JP2010210188A - フィンチューブ熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】着霜に起因した圧力損失の増大および伝熱性能の低下を緩やかにする。
【解決手段】本発明のフィンチューブ熱交換器１は、複数の伝熱フィン３１，３２と、複数のフィン３１，３２を貫通している複数の伝熱管２１，２２とを備えている。複数の伝熱フィン３１，３２は、気流方向の上流側に配置された複数の第１フィン３１と、複数の第１フィン３１を通過した空気が流入するように複数の第１フィン３１よりも下流側に配置された複数の第２フィン３２とを含む。第１フィン３１には、第１伝熱管２１の上流端Ｐ₁よりも上流側における管近傍領域３５と、第１伝熱管２１の下流端Ｐ₂よりも下流側における管近傍領域３５との各々に、当該第１フィン３１の一部を切り起こすことによって翼状の副フィン部１１が形成されている。副フィン部１１の基端の曲げ線１１ｂは気流方向に平行である。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィンチューブ熱交換器に関する。

平行に並べられた複数の伝熱フィンと、複数の伝熱フィンを貫通している伝熱管とを備えたフィンチューブ熱交換器は良く知られている。中でも、気流方向に沿って山と谷が交互に現れるように成形された伝熱フィンは「コルゲートフィン」と呼ばれ、高い性能を誇る伝熱フィンとして広く利用されている。

コルゲートフィン以外の伝熱フィンとして、典型的には、特許文献１や２に記載されたものが知られている。特許文献１や２に記載された伝熱フィンは、「ルーバ」と呼ばれる切り起こしを形成したものである。この伝熱フィンは、しばしば「ルーバフィン」と呼ばれ、コルゲートフィン同様、広く利用されている。
特開平１１−２８１２７９号公報 特開２００１−１４１３８３号公報

ルーバフィンによると、ルーバの前縁により伝熱性能が向上するものの、冬期運転においてルーバの前縁で霜が成長しやすい欠点がある。霜の成長に伴い、フィンとフィンとの間の風路が次第に狭くなり、気流速度が低下する。気流速度が低下するとフィンの伝熱性能が低下し、冷凍サイクルの効率低下を招く。この問題は、ルーバフィンに限らずコルゲートフィン等の他の種類の伝熱フィンにも少なからず存在する。

上記事情に鑑み、本発明は、着霜に起因した圧力損失の増大および伝熱性能の低下が緩やかなフィンチューブ熱交換器を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、
空気の流路を形成するために所定の間隔で平行に並べられた複数の伝熱フィンと、
前記複数の伝熱フィンを貫通し、空気と熱交換する媒体が内部を流通する複数の伝熱管とを備え、
前記複数の伝熱フィンが、気流方向の上流側に配置された複数の第１フィンと、前記複数の第１フィンを通過した空気が流入するように前記複数の第１フィンよりも下流側に配置された複数の第２フィンとを含み、
前記複数の伝熱管が、前記伝熱フィンの並び方向である高さ方向および前記気流方向の両方に直交する幅方向に並ぶように前記第１フィン側に設けられた複数の第１伝熱管と、前記幅方向に並ぶように前記第２フィン側に設けられた複数の第２伝熱管とを含み、
前記幅方向に平行で前記第１伝熱管の中心を通る平面と前記第１伝熱管の外周面とが交わる位置を前記第１伝熱管の側端位置、前記第１伝熱管の外径をφ、前記気流方向および前記高さ方向の両方に平行であって前記側端位置を通る仮想的な平面を基準面、前記基準面から前記幅方向への距離が０．３φ以内である前記第１フィンの表面領域を管近傍領域と定義したとき、
前記第１フィンには、前記気流方向に関する前記第１伝熱管の上流端よりも上流側における前記管近傍領域と、前記気流方向に関する前記第１伝熱管の下流端よりも下流側における前記管近傍領域との各々に、当該第１フィンの一部を切り起こすことによって翼状の副フィン部が形成されており、
前記副フィン部の基端の曲げ線が前記気流方向に平行、または前記気流方向に対する前記曲げ線の傾きが３０度以下である、フィンチューブ熱交換器を提供する。

ルーバの前縁で霜が成長しやすいという事実から明らかなように、霜は、伝熱フィンの表面に均一に付着するのではなく、局所的に成長する。局所的な霜の成長を防止できれば、風路の閉塞を長時間にわたって回避できるとともに、伝熱性能の経時的な低下も緩やかになる。

