(57)【要約】【課題】空気側の熱伝達率を向上させ、コンパクトかつ高性能なフィンチューブ熱交換器を実現する。【解決手段】複数枚の平板フィン１１０と、平板フィン１１０を貫通して列方向に配列した伝熱管１３１〜伝熱管１３９とを備え、隣り合う平板フィン１１０によって空気流１２０の流路２０、２１を形成し、空気流１２０と伝熱管内を流動する冷媒との間で熱交換を行うフィンチューブ熱交換器であって、隣り合う伝熱管１３１と伝熱管１３２の間の平板フィン１１１上には隣り合う流路に開口する空気流１２０の主流方向に対して傾斜するスリット１５１と、空気流１２０の主流方向に対して傾斜する少なくとも１つの切起こし部１４１とを設け、隣り合う平板フィン１１１に設けたスリット１５１と平板フィン１１２に設けたスリット１７１、およびそれぞれの切起こし部１４１と切起こし部１６１とを平板フィン１１０に垂直方向からみて交差させて配置している。【選択図】図１
2007309533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに所定間隔をおいて平行に配置した複数枚の平板フィンと、前記平板フィンを貫通して列方向に配列した伝熱管とを備え、隣り合う前記平板フィンによって第１の流体の流路を形成し、前記第１の流体と前記伝熱管内を流動する第２の流体との間で熱交換を行うフィンチューブ熱交換器であって、隣り合う前記伝熱管の間の前記平板フィン上には隣り合う前記流路に開口する前記第１の流体の主流方向に対して傾斜するスリットと、前記第１の流体の主流方向に対して傾斜する少なくとも１つの切起こし部とを設け、隣り合う前記平板フィンに設けた前記スリットと前記切起こし部とを前記平板フィンを垂直方向からみて交差させて配置したことを特徴とするフィンチューブ熱交換器。
【請求項２】
前記伝熱管の列方向に隣接するそれぞれの前記スリットと前記切起こし部は、前記伝熱管を挟んで八字状に設けら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。
【請求項３】
前記切起こし部が複数の切欠き部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項４】
隣り合う前記平板フィン間に設けられた前記切起こし部が前記平板フィン間の間隔の１／２以上の高さであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項５】
前記第１の流体が空気であり、前記第２の流体が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項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】
本発明は空気調和装置や冷凍装置などに用いられ、冷媒と空気との間で熱交換を行うフィンチューブ熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置などに用いられている従来のフィンチューブ熱交換器として図９に示す構造の熱交換器が知られている。このようなフィンチューブ熱交換器６００は、図９に示すように、互いに所定間隔をおいて平行に配置した複数枚の平板フィン６０１と、各平板フィン６０１を垂直に順次貫通して設けられた伝熱管とから構成されている。伝熱管はフィンチューブ熱交換器６００の端部においてＵベンド６０２により連結接合されている。伝熱管は銅管などで構成されて内部をフロンなどの冷媒が流動し、平板フィン６０１はアルミニウムなどの薄板で構成されて平板フィン６０１間を空気流６０３が流動して、冷媒と空気との間で熱交換を行うようにしている。
【０００３】
近年、地球温暖化問題などの環境的な面から空気調和装置などに省エネルギー性が強く要求されている。これらの省エネルギー性を実現する空気調和装置として、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いた空気調和装置などが提案されている。冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を用いることによって、冷暖房のみならず給湯なども含めた総合エネルギー効率を向上させることができる。また、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒とする場合の空気との熱交換器では、二酸化炭素（ＣＯ２）が超臨界状態で作動するために、冷媒配管を細管とし冷媒側の熱伝達率を大きくすることが可能である。しかしながら、冷媒側の熱伝達率に比べて空気側の熱伝達率がかなり小さいために、熱交換器の伝熱性能は空気側の熱伝達率に律速される。
