JP5518083B2 - フィンチューブ熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、フィンチューブ熱交換器に関する。

平行に並べられた複数の伝熱フィン（以下、単に「フィン」という）と、複数のフィンを貫通している伝熱管とを備えたフィンチューブ熱交換器は良く知られている。中でも、気流方向に沿って山と谷が交互に現れるように成形されたフィンは「コルゲートフィン」と呼ばれ、高い性能を誇るフィンとして広く利用されている。

コルゲートフィン以外のフィンとして、特許文献１または２に記載されたものが知られている。特許文献１または２に記載されたフィンは、「ルーバ」と呼ばれる切り起こし部を形成したものである。このフィンは、しばしば「ルーバフィン」と呼ばれ、コルゲートフィン同様、広く利用されている。

特開平１１−２８１２７９号公報 特開２００１−１４１３８３号公報

フィンチューブ熱交換器をヒートポンプの室外熱交換器（蒸発器）に使用した場合の課題の一つとして、低温時におけるフィンへの霜の付着が知られている。霜の付着に従って風路が徐々に狭くなり、圧力損失の増大および伝熱性能の低下を招く。そのため、ヒートポンプでは霜を除去するための運転（いわゆるデフロスト）が定期的に行われる。フィンチューブ熱交換器の性能を落とすことなく、デフロストの回数を減らすことができれば、サイクルのＣＯＰ（coefficient of performance）の改善を期待できる。

上記事情に鑑み、本発明は、着霜に起因した圧力損失の増大および伝熱性能の低下が緩やかなフィンチューブ熱交換器を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、
直線状の前縁を有し、空気の流路を形成するために所定間隔で平行に並べられた複数のフィンと、
前記複数のフィンを貫通しており、空気と熱交換する媒体が内部を流通する伝熱管とを備え、
前記複数のフィンの並び方向を高さ方向、前記前縁に平行な方向を幅方向、前記高さ方向および前記幅方向に垂直な方向を気流方向、前記伝熱管を通すために前記フィンに形成された貫通孔の直径をφ、前記前縁から前記伝熱管の上流端までの最短距離をａ、前記フィンの表面上の点であって前記貫通孔の中心から前記幅方向に０．８φの距離にある点を基準点、前記基準点を通り前記幅方向に垂直な平面を基準面、前記フィンを平面視した場合における前記基準面と前記前縁との交点を前縁基準点、２つの前記基準点および２つの前記前縁基準点を結ぶ線分によって囲まれた前記フィンの表面上の領域であって前記貫通孔に隣接している領域を基準領域、前記フィンの表面上の仮想線であって前記前縁から０．４ａの距離にある線を上流側基準線、同じく前記前縁から０．６ａの距離にある線を下流側基準線、前記基準領域に含まれる領域であって前記上流側基準線と前記下流側基準線との間の領域を特定領域と定義したとき、
前記フィンには、当該フィンの一部を切り起こすことによって、前記前縁とは別の前縁を前記特定領域内に有する切り起こし部が形成されている、フィンチューブ熱交換器を提供する。

一般に、霜は、フィンの表面に均一に付着するのではなく、局所的に成長する。局所的な霜の成長を抑制できれば、風路の閉塞を長時間にわたって回避できるとともに、伝熱性能の経時的な低下も緩やかになる。

本発明者らは、フィンチューブ熱交換器における着霜のメカニズムを詳細に調べた。その結果、フィンの前縁での局所的な着霜を抑制することによって、着霜に起因した圧力損失の増大および伝熱性能の低下を緩やかにでき、ひいてはデフロスト回数を減らせることが明らかとなった。

本発明のフィンチューブ熱交換器によると、フィンの一部を切り起こすことによって切り起こし部が形成されている。切り起こし部はフィンの前縁とは別の前縁を特定領域に有する。後の説明から明らかとなるように、この特定領域に切り起こし部を形成した場合に、フィンの伝熱性能を落とすことなく、フィンの前縁への着霜を効果的に抑制できる。結果として、フィンの前縁への着霜に起因した圧力損失の増大および伝熱性能の低下を緩やかにでき、デフロスト処理の回数を減らせる。

