JP6972947B2 - フィンチューブ熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、フィンチューブ熱交換器に関する。

産業用の熱交換器では、フィンチューブ熱交換器が一般的に用いられている。フィンチューブ熱交換器では、熱交換空気の流通方向と交差する方向に配列された複数本の伝熱管と、これらの伝熱管の管軸方向に配置される複数枚のフィン（伝熱板）とを有し、伝熱管内に液媒体を流し、伝熱管の外周面とフィンにガス体（熱交換空気）を当てて熱交換させる。複数枚のフィンは、伝熱面積を拡大することで、熱移動量の増大に寄与する。

従来、このようなフィンチューブ熱交換器において、伝熱管に固定される円環形状のフィンの両側面に、円周状で所定角度毎に半径方向へ所定の長さを有して突成された突起を含み、当該フィンを管軸方向に所定ピッチ毎に放射状に屈曲させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このフィンチューブ熱交換器においては、フィン表面に沿って流通する熱交換空気の流れを乱すことで、熱伝達率を向上させている。

特許第３８５４９７８号公報

しかしながら、上述したフィンチューブ熱交換器においては、フィンが放射状に屈曲した形状を有することから、その一部（特に、熱交換空気の流通方向下流側の一部）で、熱交換空気をフィンの外縁側に誘導してしまう場合がある。このため、フィンの一部しか活用することができず、十分に熱伝達率を向上することができない事態が発生し得るという問題がある。

一般に、大容量の空冷式熱交換器にフィンチューブ熱交換器が用いられる場合、フィンチューブ熱交換機自体が大型化してしまう。近年、コジェネレーションシステムの普及などの要因から、フィンチューブ熱交換器の大型化や製造コストの上昇を招くことなく、熱交換性能を向上することが要請されている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、熱交換機自体の大型化や製造コストの上昇を招くことなく、十分に熱伝達率を向上することができるフィンチューブ熱交換器を提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様のフィンチューブ熱交換器は、熱交換空気の流通方向と交差する方向に配列された複数本の伝熱管と、前記伝熱管の管軸方向に一定間隔に配置される複数枚のフィンと、を備え、前記フィンは、少なくとも一部に第１の平面部と、前記第１の平面部よりも前記伝熱管側に配置される第２の平面部と、前記第１、第２の平面部を連結する傾斜面部と、を有し、前記第２の平面部が前記第１の平面部よりも前記伝熱管の管軸方向の一方側に配置され、前記フィンを構成する前記第１の平面部、前記第２の平面部、及び前記傾斜面部は、それぞれ前記伝熱管の管軸方向から見て円環形状を有することを特徴とする。

本発明によれば、熱交換機自体の大型化や製造コストの上昇を招くことなく、十分に熱伝達率を向上することができる。

第１の実施の形態に係るフィンチューブ熱交換器の斜視図である。 第１の実施の形態に係るフィンチューブ熱交換器が有するフィンチューブの断面図である。 第１の実施の形態に係るフィンチューブ熱交換器が有するフィンチューブの正面図である。 第２の実施の形態に係るフィンチューブ熱交換器が有するフィンチューブの断面図である。 第２の実施の形態に係るフィンチューブ熱交換器が有するフィンチューブの正面図である。 第３の実施の形態に係るフィンチューブ熱交換器が有するフィンチューブの断面図である。 第３の実施の形態に係るフィンチューブ熱交換器が有するフィンチューブの正面図である。 第４の実施の形態に係るフィンチューブ熱交換器が有するフィンチューブの断面図である。 第４の実施の形態に係るフィンチューブ熱交換器が有するフィンチューブの正面図である。

以下、本実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。本発明に係るフィンチューブ熱交換器は、例えば、地熱発電設備内に設置される凝縮器などに好適に利用される。しかしながら、本発明に係るフィンチューブ熱交換器は、これに限定されるものではなく、石油化学工場や精油工場の空冷式熱交換器や、焼却炉の空冷式復水器などの任意の熱交換器に適用することができる。

一般に、産業用の熱交換器として利用されるフィンチューブ熱交換器は、熱交換空気の流通方向と交差する方向に配列された複数本の伝熱管と、これらの伝熱管の管軸方向に配置される複数枚のフィンとを有している。このようなフィンチューブ熱交換器では、伝熱管内に液媒体を流し、伝熱管の外周面とフィンにガス体を当てて熱交換させている。

従来、このようなフィンチューブ熱交換器において、熱伝達率を向上すべく各種の提案が行われている。例えば、伝熱管に固定される円環形状のフィンの両側面に、円周状で所定角度毎に半径方向へ所定の長さを有して突成された突起を含み、当該フィンを管軸方向に所定ピッチ毎に放射状に屈曲させたフィンチューブ熱交換器が知られている。

しかしながら、このようなフィンチューブ熱交換器では、フィンが放射状に屈曲した形状を有することから、その一部（特に、熱交換空気の流通方向下流側の一部）で、熱交換空気をフィンの外縁側に誘導してしまう。これにより、熱交換空気が伝熱管近傍から剥離（離間）する方向に流れ、伝熱管の周辺領域（より具体的には、熱交換空気の下流側領域）に死水域が形成されてしまう。死水域では、熱交換作用が生まれないため、熱伝達率の向上に寄与しない。この結果、フィンチューブ熱交換器の熱伝達率を十分に向上できない事態が想定される。

本発明者らは、従来、提案されている各種のフィンチューブ熱交換器においては、フィン内に導入された熱交換空気が、伝熱管の近傍から離間する方向に流れる結果、フィンの一部が十分に熱伝達率の向上に寄与していないことに着目した。そして、フィン内で熱交換空気が流れる領域を拡大すること、並びに、熱交換空気がフィン表面に当たる部分を増大することが熱伝達率の向上に寄与することを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の骨子は、伝熱管に配置される複数枚のフィンに、第１の平面部と、この第１の平面部よりも伝熱管側に配置される第２の平面部と、これらの第１、第２の平面部を連結する傾斜面部とを設け、第２の平面部を第１の平面部よりも伝熱管の管軸方向の一方側に配置することである。

