JP4400244B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関し、例えば、自動販売機、ショーケース等に適用するフィンアンドチューブ型の熱交換器に関するものである。

図１４および図１５に示すように、従来から所定の間隔で平行に並べた複数の平板フィン１と、平板フィン１を貫通し、内部を冷媒が循環する伝熱管２とを備え、平板フィン１に送風して空気と冷媒との間で熱交換するようにした、いわゆるフィンアンドチューブ型の熱交換器が知られている。

このフィンアンドチューブ型の熱交換器においては、熱交換性能を高めるために、伝熱管２と伝熱管２との間にいわゆるルーバと称される微細な切り起こし３を形成した平板フィン１が各種提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。

特開平１１−２８１２７９号公報 特開２００１−１４１３８３号公報

ところで、このような切り起こし３を形成した平板フィン１は、効率が良い一方で、切り起こし３の表面上の空気を乱流化するため摩擦抵抗が大きくなり、圧力損失が大きくなるという問題がある。また、ほこりの堆積や着霜の発生により、伝熱性能が経時劣化する虞れもある。

本発明は、上記実情に鑑みて、圧力損失が少なく、ほこりの堆積や着霜の発生に起因した伝熱性能の経時劣化を抑制する熱交換器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る熱交換器は、内部を冷媒が通過する伝熱管に平板フィンを設けるとともに、平板フィンにおいて伝熱管の上流側となる部位に上流側に向けて漸次幅狭となる翼部を形成し、該翼部を通過する空気に縦渦を発生させた状態で平板フィンに沿って流れる空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、前記翼部は、第１の減少率で漸次幅狭となる第１翼構成部と、この第１翼構成部の上流側において第１の減少率とは異なる第２の減少率で漸次幅狭となる第２翼構成部とを有したものであることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る熱交換器は、上述した請求項１において、前記第１の減少率が前記第２の減少率よりも大きくなる態様で前記第１翼構成部および前記第２翼構成部を構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る熱交換器は、内部を冷媒が通過する伝熱管に平板フィンを設けるとともに、平板フィンにおいて伝熱管の上流側となる部位に上流側に向けて漸次幅狭となる翼部を形成し、該翼部を通過する空気に縦渦を発生させた状態で平板フィンに沿って流れる空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、前記翼部と前記伝熱管との間に上流側に向けて漸次幅狭となり、かつ該翼部とは異なる位置に縦渦を発生させる補助翼部を設け、前記補助翼部は、少なくともその上流側に位置する頂部が前記翼部の形成域内に位置することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る熱交換器は、内部を冷媒が通過する伝熱管に平板フィンを設けるとともに、平板フィンにおいて伝熱管の上流側となる部位に上流側に向けて漸次幅狭となる翼部を形成し、該翼部を通過する空気に縦渦を発生させた状態で平板フィンに沿って流れる空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、前記翼部と前記伝熱管との間に上流側に向けて漸次幅狭となり、かつ該翼部とは異なる位置に縦渦を発生させる補助翼部を設け、前記補助翼部は、前記翼部の形成域内を切り起こすことによって形成したものであることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る熱交換器は、上述した請求項３または請求項４において、前記翼部とは異なる迎え角を有する態様で前記補助翼部を形成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る熱交換器は、上述した請求項３または請求項４において、平板フィンを一方の表面側に切り起こすことによって前記翼部を形成する一方、平板フィンを他方の表面側に切り起こすことによって前記補助翼部を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、内部を冷媒が通過する伝熱管に平板フィンを設けるとともに、平板フィンにおいて伝熱管の上流側となる部位に上流側に向けて漸次幅狭となる翼部を形成し、該翼部を通過する空気に縦渦を発生させた状態で平板フィンに沿って流れる空気と冷媒との間で熱交換を行うようにしているため、この平板フィンの表面に発生した渦巻き状に流れる縦渦によって平板フィン表面の温度境界層が薄くなり、伝熱効果を促進することができる。また、縦渦を発生させるための翼部は、空気の流れを寸断することもなく、圧力損失を小さく保つことができるため、ほこりの堆積や着霜の発生を抑制することが可能となる。さらに、翼部として、第１の減少率で漸次幅狭となる第１翼構成部と、この第１翼構成部の上流側において第１の減少率とは異なる第２の減少率で漸次幅狭となる第２翼構成部とを有したものを適用しているため、それぞれの翼構成部から互いに異なる領域に縦渦が発生することになり、上述した効果が一層顕著となる。

また、本発明によれば、内部を冷媒が通過する伝熱管に平板フィンを設けるとともに、平板フィンにおいて伝熱管の上流側となる部位に上流側に向けて漸次幅狭となる翼部を形成し、該翼部を通過する空気に縦渦を発生させた状態で平板フィンに沿って流れる空気と冷媒との間で熱交換を行うようにしているため、この平板フィンの表面に発生した渦巻き状に流れる縦渦によって平板フィン表面の温度境界層が薄くなり、伝熱効果を促進することができる。また、縦渦を発生させるための翼部は、空気の流れを寸断することもなく、圧力損失を小さく保つことができるため、ほこりの堆積や着霜の発生を抑制することが可能となる。さらに、翼部と伝熱管との間に上流側に向けて漸次幅狭となり、かつ該翼部とは異なる位置に縦渦を発生させる補助翼部を設けているため、この補助翼部からも縦渦が発生することになり、上述した効果が一層顕著となる。

