JP2010008034A - フィンチューブ型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱フィンに切り込みを設け、前記切り込みの気体が流動する風上側の前記伝熱フィン部を隆起させて、前記切り込みにより風下側に形成される開口部を有する山部を形成することにより、伝熱性能を向上させたフィンチューブ型熱交換器を提供すること。
【解決手段】伝熱フィン１０に気流１の流れ方向に略直角方向の切り込み１３を設け、切り込み１３の気体が流動する風上側の伝熱フィン部を隆起させて、風下側に切り込み１３により形成される略三角形状の開口部１４を有する山部１５が形成されている。風下側の開口部１４を有する前記山部１５は、段方向に隣接するフィンカラー１１の間の伝熱フィン１０面に複数設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ルームエアコン、パッケージエアコン、カーエアコン等の空気調和機や、ヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫、冷凍庫等に用いられ、多数積層された平板状のフィンの間を流動する空気などの気体と伝熱管内を流動する水や冷媒などの流体との間で熱を授受するフィンチューブ型熱交換器に関するものである。

一般に、多数積層された平板状の伝熱フィンと伝熱管とで構成されるフィンアンドチューブ式の熱交換器は、図１８に示すように、一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体Ｗが流動する多数の平板状のフィン１０１と、これらのフィン１０１に略直角に所定のピッチで挿入され、内部を水や冷媒などの流体Ｒが流動する伝熱管１０４とで構成され、伝熱管１０４はフィン１０１の貫通穴の外周に垂直に立ち上げた円筒状のフィンカラー１０２に密着接合されている。また、フィン１０１には、スリット形成部分１０３に、図１４、図１５、図１６、図１７に示すような２辺の切り込みを設けて１辺を基本線として切り起こす、三角形状のデルタウィングと呼ばれる切起こし片１１１、１１２が設けられている。そして従来の熱交換器の切起こし片１１１、１１２は、図１６、図１７に示すように基部から先端部に向けて漸次幅狭となり、通過する空気に縦渦Ｓを発生させる翼部を平板フィンから切起こして形成する。この縦渦により、熱伝達率を向上させるというものである（例えば、特許文献１参照）。

また、伝熱管近傍の気流をその流れ方向における伝熱管の後側に案内するように、気流の流れ方向に対して傾斜した案内フィンを設け、伝熱促進効果と排水性を両立させたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−２０７６８８号公報 特開２００７−０１０２７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のフィンチューブ型熱交換器において、切起こし片１１１、１１２の後流に発生する縦渦Ｓにより、熱伝達率は向上するものの、伝熱管１０４からおおよそ放射状に熱伝導するなかで、切起こし片１１１、１１２によりフィン１０１の段方向（上下方向）の熱伝導が遮断され、伝熱に寄与しない領域が発生し、伝熱性能を低下させるという課題があった。

また、特許文献２に記載のフィンチューブ型熱交換器にあっても同様に、案内フィンで伝熱フィンの熱伝導が遮断され、伝熱に寄与しない領域が発生し、伝熱性能を低下させるという課題があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、伝熱フィンに切り込みを設け、前記切り込みの前記気体が流動する風上側の前記伝熱フィン部を隆起させて、前記切り込みにより風下側に形成される開口部を有する山部を形成することにより、伝熱フィンの熱伝導が遮断されないようにするなどして伝熱性能を向上させたフィンチューブ型熱交換器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、所定の間隔を置いて略平行に積層された複数の伝熱フィンと、該伝熱フィンの平面方向と略直交する方
向に伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを備え、前記伝熱管が貫通する前記伝熱フィンの貫通孔の周囲には、前記伝熱フィンの平面方向に対し略直交する方向に延びる略円筒状のフィンカラーが形成され、前記伝熱管は前記フィンカラーに密着した状態で前記貫通孔に挿入され、前記伝熱フィンの平面方向に流れる気体と前記伝熱管の内部を流れる熱冷媒との間で熱交換を行うようにしている。

そして、前記伝熱フィンに切り込みを設け、前記切り込みの前記気体が流動する風上側の前記伝熱フィン部を隆起させて、風下側に前記切り込みにより形成される開口部を有する山部が形成されている。

本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、以上説明したように構成されているので、風下側の開口部を有する山部に沿って気体が流れ、風下側の開口部を通過するとき縦渦が発生し、そこから風下側の伝熱フィン表面の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させ、伝熱を促進するとともに、デルタウィングと呼ばれる同様の効果を有する三角片を立ち上げたもののように、三角片で伝熱フィンの熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィンが連続している山部を熱伝導することができるので、伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。

第１の発明は、伝熱フィンに切り込みを設け、切り込みの気体が流動する風上側の伝熱フィン部を隆起させて、風下側に切り込みにより形成される開口部を有する山部を形成したので、気体は山部に沿って流れ、その後風下側の開口部を通過するとき縦渦が発生し、そこから風下側の伝熱フィン表面の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進するとともに、伝熱フィンが連続している山部を熱伝導することができるので、熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。

また、気体は山部の隆起させた反対側の伝熱フィン間から隆起させた伝熱フィン間へ流れ出ることにより、気体を伝熱フィンの表裏間で混合させるので、伝熱性能を向上させることができる。またさらに、切り込みの風下側では温度境界層の前縁効果により伝熱性能を向上させることができる。

