CN105190216A - 鳍片管式热交换器及冷冻循环装置 - Google Patents

鳍片管式热交换器及冷冻循环装置 Download PDF

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Abstract

鳍片管式热交换器包括：鳍片(31)，具有平坦部(35)、第一倾斜部(36)及第二倾斜部(38)；以及导热管(21)。使用气流方向上的第一倾斜部(36)的上游端到下游端的距离S1、段方向上的导热管(21)的中心间距离S2、气流方向上的平坦部(35)的上游端到下游端的距离D1、从山部(34)的顶点侧的相反侧与气流方向上的第一倾斜部(36)的上游端与下游端相切的基准平面H1、基准平面H1与第一倾斜部(36)所成的角度θ1、从贯穿孔观察时气流方向上游侧的区域中的基准平面H1与第二倾斜部(38)所成的角度θ2、从基准平面H1到平坦部(35)的距离α、一个鳍片(31)的基准平面H1与跟山部(34)的顶点侧相邻的另一鳍片(31)的基准平面H1之间的距离L，以0°<θ2<tan-1[(L±α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}]决定θ2的范围。

Description

鳍片管式热交换器及冷冻循环装置
技术领域
本发明涉及鳍片管式热交换器、以及通过使用鳍片管式热交换器来进行热交换而构成冷冻循环的冷冻循环装置。
背景技术
鳍片管式热交换器包含以规定间隔排列的多个鳍片与贯穿多个鳍片的导热管。空气在鳍片与鳍片之间流动而与导热管中的流体进行热交换。
图9A～图9D分别是以往的鳍片管式热交换器中的鳍片的俯视图、沿着线IXB-IXB的剖视图、沿着线IXC-IXC的剖视图以及沿着线IXD-IXD的剖视图。
鳍片10以在气流方向上山部4与谷部6交替出现的方式而成形。此种鳍片一般被称作“波状鳍片(corrugatedfin)”。通过使用波状鳍片，不仅能获得增大导热面积的效果，而且通过使气流3蜿蜒，还能获得减薄温度边界层的效果。
另外，图10A～图10C分别是以往的鳍片管式热交换器中的其他鳍片的俯视图、沿着线XB-XB的剖视图、以及沿着线XC-XC的剖视图。如图10A～图10C所示，还已知有通过对波状鳍片设置切起以改善导热性能的技术(专利文献1)。
在鳍片1的鳍片倾斜面42a、42b、42c以及42d上，设置有切起41a、41b、41c及41d。当设相邻的鳍片1的距离为Fp时，切起41a、41b、41c及41d的高度H1、H2、H3及H4满足1/5·Fp≤(H1、H2、H3、H4)≤1/3·Fp的关系。
在专利文献1中，还公开了以极力降低结霜运转时的通风阻力的方式构成的另一鳍片。图11A～图11C分别是以往的鳍片管式热交换器中的又一鳍片的俯视图、沿着线XIB-XIB的剖视图、以及沿着线XIC-XIC的剖视图。
如图11A～图11C所示，在鳍片1的鳍片倾斜面12a及12b上，设置有满足上述关系的切起11a及11b。由于鳍片1的弯折次数少，因此鳍片倾斜面12a及12b的倾斜角度相对较平缓。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-125495号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，即使切起足够低，在结霜运转时，流路的剖面积仍会局部性地减少20％以上。因此，在设置有切起的情况下，即使将弯折次数限制为一次以减缓倾斜角度，仍无法避免通风阻力的大幅增加。
为了将图11A～图11C所示的鳍片1的通风阻力下降到与图9A～图9D所示的鳍片10同等的水平，必须使鳍片10的倾斜角度无限接近0°。
解决问题的方案
本发明的目的在于提供无论是结霜运转时还是非结霜运转时，都具有优异的基本性能的鳍片管式热交换器以及冷冻循环装置。
