WO2013076990A1 - 伝熱フィン、フィンチューブ型熱交換器及びヒートポンプ装置 - Google Patents

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WO2013076990A1
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WO
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heat transfer
collar portion
collar
receding
base
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PCT/JP2012/007515
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English (en)
French (fr)
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谷口　和宏
篤徳 橋本
横山　昭一
道人 尾崎
薫 細川
Original Assignee
パナソニック株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/30—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being attachable to the element

Definitions

  • the present invention relates to a finned tube heat exchanger and a heat pump device using the same.
  • the present invention also relates to a heat transfer fin suitable for a finned tube heat exchanger.
  • Patent Document 1 discloses a finned tube heat exchanger 100 as shown in FIG.
  • the heat exchanger 100 includes a plurality of stacked heat transfer fins 120 and a heat transfer tube 110 that passes through the heat transfer fins 120.
  • Each heat transfer fin 120 includes a cylindrical collar portion 123 (having a constant cross-sectional shape) that rises from the base portion 121. From the root and the tip of the collar portion 123, the root portion 122 and the flare portion 124 are expanded radially outward while being curved.
  • One flare portion 124 of adjacent heat transfer fins 120 abuts on the vicinity of the root portion 122 of the other base portion 121, so that the fin pitch (alignment interval of the base portions 121) is defined by the collar portion 123.
  • the heat transfer tube 110 having an outer diameter smaller than the inner diameter of the collar portion 123 is inserted into the collar portion 123 of the stacked heat transfer fins 120, and then the heat transfer tube 110 is expanded, whereby the heat transfer tube 110 is expanded.
  • the collar portion 123 is brought into close contact.
  • the base portion 121 in order to prevent deformation of the heat transfer fin 120 caused by contraction of the heat transfer tube 110 during tube expansion, the base portion 121 has a root portion 122 in the base portion 121.
  • a stepped portion 125 is provided for sinking a portion surrounding the.
  • Patent Document 2 proposes that the heat transfer from the heat transfer tube 110 to the heat transfer fin 120 is improved by filling the gap 130 with a filler such as silicone resin.
  • the dissimilar material which is usually a filler
  • the heat transfer fins 120 and the heat transfer tubes 110 made of metal as waste materials when the heat exchanger 100 is discarded increases. It becomes difficult. Thereby, recyclability deteriorates and environmental load will increase.
  • the present invention solves such a conventional problem, and a fin tube type heat exchanger capable of increasing the contact area between the heat transfer tube and the collar portion of the heat transfer fin without deteriorating the recyclability, and this
  • An object of the present invention is to provide a heat pump device using a finned tube heat exchanger.
  • an object of this invention is to provide the heat-transfer fin suitable for a fin tube type heat exchanger.
  • a heat transfer fin suitable for a fin tube type heat exchanger can be provided.
  • the block diagram of the fin tube type heat exchanger which concerns on one Embodiment of this invention Cross-sectional perspective view of the finned tube heat exchanger shown in FIG. Partial sectional view of the finned tube heat exchanger shown in FIG. Partial sectional view of one heat transfer fin
  • Partial sectional view of a modified finned tube heat exchanger The block diagram of the room air conditioner which is an example of the heat pump apparatus in which the finned tube type heat exchanger shown in FIG. 1 is used Partial sectional view of a conventional finned tube heat exchanger
  • the first aspect of the present disclosure is: A base portion having a flat surface; A cylindrical collar portion rising from the base portion; A flare portion that extends from the tip of the collar portion outward in the radial direction of the collar portion, With the flat surface of the base portion as a reference surface, the base of the collar portion reaches a position that does not exceed the reference surface, and the inclined surface is bent at an acute angle from the base of the collar portion toward the tip side of the collar portion.
  • a receding portion having A heat transfer fin provided with
  • the flare portion of one heat transfer fin is an inclined surface provided at the receding portion of another heat transfer fin stacked on the one heat transfer fin. Surface contact. Therefore, the contact area between one heat transfer fin and another heat transfer fin is increased, and heat transfer from the collar portion of the one heat transfer fin to the other heat transfer fin can be improved.
  • the flare portion is provided over the entire circumference from the tip of the collar portion outward in the radial direction of the collar portion. Therefore, the contact area between the collar portion of one heat transfer fin and the collar portion of another heat transfer fin can be increased over the entire circumference of the collar portion.
  • the base of the collar portion does not protrude beyond the reference surface when the flat surface of the base portion is used as the reference surface. That is, the receding part does not protrude beyond the flat surface of the base part. Therefore, when the heat transfer fin is placed flat on another object, the flat surface of the base portion comes into contact with the other object. As a result, it is possible to prevent the retracted portion from colliding with another object and deforming.
  • an inclination angle of the flare part with respect to an axial direction of the collar part is the same as an inclination angle of the receding part with respect to an axial direction of the collar part or the collar part
  • the heat transfer fin is smaller than the inclination angle of the receding portion with respect to the axial direction.
  • the third aspect of the present disclosure provides a heat transfer fin in which the flare portion and the inclined surface of the receding portion are parallel to the first or second aspect. According to such a configuration, since the inclination angle of the flare portion with respect to the axial direction of the collar portion is the same as the inclination angle of the receding portion with respect to the axial direction of the collar portion, when a plurality of heat transfer fins are stacked, one The flare part of the heat transfer fin is in surface contact with the receding part of another heat transfer fin stacked on the one heat transfer fin. Therefore, the contact area between one heat transfer fin and another heat transfer fin is increased, and heat transfer from the collar portion of the one heat transfer fin to the other heat transfer fin can be improved.
  • the step further includes a stepped portion for lifting the retracted portion from the base portion, and the stepped portion in the axial direction of the collar portion.
  • the height C provides a heat transfer fin that is larger than the receding distance D of the receding portion in the axial direction of the collar portion.
  • the receding portion does not protrude beyond the flat surface of the base portion. Therefore, when the heat transfer fin is placed flat on another object, the flat surface of the base portion comes into contact with the other object. As a result, it is possible to prevent the retracted portion from colliding with another object and deforming. Thereby, it can prevent that the shape of a heat-transfer fin varies and can improve the quality of a heat-transfer fin.
  • the fifth aspect of the present disclosure is: A plurality of stacked heat transfer fins; A heat transfer tube penetrating the plurality of heat transfer fins,
  • the heat transfer fins are: A base portion having a flat surface; A cylindrical collar portion rising from the base portion; A flare portion that extends from the tip of the collar portion outward in the radial direction of the collar portion, With the flat surface of the base portion as a reference surface, the base of the collar portion reaches a position that does not exceed the reference surface, and the inclined surface is bent at an acute angle from the base of the collar portion toward the tip side of the collar portion.
  • a receding portion having A finned tube heat exchanger is provided.
  • the flare portion of one heat transfer fin is an inclination provided in the receding portion of the other heat transfer fin stacked on the one heat transfer fin. Make surface contact with the surface. Therefore, the contact area between one heat transfer fin and another heat transfer fin is increased, and heat transfer from the collar portion of the one heat transfer fin to the other heat transfer fin can be improved.
  • the flare portion is provided over the entire circumference from the tip of the collar portion outward in the radial direction of the collar portion. Therefore, the contact area between the collar portion of one heat transfer fin and the collar portion of another heat transfer fin can be increased over the entire circumference of the collar portion.
  • the base of the collar portion does not protrude beyond the reference surface when the flat surface of the base portion is used as the reference surface. That is, the receding part does not protrude beyond the flat surface of the base part. Therefore, when the heat transfer fin is placed flat on another object, the flat surface of the base portion comes into contact with the other object. As a result, it is possible to prevent the retracted portion from colliding with another object and deforming.
