JP4952196B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機や冷凍機などに使用され、多数積層された平板状のフィンの間を流動する空気などの気体と偏平状の伝熱管内を流動する水や冷媒などの流体との間で熱を授受するフィンアンドチューブ式の熱交換器に関するものである。

一般に、多数積層された平板状のフィンと偏平状の伝熱管とで構成されるフィンアンドチューブ式の熱交換器は、図９、図１０に示すように、一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体Ｗが流動する多数の平板状のフィン１と、これらのフィン１に略直角に所定のピッチで挿入され、内部を水や冷媒などの流体Ｒが流動する、断面外周が偏平状の伝熱管４および、伝熱管４の両端それぞれが接続され、伝熱管４とともに冷媒流路を形成するヘッダー５とから構成されている。

そして従来の熱交換器の伝熱管４は、断面の長手方向が気体の主流方向Ａに平行な方向、すなわち水平方向に風上側伝熱管と風下側伝熱管の２列が複数段千鳥状に配置され、またフィン１の風上側伝熱管と風下側伝熱管の間に、気体の主流方向に垂直な方向、すなわち鉛直方向に連通するフラットな排水面が設けられている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開平３−６３４９９号公報（第１−３頁、第１−２図、第４図） 特許第２６２４３３６号公報（第１−３頁、第１−３図、第７図）

しかしながら、上記従来の構成では、偏平状の伝熱管４の長手方向が水平方向に配置されているので、熱交換器を気体の冷却器として用いたときフィン１の表面や伝熱管４の外表面に付着する凝縮水Ｌは、フィン１の風上側伝熱管と風下側伝熱管の間に設けられた鉛直方向に連通するフラットな排水面まで導かれれば円滑に流れ落ちることができるがその前に、偏平状の伝熱管４の上面に保持され滞留してなかなか流れ落ちず、気体の通風抵抗を大幅に増大させるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき生じる凝縮水を円滑に流れ落とし、気体の通風抵抗が大幅に増大するのを抑制することができる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、本発明の熱交換器は、２列複数段千鳥状に配置した偏平状の伝熱管を、気体の主流方向に対して傾斜させて配置し、少なくとも前記気体の風上側の列の前記偏平状の伝熱管の傾斜方向は前記気体の風下方向に向かって下り勾配とし、２列の前記偏平状の伝熱管の間のフィン表面に鉛直方向に連通する排水面を設けたものである。

上記構成のように、偏平状の伝熱管を、気体の風上側の列と風下側の列の２列の前記伝熱管で構成し、気体の前記風上側の列に気体の主流方向に対して傾斜させて配置するとともに、気体の前記風上側の列の偏平状の伝熱管の傾斜方向を気体の風下方向に向かって下り勾配とし、気体の前記風下側の列の偏平状の伝熱管の傾斜方向は、風上方向に向かって下り勾配とし、前記風上側の列の伝熱管と前記風下側の列の伝熱管とは千鳥状に配置し、２列の前記伝熱管の間のフィン表面に排水面を設けたことによって、本発明の熱交換器を気体の冷却器として用いたとき前記フィンの表面に生じる凝縮水は一旦前記偏平状の伝熱管の上面まで流れ落ち、その後前記偏平状の伝熱管の傾斜に従い流れ落ち、さらにその後前記フィン表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面を流れ落ちるので、凝縮水が滞留することがなく、通風抵抗をあまり増大させることがなくなるものである。

本発明によれば、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき生じる凝縮水を円滑に流れ落とし、気体の通風抵抗が大幅に増大するのを抑制することができる熱交換器を提供できる。

第１の発明は、一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに、前記フィンに密着接合され、内部に流体が流動する断面外周が偏平状の伝熱管とを備え、前記偏平状の伝熱管を、気体の風上側の列と風下側の列の２列の前記伝熱管で構成し、気体の前記風上側の列に気体の主流方向に対して傾斜させて配置するとともに、気体の前記風上側の列の偏平状の伝熱管の傾斜方向を気体の風下方向に向かって下り勾配とし、気体の前記風下側の列の偏平状の伝熱管の傾斜方向は、風上方向に向かって下り勾配とし、前記風上側の列の伝熱管と前記風下側の列の伝熱管とは千鳥状に配置し、２列の前記伝熱管の間のフィン表面に排水面を設けたことにより、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき、前記フィンの表面に生じる凝縮水は一旦前記偏平状の伝熱管の上面まで流れ落
ち、その後、前記偏平状の伝熱管の傾斜に従い流れ落ち、その後、風上側の列と風下側の列の間で前記フィン表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面を流れ落ちるので、凝縮水は滞留することがなく、通風抵抗をあまり増大させることがなくなる。

