JP2013221680A - フィンチューブ熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】コルゲートフィンを用いたフィンチューブ熱交換器の排水性能を改善する。
【解決手段】フィンチューブ熱交換器１００は、平行に並べられた複数のフィン３１と、気体と熱交換する媒体が内部を流れるように構成された伝熱管２１とを備えている。フィン３１は、気流方向における少なくとも１つの位置に山部３４が現れるように成形されたコルゲートフィンであって、伝熱管２１の周囲に形成された管周囲部３５と、山部３４を形成するように気流方向に対して傾いている第１傾斜部３８と、管周囲部３５と第１傾斜部３８とを互いに接続している第２傾斜部３９と、第２傾斜部３９に形成された排水促進孔２３とを含む。排水促進孔２３は排水領域Ｒ１に位置している。
【選択図】図３

Description

本発明は、フィンチューブ熱交換器に関する。

フィンチューブ熱交換器は、所定間隔で並べられた複数のフィンと、複数のフィンを貫通する伝熱管とによって構成されている。空気は、フィンとフィンとの間を流れて伝熱管の中の流体と熱交換する。

図１９は、従来のフィンチューブ熱交換器に使用されたフィンの平面図である。フィン１は、気流方向において山部４と谷部６とが交互に現れるように成形されている。このようなフィンは、一般に「コルゲートフィン（corrugated fin）」と呼ばれている。コルゲートフィンによれば、伝熱面積を増やす効果だけでなく、気流３を蛇行させることによって温度境界層を薄くする効果が得られる。

フィンチューブ熱交換器に共通する１つの技術課題として、排水性能に関する課題がある。フィンの表面に水（凝縮水）が付着すると効率的な熱交換が阻害されるので、フィンの表面から速やかに水が排除されることが望ましい。例えば、特許文献１には、排水スリットを有するフィンが記載されている。特許文献１に記載されたフィンを図２０に示す。フィン１１には、伝熱管７の下方のドレン滞留域から斜め下に向かって延びる排水スリット８が設けられている。

実開昭６４−２２１８６号公報

特許文献１に記載された技術は、曲げられていないフィン（いわゆるフラットフィン）を想定したものであり、その応用範囲は必ずしも広くない。そのため、コルゲートフィンに適用できる技術が望まれている。

本発明は、コルゲートフィンを用いたフィンチューブ熱交換器の排水性能を改善することを目的とする。

すなわち、本発明は、
気体の流路を形成するために平行に並べられた複数のフィンと、
前記複数のフィンを貫通しており、前記気体と熱交換する媒体が内部を流れるように構成された伝熱管とを備え、
前記フィンは、気流方向における少なくとも１つの位置に山部が現れるように成形されたコルゲートフィンであって、前記伝熱管の周囲に形成された管周囲部と、前記山部を形成するように前記気流方向に対して傾いている第１傾斜部と、前記管周囲部と前記第１傾斜部とを互いに接続している第２傾斜部と、前記第２傾斜部に形成された排水促進孔とを有し、
前記排水促進孔は前記フィンを貫通しており、
重力方向における前記管周囲部の最下点を通る仮想的な平面であって、前記気流方向及び前記フィンの並び方向の両方に平行な平面を基準平面と定義し、前記第２傾斜部のうち、前記基準平面よりも重力方向の下方に位置している部分を排水領域と定義したとき、
前記排水促進孔が前記排水領域に位置している、フィンチューブ熱交換器を提供する。

フィンの表面に付着した水は、通常、自重によって下方に流れる。しかし、付着した水の一部は、フィンの表面に滞留することがある。水の滞留は、コルゲートフィンにおいて起こりやすい。コルゲートフィンにおいて水が滞留しやすい部分として、管周囲部及び第２傾斜部が挙げられる。フィンの起伏を乗り越えることができない水は、表面積をなるべく小さくする形で管周囲部及び第２傾斜部に滞留し、安定する。

これに対し、本発明によれば、第２傾斜部の特定の領域（排水領域）に排水促進孔が形成されている。排水促進孔はフィンを貫通している。そのため、水は、排水促進孔を通じてフィンの表側からフィンの裏側へと排出される。その後、水は、フィンの裏側で谷部に集められる。谷部に集められた水は、谷部を伝って下方に流れる。その結果、フィンの表面から水が効率的に排除される。

