JPWO2013054540A1 - フィンチューブ熱交換器 - Google Patents

Abstract

フィンチューブ熱交換器１００は、平行に並べられた複数のフィン３１と、空気と熱交換する媒体が内部を流れるように構成された伝熱管２１とを備えている。フィン３１は、気流方向における少なくとも１つの位置に山部３４が現れるように成形されたコルゲートフィンであって、伝熱管２１の周囲に形成された管周囲部３５（又は３７）と、山部３４を形成するように気流方向に対して傾いている第１傾斜部３８と、管周囲部３５と第１傾斜部３８とを互いに接続している第２傾斜部３９と、第２傾斜部３９に形成されたスリット２３を含む。

Description

本発明は、フィンチューブ熱交換器に関する。

フィンチューブ熱交換器は、所定間隔で並べられた複数のフィンと、複数のフィンを貫通する伝熱管とによって構成されている。空気は、フィンとフィンとの間を流れて伝熱管の中の流体と熱交換する。

図１５は、従来のフィンチューブ熱交換器に使用されたフィンの平面図である。フィン１は、気流方向において山部４と谷部６とが交互に現れるように成形されている。このようなフィンは、一般に「コルゲートフィン（corrugated fin）」と呼ばれている。コルゲートフィンによれば、伝熱面積を増やす効果だけでなく、気流３を蛇行させることによって温度境界層を薄くする効果が得られる。

フィンチューブ熱交換器に共通する１つの技術課題として、排水性能に関する課題がある。フィンの表面に水（凝縮水）が付着すると効率的な熱交換が阻害されるので、フィンの表面から速やかに水が排除されることが望ましい。例えば、特許文献１には、排水スリットを有するフィンが記載されている。特許文献１に記載されたフィンを図１６に示す。フィン１１には、伝熱管７の下方のドレン滞留域から斜め下に向かって延びる排水スリット８が設けられている。

実開昭６４−２２１８６号公報

特許文献１に記載された技術は、曲げられていないフィン（いわゆるフラットフィン）を想定したものであり、その応用範囲は必ずしも広くない。そのため、コルゲートフィンに適用できる技術が望まれている。

本発明は、コルゲートフィンを用いたフィンチューブ熱交換器の排水性能を改善することを目的とする。

すなわち、本開示は、
空気の流路を形成するために平行に並べられた複数のフィンと、
前記複数のフィンを貫通しており、前記空気と熱交換する媒体が内部を流れるように構成された伝熱管とを備え、
前記フィンは、気流方向における少なくとも１つの位置に山部が現れるように成形されたコルゲートフィンであって、前記伝熱管の周囲に形成された管周囲部と、前記山部を形成するように前記気流方向に対して傾いている第１傾斜部と、前記管周囲部と前記第１傾斜部とを互いに接続している第２傾斜部と、前記第２傾斜部に形成されたスリットを有する、フィンチューブ熱交換器を提供する。

上記のフィンチューブ熱交換器によれば、第２傾斜部にスリットが形成されている。水は、スリットを通じてフィンの表側からフィンの裏側へと導かれ、フィンの裏側で谷部に集められる。谷部に集められた水は、谷部を伝って下方に流れる。その結果、フィンの表面から水が効率的に排除される。

本発明の第１実施形態に係るフィンチューブ熱交換器の斜視図 図１のフィンチューブ熱交換器に用いられたフィンの平面図 図２Ａに示すフィンのIIB-IIB線に沿った断面図 図２Ａに示すフィンのIIC-IIC線に沿った断面図 図２Ａに示すフィンのIID-IID線に沿った断面図 変形例１に係るフィンの平面図 変形例２に係るフィンの平面図 図４Ａに示すフィンのIVB-IVB線に沿った断面図 スリットの端部の位置の別の例を示す平面図 スリットの端部の位置のさらに別の例を示す平面図 スリットの端部の位置のさらに別の例を示す平面図 スリットの端部の位置のさらに別の例を示す平面図 スリットの拡大断面図 別のスリットの拡大断面図 従来のフィンの作用説明図 第１実施形態のフィンの作用説明図 変形例３に係るフィンの平面図 図８Ａに示すフィンのVIIIB-VIIIB線に沿った断面図 変形例３に係るフィンから一部のスリットを省略したフィンの平面図 変形例３のフィンからスリットを省略したフィンの作用説明図 変形例３のフィンの作用説明図 第２実施形態に係るフィンの平面図 図１０Ａに示すフィンのXB-XB線に沿った断面図 図１０Ａに示すフィンのXC-XC線に沿った断面図 図１０Ａに示すフィンのXD-XD線に沿った断面図 変形例４に係るフィンの平面図 変形例５に係るフィンの部分平面図 変形例６に係るフィンの平面図 図１３Ａに示すフィンのXIIIB-XIIIB線に沿った断面図 図１３Ａに示すフィンのXIIIC-XIIIC線に沿った断面図 図１３Ａに示すフィンのXIIID-XIIID線に沿った断面図 変形例７に係るフィンの平面図 図１４Ａに示すフィンのXIVB-XIVB線に沿った断面図 図１４Ａに示すフィンのXIVC-XIVC線に沿った断面図 図１４Ａに示すフィンのXIVD-XIVD線に沿った断面図 従来のコルゲートフィンの平面図 特許文献１に記載されたフィンの平面図

