JP2014163633A - 冷却器、および冷蔵庫 - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来の冷却器においては、露がフィンの間に留まらずに流れ落ちるようにするための機能はなく、従来の熱交換器においても、撥水処理がされたフィン部分および親水処理がされたフィン部分が設けられているものの、露がフィンの間に留まらずに流れ落ちるようにするための機能は十分ではない。そして、従来の冷却器または熱交換器の構成では、フィンの間に留まった露が風の抵抗となって冷却効率を低下させていることがあった。
【解決手段】 板厚方向に間隔をおいて設けられた複数のフィン117と、フィン117を貫通してフィン117の端で折り返す、冷媒が流れるチューブ116と、を備え、フィン117には、斜め下向きのスリット118が設けられていることを特徴とする、冷却器106である。
【選択図】 図2
【解決手段】 板厚方向に間隔をおいて設けられた複数のフィン117と、フィン117を貫通してフィン117の端で折り返す、冷媒が流れるチューブ116と、を備え、フィン117には、斜め下向きのスリット118が設けられていることを特徴とする、冷却器106である。
【選択図】 図2
Description
本発明は、たとえば、冷蔵庫、冷凍庫、および空調機の室外機などにおいて空気を冷却する冷却器、および冷蔵庫に関する。
従来の冷蔵庫の冷却器には、着霜を前提として除霜を行う機能を有するものがある(たとえば、特許文献1参照)。
そこで、図7を参照しながら、そのような従来の冷蔵庫の冷却器の構成および動作についてより具体的に説明する。
ここに、図7は、従来の冷蔵庫の冷却器1の模式的な斜視図である。
冷却器1は、チューブ2およびフィン3から構成されている。
チューブ2の外周には、多数のフィン3が一定間隔で設けられている。
冷媒4がチューブ2内で蒸発すると、チューブ2およびフィン3の温度が低下し、下側から送風される風5が冷却される。
空気中の水蒸気がチューブ2およびフィン3に着霜した霜が着霜センサー6で光学的に検知されると、冷媒4の流通および風5の送風が停止され、冷却器1がその下にあるガラス管ヒーター7によって加熱される除霜運転への切り替えが行われ、霜は溶かされて露となり、露が重力のために鉛直下向きに流れ落ちる。
そして、除霜の完了が除霜センサー8で検知されると、ガラス管ヒーター7による加熱が停止され、冷却運転が再開される。
一方、従来の空調機の熱交換器には、撥水層および親水層がフィンの表面に設けられているものがある(たとえば、特許文献2参照)。
そこで、図8を参照しながら、そのような従来の空調機の熱交換器の構成および動作についてより具体的に説明する。
ここに、図8は、従来の空調機の熱交換器11の模式的な縦断面図である。
熱交換器11は、チューブ12およびフィン13から構成されている。
熱交換器11は、暖房が行われる際にはたとえば除湿用の冷却器として機能する。
チューブ12の外周には、多数のフィン13が一定間隔で設けられている。
冷媒14がチューブ12内で蒸発すると、チューブ12およびフィン13の温度が低下し、左側から送風される風15が冷却される。
そして、冷媒14は、空気から熱を得る。
フィン部分13aはチューブ12の周囲にあるフィン13の撥水処理部であり、フィン部分13bはフィン13の親水処理部である。
フィン部分13bは、チューブ12の間に挟まれる風15の風上側では帯状であって風下側に傾斜して下がり、風下側で縦につながっている。
空気中の水蒸気は、チューブ12およびフィン13により冷却され、フィン13の表面で結露する。
撥水処理がされたフィン部分13aで結露した球状の露は、重力のために鉛直下向きに下降し、親水処理がされたフィン部分13bの帯状の部分に達し、濡れ広がる。
露はさらに下降し、フィン部分13bの風下側で縦につながっている部分に達し、そこで鉛直下向きに流れ落ちる。
水蒸気がフィン13の温度が低いために着霜した場合には、除霜運転への切り替えが行われ、着霜した霜は溶かされて露となり、露が重力のために鉛直下向きに急速に流れ落ちる。
しかしながら、本発明者は、上述された従来の冷却器1においては、露がフィン3の間に留まらずに流れ落ちるようにするための機能はなく、上述された従来の熱交換器11においても、撥水処理がされたフィン部分13aおよび親水処理がされたフィン部分13bが設けられているものの、露がフィン13の間に留まらずに流れ落ちるようにするための機能は十分ではないことに気付いた。