本発明者らは、気流方向に沿って前後２列に伝熱フィンが設けられ、上流側の伝熱フィンと下流側の伝熱フィンとが、これら伝熱フィンの厚み方向に関して千鳥状に配列しているフィンチューブ熱交換器について、計算機シミュレーションを用いて着霜のメカニズムを詳細に調べた。その結果、下流側の伝熱フィンの前縁から着霜が始まり、その後、空気の流速が低下するのに伴って上流側の伝熱フィンの前縁での着霜が顕著となることが明らかとなった。

上流側の伝熱フィンにおける空気と冷媒との温度差は、下流側の伝熱フィンにおける空気と冷媒との温度差よりも大きい。そのため、上流側の伝熱フィンのデザインと下流側の伝熱フィンのデザインとが同一であれば、上流側の伝熱フィンによる熱交換量が、下流側の伝熱フィンによる熱交換量を上回る。したがって、着霜に起因した伝熱性能の経時的な低下を抑えるには、上流側の伝熱フィンの改良が最も効果的である。

本発明のフィンチューブ熱交換器によると、上流側の伝熱フィンである第１フィンの管近傍領域に副フィン部が設けられている。管近傍領域は、フィンを通過する空気の流速が最も速くなる領域である。そのため、この領域に副フィン部を設けることで伝熱性能を効果的に高めることができる。また、副フィン部で霜が成長しうるので、第１フィンの前縁で霜が局所的に成長するのを抑制できる。言い換えれば、着霜時において、第１フィンの面内で霜の厚みが均一化する。その結果、着霜に起因した圧力損失の増大および伝熱性能の低下が緩やかになり、デフロスト処理の回数を減らせる。また、副フィン部の基端の曲げ線が気流方向に平行、または気流方向に対する曲げ線の傾きが３０度以下なので、従来のルーバに比べて、副フィン部への着霜に基づく圧力損失の増大は軽微である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態にかかるフィンチューブ熱交換器１は、空気Ａの流路を形成するために所定間隔で平行に並べられた複数の伝熱フィン３と、これらの伝熱フィン３を貫通する複数の伝熱管２とを備えている。フィンチューブ熱交換器１は、伝熱管２の内部を流れる媒体Ｂと、フィン３の表面に沿って流れる空気Ａとを熱交換させるものである。伝熱管２の内部を流れる媒体Ｂの具体例は冷媒である。伝熱管２は、１本につながっていてもよいし、つながっていなくてもよい。

本明細書では、伝熱フィン３の並び方向を高さ方向、気流方向および高さ方向の両方に直交する方向を幅方向と定義する。図１等に示すように、気流方向、高さ方向および幅方向は、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に対応している。

伝熱フィン３は長方形かつ平板の形状を有する。伝熱フィン３の長手方向は幅方向に一致している。本実施形態では伝熱フィン３は一定の間隔で並べられているが、それらの間隔は必ずしも一定である必要はなく、異なっていてもよい。伝熱フィン３には、例えば、打ち抜き加工された厚み０．０８〜０．２ｍｍのアルミニウム製の平板を好適に用いることができる。フィン効率を向上させる観点等からは、伝熱フィン３の厚みが０．１ｍｍ以上であることが好ましい。伝熱フィン３の表面にベーマイト処理または親水性塗料の塗布などの親水性処理が施されていてもよい。

図１および図２に示すように、伝熱フィン３は、気流方向の上流側に配置された複数の第１フィン３１と、複数の第１フィン３１を通過した空気Ａが流入するように複数の第１フィン３１よりも下流側に配置された複数の第２フィン３２とを含む。気流方向に関して、第１フィン３１の寸法と第２フィン３２の寸法とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。ただし、量産効果を高めるには同一である方が好ましい。

図２〜４に示すように、第１フィン３１の下流端３１ｅと第２フィン３２の前縁３２ｆ（上流端）との間には、気流方向（Ｘ方向）に関して例えば１〜３ｍｍの広さＧを有する隙間３７が形成されている。この隙間３７には、第１フィン３１の下流端３１ｅと第２フィン３２の前縁３２ｆとの間に霜が跨って形成されて風路が閉塞するのを防止する役割がある。つまり、隙間３７により着霜時の圧力損失の増大を抑制できる。また、隙間３７が存在していると、第１フィン３１の下流側の端面の陰に第２フィン３２の前縁部分が完全に隠れないので、第２フィン３２での熱交換量も増大する。