本発明によれば、第２の平面部が第１の平面部よりも伝熱管の管軸方向の一方側に配置され、第１、第２の平面部が傾斜面部で連結されていることから、フィン内に導入された熱交換空気が隣り合うフィンの傾斜面部の裏面に当たると共に、傾斜面部に沿って流れた熱交換空気が第２の平面部の表面に当たる。これにより、熱交換空気がフィン表面に当たる部分を増大することができる。また、熱交換空気の下流側に配置された傾斜面部により、熱交換空気が伝熱管の後ろ側に回り込むように誘導される。これにより、フィン内で熱交換空気が流れる領域を拡大することができる。しかも、フィンは、打ち抜き加工やプレス加工等により第１、第２の平面部及び傾斜面部を設けるだけなので、フィンの製造コストが大幅に上昇することや、フィンの外周寸法が大幅に大きくなることはない。これらの結果、熱交換機自体の大型化や製造コストの上昇を招くことなく、十分に熱伝達率を向上することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係るフィンチューブ熱交換器の構成について、図１を参照して説明する。以下においては、説明の便宜上、本発明に係るフィンチューブ交換機が地熱発電設備内に設置される凝縮器に適用される場合について説明する。しかしながら、本発明に係るフィンチューブ交換機は、詳細について後述するように、フィンチューブ熱交換器を構成する伝熱管に流す液媒体を変更し、各種工場に設置される熱回収器などに適用することもできる。

図１は、第１の実施の形態に係るフィンチューブ熱交換器（以下、適宜「熱交換器」という）１の斜視図である。なお、図１においては、説明の便宜上、フィンチューブ１０の一部を抜粋して示すと共に、一部のフィンチューブ１０の断面を示している。以下においては、図１に示す上下方向、前後方向及び左右方向を、本実施の形態に係る熱交換器１の上下方向、前後方向及び左右方向として説明する。

第１の実施の形態に係る熱交換器１が適用される凝縮器は、熱交換器１と、熱交換器１と対向して配置される不図示の送風機とを含んで構成される。ここでは、送風機が熱交換器１の上方側に配置されるものとするが、これに限定されない。送風機は、熱交換器１の下方側から空気（熱交換空気）を吸い上げ、上方側の外部空間に送り出す。すなわち、熱交換空気は、熱交換器１の上下方向に流通する。吸い上げられた熱交換空気は、熱交換器１で熱交換されることで暖められた後、外部に放出される。

熱交換器１は、図１に示すように、複数本のフィンチューブ１０を含んで構成される。フィンチューブ１０は、熱交換空気の流通方向（熱交換器１の上下方向）に配列されると共に、熱交換空気の流通方向と交差する方向（例えば、熱交換器１の左右方向）に配列されている。熱交換空気の流通方向と交差する方向に配列される複数本のフィンチューブ１０は、熱交換空気の流通方向と直交する方向に配列されることが一般的である。

図１に示すように、フィンチューブ１０は、熱交換器１の左右方向に一定の間隔を挟んで配列されている。相対的に上方側に配置されたフィンチューブ１０は、相対的に下方側に配置された隣り合う一対のフィンチューブ１０の中央に配置される（図１に示す最上位置のフィンチューブ１０を参照）。同様に、相対的に下方側に配置されたフィンチューブ１０は、相対的に上方側に配置された隣り合う一対のフィンチューブ１０の中央に配置される（図１に示す最下位置のフィンチューブ１０を参照）。言い換えると、複数本のフィンチューブ１０は、正面視にて、千鳥状に配置されている。

フィンチューブ１０は、伝熱管１１と、伝熱管１１の外周面に配置された複数枚のフィン（伝熱板）１２とを有する。伝熱管１１は、円管形状を有しており、熱交換器１の前後方向に延在して構成される。例えば、伝熱管１１には、外径寸法が２５ｍｍの円管が使用されるが、これに限定されない。伝熱管１１の内部は、液媒体が流通可能に構成されている。例えば、液媒体として、温水を使用することができる。伝熱管１１の表面温度は、内部を流通する液媒体の温度に応じて変化する。

複数枚のフィン１２は、伝熱管１１の外周面に接合されている。例えば、フィン１２は、伝熱管１１の外径の一部又は全部を拡張する拡管加工により伝熱管１１の外周面に接合されるが、これに限定されない。フィン１２は、伝熱管１１の管軸方向に一定間隔で配置されている。例えば、フィン１２は、２ｍｍ間隔、或いは、５ｍｍ間隔で配置される。第１の実施の形態において、全てのフィン１２は、同一の形状を有している。フィン１２は、正面視にて、円環形状を有しており、内縁部分（伝熱管１１との接合部分）の近傍で後方側に突出する円環形状の凹部が形成されている。

以下、第１の実施の形態に係る熱交換器１が有するフィン１２の具体的な構成について図２、図３を参照して説明する。図２及び図３は、それぞれ第１の実施の形態に係る熱交換器１が有するフィンチューブ１０の断面図及び正面図である。なお、図２においては、伝熱管１１の管軸中心を通る断面を示すと共に、説明の便宜上、フィンチューブ１０の一部を抜粋して示している。また、以下においては、説明の便宜上、フィン１２の前方側の面を表面と呼び、フィン１２の後方側の面を裏面と呼ぶものとする。

図２及び図３に示すように、フィン１２は、第１平面部１２１、第２平面部１２２及び傾斜面部１２３を含んで構成されている。第１平面部１２１、第２平面部１２２及び傾斜面部１２３は、正面視にて、円環形状を有している（図３参照）。第１平面部１２１は、フィン１２の外周側に配置され、第２平面部１２２は、フィン１２の内周側に配置される。傾斜面部１２３は、第１平面部１２１と第２平面部１２２との間に配置される。傾斜面部１２３は、第１平面部１２１（より具体的には、第１平面部１２１の内縁部）と、第２平面部１２２（より具体的には、第２平面部１２２の外縁部）とを連結している。

