JP2014074513A - フィンチューブ熱交換器、ヒートポンプ装置及び伝熱フィン - Google Patents

Abstract

【課題】カラー部の熱抵抗を低減し、フィンチューブ熱交換器の熱交換性能を向上させる技術を提供する。
【解決手段】フィンチューブ熱交換器１は、複数枚の伝熱フィン３及び伝熱管２を備えている。複数枚の伝熱フィン３は、それぞれ、伝熱管２に沿って立ち上がる円筒状のカラー部５を有する。カラー部５は、カラー部５の周方向において複数の厚肉部６及び複数の薄肉部７を有する。厚肉部６及び薄肉部７が周方向において交互に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィンチューブ熱交換器及びこれを用いたヒートポンプ装置に関する。また、本発明は、フィンチューブ熱交換器に好適な伝熱フィンに関する。

従来から、ヒートポンプ装置にはフィンチューブ熱交換器が使用されている。図９に示すように、従来のフィンチューブ熱交換器１００は、積み重ねられた複数枚の伝熱フィン１２０と、伝熱フィン１２０を貫通する伝熱管１１０とを備えている。伝熱フィン１２０は、ベース部１２１から立ち上がる円筒状のカラー部１２３を有している。カラー部１２３の根元及び上端から、それぞれ、裾野部１２２及びフレア部１２４が湾曲しながら径方向の外向きに拡大している。フレア部１２４は、隣接する伝熱フィン１２０のベース部１２１における裾野部１２２の近傍部分に接している。カラー部１２３によってフィンピッチ（ベース部１２１の並び間隔）が規定されている。通常は、積み重ねられた伝熱フィン１２０のカラー部１２３内にカラー部１２３の内径よりも小さい外径の伝熱管１１０が嵌め合わされ、その後、伝熱管１１０が拡管されることによって伝熱管１１０がカラー部１２３に密着する。

また、特許文献１には、図１０に示す伝熱フィン２２０が記載されている。伝熱フィン２２０は、円筒部２２３及び突条２２５を有する。突条２２５は、所定の高さ位置において円筒部２２３の外周面に設けられた環状の部分である。

実開昭６３−７４９７９号公報

図９及び図１０を参照して説明したように、フィンチューブ熱交換器においては、伝熱管とカラー部（円筒部）とが互いに密着している。これにより、伝熱管から伝熱フィンのベース部への熱伝導又は伝熱フィンのベース部から伝熱管への熱伝導が促進される。しかし、カラー部の厚さは、しごき加工（ironing process）によって減らされているので、比較的薄い。そのため、伝熱管がカラー部に密着していたとしても、なお、カラー部の持つ高い熱抵抗がフィンチューブ熱交換器の熱交換性能の向上の妨げとなる。

上記の事情に鑑み、本発明は、カラー部の熱抵抗を低減し、フィンチューブ熱交換器の熱交換性能を向上させる技術を提供することを目的とする。

すなわち、本開示は、
積み重ねられた複数枚の伝熱フィンと、
前記複数枚の伝熱フィンを貫通する伝熱管と、を備え、
前記複数枚の伝熱フィンは、それぞれ、前記伝熱管に沿って立ち上がる円筒状のカラー部を有し、
前記カラー部は、前記カラー部の周方向において複数の厚肉部及び複数の薄肉部を有し、
前記厚肉部及び前記薄肉部が前記周方向において交互に配置されている、フィンチューブ熱交換器を提供する。

上記のフィンチューブ熱交換器によれば、カラー部が厚肉部を有している。厚肉部の低い熱抵抗によって、カラー部のトータルの熱抵抗を下げることができる。これにより、フィンチューブ熱交換器の熱交換性能が向上する。