そして、本発明者は、このような従来の冷却器1または熱交換器11の構成では、フィン3またはフィン13の間に留まった露が風5または風15の抵抗となって冷却効率を低下させていることがあることに気付いた。
本発明は、上述された従来の課題を考慮し、たとえば、露の発生にともなう冷却効率の低下を抑制することが可能な、冷却器、および冷蔵庫を提供することを目的とする。
第1の本発明は、板厚方向に間隔をおいて設けられた複数のフィンと、
前記フィンを貫通して前記フィンの端で折り返す、冷媒が流れるチューブと、
を備え、
前記フィンには、斜め下向きのスリットが設けられていることを特徴とする、冷却器である。
前記フィンを貫通して前記フィンの端で折り返す、冷媒が流れるチューブと、
を備え、
前記フィンには、斜め下向きのスリットが設けられていることを特徴とする、冷却器である。
第2の本発明は、冷却用の送風の向きは、鉛直下向きであることを特徴とする、第1の本発明の冷却器である。
第3の本発明は、前記スリットの幅は、隣接する前記フィンの内法以上であることを特徴とする、第1の本発明の冷却器である。
第4の本発明は、前記フィンの表面は、親水性であることを特徴とする、第1の本発明の冷却器である。
第5の本発明は、前記スリットは、前記フィンの一端から前記フィンの他端へ向かって斜め下向きに設けられていることを特徴とする、第1の本発明の冷却器である。
第6の本発明は、冷却用の送風の向きは、鉛直下向きであり、
前記鉛直下向きである送風の量は、前記フィンの他端の側に比べて前記フィンの一端の側で大きくなっていることを特徴とする、第5の本発明の冷却器である。
前記鉛直下向きである送風の量は、前記フィンの他端の側に比べて前記フィンの一端の側で大きくなっていることを特徴とする、第5の本発明の冷却器である。
第7の本発明は、前記フィンの、前記スリットによって区切られた各部分の面積は、冷却用の送風の上流から下流に向かって大きくなっていることを特徴とする、第1の本発明の冷却器である。
第8の本発明は、前記スリットは、前記フィンの中央から前記フィンの両側へ向かって斜め下向きに設けられていることを特徴とする、第1の本発明の冷却器である。
第9の本発明は、前記フィンの、前記スリットによって区切られた各部分は、前記板厚方向に交互にずれていることを特徴とする、第1の本発明の冷却器である。
第10の本発明は、冷蔵室と、
冷却用の送風を行う送風手段と、
第1から第9の何れかの本発明の冷却器と、
を備えることを特徴とする、冷蔵庫である。
冷却用の送風を行う送風手段と、
第1から第9の何れかの本発明の冷却器と、
を備えることを特徴とする、冷蔵庫である。
本発明によって、たとえば、露の発生にともなう冷却効率の低下を抑制することが可能な、冷却器、および冷蔵庫を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。
はじめに、図1を主として参照しながら、本実施の形態の冷蔵庫の構成および動作について説明する。
ここに、図1は、本発明における実施の形態の冷蔵庫の概略断面図である。
食品などが収納される冷蔵室103は、ドア102を有する冷蔵庫本体101の内部であり、複数の仕切板104で区分けされている。
冷蔵室103内の背面部の上部には、冷却器室105が形成されている。
冷却器室105には、冷気を生成する冷却器106と、冷却用の送風を行う送風手段としての、冷気を送風する送風ファン107と、冷蔵室103の空気を冷却器106に導く吸込ダクト108と、冷却器106で冷却された空気を冷蔵室103に導く吐出ダクト109と、が設けられている。
後に詳述されるように、冷却器106は、板厚方向に間隔をおいて設けられた複数のフィン117と、フィン117を貫通してフィン117の端で折り返す、冷媒が流れるチューブ116と、を備え、フィン117には、斜め下向きのスリット118が設けられている。
送風ファン107は、冷却器室105の上部に設けられている。
吸込ダクト108は、冷却器106の手前に位置し、冷蔵室103内に開口している吸込口110から冷却器106の上部につながっている。
吐出ダクト109は、冷却器106の奥に設けられており、冷却器106の下部から吐出口111を経由して冷蔵室103につながっている。