第２の発明は、第１の発明の熱交換器において、前記気体の風上側の列の前記偏平状の伝熱管は前記フィンの風上前縁の切り欠き部から挿入され、前記気体の風下側の列の前記偏平状の伝熱管は前記フィンの風下後縁の切り欠き部から挿入されもので、これにより、前記気体の風上側の列の風下方向に向かって下り勾配の前記偏平状の伝熱管は前記フィンの風上前縁の切り欠き部から挿入され、前記気体の風下側の列の風上方向に向かって下り勾配の前記偏平状の伝熱管は前記フィンの風下後縁の切り欠き部から挿入されているので、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき前記フィンの表面に生じる凝縮水は一旦前記偏平状の伝熱管の上面まで流れ落ち、その後、前記偏平状の伝熱管の傾斜に従い流れ落ち、さらにその後、２列の前記偏平状の伝熱管の間の前記フィン表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面を流れ落ちるので、凝縮水は滞留することがなく、また、前記偏平状の伝熱管が挿入される前記フィンの風上前縁の切り欠き部および前記フィンの風下後縁の切り欠き部は、前記偏平状の伝熱管の傾斜方向の上側にあるので、凝縮液が滞留することがなく、通風抵抗をあまり増大させることがなくなる。さらに、前記気体の風上側の列の前記偏平状の伝熱管は前記フィンの風上前縁の切り欠き部から挿入され、前記気体の風下側の列の前記偏平状の伝熱管は前記フィンの風下後縁の切り欠き部から挿入されるので、熱交換器の組立作業性が良好である。

第３の発明は、第１または２の発明の熱交換器において、前記気体の風下側の列の前記偏平状の伝熱管の幅を前記気体の風上側の列の前記偏平状の伝熱管の幅の約３０％〜約６０％としたことにより、前記気体の風上側の列の前記偏平状の伝熱管と前記気体の風下側の列の前記偏平状の伝熱管の幅の比率を風上側と風下側の熱負荷または熱流束の比率にほぼ等しくすることができるので、前記気体の風上側の列の前記偏平状の伝熱管と前記気体の風下側の列の前記偏平状の伝熱管のそれぞれの伝熱管に流れる冷媒の流量の比率は風上側と風下側の熱負荷または熱流束の比率にほぼ等しくなり、前記気体の風上側の列の前記偏平状の伝熱管と前記気体の風下側の列の前記偏平状の伝熱管のそれぞれの伝熱管に流れる冷媒の状態量の変化がほぼ同様となることにより、熱交換器の性能を最大限に活かすことができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明の熱交換器において、前記偏平状の伝熱管の水平方向に対する傾斜の角度を約５°〜約３０°となるようにしたことにより、通風抵抗をあまり増大させず、前記フィンおよび前記偏平状の伝熱管の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に落下させることができる。傾斜の角度が約５°より小さいと凝縮水が滞留しやすくなり、一方約３０°より大きくなると、通風抵抗が大幅に増大するので、偏平状の伝熱管の水平方向に対する傾斜の角度は約５°〜約３０°が適切である。

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明の熱交換器において、前記フィンの２列の前記偏平状の伝熱管の間に設けた鉛直方向に連通する前記排水面の列方向の幅を約１ｍｍ〜約４ｍｍとしたことにより、フィン効率をあまり損なわず、前記フィンおよび前記偏平状の伝熱管の表面に付着する凝縮水を、円滑に落下させることができる。前記フィンの風上列の偏平状の伝熱管と風下列の偏平状の伝熱管の間に設けた鉛直方向に連通する排水面の列方向の幅が約１ｍｍより狭いと、流路が不足して凝縮水が流れ落ちにくく、また一方約４ｍｍより広いと、フィン効率が悪化するので、排水面の列方向の幅は約１ｍｍ〜約４ｍｍが適切である。

第６の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明の熱交換器において、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する前記偏平状の伝熱管の間の領域に、前記気体の主流方向に開口する複数のルーバーを設けたことにより、熱交換器に流入した空気は、前記フィンに設けた複数のルーバーを通り抜け、温度境界層前縁効果と、前記フィンの表裏にわたる気流の混合攪拌効果とによる優れた伝熱性能が得られる。

第７の発明は、第６の発明の熱交換器において、前記ルーバーの角度を２０〜４０°とし、前記ルーバーの前記気体の主流方向の幅を、積層される前記フィンの一定のピッチと概略等しくしたことにより、熱交換器に流入した空気は、前記フィンに設けた複数のルーバーを素通りすることなく適切に通り抜けることができ、温度境界層前縁効果と、前記フィンの表裏にわたる気流の混合攪拌効果とにより、伝熱性能が向上し、熱交換能力を増大させる効果を有する。

第８の発明は、第７の発明の熱交換器において、前記ルーバーの高さを０．８ｍｍ以上、かつ積層される前記フィンの一定のピッチの略１／３以上、略２／３以下としたことにより、熱交換器に流入した空気は、前記フィンに設けた複数のルーバーを素通りすることなく適切に通り抜けることができ、温度境界層前縁効果と、前記フィンの表裏にわたる気流の混合攪拌効果とにより、伝熱性能が向上し、熱交換能力を増大させることができる。

第９の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明の熱交換器において、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する前記偏平状の伝熱管の間の領域に、積層される前記フィンの一定のピッチの約１／４〜約３／４の高さの、気体主流方向に開口する複数の切り起こしを設けたことにより、複数の前記切り起こしの温度境界層前縁効果による優れた通風特性と伝熱性能が得られる。

第１０の発明は、第９の発明の熱交換器において、前記切り起こしの幅をフィンベースの幅の約１／２〜約１／３としたことにより、前記気体の風下側の前記切り起こしの温度境界層はその風上側の前記切り起こしの温度境界層に埋没することなく、それぞれの切り起こしが高い温度境界層前縁効果を有し、さらに優れた通風特性と伝熱性能が得られる。

