JPWO2013161193A1

JPWO2013161193A1 - フィンチューブ熱交換器及びそれを備えた冷凍サイクル装置

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Publication number: JPWO2013161193A1
Application number: JP2014512319A
Authority: JP
Inventors: 由樹山岡; 治青柳; 安藤　智朗; 智朗安藤; 一貴小石原
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2015-12-21
Anticipated expiration: 2033-04-03
Also published as: CN104272053B; EP2843345A4; WO2013161193A1; CN104272053A; EP2843345A1; JP6021081B2; EP2843345B1

Abstract

本発明のフィンチューブ熱交換器は、切り起し４を有し、気流１００が通過する複数のフィン１と、複数の前記フィン１を貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管２と、を備え、前記切り起し４を、最も近接する前記伝熱管２の中心よりも前記気流１００の下流側のみに配設し、前記気流１００に対して傾斜させて形成したので、熱流速を均一化して、また、フィン１上に水が析出しても切り起し４によって円滑に流下させて、フィン１への着霜を少なくし、排水性を向上させることができ、伝熱性能に優れている。

Description

本発明は、特に、冷媒の熱交換に用いられるフィンチューブ熱交換器に関するものである。

従来、この種のフィンチューブ熱交換器としては、図１７に示すように、所定間隔Ｆｐで並べられた複数のフィン１と、これらのフィン１に略直角に挿入される伝熱管２とから構成されている。

図１８（ａ）は従来のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンを積層した際の断面図、図１８（ｂ）は従来のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンの部分平面図である。

図１８に示すように、フィン１には、フィン１の表面から立ち上げられたフィンカラー３が形成され、フィンカラー３に伝熱管２を挿嵌する。フィンカラー３は、端面３０が、隣り合うフィン１に接してフィン１同士の間隔を所定距離に保持する役割を果たす。

フィンチューブ熱交換器には、気流１００（例えば、空気）が送風機（図示せず）などによって導入される。気流１００は、積層されたフィン１の間隙を流動しながら、フィン１を介して伝熱管２の内部を流通する流体（例えば、Ｒ４１０ａ、二酸化炭素などの冷媒）と熱交換を行う。

また、伝熱管２の内部を流通する流体は、一般的には、液相と気相との二相状態にある。流体は、気流１００との熱交換によって液相が蒸発し、過熱ガスとなってフィンチューブ熱交換器から流出する。

このようなフィンチューブ熱交換器について、高効率の追求に応じた伝熱を促進するために、図１９に示すように、フィン１の全域にわたって切り起し４を形成したものがある（例えば、特許文献１、２参照）。

図１９（ａ）は、特許文献１に記載のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンを積層した際の断面図、図１９（ｂ）は特許文献１に記載のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンの部分平面図である。

図１９に示す切り起し４は、フィン１の一部を、フィン平面部１ｃに対して略鉛直方向に折曲げた、ルーバー形状である。この切り起し４を、フィン１上に、気流１００の上流側から下流側に向かって一直線に並ぶように傾斜させて形成し、伝熱管２の後流で生じる死水域を低減している。

また、図２０（ａ）は特許文献２に記載のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンを積層した際の断面図、図２０（ｂ）は特許文献２に記載のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンの部分平面図である。

図２０に示す切り起し４は、切り起し４の平面が、フィン平面部１ｃと略平行となるようにオフセットさせ、切り起し４の両端をフィン平面部１ｃと繋げてスリットを形成している。この切り起し４は、伝熱管２に対して気流１００の上流側及び下流側の双方に形成している。また、切り起し４の高さは所定の範囲に設定している。特許文献２に記載のフィンチューブ熱交換器は、図２０に示す切り起し４を設けることで、着霜時に生じる著しい伝達性能の低下抑制を図っている。

図２１（ａ）は特許文献３に記載のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンを積層した際の断面図、図２１（ｂ）は特許文献３に記載のフィンチューブ熱交換器を構成するフィンの部分平面図である。

図２１に示す切り起し４は、フィン１の一部を、フィン平面部１ｃに対して略垂直方向に折曲げた、ルーバー形状である。フィン１を折曲げて形成された切り起し４は、隣り合うフィン１に向かって切り起し開口部４ｃを形成する。

この切り起し４を、フィン１上に、気流１００の流れ方向に対して傾斜させて配設するとともに、フィン平面部１ｃに垂直な方向から見て交差するように配設する。その結果、切り起し開口部４ｃを通過して生じる気流１００同士の衝突によって乱流を促進し、フィンチューブ熱交換器の伝熱を促進する。

特開２００８−８９２３７号公報特開平１１−１２５４９５号公報特開２００７−３０９５３３号公報

しかしながら、従来の構成では、切り起し４が、フィン１の全域にわたって形成されていることから、特に、熱交換が盛んに行われるフィン１の気流１００の上流側では、フィン１への着霜が著しく、伝熱性能が低下してしまうという課題を有していた。

