JP5162929B2 - フィンチューブ型熱交換器 - Google Patents

Description

本明発明は、フィンチューブ型熱交換器、特に、気流中に配置された伝熱フィンと、伝熱フィンに挿入されており気流の流れ方向に略直交する方向に配置された複数の伝熱管とを備えたフィンチューブ型熱交換器に関する。

従来、空気調和装置等において、空気流中に配置された伝熱フィンと、伝熱フィンに挿入されており空気流の流れ方向に略直交する向きに配置された複数の伝熱管とを備えたフィンチューブ型熱交換器（すなわち、クロスフィンアンドチューブ型熱交換器）が良く用いられている。このような、フィンチューブ型熱交換器では、伝熱フィンにおける伝熱管の空気流の流れ方向下流側の部分に形成される死水域の低減、および、伝熱フィンにおける境界層の更新を目的とした伝熱促進手法として、伝熱フィン面の伝熱管の両側の位置に、空気流の流れ方向上流側に向かって拡開する切り起こし部を、切り起こし加工により形成する手法が採用されることがある（特許文献１参照）。
特開昭６１―１１０８８９号公報

上述のような切り起こし部が採用されたフィンチューブ型熱交換器を、空気調和装置等に代表されるような空気を熱源とする冷媒等の熱媒体の蒸発器として使用する場合には、空気と熱媒体との熱交換により発生したドレン水が切り起こし部に滞留して通風抵抗を増大させるという問題が生じてしまう。

本発明の課題は、フィンチューブ型熱交換器において、切り起こし部による伝熱促進効果と排水性とを両立させることにある。

第１発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、伝熱フィンと、複数の伝熱管とを備える。伝熱フィンは、気流中に配置される。複数の伝熱管は、伝熱フィンに挿入されており、気流の流れ方向に略直交する方向に配置される。伝熱フィンには、第１切り起こし部と、第２切り起こし部とが、切り起こし加工により形成されている。第１切り起こし部は、伝熱管の鉛直方向における下側において気流の流れ方向上流側から下流側に向かって並ぶ。第２切り起こし部は、伝熱管の鉛直方向における上側において気流の流れ方向上流側から下流側に向かって並ぶ。複数の第１切り起こし部と複数の第２切り起こし部とは、伝熱管近傍の気流が伝熱管の気流の流れ方向後側に案内されるように、気流の流れ方向に対して傾斜している。また、複数の第１切り起こし部は、所定領域を除く位置に形成される。この所定領域は、伝熱管の管径の２分の１以上の幅で、伝熱管の中心軸を通り略鉛直な第３直線を含む帯状領域である。また、複数の第１切り起こし部は、気流の流れ方向上流側の第１切り起こし部の第１迎え角よりも気流の流れ方向下流側の第１切り起こし部の第２迎え角が大きく形成される。また、複数の第２切り起こし部は、気流の流れ方向上流側から下流側に向かって真っ直ぐに並んでいる。複数の第２切り起こし部を仮想的に結ぶ第２直線は、伝熱管近傍の気流が伝熱管の気流の流れ方向後側に案内されるように、気流の流れ方向に対して傾斜している。

本発明では、伝熱管の下側に形成される第１切り起こし部は、所定領域を除く位置に形成される。所定領域は、伝熱管の管径の２分の１以上の幅であり、伝熱管の中心軸を通り略鉛直な第３直線を含む帯状領域である。すなわち、第１切り起こし部は、伝熱管の中心軸直下近傍で、少なくとも伝熱管の管径の２分の１以上の幅の領域には形成されない。

したがって、水滴が発生しやすい伝熱管の直下近傍の領域に、切り起こし部を形成せずに、ドレン水を流下させやすくできる。このため、伝熱フィンの水はけ性能を向上させることができ、伝熱効果を向上させることができる。

また、気流の流れ方向上流側の第１切り起こし部の第１迎え角よりも、気流の流れ方向下流側の第１切り起こし部の第２迎え角を大きくしている。すなわち、気流は、気流の上流側にある第１切り起こし部と気流の下流側にある第１切り起こし部とにより、２段階にわたって流れる方向を変更される。したがって、より多くの伝熱管近傍の気流を、伝熱管の気流の流れ方向後側（特に直後付近）に流すことができる。このため、伝熱フィンの気流の流れ方向後側の部分に形成される死水域を低減する効果を得ることができる。