冷凍サイクルは、順次接続された、圧縮機112、凝縮機113、絞り装置(図示せず)、および冷却器106によって形成されている。
水路114は、冷却器106の下に位置し、冷却器106で生成した結露水および霜が除霜時に溶けた水などが流れる。
蒸発トレイ115は、圧縮機112の上部にある。
そして、水路114を通過してきた水は、この蒸発トレイ115にたまり、圧縮機112の熱で蒸発する。
たとえば、ドア102の開閉が行われた場合、および食品などが新たに冷蔵室103内に入れられた場合において、冷蔵室103内の温度が設定値より上昇すると、圧縮機112および送風ファン107が運転を開始し、冷媒が冷却器106内に送られる。
冷蔵室103内の空気は、矢印で図示されているように、吸込口110より吸込まれ、吸込ダクト108を通り、冷却器106内では鉛直下向きに送られ、冷却器106内の冷媒の蒸発潜熱により冷却される。
そして、冷却器106で冷却された空気は、矢印で図示されているように、吐出ダクト109を通り、吐出口111から冷蔵室103内に吐出される。
冷蔵室103内においては、冷却が送風ファン107の運転による空気の循環を利用して設定温度になるまで行われる。
そして、冷蔵室103の温度が設定温度になると、送風ファン107は運転を停止し、冷蔵室103内の空気の循環が止まり、圧縮機112の運転も停止する。
外気がドア102の開閉により冷蔵室103内に入ってきたり、食品などが新たに冷蔵室103内に入れられたりすると、冷蔵室103内の空気中の水蒸気が増加するので、結露および着霜が冷却器106において発生しやすいが、上述されたように、結露水および霜が溶けた水は、水路114を通過し、蒸発トレイ115に達し、圧縮機112の熱で蒸発する。
つぎに、図2(a)〜(c)を主として参照しながら、冷却器106の構成および動作について詳述する。
ここに、図2(a)は本発明における実施の形態の冷却器106の概略正面図であり、図2(b)は本発明における実施の形態の冷却器106の概略上面図であり、図2(c)は本発明における実施の形態の冷却器106の概略A−A断面図である。
その中を冷媒が通るチューブ116の材質は、たとえば、アルミニウム、銅、またはそれらの合金である。
短冊状の孔が開いているフィン117には、チューブ116が嵌め合わされるかまたはロウ付けされるかされている。
フィン117の材質は、たとえば、アルミニウム、銅、またはそれらの合金である。
チューブ116は、板厚方向に間隔をおいて設けられた複数のフィン117を貫通している。
より具体的には、チューブ116は、冷却器106の端面すなわち複数のフィン117の外側でU字状に曲がり、その向きをかえて折り返し、フィン117を貫通している。
フィン117には、スリット118が、隣接するチューブ116の間において斜め下向きの角度θで形成されている。
より具体的には、スリット118が、フィン117のフィン他端117bに向かって、フィン他端117bとは反対にあるフィン117の一端からチューブ116の間を越える位置まで形成されている。
その加工方法については、たとえば、切除を利用することができる。
角度θは、スリット118の長手方向の向きと、鉛直下向きであるチューブ116の並ぶ向き116aと垂直な向きと、の間の角度である。
角度θは、本実施の形態においては約15度であるが、スリット118の表面に付着した水滴がフィン他端117bまで移動可能な角度であれば、どのような角度でもよい。
チューブ116が貫通しているチューブ周辺部117aは、フィン117の、スリット118およびフィン他端117b以外の部分である。
つまり、チューブ周辺部117aは、スリット118およびフィン他端117bで囲まれた領域である。
スリット118の幅Wが隣接するフィン117の内面の内法IM以上であると、水が隣接するフィン117の間を塞いでしまった状態においても、結露水がスリット118に沿って溜まらずに流れやすい。
フィン他端117bは、フィン117の上側から下側までつながっている。
そして、フィンの下端117cも、斜め下向きの角度θで形成されており、フィン他端117bに達している。
つぎに、図3(a)〜(c)を主として参照しながら、フィン117において発生する結露の冷凍サイクルの稼動にともなう状態変化について詳述する。
ここに、図3(a)〜(c)は、本発明における実施の形態の冷却器106の、フィン117において発生する結露の冷凍サイクルの稼動にともなう状態変化を説明するための概略A−A断面図(その一〜その三)である。