本実施形態に係るフィンチューブ熱交換器の部分的な断面斜視図 図１に示すフィンチューブ熱交換器の部分的な縦断面図 伝熱フィンの部分的な斜視図 カラー部の横断面図 カラー部の伝熱経路を示す部分的な縦断面図 従来の伝熱フィンにおけるカラー部の部分的な横断面図 本実施形態の伝熱フィンにおけるカラー部の部分的な横断面図 変形例に係るカラー部の横断面図 フィンチューブ熱交換器が使用されたヒートポンプ装置の一例であるルームエアコンの構成図 従来のフィンチューブ熱交換器の部分的な縦断面図 別の従来のフィンチューブ熱交換器の部分的な縦断面図

本開示の第１態様は、
積み重ねられた複数枚の伝熱フィンと、
前記複数枚の伝熱フィンを貫通する伝熱管と、を備え、
前記複数枚の伝熱フィンは、それぞれ、前記伝熱管に沿って立ち上がる円筒状のカラー部を有し、
前記カラー部は、前記カラー部の周方向において複数の厚肉部及び複数の薄肉部を有し、
前記厚肉部及び前記薄肉部が前記周方向において交互に配置されている、フィンチューブ熱交換器を提供する。

本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記厚肉部及び前記薄肉部が前記周方向において等間隔で配置されている、フィンチューブ熱交換器を提供する。厚肉部及び薄肉部が等間隔で配置されていると、ひずみを均等に分散させることができるので、伝熱管の拡管時における伝熱フィンの変形を抑制できる。

本開示の第３態様は、第１又は第２態様に加え、前記カラー部の高さ方向に垂直な任意の平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記カラー部の内周面の輪郭が円形であり、前記断面において、前記カラー部の内周面の中心から前記厚肉部の外周面までの距離が、前記カラー部の内周面の中心から前記薄肉部の外周面までの距離よりも大きい、フィンチューブ熱交換器を提供する。

本開示の第４態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記複数枚の伝熱フィンは、それぞれ、前記カラー部の高さ方向において、前記薄肉部の上端のそれぞれに設けられ、前記カラー部の径方向の外向きに拡大しているフレア部をさらに有し、前記厚肉部の上端に前記フレア部が設けられておらず、前記カラー部の下端から前記厚肉部の上端までの高さは、前記カラー部の下端から前記フレア部の下端までの高さよりも低い、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構造によれば、伝熱フィンの積層時において、隣接する伝熱フィンに厚肉部が干渉することを防止できる。

本開示の第５態様は、第１〜第４態様のいずれか１つに加え、前記複数枚の伝熱フィンは、それぞれ、窪みを形成するように前記カラー部の根元に向かって後退している後退部をさらに有し、互いに隣り合う１組の前記伝熱フィンを第１伝熱フィン及び第２伝熱フィンと定義したとき、前記第１伝熱フィンの前記後退部が、前記第２伝熱フィンの前記フレア部によって囲まれた空間内で前記第２伝熱フィンの前記フレア部に接触している、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構造によれば、第１伝熱フィンのカラー部の根元と第２伝熱フィンのカラー部の先端との間に形成される隙間を比較的狭くすることができる。言い換えれば、伝熱管とカラー部との接触面積を増加させることができる。

本開示の第６態様は、圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器をこの順に通過するように冷媒を循環させる冷媒回路を備え、前記凝縮器及び前記蒸発器から選ばれる少なくとも１つが第１〜第５態様のいずれか１つのフィンチューブ熱交換器である、ヒートポンプ装置を提供する。第１〜第５態様のいずれか１つのフィンチューブ熱交換器を使用することによって、ヒートポンプ装置の効率を高めることができる。

本開示の第７態様は、
伝熱管を嵌め合わせるための貫通孔と、
前記貫通孔の周囲に形成された円筒状のカラー部と、を備え、
前記カラー部は、前記カラー部の周方向において複数の厚肉部及び複数の薄肉部を有し、
前記厚肉部及び前記薄肉部が前記周方向において交互に配置されている、伝熱フィンを提供する。

