フィンチューブ熱交換器
【課題】フィンチューブ熱交換器における圧力損失を低減する。
【解決手段】フィンチューブ熱交換器１００は、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、複数のフィン３１を貫通しており、気体と熱交換する媒体が内部を流れる伝熱管２１とを備えている。フィン３１は、伝熱管２１の周囲に形成された平坦部３６を有するとともに、気体の流れ方向に沿って山部３４と谷部３５とが交互に現れるように成形されている。複数のフィン３１の配列方向を高さ方向、フィン３１の前縁３０ａの位置を高さ方向における基準位置と定義したとき、基準位置から山部３４までの高さＨ１と、基準位置から谷部３５までの高さＨ２と、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３とが、０＜Ｈ２、０＜Ｈ３、Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす。
【解決手段】フィンチューブ熱交換器１００は、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、複数のフィン３１を貫通しており、気体と熱交換する媒体が内部を流れる伝熱管２１とを備えている。フィン３１は、伝熱管２１の周囲に形成された平坦部３６を有するとともに、気体の流れ方向に沿って山部３４と谷部３５とが交互に現れるように成形されている。複数のフィン３１の配列方向を高さ方向、フィン３１の前縁３０ａの位置を高さ方向における基準位置と定義したとき、基準位置から山部３４までの高さＨ１と、基準位置から谷部３５までの高さＨ２と、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３とが、０＜Ｈ２、０＜Ｈ３、Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィンチューブ熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、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及びVIIB-VIIB線に沿った断面図である。フィン１は、気流方向に沿って山部４と谷部５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」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。
【０００４】
特許文献１には、改良されたコルゲートフィンを備えたフィンチューブ熱交換器が記載されている。図８Ａ〜図８Ｃは、それぞれ、特許文献１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、VIIIB-VIIIB線に沿った断面図及びVIIIC-VIIIC線に沿った断面図である。特許文献１のフィンチューブ熱交換器において、フィン１１の山部１４の高さｈ１は、フィンピッチＰよりも大きく、フィンピッチＰの２倍よりも小さい。谷部１５は、平坦部１６よりも高い位置に形成されている。山部１４と平坦部１６との間の高低差が傾斜面１８によって補われている。同様に、谷部１５と平坦部１６との間の高低差が傾斜面１８によって補われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３６７３５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のフィンチューブ熱交換器によれば、山部１４と山部１４との間において、谷部１５の高さｈ２に起因してフィン１１の勾配が緩やかになっている。そのため、圧力損失の増加を抑制しながら伝熱性能の向上を図ることができると考えられる。また、山部１４と谷部１５との間の高低差が小さいので、成形時におけるフィン１１の破断を抑制できる。
【０００７】
近年、地球温暖化や資源枯渇の問題を背景として、より高性能なフィンチューブ熱交換器が必要とされている。本発明は、フィンチューブ熱交換器における圧力損失を低減することを目的とする。本発明は、また、フィンチューブ熱交換器の製造し易さを改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明は、
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と、
前記複数のフィンを貫通しており、前記気体と熱交換する媒体が内部を流れる伝熱管とを備え、
前記フィンは、前記伝熱管の周囲に形成された平坦部を有するとともに、前記気体の流れ方向に沿って山部と谷部とが交互に現れるように成形されており、
前記複数のフィンの配列方向を高さ方向、前記フィンの前縁の位置を前記高さ方向における基準位置と定義したとき、前記基準位置から前記山部までの高さＨ１と、前記基準位置から前記谷部までの高さＨ２と、前記基準位置から前記平坦部までの高さＨ３とが、０＜Ｈ２、０＜Ｈ３、Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす、フィンチューブ熱交換器を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のフィンチューブ熱交換器によれば、基準位置から山部までの高さＨ１と、基準位置から谷部までの高さＨ２と、基準位置から平坦部までの高さＨ３とが、上記の関係を満たす。これにより、気流の通過時における圧力損失を効果的に低減することができる。また、成形時におけるフィンの破断も極力防止できる。すなわち、本発明のフィンチューブ熱交換器は製造しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るフィンチューブ熱交換器の斜視図
【図２Ａ】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２Ｂ】図２Ａに示すフィンのIIB-IIB線に沿った断面図
【図２Ｃ】図２Ａに示すフィンのIIC-IIC線に沿った断面図
【図２Ｄ】図２Ａに示すフィンの斜視図
【図３Ａ】第一変形例に係るフィンの平面図
【図３Ｂ】図３Ａに示すフィンのIIIB-IIIB線に沿った断面図
【図３Ｃ】図３Ａに示すフィンのIIIC-IIIC線に沿った断面図
【図３Ｄ】図３Ａに示すフィンの斜視図
【図４Ａ】第二変形例に係るフィンの平面図
【図４Ｂ】図４Ａに示すフィンのIVB-IVB線に沿った断面図
【図４Ｃ】図４Ａに示すフィンのIVC-IVC線に沿った断面図
【図５Ａ】第三変形例に係るフィンの平面図
【図５Ｂ】図５Ａに示すフィンのVB-VB線に沿った断面図
【図５Ｃ】図５Ａに示すフィンのVC-VC線に沿った断面図
【図６Ａ】（Ｈ２／Ｈ１）＝０．５の条件での解析結果を示すグラフ
