JP4096226B2 - フィンチューブ型熱交換器、その製造方法及び冷凍空調装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒と空気等の流体間での熱交換を行うためのフィンチューブ型熱交換器、その製造方法及びそれを用いた冷凍空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプレートフィン型熱交換器について、図２３から２７を用いて説明する。
図２３及び図２４は特開平３−１２８１６７号公報に開示された冷凍空調装置に用いられる扁平状の伝熱管を有するプレートフィン型熱交換器を示す部分外観図である。この熱交換器は、プレートフィンチューブ型と一般に呼ばれるもので、一定間隔で配置され、その間を空気が流れる板状フィン１と、この各板状フィン１へ直角に挿入され、内部に冷媒が流れる扁平形状の伝熱管２からなり、伝熱管２の段方向（空気の通過する方向に対し直角方向）の板状フィン１面には、スリット群が設けられている。スリット群はスリット３の側端部が風向に対向するように位置しており、さらに、風向に対し、ある角度をもって、配置されている。このようにすることで、前記側端部において空気流の速度境界層及び温度境界層を更新する効果を期待でき、伝熱促進が行われ、熱交換能力が増大するとされている。
【０００３】
また、図２３及び図２４に示すように、伝熱管２に偏平形状の伝熱管２を用いることにより、図２７に示す円形状の伝熱管（図２７（ａ）は、円形状の伝熱管の熱交換器の平面断面図、図２７（ｂ）は、板状フィンとスリットを示す断面図である）と比較し、通風抵抗が大幅に小さくできるという利点がある。
【０００４】
このような偏平形状の伝熱管２を用いた熱交換器を製造するためには、図２３に示す熱交換器の場合は、図２５に示すように、適宜間隔をおいて多数重ねられた板状フイン１を治具で固定し、各板状フイン１の挿通穴１１に伝熱管２を挿入して板状フィン１と偏平形状の伝熱管２を密着させ、その後、ロウ材や、接着剤によって密着させている。
【０００５】
また、図２４に示す熱交換器では、板状フィン１を、１列に並んだ伝熱管２の方向に２分割し、片側の分割板状フィン１を積層し、分割挿通穴１１に伝熱管２を挿入し、その後もう片側の積層分割板状フィン１を合体する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの熱交換器は、伝熱促進のために板状フィン１にスリット３を有しているが、スリット寸法、スリット間の距離等について、特別の検討がなされていない。従って、熱交換能力の向上が充分発揮されているとはかぎらない。
【０００７】
また、図２３の熱交換器においては、図２５に示すように偏平形状の伝熱管２を板状フィン１の挿通穴１１内に挿入する際、図２６に示すように、摩擦によって板状フィン１が屈曲する恐れがあり、その結果、板状フィン１の間隔が不均一となり、熱交換器の外観の体裁を悪くするばかりでなく、通風抵抗の増大を招くという問題がある。したがって、板状フィン１の挿通穴１１内に偏平形状の伝熱管２を挿入するには、高い精度と熟練を要し、組立てに手数と時間を要するとともに、製造コストが嵩むという問題があった。
また、図２４の熱交換器の組立ては、伝熱管２が１列のものに限られていた。
【０００８】
また、熱交換器を蒸発器として用いた場合、板状フィン１上を凝縮水が伝って流れ落ちにくく、送風機が熱交換器の重量方向下方に位置する場合、送風機に流入してしまいやすいという問題点があった。
【０００９】
本発明は、前記に鑑みなされたものであり、伝熱量が大きく、通風抵抗が小さい、従って熱交換能力が大きいフィンチューブ型熱交換器を得ることを目的とする。
また、組立性が良いフィンチューブ型熱交換器を得ることを目的とする。
また、蒸発器の熱交換器として使用時の凝縮水の排水性の良いフィンチューブ型熱交換器を得ることを目的とする。
また、伝熱管と板状フィンとの密着性が良く、伝熱特性の良いフィンチューブ型熱交換器を得ることを目的とする。
また、組立性が良いフィンチューブ型熱交換器の製造方法を得ることを目的とする。
また、前記のフィンチューブ型熱交換器を使った冷凍空調装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るフィンチューブ型熱交換器は、 本発明の請求項１に係るフィンチューブ型熱交換器は、所定の間隔で積層された複数の板状フィンと、板状フィンを、その積層方向に貫通し、内部を被熱交換流体が流れるとともに、被熱交換流体が流れる断面が扁平形状である複数本の伝熱管と、板状フィンに設けられた複数の切り起しスリットとを備え、板状フィン間及び伝熱管間を熱交換流体が流れることによって、被熱交換流体と前記熱交換流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器において、
伝熱管は、扁平断面の長軸径が熱交換流体の流れ方向に一致するように配置され、板状フィンを貫通する貫通伝熱管の配列が、熱交換流体の流れ方向と垂直方向に１配列以上あり、板状フィンに設けられた切り起しスリットは、垂直方向の配列伝熱管の伝熱管間で、熱交換流体の流れ方向に平行に配列され、切り起しスリットの幅をａ、切り起しスリット間の距離をｂとしたとき、１≦ｂ／ａ≦４の関係があり、
板状フィンから突出するフィンカラーと、該フィンカラーに囲まれるように、かつ熱交換流体の流れ方向と平行に、板状フィンに形成される挿通穴を備え、複数の伝熱管は熱交換流体の流れ方向と平行方向の配列ができるようにフィンカラー及び挿通穴に挿入され、熱交換流体の流れ方向に対して上流側の伝熱管と下流側の伝熱管との間にフィンカラーのない部分を設け、また、挿通穴の下流端部及びフィンカラーの下流端部が板状フィンの下流端部において外側に広がるように曲率を有して開口するものである。
【００１５】
また、請求項２に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、長手方向の一方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に、隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第１の分割板を積層する工程と、長手方向の両方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第２の分割板を積層する工程と、長手方向の一方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第３の分割板を積層する工程と、積層された第１の分割板の前記挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、ロウ材を配置した第１の分割板の前記挿通穴に断面が偏平状の第１の伝熱管の半分を挿入する工程と、積層された第２の分割板の両方の挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、第１の伝熱管の残りの半分を前記ロウ材を配置した第２の分割板の一方の挿通穴に挿入する工程と、ロウ材を配置した第２の分割板の残りの挿通穴に断面が偏平状の第２の伝熱管の半分を挿入する工程と、積層された第３の分割板の前記挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、第２の伝熱管の残りの半分を前記ロウ材を配置した前記第３の分割板の前記挿通穴に挿入する工程と、加熱してロウ付けする工程と、を備えたものである。
【００１６】
また、請求項３に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、積層された第１〜第３の分割板の挿通穴へのロウ材の配置と伝熱管の挿入は重力方向に行なわれるものである。
また、請求項４に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、ロウ付けする工程の後に、第１〜第３の分割板のフィン表面に親水材を塗布する工程を備えたものである。
【００２１】
また、請求項５に係る冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を有する冷凍サイクルを備え、冷媒を被熱交換流体とし、また、空気を熱交換流体とした冷凍空調装置であって、凝縮器及び蒸発器のうち、少なくとも一方に、請求項１のフィンチューブ型熱交換器を用いるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は実施の形態1のフィンチューブ型熱交換器の平面断面図である。図２は同じく、フィンチューブ型熱交換器の外観斜視図である。
図において、１は板状フィンであり、所定の間隔で複数積層されている。２は被熱交換流体である冷媒が通る伝熱管であり、板状フィンの積層方向に板状フィンを貫通している。即ち、積層板状フィン１に垂直に貫通している。
伝熱管２の断面は、長軸径ｄｂと短軸径ｄａの略楕円形状、言い換えれば、扁平状形状であり、扁平断面の長軸径ｄｂが熱交換流体である空気の流れ方向に平行となっている。（図１で、列方向に長く、段方向に短い形状をしている）板状フィン１を貫通する貫通伝熱管２の配列は、空気の流れ方向と垂直方向の配列（図１で段方向の配列）及び平行方向の配列（図１で列方向の配列）があり、図１では、垂直方向の配列が２配列、平行方向の配列が３配列（３列）の例を示している。
３は板状フィン１に形成された切り起しスリットであり、垂直方向の配列伝熱管２の隣接伝熱管２間に、空気流れ方向と平行に複数配列されている。即ち、空気流れに対して、上流側から下流側に向かって、複数配列されている。
また、４はヘッダーであり、５は冷媒の出入口である。
【００２３】
この実施の形態においてフイン１の積層方向のピッチＦｐ＝０．００１２ｍであり、フィン厚みＦｔ＝０．０００１ｍ、また空気の流れ方向のフィン幅はＬ＝０．０２５４ｍ、フィン１に流入する直前の風速である熱交換器の前面風速ＵｆはＵｆ＝１．０ｍ／ｓ、熱交換器の段方向に隣接する伝熱管２の中心の距離ＤｐはＤｐ＝０．０１３３ｍ、伝熱管２は列方向に２列とし、後述のフィンカラー６の前縁部まで、フィンカラー６と伝熱管２がロウ付けにより、完全接合されている。
【００２４】
また、伝熱管２内には耐圧を保持するため、１本の伝熱管２につき５本の隔壁が設けられており、伝熱管２内は６室に分割されている。また、各室の冷媒流路の冷媒流れ方向に対して垂直方向の断面積は同一である。また、空気の流れ方向に平行な長軸径をｄｂ＝０．００８ｍ、長軸径に直交する短軸径をｄａ＝０．００２ｍとし、偏平率はＨ＝ｄｂ／ｄａ＝４．０とする。また、空気の流れ方向に平行に、板状フィン１上にスリットを４個備えている。
【００２５】
前記のようなフィンチューブ型熱交換器において、伝熱管２はアルミニウム合金製押し出し形材、もしくはロウ材をアルミ板に積層させた板を扁平形状に加工し電縫することによって成形される。また、板状フィン１はアルミニウム合金製板材にて形成されている。
【００２６】
図１において、切り起しスリット３のスリット幅、相互間の位置関係は以下のようになる。スリット幅ａは４個とも同じで、切り起しスリット３はスリット幅ａ１＝ａ２＝ａ３＝ａ４＝０．００２ｍである。また、スリット間の距離ｂは、これも同じで、ｂ１＝ｂ２＝ｂ３＝０．００４ｍである。空気の流れに対する板状フイン１の前縁から切り起しスリット３の前端部までの距離ｈ１と板状フィン１の後縁から最も下流側の切り起しスリット３の後端部までの距離ｈ２は同じで、ｈ１＝ｈ２＝０．００２７ｍである。
スリット幅ａは一定の方が形成が容易であり、フィン成形が容易となり望ましいが、等しくなくても良い。
【００２７】
図３は、板状フィン１上に設けられたフィンカラー６、挿通穴１１及び切り起しスリット３を示す部分外観図である。フィンカラー６は挿通穴１１の周りに渡って板状フィン１から突出している。伝熱管２は挿通穴１１に挿入され、板状フイン１を貫通する。
切り起しスリット３は、板状フィン１から切り起されたスリットの側端部が空気の流れに対して対向し、また、切り起しスリット３は空気の流れ方向と平行に複数設けられている。
【００２８】
フィンチューブ型熱交換器の板状フィン１及び伝熱管２間を流れる空気は、板状フィン１との間で熱交換されることにより加熱または冷却される。
