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� �。フィンアンドチューブ型熱交換器1は、所� ��ピッチで平行に多数配設され、その間に気� ��(空気)が流通されるプレートフィン2と、こ� ��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� �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� �4は、プレートフィン2のチューブ孔3に密着� �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� ��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。� �お、伝熱チューブ4としては、一般に銅チュ� ��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� �されている。プレートフィン2は、一般にア� ��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、� ��方向寸法がM、上下方向寸法がNの長方形状� �、本実施形態では、幅方向に所定の列ピッ� �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� ��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� ��宜段数設けられる。なお、各列の最上段お� ��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。� ��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� �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� �面相当図が示されている。チューブ孔3は、� ��周りにバーリング加工によりカラー3Aが設� �られている。このチューブ孔3の孔径φは、� �径化した伝熱チューブ4の径(例えば、6.35mm)� �りも若干大きめに穿設されており、伝熱チ� �ーブ4を挿入後に拡管することにより、カラ� ��3Aと伝熱チューブ4とが密着されるようにな� ��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� ��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� �ように、チューブ孔3の各列に対して、それ� ��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� ��、そのうちの2つが示されている。)の列方� �山部5が設けられている。この複数の列方向� ��部5は、列方向の両端部に設けられる2つの� �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� ��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� ��の幅方向寸法pが、例えば1.4mmであるのに対� ��て、中央山部5B,5Cの最低高さ位置から最高� �さ位置までの幅方向寸法qは、例えば2.8mmで� �る。これにより、列方向山部5の各山の勾配� ��略同一とされている。また、プレートフィ� ��2の幅方向の両端には、幅方向寸法がrの平� �部5E,5Fが設けられている。なお、各山部5Aな� ��し5Dの頂部および谷部には、適宜寸法の円� �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� �れるように、段方向に隣接するチューブ孔3� ��に、列方向の中央山部5B,5Cに対応して段方� �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� �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� ��ューブ間ピッチPt(図2参照)に対して0.5以下� �、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� �山部6が設けられることによって、段方向に� ��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� ��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� ��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� �応して2つ設けられることになるが、列方向� ��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� ��、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� ��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� �ーブ4内を流通する冷媒との間で熱交換が行� ��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� �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� �の十分な乱流を生じさせながら、あるいは� �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� �れる。

 本実施形態においては、図2ないし図5に� �されるように、プレートフィン2の列方向に� ��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5 A,5Dの高さよりも高くしており、更に中央山� �5B,5Cに対応して段方向に段方向山部6を設け� �いるので、これら山部5,6の作用によって空� �流入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。

 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� �での熱伝達率が高く、剥離面での熱伝達率� �低くなることから、衝突面での熱伝達率が� �い領域を多くしてやることにより、平均値� �して熱伝達率を向上させることが可能とな� �。また、山部5により伝熱面積を増大させる� ��とができるため、これによっても伝熱性能� ��向上させることができる。なお、フィン側� ��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� �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� ��、フィン端面側の両端山部5A,5Dの高さを低� �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� ��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� �熱伝達率を回復させることができる。これ� �、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� �流が形成され、そこでのフィンと空気流と� �熱交換が促進されるためと考えられる。さ� �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� �勾配をすべて略同一にすることができる。� �れによって、空気流に対する流通抵抗(気流� ��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� ��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� ��低くする別の理由は、フィンに対する着霜� ��抑制することにある。例えば、空気調和機� ��室外熱交換器に、このフィンアンドチュー� ��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� �て、一般に霜が着霜され易くなる。プレー� �フィン2の前端山部5Aの高さを高くしておく� �、フィン隙間が小さくなって、着霜により� �気の流通路が閉塞され、あるいは着霜によ� �流路抵抗の増大に伴い風量が低下し、交換� �量の低下が速くなり、さらに着霜し易くな� �。しかるに、プレートフィン2前端の山部5A� �高さを低くしておくことによって、フィン� �対する着霜を抑制し、これらの問題を解消� �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� �山部6が設けられているため、この段方向山� ��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� ��ューブ孔3方向に向かう下向きのスロープ(� �斜面)を形成することができるため、このス� ��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� �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� ��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� �高さを高くした2つの中央山部5B,5Cに対応さ� �て、段方向山部6を設けている。これによっ� ��、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� ��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� ��ができる。このため、空気流がプレートフ� ��ン2の段方向に隣接する伝熱チューブ4間の� �央領域を流れるだけでなく、伝熱チューブ4� ��周囲に沿っても十分に空気流が形成される� ��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� �達率の高い領域を増加させることができ、� �れによって、平均熱伝達率を向上させるこ� �ができる。また、フラット部7は、段方向の� ��さFが段ピッチnに対して1/3以下、ないしは� �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� ��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� ��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� ��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� ��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� ��、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、� ��気流の温度境界層を破壊できるだけの十分� ��乱流を生じさせることができるため、熱伝� ��率を向上させることができる。また、列方� ��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� �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� �値とすることができるため、伝熱性能を一� �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� ��し、この山部5Dにより伝熱チューブ4の後流� ��域に回り込む空気流が形成されるようにし� ��いるため、そこでのフィンと空気流との熱� ��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� ��高さの高い2つの中央山部5B,5Cの幅を大きく� ��て、その勾配を略同一としているため、空� ��流に対する流通抵抗(気流側圧力損失)の増� �を抑制して送風ファンへの入力を低減しつ� �、列方向山部5の高さを高くして、列方向山� ��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� �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� ��減するようにしているため、送風ファンへ� ��入力を低減し、省エネルギー化を図ること� ��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� �きの傾斜面によって、プレートフィン2間を� ��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� �せて有効伝熱面積を増大させることができ� �ため、その分伝熱性能を向上させることが� �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� �により、空気流に対する抵抗バランスを良� �し、段方向に隣接する伝熱チューブ4間の中� ��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� �積をより増大させ、熱伝達率を一段と向上� �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� ��nに対して1/3以下、ないしは伝熱チューブ4� �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� �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� ��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� ��かる発明に限定されるものではなく、その� ��旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が� ��能である。例えば、上記実施形態では、プ� ��ートフィン各部の寸法を具体的数値で示し� ��いるが、これはあくまでも一例にすぎず、� ��発明は、これに限定されるものではない。� ��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。