JP5039366B2 - フィンアンドチューブ型熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、伝熱チューブ内を流通する流体（冷媒）と、その外部に設けられる多数のプレートフィン間を流通する気流（空気）との間で熱交換を行う熱交換器に関し、特に空気調和機や冷凍機の空気熱交換器に用いて好適なフィンアンドチューブ型熱交換器に関するものである。

空気調和機や冷凍機の空気熱交換器に用いるフィンアンドチューブ型熱交換器では、フィン側に種々の工夫を施し、その伝熱面積を増大させることにより、フィン側（空気側）の熱伝達率を向上させ、高性能化を図っている。一方、熱交換器に空気を流通させる送風ファンへの入力を低減し、省エネルギー化を図るためには、フィン側の流通抵抗（空気側圧力損失）をできる限り低減することが望ましい。しかし、このフィン側の流通抵抗の低減と熱伝達率の向上との間には、相反する面がある。
また、空気熱交換器においては、フィンへの着霜により空気の流通路が閉塞され、交換熱量の低下が懸念されることから、フィンの設計に際しては、着霜の抑制を考慮する必要がある。

こうした中にあって、プレートフィンの前縁部に波状成形部を設けるとともに、フィンの伝熱チューブ後流部（フィンの後縁部）にディンプルを設けたものが、特許文献１により提案されている。
また、プレートフィンに設けられるチューブ孔の各列に対して、空気の流通方向に沿って各々３個の山部を設けたものが、特許文献２により提案されている。
また、プレートフィンに設けられるチューブ孔の各列に対して、空気の流通方向に沿って各々複数の山部を設けるとともに、該チューブ孔の回りに同心円状に山部を設けたものが、特許文献３により提案されている。

特開平７−６３４９０号公報 特開平９−７９６９５号公報 特許第２６６１３５６号公報

しかしながら、特許文献１のものは、波状成形部およびディンプルが、プレートフィンの前縁部および後縁部にしか設けられていないため、前縁部と後縁部での部分的な熱伝達率向上効果が期待されるにすぎない。従って、このような構成では、高性能化を図るために、フィンピッチを詰めて伝熱面積を増加させる等の対応が必要となる。
また、特許文献２のものは、プレートフィン全体に山部を設けているため、フィン全域において、空気の温度境界層を破壊する乱流を生じさせ、熱伝達率を向上させることができる一方、空気の流通抵抗が過大となることがなく、熱交換器全体として伝熱性能の向上が期待される。しかし、構造的には、同一形状山部の単調な繰り返し構成のため、一定の限られた熱伝達率向上効果しか期待できない。また、伝熱チューブの後流領域がいわゆる死水域（非有効伝熱領域）となっており、この点にも改良の余地が残されている。