図４は、切り起しスリットにより形成される温度境界層の発達状態を説明する説明図である。板状フィン１の表面では図４(a)で示すように温度境界層３０が発達し、空気と板状フィン１間の伝熱はこの温度境界層３０を介して行われる。一般に、温度境界層３０が薄いほど空気と板状フィン１との単位温度差あたりの伝熱量は大きく、図４(b)に示すように、切り起しスリット３の上流側先端では温度境界層が更新され、切り起しスリット３の空気流れ方向上流側の端部での温度境界層３０の厚みが非常に薄くなる。板状フィン１は積層方向にピッチＦｐで積層されており、たとえば、切り起しスリット３の空気流れ方向上流側の端部から発達する温度境界層３０は、下流の位置で積層方向に隣り合う切り起しスリット３から発達した温度境界層３０と干渉する。干渉が発生した位置より下流では、温度境界層３０の厚みは一定であり、流れ方向の単位長さあたりの伝熱量は一定値となる。
【００２９】
一方、温度境界層３０の厚みをｄｔとすると、切り起しスリット３の空気流れ方向の上流側端部から流れ方向の距離ｙ［ｍ］における温度境界層３０の厚みｄｔ［ｍ］は、以下の式で表される。
ｄｔ＝５．０×（ν×ｙ／Ｕ）0.5／Ｐｒ0.3
ここで、νは動粘性係数であり、常温常圧の空気の場合ν＝０．００００１６［ｍ2／ｓ］である。また、Ｕは自由通過基準の風速（熱交換器内で流れる空気の平均流速である）でＵ＝１．３１［ｍ／ｓ］である。また、Ｐｒはプラントル数で常温常圧の空気の場合、Ｐｒ＝０．７２である。
【００３０】
いま、板状フィン１の間隔ＨｆをＨｆ＝Ｆｐ−Ｆｔと定義し、切り起しスリット３の、板状フィン１の積層方向の位置がＨｆ／２のとき、切り起しスリット３の表面と空気の間の伝熱が促進されるのは、切り起しスリット３の下流、すなわちｙ＝ａでの前記温度境界層３０の厚みｄｔが板状フィン１間の間隔Ｈｆの１／２よりも小さいことが必要である。ただし、ａ［ｍ］は切り起しスリット３の幅を示す。
従って、切り起しスリット３の幅ａは、
ａ≦Ｕ／ν×Ｐｒ0.6×（Ｈｆ／１０）2＝５１０×Ｕ×Ｆｐ2
の条件を満たすように設定する。
【００３１】
空調用熱交換器の標準的な使用範囲では、自由通過体積基準の風速はＵ＝０．５〜２ｍ／ｓであるので、
ａ≦２５５×Ｈｆ2〜１０２０×Ｈｆ2
である。ただし、計算に際して、ａ、Ｈｆの単位はともに［ｍ］であることに注意を要する。
たとえば、Ｆｐ＝０．００１２ｍ、Ｆｔ＝０．０００１ｍとすれば、Ｈｆ＝０．００１１ｍであり、
ａ≦０．０００６２〜０．００２４６ｍ
の範囲となる。なお、切り起しスリット３の、板状フィン１の積層方向の位置がＨｆ／２以外の場合においても、上記の考え方でスリット幅ａを設定すれば、概ね同様の効果を奏する。
【００３２】
さて、このとき、切り起しスリット３の面の単位面積当たり、単位温度当たりの伝熱量を表す熱伝達率αs［Ｗ／ｍ2Ｋ］は以下のように与えられる。即ち、
αs＝Ｋ／ａ×０．６６４×Ｒｅａ0.5×Ｐｒ0.3
ただし、Ｋは空気の熱伝導率、Ｐｒはプラントル数であり、それぞれ常温常圧の場合に、Ｋ＝０．０２６１［Ｗ／ｍＫ］、Ｐｒ＝０．７２［−］である。
また、Ｒｅａはレイノルズ数で、以下のように定義される。
Ｒｅａ＝Ｕ×ａ／ν
従って、
αs＝３．９１４×（Ｕ／ａ）0.5
ａ≦５１０×Ｕ×Ｈｆ2を代入すれば、
αs≧０．１７３／Ｈｆ
【００３３】
一方、切り起しスリット３が無い場合の平面フィンの熱伝達率αb［Ｗ／ｍ2Ｋ］は、およそ以下のように計算できる。
αｂ＝ｋ／（Ｈｆ×２）×４．３
従って、
αb＝０．０５６／Ｈｆ
いま、空気の流れ方向に沿った板状フィン１の幅Ｌの板状フィン１の平面上の切り起しスリット３の数をＮとすると、有効熱伝達率αeff（フィン効率Φを除いた空気側の熱伝達率、後述のαｏとはαｏ＝Φ×αeffの関係ある）は上述の２つの熱伝達率の面積加重平均となる。すなわち、
αeff＝αb＋（Ｎ×ｅ／Ｌ）×(αs−αb)
＝０．０５６／Ｈｆ×{１＋Ｎ×（１２７４×Ｕ×Ｈｆ2／Ｌ）}
従って、αeffはＮが大きくなると増加する。
【００３４】
一方、切り起しスリット３の数Ｎの最適値を与えるため、通風抵抗とＮの関係について述べる。空気流れ方向に沿った切り起しスリット３の数Ｎが多いと前記の温度境界層３０の更新の効果で、伝熱量は増加するものの、熱交換器の通風抵抗が増加し、送風機の駆動力Ｐｆが大きくなるため、個数Ｎを限定する必要がある。
いま、切り起しスリット３のない板状フィン１の間の単位長さあたりの圧力損失（通風抵抗）ΔＰｂは以下のように与えられる。
ΔＰｂ＝３２／Ｒｅｆｐ×（１／Ｈｆ）×１／２×（γ／ｇ）×Ｕ2
ここでＲｅｆｐは以下のように定義される。
Ｒｅｆｐ＝Ｕ×（２×Ｈｆ）／ν
また、γは常温常圧の空気の比重量［Ｎ／ｍ3］、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ2］である。
【００３５】
一方、切り起しスリット３部分の単位長さあたりの圧力損失（通風抵抗）ΔＰｓは一般に、
ΔＰｓ＝２×１．３２８／Ｒｅａ0.5×（１／Ｈｆ）×１／２×（γ／ｇ）×Ｕ2
従って、圧力損失（通風抵抗）の和ΔＰは、
ΔＰ＝{（Ｌ−Ｎ×ａ）×３２／Ｒｅｆｐ×（１／Ｈｆ）＋Ｎ×ａ×２．６５６／Ｒｅａ0.5×（１／Ｈｆ）}×１／２×（γ／ｇ）×Ｕ2＝Ｌ×ΔＰｂ＋Ｎ×ａ×（ΔＰｓ−ΔＰｂ）
従って、切り起しスリット３の個数Ｎに比例して通風抵抗ΔＰが増大することを意味する。そこで、送風機駆動力Ｐｆを一定にして、単位長さ当たりの熱交換能力Ｅを計算する。
【００３６】
また、本実施の形態における熱交換器を冷凍空調装置に使用した場合の送風機の駆動力低減を図るため、送風機の駆動力をフィンチューブ型熱交換器の性能評価項目に追加する。
送風機の駆動力Ｐｆ［Ｗ］は、次式にて定義される。
Ｐｆ＝ΔＰ×Ｑ
ここで、Ｑは熱交換器を通過する空気流量[ｋｇ／ｓ]であり、伝熱管２の長手方向の長さをＷ［ｍ］、伝熱管２の段数（段方向の数）をＤｎとすると、熱交換器の前面風速Ｕｆ［ｍ／ｓ］とは以下の関係がある。
Ｕｆ＝Ｑ／ρ／（Ｗ×Ｄｐ×Ｄｎ）
【００３７】
以下、切り起しスリット３の幅ａとスリット間距離ｂをパラメータとし、αおよびΔＰを計算し、送風機の駆動力Ｐｆ一定の条件で、空気流量Ｑを決定して、この時の熱交換器の熱交換能力Ｅを計算した。なお、スリット形状、配置は一定とする。また、熱交換能力Ｅは単位温度当たりの熱交換量Ｅ［Ｗ／Ｋ］で評価し、次式による。
Ｅ＝Ｑ×Ｈ×ε
ε＝１−ｅｘｐ（−Ｔ）
Ｔ＝Ａｏ×Ｋ／（Ｑ×Ｈ）
Ｋ＝１／（１／αｏ＋Ａｏ／Ａｉ／αｉ＋Ａｃ／Ａｉ／αｃ）
ここで、Ｈ［Ｗ／ｋｇ・Ｋ］は空気比熱、εは温度効率、Ｋ［Ｗ／ｍ2Ｋ］は熱通過率、αｏ［Ｗ／ｍ2Ｋ］及びαｉ［Ｗ／ｍ2Ｋ］は、それぞれ、管外熱伝達率及び管内熱伝達率、αｃ［Ｗ／ｍ2Ｋ］は板状フィン１と伝熱管２の接触部熱伝達率、Ａｏ［ｍ2］は熱交換器の空気側全伝熱面積、Ａｐ［ｍ2］は熱交換器の空気側パイプ伝熱面積、Ａｆ［ｍ2］は熱交換器の空気側フィン伝熱面積、Ａｉ［ｍ2］は熱交換器の冷媒側伝熱面積、Ａｃ［ｍ2］は板状フィン１と伝熱管２の接触部面積であり、熱交換器の形状に依存するパラメータ、熱交換能力Ｅは段ピッチＤｐ、フィン幅Ｌ、ピッチＦｐ、板状フィン１の厚さＦｔ、板状フィン１と伝熱管２の接触熱伝達率αｃが決まれば算出できる値である。
【００３８】
以下、形状パラメーターと熱交換能力Ｅとの関係を図５及び図６に示す。なお、これらの図において熱交換能力Ｅ［Ｗ／Ｋ］は、伝熱管２の段数が１段で、伝熱管２の長手方向の長さＷが単位長さのときの値である。
【００３９】
図５は、本実施の形態の扁平形状の伝熱管２のフィンチューブ型熱交換器及び図２７に示す円形状の伝熱管２のフィンチューブ型熱交換器に関して、切り起しスリット３の数Ｎをパラメーターにして、スリット幅ａとスリット間距離ｂの比ｂ／ａ＝２とし、送風機の駆動力Ｐｆを一定にして、伝熱管２の長手方向の単位長さ当たりの熱交換能力Ｅを計算したものである。
円形状の伝熱管２の熱交換器は板状フィン１の積層方向のピッチＦｐはＦｐ＝０．００１２ｍであり、板状フィン１の厚みＦｔは、Ｆｔ＝０．０００１ｍ、また空気の流れ方向の板状フィン幅ＬはＬ＝０．０２５４ｍ、熱交換器の前面風速ＵｆはＵｆ＝１．０ｍ／ｓ、熱交換器の段方向に隣接する伝熱管の中心の距離ＤｐはＤｐ＝０．０２６６ｍ、伝熱管は列方向に２列とし、板状フィン１と伝熱管２間の密着は伝熱管２を拡管棒または高圧水により押し広げ、板状フィン１と密着させる方法により行われる。
【００４０】
図５より熱交換能力Ｅは切り起しスリット３の数Ｎ＝４付近で最大値をとる。これは、通風抵抗ΔＰはスリット数が増えた場合、線形的に増加するが、伝熱量ｑは一定値に漸近するため、Ｎ＝４以上のスリットを切り起こすと圧力損失（通風抵抗）ΔＰの増分が、伝熱量ｑの増分よりも大きく、風量Ｑが低下するためである。
従って、切り起しスリット３は本実施の形態では４個とすることが望ましいが２個から６個の範囲であれば、熱交換能力Ｅは、最大値に対し３％以内であり、十分に効果を発揮する。また、円形状伝熱管２の熱交換器と扁平形状の伝熱管２の熱交換器を比較した場合、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の方が、切り起しスリット３の数の最大値が小さい。これは、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の方が伝熱管２の部分の圧力損失が小さく、全圧力損失ΔＰに対する切り起しスリット３の圧力損失の割合が大きいためである。
また、円形形状の伝熱管２の熱交換器に対し、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の熱交換能力Ｅの絶対値が大きいのは、板状フィン１と伝熱管２の接合方法として、ロウ付けを用いているためであり、このため接触熱伝達率αｃが非常に大きいためである。
【００４１】
図６は、本実施の形態の扁平形状の伝熱管２のフィンチューブ型熱交換器及び図２７に示す円形状の伝熱管のフィンチューブ型熱交換器に関して、切り起しスリット３の数Ｎをパラメーターにして、切り起しスリット３の数を４とし、送風機の駆動力Ｐｆを一定にして、伝熱管２の長手方向の単位長さ当たりの熱交換能力Ｅを計算したものである。円形状の伝熱管２の熱交換器の仕様は切り起しスリット３の数以外は図５と同様とする。
【００４２】
図６より熱交換能力Ｅはｂ／ａ＝２付近で最大値をとる。これは、ｂ／ａを増加させると通風抵抗ΔＰは低下するが、伝熱量ｑも低下するため、ｂ／ａ＝２以上とすると圧力損失（通風抵抗）ΔＰの低下分による風量Ｑの増加よりも、伝熱量ｑの低下よりが大きいためである。
従って、本実施の形態ではｂ／ａ＝２とすることが望ましいがｂ／ａは１から４の範囲であれば、熱交換能力Ｅは最大値に対し３％以内であり、十分に効果を発揮する。また、円形状の伝熱管２の熱交換器と扁平形状の伝熱管２の熱交換器を比較した場合、円形状の伝熱管２の熱交換器の方が、ｂ／ａの最大値が小さい。これは、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の方が伝熱管２の部分の圧力損失が小さく、全圧力損失ΔＰに対する板状フィン１の圧力損失の割合が大きいためである。
また、円形状の伝熱管２の熱交換器に対し、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の熱交換能力Ｅの絶対値が大きいのは、板状フィン１と伝熱管２の接合方法として、ロウ付けを用いているためであり、このため接触熱伝達率αｃが非常に大きいためである。
なお、切り起しスリット３の幅ａと切り起しスリット３間の距離ｂに関し、切り起しスリット３の幅ａ、切り起しスリット３間の距離ｂが相違する場合でも、切り起しスリット３の幅ａと切り起しスリット３間の距離ｂを図１に示す関係において、１≦ｂ１／ａ１≦４、１≦ｂ２／ａ２≦４、１≦ｂ３／ａ３≦４・・・が成立すれば、前記と同様の効果が得られる。
【００４３】
図７は、空気流れに対し、切り起しスリット３が一定の角度をもって構成されるフィンチューブ型熱交換器を示しているが、切り起しスリット３の数が２から６個、ｂ／ａが１〜４の場合、最も熱交換能力Ｅが大きく、図３に示した切り起しスリット３と同様の効果が見込まれる。
【００４４】
図８は、貫通伝熱管２の配列が空気流れ方向と垂直な方向に１配列、即ち段方向に伝熱管２が１列のフィンチューブ型熱交換器の例であるが、前記の図１に示した２列の熱交換器と同様に切り起しスリット３の数が２〜６個、ｂ／ａが1〜４の場合、最も熱交換能力Ｅが大きく、図１と同様の効果が見込まれる。但し、伝熱管２内の耐圧保持のため、隔壁は伝熱管２の長軸径の増加に対応して、増加している。