また、本発明によれば、内部を冷媒が通過する伝熱管に平板フィンを設けるとともに、平板フィンにおいて伝熱管の上流側となる部位に上流側に向けて漸次幅狭となる翼部を形成し、該翼部を通過する空気に縦渦を発生させた状態で平板フィンに沿って流れる空気と冷媒との間で熱交換を行うようにしているため、この平板フィンの表面に発生した渦巻き状に流れる縦渦によって平板フィン表面の温度境界層が薄くなり、伝熱効果を促進することができる。また、縦渦を発生させるための翼部は、空気の流れを寸断することもなく、圧力損失を小さく保つことができるため、ほこりの堆積や着霜の発生を抑制することが可能となる。特に、平板フィンに沿って流れる空気に対向する翼前縁部が該平板フィンの表面と連続する態様で翼部を形成するようにしているため、空気の流れに対する抵抗を一層小さいものとすることができる。

また、本発明によれば、翼部よりも下流側となる部位に平板フィンに沿って流れる空気を伝熱管の下流側領域に引き寄せるための小翼部を形成しているため、伝熱管よりも下流側となる部位の死水領域を減少することができるようになる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る熱交換器の好適な実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１および図２は、本発明の実施の形態１である熱交換器を示したものである。ここで例示する熱交換器は、例えば自動販売機やショーケースに適用される冷凍機の蒸発器や凝縮器として用いられるもので、図１４および図１５に示したものと同様に、伝熱管１０に複数の平板フィン１１を設けて構成したフィンアンドチューブ型と称されるものである。

伝熱管１０は、例えば銅製の円柱管であり、内部を冷媒が循環するように構成してある。この伝熱管１０は、適宜折り曲げることにより蒸発器や凝縮器において三列の千鳥状となるように配設してある。

平板フィン１１は、鋼製の薄板によって矩形の平板状に構成したものである。これらの平板フィン１１は、互いの間に所定の間隔を確保した状態で相互に平行となり、かつ伝熱管１０が貫通する態様で設けてある。伝熱管１０と平板フィン１１との間は、全周に亘って互いに隙間なく密着してある。従来の熱交換器では、０．５ｍｍ以下の板厚を有した鋼板を打ち抜いて平板フィン１１を構成するのが一般的であるが、本実施の形態１では０．３ｍｍの板厚を有した鋼板を打ち抜いて平板フィン１１を構成してある。尚、平板フィン１１の表面には、ベーマート処理、あるいは浸水性塗料を塗布する等、適宜親水性処理を施すことが好ましい。

これらの平板フィン１１には、一方の縁部に複数の翼部１２が形成してある。翼部１２は、互いに同一の大きさ、同一の形状および同一の迎え角α１となるように平板フィン１１を切り起こすことによって平板状に構成したもので、それぞれが第１翼構成部１２ａと第２翼構成部１２ｂとを有している。第１翼構成部１２ａは、平板フィン１１の一方の縁部に向けて比較的大きな減少率（以下、「第１の減少率」という）で二等辺三角形状に漸次幅狭となるように構成した部分である。第２翼構成部１２ｂは、第１翼構成部１２ａにおいて最も幅狭となる一方の縁部側に位置する部位から第１翼構成部１２ａに連続し、かつ第１の減少率よりも小さな減少率（以下、「第２の減少率」という）で二等辺三角形状に漸次幅狭となるように構成した部分である。それぞれの翼部１２は、伝熱管１０の中心から平板フィン１１の一方の縁部に向けて延在した垂線（以下、「翼中心線Ｃ」という）が第２翼構成部１２ｂの頂角を通過し、かつこの翼中心線Ｃが左右対称軸となる位置に配設してある。

上記のように構成した熱交換器では、例えば平板フィン１１の一方の縁部側に送風ファン（図示せず）を配置し、伝熱管１０の内部に冷媒を通過させるとともに、送風ファン（図示せず）から平板フィン１１の一方の縁部から送風を行うと、平板フィン１１に沿って流れる空気と伝熱管１０の内部を通過する冷媒とが平板フィン１１および伝熱管１０を通じて熱交換を行うことになり、蒸発器において吸熱を行うことができる一方、凝縮器において放熱を行うことができるようになる。

その際、この熱交換器によれば、平板フィン１１に沿って流れる空気が第２翼構成部１２ｂの傾斜する２つの翼前縁１２ｂｂを通過する際に一対の縦渦（以下、「第２縦渦Ｓ１２」という）となり、さらに第１翼構成部１２ａの傾斜する２つの翼前縁１２ａａを通過する際に一対の縦渦（以下、「第１縦渦Ｓ１１」という）となる。具体的に説明すると、第２翼構成部１２ｂによる第２縦渦Ｓ１２は、翼中心線Ｃに近接した部位から翼部１２の外側に回転するように発生し、第１翼構成部１２ａによる第１縦渦Ｓ１１は、翼中心線Ｃから第２縦渦Ｓ１２よりも離隔した部位から内側に翼部１２の内側に回転するように発生することになる。