図１および図２に示すように、伝熱管２は、幅方向に並ぶように第１フィン３１側に設けられた複数の第１伝熱管２１と、同じく幅方向に並ぶように第２フィン３２側に設けられた複数の第２伝熱管２２とを含む。第１伝熱管２１および第２伝熱管２２は、幅方向に関して千鳥状に配置されている。伝熱管２の外径は、例えば１〜２０ｍｍであり、４ｍｍ以下であってもよい。

第１伝熱管２１は、第１フィン３１に形成された貫通孔に挿入されている。貫通孔の周りにフィンカラー５ａが第１フィン３１の一部によって形成されており、このフィンカラー５ａと第１伝熱管２１とが密着している。同様に、第２フィン３２の一部によって形成されたフィンカラー５ｂと第２伝熱管２２とが密着している。

図３に示すように、本実施形態において、第２フィン３２は、気流方向に沿って山と谷が交互に現れるように成形されたコルゲートフィンである。また、第１フィン３１のフィンピッチＦＰと第２フィン３２のフィンピッチＦＰとが等しく、かつ高さ方向（Ｙ方向）に関して第１フィン３１と第２フィン３２とが千鳥状に配列している。このような配置によると、隣り合う２つの第１フィン３１の間の風路に第２フィン３２の前縁３２ｆが面する。高い流速を維持した空気が第２フィン３２の前縁３２ｆに当たり、第２フィン３２の前縁３２ｆでの熱伝達率が向上し、第２フィン３２での熱交換量が増大する。なお、「フィンピッチ」とは、フィンの厚みをゼロと仮定した場合のフィンの配列間隔のことである。

図５に示すように、本明細書では、幅方向に平行で第１伝熱管２１の中心を通る平面と第１伝熱管２１の外周面とが交わる位置を第１伝熱管２１の側端位置Ｐ₃，Ｐ₄、第１伝熱管２１の外径をφ、気流方向および高さ方向の両方に平行であって側端位置Ｐ₃，Ｐ₄を通る仮想的な平面を基準面ＶＬと定義する。さらに、基準面ＶＬから幅方向への距離が０．３φ以内である第１フィン３１の表面上の領域を管近傍領域３５と定義する。図５において、管近傍領域３５が斜線で示されている。なお、フィンカラー５ａが非常に薄いので、図５では、フィンカラー５ａの外周面上に点Ｐ₁〜Ｐ₄を表示している。

図２および図５に示すように、第１フィン３１には、当該第１フィン３１の一部を切り起こすことによって翼状の副フィン部１１，１２が形成されている。さらに、幅方向に関して互いに隣り合う２つの第１伝熱管２１の間に、幅方向に平行な前縁１５ｆ〜１７ｆを有するスリット部１５〜１７が形成されている。副フィン部１１，１２およびスリット部１５〜１７を除く第１フィン３１の他の部分は平坦であり、気流方向に平行な表面を有する。

副フィン部１１，１２は、それぞれ、気流方向に関する第１伝熱管２１の上流端Ｐ₁よりも上流側と、気流方向に関する第１伝熱管２１の下流端Ｐ₂よりも下流側とに形成されている。上流側に形成されているのが副フィン部１１であり、下流側に形成されているのが副フィン部１２である。本実施形態において、これらは同じ寸法、同じ形状を有するものである。また、１つの第１伝熱管２１に対して、上流側に複数の副フィン部１１が形成され、下流側に複数の副フィン部１２が形成されている。なお、副フィン部１１，１２の個数、形状および寸法は、所望の伝熱性能が得られるように適宜調整してもよい。上流側の副フィン部１１のデザインと下流側の副フィン部１２のデザインとが異なっていてもよい。

副フィン部１１，１２が位置している領域は、図５に斜線で示す管近傍領域３５である。本実施形態では、管近傍領域３５の範囲内にのみ副フィン部１１，１２が形成されている。管近傍領域３５は、他の領域に比べて空気Ａの流速が速い領域である。副フィン部１１，１２の面積は比較的小さいが、空気Ａの流速が速い管近傍領域３５に副フィン部１１，１２が設けられているので、伝熱性能を向上させる効果は高い。第１伝熱管２１から副フィン部１１までの距離は、第１伝熱管２１から第１フィン３１の前縁３１ｆまでの距離よりも短い。第１伝熱管２１から副フィン部１２までの距離は、第１伝熱管２１から第２フィン３２の前縁３２ｆまでの距離よりも短い。伝熱距離が短いので、これら副フィン部１１，１２で霜が成長しやすい。副フィン部１１，１２で霜が成長することによって、第１フィン３１の前縁３１ｆや第２フィン３２の前縁３２ｆで局所的に霜が成長するのを抑制できる。