【０００４】
このようなフィンチューブ熱交換器の平板フィン間を流動する空気側の熱伝達率を向上させる目的で、平板フィン面に切起こしやスリットなどを設け、平板フィン表面での温度境界層や速度境界層の発達を抑制する例、伝熱管の後流に発達する死水域を抑制する例などが開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４など）。
【０００５】
一方、単位体積あたりの空気側伝熱面積の増加と、空気側熱伝達率の向上を目的として、伝熱管を細管として空気側伝熱面を金網構造とした金網構造熱交換器も提案されている（例えば、非特許文献１）。
【特許文献１】特開平８−３２７２７０号公報
【特許文献２】特開２０００−２９２０８７号公報
【特許文献３】特開２００１−１４７０８７号公報
【特許文献４】特開２００３−２９４３８４号公報
【非特許文献１】「機械の研究」，１９８９年，４１巻，１２号，ｐ．５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のフィンチューブ熱交換器は上述の空気側熱伝達率の向上策によって、単純な平板フィンに比較して２倍以上の空気側熱伝達率を実現するに至っている。しかしながら、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として用いた空気調和装置では、伝熱管内を流動する二酸化炭素（ＣＯ２）の超臨界時の熱伝達率が大きいため、管内側熱伝達率に見合って空気側熱伝達率をさらに向上させることが課題となっている。さらに、従来の特許文献１〜４に開示されているフィンチューブ熱交換器においては、空気側熱伝達率を向上させる方法として
、フィン間を流動する空気流の温度境界層の発達を抑制することや、伝熱管後流の死水域を減少させることを主眼としている。
【０００７】
一方、非特許文献１に開示されているような金網構造熱交換器では、空気側伝熱面を金網構造とすることにより金網の編み目を通過する空気流の乱流が促進され、平板フィンのフィンチューブ熱交換器に比べて空気側熱伝達率を向上させることが実験的に見出されている。しかしながら、このような金網構造熱交換器では、伝熱管と金網との接触熱抵抗が大きいことや、金網を構成する細線の熱抵抗が大きいこと、さらには、熱交換器の量産性に劣るなどの課題を有していた。
【０００８】
本発明は、冷媒と空気との熱交換を行う熱交換器において、フィン間を流動する空気流を混合させて乱流を積極的に発生させ、一方で、伝熱面を細分化して伝熱面の代表長さを小さくすることにより空気側熱伝達率を向上させ、特に、二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒とする伝熱管が細管の場合に好適な熱交換器を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明におけるフィンチューブ熱交換器は、互いに所定間隔をおいて平行に配置した複数枚の平板フィンと、平板フィンを貫通して列方向に配列した伝熱管とを備え、隣り合う平板フィンによって第１の流体の流路を形成し、第１の流体と伝熱管内を流動する第２の流体との間で熱交換を行うフィンチューブ熱交換器であって、隣り合う伝熱管の間の平板フィン上には隣り合う流路に開口する第１の流体の主流方向に対して傾斜するスリットと、第１の流体の主流方向に対して傾斜する少なくとも１つの切起こし部とを設け、隣り合う平板フィンに設けたスリットと切起こし部とを平板フィンに垂直方向からみて交差させて配置している。
【００１０】
このような構成のフィンチューブ熱交換器によれば、平板フィン間を流動する第１の流体が、主流方向に対して傾斜し隣接する流路で交差するように設けた切起こし部に衝突して流路変更することにより、第１の流体の一部がスリットを通して積極的に隣接する平板フィン間に流入し流路変更する際の乱流促進効果を向上させて空気側熱伝達率が向上した熱交換器を実現できる。
【００１１】
さらに、伝熱管の列方向に隣接するそれぞれのスリットと切起こし部は、それぞれ伝熱管を挟んで八字状に設けられていることが望ましい。このような構成によれば、伝熱管の後流の死水域を減少させ空気側熱伝達率が向上した熱交換器を実現できる。
【００１２】