本发明的鳍片管式热交换器采用下述结构，即，鳍片管式热交换器，包括：多个鳍片，平行地排列以形成气体的流路；以及导热管，贯穿多个鳍片，内部供与气体进行热交换的介质流动，其中，鳍片是以在气流方向上仅在一处部位出现山部的方式成形的波状鳍片，且具有供导热管嵌入的多个贯穿孔、形成在贯穿孔周围的平坦部、以形成山部的方式相对于气流方向而倾斜的第一倾斜部、及连接平坦部与第一倾斜部的第二倾斜部，多个贯穿孔沿着与多个鳍片的排列方向和气流方向这两个方向垂直的段方向而形成，当将气流方向上的从第一倾斜部的上游端到下游端的距离定义为S1、将气流方向上的从平坦部的上游端到下游端的距离定义为D1、将从山部的顶点侧的相反侧与气流方向上的第一倾斜部的上游端和下游端相切的平面定义为基准平面、将基准平面与第一倾斜部所成的角度定义为θ1、将从贯穿孔观察时气流方向上游侧的区域中的基准平面与第二倾斜部所成的角度定义为θ2、从基准平面到平坦部的距离定义为α、一个鳍片的基准平面与跟山部的顶点侧相邻的另一鳍片的基准平面之间的距离定义为L时，在平坦部关于基准平面而与山部的顶点侧位于同一侧的情况下或者α＝0的情况下，满足0°<θ2<tan-1[(L-α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}]的关系，在平坦部关于基准平面而与山部的顶点侧位于相反侧的情况下，满足0°<θ2<tan-1[(L+α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}]的关系。
本发明的冷冻循环装置采用下述结构，即，冷冻循环装置，以制冷剂在压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器中循环的方式构成冷冻循环，冷凝器与蒸发器中的至少一者包括上述鳍片管式热交换器。
发明的效果
根据本发明，能够提供无论是结霜运转时还是非结霜运转时，都能发挥优异的基本性能的鳍片管式热交换器以及冷冻循环装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的鳍片管式热交换器的一例的图。
图2A是表示用于图1的鳍片管式热交换器中的鳍片的一例的俯视图。
图2B是表示以沿着线IIB-IIB的面剖切图2A所示的鳍片时的剖面的剖视图。
图2C是表示以沿着线IIC-IIC的面剖切图2A所示的鳍片时的剖面的剖视图。
图2D是表示以沿着线IID-IID的面剖切图2A所示的鳍片时的剖面的剖视图。
图3A是表示鳍片管式热交换器的一例的侧视图。
图3B是表示鳍片形状的一例的立体图。
图4A是表示鳍片管式热交换器中形成的间隙部的一例的图。
图4B是表示相对于第二倾斜角度θ2的变化的间隙部的变化的图。
图5A是说明上限值角度θ2U的计算方法的图。
图5B是说明下限值角度θ2L的计算方法的图。
图5C是说明下限值角度θ1L的计算方法的图。
图6A是表示在第二倾斜角度θ2小的情况下具有高热流速(热交换量)的部分的俯视图。
图6B是表示在第二倾斜角度θ2大的情况下具有高热流速(热交换量)的部分的俯视图。
图7是表示第二倾斜角度θ2与鳍片管式热交换器的性能(热交换量及压力损失)的关系的图。
图8A是表示鳍片形状的另一例的图。
图8B是表示鳍片形状的又一例的图。
图9A是以往的鳍片管式热交换器中的鳍片的俯视图。
图9B是图9A所示的鳍片的沿着线IXB-IXB的剖视图。
图9C是图9A所示的鳍片的沿着线IXC-IXC的剖视图。
图9D是图9A所示的鳍片的沿着线IXD-IXD的剖视图。
图10A是以往的鳍片管式热交换器中的另一鳍片的俯视图。
图10B是图10A所示的鳍片的沿着线XB-XB的剖视图。
图10C是图10A所示的鳍片的沿着线XC-XC的剖视图。
图11A是以往的鳍片管式热交换器中的又一鳍片的俯视图。
图11B是图11A所示的鳍片的沿着线XIB-XIB的剖视图。
