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WO2011096124A1 - フィン・アンド・チューブ式熱交換器 - Google Patents

フィン・アンド・チューブ式熱交換器 Download PDF

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WO2011096124A1
WO2011096124A1 PCT/JP2010/070847 JP2010070847W WO2011096124A1 WO 2011096124 A1 WO2011096124 A1 WO 2011096124A1 JP 2010070847 W JP2010070847 W JP 2010070847W WO 2011096124 A1 WO2011096124 A1 WO 2011096124A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fin
fins
heat exchanger
embossed portion
embossed
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2010/070847
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English (en)
French (fr)
Inventor
直栄 佐々木
史郎 柿山
貴彦 水田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Light Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/006—Preventing deposits of ice
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00—Fins
    • F28F2215/10—Secondary fins, e.g. projections or recesses on main fins

Definitions

  • the present invention particularly relates to a fin-and-tube heat exchanger that is suitably used as an evaporator used in a low-temperature environment.
  • Fin-and-tube heat exchangers used as evaporators in low-temperature environments such as refrigerators or outdoor units of air conditioners in cold regions are required to have different performance from those used in warm environments. The That is, when a fin-and-tube heat exchanger is used in a low-temperature environment, water vapor in the air around the fins sublimates to form ice crystals and accumulate on the fin surface to form frost. So-called frost formation occurs.
  • frost not only hinders the heat transfer from the air to the fins, but also reduces the heat exchange capacity due to a decrease in the ventilation rate due to an increase in air resistance. As frost builds up, the air flow path eventually becomes closed and heat exchange becomes impossible.
  • JP 59-189064 A JP-A 64-57094 JP-A-5-157478 Japanese Patent Laid-Open No. 9-159911
  • the present invention has been made based on the background as described above, and can suppress the accumulation of frost (frosting) on the fin surface, the fin pitch can be reduced by this effect, and heat exchange can be achieved. It is an object of the present invention to provide a fin-and-tube heat exchanger that can be downsized as a whole and can be suitably used in a low-temperature environment.
  • the present invention is a fin-and-tube heat exchanger in which a plurality of fins made of an aluminum alloy plate are laminated and a heat transfer tube is disposed so as to penetrate these fins,
  • the fin has a plurality of embossed portions protruding in the thickness direction and having a bottom or outer shape that is circular or elliptical,
  • h mm
  • d d
  • 1 mm ⁇ d ⁇ 5 mm, 2 ⁇ d / h ⁇ 5 have The fin-and-tube heat exchanger is characterized in that the number of the embossed portions is 1 to 8 pieces / 100 mm 2 .
  • the fin is not a mere flat fin but has an embossed portion having the specific dimensional relationship.
  • the fin is changed into a lamination direction (vertical direction) and a direction perpendicular to the lamination direction (lateral direction).
  • These become an appropriate longitudinal spiral (hereinafter referred to as a longitudinal vortex) and a lateral spiral (hereinafter referred to as a lateral vortex as appropriate).
  • This moderate swirl flow moderately disturbs the air between the fins and suppresses the retention of relatively low temperature air in the vicinity of the fin surface.
  • the surface can be contacted. Thereby, suppression of frost formation on the fin surface or growth of frost that has formed frost can be suppressed.
  • the embossed portion in the present invention protrudes in the thickness direction, and the bottom portion has a circular or elliptical shape.
  • the circular shape of the bottom portion is not limited to a geometric circle (perfect circle), but includes a shape that is not a perfect circle but is determined to be a general conceptual circle.
  • the elliptical shape of the bottom outer shape is not limited to a geometrical ellipse, but also includes a shape that is determined to be a general conceptual ellipse such as an ellipse (race track shape) obtained by extending a circle to one side.
  • the protruding shape of the embossed portion has a so-called dome shape represented by a partial spherical shape such as a hemisphere, which is formed by a smooth curved surface having no corners (see examples described later).
  • a dome shape represented by a partial spherical shape such as a hemisphere, which is formed by a smooth curved surface having no corners (see examples described later).
  • the dimensional relationship of the embossed portion is 1 mm ⁇ d ⁇ 5 mm, 2 ⁇ d / h ⁇ 5.
  • the bottom width d of the embossed portion is less than 1 mm, an appropriate spiral flow cannot be generated in the airflow passing between the fins, and a sufficient frosting suppressing effect cannot be obtained.
  • the bottom width d of the embossed portion exceeds 5 mm, the pressure loss of the airflow passing between the fins becomes too high and the heat exchange efficiency is lowered.
  • the height dimension is too large compared to the width dimension of the embossed portion, the pressure loss of the airflow passing between the fins becomes too high, and the heat exchange efficiency is lowered.
  • d / h exceeds 5
  • the number of the embossed portions is 1 to 8/100 mm 2 .
  • the number of embossed portions is less than 1/100 mm 2 , it becomes difficult to generate a sufficient vertical vortex in the airflow passing between the fins.
  • the number of the embossed portions exceeds 8 pieces / 100 mm 2 , the pressure loss of the airflow passing between the fins becomes too high and the heat exchange efficiency is lowered.
  • the protrusion height of an embossed part can be set to an appropriate range.
  • the h / p is less than 0.1, it may be difficult to generate a sufficient vertical vortex in the airflow passing between the fins.
  • the h / p exceeds 0.6, the pressure loss of the airflow passing between the fins becomes too high, which may cause a problem that the heat exchange efficiency is lowered.
  • the fin is made of an aluminum alloy plate.
  • the aluminum alloy is a general term for metals mainly composed of aluminum including so-called pure aluminum.
  • the thickness of the aluminum alloy plate constituting the fin is preferably 0.08 mm to 0.2 mm. When the plate thickness is less than 0.08 mm, the rigidity as the plate is too low, the shape stability may be lowered, and the processing for forming the embossed portion may be difficult. On the other hand, if it exceeds 0.2 mm, it may be difficult to reduce the weight of the entire heat exchanger.
  • the fins can be made of unpainted, so-called bare material. Further, a precoat material or a postcoat material coated with a hydrophilic or water repellent coating can also be used.
  • the fin preferably has a coating layer on at least the surface from which the embossed portion protrudes, and the outermost layer of the coating layer is preferably made of a hydrophilic resin or a hydrophobic resin.
  • the coating layer may be a single layer or a structure in which a plurality of layers are laminated. At least the outermost layer of the coating layer is preferably a hydrophilic coating made of a hydrophilic resin or a hydrophobic coating made of a hydrophobic resin.
  • the coating method may be either a press coat applied before the fin press processing or a post coat applied after the press processing, but the pre-coating method is more preferable from the viewpoint of the uniformity of the coating film.
  • the outermost layer of the coating layer on the surface from which the embossed portion of the fin protrudes has hydrophilicity, an effect that the defrost water after defrosting remains in the form of a thin film is obtained. Therefore, the thickness of the frost layer formed at the beginning of the next frost formation becomes relatively thin, and an increase in the pressure loss of the air passing between the fins can be suppressed.
  • the outermost layer of the coating layer on the surface from which the embossed portion of the fin protrudes has hydrophobicity, the effect that the defrosted water after defrosting can be efficiently removed can be obtained. Therefore, frost layer formation can be suppressed during the next operation, and an increase in pressure loss of air passing between the fins can be suppressed.