第１平面部１２１及び第２平面部１２２は、熱交換空気の流通方向（熱交換器１の上下方向）に延在し、互いに平行に配置されている。第２平面部１２２は、第１平面部１２１よりも後方側に配置されている。傾斜面部１２３は、このように配置される第１平面部１２１と第２平面部１２２とを連結している。このため、傾斜面部１２３は、フィン１２の径方向外側に向けて前方側に迫り出す形状を有している。このような構成を有し、フィン１２は、全体として伝熱管１１側の一部に後方側に凹む凹部を有する円環形状を有している。例えば、フィン１２は、金属製の薄板に対して打ち抜き加工及びプレス加工を施すことで形成される。

伝熱管１１には、このような構成を有する複数枚のフィン１２が等間隔で配置されている。前後方向に隣り合うフィン１２は、互いに第１平面部１２１及び第２平面部１２２を対向させるように配置されている。複数枚のフィン１２は、第１平面部１２１間、第２平面部１２２間、傾斜面部１２３間が同一の距離を挟んで対向するように配置されている。

隣り合うフィン１２において、前方側のフィン１２の第２平面部１２２は、その後方側のフィン１２の第１平面部１２１と同一平面上に配置されているが、これに限定されない。第２平面部１２２は、後方側のフィン１２の第１平面部１２１よりも前方側又は後方側の位置に配置されてもよい。

傾斜面部１２３は、このように配置される第１平面部１２１と第２平面部１２２とを連結するため、詳細について後述するように、第１平面部１２１間を流れる熱交換空気及び第２平面部１２２間を流れる熱交換空気の流通方向に対峙する位置に配置される。傾斜面部１２３の角度は、例えば、４０°〜５０°に設定されるが、これに限定されない。傾斜面部１２３の角度は、熱交換器１による熱交換空気の量や速度等に基づいて、１°以上９０°未満の範囲内で適宜変更が可能である。

ここで、第１の実施の形態に係る熱交換器１における熱交換空気の流通態様について、図２及び図３を参照して説明する。図２及び図３においては、熱交換空気が流れる方向の一部を破線矢印で示している。上述したように、熱交換空気は、図示しない送風機に吸い上げられ、熱交換器１の下方側から上方側に流通する。吸い上げられた熱交換空気は、フィンチューブ１０に到達すると、複数枚のフィン１２の第１平面部１２１とフィン１２の第１平面部１２１との間に導入される（図２参照）。

第１平面部１２１間に導入された熱交換空気は、第１平面部１２１に沿って上方側に流れる。このように流れる熱交換空気の進行方向には、傾斜面部１２３の裏面１２３ｂが配置されている。このため、熱交換空気は、傾斜面部１２３の裏面１２３ｂに当たり、斜め後方側に誘導される。このように誘導された熱交換空気は、第２平面部１２２の表面１２２ａに当たり、上方側に誘導される。

上方側に誘導された熱交換空気は、第２平面部１２２間の空間において、伝熱管１１の外周面に当たり、その周面に沿って更に上方側に流れる（図３参照）。伝熱管１１の中心部より上方側部分において、熱交換空気の一部は、伝熱管１１の外周部から離間する方向に流れる。

このように流れる熱交換空気の進行方向には、傾斜面部１２３の表面１２３ａが配置されている。傾斜面部１２３は、正面視にて円環形状を有しており、その表面１２３ａは、伝熱管１１の中心部側に湾曲している。このため、熱交換空気は、傾斜面部１２３の表面１２３ａに当たると、この湾曲形状に沿うように伝熱管１１の中心部側に誘導される。したがって、熱交換空気は、伝熱管１１の中心部側に誘導されながら上方側に流れる。

また、熱交換空気は、傾斜面部１２３の表面１２３ａに当たると、斜め前方側に誘導される（図２参照）。このように誘導された熱交換空気は、第１平面部１２１の裏面１２１ｂに当たり、上方側に誘導される。上方側に誘導された熱交換空気は、第１平面部１２１間の空間において、上方側に流れ、フィン１２の外側に流出する。

このように第１の実施の形態に係る熱交換器１においては、フィン１２内に導入された熱交換空気の進行方向に傾斜面１２３の裏面１２３ｂが配置されることから、熱交換空気が後方側に蛇行しながら流れる。これにより、熱交換空気は、傾斜面１２３の裏面１２３ｂと第２平面部１２２の表面１２２ａに当たりながら流れることから、熱交換空気の流れを乱すことができる。この結果、フィン１２の表面に形成される境界層を薄膜化でき、熱伝達率を向上することができる。

また、伝熱管１１の中心部よりも上方側に流れた熱交換空気の進行方向には、伝熱管１１の中心側に湾曲した傾斜面１２３の表面１２３ａが配置されることから、正面視にて伝熱管１１の外周面から離間する方向に流れた熱交換空気を伝熱管１１の上方側に回り込むように誘導する。これにより、従来、死水域を構成していたフィン１２の一部の領域を低減することができる。この結果、熱交換空気がフィン１２の表面に触れる領域を拡大できるので、熱伝達率を向上することができる。

特に、フィン１２は、正面視にて（伝熱管１１の管軸方向から見て）、円環形状を有している。そして、第１平面部１２１、第２平面部１２２及び傾斜面部１２３も円環形状を有している。このため、伝熱管１１の上方側領域（熱交換空気の下流側領域）にて、傾斜面部１２３により熱交換空気の流れを効果的に湾曲させることができる。これにより、熱交換空気を伝熱管１１の上方側にスムーズに回り込ませることができる。

さらに、第２平面部１２２間を流れる熱交換空気の進行方向には、傾斜面１２３の表面１２３ａが配置されることから、熱交換空気が前方側に蛇行しながら流れる。これにより、熱交換空気は、傾斜面１２３の表面１２３ａと第１平面部１２１の裏面１２１ｂに当たりながら流れることから、熱交換空気の流れを乱すことができる。この結果、フィン１２の表面に形成される境界層を薄膜化でき、熱伝達率を向上することができる。

さらに、フィン１２は、打ち抜き加工やプレス加工等により第１の平面部１２１、第２の平面部１２２及び傾斜面部１２３を設けるだけなので、フィン１２の製造コストが大幅に上昇することや、フィン１２の外周寸法が大幅に大きくなることはない。これらの結果、熱交換機自体の大型化や製造コストの上昇を招くことなく、十分に熱伝達率を向上することができる。