  • the receding portion of one heat transfer fin in the stacked heat transfer fins may have another transfer structure stacked on the one heat transfer fin.
  • a finned tube heat exchanger that enters a space formed by the flare portion of a heat fin and contacts the flare.
  • the receding portion of one heat transfer fin is a space formed by the flare portions of other heat transfer fins stacked on the one heat transfer fin. It enters and comes into surface contact with the flare. Thereby, the contact area of one heat-transfer fin and another heat-transfer fin can be increased, and the heat-transfer property from the collar part of one heat-transfer fin to another heat-transfer fin can be improved.
  • an inclination angle of the flare portion with respect to the axial direction of the collar portion is the same as an inclination angle of the receding portion with respect to the axial direction of the collar portion or Provided is a finned tube heat exchanger having an inclination angle of the receding portion with respect to the axial direction of the collar portion.
  • the eighth aspect of the present disclosure provides the finned tube heat exchanger in addition to any one of the fifth to seventh aspects, wherein the flare portion and the inclined surface of the receding portion are parallel to each other. According to such a configuration, since the inclination angle of the flare portion with respect to the axial direction of the collar portion is the same as the inclination angle of the receding portion with respect to the axial direction of the collar portion, when a plurality of heat transfer fins are stacked, one The flare part of the heat transfer fin is in surface contact with the receding part of another heat transfer fin stacked on the one heat transfer fin. Therefore, the contact area between the collar portion of one heat transfer fin and the collar portion of another heat transfer fin increases, and the heat transfer performance from the collar portion of one heat transfer fin to the other heat transfer fins can be improved. it can.
  • the ninth aspect of the present disclosure further includes a stepped portion that lifts the retracted portion from the base portion, and a height of the stepped portion in the axial direction of the collar portion.
  • the length C provides a finned tube heat exchanger that is larger than the receding distance D of the receding portion in the axial direction of the collar portion.
  • the receding portion does not protrude beyond the flat surface of the base portion. Therefore, when the heat transfer fin is placed flat on another object, the flat surface of the base portion comes into contact with the other object. As a result, it is possible to prevent the retracted portion from colliding with another object and deforming. Thereby, it can prevent that the shape of a heat-transfer fin varies and can improve the quality of a heat-transfer fin.
  • a tenth aspect of the present disclosure includes a compressor, a condenser, a throttle device, an evaporator, a refrigerant circuit that circulates refrigerant in the compressor, the condenser, the throttle device, and the evaporator; And at least one of the condenser and the evaporator is a finned tube heat exchanger according to any one of the fifth to ninth aspects.
  • FIG. 1 to 3 show a finned tube heat exchanger 1 according to an embodiment of the present invention.
  • This heat exchanger 1 penetrates a plurality of stacked heat transfer fins 3, a pair of side plates 20 disposed on both sides of the heat transfer fins 3, and the heat transfer fins 3 and the side plates 20 in a skewered manner.
  • a plurality of U-shaped heat transfer tubes 2 are provided.
  • the heat transfer fins 3 extend in a specific direction, and the straight portions of the heat transfer tubes 2 are arranged in the longitudinal direction of the heat transfer fins 3 at a constant pitch. Both end portions of each heat transfer tube 2 protrude from the side plate 20 opposite to the folded portion that connects the straight portions, and the end portions of the adjacent heat transfer tubes 2 are connected to each other by a vent tube 21.
  • the heat transfer tube 2 is cylindrical.
  • the heat transfer tube 2 for example, an internally grooved copper tube can be used.
  • Each heat transfer fin 3 is, for example, a plate shape formed by pressing a thin aluminum plate. Specifically, each heat transfer fin 3 includes a base portion 4 that extends around the heat transfer tube 2 and a cylindrical collar portion 5 that rises from the base portion 4 along the heat transfer tube 2. In the following, for convenience of explanation, the direction in which the collar portion 5 rises is referred to as upward, and the opposite direction is referred to as downward.
  • the heat transfer fins 3 are stacked with the central axis of the collar portion 5 aligned, and the heat transfer tube 2 having an outer diameter smaller than the inner diameter of the collar portion 5 is inserted inside the collar portion 5. Thereafter, the heat transfer tube 2 is expanded to bring the outer peripheral surface of the heat transfer tube 2 into close contact with the inner peripheral surface of the collar portion 5.
  • heat exchange can be performed between the fluid flowing in the heat transfer tube 2 (for example, R410A refrigerant) and the fluid flowing between the base portions 4 of the heat transfer fins 3 (for example, air).
  • the heat transfer path is indicated by a broken line arrow.
  • the heat of the fluid flowing in the heat transfer tube 110 is conducted to the outer peripheral surface of the heat transfer tube 110 and is transmitted from the outer peripheral surface of the heat transfer tube 110 to the inner peripheral surface of the collar portion 123.
  • the heat of the fluid flowing in the heat transfer tube 110 is conducted to the outer peripheral surface of the heat transfer tube 110 and is transmitted from the outer peripheral surface of the heat transfer tube 110 to the inner peripheral surface of the collar portion 123.
  • it is transmitted to the fluid flowing between the base parts 121 from the outer peripheral surface of the collar part 123 and the upper and lower surfaces of the base part 121.
  • the contact thermal conductance when heat is transferred from the outer peripheral surface of the heat transfer tube 110 to the inner peripheral surface of the collar portion 123 is generally defined by the following Equation 1.
  • the contact thermal resistance Rc is obtained from the following equation 2 using the contact thermal conductance K obtained by the above equation 1.
  • Rc 1 / (K ⁇ S) (Formula 2)
  • Rc Contact thermal resistance (K / W) S: Contact area (m 2 )
  • the contact fluid conductance K can be increased by increasing the interposed fluid thermal conductivity ⁇ f by changing the interposed fluid, which is usually air, to a filler.
  • the material constituting the heat exchanger 100 includes the material of the filler in addition to the material of the heat transfer fin 120 and the material of the heat transfer tube 110, and at the time of product disposal. It becomes difficult to separate materials for recycling. As a result, the recyclability deteriorates and the environmental load increases, such as a decrease in the recycling rate and an increase in energy required for recycling.
  • methods for increasing the contact thermal conductance K include a method of reducing the surface roughness ⁇ 1 and ⁇ 2 of the contact surface, a method of improving the contact pressure P, the heat transfer tube 110 and the heat transfer fin 120.
  • a method of improving the heat transfer coefficients ⁇ 1 and ⁇ 2 and a method of reducing the softer hardness H of the heat transfer tubes 110 or the heat transfer fins 120 are a method of increasing the contact area S.
  • the contact thermal resistance Rc can be reduced by increasing the contact area S between the heat transfer tube 110 and the collar portion 123 even if the contact thermal conductance K does not change. If the contact heat resistance Rc can be reduced, the heat transfer from the heat transfer tubes 110 to the heat transfer fins 120 can be improved, and the heat exchange efficiency as a heat exchanger can be improved.
  • a flare portion 6 is provided above the collar portion 5 and expands radially outward from the tip of the collar portion 5, but below the collar portion 5.
  • a receding portion 7 is provided around the collar portion 5 so as to recede toward the base of the collar portion 5 so as to form a recess with the collar portion 5.
  • the base portion 4 has a flat surface 4a.
  • the flat surface 4a is a surface provided on the lower surface of the base portion 4 (the surface opposite to the direction in which the collar portion 5 rises). The base of the collar portion 5 reaches a position that does not exceed the reference surface with the flat surface 4a of the base portion 4 as a reference surface.
