JP2013245884A - フィンチューブ熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】排水性の向上した、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。
【解決手段】気流が通過する複数のプレートフィン１と、前記プレートフィン１を貫通し、内部を流体が流動する複数の偏平管４と、前記偏平管４の間に形成される伝熱促進部（６、７、９）とを備え、前記偏平管４は、前記気流方向に対して傾くように傾斜して配設されるとともに、前記プレートフィン１の平坦部に、前記伝熱促進部（６、７、９）の一部を始端とする流体経路（１０１、１０２）を設けることにより、伝熱促進部（６、７、９）とプレートフィン１の平坦部２との間に滞留する水分を、流体経路（１０１、１０２）を介して円滑に流下させることができ、また、傾斜して配置される偏平管４を伝って水分を誘導し、排出することができるので、プレートフィンに水分が流れる流路が形成されることとなり、排水性を向上させ、伝熱性能を向上させることができる。
【選択図】図１

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、この種の熱交換器には、伝熱管として、管の断面形状が偏平状である偏平管を用い、これを傾斜させて用いることで排水性の向上を図っているものがある（例えば、特許文献１を参照）。

図１６〜２２は、従来のフィンチューブ熱交換器および、同フィンチューブ熱交換器におけるプレートフィンの部分平面図を示すものである。

従来のフィンチューブ熱交換器は、図１６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が流動する複数のプレートフィン１と、これらのプレートフィン１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、断面外周が偏平状の偏平管４および、偏平管４の両端それぞれが接続され、偏平管４とともに冷媒流路を形成するヘッダー５とから構成されている。

また、図１７〜２２に示すように、重力方向に平行に並んだ偏平管４の間には、熱交換器の伝熱促進を図ることを目的とする伝熱促進部として、温度境界層を再形成させるルーバー６および切り起し７や、気流の乱流化を促進する起伏部９が設けられている。

また、偏平管４は、気体の主流方向に対して２列設けられ、各列の偏平管４は気体の主流方向に対して傾斜している。そして、２列の偏平管４の間には、プレートフィン１の表面に設けられ、鉛直方向に連通する排水面８が設けられている。

このような構成とすることで、プレートフィン１上に析出する凝縮水が、傾斜した偏平管４の上面を伝って排水面８へと誘導され、さらに排水面８を伝って鉛直方向下向きに誘導されることで、排水性の向上を図っている。

特開２００７−１８３０８８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、偏平管上面への水分の滞留を抑制することができるが、偏平管の間に設けられる伝熱促進部に水分が滞留し、通風抵抗が増大するという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、複数配設される偏平管の間や伝熱促進部に、水分を円滑に流下させる流体経路を設けることで排水性を向上させ、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、気流が通過する複数のプレートフィンと、前記プレートフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の
偏平管と、前記偏平管の間に形成される伝熱促進部とを備え、前記偏平管は、前記気流方向に対して傾くように傾斜して配設されるとともに、前記複数の偏平管の間に形成される、前記プレートフィンの平坦部に、前記伝熱促進部の一部を始端とする流体経路を設けることを特徴とする。

これにより、伝熱促進部とプレートフィンの平面部との間に滞留する水分を、流体経路を介して円滑に流下させることができ、また、傾斜して配置される偏平管を伝って水分を誘導し、排出することができるので、プレートフィンに水分が流れる流路が形成されることとなり、排水性を向上させることができる。

また、本発明のフィンチューブ熱交換器は、気流が通過する複数のプレートフィンと、前記プレートフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の偏平管と、前記偏平管の間に形成される複数の切り起しとを備え、前記偏平管は、前記気流方向に対して傾くように傾斜して配設されるとともに、前記切り起しに流体経路を設けることを特徴とする。

これにより、切り起しに滞留する水分を、流体経路を介して円滑に流下させることができ、また、傾斜して配置される偏平管を伝って水分を誘導し、排出することができるので、プレートフィンに水分が流れる流路が形成されることとなり、排水性を向上させることができる。

また、本発明のフィンチューブ熱交換器は、気流が通過する複数のプレートフィンと、前記プレートフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の偏平管と、前記偏平管の間に形成され、前記気流方向に対して山部および谷部が交互に並んで形成される起伏部とを備え、前記偏平管は、前記気流方向に対して傾くように傾斜して配設されるとともに、前記山部および前記谷部の端点と前記プレートフィンの平坦部とを接続する傾斜面に、流体経路を設けることを特徴とする。

これにより、起伏部の傾斜面に滞留する水分を、流体経路を介して円滑に流下させることができ、また、傾斜して配置される偏平管を伝って水分を誘導し、排出することができるので、プレートフィンに水分が流れる流路が形成されることとなり、排水性を向上させることができる。

