JPH0979777A - フィン・チューブ熱交換器及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィンのルーバー内に滞留する水滴を速やか
に除去し、流下してくる水滴が伝熱管の下隅部に集まる
のを防止可能とする。 【構成】 それぞれのルーバー３は、空気１０の流動方
向と交差する方向に、交互に反対方向に切り起されてコ
字状の断面形状を有し、それぞれのフィン１の空気１０
の流入端及び流出端に、それぞれの伝熱管２の下隅部７
へ水滴６の流れを抑制するように、隣接するそれぞれの
ルーバー３と反対方向に折曲げた傾斜部９を形成し、そ
れぞれの傾斜部９の上端及び下端を、それぞれのカラー
部外周１６に接するようにした。 【効果】 露つき運転時や除霜運転後にも高い伝熱性能
で熱交換が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍装置及び空調装置
等の蒸発器及び凝縮器として使用される熱交換器に係
り、特にフィン面に付着した水滴を速やかに除去するの
に好適なフィン・チューブ熱交換器及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフィン・チューブ熱交換器におい
ては、図１２に示すように、複数のフィン１にカラー部
８を設けて少なくとも一つの伝熱管２を挿通して密着す
るとともに複数のルーバー３を切り起し、それぞれのフ
ィン１の間に空気１０を流動してそれぞれの伝熱管２内
の冷媒を蒸発又は凝縮する構造である。

【０００３】伝熱管内を流動する冷媒等の熱媒体と、伝
熱管外を流動する空気との間で熱交換を行う場合、特に
蒸発器では、フィンの表面温度が空気の露点温度以下に
なると、空気中の水分が凝縮し水滴となってフィン面に
付着する。この水滴は、フィン間を流動する空気の流路
を狭めて通気抵抗を約３０％も増大させるため、空気流
量が減少し伝熱性能が低下する。また、空調装置の暖房
運転時の室外機のように、フィン表面温度が氷点温度以
下になる場合には、付着した水滴は霜としてフィン面に
堆積し、時間の経過に伴って伝熱性能が低下してくる。
このため、付着した霜を取り除く除霜運転を定期的に行
なう必要があるが、この除霜運転の際、融解した霜が流
れ落ちずに水滴としてフィン面に滞留すると、暖房運転
の再開時に着霜の元となり、短時間の内に空気の流路が
霜で閉塞されることになる。このように、フィン・チュ
ーブ熱交換器では、フィン面の水きり性の向上が熱交換
器の性能向上を図る上で大きな課題になっていた。

【０００４】図１２及び図１３にフィン面に付着する水
滴の様相を摸式的に示す。フィン１は、カラー部８を介
して内部に冷媒が流動する伝熱管２に拡管固定され、フ
ィン１の表面には熱伝達を向上させるために多数のルー
バー３が形成されている。フィン１面の水滴６の多く
は、カラー部外周１６の下隅部７と、ルーバー立ち上が
り部５内とに滞留し、空気１０の通気抵抗を増大させる
原因となっている。

【０００５】この水滴の除去方式に関して、従来より例
えば特開平５−３０２７９１号公報及び特開平５−３０
２７９８号公報に開示されているような方式がある。前
者の方式は、伝熱管の下隅部に滞留する水滴の除去に関
するもので、伝熱管とフィンとの交差部の下隅部に水き
り突部を設けてフィンの水きり性を向上させるものであ
る。この構成によると、フィン面を流下する水滴は、伝
熱管とフィンとの交差部に沿い流下して下隅部へ回り込
み、交差部の下隅部に設けた水きり突部より速やかに流
下するため、伝熱管の下隅部に滞留する水滴を減少する
ことができるとしている。また後者の方式は、ルーバー
に滞留する水滴の除去に関するもので、ルーバーに傾斜
を設け、その傾斜角度を空気流に対してルーバーの前縁
と後縁とで異ならせて、ルーバー内に水膜が橋渡し状に
形成されるのを防止するものである。