さらに、切起こし部が複数の切欠き部を有していることが望ましい。このような構成によれば、切起こし部に設けた切欠き部によって平板フィン間を通過する第１の流体の乱流をさらに促進することができる。
【００１３】
さらに、隣り合う平板フィン間に設けられた切起こし部が平板フィン間の間隔の１／２以上の高さであることが望ましい。このような構成によれば、平板フィンのスリットから流入する第１の流体が、隣接する平板フィンに流入しやすく、第１の流体の主流と混合を促進し乱流促進効果を向上させることができる。
【００１４】
さらに、第１の流体が空気であり、第２の流体が二酸化炭素であることが望ましい。このような構成によれば、伝熱管内を流れる流体が二酸化炭素の場合には、伝熱管が細管となるために伝熱管の配列ピッチや平板フィンのピッチがより小さくなるため、乱流促進効果と空気側熱伝達率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明のフィンチューブ熱交換器によれば、空気側熱伝達率を向上させて伝熱性能に優れた熱交換器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器について図面を用いて説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態であるフィンチューブ熱交換器の構成を示す斜視図であり、図２はその平面図、図３は第１の流体である空気流の主流方向からみた図である。
【００１８】
図１に示すように、フィンチューブ熱交換器本体１００は、銅またはアルミニウムなどの薄板によって形成された複数の平板フィン１１０と、これらの平板フィン１１０を貫通して空気流１２０の主流方向に多段に配列された複数の伝熱管１３０とにより構成されている。伝熱管１３０は銅またはアルミニウムなどの金属管である。伝熱管１３０は、図１の図面上では平板フィン１１０の長手方向、すなわち列方向に所定ピッチで複数配列され、空気流１２０の主流方向、すなわち段方向に所定ピッチで多段に配列されて全体として千鳥配列となっている。
【００１９】
図１、図３に示すように、平板フィン１１０は平板フィン１１１、平板フィン１１２、平板フィン１１３によって構成されてそれぞれが間隔ｄを有して積層されている。隣り合う平板フィン１１１と平板フィン１１２によって空気流１２０の流路２０を形成し、平板フィン１１２と平板フィン１１３とによって空気流１２０の流路２１を形成している。また、これらの平板フィン１１０をアルミニウム、伝熱管１３０を銅管で構成して、平板フィン１１０にカラーを形成し、伝熱管１３０を拡管することによって伝熱的な接合を行ってもよい。さらには、平板フィン１１０と伝熱管１３０とを銅やアルミニウムなどの同一材料で構成し、予め伝熱管１３０表面にフラックスなどを塗布して半田槽でディッピング、ロウ付けすることによって接触熱抵抗を低減するように構成してもよい。
【００２０】
また、図示はしていないが、伝熱管１３０はフィンチューブ熱交換器本体１００の端部でＵベンドなどによって接続されて冷媒流路を形成している。本発明の実施の形態では、冷媒として二酸化炭素を用い、伝熱管１３０として銅管を、平板フィン１１０としてアルミニウムを用いている。平板フィン１１０の板厚は０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ、伝熱管１３０の外径は１．５ｍｍ〜３ｍｍとしている。また、伝熱管１３０の本数や平板フィン１１０の枚数は必要とする能力によって増減させることが可能である。
【００２１】
図１〜図３に示すように、伝熱管１３０は空気流１２０の主流方向に直交して列方向に伝熱管１３１〜伝熱管１３５が配列され、さらにその下流の次の段には伝熱管１３６〜伝熱管１３９が千鳥配列されている。
【００２２】
列方向に配列され相隣り合う伝熱管１３１と伝熱管１３２との間の平板フィン１１１には、平板フィン１１１を切起こして形成した切起こし部１４１と切起こしによって形成されたスリット１５１が設けられている。同様に、伝熱管１３２と伝熱管１３３との間には切起こし部１４２とスリット１５２、伝熱管１３３と伝熱管１３４との間には切起こし部１４３とスリット１５３、伝熱管１３４と伝熱管１３５との間には切起こし部１４４とスリット１５４とが設けられている。
【００２３】
このようにして、平板フィンに設けた切起こし部によってスリットを形成し、スリットが隣り合う流路に開口するようにして形成されている。また、これらのスリットと切起こし部は、列方向に配列された全ての隣接する伝熱管の間に設けられている。
【００２４】