本発明の第１実施形態に係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フィンの平面図 図２Ａに示すフィンのIIB-IIB線に沿った断面図 図２Ａに示すフィンのIIC-IIC線に沿った断面図 図２Ａに示すフィンのIID-IID線に沿った断面図 図２Ａに示すフィンの部分拡大平面図 排水促進孔を有していないフィンの作用説明図 排水促進孔を有するフィンの作用説明図 排水促進孔の詳細な構造を示す断面図 フィンに設けられた溝の断面図 面積増加率と接触角との関係を調べるための実験に使用した試験片の平面図及び断面図 面積増加率と接触角との関係を調べるための実験に使用した別の試験片の平面図及び断面図 試験片の概略断面図 接触角の測定位置の説明図 面積増加率と接触角との関係を調べるための実験の結果を示すグラフ 変形例１に係るフィンの平面図 変形例２に係るフィンの平面図 変形例３に係るフィンの平面図 変形例４に係るフィンの平面図 変形例５に係るフィンの平面図 変形例６に係るフィンの平面図 変形例７に係るフィンの平面図 変形例８に係るフィンの平面図 第２実施形態に係るフィンの平面図 第３実施形態に係るフィンの平面図 従来のコルゲートフィンの平面図 特許文献１に記載されたフィンの平面図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のフィンチューブ熱交換器１００は、空気Ａ（気体）の流路を形成するために平行に並べられた複数のフィン３１と、これらのフィン３１を貫通する伝熱管２１とを備えている。フィンチューブ熱交換器１００は、伝熱管２１の内部を流れる媒体Ｂと、フィン３１の表面に沿って流れる空気Ａとを熱交換させるように構成されている。媒体Ｂは、例えば、二酸化炭素、ハイドロフルオロカーボンなどの冷媒である。伝熱管２１は、１本につながっていてもよいし、複数本に分かれていてもよい。

フィン３１は、前縁３０ａ及び後縁３０ｂを有する。前縁３０ａ及び後縁３０ｂは、それぞれ、直線状である。

本明細書では、フィン３１の長手方向を段方向と定義し、フィン３１の並び方向を高さ方向と定義し、段方向及び高さ方向の両方に垂直な方向を気流方向（空気Ａの流れ方向）と定義する。段方向は、前縁３０ａ又は後縁３０ｂに平行な方向である。気流方向、高さ方向及び段方向は、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対応している。段方向は、例えば、重力方向に平行である。気流方向は、例えば、水平方向に平行である。

図２Ａ〜図２Ｄに示すように、フィン３１は、典型的には、長方形かつ平板の形状を有する。本実施形態において、フィン３１は一定の間隔（フィンピッチＦＰ）で並べられている。ただし、高さ方向に関して互いに隣り合う２つのフィン３１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。フィンピッチＦＰは、例えば、１．０〜１．５ｍｍの範囲に調整されている。図２Ｂに示すように、フィンピッチＦＰは、隣り合う２つのフィン３１の距離で表される。

前縁３０ａを含む一定幅の部分及び後縁３０ｂを含む一定幅の部分は、気流方向に平行である。ただし、これらの部分は、成形時にフィン３１を金型に固定するために使用される部分であり、フィン３１の性能に大きな影響を及ぼさない。

フィン３１の材料として、打ち抜き加工された肉厚０．０５〜０．８ｍｍのアルミニウム製の平板を好適に使用できる。フィン３１の表面にベーマイト処理、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。親水性処理に代えて、撥水処理が施されていてもよい。

フィン３１には、複数の貫通孔３７ｈが段方向に沿って一列かつ等間隔で形成されている。複数の貫通孔３７ｈの各中心を通る直線は段方向に平行である。複数の貫通孔３７ｈのそれぞれに伝熱管２１が嵌められている。貫通孔３７ｈの周りにはフィンカラー３７がフィン３１の一部によって形成されており、このフィンカラー３７と伝熱管２１とが密着している。貫通孔３７ｈの直径は、例えば１〜２０ｍｍであり、４ｍｍ以下であってもよい。貫通孔３７ｈの直径は、伝熱管２１の外径に一致している。段方向で互いに隣り合う２つの貫通孔３７ｈの中心間距離（管ピッチ）は、例えば、貫通孔３７ｈの直径の２〜３倍である。気流方向におけるフィン３１の長さは、例えば、１５〜２５ｍｍである。

図２Ａ〜図２Ｄに示すように、フィン３１は、気流に対して起伏を有するフィンである。フィン３１は、気流方向における少なくとも１つの位置に山部３４を有する。本実施形態では、フィンカラー３７の突出方向と同じ方向に突出している部分を「山部３４」と定義している。ただし、フィン３１を裏側から観察すると、山部３４は、谷部に対応する。山部３４は、気流方向に対して交差する方向に延びる稜線を含む。詳細には、隣り合う伝熱管２１の間において、山部３４の稜線は段方向に平行である。すなわち、フィン３１は、コルゲートフィン（波板の形状に成形されたフィン）と呼ばれるフィンである。本実施形態において、フィン３１は、気流方向における１つの位置にのみ山部３４を有する。前縁３０ａ及び後縁３０ｂがそれぞれ谷部に対応している。気流方向において、山部３４の位置は伝熱管２１の中心の位置に一致している。ただし、後述するように、山部３４（又は谷部）の数は１つに限定されない。

