JP2013228125A

JP2013228125A - フィンチューブ熱交換器

Info

Publication number: JP2013228125A
Application number: JP2012099468A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Shigeta; 明広重田; Shoichi Yokoyama; 昭一横山; Masanori Hirota; 正宣広田; Yoshiki Yamaoka; 由樹山岡; Tatsuo Nose; 達夫野瀬
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-11-07
Also published as: WO2013161290A1

Abstract

【課題】排水性に優れたフィンチューブ熱交換器を提供すること。
【解決手段】複数のフィン１と、前記複数のフィン１を貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管２とを備え、前記フィン１は、空気の流れ方向に対して複数の山部３を形成するように傾いている第１傾斜部５と、前記伝熱管２の周囲に形成される管周囲部７と、前記管周囲部７と前記第１傾斜部とを互いに接続する第２傾斜部とを有し、重力方向に対する前記管周囲部７の最下点３０と、前記第２傾斜部の最下点とが同一位置であるので、第２傾斜部６に水を滞留させることなく、管周囲部７の最下点３０を介して水を円滑に排水することができ、通風抵抗の増大と伝熱面積の減少を抑制して、伝熱性能を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に、冷媒の熱交換に用いられるフィンチューブ熱交換器に関するものである。

従来、この種のフィンチューブ熱交換器には、高効率の追求に応じた伝熱促進のために、フィンに波型形状の凹凸を形成しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

図５（ａ）は、従来のフィンチューブ熱交換器におけるフィンの部分平面図、図５（ｂ）および図５（ｃ）は、それぞれ図５（ａ）のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。

従来のフィンチューブ熱交換器は、図５（ａ）および図５（ｃ）に示すように、一定間隔で平行に複数並べられ、その間を空気が流動するフィン１０１と、フィン１０１に所定の段ピッチおよび列ピッチで略直角に挿入され、内部を冷媒が流動する伝熱管１０２とを有する。

フィン１０１には、その表面から立ち上げられ、伝熱管１０２を挿嵌するフィンカラー１０９と、フィン１０１上でフィンカラー１０９の周囲を取り巻く、直径Ｄの環状の管周囲部１０７が形成されている。

また、フィン１０１は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、山部１０３、谷部１０４および谷部１０４ａが、空気の流れ方向Ｓに対して谷部１０４ａ、山部１０３、谷部１０４、山部１０３、谷部１０４ａの順に連続する波型形状を形成している。

さらに、フィン１０１には、山部１０３と、谷部１０４および谷部１０４ａとを互いに接続する第１傾斜部１０５、管周囲部１０７と山部１０３とを互いに接続する第２傾斜部１０６とが形成されている。

そして、山部１０３の山高さＨ１は、隣接するフィン１０１との距離Ｆｐより大きく、この距離の２倍より小さい山高さに形成することで、伝熱性能の向上を図っている。

特開平１０−１４１８８０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、特に、熱交換器を蒸発器として使用する場合、図６に示すように、第２傾斜部１０６が窪みになることで、フィン１０１上で凝縮した水が集積して、凝縮水１１０が発生してしまう。この凝縮水１１０により、通風抵抗が増大し、また、フィンの伝熱面積が減少することで、伝熱性能が低下するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱交換器に滞留した水を円滑に排水することで、排水性能を向上させ、伝熱性能に優れたフィンチューブ熱交換器を提供することを目的とする。

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、複数のフィンと、前記複数のフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管とを備え、前記フィンは、空気の流れ方向に対して複数の山部を形成するように傾いている第１傾斜部と、前記伝熱管の周囲に形成される管周囲部と、前記管周囲部と前記第１傾斜部とを互いに接続する第２傾斜部とを有し、重力方向に対する前記管周囲部の最下点と、前記第２傾斜部の最下点とが同一位置であることを特徴とするものである。

