JP2010203635A

JP2010203635A - 熱交換器およびその製造方法

Info

Publication number: JP2010203635A
Application number: JP2009047041A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Nomura; 知仁野村; Masayuki Nishio; 正行西尾
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】付着した霜を効率的に除去し得るよう構成した熱交換器と、この熱交換器を製造する方法を提供する。
【解決手段】熱交換器４０は、内部に冷媒が通過するチューブ４１の外周面４１Ａに、スパイラル状にフィン４２を巻付け固定して構成したスパイラルフィンチューブ４３を備える。チューブ４１の外周面４１Ａには、フィン４２に沿ってスパイラル状に巻付けられたヒータ５０が配設されている。従って、ヒータ５０を加熱することで、スパイラルフィンチューブ４３の全体が直接かつ均一的に加熱される。なおヒータ５０は、コードヒータ等が採用される。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷蔵庫や冷凍庫の冷凍機構を構成する熱交換器と、この熱交換器の製造方法に関するものである。

図６は、冷蔵庫１１と冷凍庫１２とを上下に備えた冷凍冷蔵庫１０における該冷凍庫１２の後部を部分的に示す部分断面図である。冷凍庫１２の庫内後部には空気流通路１３が画成され、図示省略した冷凍機構を構成する熱交換器(エバポレータ)２０と、この熱交換器２０の上部に配設されてモータ１７により駆動される送風ファン１８等が、該空気流通路１３に配設されている。そして、冷凍庫１２と空気流通路１３とを区画する区画壁１４には、熱交換器２０の配設位置に対応する空気導入口１５が形成されると共に、この空気導入口１５の上部に位置する前記送風ファン１８の配設位置に対応する空気吹出口１６が形成されている。従って、冷凍庫１２内の空気は、前記送風ファン１８の駆動により空気導入口１５および空気吹出口１６を介して冷凍庫１２内と空気流通路１３内を循環し、冷凍機構の冷却運転により冷却された前記熱交換器２０に接触することで循環しながら冷却される。

前記熱交換器２０は、様々な型式のものが実施されているが、最近では、スパイラルフィンチューブ型の熱交換器が実用化されている。この型式の熱交換器２０は、図６〜図８に示すように、内部に冷媒が通過するチューブ２１の外周面２１Ａに、該チューブ２１の軸方向へスパイラル状にフィン２２を巻付け固定したスパイラルフィンチューブ２３から構成されている。このような熱交換器２０は、スパイラルフィンチューブ２３を所要位置で屈曲させて複数の直線部分２３Ａを並列状に設けることで、空気との熱交換を効率的に行ない得るよう構成される。

そして、前記空気流通路１３内において前記熱交換器２０の下方にはヒータ３０が配設され、冷凍機構の冷却運転により該熱交換器２０のチューブ２１の外周面２１Ａやフィン２２の外面に形成されて付着した霜を除去するようになっている。このヒータ３０は、熱交換器２０とは非接触状態に配設されており、輻射熱を利用して該熱交換器２０の除霜を行なうよう構成されている。このような熱交換器に関しては、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００３−３１４９４７号公報

前述した熱交換器２０は、図６に示すように、スパイラルフィンチューブ２３における複数の直線部分２３Ａが並列状に位置するため、ヒータ３０と各直線部分２３Ａとの距離を一定にすることが困難である。特に、空気流通路１３の内部容積や形状が限られているため、図６に示す配設形態では、下方に位置する直線部分２３Ａはヒータ３０に近接しているものの、上方にいくにつれてヒータ３０からの距離が大きくなり、上方に位置する直線部分２３Ａほど該ヒータ３０の輻射熱が伝わり難い。しかも、隣接する直線部分２３Ａに巻付け固定されているフィン２２は互いに接触していないため、該フィン２２を介した熱移動も起こり難くなっている。すなわち、従来の熱交換器２０は、ヒータ３０による除霜完了までの時間が部位毎に異なり(上方ほど所要時間が長い)、除霜を短時間で効率的に行ない難い課題を内在していた。

そこで本発明では、前述した従来の技術に内在している課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、スパイラルフィンチューブに形成されて付着した霜を効率的に除去し得るよう構成した熱交換器と、この熱交換器を製造する方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決し、所期の目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、内部に冷媒が通過するチューブの外周面に、スパイラル状にフィンを巻付け固定して構成したスパイラルフィンチューブを備えた冷凍機構の熱交換器において、
前記チューブの外周面に、前記フィンに沿ってスパイラル状に巻付けられたヒータを備えたことを特徴とする。