フィン３１は、さらに、平坦部３５、第１傾斜部３８及び第２傾斜部３９を有する。平坦部３５は、フィンカラー３７に隣接している部分であって、貫通孔３７ｈの周囲に形成された管周囲部である。平坦部３５は、平面視で円環の形状を有する。平坦部３５の表面は、気流方向に平行で高さ方向に垂直である。ただし、平坦部３５が気流方向に対して僅かに傾いていてもよい。複数の第１傾斜部３８（本実施形態では２つの第１傾斜部３８）は、それぞれ、山部３４を形成するように気流方向に対して傾いた部分である。第１傾斜部３８は、フィン３１において最も広い面積を占有している。第１傾斜部３８の表面は平坦である。第２傾斜部３９は、平坦部３５と第１傾斜部３８との間の高さの違いを解消するように、平坦部３５と第１傾斜部３８とを滑らかに接続している部分である。第２傾斜部３９の表面は緩やかな曲面で構成されている。平坦部３５及び第２傾斜部３９は、凹状に形成されている。

第１傾斜部３８と第２傾斜部３９との境界部分に適度なアール（例えば、Ｒ０．５ｍｍ〜Ｒ２．０ｍｍ）が付与されていてもよい。同様に、山部３４と第２傾斜部３９との境界部分に適度なアール（例えば、Ｒ０．５ｍｍ〜Ｒ２．０ｍｍ）が付与されていてもよい。

図２Ａ及び図２Ｄに示すように、フィン３１は、さらに、第２傾斜部３９に形成された排水促進孔２３を有する。排水促進孔２３は、フィン３１を貫通している。水は、排水促進孔２３を通じてフィン３１の表側（第１主面側）からフィン３１の裏側（第２主面側）へと排出される。その後、水は、フィン３１の裏側で谷部に集められる。谷部に集められた水は、谷部を伝って下方に流れる。その結果、フィン３１の表面から水が効率的に排除される。

排水促進孔２３は、以下に説明する領域に形成されている。図３に示すように、まず、基準平面Ｈ１を定義する。基準平面Ｈ１は、重力方向（段方向）における平坦部３５の最下点を通る仮想的な平面であって、気流方向及びフィン３１の並び方向の両方に平行な平面である。詳細には、基準平面Ｈ１は、平坦部３５の最下点で平坦部３５に接している。第２傾斜部３９のうち、基準平面Ｈ１よりも重力方向の下方に位置している部分を排水領域Ｒ１（図３の斜線領域）と定義する。このとき、排水促進孔２３は、排水領域Ｒ１に位置している。本実施形態では、排水促進孔２３が排水領域Ｒ１にのみ形成されている。

一般に、フィンチューブ熱交換器が蒸発器として機能する場合、第１流体（例えば空気）から第２流体（例えば冷媒）へと熱が移動する。このとき、第１流体の温度が低下し、第１流体の温度が露点に達すると、フィンの表面に結露水が生じる。結露水は、熱抵抗及び通風抵抗の増加の原因になる。フィンチューブ熱交換器の性能を向上させるためには、結露水をフィンの表面から速やかに排除することが必要となる。コルゲートフィンを使用したフィンチューブ熱交換器において、結露水は、フィンカラー、フィンカラーの周囲の平坦部、及び、平坦部の周囲の傾斜部で発生しやすい。これらの場所で発生した結露水は、重力の影響によって下方に流れる。

図４Ａに示すフィン１０において、平坦部１５及び傾斜部１９は、凹状に形成されており、結露水Ｗを保持できる形状を有している。結露水Ｗは、平坦部１５及び傾斜部１９に比較的安定して滞留する。なお、図４Ａに示すフィン１０は、特定の文献に記載されている先行技術ではない。

図４Ｂに示すように、本実施形態のフィン３１によれば、結露水Ｗが滞留しやすい場所（排水領域）に排水促進孔２３が設けられている。これにより、結露水Ｗがフィン３１の表側からフィン３１の裏側へと排出される。第２傾斜部３９は、フィン３１の表側で凹状であり、フィン３１の裏側で緩やかな凸状である。さらに、フィン３１の裏側において、山部３４は、谷部を形成している。従って、結露水Ｗは、排水促進孔２３を通じてフィン３１の裏側へと移動した後、谷部に集まり、速やかに下方に流れてフィン３１の上から排除される。

排水促進孔２３は、毛細管現象によってフィン３１の表側からフィン３１の裏側に結露水Ｗを導く能力を有する。排水促進孔２３によれば、重力に加え、毛細管現象の駆動力によってフィン３１の表面から結露水Ｗを排除することができる。

本実施形態において、フィン３１を平面視したときの排水促進孔２３の形状は円形である。ただし、排水促進孔２３の形状は円形に限定されない。排水促進孔２３は、楕円形、多角形などの他の形状を有していてもよい。

排水促進孔２３の大きさは、毛細管現象によってフィン３１の表側からフィン３１の裏側に水を導く能力が十分に発揮されるように調整されうる。フィン３１を平面視したときの排水促進孔２３の直径又は等価直径は、例えば、０．１〜１ｍｍの範囲にある。つまり、排水促進孔２３は、ピンホールであってもよい。「等価直径」とは、特定の図形をその特定の図形の面積と等しい面積を有する円に換算することによって得られる直径を意味する。