図６に示すように、本実施形態において、上流側の副フィン部１１の基端（根元）の曲げ線１１ｂは気流方向に平行である。より詳しくは、副フィン部１１の伝熱面が、高さ方向および気流方向の両方に平行である。副フィン部１１の姿勢をこのように設定すると、副フィン部１１の一方の伝熱面と他方の伝熱面とに沿って略均等に空気Ａが流れるので、各伝熱面において等しい厚さで霜が成長しうる。その結果、比較的小面積でありながら、第１フィン３１の前縁３１ｆの局所的な着霜を抑制する効果の高い副フィン部１１を設けることができる。また、副フィン部１１によると、着霜に伴う圧力損失の増大も軽微である。こうした効果は、下流側の副フィン部１２によっても同様に得られる。

図３に示すように、高さ方向に関する副フィン部１１の寸法Ｈ（高さＨ）は、第１フィン３１のフィンピッチＦＰ未満、正確には第１フィン３１のフィンピッチＦＰから第１フィン３１の厚みを減じた値未満である。好ましくは、副フィン部１１の高さＨが０．３ＦＰ＜Ｈ＜０．９ＦＰ（または０．５ＦＰ＜Ｈ＜０．９ＦＰ）の範囲にあることである。このような範囲に高さＨを調整すれば、伝熱性能を向上させる効果や局所的な着霜を抑制する効果を十分に得ることができる。また、副フィン部１１がフィンチューブ熱交換器１の組み立ての邪魔にならないし、プレス加工等により副フィン部１１を容易に形成できる。ただし、副フィン部１１の高さＨが第１フィン３１のフィンピッチＦＰに等しく、副フィン部１１が第１フィン３１の下面に接していてもよい。副フィン部１１の高さＨがフィンピッチＦＰに等しい場合、副フィン部１１の先端が隣の第１フィン３１の下面に接触する。すると、副フィン部１１によってフィンピッチＦＰが一定に保持される。また、副フィン部１１が支柱の役割を果たして、フィンチューブ熱交換器１の剛性が高まる。なお、気流方向に関する副フィン部１１の寸法Ｌ（長さ）は、例えば１．０〜２．０ｍｍである。これらの事項は、下流側の副フィン部１２についても同様である。

図６に示すように、本実施形態では、副フィン部１１の基端の曲げ線１１ｂが基準面ＶＬに含まれるように副フィン部１１が形成されている。つまり、幅方向に関して、曲げ線１１ｂの位置が第１伝熱管２１の側端位置Ｐ₄に一致している。このような位置に副フィン部１１を設けることによって、伝熱性能を向上させる効果や局所的な着霜を抑制する効果がいっそう高まる。

本実施形態において、第１伝熱管２１の上流端Ｐ₁よりも上流側に設けられた副フィン部１１と、第１伝熱管２１の下流端Ｐ₂よりも下流側に設けられた副フィン部１２とは、気流方向に関して並進対称の関係を有している。より詳しくは、上流側に２つの副フィン部１１が設けられ、下流側に２つの副フィン部１２が設けられている。これらは、互いに並進対称の関係を有する。

下流側の副フィン部１２に関して言えば、基準面ＶＬが横切る位置に副フィン部１２が形成されていると、第１伝熱管２１の風下側に発生する気流のよどみ領域の影響を受けにくいので、流速を維持した空気Ａが副フィン部１２に当たる。したがって、下流側の副フィン部１２にも積極的に霜を付着させることが可能となる。なお、このような効果は、曲げ線１１ｂと基準面ＶＬとの距離が１〜２ｍｍ程度であれば得られる。

図６に示すように、副フィン部１１の左右の伝熱面は、方形の形状を有している。方形に代えて、副フィン部１１の伝熱面が台形の形状を有していてもよい。台形の場合、高さＨ（図３参照）が気流方向に沿って漸増しているとよい。副フィン部１１がこのような形状を有していると、副フィン部１１への着霜量を稼ぐことができるので、第１フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜を効果的に抑制できる。