  • the base of the collar portion 5 is located above the reference plane.
  • the base of the collar portion 5 is located above the reference plane by a distance that is 25% or more of the thickness of the base portion 4.
  • the receding portion 7 has an inclined surface that is bent at an acute angle from the base of the collar portion 5 toward the tip side of the collar portion 5.
  • the flare portion 6 extends from the tip of the collar portion 5 outward in the radial direction of the collar portion 5 over the entire circumference.
  • the receding portion 7 of one heat transfer fin 3 enters the space formed by the flare portion 6 of the other heat transfer fin 3 and is in contact with the flare portion 6.
  • the collar portion 5 defines the fin pitch (the arrangement interval of the base portions 4) when the retreat portion 7 contacts the flare portion 6.
  • the flare portion 6 of one heat transfer fin 3 is a retreating portion of another heat transfer fin 3 stacked on the one heat transfer fin 3. 7 is brought into surface contact with the inclined surface provided in 7. Further, when a plurality of heat transfer fins 3 are stacked, the receding portion 7 of one heat transfer fin 3 is a space formed by the flare portions 6 of other heat transfer fins 3 stacked on the one heat transfer fin 3. It enters and comes into surface contact with the flare portion 6. Therefore, the contact area between the one heat transfer fin 3 and the other heat transfer fin 3 is increased, and the heat transfer property from the collar portion 5 of the one heat transfer fin 3 to the other heat transfer fin 3 can be improved. .
  • the heat transfer fin 3 of the one heat transfer fin 3 is provided over the entire circumference of the collar portion 5.
  • the contact area between the collar portion 5 and the collar portion 5 of another heat transfer fin 3 can be increased.
  • the base of the collar portion 5 does not protrude beyond the reference surface when the flat surface 4a of the base portion 4 is used as the reference surface. That is, the receding portion 7 does not protrude beyond the flat surface 4 a of the base portion 4. Therefore, when the heat transfer fin 3 is placed flat on another object, the flat surface 4a of the base part 4 comes into contact with the other object, so that the retreating part 7 collides with the other object and deforms. Can be prevented.
  • the base unit 4 may be flat as in the present embodiment, or may have a waveform having a plurality of peaks and valleys. When making the base part 4 into a waveform, it is preferable to provide a flat ring part around the receding part 7.
  • the flare portion 6 and the inclined surface of the receding portion 7 are parallel, and the outer surface 7a of the receding portion 7 is in surface contact with the inner surface 6a of the flare portion 6.
  • the inclination angle ⁇ of the flare portion 6 with respect to the axial direction of the collar portion 5 is The heat transfer fins 3 having the same inclination angle ⁇ may be stacked.
  • the inclination angle ⁇ of the flare portion 6 with respect to the axial direction of the collar portion 5 is smaller than the inclination angle ⁇ of the receding portion 7 with respect to the axial direction of the collar portion 5.
  • the flare part 6 is expanded by the retreat part 7, and finally they are parallel to each other and come into surface contact.
  • the flare portion 6 of one heat transfer fin 3 is a retreating portion of another heat transfer fin 3 stacked on the one heat transfer fin 3. 7, the contact area between one heat transfer fin 3 and the other heat transfer fin 3 is increased, and the heat transfer performance from the collar portion 5 of the one heat transfer fin 3 to the other heat transfer fin 3 is increased. Can be improved.
  • the base of one collar part 5 of the adjacent heat transfer fins 3 and the other A gap 9 formed between the front end of the collar portion 5 can be reduced (first action).
  • the contact area between the heat transfer tube and the collar portion can be increased by reducing the area where the heat transfer tube 2 and the collar portion 5 do not contact each other.
  • the gap 9 is increased to some extent.
  • the receding portion 7 since the receding portion 7 is in contact with the flare portion 6 in the space surrounded by the flare portion 6, the gap 9 between the collar portions 5 can be made as small as possible.
  • the contact area of the collar portion 5 can be made larger than that of the virtual heat exchanger (second action).
  • the heat transfer efficiency from the heat transfer tubes 2 to the heat transfer fins 3 can be improved by reducing the contact heat resistance, so that the heat exchange efficiency of the heat exchanger 1 can be improved. Further, as a configuration for obtaining this effect, no material other than the heat transfer tubes 2 and the heat transfer fins 3 is required, so that the heat exchanger 1 can be easily separated at the time of disposal and the recyclability is not deteriorated.
  • the flare part 6 and the receding part 7 are parallel, and the outer side surface 7 a of the receding part 7 is in surface contact with the inner side surface 6 a of the flare part 6.
  • the tip of the flare part 124 is in line contact with the base part 121. Since the amount of heat transferred through the line contact portion is extremely small, in the conventional heat exchanger 100, the heat is transferred from the heat transfer tube 110 to the collar portion 123 as indicated by the broken arrow B in FIG. Heat is conducted only to the base portion 121 of the heat transfer fin 120 that is the same as the collar portion 123. That is, the heat conduction path from the collar part 123 to the base part 121 is only one path via the root part 122.
  • the heat transferred to the part 5 is conducted not only to the base part 4 of the heat transfer fin that is the same as the collar part 5 but also to the base part 4 of the adjacent heat transfer fin 3. That is, as the heat conduction path from the collar part 5 to the base part 4, two paths are secured: a path passing through the receding part 7 and a path passing from the flare part 6 to the receding part 7 of the adjacent heat transfer fin 3. The Thereby, heat can be transmitted to the base part 4 more efficiently than the conventional heat exchanger 100. Therefore, the heat transfer from the heat transfer tubes 2 to the heat transfer fins 3 is further improved, and the heat exchange efficiency can be further improved.
  • a stepped portion 8 is provided between the retracted portion 7 and the base portion 4 to lift the retracted portion 7 with respect to the lower surface of the base portion 4. That is, the height C of the step portion 8 in the axial direction of the collar portion 5 is larger than the receding distance D of the receding portion 7 in the axial direction of the collar portion 5.
  • the height C of the stepped portion 8 in the axial direction of the collar portion 5 is the height from the flat surface 4a of the base portion 4 to the upper surface of the stepped portion 8 (upper surface of a flat portion 81 described later).
  • the receding distance D of the receding portion 7 is a distance from the upper surface of the step portion 8 (upper surface of the flat portion 81) to the lower surface of the receding portion 7 in the axial direction of the collar portion 5. According to such a configuration, the receding portion 7 does not protrude beyond the flat surface 4 a of the base portion 4. Therefore, when the heat transfer fin 3 is placed flat on another object, the flat surface of the base portion 4. 4a comes into contact with another object. As a result, the retreating portion 7 can be prevented from colliding with another object and deforming. Thereby, it can prevent that the shape of the heat-transfer fin 3 varies and the quality of the heat-transfer fin 3 can be improved.
  • the step portion 8 rises from the base portion 4 so as to surround the receding portion 7, and the ring is connected to the upper end portion of the receding portion 7 radially inward from the upper end portion of the wall portion 82. And a flat surface portion 81.
  • the plane portion 81 can be omitted.
  • the retracted portion 7 protrudes from the lower surface of the base portion 4, and thus the retracted portion 7 may collide with another object and deform when the heat transfer fin 3 is manufactured, for example. is there.
  • the stepped portion 8 is provided as in the present embodiment, the retracted portion 7 does not protrude from the lower surface (flat surface 4a) of the base portion 4, so the retracted portion 7 collides with another object. Deformation can be prevented. Thereby, since the dispersion
  • a refrigerant circuit 10C is formed across the indoor unit 10A and the outdoor unit 10B.