【００４５】
以下に、実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の組立方法について説明する。
図９は、図１に記載のフィンチューブ型熱交換器であるが、板状フイン１を、伝熱管２の段方向に分割線７、７により分割し、板状フイン１が１ａ、１ｂ、１ｃと３枚により構成されるフィンチューブ型熱交換器を示している。即ち、扁平形状の伝熱管２の扁平断面の長軸径を分けるように板状フィン１を分割している。
【００４６】
図１０は図９の熱交換器のロウ付け前の仮組立て時の状態を示している。図１０で、６はフィンカラーであり、フィンカラー６内に伝熱管２ａ、２ｂ及び棒状のロウ材８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが両端に挿入されている。
なお、図１０は仮組立を示す図であるため、ロウ材８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが入っている分、板状フィン１の分割部１ａ、１ｂ、１ｃが離れている。ロウ付けにより、ロウ材８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが溶け出し、自重で板状フィン１ａ、１ｂ、１ｃが動き、図９のように分割線７、７で一致する。
図１１は図９の熱交換器の組立て方法のフローチャートであり、工程はフィン抜き（S1）（フィン抜きとは、板状フィンを１枚板から型によって打ち抜き、フィンカラー６や切り起しスリット３を形成すること）、フイン１aを伝熱管軸方向に積層し、冶具で固定（S２）、ロウ材の棒8aをフイン１aの重力方向下部に配置（S3）、伝熱管2aをフイン１aの重力方向上部より挿入（S4）、ロウ材の棒8bを伝熱管2bの重力方向上部に固定（S5）、フイン１bを管軸方向に積層し、冶具で固定された状態で、伝熱管2a及びロウ材の棒8bとかみ合わせる（S6）、ロウ材の棒8cをフイン１bの重力方向下部に配置（S7）、伝熱管2bをフイン１bの重力方向上部より挿入（S8）、ロウ材の棒8dを伝熱管2bの上部に固定（S9）、フイン１cを管軸方向に積層し、冶具で固定された状態で、伝熱管2b及びロウ材の棒8dとかみ合わせる（S10）、ヘッダ部品仮組み立て（S11）、ノコロック連続炉に投入し加熱接合（S12）、フィン表面に親水材コーティング材塗布（S13）、乾燥（S14）の手順で行われる。
【００４７】
このように、フィンカラー６と伝熱管２を密着させる方法として、ロウ付けを行う場合、従来の図２５で示したように伝熱管２を板状フィン１に貫通させる方式のように、ロウ材を伝熱管２に付着した場合、クリアランスの確保が困難であるため、挿入しにくい。
本実施の形態の場合、伝熱管２を板状フィン１の端部の開口した挿通穴１１から、はめ込むため、伝熱管２の両端にロウ材棒を配置すれば、ロウ材の量を十分確保でき、板状フィン１とロウ材を完全に密着させることができるため、接触熱伝達率αcがほぼ無限大まで大きくなることが予想される。また、ロウ付け後はロウ材は板状フィン１と伝熱管２の間に行き渡り、伝熱管２はフィンカラー６の前縁部に移動し、隙間無くフィンカラー６と接触し、見栄えのよい熱交換器となる。
【００４８】
また、一般的に、伝熱管２の列数をｎ列とした場合、板状フィン１の分割数をｎ＋１とすることで、図１１と同様の組み立て方法を用いることができ、即ち、伝熱管２の列数が多数となっても可能であり、前記と同様の効果奏することはいうまでもない。
【００４９】
図１２は、別の組立て方法を示しており、板状フイン１を、伝熱管２の端部において段方向に分割線７で分割し、空気流れ方向に対し前記板状フィン１の後縁端部に伝熱管２の後縁端部が配置される熱交換器を示している。即ち、板状フィン１が、扁平形状の伝熱管２の扁平断面の長軸径の熱交換流体の流れ方向の下流側端部で、熱交換流体の流れ方向と垂直方向に配列された貫通伝熱管の配列方向に分割されたものから成る。
この場合、板状フィン１は１ａ、１ｂの２枚で構成され、固定冶具を２回しか用いずに済み、図１０の仮組立ての工程も大幅に減少される。また、板状フィン１と伝熱管２間に置くロウ材の棒は伝熱管２ａ、２ｂのそれぞれの下流側端部でない方に、伝熱管２ａ、２ｂの１本に付き１本入れる。ロウ材が減りコスト低減となる。
【００５０】
図１３はさらに別の組立て方法を示し、板状フィン１を、伝熱管２の端部において分割線７で段方向に１ａ、１ｂに分割し、空気流れ方向に対し前記板状フィン１の前縁端部に伝熱管２の前縁端部が配置される熱交換器を示している。即ち、板状フィン１が、扁平形状伝熱管２の扁平断面の長軸径の熱交換流体の流れ方向の上流側端部で、熱交換流体の流れ方向と垂直方向に配列された貫通伝熱管２の配列方向に分割されたものから成る。
この場合も図１２と同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００５１】
図１４は、別の組立て方法を示す例であり、板状フィン１において、フィンカラ−６の内面に部分的な凹部である切り欠き６ｄを設けた伝熱管２の挿入前の図であり、図１５は図１４におけるA-A断面を示す図である。
【００５２】
図１６は、伝熱管２挿入後のA-A断面を示しており、板状フィン１と伝熱管２間にロウ材の層９が存在し、板状フィン１と伝熱管２は密着する。
【００５３】
図１７は、図１４の熱交換器の組立て方法のフローチャートである。
工程はフィン抜き（S1）、板状フィン１を伝熱管２の軸方向に積層し、冶具で固定（S２）、ロウ材を表面に塗布させた板状フィン１（ロウ材の塗布はフィンカラー６の部分だけでよいが、フィンカラー６の部分だけに塗布するのは難しいので、加工上からフィン全体に塗布する）に伝熱管２を板状フィン１の伝熱管２の挿入方向（図１６に示す）より挿入（S3）、ヘッダ部品仮組み立て（S4）、ノコロック連続炉に投入し加熱接合（S5）、板状フィン１の表面に親水材コーティング材塗布（S6）、乾燥（S7）の手順で行われる。
ここで、板状フィン１に伝熱管２を板状フィン１の伝熱管２の挿入方向（図１６に示す）より挿入（S3）する工程において、ロウ材を板状フィン１に塗布させている場合、ロウ材はフィンカラー６より剥がれやすい。このため、フィンカラー６の内面に部分的に設けた凹部である切り欠き６ｄを設けることによって、ロウ材の完全剥離を防止することができる。
【００５４】
また、フィンカラー６を伝熱管２の挿入方向（図１６に示す）に対し、伝熱管２側に傾斜させる、即ち、先端に向かって開口を狭めるように傾斜させて突出するフィンカラー６によって挿通穴１１を形成することによって（図１５に示す）、伝熱管２挿入時にフィンカラ−６が伝熱管２の挿入方向と平行となり、隙間無く、フィンカラー６と伝熱管２が接触する。このようにすることで、フィンカラー６と伝熱管２間のクリアランスの確保ができないとき生じる図２６のような、伝熱管２の挿入時の板状フィン１の折れ曲がりを防ぐことができる。
【００５５】
図１８は、さらに別の組立て例であり、板状フィン１に伝熱管２の挿通穴１１を空気の流れ方向と平行方向に、かつ板状フィン１の下流側の端部に開口する開口部を有するように形成し、この開口部から、初めに、上流側の伝熱管２を挿入し、次いで、棒状のロウ材を挿入し、さらに、下流側の伝熱管２を挿入することで２列の伝熱管２を挿入する熱交換器を示している。
なお、挿通穴１１の周りにはフィンカラー６が突出しているが、上流側の伝熱管２と下流側の伝熱管２との間で、棒状のロウ材を挿入するあたりはフィンカラー６のない部分を設けている。即ち、ここでフィンカラー６は６ａ、６ｂに分割されている。
板状フィン１の下流側の端部に開口する開口部は、挿通穴１１の下流側の端部及びフィンカラー６ｂの下流側の端部が外側に広がるように曲率を有して開口している。
【００５６】
この組立によると、板状フィン１を分割しなくても複数列の伝熱管２を設けることができ、組立て性も容易である。また、棒状のロウ材も伝熱管がｎ列の場合ｎ−１本でよいためコストが低下する。
また、フィンカラー６を分割しないと、この熱交換器を蒸発器で用いる場合、凝縮水がフィンカラー６上部に滞留し易く、排水性が劣化するため、フィンカラー６を伝熱管２間で分割し排水性を向上している。さらに、この場合、空気流れの下流側のフィンカラー６ｂが伝熱管２の外側に倒れやすくなるため、空気流れの下流側のフィンカラー６ｂに外側に広がるアールを設けた。こうすることで、フィンカラー６ｂが倒れにくくなり、フィンカラー６ｂと伝熱管２は密着し易くなる。
【００５７】
実施の形態２．
図１９は、実施の形態２のフィンチューブ型熱交換器の使用例を示す図で、１列の熱交換器の例である。
１列の熱交換器と貫流型送風機１０ａをもちいて構成される冷凍空調装置を示しており、１２はドレンパン、１３は凝縮水である。
伝熱管２は重力方向に対し、板状フィン１の上方に常に設置されている。即ち、空気の流れ方向と垂直方向の貫通伝熱管２の配列が重力方向と平行でなく、傾いている場合、貫通伝熱管２の下側の端部は該端部に対して重力方向に位置する板状フィン１の下側の端部より上方にある。
【００５８】
図２０のように、重力方向下方に伝熱管２が配置される場合、凝縮水の排水路が無く、凝縮水は下方にたれ落ちる。このため、伝熱管２を重力方向に対し板状フィン１の上方に設置することで、板状フィン１上で重力方向下方に常に凝縮水の流路が確保され、凝縮水が送風機にたれ落ちることがない。伝熱管２が２列で構成される図１２および図１３の場合も図２０の場合と同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００５９】
実施の形態３．
図２１は実施の形態３のフィンチューブ型熱交換器の使用例を示す図で、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の端部にヘアピン部、もう一方の端部にヘッダ４を配置する冷凍空調装置を示し、プロペラ型送風機１０ｂを用いる場合、大風量となるため、熱交換器は大きく、伝熱管２の軸方向に対し、Ｌ字もしくはＵ字に曲げて用いることが多い。扁平形状の伝熱管２の熱交換器を用いる場合、扁平形状の伝熱管２の長軸を曲げることは難しく、２分割もしくは３分割して用いる必要がある。
【００６０】
実施の形態４．
図２２は実施形態４の冷凍空調装置を示す図である。図に示す冷凍空調装置の冷媒回路は、圧縮機２１、凝縮熱交換器２２、絞り装置２３、蒸発熱交換器２４、送風機１０により構成されている。
前記の実施に形態１に記載の熱交換器を凝縮熱交換器２２、または蒸発熱交換器２４、もしくは両方に用いることにより、エネルギ効率の高い冷凍空調装置を実現することが出来る。
ここで、エネルギ効率は、次式で構成されるものである。
暖房エネルギ効率=室内熱交換器（凝縮器）能力／全入力
冷房エネルギ効率=室内熱交換器（蒸発器）能力／全入力
【００６１】
なお、前記の実施の形態１〜実施の形態４で述べた熱交換器及びそれを用いた冷凍空調装置については、ＨＣＦＣ（Ｒ２２）やＨＦＣ（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１，ＲＣ３１８などや、これら冷媒の数種の混合冷媒Ｒ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなど）、ＨＣ（ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなどや、これら冷媒の数種混合冷媒）、自然冷媒（空気、炭酸ガス、アンモニアなどや、これら冷媒の数種の混合冷媒）、またこれら冷媒の数種の混合冷媒など、どんな種類の冷媒を用いても、その効果を達成することができる。
【００６２】
また、熱交換の作動流体として、空気と冷媒の例を示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、同様の効果を奏する。
【００６３】
また、伝熱管２と板状フィン１は異なった材料を用いていることが多いが、伝熱管２と板状フィン１に銅、伝熱管２と板状フィン１にアルミニウムなど、同じ材料を用いることで、板状フィン１と伝熱管２のロウ付けが可能となり、板状フィン１と伝熱管２の接触熱伝達率が飛躍的に向上し、熱交換能力が大幅に向上する。また、リサイクル性も向上させることができる。
【００６４】