【図６Ｂ】（Ｈ２／Ｈ１）＝０．３３の条件での解析結果を示すグラフ
【図７Ａ】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
【図７Ｂ】図７Ａに示すフィンのVIIB-VIIB線に沿った断面図
【図８Ａ】特許文献１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
【図８Ｂ】図８Ａに示すフィンのVIIIB-VIIIB線に沿った断面図
【図８Ｃ】図８Ａに示すフィンのVIIIC-VIIIC線に沿った断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。明細書に記載した具体的な数値は、例示にすぎず、本発明はそれらの数値によって限定されない。
【００１２】
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等の冷媒である。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。
【００１３】
フィン３１は直線状の前縁３０ａ及び後縁３０ｂを有する。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。
【００１４】
本明細書では、フィン３１の配列方向を高さ方向、前縁３０ａに平行な方向を幅方向、高さ方向及び幅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。気流方向、高さ方向及び幅方向は、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対応している。
【００１５】
図２Ａ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の長手方向は幅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（フィンピッチＦＰ）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の範囲に調整されうる。図２Ｃ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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。フィン効率を向上させる観点から、フィン３１の肉厚が０．０８ｍｍ以上であることが特に好ましい。フィン３１の表面にベーマイト処理、親水性塗料の塗布等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。
【００１８】
伝熱管２１は、フィン３１に形成された貫通孔３７ｈに挿入されている。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。複数の貫通孔３７ｈが幅方向に一列に形成されており、そのそれぞれに伝熱管２１が嵌め合わされている。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。幅方向に互いに隣り合う２つの貫通孔３７ｈの距離（管ピッチ）は、例えば、貫通孔３７ｈの直径の２〜３倍である。また、気流方向に関するフィン３１の寸法Ｌは、例えば１５〜２５ｍｍである。
【００１９】
図２Ａ〜図２Ｄに示すように、フィン３１は、気流方向に沿って山部３４と谷部３５とが交互に現れるように成形されている。山部３４の稜線及び谷部３５の谷線は、それぞれ、幅方向に平行である。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。本実施形態において、フィン３１は、気流方向に沿って２つの山部３４と１つの谷部３５とを有する。気流方向に関して、谷部３５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３５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３５の数も特に限定されない。
【００２０】
フィン３１は、また、伝熱管２１の周囲に形成された平坦部３６を有する。平坦部３６は、フィンカラー３７に隣接している部分であって、伝熱管２１の周囲に形成された円環状の部分である。平坦部３６の表面は、気流方向に平行で高さ方向に垂直である。さらに、フィン３１は、山部３４と平坦部３６との間の高低差を補う傾斜面３８ａを有する。図２Ｄの斜視図から理解できるように、傾斜面３８ａは、緩やかな曲面で構成されている。
【００２１】
図２Ｂに示すように、フィン３１の前縁３０ａの位置を高さ方向における基準位置と定義したとき、基準位置から谷部３５までの高さＨ２は、ゼロよりも大きい（０＜Ｈ２）。また、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３は、基準位置から谷部３５までの高さＨ２に一致している（Ｈ２＝Ｈ３）。さらに、基準位置から山部３４までの高さＨ１は、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３よりも大きい（Ｈ３＜Ｈ１）。
【００２２】
なお、本明細書において、基準位置から山部３４までの高さＨ１を単に「山部３４の高さＨ１」とも言う。同様に、基準位置から谷部３５までの高さＨ２を単に「谷部３５の高さＨ２」とも言う。基準位置から平坦部３６までの高さＨ３を単に「平坦部３６の高さＨ３」とも言う。
【００２３】
山部３４の高さＨ１及び谷部３５の高さＨ２は特に限定されない。山部３４の高さＨ１は、例えば、フィンピッチＦＰを基準として調整されうる。フィンピッチＦＰに対する山部３４の高さＨ１の比率（Ｈ１／ＦＰ）は、例えば、０．５〜２の範囲に調整されうる。谷部３５の高さＨ２は、例えば、山部３４の高さＨ１を基準として調整されうる。山部３４の高さＨ１に対する谷部３５の高さＨ２の比率（Ｈ２／Ｈ１）は、例えば、０．１〜０．９（好ましくは０．２〜０．８）の範囲に調整されうる。
【００２４】
前縁３０ａと山部３４との間の部分は、緩やかに傾斜した平坦面３０ｐで構成されている。同様に、山部３４と谷部３５との間の部分も緩やかに傾斜した２つの平坦面３０ｑで構成されている。山部３４と後縁３０ｂとの間の部分も緩やかに傾斜した平坦面３０ｐで構成されている。フィン３１の配列方向（Ｙ方向）に垂直な平面に対する平坦面３０ｐの傾斜角度θ１は、例えば、０度よりも大きく３０度以下の範囲に調整されている。平坦面３０ｐの傾斜角度θ１は、平坦面３０ｑの傾斜角度θ２と異なっていてもよいし、一致していてもよい。本実施形態では、傾斜角度θ２が傾斜角度θ１よりも小さい。
【００２５】
本実施形態のフィンチューブ熱交換器１００に使用されたフィン３１によれば、以下に説明する効果を得ることができる。
【００２６】