これら第２縦渦Ｓ１２および第１縦渦Ｓ１１は、それぞれ平板フィン１１の表面に空気を吹き下ろすように作用し、表面の温度境界層が薄くなるため、伝熱効果を促進することができるようになり、熱交換器の熱伝達性能を向上させることが可能になる。また、伝熱管１０に至った第２縦渦Ｓ１２および第１縦渦Ｓ１１は、伝熱管１０の根元部に生成される馬蹄形渦Ｈと相互に干渉することによって強力かつ強大になるため、伝熱管１０の下流側にも回り込むようになり、伝熱管１０回りの温度境界層を薄くできるとともに、下流側の死水領域を抑制して伝熱効果を促進することができるようになる。しかも、第２縦渦Ｓ１２および第１縦渦Ｓ１１を発生させるための翼部１２は、空気の流れを寸断することもなく、圧力損失を小さく保つことができるため、ほこりの堆積や着霜の発生を抑制することが可能となる。尚、平板フィン１１の表面にベーマート処理、あるいは浸水性塗料を塗布する等の親水性処理を施した場合には、水分を含んだ空気が翼部１２に衝突しても着霜することがなくなる。

さらに、翼部１２として、第１の減少率で漸次幅狭となる第１翼構成部１２ａと、この第１翼構成部１２ａの上流側において第１の減少率とは異なる第２の減少率で漸次幅狭となる第２翼構成部１２ｂとを有したものを適用しているため、それぞれの翼構成部１２ａ，１２ｂから互いに異なる領域に縦渦Ｓ１１，Ｓ１２が発生することになり、上述した効果が一層顕著となる。

尚、上述した実施の形態１では、第２翼構成部１２ｂを幅狭とする減少率を第１翼構成部１２ａよりも小さく設定しているが、第２翼構成部１２ｂと第１翼構成部１２ａとで幅の減少率が互いに相違すれば十分であり、例えば逆の態様で減少率を設定するようにしても同様の作用効果を期待することが可能である。

また、上述した実施の形態１では、平板フィン１１を切り起こすことによって翼部１２を構成するようにしているが、平板フィン１１のフィン前縁１１ａから突出する態様で翼部１２を構成するようにしても良い。

（実施の形態２）
図３および図４は、本発明の実施の形態２である熱交換器を示したものである。ここで例示する熱交換器も実施の形態１と同様に、例えば自動販売機やショーケースに適用される冷凍機の蒸発器や凝縮器として用いられるもので、実施の形態１とは平板フィンの形態のみが異なる。

すなわち、実施の形態２の熱交換器では、平板フィン１１において翼部１２よりも下流側となる部位にそれぞれ対となる第１小翼部１４もしくは第２小翼部１５が形成してある。より具体的には、平板フィン１１を一方の縁部から見た場合に各伝熱管１０の斜め後方となる部位を切り起こすことによって第１小翼部１４および第２小翼部１５を形成してある。それぞれの小翼部１４，１５は、平板フィン１１の一方の縁部に向けて漸次高さが低くなるように三角形状に構成したものである。

対を成す第１小翼部１４および第２小翼部１５は、伝熱管１０の中心から平板フィン１１の一方の縁部に向けて延在した垂線（以下、「翼中心線Ｃ」という）に対して左右対称となるように配設してある。このうち、第１小翼部１４は、平板フィン１１の一方の縁部に向けて互いの間隔が漸次小さくなるように傾斜角β１をもって傾斜配置してある。第２小翼部１５は、平板フィン１１の一方の縁部に向けて互いの間隔が漸次大きくなるように傾斜角β２をもって傾斜配置してある。

尚、その他の構成は実施の形態１と同様であり、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。

上記のように構成した熱交換器では、例えば平板フィン１１の一方の縁部側に送風ファン（図示せず）を配置し、伝熱管１０の内部に冷媒を通過させるとともに、送風ファン（図示せず）から平板フィン１１の一方の縁部から送風を行うと、平板フィン１１に沿って流れる空気と伝熱管１０の内部を通過する冷媒とが平板フィン１１および伝熱管１０を通じて熱交換を行うことになり、蒸発器において吸熱を行うことができる一方、凝縮器において放熱を行うことができるようになる。

その際、この熱交換器によれば、平板フィン１１に沿って流れる空気が第２翼構成部１２ｂの傾斜する２つの翼前縁１２ｂｂを通過する際に一対の縦渦（以下、「第２縦渦Ｓ１２」という）となり、さらに第１翼構成部１２ａの傾斜する２つの翼前縁１２ａａを通過する際に一対の縦渦（以下、「第１縦渦Ｓ１１」という）となる。具体的に説明すると、第２翼構成部１２ｂによる第２縦渦Ｓ１２は、翼中心線Ｃに近接した部位から翼部１２の外側に回転するように発生し、第１翼構成部１２ａによる第１縦渦Ｓ１１は、翼中心線Ｃから第２縦渦Ｓ１２よりも離隔した部位から内側に翼部１２の内側に回転するように発生することになる。