第２の発明は、切り込みの方向を気体の流動方向に略直角方向となる段方向としたので、気体が山部に沿って流れた後、風下側の開口部を通過するとき縦渦が効果的に発生し、そこから風下側の伝熱フィン表面の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより、伝熱を大幅に促進することができる。また、段方向の切り込みは、伝熱フィンの熱伝導の方向に概略沿う方向になっており、段方向の熱伝導が遮断されることがなく、伝熱に寄与しない領域が発生することがない。

また、気体は山部の隆起させた反対側の伝熱フィン間から隆起させた伝熱フィン間へ流れ出ることにより、気体を伝熱フィンの表裏間で混合させるので、伝熱性能を向上させることができる。またさらに、切り込みの風下側では温度境界層の前縁効果により伝熱性能を向上させることができる。

第３の発明は、開口部の形状を略三角形状としたので、風下側の略三角形状の開口部を有する山部は、後流に縦渦を発生させて伝熱促進するデルタウィングと呼ばれる立ち上げ三角片を二つ向かい合わせて、山頂から山麓に連なる稜線の尾根で繋ぎ合わせたような形態になっており、気体は山部の斜面に沿って流れた後、風下側の開口部を通過するときデ
ルタウィングと同様に縦渦が発生し、そこから風下側の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進することができる。一方、デルタウィングと異なり、伝熱フィンの段方向の熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィンが段方向に連続している山部を熱伝導することができるので、伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。

また、気体は山部の隆起させた反対側の伝熱フィン間から隆起させた伝熱フィン間へ流れ出ることにより、気体を伝熱フィンの表裏間で混合させるので、伝熱性能を向上させることができる。またさらに、切り込みの風下側では温度境界層の前縁効果により伝熱性能を向上させることができる。

第４の発明は、開口部の形状を略台形状としたので、風下側の略台形状の開口部を有する山部は、後流に縦渦を発生させて伝熱促進するデルタウィングと呼ばれる立ち上げ三角片の２つを斜面の両側とし、山頂から山麓に連なる平面状の尾根で繋ぎ合わせたような形態になっており、気体は山部の斜面に沿って流れた後、風下側の開口部を通過するときデルタウィングと同様に縦渦が発生し、そこから風下側の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進することができる。一方、デルタウィングと異なり、伝熱フィンの段方向の熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィンが段方向に連続している山部を熱伝導することができるので、伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。また、二つの斜面は平面状の尾根に緩やかな角度で繋がるので、山部を隆起させる加工が容易である。

また、気体は山部の隆起させた反対側の伝熱フィン間から隆起させた伝熱フィン間へ流れ出ることにより、気体を伝熱フィンの表裏間で混合させるので、伝熱性能を向上させることができる。またさらに、切り込みの風下側では温度境界層の前縁効果により伝熱性能を向上させることができる。

第５の発明は、開口部の形状を、略円弧状としたので、風下側の略円弧状の開口部を有する山部は、後流に縦渦を発生させて伝熱促進するデルタウィングと呼ばれる立ち上げ三角片を曲面状にして二つ向かい合わせて、山頂から山麓に連なる稜線の尾根で接するように繋ぎ合わせたような形態になっており、気体は山部の斜面に沿って流れた後、風下側の開口部を通過するときデルタウィングと同様に縦渦が発生し、そこから風下側の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進することができる。一方、デルタウィングと異なり、伝熱フィンの段方向の熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィンが連続している山部を熱伝導することができるので伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。また、山部は断面を円弧状にして隆起させるので、加工が容易である。

また、気体は山部の隆起させた反対側の伝熱フィン間から隆起させた伝熱フィン間へ流れ出ることにより、気体を伝熱フィンの表裏間で混合させるので、伝熱性能を向上させることができる。またさらに、切り込みの風下側では温度境界層の前縁効果により伝熱性能を向上させることができる。

第６の発明は、風下側の開口部を有する山部を、段方向に隣接するフィンカラーの間の伝熱フィン面に複数形成したので、風下側の開口部を有する山部による伝熱性能向上効果を、その形成する数にほぼ比例して、増大させることができ、熱交換器の大幅な伝熱促進を図ることができる。

第７の発明は、風下側の開口部を有する山部の数を、段方向に隣接するフィンカラーま
たは伝熱管の中心を結ぶ直線から遠ざかるほど多くしたので、伝熱フィンの熱伝導による熱量が小さい段方向に隣接するフィンカラーまたは伝熱管の中心を結ぶ直線から遠い領域の伝熱フィンでも、近い領域の伝熱フィンよりも数多く形成された風下側の開口部を有する山部による熱伝達率の向上効果が大きく、伝熱フィン全体の伝熱性能を高くすることができる。

第８の発明は、風下側の開口部を有する山部の数を、気体の流動する風下側のほうが、風上側より多くしたので、熱交換器をルームエアコンの室外熱交換器として用い、暖房運転した場合などに外気温が低くなると伝熱フィン表面に霜が付着するが、風上側で空気中の水分の一部が伝熱フィン表面に霜として付着した後に、水分が少なくなった空気が風下側に流れるため、風下側の伝熱フィン表面に付着する霜が分散して少なくなり、風下側の開口部を有する山部が多くても霜の成長を抑制できる。これにより伝熱フィン間が霜で閉塞するまでの時間を長く保つことができ、伝熱フィン全体の伝熱性能を向上させることができる。

第９の発明は、風下側の開口部を有する山部の数を、最寄りのフィンカラーまたは伝熱管から離れるに従い多くしたので、熱伝導による熱移動は伝熱管との距離が遠くなるに従い少なくなることから、熱交換器をルームエアコンの室外熱交換器として用い、暖房運転した場合などに外気温が低くなると伝熱フィン表面に付着する霜の量を抑えることができ、霜による伝熱フィン間の閉塞を抑制させることができる。