本発明の第１実施形態に係るフィンチューブ熱交換器の斜視図 図１のフィンチューブ熱交換器に用いられたフィンの平面図 図２Ａの部分拡大図 図１のフィンチューブ熱交換器のIII-III線断面図 気流方向に沿った切り起こし部の断面図 切り起こし部の正面図 切り起こし部の別例の正面図 切り起こし部のさらに別例の正面図 フィンの前縁からの距離と局所熱伝達率との関係を示すグラフ 切り起こし部の位置と平均熱伝達率との関係を示すグラフ フィンの前縁からの距離がｂの位置に切り起こし部を設けたときの局所熱伝達率αの変化を示すグラフ 伝熱管の周囲の温度分布を示す等高線図 切り起こし部の他の好適な形状を示す平面図 図９Ａの部分拡大図 本発明の第２実施形態に係るフィンチューブ熱交換器の斜視図 図１０のフィンチューブ熱交換器に用いられたフィンの平面図 図１０のフィンチューブ熱交換器のXII-XII線断面図 変形例に係るフィンチューブ熱交換器に用いられたフィンの平面図 図１３のフィンチューブ熱交換器のXIV-XIV線断面図 スリット部の拡大断面図 フィンの前縁からの位置と霜の厚みとの関係を示すグラフ 運転時間と熱交換量との関係を示すグラフ 運転時間と積算熱交換量との関係を示すグラフ

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のフィンチューブ熱交換器１は、空気Ａの流路を形成するために、所定間隔（フィンピッチ）で平行に並べられた複数のフィン３１と、これらのフィン３１を貫通する複数の伝熱管２１とを備えている。フィンチューブ熱交換器１は、伝熱管２１の内部を流れる媒体Ｂと、フィン３１の表面に沿って流れる空気Ａとを熱交換させるものである。媒体Ｂの具体例は、二酸化炭素およびハイドロフルオロカーボン等の冷媒である。伝熱管２１は、１本につながっていてもよいし、つながっていなくてもよい。

図２Ａに示すように、フィン３１は直線状の前縁３１ｆを有する。本明細書では、フィン３１の並び方向を高さ方向、前縁３１ｆ（図２Ａ参照）に平行な方向を幅方向、高さ方向および幅方向に垂直な方向を気流方向と定義する。図１に示すように、気流方向、高さ方向および幅方向は、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に対応している。

フィン３１は長方形かつ平板の形状を有する。フィン３１の長手方向は幅方向に一致している。本実施形態ではフィン３１は一定の間隔（フィンピッチ）で並べられている。ただし、高さ方向に隣り合う２つのフィン３１の間隔は必ずしも一定である必要はなく、異なっていてもよい。フィン３１の材料として、例えば、打ち抜き加工された肉厚０．０５〜０．８ｍｍのアルミニウム製の平板を好適に使用できる。フィン効率を向上させる観点等から、フィン３１の肉厚が０．０８ｍｍ以上であることが特に好ましい。フィン３１の表面にベーマイト処理および親水性塗料の塗布等の親水性処理が施されていてもよい。

図２Ａに示すように、伝熱管２１は、フィン３１に形成された貫通孔３１ｈに挿入されている。貫通孔３１ｈの周りにフィンカラー５ａがフィン３１の一部によって形成されており、このフィンカラー５ａと伝熱管２１とが密着している。貫通孔３１ｈの直径φは、例えば１〜２０ｍｍであり、４ｍｍ以下であってもよい。貫通孔３１ｈの直径φは、伝熱管２１の外径に一致している。また、気流方向に関するフィン３１の寸法Ｌは、例えば１５〜２５ｍｍである。