  • hydrophilic resin used for the hydrophilic coating film for example, polyvinyl alcohol resin (polyvinyl alcohol and its derivatives), polyacrylamide resin (polyacrylamide and its derivatives), polyacrylic acid resin (polyacrylic) Acid and its derivatives), cellulose resins (carboxymethylcellulose sodium, carboxymethylcellulose ammonium, etc.), polyethylene glycol resins (polyethylene glycol, polyethylene oxide, etc.) and the like.
  • each coating layer is preferably 0.1 to 5.0 ⁇ m per single layer. If the coating layer has a thickness of less than 0.1 ⁇ m, the effect of each coating layer may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the thickness exceeds 5.0 ⁇ m, the effect is saturated and the cost is reduced. It will increase.
  • the base-treatment layer is formed previously.
  • the adhesion between the metal plate and the above-described coating films can be improved.
  • the base treatment layer chromate treatment such as phosphate chromate and chromate chromate, and other than chromium compounds such as titanium phosphate, zirconium phosphate, molybdenum phosphate, zinc phosphate, titanium oxide, zirconium oxide, etc.
  • chromate treatment such as phosphate chromate and chromate chromate, and other than chromium compounds such as titanium phosphate, zirconium phosphate, molybdenum phosphate, zinc phosphate, titanium oxide, zirconium oxide, etc.
  • examples thereof include a film layer obtained by a chemical film treatment (chemical conversion treatment) such as a non-chromate treatment.
  • the chemical film treatment method includes a reaction type and a coating type. In the present invention, any method can be adopted.
  • a metal tube can be used as the heat transfer tube.
  • a pipe made of copper alloy or the like is applicable, but an aluminum alloy pipe is most preferable.
  • the shape of the heat transfer tube is preferably provided with a groove on the inner surface of the tube in order to improve the heat transfer property with the refrigerant circulating inside the tube.
  • the surface of the heat transfer tube may be unpainted, but it is more preferable that a resin coating film is formed.
  • the resin constituting the resin coating film include a) polyethylene resin, b) hydrophilic resin and water-repellent resin described above, c) epoxy resin, urethane resin, polyester resin, vinyl chloride resin, and the like. There is. The following effects can be acquired by forming the coating film which consists of these various resin on the surface of a heat exchanger tube.
  • the corrosion resistance of the heat transfer tube can be improved by providing a coating film made of epoxy resin, urethane resin, polyester resin, vinyl chloride resin or the like on the surface of the heat transfer tube.
  • this resin-made coating film contains a heat conductive filler from a viewpoint of improving heat conductivity.
  • the thermally conductive filler include boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, alumina, zirconia, titanium oxide, and fine carbon powder.
  • a single coating film composed of the above-mentioned various resins on the surface of the heat transfer tube but preferably, an epoxy resin, a urethane resin, a polyester resin, It is preferable to first form a corrosion-resistant coating film layer made of a vinyl chloride resin or the like, and further form a resin coating layer made of a polyethylene resin, a hydrophilic resin or a water-repellent resin on the surface.
  • the thickness of the resin coating layer is preferably 0.1 to 5.0 ⁇ m per single layer. If the thickness of the resin coating layer is less than 0.1 ⁇ m, the effect may not be sufficiently obtained. On the other hand, even if a resin coating layer having a thickness exceeding 5.0 ⁇ m is provided, the effect is not obtained. Saturation leads to increased costs.
  • a base treatment layer is formed on the surface of the heat transfer tube in advance.
  • chromate treatment such as phosphate chromate and chromate chromate
  • other than chromium compounds such as titanium phosphate, zirconium phosphate, molybdenum phosphate, zinc phosphate, titanium oxide, zirconium oxide, etc.
  • examples thereof include a film layer obtained by chemical film treatment (chemical conversion treatment) such as non-chromate treatment.
  • the chemical film treatment method includes a reaction type and a coating type. In the present invention, any method can be adopted.
  • the embossed part may be arranged so as to protrude on both sides of the fin, but it is preferable to protrude only on one side. That is, by forming all the embossed portions in the same direction, the processing for forming the embossed portions can be facilitated.
  • embossing for forming the embossed portion a method of pressing a plate material with a pair of molds and a method of rolling a plate material with a pair of rotating rolls are generally used. Then, by unifying the protruding direction of the embossed portion to one side, it becomes easy to manufacture a mold and a roll, and processing becomes easy.
  • the fins can be formed in a shape in which two heat transfer tubes are passed through one fin. Furthermore, it is also possible to adopt a shape in which only one heat transfer tube is passed through one fin. Thus, by reducing the number of heat transfer tubes penetrating through one fin and reducing the external dimensions of the fin, the ratio of the outer peripheral edge of the fin coming into contact with air increases. This can further improve the heat exchange efficiency per fin area due to the high heat transfer characteristics of the outer peripheral edge.
  • the number of heat transfer tubes that penetrate through one fin is preferably two or one.
  • Example 1 A fin-and-tube heat exchanger according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1 shows the laminated structure of the fins 2 and the penetration state of the heat transfer tubes 3 in the fin-and-tube heat exchanger 1 of this example, and the description of the protrusion shape of the embossed portion of each fin 2 is omitted. It is.
  • the fin-and-tube heat exchanger 1 of this example is a heat exchanger for a refrigerator and is used in a low-temperature environment.
  • the fin 2 has a plurality of embossed portions 25 protruding in the thickness direction and having a bottom or outer shape that is circular or elliptical.
  • the fin 2 of this example is the specification which penetrates the two heat exchanger tubes 3 in 1 sheet, and has the through-hole 29 and the collar part 28 in two places.
  • the fin 2 was produced by press working using an unpainted material of pure aluminum (JIS A1050) with a plate thickness of 0.13 mm. Further, as the heat transfer tube 3, an uncoated tube having an outer diameter of 8 mm and made of pure aluminum (JIS A1050) was adopted.
  • the fin-and-tube heat exchanger 1 having such a configuration can suppress the formation of frost on the surface of the fin 2 or the growth of frosted frost. That is, the fin 2 is not a simple flat fin but has an embossed portion 25 having the specific dimensional relationship. As a result, as shown in FIG. 4, after the air flowing in the ventilation direction A between the stacked fins 2 comes into contact with the embossed portion 25, the stacking direction (vertical direction) of the fins 2 and the stacking direction thereof. Are converted into a direction (lateral direction) orthogonal to, and these become moderate longitudinal vortex B1 and transverse vortex B2. The moderate spiral flows B1 and B2 moderately disturb the air between the fins 2 and suppress the retention of relatively low temperature air in the vicinity of the fin surface. Hot air can be brought into contact with the surface of the fin 2. Thereby, suppression of frost formation on the surface of the fin 2 or growth of frost that has formed frost can be suppressed.
  • the fin pitch p can be made narrower than before. Therefore, it is possible to reduce the size of the entire heat exchanger, and this is suitable for refrigerators.
  • the fin-and-tube heat exchanger of this example is a heat exchanger (not shown) applied to an outdoor unit of an air conditioner for cold districts.
  • the fin-and-tube heat exchanger of this example has the same basic structure as that of the first embodiment in which two heat transfer tubes are passed through one fin, but the dimensions and the like of each part are changed. Moreover, what formed the hydrophilic coating film as a fin is used.
  • a surface treatment layer made of phosphoric acid chromate is precoated on the surface with a thickness of 1 ⁇ m, and then a hydrophilic coating layer made of polyvinyl alcohol resin is formed on the surface of the surface treatment layer with a thickness of 1 ⁇ m. This was done by pre-coating.
