JP2009243769A

JP2009243769A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2009243769A
Application number: JP2008091066A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamaguchi; 貴弘山口; Takayuki Setoguchi; 隆之瀬戸口; Tadashi Nishimura; 忠史西村; Takuo Yamada; 拓郎山田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】機械的除霜によってもほぼ完全に霜を除去できるようにする。
【解決手段】所定の間隙を有して並設される多数のフィン１，１・・と該フィン１，１・・を貫通する伝熱管とによって構成され、前記フィン１，１・・の間に差し込まれて該フィン１，１・・間の霜を掻き落とすブラシ３と、該ブラシ３を前記フィン１，１・・の間隙に沿って移動させる駆動手段とによって構成された機械的除霜手段Ｘを付設してなる熱交換器において、前記各フィン１の伝熱面Ｍを、平板形状として、着霜Ｑが比較的たやすく落とせるとともに、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛がフィン１，１・・間に入り込み易くなるようにしている。
【選択図】図４

Description

本願発明は、クロスフィンコイル型の熱交換器に関し、さらに詳しくは機械的除霜手段を付設したクロスフィンコイル型の熱交換器に関するものである。

冷凍冷蔵庫の蒸発器や暖房運転時のヒートポンプ式エアコンの室外熱交換器は、所定の間隙を有して並設される多数のフィンと該フィンを貫通する伝熱管とによって構成されたクロスフィンコイル型の熱交換器とされており、伝熱管内を流れる冷媒とフィン間や伝熱管外を流れる空気とが熱交換を行う（即ち、空気が冷却され、冷媒は熱を得る）ようになっている。このような熱交換器が、流入する空気の温度が０℃以下の条件、あるいは流入する空気の温度が０℃以上であってもフィンや伝熱管の表面温度が０℃以下の条件で使用される場合には、空気中の水滴や氷晶がより低温なフィンや伝熱管の表面に凝結・付着して霜が生成される。該霜の成長に伴い、熱抵抗の増加や空気流路の閉塞が起こって熱交換性能が次第に低下するという不具合が生ずる。このような不具合を解消するために、熱交換器に生ずる霜を除去する除霜が行われる。

上記除霜方法としては、冷凍冷蔵庫の蒸発器では電気ヒータにより、エアコンの室外熱交換器ではサイクルの逆運転により霜を融解させる方式のものが知られている。しかしながら、このような除霜方式では、完全な除霜ができるものの、除霜時には通常の運転が中断されるという新たな不具合が発生し、大部分の霜を完全に融解除去するためには多くの余分な電力を消費しなければならなくなるという大きな欠点がある。

そこで、このような融解による一般的な除霜方式に代わり、実用性があり且つ省電力な除霜方式がいくつか提案されている。例えば、フィンや伝熱管の表面に難着氷性の被膜を形成して着霜量を減らす方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−１１７７３４号公報

上記特許文献１に開示されている方法の場合、除霜のために余分な電力消費を必要とせず、ある程度の効果も得られるという利点があるが、除霜効果が現れるには難着氷性を極限近くまで高めた被膜の場合であり、そのような高い難着氷性をもつ被膜は耐久性に劣るという大きな欠点があり、また、被膜材の多くは熱伝導率が低いため、厚くなると熱交換性能に悪影響を及ぼす等の問題もある。

本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、機械的除霜によってもほぼ完全に霜を除去できるようにすることを目的としている。

本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、所定の間隙を有して並設される多数のフィン１，１・・と該フィン１，１・・を貫通する伝熱管２とによって構成され、前記フィン１，１・・の間に差し込まれて該フィン１，１・・間の霜を掻き落とすブラシ３と、該ブラシ３を前記フィン１，１・・の間隙に沿って移動させる駆動手段４とによって構成された機械的除霜手段Ｘを付設してなる熱交換器において、前記各フィン１の伝熱面Ｍを、平板形状としている。

上記のように構成したことにより、平板形状の伝熱面Ｍに着霜Ｑが発生することとなり、着霜Ｑが比較的たやすく落とせるとともに、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛がフィン１，１・・間に入り込み易くなる。従って、機械的除霜手段Ｘを用いてもほぼ完全に除霜することができる。