また、特許文献３のものは、列方向に設けられた山部により、特許文献２のものと同等の熱伝達率向上効果が得られる。加えて、チューブ孔回りに設けられている同心円状の山部により、伝熱チューブ後流領域に空気流を導くことができるため、死水域を減少させて伝熱性能を向上させることができる。しかし、その反面において、チューブ孔回りのフィン側流通抵抗が増大（圧力損失の増大）することは避け難く、送風ファンへの入力増加が懸念される。
上記したように、従来のフィンアンドチューブ型熱交換器には、フィン側の熱伝達率および流通抵抗（圧力損失）に関して、まだまだ改善すべき課題が存在する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、フィン側熱伝達率の一層の向上を図るとともに、空気側の流通抵抗（圧力損失）を低減することにより、より高性能化されたフィンアンドチューブ型熱交換器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるフィンアンドチューブ型熱交換器は、所定ピッチで平行に多数配設され、その間を気流が流通されるプレートフィンと、該プレートフィンに所定の列ピッチおよび段ピッチで設けられるチューブ孔に密着して挿入され、内部を流体が流通される伝熱チューブと、を有するフィンアンドチューブ型熱交換器において、前記プレートフィンには、前記チューブ孔の各列に対し、列方向に沿って少なくとも３つ以上の列方向山部が設けられ、該列方向山部は、列方向の両端に形成される両端山部の高さがその間に形成される中央山部の高さよりも低くされているとともに、段方向に隣接する前記チューブ孔間に、段方向に沿う段方向山部が設けられることにより、該段方向に隣接する前記チューブ孔間には、列方向および段方向の双方に突設される三次元山部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、プレートフィンには、チューブ孔の各列に対し、列方向に沿って少なくとも３つ以上の列方向山部が設けられ、この列方向山部の列方向の両端に形成される両端山部の高さがその間に形成される中央山部の高さよりも低くされているので、これら列方向山部により、プレートフィン間を流通する気流に対して温度境界層を破壊できるだけの十分な乱流を生じさせることができる。従って、熱伝達率を向上させることができる。
また、チューブ孔の列方向に沿って山部を設けた場合、気流が山部で交互に衝突、剥離を繰り返し、衝突面では熱伝達率が高く、剥離面では熱伝達率が低くなるので、熱伝達率が高い領域を多くすることにより、平均値として熱伝達率を向上させることができる。このため、もともと熱伝達率の高い両端山部の高さを低く、それよりも中央山部の高さを高くすることにより、山部における局所熱伝達率を平均して一定の高い値とすることができる。これによって、気流側の流通抵抗（気流側圧力損失）を増大させることなく、伝熱性能を一定の高い値まで向上させることができる。
また、プレートフィンにおける気流流通方向後端側の山部を低くしているため、伝熱チューブの後流側にも気流を回り込ませることができ、そこでのフィンと気流との熱交換が促進される。従って、伝熱チューブ後流の気流出口側での熱伝達率が回復され、これによっても伝熱性能を向上させることができる。
また、プレートフィンにおける気流流通方向前端側の山部を低くしているため、フィンに対する着霜を抑制することができる。一般に霜は、熱伝達率の高いフィン前端に着霜し易く、フィン前端側の山部の高さが高いと、プレートフィン間の隙間が狭くなり、着霜による抵抗増大に伴って気流量が低下する。これにより、交換熱量が低下し、さらに着霜し易くなる。従って、気流の流通方向前端側の山部を低くしておくことにより、着霜を抑制することができる。
さらに、段方向に隣接するチューブ孔間には、列方向および段方向の双方に突設される三次元山部が設けられるので、この三次元方向に突設される山部のチューブ孔に向かう下向きの傾斜面により、プレートフィン間を流通する気流を伝熱チューブの直後流側に回り込ませることができる。これによって、プレートフィンの非有効伝熱領域、いわゆる死水域を減少させ、有効伝熱面積を増大させることができる。従って、その伝熱面積増大分に相応して伝熱性能を向上させることができる。

さらに、本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器は、上述のいずれかのフィンアンドチューブ型熱交換器において、列方向山部が４山形成され、該列方向山部は、列方向の両端に形成される両端山部の高さよりもその間に形成される２つの中央山部の高さが高くされていることを特徴とする。

本発明によれば、列方向に沿う列方向山部が４山形成され、この列方向山部は、列方向の両端に形成される両端山部の高さよりもその間に形成される２つの中央山部の高さが高くされているので、各山部による乱流促進効果および衝突面の増大による局所熱伝達率の向上効果をもたらすことができると同時に、列方向の気流に対する抵抗バランスを良好とすることができる。これにより、気流がチューブ孔間の中央領域を流れるだけでなく、伝熱チューブ周囲に沿って多くの流れが形成されることとなる。従って、伝熱チューブの直後流領域での有効伝熱面積を増大させることができ、熱伝達率向上効果をより大きくすることができる。

さらに、本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器は、上述のいずれかのフィンアンドチューブ型熱交換器において、列方向に沿う両端山部の幅よりもその間に形成される中央山部の列方向に沿う幅が広くされていることを特徴とする。

本発明によれば、列方向に沿う両端山部の幅よりもその間に形成される中央山部の列方向に沿う幅が広くされているので、高さが異なる両端山部と中央山部の勾配を略同一にすることができる。これにより、気流に対する流通抵抗（気流側圧力損失）の増大を抑制して送風ファンへの入力を低減しつつ、山部の高さを高くし、山部における局所熱伝達率をより高くすることができる。