また、従来の構成では、フィン１で析出する水が、切り起し４で滞留してしまうことで円滑に流下せず、伝熱性能が低下してしまうという課題を有していた。

本発明は、従来の課題を解決するもので、フィンへの着霜を少なくし、排水性を向上させた、伝熱性能に優れたフィンチューブ熱交換器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のフィンチューブ熱交換器は、切り起しを有し、気流が通過する複数のフィンと、複数の前記フィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管と、を備え、前記切り起しを、最も近接する前記伝熱管の中心よりも前記気流の下流側のみに配設し、前記気流に対して傾斜させて形成したことを特徴とするものである。

これにより、着霜しにくい気流の下流側のみに切り起しを設けることで、着霜を少なくすることができる。また、気流方向に対して傾斜した切り起しによって、フィン上の水を円滑に流下させるので、排水性を向上させることができる。

本発明によれば、着霜が少なく、排水性が向上し、伝熱性能が優れたフィンチューブ熱交換器を提供することができる。

（ａ）本発明の実施の形態１におけるフィンチューブ熱交換器のフィンを積層した際の断面図、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図同フィンチューブ熱交換器のフィンにおいて切り起しと伝熱管との位置関係を示す部分平面図同フィンチューブ熱交換器のフィンにおいて切り起し高さＨｓと波形状高さＨｗとを示す断面図同フィンチューブ熱交換器のフィンにおいて切り起し高さＨｓとフィンカラー高さＨｃとを示す断面図同フィンチューブ熱交換器のフィンにおける排水作用説明図（ａ）本発明の実施の形態２におけるフィンチューブ熱交換器の別形状のフィンを積層した際の断面図、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器の別形状のフィンの部分平面図（ａ）本発明の実施の形態３におけるフィンチューブ熱交換器の別形状のフィンを積層した際の断面図、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器の別形状のフィンの部分平面図本発明の実施の形態４におけるフィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図（ａ）本発明の実施の形態５におけるフィンチューブ熱交換器のフィンを積層した際の断面図、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図同フィンチューブ熱交換器のフィンにおいて切り起しとフィンの等温線との関係を示すフィンの部分平面図同フィンチューブ熱交換器のフィンにおいて切り起し高さＨｓと波形状高さＨｗとを示す断面図同フィンチューブ熱交換器のフィンにおいて切り起し高さＨｓとフィンカラー高さＨｃとを示す断面図同フィンチューブ熱交換器のフィンにおける排水作用説明図（ａ）本発明の実施の形態６におけるフィンチューブ熱交換器の別形状のフィンを積層した際の断面図、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器の別形状のフィンの部分平面図（ａ）本発明の実施の形態７におけるフィンチューブ熱交換器のさらに別形状のフィンを積層した際の断面図、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器のさらに別形状のフィンの部分平面図本発明の実施の形態８におけるフィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図従来のフィンチューブ熱交換器の構成図（ａ）従来のフィンチューブ熱交換器のフィンを積層した際の断面図、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図（ａ）従来のフィンチューブ熱交換器の別形状のフィンを積層した際の断面図、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器の別形状のフィンの部分平面図（ａ）従来のフィンチューブ熱交換器の別形状のフィンを積層した際の断面図、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器の別形状のフィンの部分平面図（ａ）従来のフィンチューブ熱交換器の別形状のフィンを積層した際の断面図、（ｂ）同フィンチューブ熱交換器の別形状のフィンの部分平面図

１フィン
１ａフィン風上部
１ｂフィン風下部
１ｃフィン平面部
２伝熱管
３フィンカラー
４切り起し
４ａ切り起し辺
４ｂ立ち上り辺
４ｃ切り起し開口部
５波形状部
６座部
１００気流
Ｎ半径方向仮想線
Ｍ長手方向仮想線

第１の発明は、切り起しを有し、気流が通過する複数のフィンと、複数の前記フィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管と、を備え、前記切り起しを、最も近接する前記伝熱管の中心よりも前記気流の下流側のみに配設し、前記気流に対して傾斜させて形成したことを特徴とするものである。
これにより、着霜しにくい気流の下流側のみに切り起しを設けることで、着霜を少なくすることができる。また、気流方向に対して傾斜した切り起しによって、フィン上の水を円滑に流下させることで、排水性を向上させるので、伝熱性能を向上させることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記フィンは、前記伝熱管の周囲に形成される平坦な座部と、前記座部から前記気流の前記下流側となるフィン端部までに形成されるフィン平面部と、前記座部の周囲及び前記フィン平面部の周囲に形成され、山と谷が交互に形成される波形状部と、を有し、前記切り起しを、前記フィン平面部に配設したことを特徴とするものである。
これにより、波形状部を有することでフィンの伝熱面積を増大させる。また、伝熱管周囲の座部から気流の下流側となるフィン端部まで形成されたフィン平面部によって水を誘導して排水性を向上させることができる。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明において、前記切り起しは、前記フィンと繋がった一対の立ち上がり辺と、前記フィンと切り離される一対の切り起し辺とでブリッジ状に形成され、前記切り起し辺と前記フィンとの間にスリットが形成され、前記立ち上り辺を鉛直方向に形成したことを特徴とするものである。
これにより、表面張力によって水の滞留しやすい立ち上り辺を、鉛直方向に形成するので、ドレン水を円滑に流下させて排水性を向上させる。