图11C是图11A所示的鳍片的沿着线XIC-XIC的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。此外，本发明并不受该实施方式限定。
图1是表示本发明的实施方式的鳍片管式热交换器100的一例的图。如图1所示，本实施方式的鳍片管式热交换器100包括：多个鳍片31，平行地排列以形成空气A(气体)的流路；以及导热管21，贯穿这些鳍片31。
鳍片管式热交换器100以在流经导热管21内部的介质B、与沿着鳍片31表面流动的空气A之间进行热交换的方式构成。介质B例如是二氧化碳、氢氟烃等制冷剂。导热管21既可连成一条，也可分成多条。
鳍片31具有前缘30a及后缘30b。前缘30a及后缘30b分别呈直线状。本实施方式中，鳍片31关于导热管21的中心而具有左右对称的结构。因而，当装配热交换器100时，无须考虑鳍片31的方向。
本实施方式中，将鳍片31的排列方向定义为高度方向(图1的Y方向)、与前缘30a平行的方向定义为段方向(图1的Z方向)、与高度方向及段方向垂直的方向定义为气流方向(空气A的流动方向：图1的X方向)。换言之，段方向是与高度方向和气流方向这两个方向垂直的方向。
图2A是表示用于图1的鳍片管式热交换器100中的鳍片的一例的俯视图。图2B是表示以沿着线IIB-IIB的面剖切图2A所示的鳍片时的剖面的剖视图。图2C是表示以沿着线IIC-IIC的面剖切图2A所示的鳍片时的剖面的剖视图。图2D是表示以沿着线IID-IID的面剖切图2A所示的鳍片时的剖面的剖视图。
如图2A～图2D所示，鳍片31典型的是具有长方形且平板的形状。鳍片31的长度方向与段方向一致。本实施方式中，鳍片31以固定的间隔(鳍片间距)排列。鳍片间距例如被调整为1.0～2.0mm的范围。如图2B所示，鳍片间距以相邻的两个鳍片31的距离L表示。
包含前缘30a的固定宽度的部分以及包含后缘30b的固定宽度的部分与气流方向平行。但是，这些部分是在成形时用于将鳍片31固定于模具的部分，其宽度极窄，因此不会对鳍片31的性能造成大的影响。
作为鳍片31的材料，可适宜地使用冲压加工而成的壁厚0.05～0.8mm的铝制平板。也可对鳍片31的表面实施化学氧化处理、亲水性涂料的涂敷等亲水性处理。也能够取代亲水性处理而进行疏水处理。
在鳍片31上，沿着段方向排成一列且等间隔地形成有多个贯穿孔37h。通过多个贯穿孔37h的各中心的直线与段方向平行。在多个贯穿孔37h中分别嵌入有导热管21。
另外，在贯穿孔37h的周围，由鳍片31的一部分形成圆筒状的鳍片卡圈37，该鳍片卡圈37与导热管21紧贴。贯穿孔37h的直径例如为1～20mm。即，贯穿孔37h的直径也可为4mm以下。
贯穿孔37h的直径与导热管21的外径一致。在段方向上彼此相邻的两个贯穿孔37h的中心间距离(管间距)例如为贯穿孔37h的直径的2～3倍。另外，气流方向上的鳍片31的长度例如为15～25mm。
如图2A及图2B所示，将朝与鳍片卡圈37的突出方向相同的方向突出的部分定义为山部34。本实施方式中，鳍片31在气流方向上仅具有一个山部34。
山部34的棱线与段方向平行。即，鳍片31是被称作波状鳍片的鳍片。前缘30a及后缘30b对应于谷部。在气流方向上，山部34的位置与导热管21的中心位置一致。
本实施方式中，鳍片31在除了多个贯穿孔37h的其他区域中，禁止空气A从该鳍片31的表侧(上表面侧)朝背侧(下表面侧)流动。这样，较为理想的是，在鳍片31上未设置除了贯穿孔37h以外的开口部。
若不存在开口部，也不会产生因结霜造成的堵塞问题，因此在压力损失的观点上有利。此外，“未设置开口部”是指未设置狭缝、通风口等，即，未设置贯穿鳍片的孔。
鳍片31还具有平坦部35、第一倾斜部36以及第二倾斜部38。平坦部35是与鳍片卡圈37相邻的部分，且是形成在贯穿孔37h周围的圆环状部分。平坦部35的表面与气流方向平行且与高度方向垂直。第一倾斜部36是以形成山部34的方式相对于气流方向而倾斜的部分。