さらに、本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器は、上述のいずれかのフィンアンドチューブ型熱交換器において、前記プレートフィンには、少なくとも気流の流入側端面に、平坦部が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、プレートフィンには、少なくとも気流の流入側端面に、平坦部が設けられるので、この平坦部により列方向に気流の流入を案内することができるともに、気流の流入抵抗（気流側の圧力損失）を低減することができる。従って、送風ファンへの入力を低減し、省エネルギー化を図ることができる。また、この平坦部をプレートフィンのプレス製造時の把持部として利用することができるため、フィンの製造を容易化することができる。

さらに、本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器は、上述のいずれかのフィンアンドチューブ型熱交換器において、前記各山部は、前記プレートフィンのベース面から一方向に突設されていることを特徴とする。

本発明によれば、各山部は、プレートフィンのベース面から一方向に突設されているので、プレートフィンの製造を容易化することができる。つまり、通常この種プレートフィンは、プレス成形により製造されるが、各山部がベース面から一方向に突設されているため、プレス面をベース面の一方向に形成すればよい。従って、成形されたプレートフィンの取り出しやフィン素材の搬送等を容易化することができ、フィンの生産性を向上させることができる。

本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器によると、列方向山部により、プレートフィン間を流通する気流に対して温度境界層を破壊できるだけの十分な乱流を生じさせることができるため、その分熱伝達率を向上させることができる。また、列方向山部のうち、もともと熱伝達率の高い両端山部の高さを低く、それよりも中央山部の高さを高くすることにより、山部における局所熱伝達率を平均して一定の高い値とすることができる。このため、フィン側通風抵抗（空気側圧力損失）を増大させることなく、伝熱性能を一段と向上させることができる。また、気流の流通方向前端側の山部を低くしているため、気流の流通方向前端でのフィン隙間を確保して気流量の低下を防止することができる。従って、フィンへの着霜を抑制することができる。更に、段方向に隣接するチューブ孔間に設けられる三次元方向に突設される山部のチューブ孔に向かう下向きの傾斜面により、プレートフィン間を流通する気流を伝熱チューブの直後流側に回り込ませることができるため、プレートフィンの非有効伝熱領域、いわゆる死水域を減少させ、有効伝熱面積を増大させることができ、その伝熱面積増大分に相応して伝熱性能を向上させることができる。

以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図９を参照して説明する。
図１には、本実施形態にかかるフィンアンドチューブ型熱交換器１の斜視図が示されている。フィンアンドチューブ型熱交換器１は、所定ピッチで平行に多数配設され、その間を気流（空気）が流通されるプレートフィン２と、これらプレートフィン２に所定の列ピッチおよび段ピッチで設けられるチューブ孔３に密着して挿入され、内部を流体（冷媒）が流通される伝熱チューブ４と、を有する。
伝熱チューブ４は、プレートフィン２のチューブ孔３に密着して挿入される多数のヘアピンチューブ４Ａと、このヘアピンチューブ４Ａの隣接するチューブの端部同士を繋ぐＵベンド４Ｂと、から構成され、熱交換器１のコア部分において、少なくとも１パス以上の冷媒流通経路を形成している。なお、伝熱チューブ４としては、一般に銅チューブが使用される。

図２に、上記プレートフィン２の側面図が示されている。プレートフィン２は、一般にアルミニウム合金製の薄板（例えば、厚さ０．１ｍｍ）をプレスにより長方形状に打ち抜き成形して製造される。
プレートフィン２は、図２に示すように、幅方向寸法がＭ、上下方向寸法がＮの長方形状であり、本実施形態では、幅方向に所定の列ピッチｍ（例えば、１９ｍｍ）で、チューブ孔３が４列設けられている。なお、幅方向両側のチューブ孔３列のプレートフィン左右端面からの寸法は、１／２ｍ（ｍは列ピッチ）とされている。また、上下方向において、寸法Ｎ１の間に所定の段ピッチｎ（例えば、２５ｍｍ）で、チューブ孔３が適宜段数設けられる。なお、各列の最上段および最下段に位置するチューブ孔３のプレートフィン上端および下端からの寸法は、３／４ｎ（ｎは段ピッチ）または１／４ｎとされている。これにより、隣り合う列のチューブ孔３は、互いに千鳥配設されることとなる。