第４の発明は、特に、第３の発明において、前記切り起しは、前記気流の上流側に位置する前記立ち上がり辺を、前記気流の前記下流側に位置する前記立ち上がり辺より高い位置としたことを特徴とするものである。
これにより、析出した水を自重と空気流とによってフィン風下端部側へと誘導するので、排水性を向上させる。

第５の発明は、特に、第３の発明において、前記切り起しは、前記気流の上流側に位置する前記立ち上がり辺を、前記気流の前記下流側に位置する前記立ち上がり辺より低い位置としたことを特徴とするものである。
これにより、析出した水を波形状部の谷部に誘導して円滑に流下させるので、排水性を向上させる。

第６の発明は、特に、第１の発明において、前記切り起しを、最も近接する前記伝熱管の前記中心を通る直線に対して垂直な方向に形成したことを特徴とするものである。
これにより、切り起しと伝熱管との間のフィンから、気流方向に対して切り起しよりも下流側のフィンへと伝わる熱伝達を阻害するので、フィンへの着霜がある運転条件において、切り起しよりも気流方向下流側のフィンへの着霜を抑制することができる。

第７の発明は、特に、第１の発明において、前記切り起しを、前記伝熱管の前記中心を通る直線に対して平行に形成したことを特徴とするものである。
これにより、切り起しを伝熱管中心線と平行に配置するので、切り起し風下側への熱伝導を阻害せずに熱交換性能を維持することができる。

第８の発明は、特に、第２の発明において、前記フィンは、前記伝熱管が挿入されるフィンカラーを有し、前記切り起し、前記波形状部、前記フィンカラー、の順に高さ寸法が大きくなることを特徴とするものである。
これにより、フィンの積層を容易にすることができる。

第９の発明は、特に、第１から第６の発明において、前記気流方向に、少なくとも上流側に位置する前記フィンと下流側に位置する前記フィンとを配設し、前記上流側の前記フィンの前記伝熱管と、前記下流側の前記フィンの前記伝熱管との高さを異ならせたことを特徴とするものである。
これにより、フィンチューブ熱交換器を通過する気流をフィン全体に誘導することができるので、フィンチューブ熱交換器が、略均一に切り起しによって伝熱を促進することができ、熱流束を均一化して伝熱をより促進させ、熱交換能力を高くすることができる。

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

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるフィンチューブ熱交換器は、図１８に示す従来のフィンチューブ熱交換器と同様に、所定間隔Ｆｐで並べられた複数のフィン１と、これらのフィン１に略直角に挿入される伝熱管２とから構成されている。ここでは、フィンチューブ熱交換器を蒸発器として使用する場合を例として、以下に説明する。

図１（ａ）は本実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器を構成するフィンの断面図、図１（ｂ）はフィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図を示すものである。

図１に示すように、フィン１は、平坦な座部６と、フィン平面部１ｃと、波形状部５とを有する。波形状部５は、一般には、コルゲート、ワッフルなどとも呼ばれる。
座部６は、伝熱管２の周囲に形成され、フィンカラー３の周囲に気流１００を案内する。フィン平面部１ｃは、座部６から気流１００の下流側となるフィン端部１ｄまでに形成される。波形状部５は、座部６の周囲及びフィン平面部１ｃの周囲に形成され、山と谷が交互に形成される。

切り起し４は、フィン平面部１ｃに配設される。切り起し４は、フィン平面部１ｃからフィン１の一部をスリット状にオフセットさせている。
切り起し４は、フィン平面部１ｃと繋がった一対の立ち上がり辺４ｂと、フィン平面部１ｃと切り離される一対の切り起し辺４ａとでブリッジ状に形成され、切り起し辺４ａとフィン平面部１ｃとの間に切り起し開口部（スリット）４ｃが形成される。
立ち上り辺４ｂは、鉛直方向に形成している。

切り起し４は、最も近接する伝熱管２の中心よりも気流１００の下流側のみに配設し、気流１００に対して傾斜させて形成している。気流１００の上流側に位置する立ち上がり辺４ｂは、気流１００の下流側に位置する立ち上がり辺４ｂより高い位置としている。また、フィン平面部１ｃと波形状部５との境界線のうち、上側と下側の境界線は、切り起し４と同一の方向に傾斜させて形成している。