第１０の発明は、風下側の前記開口部を有する前記山部を、段方向に隣接する前記フィンカラーまたは前記伝熱管の中心を結ぶ直線上及びその近傍には形成しないようにしたので、熱交換器を蒸発器として使用した場合に伝熱管やフィンカラーに凝縮水が多量に付着しても、滞留することなく速やかに滴下し、排水され、通風抵抗が異常に増大することはない。

第１１の発明は、伝熱フィンに四辺形の一辺を残して三辺を切り込んだ切り込みを設け、残した一辺を基本線として基本線で折り曲げて伝熱フィン面に略垂直に立ち上げた立ち上げ片を形成し、前記立ち上げ片がフィンカラーの高さより高くなるようにして、前記伝熱フィンを積層するときの所定の間隔を規定するように構成したので、通常のフィンカラーの高さでフィンピッチを規制するときのように、プレス加工のしごき加工にて形成されることにより、その肉厚が薄くなり、先端が割れたり、高さが不均一になったりするなどの不具合が発生し、加工できる高さに限界があり、したがって規制できるフィンピッチをあまり粗くできない場合と異なり、高さをフィンカラーより高く加工できる立ち上げ片でフィンピッチを規制することにより、フィンピッチを粗くすることができる。これにより、伝熱フィンの伝熱性能が優れており、同等性能を発揮するにはフィンピッチを粗くできる場合に対応でき、また、伝熱フィン表面に着霜する条件で運転する可能性がある蒸発器として用いるとき、伝熱フィン表面に霜が付着しても、フィンピッチを粗くすることにより、霜で伝熱フィン間が閉塞するまでの時間を長くすることができ、通風抵抗の急激な増大を抑制することができる。

第１２の発明は、立ち上げ片の平面が、気体が流動する主流方向、すなわち伝熱フィンと平行でかつ前記伝熱フィンの風上前縁に直角な方向と３０度以下の角度をなし、かつ水平とならないように形成したので、蒸発器として用いられる場合でも、立ち上げ片に凝縮水が滞留することなく、付着しても速やかに滴下し、排水され、通風抵抗が異常に増大することはない。

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この発明が限定されるものではない。

本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、所定の間隔を置いて略平行に積層された複数の伝熱フィンと、これら複数の伝熱フィンの平面方向と直交する方向に伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを備えている。冷媒等の熱媒体は各伝熱管の内部を通過し、伝熱フィンの間を伝熱フィンの平面方向に流れる気体（一般に空気）と熱交換を行う。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、図１〜図５に従い説明する。図１〜図３は実施の形態１の第１の形状、図４は実施の形態１の第２の形状、図５は実施の形態１の第３の形状である。

まず、実施の形態１の第１の形状について、図１〜図３に従い説明する。図１は第１の形状の伝熱フィンの正面図、図２は同底面図、図３は第１の形状の伝熱フィンの要部拡大斜視図である。図１は、複数の伝熱フィン１０の１枚を示しており、図２は、積層された複数の伝熱フィン１０のうち、４枚の伝熱フィン１０と、伝熱フィン１０を貫通する複数の伝熱管１２の１本を示している。

図１及び図２に示されるように、各伝熱フィン１０には、伝熱管１２が貫通する複数の貫通孔１０ａ（図１では二つの貫通孔のみ示している）が形成されている。各貫通孔１０ａの周囲には、伝熱フィン１０の平面方向あるいは気流１の流れ方向に対し略直交する方向に延びる略円筒状のフィンカラー１１が形成されており、例えば各伝熱管１２を拡径することにより伝熱管１２はフィンカラー１１に密着した状態で貫通孔１１ａに挿通されている。なお、全てのフィンカラー１１は、伝熱フィン１０から同一方向に延び、略同一の高さを有している。

ここで、伝熱管１２の拡径について詳述すると、熱交換器を製造するに際し、伝熱フィン１０を積層して、フィンカラー１１に伝熱管１２を挿入するが、作業性を良好にするため、フィンプレス時のフィンカラー１１の内径は、伝熱管１２の外径より多少大きく加工されている。しかしながら、伝熱管１２のフィンカラー１１への挿入後、液圧を利用して、あるいは機械的な方法等で伝熱管１２を拡径し、伝熱管１２とフィンカラー１１を密着させて伝熱性能を向上させている。

また、図１〜図３において、伝熱フィン１０に気流１の流れ方向に略直角方向となる熱交換器の段方向だけに切り込み１３を設け、切り込み１３の気体が流動する風上側の伝熱フィン部を表側（図１の手前側、図２の上側）に隆起させて、風下側に切り込み１３により形成される略三角形状の開口部１４を有する山部１５が形成されている。風下側の開口部１４を有する山部１５は、段方向に隣接するフィンカラー１１の間の伝熱フィン１０面に複数形成されている。

なお、山部１５は、表側に隆起させて形成されるだけに限定するものではなく、裏側に隆起させて形成されても良いし、表側の隆起と裏側の隆起とを混在させても良い。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