排水促進孔２３は、フィン３１の一部を打ち抜く（一部を除去する）ことによって形成されていてもよい。また、フィン３１にニードルを突き刺すことによって排水促進孔２３が形成されていてもよい。これらの方法で排水促進孔２３を形成すると、図５に示すように、排水促進孔２３の周囲にバリ部２３ｔが形成される可能性がある。バリ部２３ｔは、排水促進孔２３を通じて水がフィン３１の表側から裏側へと移動することを妨げる可能性がある。そのため、フィン３１の裏側にバリ部２３ｔが形成されていることが望ましい。つまり、フィン３１の２つの面のうち、排水促進孔２３の出口側の面にバリ部２３ｔが形成されていることが望ましい。本実施形態では、フィンカラー３７ｈが突出している側とは反対側にバリ部２３ｔが形成されている。

図２Ａ、図２Ｄ及び図３に示すように、フィン３１は、さらに、第２傾斜部３９に形成された溝２５を有する。溝２５は、フィン３１を貫通していない。溝２５の一端は、排水促進孔２３に重なっている。つまり、溝２５は、排水貫通孔２３に接続されている。詳細には、溝２５は、排水促進孔２３に連通している。溝２５の他端は、平坦部３５と第２傾斜部３９との境界に位置している。本実施形態では、溝２５が排水領域Ｒ１にのみ形成されている。ただし、溝２５の一部が排水領域Ｒ１の外に形成されていてもよい。溝２５の長手方向は段方向に平行である。貫通孔３７ｈの中心を通り、気流方向（Ｘ方向）に垂直な平面上に溝２５が位置している。

フィンチューブ熱交換器１００の熱交換量が比較的大きい場合、結露水の生成量も多い。この場合、結露水に作用する重力が排水促進孔２３での結露水の表面張力を上回り、結露水が連続的にフィン３１の裏側に排出される。他方、熱交換量が比較的小さい場合、結露水の生成量も少ない。この場合、結露水に作用する重力が排水促進孔２３での結露水の表面張力を下回り、少量の結露水がフィン３１の裏側に排出されず、第２傾斜部３９に滞留する可能性がある。

本実施形態によれば、排水領域Ｒ１に溝２５が設けられている。この場合、排水領域Ｒ１の結露水が溝２５に吸引され、さらに、排水促進孔２３に集められる。その結果、結露水に作用する重力が排水促進孔２３での結露水の表面張力を上回り、排水促進孔２３を通じて、結露水がフィン３１の表側からフィン３１の裏側へと速やかに排出される。なお、少量の結露水が第２傾斜部３９に滞留することは本発明を何ら限定しない。

溝２５の中に排水促進孔２３が位置していてもよいし、溝２５に排水促進孔２３が重なっていてもよい。どちらの構成も排水促進孔２３に結露水を集めることができる。

図６に示すように、溝２５の開口部の幅ｄは、毛細管現象による集水効果を十分に得るために、例えば１ｍｍ以下である。溝２５の開口部は、０．１〜１ｍｍの範囲の幅ｄを有していてもよい。溝２５の深さも特に限定されない。溝２５は、例えば、０．０１〜０．１ｍｍの範囲の深さを有している。

溝２５の形状も特に限定されない。フィン３１を厚さ方向に切断したとき、溝２５の内周面は、矩形、円弧などの形状を示す。溝２５において濡れ性が向上し、毛細管現象が容易に起こるように、溝２５を設計することができる。適切に設計された溝２５は、結露水を効率的に吸引できる。

溝２５による面積増加率は、例えば、１．１〜２．０倍の範囲にある。面積増加率がこの範囲に収まっていると、結露水が溝２５に吸引されやすく、フィン３１と結露水との間の濡れ性も向上する。つまり、面積増加率は、フィン３１と水との接触角に影響を及ぼす。「溝２５による面積増加率」とは、フィン３１を平面視したときの溝２５の面積Ｂに対する溝２５の実際の表面積Ａの比率（Ａ／Ｂ）を意味する。

面積増加率と接触角との関係を以下に説明する実験によって調べた。

まず、図７Ｂに示すように、５ｃｍ×５ｃｍ×０．０９ｍｍの寸法を有する試験片βを準備した。試験片βは、フィン３１に使用できる材料である。図７Ｃに示すように、試験片βは、基材１２、耐食性皮膜１３、親水性皮膜１４及び潤滑性皮膜１６で構成されている。基材１２は、アルミニウムで作られている。耐食性皮膜１３は、リン酸クロメート処理によって形成されうる。親水性皮膜１４は、シリカ及び樹脂を含む有機−無機複合材料によって形成されうる。潤滑性皮膜１６は、試験片βをプレス加工する際の潤滑性を向上させるための皮膜である。潤滑性皮膜１６は、水溶性の皮膜であり、水分により容易に消失する。そのため、潤滑性皮膜１６によって親水性皮膜１４の親水性が低下することはない。