本発明によれば、排水性の向上した、伝熱性能に優れたプレート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フィンの正面図 同フィンチューブ熱交換器のフィンを積層した際の図１のＡ−Ａ矢視図 同フィンチューブ熱交換器のフィンの要部拡大詳細正面図 本発明の実施の形態２におけるフィンチューブ熱交換器のフィンの正面図 同フィンチューブ熱交換器のフィンを積層した際の図４のＢ−Ｂ矢視図 同フィンチューブ熱交換器のフィンの要部拡大詳細正面図 同フィンチューブ熱交換器のフィンの別形状の小孔を示す要部拡大詳細正面図 本発明の実施の形態３におけるフィンチューブ熱交換器のフィンの正面図 同フィンチューブ熱交換器のフィンの図８のＣ−Ｃ矢視図 同フィンチューブ熱交換器のフィンの風上側の要部拡大詳細正面図 同フィンチューブ熱交換器のフィンの風下側の要部拡大詳細正面図 （ａ）同フィンチューブ熱交換器のフィンにおいて断面形状が三角形の溝を示す断面図（ｂ）同フィンチューブ熱交換器のフィンにおいて断面形状が台形の溝を示す断面図（ｃ）同フィンチューブ熱交換器のフィンにおいて断面形状が四角形の溝を示す断面図 本発明の実施の形態４におけるフィンチューブ熱交換器のフィンの正面図 同フィンチューブ熱交換器のフィンの図１３のＤ−Ｄ矢視図 同フィンチューブ熱交換器のフィンの要部拡大詳細正面図 従来のフィンチューブ熱交換器の基本構成を示す斜視図 同フィンチューブ熱交換器においてルーバーを形成したフィンの正面図 同フィンチューブ熱交換器のフィンを積層した際の図１７のＡ−Ａ矢視図 同フィンチューブ熱交換器において切り起しを形成したフィンの正面図 同フィンチューブ熱交換器のフィンを積層した際の図１９のＢ−Ｂ矢視図 同フィンチューブ熱交換器において起伏部を形成したフィンの正面図 同フィンチューブ熱交換器のフィンの図２１のＣ−Ｃ矢視図

第１の発明は、気流が通過する複数のプレートフィンと、前記プレートフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の偏平管と、前記偏平管の間に形成される伝熱促進部とを備え、前記偏平管は、前記気流方向に対して傾くように傾斜して配設されるとともに、前記複数の偏平管の間に形成される、前記プレートフィンの平坦部に、前記伝熱促進部の一部を始端とする流体経路を設け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、伝熱促進部とプレートフィンの平面部との間に滞留する水分を、流体経路を介して円滑に流下させることができ、また、傾斜して配置される偏平管を伝って水分を誘導し、排出することができるので、プレートフィン全体に水分が流れる流路が形成されることとなり、排水性を向上させることができる。よって、通風抵抗の増大を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。

第２の発明は、気流が通過する複数のプレートフィンと、前記プレートフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の偏平管と、前記偏平管の間に形成される複数の切り起しとを備え、前記偏平管は、前記気流方向に対して傾くように傾斜して配設されるとともに、前記切り起しに流体経路を設け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、切り起しに滞留する水分を、流体経路を介して円滑に流下させることができ、また、傾斜して配置される偏平管を伝って水分を誘導し、排出することができるので、プレートフィン全体に水分が流れる流路が形成されることとなり、排水性を向上させることができる。よって、通風抵抗の増大を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。

第３の発明は、気流が通過する複数のプレートフィンと、前記プレートフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の偏平管と、前記偏平管の間に形成され、前記気流方向に対して山部および谷部が交互に並んで形成される起伏部とを備え、前記偏平管は、前記気流方向に対して傾くように傾斜して配設されるとともに、前記山部および前記谷部の端点と前記プレートフィンの平坦部とを接続する傾斜面に、流体経路を設け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、起伏部の傾斜面に滞留する水分を、流体経路を介して円滑に流下させることができ、また、傾斜して配置される偏平管を伝って水分を誘導し、排出することができるので、プレートフィン全体に水分が流れる流路が形成されることとなり、排水性を向上させることができる。よって、通風抵抗の増大を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。

第４の発明は、特に第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記流体経路は、フィンの表裏を連通する切り込み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、加工が容易な切り込みによって水分を誘導することができるとともに、毛細管現象を利用して、水分を円滑に流下させることができるので、排水性を向上させて通風抵抗の増大を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。

第５の発明は、特に第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記流体経路は、フィンの表裏を連通する小孔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、フィンの熱伝達を阻害することなく、毛細管現象を利用して水分を円滑に流下させることができるので、排水性を向上させて通風抵抗の増大を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。