次に、スリット部１５〜１７について詳しく説明する。図２に示すように、スリット部１５〜１７が形成されている位置は、副フィン部１１，１２よりも基準面ＶＬから遠ざかった位置である。第１伝熱管２１から比較的離れた領域にもこのようなスリット部１５〜１７を設けることによって、第１フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜を抑制する効果がさらに高まる。結果として、着霜時において、第１フィン３１の面内で霜の厚みが均一化する。

本実施形態では、スリット部１５〜１７の前縁１５ｆ〜１７ｆに基づいて、第１フィン３１の表面に微小な段差が形成されている。図４に示すように、第１フィン３１の平坦な部分からのスリット部１５〜１７の突出高さは僅かである。詳細には、図７に示すように、第１フィン３１の厚みをｔとしたとき、スリット部１５〜１７は、それぞれ、０＜ｈ＜３ｔ（好ましくは０＜ｈ＜１ｔ）で規定される切り起こし高さｈを有している。スリット部１５〜１７の切り起こし高さｈをこのような範囲に設定することによって、スリット部１５〜１７によって圧力損失が増大するのを防止できる。スリット部１５〜１７の前縁１５ｆ〜１７ｆは幅方向に平行であり、この前縁１５ｆ〜１７ｆに霜を付着させることにより、第１フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜を効果的に抑制できる。

また、本実施形態では、隣り合う２つの第１伝熱管２１の間において、気流方向に沿って３つのスリット部１５〜１７が形成されている。このように、気流方向に沿って複数のスリット部１５〜１７を設けると、第１フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜を抑制する効果がさらに高まる。

図２に示すように、幅方向に関するスリット部１５〜１７の寸法（横幅Ｗ）は、第１伝熱管２１の外径φよりも大きい。本実施形態では、幅方向に関して互いに隣り合う２つの第１伝熱管２１から等距離にスリット部１５〜１７が形成されている。スリット部１５〜１７の横幅を広くすることによって、第１フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜を抑制する効果がさらに高まる。

（変形例）
伝熱性能を向上させる効果や第１フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜を抑制する効果が十分に得られる限りにおいて、図１〜７を参照して説明した副フィン部１１，１２に代えて、他のデザインの副フィン部が第１フィン３１に形成されていてもよい。例えば、図８に示す副フィン部１３は、高さ方向に対して傾斜している伝熱面を有する。この副フィン部１３によると、図６等を参照して説明した例に比べて、伝熱面の面積を広くできるため、伝熱性能の向上に有利である。

図９に示す副フィン部１４によると、その基端の曲げ線１４ｂが気流方向に対して傾いている。気流方向に対する曲げ線１４ｂの傾き（角度α）が、例えば３０度以下であれば、図６等を参照して説明した副フィン部１１と概ね同じ効果が得られる。

気流方向に対して傾いて副フィン部１４が形成されていると、図１０に示すように、副フィン部１４の整流作用により、第１伝熱管２１の側面付近で気流の速度が増して、伝熱性能がよくなる可能性もある。図１０に示す流れを形成するために、気流方向に関して、上流側の副フィン部１４の全部が第１伝熱管２１に重なっていてもよい。ある副フィン部１４から平面ＣＬまでの距離が下流側に進むほど大きくなるように、副フィン部１４の傾斜方向を設定できる。平面ＣＬは、第１伝熱管２１の中心を通り、かつ気流方向に平行な平面である。なお、図１０に示すように、同様の副フィン部１４１が第１伝熱管２１の下流端よりも下流側に形成されていてもよい。ある副フィン部１４１から平面ＣＬまでの距離は、下流側に進むほど小さくなっている。この副フィン部１４１によると、第１伝熱管２１の後方に死水域が形成されるのを防止できる。

また、第１フィン３１の一部を切り起こすことによって形成された副フィン部１１，１２に代えて、図１１に示すように、第１伝熱管２１の上流端Ｐ₁よりも上流側と、下流端Ｐ₂よりも下流側とのそれぞれに複数のディンプル１８が形成されていてもよい。ディンプル１８は、第１フィン３１の表面から隆起した部分である。このようなディンプル１８は、プレス加工のみで容易に形成できる利点がある。所望の伝熱性能を得ることができ、第１フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜を抑制でき、かつ圧力損失を十分に低くできるように、ディンプル１８のデザイン（数や寸法等）を適宜調整するとよい。