伝熱管２１から見て気流方向の上流側には、フィン３１の一部を切り起こすことによって、フィン３１の前縁３１ｆとは別の前縁を有する切り起こし部１２が形成されている。切り起こし部１２の前縁は、斜線で示された特定領域内に位置しているとともに、幅方向に平行である。詳細には、幅方向に関して複数の貫通孔３１ｈが一定の間隔で形成されており、１つの貫通孔３１ｈに対して少なくとも１つの切り起こし部１２が形成されている。本実施形態では、１つの貫通孔３１ｈに対して２つ（複数）の切り起こし部１２が形成されている。切り起こし部１２は、平面視で半円の形状を有している。本実施形態のように、平面視で半円の形状の切り起こし部１２の全部が斜線で示された特定領域内に位置していてもよいし、切り起こし部１２の下流側の一部が特定領域から食み出していてもよい。切り起こし部１２を除く第１フィン３１の他の部分は平坦であり、気流方向および幅方向に平行な表面を有する。

図２Ｂに示すように、切り起こし部１２の前縁１２ｆが平面視で直線の形状を有している場合、気流方向に関する切り起こし部１２の最も上流側の部分も特定領域に位置することになる。

図３に示すように、フィンピッチをＦＰとしたとき、切り起こし部１２は、フィンピッチＦＰ未満の高さＨを有している。好ましくは、高さＨが０．４ＦＰ＜Ｈ＜０．６ＦＰの範囲にあることである。「高さＨ」は、フィン３１の表面からの高さを意味する。「フィンピッチ」は、フィン３１の厚みをゼロと仮定した場合のフィン３１の配置間隔を意味する。切り起こし部１２の高さＨを適切に調節すれば、切り起こし部１２の前縁に霜が付着したときの気流速度の低下を抑制できる。また、切り起こし部１２がフィンチューブ熱交換器１の組み立ての邪魔にならないし、プレス加工等により切り起こし部１２を容易に形成できる。

また、図２Ａに示すように、幅方向に関して互いに隣り合う２つの切り起こし部１２の間隔Ｗが、（ＦＰ）／２以上に調節されている。好ましくは、間隔Ｗが０．５ＦＰ＜Ｗ＜５ＦＰの範囲にある。切り起こし部１２の間隔Ｗを適切に調節すれば、伝熱性能を向上させる効果とともに、フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜を抑制する効果が十分に得られる。

図４Ａに示すように、切り起こし部１２は、フィン３１の第１主面側から第２主面側へと空気が流れるのを許容するように、気流方向の上流側からの空気を受け入れ可能な開口１２ｐを有する。図４Ｂに示すように、気流方向の上流側から見て、開口１２ｐは半円の形状を有する。気流方向に関する切り起こし部１２の寸法Ｌ₁（長さ）は、例えば０．５〜１．５ｍｍであり、幅方向に関する切り起こし部１２の寸法Ｗ₁（横幅）は、例えば１．０〜３．０ｍｍである。なお、気流方向の上流側から見たときの開口１２ｐの形状は半円形に限定されず、例えば多角形であってもよい。具体的には、図４Ｃに示すように三角形であってもよいし、図４Ｄに示すように台形であってもよい。切り起こし部１２の個数および形状は、所望の伝熱性能が得られるように適切に設定されうる。

