WO2009084347A1 - フィンアンドチューブ型熱交換器 - Google Patents

Abstract

　空気側流通抵抗（圧損）を増大させることなく、フィン側熱伝達率の一層の向上を図ることによって、より高性能化されたフィンアンドチューブ型熱交換器を提供する。所定ピッチで平行に多数配設され、その間を気流が流通されるプレートフィン（２）と、該プレートフィン（２）に所定の列ピッチおよび段ピッチで設けられるチューブ孔（３）に密着して挿入され、内部を流体が流通される伝熱チューブ（４）と、を有するフィンアンドチューブ型熱交換器（１）において、プレートフィン（２）には、段方向に隣接するチューブ孔（３）間に、段方向に沿う段方向山部（６）が設けられ、該段方向山部（６）の頂部にはフラット部（７）が形成されている。

Description

フィンアンドチューブ型熱交換器

　本発明は、伝熱チューブ内を流通する流体（冷媒）と、その外部に設けられる多数のプレートフィン間を流通する気流（空気）との間で熱交換を行う熱交換器に関し、特に空気調和機や冷凍機の空気熱交換器に用いて好適なフィンアンドチューブ型熱交換器に関するものである。

　空気調和機や冷凍機等の空気熱交換器に用いられるフィンアンドチューブ型熱交換器では、フィン側に種々の工夫を施し、その伝熱面積を増大させることにより、フィン側（空気側）の熱伝達率を向上させ、高性能化を図っている。一方、熱交換器に空気を流通させる送風ファンへの入力を低減し、省エネルギー化を図るには、フィン側の流通抵抗（空気側圧力損失）をできる限り低減することが望ましい。しかし、このフィン側の流通抵抗の低減と熱伝達率の向上との間には、相反する面がある。
　また、空気熱交換器においては、フィンへの着霜により空気の流通路が閉塞され、交換熱量の低下が懸念されることから、フィンの設計に際しては、着霜の抑制を考慮する必要がある。

　こうした中にあって、プレートフィンに設けられるチューブ孔の各列に対して、空気の流通方向に沿って複数個の山部を設けるとともに、チューブ孔の周りに平坦面とした座を形成し、この座の下方側の端部を鋭角状としてその頂部を山部の稜線に合致させるようにした熱交換器が、特許文献１により提案されている。
　また、プレートフィンに設けられるチューブ孔の各列に対して、空気の流通方向に沿って各々複数の三角状あるいは頂部を平坦にした台形状の山部を設けるとともに、該山部の１つの高さを隣接する山部の高さよりも大きくし、さらにチューブ孔の回りに同心円状に山部を設けた熱交換器が、特許文献２により提案されている。

特開平８－１７８５７３号公報 特開平１０－１４１８８０号公報

　上記特許文献１のものは、山部によりフィン全域にて空気の温度境界層を破壊する乱流を生じさせるとともに、座の稜線に沿う壁部により気流を伝熱管の後方へと導き、死水域を減少させることによって、熱伝達率を向上させることができる一方、フィン表面に付着した水滴を可及的速やかに流下排出することができる。しかし、その山部構成は、チューブ孔の列方向に沿う同一形状山の単調な繰り返し構成のため、熱伝達率の向上にも限界があり、十分な効果が期待できないのみならず、座の稜線に沿う壁部は、死水域（非有効伝熱領域）の減少に役立つ反面、伝熱チューブ近傍の空気流速の速い領域において空気流に対する壁となり、その流通抵抗により圧損を増大させるという問題がある。