切り起し４の上方と下方とには切り起し開口部４ｃが形成されている。切り起し開口部４ｃには、凝縮したドレン水が流下し、気流１００が通過する。また、立ち上がり辺４ｂは、鉛直方向に形成しているため、凝縮したドレン水は、重力によって立ち上がり辺４ｂに沿って流下しやすい。

また、伝熱管２の中心同士を結んだ仮想線Ｌに対して、気流１００の上流側をフィン風上部１ａ、気流１００の下流側をフィン風下部１ｂとすると、切り起し４は、フィン風下部１ｂのみに配設している。波形状部５は、フィン風上部１ａ及びフィン風下部１ｂに配設している。ただし、切り起し４は、座部６よりも外側のフィン平面部１ｃに配設される。

さらに、切り起し４は、図２に示すように、最も近接する伝熱管２の中心を通る半径方向仮想線Ｎに対して垂直な方向（長手方向仮想線Ｍ）に形成している。すなわち、直線状の切り起し辺４ａが、切り起し４に最も近接する伝熱管２の半径方向仮想線Ｎと垂直に交わるように切り起し４を配設する。

ここで、図３及び図４に示すように、フィンカラー３の高さをＨｃ（例えば、１．５ｍｍ）、切り起し４の高さをＨｓ（例えば、０．７５ｍｍ）、波形状部５の高さをＨｗ（例えば、１ｍｍ）とするとき、Ｈｃ＞Ｈｗ＞Ｈｓの関係を満足するように形成される。さらに、切り起し４は、フィン平面部１ｃに対して全て同一方向に立ち上げられる。

以上のように、構成されたフィンチューブ熱交換器について、以下にその作用を説明する。

本実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器において、波形状部５に成形されたフィン風上部１ａでは、フィン１の間隙を通過する気流１００が蛇行するため、乱流が促進される。さらに、フィン風下部１ｂでは、切り起し４に気流１００を通過させることによって、切り起し辺４ａで温度境界層が形成される。

一般的に、切り起し４は、伝熱を促進する。従って、波形状部５と切り起し４とを配設することによって、熱流速の低いフィン風下部１ｂの伝熱をより促進し、フィン風上部１ａとフィン風下部１ｂとの熱流速が比較的均一になる。
特に、フィン１の温度が０℃未満となってフィンチューブ熱交換器への着霜が生じる運転条件では、フィン風下部１ｂへの着霜を切り起し４によって促進し、フィン風上部１ａとフィン風下部１ｂとへの着霜が比較的均一になる。

さらに、切り起し辺４ａ（切り起し４の長手方向仮想線Ｍ）と、この切り起し４に最も近接する伝熱管２の半径方向仮想線Ｎとが垂直に交わるように、切り起し４を配設する。そうすることによって、フィン風下部１ｂのうち、伝熱管２と切り起し４との間のフィン１から、切り起し４よりも気流１００の下流側のフィン１の領域Ａに伝わる熱を遮断する。よって、フィン１の温度が０℃未満となってフィンチューブ熱交換器への着霜が生じる運転条件では、領域Ａへの着霜を抑制し、切り起し４が着霜によって閉塞しても、領域Ａを気流１００の風路として確保できる。

また、図３に示すように、波形状部５の高さＨｗを切り起し４の高さＨｓよりも高くすることによって、波形状部５によって案内された気流１００が切り起し４をより確実に通過し、切り起し４における伝熱を促進することができる。

また、切り起し４は、フィン平面部１ｃからフィンカラー３と同じ方向に成形されているので、切り起し４付近において気流１００の渦を発生させず、また、気流１００を必要以上に蛇行させない。そのため、切り起し４による通風抵抗の増大を抑えることができる。

また、切り起し４は、切り起し開口部４ｃによって上方と下方とで開口し、さらに、気流１００の上流側が高くなるように傾斜させている。そのため、図５に示すように、切り起し４に付着したドレン水は、自重に加えて、気流１００によって流下する。また、切り起し４に付着したドレン水のうち、フィン平面部１ｃに流下したドレン水は、切り起し４と同一の方向に傾斜した境界線に沿って、自重に加えて、気流１００によって流下する。
従って、ドレン水を滞留させようとするフィン１の表面張力に逆らってドレン水を滑らかに流下させ、フィン１への水の滞留量を少なくできる。これにより、フィン１にドレン水が付着するような運転条件であっても、ドレン水の排水性が向上し、フィンチューブ熱交換器の通風抵抗を小さくできる。
特に、フィン１の温度が０℃未満となってフィンチューブ熱交換器への着霜がある運転条件では、除霜時に霜が融けて生成した融解水が、切り起し４の傾斜を利用して滑らかに流下する。従って、除霜復帰時に、フィン１に滞留した融解水が再氷結することによる通風抵抗の増大を抑制できる。

さらに、図４に示すように、フィンカラー３の高さＨｃを、切り起し４の高さＨｓよりも高くすることにより、隣り合うフィン平面部１ｃと切り起し４とが接触することがなく、フィン１の表面張力によるドレン水の滞留量を少なくできる。
これにより、フィン１にドレン水が付着するような運転条件であっても、ドレン水の排水性が向上し、フィンチューブ熱交換器の通風抵抗を小さくできる。