本願発明では、上記課題を解決するための第２の手段として、所定の間隙を有して並設される多数のフィン１，１・・と該フィン１，１・・を貫通する伝熱管２とによって構成され、前記フィン１，１・・の間に差し込まれて該フィン１，１・・間の霜を掻き落とすブラシ３と、該ブラシ３を前記フィン１，１・・の間隙に沿って移動させる駆動手段４とによって構成された機械的除霜手段Ｘを付設してなる熱交換器において、前記各フィン１の伝熱面Ｍを、粗面により構成している。

上記のように構成したことにより、着霜の土台となる氷が張り付く面積が小さくなり、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３による外力によっても霜を剥がし易くなる。従って、機械的除霜手段Ｘを用いてもほぼ完全に除霜することができる。

本願発明では、上記課題を解決するための第３の手段として、所定の間隙を有して並設される多数のフィン１，１・・と該フィン１，１・・を貫通する伝熱管２とによって構成され、前記フィン１，１・・の間に差し込まれて該フィン１，１・・間の霜を掻き落とすブラシ３と、該ブラシ３を前記フィン１，１・・の間隙に沿って移動させる駆動手段４とによって構成された機械的除霜手段Ｘを付設してなる熱交換器において、前記各フィン１における空気流Ａの流れ方向に直交する方向の前記伝熱管２の管径を小さくしている。

上記のように構成したことにより、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛がフィン１，１・・間の奥にまで入り込み易くなり、除霜後にブラシ３が通らず、着霜Ｑが残着される領域が通常の熱交換器よりも減少することとなる。従って、フィン１の伝熱面Ｍに着霜Ｑが存在しない空気通路Ｐを容易に確保することができる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第４の手段として、上記第３の手段を備えた熱交換器において、前記伝熱管２として、管径の小さい細径管を用いることもでき、そのように構成した場合、伝熱管２として細径管を採用するだけで、機械的除霜手段Ｘを用いた除霜でも十分に熱交換性能を確保することができる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第５の手段として、上記第３の手段を備えた熱交換器において、前記伝熱管２として、空気流の流れ方向に偏平な形状の偏平管を用いることもでき、そのように構成した場合、伝熱管２として、空気流の流れ方向に偏平な形状の偏平管を採用するだけで、機械的除霜手段Ｘを用いた除霜でも十分に熱交換性能を確保することができる。

本願発明では、上記課題を解決するための第６の手段として、所定の間隙を有して並設される多数のフィン１，１・・と該フィン１，１・・を貫通する伝熱管２とによって構成され、前記フィン１，１・・の間に差し込まれて該フィン１，１・・間の霜を掻き落とすブラシ３と、該ブラシ３を前記フィン１，１・・の間隙に沿って移動させる駆動手段４とによって構成された機械的除霜手段Ｘを付設してなる熱交換器において、前記各フィン１における前記伝熱管２の配列を１列となしている。

上記のように構成したことにより、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛が各フィン１の風下端にまで入り込み易くなり、除霜後にブラシ３が通らず、着霜Ｑが残着される領域が減少することとなる。従って、フィン１の伝熱面Ｍに着霜Ｑが存在しない空気通路Ｐを容易に確保することができる。

本願発明の第１の手段によれば、所定の間隙を有して並設される多数のフィン１，１・・と該フィン１，１・・を貫通する伝熱管２とによって構成され、前記フィン１，１・・の間に差し込まれて該フィン１，１・・間の霜を掻き落とすブラシ３と、該ブラシ３を前記フィン１，１・・の間隙に沿って移動させる駆動手段４とによって構成された機械的除霜手段Ｘを付設してなる熱交換器において、前記各フィン１の伝熱面Ｍを、平板形状として、平板形状の伝熱面Ｍに着霜Ｑが発生するようにしたので、着霜Ｑが比較的たやすく落とせるとともに、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛がフィン１，１・・間に入り込み易くなり、機械的除霜手段Ｘを用いてもほぼ完全に除霜することができるという効果が得られる。

本願発明の第２の手段によれば、所定の間隙を有して並設される多数のフィン１，１・・と該フィン１，１・・を貫通する伝熱管２とによって構成され、前記フィン１，１・・の間に差し込まれて該フィン１，１・・間の霜を掻き落とすブラシ３と、該ブラシ３を前記フィン１，１・・の間隙に沿って移動させる駆動手段４とによって構成された機械的除霜手段Ｘを付設してなる熱交換器において、前記各フィン１の伝熱面Ｍを、粗面により構成して、着霜の土台となる氷が張り付く面積が小さくなるようにしたので、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３による外力によっても霜を剥がし易くなり、機械的除霜手段Ｘを用いてもほぼ完全に除霜することができるという効果が得られる。