第７態様の伝熱フィンを使用すれば、第１態様のフィンチューブ熱交換器を製造できる。

本開示の第８態様は、第７態様に加え、前記カラー部の高さ方向に垂直な任意の平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記カラー部の外周面の輪郭が円形であり、前記断面において、前記カラー部の外周面の中心から前記厚肉部の内周面までの距離が、前記カラー部の外周面の中心から前記薄肉部の内周面までの距離よりも小さい、伝熱フィンを提供する。第８態様の伝熱フィンによれば、伝熱管を挿入して拡管した際に伝熱管とカラー部との間の接触面に加わる荷重を高めることができる。その結果、伝熱管とカラー部との間の接触面における熱抵抗を下げることができる。

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。

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１は、積み重ねられた複数枚の伝熱フィン３と、それらの伝熱フィン３を積層方向に貫通する伝熱管２を備えている。伝熱フィン３には、伝熱管５を嵌め合わせるための貫通孔３ｈが形成されている。

伝熱管２の形状は特に限定されない。例えば、円筒管又は扁平管が伝熱管２として好適に用いられる。また、伝熱管２は、内面溝付銅管であってもよい。

各伝熱フィン３は、例えば、薄いアルミ板をプレスして成形された板状のものである。具体的に、各伝熱フィン３は、伝熱管２の周りに広がるベース部４と、ベース部４から伝熱管２に沿って立ち上がる円筒状のカラー部５を含む。なお、以下では、説明の便宜のために、カラー部５が立ち上がる方向を上方、それと反対方向を下方という。また、伝熱管２の長手方向に平行な方向を高さ方向と定義する。なお、本明細書において、「円筒状」は、カラー部５の外周面又は内周面が円筒状であることを意味する。

熱交換器１を組み上げる際は、伝熱フィン３をカラー部５の中心軸を合わせて積み上げ、カラー部５の内側にカラー部５の内径より小さい外径の伝熱管２を挿入する。その後、伝熱管２を拡管することで、伝熱管２の外周面をカラー部５の内周面に密着させる。この構成により、伝熱管２の中を流れる流体（一例としてＲ４１０Ａ冷媒）と伝熱フィン３の表面を流れる流体（一例として空気）との間で熱交換を行うことができる。

図２〜図４に示すように、カラー部５は、当該カラー部５の周方向において複数の厚肉部６及び複数の薄肉部７を有している。詳細には、カラー部５は、複数の厚肉部６及び複数の薄肉部７からなっている。厚肉部６及び薄肉部７は、カラー部５の周方向において交互に配置されている。つまり、カラー部５の周方向において、複数の特定の角度範囲のそれぞれが厚肉部６で占められており、残りの複数の角度範囲のそれぞれが薄肉部７で占められている。ある特定の角度位置において、カラー部５の下端（根元）から上端までカラー部５の厚さは一定である。

ここで、図５を参照して、フィンチューブ熱交換器１における伝熱現象の詳細を説明する。図５において、伝熱経路が破線矢印で示されている。

破線矢印Ｗで示すように、伝熱管２の中を流れる流体の熱は、伝熱管２の外周面に伝導し、さらに、破線矢印Ｘで示すように、伝熱管２の外周面からカラー部５の内周面に伝導する。次に、破線矢印Ｙで示すように、熱は、カラー部５からベース部４に伝導する。詳細には、破線矢印Ｚで示すように、熱は、ベース部４の端に向かって伝導する。ベース部４に伝導した熱は、ベース部４の上面及び下面からベース部４とベース部４との間を流れる流体に伝導する。

カラー部５における熱抵抗Ｒは、カラー部５の伝熱経路の距離をＬ、カラー部５の断面積をＡ、伝熱フィン３の材料の熱伝導率をλとしたとき、一般に下記式（１）で表される。カラー部５の断面積Ａは、カラー部５の高さ方向に垂直な任意の平面でカラー部５を切断したときに観察される断面の面積を意味する。
Ｒ＝Ｌ／（Ａ×λ）・・・（１）