これら第２縦渦Ｓ１２および第１縦渦Ｓ１１は、それぞれ平板フィン１１の表面に空気を吹き下ろすように作用し、表面の温度境界層が薄くなるため、伝熱効果を促進することができるようになり、熱交換器の熱伝達性能を向上させることが可能になる。また、伝熱管１０に至った第２縦渦Ｓ１２および第１縦渦Ｓ１１は、伝熱管１０の根元部に生成される馬蹄形渦Ｈと相互に干渉することによって強力かつ強大になるため、伝熱管１０の下流側にも回り込むようになり、伝熱管１０回りの温度境界層を薄くできるとともに、下流側の死水領域を抑制して伝熱効果を促進することができるようになる。しかも、第２縦渦Ｓ１２および第１縦渦Ｓ１１を発生させるための翼部１２は、空気の流れを寸断することもなく、圧力損失を小さく保つことができるため、ほこりの堆積や着霜の発生を抑制することが可能となる。尚、実施の形態１と同様に、平板フィン１１の表面にベーマート処理、あるいは浸水性塗料を塗布する等の親水性処理を施せば、水分を含んだ空気が翼部１２に衝突しても着霜することがなくなる。

さらに、翼部１２として、第１の減少率で漸次幅狭となる第１翼構成部１２ａと、この第１翼構成部１２ａの上流側において第１の減少率とは異なる第２の減少率で漸次幅狭となる第２翼構成部１２ｂとを有したものを適用しているため、それぞれの翼構成部１２ａ，１２ｂから互いに異なる領域に縦渦Ｓ１１，Ｓ１２が発生することになり、上述した効果が一層顕著となる。

またさらに、上記熱交換器によれば、平板フィン１１を一方の縁部から見た場合に各伝熱管１０の斜め後方となる部位を切り起こすことによって第１小翼部１４および第２小翼部１５を形成しているため、平板フィン１１に沿って流れる空気が伝熱管１０の下流側領域に引き寄せられることになる。より具体的に説明すると、第１小翼部１４では、これを横切る空気に第１小翼部１４の先端側に偏向した強い旋回成分が生じるため、平板フィン１１に沿って流れる空気が伝熱管１０の下流側領域に引き寄せられることになる。また第２小翼部１５では、通過する空気の偏向成分と旋回成分とが同調し、伝熱管１０の下流側領域に引き寄せられることになる。これらの結果、上述した第２縦渦Ｓ１２、第１縦渦Ｓ１１および馬蹄形渦Ｈによる効果と相俟って伝熱管１０の周囲の温度境界層を薄くできるとともに、下流側の死水領域を抑制して伝熱効果を一層促進することができるようになる。

尚、上述した実施の形態２では、互いに傾斜角度の異なる第１小翼部１４および第２小翼部１５を形成するようにしているが、必ずしも２種類の小翼部を形成する必要はなく、いずれか一方の小翼部を形成すれば十分である。

（実施の形態３）
図５〜図７は、本発明の実施の形態３である熱交換器の要部を示したものである。ここで例示する熱交換器も実施の形態１と同様に、例えば自動販売機やショーケースに適用される冷凍機の蒸発器や凝縮器として用いられるもので、実施の形態１とは平板フィンの形態のみが異なる。

すなわち、実施の形態３の熱交換器では、平板フィン２１の一方の縁部に複数の翼部２２が形成してあるとともに、それぞれの翼部２２の形成域内に補助翼部２３を形成するようにしている。

翼部２２は、互いに同一の大きさ、同一の形状および同一の迎え角α２となるように平板フィン２１を一方の表面側に切り起こすことによって平板状に構成したもので、平板フィン２１の一方の縁部に向けて漸次幅狭となる二等辺三角形状を成している。それぞれの翼部２２は、伝熱管１０の中心から平板フィン２１の一方の縁部に向けて延在した垂線（以下、「翼中心線Ｃ」という）が翼部２２の頂角を通過し、かつこの翼中心線Ｃが左右対称軸となる位置に配設してある。

補助翼部２３は、互いに同一の大きさ、同一の形状および同一の迎え角α３となるように平板フィン２１を他方の表面側に切り起こすことによって平板状に構成したもので、平板フィン２１の一方の縁部に向けて漸次幅狭となる二等辺三角形状を成している。それぞれの補助翼部２３は、翼部２２と同一の頂角を有した相似形状のとなるものであり、翼中心線Ｃが左右対称軸となる態様で頂角を通過する位置に配設してある。補助翼部２３を切り起こす折れ線は、翼部２２を切り起こした折れ線と同一の位置である。

尚、実施の形態１と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。

上記のように構成した熱交換器では、例えば平板フィン２１の一方の縁部側に送風ファン（図示せず）を配置し、伝熱管１０の内部に冷媒を通過させるとともに、送風ファン（図示せず）から平板フィン２１の一方の縁部から送風を行うと、平板フィン２１に沿って流れる空気と伝熱管１０の内部を通過する冷媒とが平板フィン２１および伝熱管１０を通じて熱交換を行うことになり、蒸発器において吸熱を行うことができる一方、凝縮器において放熱を行うことができるようになる。

その際、この熱交換器によれば、平板フィン２１に沿って流れる空気が翼部２２の傾斜する２つの翼前縁２２ａを通過する際に一対の縦渦Ｓ２１となり、さらに補助翼部２３の傾斜する２つの翼前縁２３ａを通過する際に一対の縦渦Ｓ２２となる。具体的に説明すると、翼部２２による縦渦Ｓ２１は、翼中心線Ｃに離隔した部位から翼部２２の内側に回転するように発生し、補助翼部２３による縦渦Ｓ２２は、翼部２２による縦渦Ｓ２１よりも翼中心線Ｃに近接した部位から内側に補助翼部２３の内側に回転するように発生することになる。

