(57)【要約】【課題】表面の親水性を十分に高めることで、通風抵抗を大幅に低減できるフィンチューブ熱交換器を提供する。【解決手段】伝熱フィンの少なくとも一部に、伝熱フィン表面の凝縮水を排出する複数の凹状の凝縮水排出溝を有し、複数の凹状の凝縮水排出溝の少なくとも一部が、伝熱フィンの平面方向に流れる気体の流通方向に対して傾斜し、伝熱フィンの底端部または平面方向に流れる気体の下流側の伝熱フィンの側端部に向かって延伸して形成され、凹状の凝縮水排出溝の中心部から隣接する凹状の凝縮水排出溝の中心部までの間隔Ｄにおける表面積Ａと、間隔Ｄと等しい長さにおける表面積Ｂとの表面積比（Ａ／Ｂ）が１．０倍以上２．０倍以下である構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で平行に並べられて、その間を気体が流通する多数の伝熱フィンと、この伝熱フィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流通する多数の伝熱管とから構成されたフィンチューブ熱交換器において、前記伝熱フィンの少なくとも一部に、前記伝熱フィン表面の凝縮水を排出する複数の凹状の凝縮水排出溝を有し、前記複数の凹状の凝縮水排出溝の少なくとも一部が、前記伝熱フィンの平面方向に流れる気体の流通方向に対して傾斜し、前記伝熱フィンの底端部または前記平面方向に流れる気体の下流側の前記伝熱フィンの側端部に向かって延伸して形成され、前記凹状の凝縮水排出溝の中心部から隣接する前記凹状の凝縮水排出溝の中心部までの間隔Ｄにおける表面積Ａと、前記間隔Ｄと等しい長さにおける表面積Ｂとの表面積比（Ａ／Ｂ）が１．０倍以上２．０倍以下であることを特徴とするフィンチューブ熱交換器。
【請求項２】
前記伝熱フィンが基材となるフィン材と、前記フィン材の上層に形成された複数の皮膜層とからなり、前記複数の皮膜層の少なくとも一層が親水性皮膜で構成されている請求項１記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項３】
前記伝熱フィンの基材となるフィン材がアルミニウム材である請求項１または２に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項４】
前記フィン材の上層に前記親水性皮膜を形成した後に、前記凝縮水排出溝をプレス加工により形成する請求項１から３のいずれかに記載のフィンチューブ熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機、給湯機器等に配備されている、空気と熱交換を行うフィンチューブ熱交換器とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に所定の間隔で平行に並べられて、その間を気体が流通する多数の伝熱フィンと、この伝熱フィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流通する多数の伝熱管とから構成されたフィンチューブ熱交換器は空調機、給湯器の凝縮器または蒸発器などとして広く用いられている。
【０００３】
蒸発器としてフィンチューブ熱交換器を用いる場合、伝熱フィンの表面温度が熱交換を行う空気の露点より低下すると、空気中の水分が結露し、伝熱フィン表面での水滴の形成、または伝熱フィン間や切起し部への水分の架橋（ブリッジ）が発生する。そして、フィン間の空気流路がこの凝縮水により閉塞し、通風抵抗の増大を招いてしまう。その結果、空調機や給湯機器の消費電力が増加し、エネルギー効率が低下する課題がある。
【０００４】
そのため、例えば、先行技術文献１に示すように、伝熱フィン表面に親水性皮膜（親水コーティング層）を形成し、水に対する接触角を小さくすることで、生成した凝縮水による伝熱フィン間の空気流路の閉塞を防止することがよく行われる。
【０００５】
しかし、伝熱フィン表面に親水性皮膜を形成するだけでは、凝縮水による空気流路の閉塞を十分に抑制できるとは言い難い。そのため、先行技術文献２では、伝熱フィン表面の親水性皮膜（親水コーティング層）にプラズマ照射を行い、微細凹凸を形成することで、更に親水性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７５１３１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】表面技術，  Ｖｏｌ． ５７，  ｐ．１２７  （２００６）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示すように、伝熱フィン表面に微細凹凸を形成するには、プラズマ照射等の高価な加工プロセスが必要となり、製造コストが格段に高くなる課題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、安価な加工プロセスにより、伝熱フィン表面の親水性を十分に高め、かつ耐久性に優れたフィンチューブ熱交換器とその製造方法を提供することである。