図６Ａに示すように、従来の伝熱フィンのカラー部１２３の断面積Ｓは、伝熱管１１０の外径をＤ、カラー部１２３の厚さをｔとしたとき、下記式（２）で表される。
Ｓ＝（π×（Ｄ＋２ｔ）²−π×Ｄ²）／４・・・（２）

従って、カラー部の熱抵抗を低減するためには、カラー部の厚さを増やすことが望ましい。しかし、従来の伝熱フィンは、一例として、９０μｍの均一な厚さを有する板状のフィン材をプレス加工によって塑性変形させることによって製造されている。カラー部は、フィン材をしごき加工することによって形成されている。例えば、加工前のフィン材の厚さが９０μｍのとき、従来の伝熱フィンのカラー部の厚さは６０μｍ程度となる。そのため、従来の伝熱フィンのカラー部の熱抵抗は、厚さが減らされていないベース部の熱抵抗に比べて大きい。なお、「しごき加工」とは、厚さを減らしながらカラー部を立ち上げる加工を意味する。厚さの変化量（率）は、しばしば「しごき率」と呼ばれる。例えば、しごき加工によって、９０μｍのフィン材から６０μｍの厚さのカラー部が形成されたとき、しごき率は、１００×（９０μｍ−６０μｍ）／９０μｍ≒３３％で表される。

図４に示すように、本実施形態では、厚肉部６及び薄肉部７がカラー部５の周方向に沿って交互に配置されている。詳細には、４つの厚肉部６及び４つの薄肉部７が交互に配置されている。薄肉部７の熱抵抗は従来の伝熱フィンのカラー部と同等であり、厚肉部６の熱抵抗は薄肉部７の熱抵抗よりも低い。従って、本実施形態のカラー部５のトータルの熱抵抗は、従来の伝熱フィン１２０のカラー部１２３（図９参照）の熱抵抗よりも低い。

本実施形態のフィンチューブ熱交換器１に使用された伝熱フィン３の構造をさらに詳しく説明する。

図１〜図３に示すように、伝熱フィン３は、複数のフレア部８、後退部９及び段差部２０をさらに有している。

フレア部８は、カラー部５の高さ方向において、薄肉部７の上端のそれぞれに設けられているとともに、カラー部５の径方向（伝熱管２の径方向）の外向きに拡大している。フレア部８は、薄肉部７の上端にのみ設けられている。本実施形態では、４つのフレア部８がカラー部５の上端に設けられている。４つのフレア部８は、カラー部５の上端から径方向の外向きに放射状に拡大している。

後退部９は、すり鉢状の窪みを形成するようにカラー部５の根元に向かって後退している部分である。後退部９は、平面視でカラー部５を取り囲む円環の形状を有している。段差部２０は、ベース部４と後退部９との間に形成されている円筒状の部分である。段差部２０は、ベース部４から上方に立ち上がっており、これにより後退部９の外周部が上方に持ち上げられている。後退部９は、伝熱管２とカラー部５との接触面積を増加させる役割を担っている。

互いに隣り合う１組の伝熱フィン３を第１伝熱フィン３Ａ及び第２伝熱フィン３Ｂと定義したとき、第２伝熱フィン３Ｂのフレア部８が第１伝熱フィン３Ａの後退部９に面接触している。これにより、第１伝熱フィン３Ａが第２伝熱フィン３Ｂによって確実に支持される。フレア部８が後退部９に接し、これにより、カラー部５によってフィンピッチＦＰ（ベース部４の並び間隔）が規定されている。