翼部２２による縦渦Ｓ２１は、平板フィン２１の一方の表面に空気を吹き下ろすように作用し、かつ補助翼部２３による縦渦Ｓ２２は、平板フィン２１の他方の表面に空気を吹き下ろすように作用し、それぞれの表面の温度境界層が薄くなるため、伝熱効果を促進することができるようになり、熱交換器の熱伝達性能を向上させることが可能になる。また、伝熱管１０に至った縦渦Ｓ２１，Ｓ２２は、伝熱管１０の根元部に生成される馬蹄形渦Ｈと相互に干渉することによって強力かつ強大になるため、伝熱管１０の下流側にも回り込むようになり、伝熱管１０回りの温度境界層を薄くできるとともに、下流側の死水領域を抑制して伝熱効果を促進することができるようになる。しかも、縦渦Ｓ２１，Ｓ２２を発生させるための翼部２２および補助翼部２３は、空気の流れを寸断することもなく、圧力損失を小さく保つことができるため、ほこりの堆積や着霜の発生を抑制することが可能となる。尚、実施の形態１と同様に、平板フィン２１の表面にベーマート処理、あるいは浸水性塗料を塗布する等の親水性処理を施せば、水分を含んだ空気が翼部２２に衝突しても着霜することがなくなる。

さらに、平板フィン２１に設けた翼部２２と伝熱管１０との間に補助翼部２３を設けるようにしているため、翼部２２による縦渦Ｓ２１に加えて補助翼部２３による縦渦Ｓ２２が異なる領域に発生することになり、上述した効果が一層顕著となる。

尚、上述した実施の形態３では、翼部２２の形成域内に補助翼部２３を形成するようにしているため、補助翼部２３を設けるために別途スペースを必要とせず、熱交換器が大型化する事態を招来することがないが、必ずしも補助翼部２３を翼部２２の形成域内に設ける必要はなく、また補助翼部２３の一部、例えば少なくともその上流側に位置する頂部のみが翼部２２の形成域内に位置するように構成しても構わない。

さらに、上述した実施の形態３では、翼部２２とは異なる方向に切り起こすことによって補助翼部２３を形成しているが、翼部２２と同じ表面側に補助翼部２３を設けるようにしても良い。この場合、必ずしも翼部２２は迎え角α２を有している必要はない。

また、上述した実施の形態３では、平板フィン２１を切り起こすことによって翼部２２を構成するようにしているが、平板フィン２１のフィン前縁２１ａから突出する態様で翼部２２を構成するようにしても良い。

（実施の形態４）
図８および図９は、本発明の実施の形態４である熱交換器の要部を示したものである。ここで例示する熱交換器も実施の形態３と同様に、例えば自動販売機やショーケースに適用される冷凍機の蒸発器や凝縮器として用いられるもので、実施の形態３とは平板フィンの形態のみが異なる。

すなわち、実施の形態４の熱交換器では、平板フィン２１において翼部２２よりも下流側となる部位にそれぞれ対となる第１小翼部２４もしくは第２小翼部２５が形成してある。より具体的には、平板フィン２１を一方の縁部から見た場合に各伝熱管１０の斜め後方となる部位を切り起こすことによって第１小翼部２４および第２小翼部２５を形成してある。それぞれの小翼部２４，２５は、平板フィン２１の一方の縁部に向けて漸次高さが低くなるように三角形状に構成したものである。

対を成す第１小翼部２４および第２小翼部２５は、伝熱管１０の中心から平板フィン２１の一方の縁部に向けて延在した垂線（以下、「翼中心線Ｃ」という）に対して左右対称となるように配設してある。このうち、第１小翼部２４は、平板フィン２１の一方の縁部に向けて互いの間隔が漸次小さくなるように傾斜角β３をもって傾斜配置してある。第２小翼部２５は、平板フィン２１の一方の縁部に向けて互いの間隔が漸次大きくなるように傾斜角β４をもって傾斜配置してある。

尚、その他の構成は実施の形態３と同様であり、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。

上記のように構成した熱交換器では、例えば平板フィン２１の一方の縁部側に送風ファン（図示せず）を配置し、伝熱管１０の内部に冷媒を通過させるとともに、送風ファン（図示せず）から平板フィン２１の一方の縁部から送風を行うと、平板フィン２１に沿って流れる空気と伝熱管１０の内部を通過する冷媒とが平板フィン２１および伝熱管１０を通じて熱交換を行うことになり、蒸発器において吸熱を行うことができる一方、凝縮器において放熱を行うことができるようになる。

その際、この熱交換器によれば、平板フィン２１に沿って流れる空気が翼部２２の傾斜する２つの翼前縁２２ａを通過する際に一対の縦渦Ｓ２１となり、さらに補助翼部２３の傾斜する２つの翼前縁２３ａを通過する際に一対の縦渦Ｓ２２となる。具体的に説明すると、翼部２２による縦渦Ｓ２１は、翼中心線Ｃに離隔した部位から翼部２２の内側に回転するように発生し、補助翼部２３による縦渦Ｓ２２は、翼部２２による縦渦Ｓ２１よりも翼中心線Ｃに近接した部位から内側に補助翼部２３の内側に回転するように発生することになる。

