JP2015212587A - 蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】除霜用パイプヒータから発せられる熱を効率よくプレートフィンに伝えうる蒸発器を提供する。【解決手段】蒸発器１は、複数のプレートフィン２からなりかつ上下方向に間隔をおいて設けられた複数のフィン群３と、複数の直管部５および屈曲管部6,7よりなる熱交換管４と、少なくとも一部のフィン群３のプレートフィン２に熱的に接触させられた複数の直管部９および屈曲管部10よりなる除霜用パイプヒータ８とを備えている。全プレートフィン２に、熱交換管４の直管部５を通す２つの第１貫通穴2aを前後方向に間隔おいて形成する。除霜用パイプヒータ８の直管部９が熱的に接触するプレートフィン２における２つの第１貫通穴2a間の前後方向中間部分に、除霜用パイプヒータ８の直管部９を通す１つの第２貫通穴2bを形成する。【選択図】図１

Description

この発明は蒸発器に関し、さらに詳しくは、たとえば冷蔵庫、冷蔵ショーケース、冷凍庫、冷凍ショーケースなどの冷凍・冷蔵装置に用いられる冷凍サイクルにおいて好適に使用される蒸発器に関する。

この明細書および特許請求の範囲において、図１および図２の上下、左右を上下、左右といい、図２の紙面表側（図３の右側、図４の左側）を前、これと反対側を後というものとする。

たとえば冷蔵庫の断熱箱体内には、圧縮機、凝縮器および蒸発器を備えた冷凍サイクルが設置されている。このような冷凍サイクルの蒸発器としては、並列状に配置された複数のプレートフィンからなり、かつ空気流れ方向に間隔をおいて複数設けられたフィン群と、各フィン群のすべてのプレートフィンに貫通状に固定された複数の直管部および隣り合う２つの直管部を接続しかつ直管部より１つ少ない数の屈曲管部よりなる熱交換管とを備えたものが広く用いられていた。

しかしながら、このような蒸発器においては、空気中の水分により各プレートフィンに着霜が発生する。このような着霜が発生すると、付着した霜が抵抗となって各フィン群のプレートフィン間を流れる空気量が急激に減少したり、あるいは空気と熱交換管内を流れる冷媒との間での伝熱量が急激に減少したりすることによって、比較的短時間で冷却効率が低下するという問題があった。したがって、着霜量が一定量以上になった場合には霜を融解して除去する必要があった。

発生した霜を除霜しうる蒸発器として、たとえば、並列状に配置された複数のアルミニウム製プレートフィンからなりかつ上下方向に間隔をおいて設けられた複数のフィン群と、各フィン群のプレートフィンに貫通状に固定された左右方向にのびる複数の直管部および隣り合う２つの直管部を接続する屈曲管部よりなる熱交換管と、少なくとも一部のフィン群のプレートフィンに熱的に接触させられた左右方向にのびる複数の直管部および隣り合う２つの直管部を接続する屈曲管部よりなる除霜用パイプヒータとを備えており、全プレートフィンに、熱交換管の直管部を通す２つの貫通穴が前後方向に間隔おいて形成されるとともに、全プレートフィンの各角部に切り欠きが形成され、上下方向に隣接し、かつ除霜用パイプヒータの直管部が熱的に接触する２つプレートフィンの近接した切り欠きにより除霜用パイプヒータの直管部が嵌め入れられるヒータ用嵌入部が形成され、プレートフィンの２つの貫通穴に熱交換管の直管部が通されるとともに、ヒータ用嵌入部に除霜用パイプヒータの直管部が嵌め入れられているものが知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１記載の蒸発器において、除霜用パイプヒータの直管部が、ヒータ用嵌入部に嵌め入れられた部分においても、プレートフィンに接触している部分と接触していない部分とが存在しており、除霜用パイプヒータの直管部から発せられる熱が、プレートフィンに効率よく伝わらないおそれがある。