次に、プレス加工で試験片βに１つの溝を形成した。これにより、図７Ａに示す試験片αを得た。図７Ａに示すように、試験片αにおいて、溝の幅Ｄに対応する斜線部分の表面積をＡと定義した。図７Ｂに示すように、試験片βにおいて、幅Ｄを有する斜線部分の表面積をＢと定義した。面積増加率（Ａ／Ｂ）が１．０５〜２．１の範囲に収まるように、溝の深さ、溝の開口部の幅などを変更することによって、複数の試験片αを作製した。

次に、自動接触角計（協和界面科学社製ＤＭ−５０１）を用いて、試験片α及びβの接触角を測定した。結果を図８に示す。なお、試験片αに関して、図７Ｄに示すように、溝に保持された水の接触角を測定した。

次に、以下の方法で耐久試験を実施した。まず、試験片α及びβをビーカーに入れ、流水に８時間浸漬した。さらに、試験片α及びβを８０℃の恒温層で１６時間乾燥させた。このような操作を５回繰り返した。その後、試験片α及びβの接触角を再び測定した。結果を図８に示す。

図８のグラフにおいて、面積増加率（Ａ／Ｂ）＝１の結果は、溝を有さない試験片βの結果である。面積増加率（Ａ／Ｂ）＝１．０５〜２．１の結果は、それぞれ、溝を有する試験片αの結果である。図８に示すように、１．１倍の面積増加率を有する試験片αは、耐久試験の前後で、耐久試験前の試験片βの接触角（２０度）よりも小さい接触角を示し、十分な濡れ性を発揮した。１．２〜１．６倍の面積増加率を有する試験片αは、耐久試験の前後で、５度以下の接触角（超親水）を示した。面積増加率が１．８倍に達すると、耐久試験後の接触角が５度を超えた。２．１倍の面積増加率を有する試験片αは、耐久試験の後で、耐久試験前の試験片βの接触角（２０度）よりも大きい接触角を示した。このように、面積増加率が大きい場合、つまり、溝を微細化すると、濡れ性がむしろ低下した。微細な溝が形成されていると、試験片の表面の親水性皮膜が欠損しやすいためである。以上の結果を考慮すると、面積増加率（Ａ／Ｂ）は、１．１〜２．０倍の範囲にあることが望ましい。親水性処理された材料に表面積を増加させる加工を施すと、親水性をより強化することができる。

ヒートポンプシステムの室外機に本実施形態のフィンチューブ熱交換器１００を使用したとき、排水性能の改善によって得られる利益は飛躍的に高まる。

一般に、外気温度が０℃に近づくと、室外機に組み込まれたフィンチューブ熱交換器のフィンの表面に霜が堆積し始める。霜は、フィンチューブ熱交換器の性能を大きく損なうので、霜を溶かして除去するための運転、いわゆるデフロスト運転を定期的に実施する必要がある。ところが、従来のフィン１（図１９）によれば、霜が溶けることによって生じた水をフィン１の表面から十分に排除することができない。そのため、霜が溶けることによって生じた水の一部はそのままフィン１の表面に残存し、デフロスト運転の終了後に再凍結する。つまり、霜の融解と残存水の凍結に無駄なエネルギーが消費される。再凍結によって霜（又は氷）がフィン１の表面に堆積すると、デフロスト運転のインターバルを短縮する必要性にも迫られる。

これに対し、図４Ｂを参照して説明したように、本実施形態のフィンチューブ熱交換器１００は優れた排水性能を有しているので、デフロスト運転によって生じた水は、速やかにフィン３１の表面から排除される。これにより、無駄なエネルギーの消費、デフロスト運転のインターバルの短縮といった不利益を回避することができる。デフロスト運転後には、水がフィン３１の表面から十分に排除されているので、フィンチューブ熱交換器１００の本来の性能が確実に発揮される。

（変形例１）
図９に示すように、変形例１に係るフィン３１Ｂは、排水領域Ｒ１に複数の溝２５を有している。具体的には、２つの溝２５が排水領域Ｒ１に形成されており、これらの溝２５が同一の排水促進孔２３に連通している。言い換えれば、排水促進孔２３において、２つの溝２５が互いに連通している。２つの溝２５は、それぞれ、段方向に対して傾いた方向に延びている。フィン３１Ｂを平面視したとき、２つの溝２５は、Ｖ字の形状を示す。このように、溝２５の長手方向は段方向に対して傾いていてもよい。このことは、先に説明したフィン３１にも当てはまる。

（変形例２）
図１０に示すように、変形例２に係るフィン３１Ｃは、排水領域Ｒ１に溝２５を有していない点を除き、第１実施形態のフィン３１と同じ構造を有する。溝２５が形成されていなかったとしても、水は、排水促進孔２３を通じて、フィン３１Ｃの表側から裏側へと移動しうる。本発明において、排水促進孔２３に連通する溝は必須ではない。