第１１の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明の熱交換器において、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部を設けたことにより、優れた伝熱性能が得られる。また、第１２の発明の熱交換器は空気調和機の室外熱交換器として用いたとき、暖房運転時に外気が低温になると、前記フィンの表面に霜が付着するが、温度境界層前縁効果で高性能を得る切り起こしなどのように、性能が良好な切り起こしの前縁に霜が集中して付着し、付着した霜により前記フィンが目詰まりを起こし、ほとんど通風できなくなってしまうのが早く、暖房性能が急激に下がるという課題も生じにくい。

第１２の発明は、第１１の発明の熱交換器において、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に設けた前記起伏部の、稜線が段方向に伸びる前記山部または稜線が段方向に伸びる前記谷部の少なくともい
ずれか一方の稜線に切り込みを設けたことにより、第１３の発明の熱交換器を凝縮器やフィン表面に霜が付かない条件で蒸発器として使用したとき、稜線に設けた前記切り込みの温度境界層前縁効果により、高性能化が図れるとともに、霜が付く条件で蒸発器として使用したとき、温度境界層前縁効果により局所熱伝達率が高い稜線に設けた前記切り込みへ早く着霜するが、前記切り込みが閉塞しても、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた前記起伏部としての性能を維持するので、暖房性能が急に下がることもない。

第１３の発明は、第１〜１２のいずれか１つの発明の熱交換器において、内部を流通させる冷媒として、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒のいずれかまたはそれらの混合冷媒を使用することにより、オゾン層の破壊がなく、またＨＣ冷媒あるいはＣＯ２冷媒は地球温暖化係数が小さいなど環境に配慮した空気調和機や冷凍機などの商品とすることができるとともに、偏平状の伝熱管を用いているので、これらの冷媒の使用量を少な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。

また、本発明の実施形態の熱交換器の基本構成は、従来の技術で述べた多数積層された平板状のフィンと２列複数段の偏平状の伝熱管とで構成される一般的なフィンアンドチューブ式の熱交換器と同じであり、また一般的なフィンアンドチューブ式の熱交換器同様、本発明の熱交換器を蒸発器として使用する際には、前記気体の主流方向すなわち列方向を水平方向に、前記気体の主流方向に直角方向すなわち段方向を鉛直方向に設置するので説明を割愛し、そのフィン形状と偏平状の伝熱管の傾きに特徴があるので、それらについて詳しく説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の偏平状の伝熱管４が挿入されたフィン１の正面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視の本発明の実施の形態１における熱交換器の偏平状の伝熱管４が挿入されたフィン１を複数積層した状態のイメージ図である。

図１、図２において、熱交換器を蒸発器として使用する際、気体の主流方向すなわち列方向を水平方向に、気体の主流方向に直角方向すなわち段方向を鉛直方向に設置したものとする。

断面外周が偏平状の伝熱管４をフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段、そして風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの両方とも気体
の主流方向に対する角度αを風下方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°とし、千鳥状に挿入されている。

風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの列方向の距離Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍで、風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間のフィン１の表面には鉛直方向に連通する排水面８が設けられている。段方向に隣接する偏平状の伝熱管４の間の領域のフィン１の表面には、気体の主流方向に開口する複数のルーバー６が設けられている。複数のルーバー６は、角度θを２０〜４０°とし、気体の主流方向の幅Ｗｌを、積層されるフィン１の一定のピッチＰｆと概略等しく設定されるか、または、高さＨｌを０．８ｍｍ以上、かつ積層されるフィンの一定のピッチの略１／３以上、略２／３以下となるよう設定されている。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態においては、気体の風上側の列の偏平状の伝熱管４ａおよび気体の風下側の列の偏平状の伝熱管４ｂの２列複数段の偏平状の伝熱管４を千鳥状に、気体の主流方向に対して傾斜させて配置し、気体の風上側の列の偏平状の伝熱管４ａおよび気体の風下側の列の偏平状の伝熱管４ｂの両方を気体の風下方向に向かって下り勾配に傾斜させ、風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂとの間のフィン１の表面に鉛直方向に連通する排水面８を設けたことにより、熱交換器を気体の冷却器として用いたときフィン１の表面に生じる凝縮水の一部は一旦風上列の偏平状の伝熱管４ａの上面まで流れ落ち、その後、風上列の偏平状の伝熱管４ａの傾斜に従い流れ落ち、さらにその後フィン１の表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面８を流れ落ち、また、フィン１の表面に生じる凝縮水の残りは一旦風下列の偏平状の伝熱管４ｂの上面まで流れ落ち、その後、風下列の偏平状の伝熱管４ｂの傾斜に従い流れ落ち、さらにその後フィン１の風下側の後縁部の鉛直方向に連通する平面部を流れ落ちるので、凝縮水は滞留することがなく、通風抵抗をあまり増大させることがなくなる。

また、本実施の形態では、偏平状の伝熱管４の水平方向に対する傾斜の角度αを約５°〜約３０°となるようにしたことにより、通風抵抗をあまり増大させず、フィン１および偏平状の伝熱管４の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に落下させることができる。傾斜の角度αが約５°より小さいと凝縮水が滞留しやすくなり、一方約３０°より大きくなると、通風抵抗が大幅に増大するので、偏平状の伝熱管４の水平方向に対する傾斜の角度αは約５°〜約３０°が適切である。