また、図２に示すように、伝熱管１３１と伝熱管１３２との間に設けられた切起こし部１４１は、空気流１２０の主流方向からみてその左端部１４１ａが右端部１４１ｂよりも上流側となるように、空気流１２０の主流方向に対して傾斜して形成されている。これらの傾斜は他の切起こし部１４２〜切起こし部１４４についても同様であり、結果として、それぞれのスリット１５１〜スリット１５４もそれぞれの切起こし部１４１〜切起こし部１４４と対応して傾斜している。
【００２５】
また、図１、図２に示すように、伝熱管１３１を挟んで設けられた切起こし部１４１と切起こし部１４２とは八字状となるように、すなわち主流方向に対称となるように傾斜して形成されている。伝熱管１３３を挟んだ切起こし部１４２と切起こし部１４３、伝熱管１３４を挟んだ切起こし部１４３と切起こし部１４４も、それぞれが八字状となるように形成されている。本発明の第１の実施の形態では、伝熱管が２段配列で、平板フィンが３枚の場合について示している。したがって、２段目の伝熱管の間に設けられた切起こし部とスリット、および、３枚のそれぞれの平板フィンに設けられた切起こし部とスリットも同様の構成となるように形成されている。なお、本発明の第１の実施の形態では、これらの切起こし部をスリットよりも空気流１２０の主流に対して常に上流となるように配置している。このような配置構成とすることにより、伝熱管近傍での乱流発生を促進し、伝熱管での熱伝達を向上させることができる。
【００２６】
また、平板フィン１１１〜平板フィン１１３のそれぞれに設けられたそれぞれの伝熱管の位置に対応するスリットと切起こし部とは、平板フィン１１１と平板フィン１１２との間、平板フィン１１２と平板フィン１１３の間で、平板フィン１１０を垂直方向からみて交差させて配置している。すなわち、それぞれの平板フィンに設けられた切起こし部の傾斜方向が交差するように形成されている。したがって、図２の平面図に示すように、平板フィン１１２に設けた切起こし部１６１〜切起こし部１６４と平板フィン１１１に設けた切起こし部１４１〜切起こし部１４４とは交差している。
【００２７】
また、図３に示すように、本発明の第１の実施の形態では、切起こし部１４１〜切起こし部１４４の高さｈが流路２０および流路２１の間隔ｄの１／２以上の高さになるように形成されている。高さｈは間隔ｄと同一であってもよいが、間隔ｄの１／２以上であればそれぞれの流路を流れる空気流が、それぞれの切起こし部に衝突することによって流路変更をし、それぞれのスリットを経由して隣接する流路に空気流の一部を流入させることができる。
【００２８】
次に、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での空気流の流れについて詳細に説明する。図１には、フィンチューブ熱交換器本体１００に流入した空気流１２０が、平板フィン１１０間の流路を流れる様子を模式的に示している。図１に示すように、空気流１２０のうち流路２０に流入した流れＡは、流路２０内を流れて下流の伝熱管１３０と熱交換しながら流れる。さらに、その一部は平板フィン１１２に形成されて流路２０内に設けられた切起こし部１６１、切起こし部１６２によって流路変更される流れＢとなり、平板フィン１１１に設けられたスリット１５１、スリット１５２を通過して、図面上で平板フィン１１１の上面に到達する。一方、流路２１に流入し空気流も、同様に流路２１内を流れるとともに、その一部が平板フィン１１３に形成された切起こし部１８１、切起こし部１８２によって流路変更され、平板フィン１１２に設けられたスリット１７１、スリット１７２から流路２０内に流入する。
【００２９】
したがって、流路２０あるいは流路２１を流れる空気流は、それぞれスリットを通過してそれぞれの流路内に入り込んだ空気流と混合する。流路内を流れる空気流が切起こし部に衝突して流路変更をする際と空気流が混合する際に乱流を発生させて、空気側熱伝達率
を増加させることができる。さらに、図１に示すように、平板フィン１１１の上面を流れる空気流は、それぞれの伝熱管の間に設けられて主流方向に傾斜した切起こし部によって、伝熱管後部の死水域を減少させる流れＣを形成する。
【００３０】
一方、例えば、伝熱管１３８に隣接して設けられ、下流方向に伝熱管１３８から遠ざかる方向に傾斜して設けられた切起こし部１４５と切起こし部１４６では、伝熱管１３８の下流に死水域が発生しやすくなるが、スリット１５５とスリット１５６を通過して流入した流れＤによって死水域の発生が抑制される。この時、スリット１５５とスリット１５６を通過して流入する流れＤは、隣接する平板フィンの間で切起こし部が交差しているために、死水域をさらに減少させる方向の流れを発生する。