切り起こし部１２の前縁が位置している特定領域は、以下の規則に従って定められている。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、貫通孔３１ｈの直径をφ、フィン３１の前縁３１ｆから伝熱管２１の上流端２１ｐまでの最短距離をａ、フィン３１の表面上の点であって貫通孔３１ｈの中心Ｏから幅方向に０．８φの距離にある点を基準点ＢＰとする。基準点ＢＰを通り幅方向に垂直な平面を基準面ＶＬとする。フィン３１を平面視した場合における基準面ＶＬと前縁３１ｆとの交点を前縁基準点ＢＰＦとする。２つの基準点ＢＰおよび２つの前縁基準点ＢＰＦを結ぶ線分によって囲まれたフィン３１の表面上の領域であって、貫通孔３１ｈに隣接している領域を基準領域とする。また、フィン３１の表面上の仮想線であって前縁３１ｆから０．４ａの距離にある線を上流側基準線ＬＵ、同じく前縁３１ｆから０．６ａの距離にある線を下流側基準線ＬＤとする。そして、基準領域に含まれる領域であって上流側基準線ＬＵと下流側基準線ＬＤとの間の領域を特定領域と定義する。図２Ａ中には、特定領域が斜線で示されている。

上記特定領域に切り起こし部１２を設ける理由を説明する。当業者に知られているように、フィン（平板）の温度が一定であると仮定した場合、フィンの表面の任意の位置における局所熱伝達率αは下記式（１）で計算できる。式（１）において、「Ｐｒ」はプラントル数、「λ」はフィンの熱伝導率、「ν」は流体の動粘性係数、「Ｕ」は流体の速度、「ｘ」はフィンの前縁から局所熱伝達率αを求めるべき位置までの距離を表している。

（式１）
α＝０．３３３２×Ｐｒ^1/3×λ×ν^-1/2×Ｕ×ｘ^-1/2

式（１）によると、局所熱伝達率αは、フィンの前縁からの距離に依存する。流体が空気、フィンがアルミニウム製、温度が−５℃、フィンの前縁から伝熱管の上流端までの最短距離が５．０ｍｍの条件のもと、前縁からの距離ｘに対する局所熱伝達率αの変化を式（１）に基づいて計算した。結果を図５に示す。図５のグラフは、前縁から遠ざかるにつれて、局所熱伝達率αが低下することを示している。具体的に、局所熱伝達率αは、前縁から３．０ｍｍを超えた辺りから低下が緩やかになる。このことは、前縁から３．０ｍｍを超えた辺りで境界層の厚みが飽和することを示している。流体の速度Ｕに応じて局所熱伝達率αのカーブの形も変化するが、前縁に比較的近い領域で局所熱伝達率αが急激に落ち込む傾向は変わらない。

次に、図２Ａ等を参照して説明した切り起こし部１２をフィンに設けた場合における、切り起こし部１２の位置に対するフィンの表面の平均熱伝達率の変化を計算した。本計算では、伝熱管２１の中心Ｏを通り気流方向に平行な線上で切り起こし部１２の位置を変化させた。切り起こし部１２の位置に応じて、前縁から下流側５．０ｍｍの位置までの局所熱伝達率の平均値を「平均熱伝達率」として求めた。結果を図６に示す。「切り起こし部の位置」は、正確には、フィンの前縁から切り起こし部１２の前縁までの距離を意味する。図６に示すように、流体の速度によらず、前縁からの距離が２．５ｍｍの位置に切り起こし部１２を設けたときに、フィンの平均熱伝達率が最大となる。

上記計算では、フィンの前縁から伝熱管の上流端までの距離を５．０ｍｍに設定している。ただし、フィンの前縁から伝熱管の上流端までの距離は特に限定されない。以下に説明するように、フィンの前縁から伝熱管の上流端までの距離をａとしたとき、フィンの前縁からａ／２の位置に切り起こし部１２の前縁を設定したときに、最高の伝熱性能が得られる。

図７は、フィンの前縁から距離ｂの位置に切り起こし部を設けたときの局所熱伝達率αの変化を示している。横軸は、フィンの前縁からの切り起こし部までの距離ｘ、縦軸は局所熱伝達率αを表している。フィンの前縁から伝熱管の上流端までの距離をａとしたとき、下記式（２）に示すように、局所熱伝達率αを０からａまで積分することによって得られた値は、フィンの伝熱性能の指標となる。式（２）において、ｃ＝０．３３３２×Ｐｒ^1/3×λ×ν^-1/2×Ｕである。フィンチューブ熱交換器の実際の使用状況において、Ｐｒ、λ、ν、Ｕの温度依存性は極めて小さい。従って、式（２）において、ｃを定数として取り扱うことができる。