さらに、本実施の形態の熱交換器を搭載した例えば空気調和機の室外機を水平な状態で設置することが最良の状態であるが、この室外機を水平方向に約５°以下傾斜した場所に設置することが許容されている。この場合でも凝縮水を円滑に落下させることができるよう、風上列の偏平状の伝熱管４ａの気流の主流方向に対する傾斜の角度と風下列の偏平状の伝熱管４ｂの気流の主流方向に対する傾斜の角度を約１０°〜約３０°にすることが望ましい。

例えば、風上列の偏平状の伝熱管４ａの気流の主流方向に対する傾斜の角度と風下列の偏平状の伝熱管４ｂの気流の主流方向に対する傾斜の角度を約１０°にした本実施の形態の熱交換器を搭載した空気調和機の室外機を水平方向に約５°傾斜した場所に設置した場合、風上列の偏平状の伝熱管４ａまたは、風下列の偏平状の伝熱管４ｂの一方の水平方向に対する傾斜の角度が約５°となり、他方が水平方向に対する傾斜の角度約１５°となり、水平方向に対する傾斜の角度が最も小さい場合でも約５°であるので、凝縮水は円滑に落下することができる。

なお、この場合も、気流の通風抵抗の大幅な増大を抑えるため設けた上限の約３０°は
、気体の主流方向との関係で規定するものであるため、空調機の室外機などの設置方向には無関係である。

また、本実施の形態では、フィン１の風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅを約１ｍｍ〜約４ｍｍとしたことにより、フィン効率をあまり損なわず、フィン１および偏平状の伝熱管４の表面に付着する凝縮水を、円滑に落下させることができる。フィン１の風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅが約１ｍｍより狭いと、流路が不足して凝縮水が流れ落ちにくく、また一方約４ｍｍより広いと、フィン効率が悪化するので、排水面８の列方向の幅Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍが適切である。

また、本実施の形態では、段方向に隣接する偏平状の伝熱管４の間のフィン１の表面の領域に、前記気体の主流方向に開口する複数のルーバー６を設けたことにより、熱交換器に流入した空気は、フィン１に設けた複数のルーバー６を通り抜け、温度境界層前縁効果と、フィン１の表裏にわたる気流の混合攪拌効果とによる優れた伝熱性能が得られる。

また、本実施の形態では、ルーバー６の角度θを２０〜４０°とし、ルーバー６の気体の主流方向の幅Ｗｌを、積層されるフィン１の一定のピッチＰｆと概略等しくしたこと、あるいは、ルーバー６の高さＨｌを０．８ｍｍ以上、かつ積層されるフィン１の一定のピッチＰｆの略１／３以上、略２／３以下としたことにより、熱交換器に流入した空気は、フィン１に設けた複数のルーバー６を素通りすることなく適切に通り抜けることができ、温度境界層前縁効果と、前記フィンの表裏にわたる気流の混合攪拌効果とにより、伝熱性能が向上し、熱交換能力を増大させることができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における熱交換器の偏平状の伝熱管４が挿入されたフィン１の正面図、図４は図３のＢ−Ｂ矢視の本発明の実施の形態２における熱交換器の偏平状の伝熱管４が挿入されたフィン１を複数積層した状態のイメージ図である。

図３、図４において、断面外周が偏平状の伝熱管４をフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段、そして風上列の偏平状の伝熱管４ａは気体の主流方向に対する角度αを風下方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°とし、風下列の偏平状の伝熱管４ｂは気体の主流方向に対する角度βを風上方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°とし、千鳥状に挿入されている。

風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの列方向の距離Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍで、風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間のフィン１の表面には鉛直方向に連通する排水面８が設けられている。段方向に隣接する偏平状の伝熱管４の間の領域のフィン１の表面には、気体の主流方向に開口する複数の切り起こし７が設けられている。切り起こし７の高さＨｓは積層されるフィン１の一定のピッチＰｆの約１／４〜約３／４、切り起こし７の幅Ｗｓはフィンベースの幅Ｗｂの約１／２〜約１／３である。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態においては、断面外周が偏平状の伝熱管４をフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段千鳥状に、そして風上列の偏平状の伝熱管４ａは風下方向に向かって下り勾配に、風下列の偏平状の伝熱管４ｂは風上方向に向かって下り勾配に、挿入され、風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂとの間のフィン１の表面に鉛直方向に連通する排水面８を設けたことにより、熱交換器を気体の冷却器として用いたと
きフィン１の表面に生じる凝縮水の一部は一旦風上列の偏平状の伝熱管４ａの上面あるいは風下列の偏平状の伝熱管４ｂの上面まで流れ落ち、その後、風上列の偏平状の伝熱管４ａあるいは風下列の偏平状の伝熱管４ｂの傾斜に従い流れ落ち、さらにその後フィン１の表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面８を流れ落ちるので、凝縮水は滞留することがなく、通風抵抗をあまり増大させることがなくなる。

また、本実施の形態では、風上列の偏平状の伝熱管４ａの水平方向に対する傾斜の角度αと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの水平方向に対する傾斜の角度βを約５°〜約３０°となるようにしたことにより、通風抵抗をあまり増大させず、フィン１および偏平状の伝熱管４の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に落下させることができる。傾斜の角度αが約５°より小さいと凝縮水が滞留しやすくなり、一方約３０°より大きくなると、通風抵抗が大幅に増大するので、偏平状の伝熱管４の水平方向に対する傾斜の角度αは約５°〜約３０°が適切である。