  • the embossing of the fins was performed by press work in the same manner as in Example 1.
  • the external dimensions, thickness, and material of the fins were the same as in Example 1, and the number of embossed portions was set to 2.6 pieces / 100 mm 2 .
  • the fin-and-tube heat exchanger of this example exhibits the same effects as those of Example 1, and further exhibits excellent frost resistance and durability under the influence of the hydrophilic coating film. It is suitable for an outdoor unit of an air conditioner in use.
  • Example 1 Preparation of a fin-and-tube heat exchanger 1 of Example 1 and a fin-and-tube heat exchanger (Comparative Example 1) having a simple flat plate shape without providing an embossed portion on a fin as a comparative example Then, a frosting experiment was conducted.
  • the experimental conditions were as follows: ventilated air had an air temperature of 10 ° C., relative humidity of 70%, wind speed of 0.6 m / s, and the refrigerant inlet temperature of the refrigerant (R410A) passed through the heat transfer tube was ⁇ 10 ° C.
  • the embossed portion 251 as the first modified example has an elliptical shape whose bottom is directed in a direction orthogonal to the ventilation direction A. Further, the embossed portion 251 has a dome shape that protrudes by a smooth curved surface shape without corner portions.
  • the height h and bottom width d of the embossed portion 251 have a relationship of 1 mm ⁇ d ⁇ 5 mm and 2 ⁇ d / h ⁇ 5. As shown in FIG.
  • the embossed portion 252 as a second modification has a shape of the bottom that is an ellipse (race track shape) with a major axis in the ventilation direction A. Further, the embossed portion 252 has a dome shape that protrudes with a smooth curved surface having no corners.
  • the height h and bottom width d of the embossed portion 252 have a relationship of 1 mm ⁇ d ⁇ 5 mm and 2 ⁇ d / h ⁇ 5.
  • the shape of the embossed part 95 as a comparative example is shown.
  • the embossed portion 95 has a quadrangular pyramid shape.
  • the air flowing in the ventilation direction A collides with the embossed portion 95 and changes its direction.
  • the pressure loss becomes too large as compared with the first embodiment and the like, resulting in a problem that the heat exchange efficiency is lowered. This is thought to be because the transverse vortex becomes too strong.
  • Example 1 In Example 1, as shown to Fig.8 (a), the through-hole 29 is provided in the fin 2 at two places, two heat exchanger tubes are passed, and the ventilation direction A is set to the direction orthogonal to the arrangement direction of the heat exchanger tubes. Set.
  • the structure in which the two heat transfer tubes are passed through the fins 2 can be made the same, and the ventilation direction A can be set parallel to the arrangement direction of the heat transfer tubes.
  • FIG.8 (c) it can also be set as the structure which makes the area of one piece of the fin 2 small, provides the through-hole 29 in one place, and lets one heat-transfer tube pass.
  • FIG. 7C when the structure shown in FIG. 7C is employed, if the total surface area of the fins 2 is the same, the outer peripheral length becomes longer, and the high heat transfer characteristics of the outer peripheral portion can be utilized.
  • Example 2 In addition to the experimental example 1 described above, the dimensional relationship of the embossed portion provided in the fin, the frosting suppression effect, and the heat exchange efficiency improvement effect for the modified example of the heat exchanger for refrigerator 1 and the comparative example 1 An experiment was conducted to investigate the relationship. As in Example 1, each fin used in the experiment was manufactured by press working using an unpainted material of pure aluminum (JIS A1050) with a plate thickness of 0.13 mm. As the heat transfer tube, an uncoated tube having an inner diameter of 8 mm and made of pure aluminum (JIS A1050) was used.
  • JIS A1050 pure aluminum
  • the inner surface groove has a groove depth of 0.4 mm, a groove lead angle of 0 °, and the number of grooves of 40, and the bottom wall thickness that is the wall thickness from the groove bottom to the outer peripheral surface is 0.6 mm.
  • 60 fins were laminated
  • test no. A1 to A7 fin-and-tube heat exchangers are examples of the present invention.
  • Test No. A8 corresponds to a conventional fin-and-tube heat exchanger in which no embossed portion is formed.
  • Test No. A9 is a comparative example in which an embossed portion 95 having a quadrangular pyramid shape is provided as shown in FIG. Test No. In A10 and A11, the number of embossed portions per unit area (N / S) is outside the scope of the present invention.
  • Test No. In A12 and A13, d / h of the dimension of the embossed portion is outside the scope of the present invention.
  • Test No. In A14 and A15 the dimension d of the embossed portion is outside the scope of the present invention.
  • ⁇ Evaluation of frost control effect> The elapsed time from the start of the frosting experiment until the pressure loss reaches 50 Pa is measured, and it is evaluated that the longer the elapsed time, the greater the frosting suppression effect.
  • the pressure loss is a pressure difference between the front surface (air inflow side) and the back surface (air discharge side) of each heat exchanger.
  • the elapsed time is the test number. Longer than the case of A8 was passed ( ⁇ ), and shorter was rejected (x). In particular, test no. When the elapsed time is longer than A8 by 25% or more, it is evaluated that the effect of suppressing frost formation is particularly excellent ( ⁇ ).
  • test No. which is an example of the present invention.
  • A1 to A7 were both good in suppressing frost formation and improving heat exchange efficiency.
  • test no. A1 was excellent because both the frost suppression effect and the heat exchange efficiency improvement effect were excellent.
  • the fin-and-tube heat exchanger having the configuration of the present invention can suppress frost formation on the surface of the fin or growth of the frost formed. Moreover, the fin pitch p can be made narrower than before by obtaining the effect of suppressing the accumulation of frost on the fin surface. Therefore, it is possible to reduce the size of the entire heat exchanger, and this is suitable for refrigerators.
  • the test No. A9 has a quadrangular pyramid-shaped embossed portion, and the pressure loss becomes too large as compared with the embossed portion of the present invention, so that the heat exchange efficiency is lowered. This is probably because the air flowing in the ventilation direction collides with the embossed portion and changes direction, but the transverse vortex becomes too strong (see FIG. 7).
  • Example 3 Experiment for examining the relationship between the dimensional relationship of the embossed portion provided on the fin, the frosting suppression effect, and the heat exchange efficiency improvement effect for the heat exchanger applied to the outdoor unit of the air conditioner for the cold district described in Example 2 above. Went.
  • Each fin used in the experiment is the same as in Example 2 in which a hydrophilic coating film is formed on the surface from which the embossed portion is projected.
  • the same pure aluminum (JIS A1050) material as in Example 2 with a thickness of 0.13 mm was used, and a surface treatment layer made of phosphate chromate was pre-coated on the surface with a thickness of 1 ⁇ m, This was performed by pre-coating a hydrophilic coating layer made of a polyvinyl alcohol resin on the surface of the base treatment layer with a thickness of 1 ⁇ m. Further, the embossing of the fins was performed by press work in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the dimensions of the embossed portions.
  • the heat transfer tube was an 8 mm outer diameter grooved tube made of pure aluminum (JIS A1050), and an uncoated tube was used.
  • the inner surface groove has a groove depth of 0.4 mm, a groove lead angle of 0 °, and the number of grooves of 40, and the bottom wall thickness that is the wall thickness from the groove bottom to the outer peripheral surface is 0.6 mm.
  • 150 fins were laminated
  • test no. The fin-and-tube heat exchangers B1 to B5 are all examples of the present invention. Among these, test No. B1 to B3 have h / p dimensions in a more preferable range. Test No. B6 is a conventional fin-and-tube heat exchanger in which no embossed portion is formed.