これにより、第２傾斜部を流れる水が、管周囲部を介して重力方向下方へと排水されるので、通風抵抗の増大および伝熱面積の減少を抑制することができる。

本発明によれば、排水性能を向上させ、伝熱性能に優れたフィンチューブ熱交換器を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるフィンチューブ熱交換器の斜視図（ａ）同フィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図、（ｂ）図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）図２（ａ）においてフィンを積層した場合のＢ−Ｂ断面図（ａ）同フィンチューブ熱交換器におけるフィンの別形状の管周囲部の部分平面図、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器におけるフィンの別形状の管周囲部の部分平面図、（ｃ）同フィンチューブ熱交換器におけるフィンの別形状の管周囲部の部分平面図同フィンチューブ熱交換器のフィンの排水作用説明図（ａ）従来のフィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図、（ｂ）図５（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図従来のフィンチューブ熱交換器のフィンの排水作用説明図

第１の発明は、複数のフィンと、前記複数のフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管とを備え、前記フィンは、空気の流れ方向に対して複数の山部を形成するように傾いている第１傾斜部と、前記伝熱管の周囲に形成される管周囲部と、前記管周囲部と前記第１傾斜部とを互いに接続する第２傾斜部とを有し、重力方向に対する前記管周囲部の最下点と、前記第２傾斜部の最下点とが同一位置であることを特徴とするフィンチューブ熱交換器である。

これにより、第２傾斜部を流れる水が、管周囲部を介して重力方向下方へと排水されるので、通風抵抗の増大および伝熱面積の減少を抑制して伝熱性能を向上させることができる。

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本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器の構成図、図２（ａ）は、同フィンチューブ熱交換器のフィン１の部分平面図、図２（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ、図２（ａ）のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線での断面図、図３（ａ）〜（ｃ）は、同フィンチューブ熱交換器のフィンの別形状の管周囲部の部分平面図、図４は、同フィンチューブ熱交換器のフィンの排水作用説明図である。

図１は、例えば、空気調和機やヒートポンプ給湯機、ヒートポンプ温水暖房の室外機に
搭載されるフィンチューブ熱交換器である。このフィンチューブ熱交換器は、空気の流れ方向Ｓに対して流路を形成するように、所定の間隔Ｆｐで積層された複数のフィン１と、フィン１を貫通し、列を成して複数配置される伝熱管２と、フィンチューブ熱交換器を室外機に載置する際の固定、および、複数列のフィンチューブ熱交換器同士をつなぎ合わせるための端板２０から構成される。

フィン１は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、空気の流れ方向Ｓに対して山部３と谷部４および谷部４ａが、谷部４ａ、山部３、谷部４、山部３、谷部４ａの順に第１傾斜部５にて連続する、波型形状のＭ字型コルゲートフィンとなるように形成されている。山部３および谷部４は、隣り合う伝熱管２の間に位置し、山部３の稜線と谷部４の谷線とは、それぞれ略平行である。また、フィン１と伝熱管２とは、伝熱管２を機械拡管もしくは液圧拡管して、図２（ｃ）に示すフィンカラー９で接合される。

また、図２（ａ）に示すように、フィン１は、空気の流れ方向Ｓに対して山部３を形成するように傾斜している第１傾斜部５と、伝熱管２の周囲の平坦部である管周囲部７と、管周囲部７と第１傾斜部５とを互いに接続している第２傾斜部６とを有し、重力方向Ｇに対して、管周囲部７の最下点３０が、第２傾斜部の最下点以下の位置に形成されている。

なお、本実施の形態においては、図２（ａ）に示すように、管周囲部７の最下点３０と第２傾斜部の最下点は一致している。

また、第２傾斜部６および管周囲部７は、伝熱管２の重力方向Ｇに垂直な中心線に対して、線対称に形成されており、谷部４は、最下点３０と重力方向Ｇに対する管周囲部７の最上点３１とを結ぶように形成されている。

管周囲部７は、重力方向Ｇに垂直な方向に幅寸法Ｗ１、重力方向Ｇの方向に長さ寸法Ｗ２を有する。

なお、幅寸法Ｗ１と長さ寸法Ｗ２との関係は、Ｗ２をＷ１と同一長さか、あるいは、Ｗ２をＷ１の１．５倍以下にすることで、伝熱管２から略均一に広がる熱伝達性を維持できるとともに、排水性を向上させることができる。

また、管周囲部７が略二角形状以外の場合は、直径Ｄの相当直径Ｄｅを用いて、Ｄ≦Ｄｅ≦１．５Ｄを適用する。

ここで、管周囲部７は特に限定されず、図２に示すような二角形の形状のほか、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示すような、略平行四辺形７ａ、略楕円形７ｂ、略六角形７ｃでもよい。本実施の形態では、比較的加工が容易で、管周囲部７の面積拡大が抑えられる略二角形としている。