　また、特許文献２のものは、山部の高低変化によりプレートフィン間を流れる気流を蛇行させることができるため、気流の流通抵抗を抑制しながら伝熱性能を向上させることができる。加えて、チューブ孔周り設けた同心円状の山部により、伝熱チューブの後方に気流を導くことができるため、死水域を減少させ伝熱性能を向上させることができる。しかしながら、山部はチューブ孔の列方向に沿う一方向の山のみであり、乱流促進効果による十分な熱伝達率の向上が期待できない。また、チューブ孔周りのフィン側流通抵抗の増大（圧損の増大）は避け難く、送風ファンへの入力増加が懸念される。
　このように、従来のフィンアンドチューブ型熱交換器には、フィン側の熱伝達率および流通抵抗（圧力損失）に関して、未だ改善の余地がある。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、空気側流通抵抗（圧損）を増大させることなく、フィン側熱伝達率の一層の向上を図ることによって、より高性能化されたフィンアンドチューブ型熱交換器を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器は、以下の手段を採用する。
　すなわち、本発明にかかるフィンアンドチューブ型熱交換器は、所定ピッチで平行に多数配設され、その間を気流が流通されるプレートフィンと、該プレートフィンに所定の列ピッチおよび段ピッチで設けられたチューブ孔に密着して挿入され、内部を流体が流通される伝熱チューブと、を備えているフィンアンドチューブ型熱交換器において、前記プレートフィンには、段方向に隣接する前記チューブ孔間に、段方向に沿う段方向山部が設けられ、該段方向山部の頂部にはフラット部が形成されていることを特徴とする。

　本発明によれば、プレートフィンの段方向に隣接するチューブ孔間に、段方向に沿う段方向山部が設けられ、該段方向山部の頂部にはフラット部が形成されているので、段方向山部による乱流促進効果により熱伝達率を向上させることができる。また、段方向山部のチューブ孔に向かう下向きのスロープによりプレートフィン間を流通する気流を滑らかに伝熱チューブの後方に回り込ませることができ、更には段方向山部の頂部フラット部により局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させることができる。このため、プレートフィンの死水域を減少させて有効伝熱面積を増大させ、熱伝達率を向上させることができるとともに、局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させ、平均熱伝達率を向上させることができる。従って、気流側の流通抵抗（圧損）を増大させることなく、伝熱性能を向上させることができる。また、これによって、フィンピッチを広くしながら交換熱量を確保することが可能となるため、フィン枚数を減らし、コストダウンを図ることができる。

　さらに、本発明にかかるフィンアンドチューブ型熱交換器は、所定ピッチで平行に多数配設され、その間を気流が流通されるプレートフィンと、該プレートフィンに所定の列ピッチおよび段ピッチで設けられたチューブ孔に密着して挿入され、内部を流体が流通される伝熱チューブと、を備えているフィンアンドチューブ型熱交換器において、前記プレートフィンには、前記チューブ孔の各列に対し、列方向に沿って少なくとも３つ以上の列方向山部が設けられるとともに、段方向に隣接する前記チューブ孔間に、段方向に沿う段方向山部が設けられ、該段方向山部の頂部にはフラット部が形成されていることを特徴とする。

　本発明によれば、プレートフィンのチューブ孔の各列に対し、列方向に沿って少なくとも３つ以上の列方向山部が設けられるとともに、段方向に隣接するチューブ孔間に、段方向に沿う段方向山部が設けられ、該段方向山部の頂部にはフラット部が形成されているので、列方向山部と段方向山部との乱流促進の相乗効果によってプレートフィン間を流通する気流に対して温度境界層を破壊するだけの十分な乱流を発生させることができる。このため、熱伝達率を一段と高めることができる。また、段方向山部のチューブ孔に向かう下向きのスロープによりプレートフィン間を流通する気流を滑らかに伝熱チューブの直後流側に回り込ませることができ、更には段方向山部の頂部のフラット部により局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させることができる。このため、プレートフィンの死水域を減少させて有効伝熱面積を増大させ、熱伝達率を向上させることができるとともに、局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させ、平均熱伝達率を向上させることができる。従って、気流側の流通抵抗（圧損）を増大させることなく、伝熱性能を向上させることができる。また、これによって、フィンピッチを広くしながら交換熱量を確保することが可能となるため、フィン枚数を減らし、コストダウンを図ることができる。

　さらに、本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器は、上記のフィンアンドチューブ型熱交換器において、前記列方向山部は、列方向の両端に形成される両端山部の高さがその間に形成される中央山部の高さよりも低くされている構成としてもよい。

