JP5945806B2

JP5945806B2 - フィンチューブ型熱交換器

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Publication number: JP5945806B2
Application number: JP2013522729A
Authority: JP
Inventors: 横山　昭一; 昭一横山
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: JPWO2013001744A1; CN103608639B; WO2013001744A1; CN103608639A

Description

本発明は、ルームエアコン、パッケージエアコン、カーエアコン等の空気調和機、ヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫、及び冷凍庫等に用いられ、多数積層された平板状のフィンの間を流動する空気などの気体と伝熱管内を流動する水や冷媒などの流体との間で熱を授受するフィンチューブ型熱交換器に関するものである。

フィンチューブ型熱交換器は、一般に、多数積層された平板状のフィンと、伝熱管とで構成されたフィンアンドチューブ式の熱交換器である。図１０は従来の熱交換器を示す斜視図である。図１１は図１０に示したフィンの一部分を示す正面図である。図１０と図１１に示すように、従来のフィンチューブ型熱交換器１０１は、一定の間隔を有して平行に積層された平板状のフィン１１０と、積層されたフィン１１０に対して貫通するように挿入された伝熱管１３０とで構成されている。フィン１１０には当該フィン１１０から垂直に立ち上げた円筒状のフィンカラー１１６が形成されており、フィンカラー１１６の内部が貫通孔１１６ａとなっている。伝熱管１３０は、フィンカラー１１６の貫通孔１１６ａを貫通して配設されており、フィンカラー１１６に密着接合されている。

上記のように構成された従来のフィンチューブ型熱交換器１０１においては、積層された平板状のフィン１１０の間に空気などの気体を流動させることにより、内部を水や冷媒などの流体が流動する伝熱管１３０からの熱を、フィン１１０を介して流動する気体に対して熱交換するよう構成されている。

従来のフィンチューブ型熱交換器１０１における各フィン１１０は、同様の形状に折り曲げられて積層されている。図１１に示すフィン１１０の正面図（積層面を示す図）において、積層されたフィン１１０の間を流れる気流の主流方向Ｗを列方向（図１１の左右方向）とし、その列方向に直交する方向を段方向（図１１の上下方向）とする。

図１０及び図１１に示すように、フィン１１０には、段方向に延びる複数の折り曲げ線である複数の稜線１１２（山部）及び稜線１１４（谷部）が形成されている。以下の説明においては、一方の山部を形成する稜線１１２を山稜線とし、他方の谷部を形成する稜線１１４を谷稜線とする。上記のようにフィン１１０は、複数の山稜線１１２と、その山稜線１１２の間にある谷稜線１１４とにより山部と谷部が形成されており、山部と谷部とにより起伏部が構成されている。また、フィン１１０には、円筒状に突出したフィンカラー１１６に対して、その周りに同心円状に平坦な円環部分が形成された座部分１１８と、この座部分１１８から起伏部へ立ち上がる傾斜部１２０が形成されている。

図１０及び図１１に示したフィン１１０を有する従来の熱交換器１０１においては、フィン１１０に形成された起伏部における複数の山稜線１１２及び谷稜線１１４の近傍で気流の動きが曲げられている。このように気流の動きを曲げることにより、フィン１１０から気流に対する伝熱性能の向上が図られていた。しかし、このような構成の従来の熱交換器においては、一般的な熱交換において用いられているように、平坦な板材の一部分を切り起こして形成されたフィンにおいて生じる気流前縁効果による伝熱促進効果ほどの結果が得られず、熱交換器としての伝熱性能が期待するほど高くないという課題があった。

そこで、従来の熱交換器においては、伝熱効果を高めるために、フィンカラーの風下側における死水域の低減や、伝熱管への気流の誘導を狙って、平坦な座部分における風下側、又は風上側と風下側の両方の領域に、フィンの積層面と平行なフラット面を形成した構成が各種提案されている。図１２から図１５に示す従来の熱交換器におけるフィン１１０においては、フィン１１０の積層面と平行なフラット面Ｆが座部分の風下側に形成されており、図１６及び図１７に示す従来の熱交換器のフィン１１０においては、フィン１１０の積層面と平行なフラット面Ｆが風上側と風下側に形成されており、座部分の平坦面に続くフラット面Ｆを有するものが提案されている。（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

特許第３２５９５１０号公報特開２００５−０７７０８３号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載のフィンチューブ型熱交換器は、フィン１１０の座部分に続く領域に大きなフラット面Ｆを形成したことにより、フィン１１０と気流との間での伝熱性能を高めるための起伏部の山稜線が短くなり、伝熱性能が低下するという課題を有していた。また、積層されたフィンの間に流れ込んだ気流が温度の高い伝熱管にスムーズに導かれていないという課題を有していた。