従って、請求項１に係る発明によれば、ヒータがフィンに沿ってチューブの外周面に接触した状態でスパイラル状に巻付けられているので、該チューブを直接加熱することができ、これらチューブやフィンに形成されて付着した霜を効率的に除去することが可能である。

請求項２に記載の発明は、前記ヒータは、前記フィンに接触した状態で前記チューブの外周面に巻付けられていることを要旨とする。
従って、請求項２に係る発明によれば、ヒータがフィンに接触しているので、該フィンを直接加熱することが可能であり、該フィンの外面に形成されて付着した霜も効率的に除去することが可能である。

請求項３に記載の発明は、スパイラルフィンチューブを備えた冷凍機構の熱交換器を製造する方法であって、
内部に冷媒が通過するチューブの外周面に対して、フィンとヒータとを横並びにセットし、
前記ヒータを、前記フィンと一緒に前記チューブの外周面にスパイラル状に巻付けて、前記スパイラルフィンチューブを形成することを特徴とする。

従って、請求項３に係る発明によれば、フィンとヒータとを同一工程でチューブの外周面に巻付けるようにしたので、ヒータの配設作業に伴う作業工数が増加せず、熱交換器の製造コストのアップが抑えられる。

本発明に係る熱交換器によれば、スパイラルフィンチューブのチューブ外周面に、フィンに沿ってヒータを巻付けた構成としたので、チューブやフィンに形成されて付着した霜を効率的に除去することができる。
また、別の発明に係る熱交換器の製造方法によれば、フィンとヒータとを同時にチューブの外周面に巻付けるようにしたので、ヒータの配設に伴う熱交換器の製造コストのアップが抑えられる。

実施例の熱交換器を備えた冷凍冷蔵庫の部分断面図である。チューブの外周面に、フィンに沿ってヒータをスパイラル状に巻付けて構成された実施例の熱交換器を部分的に示す説明図である。図２のIII−III線断面図である。チューブの外周面に、フィンとヒータを同時に巻付ける作業状態を示す説明図である。チューブの外周面に対するヒータの巻付け態様の変更例を示す説明図である。スパイラルフィンチューブから構成される従来の熱交換器を備えた冷凍冷蔵庫の部分断面図である。熱交換器を構成するスパイラルフィンチューブの部分斜視図である。図７に示すスパイラルフィンチューブの部分平面図である。

次に、本発明に係る熱交換器およびその製造方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。実施例では、冷凍冷蔵庫に装備される冷凍機構の熱交換器を例示するが、本願が対象とする熱交換器は、冷蔵庫や冷凍庫等の冷凍機構を構成するものも対象とされる。なお、冷凍冷蔵庫の基本的構成に変更はないので、図５に既出の部材、部位と同一の部材、部位は同一符号で指示し、冷凍冷蔵庫の詳細説明は省略して熱交換器に関連する事項について説明する。

図１は、冷凍冷蔵庫１０における冷凍庫１２の後部を部分的に示す部分断面図である。冷凍庫１２の庫内後部に画成された空気流通路１３には、図示省略した冷凍機構を構成する実施例の熱交換器４０と、この熱交換器４０の上部に配設されてモータ１７により駆動される送風ファン１８等とが配設されている。

熱交換器４０は、冷凍機構を構成する圧縮機、凝縮器および膨張弁等と共に冷凍サイクルを構成する。実施例の熱交換器４０は、内部を冷媒が通過するチューブ４１の外周面４１Ａに、該チューブ４１の軸方向へ所要ピッチでスパイラル状にフィン４２を巻付け固定して形成されたスパイラルフィンチューブ４３を備えている。このスパイラルフィンチューブ４３は、図７に示す従来の熱交換器２０におけるスパイラルフィンチューブ２３と基本構成は同一である。

チューブ４１は、例えば熱伝導性に優れた銅管であり、適宜部位での折曲変形が可能である。なおチューブ４１は、フィン４２を巻付け固定すると共に後述するヒータ５０を巻付けた後で、所要位置において折曲変形する。