　上記構成によれば、列方向山部の列方向の両端に形成される両端山部の高さがその間に形成される中央山部の高さよりも低くされているので、これら列方向山部に対して気流が交互に衝突、剥離を繰り返す。一般に衝突面では熱伝達率が高く、剥離面では熱伝達率が低くなるため、熱伝達率が高い領域を多くすることにより、平均値として熱伝達率を向上させることができる。この際、もともと熱伝達率の高い両端山部の高さを低く、それよりも中央山部の高さを高くすることにより、山部における局所熱伝達率を平均して一定の高い値とすることができる。従って、気流側の流通抵抗（圧損）を増大させることなく、伝熱性能を一定の高い値まで向上させることができる。また、プレートフィンにおける気流流通方向後端側の山部を低くすることにより、伝熱チューブ後流側に気流を回り込ませることができ、そこでの熱交換が促進される。このため、伝熱チューブ後流の気流出口側での熱伝達率が回復され、これによっても伝熱性能を向上させることができる。さらに、プレートフィンにおける気流流通方向前端側の山部を低くしておくことにより、フィン着霜による風路の閉塞を抑制することができるため、気流量の低下および交換熱量の低下を抑えることができる。

　さらに、本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器は、上述のいずれかのフィンアンドチューブ型熱交換器において、前記列方向山部は、４山形成され、列方向の両端に形成される両端山部の高さよりもその間に形成される２つの中央山部の高さが高くされている構成としてもよい。

　上記構成によれば、列方向に沿う列方向山部が４山形成され、この列方向山部は、列方向の両端に形成される両端山部の高さよりもその間に形成される２つの中央山部の高さが高くされているので、各山部による乱流促進効果および衝突面の増大による局所熱伝達率の向上効果をもたらすことができると同時に、列方向の気流に対する抵抗バランスを良くすることができる。このため、気流がチューブ孔間の中央領域を流れるだけでなく、伝熱チューブ周囲に沿って多くの流れが形成されることとなる。従って、伝熱チューブの直後流領域での有効伝熱面積を増大させることができ、熱伝達率向上効果をより大きくすることができる。

　さらに、本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器は、上述のいずれかのフィンアンドチューブ型熱交換器において、前記段方向山部は、列方向および段方向の双方に突設される三次元山部とされている構成としてもよい。

　上記構成によれば、段方向山部が列方向および段方向の双方に突設される三次元山部とされているので、この三次元方向に突設される山部のチューブ孔に向かう下向きのスロープにより、プレートフィン間を流通する気流を滑らかに伝熱チューブの直後流側に回り込ませることができる。このため、気流側の流通抵抗（圧損）を増大させることなく、プレートフィンの死水域を減少させ、有効伝熱面積を増大させることができる。従って、有効伝熱面積増大分に見合った熱伝達率向上効果を得ることができる。

　さらに、本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器は、上述のいずれかのフィンアンドチューブ型熱交換器において、前記フラット部は、前記段ピッチに対する段方向長さの比率が、１／３以下とされている構成としてもよい。

　上記構成によれば、フラット部の段ピッチに対する段方向長さの比率が、１／３以下とされているので、気流側の流通抵抗（圧損）を増大させることなく、局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させ、高い熱伝達率を確保することができる。フラット部の長さを長くしすぎると、伝熱チューブ周りの空気流速の速い領域での圧損が上昇傾向となるが、段ピッチに対する長さの比率を１／３以下とすることにより、高い熱伝達率を維持することができる。

　さらに、本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器は、上述のいずれかのフィンアンドチューブ型熱交換器において、前記フラット部は、前記伝熱チューブ間ピッチに対する段方向長さの比率が、０．５以下とされている構成としてもよい。

　上記構成によれば、フラット部の伝熱チューブ間ピッチに対する段方向長さの比率が、０．５以下とされているので、気流側の流通抵抗（圧損）を増大させることなく、局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させ、高い熱伝達率を確保することができる。フラット部の長さを長くしすぎると、伝熱チューブ近傍の空気流速の速い領域での圧損が上昇傾向となるが、伝熱チューブ間ピッチに対する長さの比率を０．５以下とすることにより、高い熱伝達率を維持することができる。