伝熱フィン１０に切り込み１３を気体の流動方向に略直角方向となる段方向に設け、切り込み１３の気流１の風上側の伝熱フィン部を隆起させて風下側に切り込み１３により形成される開口部１４を有する山部１５を形成したので、気体は山部１５に沿って流れ、その後風下側の開口部１４を通過するとき縦渦が発生し、そこから風下側の伝熱フィン１０表面の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進する。それとともに、伝熱フィン１０の段方向の熱伝導が遮断されて伝熱に寄与しない領域が発生しないよ
うに切り込み１３を段方向だけとしたので、熱は伝熱フィン１０が段方向に連続している山部１５を熱伝導により移動することができるので、伝熱フィン１０の表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。

また、気体は山部の隆起させた反対側の伝熱フィン１０間から隆起させた伝熱フィン１０間へ流れ出ることにより、気体を伝熱フィン１０の表裏間で混合させるので、伝熱性能を向上させることができる。またさらに、切り込み１３の風下側では温度境界層の前縁効果により伝熱性能を向上させることができる。

また、切り込み１３の方向を気流１の流れ方向に略直角方向となる段方向としたので、気体が山部１５に沿って流れた後、風下側の開口部１４を通過するとき縦渦が効果的に発生し、そこから風下側の伝熱フィン１０の表面の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより、伝熱を大幅に促進することができる。また、伝熱管１２の熱は、伝熱管１２から伝熱フィン１０に放射状に熱伝達したあと、伝熱フィン１０が細長いため段方向に熱伝導すると考えられる。従って、気流１の流れ方向に略直角方向となる段方向にした切り込み１３は、伝熱フィン１０の熱伝導の方向に沿う方向になっており、伝熱フィン１０の段方向の熱伝導が遮断されて伝熱に寄与しない領域が発生することがない。

また、開口部１４の形状を、略三角形状としたので、風下側の略三角形状の開口部１４を有する山部１５は、後流に縦渦を発生させて伝熱促進するデルタウィングと呼ばれる立ち上げ三角片を二つ向かい合わせて、山頂１６ａから山麓１６ｂに連なる稜線の尾根１６で繋ぎ合わせたような形態になっている。これにより、気体は山部１５の斜面１７ａ、１７ｂに沿って流れた後、風下側の開口部１４を通過するときデルタウィングと同様に縦渦が発生し、そこから風下側の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進することができる。一方、デルタウィングと異なり、伝熱フィン１０の段方向の熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、熱は伝熱フィン１０が段方向に連続している山部１５を熱伝導により移動することができるので、伝熱フィン１０の表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。

また、風下側の開口部１４を有する山部１５を、段方向に隣接するフィンカラー１１の間の伝熱フィン１０面に複数形成したので、伝熱性能向上効果を山部１５を形成する数にほぼ比例して増大させることができ、熱交換器の大幅な伝熱促進を図ることができる。

また、風下側の開口部１４を有する山部１５を、段方向に隣接するフィンカラー１１または伝熱管１２の中心を結ぶ直線１８上及びその近傍には形成していない。これにより、熱交換器を蒸発器として使用した場合に伝熱管１２やフィンカラー１１に多量に付着した凝縮水は、伝熱フィン１０に滞留することなく速やかに滴下し、排水され、通風抵抗が異常に増大することはない。なお、図１に示すようにフィンカラー１１または伝熱管１２の中心を結ぶ直線１８上及びその近傍に、全く山部１５を形成しないことが最も良いが、凝縮水が滴下する勢いなどを考慮すれば、段方向に隣接する２つのフィンカラー１１の間の伝熱フィン１０の範囲のうち、およそ上部半分で直線１８の近傍に形成しなければ良い。また、山部１５が少しくらいフィンカラー１１の下部位置に掛かっていても排水性が大きく悪化することはない。

次に、実施の形態１の第２の形状について、図４に従い説明する。図４は第２の形状の伝熱フィンの要部拡大斜視図である。

実施の形態１の第２の形状は、伝熱フィン１０に気流１の流れ方向に略直角方向となる段方向の切り込み２３を設け、切り込み２３の気体が流動する風上側の伝熱フィン部を隆起させて、風下側に切り込み２３により形成される略台形状の開口部２４を有する山部２
５が形成されているが、稜線が増えて開口部２４の形状が略台形状になること以外の構成は実施の形態１の第１の形状と同様である。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

風下側の略台形状の開口部２４を有する山部２５は、後流に縦渦を発生させて伝熱促進するデルタウィングと呼ばれる立ち上げ三角片を二つ、斜面の両側２７ａ、２７ｂとし、山頂から山麓に連なる平面状の尾根２６で繋ぎ合わせたような形態になっており、気体は山部２５の斜面２７ａ、２７ｂに沿って流れた後、風下側の開口部２４を通過するときデルタウィングと同様に縦渦が発生し、そこから風下側の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより、伝熱を促進することができる。一方、デルタウィングと異なり、伝熱フィン１０の段方向の熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィン１０が段方向に連続している山部２５を熱伝導することができるので、伝熱フィン１０の表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。

また、気体は山部の隆起させた反対側の伝熱フィン１０間から隆起させた伝熱フィン１０間へ流れ出ることにより、気体を伝熱フィン１０の表裏間で混合させるので、伝熱性能を向上させることができる。またさらに、切り込みの風下側では温度境界層の前縁効果により伝熱性能を向上させることができる。