本発明は、従来技術が有する上記の課題に鑑みてなされたものであり、多数積層されるフィンを特殊形状に形成して、フィン間の気流の流れをスムーズにすると共に、フィンと気流との間での伝熱性能を高めるために、面と面との交線である稜線を増やすことにより、伝熱性能に優れたフィンチューブ型熱交換器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る一態様のフィンチューブ型熱交換器は、
所定の間隔を有して略並行に積層され、熱交換用気流の主流方向に沿うよう積層面が配置された複数の伝熱フィンと、
積層された前記伝熱フィンを貫通するように、前記伝熱フィンの積層面方向と略直交する方向に延設された伝熱管と、を備え、
前記伝熱フィンは、前記伝熱管が貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲に前記伝熱フィンの積層面方向と略直交する方向に延設された略円筒状のフィンカラーが形成され、前記伝熱管が前記フィンカラーに密着結合状態で前記貫通孔に挿入されて、前記伝熱フィンの積層面方向に流れる前記熱交換用気流と前記伝熱管の内部を流れる熱冷媒との間で熱交換を行うよう構成されたフィンチューブ型熱交換器であって、
前記伝熱フィンは、前記積層面において、前記熱交換用気流の主流方向（以降、列方向と呼ぶ）に対し直交する方向（以降、段方向と呼ぶ）に延びる複数の稜線により形成される複数の山部と当該山部の間にある谷部とで構成される起伏部と、前記フィンカラーに対して同心円状であり、前記積層面と平行な平坦面を有する座部分と、前記座部分から前記起伏部へ立ち上がる傾斜面と、前記フィンカラーの風上側と風下側に形成された楔状のくぼみと、を有し、
前記楔状のくぼみは、前記フィンカラーの風上側と風下側において列方向に延びる第１の稜線と、前記フィンカラーの風上側と風下側において段方向に延びる前記谷部を形成する稜線と前記第１の稜線との交点から、前記山部の稜線に向かってＶ字形状に２方向に導出する２本の第２の稜線と、により形成され、前記第１の稜線と前記第２の稜線との間に形成されたＶ字形状に配置された２つの斜面により前記フィンカラーの風下側と風上側の気流通路を構成し、
前記楔状のくぼみの前記第１の稜線は、前記座部分の平坦面と実質的同一面に形成され、当該第１の稜線の延長線が前記貫通孔の中心を通るよう構成されている。

本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、多数積層される伝熱フィンを、フィンカラーの風上側と風下側に楔状のくぼみを有する形状として、積層された伝熱フィン間における気流の流れをスムーズにすると共に、伝熱フィンと気流との間での伝熱性能を高めることができる。

本発明に係る実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の概略構造を示す斜視図図１に示したフィンチューブ型熱交換器における伝熱フィンの一部分を拡大して示す正面図図２に示した積層された伝熱フィンにおけるIII−III線による断面図図２に示した積層された伝熱フィンにおけるIV−IV線による断面図実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器における伝熱フィンを気流の主流方向から見た側面図本発明に係る実施の形態２のフィンチューブ型熱交換器における伝熱フィンの積層面を示す正面図本発明に係る実施の形態３のフィンチューブ型熱交換器における伝熱フィンの積層面を示す正面図（ａ）は本発明に係る実施の形態４のフィンチューブ型熱交換器における伝熱フィンの積層面を示す正面図、（ｂ）は図８の（ａ）に示した伝熱フィンにおけるＡ−Ａ線による断面図、及び（ｃ）は図８の（ａ）に示した伝熱フィンにおけるＢ−Ｂ線による断面図本発明に係る実施の形態５のフィンチューブ型熱交換器における伝熱フィンの積層面を示す正面図従来の熱交換器を示す斜視図図１０に示した従来の熱交換器におけるフィンの一部分を示す正面図従来の熱交換器におけるフィンの一部分を示す正面図従来の熱交換器におけるフィンの一部分を示す斜視図従来の熱交換器におけるフィンの一部分を示す正面図従来の熱交換器におけるフィンの一部分を示す斜視図従来の熱交換器におけるフィンの一部分を示す正面図従来の熱交換器におけるフィンの一部分を示す斜視図

本発明に係る第１の態様のフィンチューブ型熱交換器においては、
所定の間隔を有して略並行に積層され、熱交換用気流の主流方向に沿うよう積層面が配置された複数の伝熱フィンと、
積層された前記伝熱フィンを貫通するように、前記伝熱フィンの積層面方向と略直交する方向に延設された伝熱管と、を備え、
前記伝熱フィンは、前記伝熱管が貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲に前記伝熱フィンの積層面方向と略直交する方向に延設された略円筒状のフィンカラーが形成され、前記伝熱管が前記フィンカラーに密着結合状態で前記貫通孔に挿入されて、前記伝熱フィンの積層面方向に流れる前記熱交換用気流と前記伝熱管の内部を流れる熱冷媒との間で熱交換を行うよう構成されたフィンチューブ型熱交換器であって、
前記伝熱フィンは、前記積層面において、前記熱交換用気流の主流方向（以降、列方向と呼ぶ）に対し直交する方向（以降、段方向と呼ぶ）に延びる複数の稜線により形成される複数の山部と当該山部の間にある谷部とで構成される起伏部と、前記フィンカラーに対して同心円状であり、前記積層面と平行な平坦面を有する座部分と、前記座部分から前記起伏部へ立ち上がる傾斜面と、前記フィンカラーの風上側と風下側に形成された楔状のくぼみと、を有し、
前記楔状のくぼみは、前記フィンカラーの風上側と風下側において列方向に延びる第１の稜線と、前記フィンカラーの風上側と風下側において段方向に延びる前記谷部を形成する稜線と前記第１の稜線との交点から、前記山部の稜線に向かってＶ字形状に２方向に導出する２本の第２の稜線と、により形成され、前記第１の稜線と前記第２の稜線との間に形成されたＶ字形状に配置された２つの斜面により前記フィンカラーの風下側と風上側の気流通路を構成し、
前記楔状のくぼみの前記第１の稜線は、前記座部分の平坦面と実質的同一面に形成され、当該第１の稜線の延長線が前記貫通孔の中心を通るよう構成されている。
このように構成された本発明に係る第１の態様のフィンチューブ型熱交換器は、積層された伝熱フィン間における気流の流れをスムーズにすると共に、伝熱フィンと気流との間での伝熱性能を高めることができる構成を有する。