図３には、図２のＡ−Ａ断面図が示されている。チューブ孔３は、孔周りにバーリング加工によってカラー３Ａが設けられている。このチューブ孔３は、伝熱チューブ４の径より若干大きめに穿設されており、伝熱チューブ４を挿入後に拡管することにより、カラー３Ａと伝熱チューブ４とが密着されるようになっている。カラー３Ａは、高さがｈ１（例えば、１．２ｍｍ）であり、この高さｈ１により、多数積層されて配設されるプレートフィン２のフィンピッチＰｆが決まる。

プレートフィン２には、図３に示されているように、チューブ孔３の各列に対して、各々列方向（幅方向）に沿って少なくとも３つ（本実施形態では、４つの場合が例示されている。）の列方向山部５が設けられている。この列方向山部５は、列方向の両端部に設けられる２つの両端山部５Ａ，５Ｄの高さｈ２（例えば、０．４ｍｍ）よりも、列方向の中央部に設けられる中央山部５Ｂ，５Ｃの高さｈ３（例えば、０．７ｍｍ）の方が高くされている。

また、列方向山部５の列方向の幅は、両端山部５Ａ，５Ｄの最低高さ位置から最高高さ位置までの幅方向寸法ｐが、例えば１．５ｍｍであるのに対して、中央山部５Ｂ，５Ｃの最低高さ位置から最高高さ位置までの幅方向寸法ｑは、例えば３ｍｍである。従って、列方向山部５の各山の勾配は略同一とされている。
また、プレートフィン２の幅方向の両端には、幅方向寸法がｒ（例えば、０．５ｍｍ）の平坦部５Ｅ，５Ｆが設けられている。
なお、各山部５Ａないし５Ｄの頂部および谷部には、適宜寸法の円弧が設けられているものとする。

図４には、図２のＢ−Ｂ断面図が示されている。プレートフィン２には、図４に示されているように、段方向に隣接するチューブ孔３間に、列方向の中央山部５Ｂ，５Ｃに対応して段方向に沿う２つの段方向山部６が設けられている。この段方向山部６の高さは、中央山部５Ｂ，５Ｃの高さｈ３（例えば、０．７ｍｍ）と同じである。
このように、段方向に隣接するチューブ孔３間に、段方向山部６が設けられることによって、段方向に隣接するチューブ孔３間には、列方向および段方向の双方（三次元方向）に突設される三次元山部が形成されることとなる。なお、本実施形態では、段方向に隣接するチューブ孔３間に列方向の２つの中央山部５Ｂ，５Ｃが配置されているため、段方向山部６もこれに対応して２つ設けられているが、列方向の中央山部が１つの場合（列方向山部５が３つのケース）は、段方向山部６もこれに対応して１つ設けられることとなる。

また、プレートフィン２は、ロール素材から、上記したようにプレスにより打ち抜き成形されるが、プレス成形に際して、チューブ孔３のカラー３Ａ、列方向山部５および段方向山部６は、図３に示すプレートフィン２のベース面２Ａから一方向に突設されて成形されるようになっている。

以下に、本実施形態にかかるフィンアンドチューブ型熱交換器１の作用を説明する。
フィンアンドチューブ型熱交換器１には、図示省略の送風ファンにより、図１に矢印Ｉで示すように、プレートフィン２の幅方向に沿って空気が送風される。この空気が多数のプレートフィン２間を流通することにより、伝熱チューブ４内を流通する冷媒との間で熱交換が行われる。
プレートフィン２間に流入する空気は、まず幅方向の前端に設けられている幅寸法ｒの平坦部５Ｅに案内されて抵抗なくプレートフィン２間に流入される。そして、プレートフィン２間を流通される過程で、列方向山部５および段方向山部６により案内され、山面で衝突、剥離を繰り返し、温度境界層を破壊するだけの十分な乱流を生じさせながら、あるいは伝熱チューブ４の直後流領域へと向きを変えられながら、プレートフィン２間を流動し、その後端から流出される。