また、伝熱フィンにおいて、伝熱管の上側に形成される第２切り起こし部は、上流側から下流側に向かって真っ直ぐに並んでおり、伝熱管近傍の気流が伝熱管の気流の流れ方向後側に案内されるように、気流の流れ方向に対して傾斜している。すなわち、第２切り起こし部のうち伝熱フィンの気流の流れ方向下流側に配置された第２切り起こし部が、気流の流れ方向上流側に配置された第２切り起こし部と同じ傾斜を有することになる。

このため、伝熱管の気流の流れ方向後側の部分に形成される死水域を低減するだけでなく、第２切り起こし部の背後に新たな死水域が形成されるのを防ぐことができる。

第１発明に係るフィンチューブ型熱交換器では、伝熱管の直下近傍の領域に切り起こし部を形成しないようにすることで、ドレン水を下に流しやすくできる。このため、伝熱フィンの水はけ性能を向上させることができ、伝熱効果を向上させることができる。また、より多くの伝熱管近傍の気流を、伝熱管の気流の流れ方向後側（特に直後付近）に流すことができる。このため、伝熱フィンの気流の流れ方向後側の部分に形成される死水域を低減する効果を得ることができる。また、伝熱管の気流の流れ方向後側の部分に形成される死水域を低減するだけでなく、第２切り起こし部の背後に新たな死水域が形成されるのを防ぐことができる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係るフィンチューブ型熱交換器の第１実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１〜図４に本発明の一実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器１の要部を示す。ここで、図１は、フィンチューブ型熱交換器１の断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面図である。

（１）フィンチューブ型熱交換器の基本構成
フィンチューブ型熱交換器１は、クロスフィンアンドチューブ型熱交換器であり、主として、複数のプレート状の伝熱フィン２と、複数の伝熱管３とを備えている。伝熱フィン２は、その平面方向を空気等の気流の流れ方向に概ね沿わせた状態で、板厚方向に並んで配置されている。伝熱フィン２には、気流の流れ方向に略直交する方向に間隔を空けて複数の貫通孔２ａが形成されている。貫通孔２ａの周囲部分は、伝熱フィン２の板厚方向の一方側に突出する環状のカラー部２３となっている。カラー部２３は、板厚方向に隣り合う伝熱フィン２のカラー部２３が形成された面と反対の面に当接しており、各伝熱フィン２の板厚方向間に所定の間隔Ｈを確保している。伝熱管３は、内部に冷媒等の熱媒体が流れる管部材であり、板厚方向に並んで配置された複数の伝熱フィン２に挿入されており、気流の流れ方向に略直交する方向に配置されている。具体的には、伝熱管３は、伝熱フィン２に形成された貫通孔２ａを貫通しており、フィンチューブ型熱交換器１の組立時の拡管作業によって、カラー部２３の内面に密着している。

また、第１実施形態のフィンチューブ型熱交換器１は、複数の伝熱管３の配列方向が略上下方向となるように設置された状態で使用されるものである。このため、気流は、フィンチューブ型熱交換器１を、略水平方向に向かって横切るように流れることになる。なお、以下の説明において、「上側」、「上方」や「下側」、「下方」という文言を用いる場合には、伝熱管３の配列方向を示しているものとする。

（２）伝熱フィンの詳細形状
次に、第１実施形態のフィンチューブ型熱交換器１に用いられている伝熱フィン２の詳細形状について説明する。

伝熱フィン２には、各伝熱管３の鉛直方向における両側（すなわち、各伝熱管３の下側および上側）において、気流の流れ方向上流側から下流側に向かって真っ直ぐに並ぶ複数（第１実施形態では、下側に３つ、上側に３つ）の切り起こし部２１ａ〜２１ｆが、切り起こし加工により、伝熱フィン表面２ｂに形成されている。ここで、下側の切り起こし部を第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃ、上側の切り起こし部を第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆとする。この第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃを仮想的に結ぶ第１直線Ｌ１または第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆを仮想的に結ぶ第２直線Ｌ２は、伝熱管３近傍の気流が伝熱管３の気流の流れ方向後側に案内されるように、気流の流れ方向に対して傾斜している。ここで、第１直線Ｌ１および第２直線Ｌ２の気流の流れ方向に対する迎え角α１，α２は、１０°〜３０°の範囲内になるように設定されている。

このように第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃおよび第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆは、伝熱管３近傍の気流が伝熱管３の気流の流れ方向後側に案内されるように気流の流れ方向に対して傾斜している。このため、主として、切り起こし部２１ａ〜２１ｆのうち伝熱フィン２の気流の流れ方向上流側に配置された第１切り起こし部２１ａおよび第２切り起こし部２１ｄによって境界層を更新する効果を確実に得ることができる。また、伝熱フィン２の気流の流れ方向下流側に配置された第１切り起こし部２１ｃおよび第２切り起こし部２１ｆによって伝熱管３の気流の流れ方向後側の部分に形成される死水域を低減する効果を得ることができる。