上記のように構成された本発明に係る第１の態様のフィンチューブ型熱交換器は、積層された伝熱フィン間に流れ込んだ気流が楔状のくぼみにより確実に案内されて伝熱管を密着接合しているフィンカラーに導かれ、気流と伝熱管との間の熱交換を効率高く行うことができる。

本発明に係る第２の態様のフィンチューブ型熱交換器は、前記の第１の態様において、前記交点から前記山部の稜線に向かってＶ字形状に導出する前記２本の第２の稜線は、前記伝熱管の長手方向から見たとき、前記フィンカラーを挟むように配置されており、
前記２本の第２の稜線のそれぞれの延長線は、前記伝熱管の長手方向から見たとき、前記交点を出発点として、前記座部分の外側に形成された傾斜面の外周線との接線と、前記座部分の内側に配置された前記フィンカラーの外周線との接線との間の領域内の直線で構成されている。
このように構成された本発明に係る第２の態様のフィンチューブ型熱交換器は、積層された伝熱フィン間に流れ込んだ気流が伝熱管に案内されて、気流と伝熱管との間の熱交換が効率高く行われる。

本発明に係る第３の態様のフィンチューブ型熱交換器は、前記の第２の態様において、前記楔状のくぼみにおける前記第２の稜線の延長線が、前記伝熱管の長手方向から見たとき、前記座部分の最外周線との接線で構成してもよい。

本発明に係る第４の態様のフィンチューブ型熱交換器は、前記の第１乃至第３のいずれかの態様において、段方向に隣接するフィンカラーの間に配置され、且つ段方向に延びる谷部に形成された中間山部をさらに設けてもよい。

本発明に係る第５の態様のフィンチューブ型熱交換器は、前記の第１乃至第３のいずれかの態様において、段方向に隣接するフィンカラーの間に配置され、且つ段方向に延びる谷部に形成された中間山部をさらに有し、前記中間山部の前記座部分の平坦面からの高さは、段方向に延びる山部の前記平坦面からの高さより低く形成してもよく、前記山部の前記平坦面から高さの１／４から３／４の範囲内の高さに設定することが好ましい。

以下、本発明のフィンチューブ型熱交換器に係る好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態のフィンチューブ型熱交換器においては空気調和器に用いた具体例で説明するが、以下の実施の形態は例示であり、本発明のフィンチューブ型熱交換器の用途としては空気調和器に限定されるものではなく、熱交換器を使用する各種機器に用いられ、本発明の技術的範囲内において、その用途に応じて適宜変形される。したがって、本発明は、以下の実施の形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく各種構成を含むものである。

（実施の形態１）
以下、本発明に係る実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器について、添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器の概略構造を示す斜視図である。図２は図１に示したフィンチューブ型熱交換器における伝熱フィンの一部分を拡大して伝熱フィンの正面である積層面を示す正面図である。

図１に示すように、フィンチューブ型熱交換器１においては、同じ形状を有する多数の伝熱フィン２０が一定の間隔Ｌを有して平行に積層された状態（積層状態）で熱交換ブロック１０が構成されている。実施の形態１においては、各伝熱フィン２０は約１．５ｍｍの間隔Ｌを有して並設（積層）されている。各伝熱フィン２０が配設される間隔Ｌとしては、用いられる熱交換器の仕様に応じて適宜変更されるものであり、例えば１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内において選択される。このように積層状態の多数の伝熱フィン２０を貫通するように、水や冷媒などの流体が移動する伝熱管５０が配設されている。伝熱管５０と各伝熱フィン２０とはフィンカラー６０を介して効率高く伝熱するように密着接合されている。図１に示すように、伝熱管５０は、積層状態の多数の伝熱フィン２０で構成された熱交換ブロック１０の内部を貫通して、蛇行するよう配置されており、伝熱管５０と各伝熱フィン２０とは複数箇所で密着接合されており、伝熱管５０と各伝熱フィン２０との間の伝熱性能が高められている。

各伝熱フィン２０には当該伝熱フィン２０の正面である積層面から垂直に立ち上げた複数の円筒状のフィンカラー６０が形成されている。フィンカラー６０の内部は貫通孔２０ａ（図２参照）となっており、伝熱管５０がフィンカラー６０の貫通孔２０ａを貫通して配設される。伝熱管５０とフィンカラー６０とは後述するように伝熱可能に密着接合処理が施されている。

図１に示すように、熱交換ブロック１０に対しては、熱交換用気流が流れるように構成されており、その気流の主流方向Ｗは、熱交換ブロック１０において積層状態の各伝熱フィン２０間の隙間に風が流れ込むよう、各伝熱フィン２０の実質的な積層面と平行な方向、即ち伝熱管５０の長手方向（貫通方向）に直交する方向である。

上記のように構成された実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器１においては、積層された多数の伝熱フィン２０の間の隙間に対して、熱交換用気流による空気を流動させることにより、内部を水や冷媒などの流体が移動する伝熱管５０から伝わった熱を、積層状態の多数の伝熱フィン２０の間を流動する気体に対して熱交換を行っている。

実施の形態１において、図２に正面図で示す伝熱フィン２０の積層面は、伝熱フィン２０に対する伝熱管５０の貫通方向に直交する面であり、気流の主流方向Ｗと平行な面である（図１参照）。また、実施の形態１において、気流の主流方向Ｗは、各伝熱フィン２０における列方向（図２における左右方向）と同じであり、各伝熱フィン２０において列方向に直交する方向を段方向（図２における上下方向）とする。