　本発明によると、段方向山部による乱流促進効果によって熱伝達率を向上させることができる。また、段方向山部のチューブ孔に向かう下向きのスロープによりプレートフィン間を流通する気流を滑らかに伝熱チューブの直後流側に回り込ませることができ、更には段方向山部の頂部のフラット部により局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させることができるため、プレートフィンの死水域を減少させて有効伝熱面積を増大させ、熱伝達率を向上させることができるとともに、局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させ、平均熱伝達率を向上させることができる。従って、気流側の流通抵抗（圧損）を増大させることなく、伝熱性能を向上させることができる。

　また、本発明によると、列方向山部と段方向山部との乱流促進の相乗効果によって、プレートフィン間を流通する気流に対して温度境界層を破壊するだけの十分な乱流を発生させることができるため、熱伝達率を一段と高めることができる。また、段方向山部のチューブ孔に向かう下向きのスロープによりプレートフィン間を流通する気流を滑らかに伝熱チューブの直後流側に回り込ませることができ、更には段方向山部の頂部のフラット部により局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させることができる。このため、プレートフィンの死水域を減少させて有効伝熱面積を増大させ、熱伝達率を向上させることができるとともに、局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させ、平均熱伝達率を向上させることができる。従って、気流側の流通抵抗（圧損）を増大させることなく、伝熱性能を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るフィンアンドチューブ型熱交換器の斜視図である。 図１に示すフィンアンドチューブ型熱交換器のプレートフィンの側面図である。 図２に示すプレートフィンのチューブ孔を中心に列方向および段方向に４等分した一片の斜視図である。 図３に示すプレートフィンの一片の図２のＡ－Ａ断面相当図である。 図３に示すプレートフィンの一片の図２のＢ－Ｂ断面相当図である。 図２に示すプレートフィンの段方向山部のフラット部長さＦと空気側熱伝達率αａ比率との関係グラフである。

符号の説明

１　フィンアンドチューブ型熱交換器
２　プレートフィン
３　チューブ孔
４　伝熱チューブ
５　列方向山部
５Ａ，５Ｄ　両端山部
５Ｂ，５Ｃ　中央山部
６　段方向山部
７　フラット部（平坦部）
Ｆ　フラット部の長さ
ｍ　列ピッチ
ｎ　段ピッチ
Ｐｔ　チューブ間ピッチ

　以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図６を参照して説明する。
　図１には、本実施形態にかかるフィンアンドチューブ型熱交換器１の斜視図が示されている。フィンアンドチューブ型熱交換器１は、所定ピッチで平行に多数配設され、その間に気流（空気）が流通されるプレートフィン２と、これらプレートフィン２に所定の列ピッチおよび段ピッチで設けられるチューブ孔３に密着して挿入され、内部を流体（冷媒）が流通される伝熱チューブ４と、を備えている。伝熱チューブ４は、プレートフィン２のチューブ孔３に密着して挿入される多数のヘアピンチューブ４Ａと、このヘアピンチューブ４Ａの隣接するチューブの端部同士を繋ぐＵベンド４Ｂと、から構成され、熱交換器１のコア部分において、少なくとも１パス以上の冷媒流通経路を形成している。なお、伝熱チューブ４としては、一般に銅チューブが使用される。

　図２に、上記プレートフィン２の側面図が示されている。プレートフィン２は、一般にアルミニウム製薄板（例えば、厚さ０．１ｍｍ）をプレスにより長方形状に打ち抜きして製造される。プレートフィン２は、図２に示されるように、幅方向寸法がＭ、上下方向寸法がＮの長方形状で、本実施形態では、幅方向に所定の列ピッチｍ（例えば、１８ｍｍ）で、チューブ孔３が１ないし２列（図示は２列）設けられている。なお、幅方向両側のチューブ孔３のプレートフィン左右端面からの寸法は、１／２ｍ（ｍは列ピッチ）とされている。また、上下方向において、寸法Ｎ１の間に所定の段ピッチｎ（例えば、２１ｍｍ）で、チューブ孔３が適宜段数設けられる。なお、各列の最上段および最下段に位置するチューブ孔３のプレートフィン上端および下端からの寸法は、それぞれ３／４ｎ（ｎは段ピッチ）または１／４ｎとされている。これによって、隣り合う列のチューブ孔３は、互いに千鳥配設されることとなる。