【０００６】しかしながら、図１２及び図１３に示すよ
うに、ルーバー３内の水滴６は、ルーバー立ち上がり部
５に支えられるように捕捉されているため、ルーバー３
の傾斜角度を異ならせる方式だけでは、ルーバー３より
水滴を排出することができない。また、伝熱管２の下隅
部７に設けた水きり突部は、空気１０に対して抵抗とな
るため、それ自体が通気抵抗の増大を引き起こすことに
なる。さらに、伝熱管２の下隅部７には、図１２に矢印
で図示するように、カラー部８の周囲に形成された平坦
部（カラー部外周）１６よりカラー部８に沿って、上部
より流下した水滴が集まってくるため、多量の水滴６が
滞留し易く、水きり突部だけでは水滴の排出が追い付か
ないことになる。したがって、フィンの水きり性を向上
するには、ルーバー立ち上がり部に滞留する水滴を除去
し、さらに伝熱管の下隅部に向かう水滴の流れを抑制す
る必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のフィン・チュー
ブ熱交換器にあっては、ルーバー内に水滴が滞留し、か
つ上部のフィンより流下してくる水滴が伝熱管の下隅部
に集まるため、空気の流路が確保できず、空気中の水分
が凝縮付着する露つき運転時や除霜運転後に伝熱性能が
低下する問題点があった。

【０００８】本発明の目的は、ルーバー内に滞留する水
滴を速やかに除去し、上部のフィンより流下してくる水
滴が伝熱管の下隅部に集まるのを抑制して、高い伝熱性
能で熱交換を行うことのできるフィン・チューブ熱交換
器及び装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係るフィン・チューブ熱交換器は、複数の
フィンにカラー部を設けて少なくとも一つの伝熱管を挿
通し密着するとともに複数のルーバーを切り起し、それ
ぞれのフィンの間に空気を流動してそれぞれの伝熱管内
の冷媒を蒸発又は凝縮するフィン・チューブ熱交換器に
おいて、それぞれのルーバーは、空気の流動方向と交差
する方向に切り起されてコ字状の断面形状を有し、それ
ぞれのフィンの空気の流入端及び流出端に、それぞれの
伝熱管の下隅部へ向かう水滴の流れを抑制し流下させる
ように傾斜部を形成した構成とする。

【００１０】そしてそれぞれのコ字状の断面形状は、そ
れぞれの伝熱管の間で交互に反対方向に切り起されてそ
れぞれの上面及び下面がそれぞれのカラー部外周に沿う
形状を有し、それぞれの傾斜部は、隣接するそれぞれの
ルーバーの反対方向に折曲げられてそれぞれの上端及び
下端は、それぞれのカラー部外周に接するように形成さ
れる構成でもよい。

【００１１】またそれぞれのカラー部外周は、それぞれ
のフィンの空気の流入端及び流出端と連結するように溝
が形成される構成でもよい。

【００１２】さらにそれぞれのカラー部外周は、それぞ
れの傾斜部と連結するように溝が形成される構成でもよ
い。

【００１３】そしてそれぞれのコ字状の断面形状は、交
互に一方向に切り起されてそれぞれの上面及び下面がそ
れぞれのカラー部外周に沿う形状を有し、それぞれのコ
字状の断面形状の間のそれぞれのフィン面の上端及び下
端は、それぞれのカラー部外周に沿って溝が形成される
構成でもよい。

【００１４】またそれぞれのコ字状の断面形状の間のそ
れぞれのフィン面は、それぞれのコ字状の断面形状より
小幅に形成される構成でもよい。

【００１５】さらにそれぞれのルーバーのうちの中央の
ルーバーが大幅に形成される構成でもよい。

【００１６】そして冷凍装置においては、前記いずれか
一つのフィン・チューブ熱交換器を用いてなる構成とす
る。

【００１７】また空調装置においては、前記いずれか一
つのフィン・チューブ熱交換器を用いてなる構成とす
る。

【００１８】

【作用】本発明によれば、ルーバーの下面がカラー部外
周に沿う形状を有し、かつフィンの流入端等に傾斜部や
溝を設けたため、ルーバー内に滞留する水滴が速やかに
除去され、しかも上部のフィン面より流下してくる水滴
は伝熱管の下隅部に集まることがなく、傾斜部あるいは
溝に沿って流下する。この結果、空気の流路が確保さ
れ、空気中の湿分が凝縮付着する露つき運転時や除霜運
転後でも高い伝熱性能で熱交換が行われる。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図３を参照しなが
ら説明する。図１〜図３に示すように、複数のフィン１
を例えば銅板で形成して一つ以上のラッパ状のカラー部
８を成型し、一つ以上の伝熱管２を挿通して拡管密着す
るとともに複数のルーバー３を切り起し、それぞれのフ
ィン１の間に空気１０を流動してそれぞれの伝熱管２内
の冷媒を蒸発又は凝縮するフィン・チューブ熱交換器で
あって、それぞれのルーバー３は、空気１０の流動方向
と交差する方向に切り起されてコ字状の断面形状を有
し、それぞれのフィン１の空気１０の流入端及び流出端
に、それぞれの伝熱管２の下隅部７へ水滴６の流れを抑
制し流下させるように傾斜部９を形成した構成とする。
そしてそれぞれのコ字状の断面形状は、それぞれの伝熱
管２の間で図３に示すように交互に反対方向に切り起さ
れ、それぞれの上面３ａ及び下面（ルーバー立ち上がり
部）５がそれぞれのカラー部外周１６に沿う形状を有
し、それぞれの傾斜部９は、隣接するそれぞれのルーバ
ー３ｃの反対方向に折曲げられ、それぞれの傾斜部９の
上端及び下端は、それぞれのカラー部外周１６に接する
ように形成されている。