  • a compressor 11 for example, a rotary compressor
  • a four-way valve 12 for example, an outdoor heat exchanger 13
  • a throttle device 14 for example, an expansion valve
  • a heat exchanger 15 is arranged.
  • the outdoor unit 10B has an outdoor fan 16 (propeller fan as an example) that sends outdoor air to the outdoor heat exchanger 13, and the indoor unit 10A is an indoor fan 17 (as an example cross) that sends indoor air to the indoor heat exchanger 15. Flow fans) are provided.
  • the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed by the compressor 11 is guided to the indoor heat exchanger 15 during the heating operation and to the outdoor heat exchanger 13 during the cooling operation by the four-way valve 12.
  • the indoor heat exchanger 15 serves as a condenser, and high-temperature refrigerant is sent from the four-way valve 12 to the indoor heat exchanger 15.
  • the indoor heat exchanger 15 exchanges heat between the flowing high-temperature refrigerant heat and the indoor air heat sent by the indoor fan 17 and dissipates the heat of the refrigerant to the air to condense and liquefy the refrigerant.
  • the liquefied refrigerant is adiabatically expanded by the expansion device 14, and the low-temperature and low-pressure refrigerant is sent to the outdoor heat exchanger 13.
  • the outdoor heat exchanger 13 serves as an evaporator, which exchanges heat between the low-temperature refrigerant in the gas-liquid two-phase state and the outdoor air sent by the outdoor fan 16, and evaporates and evaporates the refrigerant by absorbing the heat of the air into the refrigerant.
  • Let The evaporated low-pressure vaporized refrigerant is compressed again by the compressor 11. By repeating this cycle continuously, the room air is heated and heated.
  • the four-way valve 12 is switched to allow the refrigerant to flow in the reverse direction, thereby cooling the room air. That is, in both the heating operation and the cooling operation, the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 10C passes through the compressor 11, the condenser, the expansion device 14, and the evaporator in this order.
  • At least one of the condenser and the evaporator is the heat exchanger 1 of this embodiment, thereby improving the heat exchange efficiency of the condenser and / or the evaporator. Can be made. As a result, the COP (coefficient of performance) of the heat pump apparatus can be improved.
  • the flare portion 6 and the receding portion 7 do not necessarily need to be tapered as long as the receding portion 7 and the flare portion 6 are in contact with each other within the space surrounded by the flare portion 6.
  • the receding portion 7 may reced toward the base of the collar portion 5 while curving instead of being linear.
  • the flare part 6 may expand radially outward while curving.
  • the finned tube heat exchanger of the present invention can be suitably used for heat pump devices such as room air conditioners, water heaters, and heaters.

Abstract

　伝熱フィン（３）は、平坦面（４ａ）を有するベース部（４）と、ベース部（４）から立ち上がる筒状のカラー部（５）と、カラー部（５）の先端からカラー部（５）の径方向外向きに全周に亘って広がるフレア部（６）と、ベース部（４）の平坦面（４ａ）を基準面としてカラー部（５）の根元は基準面を超えない位置まで達しており、カラー部（５）の根元からカラー部（５）の先端側に向けて鋭角に折れ曲がった傾斜面を有する後退部（７）と、を備えている。

Description

伝熱フィン、フィンチューブ型熱交換器及びヒートポンプ装置
　本発明は、フィンチューブ型熱交換器及びこれを用いたヒートポンプ装置に関する。また、本発明は、フィンチューブ型熱交換器に好適な伝熱フィンに関する。
　従来から、ヒートポンプ装置などでは、フィンチューブ型熱交換器が用いられている。例えば、特許文献１には、図８に示すようなフィンチューブ型熱交換器１００が開示されている。
