(57)【要約】【課題】排水性の向上したフィンチューブ熱交換器を提供すること。【解決手段】切り起し４を有し、気流１００が通過する複数のフィン１と、前記フィン１を貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管２とを備え、前記切り起し４は、前記気流１００方向に対して、隣り合う前記伝熱管２の中心よりも下流側のみに配設され、かつ、前記切り起し４が、前記気流方向に対して傾斜するように形成されるとともに、前記切り起し４を設けたフィン平面部１ｃ上に流体経路（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）を設けたので、切り起し４に滞留する水分およびフィン１上に析出する水分を円滑に流下させて排水性を向上させることができる。【選択図】図１
2013231521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切り起しを有し、気流が通過する複数のフィンと、前記フィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管とを備え、前記切り起しは、前記気流方向に対して、隣り合う前記伝熱管の中心よりも下流側のみに配設され、かつ、前記切り起しが、前記気流方向に対して傾斜するように形成されるとともに、前記切り起しを配設したフィン平面部上に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】
前記切り起しは、２箇所の立ち上り辺を有するスリット状に形成され、前記立ち上り辺の幅方向が、重力方向に対して平行に形成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。
【請求項３】
前記流体経路は、前記立ち上り辺と前記フィン平面部の接点を一端とする切れ込みであることを特徴とする請求項２に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項４】
前記流体経路は、切り込みによって構成され、前記切り込みが、前記切り起し上に形成されていることを特徴とすることを特徴とする請求項２または３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型熱交換器としては、図８に示すように、所定間隔Ｆｐで並べられたフィン１と、フィン１に略直角に挿入されて貫通する伝熱管２とから構成されている。
【０００３】
図９（ａ）は、従来のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンを積層した際の断面図、図９（ｂ）は従来のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンの部分平面図である。
【０００４】
図９に示すように、フィン１上には、フィン１の表面から立ち上げられたフィンカラー３が形成され、フィンカラー３に伝熱管２を挿嵌する。フィンカラー３は、端面３０が、隣り合うフィン１に接してフィン１同士の間隔を所定距離に保持する役割を果たす。
【０００５】
熱交換器には、送風機（図示せず）などによって導入された気流１００（例えば、空気）が、積層されたフィン１の間隙を流動しながら、フィン１を介して伝熱管２の内部を流通する流体（例えば、Ｒ４１０ａ、二酸化炭素などの冷媒）と熱交換を行う。
【０００６】
また、伝熱管２の内部を流通する流体は、一般的には、液相と気相との二相状態にあって、気流１００との熱交換によって液相が蒸発し、過熱ガスとなって熱交換器から流出する。
【０００７】
このようなフィンチューブ熱交換器について、高効率の追求に応じた伝熱促進のために、フィンの全域にわたって切り起しを形成したものがある（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００８】
図１０（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、特許文献１に記載のフィンチューブ熱交換器において、フィンを積層した際の断面図および部分平面図を示すものである。
【０００９】
図１０に示す切り起し４は、フィン１の一部を、フィン平面部１ｃに対して、略鉛直方向に折曲げた、ルーバー状の形状である。この切り起し４を、フィン１上に、気流１００の上流側から下流側に向かって一直線に並ぶように傾斜させて形成し、伝熱管２後流の死水域の低減を図っている。
【００１０】
また、図１１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、特許文献２に記載のフィンチューブ熱交換器において、フィンを積層した際の断面図および部分平面図を示すものである。
【００１１】