第６の発明は、特に第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記流体経路は、凹部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、フィンの剛性を維持しながら、水分を円滑に流下させることができるので、排水性を向上させて通風抵抗の増大を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。

第７の発明は、特に第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記偏平管の内部を流通させる冷媒として、ＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、ＨＣ冷媒、ＣＯ２冷媒の少なくとも一つを含む冷媒を使用す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、オゾン層の破壊がなく、またＨＣ冷媒あるいはＣＯ２冷媒は地球温暖化係数が小さいなど環境に配慮した空気調和機や冷凍機などの商品とすることができるとともに、偏平管を用いているので、これらの冷媒の使用量を少なくすることができる。

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）
本発明の熱交換器の基本構成は、図１６に示すように、多数積層されたプレートフィン１と、２列複数段の偏平管とで構成されるプレートフィンアンドチューブ熱交換器である。また、偏平管４を、流体Ｒの流れが略水平方向になるように、すなわち、各列の偏平管４は長手方向が略水平方向になるように配置されて構成される。

図１は、本実施の形態１におけるプレートフィン１の正面図、図２は、図１のＡ−Ａ矢視図、図３は、プレートフィン１の要部を拡大した詳細正面図である。

図１〜図３において、偏平管４は、プレートフィン１に略直角に、所定の列ピッチ（気体の主流方向のピッチ）と段ピッチ（重力方向のピッチ）で２列複数段に配設されている。

そして、風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの両方とも、気体の主流方向に対する角度αを風下方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°とし、千鳥状に挿入されている。

風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの列方向の距離Ｅ（列ピッチ）は約１ｍｍ〜約４ｍｍで、風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間のプレートフィン１の表面に
は鉛直方向に連通する排水面８が設けられている。

段方向に隣接する偏平管４の間には、気体の主流方向に開口する複数の伝熱促進部としてのルーバー６が設けられている。

複数のルーバー６は、図２に示すように、角度θを２０〜４０°とし、気体の主流方向の幅Ｗｌを、積層されるプレートフィン１の一定のピッチＰｆと概略等しく設定される。また、高さＨｌを０．８ｍｍ以上、かつ、積層されるプレートフィンの一定のピッチの略１／３以上、略２／３以下となるよう設定されている。

さらに、段方向の偏平管４の間で、かつ、ルーバー６が形成されていないプレートフィン１の平坦部２に、排水のための流体経路として、ルーバー６の一部を始端とする切り込み１０１が設けられている。本実施の形態では、ルーバー６の下方で、かつ、ルーバー６とプレートフィン１の平坦部２とが接続されている部分を始端とし、鉛直下方に延びる切り込み１０１を設ける。

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。

以上のように、本実施の形態においては、気体の風上列の偏平管４ａおよび気体の風下列の偏平管４ｂの２列複数段の偏平管４を、気体の主流方向に対して千鳥状に、かつ、気体の主流方向に対して傾斜させて配置している。

また、気体の風上列の偏平管４ａおよび気体の風下列の偏平管４ｂの両方を、気体の風下方向に向かって下り勾配に傾斜させ、風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂとの間に鉛直方向に連通する排水面８を設けている。

これにより、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき、プレートフィン１の表面に生じる凝縮水の一部は、一旦風上列の偏平管４ａの上面まで流れ落ち、その後、風上列の偏平管４ａの傾斜に従い流れ落ち、その後、プレートフィン１の表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面８を流れ落ちる。

また、プレートフィン１の表面に生じる凝縮水の残りは一旦風下列の偏平管４ｂの上面まで流れ落ち、その後、風下列の偏平管４ｂの傾斜に従い流れ落ちる、さらに、プレートフィン１風下側の後縁部に形成され、かつ、鉛直方向に連通するように形成される平坦部２を流れ落ちるので、凝縮水はフィン上に滞留することがなく、通風抵抗の増大を抑制することができる。

また、本実施の形態では、偏平管４の水平方向に対する傾斜の角度αを約５°〜約３０°となるようにしたことにより、通風抵抗の増大を抑制しながら、プレートフィン１および偏平管４の表面に付着する凝縮水の滞留を抑え、円滑に落下させることができる。

傾斜の角度αが約５°より小さいと凝縮水が滞留しやすくなり、一方約３０°より大きくなると、通風抵抗が大幅に増大するので、偏平管４の水平方向に対する傾斜の角度αは約５°〜約３０°が適切である。

また、本実施の形態では、プレートフィン１の風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅを、約１ｍｍ〜約４ｍｍとしたことにより、プレートフィン１の効率を維持しながら、プレートフィン１および偏平管４の表面に付着する凝縮水を、円滑に落下させることができる。