まず、谷部３５と平坦部３６とが同一平面上に存在しているので、谷部３５と平坦部３６との間において滑らかな風速分布が達成される。同様に、山部３４と平坦部３６との間の段差が比較的小さいので、山部３４と平坦部３６との間において滑らかな風速分布が達成される。従って、空気Ａが最も加速される領域における圧力損失を大幅に低減することができる。また、山部３４と平坦部３６との距離が近く、谷部３５と平坦部３６とが同一平面上に存在しているため、傾斜面３８ａの面積を減らすことができる。その結果、山部３４の稜線及び谷部３５の谷線を十分に確保でき、伝熱促進効果の向上を期待できる。さらに、谷部３５と平坦部３６との間に段差が存在しないため、フィン３１を製造する際に材料を無理に伸ばす必要がない。すなわち、成形時のフィン３１の破断を防止できる。
【００２７】
圧力損失を低減する効果は、図３Ａ〜図３Ｄに示すフィン４１を使用した場合にも得られる。
【００２８】
図３Ａ〜図３Ｄに示すフィン４１において、高さ方向の基準位置（前縁３０ａ）から谷部３５までの高さＨ２は、ゼロよりも大きい（０＜Ｈ２）。また、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３は、基準位置から谷部３５までの高さＨ２よりも大きい（Ｈ２＜Ｈ３）。詳細には、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３は、基準位置から山部３４までの高さＨ１に一致している（Ｈ３＝Ｈ１）。
【００２９】
図３Ａ〜図３Ｄに示すフィン４１によれば、山部３４と平坦部３６との間に段差が存在しない。そのため、空気Ａの通過時において、伝熱管２１の前後で気流の乱れや剥離を防ぐことができ、ひいては圧力損失を大幅に低減することができる。また、山部３４と平坦部３６とが同一平面上に存在しているため、傾斜面３８ｂの面積を小さくすることができる。その結果、山部３４の稜線を十分に確保することができ、伝熱促進効果の向上も期待できる。
【００３０】
また、圧力損失を低減する効果は、図４Ａ〜図４Ｃに示すフィン５１を使用した場合にも得られる。
【００３１】
図４Ａ〜図４Ｃに示すフィン５１において、高さ方向の基準位置（前縁３０ａ）から谷部３５までの高さＨ２は、ゼロよりも大きい（０＜Ｈ２）。また、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３は、基準位置から谷部３５までの高さＨ２と基準位置から山部３４までの高さＨ１との間にある（Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１）。
【００３２】
図４Ａ〜図４Ｃに示すフィン５１によれば、平坦部３６が谷部３５と山部３４との間に位置している。フィン５１は、山部３４と平坦部３６との間の高低差を補う傾斜面３８ａ、及び、谷部３５と平坦部３６との間の高低差を補う傾斜面３８ｂの両方を有する。谷部３５と平坦部３６との間の傾斜面３８ｂは、山部３４と平坦部３６との間の傾斜面３８ａから分断されている。従って、フィン５１によれば、フィン３１の効果とフィン４１の効果とを平均した効果が期待できる。
【００３３】
傾斜面３８ｂの近傍においては、谷部３５と平坦部３６との間に段差が存在しないフィン３１（図２Ａ）と比べると、大きい圧力損失が生ずる。ただし、フィン５１の傾斜面３８ｂの近傍における圧力損失は、フィン４１（図３Ａ）の傾斜面３８ｂの近傍における圧力損失よりも小さい。
【００３４】
傾斜面３８ａの近傍においては、山部３４と平坦部３６との間に段差が存在しないフィン４１（図３Ａ）と比べると、大きい圧力損失が生ずる。ただし、フィン５１の傾斜面３８ａの近傍における圧力損失は、フィン３１（図２Ａ）の傾斜面３８ａの近傍における圧力損失よりも小さい。
【００３５】
また、山部３４と平坦部３６との距離が比較的近く、谷部３５と平坦部３６との距離も比較的近いので、傾斜面３８ａ及び３８ｂの面積を小さくすることができる。その結果、山部３４の稜線及び谷部３５の谷線を十分に確保することができ、伝熱促進効果の向上も期待できる。
【００３６】
以上に説明したフィン３１，４１及び５１は、０＜Ｈ２、及びＨ２≦Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす。
【００３７】
ただし、圧力損失を低減する効果は、図５Ａ〜図５Ｃに示すフィン６１を使用した場合にも得られる。
【００３８】
図５Ａ〜図５Ｃに示すフィン６１において、高さ方向の基準位置（前縁３０ａ）から谷部３５までの高さＨ２は、ゼロよりも大きい（０＜Ｈ２）。基準位置から平坦部３６までの高さＨ３は、ゼロよりも大きい（０＜Ｈ３）。また、基準位置から谷部３５までの高さＨ２は、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３と基準位置から山部３４までの高さＨ１との間にある（Ｈ３＜Ｈ２＜Ｈ１）。
【００３９】
フィン６１は、基準位置よりも上に位置している平坦部３６を有する点で従来のフィン１１（図８Ａ〜図８Ｃ）と異なる。平坦部３６が基準位置よりも上に位置していると、山部３４と平坦部３６との間の高低差を縮小することができるとともに、谷部３５と平坦部３６との間の高低差を縮小することができる。そのため、傾斜面３８ａの近傍での圧力損失を低減することができる。また、フィン６１によれば、傾斜面３８ａの面積を従来のフィン１１よりも小さくすることができる。その結果、山部３４の稜線及び谷部３５の谷線を十分に確保することができ、伝熱促進効果の向上も期待できる。
【００４０】
以上に説明したフィン３１，４１，５１及び６１は、０＜Ｈ２、０＜Ｈ３、Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす。
【００４１】
なお、各フィンにおいて、傾斜面３８ａの勾配を緩やかにすれば、傾斜面３８ａの近傍における気流の剥離や風速勾配を抑え、圧力損失を低減する効果を更に期待できる。このことは、傾斜面３８ｂについても同じである。
【実施例】
【００４２】
本発明の熱交換器の性能を確認するため、市販の汎用解析ツールを用いた熱流体数値解析を実施した。谷部の高さＨ２に対する平坦部の高さＨ３の比（Ｈ３／Ｈ２）が０〜２．０又は０〜３．０の範囲にあるフィンを用いた熱交換器について、熱流体数値解析を実施した。山部の高さＨ１に対する谷部の高さＨ２の比（Ｈ２／Ｈ１）は、０．５又は０．３３に固定した。解析条件は以下の通りである。
【００４３】
ソフトウェア：ＦＬＵＥＮＴ（アンシスジャパン社製）
フィンの長さ（気流方向）：１８．９ｍｍ
フィンの厚み：０．０９ｍｍ
フィンピッチ：１．３４ｍｍ
伝熱管の外径：７．３５ｍｍ
伝熱管の表面温度：４３℃
気流の速度：１ｍ／秒
気流の温度：３５℃
山部の高さＨ１に対する谷部の高さＨ２の比率（Ｈ２／Ｈ１）：０．５又は０．３３