さらに、第１の実施の形態に係る熱交換器１においては、隣り合うフィン１２の第１平面部１２１と第２平面部１２２とを同一平面上に配置している。このため、第１平面部１２１に沿って流通する熱交換空気の流通方向の前方に傾斜面部１２３の裏面１２３ｂが配置される。これにより、熱交換空気を傾斜面部１２３の裏面１２３ｂに効果的に当てて熱伝達率を向上することができる。しかも、隣り合う第２平面部１２２間への導入口が開放されているので、圧力損失を抑制しながら熱交換空気を効率的に流通させることができる。

なお、第１の実施の形態では、第１平面部１２１、第２平面部１２２を設け、これらの平面部を傾斜面部１２３で連結することでフィン１２に単一の凹部形状を設ける場合について説明している。しかしながら、フィン１２の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、第１平面部１２１と第２平面部１２２との間に少なくとも１つの平面部（中間平面部）を設け、これらの平面部を複数の傾斜面部１２３で連結することでフィン１２に複数の凹部形状を設けるようにしてもよい。この場合には、熱交換空気の前後方向への蛇行回数、伝熱管１１の中心部側への誘導回数を増やすことができ、更に熱伝達率を向上することができる。

また、第１平面部１２１と第２平面部１２２とを連結する構成については、傾斜面部１２３に限定されるものではなく適宜変更が可能である。フィン１２は、外周側に位置する第１平面部１２１と、第１平面部１２１よりも伝熱管１１側に配置される第２平面部１２２とが伝熱管１１の管軸方向の異なる位置に配置され、第２平面部１２２が第１平面部１２１よりも伝熱管１１の管軸方向の一方側（例えば、後方側）に配置されることを前提として任意の構成を採用することができる。

また、第１の実施の形態では、正面視にて、フィン１２が円環形状を有する場合について説明している。しかしながら、フィン１２の形状については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。フィンチューブ１０の製造工程を簡素化することを前提として、フィン１２には任意の形状を採用することができる。例えば、正面視にて矩形状や多角形状のフィン１２を採用してもよい。

さらに、第１の実施の形態では、円環形状を有する第２平面部１２２及び傾斜面部１２３をフィン１２に設ける場合について説明している。しかしながら、フィン１２の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。第２平面部１２２及び傾斜面部１２３は、熱交換空気を前後方向に蛇行させると共に、伝熱管１１の中心部側へ熱交換空気を誘導することを前提として任意の形状を選択することができる。例えば、第２平面部１２２及び傾斜面部１２３を、フィン１２の上下方向及び左右方向に４つの角部を配置した矩形状（正方形状や菱形状等）や、フィン１２の上下方向及び左右方向にいずれかの角部を配置した多角形状（正六角形状や正八角形上等）に構成してもよい。この場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、第１の実施の形態では、複数枚のフィン１２を伝熱管１１に接合する場合について説明している。しかしながら、フィン１２の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、長尺の金属製の薄板を用意し、これを伝熱管１１の外周面に螺旋状に接合する構成であってもよい。この場合にも、フィンの内周側に凹部形状を設けることで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第１の実施の形態において、熱伝達率を向上する観点からフィン１２の構成を変更してもよい。例えば、傾斜面部１２３に通気孔を形成し、フィン１２間を流通する熱交換空気を通過させることは実施の形態として好ましい。この場合には、フィン１２間に導入され、第１平面部１２１に沿って流れる熱交換空気を通気孔を介して前方側のフィン１２間の空間に流入させることができる。これにより、フィン１２（第２平面部１２２）の表面に形成される境界層を薄膜化でき、熱伝達率を向上することができる。また、このようにフィン１２間を流通する熱交換空気を通過させる通気孔は、第１平面部１２１或いは第２平面部１２２に形成されていてもよい。この場合にも、フィン１２の表面に形成される境界層を薄膜化でき、熱伝達率を向上することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る熱交換器１は、伝熱管１１に配置されるフィンの形状が異なる点で第１の実施の形態に係る熱交換器１と相違する。第２の実施の形態に係る熱交換器１において、適用される凝縮器の構成やフィンチューブ１０の配置等は、第１の実施の形態に係る熱交換器１と同一である。以下、第２の実施の形態に係る熱交換器１について、第１の実施の形態に係る熱交換器１との相違点を中心に説明する。

図４及び図５は、それぞれ第２の実施の形態に係る熱交換器１が有するフィンチューブ１０の断面図及び正面図である。図４及び図５において、図２及び図３と共通する構成要素については、同一の符号を付与し、その詳細な説明を省略する。なお、図４においては、伝熱管１１の管軸中心を通る断面を示すと共に、説明の便宜上、フィンチューブ１０の一部を抜粋して示している。また、以下においては、説明の便宜上、フィン１３の前方側の面を表面と呼び、フィン１３の後方側の面を裏面と呼ぶものとする。

図４に示すように、伝熱管１１には、２種類のフィン１３（１３ａ、１３ｂ）が接合されている。フィン１３ａと、フィン１３ｂとは、後述する第１傾斜面部１３４、第２傾斜面部１３５の長さ及び角度において相違する。以下において、フィン１３と呼ぶ場合には、フィン１３ａ、１３ｂにおける共通の構成要素について説明しているものとする。

図４及び図５に示すように、フィン１３は、第１平面部１３１、第２平面部１３２及び第３平面部１３３、並びに、第１傾斜面部１３４及び第２傾斜面部１３５を含んで構成されている。第１平面部１３１、第２平面部１３２及び第３平面部１３３、並びに、第１傾斜面部１３４及び第２傾斜面部１３５は、正面視にて、円環形状を有している（図５参照）。第１平面部１３１は、フィン１３の外周側に配置され、第２平面部１３２は、フィン１２の内周側に配置され、第３平面部１３３は、第１平面部１３１と第２平面部１３２との間に配置される。