図３は図２に示した積層された伝熱フィン２０におけるIII−III線による断面図であり、図４は図２に示した積層された伝熱フィン２０におけるIV−IV線による断面図である。また、図５は、一枚の伝熱フィン２０を気流の主流方向Ｗから見た側面図である。

上記のように、実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器１における熱交換ブロック１０は、所定の間隔Ｌを有して並行に積層された多数の伝熱フィン２０と、これら多数の伝熱フィン２０の積層面と直交して伝熱フィン２０を貫通する伝熱管５０とを備えている。伝熱管５０の内部を流動する冷媒等の熱媒体は、積層された伝熱フィン２０間に流れ込んで伝熱フィン２０の積層面に沿って流れる気体（空気）との間で熱交換が行われる。

図１から図５に示すように、各伝熱フィン２０には、複数のフィンカラー６０が形成されており、各フィンカラー６０の内部は伝熱管５０が貫通する貫通孔２０ａ（図２では２つの貫通孔２０ａを示している）が形成されている。即ち、各貫通孔２０ａの周囲には、伝熱フィン２０の積層面方向に対して、或いは気流の主流方向Ｗに対して略直交する方向に延設された略円筒状のフィンカラー６０が形成されている。これらのフィンカラー６０には伝熱管５０が密着接合されており、例えば、伝熱管５０の直径を広げるように後述する密着接合処理である拡径処理を行うことにより、伝熱管５０はフィンカラー６０に対して確実に密着した状態で貫通孔２０ａに挿通されている。なお、すべてのフィンカラー６０は、伝熱フィン２０から同一方向に突出し、同一の突出高さを有している。

以下、伝熱管５０に対する密着接合処理である拡径処理について詳述する。
フィンチューブ型熱交換器１における熱交換ブロック１０の製造において、複数のフィンカラー６０を有する伝熱フィン２０を積層して、伝熱管５０がフィンカラー６０に挿入される。この挿入作業の作業性を良好にするため、伝熱フィン２０のプレス加工時においてフィンカラー６０の内径Ｄ（図３参照）は、伝熱管５０の外径より多少大きく加工される。そして、伝熱管５０がフィンカラー６０へ挿入された後、伝熱管内の液圧を利用することにより、或いは機械的な方法等により伝熱管５０を拡径して、伝熱管５０とフィンカラー６０とを密着させて接合し、互いの伝熱性能を向上させている。

実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器１における各伝熱フィン２０は、平板な金属板をプレス加工により一体成形したものであり、平行な複数の折り曲げ線（稜線を含む）を有して構成されている。図２に示すように、伝熱フィン２０には、段方向に平行に延びる複数の山側と谷側の稜線４０ａ，４０ｂが形成されている。以下の説明において、段方向に延びる山側の稜線４０ａを山稜線とし、谷側の稜線４０ｂを谷稜線とする。

なお、実施の形態１においては、１つのフィンカラー６０に対して２つの山部を有する起伏部４０が対応する構成であるが、この起伏部４０の構成は、用いられる熱交換器の仕様に応じて適宜変更される。

上記のように、伝熱フィン２０は、複数の山稜線４０ａと、隣接する山稜線４０ａの間の谷稜線４０ｂと、により山部と谷部が形成されており、これらの山部と谷部とにより起伏部４０が構成されている。また、伝熱フィン２０においては、伝熱フィン２０の積層面に対して垂直に突出した円筒状のフィンカラー６０が一体成形により形成されている。また、円筒状のフィンカラー６０の周りには、同心円上に形成され、平坦面を有する円環状の座部分３０が形成されている。座部分３０の平坦面は、伝熱フィン２０における積層面と平行である。なお、伝熱フィン２０には、円環状の座部分３０から起伏部４０へ立ち上がる傾斜面３０ａが形成されている。

また、上記のように形成された伝熱フィン２０における各フィンカラー６０の風上側と風下側には、楔状（逆三角形状）のくぼみ８０が形成されている。即ち、楔状のくぼみ８０は、伝熱フィン２０における座部分３０の平坦面の位置からフィンカラー６０の突出方向に広がるように逆三角形形状に形成されている。
図１から図５に示すように、楔状のくぼみ８０は、フィンカラー６０の風上側と風下側であって、フィンカラー６０の両側に形成された段方向に延びる谷稜線４０ｂと山稜線４０ａとの間に形成されている。楔状のくぼみ８０は、谷稜線４０ｂに直交する列方向に延び、且つフィンカラー６０の中心を通るように座部分３０の両側に形成された谷側の稜線８０ａによりくぼみ８０の底（逆三角形の頂点）が構成されている。この谷側の稜線８０ａを第１の稜線とする。また、楔状のくぼみ８０は、フィンカラー６０の風上側と風下側の両側に形成された段方向に延びる谷稜線４０ｂと、くぼみ８０の底を形成する谷側の稜線（第１の稜線）８０ａとの交点Ｐから山部の斜面に沿って山稜線４０ａの方向に導出する２本の山側の稜線８０ｂを有している。この山側の稜線８０ｂを第２の稜線とする。