【００４４】
図６Ａは、（Ｈ２／Ｈ１）＝０．５の条件での解析結果を示すグラフである。図６Ｂは、（Ｈ２／Ｈ１）＝０．３３の条件での解析結果を示すグラフである。各グラフの横軸は、（Ｈ３／Ｈ２）の値を表している。各グラフの縦軸は、（Ｈ３／Ｈ２）＝０を満たすフィンを用いた熱交換器の結果を１００％としたときの性能比を表している。具体的には、（Ｈ３／Ｈ２）＝０を満たすフィンを用いた熱交換器の熱交換量を１００％としたとき、０＜（Ｈ３／Ｈ２）を満たすフィンを用いた熱交換器の熱交換量を表している。同様に、（Ｈ３／Ｈ２）＝０を満たすフィンを用いた熱交換器の圧力損失を１００％としたとき、０＜（Ｈ３／Ｈ２）を満たすフィンを用いた熱交換器の圧力損失を表している。
【００４５】
図６Ａにおいて、（Ｈ３／Ｈ２）＝１．０のデータは、図２Ａ〜図２Ｄを参照して説明したフィン（Ｈ２＝Ｈ３＜Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。この熱交換器の熱交換量は９９．２％であり、圧力損失は９１．５％であった。
【００４６】
図６Ａにおいて、（Ｈ３／Ｈ２）＝２．０のデータは、図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明したフィン（Ｈ２＜Ｈ３＝Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。この熱交換器の熱交換量は９９．５％であり、圧力損失は８７．５％であった。
【００４７】
図６Ｂにおいて、（Ｈ３／Ｈ２）＝１．０のデータは、図２Ａ〜図２Ｄを参照して説明したフィン（Ｈ２＝Ｈ３＜Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。この熱交換器の熱交換量は９９．５％であり、圧力損失は９４．０％であった。
【００４８】
図６Ｂにおいて、（Ｈ３／Ｈ２）＝３．０のデータは、図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明したフィン（Ｈ２＜Ｈ３＝Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。この熱交換器の熱交換量は９９．８％であり、圧力損失は８８．７％であった。
【００４９】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、熱交換量は、平坦部の高さＨ３に殆ど依存しなかった。これは、山部の稜線及び谷部の谷線の長さを十分に確保できたことによって伝熱促進効果が向上し、伝熱面積の減少の影響を補うことができた結果であると考えられる。
【００５０】
図６Ａのグラフにおいて、１．０＜（Ｈ３／Ｈ２）＜２．０の関係を満たすデータは、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したフィン（Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。同様に、図６Ｂのグラフにおいて、１．０＜（Ｈ３／Ｈ２）＜３．０の関係を満たすデータは、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したフィン（Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。図６Ａ及び図６Ｂから理解できるように、Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１の関係を満たすフィンは、低い圧力損失を達成できる。
【００５１】
図６Ａ及び図６Ｂのグラフにおいて、０＜（Ｈ３／Ｈ２）＜１の関係を満たすデータは、図５Ａ〜図５Ｃを参照して説明したフィン（Ｈ３＜Ｈ２＜Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。図６Ａ及び図６Ｂから理解できるように、Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１の関係を満たすフィンも低い圧力損失を達成できる。圧力損失の低減効果は、平坦部の高さＨ３の増加に伴って増加している。数％の圧力損失の低減効果を得るためには、例えば、０．５＜（Ｈ３／Ｈ２）の関係を満たすことが必要となる。
【００５２】
図２Ａ〜図２Ｄを参照して説明したフィンは、加工性に優れている。図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明したフィンは、低圧力損失の点で優れている。図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したフィンは、加工性と低圧力損失の両面をバランス良く兼ね備えている。図５Ａ〜図５Ｃを参照して説明したフィンによっても、圧力損失を低減する効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のフィンチューブ熱交換器は、空気調和装置、給湯装置、暖房装置等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。
【符号の説明】
【００５４】
２１ 伝熱管
３０ａ 前縁
３１，４１，５１，６１ フィン
３４ 山部
３５ 谷部
３６ 平坦部
３７ フィンカラー
３８ａ，３８ｂ 傾斜面
１００ フィンチューブ熱交換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィンチューブ熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、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及びVIIB-VIIB線に沿った断面図である。フィン１は、気流方向に沿って山部４と谷部５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」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。
【０００４】
特許文献１には、改良されたコルゲートフィンを備えたフィンチューブ熱交換器が記載されている。図８Ａ〜図８Ｃは、それぞれ、特許文献１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、VIIIB-VIIIB線に沿った断面図及びVIIIC-VIIIC線に沿った断面図である。特許文献１のフィンチューブ熱交換器において、フィン１１の山部１４の高さｈ１は、フィンピッチＰよりも大きく、フィンピッチＰの２倍よりも小さい。谷部１５は、平坦部１６よりも高い位置に形成されている。山部１４と平坦部１６との間の高低差が傾斜面１８によって補われている。同様に、谷部１５と平坦部１６との間の高低差が傾斜面１８によって補われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３６７３５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のフィンチューブ熱交換器によれば、山部１４と山部１４との間において、谷部１５の高さｈ２に起因してフィン１１の勾配が緩やかになっている。そのため、圧力損失の増加を抑制しながら伝熱性能の向上を図ることができると考えられる。また、山部１４と谷部１５との間の高低差が小さいので、成形時におけるフィン１１の破断を抑制できる。