また、二つの斜面２７ａ、２７ｂは平面状の尾根２６に緩やかな角度で繋がるので、山部２５を隆起させる加工が容易である。

なお、開口部２４が略台形状であること以外の、実施の形態１の第１の形状と同様の構成による動作、作用は実施の形態１の第１の形状と同様であるので、説明を割愛する。

次に、実施の形態１の第３の形状について、図５に従い説明する。図５は第３の形状の伝熱フィンの要部拡大斜視図である。

実施の形態１の第３の形状は、伝熱フィン１０に気流１の流れ方向に略直角方向となる段方向の切り込み２３を設け、切り込み３３の気体が流動する風上側の伝熱フィン部を隆起させて、風下側に切り込み３３により形成される略円弧状の開口部３４を有する山部３５が形成されているが、開口部３４の形状が略円弧状であること以外の構成は実施の形態１の第１の形状と同様である。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

風下側の略円弧状の開口部３４を有する山部３５は、開口部の形状を、略円弧状としたので、風下側の略円弧状の開口部３４を有する山部３５は、後流に縦渦を発生させて伝熱促進するデルタウィングと呼ばれる立ち上げ三角片を曲面状にして二つ向かい合わせて、山頂３６ａから山麓３６ｂに連なる稜線の尾根３６で接するように繋ぎ合わせたような形態になっており、気体は山部３５の斜面に沿って流れた後、風下側の開口部３４を通過するときデルタウィングと同様に縦渦が発生し、そこから風下側の温度境界層を乱して熱伝達率を向上させることにより伝熱を促進することができる。一方、デルタウィングと異なり、伝熱フィン１０の段方向の熱伝導を遮断して伝熱に寄与しない領域を発生させて伝熱性能を低下させることがなく、伝熱フィン１０が段方向に連続している山部３５を熱伝導することができるので、伝熱フィン１０の表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができる。

また、気体は山部の隆起させた反対側の伝熱フィン１０間から隆起させた伝熱フィン１０間へ流れ出ることにより、気体を伝熱フィン１０の表裏間で混合させるので、伝熱性能を向上させることができる。またさらに、切り込みの風下側では温度境界層の前縁効果により伝熱性能を向上させることができる。

また、山部３５は断面を円弧状にして隆起させるので、加工が容易である。

なお、開口部３４が略円弧状であること以外の、実施の形態１の第１の形状と同様の構成による動作、作用は実施の形態１の第１の形状と同様であるので、説明を割愛する。

以上、本実施の形態１では３種類の山部の形状について説明したが、それぞれの形状において異なる大きさが混在しても良い。さらに、異なる形状、大きさが混在しても良い。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について、図６（ａ）、図６（ｂ）に従い説明する。図６（ａ）は実施の形態２の形状の伝熱フィンの正面図で、図６（ｂ）は同底面図である。図６（ａ）は、複数の伝熱フィン１０の１枚を示しており、図６（ｂ）は、積層された複数の伝熱フィン１０のうち、４枚の伝熱フィン１０と、伝熱フィン１０を貫通する複数の伝熱管１２の１本を示している。

図６（ａ）、図６（ｂ）において、実施の形態１と同様に、風下側に開口部４４ａを有する山部４５ａ、風下側に開口部４４ｂを有する山部４５ｂ、風下側に開口部４４ｃを有する山部４５ｃが、段方向に隣接するフィンカラー１１の間の伝熱フィン１０面にそれぞれ複数形成されている。そして、山部４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、段方向に隣接するフィンカラー１１または伝熱管１２の中心を結ぶ直線１８ａから遠ざかるほど多く形成されている。なお、山部４５ａ、４５ｂ、４５ｃの位置を示す基準は、山部４５ａ、４５ｂ、４５ｃを形成することによって伝熱フィン１０の平面上に形成される孔の三角形のそれぞれのおおよそ重心位置とし、直線１８ａとの距離は垂線を引いた距離とする。

具体的には、例えば図６（ａ）において、直線１８ａから最も近い、実際には直線１８ａに重なるように配置された山部４５ａはフィンカラー１１の間に２つ形成され、その次に直線１８ａに近い山部４５ｂはフィンカラー１１の間に３つ形成され、直線１８ａから最も遠い山部４５ｃはフィンカラー１１の間に４つ形成されている。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成による動作、作用は、実施の形態１と同様なので、説明を割愛する。

段方向に隣接するフィンカラー１１または伝熱管１２の中心を結ぶ直線１８ａから遠い領域の伝熱フィン１０は、直線１８ａから近い領域の伝熱フィン１０に比べて熱伝導による熱移動が伝熱管との距離が遠くなるに従い少なくなる。本実施の形態２では、山部４５ａ、４５ｂ、４５ｃを、直線１８ａから遠ざかるほど多く形成したので、直線１８ａから遠い領域の伝熱フィン１０は、近い領域の伝熱フィン１０よりも熱伝達率の向上効果が大きくなる。これにより、伝熱フィン１０全体の伝熱性能を高くすることができ、熱交換能力を向上させることができる。

次に、山部４５ｃを形成した時の伝熱フィン１０の強度について説明する。図６（ａ）において、山部４５ｃの４つの切り込みは一直線上に配置されるとともに、段方向に隣接するフィンカラー１１を結ぶ風上側の接線１８ｂよりさらに風上側に形成されている。例えば、図６（ａ）の伝熱フィン１０と山部４５ｃの寸法を具体的に示すと、フィンカラー
１１の間隔である段寸法Ｈは２１ｍｍ、切り込み寸法Ｌは３ｍｍである。山部４５ｃは４つ形成されているので切り込み寸法Ｌの合計は１２ｍｍとなり、段寸法Ｈ２１ｍｍに対して約５７％になる。このような場合、伝熱フィン１０の風上側前縁１０ａに外力が加わると、切り込み部分で容易に折れたり倒れたりする可能性がある。特に、空気調和機の室外機に用いられた場合には、風上側前縁１０ａが外殻を構成するため外力が加わり易く、また、２列並べてＬ字型に折り曲げ成型される時にも、外力や折り曲げ部分のフィンカラー１１の歪みによる張力が加わり易い。