また、伝熱管２と板状フィン１を密着させる方法として、炉中ロウ付けを行う場合、板状フィン１に親水材を塗布するのに後処理で行うことで、前処理の場合のロウ付け中の親水材の焼け落ちを防ぐことができる。
【００６５】
なお、耐圧強度を挙げようとする場合、肉厚を大きくしたり、伝熱管２内部の隔壁を増やす等の対策を講じればよいが、管内流路断面積を同一としたまま、肉厚を大きくすると、伝熱管２の外径寸法も増加し、伝熱管２のコストも上昇するが、段ピッチ、列ピッチ、偏平率、切り起こしフィン３の数や形状などの調整により、通風抵抗と伝熱促進のバランスを加味して、これらの値を適切に設定してやれば本実施の形態の効果を十分に発揮することができる。
【００６６】
なお、前記の実施の形態１で述べた熱交換器及びそれを用いた冷凍空調装置については、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、冷媒と油が溶ける、溶けないにかかわらず、どんな冷凍機油についても、その効果を達成することができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係るフィンチューブ型熱交換器は、所定の間隔で積層された複数の板状フィンと、板状フィンを、その積層方向に貫通し、内部を被熱交換流体が流れるとともに、被熱交換流体が流れる断面が扁平形状である複数本の伝熱管と、板状フィンに設けられた複数の切り起しスリットとを備え、板状フィン間及び伝熱管間を熱交換流体が流れることによって、被熱交換流体と前記熱交換流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器において、
伝熱管は、扁平断面の長軸径が熱交換流体の流れ方向に一致するように配置され、板状フィンを貫通する貫通伝熱管の配列が、熱交換流体の流れ方向と垂直方向に１配列以上あり、板状フィンに設けられた切り起しスリットは、垂直方向の配列伝熱管の伝熱管間で、熱交換流体の流れ方向に平行に配列され、切り起しスリットの幅をａ、切り起しスリット間の距離をｂとしたとき、１≦ｂ／ａ≦４の関係があり、
板状フィンから突出するフィンカラーと、該フィンカラーに囲まれるように、かつ熱交換流体の流れ方向と平行に、板状フィンに形成される挿通穴を備え、複数の伝熱管は熱交換流体の流れ方向と平行方向の配列ができるようにフィンカラー及び挿通穴に挿入され、熱交換流体の流れ方向に対して上流側の伝熱管と下流側の伝熱管との間にフィンカラーのない部分を設け、また、挿通穴の下流端部及びフィンカラーの下流端部が板状フィンの下流端部において外側に広がるように曲率を有して開口するので、伝熱量が大きく、通風抵抗が小さい、従って熱交換能力が良く、さらに貫通伝熱管の配列数が複数となっても一層組立性が良く、蒸発器用の熱交換器として使用した場合、凝縮水の排水性が向上できるフィンチューブ型熱交換器が得られる。
【００７２】
請求項２に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、長手方向の一方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に、隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第１の分割板を積層する工程と、長手方向の両方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第２の分割板を積層する工程と、長手方向の一方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第３の分割板を積層する工程と、積層された第１の分割板の前記挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、ロウ材を配置した第１の分割板の前記挿通穴に断面が偏平状の第１の伝熱管の半分を挿入する工程と、積層された第２の分割板の両方の挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、第１の伝熱管の残りの半分を前記ロウ材を配置した第２の分割板の一方の挿通穴に挿入する工程と、ロウ材を配置した第２の分割板の残りの挿通穴に断面が偏平状の第２の伝熱管の半分を挿入する工程と、積層された第３の分割板の前記挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、第２の伝熱管の残りの半分を前記ロウ材を配置した前記第３の分割板の前記挿通穴に挿入する工程と、加熱してロウ付けする工程と、を備えたので、伝熱管を板状フィンの端部の開口した挿通穴から、はめ込むため、伝熱管の両端にロウ材棒を配置すれば、ロウ材の量を十分確保でき、板状フィンとロウ材を完全に密着させることができるため、接触熱伝達率がほぼ無限大まで大きくなることが予想され、ロウ付け後はロウ材は板状フィンと伝熱管の間に行き渡り、伝熱管はフィンカラーの前縁部に移動し、隙間無くフィンカラーと接触し、見栄えのよい熱交換器となる。
【００７３】
また、請求項３に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、積層された第１〜第３の分割板の挿通穴へのロウ材の配置と伝熱管の挿入は重力方向に行なわれるので、伝熱管を板状フィンの端部の開口した挿通穴から、はめ込むため、伝熱管の両端にロウ材棒を配置すれば、ロウ材の量を十分確保でき、板状フィンとロウ材を完全に密着させることができるため、接触熱伝達率がほぼ無限大まで大きくなることが予想され、ロウ付け後はロウ材は板状フィンと伝熱管の間に行き渡り、伝熱管はフィンカラーの前縁部に移動し、隙間無くフィンカラーと接触し、見栄えのよい熱交換器となる。
また、請求項４に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、ロウ付けする工程の後に、第１〜第３の分割板のフィン表面に親水材を塗布する工程を備えたので、前処理の場合のロウ付け中の親水材の焼け落ちを防ぐことができる。
【００７８】
また、請求項５に係る冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を有する冷凍サイクルを備え、冷媒を被熱交換流体とし、また、空気を熱交換流体とした冷凍空調装置であって、凝縮器及び蒸発器のうち、少なくとも一方に、請求項１のフィンチューブ型熱交換器を用いることにより、請求項１の効果を有する冷凍空調装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器を示す外観斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器のフィンカラー及び切り起しスリットを示す部分外観図である。
【図４】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の板状フィン上における切り起しスリットにより形成される温度境界層の発達を示す説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の板状フィンの切り起しスリット数と熱交換能力との関係を示す特性図である。
【図６】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の板状フィンの切り起しスリット幅aとスリット間距離ｂの比b/aと熱交換能力との関係を示す特性図である。
【図７】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の別のフィンカラー及び切り起しスリットを示す部分外観図である。
【図８】 この発明の実施の形態１の他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態１のさらに他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図１０】 この発明の図９に示すフィンチューブ型熱交換器の組立工程を説明する説明図である。
【図１１】 この発明の図９に示すフィンチューブ型熱交換器の組立工程を示すフローチャートである。
【図１２】 この発明の実施の形態１のさらに他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態１のさらに他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図１４】 この発明の実施の形態１のさらに他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図１５】 この発明の図１４に示すフィンチューブ型熱交換器の板状フィン及びフィンカラーを示す部分断面図である。
【図１６】 この発明の図１４に示すフィンチューブ型熱交換器のフィンカラーに伝熱管を挿入した状態を示す部分断面図である。
【図１７】 この発明の図１４に示すフィンチューブ型熱交換器の組立工程を示すフローチャートである。
【図１８】 この発明の実施の形態１のさらに他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図１９】 この発明の実施の形態２のフィンチューブ型熱交換器の使用例を示す説明図である。
【図２０】 この発明の実施の形態２の図１９に示すフィンチューブ型熱交換器の凝縮水の流れを示す説明図である。
【図２１】 この発明の実施の形態３のフィンチューブ型熱交換器の使用例を示す説明図である。
【図２２】 この発明の実施の形態４の冷凍空調装置の冷凍サイクル構成を示す図である。
【図２３】 従来の扁平状伝熱管を有するプレートフィン型熱交換器を示す部分外観図である。
【図２４】 従来の扁平状伝熱管を有する別のプレートフィン型熱交換器を示す部分外観図である。
【図２５】 従来の図２３に示すプレートフィン型熱交換器の組立方法を示す説明図である。
【図２６】 従来の図２３に示すプレートフィン型熱交換器の組立方法の問題を説明する説明図である。
【図２７】 従来の円管状伝熱管を有するプレートフィン型熱交換器のを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 板状フィン、２ 伝熱管、３ 切り起しスリット、６ フィンカラー、６ｃ フィンカラーのない部分、６ｄ 凹部、８ ロウ材、１１ 挿通穴、２１ 圧縮機、２２ 凝縮器、２３ 絞り装置、２４ 蒸発器。
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒と空気等の流体間での熱交換を行うためのフィンチューブ型熱交換器、その製造方法及びそれを用いた冷凍空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプレートフィン型熱交換器について、図２３から２７を用いて説明する。
図２３及び図２４は特開平３−１２８１６７号公報に開示された冷凍空調装置に用いられる扁平状の伝熱管を有するプレートフィン型熱交換器を示す部分外観図である。この熱交換器は、プレートフィンチューブ型と一般に呼ばれるもので、一定間隔で配置され、その間を空気が流れる板状フィン１と、この各板状フィン１へ直角に挿入され、内部に冷媒が流れる扁平形状の伝熱管２からなり、伝熱管２の段方向（空気の通過する方向に対し直角方向）の板状フィン１面には、スリット群が設けられている。スリット群はスリット３の側端部が風向に対向するように位置しており、さらに、風向に対し、ある角度をもって、配置されている。このようにすることで、前記側端部において空気流の速度境界層及び温度境界層を更新する効果を期待でき、伝熱促進が行われ、熱交換能力が増大するとされている。
【０００３】
また、図２３及び図２４に示すように、伝熱管２に偏平形状の伝熱管２を用いることにより、図２７に示す円形状の伝熱管（図２７（ａ）は、円形状の伝熱管の熱交換器の平面断面図、図２７（ｂ）は、板状フィンとスリットを示す断面図である）と比較し、通風抵抗が大幅に小さくできるという利点がある。
【０００４】
このような偏平形状の伝熱管２を用いた熱交換器を製造するためには、図２３に示す熱交換器の場合は、図２５に示すように、適宜間隔をおいて多数重ねられた板状フイン１を治具で固定し、各板状フイン１の挿通穴１１に伝熱管２を挿入して板状フィン１と偏平形状の伝熱管２を密着させ、その後、ロウ材や、接着剤によって密着させている。
【０００５】