ここで、図５ないし図９を参照して、上記プレートフィン２の熱流動解析結果の概略を説明する。
図５は、プレートフィン２の一部を示し、矢印Ｘは空気流れ方向を示している。空気流れ方向Ｘに直交する矢印方向は局所熱伝達率の測定位置を示している。図６には、空気流れ方向Ｘ（ｍｍ）の図５に示す矢視測定位置におけるフィンの表面および裏面の局所熱伝達率［αａ．ｌｏｃａｌ（Ｗ／ｍ^２Ｋ）］の分布が示され、また、図７には、その局所平均熱伝達率比率［αａ．ｌｏｃａｌ／αａｍ（−）］の分布が示されている。なお、フィンピッチＰｆは、上記の通り１．２ｍｍであり、正面平均風速Ｆｖは、１．０ｍ／ｓである。なお、図５と図６および図７の空気流入方向は、逆方向に図示されている。
前述した図３および図４に示されるように、プレートフィン２に列方向山部５を４山設け、その両端山部５Ａ，５Ｄの高さを低くし、中央山部５Ｂ，５Ｃの高さを両端山部５Ａ，５Ｄの高さよりも高くしており、更に中央山部５Ｂ，５Ｃに対応して段方向山部６が設けられているので、空気流入部における局所熱伝達率を、平均して略一定の高い値とすることができる。

上記のように、列方向山部５を設けたタイプのプレートフィン２では、衝突面での熱伝達率が高く、剥離面での熱伝達率が低くなることから、衝突面での熱伝達率が高い領域を多くすることによって、平均値として熱伝達率を向上させることができる。また、山部５により伝熱面積を増大させることができるため、これによっても伝熱性能を向上させることができる。なお、フィン側の熱伝達率向上だけを考えれば、列方向山部５の高さを全て高くすればよいが、そうすると、フィン側の流通抵抗増大（空気側圧力損失の増大）によって、送風ファンへの入力が増加するため、省エネルギー化に反することとなる。
従って、フィン端面側の両端山部５Ａ，５Ｄの高さを低くし、中央山部５Ｂ，５Ｃの高さを両端山部５Ａ，５Ｄよりも高くすることにより、流通抵抗を増大させることなく、局所熱伝達率を平均して高い値とすることができる。

また、図６および図７に示すように、チューブ孔３’に嵌合されている伝熱チューブ４後方の気流出口領域で熱伝達率を回復させることができる。これは、プレートフィン２の後端側の山部５Ｄを低くしているためであり、この山部５Ｄによって伝熱チューブ４の後流領域に回り込む空気流が形成され、そこでのフィンと空気流との熱交換が促進されるためと考えられる。
また、プレートフィン２の列方向山部５は、その両端山部５Ａ，５Ｄの幅方向寸法ｐよりも、中央山部５Ｂ，５Ｃの列方向に沿う幅方向寸法ｑの方が大きく（２倍）されているので、両端山部５Ａ，５Ｄと中央山部５Ｂ，５Ｃの勾配を略同一にすることができる。これによって、空気流に対する流通抵抗（気流側圧力損失）の増大を抑制して送風ファンへの入力を低減しつつ、列方向山部５の高さを高くし、列方向山部５における局所熱伝達率をより高い値とすることができる。

また、プレートフィン２の前端側の山部５Ａを低くするもう１つの理由は、フィンに対する着霜を抑制することである。例えば、空気調和機の室外熱交換器に上記のフィンアンドチューブ型熱交換器１を用いた場合、暖房運転時に、熱伝達率の高いプレートフィン２の前端縁に霜が着霜され易くなる。ここで、プレートフィン２の前端山部５Ａの高さを高くしておくと、フィン隙間が小さくなって、着霜により空気の流通路が閉塞されたり、あるいは着霜による流路抵抗の増大に伴い風量が低下し、交換熱量の低下が速くなり、さらに着霜し易くなる。従って、プレートフィン２前端の山部５Ａの高さを低くしておくことにより、フィンに対する着霜を抑制し、これらの問題を解消することができる。

一方、プレートフィン２には、段方向に隣接するチューブ孔３間に、段方向に沿う段方向山部６が設けられているため、この段方向山部６による乱流促進効果によっても熱伝達率を向上させることができる。
また、この段方向山部６により、段方向に隣接するチューブ孔３間には、チューブ孔３方向に向かう下向きの傾斜面が形成されることとなるため、この傾斜面によりプレートフィン２間を流通する空気流をチューブ孔３’に嵌合されている伝熱チューブ４の直後流域へと回り込ませることができる。