第一倾斜部36在鳍片31中占据最大的面积。第一倾斜部36的表面平坦。第一倾斜部36位于与段方向平行且通过导热管21中心的基准线的左右。即，由风上侧的第一倾斜部36与风下侧的第一倾斜部36形成山部34。
第二倾斜部38是以消除平坦部35与第一倾斜部36之间的高度差异的方式平滑地连接平坦部35与第一倾斜部36的部分，第二倾斜部38的表面由平缓的曲面构成。
并且，棱线部39由第一倾斜部36与第二倾斜部38形成。平坦部35及第二倾斜部38在鳍片卡圈37及贯穿孔37h的周围形成有凹状的部分。
此外，也可对第一倾斜部36与第二倾斜部38的边界部分即棱线部39赋予适度的弧度(例如R0.5mm～R2.0mm)。同样，也可对山部34与第二倾斜部38的边界部分赋予适度的弧度(例如R0.5mm～R2.0mm)。此种弧度改善鳍片31的排水性。
此处，如图2A～图2D所示，将气流方向上的第一倾斜部36的上游端到下游端间的距离定义为S1。将段方向上的导热管21的中心间距离(管间距)定义为S2。将平坦部35的直径定义为D1。而且，将从山部34的顶点侧的相反侧与气流方向上的第一倾斜部36的上游端和下游端相切的平面定义为基准平面H1。并且，将鳍片31的基准平面H1与相邻于山部34的顶点侧的另一鳍片31的基准平面H1之间的距离(鳍片间距)定义为L。
第一倾斜部36的上游端及下游端分别与前缘30a及后缘30b相连接。另外，将基准平面H1与第一倾斜部36所成的角度定义为θ1。并且，将基准平面H1与第二倾斜部38所成的角度定义为θ2。
角度θ1是基准平面H1与第一倾斜部36所成的角度中的锐角侧的角度。同样，角度θ2是基准平面H1与第二倾斜部38所成的角度中的锐角侧的角度。本实施方式中，将角度θ1及角度θ2分别称为“第一倾斜角度θ1”及“第二倾斜角度θ2”。
另外，将从基准平面H1到平坦部35的距离定义为α。图2A～图2D所示的实施方式中，距离α为零。即，在高度方向上，平坦部35的位置、第一倾斜部36的上游端的位置、第一倾斜部36的下游端的位置、前缘30a的位置及后缘30b的位置一致。此时，基准平面H1与包含平坦部35表面的平面一致。
当如上所述地对S1、S2、D1、θ1、θ2、α及L进行了定义时，鳍片管式热交换器100满足下述式(1)。
tan-1{2·L/(S2-D1)}<θ2<tan-1[(L±α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}]……(1)
在高度方向上，平坦部35的位置也可与前缘30a的位置及后缘30b的位置不同。具体而言，在平坦部35比基准平面H1更靠近山部34的顶点的情况下，式(1)的右边为tan-1[(L-α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}]。
当平坦部35比基准平面H1更靠近山部34的顶点时，第一倾斜部36与第二倾斜部38所成的角度变大，因此尽管鳍片31的表面积减少，但压力损失降低。即，可获得压力损失低的鳍片31。
另一方面，在平坦部35比基准平面H1更远离山部34的顶点时，式(1)的右边为tan-1[(L+α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}]。
当平坦部35比基准平面H1更远离山部34的顶点时，第一倾斜部36与第二倾斜部38所成的角度变小，因此尽管压力损失增加，但鳍片31的表面积增加。
此外，第二倾斜部38整体上为曲面，但在图2C或图2D所示的剖面中，能够指定第二倾斜角度θ2。图2C的剖面是以与段方向垂直且通过导热管21中心的平面剖切鳍片31时观察到的剖面。图2D的剖面是由与流动方向垂直且通过导热管中心的平面剖切鳍片31时观察到的剖面。
图3A是表示鳍片管式热交换器100的一例的侧视图。图3A是从图1中的空气A的流动方向(X方向)观察鳍片管式热交换器100的图。另外，图3B是表示鳍片31的形状的一例的立体图。