式（２）において、｛ｂ^1/2＋（ａ−ｂ）^1/2｝は、ｂ＝ａ／２で最大値をとる。つまり、前縁からａ／２の位置に切り起こし部の前縁を設定した場合に、フィンが最も高い伝熱性能を有する。

次に、平坦な面のみで構成されたフィンを有するフィンチューブ熱交換器を蒸発器として用いた場合のフィンの表面温度をシミュレートした。結果を図８に示す。図８の等高線図は、伝熱管２１に近ければ近いほどフィンの表面温度が低いことを表している。図８に示すように、２つの基準点ＢＰおよび２つの前縁基準点ＢＰＦを結ぶ線分によって囲まれた領域（基準領域）においてフィンの表面は低い温度を示す。すなわち、基準領域ではフィンと空気の温度差が大きい。したがって、基準領域の伝熱性能を向上させることで、熱交換量を効率的に増加させうる。

以上の結果を考慮すると、フィン３１の前縁３１ｆから伝熱管２１の上流端２１ｐまでの最短距離がａのとき、ａ／２の位置に別の前縁１２ｆが存在するように切り起こし部１２を設けることで、前縁３１ｆへの着霜を抑制する効果とフィン３１の伝熱性能を向上させる効果とを両立できる。ただし、図６から理解できるように、平均熱伝達率のカーブは、ａ／２の近傍で概ね平坦である。従って、フィン３１の前縁３１ｆから０．４ａ〜０．６ａの範囲に切り起こし部１２の前縁１２ｆが位置している場合にも、前述した有意な効果を十分に享受できる。

例えば、ａ＝５．０ｍｍの場合、前縁３１ｆからの距離が２〜３ｍｍの特定領域に切り起こし部１２を設けるとよい。なお、切り起こし部１２の位置が前縁３１ｆに近すぎる場合、プレス加工によって切り起こし部１２を形成するのが難しいという問題もある。前縁３１ｆから２〜３ｍｍ離れた部分に対しては、プレス加工を比較的簡単に行える。本実施形態では、前縁３１ｆからの距離が０．４ａよりも小さい範囲の部分は、別の前縁を有さず、平坦な表面を有する部分だけで構成されている。同様に、前縁３１ｆからの距離が０．６ａよりも大きくａ以下の範囲の部分は、別の前縁を有さず、平坦な表面を有する部分だけで構成されている。従って、本実施形態によれば、着霜に起因した圧力損失の増大を抑制し、かつ伝熱性能を向上させる効果を十分に享受しながらも、製造しやすいフィン３１を設計できる。

（変形例）
切り起こし部の前縁は、平面視で直線以外の形状を有していてもよい。図９Ａに示す変形例では、平面視で上流側に向かって凸の形状の切り起こし部４２が設けられている。具体的には、図９Ｂに示すように、切り起こし部４２の前縁４２ｐが、平面視で気流方向の上流側に向かって凸の曲線（例えば円弧）の形状を有する。切り起こし部４２は、フィン３１の第１主面側から第２主面側へと空気が流れるのを許容するように、気流方向の上流側からの空気を受け入れ可能な開口４１を有する。開口４１は、平面視で三日月の形をしている。前縁４２ｐの最も上流側の部分Ｐ₁が特定領域に位置している。このような形状によっても、前述した有意な効果を得ることができる。前縁４２ｐが曲線の形状を有しているので、フィンの加工が容易である。

（第２実施形態）
第１実施形態で説明したフィンと、他のフィンとを組み合わせることによって、フィンチューブ熱交換器を構成できる。以下、第１実施形態と同じ要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態のフィンチューブ熱交換器１０は、空気Ａの流路を形成するために所定間隔で平行に並べられた複数のフィン３と、これらのフィン３を貫通する複数の伝熱管２とを備えている。