（変形例３）
図１１に示すように、変形例３に係るフィン３１Ｄは、排水領域Ｒ１に溝２５を有していない。溝２５に代えて、フィン３１Ｄは、排水領域Ｒ１に複数の排水促進孔２３を有する。複数の排水促進孔２３は一列に並んでいる。伝熱管２１の中心Ｏ（貫通孔３７ｈの中心）を通り、気流方向に垂直な平面を第１中央平面Ｐ１と定義する。複数の排水促進孔２３は、それぞれ、第１中央平面Ｐ１に重なっている。本変形例においても、排水促進孔２３が排水領域Ｒ１にのみ形成されている。本変形例によれば、排水領域Ｒ１に排水促進孔２３が１つのみ形成されている場合に比べ、水は、複数の排水促進孔２３を通じて、よりスムーズにフィン３１Ｄの表側から裏側へと移動できる。

（変形例４）
図１２に示すように、変形例４に係るフィン３１Ｅにおいて、溝２５は、平坦部３５と第２傾斜部３９との境界を横切る形で平坦部３５及び第２傾斜部３９の両方に形成されている。このように、溝２５は、第２傾斜部３９の外まで延びていてもよい。本変形例によれば、平坦部３５に付着した水及びフィンカラー３７に付着した水が溝２５に集まりやすい。

本変形例において、溝２５は、拡大排水領域Ｒ３に位置している。拡大排水領域Ｒ３は、以下のように定義されうる。まず、拡大基準平面Ｈ３を定義する。拡大基準平面Ｈ３は、重力方向におけるフィンカラー３７の最下点を通る仮想的な平面であって、気流方向及びフィン３１Ｅの並び方向の両方に平行な平面である。平坦部３５及び第２傾斜部３９のうち、拡大基準平面Ｈ３よりも重力方向の下方に位置している部分を拡大排水領域Ｒ３と定義する。本変形例では、溝２５の全部が拡大排水領域Ｒ３に収まっている。溝２５の長手方向は段方向に平行である。第１中央平面Ｐ１に溝２５が重なっている。第１中央平面Ｐ１は、伝熱管２１の中心Ｏを通り、気流方向に垂直な平面である。溝２５に関するこれらの特徴は、第１実施形態で説明した通りである。

（変形例５）
図１３に示すように、変形例５に係るフィン３１Ｆは、フィンカラー３７の下方だけでなく、フィンカラー３７の上方にも排水促進孔２３及び溝２５を有する。排水領域Ｒ１に排水促進孔２３及び溝２５が形成されていることは、第１実施形態のフィン３１と本変形例のフィン３１Ｆとで共通している。

まず、第２基準平面Ｈ２を定義する。第２基準平面Ｈ２は、重力方向における平坦部３５の最上点を通る平面であって、気流方向及びフィン３１Ｆの並び方向の両方に平行な平面である。詳細には、第２基準平面Ｈ２は、平坦部３５の最上点で平坦部３５に接している。第２傾斜部３９のうち、第２基準平面Ｈ２よりも重力方向の上方に位置している部分を第２排水領域Ｒ２（図１３の斜線領域）と定義する。フィン３１Ｆは、第２排水領域Ｒ２に形成された追加の排水促進孔２３をさらに有する。また、フィン３１Ｆは、追加の排水促進孔２３に接続するように第２傾斜部Ｒ２に形成された追加の溝２５をさらに有する。追加の溝２５は、追加の排水促進孔２３に連通している。このような構成によれば、第２排水領域Ｒ２に付着した結露水が速やかにフィン３１Ｆの表側から裏側へと排出されうる。

（変形例６）
図１４に示すように、変形例６に係るフィン３１Ｇは、排水領域Ｒ１及びＲ２のそれぞれに排水促進孔２３を有する。排水領域Ｒ１及びＲ２は、それぞれ、図３及び図１３を参照して説明した方法によって定義される領域である。変形例３に係るフィン３１Ｄの第２排水領域Ｒ２に追加の排水促進孔２３を形成することによって、フィン３１Ｇが得られる。

伝熱管２１の中心Ｏ（貫通孔３７ｈの中心）を通り、気流方向に垂直な平面を第１中央平面Ｐ１と定義する。伝熱管２１の中心Ｏを通り、段方向に垂直な平面を第２中央平面Ｐ２と定義する。このとき、排水領域Ｒ１の排水促進孔２３は、第２中央平面Ｐ２に関して、第２排水領域Ｒ２の追加の排水促進孔２３と対称な位置に形成されている。さらに、フィン３１Ｇは、基準平面Ｈ１に関して対称の構造を有していてもよい。このような構成によれば、フィン３１の上下左右を区別する必要性を排除できるので、フィンチューブ熱交換器１００の組み立て作業が容易化する。また、排水促進孔２３が伝熱管２１の上方にも形成されているので、フィン３１Ｇは、より優れた排水性能を有する。

（変形例７）
図１５に示すように、変形例７に係るフィン３１Ｈは、排水領域Ｒ１及びＲ２のそれぞれに複数の排水促進孔２３を有する。変形例４に係るフィン３１Ｅの第２排水領域Ｒ２に複数の追加の排水促進孔２３を形成することによって、フィン３１Ｈが得られる。従って、変形例４に係るフィン３１Ｅによって得られる効果は、本変形例においても得られる。