如图3A所示，该鳍片管式热交换器100中，在沿高度方向(Y方向)相邻的导热管21之间产生了间隙。如图3B所示，该间隙是由于高度方向上的棱线部39的位置比山部34的位置低而产生。
以下详细说明式(1)的技术意义。
(关于第二倾斜角度θ2的上限值)
图4A是表示鳍片管式热交换器100中形成的间隙部40的一例的图。图4B是表示相对于第二倾斜角度θ2的变化的间隙部40的变化的图。图4A及图4B中表示下述状态，即从气流方向(空气A的流动方向)上的鳍片31的上游端侧观察时，在鳍片31的棱线部39与相邻于鳍片31的山部34的顶点侧的另一鳍片31的基准平面H1之间，形成有间隙部40。
图4A中以点图案表示了间隙部40。在棱线部39的鳍片卡圈37侧的突出方向距离，比鳍片31的基准平面H1与相邻于山部34的顶点侧的另一鳍片31的基准平面H1之间的距离L小时，产生该间隙部40。
棱线部39的鳍片卡圈37侧的突出方向距离与上述距离L相等的阈值角度θ2U用以下的式(2)表示。
θ2U＝tan-1[(L±α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}]……(2)
此处，S1是气流方向上的第一倾斜部36的上游端到下游端的距离，D1是平坦部35的直径，θ1是第一倾斜角度，α是从基准平面H1到平坦部35的距离。
该阈值角度θ2U通过以下的方法算出。图5A是对上限值角度θ2U的计算方法进行说明的图。如图5A所示，棱线部39的鳍片卡圈37的突出方向距离H以H＝{(S1-D1)/2±α/tanθ2}/(1/tanθ1+1/tanθ2)表示。
并且，当棱线部39的鳍片卡圈37侧的突出方向距离H和鳍片31的基准平面H1与相邻于山部34的顶点侧的另一鳍片31的基准平面H1之间的距离L正好相等时，距离L表示为{(S1-D1)/2±α/tanθ2}/(1/tanθ1+1/tanθ2)。
由此，第二倾斜角度θ2的正切以tanθ2＝(L±α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}表示，因此第二倾斜角度θ2的上限即阈值角度θ2U如式(2)那样表示。
通过形成这样的间隙部40，空气A容易在内部流经有介质B的导热管21附近的间隙部40中流动，从而能够在与空气A具备最大温差的鳍片31的部位促进热交换。
另外，当使第二倾斜角度θ2发生变化时，间隙部40的开口面积发生变化。如图4B所示，当第二倾斜角度θ2变小时，间隙部40的开口面积扩大，当第二倾斜角度θ2变大时，间隙部40的开口面积缩小。
若比较第二倾斜角度为θ2a的情况与为θ2b(θ2a＞θ2b)的情况，则第二倾斜角度为θ2a时的开口面积为图4B的右下斜线所示的部分的面积。另一方面，第二倾斜角度为θ2b时的开口面积为将图4B的右下斜线与左下斜线所示的部分的面积合计所得的面积。
当第二倾斜角度θ2变大时，使间隙部40的开口面积变小，由此，通过间隙部40的空气A的流速上升，第二倾斜部38中的空气A侧的热传递率上升。由此，鳍片31中的热交换量(热交换能力)增加。
另一方面，当第二倾斜角度θ2变小时，使间隙部40的开口面积变大，由此，通过间隙部40的空气A的流速下降，第二倾斜部38中的空气A侧的热传递率下降。由此，鳍片31中的热交换量(热交换能力)减少。
但是，在鳍片31的基准平面H1与相邻于山部34的顶点侧的另一鳍片31的基准平面H1之间形成的流路中，若第二倾斜角度θ2超过阈值角度θ2U，则相对于气流方向(空气A的流动方向)不会形成间隙部40。
因此，为了提高鳍片管式热交换器的热交换能力，关键在于：在小于阈值角度θ2U的范围内，进一步增大第二倾斜角度θ2。由此，空气A的流速增加，从而能够增加鳍片31中的热交换量(热交换能力)。
另外，通过在小于阈值角度θ2U且大于0°的范围内尽可能增大第二倾斜角度θ2，从而位于空气A的流动方向下游侧的下游侧第二倾斜部38a(参照图2A)相对于空气A的流动而耸立。由此，空气A的流动在下游侧第二倾斜部38a处将大幅弯曲。