さらに、本実施の形態の熱交換器を搭載した例えば空気調和機の室外機を水平な状態で設置することが最良の状態であるが、この室外機を水平方向に約５°以下傾斜した場所に設置することが許容されている。この場合でも凝縮水を円滑に落下させることができるよう、風上列の偏平状の伝熱管４ａの気流の主流方向に対する傾斜の角度と風下列の偏平状の伝熱管４ｂの気流の主流方向に対する傾斜の角度を約１０°〜約３０°にすることが望ましい。

例えば、風上列の偏平状の伝熱管４ａの気流の主流方向に対する傾斜の角度と風下列の偏平状の伝熱管４ｂの気流の主流方向に対する傾斜の角度を約１０°にした本実施の形態の熱交換器を搭載した空気調和機の室外機を水平方向に約５°傾斜した場所に設置した場合、風上列の偏平状の伝熱管４ａまたは、風下列の偏平状の伝熱管４ｂの一方の水平方向に対する傾斜の角度が約５°となり、他方が水平方向に対する傾斜の角度約１５°となり、水平方向に対する傾斜の角度が最も小さい場合でも約５°であるので、凝縮水は円滑に落下することができる。

なお、この場合も、気流の通風抵抗の大幅な増大を抑えるため設けた上限の約３０°は、気体の主流方向との関係で規定するものであるため、空調機の室外機などの設置方向には無関係である。

また、本実施の形態では、フィン１の風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅを約１ｍｍ〜約４ｍｍとしたことにより、フィン効率をあまり損なわず、フィン１および偏平状の伝熱管４の表面に付着する凝縮水を、円滑に落下させることができる。フィン１の風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅが約１ｍｍより狭いと、流路が不足して凝縮水が流れ落ちにくく、また一方約４ｍｍより広いと、フィン効率が悪化するので、排水面８の列方向の幅Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍが適切である。

また、本実施の形態では、段方向に隣接する前記偏平状の伝熱管の間の領域のフィン１の表面に、積層されるフィン１の一定のピッチＰｆの約１／４〜約３／４の高さＨｓの、気体主流方向に開口する複数の切り起こし７を設けたことにより、複数の前記切り起こし７の温度境界層前縁効果による優れた通風特性と伝熱性能が得られる。

また、本実施の形態では、切り起こし７の幅Ｗｓをフィンベースの幅Ｗｂの約１／２〜約１／３としたことにより、気体の風下側の切り起こし７の温度境界層はその風上側の切り起こし７の温度境界層に埋没することなく、それぞれの切り起こし７が高い温度境界層
前縁効果を有し、さらに優れた通風特性と伝熱性能が得られる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における熱交換器の偏平状の伝熱管４が挿入されたフィン１の正面図、図６は図５のＣ−Ｃ矢視の本発明の実施の形態３における熱交換器のフィン１に偏平状の伝熱管４が挿入された状態のイメージ図である。

図５、図６において、断面外周が偏平状の伝熱管４をフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段千鳥状に、風上列の偏平状の伝熱管４ａはフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入され、風下列の偏平状の伝熱管４ｂはフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入され、そして風上列の偏平状の伝熱管４ａは気体の主流方向に対する角度αを風下方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°と、風下列の偏平状の伝熱管４ｂは気体の主流方向に対する角度βを風上方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°と、設定されている。

風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの列方向の距離Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍで、風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間のフィン１の表面には鉛直方向に連通する排水面８が設けられている。段方向に隣接する偏平状の伝熱管４の間の領域のフィン１の表面には、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部９が設けられている。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態においては、断面外周が偏平状の伝熱管４をフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段千鳥状に挿入され、そして風上列の偏平状の伝熱管４ａは風下方向に向かって下り勾配に、風下列の偏平状の伝熱管４ｂは風上方向に向かって下り勾配に配置され、風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂとの間のフィン１の表面に鉛直方向に連通する排水面８を設けたことにより、熱交換器を気体の冷却器として用いたときフィン１の表面に生じる凝縮水の一部は一旦風上列の偏平状の伝熱管４ａの上面あるいは風下列の偏平状の伝熱管４ｂの上面まで流れ落ち、その後、風上列の偏平状の伝熱管４ａあるいは風下列の偏平状の伝熱管４ｂの傾斜に従い流れ落ち、さらにその後フィン１の表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面８を流れ落ちるので、凝縮水は滞留することがなく、通風抵抗をあまり増大させることがなくなる。

また、本実施の形態では、風上列の偏平状の伝熱管４ａはフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入され、風下列の偏平状の伝熱管４ｂはフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入されていることにより、偏平状の伝熱管４ａが挿入されるフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａおよびフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂは、偏平状の伝熱管４の傾斜方向の上側にある構成となるので、熱交換器を気体の冷却器として用いたときフィン１の表面に生じる凝縮液が滞留することがなく、通風抵抗をあまり増大させることがなくなる。さらに、風上列の偏平状の伝熱管４ａはフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入され、風下列の偏平状の伝熱管４ｂはフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入されるので、熱交換器の組立作業性が良好である。

また、本実施の形態では、風上列の偏平状の伝熱管４ａの水平方向に対する傾斜の角度αと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの水平方向に対する傾斜の角度βを約５°〜約３０°となるようにしたことにより、通風抵抗をあまり増大させず、フィン１および偏平状の伝熱管４の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に落下させることができる。傾斜の角度αが約５°より小さいと凝縮水が滞留しやすくなり、一方約３０°より大きくなると、通風抵抗が大幅に増大するので、偏平状の伝熱管４の水平方向に対する傾斜の角度αは約５°〜約３０°が適切である。