図１１に示す切り起し４は、その平面が、フィン平面部１ｃと略平行となるようにオフセットさせ、両端をフィン平面部１ｃと繋げて支持するようにしたスリット状の形状である。この切り起し４を、伝熱管２の気流１００に対する上流側、下流側の双方に形成し、また、切り起し４の高さを所定の範囲に設定して、着霜時に生じる著しい伝達性能の低下抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−８９２３７号公報
【特許文献２】特開平１１−１２５４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では、フィン上に水分が析出すると、この水分が切り起しに滞留して円滑に流下せず、通風抵抗を増大させてしまうことで、伝熱性能を低下させてしまうという課題を有していた。
【００１４】
また、フィンの平面部に流れる水分を円滑に流下させることができず、フィンの伝熱面積を減少させてしまうことで、伝熱性能を低下させてしまうという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、フィン上に析出する水分を円滑に流下させて排水性を向上させ、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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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、切り起しを有し、気流が通過する複数のフィンと、前記フィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管とを備え、前記切り起しは、前記気流方向に対して、隣り合う前記伝熱管の中心よりも下流側のみに配設され、かつ、前記切り起しが、前記気流方向に対して傾斜するように形成されるとともに、前記切り起しを配設したフィン平面部上に流体経路を設けることを特徴とするものである。
【００１７】
これにより、切り起しに付着した水分を、切り起しの傾斜に沿って流下させるとともに、フィン平面部に形成する流体経路によって、切り起しに滞留した水分およびフィン平面部にある水分を重力方向下方へと誘導して排水性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、排水性の向上した、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるフィンチューブ熱交換器のフィンを積層した際の断面図（ｂ）本発明の実施の形態１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２】同フィンチューブ熱交換器のフィンにおいて切り起し高さＨｓと波形状高さＨｗとを示す断面図
【図３】同フィンチューブ熱交換器のフィンにおいて切り起し高さＨｓとフィンカラー高さＨｃとを示す断面図
【図４】同フィンチューブ熱交換器のフィンにおける排水作用説明図
【図５】（ａ）同フィンチューブ熱交換器の別形状のフィンを積層した際の断面図（ｂ）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６】同フィンチューブ熱交換器において他の流体経路の形状を示すフィンの部分平面図
【図７】（ａ）同フィンチューブ熱交換器の別形状のフィンを積層した際の断面図（ｂ）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８】従来のフィンチューブ熱交換器の構成図
【図９】（ａ）従来のフィンチューブ熱交換器のフィンを積層した際の断面図（ｂ）従来のフィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図
【図１０】（ａ）従来のフィンチューブ熱交換器の別形状のフィンを積層した際の断面図（ｂ）従来の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１１】（ａ）従来のフィンチューブ熱交換器の別形状のフィンを積層した際の断面図（ｂ）従来の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
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１の発明は、切り起しを有し、気流が通過する複数のフィンと、前記フィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管とを備え、前記切り起しは、前記気流方向に対して、隣り合う前記伝熱管の中心よりも下流側のみに配設され、かつ、前記切り起しが、前記気流方向に対して傾斜するように形成されるとともに、前記切り起しを配設したフィン平面部上に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。
【００２１】