図８には、フィン上面０．２ｍｍ位置における速度ベクトル分布図が示されている。この速度ベクトル分布図からも、伝熱チューブ４（チューブ孔３）の直後流域において、空気流が十分確保されていることが判る。

上記により、図９に示すように、プレートフィン２における伝熱チューブ４（チューブ孔３）の直後流領域での非有効伝熱領域（死水域）２Ｓを減少させることができる。このため、フィンの有効伝熱面積を増大させることができ、その分熱伝達率を向上させることができる。
特に、本実施形態では、列方向山部５を４山設け、そのうちの高さを高くしている２つの中央山部５Ｂ，５Ｃに対応させて、２つの段方向山部６を設けている。これにより、段方向に隣接するチューブ孔３間に、列方向および段方向の双方（三次元方向）に突設される三次元山部を形成した構成としているため、空気流に対する抵抗バランスを良好とすることができる。このため、空気流がプレートフィン２の段方向に隣接する伝熱チューブ４間の中央領域を流れるだけでなく、伝熱チューブ４の周囲に沿って十分な空気流が形成されることとなる。従って、伝熱チューブ４の直後流域での有効伝熱面積をより増大させ、熱伝達率を一段と向上させることができる。

また、プレートフィン２の幅方向の両端部には、平坦部５Ｅ，５Ｆが設けられ、この平坦部５Ｅ，５Ｆにより列方向に気流の流入を案内することができるため、気流の流入抵抗（気流側の圧力損失）を低減することができる。また、この平坦部５Ｅ，５Ｆをプレートフィンのプレス製造時の把持部として有効に利用することができる。
さらに、プレートフィン２に設けられるチューブ孔３のカラー３Ａ、列方向山部５および段方向山部６をプレートフィン２のベース面２Ａから一方向に突設させているため、プレス面をベース面２Ａの一方向に形成すればよく、成形されたプレートフィン２の取り出しやフィン素材の搬送等を容易化し、プレートフィン２を製造し易くすることができる。

しかして、本実施形態によると、以下の効果を奏する。
プレートフィン２に設けられている列方向山部５および段方向山部６により、空気流の温度境界層を破壊できるだけの十分な乱流を生じさせることができるため、熱伝達率を向上させることができる。
また、列方向山部５を４山形成し、その両端の山部５Ａ，５Ｄの高さを低く、その間に形成される２つの中央山部５Ｂ，５Ｃの高さを高くして、熱伝達率が高い空気流の衝突面領域を多くすることにより、列方向山部５の局所熱伝達率を平均して一定の高い値とすることができるため、伝熱性能を一定の高い値まで向上させることができる。

また、列方向山部５の後端側の山部５Ｄを低くし、この山部５Ｄにより伝熱チューブ４の後流領域に回り込む空気流が形成されるようにしているため、そこでのフィンと空気流との熱交換を促進させて、伝熱チューブ４の後流領域での熱伝達率を向上させることができる。
また、列方向山部５の前端側の山部５Ａを低くし、熱伝達率の高いフィン前端でのフィン隙間を大きくしているため、フィンに対する着霜を抑制することができる。
また、列方向山部５の高さの低い両端山部５Ａ，５Ｄの幅を小さく、その間に形成されている高さの高い２つの中央山部５Ｂ，５Ｃの幅を大きくして、その勾配を略同一としているため、空気流に対する流通抵抗（気流側圧力損失）の増大を抑制して送風ファンへの入力を低減しつつ、列方向山部５の高さを高くして、列方向山部５の局所熱伝達率を平均して一定の高い値とすることができる。

また、段方向に隣接するチューブ孔３間に設けられる列方向および段方向の双方に突設される三次元山部のチューブ孔３に向かう下向きの傾斜面により、プレートフィン２間を流通する気流を伝熱チューブ４の直後流側に回り込ませ、プレートフィン２の死水域を減少させることにより、有効伝熱面積を増大させることができるため、その分伝熱性能を向上させることができる。
特に、列方向山部５の高い２つの中央山部５Ｂ，５Ｃに対応させて２つの段方向山部６を設け、三次元方向に突設される山部を形成することにより、空気流に対する抵抗バランスを良くし、段方向に隣接する伝熱チューブ４間の中央領域だけでなく、伝熱チューブ４の周囲に沿って十分な空気流を形成することができるため、伝熱チューブ４の直後流域での有効伝熱面積をより増大させ、熱伝達率を一段と向上させることができる。