【００２０】すなわちフィン１には、内部を低温の熱媒
体が流動する伝熱管２を拡管固定するためのカラー部８
と、交互に逆方向に切り起されたルーバー３とが多数設
けられ、ルーバー立ち上がり部５はカラー部８の外周に
沿って円弧状に形成されている。また、ルーバー３の空
気１０の流入端と流出端とに、ルーバー３ｃに隣接する
側のフィン先端を、ルーバー３ｃの立ち上がり方向と反
対方向にフィン１面を折曲げて傾斜部９を形成し、これ
ら傾斜部９の上端と下端とは、カラー部外周１６で上方
又は下方に隣接する傾斜部９と接するように形成されて
いる。

【００２１】空気１０に含まれる水分は、フィン面温度
が空気の露点温度以下に冷却されると、水滴としてフィ
ン面に付着する。付着する水滴は、フィン１の空気の流
入端やルーバー３に多く発生し、ルーバー３の内に水滴
６が捕捉される。しかしながら、ルーバー３は交互に逆
方向に切り起されているため、図２に示すように、各ル
ーバー立ち上がり部５で水滴６の合体が生じてそれらが
横方向に連続した水膜となり、またルーバー立ち上がり
部５が伝熱管２のカラー部８に沿って円弧状に形成され
ているため、水滴が自重により速やかにルーバー３より
流出する。ルーバー３を流出した水滴は、傾斜部９と横
方向に隣接するルーバ３ｃとの間に捕捉され、図示矢印
のように傾斜部９に沿って流下するが、下方に隣接する
傾斜部９が連結するように形成されているため、この隣
接する傾斜部９に誘導されて流下していくことになり、
水滴６が伝熱管２に沿って移動し伝熱管２の下隅部７に
集まることを抑えることができる。この結果、ルーバー
の水きり性が向上し、またルーバーには上部からの水滴
が流下してくることがなくなるので、水滴による通気抵
抗の増大を抑えて高い伝熱性能で熱交換を行うことがで
きる。

【００２２】なお、本実施例では上下に隣接する傾斜部
を連結させて水滴が傾斜部に沿って流下するようにして
いるが、互いに隣接する傾斜部のそれぞれの端部の間隔
が数ｍｍ以下（伝熱管の管径の1/2以下）であれば、上
部から流下してくる液膜が伝熱管側に引き寄せられる前
に、流下方向の傾斜部に導かれる作用の方が大きく働
き、前記と同様の効果を得ることができる。また、本実
施例の傾斜部の位置にルーバーを設けても同様の効果を
得ることができるが、傾斜部はフィンの強度を高める作
用を合わせ持っているため、フィンの剛性を強化する場
合には傾斜部を形成する方が望ましい。

【００２３】そして、図１〜図３に示す実施例では、フ
ィン中央部のルーバー３ｄを、対向するルーバー３ｂと
の間が大きくなるようにルーバー３ｃよりオフセット
（Ｓ）させて形成している。この方式によれば、フィン
中央部のルーバー３ｄ内の水滴６の排除が円滑に行われ
るため、フィンの水きり性を向上させることができる。

【００２４】また、本実施例では上下に隣接する傾斜部
を連結あるいは接近させて、傾斜部により水滴を流下し
伝熱管の下隅部への水滴の回り込みを防止しているが、
伝熱管の管径が小さくなるほど、上部より流下してくる
水膜が伝熱管側に引き寄せられる作用が、傾斜部が水滴
を誘導する作用よりも相対的に弱くなるため、小径の伝
熱管で熱交換器を構成すると水きりの効果が大きく現れ
る。

【００２５】なお、本実施例では、円形断面の伝熱管を
使用しているが、断面形状が楕円形状あるいは扁平形状
の伝熱管との組み合せでも同様の効果が得られ、フィン
の水きり性を向上することができる。またルーバーの作
用としては、図１のＡ・Ａ線断面図に示すように、ルー
バー（中断フィン）には、伝熱管内の冷媒温度が熱伝導
しており、空気１０の流動により各ルーバー３ｂ，３
ｃ，３ｄに沿う流動方向の温度境界層が形成される。ル
ーバー３ｃとルーバー３ｄとをオフセット（Ｓ）してお
くことにより、温度境界層の連続的な発達が阻止されて
分断され、温度境界層が薄くなって平均熱伝達率が増大
されるようになっている。