さらに、本実施の形態の熱交換器を搭載した例えば空気調和機の室外機を水平な状態で設置することが最良の状態であるが、この室外機を水平方向に約５°以下傾斜した場所に設置することが許容されている。この場合でも凝縮水を円滑に落下させることができるよう、風上列の偏平状の伝熱管４ａの気流の主流方向に対する傾斜の角度と風下列の偏平状の伝熱管４ｂの気流の主流方向に対する傾斜の角度を約１０°〜約３０°にすることが望ましい。

例えば、風上列の偏平状の伝熱管４ａの気流の主流方向に対する傾斜の角度と風下列の偏平状の伝熱管４ｂの気流の主流方向に対する傾斜の角度を約１０°にした本実施の形態の熱交換器を搭載した空気調和機の室外機を水平方向に約５°傾斜した場所に設置した場合、風上列の偏平状の伝熱管４ａまたは、風下列の偏平状の伝熱管４ｂの一方の水平方向に対する傾斜の角度が約５°となり、他方が水平方向に対する傾斜の角度約１５°となり、水平方向に対する傾斜の角度が最も小さい場合でも約５°であるので、凝縮水は円滑に落下することができる。

なお、この場合も、気流の通風抵抗の大幅な増大を抑えるため設けた上限の約３０°は、気体の主流方向との関係で規定するものであるため、空調機の室外機などの設置方向には無関係である。

また、本実施の形態では、フィン１の風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅを約１ｍｍ〜約４ｍｍとしたことにより、フィン効率をあまり損なわず、フィン１および偏平状の伝熱管４の表面に付着する凝縮水を、円滑に落下させることができる。フィン１の風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅが約１ｍｍより狭いと、流路が不足して凝縮水が流れ落ちにくく、また一方約４ｍｍより広いと、フィン効率が悪化するので、排水面８の列方向の幅Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍが適切である。

また、本実施の形態では、段方向に隣接する伝熱管４の間の領域のフィン１の表面に、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部９を設けたことにより、優れた伝熱性能が得られる。また、本実施の形態の熱交換器を空気調和機の室外熱交換器として用いたとき、暖房運転時に外気が低温になると、フィン１の表面に霜が付着するが、温度境界層前縁効果で高性能を得る切り起こしなどのように、性能が良好な切り起こしの前縁に霜が集中して付着し、付着した霜によりフィン１が目詰まりを起こし、ほとんど通風できなくなってしまうのが早く、暖房性能が急激に下がるという課題も生じにくい。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における熱交換器の偏平状の伝熱管４が挿入されたフィン１の正面図、図８は図７のＤ−Ｄ矢視の本発明の実施の形態４における熱交換器のフィン１に偏平状の伝熱管４が挿入された状態のイメージ図である。

図７、図８において、断面外周が偏平状の伝熱管４をフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段千鳥状に、風上列の偏平状の伝熱管４ａはフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入され、その幅Ｌｂが風上列の偏平状の伝熱管４ａの幅Ｌａの約３０％〜約６０％の風下列の偏平状の伝熱管４ｂはフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入され、そして風上列の偏平状の伝熱管４ａは気体の主流方向に対する角度αを風下方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°と、風下列の偏平状の伝熱管４ｂは気体の主流方向に対する角度βを風上方向に向かって下り勾配に約５°〜約３０°と、設定されている。

風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの列方向の距離Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍで、風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間のフィン１の表面には鉛直方向に連通する排水面８が設けられている。段方向に隣接する偏平状の伝熱管４の間の領域のフィン１の表面には、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部９が設けられ、さらに起伏部９の山部の稜線には切り込み１０が設けられている。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。本実施の形態においては、断面外周が偏平状の伝熱管４をフィン１に略直角に所定の列ピッチと段ピッチで２列複数段千鳥状に挿入され、そして風上列の偏平状の伝熱管４ａは風下方向に向かって下り勾配に、風下列の偏平状の伝熱管４ｂは風上方向に向かって下り勾配に配置され、風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂとの間のフィン１の表面に鉛直方向に連通する排水面８を設けたことにより、熱交換器を気体の冷却器として用いたときフィン１の表面に生じる凝縮水の一部は一旦風上列の偏平状の伝熱管４ａの上面あるいは風下列の偏平状の伝熱管４ｂの上面まで流れ落ち、その後、風上列の偏平状の伝熱管４ａあるいは風下列の偏平状の伝熱管４ｂの傾斜に従い流れ落ち、さらにその後フィン１の表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面８を流れ落ちるので、凝縮水は滞留することがなく、通風抵抗をあまり増大させることがなくなる。

また、本実施の形態では、風上列の偏平状の伝熱管４ａはフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入され、風下列の偏平状の伝熱管４ｂはフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入されていることにより、偏平状の伝熱管４ａが挿入されるフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａおよびフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂは、偏平状の伝熱管４の傾斜方向の上側にある構成となるので、熱交換器を気体の冷却器として用いたときフィン１の表面に生じる凝縮液が滞留することがなく、通風抵抗をあまり増大させることがなくなる。さらに、風上列の偏平状の伝熱管４ａはフィン１の風上前縁の切り欠き部３ａから挿入され、風下列の偏平状の伝熱管４ｂはフィン１の風下後縁の切り欠き部３ｂから挿入されるので、熱交換器の組立作業性が良好である。

