JP4196703B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に関し、たとえば、自動販売機、ショーケース等に適用するフィンアンドチューブ型の熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８（ａ）に示すように、従来から所定の間隔で平行に並べた複数のフィン１００と、平板フィン１００を貫通し内部を冷媒が循環する伝熱管１１０とを備え、平板フィン１００に送風して空気と冷媒との間で熱交換する、いわゆるフィンアンドチューブ型の熱交換器が知られている。
【０００３】
このフィンアンドチューブ型の熱交換器においては、熱交換性能を高めるために、図８（ｂ）に示すように、伝熱管１１０と伝熱管１１０との間にいわゆるルーバと称される微細な切り起こし１０３を形成した平板フィン１００が各種提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２８１２７９号公報
【特許文献２】
特開平２００１−１４１３８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような切り起こし１０３を形成した、いわゆるルーバフィンは効率が良い一方で、切り起こし１０３の表面上の空気を乱流化するため、摩擦抵抗が大きくなるので圧力損失が大きい。また、ほこりの堆積や着霜の発生により、伝熱性能が経時劣化する。さらに、薄い平板フィンの表面に形成した微細な切り起こしの形状を維持することが難しい。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みて、圧力損失が少なく、ほこりの堆積や着霜の発生に起因した伝熱性能の経時劣化を抑制する熱交換器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る熱交換器は、所定の間隔で平行に並べた複数の平板フィンと、該平板フィンを貫通し内部を冷媒が通過する伝熱管とを備え、前記平板フィンの前縁側から相互間を通過する空気との間で熱交換する熱交換器において、通過する空気に縦渦を発生させる態様で、基部から先端部に向けて漸次幅狭となり、かつ、送風方向に対して迎え角を有した翼部を前記平板フィンの前縁に形成するとともに、前記翼部で発生させた縦渦の影響範囲内に前記伝熱管を配設したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る熱交換器は、上記請求項１において、前記伝熱管の送風方向後方に前記平板フィンから切り起こしたウイングレットを形成したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る熱交換器は、上記請求項１又は２において、前記平板フィンに親水性処理を施したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る熱交換器の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る熱交換器を図１及び図２に基づいて説明する。なお、図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換器の平板フィンの平面図、図２は図１に示した平板フィンに発生させた縦渦を説明する平板フィンの斜視図である。
【００１４】
実施の形態１に係る熱交換器は、図８（ａ）に示したものと同様に、所定の間隔で平行に並べた複数の平板フィン１０と、図１に示すように、平板フィン１０を貫通し内部を冷媒が循環する伝熱管２０とを備え、平板フィン１０に送風して空気と、伝熱管２０の内部を循環する冷媒との間で熱交換するものである。
【００１５】
平板フィン１０は通常０．５ｍｍ以下の厚みを有した鋼板を打ち抜いて作成されるが、本実施の形態１に係る平板フィン１０は０．３ｍｍの鋼板を打ち抜いて作成してある。