プレートフィン１の風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅが約１ｍｍより狭いと、流路が不足して凝縮水が流れ落ちにくく、また一方約４ｍｍより広いと、フィン効率が悪化するので、排水面８の列方向の幅Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍが適切である。

また、本実施の形態では、段方向に隣接する偏平管４の間のプレートフィン１の表面の領域に、前記気体の主流方向に開口する複数のルーバー６を設けたことにより、熱交換器に流入した空気は、プレートフィン１に設けた複数のルーバー６を通り抜け、温度境界層前縁効果と、プレートフィン１の表裏にわたる気流の混合攪拌効果とによる優れた伝熱性能が得られる。

また、本実施の形態では、ルーバー６の角度θを２０〜４０°とし、ルーバー６の気体の主流方向の幅Ｗｌを、積層されるプレートフィン１の一定のピッチＰｆと概略等しくしたこと、あるいは、ルーバー６の高さＨｌを０．８ｍｍ以上、かつ積層されるプレートフィン１の一定のピッチＰｆの略１／３以上、略２／３以下としている。

これにより、熱交換器に流入した空気は、プレートフィン１に設けた複数のルーバー６を素通りすることなく適切に通り抜けることができ、温度境界層前縁効果と、前記プレートフィンの表裏にわたる気流の混合攪拌効果とにより、伝熱性能が向上し、熱交換能力を増大させることができる。

また、段方向の偏平管４の間で、かつ、ルーバー６が形成されていないプレートフィン１の平坦部２に、ルーバー６の一部を始端とする切り込み１０１が設けられているので、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、プレートフィン１の表面に付着する凝縮水を毛細管現象により誘引して、鉛直下方に排水することができる。

さらに、切り込み１０１は表裏に連通しているので、凝縮水は、プレートフィン１の反対側に通り抜けるように誘導され、より円滑に排水することができるので、伝熱面積の減少を抑制しながら、伝熱性能を向上することができる。

以上のような構成により、プレートフィン１の全体にわたって、水分が流れる流路が形成されることとなるので、排水性が向上し、伝熱性能を向上させることができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるプレートフィン１の正面図、図５は、図４のＢ−Ｂ矢視図、図６は、プレートフィン１の要部を拡大した詳細正面図、図７は、プレートフィン１において別形状の小孔を示す詳細正面図である。

図４〜図７において、偏平管４は、プレートフィン１に略直角に、所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段、かつ、風上列の偏平管４ａは、気体の主流方向に対する角度αを風下方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°とし、さらに、風下列の偏平管４ｂは気体の主流方向に対する角度βを風上方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°として、気流の主流方向に対して千鳥状に挿入されている。

風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの列方向の距離Ｅは、約１ｍｍ〜約４ｍｍで、風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間のプレートフィン１の表面には鉛直方向に連通する排水面８が設けられている。

段方向に隣接する偏平管４の間の領域のプレートフィン１の表面には、気体の主流方向に開口する、伝熱促進部としての切り起し７が複数設けられている。切り起し７の高さＨ
ｓは積層されるプレートフィン１の一定のピッチＰｆの約１／４〜約３／４、切り起し７の幅Ｗｓはプレートフィンベースの幅Ｗｂの約１／２〜約１／３である。

さらに、段方向の偏平管４の間で、かつ、切り起し７が形成されていないプレートフィン１の平坦部２に、排水のための流体経路として、切り起し７の一部を始端とする切り込み１０１が設けられている。本実施の形態では、切り起し７の下方で、かつ、切り起し７の立ち上り部の両脇を始端とし、鉛直下方に延びる切り込み１０１を設けている。

また、切り起し７の上方で、かつ、切り起し７の立ち上り部の稜線には、排水のための流体経路として、小孔１０２を設けている。

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。

以上のように、本実施の形態においては、偏平管４をプレートフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段千鳥状に、かつ、風上列の偏平管４ａは風下方向に向かって下り勾配に、風下列の偏平管４ｂは風上方向に向かって下り勾配に挿入される。

また、風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂとの間のプレートフィン１の表面に、鉛直方向に連通する排水面８を設けている。

これにより、熱交換器を気体の冷却器として用いたときプレートフィン１の表面に生じる凝縮水の一部は、一旦風上列の偏平管４ａの上面あるいは風下列の偏平管４ｂの上面まで流れ落ち、その後、風上列の偏平管４ａあるいは風下列の偏平管４ｂの傾斜に従い流れ落ち、その後、プレートフィン１の表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面８を流れ落ちるので、凝縮水は滞留することがなく、通風抵抗の増大を抑制することができる。

また、本実施の形態では、風上列の偏平管４ａの水平方向に対する傾斜の角度αと風下列の偏平管４ｂの水平方向に対する傾斜の角度βを約５°〜約３０°となるようにしたことにより、通風抵抗の増大を抑制しながら、プレートフィン１および偏平管４の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に流下させることができる。