【００３１】
また、隣接する流路からのスリットを通しての流入量を確保し、乱流を促進させるためには、スリットの大きさ、すなわち幅と長さは大きい方が望ましい。また、切起こし部とスリットは、その両側に位置する伝熱管への熱抵抗を均一にする点では、相隣り合う伝熱管の中心部に位置することが望ましい。
【００３２】
したがって、本発明の第１の実施の形態のフィンチューブ熱交換器によれば、平板フィン間を流れる空気流の乱流を促進させて平板フィン面での温度境界層の発達を抑制し、さらには伝熱管後部の死水域発生をも抑制する。その結果、空気側熱伝達率を向上させ、特に伝熱管内を流れる冷媒が二酸化炭素などの管内熱伝達率が大きい場合の伝熱特性を向上させることができる。
【００３３】
なお、本発明の第１の実施の形態では、図１に示すように、伝熱管が行方向に２段に配列された場合について説明したが、１段配列の場合にも有効であるとともに２段以上の場合にも有効であることは勿論であり、さらには伝熱管の間に設ける切起こし部を複数設けてもよい。特に、二酸化炭素を冷媒とした伝熱管が細管の場合に、空気流側の平板フィンへの切起こし部を多数設け、伝熱面としての平板フィンを細分化することにより、乱流を促進するとともに伝熱面の代表長さを小さくして空気側熱伝達率を向上させることができる。このような、伝熱管が細管である場合などは、伝熱管が１段の場合でも空気側熱伝達率を向上させて高性能の熱交換器を実現することが可能である。
【００３４】
すなわち、空気側熱伝達率を高めることが可能な金網構造の熱交換器をフィンチューブ熱交換器で実現して、金網構造熱交換器で課題であった伝熱管との接触熱抵抗の課題を解決し、総合伝熱性能に優れたフィンチューブ熱交換器を実現することができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態であるフィンチューブ熱交換器の構成を示す斜視図であり、図５は第１の流体である空気流の主流方向からみた図である。
【００３６】
本発明の第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは切起こし部の構成であり、他の構成要素については第１の実施の形態と同じである。したがって、第１の実施の形態と同じ構成要素については同一の符号を用い、その詳細な説明については省略する。
【００３７】
図４、図５に示すように、本発明の第２の実施の形態では、それぞれの伝熱管の間に設けた１つのスリットから２つの切起こし部を形成するようにし、それら２つの切起こし部を上下の反対方向に切起こしている。ここでは、伝熱管３００に着目し、伝熱管３００の両側に形成されたスリット３１１、３１２と切起こし部３２１〜切起こし部３２４で説明する。
【００３８】
図４に示すように、伝熱管３００を挟んでスリット３１１とスリット３１２が形成され
ている。スリット３１１が形成される際には、切起こし部３２１と切起こし部３２２が形成され、スリット３１２が形成される際には、切起こし部３２３と切起こし部３２４が形成される。切起こし部３２１と切起こし部３２３とは平板フィン３３０の上面側に切起こされ、切起こし部３２２と切起こし部３２４とは平板フィン３３０の下面側に切起こされる。したがって、図５に示すように、平板フィン３３０を挟んで切起こし部３２１と切起こし部３２２が、また切起こし部３２３と切起こし部３２４とが形成されている。これらの切起こし部はその他の全ての伝熱管に隣接して設けられている。
【００３９】
なお、本発明の第２の実施の形態においても、切起こし部３２１〜切起こし部３２４のそれぞれの高さｈは、第１の実施の形態で説明したように平板フィン間の間隔ｄの１／２以上としている。したがって、空気流が流れる流路における切起こし部の高さを高くすることができ、容易に平板フィン間の間隔ｄと同一にすることができる。そのため、切起こし部によって空気流の流路変更を確実に行うことができ、流路内での空気流の混合、流路変更による乱流の発生を促進させてさらに空気側熱伝達率を向上させることができる。また、このように、流路内を流れる空気流が、切起こし部に衝突する伝熱面を大きくすることにより、熱伝達率を向上させることができる。
【００４０】