また、本実施の形態では、風下列の偏平状の伝熱管４ｂの幅Ｌｂを風上列の偏平状の伝熱管４ａの幅Ｌａの約３０％〜約６０％となるようにしたことにより、この比率約３０％〜６０％は風上側に対する風下側の熱負荷または熱流束の比率約４０％〜約５０％にほぼ等しくすることができるので、風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂのそれぞれの伝熱管に流れる冷媒の流量の比率も風上側と風下側の熱負荷または熱流束の比率にほぼ等しくなり、風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂのそれぞれの伝熱管に流れる冷媒の状態量の変化がほぼ同様となることにより、熱交換器の性能を最大限に活かすことができる。

また、本実施の形態では、風上列の偏平状の伝熱管４ａの水平方向に対する傾斜の角度αと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの水平方向に対する傾斜の角度βを約５°〜約３０°となるようにしたことにより、通風抵抗をあまり増大させず、フィン１および偏平状の伝熱管４の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に落下させることができる。傾斜の角度αが約５°より小さいと凝縮水が滞留しやすくなり、一方約３０°より大きくなると、通風抵抗が大幅に増大するので、偏平状の伝熱管４の水平方向に対する傾斜の角度αは約５°〜約３０°が適切である。

さらに、本実施の形態の熱交換器を搭載した例えば空気調和機の室外機を水平な状態で設置することが最良の状態であるが、この室外機を水平方向に約５°以下傾斜した場所に設置することが許容されている。この場合でも凝縮水を円滑に落下させることができるよ
う、風上列の偏平状の伝熱管４ａの気流の主流方向に対する傾斜の角度と風下列の偏平状の伝熱管４ｂの気流の主流方向に対する傾斜の角度を約１０°〜約３０°にすることが望ましい。

例えば、風上列の偏平状の伝熱管４ａの気流の主流方向に対する傾斜の角度と風下列の偏平状の伝熱管４ｂの気流の主流方向に対する傾斜の角度を約１０°にした本実施の形態の熱交換器を搭載した空気調和機の室外機を水平方向に約５°傾斜した場所に設置した場合、風上列の偏平状の伝熱管４ａまたは、風下列の偏平状の伝熱管４ｂの一方の水平方向に対する傾斜の角度が約５°となり、他方が水平方向に対する傾斜の角度約１５°となり、水平方向に対する傾斜の角度が最も小さい場合でも約５°であるので、凝縮水は円滑に落下することができる。

なお、この場合も、気流の通風抵抗の大幅な増大を抑えるため設けた上限の約３０°は、気体の主流方向との関係で規定するものであるため、空調機の室外機などの設置方向には無関係である。

また、本実施の形態では、フィン１の風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅを約１ｍｍ〜約４ｍｍとしたことにより、フィン効率をあまり損なわず、フィン１および偏平状の伝熱管４の表面に付着する凝縮水を、円滑に落下させることができる。フィン１の風上列の偏平状の伝熱管４ａと風下列の偏平状の伝熱管４ｂの間に設けた鉛直方向に連通する排水面８の列方向の幅Ｅが約１ｍｍより狭いと、流路が不足して凝縮水が流れ落ちにくく、また一方約４ｍｍより広いと、フィン効率が悪化するので、排水面８の列方向の幅Ｅは約１ｍｍ〜約４ｍｍが適切である。

また、本実施の形態では、段方向に隣接する伝熱管４の間の領域のフィン１の表面に、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部９を設けたことにより、優れた伝熱性能が得られる。また、本実施の形態の熱交換器を空気調和機の室外熱交換器として用いたとき、暖房運転時に外気が低温になると、フィン１の表面に霜が付着するが、温度境界層前縁効果で高性能を得る切り起こしなどのように、性能が良好な切り起こしの前縁に霜が集中して付着し、付着した霜によりフィン１が目詰まりを起こし、ほとんど通風できなくなってしまうのが早く、暖房性能が急激に下がるという課題も生じにくい。

また、本実施の形態では、フィン１の表面の、段方向に隣接する伝熱管４の間の領域に設けた起伏部９の山部の稜線に切り込み１０を設けたことにより、本実施の形態の熱交換器を凝縮器やフィン表面に霜が付かない条件で蒸発器として使用したとき、起伏部９の山部の稜線に設けた切り込み１０の温度境界層前縁前縁効果により、高性能化が図れるとともに、霜が付く条件で蒸発器として使用したときには、温度境界層前縁前縁効果により局所熱伝達率が高い切り込み１０へ早く着霜するが、切り込み１０が霜で閉塞しても、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部９としての性能を維持するので、暖房性能が急に下がることもない。

なお、本実施の形態の熱交換器において、切り込み１０を起伏部９の山部の稜線だけに設けたが、起伏部９の谷部の稜線だけに設けても山部だけの稜線に設けた場合と同様の効果が得られる。また、切り込み１０を起伏部９の山部の稜線と谷部の稜線の両方に設けてもよく、このときその効果はさらに大きくなる。