  • test No. which is an example of the present invention.
  • B1 to B5 were both good in frosting suppression effect and heat exchange efficiency improvement effect. From these results, it has been found that the fin-and-tube heat exchanger according to the example of the present invention can suppress frost formation on the surface of the fins or suppress the growth of frosted frost. Furthermore, since it can exhibit more excellent frost formation and durability under the influence of the hydrophilic coating film, it is suitable for an outdoor unit of an air conditioner for cold regions.
  • test no. B1 was excellent in both the frost suppression effect and the heat exchange efficiency improvement effect.
  • Test No. B1 to B3 were excellent because h / p was in a more preferable range, so that at least one of the effect of suppressing frost formation and the effect of improving heat exchange efficiency was ⁇ .
  • test no. B4 has a relatively small h / p, has a small vertical vortex generation effect in the airflow passing between the fins, and has passed the frosting suppression effect, but test No. B4. It was slightly inferior to B1 to B3.
  • Test No. In B5, h / p is relatively large, the pressure loss of the airflow passing between the fins is relatively high, and although the effect of improving the heat exchange efficiency is acceptable, the test No. It was slightly inferior to B1 to B3.

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Abstract

　アルミニウム合金板よりなるフィン２を複数枚積層してなると共に、これらを貫通するように伝熱管を配置してなるフィン・アンド・チューブ式熱交換器において、フィン２は、厚み方向に突出し底部外形が円形又は楕円形を呈するエンボス部２５を複数有している。エンボス部２５の高さをｈ（ｍｍ）、通風方向に直交する方向のエンボス部の底部幅をｄ（ｍｍ）としたとき、１ｍｍ＜ｄ＜５ｍｍ、２＜ｄ／ｈ＜５の関係を有し、エンボス部２５の数は１～８個／１００ｍｍ2である。フィン２の積層ピッチをｐ（ｍｍ）としたとき、０．１≦ｈ／ｐ≦０．６であることが好ましい。

Description

フィン・アンド・チューブ式熱交換器
　本発明は、特に、低温環境下において使用される蒸発器として好適に用いられるフィン・アンド・チューブ式熱交換器に関する。
　冷蔵庫内、あるいは寒冷地における空調機の室外機などの低温環境下において蒸発器として使用されるフィン・アンド・チューブ式熱交換器は、温暖な環境下での使用時とは異なる性能が要求される。
　即ち、低温環境下においてフィン・アンド・チューブ式熱交換器を使用する場合には、フィンの周囲の空気中の水蒸気が昇華して氷の結晶となってフィン表面に堆積して霜を形成する、いわゆる着霜が起こる。
　この霜の堆積により空気からフィンへの熱の移動が妨げられるだけでなく、空気抵抗の増大による通風量低下により熱交換能力が低下する。霜の堆積が進めば、最終的には空気流路が閉塞した状態となって熱交換不能となる。
　このような事態を防ぐために、従来から種々の対策が実施されている（特許文献１～４参照）。
　しかし、いずれの従来技術においても未だ十分な対策が取られているとは言えない。例えば、除霜ヒーターを設けて霜を除去する対策では、その除霜ヒーターが消費する電力分だけ全体の消費電力が増加してしまうという問題がある。また、フィンピッチを広くして霜の堆積許容量を増やしたり、フィン１枚当たりの面積をフィンごとに異なるものとして空気流路の閉塞を抑制する対策もあるが、いずれも、所定の熱交換能力を得るためには熱交換器の大型化が余儀なくされる。
特開昭５９－１８９０６４号公報 特開昭６４－５７０９４号公報 特開平５－１５７４７８号公報 特開平９－１５９３１１号公報
　本発明は、上記のような背景のもとに為されたものであり、フィン表面への霜の堆積（着霜）を抑制することができ、この効果分だけフィンピッチを小さくでき、熱交換器全体の小型化が可能であり、低温環境下において好適に用いられるフィン・アンド・チューブ式熱交換器を提供しようとするものである。
　本発明は、アルミニウム合金板よりなるフィンを複数枚積層してなると共に、これらを貫通するように伝熱管を配置してなるフィン・アンド・チューブ式熱交換器において、
　上記フィンは、厚み方向に突出し底部外形が円形又は楕円形を呈するエンボス部を複数有しており、
　上記エンボス部の高さをｈ（ｍｍ）、通風方向に直交する方向の上記エンボス部の底部幅をｄ（ｍｍ）としたとき、１ｍｍ＜ｄ＜５ｍｍ、２＜ｄ／ｈ＜５の関係を有し、
　上記エンボス部の数は１～８個／１００ｍｍ2であることを特徴とするフィン・アンド・チューブ式熱交換器にある。
　本発明のフィン・アンド・チューブ式熱交換器は、フィンが単なる平板状のフィンではなく、上記特定の寸法関係にあるエンボス部を有している。これにより、積層されたフィンの間を通過する熱交換用の空気が上記エンボス部に接触した後、フィンの積層方向（縦方向）とその積層方向に直交する方向（横方向）へと転換され、これらが適度な縦方向の渦巻き流（以下、適宜、縦渦という）及び横方向の渦巻き流（以下、適宜、横渦という）となる。この適度な渦巻き流によって、フィン間の空気が適度にかき乱され、フィン表面近傍に比較的低温の空気が滞留することを抑制し、フィン間の中央部分に滞留しやすい比較的高温の空気をフィン表面に接触させることができる。これにより、フィン表面における着霜の抑制、あるいは着霜した霜の成長を抑制することができる。