また、切り起し４が座部６よりも外側に配設されるため、切り起し４とフィンカラー３との間に所定の間隔を取ることができる。よって、切り起し４に付着したドレン水が、表面張力によってフィンカラー３との間に滞留せずに、下方へ流下する。よって、フィン１にドレン水が付着するような運転条件にあっても、ドレン水の排水性が向上し、フィンチューブ熱交換器の通風抵抗を小さくできる。

なお、座部６とフィン平面部１ｃとが同一平面上に形成される場合には、波形状部５と座部６との接点２０間で形成される長さを距離Ｄとし、距離Ｄを直径とする円形の領域を座部６とし、その外側をフィン平面部１ｃとする。

以上のように、本実施の形態においては、気流１００に対して傾斜させた切り起し４をフィン風下部１ｂに備え、フィン風下部１ｂの伝熱を促進する。よって、フィン１の温度が０℃未満となる運転条件において、フィン風上部１ａとフィン風下部１ｂとの着霜が比較的均一となることに加えて、除霜時に生成する融解水がフィン１に滞留しにくくなる。
よって、切り起し４への局所的な着霜による通風抵抗の急激な増加や、熱交換量の低下を抑制し、切り起し４による伝熱を促進する。更に、従来のフィンチューブ熱交換器への着霜を大幅に改善できる。

なお、本実施の形態では、切り起し４とフィンカラー３とを同じ方向に設けたが、フィンカラー３と異なる方向に切り起し４を形成してもよい。

（実施の形態２）
図６に本発明の実施の形態２を示す。実施の形態１と同一機能である構成には同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１と相違する構成のみ以下に説明する。

切り起し４は、図１に示すフィン１の一部をスリット状にオフセットさせたもの以外にも、図６（ａ）及び（ｂ）に示すフィン１の一部をフィン平面部１ｃに対して略鉛直となるように折り曲げて形成してもよい。
本実施の形態では、１辺を立ち上がり辺４ｂとし、他の３辺をフィン平面部１ｃから切り離される切り起し辺４ａとしている。そしてフィン１の一部を立ち上がり辺４ｂで折り曲げることで切り起し開口部４ｃが形成される。

（実施の形態３）
図７に本発明の実施の形態３を示す。実施の形態１と同一機能である構成には同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１と相違する構成のみ以下に説明する。

図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、切り起し４は気流１００の下流側が高い位置となるように傾斜して配設している。
すなわち、切り起し４は、気流１００の上流側に位置する立ち上がり辺４ｂを、気流１００の下流側に位置する立ち上がり辺４ｂより低い位置としている。また、フィン平面部１ｃと波形状部５との境界線のうち、上側と下側の境界線は、切り起し４と同一の方向に傾斜させて形成している。

上記構成により、除霜時に、切り起し４の傾斜を利用して霜が融けて生成した融解水を滑らかに流下させる。また、切り起し４に付着したドレン水のうち、フィン平面部１ｃに流下したドレン水は、切り起し４と同一の方向に傾斜した境界線に沿って、流下する。さらに、波形状部５によって形成される山部、谷部によって、融解水を重力方向下方へと流下させる。そのため、フィン１への水の滞留を減らして、除霜復帰後における融解水の再氷結による通風抵抗の増大を抑制できる。

また、波形状部５は、気流１００の上流側及び下流側に形成することで、フィン１の表面における温度境界層を乱し、伝熱を促進するので、着霜を少なくして排水性を維持しながら、より熱交換能力を高めることができる。

なお、本実施の形態では、伝熱管２を丸管として記載したが、例えば、偏平管としてもよい。
また、実施の形態２で説明した切り起し４を実施の形態３に適用してもよい。

（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４におけるフィンチューブ熱交換器を構成するフィンの部分平面図である。なお、実施の形態１から３と同一の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図８に示すように、実施の形態４におけるフィンチューブ熱交換器は、複数のフィン１を気流１００の方向に並列に並べている。すなわち、実施の形態４におけるフィンチューブ熱交換器は、少なくとも上流側に位置する１列目のフィン１と下流側に位置する２列目のフィン１とを配設している。
そして、上流側の１列目のフィン１の伝熱管２と、下流側の２列目のフィン１の伝熱管２との高さを異ならせている。１列目のフィン１の２つの伝熱管２の間に、２列目のフィン１の伝熱管２を配置することが好ましい。

本実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器は、１列目のフィン１を通過する気流１００を２列目のフィン１の伝熱管２と熱交換しやすくする。

また、気流１００は、１列目のフィン１又は２列目のフィン１に備えられる切り起し４のいずれか一方の切り起し４を通過する。従って、気流１００は、比較的均一に、１列目又は２列目の切り起し４によって、温度境界層が形成され、伝熱を促進することができる。