其结果，在下游侧第二倾斜部38a处，可获得通过扰乱倾斜面表面的温度边界而促进热传递的弯曲效果，鳍片管式热交换器的热交换能力提高。
另外，通过在上述范围内尽可能增大第二倾斜角度θ2，从而位于空气A的流动方向下游侧的下游侧棱线部39a相对于空气流动而突出。其结果，在下游侧棱线部39a处，也能新获得前缘效果，从而热交换能力提高。
图6A是表示在第二倾斜角度θ2小的情况下具有高热流速(热交换量)的部分的俯视图。图6B是表示在第二倾斜角度θ2大的情况下具有高热流速(热交换量)的部分的俯视图。此处，具有高热流速的部分以粗线表示。这些见解基于数值分析的结果而获得。
根据图6A、图6B可知，当第二倾斜角度θ2变大时，即使在下游侧棱线部39a的两端部，热流速也变大。即，在下游侧棱线部39a的两端部，新获得前缘效果，从而热交换能力提高。
(关于第二倾斜角度θ2的下限值)
图5B是说明下限值角度θ2L的计算方法的图。如前所述，棱线部39的鳍片卡圈37侧的突出方向距离，小于鳍片31的基准平面H1与相邻于山部34的顶点侧的另一鳍片31的基准平面H1之间的距离L。
由此，从气流方向(空气A的流动方向)上的鳍片31的上游端侧观察时，在鳍片31的棱线部39与相邻于鳍片31的山部34的顶点侧的另一鳍片31的基准平面H1之间，形成间隙部40(图4B中的点部分)。
此处，若山部34的顶点的高度小于上述距离L，则形成在鳍片卡圈37周围的间隙部40将与相邻的间隙部40相连。此种情况下，间隙部40的开口面积将变得过大，与开口面积小的情况相比，空气A的流速将变小。
而且，空气A也会朝与空气A的流动方向正交的方向蔓延，从而难以发挥下游侧第二倾斜部38a处的弯曲效果或下游侧棱线部39a处的前缘效果。即，更优选位于各鳍片卡圈37周围的间隙部40的开口以彼此独立的方式形成。
间隙部40的开口部以彼此独立的方式形成的阈值角度θ2L用以下的式(3)表示。
θ2L＝tan-1L/{(S2-D1)/2}……(3)
此处，S2是段方向上的导热管的中心间距离，D1是平坦部35的直径，θ1是第一倾斜角度，α是从基准平面H1到平坦部35的距离，L是鳍片31的基准平面H1与相邻于山部34的顶点侧的另一鳍片31的基准平面H1之间的距离。
该阈值角度θ2L通过以下的方法算出。图5B中，当将第二倾斜角度θ2设为最小时，间隙部40的开口部以彼此独立的方式形成时的山部34的高度以(S2-D1)/2·tanθ2表示。
并且，当山部34的顶点的高度与距离L正好相等时，表示为L＝(S2-D1)/2·tanθ2，因此第二倾斜角度θ2(＝阈值角度θ2L)的正切为tanθ2L＝L/{(S2-D1)/2}。因此，阈值角度θ2L能够以上述式(3)表示。
通过形成这种间隙部40，从而空气A在内部流经有介质B的导热管21附近的间隙部40中流动，由此，在与空气A具备最大温差的鳍片31的部位，能够进一步促进热交换。
(关于第一倾斜角度θ1的下限值)
另外，本实施方式中的鳍片管式热交换器100满足下述式(4)。
tan-1(2·(L±α)/S1)<θ1……(4)
由此，位于各鳍片卡圈37周围的间隙部40的开口部以彼此独立的方式形成。其结果，能够增大空气A的流速。以下，详细说明式(4)的技术意义。
图5C是对下限值角度θ1L的计算方法进行说明的图。如图5C所示，鳍片31的山部34从平坦部35算起的高度以S1/2·tanθ1±α表示。
此处，S1是气流方向上的第一倾斜部36的上游端到下游端的距离，α是从基准平面H1到平坦部35的距离。
并且，用于使位于各鳍片卡圈37周围的间隙部40的开口部以彼此独立的方式形成的第一倾斜角度θ1的下限值θ1L，以下述式(5)表示。
θ1L＝tan-1{2·(L±α)/S1}……(5)
此处，L是鳍片31的基准平面H1与跟山部34的顶点侧相邻的另一鳍片31的基准平面H1之间的距离。