第１傾斜面部１３４は、第１平面部１３１と第３平面部１３３との間に配置される。第２傾斜面部１３５は、第２平面部１３２と第３平面部１３３との間に配置される。第１傾斜面部１３４は、第１平面部１３１（より具体的には、第１平面部１３１の内縁部）と、第３平面部１３３（より具体的には、第３平面部１３３の外縁部）とを連結している。第２傾斜面部１３５は、第２平面部１３２（より具体的には、第２平面部１３２の外縁部）と、第３平面部１３３（より具体的には、第３平面部１３３の内縁部）とを連結している。

第１平面部１３１、第２平面部１３２及び第３平面部１３３は、熱交換空気の流通方向（熱交換器１の上下方向）に延在し、互いに平行に配置されている（図４参照）。第３平面部１３３は、第１平面部１３１よりも後方側に配置され、第２平面部１３２は、第３平面部１３３よりも後方側に配置されている。第１傾斜面部１３４は、このように配置される第１平面部１３１と第３平面部１３３とを連結している。第２傾斜面部１３５は、このように配置される第３平面部１３３と第２平面部１３２とを連結している。このため、第１傾斜面部１３４及び第２傾斜面部１３５は、フィン１３の径方向外側に向けて前方側に迫り出す形状を有している。このような構成を有し、フィン１３は、全体として内周側で後方側に２段階に凹む凹部を有する円環形状を有している。なお、フィン１３ａとフィン１３ｂとは、凹部の形状が異なる。例えば、フィン１３は、金属製の薄板に対して打ち抜き加工及びプレス加工を施すことで形成される。

伝熱管１１の外周面には、このような構成を有する複数枚のフィン１３が等間隔に配置されている。第２の実施の形態においては、伝熱管１１の外周面にフィン１３ａとフィン１３ｂとが交互に配置されている。前後方向に隣り合うフィン１３ａと、フィン１３ｂとは、互いに第１平面部１３１、第２平面部１３２及び第３平面部１３３を対向させるように配置されている。

隣り合うフィン１３ａ、１３ｂにおいて、フィン１３ａの第３平面部１３３は、その後方側のフィン１３ｂの第１平面部１３１と同一平面上に配置されている。また、フィン１３ａの第２平面部１３２は、更に後方側のフィン１３ａの第１平面部１３１と同一平面上に配置されている。フィン１３ａの第１傾斜面部１３４は、このように配置される第１平面部１３１と第３平面部１３３とを連結している。フィン１３ａの第２傾斜面部１３５は、このように配置される第３平面部１３３と第２平面部１３２とを連結している。フィン１３ａの第１傾斜面部１３４及び第２傾斜面部１３５は、同一の長さ及び角度を有している。

一方、フィン１３ｂの第３平面部１３３は、その後方側のフィン１３ａの第１平面部１３１よりも後方側の位置に配置されている。また、フィン１３ｂの第２平面部１３２は、その後方側のフィン１３ａの第３平面部１３３と同一平面上に配置されている。フィン１３ｂの第１傾斜面部１３４は、このように配置される第１平面部１３１と第３平面部１３３とを連結している。フィン１３ｂの第２傾斜面部１３５は、このように配置される第３平面部１３３と第２平面部１３２とを連結している。

フィン１３ｂにおいては、第３平面部１３３が後方側のフィン１３ａの第３平面部１３３の近傍に配置され、第２平面部１３２が後方側のフィン１３ａの第３平面部１３３と同一平面上に配置されるため、第１傾斜面部１３４は、第２傾斜面部１３５よりも長く、角度も大きく構成されている。なお、フィン１３ｂの第１傾斜面部１３４は、フィン１３ａの第１傾斜面部１３４よりも長く、角度が大きく構成されている。一方、フィン１３ｂの第２傾斜面部１３５は、フィン１３ａの第２傾斜面部１３５よりも短く、角度が小さく構成されている。

前後方向に隣り合うフィン１３ａの第１平面部１３１と、フィン１３ｂの第１平面部１３１とは等間隔に配置されている。同様に、前後方向に隣り合うフィン１３ａの第２平面部１３２と、フィン１３ｂの第２平面部１３２とは等間隔に配置されている。例えば、第１平面部１３１間の距離と、第２平面部１３２間の距離とは同一に設定されるが、これに限定されない。

一方、前後方向に隣り合うフィン１３ａの第１平面部１３１と第２平面部１３２との間の箇所（すなわち、第１傾斜面部１３４の外縁部から第２傾斜面部１３５の内縁部までの箇所）と、フィン１３ｂの第１平面部１３１と第２平面部１３２との間の箇所とは不等間隔に配置されている。前後方向に隣り合うフィン１３ａの第３平面部１３３と、フィン１３ｂの第３平面部１３３との距離は、フィン１３ａが前方側に配置される場合と、フィン１３ｂが前方側に配置される場合とで異なる。フィン１３ａが前方側に配置される場合の方が、第３平面部１３３間の距離が長く設定されている。

なお、フィン１３ａが前方側に配置される場合の第３平面部１３３間の距離は、第１平面部１３１間の距離よりも長く設定されている。一方、フィン１３ｂが前方側に配置される場合の第３平面部１３３間の距離は、第１平面部１３１間の距離よりも短く設定されている。

以下においては、説明の便宜上、フィン１３ａが前方側に配置される場合に後方側のフィン１３ｂとの間に形成される流通路を流通路ａと呼び、フィン１３ｂが前方側に配置される場合に後方側のフィン１３ａとの間に形成される流通路を流通路ｂと呼ぶものとする。流通路ａは、熱交換空気の導入箇所で上方側に向かって前後方向の幅が拡大する。一方、流通路ｂは、熱交換空気の導入箇所で上方側に向かって前後方向の幅が縮小する。

フィン１３の第３平面部１３３には、前後方向に貫通する複数の通気孔１３６が形成されている（図４参照）。これらの通気孔１３６は、例えば、フィン１３の製造時に打ち抜き加工で形成される。詳細について後述するように、通気孔１３６は、熱交換空気の導入時に流通路ａ、ｂ間に発生する圧力差に応じて熱交換空気が通過する開口部を構成する。