【００２６】図４及び図５は本発明の他の実施例を示
す。図１に示す実施例と異なるのは、カラー部外周１６
とフィン１の空気１０の流入端及び流出端とを連結する
ように、流下した水滴を誘導する溝１１を設けた点であ
る。

【００２７】凝縮付着した水滴は、前記と同様な作用に
よってルーバー３より傾斜部９へと導かれ傾斜部９より
流出する。この時、流下方向に水滴を導くための溝１１
が設けられているため、水滴は溝１１に沿って流下し、
下方に隣接する傾斜部９へと導かれることになる。その
結果、水滴が伝熱管に沿って誘導されて伝熱管の下隅部
７に集まることを抑えることができる。したがって、ル
ーバーの水きり性が向上し、またルーバーには上方から
の水滴が流下してくることがないため、水滴による通気
抵抗の増大を抑えて高い伝熱性能で熱交換を行うことが
できる。

【００２８】また、本発明の他の実施例として図６及び
図７に示すように、フィン１を折り曲げて形成した通し
曲げ部（傾斜部）１２を設け、通し曲げ部１２と連結す
るようにカラー部外周１６に溝１１を形成しても前記と
同様な効果が得られる。また本実施例では、隣接するル
ーバーの深さが大きくなるようにオフセット（Ｓ）させ
てルーバーを立ち上げ、さらにフィンの中央部のルーバ
ー３ｅの両端に、深さを広げるように折り曲げ部３ｆを
設けることにより、水滴の排除を円滑に行わせ、フィン
の水きり性を向上させている。

【００２９】図８及び図９は本発明の他の実施例を示
す。図１に示す実施例と異なるのは、ルーバー３を交互
に一方向に切り起し、ルーバー３の間のフィン面１３の
上下両端に、カラー部外周１６に沿う形状で水路となる
溝１４を設けた点である。

【００３０】ルーバー３に凝縮付着した水滴は、ルーバ
ー立ち上がり部５を底部にしてルーバー３内を埋めるよ
うに捕捉される。ルーバー３を片側に切り起して形成す
ると、図２と同様にルーバー３の間のフィン面１３に水
滴を保持することができないため、この部分でルーバー
３に捕捉された水滴の合流が妨害され、ルーバー３の外
側へ水滴を誘導する力が作用しなくなる。しかしなが
ら、本実施例ではフィン面１３の上端及び下端に水滴を
導くための溝１４を設けているため、ルーバー３内の水
滴が溝１４に導かれて合流し、連続した水膜となって自
重により流出することになる。その結果、ルーバーの水
きり性が向上し、空気流に対する通気抵抗の増大を抑え
て高い伝熱性能で熱交換を行うことができる。

【００３１】図１０は本発明の他の実施例を示す。図１
に示す実施例と異なるのは、ルーバー３を交互に一方向
に切り起し、隣接するルーバー３の間のフィン面１３の
幅をルーバー３に対して小幅にした点である。

【００３２】ルーバー３に凝縮付着した水滴は、ルーバ
ー立ち上がり部５を底部にしてルーバー３内を埋めるよ
うに捕捉される。ルーバー３間にあるフィン面１３は、
前記のようにルーバー３に捕捉された水滴を分断するた
め、連続した液膜が形成されずルーバー３より水滴が排
除できなくなる。しかしながら、本実施例ではルーバー
３に対してフィン面１３の幅を小さくしているため、ル
ーバー立ち上がり部５より表面張力の作用でルーバー外
側に膨らんだ水滴が合流を起し、横方向に連続した水膜
が形成され易くなる。その結果、連結した水膜にはルー
バー外側に向かう力が作用することになるため、ルーバ
ーの水きり性が向上し、空気流に対する通気抵抗の増大
を抑えることができる。

【００３３】図１１は本発明の他の実施例を示す。図１
に示す実施例とは、ルーバー３をフィン１の両側に立ち
上がり部を形成するのは同様であるが、フィン中央部の
ルーバー１５の幅を他のルーバー３よりも大幅にした点
で異なっている。ルーバーに捕捉される水滴はルーバー
の幅や立ち上がり高さ（深さ）に依存し、水滴の自重と
表面張力の作用によって決定される。本実施例は、水滴
の排除が最も困難となるフィン中央部のルーバーの水き
り性を向上するもので、フィン中央部のルーバー１５の
幅を大きくしているため、保有できる水滴の量が増大
し、自重によって流下しようとする作用が水滴の表面張
力による作用を上回る。この結果、フィン中央部のルー
バー１５からの水膜の排除が容易になり空気流に対する
通気抵抗を抑えることができる。