【００１６】
この平板フィン１０の前縁１０ａには、翼部１１が形成してある。翼部１１は、基部（前縁１０ａ）から先端部に向けて漸次幅狭となる二等辺三角形状をなしている。そして、このように形成した平板フィン１０の表面は、べーマート処理又は浸水性塗料の塗布などの親水性処理が施してある。
【００１７】
また、平板フィン１０の送風方向には三列の伝熱管２０が千鳥格子状に配設してある。これらの伝熱管２０のうち最前列に配設した伝熱管２０は、翼部１１の頂点（先端部）から送風方向延長線上に伝熱管２０の中心がくるように伝熱管２０を配設してある。
【００１８】
この熱交換器に送風すると、平板フィン１０の翼部１１の両側に翼部１１の内側に回転する一対の縦渦Ｓが発生し、伝熱管２０の根元部に縦渦Ｓと同一方向に回転する馬蹄形渦が生成される。縦渦Ｓは、馬蹄形渦の影響を受け、縦渦Ｓの強さと大きさを促進するとともに、縦渦Ｓを伝熱管６０の根元部に引き寄せる。
【００１９】
縦渦Ｓが平板フィン１０の表面に空気を吹き下ろすので、温度境界層を薄くできる。また、馬蹄形渦が縦渦Ｓを伝熱管２０の根元部に引き寄せるので、送風方向後方において死水域の生成を抑制し、伝熱管２０の送風方向後方の伝熱を回復できる。この結果、熱交換器は、高い熱伝達性能を発揮する。また、翼部１１に発生した縦渦Ｓにより、平板フィン１０の前縁１０ａに生じた淀み点付近を流れる空気を加速して、ほこりの堆積、着霜の発生を抑制できる。さらに、平板フィン１０の表面に親水性処理を施したので、水分を含んだ空気が翼部１１に衝突しても着霜することがなく、縦渦Ｓによる伝熱促進効果が劣化して圧力損失を増加することがない。
【００２０】
この熱交換器は従来の技術に係る熱交換器と異なり、ルーバにより乱流化しなないので、空気の流れを寸断することなく、摩擦による圧力損失も小さい。
【００２１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る熱交換器を図３に基づいて説明する。なお、図３は本発明の実施の形態２に係る熱交換器の平板フィンに発生した縦渦と馬蹄形渦とを説明する平板フィンの斜視図である。
【００２２】
実施の形態２に係る熱交換器は、実施の形態１に係る熱交換器と同様に、所定の間隔で平行に並べた複数の平板フィン３０と、平板フィン３０を貫通し内部を冷媒が循環する伝熱管４０とを備え、平板フィン３０に送風して空気と伝熱管の内部を循環する冷媒との間で熱交換するものである。
【００２３】
平板フィン３０は実施の形態１に係る熱交換器の平板フィン１０と同様に、厚さ０．３ｍｍの鋼板を打ち抜いて作成してある。
【００２４】
この平板フィン３０の前縁３０ａには、翼部３１が形成してある。翼部３１は、基部（前縁３０ａ）から先端部に向けて漸次幅狭となる二等辺三角形状をなしており、翼部３１で発生した縦渦Ｓが崩壊しない範囲（失速しない範囲）で送風方向に対して迎え角αを有している。そして、このように形成した平板フィン３０の表面は、べーマート処理又は浸水性塗料の塗布などの親水性処理が施してある。
【００２５】
また、平板フィン３０の送風方向には三列の伝熱管４０が千鳥格子状に配設してある。これらの伝熱管４０のうち最前列に配設した伝熱管４０は、翼部３１の頂点（先端部）から送風方向延長線上に伝熱管４０の中心がくるように伝熱管４０を配設してある。
【００２６】
この熱交換器に送風すると、送風方向に対して迎え角αを有する平板フィン３０の翼部３１の両側に翼部３１の内側に回転する強く大きな縦渦Ｓが発生し、伝熱管４０の根元部に縦渦Ｓと同一方向に回転する馬蹄形渦Ｈが生成される。縦渦Ｓは馬蹄形渦Ｈの影響を受け、縦渦Ｓの強さと大きさをさらに促進するとともに、縦渦Ｓを伝熱管４０の根元部に引き寄せる。
【００２７】