【０００７】
近年、地球温暖化や資源枯渇の問題を背景として、より高性能なフィンチューブ熱交換器が必要とされている。本発明は、フィンチューブ熱交換器における圧力損失を低減することを目的とする。本発明は、また、フィンチューブ熱交換器の製造し易さを改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明は、
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と、
前記複数のフィンを貫通しており、前記気体と熱交換する媒体が内部を流れる伝熱管とを備え、
前記フィンは、前記伝熱管の周囲に形成された平坦部を有するとともに、前記気体の流れ方向に沿って山部と谷部とが交互に現れるように成形されており、
前記複数のフィンの配列方向を高さ方向、前記フィンの前縁の位置を前記高さ方向における基準位置と定義したとき、前記基準位置から前記山部までの高さＨ１と、前記基準位置から前記谷部までの高さＨ２と、前記基準位置から前記平坦部までの高さＨ３とが、０＜Ｈ２、０＜Ｈ３、Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす、フィンチューブ熱交換器を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のフィンチューブ熱交換器によれば、基準位置から山部までの高さＨ１と、基準位置から谷部までの高さＨ２と、基準位置から平坦部までの高さＨ３とが、上記の関係を満たす。これにより、気流の通過時における圧力損失を効果的に低減することができる。また、成形時におけるフィンの破断も極力防止できる。すなわち、本発明のフィンチューブ熱交換器は製造しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るフィンチューブ熱交換器の斜視図
【図２Ａ】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２Ｂ】図２Ａに示すフィンのIIB-IIB線に沿った断面図
【図２Ｃ】図２Ａに示すフィンのIIC-IIC線に沿った断面図
【図２Ｄ】図２Ａに示すフィンの斜視図
【図３Ａ】第一変形例に係るフィンの平面図
【図３Ｂ】図３Ａに示すフィンのIIIB-IIIB線に沿った断面図
【図３Ｃ】図３Ａに示すフィンのIIIC-IIIC線に沿った断面図
【図３Ｄ】図３Ａに示すフィンの斜視図
【図４Ａ】第二変形例に係るフィンの平面図
【図４Ｂ】図４Ａに示すフィンのIVB-IVB線に沿った断面図
【図４Ｃ】図４Ａに示すフィンのIVC-IVC線に沿った断面図
【図５Ａ】第三変形例に係るフィンの平面図
【図５Ｂ】図５Ａに示すフィンのVB-VB線に沿った断面図
【図５Ｃ】図５Ａに示すフィンのVC-VC線に沿った断面図
【図６Ａ】（Ｈ２／Ｈ１）＝０．５の条件での解析結果を示すグラフ
【図６Ｂ】（Ｈ２／Ｈ１）＝０．３３の条件での解析結果を示すグラフ
【図７Ａ】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
【図７Ｂ】図７Ａに示すフィンのVIIB-VIIB線に沿った断面図
【図８Ａ】特許文献１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
【図８Ｂ】図８Ａに示すフィンのVIIIB-VIIIB線に沿った断面図
【図８Ｃ】図８Ａに示すフィンのVIIIC-VIIIC線に沿った断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。明細書に記載した具体的な数値は、例示にすぎず、本発明はそれらの数値によって限定されない。
【００１２】
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等の冷媒である。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。
【００１３】
フィン３１は直線状の前縁３０ａ及び後縁３０ｂを有する。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。
【００１４】
本明細書では、フィン３１の配列方向を高さ方向、前縁３０ａに平行な方向を幅方向、高さ方向及び幅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。気流方向、高さ方向及び幅方向は、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対応している。
【００１５】
図２Ａ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の長手方向は幅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（フィンピッチＦＰ）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の範囲に調整されうる。図２Ｃ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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。フィン効率を向上させる観点から、フィン３１の肉厚が０．０８ｍｍ以上であることが特に好ましい。フィン３１の表面にベーマイト処理、親水性塗料の塗布等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。
【００１８】
伝熱管２１は、フィン３１に形成された貫通孔３７ｈに挿入されている。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。複数の貫通孔３７ｈが幅方向に一列に形成されており、そのそれぞれに伝熱管２１が嵌め合わされている。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。幅方向に互いに隣り合う２つの貫通孔３７ｈの距離（管ピッチ）は、例えば、貫通孔３７ｈの直径の２〜３倍である。また、気流方向に関するフィン３１の寸法Ｌは、例えば１５〜２５ｍｍである。