また、各切り起こし部２１ａ〜２１ｆは、気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増するように形成されている。図３は、第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃを示す図であり、図４は、第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆを示す図である。第１実施形態において、各切り起こし部２１ａ〜２１ｆは、略台形状または略三角形状であり（図３および図４参照）、第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃの最大高さｈ１と第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆの最大高さｈ２とがカラー部２３の高さＨよりも低くなるように形成されている。また、第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃの最大高さｈ１は、第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆの最大高さｈ２よりも低く形成されている。

このように、各伝熱管３の両側に形成された切り起こし部２１ａ〜２１ｆのそれぞれが気流の流れ方向上流側から下流側に向かう複数（第１実施形態では、上下で各３つずつ）の第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃおよび第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆに分割されている。このため、伝熱フィン２に発生したドレン水を第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃの隙間および第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆの隙間から排出されやすくできる。また、ドレン水は、冷媒が直接中を流れる伝熱管３の近傍に特に発生しやすいため、伝熱管３の下側に多くのドレン水が流下することになり、伝熱管３の下側に切り起こし部（第１実施形態では第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃ）が存在すると、切り起こし部の上にドレン水が保持される場合が多い。ここでは、第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃは、その最大高さｈ１が第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆの最大高さｈ２よりも低く形成されている。このため、ドレン水を効率よく排水することができる。これらにより、伝熱フィン２に発生するドレン水の影響をあまり受けることなく、切り起こし部２１ａ〜２１ｆによる伝熱促進効果を得ることができるようになる。

また、切り起こし部２１ａ〜２１ｆが切り起こされる際に伝熱フィン２に形成されるスリット孔２２ａ〜２２ｆは、各切り起こし部２１ａ〜２１ｆの上側に配置される。さらに、伝熱フィン２には、カラー部２３の周囲にカラー部２３と同心円形状の凹部２４が設けられている。この凹部２４は、図２に示すように断面がカラー部２３に外接する位置にカラー部２３とは逆の方向に伝熱フィン２を凹ませて形成されている。

このように、各切り起こし部２１ａ〜２１ｆは、伝熱フィン２を上部から下部に向かって切り起こして形成されている。このため、特にドレン水が滞留しやすい伝熱管３と第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃとの間に第１スリット孔２２ａ〜２２ｃが形成されることになり、伝熱管３と第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃとの間にドレン水が滞留しにくくなる。このため、ドレン水は、伝熱フィン２から排出されやすくなる。また、伝熱フィン２における伝熱管３の周囲全体に凹部２４を形成している。したがって、この凹部２４にドレン水が一時的に滞留し、所定量以上のドレン水が滞留した後に流下し排出されることになる。このため、第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃと伝熱管３との間に滞留することなく、ドレン水を排出することができる。

さらに、第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃおよび第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆが気流の流れ方向上流側から下流側に向かって第１直線Ｌ１および第２直線Ｌ２上を真っ直ぐに並ぶことによって、切り起こし部２１ａ〜２１ｆのうち伝熱フィン２の気流の流れ方向下流側に配置された第１切り起こし部２１ｃが気流の流れ方向上流側に配置された第１切り起こし部２１ａと同じ傾斜を有し、また、第２切り起こし部２１ｆが気流の流れ方向上流側に配置された第２切り起こし部２１ｄと同じ傾斜を有することになるため、伝熱管３の気流の流れ方向後側の部分に形成される死水域を低減するだけでなく、第１切り起こし部２１ｃおよび第２切り起こし部２１ｆの背後に新たな死水域が形成されるのを防ぐことができる。

以上のように、第１実施形態のフィンチューブ型熱交換器１では、伝熱フィン２に発生するドレン水の影響をあまり受けることなく、切り起こし部２１ａ〜２１ｆによる伝熱促進効果を得ることができるとともに、第１切り起こし部２１ｃおよび第２切り起こし部２１ｆの背後に新たな死水域が形成されるのを防ぐことができるため、切り起こし部２１ａ〜２１ｆによる伝熱促進効果と排水性とを両立させることができる。

また、このフィンチューブ型熱交換器１では、各切り起こし部２１ａ〜２１ｆの形状を気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増した形状にすることによって、各切り起こし部２１ａ〜２１ｆの背後に縦渦を生じさせることができるため、各切り起こし部２１ａ〜２１ｆによる伝熱促進効果をさらに高めることができる。