まず、図3(a)に示されているように、冷凍サイクルの稼動が開始されると、冷媒がチューブ116内で蒸発し、チューブ周辺部117aが冷却される。
そして、冷蔵室103からの循環風119がチューブ周辺部117aに触れると、空気中の水蒸気が凝結して結露する。
フィン117の表面は、親水性である。
フィン117の表面が親水性である、すなわち結露した水とフィン117の表面との接触角が90度未満である場合には、大きな露が形成されにくいので、循環風119の抵抗の発生が抑制される。
つぎに、図3(b)に示されているように、冷凍サイクルの稼動が継続されると、結露した水滴120aがスリット118の上側に付着していく。
循環風119は下降しており、循環風119の向きと重力の向きが同じであるので、水滴120aの重力による下降が促進される。
上述された従来の冷却器1の構成では風5の送風の向きは露が重力により下降する向きとは正反対であり、上述された従来の熱交換器11の構成では風15の送風の向きは露が重力により下降する向きとは垂直であり、何れの構成においても風5または風15の送風の向きは露が下降する向きとは異なっていた。
そして、チューブ周辺部117aの下端であるスリット118の上側に付着した水滴120aは、斜め下向きの角度θで形成されているスリット118に沿って斜め下向きに流れる。
上述されたように、循環風119の向きと重力の向きが同じであるので、水滴120aはこれらの分力によってフィン他端117bへと容易に流れていく。
そして、図3(c)に示されているように、フィン他端117bに移動してきた水滴120bは、フィン他端117bに沿って下降していく。
水滴120bは、フィン他端117bに沿って下降し成長して水滴120cとなり、水滴120cは、フィン他端117bに沿ってさらに下降し成長して水滴120dとなってフィン他端117bの下端から落下する。
上述されたように、循環風119の向きと重力の向きが同じであるので、水滴120bおよび120cは容易にフィン他端117bに沿って下降していき、水滴120dは容易にフィン他端117bの下端から落下していく。
鉛直下向きである循環風119の量は、フィン117のフィン他端117bの側に比べてフィン他端117bとは反対にある一端の側で大きくなっている。
そのような場合には、水滴120bおよび120cが鉛直下向きである循環風119の量、つまり循環風119の流速がより小さいフィン他端117bを通って下降していくので、循環風119の抵抗の発生が抑制されるとともに、循環風119によって飛散させられて下流に運ばれた水滴120a〜120dが冷蔵室103の食品などを傷めてしまう恐れが低減される。
さらに、フィン他端117bからチューブ116の中心までの距離Cが、スリット118の入口である、フィン他端117bとは反対にある一端からチューブ116の中心までの距離Bに比べて大きい、すなわち(距離B)<(距離C)である。
そのような場合には、最も循環風119を接触させたいチューブ116が配置されているフィン117の部分において、流路抵抗が大きくなってしまうことがなく、フィン他端117bの側で最も小さくフィン他端117bとは反対にある一端の側で最も大きくなる循環風119の量、つまり循環風119の流速も確保されているので、本来的に期待される冷却効率が十分に得られる。
もちろん、吸込ダクト108および吐出ダクト109は、冷却器106の手前側および奥側にそれぞれ配置されていてもよいが(図1参照)、たとえば、冷蔵室103の奥行きを広げてその容積を大きくするために、冷却器106の左側および右側にそれぞれ配置されていてもよい。
以上においては冷凍サイクルの稼動にともなう冷却運転における動作について説明を詳しく行ったが、除霜運転における動作についても同説明を当然のことながら適用することができる。
なお、図4(a)〜(c)に示されているように、フィン117の、スリット118によって区切られた各部分の面積は、冷却用の循環風119の上流から下流に向かって大きくなっていてもよい。
ここに、図4(a)は本発明における実施の形態の他の冷却器1062の概略正面図であり、図4(b)は本発明における実施の形態の他の冷却器1062の概略上面図であり、図4(c)は本発明における実施の形態の他の冷却器1062の概略A−A断面図である。