排水領域Ｒ２において、複数の追加の排水促進孔２３は一列に並んでいる。詳細には、複数の追加の排水促進孔２３は、それぞれ、第１中央平面Ｐ１に重なっている。変形例６と同じように、排水領域Ｒ１の複数の排水促進孔２３は、第２中央平面Ｐ２に関して、第２排水領域Ｒ２の複数の追加の排水促進孔２３と対称な位置に形成されている。さらに、フィン３１Ｈは、第１中央平面Ｐ１に関して対称の構造を有していてもよい。本変形例によっても、フィン３１の上下左右を区別する必要性を排除できるので、フィンチューブ熱交換器１００の組み立て作業が容易化する。また、排水促進孔２３が伝熱管２１の上方にも形成されているので、フィン３１Ｈは、より優れた排水性能を有する。

（変形例８）
図１６に示すように、変形例８に係るフィン３１Ｉは、フィンカラー３７の下方だけでなく、フィンカラー３７の上方にも排水促進孔２３及び溝２５を有する。拡大排水領域Ｒ３に排水促進孔２３及び溝２５が形成されていることは、変形例４のフィン３１Ｅ（図１２参照）と本変形例のフィン３１Ｉとで共通している。拡大排水領域Ｒ３は、図１２を参照して説明した方法によって定義される領域である。

まず、第２拡大基準平面Ｈ４を定義する。第２拡大基準平面Ｈ４は、重力方向におけるフィンカラー３７の最上点を通る仮想的な平面であって、気流方向及びフィン３１Ｉの並び方向の両方に平行な平面である。詳細には、第２拡大基準平面Ｈ４は、フィンカラー３７の最上点でフィンカラー３７に接している。平坦部３５及び第２傾斜部３９のうち、第２拡大基準平面Ｈ４よりも重力方向の上方に位置している部分を第２拡大排水領域Ｒ４（図１６の斜線領域）と定義する。フィン３１Ｉは、第２拡大排水領域Ｒ４に形成された追加の排水促進孔２３をさらに有する。また、フィン３１Ｉは、追加の排水促進孔２３に接続するように第２傾斜部３９に形成された追加の溝２５をさらに有する。追加の溝２５は、追加の排水促進孔２３に連通している。このような構成によれば、第２拡大排水領域Ｒ４に付着した結露水が速やかにフィン３１Ｉの裏側へと排出されうる。

第２拡大排水領域Ｒ４において、追加の溝２５は、平坦部３５と第２傾斜部３９との境界を横切る形で平坦部３５及び第２傾斜部３９の両方に形成されている。このように、追加の溝２５は、第２傾斜部３９の外まで延びていてもよい。本変形例によれば、平坦部３５に付着した水及びフィンカラー３７に付着した水が溝２５に集められ、追加の排水促進孔２３を通じて、フィン３１Ｉの表側から裏側へと排出される。

（第２実施形態）
図１７に示すように、本実施形態のフィン４１は、気流方向において山部３４と谷部３６とが交互に現れるように成形されている。山部３４及び谷部３６は、隣り合う伝熱管２１の間に位置している。山部３４及び谷部３６は、それぞれ、段方向に平行な稜線及び段方向に平行な谷線を有する。フィン４１もコルゲートフィンと呼ばれるフィンである。本実施形態において、フィン４１は、気流方向において２つの山部３４と１つの谷部３６とを有する。気流方向において、谷部３６の位置は伝熱管２１の中心の位置に一致している。ただし、谷部３６と伝熱管２１との位置関係、及び山部３４と伝熱管２１との位置関係は特に限定されない。山部３４の数及び谷部３６の数も特に限定されない。

第１実施形態のフィン３１と同じように、本実施形態のフィン４１も平坦部３５、第１傾斜部３８及び第２傾斜部３９を有する。これらの構造は、第１実施形態で説明した通りである。

フィン４１も第２傾斜部３９に形成された排水促進孔２３を有する。第２傾斜部３９のうち、基準平面Ｈ１よりも重力方向の下方に位置している部分を排水領域Ｒ１と定義する。本実施形態では、排水領域Ｒ１が２つの部分に分かれている。２つの部分に分かれた排水領域Ｒ１のそれぞれに排水促進孔２３が形成されている。フィン４１は、さらに、排水促進孔２３に連通している溝２５を有する。溝２５は、第２傾斜部３９に形成されている。溝２５の一端が排水促進孔２３に重なっており、溝２５の他端が平坦部３５と第２傾斜部３９との境界に位置している。本実施形態において、溝２５の長手方向は、段方向に対して傾いている。フィン４１を平面視したとき、溝２５の中心を通り、溝２５の長手方向に平行な直線は、貫通孔３７ｈの中心を通っている。図１３及び図１６を参照して説明したように、フィンカラー３７の上方にも排水促進孔２３及び溝２５が追加的に形成されていてもよい。排水促進孔２３及び溝２５の働きにより、本実施形態のフィン４１も優れた排水性能を有する。