本開示の第１態様は、
空気の流路を形成するために平行に並べられた複数のフィンと、
前記複数のフィンを貫通しており、前記空気と熱交換する媒体が内部を流れるように構成された伝熱管とを備え、
前記フィンは、気流方向における少なくとも１つの位置に山部が現れるように成形されたコルゲートフィンであって、前記伝熱管の周囲に形成された管周囲部と、前記山部を形成するように前記気流方向に対して傾いている第１傾斜部と、前記管周囲部と前記第１傾斜部とを互いに接続している第２傾斜部と、前記第２傾斜部に形成されたスリットを有する、フィンチューブ熱交換器を提供する。

フィンの表面に付着した水は、通常、自重によって下方に流れる。しかし、付着した水の一部は、フィンの表面に滞留することがある。水の滞留は、コルゲートフィンにおいて起こりやすい。コルゲートフィンにおいて水が滞留しやすい部分として、管周囲部及び第２傾斜部が挙げられる。山部を乗り越えることができない水は、表面積をなるべく小さくする形で管周囲部及び第２傾斜部に滞留し、安定する。

これに対し、第１態様のフィンチューブ熱交換器によれば、第２傾斜部にスリットが形成されている。スリットは、管周囲部及び第２傾斜部から山部に水を導く。これと同時に、水は、スリットを通じてフィンの表側からフィンの裏側へと導かれる。つまり、水は、フィンの裏側で谷部に集められる。谷部に集められた水は、谷部を伝って下方に流れる。その結果、フィンの表面から水が効率的に排除される。

本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記スリットの長手方向は、前記気流方向に対して傾いている又は前記気流方向に対して垂直であり、前記スリットは、前記管周囲部の側から前記山部の側に向かって延びている、フィンチューブ熱交換器を提供する。このようなスリットによれば、管周囲部及び第２傾斜部から山部に水を効率的に導くことができる。

本開示の第３態様は、第１又は第２態様に加え、前記スリットは、当該スリットの前記長手方向に平行な中心線を有し、前記中心線の延長線上に前記伝熱管の中心が位置している、フィンチューブ熱交換器を提供する。スリットがこのような方向に延びていると、スリットがフィンにおける熱伝導を阻害しにくい。

本開示の第４態様は、第１〜第３態様のいずれか１つに加え、前記スリットは、毛細管現象によって前記フィンの表側から前記フィンの裏側へと水を導くことができる幅を有する、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、フィンの表面から水が効率的に排除される。

本開示の第５態様は、第１〜第４態様のいずれか１つに加え、前記スリットの幅が０．０１〜１ｍｍの範囲にある、フィンチューブ熱交換器を提供する。スリットの幅がこのような範囲に調整されていると、水は、フィンの表側からフィンの裏側へとスムーズに導かれる。

本開示の第６態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記スリットの端部が前記管周囲部又は前記山部に接している、フィンチューブ熱交換器を提供する。スリットが平坦部の側から山部の側へと延びているので、水を山部に導く作用が発揮される。

本開示の第７態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記スリットの両端部が前記管周囲部及び前記山部にそれぞれ接している、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、平坦部及び第２傾斜部から山部に効率的に水が集められる。

本開示の第８態様は、第１〜第７態様のいずれか１つに加え、前記フィンは、前記気流方向における１つの位置にのみ前記山部が現れるように成形されたＶ形コルゲートフィンである、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、スリットを通じて、フィンの表側から裏側へと導かれた水は、全て１つの谷部に集められる。より多くの水が１つの谷部に集められるので、集められた水は下方に簡単に流れる。

本開示の第９態様は、第８態様に加え、前記スリットは、当該スリットの前記長手方向に平行な中心線を有し、前記フィンを平面視したとき、前記山部の稜線、前記伝熱管の中心及び前記スリットの前記中心線が、前記気流方向に垂直な同一直線上に存在している、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような位置関係によれば、平坦部及び第２傾斜部に水が殆ど残らないので、排水性能の飛躍的な改善を期待できる。

本開示の第１０態様は、第１〜第７態様のいずれか１つに加え、前記フィンは、前記気流方向に沿って複数の位置に前記山部が形成されたＭ形コルゲートフィンであり、前記山部のそれぞれに対応する形で複数の前記スリットが前記第２傾斜部に形成されている、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、優れた排水効果が得られる。

本開示の第１１態様は、第１〜第１０態様のいずれか１つに加え、前記気流方向及び前記複数のフィンの並び方向の両方向に垂直な方向を段方向と定義したとき、前記第２傾斜部は、前記段方向に垂直かつ前記伝熱管の中心を通る平面を境界として、上側の領域及び下側の領域を含み、前記上側の領域及び前記下側の領域のそれぞれに前記スリットが形成されている、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、スリットによる排水効果を十分に得ることができる。

本開示の第１２態様は、第１〜第１１態様のいずれか１つに加え、前記スリットの長手方向に垂直な断面を観察したとき、前記スリットの一方の側における前記第２傾斜部と前記スリットの他方の側における前記第２傾斜部との間に段差が付与されることによって前記スリットが形成されていている、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような形状のスリットよれば、フィンの排水性能を改善する効果を得ることができる。

本開示の第１３態様は、第１〜第１１態様のいずれか１つに加え、前記スリットの幅方向に垂直な断面を観察したとき、前記スリットの一方の側と他方の側とのそれぞれにおいて前記第２傾斜部が弓形に変形することによって前記スリットが形成されている、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような形状のスリットよれば、フィンの排水性能を改善する効果を得ることができる。