これにより、切り起しに付着した水分を、切り起しの傾斜に沿って流下させるとともに、フィン平面部に形成する流体経路切り込みによって、切り起しに滞留した水分およびフィン平面部上にある水分を重力方向下方へと誘導させることができるので、排水性を向上させて、伝熱性能を向上させることができる。
【００２２】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記切り起しは、２箇所の立ち上り辺を有するスリット状に形成され、前記立ち上り辺の幅方向が、重力方向に対して平行に形成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。
【００２３】
これにより、切り起しの立ち上り辺に到達した水分が、重力方向と平行に形成された立ち上り辺に沿って、自重で流下するので、フィン上に滞留する水分が減少して、耐着霜性と排水性を向上させることができる。
【００２４】
第３の発明は、特に、第２の発明において、前記流体経路は、前記立ち上り辺と前記フィン平面部の接点を一端とする切れ込みであることを特徴とするフィンチューブ熱交換器である。
【００２５】
これにより、特に、切り起しの立ち上り辺に滞留しやすい水分が、加工が簡易な切り込みを介して重力方向下方へと円滑に誘導されるので、排水性をより向上させることができる。
【００２６】
第４の発明は、特に、第２または第３の発明において、前記流体経路は、切れ込みによって構成され、前記切り込みが、前記切り起し上に形成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。
【００２７】
これにより、特に、切り起し全体が捕水した場合において、加工が簡易な切り込みによって水が誘導されて流下するため、排水性をより向上させることができる。
【００２８】
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。
【００２９】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態における熱交換器は、従来の熱交換器と同様に、図８に示すように構成される。ここでは、特に蒸発器として使用される場合を例として、以下説明する。
【００３０】
図１（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態における熱交換器を構成するフィンの断面図および部分平面図を示すものである。図１において、４はフィン平面部１ｃから一部をス
リット状にオフセットさせた切り起し、５は波形状（一般には、コルゲート、ワッフルなどとも呼ばれる）、６はフィンカラー３の周囲に気流１００を案内するために設けられた座部である。
【００３１】
スリット状の切り起し４は、気流１００の流方向に向かって傾斜し、風上側が鉛直（重力方向）上方となるように配設され、略鉛直上方および略鉛直下方の切り起し端部４ａがフィン平面部１ｃと切断されて連続せず、２箇所の立ち上り辺４ｂがフィン平面部１ｃと繋がって切り起し４を支持する。
【００３２】
これにより、切り起し４の鉛直上方と下方とには凝縮したドレン水が流下したり、気流１００が通過したりする切り起し開口部４ｃが形成される。なお、立ち上り辺４ｂは、板厚方向と幅方向のうち、幅方向が重力方向に平行に形成されている。
【００３３】
また、伝熱管２の中心同士を結んだ線分Ｌを隔てて、気流１００の流方向に対して、風上側をフィン風上部１ａ、風下側のフィン風下部１ｂとするとき、切り起し４はフィン風下部１ｂのみに、波形状５はフィン風上部１ａおよびフィン風下部１ｂに、それぞれ配設される。ただし、切り起し４は、座部６よりも外側のフィン平面部１ｃに配設される。
【００３４】
さらに、立ち上り辺４ｂとフィン平面部１ｃとの接点から、その接点を始端とした流体経路としての切り込み７ａおよび切り込み７ｂが形成されている。ここで、切り込み７ａは切り起し４の気流１００風下側に、切り込み７ｂは切り起し４の気流１００風上側に形成されている。
【００３５】
図１に示す切り込み７ａは、気流１００方向に対して、上流側の一端が、鉛直（重力）方向上方に位置するように傾斜して形成されている。また、図１に示す切り込み７ｂは、重力方向に平行に形成されている。なお、図１に示すフィン１は、表面に波形状５が形成されており、切り込み７ｂは、波形状５によって形成される谷線１０に沿って、平行に形成されている。
【００３６】
ここで、切り込み７ａおよび７ｂの幅は、例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であると、毛細管現象が良好に生じ、水分を円滑に誘導することができるので、排水性をより向上させることができる。
【００３７】
なお、流体経路の形状は、切り込み以外にも、フィンの表裏を連通し、毛細管現象が生じるような形状であると、水分を誘導することができる。例えば、直径が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の小孔によって、水分を誘導することができる。
【００３８】