より具体的に説明すると、チューブ周辺部117aの面積は、上述された冷却器106の場合におけるそれらとは異なり、循環風119の上流から下流に向かって大きくなっている。
すなわち、隣接するチューブ116の中心間距離に一致するチューブ周辺部117aの縦方向の長さとして定義される、折り返しているチューブ116の隣接ピッチD〜Gは、循環風119の上流から下流に向かって大きくなっており、(隣接ピッチD)<(隣接ピッチE)<(隣接ピッチF)<(隣接ピッチG)が成立している。
循環風119が冷却器1062を通過するとき、結露および着霜は上流側において下流においてより多く発生する。
そこで、(隣接ピッチD)<(隣接ピッチE)<(隣接ピッチF)<(隣接ピッチG)が成立するようにし、循環風119の上流側のチューブ周辺部117aの面積が循環風119の下流側のチューブ周辺部117aの面積に比べて小さくなるようにする。
すると、上流側のチューブ周辺部117aの水滴120aは、チューブ周辺部117aの面積が小さいので、成長しにくい。
かくして、スリット118の上側に付着した水滴120aが大きくなることを回避しつつ、成長していく水滴120a〜120dを効率よく落下させることができる。
したがって、水滴120a〜120dが循環風119の抵抗となりにくいので、冷却効率の低下を抑制することが可能である。
また、図5(a)に示されているように、スリット118は、フィン117の中央からフィン117の両側へ向かって斜め下向きに設けられていてもよい。
ここに、図5(a)は、本発明における実施の形態のさらに他の冷却器(その一)の概略断面図である。
より具体的に説明すると、フィン117には、スリット118が、隣接するチューブ116の間において中央からフィン117の両側へ向かって斜め下向きの角度θで形成されている。
角度θは、スリット118の長手方向の向きと、鉛直下向きであるチューブ116の並ぶ向きと垂直な向きと、の間の角度である。
そして、一対のスリット118が、フィン117の中央からフィン117の両側へ向かうように配置されている。
循環風119のためにチューブ周辺部117aに結露した水滴120aは、スリット118の上側に付着する。
循環風119は下降しており、循環風119の向きと重力の向きが同じであるので、水滴120aの重力による下降が促進される。
そして、チューブ周辺部117aの下端であるスリット118の上側に付着した水滴120aは、斜め下向きの角度θで形成されているスリット118に沿って斜め下向きに流れる。
上述されたように、循環風119の向きと重力の向きが同じであるので、水滴120aはこれらの分力によってフィン117の両側へと容易に流れていく。
すると、上流側のチューブ周辺部117aの水滴120aは、フィン117の中央からフィン117の両側へ分かれて流れ、循環風119の量、つまり循環風119の流速が確保されているチューブ116が配置されているフィン117の中央を横切らないので、循環風119の抵抗の発生が抑制されるとともに、循環風119によって飛散させられて下流に運ばれた水滴120a〜120dが冷蔵室103の食品などを傷めてしまう恐れが低減される。
かくして、成長していく水滴120a〜120dを効率よく落下させることができる。
したがって、水滴120a〜120dが循環風119の抵抗となりにくいので、冷却効率の低下を抑制することが可能である。
もちろん、図5(b)に示されているように、長手方向が鉛直方向に一致するように配置されたフィン117には、山形形状すなわち逆V字形状を有する中央でつながったスリット118と、鉛直方向に隣接するスリット118の間に形成される中央でつながっていない補助スリット121と、が設けられていてもよい。
ここに、図5(b)は、本発明における実施の形態のさらに他の冷却器(その二)の概略断面図である。
スリット118は山形形状を有し中央でつながっているので、水滴120aは中央に留まりにくい。
さらに、補助スリット121は隣接するスリット118の間に配され中央でつながっていないので、水滴120aは大きくなる前に両側へ容易に流れていく。
したがって、水滴120a〜120dが循環風119の抵抗となりにくいので、冷却効率の低下を抑制することが可能である。
また、図6(a)および(b)に示されているように、フィン117の、スリット118によって区切られた各部分は、板厚方向に交互にずれていてもよい。