上記のように、フィンカラー６０の風上側と風下側に形成された楔状のくぼみ８０は、フィンカラー６０の風上側と風下側において列方向に延びる谷側の稜線（第１の稜線）８０ａと、フィンカラー６０の風上側と風下側において段方向に延びる谷部を形成する谷稜線４０ｂと前記の谷側の稜線（第１の稜線）８０ａとの交点Ｐから、山部の斜面に沿って山稜線４０ａに向かってＶ字形状に２方向に導出する２本の山側の稜線（第２の稜線）８０ｂと、により形成されている。楔状のくぼみ８０は、上記のように谷側の稜線（第１の稜線）８０ａと２本の山側の稜線（第２の稜線）８０ｂとにより形成されるＶ字形状に配置された２つの斜面８０ｃにより構成されており、フィンカラー６０の風上側と風下側の気流通路を構成している。このように構成された楔状のくぼみ８０は、伝熱フィン２０の間に流れ込んだ気流をフィンカラー６０に確実に導くとともに、フィンカラー６０の風下側へスムーズに導く構成となる。

実施の形態１において、楔状のくぼみ８０を構成する山側の稜線（第２の稜線）８０ｂの延長線は、図２に示すように、伝熱管５０の長手方向（貫通方向）から見て、当該フィンカラー６０の周りに形成された座部分３０の最外周線との接線Ｔ２の位置に形成されている。但し、山側の稜線８０ｂの位置としては、座部分３０の外側に形成される傾斜面３０ａの外周線との接線Ｔ１の位置と、座部分３０の最内周線（フィンカラー６０の外周線）との接線Ｔ３の位置との間の領域に設定されていても同様の効果を奏する。

上記のように、フィンチューブ型熱交換器においては、２本の第２の稜線８０ｂのそれぞれの延長線は、伝熱管５０の長手方向から見て（図２参照）、フィンカラー６０の風上側と風下側において段方向に延びる谷部を形成する谷側の稜線４０ｂと第１の稜線８０ａとの交点Ｐ（図２参照）を出発点として、座部分３０の外側に形成された傾斜面３０ａの外周線との接線Ｔ１と、座部分３０の内側に配置されたフィンカラー６０の外周線との接線Ｔ３との間の領域内の直線で構成することが好ましい。実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器１においては、楔状のくぼみ８０における第２の稜線８０ｂの延長線が、伝熱管５０の長手方向から見て（図２参照）、座部分３０の最外周線との接線Ｔ２で構成されている。

上記のように、フィンカラー６０の風上側と風下側の両側に形成されている楔状のくぼみ８０の底を構成する谷側の稜線８０ａ（第１の稜線）は、座部分３０の平坦面と同じ平面上にあり、谷側の稜線８０ａの延長線はフィンカラー６０の中心（即ち、伝熱管５０の中心）を通り、列方向に伸びている。

一方、楔状のくぼみ８０の側面を構成する山側の稜線８０ｂ（第２の稜線）は、フィンカラー６０の両側に形成された起伏部４０の谷稜線４０ｂの所定の点（交点Ｐ）から延び、その延長線が、図２に示すように、伝熱管５０の長手方向から伝熱フィン２０を見た平面図において、例えば、座部分３０の最外周線と接する接線Ｔ２の位置にある。したがって、楔状のくぼみ８０は、列方向に延びる谷側の稜線（第１の稜線）８０ａにより逆三角形の底が形成され、谷側の稜線８０ａの両側に形成された山側の稜線（第２の稜線）８０ｂにより逆三角形のＶ字状となる斜面８０ｃが形成されている。即ち、楔状のくぼみ８０は、フィンカラー６０の突出方向に開口が広がる楔状（逆三角形状）となるよう形成されている。

上記のように、フィンカラー６０の風上側と風下側の両側に楔状のくぼみ８０を形成することにより、風上側の楔状のくぼみ８０が熱交換用気流を空気との温度差が大きい伝熱管５０へ確実に誘導して、その気流が伝熱管５０の周りの座部分３０に流れて、座部分３０の外側に形成された傾斜面３０ａに案内されて、伝熱管５０の後流にまわり込んでいく。さらに、風下側に形成された楔状のくぼみ８０は、風上側から当該伝熱管５０をまわり込んできた気流を誘導して、排出し、次に続く起伏部４０へ流す構成である。

上記のように、フィンカラー６０に密着接合された各伝熱管５０に対して、気流を効率高く流して、伝熱管５０の後流における死水域を低減し、伝熱に寄与する面積を増やしている。この結果、実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器１においては、伝熱管５０と気流との間の熱交換量を増大させ、伝熱性能を向上させている。

さらに、フィンカラー６０の風上側と風下側の両側に形成された楔状のくぼみ８０は、風上側と風下側における気流を円滑に流し、通風抵抗を下げることができるという優れた通風特性を有している。

本発明のフィンチューブ型熱交換器においては、フィンカラー（６０）の風上側と風下側に楔状のくぼみ（８０）を設ける構成であり、楔状のくぼみ（８０）においては、谷側の稜線（８０ａ）の底が座部分（３０）の平坦面と同じ平面上にあり、谷側の稜線（８０ａ）の延長線が伝熱管（５０）の中心を通り、列方向に伸びている。また、楔状のくぼみ（８０）を構成する谷側の稜線（８０ａ）の両側にＶ字状に配置された山側の稜線（８０ｂ）は、フィンカラー（６０）の両側に形成された起伏部（４０）の谷稜線（４０ｂ）から延びており、その延長線が、伝熱管（５０）の長手方向から伝熱フィン（２０）を見た平面図において、例えば、座部分（３０）の最外周線と接する接線（Ｔ２）の位置に形成されている。なお、楔状のくぼみ（８０）を構成する谷側の稜線（８０ａ）の両側の山側の稜線（８０ｂ）は、座部分（３０）の外側に形成される傾斜面（３０ａ）の外周線と接する接線（Ｔ１）の位置と、座部分（３０）の最内周線（フィンカラー（６０）の外周線）と接する接線（Ｔ３）の位置との間の領域内に形成してもよい。このように構成された本発明は、伝熱性能に優れたフィンチューブ型熱交換器を提供することができる。