なお、後退部９及び段差部２０を省略して、従来のフィンチューブ熱交換器１００（図９参照）のような構造を採用することも可能である。

本実施形態において、厚肉部６の上端にはフレア部８が設けられていない。厚肉部６の高さは、フレア部８の下端までの高さ（図２中の位置Ｈ）よりも低い。言い換えれば、カラー部５の下端から厚肉部６の上端までの高さは、カラー部５の下端からフレア部８の下端までの高さよりも低い。厚肉部６は、隣接する伝熱フィン３の下面に向かい合っている上端面６ｐを有している。第２伝熱フィン３Ｂの厚肉部６の上端面６ｐと第１伝熱フィン３Ａの下面（本実施形態では、後退部９の下面）との間に隙間が形成されるように、第２伝熱フィン３Ｂの厚肉部６の上端面６ｐは第１伝熱フィン３Ａから離れている。このような構造によれば、伝熱フィン３の積層時において、第２伝熱フィン３Ｂにおける厚肉部６が第１伝熱フィン３Ａに干渉して、厚肉部６によって第１伝熱フィン３Ａが押し上げられることを防止できる。従って、厚肉部６と伝熱管２との間の接触面積を十分に確保しつつ、十分な厚さの厚肉部６が形成されるようにしごき率を調整できる。故に、カラー部５の熱抵抗を効果的に低減できる。

なお、第２伝熱フィン３Ｂのフレア部８と第１伝熱フィン３Ａとの接触面の中で、第２伝熱フィン３Ｂのカラー部５の下端に最も近い位置を下接触位置Ｈｃと定義する。第２伝熱フィン３Ｂのカラー部５の下端から第２伝熱フィン３Ｂの厚肉部６の上端面６ｐまでの高さが、第２伝熱フィン３Ｂのカラー部５の下端から下接触位置Ｈｃまでの高さよりも小さい場合、第２伝熱フィン３Ｂにおける厚肉部６が第１伝熱フィン３Ａに干渉することを防止できる。

本実施形態において、厚肉部６の上端にはフレア部８が設けられていない。つまり、カラー部５の周方向において、フレア部８がカラー部５の上端に部分的に（又は間欠的に）形成されている。このような構造によれば、フレア部８に割れが発生しにくいので、フレア部８の開始端（フレア部８と薄肉部７との接続部分）の屈曲度Ｒを比較的小さくすることができる。屈曲度Ｒが小さければ小さいほど薄肉部７の高さを稼ぐことができるので、伝熱管２とカラー部５との接触面積を増加させることができる。

図２に示すように、本実施形態では、第１伝熱フィン３Ａの後退部９が、第２伝熱フィン３Ｂのフレア部８によって囲まれた空間内で第２伝熱フィン３Ｂのフレア部８に接触している。このような構造によれば、第１伝熱フィン３Ａのカラー部５の根元と第２伝熱フィン３Ｂのカラー部５の先端との間に形成される隙間２１を比較的狭くすることができる。言い換えれば、伝熱管２の表面のうちカラー部５に接触していない部分の面積を減らして、伝熱管２とカラー部５との接触面積を増加させることができる。

本実施形態では、カラー部５の周方向において、４つの位置に厚肉部６が設けられ、４つの位置に薄肉部７が設けられている。これにより、以下の利益が得られる。すなわち、フィンチューブ熱交換器１の組み立て時において、カラー部５に伝熱管２を挿入して拡管すると、厚肉部６はひずみにくく、薄肉部７はひずみやすい。カラー部５の周方向において、厚肉部６及び薄肉部７をそれぞれ２箇所以上に設けることによって、ひずみを１箇所に集中させず分散させることができる。その結果、伝熱管２の拡管時における伝熱フィン３の変形を抑制でき、ひいては高品質な（組み立て精度の高い）フィンチューブ熱交換器１を提供できる。

特に、本実施形態では、厚肉部６及び薄肉部７がカラー部５の周方向において等間隔で配置されている。言い換えれば、カラー部５の周方向において、厚肉部６と薄肉部７との境界が一定の角度間隔で位置している。図４に示すように、本実施形態では、１つの厚肉部６が４５度の角度範囲に形成され、１つの薄肉部７が４５度の角度範囲に形成されている。このように、厚肉部６及び薄肉部７が等角度間隔で配置されていると、ひずみを均等に分散させることができるので、伝熱管２の拡管時における伝熱フィン３の変形を抑制できる。なお、複数の厚肉部６の厚さ（最大厚さ）が互いに異なっていてもよいし、ある厚肉部６によって占有された角度範囲が別の厚肉部６によって占有された角度範囲と異なっていてもよい。同様に、ある薄肉部７によって占有された角度範囲が別の薄肉部７によって占有された角度範囲と異なっていてもよい。