そこで、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、切り込み部分を一つおきに伝熱フィン１０の幅方向にずらして（例えばＳ＝１ｍｍ）、２つの直線上に配置されるようにする。このようにして、２つの直線上に配置された切り込み寸法Ｌのそれぞれの合計が段寸法Ｈの５０％以下になるように形成すれば伝熱フィン１０の強度が向上し、風上側前縁１０ａに外力が加わったり、折り曲げ成型される時に張力が加わったりすることによって、容易に折れたり倒れたりすることを抑制することができる。このように山部４５ｃをずらしてもあくまで山部４５ｃとしての一つの群であり、それぞれの山部４５ａ、４５ｂ、４５ｃついては、２ｍｍ以下のずれは一つの群と見なしても良い。

なお、ここで説明した伝熱フィン１０の強度については、段方向に隣接するフィンカラー１１を結ぶ風上側の接線１８ｂより風下側の山部の数や形状を限定するものではない。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について、図８〜図９に従い説明する。図８は実施の形態３の形状の伝熱フィンの正面図、図９は同底面図である。図８は、複数の伝熱フィン１０の１枚を示しており、図９は、積層された複数の伝熱フィン１０のうち、４枚の伝熱フィン１０と、伝熱フィン１０を貫通する複数の伝熱管１２の１本を示している。

図８〜図９において、実施の形態１と同様に、風下側に開口部５４ａを有する山部５５ａ、風下側に開口部５４ｂを有する山部５５ｂ、風下側に開口部５４ｃを有する山部５５ｃが、段方向に隣接するフィンカラー１１の間の伝熱フィン１０面にそれぞれ複数形成されている。そして、山部５５ａ、５５ｂ、５５ｃは、気体の流動する風下側のほうが風上側より多く形成されている。

具体的には、例えば図８において、最も風上側に配置されている山部５５ａはフィンカラー１１の間に２つ形成され、その次に風上側よりに配置されている山部５５ｂはフィンカラー１１の間に３つ形成され、最も風下側に配置されている山部５５ｃはフィンカラー１１の間に４つ形成されている。そして、最も風上側に配置されている山部５５ａの切り込み部分は、段方向に隣接するフィンカラー１１を結ぶ風上側の接線１８ｂより風上側に形成しないようにしている。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成による動作、作用は、実施の形態１と同様なので、説明を割愛する。

熱交換器をルームエアコンの室外熱交換器として用いた場合、暖房運転時に外気温が低くなると、伝熱フィン１０表面に霜が付着する。水分を含んだ空気は、風上側で空気中の水分の多くが風上側の伝熱フィン１０表面に霜として付着した後に風下側に流れるため、風下側の伝熱フィン１０表面に付着する霜が少なくなる。本実施の形態３では、山部５５ａ、５５ｂ、５５ｃが、気体の流動する風下側のほうが風上側より多くなるように形成したので、最も風上側に配置されている山部５５ａの数が最も少なく形成されており、伝熱フィン１０表面に霜が付着するような条件の時に、風上側であっても着霜が比較的抑制さ
れる。そして、その次に風上側に配置されている山部５５ｂ、さらに、最も風下側に配置されている山部５５ｃという順に、段々と数多く形成されるようにすることで、伝熱フィン１０表面への着霜が分散され、風上側で霜が集中的に成長することを抑制することができる。これにより伝熱フィン１０間が霜で閉塞するまでの時間を長く保つことができ、伝熱フィン全体の伝熱性能を向上させることができる。

また、最も風上側に配置されている山部５５ａの切り込み部分は、接線１８ｂより風下側に形成されているので、伝熱フィン１０の風上側前縁１０ａへの外力に対する強度を保つことができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について、図１０〜図１１に従い説明する。図１０は実施の形態４の形状の伝熱フィンの正面図、図１１は同底面図である。図１０は、複数の伝熱フィン１０の１枚を示しており、図１１は、積層された複数の伝熱フィン１０のうち、４枚の伝熱フィン１０と、伝熱フィン１０を貫通する複数の伝熱管１２の１本を示している。

図１０〜図１１において、実施の形態１と同様に、風下側に開口部６４ａ、を有する山部６５ａ、風下側に開口部６４ｂを有する山部６５ｂ、風下側に開口部６４ｃを有する山部６５ｃが、段方向に隣接するフィンカラー１１の間の伝熱フィン１０面に複数形成されている。そして、山部６５ａ、６５ｂ、６５ｃは、最寄りのフィンカラー１１または伝熱管１２から離れるに従い、より多く形成されている。

具体的には、例えば図１０において、最もフィンカラー１１に近い山部６５ａはフィンカラー１１の間に２つ配設され、その次にフィンカラー１１に近い山部６５ｂはフィンカラー１１の間に３つ配設され、最もフィンカラー１１から遠い山部６５ｃはフィンカラー１１の間に５つ配設されている。そして、最も風上側に配置されている山部６５ｂの切り込み部分は、段方向に隣接するフィンカラー１１を結ぶ風上側の接線１８ｂより風上側に形成しないようにしている。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成による動作、作用は、実施の形態１と同様なので、説明を割愛する。