【００１９】
図２Ａ〜図２Ｄに示すように、フィン３１は、気流方向に沿って山部３４と谷部３５とが交互に現れるように成形されている。山部３４の稜線及び谷部３５の谷線は、それぞれ、幅方向に平行である。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。本実施形態において、フィン３１は、気流方向に沿って２つの山部３４と１つの谷部３５とを有する。気流方向に関して、谷部３５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３５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３５の数も特に限定されない。
【００２０】
フィン３１は、また、伝熱管２１の周囲に形成された平坦部３６を有する。平坦部３６は、フィンカラー３７に隣接している部分であって、伝熱管２１の周囲に形成された円環状の部分である。平坦部３６の表面は、気流方向に平行で高さ方向に垂直である。さらに、フィン３１は、山部３４と平坦部３６との間の高低差を補う傾斜面３８ａを有する。図２Ｄの斜視図から理解できるように、傾斜面３８ａは、緩やかな曲面で構成されている。
【００２１】
図２Ｂに示すように、フィン３１の前縁３０ａの位置を高さ方向における基準位置と定義したとき、基準位置から谷部３５までの高さＨ２は、ゼロよりも大きい（０＜Ｈ２）。また、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３は、基準位置から谷部３５までの高さＨ２に一致している（Ｈ２＝Ｈ３）。さらに、基準位置から山部３４までの高さＨ１は、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３よりも大きい（Ｈ３＜Ｈ１）。
【００２２】
なお、本明細書において、基準位置から山部３４までの高さＨ１を単に「山部３４の高さＨ１」とも言う。同様に、基準位置から谷部３５までの高さＨ２を単に「谷部３５の高さＨ２」とも言う。基準位置から平坦部３６までの高さＨ３を単に「平坦部３６の高さＨ３」とも言う。
【００２３】
山部３４の高さＨ１及び谷部３５の高さＨ２は特に限定されない。山部３４の高さＨ１は、例えば、フィンピッチＦＰを基準として調整されうる。フィンピッチＦＰに対する山部３４の高さＨ１の比率（Ｈ１／ＦＰ）は、例えば、０．５〜２の範囲に調整されうる。谷部３５の高さＨ２は、例えば、山部３４の高さＨ１を基準として調整されうる。山部３４の高さＨ１に対する谷部３５の高さＨ２の比率（Ｈ２／Ｈ１）は、例えば、０．１〜０．９（好ましくは０．２〜０．８）の範囲に調整されうる。
【００２４】
前縁３０ａと山部３４との間の部分は、緩やかに傾斜した平坦面３０ｐで構成されている。同様に、山部３４と谷部３５との間の部分も緩やかに傾斜した２つの平坦面３０ｑで構成されている。山部３４と後縁３０ｂとの間の部分も緩やかに傾斜した平坦面３０ｐで構成されている。フィン３１の配列方向（Ｙ方向）に垂直な平面に対する平坦面３０ｐの傾斜角度θ１は、例えば、０度よりも大きく３０度以下の範囲に調整されている。平坦面３０ｐの傾斜角度θ１は、平坦面３０ｑの傾斜角度θ２と異なっていてもよいし、一致していてもよい。本実施形態では、傾斜角度θ２が傾斜角度θ１よりも小さい。
【００２５】
本実施形態のフィンチューブ熱交換器１００に使用されたフィン３１によれば、以下に説明する効果を得ることができる。
【００２６】
まず、谷部３５と平坦部３６とが同一平面上に存在しているので、谷部３５と平坦部３６との間において滑らかな風速分布が達成される。同様に、山部３４と平坦部３６との間の段差が比較的小さいので、山部３４と平坦部３６との間において滑らかな風速分布が達成される。従って、空気Ａが最も加速される領域における圧力損失を大幅に低減することができる。また、山部３４と平坦部３６との距離が近く、谷部３５と平坦部３６とが同一平面上に存在しているため、傾斜面３８ａの面積を減らすことができる。その結果、山部３４の稜線及び谷部３５の谷線を十分に確保でき、伝熱促進効果の向上を期待できる。さらに、谷部３５と平坦部３６との間に段差が存在しないため、フィン３１を製造する際に材料を無理に伸ばす必要がない。すなわち、成形時のフィン３１の破断を防止できる。
【００２７】
圧力損失を低減する効果は、図３Ａ〜図３Ｄに示すフィン４１を使用した場合にも得られる。
【００２８】
図３Ａ〜図３Ｄに示すフィン４１において、高さ方向の基準位置（前縁３０ａ）から谷部３５までの高さＨ２は、ゼロよりも大きい（０＜Ｈ２）。また、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３は、基準位置から谷部３５までの高さＨ２よりも大きい（Ｈ２＜Ｈ３）。詳細には、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３は、基準位置から山部３４までの高さＨ１に一致している（Ｈ３＝Ｈ１）。
【００２９】
図３Ａ〜図３Ｄに示すフィン４１によれば、山部３４と平坦部３６との間に段差が存在しない。そのため、空気Ａの通過時において、伝熱管２１の前後で気流の乱れや剥離を防ぐことができ、ひいては圧力損失を大幅に低減することができる。また、山部３４と平坦部３６とが同一平面上に存在しているため、傾斜面３８ｂの面積を小さくすることができる。その結果、山部３４の稜線を十分に確保することができ、伝熱促進効果の向上も期待できる。
【００３０】
また、圧力損失を低減する効果は、図４Ａ〜図４Ｃに示すフィン５１を使用した場合にも得られる。
【００３１】
図４Ａ〜図４Ｃに示すフィン５１において、高さ方向の基準位置（前縁３０ａ）から谷部３５までの高さＨ２は、ゼロよりも大きい（０＜Ｈ２）。また、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３は、基準位置から谷部３５までの高さＨ２と基準位置から山部３４までの高さＨ１との間にある（Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１）。
【００３２】
図４Ａ〜図４Ｃに示すフィン５１によれば、平坦部３６が谷部３５と山部３４との間に位置している。フィン５１は、山部３４と平坦部３６との間の高低差を補う傾斜面３８ａ、及び、谷部３５と平坦部３６との間の高低差を補う傾斜面３８ｂの両方を有する。谷部３５と平坦部３６との間の傾斜面３８ｂは、山部３４と平坦部３６との間の傾斜面３８ａから分断されている。従って、フィン５１によれば、フィン３１の効果とフィン４１の効果とを平均した効果が期待できる。
【００３３】