　この熱交換器１００は、積み重ねられた複数枚の伝熱フィン１２０と、伝熱フィン１２０を貫通する伝熱管１１０を備えている。各伝熱フィン１２０は、ベース部１２１から立ち上がる円筒状（断面形状が一定）のカラー部１２３を備えている。カラー部１２３の根元及び先端からは、根元部１２２及びフレア部１２４が湾曲しながら径方向外向きに拡大している。隣り合う伝熱フィン１２０の一方のフレア部１２４が他方のベース部１２１における根元部１２２の近傍部分に当接することで、カラー部１２３によってフィンピッチ（ベース部１２１の並び間隔）が規定される。
　通常は、積み上げられた伝熱フィン１２０のカラー部１２３内にカラー部１２３の内径よりも小さな外径の伝熱管１１０が挿入され、その後に伝熱管１１０が拡管されることにより、伝熱管１１０がカラー部１２３に密着させられる。特許文献１に記載の伝熱フィン１２０では、拡管の際に伝熱管１１０が収縮することによって生じる伝熱フィン１２０の変形を防止するために、ベース部１２１に、当該ベース部１２１における根元部１２２を取り巻く部分を陥没させるための段差部１２５が設けられている。
　ところで、図８に示す熱交換器１００では、根元部１２２及びフレア部１２４が湾曲しながら拡大しているために、隣り合う伝熱フィン１２０のカラー部１２３同士の間に比較的に大きな隙間１３０が形成される。換言すれば、カラー部１２３間の隙間１３０により、伝熱管１１０とカラー部１２３の接触面積が制限されている。
　これに対し、特許文献２では、隙間１３０にシリコーン樹脂などの充填剤を充填することで、伝熱管１１０から伝熱フィン１２０への伝熱性を向上させることが提案されている。
特開平９－１１９７９２号公報 特開２０１０－１６９３４４号公報
　しかしながら、隙間１３０に充填剤を充填すると、熱交換器１００の廃棄時に廃材として、通常は金属からなる伝熱フィン１２０及び伝熱管１１０に加えて充填剤という異種材料が増えるため、材料の分別が困難になる。これにより、リサイクル性が悪化し、環境負荷が増大してしまう。
　本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、リサイクル性を悪化させずに伝熱管と伝熱フィンのカラー部の接触面積を増加させることができるフィンチューブ型熱交換器及びこのフィンチューブ型熱交換器を用いたヒートポンプ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、フィンチューブ型熱交換器に好適な伝熱フィンを提供することを目的とする。
　すなわち、本開示は、
　平坦面を有するベース部と、
　前記ベース部から立ち上がる筒状のカラー部と、
　前記カラー部の先端から前記カラー部の径方向外向きに全周に亘って広がるフレア部と、
　前記ベース部の前記平坦面を基準面として前記カラー部の根元は前記基準面を超えない位置まで達しており、前記カラー部の根元から前記カラー部の先端側に向けて鋭角に折れ曲がった傾斜面を有する後退部と、
を備えた伝熱フィンを提供する。
　本開示によれば、フィンチューブ型熱交換器に好適な伝熱フィンを提供できる。
本発明の一実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器の構成図 図１に示すフィンチューブ型熱交換器の断面斜視図 図１に示すフィンチューブ型熱交換器の部分断面図 １つの伝熱フィンの部分断面図 フレア部の傾斜角度が後退部の傾斜角度よりも小さく構成された伝熱フィンを用いてフィンチューブ型熱交換器を組み上げる方法を説明する図 変形例のフィンチューブ型熱交換器の部分断面図 図１に示すフィンチューブ型熱交換器が用いられるヒートポンプ装置の一例であるルームエアコンの構成図 従来のフィンチューブ型熱交換器の部分断面図
　本開示の第１の態様は、
　平坦面を有するベース部と、
　前記ベース部から立ち上がる筒状のカラー部と、
　前記カラー部の先端から前記カラー部の径方向外向きに全周に亘って広がるフレア部と、
　前記ベース部の前記平坦面を基準面として前記カラー部の根元は前記基準面を超えない位置まで達しており、前記カラー部の根元から前記カラー部の先端側に向けて鋭角に折れ曲がった傾斜面を有する後退部と、
を備えた伝熱フィンを提供する。
　上記構成によれば、伝熱フィンを複数枚積み重ねた場合、一の伝熱フィンのフレア部は、一の伝熱フィンに積み重ねられた他の伝熱フィンの後退部に設けられた傾斜面と面接触する。そのため、一の伝熱フィンと他の伝熱フィンとの接触面積が増大し、一の伝熱フィンのカラー部から他の伝熱フィンへの伝熱性を向上させることができる。
　また、フレア部は、カラー部の先端からカラー部の径方向外向きに全周に亘って設けられている。そのため、カラー部の全周に亘って、一の伝熱フィンのカラー部と他の伝熱フィンのカラー部との接触面積を増大させることができる。
　また、カラー部の根元は、ベース部の平坦面を基準面とした場合、基準面を超えて突出していない。すなわち、後退部は、ベース部の平坦面を超えて突出していない。そのため、伝熱フィンを他の物体の上に平置きした場合、ベース部の平坦面が他の物体と接触することになる。その結果、後退部が他の物体に衝突して変形するのを防止できる。
　また、一の伝熱フィンのカラー部と他の伝熱フィンのカラー部との隙間に充填剤を充填しなくてもよく、熱交換器の廃棄時の材料分別が容易となり、リサイクル性を向上できる。
　本開示の第２の態様は、第１の態様に加え、前記カラー部の軸方向に対する前記フレア部の傾斜角度は、前記カラー部の軸方向に対する前記後退部の傾斜角度と同一又は前記カラー部の軸方向に対する前記後退部の傾斜角度より小さい、伝熱フィンを提供する。このような構成によれば、伝熱フィンを複数枚積み重ねた場合、一の伝熱フィンのフレア部は、一の伝熱フィンに積み重ねられた他の伝熱フィンの後退部と面接触する。そのため、一の伝熱フィンと他の伝熱フィンとの接触面積が増大し、一の伝熱フィンのカラー部から他の伝熱フィンへの伝熱性を向上させることができる。
　本開示の第３の態様は、第１又は第２の態様に加え、前記フレア部と前記後退部の傾斜面とは平行である、伝熱フィンを提供する。このような構成によれば、カラー部の軸方向に対するフレア部の傾斜角度は、カラー部の軸方向に対する後退部の傾斜角度と同一であるので、伝熱フィンを複数枚積み重ねた場合、一の伝熱フィンのフレア部は、一の伝熱フィンに積み重ねられた他の伝熱フィンの後退部と面接触する。そのため、一の伝熱フィンと他の伝熱フィンとの接触面積が増大し、一の伝熱フィンのカラー部から他の伝熱フィンへの伝熱性を向上させることができる。
　本開示の第４の態様は、第１～第３の態様のいずれか１つに加え、前記ベース部から前記後退部を持ち上げる段差部をさらに備え、前記カラー部の軸方向における前記段差部の高さＣは、前記カラー部の軸方向における前記後退部の後退距離Ｄより大きい、伝熱フィンを提供する。このような構成によれば、後退部は、ベース部の平坦面を超えて突出していない。そのため、伝熱フィンを他の物体の上に平置きした場合、ベース部の平坦面が他の物体と接触することになる。その結果、後退部が他の物体に衝突して変形するのを防止できる。これにより、伝熱フィンの形状がばらつくのを防止し、伝熱フィンの品質を向上させることができる。
　本開示の第５の態様は、
　積み重ねられた複数枚の伝熱フィンと、
　前記複数枚の伝熱フィンを貫通する伝熱管と、を備え、
　前記伝熱フィンは、
　平坦面を有するベース部と、
　前記ベース部から立ち上がる筒状のカラー部と、
　前記カラー部の先端から前記カラー部の径方向外向きに全周に亘って広がるフレア部と、
　前記ベース部の前記平坦面を基準面として前記カラー部の根元は前記基準面を超えない位置まで達しており、前記カラー部の根元から前記カラー部の先端側に向けて鋭角に折れ曲がった傾斜面を有する後退部と、
を具備したフィンチューブ型熱交換器を提供する。
　このような構成によれば、伝熱フィンを複数枚積み重ねた場合、一の伝熱フィンのフレア部は、一の伝熱フィンに積み重ねられた他の伝熱フィンの後退部に設けられた傾斜面と面接触する。そのため、一の伝熱フィンと他の伝熱フィンとの接触面積が増大し、一の伝熱フィンのカラー部から他の伝熱フィンへの伝熱性を向上させることができる。
　また、フレア部は、カラー部の先端からカラー部の径方向外向きに全周に亘って設けられている。そのため、カラー部の全周に亘って、一の伝熱フィンのカラー部と他の伝熱フィンのカラー部との接触面積を増大させることができる。