＜第１実施形態の特徴＞
第１実施形態では、第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃおよび第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆが、気流の流れ方向上流側から下流側に向かって複数に分割されている。そして、各切り起こし部２１ａ〜２１ｆは、伝熱管３近傍の気流が伝熱管３の気流の流れ方向後側に案内されるように気流の流れ方向に対して傾斜して配置される。さらに、伝熱管３の下側に形成される第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃが、伝熱管３の上側に形成される第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｃよりも低く切り起こされる。すなわち、伝熱管３と第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃとの間にドレン水が保持されにくくなるように、伝熱管３の下側に形成される第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃの高さを低くしている。

したがって、ドレン水などの水滴が発生した場合に、各切り起こし部２１ａ〜２１ｆの隙間から、水滴を下方に流下させやすくできる。また、第１切り起こし部２１ａ〜２１ｃの高さを低くしているため、ドレン水などの水滴が発生しやすい伝熱管３の下側に水滴を溜まりにくくさせることができる。このため、水滴を効率よく排水することができ、このフィンチューブ型熱交換器１内を通過する気流の風量を確保することができる。これにより、水滴が発生することによる熱交換効率の低下を極力防ぐことができる。

＜第１実施形態の変形例＞
以上、本発明の第１実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

＜第２実施形態＞
以下、本発明に係るフィンチューブ型熱交換器の第２実施形態について、図面に基づいて説明する。

図５に本発明の第２実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器１ａの要部を示す。ここで、図５は、フィンチューブ型熱交換器１ａの断面図である。

第２実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器１ａの基本構成自体は第１実施形態と同様であり、フィンチューブ型熱交換器１とフィンチューブ型熱交換器１ａとの違いは、伝熱フィンの形状が異なることのみである。このため、第２実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ａの基本構成の説明を省略し、以下に伝熱フィン４の詳細形状について説明する。ここで、第２実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器１ａの伝熱フィン４は、第１実施形態のフィンチューブ型熱交換器１の伝熱フィン２に対応する。

（１）伝熱フィンの詳細形状
次に、第２実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ａに用いられている伝熱フィン４の詳細形状について説明する。

伝熱フィン４には、各伝熱管３の鉛直方向における上側において、第１実施形態の伝熱フィン２における第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆと同様に、気流の流れ方向上流側から下流側に向かって真っ直ぐに並ぶ複数（第２実施形態では、上側に３つ）の切り起こし部４１ｄ〜４１ｆが、切り起こし加工により、伝熱フィン表面４ｂに形成されている。この切り起こし部４１ｄ〜４１ｆを仮想的に結ぶ第２直線Ｌ２は、伝熱管３近傍の気流が伝熱管３の気流の流れ方向後側に案内されるように、気流の流れ方向に対して傾斜している。ここで、第２直線Ｌ２の気流の流れ方向に対する迎え角α２は、１０°〜３０°の範囲内になるように設定されている。

また、伝熱フィン４には、各伝熱管３の鉛直方向における下側において、鉛直方向に延びる膨出スリット４５が複数（第２実施形態では５つ）設けられている。図６に、図５のＶＩ−ＶＩ断面図を示す。この膨出スリット４５は、図６に示すように、伝熱フィン４が板厚方向に膨出することによって形成されている。また、膨出スリット４５は、鉛直方向に向けて複数の切れ目が入れられて、伝熱フィン４の板厚方向に対して塑性変形することで膨出して形成されており、この膨出部分において水平方向に貫通した状態になっている。

このように切り起こし部４１ｄ〜４１ｆは、伝熱管３近傍の気流が伝熱管３の気流の流れ方向後側に案内されるように気流の流れ方向に対して傾斜している。このため、主として、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆのうち伝熱フィン４の気流の流れ方向上流側に配置された切り起こし部４１ｄによって境界層を更新する効果を確実に得ることができる。また、伝熱フィン４の気流の流れ方向下流側に配置された切り起こし部４１ｆによって伝熱管３の気流の流れ方向後側の部分に形成される死水域を低減する効果を得ることができる。

また、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆは、気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増するように形成されている。第２実施形態において、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆは、第１実施形態の第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆと同様に、略台形状または略三角形状であり、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆの最大高さｈ２がカラー部４３の高さＨよりも低くなるように形成されている。