本開示の第１４態様は、第１〜第１３態様のいずれか１つに加え、前記管周囲部は、前記伝熱管に密着している円筒状のフィンカラーの周囲に形成された平坦部である、又は前記伝熱管に密着している円筒状のフィンカラーである、フィンチューブ熱交換器を提供する。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のフィンチューブ熱交換器１００は、空気Ａ（気体）の流路を形成するために平行に並べられた複数のフィン３１と、これらのフィン３１を貫通する伝熱管２１とを備えている。フィンチューブ熱交換器１００は、伝熱管２１の内部を流れる媒体Ｂと、フィン３１の表面に沿って流れる空気Ａとを熱交換させるように構成されている。媒体Ｂは、例えば、二酸化炭素、ハイドロフルオロカーボンなどの冷媒である。伝熱管２１は、１本につながっていてもよいし、複数本に分かれていてもよい。

フィン３１は、前縁３０ａ及び後縁３０ｂを有する。前縁３０ａ及び後縁３０ｂは、それぞれ、直線状である。本実施形態では、伝熱管２１の中心に関してフィン３１が左右対称の構造を有している。従って、熱交換器１００を組み立てるときに、フィン３１の方向を考慮する必要がない。

本明細書では、フィン３１の並び方向を高さ方向、前縁３０ａに平行な方向を段方向、高さ方向及び段方向に垂直な方向を気流方向（空気Ａの流れ方向）と定義する。言い換えれば、段方向は、高さ方向と気流方向との両方向に垂直な方向である。気流方向は、フィン３１の長手方向に垂直であるとともに、フィンチューブ熱交換器１００の実際の使用状態において水平方向に平行である。気流方向、高さ方向及び段方向は、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対応している。

図２Ａ〜図２Ｄに示すように、フィン３１は、典型的には、長方形かつ平板の形状を有する。フィン３１の長手方向は段方向に一致している。本実施形態において、フィン３１は一定の間隔（フィンピッチＦＰ）で並べられている。ただし、高さ方向に関して互いに隣り合う２つのフィン３１の間隔は必ずしも一定である必要はなく、異なっていてもよい。フィンピッチＦＰは、例えば、１．０〜１．５ｍｍの範囲に調整されている。図２Ｂに示すように、フィンピッチＦＰは、隣り合う２つのフィン３１の距離で表される。

前縁３０ａを含む一定幅の部分及び後縁３０ｂを含む一定幅の部分は、気流方向に平行である。ただし、これらの部分は、成形時にフィン３１を金型に固定するために使用される部分であり、フィン３１の性能に大きな影響を及ぼさない。

フィン３１の材料として、打ち抜き加工された肉厚０．０５〜０．８ｍｍのアルミニウム製の平板を好適に使用できる。フィン３１の表面にベーマイト処理、親水性塗料の塗布などの親水性処理が施されていてもよい。親水性処理に代えて、撥水処理を行うことも可能である。

フィン３１には、複数の貫通孔３７ｈが段方向に沿って一列かつ等間隔で形成されている。複数の貫通孔３７ｈの各中心を通る直線は段方向に平行である。複数の貫通孔３７ｈのそれぞれに伝熱管２１が嵌められている。貫通孔３７ｈの周りにはフィンカラー３７がフィン３１の一部によって形成されており、このフィンカラー３７と伝熱管２１とが密着している。貫通孔３７ｈの直径は、例えば１〜２０ｍｍであり、４ｍｍ以下であってもよい。貫通孔３７ｈの直径は、伝熱管２１の外径に一致している。段方向に互いに隣り合う２つの貫通孔３７ｈの中心間距離（管ピッチ）は、例えば、貫通孔３７ｈの直径の２〜３倍である。また、気流方向におけるフィン３１の長さは、例えば１５〜２５ｍｍである。

図２Ａ〜図２Ｄに示すように、フィン３１は、気流方向において山部３４と谷部３６とが交互に現れるように成形されている。山部３４及び谷部３６は、隣り合う伝熱管２１の間に位置している。山部３４の稜線及び谷部３６の谷線は、それぞれ、段方向に平行である。すなわち、フィン３１は、コルゲートフィンと呼ばれるフィンである。フィンカラー３７の突出方向と同じ方向に突出している部分を「山部３４」と定義すると、本実施形態において、フィン３１は、気流方向において２つの山部３４と１つの谷部３６とを有する。気流方向において、谷部３６の位置は伝熱管２１の中心の位置に一致している。ただし、谷部３６と伝熱管２１との位置関係、及び山部３４と伝熱管２１との位置関係は特に限定されない。山部３４の数及び谷部３６の数も特に限定されない。

フィン３１は、さらに、平坦部３５、第１傾斜部３８及び第２傾斜部３９（周囲傾斜部）を有する。平坦部３５は、フィンカラー３７に隣接している部分であって、貫通孔３７ｈの周囲に形成された管周囲部である。平坦部３５は、貫通孔３７ｈと第２傾斜部３９との間に形成されており、平面視で円環の形状を有する。平坦部３５の表面は、気流方向に平行で高さ方向に垂直である。ただし、平坦部３５が気流方向に対して僅かに傾いていてもよい。第１傾斜部３８は、山部３４及び谷部３６を形成するように気流方向に対して傾いた部分である。第１傾斜部３８は、フィン３１において最も広い面積を占有している。第１傾斜部３８の表面は平坦である。第２傾斜部３９は、平坦部３５と第１傾斜部３８との間の高さの違いを解消するように、平坦部３５と第１傾斜部３８とを滑らかに接続している部分である。第２傾斜部３９の表面は緩やかな曲面で構成されている。すなわち、第２傾斜部３９は、貫通孔３７ｈから山部３４の側に向けて隆起した傾斜部のことである。平坦部３５及び第２傾斜部３９は、フィンカラー３７及び貫通孔３７ｈの周りに凹状の部分を形成している。なお、本実施形態では、谷部３６の位置で第２傾斜部３９が２つに分かれているように見えるが、１つの平坦部３５の周りに１つの環状の第２傾斜部３９が形成されているものとみなす。