　図３には、チューブ孔３を中心に列方向および段方向に４等分したプレートフィン２の一片が示されており、図４には、その図２におけるＡ－Ａ断面相当図、図５には、その図２におけるＢ－Ｂ断面相当図が示されている。チューブ孔３は、孔周りにバーリング加工によりカラー３Ａが設けられている。このチューブ孔３の孔径Φは、細径化した伝熱チューブ４の径（例えば、６．３５ｍｍ）よりも若干大きめに穿設されており、伝熱チューブ４を挿入後に拡管することにより、カラー３Ａと伝熱チューブ４とが密着されるようになっている。カラー３Ａは、高さが、例えば、１．２ｍｍであり、このカラー３Ａの高さによって、多数積層されて配設されるプレートフィン２のフィンピッチＰｆが決まる。

　上記プレートフィン２には、図４に示されるように、チューブ孔３の各列に対して、それぞれ列方向（幅方向）に沿って少なくとも３つ（本実施形態では、４つの場合が例示され、図４には、そのうちの２つが示されている。）の列方向山部５が設けられている。この複数の列方向山部５は、列方向の両端部に設けられる２つの両端山部５Ａ，５Ｄの高さｈ１（例えば、０．４ｍｍ）よりも、列方向の中央部に設けられる中央山部５Ｂ，５Ｃの高さｈ２（例えば、０．７ｍｍ）の方が高くされている。

　これら列方向山部５の列方向の幅は、両端山部５Ａ，５Ｄの最低高さ位置から最高高さ位置までの幅方向寸法ｐが、例えば１．４ｍｍであるのに対して、中央山部５Ｂ，５Ｃの最低高さ位置から最高高さ位置までの幅方向寸法ｑは、例えば２．８ｍｍである。これにより、列方向山部５の各山の勾配は略同一とされている。また、プレートフィン２の幅方向の両端には、幅方向寸法がｒの平坦部５Ｅ，５Ｆが設けられている。なお、各山部５Ａないし５Ｄの頂部および谷部には、適宜寸法の円弧が設けられているものとする。

　さらに、プレートフィン２には、図５に示されるように、段方向に隣接するチューブ孔３間に、列方向の中央山部５Ｂ，５Ｃに対応して段方向に沿う２つの段方向山部６が設けられている。この段方向山部６の高さは、列方向の両端山部５Ａ，５Ｄの高さｈ１（例えば、０．４ｍｍ）と同じ高さとされており、その頂部には、フラット部（平坦部）７が形成されている。このフラット部７の長さＦ（図５には、１／２Ｆが示されている。）は、段ピッチｎに対して１／３以下、ないしは伝熱チューブ４のチューブ間ピッチＰｔ（図２参照）に対して０．５以下で、概ね２ないし６ｍｍの範囲に設定されている。

　このように、段方向に隣接するチューブ孔３間に、頂部にフラット部７が形成された段方向山部６が設けられることによって、段方向に隣接するチューブ孔３間には、列方向および段方向の双方（三次元方向）に突設される三次元山部が形成されることとなる。
　なお、本実施形態では、段方向に隣接するチューブ孔３間に列方向の２つの中央山部５Ｂ，５Ｃが配置されているため、段方向山部６もこれに対応して２つ設けられることになるが、列方向の中央山部が１つの場合（列方向山部５が３つのケース）は、段方向山部６もこれに対応して１つ設けられることとなる。