このように各伝熱管３の上側に形成された切り起こし部４１ｄ〜４１ｆのそれぞれが気流の流れ方向上流側から下流側に向かう複数（第２実施形態では３つ）の切り起こし部４１ｄ〜４１ｆに分割されており、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆが気流の流れ方向上流側から下流側に向かって第２直線Ｌ２上を真っ直ぐに並んでいる。このため、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆのうち伝熱フィン４の気流の流れ方向下流側に配置された切り起こし部４１ｆが気流の流れ方向上流側に配置された切り起こし部４１ｄと同じ傾斜を有することになるため、伝熱管３の気流の流れ方向後側の部分に形成される死水域を低減するだけでなく、切り起こし部４１ｆの背後に新たな死水域が形成されるのを防ぐことができる。

また、伝熱フィン４には、カラー部４３の周囲にカラー部４３と同心円形状の凹部４４が設けられている。この凹部４４は、第１実施形態の伝熱フィン２の凹部２４と同様に、断面がカラー部４３に外接する位置にカラー部４３とは逆の方向に伝熱フィン４を凹ませて形成されている。

このように、伝熱フィン４における伝熱管３の周囲全体に凹部４４を形成している。したがって、この凹部４４にドレン水が一時的に滞留し、所定量以上のドレン水が滞留した後に流下し排出されることになる。このため、ドレン水を、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆと伝熱管３との間に滞留させることなく、排出させることができる。

さらに、各伝熱管３の下側に膨出スリット４５が形成されている。このため、伝熱フィン４に発生したドレン水を膨出スリット４５を伝わせて流下させやすくすることができ、フィンチューブ型熱交換器１ａからドレン水を排出させやすくできる。これにより、伝熱フィン４に発生するドレン水の影響をあまり受けることなく、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆによる死水域を低減させる伝熱促進効果と、膨出スリット４５による境界層を更新する伝熱促進効果とを得ることができるようになる。

以上のように、第２実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ａでは、伝熱フィン４に発生するドレン水の影響を受けることなく、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆおよび膨出スリット４５による伝熱促進効果を得ることができるとともに、気流の流れ方向下流側の切り起こし部４１ｆの背後に新たな死水域が形成されるのを防ぐことができるため、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆおよび膨出スリット４５による伝熱促進効果と排水性とを両立させることができる。

また、このフィンチューブ型熱交換器１ａでは、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆの形状を気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増した形状にすることによって、各切り起こし部４１ｄ〜４１ｆの背後に縦渦を生じさせることができるため、各切り起こし部４１ｄ〜４１ｆによる伝熱促進効果をさらに高めることができる。

＜第２実施形態の特徴＞
第２実施形態では、伝熱管３の上側のみに伝熱管３の気流流れ方向後側に案内する切り起こし部４１ｄ〜４１ｆを形成して、水滴の溜まりやすい伝熱管３の下側に切り起こし部を設けずに複数の膨出スリット４５を形成している。

伝熱フィン４の伝熱管３の下側に膨出スリット４５を形成することで、気流との熱交換を促進できる。また、膨出スリット４５はその切れ目に沿って水滴を流下させやすい形状であるため、水滴を伝わせる導水路として伝熱フィン４の伝熱管３の下側部分を機能させることができる。これにより、伝熱フィン４に発生するドレン水の影響をあまり受けることなく、切り起こし部４１ｄ〜４１ｆによる死水域を低減させる伝熱促進効果と、膨出スリット４５による境界層を更新する伝熱促進効果とを得ることができるようになる。

＜第２実施形態の変形例＞
以上、本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）
第２実施形態では、伝熱管３の下側に膨出スリット４５を形成しているが、これに限らず、伝熱管３の下側にルーバ５５を形成しても構わない。また、この場合の伝熱フィン５としてワッフル形状となるように、折り目５６ａ〜５６ｃをルーバ５５と併用して形成しても構わない（図７参照）。また、折り目を設けたワッフル形状のみを採用してもよいし、ルーバ形状のみを採用しても構わない。

本変形例（１）に係るフィンチューブ型熱交換器１ｂでは、図７のように伝熱フィン５の伝熱管３の下側の形状にルーバ５５を採用している。また、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図を図８に示す。なお、本変形例における伝熱フィン５の番号表記は、第２実施形態における伝熱フィン４における番号表記の４番台を５番台に、４０番台を５０番台に置き換えたものである。さらに、このフィンチューブ型熱交換器１ｂの構成は、第２実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ａとは、伝熱フィン４と伝熱フィン５との形状が異なるのみであり、他の構成は第２実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ａと同様である。

＜第３実施形態＞
以下、本発明に係るフィンチューブ型熱交換器の第３実施形態について、図面に基づいて説明する。

図９に本発明の第３実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器１ｃの要部を示す。ここで、図９は、フィンチューブ型熱交換器１ｃの断面図である。