【００１０】
また、非特許文献１では、伝熱フィン間の空気流路の閉塞を十分に抑制することができない課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、所定の間隔で平行に並べられて、その間を気体が流通する多数の伝熱フィンと、この伝熱フィンに略直
角に挿入されて内部を冷媒が流通する多数の伝熱管とから構成されたフィンチューブ熱交換器において、前記伝熱フィンの少なくとも一部に、前記伝熱フィン表面の凝縮水を排出する複数の凹状の凝縮水排出溝を有し、前記複数の凹状の凝縮水排出溝の少なくとも一部が、前記伝熱フィンの平面方向に流れる気体の流通方向に対して傾斜し、前記伝熱フィンの底端部または前記平面方向に流れる気体の下流側の前記伝熱フィンの側端部に向かって延伸して形成され、前記凹状の凝縮水排出溝の中心部から隣接する前記凹状の凝縮水排出溝の中心部までの間隔Ｄにおける表面積Ａと、前記間隔Ｄと等しい長さにおける表面積Ｂとの表面積比（Ａ／Ｂ）が１．０倍以上２．０倍以下であるように構成されている。
【００１２】
上記構成によると、凹状の凝縮水排出溝により、伝熱フィン表面に凝縮した凝縮水が引き伸ばされる。また、凹状の凝縮水排出溝が平面方向を流れる気体の流通方向に対して傾斜し、かつ伝熱フィンの底端部または平面方向に流れる気体の下流側の伝熱フィンの側端部に向かって延伸して形成されているので、流通する気体の動圧と凝縮水の自重を利用し、伝熱フィンから凝縮水を迅速に排出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、伝熱フィン表面の親水性を十分に高めるとともに、凹状の凝縮水排出溝により、伝熱フィン表面に凝縮した凝縮水を迅速に排出することができる。したがって、伝熱フィン表面に凝縮した凝縮水による空気流路の閉塞を確実に防止できるため、通風抵抗の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態のフィンチューブ熱交換器の構成図
【図２】本発明の実施形態の伝熱フィンの構成図
【図３】本発明の効果を示す概念図
【図４】本発明における凹状の凝縮水排出溝の詳細図（断面図）
【図５】本発明における表面積比（Ａ／Ｂ）を説明するための図
【図６】本発明の実施形態における表面積比（Ａ／Ｂ）と接触角の関係を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、所定の間隔で平行に並べられて、その間を気体が流通する多数の伝熱フィンと、この伝熱フィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流通する多数の伝熱管とから構成されたフィンチューブ熱交換器において、前記伝熱フィンの少なくとも一部に、前記伝熱フィン表面の凝縮水を排出する複数の凹状の凝縮水排出溝を有し、前記複数の凹状の凝縮水排出溝の少なくとも一部が、前記伝熱フィンの平面方向に流れる気体の流通方向に対して傾斜し、前記伝熱フィンの底端部または前記平面方向に流れる気体の下流側の前記伝熱フィンの側端部に向かって延伸して形成され、前記凹状の凝縮水排出溝の中心部から隣接する前記凹状の凝縮水排出溝の中心部までの間隔Ｄにおける表面積Ａと、前記間隔Ｄと等しい長さにおける表面積Ｂとの表面積比（Ａ／Ｂ）が１．０倍以上２．０倍以下であるように構成されている。
【００１６】
上記構成によると、凹状の凝縮水排出溝により、伝熱フィン表面に凝縮した凝縮水が引き伸ばされる。また、凹状の凝縮水排出溝が平面方向を流れる気体の流通方向に対して傾斜し、かつ伝熱フィンの底端部または平面方向に流れる気体の下流側の伝熱フィンの側端部に向かって延伸して形成されているので、流通する気体の動圧と凝縮水の自重を利用し、伝熱フィンから凝縮水を迅速に排出することができる。
【００１７】
また、凹状の凝縮水排出溝の中心部から隣接する前記凹状の凝縮水排出溝の中心部までの間隔Ｄにおける表面積Ａと、凹状の凝縮水排出溝が形成されておらず、かつ前記間隔Ｄと等しい長さにおける表面積Ｂとの表面積比（Ａ／Ｂ）が１．０倍以上２．０倍以下にな
るように凝縮水排出溝を形成することにより、十分な親水性と耐久性の確保が可能となる。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明にさらに、前記伝熱フィンは基材となるフィン材と、前記フィン材の上層に形成された複数の皮膜層とからなり、前記複数の皮膜層の少なくとも一層が親水性皮膜で構成されている。
【００１９】