図４に示すように、カラー部５の高さ方向に垂直な任意の平面でカラー部５を切断したときに観察される断面において、カラー部５の内周面の輪郭が円形である。その断面において、カラー部５の内周面の中心から厚肉部６の外周面までの距離が、カラー部５の内周面の中心から薄肉部７の外周面までの距離よりも大きい。言い換えれば、厚肉部６は、薄肉部７に対して、カラー部５の径方向の外向きに突出している。フィンチューブ熱交換器１において、カラー部５が図４の形状を有していてもよいし、フィンチューブ熱交換器１の組み立て前の伝熱フィン３において、カラー部５が図４の形状を有していてもよい。後者によれば、伝熱管２をカラー部５にスムーズに挿入することができるので、フィンチューブ熱交換器１の組み立て時における作業性の向上、歩留まりの向上などの効果を期待できる。

また、フィンチューブ熱交換器１の組み立て前の伝熱フィン３において、カラー部５が図７に示す断面形状を有していてもよい。すなわち、カラー部５の高さ方向に垂直な任意の平面でカラー部５を切断したときに観察される断面において、カラー部５の外周面の輪郭が円形であってもよい。その断面において、カラー部５の外周面の中心から厚肉部６の内周面までの距離が、カラー部５の外周面の中心から薄肉部７の内周面までの距離よりも小さい。言い換えれば、厚肉部６は、薄肉部７に対して、カラー部５の径方向の中心に向かって突出している。この場合、以下の効果が得られる。すなわち、図７に示す構造において、厚肉部６におけるカラー部５の内径は、薄肉部７におけるカラー部５の内径よりも小さい。そのため、伝熱管２を挿入して拡管した際にカラー部５の内周面に加わる荷重を高めることができる。その結果、伝熱管２とカラー部５との間の接触面における熱抵抗を下げることができる。

なお、厚肉部６は、薄肉部７に対して、カラー部５の径方向の外向きと内向きの両方に突出していてもよい。目的に応じてカラー部５の形状を適切に設計することが望ましい。

本実施形態において、薄肉部７の厚さは、カラー部５の周方向で一定である。これに対し、厚肉部６の厚さは、カラー部５の周方向で変化している。図４の断面において、厚肉部６の外周面は、厚肉部６の内周面の曲率よりも小さい曲率の円弧を示している。このような構造によれば、カラー部５の外周面に沿って空気がスムーズに流れ、圧力損失の増加を防止できる。ただし、厚肉部６の厚さがカラー部５の周方向で一定であってもよい。

本実施形態において、厚肉部６と薄肉部７の割合は概ね１：１であるが、厚肉部６と薄肉部７の割合はこの値に限定されない。厚肉部６の割合が大きければ大きいほど熱抵抗を低減する効果が高まる。ただし、厚肉部６の割合を増やすことに伴ってフレア部８が相対的に小さくなる。フレア部８には、伝熱フィン３を積み重ねた際に変形せず、規定のフィンピッチＦＰを確保するのに十分な強度が要求される。従って、伝熱フィン３の重量、積層枚数などに応じてフレア部８に加わる荷重を想定し、フィンピッチＦＰを規定するために必要なフレア部８の寸法を設計するべきである。その上で、可能な限り厚肉部６の割合を大きくすることが望ましい。なお、「厚肉部６の割合」とは、詳細には、カラー部５の全体（３６０度）に対する、厚肉部６によって占有された角度範囲の合計の割合を意味する。薄肉部７の割合も同様に定義される。