傾斜の角度αが約５°より小さいと凝縮水が滞留しやすくなり、一方約３０°より大きくなると、通風抵抗が大幅に増大するので、偏平管４の水平方向に対する傾斜の角度αは約５°〜約３０°が適切である。

また、本実施の形態では、プレートフィン１の風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅを、約１ｍｍ〜約４ｍｍとしたことにより、プレートフィン１の効率を維持しながら、プレートフィン１および偏平管４の表面に付着する凝縮水を、円滑に落下させることができる。

プレートフィン１の風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅが約１ｍｍより狭いと、流路が不足して凝縮水が流れ落ちにくく、一方、約４ｍｍより広いと、フィン効率が悪化するので、排水面８の列方向の幅Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍが適切である。

また、本実施の形態では、段方向に隣接する前記偏平管の間の領域のプレートフィン１の表面に、積層されるプレートフィン１の一定のピッチＰｆの約１／４〜約３／４の高さＨｓの、気体主流方向に開口する複数の切り起し７を設けたことにより、複数の前記切り起し７の温度境界層前縁効果による優れた通風特性と伝熱性能が得られる。

また、本実施の形態では、切り起し７の幅Ｗｓを、プレートフィンベースの幅Ｗｂの約１／２〜約１／３としたことにより、気体の風下側の切り起し７の温度境界層はその風上側の切り起し７の温度境界層に埋没することなく、それぞれの切り起し７が高い温度境界層前縁効果を有し、さらに優れた通風特性と伝熱性能が得られる。

また、段方向の偏平管４の間で、かつ、切り起し７が形成されていないプレートフィン１の平坦部２に、切り起し７の下方で、かつ、切り起し７の立ち上り部の両脇を始端とする切り込み１０１が設けられている。

よって、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、プレートフィン１の表面に付着する凝縮水を毛細管現象により誘引して、鉛直下方に排水することができ、また、切り込み１０１は表裏に連通しているので、凝縮水は、反対側の鉛直下側の面に通り抜けて、より円滑に排水されるので、通風抵抗の増大を抑制することとなり、伝熱面積の減少を抑制しながら、伝熱性能を向上させることができる。

また、切り起し７の上方で、かつ、切り起し７の立ち上り部の稜線には、プレートフィン１の表裏を連通する小孔１０２が設けられている。

よって、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、プレートフィン１の表面に付着し、立ち上り部の上面に保水される凝縮水は、小孔１０２を通り抜け、反対側の面に抜け出して、円滑に排水されるので、通風抵抗の増大と伝熱面積の減少を抑制することとなり、伝熱性能を向上することができる。

なお、小孔１０２は図６に示すような略円形以外の形状、例えば、図７に示すような略楕円形の小孔１０２ａや、三角形の小孔１０２ｂ、逆三角形の小孔１０２ｃ、菱形の小孔１０２ｄでもよいが、本実施の形態では比較的加工が容易と考えられる略円形としている。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３におけるプレートフィン１の正面図、図９は、図８のＣ−Ｃ矢視図、図１０は、プレートフィン１の風上列の要部を拡大した詳細正面図、図１１は、プレートフィンの風下列の要部を拡大した詳細正面図である。

図８〜図１１において、偏平管４は、プレートフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段千鳥状に、風上列の偏平管４ａはプレートフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入される。

風下列の偏平管４ｂは、プレートフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入され、そして風上列の偏平管４ａは気体の主流方向に対する角度αを風下方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°と、風下列の偏平管４ｂは気体の主流方向に対する角度βを風上方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°と、設定されている。

風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの列方向の距離Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍで、風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間のプレートフィン１の表面には鉛直方向に連通する排水面８が設けられている。また、段方向に隣接する偏平管４の間の領域のプレートフィン１の表面には、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた、伝熱促進部としての起伏部９が設けられている。

また、風上列の偏平管４ａの間に形成される、起伏部９の山部および谷部の端点とフィンの平坦部２をつなぐ傾斜面１０５に、排水のための流体経路として、切り込み１０１ａ
および切り込み１０１ｂが設けられている。本実施の形態では、起伏部９の下方に形成される傾斜面１０５に、略鉛直方向に伸びる切り込み１０１ａを設け、起伏部９の上方に形成される傾斜面１０５の斜辺に、切り込み１０１ｂが設けられている。

さらに、風下列の偏平管４ｂの間に形成される起伏部９の山部の稜線には、排水のための流体経路として細かい筋状の溝１０３が設けられている。

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。

以上のように、本実施の形態においては、偏平管４が、プレートフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段千鳥状に挿入され、そして風上列の偏平管４ａは風下方向に向かって下り勾配に、風下列の偏平管４ｂは風上方向に向かって下り勾配に配置される。