【００３４】なお、ルーバー幅を大きくするとルーバー
数が減少してフィン面での熱伝達が低下するが、ルーバ
ー幅を大きくするのはフィン中央部のルーバーだけでよ
く、またルーバーを空気の流動方向にオフセットし各ル
ーバーと空気との接触をよくすることで熱伝達の低下を
抑えることができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、フィンに形成されたル
ーバー内に滞留する水滴は速やかに除去され、しかも水
滴は傾斜部又は溝に沿って流下され、伝熱管の下隅部へ
水滴の合流が抑制されるため、空気の流路が確保される
とともに、空気中の湿分が凝縮付着する露つき運転時や
除霜運転後でも高い伝熱性能で熱交換を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１示す実施例の水滴の動作を説明する図であ
る。

【図３】図２のＢ・Ｂ線断面図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図５】図４のＤ・Ｄ線断面図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図７】図６のＦ・Ｆ線断面図である。

【図８】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図９】図８のＨ・Ｈ線断面図である。

【図１０】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図１１】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図１２】従来の技術を示す正面断面図である。

【図１３】図１２のＬ・Ｌ線断面図である。

【符号の説明】

１ フィン ２ 伝熱管 ３ ルーバー ５ ルーバー立ち上がり部 ６ 水滴 ７ 下隅部 ８ カラー部 ９ 傾斜部 １０ 空気 １１ 溝 １２ 通し曲げ部 １３ フィン面 １４ 溝 １６ カラー部外周

フロントページの続き (72)発明者 福島 敏彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のフィンにカラー部を設けて少なく
   とも一つの伝熱管を挿通し密着するとともに複数のルー
   バーを切り起し、それぞれのフィンの間に空気を流動し
   てそれぞれの伝熱管内の冷媒を蒸発又は凝縮するフィン
   ・チューブ熱交換器において、それぞれのルーバーは、
   前記空気の流動方向と交差する方向に切り起されてコ字
   状の断面形状を有し、それぞれのフィンの前記空気の流
   入端及び流出端に、それぞれの伝熱管の下隅部へ向かう
   前記水滴の流れを抑制し流下させるように傾斜部を形成
   したことを特徴とするフィン・チューブ熱交換器。
2. 【請求項２】 それぞれのコ字状の断面形状は、それぞ
   れの伝熱管の間で交互に反対方向に切り起されてそれぞ
   れの上面及び下面がそれぞれのカラー部外周に沿う形状
   を有し、それぞれの傾斜部は、隣接するそれぞれのルー
   バーの反対方向に折曲げられてそれぞれの上端及び下端
   は、それぞれのカラー部外周に接するように形成される
   ことを特徴とする請求項１記載のフィン・チューブ熱交
   換器。
3. 【請求項３】 それぞれのカラー部外周は、それぞれの
   フィンの空気の流入端及び流出端と連結するように溝が
   形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のフィ
   ン・チューブ熱交換器。
4. 【請求項４】 それぞれのカラー部外周は、それぞれの
   傾斜部と連結するように溝が形成されることを特徴とす
   る請求項１又は２記載のフィン・チューブ熱交換器。
5. 【請求項５】 それぞれのコ字状の断面形状は、交互に
   一方向に切り起されてそれぞれの上面及び下面がそれぞ
   れのカラー部外周に沿う形状を有し、それぞれのコ字状
   の断面形状の間のそれぞれのフィン面の上端及び下端
   は、それぞれのカラー部外周に沿って溝が形成されるこ
   とを特徴とする請求項１、３又は４記載のフィン・チュ
   ーブ熱交換器。
6. 【請求項６】 それぞれのコ字状の断面形状の間のそれ
   ぞれのフィン面は、それぞれのコ字状の断面形状より小
   幅に形成されることを特徴とする請求項５記載のフィン
   ・チューブ熱交換器。
7. 【請求項７】 それぞれのルーバーのうちの中央のルー
   バーが大幅に形成されることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれか１項記載のフィン・チューブ熱交換器。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項記載のフィ
   ン・チューブ熱交換器を用いてなることを特徴とする冷
   凍装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜７のいずれか１項記載のフィ
   ン・チューブ熱交換器を用いてなることを特徴とする空
   調装置。