フィン４２は、例えば熱伝導性に優れたアルミニウムを材質とする薄肉の長尺部材である。このフィン４２は、一方の端部４２Ａ側において長手方向へ延在する連設部４４と、この連設部４４から短手方向へ延出して、長手方向へ所要間隔毎に形成された複数の突片部４５とを備えている。従って、フィン４２の長手方向において各突片部４５の先端間隔を狭くするようにすると、連設部４４が長手方向において突片部４５側へ反るようになり、フィン４２は全体的に円形の螺旋状に変形することが可能である。

前述のように構成されたフィン４２は、各突片部４５の先端をチューブ４１の外周面４１Ａに当接させながら、該チューブ４１に軸方向へ所要ピッチでスパイラル状に巻付けることが可能である。なお、フィン４２の長手方向の両端部には、チューブ４１に固定したブラケット４６に挟持される固定片４７が形成されている。従ってフィン４２は、チューブ４１にスパイラル状に巻付けた状態で各固定片４７をブラケット４６に挟持させることで、該チューブ４１に接触した状態で固定される。

そして、実施例の熱交換器４０は、図１〜図３に示すように、前記チューブ４１の外周面４１Ａに、前記フィン４２に沿ってスパイラル状に巻付けられたヒータ５０を備えている。このヒータ５０は、チューブ４１の外周面４１Ａに接触した状態で巻付けられ、通電して加熱することでチューブ４１を直接加熱し得る。またヒータ５０は、フィン４２の各突片部４５にも接触した状態でチューブ４１に巻付けられており、該フィン４２も直接加熱することが可能となっている。

前記ヒータ５０は、細長く、可撓性を有してフレキシブルに形状変形が可能であり、かつ絶縁性や耐湿性等を備えたものが好適に使用される。具体的には、シリコンコードヒータ、ビニルコードヒータまたはシリコンテープヒータ等が使用可能である。このうち、シリコンコードヒータおよびシリコンテープヒータは、被覆材がシリコンゴムから形成されており、シリコンコードヒータは短手方向の断面が略円形状を呈し、シリコンテープヒータは短手方向の断面が略矩形状を呈したものである。またビニルコードヒータは、被覆材が耐熱ビニルから形成されており、短手方向の断面が略円形状を呈したものである。このようなヒータ５０は、図２に示すように、チューブ４１に巻付けた際に外周面４１Ａを部分的に被覆するだけなので、熱交換器４０の冷却効率に影響を及ぼさない。

前記ヒータ５０は、図４に示すように、巻付け前の前記フィン４２と横並びにセットしたもとで、該フィン４２と一緒にチューブ４１の外周面４１Ａに対してスパライル状に巻付けるようになっている。すなわち、フィン４２およびヒータ５０におけるこれからチューブ４１の外周面４１Ａに巻付けられる部位を一緒に把持したもとで、これらフィン４２およびヒータ５０をチューブ４１に巻付ける。但し、ここでいう「一緒に巻付ける」とは、フィン４２とヒータ５０とをまさしく同時に巻付けていくことだけを意味するものではなく、フィン４２の巻付けと適宜の時間差をもってチューブ４１に順次巻付けることも含んでいる。従って、チューブ４１の外周面４１Ａにフィン４２を巻付け固定した後から、適宜時間差をもってヒータ５０を追従するように外周面４１Ａに巻付けるようにしてもよい。

なお、図２および図３に示すように、フィン４２に沿って配設されたヒータ５０の外周面よりも該フィン４２の外径が大きい。従って、前述したチューブ４１の折曲変形作業は、フィン４２の外端面をベンダーで把持しながら行なわれるため、ヒータ５０に大きな力が加わることがなく、該ヒータ５０が破損したり断線することはない。

(実施例の作用)
前述のように構成された実施例の熱交換器４０は、図１に示すように、冷凍冷蔵庫１０の空気流通路１３内に配設され、チューブ４１の一方端部は冷凍機構における膨張弁側に接続され、該チューブ４１の他方端部は圧縮機側へ接続される。また、ヒータ５０の図示省略した電極は、冷凍冷蔵庫１０の電源装置に電気的に接続される。このもとで、冷凍機構を冷却運転することにより、低圧液化状態の冷媒がチューブ４１内を通過する際に気化して、気化熱によりチューブ４１が冷却されると共にフィン４２も冷却される。