　上記説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
　フィンアンドチューブ型熱交換器１には、図示省略の送風ファンにより、図１に矢印Ｉで示すように、プレートフィン２の幅方向に沿って空気が送風される。この空気が多数のプレートフィン２間を流通することにより、伝熱チューブ４内を流通する冷媒との間で熱交換が行われる。プレートフィン２間に流入する空気は、まず幅方向の前端に設けられている幅寸法ｒの平坦部５Ｅに案内されて抵抗なくプレートフィン２間に流入される。そして、プレートフィン２間を流通される過程で、列方向山部５および段方向山部６により案内され、山面で衝突、剥離を繰り返し、温度境界層を破壊するだけの十分な乱流を生じさせながら、あるいは主に段方向山部６の作用により伝熱チューブ４の直後流領域へと向きを変えられながら、プレートフィン２間を流動し、その後端から流出される。

　本実施形態においては、図２ないし図５に示されるように、プレートフィン２の列方向に列方向山部５を４山設け、その両端山部５Ａ，５Ｄの高さを低くし、中央山部５Ｂ，５Ｃの高さを両端山部５Ａ，５Ｄの高さよりも高くしており、更に中央山部５Ｂ，５Ｃに対応して段方向に段方向山部６を設けているので、これら山部５，６の作用によって空気流入部における局所熱伝達率を、平均して略一定の高い値とすることができる。

　つまり、列方向に複数個の列方向山部５を設けたタイプのプレートフィン２では、衝突面での熱伝達率が高く、剥離面での熱伝達率が低くなることから、衝突面での熱伝達率が高い領域を多くしてやることにより、平均値として熱伝達率を向上させることが可能となる。また、山部５により伝熱面積を増大させることができるため、これによっても伝熱性能を向上させることができる。なお、フィン側の熱伝達率向上だけを考えれば、列方向山部５の高さを全て高くすればよいが、そうすると、フィン側の流通抵抗が増大（空気側圧損の増大）し、送風ファンへの入力が増加するため、省エネ上好ましくない。従って、上記の如く、フィン端面側の両端山部５Ａ，５Ｄの高さを低くし、その高さよりも中央山部５Ｂ，５Ｃの高さを高くすることによって、流通抵抗を増大させることなく、局所熱伝達率を平均して高い値とすることができる。

　また、プレートフィン２の後端側の山部５Ｄを低くしているため、チューブ孔３に嵌合されている伝熱チューブ４後方の気流出口領域での熱伝達率を回復させることができる。これは、フィン後端側の山部５Ｄを低くすることにより、伝熱チューブ４の後流領域に回り込む空気流が形成され、そこでのフィンと空気流との熱交換が促進されるためと考えられる。さらに、プレートフィン２の列方向山部５は、その両端山部５Ａ，５Ｄの幅方向寸法ｐよりも、中央山部５Ｂ，５Ｃの列方向に沿う幅方向寸法ｑの方が大きく（２倍）されているため、これら山部５Ａないし５Ｄの勾配をすべて略同一にすることができる。これによって、空気流に対する流通抵抗（気流側圧損）の増大を抑制して送風ファンへの入力を低減しつつ、列方向山部５の高さを高くし、列方向山部５における局所熱伝達率を更に高くすることができる。

　また、プレートフィン２の前端側の山部５Ａを低くする別の理由は、フィンに対する着霜を抑制することにある。例えば、空気調和機の室外熱交換器に、このフィンアンドチューブ型熱交換器１を用いた場合、暖房運転時に熱伝達率の高いプレートフィン２の前端縁において、一般に霜が着霜され易くなる。プレートフィン２の前端山部５Ａの高さを高くしておくと、フィン隙間が小さくなって、着霜により空気の流通路が閉塞され、あるいは着霜による流路抵抗の増大に伴い風量が低下し、交換熱量の低下が速くなり、さらに着霜し易くなる。しかるに、プレートフィン２前端の山部５Ａの高さを低くしておくことによって、フィンに対する着霜を抑制し、これらの問題を解消することができる。