　また、カラー部の根元は、ベース部の平坦面を基準面とした場合、基準面を超えて突出していない。すなわち、後退部は、ベース部の平坦面を超えて突出していない。そのため、伝熱フィンを他の物体の上に平置きした場合、ベース部の平坦面が他の物体と接触することになる。その結果、後退部が他の物体に衝突して変形するのを防止できる。
　また、一の伝熱フィンのカラー部と他の伝熱フィンのカラー部との隙間に充填剤を充填しなくてもよく、熱交換器の廃棄時の材料分別が容易となり、リサイクル性を向上できる。
　本開示の第６の態様は、第５の態様に加え、前記積み重ねられた伝熱フィンの中の一の伝熱フィンの前記後退部は、前記一の伝熱フィンに積み重ねられた他の伝熱フィンの前記フレア部によって形成された空間に入り込み前記フレアと接触する、フィンチューブ型熱交換器を提供する。このような構成によれば、伝熱フィンを複数枚積み重ねた場合、一の伝熱フィンの後退部は、一の伝熱フィンに積み重ねられた他の伝熱フィンのフレア部によって形成された空間に入り込み、フレア部と面接触する。これにより、一の伝熱フィンと他の伝熱フィンとの接触面積を増加させて、一の伝熱フィンのカラー部から他の伝熱フィンへの伝熱性を向上させることができる。
　また、従来のように充填剤を必要としないので、熱交換器の破棄時の材料の分別が容易であり、リサイクル性を悪化させることもない。
　本開示の第７の態様は、第５又は第６の態様に加え、前記カラー部の軸方向に対する前記フレア部の傾斜角度は、前記カラー部の軸方向に対する前記後退部の傾斜角度と同一又は前記カラー部の軸方向に対する前記後退部の傾斜角度より小さい、フィンチューブ型熱交換器を提供する。このような構成によれば、伝熱フィンを複数枚積み重ねた場合、一の伝熱フィンのフレア部は、一の伝熱フィンに積み重ねられた他の伝熱フィンの後退部と面接触する。そのため、一の伝熱フィンと他の伝熱フィンとの接触面積が増大し、一の伝熱フィンのカラー部から他の伝熱フィンへの伝熱性を向上させることができる。
　本開示の第８態様は、第５～第７の態様のいずれか１つに加え、前記フレア部と前記後退部の傾斜面とは平行である、フィンチューブ型熱交換器を提供する。このような構成によれば、カラー部の軸方向に対するフレア部の傾斜角度は、カラー部の軸方向に対する後退部の傾斜角度と同一であるので、伝熱フィンを複数枚積み重ねた場合、一の伝熱フィンのフレア部は、一の伝熱フィンに積み重ねられた他の伝熱フィンの後退部と面接触する。そのため、一の伝熱フィンのカラー部と他の伝熱フィンのカラー部との接触面積が増大し、一の伝熱フィンのカラー部から他の伝熱フィンへの伝熱性を向上させることができる。
　本開示の第９態様は、第５～第８の態様のいずれか１つに加え、前記ベース部から前記後退部を持ち上げる段差部をさらに備え、前記カラー部の軸方向における前記段差部の高さＣは、前記カラー部の軸方向における前記後退部の後退距離Ｄより大きい、フィンチューブ型熱交換器を提供する。このような構成によれば、後退部は、ベース部の平坦面を超えて突出していない。そのため、伝熱フィンを他の物体の上に平置きした場合、ベース部の平坦面が他の物体と接触することになる。その結果、後退部が他の物体に衝突して変形するのを防止できる。これにより、伝熱フィンの形状がばらつくのを防止し、伝熱フィンの品質を向上させることができる。
　本開示の第１０の態様は、圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器と、前記圧縮機、前記凝縮器、前記絞り装置及び前記蒸発器に、冷媒を循環させる冷媒回路と、を備え、前記凝縮器と前記蒸発器との少なくとも一方が第５～第９の態様のいずれか１つのフィンチューブ型熱交換器である、ヒートポンプ装置を提供する。
　（実施の形態）
　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。ただし、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。
　図１～図３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を示す。この熱交換器１は、積み重ねられた複数枚の伝熱フィン３と、伝熱フィン３の両側に配置された一対のサイドプレート２０と、伝熱フィン３及びサイドプレート２０を串刺し状に貫通する複数のＵ字状の伝熱管２とを備えている。
　各伝熱フィン３は特定方向に延びており、各伝熱管２の直線部は一定のピッチで伝熱フィン３の長手方向に並んでいる。各伝熱管２の両端部は、直線部同士をつなぐ折り返し部と反対側のサイドプレート２０から突出しており、隣り合う伝熱管２の端部同士がベント管２１によって連結されている。
　伝熱管２は、円筒状である。伝熱管２としては、例えば、内面溝付銅管を用いることができる。
　各伝熱フィン３は、例えば薄いアルミ板をプレスして成形された板状のものである。具体的に、各伝熱フィン３は、伝熱管２の回りに広がるベース部４と、ベース部４から伝熱管２に沿って立ち上がる円筒状のカラー部５を含む。なお、以下では、説明の便宜のために、カラー部５が立ち上がる方向を上方、それと反対方向を下方という。
　熱交換器１を組み上げる際は、伝熱フィン３をカラー部５の中心軸を合わせて積み上げ、カラー部５の内側にカラー部５の内径より小さい外径の伝熱管２を挿入する。その後、伝熱管２を拡管することで、伝熱管２の外周面をカラー部５の内周面に密着させる。この構成により、伝熱管２内を流れる流体（一例としてＲ４１０Ａ冷媒）と伝熱フィン３のベース部４間を流れる流体（一例として空気）との熱交換を行うことができる。
　ここで、図８に示す従来のフィンチューブ型熱交換器１００を参考にして、伝熱現象の詳細を説明する。なお、伝熱経路は破線矢印で示す。
　図８中に破線矢印Ｂで示すように、伝熱管１１０内を流れる流体の熱は、伝熱管１１０の外周面に伝導し、伝熱管１１０の外周面からカラー部１２３の内周面に伝達され、カラー部１２３からベース部１２１に伝導されると共に、カラー部１２３の外周面ならびにベース部１２１の上面及び下面からベース部１２１間を流れる流体に伝達される。
　このとき、伝熱管１１０の外周面からカラー部１２３の内周面に熱伝達される際の接触熱コンダクタンスは、一般的に以下の式１で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　　　Ｋ：接触熱コンダクタンス（Ｗ／ｍ2・Ｋ）
　　　δ1：接触面を構成する一方の部材の表面粗さ（μｍ）
　　　δ2：接触面を構成する他方の部材の表面粗さ（μｍ）
　　　δ0：接触相当長さ（＝２３μｍ）
　　　λ1：接触面を構成する一方の部材の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）
　　　λ2：接触面を構成する他方の部材の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）
　　　Ｐ：接触圧力（ＭＰａ）
　　　Ｈ：接触面を構成する部材のうち軟らかい方の硬度（Ｈｂ）
　　　λf：介在流体熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）
　また、上記の式１で求められた接触熱コンダクタンスＫを用い、接触熱抵抗Ｒｃは以下の式２より求められる。
　　Ｒｃ＝１／（Ｋ×Ｓ）　・・・（式２）
　　　Ｒｃ：接触熱抵抗（Ｋ／Ｗ）
　　　Ｓ：接触面積（ｍ2）
　したがって、接触熱抵抗Ｒｃを低減するためには、接触熱コンダクタンスＫを大きくする方法と、接触面積Ｓを大きくする方法がある。
　接触熱コンダクタンスＫを大きくするためには、例えば特許文献２に記載されたように、伝熱管１１０に面するカラー部１２３間の隙間１３０に充填剤を充填する方法がある。この方法では、通常は空気である介在流体を充填剤に変更することにより、介在流体熱伝導率λfを高くして接触熱コンダクタンスＫを大きくすることができる。