　また、このようなフィン表面への霜の堆積を抑制する効果が得られることにより、フィンピッチを従来よりも狭くすることが可能となる。そのため、その分、熱交換器全体の小型化を可能とすることができる。
　このように、本発明によれば、低温環境下において好適に用いられるフィン・アンド・チューブ式熱交換器を提供することができる。
実施例１にかかる熱交換器の構成を示す説明図。 実施例１にかかるフィンの形状を示す説明図。 実施例１にかかるエンボス部の形状を示す説明図。 実施例１にかかるフィン間を通過する空気の流れを示す説明図。 実施例１にかかるエンボス部の形状の変形例を示す説明図。 実施例１にかかるエンボス部の形状の変形例を示す説明図。 比較例としてのエンボス部の形状を示す説明図。 フィンの配置と通風方向の変形例を示す説明図。
　本発明における上記エンボス部は、上記のごとく、厚み方向に突出し底部外形が円形又は楕円形を呈するものである。底部外形の円形は、幾何学上の円（真円）に限らず、真円ではないが一般概念上の円と判断される形状も含まれる。同様に、底部外形の楕円形は、幾何学上の楕円に限らず、円を一方に引き延ばしたような長円（レーストラック形状）など、一般概念上の楕円と判断させる形状も含まれる。
　また、上記エンボス部の突出形状は、角部のない滑らかな曲面で形成された、半球状などの部分球形状を代表とする、いわゆるドーム状を呈することが好ましい（後述する実施例参照）。
　このようなドーム状の突起よりなるエンボス部を設けることによって、さらに、着霜抑制効果の高い空気流れを得ることができる。即ち、圧力損失を極力抑えた状態で、ドーム状のエンボス部に衝突した空気の縦渦及び横渦を適度に発生させることができる。
　上記エンボス部の寸法関係は、上述しごとく、上記エンボス部の高さをｈ（ｍｍ）、通風方向に直交する方向の上記エンボス部の底部幅をｄ（ｍｍ）としたとき、１ｍｍ＜ｄ＜５ｍｍ、２＜ｄ／ｈ＜５の関係にある。
　上記エンボス部の底部幅ｄが１ｍｍ未満の場合には、フィン間を通過する気流に適度な渦巻き流を生じさせることができず、十分な着霜の抑制効果を得ることができない。一方、エンボス部の底部幅ｄが５ｍｍを超える場合には、フィン間を通過する気流の圧損が高くなり過ぎて熱交換効率が低下する。
　また、上記ｄ／ｈが２未満の場合には、エンボス部の幅寸法に比べて高さ寸法が大きすぎ、フィン間を通過する気流の圧損が高くなり過ぎて熱交換効率が低下する。一方、上記ｄ／ｈが５を超える場合には、フィン間を通過する気流に十分な縦渦を生じさせることが困難となる。
　また、上記エンボス部の数は１～８個／１００ｍｍ2である。エンボス部の数が１／１００ｍｍ2未満の場合には、フィン間を通過する気流に十分な縦渦を生じさせることが困難となる。一方、上記エンボス部の数が８個／１００ｍｍ2を超える場合には、フィン間を通過する気流の圧損が高くなり過ぎて熱交換効率が低下する。
　また、上記フィンの積層ピッチをｐ（ｍｍ）としたとき、０．１≦ｈ／ｐ≦０．６であることが好ましい。これにより、エンボス部の突出高さを適切な範囲に設定することができる。
　上記ｈ／ｐが０．１未満の場合には、フィン間を通過する気流に十分な縦渦を生じさせることが困難となるおそれがある。一方、上記ｈ／ｐが０．６を超える場合には、フィン間を通過する気流の圧損が高くなり過ぎて熱交換効率が低下するという問題が生じるおそれがある。
　また、上記フィンは、アルミニウム合金板により構成する。ここで、アルミニウム合金とは、いわゆる純アルミを含むアルミニウムを主体とする金属の総称である。
　また、上記フィンを構成するアルミニウム合金板の板厚は、０．０８ｍｍ～０．２ｍｍであることが好ましい。板厚が０．０８ｍｍ未満の場合には、板としての剛性が低すぎて形状安定性が低くなると共にエンボス部を形成する加工が困難となるおそれがある。一方、０．２ｍｍを超える場合には、熱交換器全体の軽量化が困難となるおそれがある。
　また、上記フィンは、無塗装、いわゆるベア材を用いることができる。また、親水性あるいは撥水性の塗装を施したプレコート材あるいはポストコート材を用いることもできる。
　特に、上記フィンは、少なくとも上記エンボス部を突出させた面に塗膜層を有しており、該塗膜層の最外層が親水性樹脂又は疎水性樹脂からなることが好ましい。
　上記塗膜層は、単層でもよいし、複数層を積層した構成でもよい。少なくとも、塗膜層の最外層が、親水性樹脂からなる親水性塗膜あるいは疎水性樹脂からなる疎水性塗膜であることが好ましい。塗装方法としては、フィンのプレス加工前に塗装するプレスコート、プレス加工後に塗装するポストコートのいずれでもよいが、塗膜の均一性などの観点からプレコート法によるものがより好ましい。
　フィンのエンボス部を突出させている面の塗膜層の最外層が親水性を有する場合には、除霜後の除霜水が薄膜の形態で残留するという作用が得られる。そのため、次の着霜初期に形成される霜層厚さが比較的薄くなり、フィン間を通過する空気の圧力損失の増加を抑制することができる。
　また、フィンのエンボス部を突出させている面の塗膜層の最外層が疎水性を有する場合には、除霜後の除霜水を効率的に排除することができという作用が得られる。そのため、次の運転時に霜層形成を抑制でき、フィン間を通過する空気の圧力損失の増加を抑制することができる。
　ここで、親水性塗膜に用いられる親水性樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂（ポリビニルアルコールとその誘導体）、ポリアクリルアミド系樹脂（ポリアクリルアミドとその誘導体）、ポリアクリル酸系樹脂（ポリアクリル酸とその誘導体）、セルロース系樹脂（カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルセルロース系アンモニウム等）、ポリエチレングリコール系樹脂（ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド等）等がある。
　撥水性塗膜に用いられる撥水性樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、メラミン系樹脂やポリエステル系樹脂等がある。
　また、これらの親水性あるいは撥水性の塗膜の下層には耐食性の塗膜を形成することが好ましい。耐食性の塗膜を設けることにより、フィンの耐食性を向上させることできる。　なお、上記各塗膜層の厚さは、単層当たり、０．１～５．０μｍであることが好ましい。厚さが０．１μｍ未満の塗膜層では、各塗膜層の効果が十分に得られないおそれがあり、一方、厚さが５．０μｍを超える場合には、その効果が飽和し、コスト増を招いてしまう。
　また、フィンの表面に塗膜を設ける際には、予め下地処理層が形成されていることが好ましい。かかる下地処理層を設けることによって、金属板と上述した各塗膜との密着性を向上させることができる。ここで、下地処理層としては、リン酸クロメート、クロム酸クロメート等のクロメート処理、また、クロム化合物以外のリン酸チタン、リン酸ジルコニウム、リン酸モリブデン、リン酸亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム等のノンクロメート処理等の化学皮膜処理（化成処理）により得られる皮膜層等を例示することが出来る。
化学皮膜処理方法には、反応型及び塗布型があるが、本発明においては、何れの手法であっても採用することが可能である。