（第３実施形態）
図１８に示すように、本実施形態のフィン５１は、第１傾斜部３８に排水促進孔２３を有する。具体的には、山部３４の稜線を形成している１組の第１傾斜部３８のうち、風下側に位置している第１傾斜部３８に排水促進孔２３が形成されている。フィン５１は、さらに、第２傾斜部３９の排水領域Ｒ１から第１傾斜部３８に向かって延びている溝２５を有する。溝２５は、第１傾斜部３８において、排水促進孔２３に接続している。詳細には、溝２５は、排水促進孔２３に連通している。このような構成によれば、排水領域Ｒ１の水が溝２５を通って第２傾斜部３９から第１傾斜部３８へと比較的容易に移動しうる。その後、水は、排水促進孔２３を通じて、フィン５１の表側から裏側へと排出される。

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、暖房装置など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。

２１ 伝熱管
２３ 排水促進孔
２５ 溝
３０ａ 前縁
３０ｂ 後縁
３１，３１Ｂ〜３１Ｉ，４１，５１ フィン
３４ 山部
３５ 平坦部
３６ 谷部
３７ フィンカラー
３７ｈ 貫通孔
３８ 第１傾斜部
３９ 第２傾斜部
１００ フィンチューブ熱交換器
Ｈ１ 基準平面
Ｈ２ 第２基準平面
Ｈ３ 拡大基準平面
Ｈ４ 第２拡大基準平面
Ｒ１ 排水領域
Ｒ２ 第２排水領域
Ｒ３ 拡大排水領域
Ｒ４ 第２拡大排水領域

Claims (14)

1. 気体の流路を形成するために平行に並べられた複数のフィンと、
   前記複数のフィンを貫通しており、前記気体と熱交換する媒体が内部を流れるように構成された伝熱管とを備え、
   前記フィンは、気流方向における少なくとも１つの位置に山部が現れるように成形されたコルゲートフィンであって、前記伝熱管の周囲に形成された管周囲部と、前記山部を形成するように前記気流方向に対して傾いている第１傾斜部と、前記管周囲部と前記第１傾斜部とを互いに接続している第２傾斜部と、前記第２傾斜部に形成された排水促進孔とを有し、
   前記排水促進孔は前記フィンを貫通しており、
   重力方向における前記管周囲部の最下点を通る仮想的な平面であって、前記気流方向及び前記フィンの並び方向の両方に平行な平面を基準平面と定義し、前記第２傾斜部のうち、前記基準平面よりも重力方向の下方に位置している部分を排水領域と定義したとき、
   前記排水促進孔が前記排水領域に位置している、フィンチューブ熱交換器。
2. 前記排水領域に複数の前記排水促進孔が形成されている、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
3. 前記フィンは、前記排水促進孔に接続するように前記第２傾斜部に形成された溝をさらに有する、請求項１又は２に記載のフィンチューブ熱交換器。
4. 前記溝の中に前記排水促進孔が位置している、又は、前記溝に前記排水促進孔が重なっている、請求項３に記載のフィンチューブ熱交換器。
5. 前記溝は、前記管周囲部と前記第２傾斜部との境界を横切る形で前記管周囲部及び前記第２傾斜部の両方に形成されている、請求項３又は４に記載のフィンチューブ熱交換器。
6. 重力方向における前記管周囲部の最上点を通る仮想的な平面であって、前記気流方向及び前記フィンの並び方向の両方に平行な平面を第２基準平面と定義し、前記第２傾斜部のうち、前記第２基準平面よりも重力方向の上方に位置している部分を第２排水領域と定義したとき、
   前記フィンは、前記第２排水領域に形成された追加の排水促進孔をさらに有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
7. 前記フィンは、前記追加の排水促進孔に接続するように前記第２傾斜部に形成された追加の溝をさらに有する、請求項６に記載のフィンチューブ熱交換器。
8. 前記フィンは、前記伝熱管に密着しているフィンカラーをさらに有し、
   重力方向における前記フィンカラーの最上点を通る仮想的な平面であって、前記気流方向及び前記フィンの並び方向の両方に平行な平面を第２拡大基準平面と定義し、前記第２傾斜部及び前記管周囲部のうち、前記第２拡大基準平面よりも重力方向の上方に位置している部分を第２拡大排水領域と定義したとき、
   前記フィンは、前記第２拡大排水領域に形成された追加の排水促進孔をさらに有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
9. 前記フィンは、前記追加の排水促進孔に接続するように前記第２傾斜部に形成された追加の溝をさらに有する、請求項８に記載のフィンチューブ熱交換器。
10. 前記追加の溝は、前記管周囲部と前記第２傾斜部との境界を横切る形で前記管周囲部及び前記第２傾斜部の両方に形成されている、請求項９に記載のフィンチューブ熱交換器。
11. 前記排水促進孔がピンホールである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
12. 前記排水促進孔は、毛細管現象によって前記フィンの表側から前記フィンの裏側に水を導く能力を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
13. 前記フィンを平面視したときの前記排水促進孔の直径又は等価直径が０．１〜１ｍｍの範囲にある、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
14. 前記フィンは、前記気流方向における１つの位置にのみ前記山部を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。

Images