　しかしながら、充填剤を用いた場合には、熱交換器１００を構成する材料に、伝熱フィン１２０の素材及び伝熱管１１０の素材に加えて充填剤の素材が混在することになり、製品廃棄時にリサイクルのための素材毎の分別が困難になる。その結果、リサイクル性が悪化してリサイクル率の低下やリサイクル時に必要なエネルギーの増大など、環境負荷が増大してしまう。
　昨今、家電リサイクル法に代表されるように地球環境への負荷を低減する取り組みが政府主導で実施されており、今後対象商品が拡大される傾向にあるため、リサイクル性は無視できない要素となっている。
　また、上記の方法以外に接触熱コンダクタンスＫを大きくする方法としては、接触面の表面粗さδ1、δ2を小さくする方法、接触圧力Ｐを向上させる方法、伝熱管１１０及び伝熱フィン１２０の熱伝達率λ1、λ2を向上させる方法、伝熱管１１０又は伝熱フィン１２０のうち、軟らかい方の硬度Ｈを低くする方法がある。本発明は、接触面積Ｓを大きくする方法に着目したものである。
　伝熱管１１０とカラー部１２３の接触面積Ｓを増加させることにより、接触熱コンダクタンスＫが変化しなくても接触熱抵抗Ｒｃを低減できることが上記の式２から分かる。接触熱抵抗Ｒｃを低減できれば、伝熱管１１０から伝熱フィン１２０への伝熱性を向上させることができ、熱交換器としての熱交換効率を向上させることができる。
　図２および図３に戻って、本実施形態では、カラー部５の上方にはカラー部５の先端から径方向外向きに拡大するフレア部６が設けられているが、カラー部５の下方には根元部が設けられていない。代わりに、カラー部５の回りに、カラー部５との間に窪みを形成するようにカラー部５の根元に向かって後退する後退部７が設けられている。より詳細には、図４に示すように、ベース部４は平坦面４ａを有している。平坦面４ａは、ベース部４の下面（カラー部５が立ち上がる方向と反対側の面）に設けられた面である。カラー部５の根元は、ベース部４の平坦面４ａを基準面として、この基準面を超えない位置まで達している。つまり、カラー部５の根元は、基準面より上の位置にある。カラー部５の根元は、例えば、ベース部４の厚みの２５％以上となる距離だけ基準面より上の位置にある。後退部７は、カラー部５の根元からカラー部５の先端側に向けて鋭角に折れ曲がった傾斜面を有している。フレア部６は、カラー部５の先端からカラー部５の径方向外向きに全周に亘って広がっている。そして、隣り合う伝熱フィン３では、一方の伝熱フィン３の後退部７が、他方の伝熱フィン３のフレア部６によって形成された空間に入り込み当該フレア部６に接触している。後退部７がフレア部６に当接することで、カラー部５によってフィンピッチ（ベース部４の並び間隔）が規定される。
　このような構成によれば、伝熱フィン３を複数枚積み重ねた場合、一の伝熱フィン３のフレア部６は、一の伝熱フィン３に積み重ねられた他の伝熱フィン３の後退部７に設けられた傾斜面と面接触する。さらに、伝熱フィン３を複数枚積み重ねた場合、一の伝熱フィン３の後退部７は、一の伝熱フィン３に積み重ねられた他の伝熱フィン３のフレア部６によって形成された空間に入り込み、フレア部６と面接触する。そのため、一の伝熱フィン３と他の伝熱フィン３との接触面積が増大し、一の伝熱フィン３のカラー部５から他の伝熱フィン３への伝熱性を向上させることができる。また、フレア部６は、カラー部５の先端からカラー部５の径方向外向きに全周に亘って設けられているので、カラー部５の全周に亘って、一の伝熱フィン３のカラー部５と他の伝熱フィン３のカラー部５との接触面積を増大させることができる。さらに、カラー部５の根元は、ベース部４の平坦面４ａを基準面とした場合、基準面を超えて突出していない。すなわち、後退部７は、ベース部４の平坦面４ａを超えて突出していない。そのため、伝熱フィン３を他の物体の上に平置きした場合、ベース部４の平坦面４ａが他の物体と接触することになるので、後退部７が他の物体に衝突して変形するのを防止できる。
　なお、ベース部４は、本実施形態のようにフラットであってもよいし、複数の山谷を有する波形であってもよい。ベース部４を波形とする場合は、後退部７の周囲にフラットなリング部を設けることが好ましい。
　本実施形態では、フレア部６と後退部７の傾斜面とは平行であり、後退部７の外側面７ａがフレア部６の内側面６ａに面接触している。これを実現するには、熱交換器１を組み上げる際に、図４に示すように、カラー部５の軸方向に対するフレア部６の傾斜角度βが、カラー部５の軸方向に対する後退部７の傾斜角度αと同一の伝熱フィン３を積み上げてもよい。あるいは、図５に示すように、カラー部５の軸方向に対するフレア部６の傾斜角度βがカラー部５の軸方向に対する後退部７の傾斜角度αよりも小さい伝熱フィン３を積み上げた後に、これらをカラー部５の軸方向に沿ってプレスして圧縮してもよい。これにより、フレア部６が後退部７によって押し広げられ、最終的にそれらが互いに平行になって面接触する。このような構成によれば、伝熱フィン３を複数枚積み重ねた場合、一の伝熱フィン３のフレア部６は、一の伝熱フィン３に積み重ねられた他の伝熱フィン３の後退部７と面接触するので、一の伝熱フィン３と他の伝熱フィン３との接触面積が増大し、一の伝熱フィン３のカラー部５から他の伝熱フィン３への伝熱性を向上させることができる。
　上述したように、後退部７をフレア部６で囲まれる空間内に入り込ませることで、伝熱フィン３が積み重ねられたときに隣り合う伝熱フィン３の一方のカラー部５の根元と他方のカラー部５の先端との間に形成される隙間９を小さくすることができる（第１の作用）。換言すれば、伝熱管２とカラー部５が接触しない面積を小さくして、伝熱管とカラー部の接触面積を増加させることができる。
　ところで、例えば、図５の左図に示すように後退部７がフレア部６の上端に当接することでフィンピッチが規定されるように構成された仮想熱交換器では、カラー部５間に形成される隙間９がある程度大きくなる。これに対し、本実施形態では、フレア部６が囲う空間内で後退部７がフレア部６に接触しているため、カラー部５間の隙間９を極力小さくすることができ、伝熱管２とカラー部５の接触面積を仮想熱交換器よりも大きくすることができる（第２の作用）。
　以上の２つの作用により、接触熱抵抗を低減して伝熱管２から伝熱フィン３への伝熱性を向上させることができるため、熱交換器１の熱交換効率を向上させることができる。また、この効果を得るための構成として、伝熱管２と伝熱フィン３以外の材料を必要としないため、熱交換器１の廃棄時の分別が容易でリサイクル性を悪化させることがない。
　さらに、本実施形態では、フレア部６と後退部７とが平行であり、後退部７の外側面７ａがフレア部６の内側面６ａに面接触している。
　図８に示す従来の熱交換器１００では、フレア部１２４の先端がベース部１２１に線接触している。線接触した部分を通過して熱伝達される熱量は限りなく小さいため、従来の熱交換器１００では、図８中に破線矢印Ｂで示すように、伝熱管１１０からカラー部１２３に伝達された熱は、当該カラー部１２３と同一の伝熱フィン１２０のベース部１２１のみに伝導される。すなわち、カラー部１２３からベース部１２１への熱伝導経路は、根元部１２２を経由する一経路のみである。
　これに対し、本実施形態では、後退部７の外側面７ａがフレア部６の内側面６ａに面接触しているために、図３中に破線矢印Ａで示すように、伝熱管２からカラー部５に伝達された熱は、当該カラー部５と同一の伝熱フィンのベース部４のみでなく、隣接する伝熱フィン３のベース部４にも伝導される。すなわち、カラー部５からベース部４への熱伝導経路として、後退部７を経由する経路と、フレア部６から隣接する伝熱フィン３の後退部７へ受け渡される経路の二経路が確保される。これにより、従来の熱交換器１００よりも効率良くベース部４へと熱を伝えることができる。したがって、伝熱管２から伝熱フィン３への伝熱性がさらに向上することとなり、熱交換効率をより向上させることができる。