また、図２４に示す熱交換器では、板状フィン１を、１列に並んだ伝熱管２の方向に２分割し、片側の分割板状フィン１を積層し、分割挿通穴１１に伝熱管２を挿入し、その後もう片側の積層分割板状フィン１を合体する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの熱交換器は、伝熱促進のために板状フィン１にスリット３を有しているが、スリット寸法、スリット間の距離等について、特別の検討がなされていない。従って、熱交換能力の向上が充分発揮されているとはかぎらない。
【０００７】
また、図２３の熱交換器においては、図２５に示すように偏平形状の伝熱管２を板状フィン１の挿通穴１１内に挿入する際、図２６に示すように、摩擦によって板状フィン１が屈曲する恐れがあり、その結果、板状フィン１の間隔が不均一となり、熱交換器の外観の体裁を悪くするばかりでなく、通風抵抗の増大を招くという問題がある。したがって、板状フィン１の挿通穴１１内に偏平形状の伝熱管２を挿入するには、高い精度と熟練を要し、組立てに手数と時間を要するとともに、製造コストが嵩むという問題があった。
また、図２４の熱交換器の組立ては、伝熱管２が１列のものに限られていた。
【０００８】
また、熱交換器を蒸発器として用いた場合、板状フィン１上を凝縮水が伝って流れ落ちにくく、送風機が熱交換器の重量方向下方に位置する場合、送風機に流入してしまいやすいという問題点があった。
【０００９】
本発明は、前記に鑑みなされたものであり、伝熱量が大きく、通風抵抗が小さい、従って熱交換能力が大きいフィンチューブ型熱交換器を得ることを目的とする。
また、組立性が良いフィンチューブ型熱交換器を得ることを目的とする。
また、蒸発器の熱交換器として使用時の凝縮水の排水性の良いフィンチューブ型熱交換器を得ることを目的とする。
また、伝熱管と板状フィンとの密着性が良く、伝熱特性の良いフィンチューブ型熱交換器を得ることを目的とする。
また、組立性が良いフィンチューブ型熱交換器の製造方法を得ることを目的とする。
また、前記のフィンチューブ型熱交換器を使った冷凍空調装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るフィンチューブ型熱交換器は、 本発明の請求項１に係るフィンチューブ型熱交換器は、所定の間隔で積層された複数の板状フィンと、板状フィンを、その積層方向に貫通し、内部を被熱交換流体が流れるとともに、被熱交換流体が流れる断面が扁平形状である複数本の伝熱管と、板状フィンに設けられた複数の切り起しスリットとを備え、板状フィン間及び伝熱管間を熱交換流体が流れることによって、被熱交換流体と前記熱交換流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器において、
伝熱管は、扁平断面の長軸径が熱交換流体の流れ方向に一致するように配置され、板状フィンを貫通する貫通伝熱管の配列が、熱交換流体の流れ方向と垂直方向に１配列以上あり、板状フィンに設けられた切り起しスリットは、垂直方向の配列伝熱管の伝熱管間で、熱交換流体の流れ方向に平行に配列され、切り起しスリットの幅をａ、切り起しスリット間の距離をｂとしたとき、１≦ｂ／ａ≦４の関係があり、
板状フィンから突出するフィンカラーと、該フィンカラーに囲まれるように、かつ熱交換流体の流れ方向と平行に、板状フィンに形成される挿通穴を備え、複数の伝熱管は熱交換流体の流れ方向と平行方向の配列ができるようにフィンカラー及び挿通穴に挿入され、熱交換流体の流れ方向に対して上流側の伝熱管と下流側の伝熱管との間にフィンカラーのない部分を設け、また、挿通穴の下流端部及びフィンカラーの下流端部が板状フィンの下流端部において外側に広がるように曲率を有して開口するものである。
【００１５】
また、請求項２に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、長手方向の一方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に、隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第１の分割板を積層する工程と、長手方向の両方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第２の分割板を積層する工程と、長手方向の一方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第３の分割板を積層する工程と、積層された第１の分割板の前記挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、ロウ材を配置した第１の分割板の前記挿通穴に断面が偏平状の第１の伝熱管の半分を挿入する工程と、積層された第２の分割板の両方の挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、第１の伝熱管の残りの半分を前記ロウ材を配置した第２の分割板の一方の挿通穴に挿入する工程と、ロウ材を配置した第２の分割板の残りの挿通穴に断面が偏平状の第２の伝熱管の半分を挿入する工程と、積層された第３の分割板の前記挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、第２の伝熱管の残りの半分を前記ロウ材を配置した前記第３の分割板の前記挿通穴に挿入する工程と、加熱してロウ付けする工程と、を備えたものである。
【００１６】
また、請求項３に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、積層された第１〜第３の分割板の挿通穴へのロウ材の配置と伝熱管の挿入は重力方向に行なわれるものである。
また、請求項４に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、ロウ付けする工程の後に、第１〜第３の分割板のフィン表面に親水材を塗布する工程を備えたものである。
【００２１】
また、請求項５に係る冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を有する冷凍サイクルを備え、冷媒を被熱交換流体とし、また、空気を熱交換流体とした冷凍空調装置であって、凝縮器及び蒸発器のうち、少なくとも一方に、請求項１のフィンチューブ型熱交換器を用いるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は実施の形態1のフィンチューブ型熱交換器の平面断面図である。図２は同じく、フィンチューブ型熱交換器の外観斜視図である。
図において、１は板状フィンであり、所定の間隔で複数積層されている。２は被熱交換流体である冷媒が通る伝熱管であり、板状フィンの積層方向に板状フィンを貫通している。即ち、積層板状フィン１に垂直に貫通している。
伝熱管２の断面は、長軸径ｄｂと短軸径ｄａの略楕円形状、言い換えれば、扁平状形状であり、扁平断面の長軸径ｄｂが熱交換流体である空気の流れ方向に平行となっている。（図１で、列方向に長く、段方向に短い形状をしている）板状フィン１を貫通する貫通伝熱管２の配列は、空気の流れ方向と垂直方向の配列（図１で段方向の配列）及び平行方向の配列（図１で列方向の配列）があり、図１では、垂直方向の配列が２配列、平行方向の配列が３配列（３列）の例を示している。
３は板状フィン１に形成された切り起しスリットであり、垂直方向の配列伝熱管２の隣接伝熱管２間に、空気流れ方向と平行に複数配列されている。即ち、空気流れに対して、上流側から下流側に向かって、複数配列されている。
また、４はヘッダーであり、５は冷媒の出入口である。
【００２３】
この実施の形態においてフイン１の積層方向のピッチＦｐ＝０．００１２ｍであり、フィン厚みＦｔ＝０．０００１ｍ、また空気の流れ方向のフィン幅はＬ＝０．０２５４ｍ、フィン１に流入する直前の風速である熱交換器の前面風速ＵｆはＵｆ＝１．０ｍ／ｓ、熱交換器の段方向に隣接する伝熱管２の中心の距離ＤｐはＤｐ＝０．０１３３ｍ、伝熱管２は列方向に２列とし、後述のフィンカラー６の前縁部まで、フィンカラー６と伝熱管２がロウ付けにより、完全接合されている。
【００２４】
また、伝熱管２内には耐圧を保持するため、１本の伝熱管２につき５本の隔壁が設けられており、伝熱管２内は６室に分割されている。また、各室の冷媒流路の冷媒流れ方向に対して垂直方向の断面積は同一である。また、空気の流れ方向に平行な長軸径をｄｂ＝０．００８ｍ、長軸径に直交する短軸径をｄａ＝０．００２ｍとし、偏平率はＨ＝ｄｂ／ｄａ＝４．０とする。また、空気の流れ方向に平行に、板状フィン１上にスリットを４個備えている。
【００２５】
前記のようなフィンチューブ型熱交換器において、伝熱管２はアルミニウム合金製押し出し形材、もしくはロウ材をアルミ板に積層させた板を扁平形状に加工し電縫することによって成形される。また、板状フィン１はアルミニウム合金製板材にて形成されている。
【００２６】
図１において、切り起しスリット３のスリット幅、相互間の位置関係は以下のようになる。スリット幅ａは４個とも同じで、切り起しスリット３はスリット幅ａ１＝ａ２＝ａ３＝ａ４＝０．００２ｍである。また、スリット間の距離ｂは、これも同じで、ｂ１＝ｂ２＝ｂ３＝０．００４ｍである。空気の流れに対する板状フイン１の前縁から切り起しスリット３の前端部までの距離ｈ１と板状フィン１の後縁から最も下流側の切り起しスリット３の後端部までの距離ｈ２は同じで、ｈ１＝ｈ２＝０．００２７ｍである。
スリット幅ａは一定の方が形成が容易であり、フィン成形が容易となり望ましいが、等しくなくても良い。
【００２７】
図３は、板状フィン１上に設けられたフィンカラー６、挿通穴１１及び切り起しスリット３を示す部分外観図である。フィンカラー６は挿通穴１１の周りに渡って板状フィン１から突出している。伝熱管２は挿通穴１１に挿入され、板状フイン１を貫通する。
切り起しスリット３は、板状フィン１から切り起されたスリットの側端部が空気の流れに対して対向し、また、切り起しスリット３は空気の流れ方向と平行に複数設けられている。
【００２８】
フィンチューブ型熱交換器の板状フィン１及び伝熱管２間を流れる空気は、板状フィン１との間で熱交換されることにより加熱または冷却される。
図４は、切り起しスリットにより形成される温度境界層の発達状態を説明する説明図である。板状フィン１の表面では図４(a)で示すように温度境界層３０が発達し、空気と板状フィン１間の伝熱はこの温度境界層３０を介して行われる。一般に、温度境界層３０が薄いほど空気と板状フィン１との単位温度差あたりの伝熱量は大きく、図４(b)に示すように、切り起しスリット３の上流側先端では温度境界層が更新され、切り起しスリット３の空気流れ方向上流側の端部での温度境界層３０の厚みが非常に薄くなる。板状フィン１は積層方向にピッチＦｐで積層されており、たとえば、切り起しスリット３の空気流れ方向上流側の端部から発達する温度境界層３０は、下流の位置で積層方向に隣り合う切り起しスリット３から発達した温度境界層３０と干渉する。干渉が発生した位置より下流では、温度境界層３０の厚みは一定であり、流れ方向の単位長さあたりの伝熱量は一定値となる。
【００２９】
一方、温度境界層３０の厚みをｄｔとすると、切り起しスリット３の空気流れ方向の上流側端部から流れ方向の距離ｙ［ｍ］における温度境界層３０の厚みｄｔ［ｍ］は、以下の式で表される。
ｄｔ＝５．０×（ν×ｙ／Ｕ）0.5／Ｐｒ0.3
ここで、νは動粘性係数であり、常温常圧の空気の場合ν＝０．００００１６［ｍ2／ｓ］である。また、Ｕは自由通過基準の風速（熱交換器内で流れる空気の平均流速である）でＵ＝１．３１［ｍ／ｓ］である。また、Ｐｒはプラントル数で常温常圧の空気の場合、Ｐｒ＝０．７２である。
【００３０】
いま、板状フィン１の間隔ＨｆをＨｆ＝Ｆｐ−Ｆｔと定義し、切り起しスリット３の、板状フィン１の積層方向の位置がＨｆ／２のとき、切り起しスリット３の表面と空気の間の伝熱が促進されるのは、切り起しスリット３の下流、すなわちｙ＝ａでの前記温度境界層３０の厚みｄｔが板状フィン１間の間隔Ｈｆの１／２よりも小さいことが必要である。ただし、ａ［ｍ］は切り起しスリット３の幅を示す。
従って、切り起しスリット３の幅ａは、
ａ≦Ｕ／ν×Ｐｒ0.6×（Ｈｆ／１０）2＝５１０×Ｕ×Ｆｐ2
の条件を満たすように設定する。
【００３１】
空調用熱交換器の標準的な使用範囲では、自由通過体積基準の風速はＵ＝０．５〜２ｍ／ｓであるので、
ａ≦２５５×Ｈｆ2〜１０２０×Ｈｆ2