なお、実施の形態１〜４において、内部を流通させる冷媒として、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒のいずれかまたはそれらの混合冷媒を使用することが適切で、このことにより、オゾン層の破壊がなく、さらにＨＣ冷媒あるいはＣＯ２冷媒は地球温暖化
係数が小さいなど環境に配慮した空気調和機や冷凍機などの商品とすることができるとともに、偏平状の伝熱管を用いているので、これらの冷媒の使用量を少なくすることができる。

本発明の熱交換器は、２列複数段千鳥状に配置した偏平状の伝熱管を、気体の主流方向に対して傾斜させて配置し、少なくとも前記気体の風上側の列の前記偏平状の伝熱管の傾斜方向は前記気体の風下方向に向かって下り勾配とし、２列の前記偏平状の伝熱管の間のフィン表面に鉛直方向に連通する排水面を設けたもので、この構成によれば、本発明の熱交換器を気体の冷却器として用いたとき前記フィンの表面および偏平状の伝熱管の外表面に生じる凝縮水は一旦前記偏平状の伝熱管の上面まで流れ落ち、その後前記偏平状の伝熱管の傾斜に従い流れ落ち、さらにその後前記フィン表面に設けられた鉛直方向に連通する排水面を流れ落ちるので、凝縮水が滞留することがなく、通風抵抗をあまり増大させることがなくなる。

以上のように、本発明にかかる熱交換器は、気体の冷却器として用いたときフィンの表面に生じる凝縮水を滞留することなく、円滑に流れ落とすことができ、通風抵抗をあまり増大させることがないので、空気調和機や冷凍機などに使用され、多数積層された平板状のフィンの間を流動する空気などの気体と偏平状の伝熱管内を流動する水や冷媒などの流体との間で熱を授受するフィンアンドチューブ式の熱交換器に広く適用できるものである。

本発明の実施の形態１における熱交換器の偏平状の伝熱管が挿入されたフィンの正面図 図１のＡ−Ａ矢視図 本発明の実施の形態２における熱交換器の偏平状の伝熱管が挿入されたフィンの正面図 図３のＢ−Ｂ矢視図 本発明の実施の形態３における熱交換器の偏平状の伝熱管が挿入されたフィンの正面図 図５のＣ−Ｃ矢視図 本発明の実施の形態４における熱交換器の偏平状の伝熱管が挿入されたフィンの正面図 図７のＤ−Ｄ矢視図 従来のフィンアンドチューブ熱交換器の基本構成を示す斜視図 従来のフィンの正面図

符号の説明

１ フィン
４ 偏平状の伝熱管
４ａ 風上列の偏平状の伝熱管
４ｂ 風下列の偏平状の伝熱管
３ａ 風上列の偏平状の伝熱管４ａが挿入されるフィンの風上前縁の切り欠き部
３ｂ 風下列の偏平状の伝熱管４ｂが挿入されるフィンの風下後縁の切り欠き部
８ 排水面
５ ヘッダー
６ ルーバー
７ 切り起こし
９ 起伏部
１０ 切り込み

Claims (13)

1. 一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに、前記フィンに密着接合され、内部に流体が流動する断面外周が偏平状の伝熱管とを備え、前記偏平状の伝熱管を、気体の風上側の列と風下側の列の２列の前記伝熱管で構成し、気体の前記風上側の列に気体の主流方向に対して傾斜させて配置するとともに、気体の前記風上側の列の偏平状の伝熱管の傾斜方向を気体の風下方向に向かって下り勾配とし、気体の前記風下側の列の偏平状の伝熱管の傾斜方向は、風上方向に向かって下り勾配とし、前記風上側の列の伝熱管と前記風下側の列の伝熱管とは千鳥状に配置し、２列の前記伝熱管の間のフィン表面に排水面を設けたことを特徴とする熱交換器。
2. 気体の風上側の列の偏平状の伝熱管は、フィンの風上前縁の切り欠き部から挿入され、気体の風下側の列の偏平状の伝熱管は、フィンの風下後縁の切り欠き部から挿入されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 気体の風下側の列の偏平状の伝熱管の幅を、気体の風上側の列の偏平状の伝熱管の幅の約３０％〜約６０％としたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 偏平状の伝熱管の水平方向に対する傾斜の角度を、約５°〜約３０°となるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 排水面の列方向の幅を、約１ｍｍ〜約４ｍｍとしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 段方向に隣接する偏平状の伝熱管の間に、気体の主流方向側に開口する複数のルーバーを設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. ルーバーの角度を２０〜４０°とし、ルーバーの気体の主流方向の幅を、積層されたフィンのピッチと略同一とした請求項６に記載の熱交換器。
8. ルーバーの高さを、０．８ｍｍ以上かつ積層されたフィンのピッチの略１／３以上で略２／３以下とした請求項６に記載の熱交換器。
9. 段方向に隣接する偏平状の伝熱管の間に、積層されたフィンのピッチの約１／４〜約３／４の高さの、気体主流方向側に開口する複数の切り起こしを設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
10. 切り起こしの幅を、フィンベースの幅の約１／２〜約１／３としたことを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
11. 段方向に隣接する偏平状の伝熱管の間に、稜線が段方向に伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
12. 山部または谷部の少なくともいずれか一方の稜線に切り込みを設けたことを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
13. 内部を流通させる冷媒として、ＨＦＣ冷媒、ＨＣ冷媒、ＣＯ２冷媒の少なくとも１つを使用することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の熱交換器。

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