第１傾斜部３８と第２傾斜部３９との境界部分に適度なアール（例えば、Ｒ０．５ｍｍ〜Ｒ２．０ｍｍ）が付与されていてもよい。同様に、山部３４と第２傾斜部３９との境界部分に適度なアール（例えば、Ｒ０．５ｍｍ〜Ｒ２．０ｍｍ）が付与されていてもよい。

図２Ａ及び図２Ｄに示すように、フィン３１は、さらに、第２傾斜部３９に形成されたスリット２３を有する。スリット２３は、フィン３１を貫通しているとともに、貫通孔３７ｈの側から山部３４の側に向かって延びている。詳細には、スリット２３は、平坦部３５の側から山部３４の側に向かって延びている。スリット２３は、気流方向に対して傾いている又は垂直な長手方向を有する。本実施形態では、スリット２３の延長線上に山部３４の稜線の端部４５がある。別の観点から、スリット２３は、貫通孔３７ｈの中心（伝熱管２１の中心２５）から山部３４の稜線の端部４５に向かって延びる仮想線の上に形成されている。このようなスリット２３によれば、平坦部３５及び第２傾斜部３９から山部３４に水を導くことができる。これと同時に、水は、スリット２３を通じてフィン３１の表側からフィン３１の裏側へと導かれる。つまり、水は、フィン３１の裏側で谷部に集められる。谷部に集められた水は、谷部を伝って下方に流れる。その結果、フィン３１の表面から水が効率的に排除される。

フィンチューブ熱交換器１００の実際の使用状態（図１）において、スリット２３は、第２傾斜部３９の少なくとも下半分の領域に位置するように形成されている。詳細には、第２傾斜部３９は、段方向に垂直かつ伝熱管２１の中心２５を通る平面Ｈを境界として、上側の領域３９ａ及び下側の領域３９ｂを含む。本実施形態では、上側の領域３９ａ及び下側の領域３９ｂのそれぞれにスリット２３が形成されている。これにより、スリット２３による排水効果を十分に得ることができる。フィン３１が上下対称の構造を有するので、フィンチューブ熱交換器１００の組み立てが容易になる。

ただし、上側の領域３９ａ及び下側の領域３９ｂから選ばれる少なくとも一方にスリット２３が形成されていてもよい。図３に示すように、変形例１に係るフィン３１Ｂにおいて、スリット２３は、下側の領域３９ｂに形成されている。詳細には、スリット２３は、下側の領域３９ｂにのみ形成されている。この構成によっても、スリット２３による排水効果を十分に得ることができる。

なお、「フィンチューブ熱交換器１００の実際の使用状態」とは、フィン３１の長手方向が概ね鉛直方向に平行となるようにフィンチューブ熱交換器１００を設置した状態を意味する。このような設置状態でフィンチューブ熱交換器１００を使用すれば、フィン３１の表面に水が溜まりにくい。

本実施形態において、フィン３１は、気流方向における複数の位置に山部３４が形成されたＭ形コルゲートフィンである。山部３４のそれぞれに対応する形で複数のスリット２３が第２傾斜部３９に形成されている。本実施形態では、気流方向に沿って２つの山部３４が存在しているので、それら２つの山部３４のそれぞれに水を導くように複数のスリット２３が第２傾斜部３９に形成されている。詳細には、１つの平坦部３５の周囲に４つのスリット２３が形成されている。つまり、第２傾斜部３９に４つのスリット２３が形成されている。このような構成によれば、優れた排水効果が得られる。もちろん、図３に示すフィン３１Ｂのように、第２傾斜部３９に２つのスリット２３が形成されていてもよい。このような構成によっても、十分な排水効果が得られる。

本実施形態では、全ての平坦部３５の周囲に少なくとも１つのスリット２３が形成されている。これにより、全ての平坦部３５の周囲でスリット２３による排水効果が得られる。しかし、このことは必須ではない。例えば、隣り合う２つの平坦部３５から選ばれる一方の周囲にのみスリット２３が形成されていてもよい。この場合にも一定の排水効果は得られる。

スリット２３の長手方向は、概ね重力方向に沿っていることが望ましい。これにより、平坦部３５及び第２傾斜部３９の上の水を山部３４へと速やかに導くことができるだけでなく、平坦部３５及び第２傾斜部３９の上の水をフィン３１の表側から裏側へと速やかに導くことができる。例えば、スリット２３の長手方向に平行な直線と、フィン３１の長手方向に平行な直線とのなす角度が４５度以下となるように、スリット２３の長手方向を定めることができる。本実施形態において、スリット２３は、長手方向に平行な中心線ＣＬを有する。中心線ＣＬの延長線上に伝熱管２１の中心２５（貫通孔３７ｈの中心）が位置している。スリット２３がこのような方向に延びていると、スリット２３がフィン３１における熱伝導を阻害しにくい。その理由は次の通りである。

伝熱管２１の近傍におけるフィン３１の温度分布は、通常、伝熱管２１を中心として概ね同心円状に拡がっている。スリット２３の中心線ＣＬの延長線上に伝熱管２１の中心２５が位置している場合、中心線ＣＬの左側におけるフィン３１の温度は、中心線ＣＬの右側におけるフィン３１の温度に概ね一致する。仮に、スリット２３が設けられていなかったとしても、スリット２３を横切る方向に熱は殆ど移動しない。従って、本実施形態によれば、フィン３１の伝熱性能が維持される。