以上のように構成されたフィンチューブ熱交換器について、以下にその動作および作用を説明する。

本実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器は、フィン１の間を通過する空気と、伝熱管２内を流れる冷媒が熱交換を行うものである。ここで、伝熱管２の内部を流れる冷媒は、例えば、Ｒ４１０Ａ、プロパン、プロピレン、二酸化炭素などの環境負荷の少ないものが適しているが、特にこれらに限定されるものではない。

図２（ｃ）に示す、積層されたフィン１を通過する空気は、フィン１に形成された山部３、谷部４および谷部４ａによって、その流れが蛇行流Ｓｃとなり、これによって乱流促
進や温度境界層の薄膜化を図ることで伝熱性能を向上させることができる。

しかし、特に、フィンチューブ熱交換器を蒸発器として使用する場合、図５および図６に示すように、フィン１０１上で凝縮した水が集積して、第２傾斜部１０６の窪みに、凝縮水１１０による水滴が発生する。このため、通風抵抗の増大およびフィンの伝熱面積の減少が生じ、伝熱性能が低下していた。

また、外気温が低い時には、フィン１０１の表面に霜が付着するが、その霜を溶かした場合にも、第２傾斜部１０６で水滴が発生してしまうため、再び霜が成長しやすくなり、頻繁に霜を溶かさなければならないために、ヒートポンプ機器としてのエネルギー効率を低下させてしまう。

これに対する、本実施の形態におけるフィン１の作用を、図４を用いて説明する。図４は左から順に、時系列的に並べられている。

本実施の形態のフィンチューブ熱交換器では、管周囲部７の最下点３０が、第２傾斜部６の最下点以下の位置に形成されているため、第２傾斜部６に水が滞留する窪みが形成されることがない。よって、管周囲部７に析出する凝縮水１０（図４の左）は、管周囲部７の最下点３０へと誘導され（図４の中）、谷部４を介して重力方向下方へと排水されることとなる（図４の右）。

このように、本実施の形態においては、管周囲部７の最下点３０を、第２傾斜部の最下点以下の位置に設けたので、特に、熱交換器を蒸発器として使用する場合には、第２傾斜部６を流れる水を滞留させることなく、最下点３０と谷部４を介して重力方向下方へと円滑に誘導して排水することができる。

よって、通風抵抗の増大とフィンの伝熱面積の減少を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。

また、管周囲部７が、伝熱管２の重力方向Ｇに垂直な中心線に対して、線対称に形成され、谷部４が、最下点３０と最上点３１とを結ぶように形成されていると、管周囲部７および谷部４によって、フィン１上を流れる水に対して、１つの流路が形成されることとなるので、排水性をより向上させることができる。

なお、最下点３０と最上点３１および谷部４を形成する谷線とが、フィンカラーの中心軸線Ｐに対して垂直な、同一の面上に形成されていると、フィン１上を流れる水を重力下方へと円滑に誘導して、排水性をより向上させることができる。

なお、本実施の形態では、伝熱管２を丸管として記載したが、伝熱管２は丸管でなくても、例えば、偏平管としてもよい。

以上のように、本発明にかかるフィンチューブ熱交換器は、伝熱管を取り巻くように形成される管周囲部により排水性を向上させることができるので、空気調和装置、給湯装置、暖房装置などに用いられる熱交換器に適用することができる。

１フィン
２伝熱管
３山部
４谷部
５第１傾斜部
６第２傾斜部
７管周囲部
３０最下点
Ｓ空気の流れ方向
Ｇ重力方向

Claims

複数のフィンと、前記複数のフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管とを備え、前記フィンは、空気の流れ方向に対して複数の山部を形成するように傾いている第１傾斜部と、前記伝熱管の周囲に形成される管周囲部と、前記管周囲部と前記第１傾斜部とを互いに接続する第２傾斜部とを有し、重力方向に対する前記管周囲部の最下点と、前記第２傾斜部の最下点とが同一位置であることを特徴とするフィンチューブ熱交換器。