　一方、プレートフィン２には、段方向に隣接するチューブ孔３間に、段方向に沿う段方向山部６が設けられているため、この段方向山部６による乱流促進効果によっても熱伝達率を向上させることができる。また、段方向山部６により、段方向に隣接するチューブ孔３間にチューブ孔３方向に向かう下向きのスロープ（傾斜面）を形成することができるため、このスロープに沿いプレートフィン２間を流通する空気流をチューブ孔３に嵌合されている伝熱チューブ４の後方へと回り込ませることができる。これによって、プレートフィン２の伝熱チューブ４（チューブ孔３）後方での死水域（非有効伝熱領域）を減少させてフィンの有効伝熱面積を増大させることができ、その分熱伝達率を向上させることができる。

　特に、列方向山部５を４山設け、そのうちの高さを高くした２つの中央山部５Ｂ，５Ｃに対応させて、段方向山部６を設けている。これによって、段方向に隣接するチューブ孔３間に、列方向および段方向の双方（三次元方向）に突設されている三次元山部が形成された構成となり、空気流に対する抵抗バランスを良くすることができる。このため、空気流がプレートフィン２の段方向に隣接する伝熱チューブ４間の中央領域を流れるだけでなく、伝熱チューブ４の周囲に沿っても十分に空気流が形成されることとなる。従って、伝熱チューブ４の直後流域での有効伝熱面積をより増大させ、熱伝達率を一段と向上させることができる。

　さらに、本実施形態では、段方向山部６の頂部にフラット部（平坦部）７が形成されているため、このフラット部７により局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させることができ、これによって、平均熱伝達率を向上させることができる。また、フラット部７は、段方向の長さＦが段ピッチｎに対して１／３以下、ないしは伝熱チューブ４のチューブ間ピッチＰｔに対して０．５以下で、概ね２ないし６ｍｍの範囲に設定されているので、図６に示されるように、フラット長さＦが０の場合と比率で空気側熱伝達率αａを更に数％上昇させることができる。なお、フラット部７の長さＦを上記よりも長くすると、伝熱チューブ４周りの空気流速の速い領域での圧力損失が上昇傾向となるので、空気側の流通抵抗（圧損）を抑えつつ、伝熱性能を向上させるには、上記が適正範囲といえる。

　以上に述べたように、本実施形態によると、プレートフィン２に設けられている列方向山部５および段方向山部６の相乗効果により、空気流の温度境界層を破壊できるだけの十分な乱流を生じさせることができるため、熱伝達率を向上させることができる。また、列方向山部５を４山形成し、その両端の山部５Ａ，５Ｄの高さを低く、その間に形成される２つの中央山部５Ｂ，５Ｃの高さを高くして、熱伝達率が高い空気流の衝突面領域を多くすることにより、列方向山部５の局所熱伝達率を平均して一定の高い値とすることができるため、伝熱性能を一定の高い値まで向上させることができる。

　また、列方向山部５の後端側の山部５Ｄを低くし、この山部５Ｄにより伝熱チューブ４の後流領域に回り込む空気流が形成されるようにしているため、そこでのフィンと空気流との熱交換を促進させて、伝熱チューブ４の後流領域での熱伝達率を向上させることができる。また、列方向山部５の前端側の山部５Ａを低くし、熱伝達率の高いフィン前端でのフィン隙間を大きくしているため、フィンに対する着霜を抑制することができる。

　さらに、列方向山部５の高さの低い両端山部５Ａ，５Ｄの幅を小さく、その間に形成されている高さの高い２つの中央山部５Ｂ，５Ｃの幅を大きくして、その勾配を略同一としているため、空気流に対する流通抵抗（気流側圧力損失）の増大を抑制して送風ファンへの入力を低減しつつ、列方向山部５の高さを高くして、列方向山部５の局所熱伝達率を平均して一定の高い値とすることができる。また、プレートフィン２の幅方向の両端に平坦部５Ｅ，５Ｆを設けて空気の流入を案内し、流入抵抗（気流側の圧力損失）を低減するようにしているため、送風ファンへの入力を低減し、省エネルギー化を図ることができる。