如图5C所示，当山部34的顶点的高度与距离L正好相等时，为L＝S1/2·tanθ1±α，因此第一倾斜角度θ1(＝阈值角度θ1L)的正切以tanθ1L＝2·(L±α)/S1表示。因此，阈值角度θ1L能够以式(5)表示。
如上所述，本实施方式中，使用式(2)来决定第二倾斜角度θ2的上限值。即，第二倾斜角度θ2包含在以下范围内。
(A)在平坦部35相对于基准平面H1而与山部34的顶点侧位于同一侧的情况或α＝0的情况下，
0°<θ2<tan-1[(L-α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}]……(6)
(B)在平坦部35关于基准平面H1而与山部34的顶点侧位于相反侧的情况下，
0°<θ2<tan-1[(L+α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}]……(7)
由此，在鳍片31的棱线部39与跟鳍片31的山部34的顶点侧相邻的另一鳍片31的基准平面H1之间，形成间隙部40。其结果，空气A容易在内部流经有介质B的导热管21附近的间隙部40中流动，从而能够在与空气A具备最大温差的鳍片31的部位促进热交换。
此外，θ2越大，则间隙部40的开口面积越小，空气A的流速越大，因此越优选。
而且，优选第二倾斜角度θ2包含在以下的范围内。
tan-1L/{(S2-D1)/2}<θ2<90°……(8)
另外，优选第一倾斜角度θ1包含在以下的范围内。
(A)在平坦部35相对于基准平面H1而与山部34的顶点侧位于同一侧的情况或α＝0的情况下，
tan-1(2·(L-α/S1)<θ1<90°……(9)
(B)在平坦部35相对于基准平面H1而与山部34的顶点侧位于相反侧的情况下，
tan-1(2·(L+α/S1)<θ1<90°……(10)
由此，位于各鳍片卡圈37周围的间隙部40的开口部以彼此独立的方式形成。其结果，间隙部40的开口面积变小，从而能够增大空气A的流速。
图7是表示第二倾斜角度θ2与鳍片管式热交换器100的性能(热交换量及压力损失)的关系的图。
如图7所示，若第二倾斜角度θ2超过以数式(3)表示的下限值θ2L，则热交换量会急遽变大。并且，若第二倾斜角度θ2超过以数式(2)表示的上限值θ2U，则热交换量将下降。另外，若第二倾斜角度θ2超过上限值θ2U，则压力损失会急遽变大。
即，通过将第二倾斜角度θ2设为式(1)的范围，能够充分抑制通风阻力，且能够确保充分的热交换量。
另外，上述实施方式中，如图3B所示，利用第二倾斜部38来平滑地连接平坦部35与第一倾斜部36。并且，如图5A所说明的那样，棱线部39的鳍片卡圈37侧的突出方向距离H小于距离L。
图3B所示的示例中，平坦部35与第二倾斜部38所成的角度中的锐角侧的角度固定为第二倾斜角度θ2。因此，第一倾斜部36与第二倾斜部38的交线即棱线部39为图3B所示的曲线。
但是，鳍片31的形状并不限定于此种形状，也可为其他形状。图8A是表示鳍片31的形状的另一例的图。该鳍片31的棱线部39与图3B所示的鳍片31的棱线部39不同而呈直线状。
另外，图8B是表示鳍片31的形状的又一例的图。该鳍片31的棱线部39与图8A所示的鳍片31的棱线部39同样，空气A的流动方向上的上游侧与下游侧的部分呈直线状。但是，其两侧部分呈曲线状。
即使在图8A、图8B所示的情况下，如使用图5A所说明，从供导热管21嵌入的贯穿孔观察时，气流方向上游侧的区域中的基准平面H1与第二倾斜部38所成的角度θ2也处于前述式(6)或式(7)的范围内。由此，在鳍片31的棱线部39与跟鳍片31的山部34的顶点侧相邻的另一鳍片31的基准平面H1之间形成间隙部40。
其结果，与图3B所示的鳍片31同样，空气A容易在内部流经有介质B的导热管21附近的间隙部40中流动。并且，能够在与空气A具备最大温差的鳍片31的部位促进热交换。
另外，能够将如上所述的鳍片管式热交换器适用于冷冻循环装置。所谓冷冻循环装置，是指以制冷剂在压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器中循环的方式构成冷冻循环的装置。