また、プレートフィン２の幅方向の両端に平坦部５Ｅ，５Ｆを設けて空気の流入を案内し、流入抵抗（気流側の圧力損失）を低減するようにしているため、送風ファンへの入力を低減し、省エネルギー化を図ることができる。また、この平坦部５Ｅ，５Ｆをプレートフィン２のプレス製造時の把持部として利用することができるため、フィンの製造を容易化することができる。

また、伝熱チューブ４を通すチューブ孔３のカラー３Ａおよび列方向山部５、段方向山部６をプレートフィン２のベース面から一方向に突設されているため、プレス面をベースの一方向に形成すればよく、成形されたプレートフィン２の取り出しやフィン素材の搬送等、プレートフィン２の製造を容易化し、フィンの生産性を向上させることができる。

なお、上記の実施形態において、プレートフィン各部の寸法を具体的数値で示しているが、これはあくまでも一例にすぎず、本発明は、これに限定されるものではない。
また、チューブ孔３の列数、段数は、熱交換器の能力に合わせて適宜変更されるものであることはもちろんである。

本発明の一実施形態に係るフィンアンドチューブ型熱交換器の斜視図である。 図１に示すフィンアンドチューブ型熱交換器のプレートフィンの側面図である。 図２に示すプレートフィンのＡ−Ａ断面相当図である。 図２に示すプレートフィンのＢ−Ｂ断面相当図である。 図２に示すプレートフィンの熱流動解析のための空気流れ方向Ｘとその断面位置の説明図である。 図５に示す空気流れ方向Ｘ（ｍｍ）の断面１位置におけるフィンの表面および裏面の局所熱伝達率の分布図である。 図５に示す空気流れ方向Ｘ（ｍｍ）の断面１位置におけるフィンの表面および裏面の局所／平均熱伝達率比率の分布図である。 図２に示すプレートフィンのフィン上面０．２ｍｍ位置における速度ベクトル分布図である。 図２に示すプレートフィンの伝熱チューブ直後方での非有効伝熱領域を表す説明図である。

１ フィンアンドチューブ型熱交換器
２ プレートフィン
３ チューブ孔
４ 伝熱チューブ
５ 列方向山部
５Ａ，５Ｄ 両端山部
５Ｂ，５Ｃ 中央山部
５Ｅ，５Ｆ 平坦部
６ 段方向山部

Claims (5)

1. 所定ピッチで平行に多数配設され、その間を気流が流通されるプレートフィンと、
   該プレートフィンに所定の列ピッチおよび段ピッチで設けられるチューブ孔に密着して挿入され、内部を流体が流通される伝熱チューブと、を有するフィンアンドチューブ型熱交換器において、
   前記プレートフィンには、前記チューブ孔の各列に対し、列方向に沿って少なくとも３つ以上の列方向山部が設けられ、
   該列方向山部は、列方向の両端に形成される両端山部の高さがその間に形成される中央山部の高さよりも低くされているとともに、
   段方向に隣接する前記チューブ孔間に、段方向に沿う段方向山部が設けられることにより、該段方向に隣接する前記チューブ孔間には、列方向および段方向の双方に突設される三次元山部が設けられていることを特徴とするフィンアンドチューブ型熱交換器。
2. 前記列方向山部が４山形成され、
   該列方向山部は、列方向の両端に形成される両端山部の高さよりもその間に形成される２つの中央山部の高さが高くされていることを特徴とする請求項１に記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
3. 列方向に沿う両端山部の幅よりも、その間に形成される中央山部の列方向に沿う幅が広くされていることを特徴とする請求項１または２に記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
4. 前記プレートフィンには、少なくとも気流の流入側端面に、平坦部が設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
5. 前記各山部は、前記プレートフィンのベース面から一方向に突設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。

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