以上のように、本実施の形態においては、気流１００に対して傾斜させた切り起し４をフィン風下部１ｂに備え、かつ、気流１００の方向にフィン１を２列に並べ、１列目のフィン１の伝熱管２と、下流側の２列目のフィン１の伝熱管２との高さを異ならせている。
これにより、フィンチューブ熱交換器のいずれの位置を通過する気流１００も、比較的均一に切り起し４によって伝熱を促進して、熱交換能力を高くすることができる。

また、フィン１の表面温度が０℃未満となる運転条件においては、フィン風上部１ａとフィン風下部１ｂとで比較的均一に着霜させ、除霜時における融解水の再氷結を防止して、従来の切り起し４を備えるフィンチューブ熱交換器への着霜も大きく改善することができる。

（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５について、図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態５におけるフィンチューブ熱交換器は、図１８に示す従来のフィンチューブ熱交換器と同様に、所定間隔Ｆｐで並べられた複数のフィン１と、これらのフィン１に略直角に挿入される伝熱管２とから構成されている。ここでは、フィンチューブ熱交換器を蒸発器として使用する場合を例として、以下に説明する。

図９（ａ）は本実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器を構成するフィンの断面図、図９（ｂ）はフィンチューブ熱交換器のフィンの部分平面図を示すものである。

図９に示すように、フィン１は、平坦な座部６と、フィン平面部１ｃと、波形状部５とを有する。波形状部５は、一般には、コルゲート、ワッフルなどとも呼ばれる。
座部６は、伝熱管２の周囲に形成され、フィンカラー３の周囲に気流１００を案内する。フィン平面部１ｃは、座部６から気流１００の下流側となるフィン端部１ｄまでに形成される。波形状部５は、座部６の周囲及びフィン平面部１ｃの周囲に形成され、山と谷が交互に形成される。

切り起し４は、フィン平面部１ｃに配設される。切り起し４は、フィン平面部１ｃからフィン平面部１ｃの一部をスリット状にオフセットさせている。
切り起し４は、フィン平面部１ｃと繋がった一対の立ち上がり辺４ｂと、フィン平面部１ｃと切り離される一対の切り起し辺４ａとでブリッジ状に形成され、切り起し辺４ａとフィン平面部１ｃとの間に切り起し開口部（スリット）４ｃが形成される。
立ち上り辺４ｂは、鉛直方向に形成している。

切り起し４は、伝熱管２の中心を通る半径方向仮想線Ｎに対して平行に形成している。
本実施の形態による２つの切り起し４は、気流１００の上流側が上方となるように伝熱管２の中心を通る半径方向仮想線Ｎの両側に配設されている。

切り起し４の上方と下方とには切り起し開口部４ｃが形成されている。切り起し開口部４ｃは、凝縮したドレン水が流下し、気流１００が通過する。また、立ち上がり辺４ｂは、鉛直方向に形成しているため、凝縮したドレン水は、重力によって立ち上がり辺４ｂに沿って流下しやすい。

また、伝熱管２の中心同士を結んだ仮想線Ｌに対して、気流１００の上流側をフィン風上部１ａ、気流１００の下流側をフィン風下部１ｂとすると、切り起し４は、フィン風下部１ｂのみに配設している。波形状部５は、フィン風上部１ａ及びフィン風下部１ｂに配設している。ここで、切り起し４は、フィンカラー３の周辺に円形状に形成される座部６よりも外側のフィン平面部１ｃに配設される。

ここで、図１１及び図１２に示すように、フィンカラー３の高さをＨｃ（例えば、１．５ｍｍ）、切り起し４の高さをＨｓ（例えば、０．７５ｍｍ）、波形状部５の高さをＨｗ（例えば、１ｍｍ）とするとき、Ｈｃ＞Ｈｗ＞Ｈｓの関係を満足するように形成される。さらに、切り起し４は、フィン平面部１ｃに対して全て同一の方向に立ち上げられる。

本実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器は、波形状部５に成形されたフィン風上部１ａでは、フィン１の間隙を通過する気流１００が蛇行するため、乱流が促進される。さらに、フィン風下部１ｂでは、気流１００を切り起し４に通過させることによって、切り起し辺４ａで温度境界層が形成される。

一般的に、切り起し４は、伝熱を促進するので、波形状部５と切り起し４とを配設することによって、熱流速の低いフィン風下部１ｂの伝熱をより促進し、フィン風上部１ａとフィン風下部１ｂとの熱流速が比較的均一になる。
特に、フィン１の温度が０℃未満となってフィンチューブ熱交換器への着霜が生じる運転条件では、フィン風下部１ｂへの着霜を切り起し４によって促進し、フィン風上部１ａとフィン風下部１ｂとへの着霜が比較的均一になる。