ここで、図２および図３に示すように、フィンカラー３の高さをＨｃ（例えば、１．５ｍｍ）、切り起し４の高さをＨｓ（例えば、０．７５ｍｍ）、波形状の高さをＨｗ（例えば、１ｍｍ）とするとき、各々の高さがＨｃ＞Ｈｗ＞Ｈｓの関係を満足するように形成される。さらに、切り起し４は、全てフィン平面部１ｃに対して同一方向に垂直に切り起こされて形成される。
【００３９】
以上のように、構成された熱交換器について、以下にその動作および作用を説明する。
【００４０】
本実施の形態における熱交換器は、波形状５に成形されたフィン風上部１ａにおいて、フィンの間隙を通過する気流１００を蛇行させて乱流促進するように動作する。さらに、フィン風下部１ｂにおいては、切り起し４に気流１００を通過させることによって、切り起し端部４ａで温度境界層を再形成させるように動作する。
【００４１】
一般的に、切り起し４は伝熱促進効果が高いので、このように波形状５と切り起し４とを配設することによって、熱流速の低いフィン風下部１ｂの伝熱をより強く促進し、フィン風上部１ａとフィン風下部１ｂとの熱流速が比較的均一になるように作用する。
【００４２】
特に、フィンの温度が０℃未満となって、熱交換器への着霜がある運転条件で動作させる場合には、フィン風下部１ｂへの着霜を切り起し４によって促進し、フィン風上部１ａとフィン風下部１ｂとへの着霜が比較的均一になるように作用し、耐着霜性を向上させることができる。
【００４３】
また、図２に示すように、波形状５の高さＨｗを切り起し４の高さＨｓよりも高くすることによって、波形状５によって案内された気流１００が切り起し４により確実に通過するように動作し、切り起し４における伝熱促進効果をより強く得ることができるように作用する。
【００４４】
また、切り起し４はフィン平面部１ｃからフィンカラー３と同一の方向に成形されているので、切り起し４付近において気流１００が渦を発生させたり、また、気流１００を必要以上に蛇行させたりしないように動作し、切り起し４による通風抵抗増大の影響を小さく抑えるように作用する。
【００４５】
また、切り起し開口部４ｃが略鉛直上方と略鉛直下方とに向かって開口し、さらに、気流１００の流方向に向かって風上側が鉛直上方となるように傾斜させて成形されるため、切り起し４に付着したドレン水に、自重に加えて、気流１００の運動エネルギーがドレン水を流下させる方向に作用する。
【００４６】
さらに、立ち上り辺４ｂとフィン平面部１ｃの接点を始端とする切り込み７ａにより、図４に示すように、フィン平面部１ｃと切り起し４との間で発生する、ドレン水を滞留させようとする表面張力に逆らって水を滑らかに流下させ、フィン１の水分の滞留量が少なくなるように動作する。
【００４７】
これにより、フィン１にドレン水が付着するような運転条件において、ドレン水の排水性が向上し、熱交換器の通風抵抗を小さくするように作用する。
【００４８】
また、本実施の形態では、図１に示すように、切り込み７ａは、その上方側の端部が、気流１００に対して上流側に位置するように傾斜して形成されているので、切り起し４の下方に形成される切り込み７ａにおいては、フィン平面部１ｃを伝って流れる水分を、図４に示すように、フィン１の外側に向かって誘導することができるので、排水性をより向上させることができる。
【００４９】
また、切り起し４の上方に形成される切り込み７ａについては、切り起し４の上方に滞留した水分、および、フィン平面部１ｃ上に析出した水分を、フィン１の外側に向かって誘導することができる。
【００５０】
また、立ち上り辺４ｂとフィン平面部１ｃの接点を始端とする切り込み７ｂにより、フィン平面部１ｃと切り起し４との間で発生する、ドレン水を滞留させようとする表面張力に逆らって水を滑らかに流下させ、フィン１の中心近傍を流れる水を、円滑に誘導することができる。
【００５１】
本実施の形態では、切り込み７ｂが、波形状５に沿って形成されているので、フィン１の中心近傍を流れる水に対して、１つの流路が形成されることとなり、フィン１上に析出する水分を円滑に誘導することができる。
【００５２】
特に、フィンの温度が０℃未満となって、熱交換器への着霜がある運転条件で動作させる場合は、除霜時に霜が融けて生成した融解水が、切り起し４の傾斜を利用して滑らかに流下し、さらに、切り込み７ａおよび切り込み７ｂによって誘導されるので、除霜復帰時にフィン１に滞留した融解水が再氷結することによる通風抵抗の増大を抑制するように作用する。
【００５３】
また、図３に示すように、フィンカラー３の高さＨｃを、切り起し４の高さＨｓよりも高くすることにより、隣り合うフィン平面部１ｃと切り起し４とが接触することがなく、フィン１の表面張力によるドレン水の滞留量を少なくするように動作する。
【００５４】
これにより、フィン１にドレン水が付着するような運転条件において、ドレン水の排水性が向上し、熱交換器の通風抵抗を小さくするように作用する。
【００５５】