なお、前述の実施の形態においては、フィンカラーの風上側と風下側に楔状のくぼみ（８０）を設けた構成例で説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成例に特定されるものではなく、本発明の構成が共存できる他の形態、例えば、特許第２６６１３５６号や特許第２８３４３３９号や特許第３３６７３５３号に本発明における楔状のくぼみ（８０）を設けることが可能である。それぞれの場合においても、前述した伝熱性能の向上効果を付加することができ、さらには伝熱促進の相乗効果をもたらすことができる。

以下、本発明における楔状のくぼみを他の構成に用いた場合の具体的な構成例について説明する。

（実施の形態２）
本発明に係る実施の形態２のフィンチューブ型熱交換器について、添付の図面を参照しながら説明する。

図６は、実施の形態２のフィンチューブ型熱交換器における伝熱フィン２０Ａの積層面を示す正面図である。図６に示すように、フィンカラー６０の周りには平坦な座部分３０が環状に形成されており、その座部分３０の周りには立ち上がり部（峰部）７０が形成されている。

実施の形態２における伝熱フィン２０Ａにおいては、前述の実施の形態１と同様に、楔状のくぼみ８０がフィンカラー６０の風上側と風下側の両側に形成されている。したがって、伝熱フィン２０Ａにおいては、座部分３０の周りに形成された立ち上がり部（峰部）７０の一部が風上側と風下側において欠落するよう構成されている。この結果、実施の形態２のフィンチューブ型熱交換器においては、積層された伝熱フィン２０Ａの間に流れ込んだ気流が、風上側の楔状のくぼみ８０によりフィンカラー６０に密着結合された伝熱管５０に導かれて、当該伝熱管５０や伝熱フィン２０Ａの起伏部と接触し、当該伝熱管５０の熱が伝熱フィン２０Ａなどを介して気流に対して効率高く熱交換される。

上記のように、実施の形態２のフィンチューブ型熱交換器においても、実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器と同様に、フィンカラー６０の風上側と風下側の楔状のくぼみ８０により、フィンカラー６０に密着接合された各伝熱管５０に対して、熱交換用気流を効率高く流して、伝熱管５０の後流における死水域を低減して、伝熱に寄与する面積を増やし、伝熱管５０と気流との間の熱交換量を増大させ、伝熱性能の向上が図られている。また、実施の形態２のフィンチューブ型熱交換器における楔状のくぼみ８０は、風上側と風下側における気流を円滑に流し、通風抵抗を下げることができるという優れた通風特性を有している。

（実施の形態３）
本発明のフィンチューブ型熱交換器に係る実施の形態３について、添付の図面を参照しながら説明する。

図７は、実施の形態３のフィンチューブ型熱交換器における伝熱フィン２０Ｂの積層面を示す正面図である。図７に示すように、フィンカラー６０の周りには平坦な面を有する楕円状の座部分３０が形成されており、その座部分３０の周りには立ち上がり部（峰部）７０が形成されている。

実施の形態３における伝熱フィン２０Ｂにおいては、前述の実施の形態１と同様に、楔状のくぼみ８０がフィンカラー６０の風上側と風下側の両側に形成されている。したがって、伝熱フィン２０Ｂにおいては、座部分３０の周りに形成された立ち上がり部（峰部）７０の一部が風上側と風下側において欠落するよう構成されている。この結果、実施の形態３のフィンチューブ型熱交換器においては、熱交換用気流が風上側の楔状のくぼみ８０によりフィンカラー６０に密着結合された伝熱管５０に導かれて、当該伝熱管５０と接触し、当該伝熱管５０と気流との間の熱交換を効率高く行うことができる。

上記のように、実施の形態３のフィンチューブ型熱交換器においても、実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器と同様に、フィンカラー６０の風上側と風下側の楔状のくぼみ８０により、フィンカラー６０に密着接合された各伝熱管５０に対して、気流を効率高く流して、伝熱管５０の後流における死水域を低減し、伝熱に寄与する面積を増やし、伝熱管５０と気流との間の熱交換量を増大させ、伝熱性能の向上が図られている。また、実施の形態３のフィンチューブ型熱交換器における楔状のくぼみ８０は、風上側と風下側における気流を円滑に流し、通風抵抗を下げることができるという優れた通風特性を有している。

（実施の形態４）
本発明のフィンチューブ型熱交換器に係る実施の形態４について、添付の図面を参照しながら説明する。

図８において、（ａ）は実施の形態４のフィンチューブ型熱交換器における伝熱フィン２０Ｃの積層面を示す正面図であり、（ｂ）は図８の（ａ）に示した伝熱フィン２０ＣにおけるＡ−Ａ線による断面図であり、（ｃ）は図８の（ａ）に示した伝熱フィン２０ＣにおけるＢ−Ｂ線による断面図である。