また、切り起し４は、伝熱管２の半径方向仮想線Ｎと略平行に配設されている。通常、図１０に示すように、伝熱管２とフィン１との間の伝熱は、等温線Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４・・・が、伝熱管２の中心から放射状に拡がる。よって、切り起し４と伝熱管２から拡がる等温線とは略垂直に交わる。すなわち、図１０の熱伝導方向の破線矢印で示すように、熱は等温線に対して垂直な方向に移動する。そのため、半径方向仮想線Ｎと略平行に配設された切り起し４は、フィン１上に不連続面を形成しながらも、フィン１と伝熱管２との間の伝熱を遮ることがなく、フィン１と伝熱管２との間の熱抵抗として作用することがない。

さらに、伝熱管２の半径方向仮想線Ｎと略平行に配設された切り起し４は、伝熱管２との距離が大きいフィン１の端部と伝熱管２との伝熱を促進する。これにより、伝熱管２の近傍における熱流速と、フィン１の端部周辺の熱流速とが、比較的均一になる。

また、図１１に示すように、波形状部５の高さＨｗを切り起し４の高さＨｓよりも高くすることによって、波形状部５によって案内された気流１００が、切り起し４をより確実に通過し、切り起し４よって伝熱を促進することができる。

また、切り起し４は、切り起し開口部４ｃによって上方と下方とで開口し、さらに、気流１００の上流側が高くなるように傾斜させている。そのため、図１３に示すように、切り起し４に付着したドレン水は、自重に加えて、気流１００によって流下する。また、切り起し４に付着したドレン水のうち、フィン平面部１ｃに流下したドレン水は、切り起し４と同一の方向に傾斜した境界線に沿って、自重に加えて、気流１００によって流下する。
従って、ドレン水を滞留させようとするフィン１の表面張力に逆らってドレン水を滑らかに流下させ、フィン１への水の滞留量を少なくできる。これにより、フィン１にドレン水が付着するような運転条件であっても、ドレン水の排水性が向上し、フィンチューブ熱交換器の通風抵抗を小さくできる。
特に、フィン１の温度が０℃未満となってフィンチューブ熱交換器への着霜がある運転条件では、除霜時に霜が融けて生成した融解水が、切り起し４の傾斜を利用して滑らかに流下する。従って、除霜復帰時に、フィン１に滞留した融解水が再氷結することによる通風抵抗の増大を抑制できる。

さらに、図１２に示すように、フィンカラー３の高さＨｃを、切り起し４の高さＨｓよりも高くすることにより、隣り合うフィン平面部１ｃと切り起し４とが接触することがなく、積層されるフィン１の間で、フィン１の表面張力によって滞留するドレン水を少なくできる。
これにより、フィン１にドレン水が付着するような運転条件であっても、ドレン水の排水性が向上し、フィンチューブ熱交換器の通風抵抗を小さくできる。

また、切り起し４が、フィンカラー３の周囲に形成される円形状の座部６よりも外側に配設されるため、切り起し４とフィンカラー３との間に所定の間隔を取ることができる。よって、切り起し４に付着したドレン水が、表面張力によってフィンカラー３との間に滞留せずに、下方へ流下する。よって、フィン１にドレン水が付着するような運転条件であっても、ドレン水の排水性が向上し、フィンチューブ熱交換器の通風抵抗を小さくできる。

以上のように、本実施の形態においては、気流１００に対して傾斜させた切り起し４をフィン風下部１ｂに備え、フィン風下部１ｂの伝熱を促進する。よって、フィン１の温度が０℃未満となる運転条件において、フィン風上部１ａとフィン風下部１ｂとの着霜が比較的均一となることに加えて、除霜時に生成する融解水がフィン１に滞留しにくくなる。
よって、切り起し４への局所的な着霜による通風抵抗の急激な増加や、熱交換量の低下を抑制し、切り起し４によって伝熱を促進する。更に、従来のフィンチューブ熱交換器への着霜を大幅に改善できる。

（実施の形態６）
図１４に本発明の実施の形態６を示す。実施の形態５と同一機能である構成には同一符号を付して説明を省略し、実施の形態５と相違する構成のみ以下に説明する。

切り起し４は、図９に示すフィン１の一部をスリット状にオフセットさせたもの以外にも、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すフィン１の一部をフィン平面部１ｃに対して略鉛直となるように折り曲げて形成してもよい。
本実施の形態では、１辺を立ち上がり辺４ｂとし、他の３辺をフィン平面部１ｃから切り離される切り起し辺４ａとしている。そしてフィン１の一部を立ち上がり辺４ｂで折り曲げることで切り起し開口部４ｃが形成される。

（実施の形態７）
図１５に本発明の実施の形態７を示す。実施の形態５と同一機能である構成には同一符号を付して説明を省略し、実施の形態５と相違する構成のみ以下に説明する。