である。ただし、計算に際して、ａ、Ｈｆの単位はともに［ｍ］であることに注意を要する。
たとえば、Ｆｐ＝０．００１２ｍ、Ｆｔ＝０．０００１ｍとすれば、Ｈｆ＝０．００１１ｍであり、
ａ≦０．０００６２〜０．００２４６ｍ
の範囲となる。なお、切り起しスリット３の、板状フィン１の積層方向の位置がＨｆ／２以外の場合においても、上記の考え方でスリット幅ａを設定すれば、概ね同様の効果を奏する。
【００３２】
さて、このとき、切り起しスリット３の面の単位面積当たり、単位温度当たりの伝熱量を表す熱伝達率αs［Ｗ／ｍ2Ｋ］は以下のように与えられる。即ち、
αs＝Ｋ／ａ×０．６６４×Ｒｅａ0.5×Ｐｒ0.3
ただし、Ｋは空気の熱伝導率、Ｐｒはプラントル数であり、それぞれ常温常圧の場合に、Ｋ＝０．０２６１［Ｗ／ｍＫ］、Ｐｒ＝０．７２［−］である。
また、Ｒｅａはレイノルズ数で、以下のように定義される。
Ｒｅａ＝Ｕ×ａ／ν
従って、
αs＝３．９１４×（Ｕ／ａ）0.5
ａ≦５１０×Ｕ×Ｈｆ2を代入すれば、
αs≧０．１７３／Ｈｆ
【００３３】
一方、切り起しスリット３が無い場合の平面フィンの熱伝達率αb［Ｗ／ｍ2Ｋ］は、およそ以下のように計算できる。
αｂ＝ｋ／（Ｈｆ×２）×４．３
従って、
αb＝０．０５６／Ｈｆ
いま、空気の流れ方向に沿った板状フィン１の幅Ｌの板状フィン１の平面上の切り起しスリット３の数をＮとすると、有効熱伝達率αeff（フィン効率Φを除いた空気側の熱伝達率、後述のαｏとはαｏ＝Φ×αeffの関係ある）は上述の２つの熱伝達率の面積加重平均となる。すなわち、
αeff＝αb＋（Ｎ×ｅ／Ｌ）×(αs−αb)
＝０．０５６／Ｈｆ×{１＋Ｎ×（１２７４×Ｕ×Ｈｆ2／Ｌ）}
従って、αeffはＮが大きくなると増加する。
【００３４】
一方、切り起しスリット３の数Ｎの最適値を与えるため、通風抵抗とＮの関係について述べる。空気流れ方向に沿った切り起しスリット３の数Ｎが多いと前記の温度境界層３０の更新の効果で、伝熱量は増加するものの、熱交換器の通風抵抗が増加し、送風機の駆動力Ｐｆが大きくなるため、個数Ｎを限定する必要がある。
いま、切り起しスリット３のない板状フィン１の間の単位長さあたりの圧力損失（通風抵抗）ΔＰｂは以下のように与えられる。
ΔＰｂ＝３２／Ｒｅｆｐ×（１／Ｈｆ）×１／２×（γ／ｇ）×Ｕ2
ここでＲｅｆｐは以下のように定義される。
Ｒｅｆｐ＝Ｕ×（２×Ｈｆ）／ν
また、γは常温常圧の空気の比重量［Ｎ／ｍ3］、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ2］である。
【００３５】
一方、切り起しスリット３部分の単位長さあたりの圧力損失（通風抵抗）ΔＰｓは一般に、
ΔＰｓ＝２×１．３２８／Ｒｅａ0.5×（１／Ｈｆ）×１／２×（γ／ｇ）×Ｕ2
従って、圧力損失（通風抵抗）の和ΔＰは、
ΔＰ＝{（Ｌ−Ｎ×ａ）×３２／Ｒｅｆｐ×（１／Ｈｆ）＋Ｎ×ａ×２．６５６／Ｒｅａ0.5×（１／Ｈｆ）}×１／２×（γ／ｇ）×Ｕ2＝Ｌ×ΔＰｂ＋Ｎ×ａ×（ΔＰｓ−ΔＰｂ）
従って、切り起しスリット３の個数Ｎに比例して通風抵抗ΔＰが増大することを意味する。そこで、送風機駆動力Ｐｆを一定にして、単位長さ当たりの熱交換能力Ｅを計算する。
【００３６】
また、本実施の形態における熱交換器を冷凍空調装置に使用した場合の送風機の駆動力低減を図るため、送風機の駆動力をフィンチューブ型熱交換器の性能評価項目に追加する。
送風機の駆動力Ｐｆ［Ｗ］は、次式にて定義される。
Ｐｆ＝ΔＰ×Ｑ
ここで、Ｑは熱交換器を通過する空気流量[ｋｇ／ｓ]であり、伝熱管２の長手方向の長さをＷ［ｍ］、伝熱管２の段数（段方向の数）をＤｎとすると、熱交換器の前面風速Ｕｆ［ｍ／ｓ］とは以下の関係がある。
Ｕｆ＝Ｑ／ρ／（Ｗ×Ｄｐ×Ｄｎ）
【００３７】
以下、切り起しスリット３の幅ａとスリット間距離ｂをパラメータとし、αおよびΔＰを計算し、送風機の駆動力Ｐｆ一定の条件で、空気流量Ｑを決定して、この時の熱交換器の熱交換能力Ｅを計算した。なお、スリット形状、配置は一定とする。また、熱交換能力Ｅは単位温度当たりの熱交換量Ｅ［Ｗ／Ｋ］で評価し、次式による。
Ｅ＝Ｑ×Ｈ×ε
ε＝１−ｅｘｐ（−Ｔ）
Ｔ＝Ａｏ×Ｋ／（Ｑ×Ｈ）
Ｋ＝１／（１／αｏ＋Ａｏ／Ａｉ／αｉ＋Ａｃ／Ａｉ／αｃ）
ここで、Ｈ［Ｗ／ｋｇ・Ｋ］は空気比熱、εは温度効率、Ｋ［Ｗ／ｍ2Ｋ］は熱通過率、αｏ［Ｗ／ｍ2Ｋ］及びαｉ［Ｗ／ｍ2Ｋ］は、それぞれ、管外熱伝達率及び管内熱伝達率、αｃ［Ｗ／ｍ2Ｋ］は板状フィン１と伝熱管２の接触部熱伝達率、Ａｏ［ｍ2］は熱交換器の空気側全伝熱面積、Ａｐ［ｍ2］は熱交換器の空気側パイプ伝熱面積、Ａｆ［ｍ2］は熱交換器の空気側フィン伝熱面積、Ａｉ［ｍ2］は熱交換器の冷媒側伝熱面積、Ａｃ［ｍ2］は板状フィン１と伝熱管２の接触部面積であり、熱交換器の形状に依存するパラメータ、熱交換能力Ｅは段ピッチＤｐ、フィン幅Ｌ、ピッチＦｐ、板状フィン１の厚さＦｔ、板状フィン１と伝熱管２の接触熱伝達率αｃが決まれば算出できる値である。
【００３８】
以下、形状パラメーターと熱交換能力Ｅとの関係を図５及び図６に示す。なお、これらの図において熱交換能力Ｅ［Ｗ／Ｋ］は、伝熱管２の段数が１段で、伝熱管２の長手方向の長さＷが単位長さのときの値である。
【００３９】
図５は、本実施の形態の扁平形状の伝熱管２のフィンチューブ型熱交換器及び図２７に示す円形状の伝熱管２のフィンチューブ型熱交換器に関して、切り起しスリット３の数Ｎをパラメーターにして、スリット幅ａとスリット間距離ｂの比ｂ／ａ＝２とし、送風機の駆動力Ｐｆを一定にして、伝熱管２の長手方向の単位長さ当たりの熱交換能力Ｅを計算したものである。
円形状の伝熱管２の熱交換器は板状フィン１の積層方向のピッチＦｐはＦｐ＝０．００１２ｍであり、板状フィン１の厚みＦｔは、Ｆｔ＝０．０００１ｍ、また空気の流れ方向の板状フィン幅ＬはＬ＝０．０２５４ｍ、熱交換器の前面風速ＵｆはＵｆ＝１．０ｍ／ｓ、熱交換器の段方向に隣接する伝熱管の中心の距離ＤｐはＤｐ＝０．０２６６ｍ、伝熱管は列方向に２列とし、板状フィン１と伝熱管２間の密着は伝熱管２を拡管棒または高圧水により押し広げ、板状フィン１と密着させる方法により行われる。
【００４０】
図５より熱交換能力Ｅは切り起しスリット３の数Ｎ＝４付近で最大値をとる。これは、通風抵抗ΔＰはスリット数が増えた場合、線形的に増加するが、伝熱量ｑは一定値に漸近するため、Ｎ＝４以上のスリットを切り起こすと圧力損失（通風抵抗）ΔＰの増分が、伝熱量ｑの増分よりも大きく、風量Ｑが低下するためである。
従って、切り起しスリット３は本実施の形態では４個とすることが望ましいが２個から６個の範囲であれば、熱交換能力Ｅは、最大値に対し３％以内であり、十分に効果を発揮する。また、円形状伝熱管２の熱交換器と扁平形状の伝熱管２の熱交換器を比較した場合、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の方が、切り起しスリット３の数の最大値が小さい。これは、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の方が伝熱管２の部分の圧力損失が小さく、全圧力損失ΔＰに対する切り起しスリット３の圧力損失の割合が大きいためである。
また、円形形状の伝熱管２の熱交換器に対し、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の熱交換能力Ｅの絶対値が大きいのは、板状フィン１と伝熱管２の接合方法として、ロウ付けを用いているためであり、このため接触熱伝達率αｃが非常に大きいためである。
【００４１】
図６は、本実施の形態の扁平形状の伝熱管２のフィンチューブ型熱交換器及び図２７に示す円形状の伝熱管のフィンチューブ型熱交換器に関して、切り起しスリット３の数Ｎをパラメーターにして、切り起しスリット３の数を４とし、送風機の駆動力Ｐｆを一定にして、伝熱管２の長手方向の単位長さ当たりの熱交換能力Ｅを計算したものである。円形状の伝熱管２の熱交換器の仕様は切り起しスリット３の数以外は図５と同様とする。
【００４２】
図６より熱交換能力Ｅはｂ／ａ＝２付近で最大値をとる。これは、ｂ／ａを増加させると通風抵抗ΔＰは低下するが、伝熱量ｑも低下するため、ｂ／ａ＝２以上とすると圧力損失（通風抵抗）ΔＰの低下分による風量Ｑの増加よりも、伝熱量ｑの低下よりが大きいためである。
従って、本実施の形態ではｂ／ａ＝２とすることが望ましいがｂ／ａは１から４の範囲であれば、熱交換能力Ｅは最大値に対し３％以内であり、十分に効果を発揮する。また、円形状の伝熱管２の熱交換器と扁平形状の伝熱管２の熱交換器を比較した場合、円形状の伝熱管２の熱交換器の方が、ｂ／ａの最大値が小さい。これは、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の方が伝熱管２の部分の圧力損失が小さく、全圧力損失ΔＰに対する板状フィン１の圧力損失の割合が大きいためである。
また、円形状の伝熱管２の熱交換器に対し、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の熱交換能力Ｅの絶対値が大きいのは、板状フィン１と伝熱管２の接合方法として、ロウ付けを用いているためであり、このため接触熱伝達率αｃが非常に大きいためである。
なお、切り起しスリット３の幅ａと切り起しスリット３間の距離ｂに関し、切り起しスリット３の幅ａ、切り起しスリット３間の距離ｂが相違する場合でも、切り起しスリット３の幅ａと切り起しスリット３間の距離ｂを図１に示す関係において、１≦ｂ１／ａ１≦４、１≦ｂ２／ａ２≦４、１≦ｂ３／ａ３≦４・・・が成立すれば、前記と同様の効果が得られる。
【００４３】
図７は、空気流れに対し、切り起しスリット３が一定の角度をもって構成されるフィンチューブ型熱交換器を示しているが、切り起しスリット３の数が２から６個、ｂ／ａが１〜４の場合、最も熱交換能力Ｅが大きく、図３に示した切り起しスリット３と同様の効果が見込まれる。
【００４４】
図８は、貫通伝熱管２の配列が空気流れ方向と垂直な方向に１配列、即ち段方向に伝熱管２が１列のフィンチューブ型熱交換器の例であるが、前記の図１に示した２列の熱交換器と同様に切り起しスリット３の数が２〜６個、ｂ／ａが1〜４の場合、最も熱交換能力Ｅが大きく、図１と同様の効果が見込まれる。但し、伝熱管２内の耐圧保持のため、隔壁は伝熱管２の長軸径の増加に対応して、増加している。
【００４５】
以下に、実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の組立方法について説明する。
図９は、図１に記載のフィンチューブ型熱交換器であるが、板状フイン１を、伝熱管２の段方向に分割線７、７により分割し、板状フイン１が１ａ、１ｂ、１ｃと３枚により構成されるフィンチューブ型熱交換器を示している。即ち、扁平形状の伝熱管２の扁平断面の長軸径を分けるように板状フィン１を分割している。
【００４６】
図１０は図９の熱交換器のロウ付け前の仮組立て時の状態を示している。図１０で、６はフィンカラーであり、フィンカラー６内に伝熱管２ａ、２ｂ及び棒状のロウ材８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが両端に挿入されている。
なお、図１０は仮組立を示す図であるため、ロウ材８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが入っている分、板状フィン１の分割部１ａ、１ｂ、１ｃが離れている。ロウ付けにより、ロウ材８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが溶け出し、自重で板状フィン１ａ、１ｂ、１ｃが動き、図９のように分割線７、７で一致する。
図１１は図９の熱交換器の組立て方法のフローチャートであり、工程はフィン抜き（S1）（フィン抜きとは、板状フィンを１枚板から型によって打ち抜き、フィンカラー６や切り起しスリット３を形成すること）、フイン１aを伝熱管軸方向に積層し、冶具で固定（S２）、ロウ材の棒8aをフイン１aの重力方向下部に配置（S3）、伝熱管2aをフイン１aの重力方向上部より挿入（S4）、ロウ材の棒8bを伝熱管2bの重力方向上部に固定（S5）、フイン１bを管軸方向に積層し、冶具で固定された状態で、伝熱管2a及びロウ材の棒8bとかみ合わせる（S6）、ロウ材の棒8cをフイン１bの重力方向下部に配置（S7）、伝熱管2bをフイン１bの重力方向上部より挿入（S8）、ロウ材の棒8dを伝熱管2bの上部に固定（S9）、フイン１cを管軸方向に積層し、冶具で固定された状態で、伝熱管2b及びロウ材の棒8dとかみ合わせる（S10）、ヘッダ部品仮組み立て（S11）、ノコロック連続炉に投入し加熱接合（S12）、フィン表面に親水材コーティング材塗布（S13）、乾燥（S14）の手順で行われる。