また、風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂとの間のプレートフィン１の表面に鉛直方向に連通する排水面８を設けている。

これにより、熱交換器を気体の冷却器として用いたときプレートフィン１の表面に生じる凝縮水の一部は、一旦風上列の偏平管４ａの上面あるいは風下列の偏平管４ｂの上面まで流れ落ち、その後、風上列の偏平管４ａあるいは風下列の偏平管４ｂの傾斜に従い流れ落ちる。

さらに、プレートフィン１の表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面８を流れ落ちるので、凝縮水は滞留することがなく、通風抵抗の増大を抑制させることができる。

また、本実施の形態では、風上列の偏平管４ａはプレートフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入され、風下列の偏平管４ｂはプレートフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入されていることにより、風上列の偏平管４ａが挿入されるプレートフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａおよびプレートフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂは、偏平管４の傾斜方向の上側にある構成となる。

よって、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき、プレートフィン１の表面に生じる凝縮液が滞留することがなく、通風抵抗の増大を抑制させることができる。

さらに、風上列の偏平管４ａはプレートフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入され、風下列の偏平管４ｂはプレートフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入されるので、熱交換器の組立作業性が良好である。

また、本実施の形態では、風上列の偏平管４ａの水平方向に対する傾斜の角度αと風下列の偏平管４ｂの水平方向に対する傾斜の角度βを約５°〜約３０°となるようにしたことにより、通風抵抗の増大を抑制しながら、プレートフィン１および偏平管４の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に落下させることができる。

傾斜の角度αが約５°より小さいと凝縮水が滞留しやすくなり、一方、約３０°より大きくなると、通風抵抗が大幅に増大するので、偏平管４の水平方向に対する傾斜の角度αは約５°〜約３０°が適切である。

また、本実施の形態では、プレートフィン１の風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅを約１ｍｍ〜約４ｍｍとしたことにより、フィン効率を維持しながら、プレートフィン１および偏平管４の表面に付着
する凝縮水を、円滑に落下させることができる。

プレートフィン１の風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅが約１ｍｍより狭いと、流路が不足して凝縮水が流れ落ちにくく、一方、約４ｍｍより広いと、フィン効率が悪化するので、排水面８の列方向の幅Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍが適切である。

また、本実施の形態では、段方向に隣接する偏平管４の間の領域のプレートフィン１の表面に、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部９を設けたことにより、優れた伝熱性能が得られる。

また、本実施の形態の熱交換器を空気調和機の室外熱交換器として用いたとき、暖房運転時に外気が低温になると、プレートフィン１の表面に霜が付着するが、温度境界層前縁効果で高性能を得る切り起しなどのように、性能が良好な切り起しの前縁に霜が集中して付着し、付着した霜によりプレートフィン１が目詰まりを起こすことで通風が行われず、暖房性能が急激に下がるという課題も生じにくい。

また、起伏部９の山部および谷部の端点とフィンの平坦部２をつなぐ傾斜面１０５に、切り込み１０１ａおよび切り込み１０１ｂが設けられているので、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、の表面に付着し、傾斜面１０５に保水される凝縮水を毛細管現象により誘引して、鉛直下方に排水することができる。

また、切り込み１０１ａと切り込み１０１ｂは、それぞれ表裏に連通しているので、凝縮水は、反対側の鉛直下側の面に通り抜けて、より円滑に排水することができるので、通風抵抗の増大を抑制することとができる。

よって、伝熱面積の減少を抑制しながら、伝熱性能を向上することができる。

また、起伏部９の山部の稜線に細かい筋状の溝１０３を設けていると、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、プレートフィン１の表面に付着し、傾斜面の上面に保水される凝縮水を毛細管現象により誘引して、鉛直下方に排水することができる。

よって、通風抵抗の増大を抑制することとなり、伝熱性能を向上することができるとともに、細かい筋状の溝１０３は気流を乱す効果を有するので、伝熱を促進し、熱交換性能を向上させることができる。

なお、細かい筋状の溝１０３の断面形状は、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、三角形、台形および四角形などがあり、いずれの形状であっても、ほぼ同様の効果を有する。ここで、溝１０３の幅１４は、毛細管現象を利用するために、２ｍｍ以下であることが好ましく、さらに毛細管現象の効果を向上させるために、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４におけるプレートフィン１の正面図、図１４は、図１３のＤ−Ｄ矢視図、図１５は、プレートフィン１の要部を拡大した詳細正面図である。