また、切り起し４が座部６よりも外側に配設されるため、切り起し４とフィンカラー３との間に所定の間隔を取ることができるため、切り起し４に付着したドレン水が、表面張力によってフィンカラー３との間に滞留せずに、そのまま略鉛直下方へと流下するように動作する。
【００５６】
よって、フィン１にドレン水が付着するような運転条件において、ドレン水の排水性が向上し、熱交換器の通風抵抗を小さくするように作用する。
【００５７】
なお、座部６とフィン平面部１ｃとが同一平面状に形成される場合には、波形状５と座部６との接点２０間で形成される長さを距離Ｄとし、距離Ｄを直径とする円形の領域を座部６とし、その外側をフィン平面部１ｃとする。
【００５８】
以上のように、本実施の形態においては、気流の流方向に向かって傾斜させた切り起し４を備え、また、切り起し４が形成されるフィン平面部１ｃ上に、立ち上り辺４ｂとフィン平面部１ｃとの接点を始端とした切り込み７ａおよび切り込み７ｂを設ける。
【００５９】
これにより、切り起し４に付着したドレン水を、加工が簡易な切り込み７ａおよび切り込み７ｂによって円滑に誘導して流下させることができるため、ドレン水の排水性が向上し、通風抵抗が低減するように作用するので、熱交換能力を向上させることができる。
【００６０】
なお、ここでは、切り起し４とフィンカラー３とが形成される方向を同一としているが、フィンカラー３と逆方向に切り起こされる切り起し４を含んでいてもよい。
【００６１】
なお、切り起し４の形状は、図１に示すようなフィン１の一部をスリット状にオフセットさせたもの以外に、図５（ａ）および（ｂ）に示すような、フィン１の一部を、フィン平面部１ｃに対して略鉛直となるように切断して折り曲げたものであってもよい。この場合、切り込み７ａと切り込み７ｂの始端は、切り起し開口部４ｃおよび切り起し４が立ち上がる箇所と、フィン平面部１ｃとの接点とすることができる。
【００６２】
なお、図６に示すように、切り起し開口部４ｃを始端とする流体経路としての切り込み７ｃおよび、切り起し４上に形成される流体経路としての切り込み７ｅによって、切り起し４で捕水した水分を、重力方向下方へと誘導することができ、また、フィン平面部１ｃ上に形成され、切り起し４と接続されていない流体経路としての切り込み７ｄによって、フィン１上に析出した水分を、重力方向下方へと円滑に誘導することができるので、排水性をより向上させることができる。
【００６３】
なお、図７に示すように、切り起し４が気流１００の流方向に向かって、風下側が略鉛直上方となるように傾斜して配設され、このような切り起し４が形成されるフィン平面部１ｃに、切り込み（図示せず）が形成されていてもよい。
【００６４】
また、波形状５は、図１に示すように、気流１００の流方向に対して、上流側のみならず、下流側に形成されていると、フィン１の表面における温度境界層を乱して薄くし、伝熱を促進するので、耐着霜性と排水性を維持しながら、熱交換能力をより高めることができる。
【００６５】
上記構成により、例えば、除霜時に、切り起し４の傾斜と、流体経路を利用して、霜が融けて生成した融解水を滑らかに流下させることができ、また、波形状５によって形成される山部、谷部によって、融解水を重力方向下方へと流下させることができるため、フィン１への融解水の滞留を減らして、除霜復帰後における融解水の再氷結による通風抵抗の増大を抑制することができる。
【００６６】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
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、気流方向に対してフィンの下流側のみに形成され、かつ、気流方向に対して傾斜した切り起しと、フィン平面部に形成される流体経路により、排水性を向上させることができるので、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】
【００６８】
１  フィン
１ａ  フィン風上部
１ｂ  フィン風下部
１ｃ  フィン平面部
２  伝熱管
３  フィンカラー
４  切り起し
４ａ  切り起し端部
４ｂ  立ち上り辺
４ｃ  切り起し開口部
５  波形状
６  座部
７ａ  切れ込み（流体経路）
７ｂ  切れ込み（流体経路）
７ｃ  切れ込み（流体経路）
７ｄ  切れ込み（流体経路）
７ｅ  切れ込み（流体経路）
１００  気流
【図１】
2013231521.tif 000003
【図２】
2013231521.tif 000004
【図３】
2013231521.tif 000005
【図４】
2013231521.tif 000006
【図５】
2013231521.tif 000007
【図６】
2013231521.tif 000008
【図７】
2013231521.tif 000009
【図８】
2013231521.tif 000010
【図９】
2013231521.tif 000011
【図１０】
2013231521.tif 000012
【図１１】
2013231521.tif 000013