【００４７】
このように、フィンカラー６と伝熱管２を密着させる方法として、ロウ付けを行う場合、従来の図２５で示したように伝熱管２を板状フィン１に貫通させる方式のように、ロウ材を伝熱管２に付着した場合、クリアランスの確保が困難であるため、挿入しにくい。
本実施の形態の場合、伝熱管２を板状フィン１の端部の開口した挿通穴１１から、はめ込むため、伝熱管２の両端にロウ材棒を配置すれば、ロウ材の量を十分確保でき、板状フィン１とロウ材を完全に密着させることができるため、接触熱伝達率αcがほぼ無限大まで大きくなることが予想される。また、ロウ付け後はロウ材は板状フィン１と伝熱管２の間に行き渡り、伝熱管２はフィンカラー６の前縁部に移動し、隙間無くフィンカラー６と接触し、見栄えのよい熱交換器となる。
【００４８】
また、一般的に、伝熱管２の列数をｎ列とした場合、板状フィン１の分割数をｎ＋１とすることで、図１１と同様の組み立て方法を用いることができ、即ち、伝熱管２の列数が多数となっても可能であり、前記と同様の効果奏することはいうまでもない。
【００４９】
図１２は、別の組立て方法を示しており、板状フイン１を、伝熱管２の端部において段方向に分割線７で分割し、空気流れ方向に対し前記板状フィン１の後縁端部に伝熱管２の後縁端部が配置される熱交換器を示している。即ち、板状フィン１が、扁平形状の伝熱管２の扁平断面の長軸径の熱交換流体の流れ方向の下流側端部で、熱交換流体の流れ方向と垂直方向に配列された貫通伝熱管の配列方向に分割されたものから成る。
この場合、板状フィン１は１ａ、１ｂの２枚で構成され、固定冶具を２回しか用いずに済み、図１０の仮組立ての工程も大幅に減少される。また、板状フィン１と伝熱管２間に置くロウ材の棒は伝熱管２ａ、２ｂのそれぞれの下流側端部でない方に、伝熱管２ａ、２ｂの１本に付き１本入れる。ロウ材が減りコスト低減となる。
【００５０】
図１３はさらに別の組立て方法を示し、板状フィン１を、伝熱管２の端部において分割線７で段方向に１ａ、１ｂに分割し、空気流れ方向に対し前記板状フィン１の前縁端部に伝熱管２の前縁端部が配置される熱交換器を示している。即ち、板状フィン１が、扁平形状伝熱管２の扁平断面の長軸径の熱交換流体の流れ方向の上流側端部で、熱交換流体の流れ方向と垂直方向に配列された貫通伝熱管２の配列方向に分割されたものから成る。
この場合も図１２と同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００５１】
図１４は、別の組立て方法を示す例であり、板状フィン１において、フィンカラ−６の内面に部分的な凹部である切り欠き６ｄを設けた伝熱管２の挿入前の図であり、図１５は図１４におけるA-A断面を示す図である。
【００５２】
図１６は、伝熱管２挿入後のA-A断面を示しており、板状フィン１と伝熱管２間にロウ材の層９が存在し、板状フィン１と伝熱管２は密着する。
【００５３】
図１７は、図１４の熱交換器の組立て方法のフローチャートである。
工程はフィン抜き（S1）、板状フィン１を伝熱管２の軸方向に積層し、冶具で固定（S２）、ロウ材を表面に塗布させた板状フィン１（ロウ材の塗布はフィンカラー６の部分だけでよいが、フィンカラー６の部分だけに塗布するのは難しいので、加工上からフィン全体に塗布する）に伝熱管２を板状フィン１の伝熱管２の挿入方向（図１６に示す）より挿入（S3）、ヘッダ部品仮組み立て（S4）、ノコロック連続炉に投入し加熱接合（S5）、板状フィン１の表面に親水材コーティング材塗布（S6）、乾燥（S7）の手順で行われる。
ここで、板状フィン１に伝熱管２を板状フィン１の伝熱管２の挿入方向（図１６に示す）より挿入（S3）する工程において、ロウ材を板状フィン１に塗布させている場合、ロウ材はフィンカラー６より剥がれやすい。このため、フィンカラー６の内面に部分的に設けた凹部である切り欠き６ｄを設けることによって、ロウ材の完全剥離を防止することができる。
【００５４】
また、フィンカラー６を伝熱管２の挿入方向（図１６に示す）に対し、伝熱管２側に傾斜させる、即ち、先端に向かって開口を狭めるように傾斜させて突出するフィンカラー６によって挿通穴１１を形成することによって（図１５に示す）、伝熱管２挿入時にフィンカラ−６が伝熱管２の挿入方向と平行となり、隙間無く、フィンカラー６と伝熱管２が接触する。このようにすることで、フィンカラー６と伝熱管２間のクリアランスの確保ができないとき生じる図２６のような、伝熱管２の挿入時の板状フィン１の折れ曲がりを防ぐことができる。
【００５５】
図１８は、さらに別の組立て例であり、板状フィン１に伝熱管２の挿通穴１１を空気の流れ方向と平行方向に、かつ板状フィン１の下流側の端部に開口する開口部を有するように形成し、この開口部から、初めに、上流側の伝熱管２を挿入し、次いで、棒状のロウ材を挿入し、さらに、下流側の伝熱管２を挿入することで２列の伝熱管２を挿入する熱交換器を示している。
なお、挿通穴１１の周りにはフィンカラー６が突出しているが、上流側の伝熱管２と下流側の伝熱管２との間で、棒状のロウ材を挿入するあたりはフィンカラー６のない部分を設けている。即ち、ここでフィンカラー６は６ａ、６ｂに分割されている。
板状フィン１の下流側の端部に開口する開口部は、挿通穴１１の下流側の端部及びフィンカラー６ｂの下流側の端部が外側に広がるように曲率を有して開口している。
【００５６】
この組立によると、板状フィン１を分割しなくても複数列の伝熱管２を設けることができ、組立て性も容易である。また、棒状のロウ材も伝熱管がｎ列の場合ｎ−１本でよいためコストが低下する。
また、フィンカラー６を分割しないと、この熱交換器を蒸発器で用いる場合、凝縮水がフィンカラー６上部に滞留し易く、排水性が劣化するため、フィンカラー６を伝熱管２間で分割し排水性を向上している。さらに、この場合、空気流れの下流側のフィンカラー６ｂが伝熱管２の外側に倒れやすくなるため、空気流れの下流側のフィンカラー６ｂに外側に広がるアールを設けた。こうすることで、フィンカラー６ｂが倒れにくくなり、フィンカラー６ｂと伝熱管２は密着し易くなる。
【００５７】
実施の形態２．
図１９は、実施の形態２のフィンチューブ型熱交換器の使用例を示す図で、１列の熱交換器の例である。
１列の熱交換器と貫流型送風機１０ａをもちいて構成される冷凍空調装置を示しており、１２はドレンパン、１３は凝縮水である。
伝熱管２は重力方向に対し、板状フィン１の上方に常に設置されている。即ち、空気の流れ方向と垂直方向の貫通伝熱管２の配列が重力方向と平行でなく、傾いている場合、貫通伝熱管２の下側の端部は該端部に対して重力方向に位置する板状フィン１の下側の端部より上方にある。
【００５８】
図２０のように、重力方向下方に伝熱管２が配置される場合、凝縮水の排水路が無く、凝縮水は下方にたれ落ちる。このため、伝熱管２を重力方向に対し板状フィン１の上方に設置することで、板状フィン１上で重力方向下方に常に凝縮水の流路が確保され、凝縮水が送風機にたれ落ちることがない。伝熱管２が２列で構成される図１２および図１３の場合も図２０の場合と同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００５９】
実施の形態３．
図２１は実施の形態３のフィンチューブ型熱交換器の使用例を示す図で、扁平形状の伝熱管２の熱交換器の端部にヘアピン部、もう一方の端部にヘッダ４を配置する冷凍空調装置を示し、プロペラ型送風機１０ｂを用いる場合、大風量となるため、熱交換器は大きく、伝熱管２の軸方向に対し、Ｌ字もしくはＵ字に曲げて用いることが多い。扁平形状の伝熱管２の熱交換器を用いる場合、扁平形状の伝熱管２の長軸を曲げることは難しく、２分割もしくは３分割して用いる必要がある。
【００６０】
実施の形態４．
図２２は実施形態４の冷凍空調装置を示す図である。図に示す冷凍空調装置の冷媒回路は、圧縮機２１、凝縮熱交換器２２、絞り装置２３、蒸発熱交換器２４、送風機１０により構成されている。
前記の実施に形態１に記載の熱交換器を凝縮熱交換器２２、または蒸発熱交換器２４、もしくは両方に用いることにより、エネルギ効率の高い冷凍空調装置を実現することが出来る。
ここで、エネルギ効率は、次式で構成されるものである。
暖房エネルギ効率=室内熱交換器（凝縮器）能力／全入力
冷房エネルギ効率=室内熱交換器（蒸発器）能力／全入力
【００６１】
なお、前記の実施の形態１〜実施の形態４で述べた熱交換器及びそれを用いた冷凍空調装置については、ＨＣＦＣ（Ｒ２２）やＨＦＣ（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１，ＲＣ３１８などや、これら冷媒の数種の混合冷媒Ｒ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなど）、ＨＣ（ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなどや、これら冷媒の数種混合冷媒）、自然冷媒（空気、炭酸ガス、アンモニアなどや、これら冷媒の数種の混合冷媒）、またこれら冷媒の数種の混合冷媒など、どんな種類の冷媒を用いても、その効果を達成することができる。
【００６２】
また、熱交換の作動流体として、空気と冷媒の例を示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、同様の効果を奏する。
【００６３】
また、伝熱管２と板状フィン１は異なった材料を用いていることが多いが、伝熱管２と板状フィン１に銅、伝熱管２と板状フィン１にアルミニウムなど、同じ材料を用いることで、板状フィン１と伝熱管２のロウ付けが可能となり、板状フィン１と伝熱管２の接触熱伝達率が飛躍的に向上し、熱交換能力が大幅に向上する。また、リサイクル性も向上させることができる。
【００６４】
また、伝熱管２と板状フィン１を密着させる方法として、炉中ロウ付けを行う場合、板状フィン１に親水材を塗布するのに後処理で行うことで、前処理の場合のロウ付け中の親水材の焼け落ちを防ぐことができる。
【００６５】
なお、耐圧強度を挙げようとする場合、肉厚を大きくしたり、伝熱管２内部の隔壁を増やす等の対策を講じればよいが、管内流路断面積を同一としたまま、肉厚を大きくすると、伝熱管２の外径寸法も増加し、伝熱管２のコストも上昇するが、段ピッチ、列ピッチ、偏平率、切り起こしフィン３の数や形状などの調整により、通風抵抗と伝熱促進のバランスを加味して、これらの値を適切に設定してやれば本実施の形態の効果を十分に発揮することができる。
【００６６】
なお、前記の実施の形態１で述べた熱交換器及びそれを用いた冷凍空調装置については、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、冷媒と油が溶ける、溶けないにかかわらず、どんな冷凍機油についても、その効果を達成することができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係るフィンチューブ型熱交換器は、所定の間隔で積層された複数の板状フィンと、板状フィンを、その積層方向に貫通し、内部を被熱交換流体が流れるとともに、被熱交換流体が流れる断面が扁平形状である複数本の伝熱管と、板状フィンに設けられた複数の切り起しスリットとを備え、板状フィン間及び伝熱管間を熱交換流体が流れることによって、被熱交換流体と前記熱交換流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器において、
伝熱管は、扁平断面の長軸径が熱交換流体の流れ方向に一致するように配置され、板状フィンを貫通する貫通伝熱管の配列が、熱交換流体の流れ方向と垂直方向に１配列以上あり、板状フィンに設けられた切り起しスリットは、垂直方向の配列伝熱管の伝熱管間で、熱交換流体の流れ方向に平行に配列され、切り起しスリットの幅をａ、切り起しスリット間の距離をｂとしたとき、１≦ｂ／ａ≦４の関係があり、