図１０および図１１に示すように、フィン３は、気流方向の上流側に配置された複数の第１フィン３１と、複数の第１フィン３１を通過した空気Ａが流入するように複数の第１フィン３１の下流側に配置された複数の第２フィン３２とを含む。第１フィン３１には、第１実施形態で説明したように、切り起こし部１２が形成されている。気流方向に関して、第１フィン３１の寸法（図２Ａ参照）と第２フィン３２の寸法とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。ただし、量産効果を高めるには同一である方が好ましい。

図１０および図１１に示すように、伝熱管２は、幅方向に並ぶように第１フィン３１側に設けられた複数の第１伝熱管２１と、同じく幅方向に並ぶように第２フィン３２側に設けられた複数の第２伝熱管２２とを含む。第１伝熱管２１および第２伝熱管２２は、幅方向に関して互い違いに配置されている。第１伝熱管２１と同様、第２伝熱管２２は、第２フィン３２に形成された貫通孔３２ｈに挿入されているとともに、第２フィン３２の一部によって形成されたフィンカラー５ｂに密着している。

図１２に示すように、第１フィン３１の下流端３１ｅと第２フィン３２の前縁３２ｆ（上流端）との間には、気流方向に関して例えば１〜３ｍｍの広さＧを有する隙間３７が形成されている。この隙間３７には、第１フィン３１の下流端３１ｅと第２フィン３２の前縁３２ｆとの間に霜が跨って形成されて風路が閉塞するのを防止する役割がある。つまり、隙間３７により着霜時の圧力損失の増大を抑制できる。また、隙間３７が存在していると、第１フィン３１の下流側の端面の陰に第２フィン３２の前縁３２ｆが隠れないので、第２フィン３２での熱交換量も増大する。

図１２に示すように、本実施形態において、第２フィン３２は、気流方向に沿って山と谷が交互に現れるように成形されたコルゲートフィンである。また、第１フィン３１のフィンピッチＦＰと第２フィン３２のフィンピッチＦＰとが等しく、かつ高さ方向に関して第１フィン３１と第２フィン３２とが互い違いに配列している。このような配置によると、隣り合う２つの第１フィン３１の間の風路に第２フィン３２の前縁３２ｆが面する。高い流速を維持した空気が第２フィン３２の前縁３２ｆに当たることで第２フィン３２の前縁３２ｆでの熱伝達率が向上し、第２フィン３２での熱交換量が増大する。なお、下流側のフィンとして、切り起こし部１２を設けた第１フィン３１を使用してもよい。

（変形例）
図１３に示すように、第１フィン３１には、幅方向に関して互いに隣り合う２つの第１伝熱管２１の間に、幅方向に平行な前縁を有するスリット部１５〜１７が形成されていてもよい。切り起こし部１２およびスリット部１５〜１７を除く第１フィン３１の他の部分は平坦であり、気流方向に平行な表面を有する。

スリット部１５〜１７は、幅方向（Ｚ方向）に関して切り起こし部１２よりも第１伝熱管２１から遠い位置に形成されている。第１伝熱管２１から比較的離れた領域にスリット部１５〜１７を設けることによって、第１フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜を抑制する効果がさらに高まる。結果として、着霜時において、第１フィン３１の面内で霜の厚みが均一化する。

本実施形態では、スリット部１５〜１７の前縁に基づいて、第１フィン３１の表面に微小な段差が形成されている。図１４に示すように、第１フィン３１の平坦な部分からのスリット部１５〜１７の突出高さは僅かである。詳細には、図１５に示すように、第１フィン３１の厚みをｔとしたとき、スリット部１５〜１７は、それぞれ、０＜ｈ＜３ｔ（好ましくは０＜ｈ＜ｔ）で規定される切り起こし高さｈを有している。スリット部１５〜１７の切り起こし高さｈをこのような範囲に設定することによって、スリット部１５〜１７によって圧力損失が増大するのを防止できる。スリット部１５〜１７の前縁１５ｆ〜１７ｆは幅方向に平行であり、この前縁１５ｆ〜１７ｆに霜を付着させることにより、第１フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜をさらに抑制できる。