縦渦Ｓが平板フィン３０の表面に空気を吹き下ろすので、温度境界層を一層薄くできる。また、馬蹄形渦Ｈが縦渦Ｓを伝熱管４０根元部に引き寄せるので、送風方向後方において死水域の生成を抑制し、伝熱管４０の送風方向後方の伝熱を回復できる。この結果、熱交換器は、高い熱伝達性能を発揮する。また、翼部３１に発生した縦渦Ｓにより、平板フィン３０の前縁３０ａに生じた淀み点付近を流れる空気を加速して、ほこりの堆積、着霜の発生を抑制できる。さらに、平板フィン３０の表面に親水性処理を施したので、水分を含んだ空気が翼部３１に衝突しても着霜することがなく、縦渦Ｓによる伝熱促進効果が劣化して圧力損失を増加することがない。
【００２８】
この熱交換機は従来の技術に係る熱交換器と異なり、ルーバにより乱流化しないので、空気の流れを寸断することなく、摩擦による圧力損失も小さい。
【００２９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る熱交換器を図４に基づいて説明する。なお、図４は本発明の実施の形態３に係る熱交換器の平板フィンに発生した縦渦と馬蹄形渦とを説明する平板フィンの斜視図である。
【００３０】
実施の形態３に係る熱交換器は、実施の形態２に係る熱交換器と同様に、所定の間隔で平行に並べた複数の平板フィン５０と、平板フィン５０を貫通し内部を冷媒が循環する伝熱管６０とを備え、平板フィン５０に送風して空気と伝熱管６０の内部を循環する冷媒との間で熱交換するものである。
【００３１】
平板フィン５０は実施の形態２に係る熱交換器の平板フィン３０と同様に、厚さ０．３ｍｍの鋼板を打ち抜いて作成してある。
【００３２】
この平板フィン５０の前縁５０ａには、翼部５１が形成してある。翼部５１は、基部（前縁５０ａ）から先端部に向けて漸次幅狭となる二等辺三角形状をなしており、翼部５１で発生した縦渦Ｓが崩壊しない範囲（失速しない範囲）で迎え角αを有している。そして、このように形成した平板フィン５０の表面は、べーマート処理又は浸水性塗料の塗布などの親水性処理が施してある。
【００３３】
また、平板フィン５０の送風方向には三列の伝熱管６０が千鳥格子状に配設してある。これらの伝熱管６０のうち最前列に配設した伝熱管６０は、翼部５１の頂点から送風方向延長線と伝熱管６０の周縁が近接するように伝熱管６０を配設してある。
【００３４】
この熱交換器に送風すると、送風方向に対して迎え角αを有する平板フィン５０の翼部５１の両側に翼部５１の内側に回転する縦渦Ｓが発生し、伝熱管６０の根元部に縦渦Ｓと同一方向に回転する馬蹄形渦Ｈが生成される。一方の縦渦Ｓは馬蹄形渦Ｈの影響を受け、縦渦Ｓの強さと大きさを促進するとともに、縦渦Ｓを伝熱管６０の根元部に引き寄せる。
【００３５】
縦渦Ｓが平板フィン５０の表面に空気を吹き下ろすので、温度境界層を薄くできる。また、馬蹄形渦Ｈが縦渦Ｓを伝熱管６０の根元部に引き寄せるので、送風方向後方において死水域の生成を抑制し、伝熱管６０の送風方向後方の伝熱を回復できる。この結果、熱交換器は、高い熱伝達性能を発揮する。また、翼部５１に発生した縦渦Ｓにより、平板フィン５０の前縁５０ａに生じた淀み点付近を流れる空気を加速して、ほこりの堆積、着霜の発生を抑制できる。さらに、平板フィン５０の表面に親水性処理を施したので、水分を含んだ空気が翼部５１に衝突しても着霜することがなく、縦渦Ｓによる伝熱促進効果が劣化して圧力損失を増加することがない。
【００３６】
この熱交換器は従来の技術に係る熱交換器と異なり、ルーバにより乱流化しないので、空気の流れを寸断することなく、摩擦による圧力損失も小さい。
【００３７】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る熱交換器を図５及び６に基づいて説明する。なお、図５は本発明の実施の形態４に係る熱交換器の平板フィンの平面図、図６は図５に示した平板フィンに発生した縦渦と馬蹄形渦とを説明する平板フィンの斜視図である。
【００３８】
実施の形態４に係る熱交換器は、実施の形態３に係る熱交換器と同様に、所定の間隔で平行に並べた複数の平板フィン７０と、平板フィン７０を貫通し内部を冷媒が循環する伝熱管８０とを備え、平板フィン７０に送風して空気と伝熱管８０の内部を循環する冷媒との間で熱交換するものである。