特開２０１２−８７９４９号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、除霜用パイプヒータから発せられる熱を効率よくプレートフィンに伝えうる蒸発器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)左右方向に並列状に配置された複数のプレートフィンからなりかつ上下方向に間隔をおいて設けられた複数のフィン群と、各フィン群のプレートフィンに貫通状に固定された左右方向にのびる複数の直管部および隣り合う２つの直管部を接続する屈曲管部よりなる熱交換管と、少なくとも一部のフィン群のプレートフィンに熱的に接触させられた左右方向にのびる複数の直管部および隣り合う２つの直管部を接続する屈曲管部よりなる除霜用パイプヒータとを備えており、全プレートフィンに、熱交換管の直管部を通す２つの第１貫通穴が前後方向に間隔おいて形成され、空気が下端から上端へ流れるようになっている蒸発器において、
除霜用パイプヒータの直管部が熱的に接触するプレートフィンにおける２つの第１貫通穴間の前後方向中間部に、除霜用パイプヒータの直管部を通す１つの第２貫通穴が形成され、プレートフィンの２つの第１貫通穴に熱交換管の直管部が通されるとともに、第２貫通穴に除霜用パイプヒータの直管部が通され、除霜用パイプヒータにおけるパイプの外周面の単位面積当たりの発熱量である発熱密度が、除霜用パイプヒータの長さ方向において部分的に異なっている蒸発器。

2)プレートフィンにおける第１および第２貫通穴の周縁部に、カラーが全周にわたって一体に形成されている上記1)記載の蒸発器。

3)除霜用パイプヒータのヒータ線がコイル状であり、発熱密度の高い部分のピッチが、低い部分のピッチよりも小さくなっている上記1)または2)記載の蒸発器。

4)除霜用パイプヒータの発熱密度が、長さ方向の中間部分において両端寄り部分よりも高くなっている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の蒸発器。

5)除霜用パイプヒータが、蒸発器下端から高さ方向の中間部までの間に配置され、除霜用パイプヒータの中間部分が、除霜用パイプヒータが配置された部分の下側に存在している上記4)記載の蒸発器。

上記1)の蒸発器によれば、除霜用パイプヒータの直管部が熱的に接触するプレートフィンにおける２つの第１貫通穴の前後方向中間部分に、除霜用パイプヒータの直管部を通す１つの第２貫通穴が形成され、プレートフィンの２つの第１貫通穴に熱交換管の直管部が通されるとともに、第２貫通穴に除霜用パイプヒータの直管部が通されているので、除霜用パイプヒータの直管部の外周面におけるプレートフィンの第２貫通穴に通されている部分を全周に渡ってプレートフィンに接触させることができ、除霜用パイプヒータから発せられる熱を効率よくプレートフィンに伝達することができる。したがって、プレートフィンに付着した霜の除霜効率が向上する。

さらに、除霜用パイプヒータにおけるパイプの外周面の単位面積当たりの発熱量である発熱密度が、除霜用パイプヒータの長さ方向において部分的に異なっているので、除霜用パイプヒータにおけるプレートフィンへの着霜量の多い空気流れ方向上流側部分に配置される長さ部分の発熱密度を、同じく着霜量が少ない空気流れ方向下流側部分に配置される長さ部分の発熱密度よりも高くしておくことができる。したがって、除霜用パイプヒータにおける空気流れ方向上流側に配置された長さ部分からの発熱量を多くし、空気流れ方向上流側においてプレートフィンに付着した霜の除霜時間を短縮することができるとともに、除霜用パイプヒータにおけるプレートフィンへの着霜量の少ない空気流れ方向下流側に配置された長さ部分からの発熱量が余剰になることを抑制し、消費電力量を減少することができる。

上記2)の蒸発器によれば、除霜用パイプヒータから発せられる熱が、カラーを介してプレートフィンに伝わるので、伝熱効率が向上する。

上記3)の蒸発器によれば、パイプの外周面の単位面積当たりの発熱量である発熱密度が長さ方向において部分的に異なっている除霜用パイプヒータを、比較的簡単につくることができる。

上記4)の蒸発器によれば、除霜用パイプヒータの発熱密度が、長さ方向の中間部分において両端寄り部分よりも高くなっているので、除霜用パイプヒータの長さ方向の両端部からの発熱量を、ヒータ線とリード線を接続するコネクタの近傍でのリード線の損傷や、ヒータ線とリード線を接続するコネクタの周囲に配置されるシリコンゴムの損傷などを防止しうるような発熱量に設定することができる。