第３実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器１ｃの基本構成自体は、第１実施形態と同様であり、フィンチューブ型熱交換器１とフィンチューブ型熱交換器１ｃとの違いは、伝熱フィンの形状が異なることのみである。このため、第３実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ｃの基本構成の説明を省略し、以下に伝熱フィン６の詳細形状について説明する。ここで、第３実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器１ｃの伝熱フィン６は、第１実施形態のフィンチューブ型熱交換器１の伝熱フィン２に対応する。

（１）伝熱フィンの詳細形状
次に、第３実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ｃに用いられている伝熱フィン６の詳細形状について説明する。

伝熱フィン６には、各伝熱管３の鉛直方向における両側（すなわち、各伝熱管６の下側および上側）において、複数（第３実施形態では、下側に２つ、上側に３つ）の切り起こし部６１ａ〜６１ｅが、切り起こし加工により、伝熱フィン表面６ｂに形成されている。ここで、各伝熱管３の鉛直方向における上側に形成される第２切り起こし部６１ｃ〜６１ｅは、第１実施形態の伝熱フィン２における第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆと同様であり、気流の流れ方向上流側から下流側に向かって真っ直ぐに並んでいる。この第２切り起こし部６１ｃ〜６１ｅを仮想的に結ぶ第２直線Ｌ２は、伝熱管３近傍の気流が伝熱管３の気流の流れ方向後側に案内されるように、気流の流れ方向に対して傾斜している。ここで、第２直線Ｌ２の気流の流れ方向に対する第３迎え角α２は、１０°〜３０°の範囲内になるように設定されている。

また、各伝熱管３の鉛直方向における下側に形成される第１切り起こし部６１ａ，６１ｂは、第２切り起こし部６１ｃ〜６１ｅとは異なり気流の流れ方向上流側から下流側に向かって真っ直ぐには並んでおらず、気流の流れ方向上流側の第１切り起こし６１ａの気流に対する第１迎え角α１よりも、気流の流れ方向下流側の第１切り起こし６１ｂの気流に対する第２迎え角β１が大きくなるように形成されている。すなわち、第１切り起こし部６１ｂは、第１切り起こし部６１ａにより勾配を付けられた気流が、第１切り起こし部６１ｂによりさらに勾配を付けられて伝熱管３の気流の流れ方向後側に案内されるように、気流の流れ方向に対して傾斜している。ここで、気流の流れ方向上流側の第１切り起こし部６１ａの第１迎え角α１は１０°〜３０°の範囲内になるように設定されており、気流の流れ方向下流側の第１切り起こし部６１ｂの第２迎え角β１は３１°〜４５°の範囲内になるように設定されている。なお、ここで、第２迎え角β１の角度を３１°〜４５°としているが、これに限定するものではなく、第１迎え角α１よりも大きければよい。さらに、第１切り起こし部６１ａ，６１ｂは、各伝熱管３の下側の領域Ｒを除く位置に形成されている。この領域Ｒは、伝熱管の管径Ｄの２分の１以上の幅Wであり、伝熱管の中心軸を通り鉛直な第３直線Ｌ３を含む帯状領域である。

また、第２切り起こし部６１ｃ〜６１ｅは、気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増するように形成されている。第３実施形態において、第２切り起こし部６１ｃ〜６１ｅは、第１実施形態の第２切り起こし部２１ｄ〜２１ｆと同様に、略台形状または略三角形状であり、第２切り起こし部６１ｃ〜６１ｅの最大高さｈ２がカラー部６３の高さＨよりも低くなるように形成されている。また、第１切り起こし部６１ａは第２切り起こし部６１ｃと同形状であり、第１切り起こし部６１ｂは第２切り起こし部６１ｅと同形状である。このため、第１切り起こし部６１ａ，６１ｂ部分の断面図は、図示しないが第２切り起こし部６１ｃ〜６１ｅと同様に気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増するように形成される。

このように各伝熱管３の両側に形成された切り起こし部６１ａ〜６１ｅのそれぞれが気流の流れ方向上流側から下流側に向かう複数（第３実施形態では、下側で２つ、上側で３つ）の第１切り起こし部６１ａ，６１ｂおよび第２切り起こし部６１ｃ〜６１ｅに分割されている。また、各伝熱管３の下側に形成された切り起こし部６１ａ，６１ｂは、領域Ｒに形成されない。このため、伝熱フィン６に発生したドレン水を第１切り起こし部６１ａ，６１ｂの隙間および第２切り起こし部６１ｃ〜６１ｅの隙間から排出されやすくできる。特に、伝熱管３の下側の領域Ｒにはドレン水が溜まりやすいが、伝熱管の下側の領域Ｒに切り起こし部を形成しないことにより、領域Ｒを伝わせて伝熱管３近傍で発生したドレン水を排出させることができる。これにより、伝熱フィン６に発生するドレン水の影響を受けることなく、切り起こし部６１ａ〜６１ｅによる伝熱促進効果を得ることができるようになる。