ただし、排水性能を改善できる限りにおいて、スリット２３の長手方向は特に限定されない。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、変形例２に係るフィン３１Ｃにおいて、スリット２３の長手方向は鉛直方向（フィン３１Ｃの長手方向）に平行である。言い換えれば、スリット２３の長手方向は気流方向に対して垂直である。山部３４の稜線の延長線ＥＬの上にスリット２３が形成されている。

図２Ａに示すように、本実施形態において、スリット２３の両端部は平坦部３５及び山部３４にそれぞれ接している。このような構成によれば、平坦部３５及び第２傾斜部３９から山部３４に効率的に水が集められる。ただし、一定の集水作用が発揮される限りにおいて、スリット２３の端部の位置は特に限定されない。

例えば、図５Ａに示すように、スリット２３の両端部が平坦部３５及び山部３４から離れていてもよい。図５Ｂに示すように、スリット２３は、平坦部３５に接している一端部と、山部３４から離れた他端部とを有していてもよい。図５Ｃに示すように、スリット２３は、平坦部３５から離れている一端部と、山部３４（詳細には、山部３４の稜線の端部４５）に接している他端部とを有していてもよい。図５Ｄに示すように、スリット２３の他端部は、第１傾斜部３８と第２傾斜部３９との間の稜線上に位置していてもよい。言い換えれば、スリット２３の延長線とは異なる位置に山部３４の稜線の端部４５があってもよい。さらに、山部３４の稜線がスリット２３の延長線から離れていてもよい。これらの場合においても、スリット２３は、平坦部３５の側から山部３４の側へと延びている。言い換えると、図５Ａ〜図５Ｄにおいて、スリット２３は、貫通孔３７ｈの中心（伝熱管２１の中心２５）から山部３４の側に向かって延びる仮想線上に形成されている。従って、水を山部３４に導く作用は発揮される。ただし、スリット２３の端部が平坦部３５又は山部３４に接していると、優れた集水作用が発揮されるので望ましい。

なお、貫通孔３７ｈの中心から山部３４の稜線の端部４５に向かって延びる仮想線上にスリット２３が形成されていることは必須ではない。例えば、貫通孔３７ｈの中心からずれた位置から山部３４の側に向かって延びる仮想線上にスリット２３が形成されていてもよい。さらに、貫通孔３７ｈの中心からずれた位置から山部３４の稜線の端部４５に向かって延びる仮想線上にスリット２３が形成されていてもよい。山部３４の稜線の端部４５に向かって延びるようにスリット２３が第２傾斜部３９に形成されていることが望ましい。

スリット２３の幅は特に限定されない。ただし、スリット２３は、毛細管現象によってフィン３１の表側からフィン３１の裏側へと水を導くことができる幅Ｇを有していることが望ましい。このような構成によれば、フィン３１の表面から水が効率的に排除される。

スリット２３の幅Ｇは、例えば、０．０１〜１ｍｍ（望ましくは、０．０５〜０．３ｍｍ）の範囲に調整されうる。フィンピッチＦＰを基準にすると、スリットの幅Ｇは、０．００５ＦＰ＜Ｇ＜ＦＰ（望ましくは、０．０２５ＦＰ＜Ｇ＜０．３ＦＰ）の関係を満足するように調整されうる。幅Ｇがこのような範囲に調整されていると、水は、フィン３１の表側からフィン３１の裏側へとスムーズに導かれる。「フィンピッチＦＰ」は、互いに隣り合うフィンの間隔を意味する。

スリット２３の断面形状も特に限定されない。スリット２３の断面形状の具体例を図６Ａ及び図６Ｂに示す。図６Ａに示す例は、厚さ方向に沿ってフィン３１にせん断荷重を加えることによって形成されうる。すなわち、スリット２３の長手方向に垂直な断面を観察したとき、スリット２３の一方の側（左側）における第２傾斜部３９とスリット２３の他方の側（右側）における第２傾斜部３９との間に段差が付与されることによってスリット２３が形成されていている。図６Ｂに示すスリット２３は、鋭利な刃物（例えば、金型に組み込まれたもの）をフィン３１の一方の面からフィン３１に突き刺すことによって形成されうる。すなわち、スリット２３の長手方向に垂直な断面を観察したとき、スリット２３の一方の側（左側）と他方の側（右側）とのそれぞれにおいて第２傾斜部３９が弓形に変形することによってスリット２３が形成されていてもよい。いずれの形状のスリット２３よっても、フィン３１の排水性能を改善する効果を得ることができる。なお、スリット２３を形成するときの加工の方向も特に限定されない。

次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、スリット２３の作用を詳細に説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、時系列でフィンの表面状態を表している。

図７Ａに示すように、従来のフィン１において、水Ｗは、伝熱管２の周囲においてフィン１の表面に付着する（左図）。水Ｗは、フィン１の折れ目に沿って下方（重力方向）に流れ、平坦部５及び傾斜部９に滞留し始める。水Ｗの一部は、谷部６に沿って溢れ出し、さらに、下方に流れる（中央図）。しかし、水Ｗの残部は、表面張力によって平坦部５及び傾斜部９に取り残され、下方に流れることなく、伝熱管２の周囲に滞留する（右図）。以降の運転において、水Ｗが空気の流れを妨げ、かつ大きな熱抵抗となるので、熱交換器の性能は大幅に低下する。