また、図１２に示すように、第１フィン３１の下流部分を下流側から上流側に向って切り取る形で、第２フィン３２の前縁３２ｆと向かい合う位置に切り欠き３１ｋを形成してもよい。このような切り欠き３１ｋによると、第２フィン３２の前縁３２ｆに霜が付着したときの圧力損失の増大を効果的に抑制できる。

図１〜７を参照して説明した本実施形態のフィンチューブ熱交換器（実施例）を給湯装置（加熱能力：６ｋｗ）の蒸発器として用いて計算機シミュレーションを行った。具体的には、冬期２／１℃（乾球温度計による外気温／湿球温度計による外気温）の条件で４０分間の定格運転を行なった後の着霜厚みを計算機シミュレーションで調べた。また、コルゲートフィンを前後２列に用いたフィンチューブ熱交換器（比較例）についても同様のシミュレーションを行なった。実施例および比較例の設計条件は下記の通りである。なお、本シミュレーションでは、熱交換器の入口と出口との間の圧力差が一定となるように、霜の付着に応じて風速（風量）を変化させた。このような非定常計算によると、純粋に着霜の分布のみを対比可能である。

（実施例と比較例とに共通の条件）
フィンの寸法：気流方向長さ１８ｍｍ＋１８ｍｍ、厚み０．１ｍｍ
フィンピッチ：１．４９ｍｍ
フィンカラーの外径：７．３５ｍｍ
冷媒：ＣＯ₂

（実施例）
副フィン部の寸法：気流方向長さ１．０ｍｍ、高さ０．５ｍｍ
スリット部の寸法：気流方向長さ２．０ｍｍ、幅１２ｍｍ、高さ０．１ｍｍ

（比較例）
形状：コルゲートフィン
山と谷の高低差：１．０ｍｍ

結果を図１３に示す。図１３のグラフにおいて、横軸は第１フィンの前縁からの距離を表し、縦軸は霜の厚み（無次元量）を表している。詳細には、図１３は、フィンの表面に付着した霜の厚みを気流方向に直交する幅方向に関して平均化した値を示している。

図１３に示すように、比較例では、上流側の伝熱フィンの前縁に霜が厚く付着していた。これに対し、実施例では、上流側の伝熱フィン（第１フィン３１）の前縁での着霜量が比較例よりも少なく、フィン全体に比較的均一な厚みで霜が付着していた。

また、本シミュレーションにおいて、実施例および比較例のフィンチューブ熱交換器を流れる冷媒の蒸発温度の経時変化も併せて調べた。結果を図１４に示す。図１４のグラフにおいて、横軸は運転時間、縦軸は冷媒の蒸発温度を表している。

図１４に示すように、実施例と比較例との間には、平均で１．２℃の温度差があった。冷媒の蒸発温度が上がれば、圧縮機の圧縮仕事が減るので、冷凍サイクルのＣＯＰ（coefficient of performance）は向上する。さらに、実施例の蒸発温度は、比較例の蒸発温度よりも緩やかに、かつほぼ一定のレートで低下していた。つまり、実施例によると、冷凍サイクルの加熱能力の急低下および圧縮後における冷媒の温度の急上昇を抑制できる。

なお、入口の風速を１ｍ／秒に固定した条件でシミュレーションを行ったところ、実施例のフィンチューブ熱交換器の熱交換性能は、比較例のフィンチューブ熱交換器の熱交換性能の９７％であった。実施例のフィンチューブ熱交換器の圧力損失は、比較例のフィンチューブ熱交換器の圧力損失の８７．６％であった。現実には、圧力損失が小さければ小さいほど風速が上がる。詳細には、熱交換器の通風抵抗が小さければ小さいほど、ファンのＰ−Ｑ特性（圧力−風量特性）に応じて風量が増加する。風量の増加に伴って冷媒の蒸発温度が上昇するので、圧縮動力を節約できる。つまり、圧力損失を考慮に入れた性能で比較すると、実施例の熱交換器は、比較例のものと同等あるいはそれ以上の性能を達成しうる。