伝熱フィン１０に配設された山部６５ａ、６５ｂ、６５ｃが、最寄りのフィンカラー１１または伝熱管１２から離れるに従い多くなるので、熱伝導による熱移動は伝熱管との距離が遠くなるに従い少なくなることから、伝熱管１２から離れたところほどより多くの山部を形成することで、熱交換器をルームエアコンの室外熱交換器として用い、暖房運転時に外気温が低くなった場合に、伝熱フィン表面に付着する霜の量を抑えることができ、霜による伝熱フィン間の閉塞を抑制することができる。

また、最も風上側に配置されている山部６５ｂの切り込み部分は、接線１８ｂより風下側に形成されているので、伝熱フィン１０の風上側前縁１０ａへの外力に対する強度を保つことができる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５について、図１２〜図１３に従い説明する。図１２は実施の形態５の形状の伝熱フィンの正面図、図１２は同底面図である。図１２は、複数の伝熱フィン１０の１枚を示しており、図１２は、積層された複数の伝熱フィン１０のうち、４枚の伝熱フィン１０と、伝熱フィン１０を貫通する複数の伝熱管１２の１本を示している。図１２〜図１３において、実施の形態１と同様に、風下側に開口部７４を有する山部７５が、
段方向に隣接するフィンカラー１１の間の伝熱フィン１０面に複数形成されている。

そして、伝熱フィン１０に四辺形の一辺を残して三辺を切り込んだ切り込み８０を設け、残した一辺を基本線８１として基本線８１で折り曲げて伝熱フィン１０面に略垂直に立ち上げた立ち上げ片８２を形成する。立ち上げ片８２はフィンカラー１１の高さより高くして、伝熱フィン１０を積層するときの所定の間隔、すなわちフィンピッチを規定するように構成する。

さらに、立ち上げ片８２の平面は、気体が流動する主流方向、すなわち伝熱フィン１０と平行でかつ伝熱フィン１０の風上前縁１０ａに直角な方向と３０度以下の角度をなし、かつ水平とならないように形成されている。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成による動作、作用は、実施の形態１と同様なので、説明を割愛する。

通常はフィンカラー１１の高さでフィンピッチを規制する。しかしながら、フィンカラー１１はプレス加工のしごき加工にて形成されることにより肉厚が薄くなり、先端が割れたり、高さが不均一になったりするなどの不具合が発生する可能性があり、加工できる高さに限界がある。したがって、フィンカラー１１ではフィンピッチをあまり粗くできない。

本実施の形態５では、伝熱フィン１０に四辺形の一辺を残して三辺を切り込んだ切り込み８０を設け、残した一辺を基本線８１として基本線８１で折り曲げて伝熱フィン１０面に略垂直に立ち上げた立ち上げ片８２を形成し、立ち上げ片８２がフィンカラー１１の高さより高くなるようにして、伝熱フィン１０を積層するときの所定の間隔、すなわちフィンピッチを規定するように構成したので、通常のフィンカラー１１の高さでは規制できないようなフィンピッチの粗さの場合でも、フィンピッチを規制することができる。これにより、伝熱フィン１０の伝熱性能が優れており、同等性能を発揮するにはフィンピッチを粗くできる場合に対応できる。また、伝熱フィン１０の表面に着霜する可能性がある蒸発器として用いるとき、伝熱フィン１０の表面に霜が付着しても、フィンピッチを粗くすることにより、霜で伝熱フィン１０間が閉塞するまでの時間を長くすることができ、通風抵抗の急激な増大を抑制することができる。

また、立ち上げ片８２の平面が、気体が流動する主流方向、すなわち伝熱フィン１０と平行でかつ伝熱フィン１０の風上前縁に直角な方向と３０度以下の角度をなし、かつ水平とならないように形成すれば、蒸発器として用いられる場合でも、立ち上げ片に凝縮水が付着しても滞留することなく速やかに滴下し、排水され、通風抵抗が異常に増大することはない。

なお、実施の形態２〜５を示す図６（ａ）、図７（ａ）、図８、図１０、図１２において、山部４５、５５、６５、７５の開口部４４、５４、６４、７４の形状を略三角形状としたが、略台形状、または略円弧状にしても同様の効果を発揮することができるものである。

また、２列熱交換器のとき、性能と着霜特性を考慮して、実施の形態２を風下側の列に、実施の形態３または実施の形態４または実施の形態５を風上列に用いても同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態１を示す図１、実施の形態２〜５を示す図６（ａ）、図７（ａ）、図
８、図１０、図１２において、フィンカラー１１の風下側近傍に設けた山部により、気流は伝熱管１２の後流に導かれ、伝熱に寄与しない死水域を低減させるので、伝熱性能を向上させることができる。

本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、伝熱フィンに切り込みを設け、切り込みの風上側の伝熱フィン部を隆起させて、切り込みにより風下側に形成される開口部を有する山部を形成することにより、風下側の開口部を有する山部に沿って気体が流れたとき縦渦が発生し、気流後方の温度境界層を乱して、熱伝達率を向上させ、伝熱を促進するとともに、伝熱フィンが段方向に連続している山部を乗り越えて熱伝導することができ、伝熱フィン表面全体を伝熱に寄与させ、優れた伝熱性能を得ることができるので、空気調和機、ヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫、冷凍庫等に用いられる熱交換器として有用である。