翼部２２による縦渦Ｓ２１は、平板フィン２１の一方の表面に空気を吹き下ろすように作用し、かつ補助翼部２３による縦渦Ｓ２２は、平板フィン２１の他方の表面に空気を吹き下ろすように作用し、それぞれの表面の温度境界層が薄くなるため、伝熱効果を促進することができるようになり、熱交換器の熱伝達性能を向上させることが可能になる。また、伝熱管１０に至った縦渦Ｓ２１，Ｓ２２は、伝熱管１０の根元部に生成される馬蹄形渦Ｈと相互に干渉することによって強力かつ強大になるため、伝熱管１０の下流側にも回り込むようになり、伝熱管１０回りの温度境界層を薄くできるとともに、下流側の死水領域を抑制して伝熱効果を促進することができるようになる。しかも、縦渦Ｓ２１，Ｓ２２を発生させるための翼部２２および補助翼部２３は、空気の流れを寸断することもなく、圧力損失を小さく保つことができるため、ほこりの堆積や着霜の発生を抑制することが可能となる。尚、実施の形態１と同様に、平板フィン２１の表面にベーマート処理、あるいは浸水性塗料を塗布する等の親水性処理を施せば、水分を含んだ空気が翼部２２に衝突しても着霜することがなくなる。

さらに、平板フィン２１に設けた翼部２２と伝熱管１０との間に補助翼部２３を設けるようにしているため、翼部２２による縦渦Ｓ２１に加えて補助翼部２３による縦渦Ｓ２２が異なる領域に発生することになり、上述した効果が一層顕著となる。

またさらに、上記熱交換器によれば、平板フィン２１を一方の縁部から見た場合に各伝熱管１０の斜め後方となる部位を切り起こすことによって第１小翼部２４および第２小翼部２５を形成しているため、平板フィン２１に沿って流れる空気が伝熱管１０の下流側領域に引き寄せられることになる。より具体的に説明すると、第１小翼部２４では、これを横切る空気に第１小翼部２４の先端側に偏向した強い旋回成分が生じるため、平板フィン２１に沿って流れる空気が伝熱管１０の下流側領域に引き寄せられることになる。また第２小翼部２５では、通過する空気の偏向成分と旋回成分とが同調し、伝熱管１０の下流側領域に引き寄せられることになる。これらの結果、上述した縦渦Ｓ２１、縦渦Ｓ２２および馬蹄形渦Ｈによる効果と相俟って伝熱管１０の周囲の温度境界層を薄くできるとともに、下流側の死水領域を抑制して伝熱効果を一層促進することができるようになる。

尚、上述した実施の形態４では、互いに傾斜角度の異なる第１小翼部２４および第２小翼部２５を形成するようにしているが、必ずしも２種類の小翼部を形成する必要はなく、いずれか一方の小翼部を形成すれば十分である。

（実施の形態５）
図１０および図１１は、本発明の実施の形態５である熱交換器の要部を示したものである。ここで例示する熱交換器も実施の形態１と同様に、例えば自動販売機やショーケースに適用される冷凍機の蒸発器や凝縮器として用いられるもので、実施の形態１とは平板フィン３１に設けた翼部３２の形態のみが異なる。

すなわち、実施の形態５の熱交換器では、平板フィン３１に沿って流れる空気に対向する翼前縁部３２ａが平板フィン３１の表面と連続する態様で翼部３２を形成している。より具体的には、伝熱管１０に近接する下流側縁部３２ｂを開放端とした状態で平板フィン３１を一方の表面側に膨出させることにより、伝熱管１０の中心から平板フィン３１の一方の縁部に向けて延在した垂線（以下、「翼中心線Ｃ」という）を稜線とし、平板フィン３１に対して傾斜する２つの案内面３２ｃを有した三角錐状の翼部３２を形成するようにしている。翼部３２の案内面３２ｃは、それぞれ平板フィン３１の一方の縁部に向けて漸次幅狭となる三角形状を成している。それぞれの翼部３２は、互いに同一の大きさ、同一の形状および同一の迎え角α４となるように構成したもので、翼中心線Ｃを対称軸として左右対称形状となっている。翼部３２において伝熱管１０に対向する部位には、二等辺三角形状の開口が形成されている。

尚、実施の形態１と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。

上記のように構成した熱交換器では、例えば平板フィン３１の一方の縁部側に送風ファン（図示せず）を配置し、伝熱管１０の内部に冷媒を通過させるとともに、送風ファン（図示せず）から平板フィン３１の一方の縁部から送風を行うと、平板フィン３１に沿って流れる空気と伝熱管１０の内部を通過する冷媒とが平板フィン３１および伝熱管１０を通じて熱交換を行うことになり、蒸発器において吸熱を行うことができる一方、凝縮器において放熱を行うことができるようになる。

その際、この熱交換器によれば、平板フィン３１に沿って流れる空気が翼部３２の傾斜する２つの案内面３２ｃを通過する際に案内面３２ｃから外側に回転するように一対の縦渦Ｓ３１を発生する。