このような、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によれば、空気側熱伝達率を従来のフィンチューブ熱交換器に比べ大幅に向上させることができる。そのため、同一熱交換能力を実現するのに非常にコンパクトな熱交換器を実現できる。また、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を、半田ディップ槽などでロウ付けすると、伝熱管と平板フィンはもとより、異なる平板フィンの切起こし部先端同士を接合することができるため、機械的強度に優れた熱交換器を実現できる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
図６は本発明の第３の実施の形態であるフィンチューブ熱交換器の構成を示す斜視図であり、図７は第１の流体である空気流の主流方向からみた図である。
【００４２】
本発明の第３の実施の形態が第１および第２の実施の形態と異なるのは切起こし部の構成であり、他の構成要素については第１および第２の実施の形態と同じである。したがって、第１および第２の実施の形態と同じ構成要素については同一の符号を用い、その詳細な説明については省略する。
【００４３】
図６、図７に示すように、本発明の第３の実施の形態では、それぞれの伝熱管の間に設けた切起こし部は、本発明の第２の実施の形態で述べた切起こし部と同様に、ひとつのスリットから２つの切起こし部が形成され、それら２つの切起こし部を上下の反対方向に切起こしている。伝熱管４００に着目して伝熱管４００の両側に形成されたスリット４１１、４１２と切起こし部４２１〜切起こし部４２４で説明する。
【００４４】
図６の図面上で、伝熱管４００を挟んでスリット４１１とスリット４１２が形成されている。スリット４１１が形成される際に、切起こし部４２１と切起こし部４２２が形成される。また、スリット４１２が形成される際に、切起こし部４２３と切起こし部４２４が形成される。切起こし部４２１と切起こし部４２３とは平板フィン４４０の上面側に切起こされ、切起こし部４２２と切起こし部４２４とは平板フィン４４０の下面側に切起こされている。
【００４５】
また、これらの切起こし部４２１〜切起こし部４２４には、図６、図７に示すように短冊状に切欠き部４２１ａ〜切欠き部４２４ａが入れられており、多数の幅の狭い、矩形の凹凸を形成している。したがって、切起こし部４２１〜切起こし部４２４がそれぞれ短冊状となり、それぞれの切起こし部で前縁効果によって非常に高い熱伝達を生じるとともに
、後方に渦を発生し流れを攪拌する作用を起こし乱流の促進効果を向上させることができる。
【００４６】
平板フィン間の流路を流れる空気流は、短冊状の切起こし部４２１〜切起こし部４２４に衝突し、多数の小さい渦を生じるとともに一部はその切起こし部に設けたスリット４１１、スリット４１２から隣接する流路に入り込み、一部は伝熱管４００の背面に回り込む。そのため空気側熱伝達率が著しく増加するとともに空気の混合が起きるために温度効率を向上させることができる。
【００４７】
本発明の第３の実施の形態では、短冊状の切起こし部４２１〜切起こし部４２４の幅を１ｍｍとした。このような切起こし部は予め平板フィンに切り込みを入れた後、金型で上下に起こし上げる方法を用いて形成できるが、短冊部分を空気流方向に対して傾斜させることによってさらに高い乱流促進効果を実現することも可能である。
【００４８】
なお、本発明の第１の実施の形態から第３の実施の形態における切起こし部の傾斜角度として、空気流の主流方向に対して４５°〜６０°が最適である。それより小さいと空気側熱伝達率が低下し、大きいと圧損が上昇するので好ましくない。
【００４９】
図８は本発明の第１の実施の形態から第３の実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器を用いた冷凍サイクル装置の構成を示す図である。冷凍サイクル装置５００は、圧縮機５１０、放熱器５２０、膨張機５３０および蒸発器５４０を順次直列に接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル５５０を形成している。本発明の実施の形態では冷媒としては二酸化炭素が充填されている。
【００５０】