本発明のフィンチューブ熱交換器は、空気調和装置、給湯装置、暖房装置等に用いられるヒートポンプに有用である。特に、冷媒を蒸発させるための蒸発器に有用である。

本発明の一実施形態にかかるフィンチューブ熱交換器の斜視図 図１のフィンチューブ熱交換器に用いられた伝熱フィンの平面図 図２のIII−III線断面図 図２のIV−IV線断面図 第１フィンの部分拡大平面図 第１フィンの部分拡大斜視図 第１フィンに形成されたスリット部の拡大断面図 副フィン部の変形例を示す正面図 副フィン部の他の変形例を示す斜視図 図９に示す副フィン部の作用説明図 副フィン部に代えてディンプルが形成されたフィンを有する変形例の平面図 第１フィンの他の変形例を示す平面図 シミュレーションの結果を示すグラフ シミュレーションの結果を示す他のグラフ

１ フィンチューブ熱交換器
２ 伝熱管
３ 伝熱フィン
１１，１２ 副フィン部
１１ｂ 曲げ線
１５〜１７ スリット部
１５ｆ〜１７ｆ スリット部の前縁
２１ 第１伝熱管
２２ 第２伝熱管
３１ 第１フィン
３２ 第２フィン
ＶＬ 基準面
Ａ 空気

Claims (9)

1. 空気の流路を形成するために所定の間隔で平行に並べられた複数の伝熱フィンと、
   前記複数の伝熱フィンを貫通し、空気と熱交換する媒体が内部を流通する複数の伝熱管とを備え、
   前記複数の伝熱フィンが、気流方向の上流側に配置された複数の第１フィンと、前記複数の第１フィンを通過した空気が流入するように前記複数の第１フィンよりも下流側に配置された複数の第２フィンとを含み、
   前記複数の伝熱管が、前記伝熱フィンの並び方向である高さ方向および前記気流方向の両方に直交する幅方向に並ぶように前記第１フィン側に設けられた複数の第１伝熱管と、前記幅方向に並ぶように前記第２フィン側に設けられた複数の第２伝熱管とを含み、
   前記幅方向に平行で前記第１伝熱管の中心を通る平面と前記第１伝熱管の外周面とが交わる位置を前記第１伝熱管の側端位置、前記第１伝熱管の外径をφ、前記気流方向および前記高さ方向の両方に平行であって前記側端位置を通る仮想的な平面を基準面、前記基準面から前記幅方向への距離が０．３φ以内である前記第１フィンの表面領域を管近傍領域と定義したとき、
   前記第１フィンには、前記気流方向に関する前記第１伝熱管の上流端よりも上流側における前記管近傍領域と、前記気流方向に関する前記第１伝熱管の下流端よりも下流側における前記管近傍領域との各々に、当該第１フィンの一部を切り起こすことによって翼状の副フィン部が形成されており、
   前記副フィン部の基端の曲げ線が前記気流方向に平行、または前記気流方向に対する前記曲げ線の傾きが３０度以下である、フィンチューブ熱交換器。
2. 前記第２フィンが、前記気流方向に沿って山と谷が交互に現れるように成形されたコルゲートフィンであり、
   前記第１フィンのフィンピッチと前記第２フィンのフィンピッチとが等しく、かつ前記高さ方向に関して前記第１フィンと前記第２フィンとが千鳥状に配列している、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
3. 前記曲げ線が前記気流方向に平行であり、
   前記副フィン部の伝熱面が、前記高さ方向および前記気流方向の両方に平行であり、
   前記高さ方向に関する前記副フィン部の寸法が、前記第１フィンのフィンピッチ未満である、請求項１または２に記載のフィンチューブ熱交換器。
4. 前記曲げ線が前記基準面に含まれる位置に、前記副フィン部が形成されている、請求項３に記載のフィンチューブ熱交換器。
5. 前記副フィン部の伝熱面が方形または台形の形状を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
6. 前記第１フィンには、前記幅方向に関して互いに隣り合う２つの前記第１伝熱管の間であって前記副フィン部よりも前記基準面から遠ざかった位置に、前記幅方向に平行な前縁を有するスリット部がさらに形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
7. 前記第１フィンの厚みをｔとしたとき、
   前記スリット部が、０＜ｈ＜３ｔで規定される切り起こし高さｈを有する、請求項６に記載のフィンチューブ熱交換器。
8. 前記第１フィンには、隣り合う２つの前記第１伝熱管の間において、前記気流方向に沿って２以上の個数の前記スリット部が形成されている、請求項６または７に記載のフィンチューブ熱交換器。
9. 前記幅方向に関する前記スリット部の寸法が、前記第１伝熱管の外径φよりも大きい、請求項６〜８のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。

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