通过将如上所述的鳍片管式热交换器适用于该冷冻循环装置的冷凝器与蒸发器中的至少一者，从而能够提高冷冻循环装置的性能系数(CoefficientOfPerformance)。
本申请主张基于2013年4月12日申请的特愿2013-083462的日本申请的优先权。本日本申请中所含的说明书、附图及说明书摘要的公开内容全部被引用至本申请。
工业实用性
本发明的鳍片管式热交换器和冷冻循环装置例如适合用于房间空调机或供热水器、暖气机等热泵装置。
标号说明
1鳍片
3气流
4山部
5平坦部
6谷部
8第二倾斜部
10鳍片
11a、11b切起
12a、12b鳍片倾斜面
21导热管
30a前缘
30b后缘
31鳍片
34山部
35平坦部
36第一倾斜部
37鳍片卡圈
37h贯穿孔
38第二倾斜部
38a下游侧第二倾斜部
39棱线部
39a下游侧棱线部
40间隙部
41a、41b、41c、41d切起
42a、42b、42c、42d鳍片倾斜面
100鳍片管式热交换器

Claims (4)

1.鳍片管式热交换器，包括：
多个鳍片，平行地排列以形成气体的流路；以及
导热管，贯穿所述多个鳍片，内部供与所述气体进行热交换的介质流动，其中，
所述鳍片是以在气流方向上仅在一处部位出现山部的方式而成形的波状鳍片，且具有：供所述导热管嵌入的多个贯穿孔、形成在所述贯穿孔周围的平坦部、以形成所述山部的方式相对于所述气流方向倾斜的第一倾斜部、以及连接所述平坦部与所述第一倾斜部的第二倾斜部，
所述多个贯穿孔沿着与所述多个鳍片的排列方向和所述气流方向这两个方向垂直的段方向而形成，
当将所述气流方向上的从所述第一倾斜部的上游端到下游端的距离定义为S1、将所述气流方向上的从所述平坦部的上游端到下游端的距离定义为D1、将从所述山部的顶点侧的相反侧与所述气流方向上的所述第一倾斜部的上游端和下游端相切的平面定义为基准平面、将所述基准平面与所述第一倾斜部所成的角度定义为θ1、将从所述贯穿孔观察时所述气流方向上游侧的区域中的所述基准平面与所述第二倾斜部所成的角度定义为θ2、将从所述基准平面到所述平坦部的距离定义为α、将一个所述鳍片的所述基准平面与相邻于所述山部的顶点侧的另一所述鳍片的所述基准平面之间的距离定义为L时，在所述平坦部关于所述基准平面而与所述山部的顶点侧位于同一侧的情况下或者α＝0的情况下，满足0°<θ2<tan-1[(L-α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}]的关系，
在所述平坦部相对于所述基准平面而与所述山部的顶点侧位于相反侧的情况下，满足0°<θ2<tan-1[(L+α)/{(S1-D1)/2-L/tanθ1}]的关系。
2.如权利要求1所述的鳍片管式热交换器，
当将所述段方向上的所述基准平面与所述第二倾斜部所成的角度定义为θ2、将所述段方向上的所述导热管的中心间距离定义为S2时，所述角度θ2还满足tan-1{2·L/(S2-D1)}<θ2<90°的关系，
在所述平坦部相对于所述基准平面而与所述山部的顶点侧位于同一侧的情况下或者α＝0的情况下，所述角度θ1满足tan-1(2·(L-α)/S1)<θ1<90°的关系，
在所述平坦部相对于所述基准平面而与所述山部的顶点侧位于相反侧的情况下，所述角度θ1满足tan-1(2·(L+α)/S1)<θ1<90°的关系。
3.如权利要求1所述的鳍片管式热交换器，
所述鳍片在除了所述多个贯穿孔的其他区域中，禁止所述气体从该鳍片的表侧朝向背侧流动。
4.冷冻循环装置，以制冷剂在压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器中循环的方式构成冷冻循环，
所述冷凝器与所述蒸发器中的至少一者包括权利要求1所述的鳍片管式热交换器。
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