本願発明の第３の手段によれば、所定の間隙を有して並設される多数のフィン１，１・・と該フィン１，１・・を貫通する伝熱管２とによって構成され、前記フィン１，１・・の間に差し込まれて該フィン１，１・・間の霜を掻き落とすブラシ３と、該ブラシ３を前記フィン１，１・・の間隙に沿って移動させる駆動手段４とによって構成された機械的除霜手段Ｘを付設してなる熱交換器において、前記各フィン１における空気流Ａの流れ方向に直交する方向の前記伝熱管２の管径を小さくして、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛がフィン１，１・・間の奥にまで入り込み易くなるようにしたので、除霜後にブラシ３が通らず、着霜Ｑが残着される領域が通常の熱交換器よりも減少することとなり、フィン１の伝熱面Ｍに着霜Ｑが存在しない空気通路を容易に確保することができるという効果が得られる。

本願発明の第４の手段におけるように、上記第３の手段を備えた熱交換器において、前記伝熱管２として、管径の小さい細径管を用いることもでき、そのように構成した場合、伝熱管２として細径管を採用するだけで、機械的除霜手段Ｘを用いた除霜でも十分に熱交換性能を確保することができる。

本願発明の第５の手段におけるように、上記第３の手段を備えた熱交換器において、前記伝熱管２として、空気流の流れ方向に偏平な形状の偏平管を用いることもでき、そのように構成した場合、伝熱管２として、空気流の流れ方向に偏平な形状の偏平管を採用するだけで、機械的除霜手段Ｘを用いた除霜でも十分に熱交換性能を確保することができる。

本願発明の第６の手段によれば、所定の間隙を有して並設される多数のフィン１，１・・と該フィン１，１・・を貫通する伝熱管２とによって構成され、前記フィン１，１・・の間に差し込まれて該フィン１，１・・間の霜を掻き落とすブラシ３と、該ブラシ３を前記フィン１，１・・の間隙に沿って移動させる駆動手段４とによって構成された機械的除霜手段Ｘを付設してなる熱交換器において、前記各フィン１における前記伝熱管２の配列を１列となして、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛が各フィン１の風下端にまで入り込み易くなるようにしたので、除霜後にブラシ３が通らず、着霜Ｑが残着される領域が減少することとなり、フィン１の伝熱面Ｍに着霜Ｑが存在しない空気通路Ｐを容易に確保することができるという効果が得られる。

以下、添付の図面を参照して、本願発明を幾つかの好適な実施の形態について説明する。

まず、本願発明の各実施の形態にかかる熱交換器の全体構造について説明する。

この熱交換器は、図１に示すように、所定の間隙を有して並設される多数のフィン１，１・・と該フィン１，１・・を貫通する伝熱管２とによって構成されたクロスフィンコイル型の熱交換器とされており、前記フィン１，１・・の間に差し込まれて該フィン１，１・・間の霜を掻き落とすブラシ３と、該ブラシ３を前記フィン１，１・・の間隙に沿って移動させる駆動手段４とによって構成された機械的除霜手段Ｘが付設されている。そして、前記ブラシ３としては、図２に示すように、前記駆動手段４によって移動される支持体５の片面に多数の毛６，６・・を植生した固定ブラシを採用してもよく、図３に示すように、前記駆動手段４によって移動される回転軸７の周りに多数の毛６，６・・を植生した回転ブラシを採用してもよい。

第１の実施の形態
図４には、本願発明の第１の実施の形態にかかる熱交換器の要部が示されている。

この場合、フィン１の伝熱面Ｍは、平板形状とされている。このようにすると、平板形状の伝熱面Ｍに着霜Ｑが発生することとなり、着霜が比較的たやすく落とせるとともに、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛６，６・・がフィン１，１・・間に入り込み易くなる。従って、機械的除霜手段Ｘを用いてもほぼ完全に除霜することができる。

比較のために、図５に示すように、各フィン１に切り起こし片１ａ，１ａ・・が形成されている熱交換器の場合、ブラシ３の毛６，６・・の一部が切り起こし片１ａに当たって奥まで届かないこととなり、奥の方に着霜した霜を除去するのが難しくなる。また、切り起こし片１ａとフィン１との間の隙間にブリッジを形成して強固に固着する着霜Ｑが生じることとなり、ブラシ３では除去しにくくなる。このことからも、フィン１の伝熱面Ｍを、平板形状とするのが、有利なことが分かる。