また、伝熱フィン６には、カラー部６３の周囲にカラー部６３と同心円形状の凹部６４が設けられている。この凹部６４は、第１実施形態における伝熱フィン２の凹部２４と同様に、断面がカラー部６３に外接する位置にカラー部６３とは逆の方向に伝熱フィン６を凹ませて形成されている。

このように、伝熱フィン６における伝熱管３の周囲全体に凹部６４を形成している。したがって、この凹部６４にドレン水が一時的に滞留し、所定量以上のドレン水が滞留した後に流下し排出されることになる。このため、ドレン水を、切り起こし部６１ａ〜６１ｅと伝熱管３との間に滞留させることなく、排出させることができる。

さらに、伝熱管３の下側の第１切り起こし部６１ａ，６１ｂは、伝熱管３の上側の第２切り起こし部６１ｃ〜６１ｅに比べると、領域Ｒに形成されないために切り起こし部の数が１つ少ない２つになっているが、気流の流れ方向下流側の第１切り起こし部６１ｂの気流に対する第２迎え角β１を、気流の流れ方向上流側の第１切り起こし部６１ａの気流に対する第１迎え角α１よりも大きくすることで、少しでも多くの気流を伝熱管３の気流の流れ方向後側に流すようにしている。このため、伝熱管３の気流の流れ方向後側の部分に形成される死水域を低減することができる。

以上のように、第３実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ｃでは、伝熱フィン６に発生するドレン水の影響を受けることなく、切り起こし部６１ａ〜６１ｅによる伝熱促進効果を得ることができるため、切り起こし部６１ａ〜６１ｅによる伝熱促進効果と排水性とを両立させることができる。

また、このフィンチューブ型熱交換器１ｃでは、各切り起こし部６１ａ〜６１ｅの形状を気流の流れ方向下流側に向かって高さが漸増した形状にすることによって、各切り起こし部６１ａ〜６１ｅの背後に縦渦を生じさせることができるため、各切り起こし部６１ａ〜６１ｅによる伝熱促進効果をさらに高めることができる。

＜第３実施形態の特徴＞
（１）
第３実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ｃでは、伝熱管３の下側に形成される第１切り起こし部６１ａ，６１ｂは、領域Ｒを除く位置に形成される。領域Ｒは、伝熱管３の管径Ｄの２分の１以上の幅Ｗであり、伝熱管３の中心軸を通り鉛直な第３直線Ｌ３を含む帯状領域である。すなわち、第１切り起こし部６１ａ，６１ｂは、伝熱管３の中心軸直下で、少なくとも伝熱管３の管径Ｄの２分の１以上の幅ａの領域Ｒには形成されない。

したがって、伝熱管３の直下付近の領域Ｒに第１切り起こし部６１ａ，６１ｂを形成せずに、ドレン水を流下させやすくできる。このため、伝熱フィン３の水はけ性能を向上させることができ、伝熱効果を向上させることができる。

（２）
第３実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ｃでは、気流の流れ方向下流側の第１切り起こし部６１ｂの第２迎え角β１を、気流の流れ方向上流側の第１切り起こし部６１ａの第１迎え角α１よりも大きくしている。

したがって、より多くの伝熱管３近傍の気流を、伝熱管３の気流の流れ方向後側に流すことができる。このため、伝熱フィン６の気流の流れ方向後側の部分に形成される死水域を低減する効果を得ることができる。さらに、水はけ性能を向上させているため、伝熱フィンに発生するドレン水の影響をあまり受けることなく、各切り起こし部６１ａ〜６１ｅによる伝熱促進効果を得ることができる。

＜第３実施形態の変形例＞
以上、本発明の第３実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）
第３実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ｃでは、伝熱フィン６において伝熱管３の下側に形成される第１切り起こし部６１ａ，６１ｂのみにおいて、気流の流れ方向下流側の第１切り起こし部６１ｂの気流に対する第２迎え角β１が気流の流れ方向上流側の第１切り起こし部６１ａの気流に対する第１迎え角α１よりも大きく形成されているが、これに限らずに、伝熱管３の上側の第２切り起こし部６１ｃ〜６１ｅにおいても第１切り起こし部６１ａ，６１ｂと同様にしても構わない。