実施の形態４における伝熱フィン２０Ｃにおいても、前述の実施の形態１と同様に、段方向に延びる山稜線４０ａと谷稜線４０ｂが交互に形成されている。図８の（ａ）に示すように、伝熱フィン２０Ｃは、熱交換用気流の主流方向Ｗに沿って、図８の（ａ）の左側から右側へ、谷稜線４０ｂ、山稜線４０ａ、谷稜線４０ｂ、山稜線４０ａ、及び谷稜線４０ｂが順次形成された波型形状である。実施の形態４における伝熱フィン２０Ｃにおいては、山稜線４０ａの座部分３０からの高さ（Ｈ１）が、隣接する伝熱フィン２０Ｃとの距離（Ｆｐ）より大きく、この距離（Ｆｐ）の２倍より小さく形成されている。

このように構成された実施の形態４における伝熱フィン２０Ｃにおいても、前述の実施の形態１と同様に、楔状のくぼみ８０がフィンカラー６０の風上側と風下側の両側に形成されている。したがって、気流が風上側の楔状のくぼみ８０によりフィンカラー６０に密着結合された伝熱管５０に導かれて、当該伝熱管５０と接触し、当該伝熱管５０と気流との間の熱交換が効率高く行われる。

上記のように、実施の形態４のフィンチューブ型熱交換器においても、実施の形態１のフィンチューブ型熱交換器と同様に、フィンカラー６０の風上側と風下側の楔状のくぼみ８０により、フィンカラー６０に密着接合された各伝熱管５０に対して、気流を効率高く流して、伝熱管５０の後流における死水域を低減して、伝熱に寄与する面積を増やしている。この結果、実施の形態４のフィンチューブ型熱交換器においては、伝熱管５０と気流との間の熱交換量を増大させることができ、伝熱性能の向上が図られている。また、実施の形態４のフィンチューブ型熱交換器における楔状のくぼみ８０は、風上側と風下側における気流を円滑に流し、通風抵抗を下げることができるという優れた通風特性を有している。

（実施の形態５）
本発明に係る実施の形態５のフィンチューブ型熱交換器について、添付の図面を参照しながら説明する。

図９は実施の形態５のフィンチューブ型熱交換器における伝熱フィン２０Ｄの積層面を示す正面図である。実施の形態５における伝熱フィン２０Ｄは、実施の形態１における伝熱フィン２０において、段方向に隣接するフィンカラー６０の間に中間山部８５を設けている。

図９に示すように、伝熱フィン２０Ｄは、段方向に隣接するフィンカラー６０の間であり、且つ段方向に延びる隣接する山側の稜線４０ａ，４０ａにより構成される２つの山部４５，４５の間である谷部の位置に中間山部８５を有している。即ち、中間山部８５は、段方向に並設されたフィンカラー６０の中心位置（伝熱管５０の中心位置）に形成されている段方向に延びる谷稜線４０ｂ上の位置に形成されている。

中間山部８５は、隣接する山部４５，４５の中腹部分を繋ぐ列方向に延びる山側の稜線８５ａにより構成されている。中間山部８５の側面（図９における上下の位置にある面）を構成する谷側の稜線８５ｂは、伝熱フィン２０Ｄを伝熱管５０の長手方向から見たと正面図において（図９に示す伝熱フィン２０Ｄの積層面において）、山側の稜線８５ａの両端からその両側に、山側の稜線８５ａを中間位置として略９０度の角度を有して略正方形に形成されている。中間山部８５の座部分３０の平坦面からの高さ（以下、中間山部８５の高さと称す）は、段方向に延びる山稜線４０ａで頂上が構成される山部４５の座部分３０の平坦面から高さ（以下、山部４５の高さと称す）より低く形成されており、中間山部８５の高さが山部４５の高さの約１／４から約３／４の範囲内の高さに形成されることが好ましい。

上記のように、１つの中間山部８５は、列方向に延びる１本の山側の稜線８５ａと、その山側の稜線８５ａの両端から両側に延びる４本の谷側の稜線８５ｂとにより構成されており、山側の稜線８５ａの両側に２つの斜面が形成されている。このように形成された１つの中間山部８５において、４本の谷側の稜線８５ｂは、段方向に延びる山稜線４０ａにより形成される隣り合う山部４５の中腹部分に形成されている。このように構成された中間山部８５を構成する谷側の稜線８５ｂの近傍が、段方向に伸びる山稜線４０ａや谷稜線４０ｂと同様に、熱交換用気流がスムーズに曲げられるため熱伝達率が高くなる。このため、実施の形態５のフィンチューブ型熱交換器においては、高性能化が図れるとともに、積層された伝熱フィン２０Ｄの間の気流の流れを円滑するとともに、通風抵抗を低減し、さらに、空気との温度差が大きい伝熱管５０へ気流を確実に誘導するという優れた伝熱特性を得ることができる。

本発明のフィンチューブ型熱交換器において、伝熱フィン（２０）は、熱交換用気流の主流方向Ｗ（いわゆる列方向）に対して直交する方向（いわゆる段方向）に延びる稜線（４０ａ，４０ｂ）を有する複数の山部とその間の谷部で形成される起伏部（４０）と、伝熱管（５０）が密着結合されるフィンカラー（６０）に対して同心円状の座部分（３０）と、その座部分（３０）から起伏部へ立ち上がる傾斜面（３０ａ）とを有する。また、伝熱フィン（２０）は、フィンカラー（６０）の風上側と風下側に楔状のくぼみ（８０）を有している。楔状のくぼみ（８０）を形成する谷側の稜線（８０ａ）の延長線は、平坦な座部分（３０）と同じ平面上に形成されており、伝熱管（５０）の中心を通り、列方向に延びている。また、楔状のくぼみ（８０）と段方向に伸びる山部（４５）の斜面との境界線である稜線（８０ｂ）の延長線は、伝熱管（５０）の長手方向から伝熱フィン（２０）を見た積層面において、段方向に延びる谷側の稜線（４０ｂ）とフィンカラー（６０）の列方向に延びる中心線との交点（Ｐ）から導出しており、座部分（３０）の外側に形成された傾斜面（３０ａ）の外周線との接線（Ｔ１）と、座部分（３０）の最内周線との接線（Ｔ３）との間の領域内の直線で構成されている。なお、前記稜線（８０ｂ）の延長線は、好ましくは、前記交点（Ｐ）から導出する座部分（３０）の最外周線との接線（Ｔ２）である。