本発明の実施の形態１の第１の形状の伝熱フィンの正面図 本発明の実施の形態１の第１の形状の伝熱フィンの底面図 本発明の実施の形態１の第１の形状の伝熱フィンの要部の拡大斜視図 本発明の実施の形態１の第２の形状の伝熱フィンの要部の拡大斜視図 本発明の実施の形態１の第３の形状の伝熱フィンの要部の拡大斜視図 （ａ）本発明の実施の形態２の第１の形状の伝熱フィンの正面図（ｂ）同底面図 （ａ）本発明の実施の形態２の第２の形状の伝熱フィンの正面図（ｂ）同底面図 本発明の実施の形態３の伝熱フィンの正面図 本発明の実施の形態３の伝熱フィンの底面図 本発明の実施の形態４の伝熱フィンの正面図 本発明の実施の形態４の伝熱フィンの底面図 本発明の実施の形態５の伝熱フィンの正面図 本発明の実施の形態５の伝熱フィンの底面図 従来例の伝熱フィンの正面図 従来例の伝熱フィンの底面図 従来例の伝熱フィンの要部の拡大斜視図 従来例の伝熱フィンの別の要部の拡大斜視図 フィンチューブ型熱交換器の斜視図

符号の説明

１０ 伝熱フィン
１０ａ 伝熱フィンの風上側前縁部
１１ フィンカラー
１１ａ 貫通孔
１２ 伝熱管
１３、２３、３３ 山部を形成するための切り込み
１４、２４、３４、４４ａ〜４４ｃ、５４ａ〜５４ｃ、６４ａ〜６４ｃ、７４ 山部の風下側の開口部
１５、２５、３５、４５ａ〜４５ｃ、５５ａ〜５５ｃ、６５ａ〜６５ｃ、７５ 風下側の開口部を有する山部
１６ａ、３６ａ 山部の尾根の山頂
１６ｂ、３６ｂ 山部の尾根の山麓
１６、２６、３６ 山部の尾根
１７ａ、１７ｂ、２７ａ、２７ｂ 山部の斜面
１８、１８ａ 段方向に隣接するフィンカラー１１または伝熱管１２の中心を結ぶ直線
１８ｂ 段方向に隣接するフィンカラー１１を結ぶ風上側の接線
８０ 立ち上げ片を形成するための切り込み
８１ 立ち上げ片を折り曲げるときの基本線
８２ 立ち上げ片

Claims (12)

1. 所定の間隔を置いて略平行に積層された複数の伝熱フィンと、該伝熱フィンの平面方向と略直交する方向に伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを備え、前記伝熱管が貫通する前記伝熱フィンの貫通孔の周囲には、前記伝熱フィンの平面方向に対し略直交する方向に延びる略円筒状のフィンカラーが形成され、前記伝熱管は前記フィンカラーに密着した状態で前記貫通孔に挿入され、前記伝熱フィンの平面方向に流れる気体と前記伝熱管の内部を流れる熱冷媒との間で熱交換を行うようにしたフィンチューブ型熱交換器であって、
   前記伝熱フィンに切り込みを設け、前記切り込みの前記気体が流動する風上側の前記伝熱フィン部を隆起させて、風下側に前記切り込みにより形成される開口部を有する山部を形成したことを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。
2. 前記切り込みの方向を前記気体の流動方向に略直角方向となる段方向としたことを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器。
3. 前記開口部の形状を、略三角形状としたことを特徴とする請求項１または２に記載のフィンチューブ型熱交換器。
4. 前記開口部の形状を、略台形状としたことを特徴とする請求項１または２に記載のフィンチューブ型熱交換器。
5. 前記開口部の形状を、略円弧状としたことを特徴とする請求項１または２に記載のフィンチューブ型熱交換器。
6. 風下側の前記開口部を有する前記山部を、段方向に隣接する前記フィンカラーの間の前記伝熱フィン面に複数形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィンチューブ型熱交換器。
7. 風下側の前記開口部を有する前記山部の数を、段方向に隣接する前記フィンカラーまたは前記伝熱管の中心を結ぶ直線から遠ざかるほど多くしたことを特徴とする請求項６に記載のフィンチューブ型熱交換器。
8. 風下側の前記開口部を有する前記山部の数を、気体の流動する風下側のほうが、風上側より多くしたことを特徴とする請求項６に記載のフィンチューブ型熱交換器。
9. 風下側の前記開口部を有する前記山部の数を、最寄りの前記フィンカラーまたは前記伝熱管から離れるに従い多くしたことを特徴とする請求項６または８に記載のフィンチューブ型熱交換器。
10. 風下側の前記開口部を有する前記山部を、段方向に隣接する前記フィンカラーまたは前記伝熱管の中心を結ぶ直線上及びその近傍には形成しないようにしたことを特徴とする請求項６に記載のフィンチューブ型熱交換器。
11. 前記伝熱フィンに四辺形の一辺を残して三辺を切り込んだ切り込みを設け、残した一辺を基本線として前記基本線で折り曲げて前記伝熱フィン面に略垂直に立ち上げた立ち上げ片を形成し、前記立ち上げ片がフィンカラーの高さより高くなるようにして、前記伝熱フィンを積層するときの所定の間隔を規定するように構成したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のフィンチューブ型熱交換器。
12. 立ち上げ片の平面が、気体が流動する主流方向、すなわち伝熱フィンと平行でかつ前記伝
    熱フィンの風上前縁に直角な方向と３０度以下の角度をなし、かつ水平とならないように形成したことを特徴とする請求項１１に記載のフィンチューブ型熱交換器。