　また、上記伝熱管としては、金属管を用いることができる。具体的には、銅合金等の管も適用可能ではあるが、アルミニウム合金管が最も好ましい。また、伝熱管の形状は、管内面に溝を設けたものとすることが、管内部を流通させる冷媒との伝熱性を向上させるために有利である。
　また、上記伝熱管の表面は無塗装でもよいが、樹脂製の塗膜が形成されていることがより好ましい。この樹脂製塗膜を構成する樹脂としては、例えば、ａ）ポリエチレン樹脂、ｂ）上述した親水性樹脂及び撥水性樹脂、ｃ）エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂等がある。これら各種の樹脂からなる塗膜を伝熱管の表面に形成することによって、以下の効果を得ることができる。
　即ち、ポリエチレン樹脂については、ポリエチレン樹脂からなる塗膜を最外層として有する伝熱管に、カラー付き貫通穴が設けられたフィンを組み付けた後、ポリエチレン樹脂の融点以上に加熱し、その後、冷却すると、貫通穴の穴周縁に形成されたカラーのすその部分と伝熱管との隙間がポリエチレン樹脂によって埋められ、フィンと伝熱管との接触面積がより大きく確保され得ることとなり、熱交換器の熱交換性能をより向上させることができる。また、親水性樹脂又は撥水性樹脂からなる塗膜を最外層として伝熱管に形成することにより、伝熱管の露出部（フィンが組み付けられていない部分）に、フィンと同様の機能を持たせることが可能となる。更に、伝熱管の表面にエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂等からなる塗膜を設けることによって、伝熱管の耐食性を向上させることが可能である。
　また、かかる樹脂製塗膜は、熱伝導性を向上させる観点から、熱伝導性フィラーを含むものであることが好ましい。熱伝導性フィラーとしては、窒化ホウ素、窒化アルミ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン、カーボンの微細な粉末等がある。
　なお、伝熱管の表面に、上記各種の樹脂からなる単一の塗膜を設けることは勿論可能であるが、好ましくは、伝熱管の表面に、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂等からなる耐食性の塗膜層を先ずは形成し、更にその表面に、ポリエチレン樹脂、親水性樹脂又は撥水性樹脂からなる樹脂製塗膜層を形成することが好ましい。また、樹脂製塗膜層の厚さは、単層当たり０．１～５．０μｍであることが好ましい。樹脂製塗膜層の厚さが０．１μｍ未満では、その効果を十分に得られないおそれがあり、一方、厚さが５．０μｍを超える樹脂製塗膜層を設けても、その効果が飽和し、コスト増につながってしまう。
　また、伝熱管の表面に、樹脂製塗膜を設ける際には、伝熱管の表面に、予め下地処理層が形成されていることが好ましい。かかる下地処理層を設けることによって、伝熱管と上述した各塗膜との密着性を向上することができる。ここで、下地処理層としては、リン酸クロメート、クロム酸クロメート等のクロメート処理、また、クロム化合物以外のリン酸チタン、リン酸ジルコニウム、リン酸モリブデン、リン酸亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム等のノンクロメート処理等の化学皮膜処理（化成処理）により得られる皮膜層等を、例示することが出来る。化学皮膜処理方法には、反応型及び塗布型があるが、本発明においては、何れの手法であっても採用することが可能である。
　また、上記エンボス部は、フィンの両面にそれぞれ突出するように配置してもよいが、片面のみに突出させる方が好ましい。即ち、すべてのエンボス部を同一方向に突出させる構成とすることによって、エンボス部を形成する加工を容易にすることができる。エンボス部を形成するエンボス加工としては、一対の金型によって板材をプレス加工する方法と、一対の回転ロールによって板材を圧延する方法とが一般的である。そして、エンボス部の突出方向を一方に統一することによって、金型やロールの作製が容易となり、加工も容易となる。
　また、上記フィンは、後述する実施例にも示すごとく、１枚のフィンに２本の伝熱管を貫通させた形状とすることができる。さらには、１枚のフィンに１本のみの伝熱管を貫通させた形状とすることもできる。このように、１枚のフィンに貫通させる伝熱管の数を少なくして、フィンの外形寸法を小さくすることにより、フィンの外周縁部が空気と接触する割合が多くなる。これは、外周縁部の高伝熱特性によって、フィンの面積当たりの熱交換効率をより向上させることができる。特に、本発明のように低温環境下に適用させる場合には、１枚のフィンに貫通させる伝熱管数を２本又は１本とすることが好ましい。
（実施例１）
　本発明の実施例に係るフィン・アンド・チューブ式熱交換器につき、図１～図４を用いて説明する。図１は、本例のフィン・アンド・チューブ式熱交換器１におけるフィン２の積層構造及び伝熱管３の貫通状態を示したものであり、各フィン２のエンボス部の突起形状の記載は省略してある。
　同図に示すごとく、本例のフィン・アンド・チューブ式熱交換器１は、冷蔵庫用の熱交換器であって、低温環境下で使用されるものである。
　図２に示すごとく、フィン２は、厚み方向に突出し底部外形が円形又は楕円形を呈するエンボス部２５を複数有している。また、本例のフィン２は、１枚に２本の伝熱管３を貫通させる仕様であり、２箇所に貫通穴２９とカラー部２８を有している。
　図３に示すごとく、本例のエンボス部２５の高さをｈ（ｍｍ）、通風方向Ａに直交する方向の上記エンボス部２５の底部幅をｄ（ｍｍ）としたとき、１ｍｍ＜ｄ＜５ｍｍ、２＜ｄ／ｈ＜５の関係を有する。より具体的には、エンボス部２５は、半径Ｒ＝１．５ｍｍの部分球形状とし、高さｈ＝１．０ｍｍ、底部幅ｄ＝２．８ｍｍ、上記ｄ／ｈ＝２．８に設定した。また、図２に示すごとく、フィン２は幅Ｗ＝２４ｍｍ、長さＬ＝６０ｍｍの長方形形状とした。従って、エンボス部２５の数は、同図に示すごとく、３７個／１４４０ｍｍ2（２．６個／１００ｍｍ2）である。
　上記フィン２は、純アルミニウム（ＪＩＳ　Ａ１０５０）の板厚０．１３ｍｍの無塗装の素材を用いてプレス加工により作製した。
　また、伝熱管３としては、純アルミニウム（ＪＩＳ　Ａ１０５０）からなる外径８ｍｍ内面溝付管であって無塗装のものを採用した。内面溝は溝深さ０．４ｍｍ、溝リード角０°、溝数４０条であり、溝底から外周面までの肉厚である底肉厚は０．６ｍｍである。
　そして、６０枚のフィン２を、フィンピッチｐ＝５ｍｍ（ｈ／ｐ＝０．２）となるように積層し、２本の伝熱管３を貫通させてフィン・アンド・チューブ式熱交換器１を作製する。
　このような構成のフィン・アンド・チューブ式熱交換器１は、フィン２の表面における着霜の抑制、あるいは着霜した霜の成長を抑制することができる。
　すなわち、上記フィン２が単なる平板状のフィンではなく、上記特定の寸法関係にあるエンボス部２５を有している。これにより、図４に示すごとく、積層されたフィン２の間を通風方向Ａに向いて流れてきた空気が上記エンボス部２５に接触した後、フィン２の積層方向（縦方向）とその積層方向に直交する方向（横方向）へと転換され、これらが適度な縦渦Ｂ１及び横渦Ｂ２となる。この適度な渦巻き流Ｂ１、Ｂ２によって、フィン間２の空気が適度にかき乱され、フィン表面近傍に比較的低温の空気が滞留することを抑制し、フィン２間の中央部分に滞留しやすい比較的高温の空気をフィン２表面に接触させることができる。これにより、フィン２表面における着霜の抑制、あるいは着霜した霜の成長を抑制することができるのである。