傾斜面３８ｂの近傍においては、谷部３５と平坦部３６との間に段差が存在しないフィン３１（図２Ａ）と比べると、大きい圧力損失が生ずる。ただし、フィン５１の傾斜面３８ｂの近傍における圧力損失は、フィン４１（図３Ａ）の傾斜面３８ｂの近傍における圧力損失よりも小さい。
【００３４】
傾斜面３８ａの近傍においては、山部３４と平坦部３６との間に段差が存在しないフィン４１（図３Ａ）と比べると、大きい圧力損失が生ずる。ただし、フィン５１の傾斜面３８ａの近傍における圧力損失は、フィン３１（図２Ａ）の傾斜面３８ａの近傍における圧力損失よりも小さい。
【００３５】
また、山部３４と平坦部３６との距離が比較的近く、谷部３５と平坦部３６との距離も比較的近いので、傾斜面３８ａ及び３８ｂの面積を小さくすることができる。その結果、山部３４の稜線及び谷部３５の谷線を十分に確保することができ、伝熱促進効果の向上も期待できる。
【００３６】
以上に説明したフィン３１，４１及び５１は、０＜Ｈ２、及びＨ２≦Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす。
【００３７】
ただし、圧力損失を低減する効果は、図５Ａ〜図５Ｃに示すフィン６１を使用した場合にも得られる。
【００３８】
図５Ａ〜図５Ｃに示すフィン６１において、高さ方向の基準位置（前縁３０ａ）から谷部３５までの高さＨ２は、ゼロよりも大きい（０＜Ｈ２）。基準位置から平坦部３６までの高さＨ３は、ゼロよりも大きい（０＜Ｈ３）。また、基準位置から谷部３５までの高さＨ２は、基準位置から平坦部３６までの高さＨ３と基準位置から山部３４までの高さＨ１との間にある（Ｈ３＜Ｈ２＜Ｈ１）。
【００３９】
フィン６１は、基準位置よりも上に位置している平坦部３６を有する点で従来のフィン１１（図８Ａ〜図８Ｃ）と異なる。平坦部３６が基準位置よりも上に位置していると、山部３４と平坦部３６との間の高低差を縮小することができるとともに、谷部３５と平坦部３６との間の高低差を縮小することができる。そのため、傾斜面３８ａの近傍での圧力損失を低減することができる。また、フィン６１によれば、傾斜面３８ａの面積を従来のフィン１１よりも小さくすることができる。その結果、山部３４の稜線及び谷部３５の谷線を十分に確保することができ、伝熱促進効果の向上も期待できる。
【００４０】
以上に説明したフィン３１，４１，５１及び６１は、０＜Ｈ２、０＜Ｈ３、Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす。
【００４１】
なお、各フィンにおいて、傾斜面３８ａの勾配を緩やかにすれば、傾斜面３８ａの近傍における気流の剥離や風速勾配を抑え、圧力損失を低減する効果を更に期待できる。このことは、傾斜面３８ｂについても同じである。
【実施例】
【００４２】
本発明の熱交換器の性能を確認するため、市販の汎用解析ツールを用いた熱流体数値解析を実施した。谷部の高さＨ２に対する平坦部の高さＨ３の比（Ｈ３／Ｈ２）が０〜２．０又は０〜３．０の範囲にあるフィンを用いた熱交換器について、熱流体数値解析を実施した。山部の高さＨ１に対する谷部の高さＨ２の比（Ｈ２／Ｈ１）は、０．５又は０．３３に固定した。解析条件は以下の通りである。
【００４３】
ソフトウェア：ＦＬＵＥＮＴ（アンシスジャパン社製）
フィンの長さ（気流方向）：１８．９ｍｍ
フィンの厚み：０．０９ｍｍ
フィンピッチ：１．３４ｍｍ
伝熱管の外径：７．３５ｍｍ
伝熱管の表面温度：４３℃
気流の速度：１ｍ／秒
気流の温度：３５℃
山部の高さＨ１に対する谷部の高さＨ２の比率（Ｈ２／Ｈ１）：０．５又は０．３３
【００４４】
図６Ａは、（Ｈ２／Ｈ１）＝０．５の条件での解析結果を示すグラフである。図６Ｂは、（Ｈ２／Ｈ１）＝０．３３の条件での解析結果を示すグラフである。各グラフの横軸は、（Ｈ３／Ｈ２）の値を表している。各グラフの縦軸は、（Ｈ３／Ｈ２）＝０を満たすフィンを用いた熱交換器の結果を１００％としたときの性能比を表している。具体的には、（Ｈ３／Ｈ２）＝０を満たすフィンを用いた熱交換器の熱交換量を１００％としたとき、０＜（Ｈ３／Ｈ２）を満たすフィンを用いた熱交換器の熱交換量を表している。同様に、（Ｈ３／Ｈ２）＝０を満たすフィンを用いた熱交換器の圧力損失を１００％としたとき、０＜（Ｈ３／Ｈ２）を満たすフィンを用いた熱交換器の圧力損失を表している。
【００４５】
図６Ａにおいて、（Ｈ３／Ｈ２）＝１．０のデータは、図２Ａ〜図２Ｄを参照して説明したフィン（Ｈ２＝Ｈ３＜Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。この熱交換器の熱交換量は９９．２％であり、圧力損失は９１．５％であった。
【００４６】
図６Ａにおいて、（Ｈ３／Ｈ２）＝２．０のデータは、図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明したフィン（Ｈ２＜Ｈ３＝Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。この熱交換器の熱交換量は９９．５％であり、圧力損失は８７．５％であった。
【００４７】
図６Ｂにおいて、（Ｈ３／Ｈ２）＝１．０のデータは、図２Ａ〜図２Ｄを参照して説明したフィン（Ｈ２＝Ｈ３＜Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。この熱交換器の熱交換量は９９．５％であり、圧力損失は９４．０％であった。
【００４８】
図６Ｂにおいて、（Ｈ３／Ｈ２）＝３．０のデータは、図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明したフィン（Ｈ２＜Ｈ３＝Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。この熱交換器の熱交換量は９９．８％であり、圧力損失は８８．７％であった。
【００４９】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、熱交換量は、平坦部の高さＨ３に殆ど依存しなかった。これは、山部の稜線及び谷部の谷線の長さを十分に確保できたことによって伝熱促進効果が向上し、伝熱面積の減少の影響を補うことができた結果であると考えられる。
【００５０】
図６Ａのグラフにおいて、１．０＜（Ｈ３／Ｈ２）＜２．０の関係を満たすデータは、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したフィン（Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。同様に、図６Ｂのグラフにおいて、１．０＜（Ｈ３／Ｈ２）＜３．０の関係を満たすデータは、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したフィン（Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。図６Ａ及び図６Ｂから理解できるように、Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１の関係を満たすフィンは、低い圧力損失を達成できる。