これに対し、本実施形態のフィン３１は、次のような作用及び効果を奏する。図７Ｂに示すように、水Ｗは、伝熱管２１の周囲においてフィン３１の表面に付着する（左図）。水Ｗは、フィン３１の折れ目に沿って下方に流れ、平坦部３５及び第２傾斜部３９に滞留し始める。水Ｗの一部は、谷部３６に沿って溢れ出し、さらに、下方に流れる。水Ｗの残部は、表面張力（毛細管現象）及び重力の影響により、スリット２３を通じて、フィン３１の表側からフィン３１の裏側へと浸透する。フィン３１の裏側において、山部３４は谷部を構成し、谷部３６は山部を構成する。従って、水Ｗがスリット２３を通じて到達する先には谷部が待ち構えている。スリット２３を通じてフィン３１の裏側に浸透した水Ｗは、谷部に沿って下方に流れる（中央図の破線部）。このようにして、水Ｗは、フィン３１の表面から十分に排除される（右図）。その結果、フィンチューブ熱交換器１００の本来の性能が発揮され続ける。

ヒートポンプシステムの室外機に本実施形態のフィンチューブ熱交換器１００を使用したとき、排水性能の改善によって得られる利益は飛躍的に高まる。

一般に、外気温度が０℃に近づくと、室外機に組み込まれたフィンチューブ熱交換器のフィンの表面に霜が堆積し始める。霜は、フィンチューブ熱交換器の性能を大きく損なうので、霜を溶かして除去するための運転、いわゆるデフロスト運転を定期的に実施する必要がある。ところが、従来のフィン１によれば、霜が溶けることによって生じた水をフィン１の表面から十分に排除することができない。そのため、霜が溶けることによって生じた水の一部はそのままフィン１の表面に残存し、デフロスト運転の終了後に再凍結する。つまり、霜の融解と残存水の凍結に無駄なエネルギーが消費される。再凍結によって霜（又は氷）がフィン１の表面に堆積すると、デフロスト運転のインターバルを短縮する必要性にも迫られる。

これに対し、図７Ｂを参照して説明したように、本実施形態のフィンチューブ熱交換器１００は優れた排水性能を有しているので、デフロスト運転によって生じた水は、速やかにフィン３１の表面から排除される。これにより、無駄なエネルギーの消費、デフロスト運転のインターバルの短縮といった不利益を回避することができる。デフロスト運転後には、水がフィン３１の表面から十分に排除されているので、フィンチューブ熱交換器１００の本来の性能が確実に発揮される。

図２Ａ〜図２Ｄを参照して説明したフィン３１によれば、高さ方向（Ｙ方向）において、平坦部３５の位置が谷部３６の位置に一致している。このような構成によれば、図７Ａを参照して説明したように、スリット２３が存在しなかったとしても、水Ｗは、平坦部５及び第２傾斜部９から谷部６へと、ある程度移動できる。ただし、この構成は必須ではない。

図８Ａ及び図８Ｂに示すように、変形例３に係るフィン３１Ｄによれば、高さ方向において、平坦部３５の位置は、谷部３６の位置と異なっており、前縁３０ａ及び後縁３０ｂの位置に一致している。高さ方向において、平坦部３５と山部３４との間に谷部３６が位置しており、谷部３６と平坦部３５との間に段差が生じている。谷部３６と平坦部３５との間の段差は、平坦部３５の周囲に形成された環状の第２傾斜部３９によって埋め合わされている。

フィン３１Ｄにおいて、スリット２３は以下の位置に形成されている。すなわち、伝熱管２１の中心２５（貫通孔３７ｈの中心）を通り、気流方向に垂直な平面を第１中央平面Ｐ１と定義する。スリット２３は、第１中央平面Ｐ１に重なるように第２傾斜部３９に形成されている。詳細には、スリット２３は、第１中央平面Ｐ１に重なっており、かつ段方向に延びている。つまり、スリット２３の長手方向は、谷部３６の谷線に平行である。また、スリット２３は、貫通孔３７ｈの側から谷部３６の側に向かって延びている。詳細には、スリット２３は、平坦部３５の側から谷部３４の側に向かって延びている。さらに、本変形例においても、上側の領域３９ａ及び下側の領域３９ｂの両方にスリット２３が形成されていてもよいし、上側の領域３９ａ及び下側の領域３９ｂから選ばれる一方にのみスリット２３が形成されていてもよい。すなわち、図８Ａに示すように、２つのスリット２３が第２傾斜部３９に形成されていてもよいし、図８Ｃに示すように、１つのスリット２３が第２傾斜部３９に形成されていてもよい。後者の場合、典型的には、下側の領域３９ｂにのみスリット２３が形成される。

図９Ａに示すように、スリット２３が形成されていない場合、水Ｗの一部は、谷部６に沿って溢れ出し、下方に流れる（左図及び中央図）。しかし、水Ｗの残部は、表面張力によって平坦部５及び傾斜部９に取り残され、下方に流れることなく、伝熱管２の周囲に滞留する（右図）。平坦部５と谷部６との間に段差が存在するため、滞留する水Ｗの量は多くなりがちである。

図９Ｂに示すように、本変形例のフィン３１Ｄによれば、水Ｗは、スリット２３を通じてフィン３１Ｄの表側から裏側へと浸透し、山部から谷部へと拡がった後、谷部に沿って下方に流れる（左図及び中央図）。従って、水Ｗは、フィン３１Ｄの表面から十分に排除される（右図）。フィン３１Ｄは、図７Ｂを参照して説明したフィン３１の作用と同じ作用を発揮する。