【００３９】
平板フィンは実施の形態３に係る熱交換器の平板フィン５０と同様に、厚さ０．３ｍｍの鋼板を打ち抜いて作成してある。
【００４０】
この平板フィン７０の前縁７０ａには、翼部７１が形成してある。翼部７１は、基部（前縁７０ａ）から先端部に向けて漸次幅狭となる二等辺三角形状をなしており、翼部７１で発生した縦渦Ｓが崩壊しない範囲（失速しない範囲）で迎え角αを有している。
【００４１】
また、平板フィン７０の送風方向には三列の伝熱管８０，８１，８２が千鳥格子状に配設してある。これらの伝熱管８０，８１，８２のうち最前列に配設した伝熱管８０は、翼部７１の頂点から送風方向延長線に伝熱管８１の中心がくるように伝熱管８１を配設してある。
【００４２】
さらに、伝熱管８０の送風方向に対して斜め後方に平板フィン７０から切り起こしたウイングレット７２が形成してある。このウイングレット７２は平板フィン７０を流れる空気に対して迎え角と傾斜角とを有している。そして、このように形成した平板フィン５０の表面は、べーマート処理又は浸水性塗料の塗布などの親水性処理が施してある。
【００４３】
この熱交換器に送風すると、送風方向に対して迎え角αを有する平板フィン７０の翼部７１の両側に翼部７１の内側に回転する縦渦Ｓが発生し、伝熱管８０の根元部に縦渦Ｓと同一方向に回転する馬蹄形渦Ｈが生成される。縦渦Ｓは馬蹄形渦Ｈの影響を受け、縦渦Ｓの強さと大きさを促進するとともに、縦渦Ｓを伝熱管８０の根元部に引き寄せる。
【００４４】
縦渦Ｓが平板フィン７０の表面に空気を吹き下ろすので、温度境界層を薄くできる。また、馬蹄形渦Ｈが縦渦Ｓを伝熱管８０の根元部に引き寄せるので、伝熱管８０の送風方向後方において死水域の生成を抑制し、伝熱管８０の送風方向後方の伝熱を回復できる。
【００４５】
さらに、ウイングレット７２を横切って流れる空気に、ウイングレット７２の先端側に偏向した強い旋回成分が生じ伝熱管８０の送風方向後方の死水域に空気を引き寄せる。このため、平板フィン７０の前縁７０ａに発生した縦渦Ｓとともに伝熱管８０の送風方向後方の死水域で発達する温度境界層を薄くできる。したがって、伝熱管８０の送風方向後方の死水域の伝熱回復を大幅に得ることできる。この結果、熱交換器は、高い熱伝達性能を発揮する。
【００４６】
また、翼部７１に発生した縦渦Ｓにより、平板フィン７０の前縁７０ａに生じた淀み点付近を流れる空気を加速して、ほこりの堆積、着霜の発生を抑制できる。平板フィン７０の表面に親水性処理を施したので、水分を含んだ空気が翼部７１とウイングレット７２とに衝突しても着霜することがなく、縦渦Ｓによる伝熱促進効果が劣化して圧力損失を増加することがない。
【００４７】
この熱交換器は従来の技術に係る熱交換器と異なり、ルーバにより乱流化しないので、空気の流れを寸断することなく、摩擦による圧力損失も小さい。
【００４８】
以上説明したように、実施の形態１〜４に係る熱交換器の平板フィンは、フィンの前縁に翼部を形成したが、図７に示すように、翼部９１を連ねて鋸歯状の前縁としたものであっても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る熱交換器によれば、平板フィンの前縁に基部から先端部に向けて漸次幅狭となる翼部を形成したので、平板フィンの表面に送風方向に翼部の内側に渦巻き状に流れる縦渦を発生する。この縦渦により、平板フィンの表面の温度境界層を薄くでき、伝熱効果を促進できる。また、平板フィンの前縁に生成された淀み点付近は、平板フィンの表面に発生した縦渦により、空気の流れを加速してフィン前縁にほこりの堆積や着霜の発生を抑制できる。さらに、送風された空気の流れを寸断しないので圧力損失を小さく保つことができる。
【００５０】