ここで、第２の実施の形態に係る熱交換器１における熱交換空気の流通態様について、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５においては、熱交換空気が流れる方向の一部を破線矢印で示している。第１の実施の形態と同様に、熱交換空気は、図示しない送風機に吸い上げられ、熱交換器１の下方側から上方側に流通する。吸い上げられた熱交換空気は、フィンチューブ１０に到達すると、フィン１３ａの第１平面部１３１とフィン１３ｂの第１平面部１３１との間に形成された流通路ａ、ｂ内に導入される（図４参照）。

流通路ａ、ｂ内に導入された熱交換空気は、第１平面部１３１に沿って上方側に流れる。このように流れる熱交換空気の進行方向には、第１傾斜面部１３４の裏面１３４ｂが配置されている。このため、熱交換空気は、第１傾斜面部１３４の裏面１３４ｂに当たり、斜め後方側に誘導される。そして、誘導された熱交換空気は、第３平面部１３３の表面１３３ａに当たり、上方側に誘導される。

上述のように、流通路ａは、上方側に向かって前後方向の幅が拡大し、流通路ｂは、上方側に向かって前後方向の幅が縮小する。このため、流通路ａでは熱交換空気の流れが遅くなり（拡大流）、流通路ｂでは熱交換空気の流れが速くなる（縮流）。これに伴い、流通路ａを構成する空間では圧力が増加し、流通路ｂを構成する空間では圧力が減少する。

上述のように、第３平面部１３３には、通気孔１３６が形成されている。流通路ａ、ｂを構成する空間に圧力差が発生するため、熱交換空気は、この圧力差に応じて通気孔１３６を介して通過する。この場合、圧力が増加した流通路ａを構成する空間から圧力が減少した流通路ｂを構成する空間に熱交換空気の一部が進入する。

上方側に誘導された熱交換空気は、通気孔１３６を介して進入してきた熱交換空気と混合して更に上方側に流れる。このように流れる熱交換空気の進行方向には、第２傾斜面部１３５の裏面１３５ｂが配置されている。このため、熱交換空気は、第２傾斜面部１３５の裏面１３５ｂに当たり、更に斜め後方側に誘導される。そして、熱交換空気は、第２平面部１３２の表面１３２ａに当たり、上方側に誘導される。

上方側に誘導された熱交換空気は、第２平面部１３２間の空間において、伝熱管１１の外周面に当たり、その周面に沿って更に上方側に流れる（図５参照）。伝熱管１１の中心部より上方側部分において、熱交換空気の一部は、伝熱管１１の外周部から離間する方向に流れる。

このように流れる熱交換空気の進行方向には、第２傾斜面部１３５の表面１３５ａが配置されている。第２傾斜面部１３５は、円環形状を有しており、その表面１３５ａは、伝熱管１１の中心部側に湾曲している。このため、熱交換空気は、第２傾斜面部１３５の表面１３５ａに当たると、この湾曲形状に沿うように伝熱管１１の中心部側に誘導される。したがって、熱交換空気は、伝熱管１１の中心部側に誘導されながら上方側に流れる。

また、熱交換空気は、第２傾斜面部１３５の表面１３５ａに当たると、斜め前方側に誘導される（図４参照）。そして、熱交換空気は、第３平面部１３３の裏面１３３ｂに当たり、上方側に誘導される。このとき、流通路ａは、上方側に向かって前後方向の幅が拡大し、流通路ｂは、上方側に向かって前後方向の幅が縮小する。このため、流通路ａでは熱交換空気の流れが遅くなり（拡大流）、流通路ｂでは熱交換空気の流れが速くなる（縮流）。これに伴い、流通路ａを構成する空間では圧力が増加し、流通路ｂを構成する空間では圧力が減少する。

上述のように、第３平面部１３３には、通気孔１３６が形成されている。流通路ａ、ｂを構成する空間に圧力差が発生するため、熱交換空気は、この圧力差に応じて通気孔１３６を介して通過する。この場合、圧力が増加した流通路ａを構成する空間から圧力が減少した流通路ｂを構成する空間に熱交換空気の一部が進入する。

上方側に誘導された熱交換空気は、通気孔１３６を介して進入してきた熱交換空気と混合して更に上方側に流れる。このように流れる熱交換空気の進行方向には、第１傾斜面部１３４の表面１３４ａが配置されている。第１傾斜面部１３４は、第２傾斜面部１３５と同様に、円環形状を有しており、その表面１３４ａは、伝熱管１１の中心部側に湾曲している。このため、熱交換空気は、第１傾斜面部１３４の表面１３４ａに当たると、この湾曲形状に沿うように伝熱管１１の中心部側に更に誘導される（図５参照）。熱交換空気は、伝熱管１１の中心部側に誘導されながら上方側に流れる。

また、熱交換空気は、第１傾斜面部１３４の表面１３４ａに当たると、斜め前方側に誘導される（図４参照）。そして、熱交換空気は、第１平面部１３１の裏面１３１ｂに当たり、上方側に誘導される。上方側に誘導された熱交換空気は、第１平面部１３１間の空間において、上方側に流れ、フィン１３の外側に流出する。

このように第２の実施の形態に係る熱交換器１においては、隣り合うフィン１３ａ、１３ｂ間において、第１平面部１３１間を等間隔に設定する一方、第１平面部１３１と第２平面部１３２との間を不等間隔に設定している。これにより、流通路ａ、ｂを構成する空間の間で圧力差を発生させ、通気孔１３６を介して熱交換空気の一部を流通させている。これにより、流通路ａ、ｂを流れる熱交換空気の流れを乱すことができる。この結果、フィン１３の表面に形成される境界層を薄膜化でき、熱伝達率を向上することができる。

なお、第２の実施の形態においては、流通路ａ、ｂ間で圧力差を発生させるため、前後方向に隣り合うフィン１３ａ、１３ｂにおいて、第１平面部１３１間及び第２平面部１３２間を等間隔とする一方、第１傾斜面部１３４から第２傾斜面部１３５までの部分間の前後方向の幅を不等間隔に設定している。しかしながら、フィン１３ａ、１３ｂの構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。流通路ａ、ｂ間で圧力差を発生させることを前提として任意の構成を採用することができる。