図１３〜図１５において、偏平管４は、プレートフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段千鳥状に、風上列の偏平管４ａはプレートフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入され、その幅Ｌｂが風上列の偏平管４ａの幅Ｌａの約３０％〜約６０％の風下列の偏平管４ｂはプレートフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入され
ている。

そして、風上列の偏平管４ａは、気体の主流方向に対する角度αを風下方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°と、風下列の偏平管４ｂは気体の主流方向に対する角度βを風上方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°と、設定されている。

風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの列方向の距離Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍで、風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間のプレートフィン１の表面には鉛直方向に連通する排水面８が設けられている。

段方向に隣接する偏平管４の間の領域のプレートフィン１の表面には、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた、伝熱促進部としての起伏部９が設けられ、さらに起伏部９の山部の稜線には切り込み１０が設けられている。

さらに、起伏部９の山部および谷部の端点とフィンの平面部をつなぐ傾斜面１０５の稜線に、排水のための流体経路として、凹部１０４が設けられている。

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。

以上のように、本実施の形態においては、偏平管４は、プレートフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段千鳥状に挿入されている。

そして、風上列の偏平管４ａは、風下方向に向かって下り勾配に、風下列の偏平管４ｂは、風上方向に向かって下り勾配に配置され、風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂとの間のプレートフィン１の表面に鉛直方向に連通する排水面８を設けている。

これにより、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき、プレートフィン１の表面に生じる凝縮水の一部は、一旦風上列の偏平管４ａの上面あるいは風下列の偏平管４ｂの上面まで流れ落ち、その後、風上列の偏平管４ａあるいは風下列の偏平管４ｂの傾斜に従い流れ落ちる。

さらに、プレートフィン１の表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面８を流れ落ちるので、凝縮水は滞留することがなく、通風抵抗の増大を抑制することができる。

また、本実施の形態では、風上列の偏平管４ａはプレートフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入され、風下列の偏平管４ｂはプレートフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入されている。

これにより、風上列の偏平管４ａが挿入されるプレートフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａおよびプレートフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂは、偏平管４の傾斜方向の上側にある構成となるので、熱交換器を気体の冷却器として用いたときプレートフィン１の表面に生じる凝縮液が滞留することがなく、通風抵抗の増大を抑制することができる。

さらに、風上列の偏平管４ａはプレートフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入され、風下列の偏平管４ｂはプレートフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入されるので、熱交換器の組立作業性が良好である。

また、本実施の形態では、風下列の偏平管４ｂの幅Ｌｂを風上列の偏平管４ａの幅Ｌａの約３０％〜約６０％となるようにしたことにより、この比率約３０％〜６０％は風上側に対する風下側の熱負荷または熱流束の比率約４０％〜約５０％にほぼ等しくすることが
できる。

よって、風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂのそれぞれの伝熱管に流れる冷媒の流量の比率も風上側と風下側の熱負荷または熱流束の比率にほぼ等しくなり、風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂのそれぞれの伝熱管に流れる冷媒の状態量の変化がほぼ同様となることにより、熱交換器の性能を最大限に活かすことができる。

また、本実施の形態では、風上列の偏平管４ａの水平方向に対する傾斜の角度αと風下列の偏平管４ｂの水平方向に対する傾斜の角度βを約５°〜約３０°となるようにしたことにより、通風抵抗をあまり増大させず、プレートフィン１および偏平管４の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に落下させることができる。

傾斜の角度αが約５°より小さいと凝縮水が滞留しやすくなり、一方約３０°より大きくなると、通風抵抗が大幅に増大するので、偏平管４の水平方向に対する傾斜の角度αは約５°〜約３０°が適切である。

また、本実施の形態では、プレートフィン１の風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅを約１ｍｍ〜約４ｍｍとしたことにより、フィン効率を維持しながら、プレートフィン１および偏平管４の表面に付着する凝縮水を、円滑に落下させることができる。

プレートフィン１の風上列の偏平管４ａと風下列の偏平管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅが約１ｍｍより狭いと、流路が不足して凝縮水が流れ落ちにくく、一方、約４ｍｍより広いと、フィン効率が悪化するので、排水面８の列方向の幅Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍが適切である。

また、本実施の形態では、段方向に隣接する偏平管４の間の領域のプレートフィン１の表面に、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部９を設けたことにより、優れた伝熱性能が得られる。

また、本実施の形態の熱交換器を空気調和機の室外熱交換器として用いたとき、暖房運転時に外気が低温になると、プレートフィン１の表面に霜が付着するが、温度境界層前縁効果で高性能を得る切り起しなどのように、性能が良好な切り起しの前縁に霜が集中して付着し、付着した霜によりプレートフィン１が目詰まりを起こし、ほとんど通風できなくなってしまうのが早く、暖房性能が急激に下がるという課題も生じにくい。