また、平板フィンの前縁に形成した翼部で発生した縦渦の影響範囲内に前記伝熱管を配設したので、縦渦と伝熱管の根元部に生成された馬蹄形渦とが干渉し、縦渦が強力かつ強大になり伝熱管周りに引きつけられる。このため、伝熱管周りの温度境界層を薄くでき、伝熱管の送風方向後方の死水領域の生成を抑制し、伝熱管の送風方向後方の伝熱を促進できる。
【００５１】
さらに、翼部が迎え角を有するので、平板フィンの表面に強くかつ大きな縦渦を生成できる。この縦渦により、平板フィンの表面の温度境界層をより薄くでき、さらに伝熱効果を促進できる。また、前縁の前縁に生成された淀み点付近は、平板フィンの表面に発生した縦渦により、空気の流れを加速してフィン前縁にほこりの堆積や着霜の発生を抑制できる。さらに、送風された空気の流れを寸断しないので圧力損失を小さく保つことができる。
【００５２】
また、本発明の請求項２に係る熱交換器によれば、伝熱管の送風方向後方に平板フィンのから切り起こしたウイングレットを形成したので、ウイングレットを横切る空気の流れの中にはウイングレットの先端部側に偏向した強い旋回成分が生じ、伝熱管の送風方向後方の死水領域に空気を引きつける。このため、平板フィンの前縁に発生した縦渦とともに伝熱管の送風方向後方の死水域で発達する温度境界層をさらに薄くでき、伝熱管の送風方向後方の死水領域の伝熱効果を大幅に促進できる。
【００５３】
また、本発明の請求項３に係る熱交換器によれば、平板フィンに親水性処理を施したので、平板フィンの前縁で空気中の水分が凝縮し着霜することがなく、伝熱促進効果の劣化や圧力損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の平板フィンを説明する平面図である。
【図２】図１に示した平板フィンに発生した縦渦を説明する斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の平板フィンに発生した縦渦と馬蹄形渦とを説明する平板フィンの斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の平板フィンに発生した縦渦と馬蹄形渦とを説明する平板フィンの斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の平板フィンの平面図である。
【図６】図５に示した平板フィンに発生した縦渦と馬蹄形渦とを説明する平板フィンの斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る熱交換器の平板フィンの変形例を示した平面図である。
【図８】（ａ）は従来の技術に係る熱交換器の斜視図、（ｂ）従来の技術に係る熱交換器の平板フィンを示した平面図である。
【符号の説明】
１０，３０，５０，７０ 平板フィン
１０ａ，３０ａ，５０ａ，７０ａ 前縁
１１，３１，５１，７１，９１ 翼部
２０，４０，６０，８０ 伝熱管
Ｓ 縦渦
Ｈ 馬蹄形渦
α 迎え角

Claims (3)

1. 所定の間隔で平行に並べた複数の平板フィンと、該平板フィンを貫通し内部を冷媒が通過する伝熱管とを備え、前記平板フィンの前縁側から相互間を通過する空気との間で熱交換する熱交換器において、
   通過する空気に縦渦を発生させる態様で、基部から先端部に向けて漸次幅狭となり、かつ、送風方向に対して迎え角を有した翼部を前記平板フィンの前縁に形成するとともに、前記翼部で発生させた縦渦の影響範囲内に前記伝熱管を配設したことを特徴とする熱交換器。
2. 前記伝熱管の送風方向後方に前記平板フィンから切り起こしたウイングレットを形成したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記平板フィンに親水性処理を施したことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。

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