図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、切り起し４は気流１００の下流側が高い位置となるように傾斜して配設している。
すなわち、切り起し４は、気流１００の上流側に位置する立ち上がり辺４ｂを、気流１００の下流側に位置する立ち上がり辺４ｂより低い位置としている。また、フィン平面部１ｃと波形状部５との境界線のうち、上側と下側の境界線は、切り起し４と同一の方向に傾斜させて形成している。

また、波形状部５は、気流１００の上流側及び下流側に形成することで、フィン１の表面における温度境界層を乱し、伝熱を促進するので、着霜を少なくして排水性を維持しながら、熱交換能力をより向上させることができる。

なお、本実施の形態では、伝熱管２を丸管として記載したが、例えば、偏平管としてもよい。
また、実施の形態６で説明した切り起し４を実施の形態７に適用してもよい。

（実施の形態８）
図１６は、本発明の実施の形態８におけるフィンチューブ熱交換器を構成するフィンの部分平面図である。なお、実施の形態１から７と同一の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１６に示すように、実施の形態７におけるフィンチューブ熱交換器は、複数のフィン１を気流１００の方向に並列に並べている。すなわち、実施の形態７におけるフィンチューブ熱交換器は、少なくとも上流側に位置する１列目のフィン１と下流側に位置する２列目のフィン１とを配設している。
そして、上流側の１列目のフィン１の伝熱管２と、下流側の２列目のフィン１の伝熱管２との高さを異ならせている。１列目のフィン１の２つの伝熱管２の間に、２列目のフィン１の伝熱管２を配置することが好ましい。

本実施の形態におけるフィンチューブ熱交換器は、１列目のフィン１を通過する気流１００を２列目のフィン１の伝熱管２と熱交換しやすくする。
また、気流１００は、１列目のフィン１又は２列目のフィン１に備えられる切り起し４のいずれか一つの切り起し４を通過する。従って、気流１００は、切り起し４によって温度境界層が形成され、伝熱を促進することができる。

以上のように、本実施の形態においては、気流１００に対して傾斜させた切り起し４をフィン風下部１ｂに備え、かつ、気流１００の方向にフィン１を２列に並べ、１列目のフィン１の伝熱管２と、下流側の２列目のフィン１の伝熱管２との高さを異ならせている。
これにより、フィンチューブ熱交換器のいずれの位置を通過する気流１００も、切り起し４によって伝熱を促進して、熱交換性能を向上できる。

以上のように、本発明にかかるフィンチューブ熱交換器は、気流方向に対してフィンの下流側のみに形成され、かつ、気流方向に対して傾斜した切り起しにより、着霜を少なくし、排水性を向上させることができるので、空気調和装置、給湯装置、暖房装置などに用いられる冷凍サイクル装置の熱交換器に適用することができる。

Claims

切り起しを有し、気流が通過する複数のフィンと、
複数の前記フィンを貫通し、内部を流体が流動する複数の伝熱管と、
を備え、
前記切り起しを、最も近接する前記伝熱管の中心よりも前記気流の下流側のみに配設し、前記気流に対して傾斜させて形成したことを特徴とするフィンチューブ熱交換器。
前記フィンは、
前記伝熱管の周囲に形成される平坦な座部と、
前記座部から前記気流の前記下流側となるフィン端部までに形成されるフィン平面部と、
前記座部の周囲及び前記フィン平面部の周囲に形成され、山と谷が交互に形成される波形状部と、
を有し、
前記切り起しを、前記フィン平面部に配設した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。
前記切り起しは、前記フィンと繋がった一対の立ち上がり辺と、前記フィンと切り離される一対の切り起し辺とでブリッジ状に形成され、
前記切り起し辺と前記フィンとの間にスリットが形成され、
前記立ち上り辺を鉛直方向に形成した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。
前記切り起しは、前記気流の上流側に位置する前記立ち上がり辺を、前記気流の前記下流側に位置する前記立ち上がり辺より高い位置としたことを特徴とする請求項３に記載のフィンチューブ熱交換器。
前記切り起しは、前記気流の上流側に位置する前記立ち上がり辺を、前記気流の前記下流側に位置する前記立ち上がり辺より低い位置としたことを特徴とする請求項３に記載のフィンチューブ熱交換器。
前記切り起しを、最も近接する前記伝熱管の前記中心を通る直線に対して垂直な方向に形成した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。
前記切り起しを、前記伝熱管の前記中心を通る直線に対して平行に形成した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。
前記フィンは、前記伝熱管が挿入されるフィンカラーを有し、
前記切り起し、前記波形状部、前記フィンカラー、の順に高さ寸法が大きくなることを特徴とする請求項２に記載のフィンチューブ熱交換器。
前記気流方向に、少なくとも上流側に位置する前記フィンと下流側に位置する前記フィンとを配設し、
前記上流側の前記フィンの前記伝熱管と、前記下流側の前記フィンの前記伝熱管との高さを異ならせたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のフィンチューブ熱交換器。
請求項１から請求項９のいずれかに記載のフィンチューブ熱交換器を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。