第２の実施の形態
図６には、本願発明の第２の実施の形態にかかる熱交換器のフィンの部分拡大図が示されている。

この場合、各フィン１の伝熱面Ｍは、粗面により構成されている。なお、該粗面は、水が入り込まない程度の大きさの凹部１ｂ，１ｂ・・を有するものとするのが望ましい。このようにすると、着霜の土台となる氷Ｑが張り付く面積が、斜線図示のように、粗面を形成する凹部１ｂ，１ｂ・・が存在することにより小さくなる。従って、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３による外力によっても霜を剥がし易くなり、機械的除霜手段Ｘを用いてもほぼ完全に除霜することができる。

ちなみに、図７に示すように、フィン１の伝熱面Ｍを平滑面とした場合には、着霜の土台となる氷Ｑの付着面が、斜線図示のように、広くなるところから、氷Ｑの付着力が強くなり、ブラシ３では掻き取りにくくなる。このことからも、フィン１の伝熱面Ｍを水が入り込まない程度の粗面とするのが、有利なことが分かる。

なお、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを併用したフィンを有する熱交換器とすると、機械的除霜手段Ｘで除霜するにより適した熱交換器となる。

第３の実施の形態
図８には、本願発明の第３の実施の形態にかかる熱交換器の部分拡大図が示されている。

この場合、伝熱管２として、管径の小さい細径管が用いられている。このようにすると、各フィン１における空気流Ａの流れ方向に直交する方向の前記伝熱管２の管径が小さくなり、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛６，６・・がフィン１，１・・間の奥にまで入り込み易くなる。従って、除霜後にブラシ３が通らず、着霜Ｑが残着される領域が通常の熱交換器よりも減少することとなり、フィン１の伝熱面Ｍに着霜Ｑが存在しない空気通路Ｐを容易に確保することができる。

ちなみに、図９に示すように、通常の管径の伝熱管２を用いた熱交換器の場合、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛６，６・・がフィン１，１・・間の奥にまで入り込みにくくなり、図１０に示すように、ブラシ３の毛６，６・・が通らなかった部分に着霜Ｑが残置されることとなって、空気通路Ｐを確保するのが難しくなる。

なお、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを併用したフィンおよび第３の実施の形態の伝熱管を有する熱交換器とすると、機械的除霜手段Ｘで除霜するにより一層適した熱交換器となる。

第４の実施の形態
図１１には、本願発明の第４の実施の形態にかかる熱交換器の部分拡大図が示されている。

この場合、伝熱管２として、空気流Ａの流れ方向に偏平な形状の偏平管が用いられている。このようにすると、各フィン１における空気流Ａの流れ方向に直交する方向の前記伝熱管２の管径が小さくなり、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛６，６・・がフィン１，１・・間の奥にまで入り込み易くなる。従って、除霜後にブラシ３が通らず、着霜Ｑが残着される領域が通常の熱交換器よりも減少することとなり、フィン１の伝熱面Ｍに着霜Ｑが存在しない空気通路Ｐを容易に確保することができる。

なお、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを併用したフィンおよび第４の実施の形態の伝熱管を有する熱交換器とすると、機械的除霜手段Ｘで除霜するにより一層適した熱交換器となる。

第５の実施の形態
図１２には、本願発明の第５の実施の形態にかかる熱交換器のフィンの部分拡大図が示されている。

この場合、各フィン１における伝熱管２の配列を１列となしている。このようにすると、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛６，６・・が各フィン１の風下端にまで入り込み易くなる。従って、除霜後にブラシ３が通らず、着霜Ｑが残着される領域が減少することとなり、フィン１の伝熱面Ｍに着霜が存在しない空気通路Ｐを容易に確保することができる。なお、着霜Ｑを完全に除去できなくても、空気通路Ｐさえ確保できれば、熱交換性能を維持することができる。

ちなみに、図１３に示すように、伝熱管２の配列を２列となし熱交換器の場合、空気流Ａの流れ方向の奥行きが大きくなることに加えて、伝熱管２が千鳥配列となっているため、機械的除霜手段Ｘを構成するブラシ３の毛６，６・・が風下側端部にまで入り込みにくくなり、ブラシ３の毛６，６・・が通らなかった部分（即ち、風下側端部全体）に着霜Ｑが残置されることとなる。つまり、空気通路の形成が不可能となる。