また、厚肉部６の厚さｔ２に対する薄肉部７の厚さｔ１の比率（ｔ１／ｔ２）は特に限定されない。一例として、比率（ｔ１／ｔ２）は、０．３〜０．７（望ましくは、０．４〜０．６）の範囲にある。なお、厚肉部６の厚さｔ２は、カラー部５の径方向における厚肉部６の最大厚さを意味する。

また、カラー部５は、厚肉部６の厚さと薄肉部７の厚さの間の厚さを有する複数の中肉部をさらに有していてもよい。

ベース部４は、本実施形態のように平坦な形状を有していてもよいし、複数の山谷を持った波形の形状を有していてもよい。つまり、いわゆるコルゲートフィンに本実施形態の構造を適用することもできる。ベース部４が波形の形状を有する場合、後退部９の周囲に平坦なリング部が設けられていてもよい。

本実施形態の伝熱フィン３は、例えば、以下の方法で製造できる。まず、カラー部５の周方向において部分的に複数のフレア部８が形成されるように、アルミニウム板などのフィン材に多角形の形状の貫通孔を形成する。次に、プレス加工により、後退部９及び段差部２０を形成する。次に、貫通孔にしごきピンを挿入し、カラー部５となるべき部分を立ち上げる。さらに、しごきピンを貫通孔に挿入した状態で、厚肉部６及び薄肉部７が形成されるように、カラー部５となるべき部分を変形させる。最後に、フレア部８が外向きに拡大するように、カラー部５を上から押さえる。このようにして、厚肉部６及び薄肉部７からなるカラー部５を有する伝熱フィン３が得られる。

次に、図８を参照して、上述した熱交換器１が使用されたヒートポンプ装置の一例であるルームエアコン１０を説明する。

ルームエアコン１０では、室内ユニット１０Ａと室外ユニット１０Ｂとに跨って冷媒回路１０Ｃが構成されている。室外ユニット１０Ｂ内には圧縮機１１（一例としてロータリー圧縮機）、四方弁１２、室外熱交換器１３、絞り装置１４（一例として膨張弁）が配置されており、室内ユニット１０Ａ内には室内熱交換器１５が配置されている。また、室外ユニット１０Ｂには室外熱交換器１３に室外空気を送る室外ファン１６（一例としてプロペラファン）が、室内ユニット１０Ａには室内熱交換器１５に室内空気を送る室内ファン１７（一例としてクロスフローファン）がそれぞれ設けられている。

ルームエアコン１０では、四方弁１２により、圧縮機１１により圧縮された高温高圧の冷媒が、暖房運転の際は室内熱交換器１５に、冷房運転の際は室外熱交換器１３に導かれる。暖房運転の際は、室内熱交換器１５が凝縮器となり、四方弁１２から室内熱交換器１５へ高温冷媒が送られる。室内熱交換器１５は、流れてくる高温冷媒の熱と室内ファン１７によって送られる室内空気の熱を熱交換し、冷媒の熱を空気へ放熱させることで冷媒を凝縮液化させる。液化した冷媒は絞り装置１４で断熱膨張され、これにより低温低圧となった冷媒が室外熱交換器１３に送られる。室外熱交換器１３は蒸発器となり、気液二相状態の低温冷媒の熱と室外ファン１６によって送られる室外空気の熱を熱交換し、空気の熱を冷媒に吸熱させることで冷媒を蒸発気化させる。蒸発した低圧気化冷媒は、圧縮機１１で再度圧縮される。このサイクルを連続的に繰り返すことにより、室内空気を暖めて暖房を行う。冷房運転の際は、四方弁１２を切り替えることで、冷媒を逆方向に流し、室内空気を冷やして冷房を行う。すなわち、暖房運転と冷房運転の双方で、冷媒回路１０Ｃを循環する冷媒は、圧縮機１１、凝縮器、絞り装置１４及び蒸発器をこの順に通過する。