また、本実施形態では、隣り合う２つの第１伝熱管２１の間において、気流方向に沿って３つのスリット部１５〜１７が形成されている。このように、気流方向に沿って複数のスリット部１５〜１７を設けると、第１フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜を抑制する効果がさらに高まる。もちろん、スリット部の数は１つでも構わない。

図１３に示すように、幅方向に関するスリット部１５〜１７の寸法（横幅Ｗ₂）は、貫通孔３１ｈの直径φよりも大きい。本実施形態では、幅方向に関して互いに隣り合う２つの第１伝熱管２１から等距離にスリット部１５〜１７が形成されている。スリット部１５〜１７の横幅Ｗ₂を広くすることによって、第１フィン３１の前縁３１ｆへの局所的な着霜を抑制する効果がさらに高まる。

図１０および図１１を参照して説明したフィンチューブ熱交換器（実施例）をヒートポンプ式給湯装置（加熱能力：６ｋｗ）の蒸発器として用いて計算機シミュレーションを行った。具体的には、冬期２／１℃（乾球温度計による外気温／湿球温度計による外気温）の条件で８０分間の定格運転を行なった後の着霜厚みを計算機シミュレーションで調べた。また、コルゲートフィンを前後２列に用いたフィンチューブ熱交換器（比較例）についても同様のシミュレーションを行なった。実施例および比較例の設計条件は下記の通りである。なお、本シミュレーションでは、熱交換器の入口と出口との間の圧力差が一定となるように、霜の付着に応じて風速（風量）を変化させた。このような非定常計算によると、純粋に着霜の分布のみを対比可能である。

（実施例と比較例とに共通の条件）
フィンの寸法：気流方向長さ１８ｍｍ＋１８ｍｍ、厚み０．１ｍｍ
フィンピッチ：１．４９ｍｍ
伝熱管の外径：７．０ｍｍ
冷媒：ＣＯ₂

（実施例）
切り起こし部の高さＨ：０．７５ｍｍ
切り起こし部の長さＬ₁：０．７５ｍｍ

（比較例）
形状：コルゲートフィン
山と谷の高低差：１．０ｍｍ

シミュレーションの結果を図１６に示す。図１６のグラフにおいて、横軸は上流側のフィン（第１フィン）の前縁からの距離を表し、縦軸は霜の厚みを表している。詳細には、図１６は、フィンの表面に付着した霜の厚みを幅方向に関して平均化した値を示している。

図１６に示すように、比較例では、上流側のフィンの前縁に霜が厚く付着した。これに対し、実施例では、上流側のフィン（第１フィン）の前縁への着霜量が比較例よりも少なかった。

また、本シミュレーションにおいて、実施例および比較例のフィンチューブ熱交換器の熱交換量および積算熱交換量の経時変化も併せて調べた。結果を図１７Ａおよび図１７Ｂに示す。図１７Ａおよび図１７Ｂのグラフにおいて、横軸は運転時間、縦軸は熱交換量および積算熱交換量を表している。なお、図１７Ａおよび図１７Ｂでは、解析領域あたり（表面積約７６ｍｍ²）の熱交換量および積算熱交換量を示している。

図１７Ａに示すように、実施例の熱交換量の低下は、比較例のそれよりも緩やかであった。つまり、実施例によると、冷凍サイクルの加熱能力の急低下および圧縮後における冷媒の温度の急上昇を抑制できる。また、図１７Ｂに示すように、実施例の積算熱交換量（８０分間）は、比較例のそれの約１．０８倍であった。