また、本実施の形態では、プレートフィン１の表面の、段方向に隣接する偏平管４の間の領域に設けた起伏部９の山部の稜線に切り込み１０を設けている。

これにより、本実施の形態の熱交換器を、凝縮器やプレートフィン１表面に霜が付かない条件で蒸発器として使用したとき、起伏部９の山部の稜線に設けた切り込み１０の温度境界層前縁効果により、高性能化を図ることができる。

また、霜が付く条件で蒸発器として使用したときには、温度境界層前縁効果により局所熱伝達率が高い切り込み１０へ早く着霜するが、切り込み１０が霜で閉塞しても、起伏部９としての伝熱促進性能を維持するので、暖房性能の急激な減少を抑制することができる。

さらに、プレートフィン１の表面に凝縮水が付着する場合には、起伏部９の山部の稜線に設けた切り込み１０が、毛細管現象により、凝縮水を速やかに排出する。

なお、本実施の形態の熱交換器において、切り込み１０を起伏部９の山部の稜線だけに設けたが、起伏部９の谷部の稜線だけに設けても、山部だけに稜線を設けた場合と同様の効果が得られる。また、切り込み１０を、起伏部９の山部および谷部双方の稜線に設けた場合には、その効果はさらに大きくなる。

また、起伏部９の山部および谷部の端点とフィンの平面部をつなぐ傾斜面１０５の稜線に、凹部１０４が設けられているので、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、前記プレートフィンの表面に付着し、傾斜面１０５に保水される凝縮水を、毛細管現象により誘引して、鉛直下方に排水することができるので、通風抵抗の増大を抑制することができる。よって、プレートフィン１の剛性を維持しながら、伝熱性能を向上させることができる。

なお、実施の形態１〜４において、内部を流通させる冷媒として、ＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、ＨＣ冷媒、ＣＯ２冷媒の少なくとも１つを含む冷媒、または、それらの混合冷媒を使用することで、オゾン層の破壊がなく、さらに、ＨＣ冷媒あるいはＣＯ２冷媒は、地球温暖化係数が小さいので環境に配慮した空気調和機や冷凍機などの商品とすることができる。

さらに、偏平管を用いているので、これらの冷媒の使用量を少なくして省エネルギー性を向上させることができる。

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、気体の主流方向に対して傾斜して配置された偏平管と、伝熱促進部やその周囲に形成される流体経路により、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 プレートフィン
２ 平坦部
４ 偏平管
４ａ 風上列の偏平管
４ｂ 風下列の偏平管
３ａ 風上前縁の切り欠き部
３ｂ 風下後縁の切り欠き部
８ 排水面
５ ヘッダー
６ ルーバー（伝熱促進部）
７ 切り起し（伝熱促進部）
９ 起伏部（伝熱促進部）
１０、１０１、１０１ａ、１０１ｂ 切り込み（流体経路）
１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ 小孔（流体経路）
１０３ 溝（流体経路）
１０４ 凹部（流体経路）
１０５ 傾斜面

Claims (7)

1. 気流が通過する複数のプレートフィンと、前記プレートフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の偏平管と、前記偏平管の間に形成される伝熱促進部とを備え、前記偏平管は、前記気流方向に対して傾くように傾斜して配設されるとともに、前記複数の偏平管の間に形成される、前記プレートフィンの平坦部に、前記伝熱促進部の一部を始端とする流体経路を設けることを特徴とするフィンチューブ熱交換器。
2. 気流が通過する複数のプレートフィンと、前記プレートフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の偏平管と、前記偏平管の間に形成される複数の切り起しとを備え、前記偏平管は、前記気流方向に対して傾くように傾斜して配設されるとともに、前記切り起しに流体経路を設けることを特徴とするフィンチューブ熱交換器。
3. 気流が通過する複数のプレートフィンと、前記プレートフィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の偏平管と、前記偏平管の間に形成され、前記気流方向に対して山部および谷部が交互に並んで形成される起伏部とを備え、前記偏平管は、前記気流方向に対して傾くように傾斜して配設されるとともに、前記山部および前記谷部の端点と前記プレートフィンの平坦部とを接続する傾斜面に、流体経路を設けることを特徴とするフィンチューブ熱交換器。
4. 前記流体経路は、フィンの表裏を連通する切り込みであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
5. 前記流体経路は、フィンの表裏を連通する小孔であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
6. 前記流体経路は、凹部である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熱交換器。
7. 前記偏平管の内部を流通させる冷媒として、ＨＦＣ冷媒、ＨＦＯ冷媒、ＨＣ冷媒、ＣＯ２冷媒の少なくとも一つを含む冷媒を使用することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。