　また、このようなフィン２表面への霜の堆積を抑制する効果が得られることにより、フィンピッチｐを従来よりも狭くすることが可能となる。そのため、その分、熱交換器全体の小型化を可能とすることができ、冷蔵庫用として好適となる。
（実施例２）
　本例のフィン・アンド・チューブ式熱交換器は、寒冷地用における空調機の室外機に適用する熱交換器である（図示略）。
　本例のフィン・アンド・チューブ式熱交換器は、１枚のフィンに２本の伝熱管を貫通させる基本的構造を実施例１と同じとするが、各部の寸法等を変更してある。また、フィンとして、親水性塗膜を形成したものを用いる。
　フィンの塗装は、その表面にリン酸クロメートからなる下地処理層を１μｍの厚さでプレコートし、次いで、下地処理層の表面にポリビニルアルコール系樹脂からなる親水性塗膜層を１μｍの厚さでプレコートすることにより行った。
　また、フィンのエンボス加工は、実施例１と同様にプレス加工により行った。
　本例のエンボス部は、高さｈ＝０．４ｍｍ、底部幅ｄ＝１．５ｍｍ、上記ｄ／ｈ＝３．７５に設定した。また、フィンの外形寸法、厚み、材質は実施例１と同様とし、エンボス部の数は、２．６個／１００ｍｍ2に設定した。
　そして、１５０枚のフィン２を、フィンピッチｐ＝２ｍｍ（ｈ／ｐ＝０．２）となるように積層し、実施例１と同様の２本の伝熱管３を貫通させて本例のフィン・アンド・チューブ式熱交換器を作製する。
　本例のフィン・アンド・チューブ式熱交換器は、実施例１と同様の作用効果を示し、さらに、親水性塗膜の影響でより優れた難着霜性及び耐久性を発揮し、寒冷地用における空調機の室外機に好適である。
（実験例１）
　実施例１のフィン・アンド・チューブ式熱交換器１と、比較例としてのフィンにエンボス部を設けずに単純な平板状としたフィン・アンド・チューブ式熱交換器（比較例１）を準備して着霜実験を行った。
　実験条件は、通風空気は、空気温度１０℃、相対湿度７０％、風速０．６ｍ／ｓ、伝熱管内に通す冷媒（Ｒ４１０Ａ）の伝熱管入口温度は－１０℃とした。
　着霜実験の結果、実施例１のフィン・アンド・チューブ式熱交換器１は、エンボス２５の存在によって着霜が効果的に抑制され、４時間運転を継続しても着霜によってフィン２間が閉塞されることはなかった。
　一方、比較例１は、３時間運転後に、着霜によるフィン間の閉塞が生じた。
（エンボス部変形例）
　図５、図６には、実施例１におけるエンボス部２５の形状を変更した変形例を示す。
　図５に示すごとく、第１の変形例としてのエンボス部２５１は、その底部の形状を、通風方向Ａに直交する方向に長径を向けた楕円形状としたものである。また、エンボス部２５１は、角部のない滑らかな曲面形状によって突出してドーム状となっている。エンボス部２５１の高さｈ、底部幅ｄは、１ｍｍ＜ｄ＜５ｍｍ、２＜ｄ／ｈ＜５の関係を有する。
　また、図６に示すごとく、第２の変形例としてのエンボス部２５２は、その底部の形状を、通風方向Ａに長径を向けた長円（レーストラック形状）としたものである。また、エンボス部２５２は、角部のない滑らかな曲面形状によって突出してドーム状となっている。エンボス部２５２の高さｈ、底部幅ｄは、１ｍｍ＜ｄ＜５ｍｍ、２＜ｄ／ｈ＜５の関係を有する。
　これらエンボス部２５１、２５２は、実施例１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
　図７には、比較例としてのエンボス部９５の形状を示す。
　同図に示すごとく、エンボス部９５は、四角錐形状を示すものである。この場合には、通風方向Ａに流れてきた空気がエンボス部９５に衝突して方向転換するが、実施例１等に比べて圧力損失が大きくなり過ぎて熱交換効率が低下する問題が生じる。これは、横渦が強くなりすぎるためであると考えられる。
（フィン配置変形例）
　実施例１においては、図８（ａ）に示すごとく、フィン２に２箇所に貫通穴２９を設けて２本の伝熱管を通し、その伝熱管の配列方向に直交する方向に通風方向Ａを設定した。
　これに対し、図８（ｂ）に示すごとく、フィン２に２本の伝熱管を通した構造は同じにし、その伝熱管の配列方向に平行に通風方向Ａを設定することもできる。
　また、図８（ｃ）に示すごとく、フィン２の１枚の面積を小さくし、１箇所に貫通穴２９を設けて１本の伝熱管を通す構造とすることもできる。特に図７（ｃ）の構造を採用した場合にはフィン２の全表面積が同じ場合、外周縁長さが長くなり、外周縁部の高伝熱特性を活かすことができる。
（実験例２）
　上述した実験例１に加え、さらに冷蔵庫用の熱交換器に係る実施例１の変形例及び比較例１につき、フィンに設けるエンボス部の寸法関係と着霜抑制効果及び熱交換効率向上効果との関係を調べる実験を行った。
　実験に用いた各フィンは、実施例１と同様に、純アルミニウム（ＪＩＳ　Ａ１０５０）の板厚０．１３ｍｍの無塗装の素材を用いてプレス加工により作製した。
　また、伝熱管としては、純アルミニウム（ＪＩＳ　Ａ１０５０）からなる外径８ｍｍ内面溝付管であって無塗装のものを採用した。内面溝は溝深さ０．４ｍｍ、溝リード角０°、溝数４０条であり、溝底から外周面までの肉厚である底肉厚は０．６ｍｍである。
　そして、６０枚のフィンを、後述する表１に記載のフィンピッチｐとなるように積層し、２本の伝熱管３を貫通させてフィン・アンド・チューブ式熱交換器を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１より知られるごとく、試験Ｎｏ．Ａ１～Ａ７のフィン・アンド・チューブ式熱交換器は、本発明の実施例である。
　試験Ｎｏ．Ａ８は、エンボス部を形成していない従来のフィン・アンド・チューブ式熱交換器に相当するものである。
　試験Ｎｏ．Ａ９は、前述した図７に示すごとく、四角錐形状のエンボス部９５を設けた比較例である。
　試験Ｎｏ．Ａ１０、Ａ１１は、エンボス部の単位面積当たりの数（Ｎ／Ｓ）が本発明の範囲外となるものである。
　試験Ｎｏ．Ａ１２、Ａ１３は、エンボス部の寸法のｄ／ｈが本発明の範囲外となるものである。
　試験Ｎｏ．Ａ１４、Ａ１５は、エンボス部の寸法のｄが本発明の範囲外となるものである。
＜実験方法＞
　表１に示す各試験Ｎｏ．に対応するフィン・アンド・チューブ式熱交換器を準備して着霜実験を行った。
　実験条件は、通風空気は、空気温度１０℃、相対湿度７０％、風速０．６ｍ／ｓ、伝熱管内に通す冷媒（Ｒ４１０Ａ）の伝熱管入口温度は－１０℃とした。
＜着霜抑制効果評価＞
　上記着霜実験開始から圧力損失が５０Ｐａに到達するまでの経過時間を測定し、この経過時間が長いほど、着霜抑制効果が大きいと評価する。圧力損失は、各熱交換器の前面（空気流入側面）と背面（空気排出側面）の圧力差である。上記経過時間が、試験Ｎｏ．Ａ８の場合よりも長いものを合格（○）、短いものを不合格（×）とした。特に、試験Ｎｏ．Ａ８よりも上記経過時間が２５％以上長い場合には着霜抑制効果が特に優れる（◎）と評価する。
＜熱交換効率向上効果評価＞
　上記着霜実験を行い、空気エンタルピー法により算出した「熱交換量」と、「圧力損失」の値を求め、これらの比である（熱交換量／圧力損失）の値を用いて評価する。測定値が安定する試験開始２０分後から圧力損失が５０Ｐａに到達する間の（熱交換量／圧力損失）の値の積算値が、試験Ｎｏ．Ａ８の場合より大きいものを合格（○）、試験Ｎｏ．Ａ８の場合以下のものを不合格（×）とした。特に、上記合格のもののうち、上記積算値が試験Ｎｏ．Ａ８の場合よりも２０％以上向上するものを熱交換効率が特に優れる（◎）と評価する。