ここに、図6(a)は本発明における実施の形態のさらに他の冷却器(その三)のフィン117の概略斜視図であり、図6(b)は本発明における実施の形態のさらに他の冷却器(その三)のフィン117の概略上面図である。
より具体的に説明すると、フィン117のチューブ周辺部117aは、チューブ116(図5(a)参照)が貫通する板厚方向に対して交互に曲げられており、フィン他端117bと同一平面の上にない。
その加工方法については、たとえば、アルミニウムの板を水平方向に対して角度θでせん断し、フィン117の隣接するチューブ周辺部117aの根本を異なる方向に折り曲げ、奇数番目のチューブ周辺部117aと偶数番目のチューブ周辺部117aとがそれぞれ一定の距離を隔てた平行な二平面の上にあるようにする。
すると、板を折り曲げることでスリット118を形成するので、切除による材料ロスが発生せず、チューブ周辺部117aの面積がより広くなって冷却効率が向上する。
さらに、フィン他端117bには鉛直方向の縦溝122が設けられており、毛管現象を利用して成長していく水滴120a〜120d(図5(a)参照)を効率よく落下させることができる。
もちろん、図6(c)に示されているように、奇数番目のチューブ周辺部117aがフィン他端117bと同一平面の上にあり、偶数番目のチューブ周辺部117aがフィン他端117bと同一平面の上になくてもよい。
ここに、図6(c)は、本発明における実施の形態のさらに他の冷却器(その四)のフィン117の概略上面図である。
本発明における冷却器、および冷蔵庫は、たとえば、露の発生にともなう冷却効率の低下を抑制することが可能であり、冷蔵庫、冷凍庫、および空調機の室外機などにおいて空気を冷却する冷却器、および冷蔵庫に利用するために有用である。
106 冷却器
116 チューブ
116a 向き
117 フィン
117a チューブ周辺部
117b フィン他端
118 スリット
θ 角度
W 幅
IM 内法
116 チューブ
116a 向き
117 フィン
117a チューブ周辺部
117b フィン他端
118 スリット
θ 角度
W 幅
IM 内法
Claims (10)
- 板厚方向に間隔をおいて設けられた複数のフィンと、
前記フィンを貫通して前記フィンの端で折り返す、冷媒が流れるチューブと、
を備え、
前記フィンには、斜め下向きのスリットが設けられていることを特徴とする、冷却器。 - 冷却用の送風の向きは、鉛直下向きであることを特徴とする、請求項1に記載の冷却器。
- 前記スリットの幅は、隣接する前記フィンの内法以上であることを特徴とする、請求項1に記載の冷却器。
- 前記フィンの表面は、親水性であることを特徴とする、請求項1に記載の冷却器。
- 前記スリットは、前記フィンの一端から前記フィンの他端へ向かって斜め下向きに設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の冷却器。
- 冷却用の送風の向きは、鉛直下向きであり、
前記鉛直下向きである送風の量は、前記フィンの他端の側に比べて前記フィンの一端の側で大きくなっていることを特徴とする、請求項5に記載の冷却器。 - 前記フィンの、前記スリットによって区切られた各部分の面積は、冷却用の送風の上流から下流に向かって大きくなっていることを特徴とする、請求項1に記載の冷却器。
- 前記スリットは、前記フィンの中央から前記フィンの両側へ向かって斜め下向きに設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の冷却器。
- 前記フィンの、前記スリットによって区切られた各部分は、前記板厚方向に交互にずれていることを特徴とする、請求項1に記載の冷却器。
- 冷蔵室と、
冷却用の送風を行う送風手段と、
請求項1から9の何れかに記載の冷却器と、
を備えることを特徴とする、冷蔵庫。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013037237A JP2014163633A (ja) | 2013-02-27 | 2013-02-27 | 冷却器、および冷蔵庫 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2013037237A JP2014163633A (ja) | 2013-02-27 | 2013-02-27 | 冷却器、および冷蔵庫 |
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