なお、第１の実施の形態と第２の実施の形態とを併用したフィンおよび第３の実施の形態と第５の実施の形態とを併用した伝熱管を有する熱交換器とすると、機械的除霜手段Ｘで除霜するにより一層適した熱交換器となる。

ところで、本願発明の熱交換器は、クロスフィンコイルタイプの他、積層タイプの熱交換器とすることもできる。その場合、機械的除霜手段は、結露水の除去にも用いることができる。

本願発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更可能なことは勿論である。

本願発明の各実施の形態にかかる熱交換器の正面図である。本願発明の各実施の形態にかかる熱交換器に付設される機械的除霜手段の一例の要部を示す斜視図である。本願発明の各実施の形態にかかる熱交換器に付設される機械的除霜手段の他の一例の要部を示す斜視図である。本願発明の第１の実施の形態にかかる熱交換器の要部拡大断面図である。比較例である熱交換器の要部拡大断面図である。本願発明の第２の実施の形態にかかる熱交換器におけるフィンの部分拡大図である。比較例である熱交換器におけるフィンの部分拡大図である。本願発明の第３の実施の形態にかかる熱交換器の部分拡大図である。比較例である熱交換器の部分拡大図である。比較例である熱交換器の除霜後の状態を示す部分拡大図である。本願発明の第４の実施の形態にかかる熱交換器の部分拡大図である。本願発明の第５の実施の形態にかかる熱交換器の部分拡大図である。比較例である熱交換器の部分拡大図である。

符号の説明

１はフィン
２は伝熱管
３はブラシ
４は駆動手段
６は毛
Ａは空気流
Ｍは伝熱面
Ｐは空気通路
Ｑは着霜
Ｘは機械的除霜手段

Claims

所定の間隙を有して並設される多数のフィン（１），（１）・・と該フィン（１），（１）・・を貫通する伝熱管（２）とによって構成され、前記フィン（１），（１）・・の間に差し込まれて該フィン（１），（１）・・間の霜を掻き落とすブラシ（３）と、該ブラシ（３）を前記フィン（１），（１）・・の間隙に沿って移動させる駆動手段（４）とによって構成された機械的除霜手段（Ｘ）を付設してなる熱交換器であって、前記各フィン（１）の伝熱面（Ｍ）を、平板形状としたことを特徴とする熱交換器。
所定の間隙を有して並設される多数のフィン（１），（１）・・と該フィン（１），（１）・・を貫通する伝熱管（２）とによって構成され、前記フィン（１），（１）・・の間に差し込まれて該フィン（１），（１）・・間の霜を掻き落とすブラシ（３）と、該ブラシ（３）を前記フィン（１），（１）・・の間隙に沿って移動させる駆動手段（４）とによって構成された機械的除霜手段（Ｘ）を付設してなる熱交換器であって、前記各フィン（１）の伝熱面（Ｍ）を、粗面により構成したことを特徴とする熱交換器。
所定の間隙を有して並設される多数のフィン（１），（１）・・と該フィン（１），（１）・・を貫通する伝熱管（２）とによって構成され、前記フィン（１），（１）・・の間に差し込まれて該フィン（１），（１）・・間の霜を掻き落とすブラシ（３）と、該ブラシ（３）を前記フィン（１），（１）・・の間隙に沿って移動させる駆動手段（４）とによって構成された機械的除霜手段（Ｘ）を付設してなる熱交換器であって、前記各フィン（１）における空気流（Ａ）の流れ方向に直交する方向の前記伝熱管（２）の管径を小さくしたことを特徴とする熱交換器。
前記伝熱管（２）として、管径の小さい細径管を用いたことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
前記伝熱管（２）として、空気流（Ａ）の流れ方向に偏平な形状の偏平管を用いたことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
所定の間隙を有して並設される多数のフィン（１），（１）・・と該フィン（１），（１）・・を貫通する伝熱管（２）とによって構成され、前記フィン（１），（１）・・の間に差し込まれて該フィン（１），（１）・・間の霜を掻き落とすブラシ（３）と、該ブラシ（３）を前記フィン（１），（１）・・の間隙に沿って移動させる駆動手段（４）とによって構成された機械的除霜手段（Ｘ）を付設してなる熱交換器であって、前記各フィン（１）における前記伝熱管（２）の配列を１列となしたことを特徴とする熱交換器。