　評価結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２より知られるごとく、本発明の実施例である試験Ｎｏ．Ａ１～Ａ７は、着霜抑制効果、熱交換効率向上効果とも良好であった。特に、試験Ｎｏ．Ａ１は、着霜抑制効果、熱交換効率向上効果とも◎であり優れていた。
　これらの結果から、あらためて、本発明の構成のフィン・アンド・チューブ式熱交換器は、フィンの表面における着霜の抑制、あるいは着霜した霜の成長を抑制することができることがわかる。
　また、このようなフィン表面への霜の堆積を抑制する効果が得られることにより、フィンピッチｐを従来よりも狭くすることが可能となる。そのため、その分、熱交換器全体の小型化を可能とすることができ、冷蔵庫用として好適となる。
　また、表２より知られるごとく、試験Ｎｏ．Ａ９は、四角錐形状のエンボス部を有するものであり、本発明のエンボス部に比べて圧力損失が大きくなり過ぎて熱交換効率が低下する。これは、通風方向に流れてきた空気がエンボス部に衝突して方向転換するものの、横渦が強くなりすぎるためであると考えられる（図７参照）。
　試験Ｎｏ．Ａ１０は、Ｎ／Ｓが小さすぎることにより、フィン間を通過する気流に十分な縦渦が発生せず、着霜抑制効果が不十分であった。
　試験Ｎｏ．Ａ１１は、Ｎ／Ｓが大きすぎることにより、フィン間を通過する気流の圧損が高くなりすぎ、熱交換効率向上効果が不十分であった。
　試験Ｎｏ．Ａ１２は、ｄ／ｈが小さすぎることにより、フィン間を通過する気流の圧損が高くなりすぎ、熱交換効率向上効果が不十分であった。
　試験Ｎｏ．Ａ１３は、ｄ／ｈが大きすぎることにより、フィン間を通過する気流に十分な縦渦が発生せず、着霜抑制効果が不十分であった。
　試験Ｎｏ．Ａ１４は、ｄが小さすぎることにより、フィン間を通過する気流に分な縦渦が発生せず、着霜抑制効果が不十分であった。
　試験Ｎｏ．Ａ１５は、ｄが大きすぎることにより、フィン間を通過する気流の圧損が高くなりすぎ、熱交換効率向上効果が不十分であった。
（実験例３）
　上述した実施例２に記載の寒冷地用における空調機の室外機に適用する熱交換器について、フィンに設けるエンボス部の寸法関係と着霜抑制効果及び熱交換効率向上効果との関係を調べる実験を行った。
　実験に用いた各フィンは、実施例２と同様に、エンボス部を突出させた面に親水性塗膜を形成したものを用いる。
　フィンの塗装は、実施例２と同様の純アルミニウム（ＪＩＳ　Ａ１０５０）の板厚０．１３ｍｍの素材を用い、その表面にリン酸クロメートからなる下地処理層を１μｍの厚さでプレコートし、次いで、下地処理層の表面にポリビニルアルコール系樹脂からなる親水性塗膜層を１μｍの厚さでプレコートすることにより行った。
　また、フィンのエンボス加工は、実施例１と同様にプレス加工により行った。各エンボス部の寸法は、表３に示すとおりである。
　また、伝熱管は、実施例２と同様に、純アルミニウム（ＪＩＳ　Ａ１０５０）からなる外径８ｍｍ内面溝付管であって無塗装のものを採用した。内面溝は溝深さ０．４ｍｍ、溝リード角０°、溝数４０条であり、溝底から外周面までの肉厚である底肉厚は０．６ｍｍである。
　そして、１５０枚のフィンを、後述する表３に記載のフィンピッチｐとなるように積層し、２本の伝熱管を貫通させてフィン・アンド・チューブ式熱交換器を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３より知られるごとく、試験Ｎｏ．Ｂ１～Ｂ５のフィン・アンド・チューブ式熱交換器は、いずれも本発明の実施例である。
　このうち、試験Ｎｏ．Ｂ１～Ｂ３は、ｈ／ｐの寸法をより好ましい範囲にしたものである。
　試験Ｎｏ．Ｂ６は、エンボス部を形成していない従来のフィン・アンド・チューブ式熱交換器である。
＜実験方法＞
　実験例２と同じ条件とした。
＜着霜抑制効果評価＞
　着霜実験開始から圧力損失が５０Ｐａに到達するまでの経過時間を測定し、この経過時間が長いほど、着霜抑制効果が大きいと評価する点は実施例２と同様である。この経過時間が、試験Ｎｏ．Ｂ６よりも長いものを合格（○）、短いものを不合格（×）とした。特に、試験Ｎｏ．Ｂ６よりも上記経過時間が２５％以上長い場合には着霜抑制効果が特に優れる（◎）と評価する。
＜熱交換効率向上効果＞
　実施例２と同様に、（熱交換量／圧力損失）の値を用いて評価する。（熱交換量／圧力損失）の値が、試験Ｎｏ．Ｂ６の場合よりも大きいものを合格（○）、小さいものを不合格（×）とした。特に、上記合格のもののうち、圧力損失が５０Ｐａに到達するまでの積算熱交換量が試験Ｎｏ．Ｂ６の場合よりも２０％以上向上するものを熱交換効率が特に優れる（◎）と評価する。
　評価結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４より知られるごとく、本発明の実施例である試験Ｎｏ．Ｂ１～Ｂ５は、着霜抑制効果、熱交換効率向上効果とも良好であった。
　これらの結果から、本発明の実施例に係るフィン・アンド・チューブ式熱交換器は、フィンの表面における着霜の抑制、あるいは着霜した霜の成長を抑制することができることがあらためて分かった。さらに、親水性塗膜の影響でより優れた難着霜性及び耐久性を発揮しうるので、寒冷地用における空調機の室外機に好適である。
　なお、特に、試験Ｎｏ．Ｂ１は、着霜抑制効果、熱交換効率向上効果とも◎であり優れていた。また、試験Ｎｏ．Ｂ１～Ｂ３は、ｈ／ｐが、より好ましい範囲にあるため、着霜抑制効果、熱交換効率向上効果の少なくとも一方が◎であり優れていた。
　一方、試験Ｎｏ．Ｂ４は、ｈ／ｐが比較的小さく、フィン間を通過する気流に縦渦発生効果が少なく、着霜抑制効果が合格ではあるが試験Ｎｏ．Ｂ１～Ｂ３と比べると若干劣っていた。
　また、試験Ｎｏ．Ｂ５は、ｈ／ｐが比較的大きく、フィン間を通過する気流の圧損が比較的高くなり、熱交換効率向上効果が合格ではあるが試験Ｎｏ．Ｂ１～Ｂ３と比べると若干劣っていた。

Claims (3)

  1. 　アルミニウム合金板よりなるフィンを複数枚積層してなると共に、これらを貫通するように伝熱管を配置してなるフィン・アンド・チューブ式熱交換器において、
    　上記フィンは、厚み方向に突出し底部外形が円形又は楕円形を呈するエンボス部を複数有しており、
    　上記エンボス部の高さをｈ（ｍｍ）、通風方向に直交する方向の上記エンボス部の底部幅をｄ（ｍｍ）としたとき、１ｍｍ＜ｄ＜５ｍｍ、２＜ｄ／ｈ＜５の関係を有し、
    　上記エンボス部の数は１～８個／１００ｍｍ2であることを特徴とするフィン・アンド・チューブ式熱交換器。
  2. 　請求項１の記載において、上記フィンの積層ピッチをｐ（ｍｍ）としたとき、０．１≦ｈ／ｐ≦０．６であることを特徴とするフィン・アンド・チューブ式熱交換器。
  3. 　請求項１又は２の記載において、上記フィンは、少なくとも上記エンボス部を突出させた面に塗膜層を有しており、該塗膜層の最外層が親水性樹脂又は疎水性樹脂からなることを特徴とするフィン・アンド・チューブ式熱交換器。
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