この翼部３２による縦渦Ｓ３１は、平板フィン３１の一方の表面に空気を吹き下ろすように作用し、その表面の温度境界層が薄くなるため、伝熱効果を促進することができるようになり、熱交換器の熱伝達性能を向上させることが可能になる。また、伝熱管１０に至った縦渦Ｓ３１は、伝熱管１０の根元部に生成される馬蹄形渦Ｈと相互に干渉することによって強力かつ強大になるため、伝熱管１０の下流側にも回り込むようになり、伝熱管１０回りの温度境界層を薄くできるとともに、下流側の死水領域を抑制して伝熱効果を促進することができるようになる。しかも、縦渦Ｓ３１を発生させるための翼部３２は、空気の流れを寸断することもなく、圧力損失を小さく保つことができるため、ほこりの堆積や着霜の発生を抑制することが可能となる。特に、平板フィン３１に沿って流れる空気に対向する翼前縁部３２ａが平板フィン３１の表面と連続する態様で翼部３２を形成しているため、空気の流れに対する抵抗を一層小さいものとすることができ、ほこりの堆積や着霜の発生等に起因した伝熱性能の経時劣化を大幅に抑制することが可能となる。尚、実施の形態１と同様に、平板フィン３１の表面にベーマート処理、あるいは浸水性塗料を塗布する等の親水性処理を施せば、水分を含んだ空気が翼部３２に衝突しても着霜することがなくなる。

（実施の形態６）
図１２および図１３は、本発明の実施の形態６である熱交換器の要部を示したものである。ここで例示する熱交換器も実施の形態５と同様に、例えば自動販売機やショーケースに適用される冷凍機の蒸発器や凝縮器として用いられるもので、実施の形態５とは平板フィンの形態のみが異なる。

すなわち、実施の形態６の熱交換器では、平板フィン３１において翼部３２よりも下流側となる部位にそれぞれ対となる第１小翼部３４もしくは第２小翼部３５が形成してある。より具体的には、平板フィン３１を一方の縁部から見た場合に各伝熱管１０の斜め後方となる部位を切り起こすことによって第１小翼部３４および第２小翼部３５を形成してある。それぞれの小翼部３４，３５は、平板フィン３１の一方の縁部に向けて漸次高さが低くなるように三角形状に構成したものである。

対を成す第１小翼部３４および第２小翼部３５は、伝熱管１０の中心から平板フィン３１の一方の縁部に向けて延在した垂線（以下、「翼中心線Ｃ」という）に対して左右対称となるように配設してある。このうち、第１小翼部３４は、平板フィン３１の一方の縁部に向けて互いの間隔が漸次小さくなるように傾斜角β５をもって傾斜配置してある。第２小翼部３５は、平板フィン３１の一方の縁部に向けて互いの間隔が漸次大きくなるように傾斜角β６をもって傾斜配置してある。

尚、その他の構成は実施の形態５と同様であり、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。

上記のように構成した熱交換器では、例えば平板フィン３１の一方の縁部側に送風ファン（図示せず）を配置し、伝熱管１０の内部に冷媒を通過させるとともに、送風ファン（図示せず）から平板フィン３１の一方の縁部から送風を行うと、平板フィン３１に沿って流れる空気と伝熱管１０の内部を通過する冷媒とが平板フィン３１および伝熱管１０を通じて熱交換を行うことになり、蒸発器において吸熱を行うことができる一方、凝縮器において放熱を行うことができるようになる。

その際、この熱交換器によれば、平板フィン３１に沿って流れる空気が翼部３２の傾斜する２つの案内面３２ｃを通過する際に案内面３２ｃから外側に回転するように一対の縦渦Ｓ３１を発生する。

この翼部３２による縦渦Ｓ３１は、平板フィン３１の一方の表面に空気を吹き下ろすように作用し、その表面の温度境界層が薄くなるため、伝熱効果を促進することができるようになり、熱交換器の熱伝達性能を向上させることが可能になる。また、伝熱管１０に至った縦渦Ｓ３１は、伝熱管１０の根元部に生成される馬蹄形渦Ｈと相互に干渉することによって強力かつ強大になるため、伝熱管１０の下流側にも回り込むようになり、伝熱管１０回りの温度境界層を薄くできるとともに、下流側の死水領域を抑制して伝熱効果を促進することができるようになる。しかも、縦渦Ｓ３１を発生させるための翼部３２は、空気の流れを寸断することもなく、圧力損失を小さく保つことができるため、ほこりの堆積や着霜の発生を抑制することが可能となる。特に、平板フィン３１に沿って流れる空気に対向する翼前縁部３２ａが平板フィン３１の表面と連続する態様で翼部３２を形成しているため、空気の流れに対する抵抗を一層小さいものとすることができ、ほこりの堆積や着霜の発生等に起因した伝熱性能の経時劣化を大幅に抑制することが可能となる。尚、実施の形態１と同様に、平板フィン３１の表面にベーマート処理、あるいは浸水性塗料を塗布する等の親水性処理を施せば、水分を含んだ空気が翼部３２に衝突しても着霜することがなくなる。