（第２実施形態）
図１０Ａ〜図１０Ｄに示すように、第２実施形態に係るフィン３１Ｆは、気流方向における１つの位置にのみ山部３４が現れるように成形されたＶ形コルゲートフィンである。本実施形態のフィン３１Ｆは、第１実施形態のフィン３１と同様に、平坦部３５、第１傾斜部３８、第２傾斜部３９及びスリット２３を有する。スリット２３は、第２傾斜部３９に形成されており、貫通孔３７ｈの側から山部３４の側に向かって延びている。詳細には、スリット２３は、平坦部３５の側から山部３４の側に向かって延びている。すなわち、気流方向における１つの位置にのみ山部３４が形成されている点を除き、本実施形態のフィン３１Ｆの構成要素は、同一参照符号で示すように、第１実施形態のフィン３１のそれらと同じである。従って、技術的な矛盾の無い限りにおいて、第１実施形態及びその変形例に関する全ての説明は、本実施形態のフィン３１Ｆ及びその変形例にも援用されうる。

本実施形態のフィン３１Ｆにおいても、第１実施形態のフィン３１と同じように、スリット２３によって排水性能が改善する。

図１０Ａに示すように、スリット２３の長手方向は気流方向に対して垂直である。具体的に、スリット２３は、当該スリット２３の長手方向に平行な中心線ＣＬを有する。スリット２３の長手方向は重力方向及び段方向に平行なので、中心線ＣＬも重力方向及び段方向に平行である。フィン３１Ｆを平面視したとき、山部３４の稜線、伝熱管２１の中心２５及びスリット２３の中心線ＣＬは、気流方向に垂直な同一直線上に存在している。スリット２３の一端部（上端部）は、円環状の平坦部３５の下端又はその近傍に位置している。このような位置関係によれば、平坦部３５及び第２傾斜部３９に水が殆ど残らないので、排水性能の飛躍的な改善を期待できる。

第１実施形態と同じように、本実施形態においても、スリット２３は、貫通孔３７ｈの中心（伝熱管２１の中心２５）から山部３４の側に向かって延びる仮想線上に形成されている。また、スリット２３の延長線上に山部３４の稜線の端部４５がある。従って、第１実施形態で説明した効果と同じ効果が本実施形態においても得られる。

本実施形態のフィン３１ＦはＶ形コルゲートフィンである。そのため、スリット２３を通じて、フィン３１Ｆの表側から裏側へと導かれた水は、全て１つの谷部に集められる。つまり、Ｍ形コルゲートフィン（第１実施形態）に比べて、より多くの水が１つの谷部に集められるので、集められた水は下方に簡単に流れる。このように、本実施形態のフィン３１Ｆの排水性能は、第１実施形態のフィン３１（Ｍ形コルゲートフィン）の排水性能と同等又はそれを上回る。気流方向の長さが一定ならば、Ｖ形コルゲートフィンの表面積は、Ｍ形コルゲートフィンの表面積を上回る。そのため、Ｖ形コルゲートフィンの熱交換性能は、Ｍ形コルゲートフィンの熱交換性能と同等又はそれを上回る。

本実施形態のフィン３１Ｆにおいても、スリット２３は、第２傾斜部３９の上側の領域３９ａ及び第２傾斜部３９の下側の領域３９ｂのそれぞれに形成されている。すなわち、第２傾斜部３９に２つのスリット２３が形成されている。ただし、第１実施形態でも説明したように、上側の領域３９ａ及び下側の領域３９ｂから選ばれる少なくとも一方にスリット２３が形成されていてもよい。図１１に示すように、変形例４に係るフィン３１Ｇにおいて、スリット２３は、下側の領域３９ｂに形成されている。詳細には、スリット２３は、下側の領域３９ｂにのみ形成されている。

本実施形態においても、排水効果が発揮される限りにおいて、スリット２３の構成は特に限定されない。例えば、第１実施形態のフィン３１のように、スリット２３は、気流方向及び段方向の両方向に対して傾斜していてもよい。図５Ａ〜図５Ｄを参照して説明したように、スリット２３の両端部の位置も特に限定されない。さらに、図１２に示すように、変形例５に係るフィン３１Ｈには、１つの山部３４に向かって延びるように、複数のスリット２３（例えば、２つのスリット２３）が形成されている。

（その他の変形例）
図１３Ａ〜図１３Ｄに示すように、変形例６に係るフィン３１Ｉは、平坦部３５を有していない。第２傾斜部３９（周囲傾斜部）は、フィンカラー３７に隣接しており、貫通孔３７ｈの側から山部３４に向かってなだらかに隆起している。平坦部３５を有していない点を除き、フィン３１Ｉの構造は、第１実施形態のフィン３１と同じである。また、図１４Ａ〜図１４Ｄに示すように、変形例７に係るフィン３１Ｊも平坦部３５を有していない。平坦部３５を有していない点を除き、フィン３１Ｊの構造は、第２実施形態のフィン３１Ｆと同じである。このように、平坦部３５は必須ではなく、省略されていてもよい。変形例６及び７において、高さ方向に延びるように形成された円筒状のフィンカラー３７が伝熱管２１の周囲に形成された管周囲部でありうる。

図４Ａ、図５Ａ〜図５Ｄ及び図１２に示すフィンにおいて、スリット２３は、第２傾斜部３９の下側の領域３９ｂにのみ形成されている。しかし、図４Ａ、図５Ａ〜図５Ｄ及び図１２に示すフィンがそれぞれ上下対称の構造を有するように、第２傾斜部３９の上側の領域３９ａに１つのスリット２３又は複数のスリット２３が形成されていてもよい。