上記構成によると、親水性皮膜が形成された伝熱フィン表面に凹状の凝縮水排出溝を形成することにより、フィン表面の水に対する接触角を容易に５度以下（超親水）にすることができる。
【００２０】
第３の発明は、第１または第２の発明にさらに、前記フィン材はアルミニウム材により構成されている。
【００２１】
上記構成によると、凹状の凝縮水排出溝をプレス加工により、容易に加工することができる。
【００２２】
第４の発明は、第１から第３の発明にさらに、前記フィン材の上層に前記親水性皮膜を形成した後に、前記凝縮水排出溝をプレス加工により形成する工程により構成されている。
【００２３】
上記構成によると、親水性皮膜が形成された後に、プレス加工により凝縮水排出溝を形成するため、伝熱フィン表面の全体を容易かつ均一に水に対する接触角が５度以下（超親水）にすることができる。
【００２４】
（実施の形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明によるフィンチューブ熱交換器とその製造方法の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施形態のフィンチューブ熱交換器の構成図である。
【００２５】
本実施形態のフィンチューブ熱交換器は、所定の間隔で並べられてその間を気体が流通する多数の伝熱フィン１と、この伝熱フィン１に略直角に挿入されて内部を冷媒が流通する多数の伝熱管２とから構成され、伝熱フィン１の表面の水に対する接触角が３０度以下であり、伝熱フィン１の少なくとも一部に、伝熱フィン１の表面に凝縮した凝縮水を排出する複数の凹状の凝縮水排出溝３を有しており、複数の凹状の凝縮水排出溝３の少なくとも一部が、平面方向に流れる気体４の流通方向に対して傾斜し、かつ伝熱フィン１の底端部５または平面方向に流れる気体４の下流側の伝熱フィン１の側端部６に向かって延伸して形成されている。
【００２６】
伝熱フィン１の表面の材質については、接触角が３０度以下の金属を用いることが好ましい。しかし、金属は空気や水分に暴露されると、酸化皮膜や腐食生成物が形成されるため、接触角が大きくなりやすい。したがって、伝熱フィン１の表面には表面処理などにより親水性皮膜を形成して用いることが多い。図２は本発明の実施形態の伝熱フィンの構成図である。この図に示すように下層からフィン材７、耐食性皮膜８、親水性皮膜９、潤滑性皮膜１０から構成される。
【００２７】
図２に示すフィン材７については、プレス加工により凝縮水排出溝を形成できるものが好ましい。具体的には鉄鋼材、銅材、アルミニウム材を適用することができるが、本発明の実施形態ではアルミニウム材を用いた。耐食性皮膜８はリン酸クロメート処理により形成した。
【００２８】
親水性皮膜９としては無機系（水ガラス系、ベーマイト系）、有機樹脂系及び有機・無機複合系の皮膜を用いることができる。本発明の実施形態では、有機・無機複合系であるシリカ／樹脂の複合系の皮膜を化成処理により形成した。
【００２９】
なお、潤滑性皮膜１０は伝熱フィン１をプレス加工する際の潤滑性を向上させるためのものであり、水溶性の皮膜を用いた際には水分により容易に消失する。したがって、上層に形成されているこの潤滑性皮膜１０により、親水性皮膜９の親水性が低下することはない。このように、複数の皮膜層の少なくとも一層が親水性皮膜で構成しておけば、本発明の効果をさらに効率的に発揮することができる。
【００３０】
図３は本発明の効果を示す概念図である。この図に示すように、伝熱フィン１の表面に凝縮した凝縮水１１は凹状の凝縮水排出溝３に沿って、引き伸ばされる。その結果、凝縮水排出溝の延伸方向１２から見た水に対する接触角（Ａ）に対して、平面方向を流れる気体４の流通方向から見た水に対する接触角（Ｂ）を大幅に小さくすることができる。したがって、伝熱フィン１の間における、平面方向に流れる気体４と表面に凝縮した凝縮水１１による通風抵抗（圧力損失）の増加を大幅に低減することができる。
【００３１】
また、凹状の凝縮水排出溝３が平面方向を流れる気体４の流通方向に対して傾斜し、かつ図１に示す伝熱フィン１の底端部５または平面方向流れる気体４の下流側の伝熱フィン１の側端部６に向かって延伸して形成されていれば、平面方向を流れる気体４の動圧と凝縮水の自重を利用し、伝熱フィン１から凝縮した凝縮水１１を迅速に排出することができる。
【００３２】
図４は本発明における凹状の凝縮水排水溝の詳細図（断面図）である。図に示す開口部１３の径は毛細管効果を十分に活用するため、１ｍｍ以下とすることが好ましい。このような構成をとることにより、伝熱フィン表面に凝縮した凝縮水を凹状の凝縮水排出溝に誘引するとともに、図３における平面方向を流れる気体４の流通方向から見た水に対する接触角を迅速に小さくすることができる。さらに、図２に示すように親水性皮膜９を形成していれば、容易に接触角５度以下の超親水表面を実現することができる。したがって、伝熱フィン１の間における、平面方向に流れる気体４と表面に凝縮した凝縮水１１による通風抵抗（圧力損失）をさらに効果的に低減することができる。