またさらに、上記熱交換器によれば、平板フィン３１を一方の縁部から見た場合に各伝熱管１０の斜め後方となる部位を切り起こすことによって第１小翼部３４および第２小翼部３５を形成しているため、平板フィン３１に沿って流れる空気が伝熱管１０の下流側領域に引き寄せられることになる。より具体的に説明すると、第１小翼部３４では、これを横切る空気に第１小翼部３４の先端側に偏向した強い旋回成分が生じるため、平板フィン３１に沿って流れる空気が伝熱管１０の下流側領域に引き寄せられることになる。また第２小翼部３５では、通過する空気の偏向成分と旋回成分とが同調し、伝熱管１０の下流側領域に引き寄せられることになる。これらの結果、上述した縦渦Ｓ３１および馬蹄形渦Ｈによる効果と相俟って伝熱管１０の周囲の温度境界層を薄くできるとともに、下流側の死水領域を抑制して伝熱効果を一層促進することができるようになる。

尚、上述した実施の形態６では、互いに傾斜角度の異なる第１小翼部３４および第２小翼部３５を形成するようにしているが、必ずしも２種類の小翼部を形成する必要はなく、いずれか一方の小翼部を形成すれば十分である。

本発明の実施の形態１である熱交換器の要部を示した平面図である。 図１に示した熱交換器の要部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２である熱交換器の要部を示した平面図である。 図３に示した熱交換器の要部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３である熱交換器の要部を示した平面図である。 図５に示した熱交換器の要部を示す斜視図である。 図５に示した熱交換器の要部を示す側面図である。 本発明の実施の形態４である熱交換器の要部を示した平面図である。 図８に示した熱交換器の要部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５である熱交換器の要部を示した平面図である。 図１０に示した熱交換器の要部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態６である熱交換器の要部を示した平面図である。 図１２に示した熱交換器の要部を示す斜視図である。 従来の熱交換器を示す斜視図である。 図１４に示した熱交換器の平面図である。

符号の説明

１０ 伝熱管
１１ 平板フィン
１１ａ フィン前縁
１２ 翼部
１２ａ 第１翼構成部
１２ａａ 翼前縁
１２ｂ 第２翼構成部
１２ｂｂ 翼前縁
１４ 第１小翼部
１５ 第２小翼部
２１ 平板フィン
２１ａ フィン前縁
２２ 翼部
２２ａ 翼前縁
２３ 補助翼部
２３ａ 翼前縁
２４ 第１小翼部
２５ 第２小翼部
３１ 平板フィン
３２ 翼部
３２ａ 翼前縁部
３２ｂ 下流側縁部
３２ｃ 案内面
３４ 第１小翼部
３５ 第２小翼部
Ｃ 翼中心線
Ｈ 馬蹄形渦
Ｓ１１ 第１縦渦
Ｓ１２ 第２縦渦
Ｓ２１ 縦渦
Ｓ２２ 縦渦
Ｓ３１ 縦渦
α１ 迎え角
α２ 迎え角
α３ 迎え角
α４ 迎え角
β１ 傾斜角
β２ 傾斜角
β３ 傾斜角
β４ 傾斜角
β５ 傾斜角
β６ 傾斜角

Claims (6)

1. 内部を冷媒が通過する伝熱管に平板フィンを設けるとともに、平板フィンにおいて伝熱管の上流側となる部位に上流側に向けて漸次幅狭となる翼部を形成し、該翼部を通過する空気に縦渦を発生させた状態で平板フィンに沿って流れる空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、
   前記翼部は、第１の減少率で漸次幅狭となる第１翼構成部と、この第１翼構成部の上流側において第１の減少率とは異なる第２の減少率で漸次幅狭となる第２翼構成部とを有したものであることを特徴とする熱交換器。
2. 前記第１の減少率が前記第２の減少率よりも大きくなる態様で前記第１翼構成部および前記第２翼構成部を構成したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 内部を冷媒が通過する伝熱管に平板フィンを設けるとともに、平板フィンにおいて伝熱管の上流側となる部位に上流側に向けて漸次幅狭となる翼部を形成し、該翼部を通過する空気に縦渦を発生させた状態で平板フィンに沿って流れる空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、
   前記翼部と前記伝熱管との間に上流側に向けて漸次幅狭となり、かつ該翼部とは異なる位置に縦渦を発生させる補助翼部を設け、
   前記補助翼部は、少なくともその上流側に位置する頂部が前記翼部の形成域内に位置することを特徴とする熱交換器。
4. 内部を冷媒が通過する伝熱管に平板フィンを設けるとともに、平板フィンにおいて伝熱管の上流側となる部位に上流側に向けて漸次幅狭となる翼部を形成し、該翼部を通過する空気に縦渦を発生させた状態で平板フィンに沿って流れる空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、
   前記翼部と前記伝熱管との間に上流側に向けて漸次幅狭となり、かつ該翼部とは異なる位置に縦渦を発生させる補助翼部を設け、
   前記補助翼部は、前記翼部の形成域内を切り起こすことによって形成したものであることを特徴とする熱交換器。
5. 前記翼部とは異なる迎え角を有する態様で前記補助翼部を形成したことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の熱交換器。
6. 平板フィンを一方の表面側に切り起こすことによって前記翼部を形成する一方、平板フィンを他方の表面側に切り起こすことによって前記補助翼部を形成したことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の熱交換器。

Images