　また、段方向に隣接するチューブ孔３間に列方向および段方向の双方に突設されて設けられた三次元山部のチューブ孔３に向かう下向きの傾斜面によって、プレートフィン２間を流通する気流を伝熱チューブ４の直後流側に回り込ませ、プレートフィン２の死水域を減少させて有効伝熱面積を増大させることができるため、その分伝熱性能を向上させることができる。特に、列方向山部５の高い２つの中央山部５Ｂ，５Ｃに対応させて２つの段方向山部６を設け、三次元方向に突設される山部を形成することにより、空気流に対する抵抗バランスを良くし、段方向に隣接する伝熱チューブ４間の中央領域だけでなく、伝熱チューブ４の周囲に沿って十分に空気流を形成することができるため、伝熱チューブ４の直後流域での有効伝熱面積をより増大させ、熱伝達率を一段と向上させることができる。

　さらに、段方向山部６の頂部にフラット部（平坦部）７を形成することによって、局所空気側熱伝達率の高い領域を増加させているため、平均熱伝達率を向上させることができる。この際、フラット部７の段方向長さＦを段ピッチｎに対して１／３以下、ないしは伝熱チューブ４のチューブ間ピッチＰｔに対して０．４以下で、概ね２ないし６ｍｍの範囲に設定しているため、空気側の流通抵抗（圧損）を抑えつつ、フラット長さＦが０の場合との比率で空気側熱伝達率αａを更に数％上昇させることができ、伝熱性能を向上させることができる。また、フィン構造の改善で熱伝達率を向上させ、伝熱性能を高めることにより、フィンピッチを広くしながら交換熱量を確保することが可能となるため、プレートフィン２の枚数を減らすことができるとともに、伝熱チューブ４の細径化（例えば、チューブ径Φを６．３５ｍｍ）に伴っても材料費を低減することができる。従って、コストダウンを実現することができる。

　なお、なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、プレートフィン各部の寸法を具体的数値で示しているが、これはあくまでも一例にすぎず、本発明は、これに限定されるものではない。また、チューブ孔３の列数、段数は、熱交換器の能力に合わせて適宜変更されるものであることはもちろんである。

Claims (7)

1. 　所定ピッチで平行に多数配設され、その間を気流が流通されるプレートフィンと、該プレートフィンに所定の列ピッチおよび段ピッチで設けられたチューブ孔に密着して挿入され、内部を流体が流通される伝熱チューブと、を備えているフィンアンドチューブ型熱交換器において、
   　前記プレートフィンには、段方向に隣接する前記チューブ孔間に、段方向に沿う段方向山部が設けられ、該段方向山部の頂部にはフラット部が形成されていることを特徴とするフィンアンドチューブ型熱交換器。
2. 　所定ピッチで平行に多数配設され、その間を気流が流通されるプレートフィンと、該プレートフィンに所定の列ピッチおよび段ピッチで設けられたチューブ孔に密着して挿入され、内部を流体が流通される伝熱チューブと、を備えているフィンアンドチューブ型熱交換器において、
   　前記プレートフィンには、前記チューブ孔の各列に対し、列方向に沿って少なくとも３つ以上の列方向山部が設けられるとともに、段方向に隣接する前記チューブ孔間に、段方向に沿う段方向山部が設けられ、該段方向山部の頂部にはフラット部が形成されていることを特徴とするフィンアンドチューブ型熱交換器。
3. 　前記列方向山部は、列方向の両端に形成される両端山部の高さがその間に形成される中央山部の高さよりも低くされている請求項２に記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
4. 　前記列方向山部は、４山形成され、列方向の両端に形成される両端山部の高さよりもその間に形成される２つの中央山部の高さが高くされている請求項２または３に記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
5. 　前記段方向山部は、列方向および段方向の双方に突設される三次元山部とされている請求項１ないし４のいずれかに記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
6. 　前記フラット部は、前記段ピッチに対する段方向長さの比率が、１／３以下とされている請求項１ないし５のいずれかに記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
7. 　前記フラット部は、前記伝熱チューブ間ピッチに対する段方向長さの比率が、０．５以下とされている請求項１ないし５のいずれかに記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。

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