また、第２の実施の形態に係る熱交換器１においては、第３平面部１３３に複数の円形状の通気孔１３６を設ける構成について説明している（図５参照）。しかしながら、通気孔１３６の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。通気孔１３６は、第３平面部１３３を貫通し、熱交換空気を通過させることを前提として任意の形状を採用することができる。例えば、第３平面部１３３の周方向に一定長さを有する長孔形状を有する複数の通気孔を採用してもよい。

なお、熱交換空気を通過させる通気孔１３６の形成位置は、第３平面部１３３に限定されない。通気孔１３６は、第１傾斜面部１３４から第２傾斜面部１３５までの不等間隔に設定された部分の任意の位置に形成することができる。このように通気孔１３６を第３平面部１３３以外の位置に形成した場合であっても、通気孔１３６を介した熱交換空気を流通を通じて、流通路ａ、ｂを流れる熱交換空気の流れを乱すことができる。この結果、フィン１３の表面に形成される境界層を薄膜化でき、熱伝達率を向上することができる。

さらに、第２の実施の形態においては、流通路ａ、ｂ間で圧力差を発生させるため、前後方向に隣り合うフィン１３ａ、１３ｂにおいて、第１平面部１３１間及び第２平面部１３２間を等間隔とする一方、第１傾斜面部１３４から第２傾斜面部１３５までの部分間の前後方向の幅を不等間隔に設定している。しかしながら、フィン１３ａ、１３ｂの構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、前後方向に隣り合うフィン１３ａ、１３ｂにおいて、第１平面部１３１間及び第２平面部１３２間を等間隔とする一方、第１傾斜面部１３４から第２傾斜面部１３５までの部分間の前後方向の幅も等間隔に設定してもよい。さらに、このように構成されたフィン１３の一部（第１平面部１３１の先端部から第２平面部１３２の基端部までの間の一部）に、フィン１３間を流通する熱交換空気を通過させる通気孔を形成してもよい。この場合には、フィン１３の表面に形成される境界層を薄膜化でき、熱伝達率を向上することができる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る熱交換器１は、伝熱管１１に配置されるフィンの形状が異なる点で第１の実施の形態に係る熱交換器１と相違する。第３の実施の形態に係る熱交換器１において、適用される凝縮器の構成やフィンチューブ１０の配置等は、第１の実施の形態に係る熱交換器１と同一である。以下、第３の実施の形態に係る熱交換器１について、第１の実施の形態に係る熱交換器１との相違点を中心に説明する。

図６及び図７は、それぞれ第３の実施の形態に係る熱交換器１が有するフィンチューブ１０の断面図及び正面図である。図６及び図７において、図２及び図３と共通する構成要素については、同一の符号を付与し、その詳細な説明を省略する。なお、図６においては、伝熱管１１の管軸中心を通る断面を示すと共に、説明の便宜上、フィンチューブ１０の一部を抜粋して示している。また、以下においては、説明の便宜上、フィン１４の前方側の面を表面と呼び、フィン１４の後方側の面を裏面と呼ぶものとする。

図６及び図７に示すように、第３の実施の形態に係るフィン１４は、第１平面部１２１に複数の突起１４１を有する点のみで、第１の実施の形態に係るフィン１２と相違する。突起１４１は、第１平面部１２１において、第２平面部１２２と反対側（前方側）に突出して設けられている。突起１４１は、正面視にて円形状を有し、第１平面部１２１にて等間隔に配置されている（図７参照）。例えば、これらの突起１４１は、例えば、フィン１４の製造時にプレス加工で形成される。

ここで、第３の実施の形態に係る熱交換器１における熱交換空気の流通態様について、図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７においては、熱交換空気が流れる方向の一部を破線矢印で示している。なお、第３の実施の形態において、突起１４１の周辺以外の熱交換空気の流通態様は、第１の実施の形態と同様であるため、詳細な説明について省略する。

第１平面部１２１間に導入された熱交換空気は、第１平面部１２１に沿って上方側に流れる。このように流れる熱交換空気の進行方向には、突起１４１が配置されている。このため、熱交換空気は、突起１４１に当たり、前方側に誘導される。そして、熱交換空気が誘導された先には、傾斜面部１２３の裏面１２３ｂが配置されている。このため、熱交換空気は、傾斜面部１２３の裏面１２３ｂに当たり、斜め後方側に誘導される。このように誘導された熱交換空気は、第２平面部１２２の表面１２２ａに当たり、上方側に誘導される。その後の熱交換空気の流通態様は、第１の実施の形態と同様である。

このように第３の実施の形態に係る熱交換器１においては、第１平面部１２１に複数の突起１４１を設け、熱交換空気を前方側に誘導し、熱交換空気が傾斜面部１２３の裏面１２３ｂ側に鋭角に当たるようにしている。このため、第１の実施の形態と比べて、傾斜面部１２３の裏面１２３ｂに当たる熱交換空気の割合を増加させることができる。これにより、効果的に熱交換空気の流れを乱すことができ、熱伝達率を更に向上することができる。

なお、第３の実施の形態に係る熱交換器１においては、第１平面部１２１に複数の突起１４１を設ける構成について説明している。しかしながら、突起１４１の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。突起１４１は、前方側に突出し、熱交換空気を前方側に誘導することを前提として任意の形状を採用することができる。例えば、円弧形状を有する複数の突起や、円環形状を有する単一の突起で構成してもよい。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る熱交換器１は、伝熱管１１に配置されるフィンの形状が異なる点で第２の実施の形態に係る熱交換器１と相違する。第４の実施の形態に係る熱交換器１において、適用される凝縮器の構成やフィンチューブ１０の配置等は、第２の実施の形態に係る熱交換器１と同一である。以下、第４の実施の形態に係る熱交換器１について、第２の実施の形態に係る熱交換器１との相違点を中心に説明する。

図８及び図９は、それぞれ第４の実施の形態に係る熱交換器１が有するフィンチューブ１０の断面図及び正面図である。図８及び図９において、図４及び図５と共通する構成要素については、同一の符号を付与し、その詳細な説明を省略する。なお、図８においては、伝熱管１１の管軸中心を通る断面を示すと共に、説明の便宜上、フィンチューブ１０の一部を抜粋して示している。また、以下においては、説明の便宜上、フィン１５の前方側の面を表面と呼び、フィン１５の後方側の面を裏面と呼ぶものとする。