上述したようなルームエアコン１０あるいはそれ以外のヒートポンプ装置において、凝縮器と蒸発器の少なくとも一方を本実施形態の熱交換器１とすることで、凝縮器及び／又は蒸発器の熱交換効率を向上させることができる。その結果、ヒートポンプ装置のＣＯＰを向上させることができる。

本実施形態のフィンチューブ熱交換器は、家庭用エアコン、自動車用エアコン、業務用パッケージエアコン等の空調用機器、冷蔵庫、ヒートポンプ式給湯機等に利用されるヒートポンプ装置に適用可能である。

１ フィンチューブ熱交換器
２ 伝熱管
３ 伝熱フィン
３ｈ 貫通孔
４ ベース部
５ カラー部
６ 厚肉部
７ 薄肉部
８ フレア部
９ 後退部
１０ ルームエアコン（ヒートポンプ装置）
１０Ａ 室内ユニット
１０Ｂ 室外ユニット
１０Ｃ 冷媒回路
１１ 圧縮機
１２ 四方弁
１３ 室外熱交換器
１４ 絞り装置
１５ 室内熱交換器
１６ 室外ファン
１７ 室内ファン

Claims (8)

1. 積み重ねられた複数枚の伝熱フィンと、
   前記複数枚の伝熱フィンを貫通する伝熱管と、を備え、
   前記複数枚の伝熱フィンは、それぞれ、前記伝熱管に沿って立ち上がる円筒状のカラー部を有し、
   前記カラー部は、前記カラー部の周方向において複数の厚肉部及び複数の薄肉部を有し、
   前記厚肉部及び前記薄肉部が前記周方向において交互に配置されている、フィンチューブ熱交換器。
2. 前記厚肉部及び前記薄肉部が前記周方向において等間隔で配置されている、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
3. 前記カラー部の高さ方向に垂直な任意の平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記カラー部の内周面の輪郭が円形であり、
   前記断面において、前記カラー部の内周面の中心から前記厚肉部の外周面までの距離が、前記カラー部の内周面の中心から前記薄肉部の外周面までの距離よりも大きい、請求項１又は２に記載のフィンチューブ熱交換器。
4. 前記複数枚の伝熱フィンは、それぞれ、前記カラー部の高さ方向において、前記薄肉部の上端のそれぞれに設けられ、前記カラー部の径方向の外向きに拡大しているフレア部をさらに有し、
   前記厚肉部の上端に前記フレア部が設けられておらず、
   前記カラー部の下端から前記厚肉部の上端までの高さは、前記カラー部の下端から前記フレア部の下端までの高さよりも低い、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. 前記複数枚の伝熱フィンは、それぞれ、窪みを形成するように前記カラー部の根元に向かって後退している後退部をさらに有し、
   互いに隣り合う１組の前記伝熱フィンを第１伝熱フィン及び第２伝熱フィンと定義したとき、
   前記第１伝熱フィンの前記後退部が、前記第２伝熱フィンの前記フレア部によって囲まれた空間内で前記第２伝熱フィンの前記フレア部に接触している、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. 圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器をこの順に通過するように冷媒を循環させる冷媒回路を備え、
   前記凝縮器及び前記蒸発器から選ばれる少なくとも１つが請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器である、ヒートポンプ装置。
7. 伝熱管を嵌め合わせるための貫通孔と、
   前記貫通孔の周囲に形成された円筒状のカラー部と、を備え、
   前記カラー部は、前記カラー部の周方向において複数の厚肉部及び複数の薄肉部を有し、
   前記厚肉部及び前記薄肉部が前記周方向において交互に配置されている、伝熱フィン。
8. 前記カラー部の高さ方向に垂直な任意の平面で前記カラー部を切断したときに観察される断面において、前記カラー部の外周面の輪郭が円形であり、
   前記断面において、前記カラー部の外周面の中心から前記厚肉部の内周面までの距離が、前記カラー部の外周面の中心から前記薄肉部の内周面までの距離よりも小さい、請求項７に記載の伝熱フィン。

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