【００５１】
図６Ａ及び図６Ｂのグラフにおいて、０＜（Ｈ３／Ｈ２）＜１の関係を満たすデータは、図５Ａ〜図５Ｃを参照して説明したフィン（Ｈ３＜Ｈ２＜Ｈ１）を用いた熱交換器の解析結果を表している。図６Ａ及び図６Ｂから理解できるように、Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１の関係を満たすフィンも低い圧力損失を達成できる。圧力損失の低減効果は、平坦部の高さＨ３の増加に伴って増加している。数％の圧力損失の低減効果を得るためには、例えば、０．５＜（Ｈ３／Ｈ２）の関係を満たすことが必要となる。
【００５２】
図２Ａ〜図２Ｄを参照して説明したフィンは、加工性に優れている。図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明したフィンは、低圧力損失の点で優れている。図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したフィンは、加工性と低圧力損失の両面をバランス良く兼ね備えている。図５Ａ〜図５Ｃを参照して説明したフィンによっても、圧力損失を低減する効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のフィンチューブ熱交換器は、空気調和装置、給湯装置、暖房装置等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。
【符号の説明】
【００５４】
２１ 伝熱管
３０ａ 前縁
３１，４１，５１，６１ フィン
３４ 山部
３５ 谷部
３６ 平坦部
３７ フィンカラー
３８ａ，３８ｂ 傾斜面
１００ フィンチューブ熱交換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、
前記複数のフィンを貫通しており、前記気体と熱交換する媒体が内部を流れる伝熱管とを備え、
前記フィンは、前記伝熱管の周囲に形成された平坦部を有するとともに、前記気体の流れ方向に沿って山部と谷部とが交互に現れるように成形されており、
前記複数のフィンの配列方向を高さ方向、前記フィンの前縁の位置を前記高さ方向における基準位置と定義したとき、前記基準位置から前記山部までの高さＨ１と、前記基準位置から前記谷部までの高さＨ２と、前記基準位置から前記平坦部までの高さＨ３とが、０＜Ｈ２、０＜Ｈ３、Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす、フィンチューブ熱交換器。
【請求項２】
０＜Ｈ２、Ｈ２≦Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項３】
０＜Ｈ２、Ｈ２＝Ｈ３＜Ｈ１の関係を満たす、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項４】
０＜Ｈ２、Ｈ２＜Ｈ３＝Ｈ１の関係を満たす、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項５】
０＜Ｈ２、Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１の関係を満たす、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項６】
０＜Ｈ２、０＜Ｈ３、Ｈ３＜Ｈ２＜Ｈ１の関係を満たす、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項７】
前記平坦部は、前記伝熱管の周囲に形成された円環状の部分であり、
前記フィンは、前記山部と前記平坦部との間の高低差を補う傾斜面、及び、前記谷部と前記平坦部との間の高低差を補う傾斜面の少なくとも１つを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項１】
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と、
前記複数のフィンを貫通しており、前記気体と熱交換する媒体が内部を流れる伝熱管とを備え、
前記フィンは、前記伝熱管の周囲に形成された平坦部を有するとともに、前記気体の流れ方向に沿って山部と谷部とが交互に現れるように成形されており、
前記複数のフィンの配列方向を高さ方向、前記フィンの前縁の位置を前記高さ方向における基準位置と定義したとき、前記基準位置から前記山部までの高さＨ１と、前記基準位置から前記谷部までの高さＨ２と、前記基準位置から前記平坦部までの高さＨ３とが、０＜Ｈ２、０＜Ｈ３、Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす、フィンチューブ熱交換器。
【請求項２】
０＜Ｈ２、Ｈ２≦Ｈ３≦Ｈ１の関係を満たす、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項３】
０＜Ｈ２、Ｈ２＝Ｈ３＜Ｈ１の関係を満たす、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項４】
０＜Ｈ２、Ｈ２＜Ｈ３＝Ｈ１の関係を満たす、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項５】
０＜Ｈ２、Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ１の関係を満たす、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項６】
０＜Ｈ２、０＜Ｈ３、Ｈ３＜Ｈ２＜Ｈ１の関係を満たす、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
【請求項７】
前記平坦部は、前記伝熱管の周囲に形成された円環状の部分であり、
前記フィンは、前記山部と前記平坦部との間の高低差を補う傾斜面、及び、前記谷部と前記平坦部との間の高低差を補う傾斜面の少なくとも１つを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【公開番号】特開２０１３−１９５７８（Ｐ２０１３−１９５７８Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５１９１３（Ｐ２０１１−１５１９１３）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
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