図８及び図９に示すように、第４の実施の形態に係るフィン１５（フィン１５ａ、１５ｂ）は、第１平面部１３１に複数の突起１５１を有する点のみで、第２の実施の形態に係るフィン１３と相違する。突起１５１は、第１平面部１３１において、第２平面部１３２と反対側（前方側）に突出して設けられている。突起１５１は、正面視にて円形状を有し、第１平面部１３１にて等間隔に配置されている（図９参照）。例えば、これらの突起１５１は、例えば、フィン１５の製造時にプレス加工で形成される。

ここで、第４の実施の形態に係る熱交換器１における熱交換空気の流通態様について、図８及び図９を参照して説明する。図８及び図９においては、熱交換空気が流れる方向の一部を破線矢印で示している。なお、第４の実施の形態において、突起１５１の周辺以外の熱交換空気の流通態様は、第２の実施の形態と同様であるため、省略する。

流通路ａ、ｂ内に導入された熱交換空気は、第１平面部１３１に沿って上方側に流れる。このように流れる熱交換空気の進行方向には、突起１５１が配置されている。このため、熱交換空気は、突起１５１に当たり、前方側に誘導される。そして、熱交換空気が誘導された先には、第１傾斜面部１３４の裏面１３４ｂが配置されている。このため、熱交換空気は、第１傾斜面部１３４の裏面１３４ｂに当たり、斜め後方側に誘導される。このように誘導された熱交換空気は、第３平面部１３３の表面１３３ａに当たり、上方側に誘導される。その後の熱交換空気の流通態様は、第２の実施の形態と同様である。

このように第４の実施の形態に係る熱交換器１においては、第１平面部１３１に突起１５１を設け、熱交換空気を前方側に誘導し、熱交換空気が第１傾斜面部１３４の裏面１３４ｂ側に鋭角に当たるようにしている。このため、第２の実施の形態と比べて、第１傾斜面部１３４の裏面１３４ｂに当たる熱交換空気の割合を増加させることができるので、熱伝達率を向上することができる。

なお、第４の実施の形態に係る熱交換器１においては、第１平面部１３１に円形状の突起１５１を設ける構成について説明している。しかしながら、突起１５１の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。突起１５１は、前方側に突出し、熱交換空気を前方側に誘導することを前提として任意の形状を採用することができる。例えば、円弧形状を有する複数の突起や、円環形状を有する単一の突起で構成してもよい。

また、第４の実施の形態に係る熱交換器１においては、第１平面部１３１のみに突起１５１を設ける構成について説明している。しかしながら、突起１５１の形成位置については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、第３平面部１３３に突起１５１を設けてもよい。この場合には、第３平面部１３３間を流れる熱交換空気を前方側に誘導することができるので、更に熱伝達率を向上することができる。言い換えると、突起１５１は、第２傾斜面部１３５より伝熱管１１の径方向の外側に配置される平面部（本実施の形態では、第１平面部１３１及び第３平面部１３３）に形成することが好ましい。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている部材や孔などの大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。

以上説明したように、本発明は、熱交換機自体の大型化や製造コストの上昇を招くことなく、十分に伝達率を向上することができるという効果を有し、特に、発電所等に設置される産業用の熱交換器に有用である。

１：熱交換器
１０：フィンチューブ
１１：伝熱管
１２、１３、１４、１５：フィン
１２１、１３１：第１平面部（第１の平面部）
１２２、１３２：第２平面部（第２の平面部）
１２３：傾斜面部
１３３：第３平面部（第３の平面部）
１３４：第１傾斜面部
１３５：第２傾斜面部
１３６：通気孔
１４１、１５１：突起（突起部）

Claims (8)

1. 熱交換空気の流通方向と交差する方向に配列された複数本の伝熱管と、
   前記伝熱管の管軸方向に一定間隔に配置される複数枚のフィンと、を備え、
   前記フィンは、少なくとも一部に第１の平面部と、前記第１の平面部よりも前記伝熱管側に配置される第２の平面部と、前記第１、第２の平面部を連結する傾斜面部と、を有し、
   前記第２の平面部が前記第１の平面部よりも前記伝熱管の管軸方向の一方側に配置され、
   前記フィンを構成する前記第１の平面部、前記第２の平面部、及び前記傾斜面部は、それぞれ前記伝熱管の管軸方向から見て円環形状を有することを特徴とするフィンチューブ熱交換器。
2. 前記フィンは、前記第１の平面部に、前記第２の平面部と反対側に突出する突起部を有することを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
3. 前記フィンは、通気孔が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフィンチューブ熱交換器。
4. 前記フィンは、前記第１の平面部と前記第２の平面部との間に配置される少なくとも１つの中間平面部を更に有し、
   前記傾斜面部は、前記第１、第２の平面部及び前記中間平面部の間を連結することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のフィンチューブ熱交換器。
5. 前記フィンは、前記第１の平面部と前記第２の平面部との間に配置される第３の平面部を有し、
   前記傾斜面部は、前記第１、第３の平面部を連結する第１傾斜面部と、前記第２、第３の平面部を連結する第２傾斜面部とを有することを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
6. 前記フィンは、前記第２傾斜面部より前記伝熱管の外側に配置される平面部に、前記第２の平面部と反対側に突出する突起部を有することを特徴とする請求項５に記載のフィンチューブ熱交換器。
7. 前記フィンは、前記第１、第２の平面部が隣り合う前記フィンとの間で等間隔に配置され、前記第１の平面部と前記第２の平面部との間に配置される部分が隣り合う前記フィンとの間で等間隔に配置され、
   前記フィンに通気孔が形成されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のフィンチューブ熱交換器。
8. 前記フィンは、前記第１、第２の平面部が隣り合う前記フィンとの間で等間隔に配置され、前記第１の平面部と前記第２の平面部との間に配置される部分が隣り合う前記フィンとの間で不等間隔に配置され、
   当該不等間隔に配置される部分に通気孔が形成されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のフィンチューブ熱交換器。

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