そして、冷凍機構の冷却運転により、チューブ４１の外周面４１Ａおよびフィン４２の外面に霜が規定の量まで付着したら、冷凍機構の冷却運転を停止すると共にヒータ５０に通電して除霜運転を開始する。通電されたヒータ５０の加熱により、該ヒータ５０に接触している霜が短時間で融解する。また、ヒータ５０が接触するチューブ４１が短時間で加熱されるので、該チューブ４１の外周面４１Ａに付着した霜が短時間で融解して除去される。更に、ヒータ５０の加熱により、該ヒータ５０が接触するフィン４２も短時間で加熱されるので、該フィン４２の外面に付着した霜も融解して除去される。従って、スパイラルフィンチューブ４３に付着している霜が、短時間で効率的に除去される。

実施例の熱交換器４０によれば、次のような作用効果を奏する。
(１)チューブ４１の外周面４１Ａに、フィン４２に沿ってヒータ５０をスパイラル状に巻付けた構成としたことで、該ヒータ５０を通電加熱するとチューブ４１が直接加熱されるので、該チューブ４１の外周面４１Ａに付着した霜を効率的に除去できる。しかも、チューブ４１のヒータ５０が巻付けられている部分は全体的に均一に加熱されるので、熱交換器４０の全体を短時間で効率よく加熱することができる。また、ヒータ５０がフィン４２に接触した状態でスパイラル状に巻付けられているので、該フィン４２も直接加熱されて、フィン４２の外面に付着した霜も効率的に除去できる。更に、ヒータ５０の外面に接触している霜も除去できる。
(２)ヒータ５０は、シリコンコードヒータ、ビニルコードヒータまたはシリコンテープヒータ等の細長くて変形が容易なものであるので、チューブ４１の外周面４１Ａに対してスパイラル状に巻付けられていても嵩張らず、熱交換器４０を通過する空気の妨げにならない。しかも、コードヒータやテープヒータは廉価で供給されるので、当該ヒータ５０の採用による製造コストは、従来の輻射熱ヒータ３０を採用する場合より低く抑えることが可能である。
(３)ヒータ５０がチューブ４１の外周面４１Ａにスパイラル状に巻付け固定されているので、従来のような輻射熱ヒータ３０を利用した除霜形態とは異なり、スパイラルフィンチューブ４３を集約的に配設する必要がなくなり、該スパイラルフィンチューブ４３の配管形態を自由に設定することが可能である。
(４)ヒータ５０とフィン４２とを同一工程でチューブ４１の外周面４１Ａに巻付けるようにしたので、該ヒータ５０の配設作業に係る作業工数が増加せず、熱交換器４０の製造コストのアップを抑えることが可能である。

(変更例)
熱交換器４０は、前記実施例以外の形態に変更することも可能である。
(１)ヒータ５０は、図５に示すように、フィン４２の外面に接触させずにチューブ４１の外周面４１Ａに対してスパイラル状に巻付けるようにしてもよい。この場合でも、ヒータ５０を加熱してチューブ４１が加熱されると、該チューブ４１に接触するフィン４２も加熱されるようになる。なお、ヒータ５０を、フィン４２に沿ってチューブ４１の外周面４１Ａにスパイラル状に巻付ける際には、該ヒータ５０とフィン４２との間隔は一定である必要はない。
(２)ヒータ５０は、チューブ４１のフィン４２が巻付け固定されている部分だけでなく、該フィン４２が固定されていない部分まで延長して配設するようにしてもよい。

４１チューブ，４１Ａ外周面，４２フィン，４３スパイラルフィンチューブ
５０ヒータ

Claims

内部に冷媒が通過するチューブ(41)の外周面(41A)に、スパイラル状にフィン(42)を巻付け固定して構成したスパイラルフィンチューブ(43)を備えた冷凍機構の熱交換器において、
前記チューブ(41)の外周面(41A)に、前記フィン(42)に沿ってスパイラル状に巻付けられたヒータ(50)を備えた
ことを特徴とする熱交換器。
前記ヒータ(50)は、前記フィン(42)に接触した状態で前記チューブ(41)の外周面(41A)に巻付けられている請求項１記載の熱交換器。
スパイラルフィンチューブ(43)を備えた冷凍機構の熱交換器を製造する方法であって、
内部に冷媒が通過するチューブ(41)の外周面(41A)に対して、フィン(42)とヒータ(50)とを横並びにセットし、
前記ヒータ(50)を、前記フィン(42)と一緒に前記チューブ(41)の外周面(41A)にスパイラル状に巻付けて、前記スパイラルフィンチューブ(43)を形成する
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。