本明細書に開示されたフィンチューブ熱交換器は、空気調和装置、給湯装置、暖房装置などに用いられるヒートポンプに有用である。特に、冷媒を蒸発させるための蒸発器に有用である。

本開示の第６態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記スリットの端部が前記管周囲部又は前記山部に接している、フィンチューブ熱交換器を提供する。スリットが管周囲部の側から山部の側へと延びているので、水を山部に導く作用が発揮される。

本開示の第７態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記スリットの両端部が前記管周囲部及び前記山部にそれぞれ接している、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような構成によれば、管周囲部及び第２傾斜部から山部に効率的に水が集められる。

本開示の第９態様は、第８態様に加え、前記スリットは、当該スリットの前記長手方向に平行な中心線を有し、前記フィンを平面視したとき、前記山部の稜線、前記伝熱管の中心及び前記スリットの前記中心線が、前記気流方向に垂直な同一直線上に存在している、フィンチューブ熱交換器を提供する。このような位置関係によれば、管周囲部及び第２傾斜部に水が殆ど残らないので、排水性能の飛躍的な改善を期待できる。

フィン３１Ｄにおいて、スリット２３は以下の位置に形成されている。すなわち、伝熱管２１の中心２５（貫通孔３７ｈの中心）を通り、気流方向に垂直な平面を第１中央平面Ｐ１と定義する。スリット２３は、第１中央平面Ｐ１に重なるように第２傾斜部３９に形成されている。詳細には、スリット２３は、第１中央平面Ｐ１に重なっており、かつ段方向に延びている。つまり、スリット２３の長手方向は、谷部３６の谷線に平行である。また、スリット２３は、貫通孔３７ｈの側から谷部３６の側に向かって延びている。詳細には、スリット２３は、平坦部３５の側から谷部３６の側に向かって延びている。さらに、本変形例においても、上側の領域３９ａ及び下側の領域３９ｂの両方にスリット２３が形成されていてもよいし、上側の領域３９ａ及び下側の領域３９ｂから選ばれる一方にのみスリット２３が形成されていてもよい。すなわち、図８Ａに示すように、２つのスリット２３が第２傾斜部３９に形成されていてもよいし、図８Ｃに示すように、１つのスリット２３が第２傾斜部３９に形成されていてもよい。後者の場合、典型的には、下側の領域３９ｂにのみスリット２３が形成される。

Claims (14)

1. 空気の流路を形成するために平行に並べられた複数のフィンと、
   前記複数のフィンを貫通しており、前記空気と熱交換する媒体が内部を流れるように構成された伝熱管とを備え、
   前記フィンは、気流方向における少なくとも１つの位置に山部が現れるように成形されたコルゲートフィンであって、前記伝熱管の周囲に形成された管周囲部と、前記山部を形成するように前記気流方向に対して傾いている第１傾斜部と、前記管周囲部と前記第１傾斜部とを互いに接続している第２傾斜部と、前記第２傾斜部に形成されたスリットを有する、フィンチューブ熱交換器。
2. 前記スリットの長手方向は、前記気流方向に対して傾いている又は前記気流方向に対して垂直であり、
   前記スリットは、前記管周囲部の側から前記山部の側に向かって延びている、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
3. 前記スリットは、当該スリットの前記長手方向に平行な中心線を有し、
   前記中心線の延長線上に前記伝熱管の中心が位置している、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
4. 前記スリットは、毛細管現象によって前記フィンの表側から前記フィンの裏側へと水を導くことができる幅を有する、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
5. 前記スリットの幅が０．０１〜１ｍｍの範囲にある、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
6. 前記スリットの端部が前記管周囲部又は前記山部に接している、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
7. 前記スリットの両端部が前記管周囲部及び前記山部にそれぞれ接している、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
8. 前記フィンは、前記気流方向における１つの位置にのみ前記山部が現れるように成形されたＶ形コルゲートフィンである、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
9. 前記スリットは、当該スリットの前記長手方向に平行な中心線を有し、
   前記フィンを平面視したとき、前記山部の稜線、前記伝熱管の中心及び前記スリットの前記中心線が、前記気流方向に垂直な同一直線上に存在している、請求項８に記載のフィンチューブ熱交換器。
10. 前記フィンは、前記気流方向に沿って複数の位置に前記山部が形成されたＭ形コルゲートフィンであり、
    前記山部のそれぞれに対応する形で複数の前記スリットが前記第２傾斜部に形成されている、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
11. 前記気流方向及び前記複数のフィンの並び方向の両方向に垂直な方向を段方向と定義したとき、
    前記第２傾斜部は、前記段方向に垂直かつ前記伝熱管の中心を通る平面を境界として、上側の領域及び下側の領域を含み、
    前記上側の領域及び前記下側の領域のそれぞれに前記スリットが形成されている、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
12. 前記スリットの長手方向に垂直な断面を観察したとき、前記スリットの一方の側における前記第２傾斜部と前記スリットの他方の側における前記第２傾斜部との間に段差が付与されることによって前記スリットが形成されていている、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
13. 前記スリットの幅方向に垂直な断面を観察したとき、前記スリットの一方の側と他方の側とのそれぞれにおいて前記第２傾斜部が弓形に変形することによって前記スリットが形成されている、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
14. 前記管周囲部は、前記伝熱管に密着している円筒状のフィンカラーの周囲に形成された平坦部である、又は前記伝熱管に密着している円筒状のフィンカラーである、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。

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