冷凍サイクル装置５００において、冷媒は矢印Ａに示す方向に循環する。圧縮機５１０において冷媒の二酸化炭素をその臨界点を超える高温、高圧の超臨界状態にまで圧縮し、放熱器５２０において圧力を保ったまま放熱してその温度が低下する。膨張機５３０では高圧の冷媒の膨張エネルギーを機械エネルギーに変換する。具体的には、膨張による容積変化を回転エネルギーに変換し、膨張機５３０に駆動軸５６０で接続された発電機５７０によって電力を発生させている。膨張機５３０の具体例としてはスクロール型やベーンロータリ型などが考えられる。発電機５７０で発生した電力は図８の破線で示す電力線５８０を介して圧縮機５１０や蒸発器５４０のファン５９０などの駆動電力として使用することができる。さらに、蒸発器５４０では膨張機５３０を通過して低圧となった冷媒が周囲より熱を奪い蒸発して気相となり、圧縮機５１０に戻る。また、冷凍サイクル５５０に封入した冷凍機油は冷媒とともに、冷凍サイクル５５０を循環し、圧縮機５１０や膨張機５３０などの機構部を潤滑あるいは冷却する。
【００５１】
本発明の実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器は、これらの冷凍サイクル装置５００の中で、放熱器５２０や蒸発器５４０を構成する熱交換器として使用が可能である。特に、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器によれば、空気側熱伝達率を飛躍的に向上させることが可能となるため、冷媒として二酸化炭素を用いて超臨界状態となる放熱器５２０においても、冷媒側の高い熱伝達率に見合った空気側の伝熱性能を実現することができる。そのため、小型で高性能な放熱器を実現することができる。
【００５２】
なお、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器を蒸発器の熱交換器として使用することも可能であるが、本発明のフィンチューブ熱交換器は空気側伝熱面である平板フィン側に切起こし部やスリットを設けているため、蒸発器での着霜現象に対する対策が必要なため、放熱器の熱交換器としてより好適である。  
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のフィンチューブ熱交換器は、空気調和用の熱交換器、また、給湯などのヒートポンプ用熱交換器などとして利用でき、特に家庭用や産業用、さらには自動車用などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるフィンチューブ熱交換器の構成を示す斜視図
【図２】同フィンチューブ熱交換器の平面図
【図３】同フィンチューブ熱交換器の空気流の主流方向からみた図
【図４】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構成を示す斜視図
【図５】同フィンチューブ熱交換器の空気流の主流方向からみた図
【図６】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構成を示す斜視図
【図７】同フィンチューブ熱交換器の空気流の主流方向からみた図
【図８】本発明の実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器を用いた冷凍サイクル装置の構成を示す図
【図９】従来のフィンチューブ熱交換器の構成を示す斜視図
【符号の説明】
【００５５】
２０，２１    流路
１００    フィンチューブ熱交換器本体
１１０，１１１，１１２，１１３，３３０，４４０    平板フィン
１２０    空気流
１３０，１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１３６，１３７，１３８，１３９，３００，４００    伝熱管
１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６，１６１，１６２，１６３，１６４，
１８１，１８２，３２１，３２２，３２３，３２４，４２１，４２２，４２３，４２４  
切起こし部
１４１ａ    左端部
１４１ｂ    右端部
１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１７１，１７２，３１１，３１２，４１１，４１２    スリット
４２１ａ，４２２ａ，４２３ａ，４２４ａ    切欠き部
５００    冷凍サイクル装置
５１０    圧縮機
５２０    放熱器
５３０    膨張機
５４０    蒸発器
５５０    冷凍サイクル
５６０    駆動軸
５７０    発電機
５８０    電力線
５９０    ファン
【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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