【００３３】
図５は本発明における表面積比（Ａ／Ｂ）を説明するための図である。図５のＡ）は凹状の凝縮水排出溝を形成した部分の上面１４と断面１５であり、Ｂ）は凹状の凝縮水排出溝を形成していない部分の上面１６と断面１７である。図５のＡ）に示すように断面１５において、凹状の凝縮水排出溝の中心部から隣接する凹状の凝縮水排出溝の中心部までの間隔をＤとし、その間隔に対応する上面１４の表面積をＡとする。そして、図５のＢ）に示す断面１７の間隔Ｄは、断面１５に示す間隔Ｄと同じ長さであり、その間隔に対応する上面１６の表面積をＢとする。
【００３４】
本発明では表面積Ａと表面積Ｂの表面積比（Ａ／Ｂ）を１．０倍以上２．０倍以下とした。その根拠について説明をする。
【００３５】
フィン材として親水性の金属を用いた場合であっても、必要以上に微細なプレス加工を施すと、プレス金型が磨耗しやすくなり、製造コストが上がってしまう。
【００３６】
また、本発明の実施形態のように、親水性皮膜を形成した際には、プレス加工により形成する凝縮水排出溝を微細化しすぎると、親水性皮膜が欠損してしまい、親水化の効果が十分に発揮されなくなる。
【００３７】
図６は本発明の実施形態における表面積比（Ａ／Ｂ）と接触角の関係を示した図である。
ここで、Ａ／Ｂ＝１は凝縮水排出溝を形成していない場合に対応する。また、この図に示した接触角は、凝縮水排出溝を形成した場合（Ａ／Ｂ＞１）については、図３のＢ）に示した平面方向を流れる気体４の流通方向から見た水に対する接触角である。
【００３８】
次に、図６に示す関係を得るために行った実験方法について説明する。まず、凝縮水排出溝を形成していない、本発明の実施形態の伝熱フィンを５ｃｍ角に切り出し、試験片とした。そして、プレス加工により、所定の表面積比の凝縮水排出溝を形成した各種試験片を作製した。親水性の耐久試験方法としては、これらの各種試験片をビーカーに入れ、８時間流水で浸漬した後、８０℃の恒温層で１６時間乾燥させる操作を１サイクルとし、この操作を５サイクル行った後の接触角を測定した。
【００３９】
図６に示すように、Ａ／Ｂが１．０倍以上であれば、耐久試験後（□）であっても、凝縮水排出溝を形成していない初期（▲）（Ａ／Ｂ＝１）よりも接触角が小さくなり、十分な親水性を発揮することができる。
【００４０】
また、１．２倍以上になると耐久試験後（□）であっても、接触角が５度以下（超親水）になっていることが分かる。しかし、表面積比（Ａ／Ｂ）が１．８倍に達すると、耐久試験後（□）の接触角が５度より大きくなりはじめ、接触角が２．１倍になると、耐久試験後の接触角（□）が、凝縮水排出溝を形成していない初期（▲）（Ａ／Ｂ＝１）よりも大きくなってしまう。このように、Ａ／Ｂを大きくする、つまり凝縮水排出溝を微細化していくと、親水性がむしろ劣化してしまう。これは、微細な凝縮水排出溝を付与すると、伝熱フィンに形成した親水性皮膜が欠損するからである。したがって、このような現象が起こることから、表面積比（Ａ／Ｂ）は１．０倍以上２．０倍以下であることが好ましい。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、伝熱フィン表面の凝縮水を迅速に排出しつつ、伝熱フィン間の通風抵抗を効果的に低減することができる。また、プレス加工等の安価な加工プロセスにより、高性能化が可能となるため、費用対効果に優れたフィンチューブ熱交換器の製造方法の実現が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかるフィンチューブ熱交換器とその製造方法は、親水性を十分に高めるとともに、凹状の凝縮水排出溝により、伝熱フィン表面に凝縮した凝縮水を迅速に排出することができるので、空気調和機の熱交換器として適用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１  伝熱フィン
２  伝熱管
３  凹状の凝縮水排出溝
４  平面方向を流れる気体
５  伝熱フィン１の底端部
６  伝熱フィン１の側端部
７  フィン材
８  耐食性皮膜
９  親水性皮膜
１０  潤滑性皮膜
１１  表面に凝縮した凝縮水
１２  凝縮水排出溝の延伸方向
１３  開口部
１４  凹状の凝縮水排出溝を形成した部分の上面
１５  凹状の凝縮水排出溝を形成した部分の断面
１６  凹状の凝縮水排出溝を形成していない部分の上面
１７  凹状の凝縮水排出溝を形成していない部分の断面
【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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