本発明のフィンチューブ型熱交換器においては、熱交換ブロック（１０）における隣接する伝熱フィン（２０）の間の空間に気流が流れ込み、フィンカラー（６０）の風上側にある楔状のくぼみ（８０）は、流れ込んだ気流を、当該気流の空気との温度差が大きい伝熱管（５０）へ誘導して、伝熱管（５０）の後流にまわり込ませる。また、フィンカラー（６０）の風下側の楔状のくぼみ（８０）は、風上側からまわり込んできた気流を誘導して、排出し、伝熱管（５０）の後流における死水域を低減している。

以上のように、本発明のフィンチューブ型熱交換器においては、気流と伝熱管との間の伝熱に寄与する面積を増やして、熱交換量を増大させ、風上側と風下側の楔状のくぼみの両方において気流を円滑に流し、熱交換ブロック内における通風抵抗を下げることができるという優れた伝熱特性を得ることができる。

本発明のフィンチューブ型熱交換器においては、気流と伝熱管との間の伝熱に寄与する面積を増やして、熱交換量を増大させ、優れた伝熱特性を有するため、空気調和機、ヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫、冷凍庫等に用いられる熱交換器において有用である。

１フィンチューブ型熱交換器
１０熱交換ブロック
２０伝熱フィン
３０座部分
３０ａ傾斜面
４０起伏部
４０ａ山稜線
４０ｂ谷稜線
４５山部
５０伝熱管
６０フィンカラー
８０くぼみ
８０ａ谷側の稜線
８０ｂ山側の稜線
８０ｃ斜面
８５中間山部

Claims

所定の間隔を有して略並行に積層され、熱交換用気流の主流方向に沿うよう積層面が配置された複数の伝熱フィンと、
積層された前記伝熱フィンを貫通するように、前記伝熱フィンの積層面方向と略直交する方向に延設された伝熱管と、を備え、
前記伝熱フィンは、前記伝熱管が貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲に前記伝熱フィンの積層面方向と略直交する方向に延設された略円筒状のフィンカラーが形成され、前記伝熱管が前記フィンカラーに密着結合状態で前記貫通孔に挿入されて、前記伝熱フィンの積層面方向に流れる前記熱交換用気流と前記伝熱管の内部を流れる熱冷媒との間で熱交換を行うよう構成されたフィンチューブ型熱交換器であって、
前記伝熱フィンは、前記積層面において、前記熱交換用気流の主流方向（以降、列方向と呼ぶ）に対し直交する方向（以降、段方向と呼ぶ）に延びる複数の稜線により形成される複数の山部と当該山部の間にある谷部とで構成される起伏部と、前記フィンカラーに対して同心円状であり、前記積層面と平行な平坦面を有する座部分と、前記座部分から前記起伏部へ立ち上がる傾斜面と、前記フィンカラーの風上側と風下側に形成された楔状のくぼみと、を有し、
前記楔状のくぼみは、前記フィンカラーの風上側と風下側において列方向に延びる第１の稜線と、前記フィンカラーの風上側と風下側において段方向に延びる前記谷部を形成する稜線と前記第１の稜線との交点から、前記山部の稜線に向かってＶ字形状に２方向に導出する２本の第２の稜線と、により形成され、前記第１の稜線と前記第２の稜線との間に形成されたＶ字形状に配置された２つの斜面により前記フィンカラーの風下側と風上側の気流通路を構成し、
前記楔状のくぼみの前記第１の稜線は、前記座部分の平坦面と実質的同一面に形成され、当該第１の稜線の延長線が前記貫通孔の中心を通るよう構成されたフィンチューブ型熱交換器。
前記交点から前記山部の稜線に向かってＶ字形状に導出する前記２本の第２の稜線は、前記伝熱管の長手方向から見たとき、前記フィンカラーを挟むように配置されており、
前記２本の第２の稜線のそれぞれの延長線は、前記伝熱管の長手方向から見たとき、前記交点を出発点として、前記座部分の外側に形成された傾斜面の外周線との接線と、前記座部分の内側に配置された前記フィンカラーの外周線との接線との間の領域内の直線で構成された請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器。
前記楔状のくぼみにおける前記第２の稜線の延長線が、前記伝熱管の長手方向から見たとき、前記座部分の最外周線との接線で構成された請求項２に記載のフィンチューブ型熱交換器。
段方向に隣接するフィンカラーの間に配置され、且つ段方向に延びる谷部に形成された中間山部をさらに有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフィンチューブ型熱交換器。
段方向に隣接するフィンカラーの間に配置され、且つ段方向に延びる谷部に形成された中間山部をさらに有し、前記中間山部の前記座部分の平坦面からの高さは、段方向に延びる山部の前記平坦面からの高さの１／４から３／４の範囲内の高さに形成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフィンチューブ型熱交換器。