板状フィンから突出するフィンカラーと、該フィンカラーに囲まれるように、かつ熱交換流体の流れ方向と平行に、板状フィンに形成される挿通穴を備え、複数の伝熱管は熱交換流体の流れ方向と平行方向の配列ができるようにフィンカラー及び挿通穴に挿入され、熱交換流体の流れ方向に対して上流側の伝熱管と下流側の伝熱管との間にフィンカラーのない部分を設け、また、挿通穴の下流端部及びフィンカラーの下流端部が板状フィンの下流端部において外側に広がるように曲率を有して開口するので、伝熱量が大きく、通風抵抗が小さい、従って熱交換能力が良く、さらに貫通伝熱管の配列数が複数となっても一層組立性が良く、蒸発器用の熱交換器として使用した場合、凝縮水の排水性が向上できるフィンチューブ型熱交換器が得られる。
【００７２】
請求項２に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、長手方向の一方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に、隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第１の分割板を積層する工程と、長手方向の両方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第２の分割板を積層する工程と、長手方向の一方の端部に開口を有する挿通穴と、挿通穴の周囲に隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第３の分割板を積層する工程と、積層された第１の分割板の前記挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、ロウ材を配置した第１の分割板の前記挿通穴に断面が偏平状の第１の伝熱管の半分を挿入する工程と、積層された第２の分割板の両方の挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、第１の伝熱管の残りの半分を前記ロウ材を配置した第２の分割板の一方の挿通穴に挿入する工程と、ロウ材を配置した第２の分割板の残りの挿通穴に断面が偏平状の第２の伝熱管の半分を挿入する工程と、積層された第３の分割板の前記挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、第２の伝熱管の残りの半分を前記ロウ材を配置した前記第３の分割板の前記挿通穴に挿入する工程と、加熱してロウ付けする工程と、を備えたので、伝熱管を板状フィンの端部の開口した挿通穴から、はめ込むため、伝熱管の両端にロウ材棒を配置すれば、ロウ材の量を十分確保でき、板状フィンとロウ材を完全に密着させることができるため、接触熱伝達率がほぼ無限大まで大きくなることが予想され、ロウ付け後はロウ材は板状フィンと伝熱管の間に行き渡り、伝熱管はフィンカラーの前縁部に移動し、隙間無くフィンカラーと接触し、見栄えのよい熱交換器となる。
【００７３】
また、請求項３に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、積層された第１〜第３の分割板の挿通穴へのロウ材の配置と伝熱管の挿入は重力方向に行なわれるので、伝熱管を板状フィンの端部の開口した挿通穴から、はめ込むため、伝熱管の両端にロウ材棒を配置すれば、ロウ材の量を十分確保でき、板状フィンとロウ材を完全に密着させることができるため、接触熱伝達率がほぼ無限大まで大きくなることが予想され、ロウ付け後はロウ材は板状フィンと伝熱管の間に行き渡り、伝熱管はフィンカラーの前縁部に移動し、隙間無くフィンカラーと接触し、見栄えのよい熱交換器となる。
また、請求項４に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、ロウ付けする工程の後に、第１〜第３の分割板のフィン表面に親水材を塗布する工程を備えたので、前処理の場合のロウ付け中の親水材の焼け落ちを防ぐことができる。
【００７８】
また、請求項５に係る冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を有する冷凍サイクルを備え、冷媒を被熱交換流体とし、また、空気を熱交換流体とした冷凍空調装置であって、凝縮器及び蒸発器のうち、少なくとも一方に、請求項１のフィンチューブ型熱交換器を用いることにより、請求項１の効果を有する冷凍空調装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器を示す外観斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器のフィンカラー及び切り起しスリットを示す部分外観図である。
【図４】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の板状フィン上における切り起しスリットにより形成される温度境界層の発達を示す説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の板状フィンの切り起しスリット数と熱交換能力との関係を示す特性図である。
【図６】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の板状フィンの切り起しスリット幅aとスリット間距離ｂの比b/aと熱交換能力との関係を示す特性図である。
【図７】 この発明の実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の別のフィンカラー及び切り起しスリットを示す部分外観図である。
【図８】 この発明の実施の形態１の他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態１のさらに他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図１０】 この発明の図９に示すフィンチューブ型熱交換器の組立工程を説明する説明図である。
【図１１】 この発明の図９に示すフィンチューブ型熱交換器の組立工程を示すフローチャートである。
【図１２】 この発明の実施の形態１のさらに他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図１３】 この発明の実施の形態１のさらに他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図１４】 この発明の実施の形態１のさらに他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図１５】 この発明の図１４に示すフィンチューブ型熱交換器の板状フィン及びフィンカラーを示す部分断面図である。
【図１６】 この発明の図１４に示すフィンチューブ型熱交換器のフィンカラーに伝熱管を挿入した状態を示す部分断面図である。
【図１７】 この発明の図１４に示すフィンチューブ型熱交換器の組立工程を示すフローチャートである。
【図１８】 この発明の実施の形態１のさらに他のフィンチューブ型熱交換器を示す平面断面図である。
【図１９】 この発明の実施の形態２のフィンチューブ型熱交換器の使用例を示す説明図である。
【図２０】 この発明の実施の形態２の図１９に示すフィンチューブ型熱交換器の凝縮水の流れを示す説明図である。
【図２１】 この発明の実施の形態３のフィンチューブ型熱交換器の使用例を示す説明図である。
【図２２】 この発明の実施の形態４の冷凍空調装置の冷凍サイクル構成を示す図である。
【図２３】 従来の扁平状伝熱管を有するプレートフィン型熱交換器を示す部分外観図である。
【図２４】 従来の扁平状伝熱管を有する別のプレートフィン型熱交換器を示す部分外観図である。
【図２５】 従来の図２３に示すプレートフィン型熱交換器の組立方法を示す説明図である。
【図２６】 従来の図２３に示すプレートフィン型熱交換器の組立方法の問題を説明する説明図である。
【図２７】 従来の円管状伝熱管を有するプレートフィン型熱交換器のを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 板状フィン、２ 伝熱管、３ 切り起しスリット、６ フィンカラー、６ｃ フィンカラーのない部分、６ｄ 凹部、８ ロウ材、１１ 挿通穴、２１ 圧縮機、２２ 凝縮器、２３ 絞り装置、２４ 蒸発器。
Claims (5)
- 所定の間隔で積層された複数の板状フィンと、前記板状フィンを、その積層方向に貫通し、内部を被熱交換流体が流れるとともに、前記被熱交換流体が流れる断面が扁平形状である複数本の伝熱管と、前記板状フィンに設けられた複数の切り起しスリットとを備え、
前記板状フィン間及び前記伝熱管間を熱交換流体が流れることによって、前記被熱交換流体と前記熱交換流体とを熱交換させるフィンチューブ型熱交換器において、
前記伝熱管は、前記扁平断面の長軸径が前記熱交換流体の流れ方向に一致するように配置され、
前記板状フィンを貫通する貫通伝熱管の配列が、前記熱交換流体の流れ方向と垂直方向に１配列以上あり、
前記板状フィンに設けられた切り起しスリットは、前記垂直方向の配列伝熱管の伝熱管間で、前記熱交換流体の流れ方向に平行に配列され、
前記切り起しスリットの幅をａ、前記切り起しスリット間の距離をｂとしたとき、１≦ｂ／ａ≦４の関係があり、前記板状フィンから突出するフィンカラーと、該フィンカラーに囲まれるように、かつ前記熱交換流体の流れ方向と平行に、前記板状フィンに形成される挿通穴と、を備え、
前記複数の伝熱管は、前記熱交換流体の流れ方向と平行方向の配列ができるように、前記フィンカラー及び前記挿通穴に挿入され、
前記熱交換流体の流れ方向に対して上流側の伝熱管と下流側の伝熱管との間にフィンカラーのない部分を設け、
また、前記挿通穴の下流端部及び前記フィンカラーの下流端部が前記板状フィンの下流端部において外側に広がるように曲率を有して開口することを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。 - 長手方向の一方の端部に開口を有する挿通穴と、この挿通穴の周囲に、隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第１の分割板を積層する工程と、
長手方向の両方の端部に開口を有する挿通穴と、この挿通穴の周囲に隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第２の分割板を積層する工程と、
長手方向の一方の端部に開口を有する挿通穴と、この挿通穴の周囲に隣接するフィンを所定の間隔に支持するフィンカラーとを設けた第３の分割板を積層する工程と、
前記積層された第１の分割板の前記挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、
前記ロウ材を配置した第１の分割板の前記挿通穴に断面が偏平状の第１の伝熱管の半分を挿入する工程と、
前記積層された第２の分割板の両方の挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、
前記第１の伝熱管の残りの半分を前記ロウ材を配置した第２の分割板の一方の挿通穴に挿入する工程と、
前記ロウ材を配置した第２の分割板の残りの挿通穴に断面が偏平状の第２の伝熱管の半分を挿入する工程と、
前記積層された第３の分割板の前記挿通穴の底部にロウ材を配置する工程と、
前記第２の伝熱管の残りの半分を前記ロウ材を配置した前記第３の分割板の前記挿通穴に挿入する工程と、
加熱してロウ付けする工程と、
を備えたことを特徴とするフィンチューブ型熱交換器の製造方法。 - 前記積層された第１〜第３の分割板の挿通穴へのロウ材の配置と伝熱管の挿入は重力方向に行なわれることを特徴とする請求項２記載のフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
- 前記ロウ付けする工程の後に、第１〜第３の分割板のフィン表面に親水材を塗布する工程を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
- 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を有する冷凍サイクルを備え、冷媒を被熱交換流体とし、また、空気を熱交換流体とした冷凍空調装置であって、前記凝縮器及び前記蒸発器のうち、少なくとも一方に、請求項１のフィンチューブ型熱交換器を用いることを特徴とする冷凍空調装置。
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