以上のシミュレーション結果より、本実施形態のフィンチューブ熱交換器によれば、従来のコルゲートフィンよりも高い能力を発揮しうるうえ、フィンの前縁への局所的な着霜も抑制できる。フィンの前縁への局所的な着霜を抑制することにより、風路の閉塞を遅らせることができ、デフロスト回数を減らせる。デフロスト回数を減らすことができれば、冷凍サイクルのＣＯＰも改善する。

本発明のフィンチューブ熱交換器は、空気調和装置、給湯装置、暖房装置等に用いられるヒートポンプに有用である。特に、冷媒を蒸発させるための蒸発器に有用である。

Claims (6)

1. 直線状の前縁を有し、空気の流路を形成するために所定間隔で平行に並べられた複数のフィンと、
   前記複数のフィンを貫通しており、空気と熱交換する媒体が内部を流通する伝熱管とを備え、
   前記複数のフィンの並び方向を高さ方向、前記前縁に平行な方向を幅方向、前記高さ方向および前記幅方向に垂直な方向を気流方向、前記伝熱管を通すために前記フィンに形成された貫通孔の直径をφ、前記前縁から前記伝熱管の上流端までの最短距離をａ、前記フィンの表面上の点であって前記貫通孔の中心から前記幅方向に０．８φの距離にある点を基準点、前記基準点を通り前記幅方向に垂直な平面を基準面、前記フィンを平面視した場合における前記基準面と前記前縁との交点を前縁基準点、２つの前記基準点および２つの前記前縁基準点を結ぶ線分によって囲まれた前記フィンの表面上の領域であって前記貫通孔に隣接している領域を基準領域、前記フィンの表面上の仮想線であって前記前縁から０．４ａの距離にある線を上流側基準線、同じく前記前縁から０．６ａの距離にある線を下流側基準線、前記基準領域に含まれる領域であって前記上流側基準線と前記下流側基準線との間の領域を特定領域と定義したとき、
   前記フィンには、当該フィンの一部を切り起こすことによって、前記前縁とは別の前縁を前記特定領域内に有する切り起こし部が形成されており、
   前記幅方向に関して複数の前記貫通孔が一定の間隔で形成されており、
   １つの前記貫通孔に対して少なくとも１つの前記切り起こし部が形成されており、
   前記高さ方向に関して前記複数のフィンが一定のフィンピッチで並べられており、
   前記フィンピッチをＦＰ、前記幅方向に関して互いに隣り合う２つの前記切り起こし部の間隔をＷと定義したとき、０．５ＦＰ＜Ｗ＜５ＦＰの関係を満足する、フィンチューブ熱交換器。
2. 前記別の前縁は、平面視で直線または曲線の形状を有する、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
3. 前記切り起こし部の前記別の前縁が、平面視で前記気流方向の上流側に向かって凸の曲線の形状を有し、
   前記別の前縁の最も上流側の部分が前記特定領域に位置している、請求項１または２に記載のフィンチューブ熱交換器。
4. 前記切り起こし部は、前記フィンの第１主面側から第２主面側へと空気が流れるのを許容するように、前記気流方向の上流側からの空気を受け入れ可能な開口を有し、
   前記気流方向の上流側から見て、前記開口が半円形または多角形の形状を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
5. 前記切り起こし部が、０．４ＦＰ＜Ｈ＜０．６ＦＰの範囲の高さＨを有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。
6. 前記複数のフィンを通過した空気が流入するように前記複数のフィンの下流側に配置された複数の第２フィンをさらに備え、
   前記第２フィンが、前記気流方向に沿って山と谷が交互に現れるように成形されたコルゲートフィンであり、
   前記切り起こし部を有する前記フィンである第１フィンのフィンピッチと前記第２フィンのフィンピッチとが等しく、かつ前記高さ方向に関して前記第１フィンと前記第２フィンとが互い違いに配列している、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィンチューブ熱交換器。

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