上記5)の蒸発器によれば、プレートフィンへの着霜量の多い除霜用パイプヒータにおける空気流れ方向上流側に配置された長さ部分からの発熱量を多くし、空気流れ方向上流側においてプレートフィンに付着した霜の除霜時間を短縮することができるとともに、除霜用パイプヒータにおけるプレートフィンへの着霜量の少ない空気流れ方向下流側に配置された長さ部分からの発熱量が余剰になることを抑制し、消費電力量を減少することができる。

この発明の蒸発器の全体構成を示す斜視図である。 図１に示す蒸発器の正面図である。 図１に示す蒸発器の左側面図である。 図１に示す蒸発器の右側面図である。 プレートフィンの斜視図である。 図１の蒸発器に用いられる除霜用パイプヒータの蛇行状に曲げる前の状態を示す一部を省略した正面図である。 図６の部分拡大断面図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

図１〜図４はこの発明の蒸発器の全体構成を示し、図５はその要部の構成を示す。また、図６および図７は蒸発器に用いられる除霜用パイプヒータの構成を示す。

図１〜図４において、蒸発器(1)は、左右方向に並列状に配置された複数のアルミニウム製プレートフィン(2)からなりかつ上下方向（通風方向）に間隔をおいて複数設けられたフィン群(3)と、各フィン群(3)のプレートフィン(2)に貫通状に固定された左右方向にのびる複数の直管部(5)および隣り合う２つの直管部(5)を接続しかつ直管部(5)より１つ少ない数の屈曲管部(6)(7)よりなるアルミニウム製熱交換管(4)と、プレートフィン(2)に貫通状に固定されて熱的に接触させられた左右方向にのびる複数の直管部(9)および隣り合う２つの直管部(9)を接続しかつ直管部(9)より１つ少ない数の屈曲管部(10)よりなる除霜用パイプヒータ(8)と、すべてのフィン群(3)の左右方向外側に配置されたアルミニウム製側板(13)(14)とを備えており、図１に矢印Ｘで示すように、空気が下から上に流れるようになっている。除霜用パイプヒータ(8)は、蒸発器(1)の下端から高さ方向の中間部までの間、ここでは蒸発器(1)の下端から高さ方向の中央部よりも若干上方の部分までの間に配置されている。

プレートフィン(2)は、前後方向に長い方形の平板状であり、図５に示すように、全プレートフィン(2)の高さ方向の中央部に、熱交換管(4)の直管部(5)を通す２つの第１貫通穴(2a)が前後方向に間隔おいて形成されている。また、除霜用パイプヒータ(8)の直管部(9)が貫通しているプレートフィン(2)における２つの第１貫通穴(2a)間の前後方向中間部分に、除霜用パイプヒータ(8)の直管部(9)を通す１つの第２貫通穴(2b)が形成されている。プレートフィン(2)における各貫通穴(2a)(2b)の周縁部に、カラー(2c)が全周にわたって一体に形成されている。なお、第2貫通穴(2b)は、全プレートフィン(2)に形成されていてもよいし、あるいは除霜用パイプヒータ(8)の直管部(9)が貫通すべきプレートフィン(2)のみに形成されていてもよい。

空気流れ方向下流側（上側）のフィン群(3)の隣り合うプレートフィン(2)間のフィンピッチは、空気流れ方向上流側（下側）のフィン群(3)のフィンピッチよりも小さくなっている。図示の例では、フィン群(3)の隣り合うプレートフィン(2)間のフィンピッチは、下端のフィン群(3)が最も大きく、上方のフィン群(3)に向かうにつれて小さくなっている。

熱交換管(4)は、前後方向に間隔をおいた２つの垂直面内において、それぞれ上下方向に間隔をおいて設けられかつ左右方向にのびる複数の直管部(5)と、上下に隣り合う直管部(5)どうしを左右交互に接続する第１の屈曲管部(6)と、下端の２つの直管部(5)の右端部どうしを連結する第２の屈曲管部(7)とによって構成されている。熱交換管(4)の直管部(5)は、各フィン群(3)のプレートフィン(2)の各第１貫通穴(2a)に通されてカラー(2c)に密着した状態でプレートフィン(2)に固定されている。

