部
１２４  フレア部
１２５  段差部
１３０  隙間
【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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【国際調査報告】
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