この場合に、例えば図１０のように、伝熱フィン７において、伝熱管３の上側に形成される第２切り起こし部７１ｃ，７１ｄにおいて、気流の流れ方向下流側の第２切り起こし部７１ｄの気流に対する第４迎え角β２を、気流の流れ方向上流側の第２切り起こし部７１ｃの気流に対する第３迎え角α２よりも大きくなるように形成してもよい。なお、本変形例（１）の伝熱フィン７における番号表記は、第３実施形態における伝熱フィン６における番号表記の６番台を７番台に、６０番台を７０番台に置き換えたものである。さらに、本変形例（１）のフィンチューブ型熱交換器１ｄの構成は、第３実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ｃとは、伝熱フィン６と伝熱フィン７との形状が異なるのみであり、他の構成は第３実施形態のフィンチューブ型熱交換器１ｃと同様である。

本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、ドレン水を排出させやすくして伝熱効果を効果的に得ることができ、フィンチューブ型熱交換器、特に、気流中に配置された伝熱フィンと、伝熱フィンに挿入されており気流の流れ方向に略直交する方向に配置された複数の伝熱管とを備えたフィンチューブ型熱交換器等として有用である。

第１実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器の断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。 図１のＩＶ−ＩＶ断面図。 第２実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器の断面図。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図。 第２実施形態の変形例（１）に係るフィンチューブ型熱交換器の断面図。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図。 第３実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器の断面図。 第３実施形態の変形例（１）に係るフィンチューブ型熱交換器の断面図。

１，１ａ〜１ｄ フィンチューブ型熱交換器
２，４〜７ 伝熱フィン
３ 伝熱管（複数の伝熱管）
２１ａ〜２１ｃ 第１切り起こし部
２１ｄ〜２１ｆ 第２切り起こし部
４１ｄ〜４１ｆ 第２切り起こし部
４５ （熱交換促進部）
５１ｄ〜５１ｆ 第２切り起こし部
５５，５６ （熱交換促進部）
６１ａ，６１ｂ 第１切り起こし部
６１ｃ〜６１ｅ 第２切り起こし部
７１ａ，７１ｂ 第１切り起こし部
７１ｃ，７１ｄ 第２切り起こし部
Ｄ 伝熱管の管径
Ｌ１ 第１直線
Ｌ２ 第２直線
Ｌ３ 第３直線
Ｒ 領域（所定領域）
Ｗ 幅
α１ 第１迎え角
α２ 第３迎え角
β１ 第２迎え角
β２ 第４迎え角

Claims (1)

1. 気流中に配置された伝熱フィン（６、７）と、
   前記伝熱フィンに挿入されており、前記気流の流れ方向に略直交する方向に配置された複数の伝熱管（３）と、
   を備え、
   前記伝熱フィンには、前記伝熱管の鉛直方向における下側において前記気流の流れ方向上流側から下流側に向かって並ぶ複数の第１切り起こし部（６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ）と、前記伝熱管の鉛直方向における上側において前記気流の流れ方向上流側から下流側に向かって並ぶ複数の第２切り起こし部（６１ｃ〜６１ｆ，７１ｃ，７１ｄ）とが、切り起こし加工により形成されており、
   前記複数の第１切り起こし部と前記複数の第２切り起こし部とは、前記伝熱管近傍の気流が前記伝熱管の気流の流れ方向後側に案内されるように、気流の流れ方向に対して傾斜しており、
   前記複数の第１切り起こし部は、所定領域（Ｒ）を除く位置に形成され、前記気流の流れ方向上流側の前記第１切り起こし部（６１ａ，７１ａ）の前記気流に対する第１迎え角（α１）よりも前記気流の流れ方向下流側の前記第１切り起こし部（６１ｂ，７１ｂ）の前記気流に対する第２迎え角（β１）が大きく形成され、
   前記所定領域は、前記伝熱管の管径（Ｄ）の２分の１以上の幅（Ｗ）で、前記伝熱管の中心軸を通り略鉛直な第３直線（Ｌ３）を含む帯状領域であり、
   前記複数の第２切り起こし部（６１ｃ〜６１ｅ）は、前記気流の流れ方向上流側から下流側に向かって真っ直ぐに並んでおり、
   前記複数の第２切り起こし部を仮想的に結ぶ第２直線（Ｌ２）は、前記伝熱管近傍の気流が前記伝熱管の気流の流れ方向後側に案内されるように、気流の流れ方向に対して傾斜している、
   フィンチューブ型熱交換器（１ｃ）。

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