　さらに、本実施形態では、図４に示すように、後退部７とベース部４との間に、ベース部４の下面に対して後退部７を持ち上げる段差部８が設けられている。すなわち、カラー部５の軸方向における段差部８の高さＣは、カラー部５の軸方向における後退部７の後退距離Ｄよりも大きい。カラー部５の軸方向における段差部８の高さＣは、ベース部４の平坦面４ａから段差部８の上面（後述する平面部８１の上面）までの高さである。後退部７の後退距離Ｄは、カラー部５の軸方向における段差部８の上面（平面部８１の上面）から後退部７の下面までの距離である。このような構成によれば、後退部７は、ベース部４の平坦面４ａを超えて突出していないので、伝熱フィン３を他の物体の上に平置きした場合、ベース部４の平坦面４ａが他の物体と接触することになる。その結果、後退部７が他の物体に衝突して変形するのを防止できる。これにより、伝熱フィン３の形状がばらつくのを防止し、伝熱フィン３の品質を向上させることができる。なお、本実施形態では、段差部８が、後退部７を取り囲むようにベース部４から立ち上がる壁部８２と、壁部８２の上端部から径方向内向きに後退部７の上端部につながるリング状の平面部８１とからなる。ただし、平面部８１は省略可能である。
　段差部８が無い場合、後退部７がベース部４の下面から突出するため、例えば伝熱フィン３の製造時などに、後退部７が他の物体に衝突して変形してしまう可能性がある。これに対し、本実施形態のように段差部８が設けられていれば、後退部７がベース部４の下面（平坦面４ａ）から突出しないため、後退部７が他の物体に衝突して変形することを防止できる。これにより、伝熱フィン３の形状のばらつきを少なくすることができるため、品質の良い伝熱フィン３を提供できる。
　次に、図７を参照して、上述した熱交換器１が用いられるヒートポンプ装置の一例であるルームエアコン１０を説明する。
　ルームエアコン１０では、室内ユニット１０Ａと室外ユニット１０Ｂとに跨って冷媒回路１０Ｃが構成されている。室外ユニット１０Ｂ内には圧縮機１１（一例としてロータリー型圧縮機）、四方弁１２、室外熱交換器１３、絞り装置１４（一例として膨張弁）が配置されており、室内ユニット１０Ａ内には室内熱交換器１５が配置されている。また、室外ユニット１０Ｂには室外熱交換器１３に室外空気を送る室外ファン１６（一例としてプロペラファン）が、室内ユニット１０Ａには室内熱交換器１５に室内空気を送る室内ファン１７（一例としてクロスフローファン）がそれぞれ設けられている。
　ルームエアコン１０では、四方弁１２により、圧縮機１１により圧縮された高温高圧の冷媒が、暖房運転の際は室内熱交換器１５に、冷房運転の際は室外熱交換器１３に導かれる。暖房運転の際は、室内熱交換器１５が凝縮器となり、四方弁１２から室内熱交換器１５へ高温冷媒が送られる。室内熱交換器１５は、流れてくる高温冷媒の熱と室内ファン１７によって送られる室内空気の熱を熱交換し、冷媒の熱を空気へ放熱させることで冷媒を凝縮液化させる。液化した冷媒は絞り装置１４で断熱膨張され、これにより低温低圧となった冷媒が室外熱交換器１３に送られる。室外熱交換器１３は蒸発器となり、気液二相状態の低温冷媒の熱と室外ファン１６によって送られる室外空気の熱を熱交換し、空気の熱を冷媒に吸熱させることで冷媒を蒸発気化させる。蒸発した低圧気化冷媒は、圧縮機１１で再度圧縮される。このサイクルを連続的に繰り返すことにより、室内空気を暖めて暖房を行う。冷房運転の際は、四方弁１２を切り替えることで、冷媒を逆方向に流し、室内空気を冷やして冷房を行う。すなわち、暖房運転と冷房運転の双方で、冷媒回路１０Ｃを循環する冷媒は、圧縮機１１、凝縮器、絞り装置１４および蒸発器をこの順に通過する。
　上述したようなルームエアコン１０あるいはそれ以外のヒートポンプ装置において、凝縮器と蒸発器の少なくとも一方を本実施形態の熱交換器１とすることで、凝縮器及び／又は蒸発器の熱交換効率を向上させることができる。その結果、ヒートポンプ装置のＣＯＰ（成績係数：coefficient of performance）を向上させることができる。
　（変形例）
　フレア部６及び後退部７は、後退部７とフレア部６とがフレア部６が囲う空間内で接触する限り、必ずしもテーパー状である必要はない。例えば、図６に示すように、後退部７が直線状ではなく湾曲しながらカラー部５の根元に向かって後退していてもよい。あるいは、図示は省略するが、フレア部６が湾曲しながら径方向外向きに拡大していてもよい。
　図６に示すような形状に成形された伝熱フィン３では、伝熱フィン３を積み上げる際に、隣り合う伝熱フィン３でカラー部５の中心軸同士の軸ズレが発生したとしても、後退部７がテーパー状のフレア部６の内側面６ａに接触することで、軸ズレを抑制することができるという作用がある。これにより、伝熱管２をカラー部５に挿入しやすくなることに加え、伝熱管２と積み重ねられた伝熱フィン３のカラー部５との径方向における相対位置を規制できるため、伝熱管２とカラー部５の接触面積をバラつかせることがなく、品質の良いフィンチューブ型熱交換器を提供できる。なお、この効果は、フレア部６と後退部７とが平行となるように伝熱フィン３を成形した場合でも同様に得ることができる。
　本発明のフィンチューブ型熱交換器は、ルームエアコンや給湯器、暖房機等のヒートポンプ装置に好適に用いることができる。

Claims (10)

  1. 　平坦面を有するベース部と、
    　前記ベース部から立ち上がる筒状のカラー部と、
    　前記カラー部の先端から前記カラー部の径方向外向きに全周に亘って広がるフレア部と、
    　前記ベース部の前記平坦面を基準面として前記カラー部の根元は前記基準面を超えない位置まで達しており、前記カラー部の根元から前記カラー部の先端側に向けて鋭角に折れ曲がった傾斜面を有する後退部と、
    を備えた伝熱フィン。
  2. 　前記カラー部の軸方向に対する前記フレア部の傾斜角度は、前記カラー部の軸方向に対する前記後退部の傾斜角度と同一又は前記カラー部の軸方向に対する前記後退部の傾斜角度より小さい、請求項１に記載の伝熱フィン。
  3. 　前記フレア部と前記後退部の傾斜面とは平行である、請求項１に記載の伝熱フィン。
  4. 　前記ベース部から前記後退部を持ち上げる段差部をさらに備え、
    　前記カラー部の軸方向における前記段差部の高さＣは、前記カラー部の軸方向における前記後退部の後退距離Ｄより大きい、請求項１に記載の伝熱フィン。
  5. 　積み重ねられた複数枚の伝熱フィンと、
    　前記複数枚の伝熱フィンを貫通する伝熱管と、を備え、
    　前記伝熱フィンは、
    　平坦面を有するベース部と、
    　前記ベース部から立ち上がる筒状のカラー部と、
    　前記カラー部の先端から前記カラー部の径方向外向きに全周に亘って広がるフレア部と、
    　前記ベース部の前記平坦面を基準面として前記カラー部の根元は前記基準面を超えない位置まで達しており、前記カラー部の根元から前記カラー部の先端側に向けて鋭角に折れ曲がった傾斜面を有する後退部と、
    を具備したフィンチューブ型熱交換器。
  6. 　前記積み重ねられた伝熱フィンの中の一の伝熱フィンの前記後退部は、前記一の伝熱フィンに積み重ねられた他の伝熱フィンの前記フレア部によって形成された空間に入り込み前記フレアと接触する、請求項５に記載のフィンチューブ型熱交換器。
  7. 　前記カラー部の軸方向に対する前記フレア部の傾斜角度は、前記カラー部の軸方向に対する前記後退部の傾斜角度と同一又は前記カラー部の軸方向に対する前記後退部の傾斜角度より小さい、請求項５に記載のフィンチューブ型熱交換器。
  8. 　前記フレア部と前記後退部の傾斜面とは平行である、請求項５に記載のフィンチューブ型熱交換器。
  9. 　前記ベース部から前記後退部を持ち上げる段差部をさらに備え、
    　前記カラー部の軸方向における前記段差部の高さＣは、前記カラー部の軸方向における前記後退部の後退距離Ｄより大きい、請求項５に記載のフィンチューブ型熱交換器。
  10. 　圧縮機と、
    　凝縮器と、
    　絞り装置と、
    　蒸発器と、
    　前記圧縮機、前記凝縮器、前記絞り装置及び前記蒸発器に、冷媒を循環させる冷媒回路と、を備え、
    　前記凝縮器と前記蒸発器との少なくとも一方が請求項５に記載のフィンチューブ型熱交換器である、ヒートポンプ装置。
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