除霜用パイプヒータ(8)は、１つの垂直面内において、上下方向に間隔をおいて設けられかつ左右方向にのびる複数の直管部(9)と、上下に隣り合う直管部(9)どうしを左右交互に接続する屈曲管部(10)とによって構成されている。除霜用パイプヒータ(8)の直管部(9)は、蒸発器(1)の高さ方向の中間部から下方に設けられたフィン群(3)のプレートフィン(2)の第２貫通穴(2b)に通されて、カラー(2c)に密着した状態でプレートフィン(2)に固定されている。これにより除霜用パイプヒータ(8)の直管部(9)の外周面が、全周に渡ってプレートフィン(2)の第２貫通穴(2b)の周囲のカラー(2c)と接触している。除霜用パイプヒータ(8)の直管部(9)の外周面が、全周に渡ってプレートフィン(2)の第２貫通穴(2b)の周囲のカラー(2c)と接触していると、除霜用パイプヒータ(8)から発せられる熱が、カラー(2c)を介して効率よくプレートフィン(2)全体に伝わる。上端の直管部(9)の右端部、すなわち除霜用パイプヒータ(8)の一端部は下方に屈曲させられており、ここにリード線(23)が接続されている。下端の直管部(9)の左端部、すなわち除霜用パイプヒータ(8)の他端部は、上方に屈曲させられており、ここにリード線(23)が接続されている。

図６および図７に示すように、除霜用パイプヒータ(8)は、ガラス製芯線(18)と、芯線(18)の周囲にコイル状に曲かれたヒータ線(19)と、芯線(18)およびヒータ線(19)の周囲を覆う電気絶縁体(21)と、芯線(18)、ヒータ線(19)および電気絶縁体(21)を収納するアルミニウム製パイプ(22)と、ヒータ線(19)の両端に接続された給電用リード線(23)とを有している。ヒータ線(19)とリード線(23)とは、パイプ(22)の両端部内に配置されたコネクタ（図示略）によって接続されており、コネクタの周囲はシリコンゴム(24)により覆われている。シリコンゴム(24)の一部はパイプ(22)の外部に突出している。

除霜用パイプヒータ(8)におけるパイプ(22)の外周面の単位面積当たりの発熱量である発熱密度は、除霜用パイプヒータ(8)の長さ方向において部分的に異なっており、図６に範囲R1で示す中間部分(8a)の発熱密度は、範囲R2で示す両端寄り部分(8b)の発熱密度よりも高くなっている。ここでは、除霜用パイプヒータ(8)における範囲R1で示す中間部分(8a)のヒータ線(19)の巻ピッチ(P1)を、範囲R2で示す両端寄り部分(8b)のヒータ線(19)の巻ピッチ(P2)よりも小さくすることによって、除霜用パイプヒータ(8)における中間部分(8a)の発熱密度が、両端寄り部分(8b)の発熱密度よりも高くなっている。除霜用パイプヒータ(8)の中間部分(8a)の長さは、中間部分(8a)が、蒸発器(1)の全高のうち下端（空気流れ方向上流端）からほぼ１／３の高さ位置に存在するような長さであることが好ましい。

具体的にいえば、空気流れ方向上流側における３列のフィン群(3)を貫通した除霜用パイプヒータ(8)の発熱密度が、空気流れ方向下流側における２列のフィン群(3)を貫通した除霜用パイプヒータ(8)の発熱密度よりも高く形成されている。左側板(13)および右側板(14)から突出したヒータ線(19)とリード線(23)を接続するコネクタの近傍の発熱密度は、空気流れ方向下流側における２列のフィン群を貫通した除霜用パイプヒータ(8)の直管部(9)の発熱密度と同じ密度で形成されている。

図３に示すように、左側板(13)には、熱交換管(4)の第１屈曲管部(6)および各第１屈曲管部(6)により接続された上下に隣り合う直管部(5)の左端部を通す縦長貫通穴(25)、ならびに除霜用パイプヒータ(8)の屈曲管部(10)および屈曲管部(10)により接続された上下に隣り合う直管部(9)の左端部を通す縦長貫通穴(26)が形成されている。図４に示すように、右側板(14)には、熱交換管(4)の第１屈曲管部(6)および各第１屈曲管部(6)により接続された上下に隣り合う直管部(5)の右端部を通す縦長貫通穴(25)、熱交換管(4)の第２屈曲管部(7)および第２屈曲管部(7)により接続された前後に隣り合う直管部(5)の右端部を通す横長貫通穴(27)、ならびに除霜用パイプヒータ(8)の屈曲管部(10)および屈曲管部(10)により接続された上下に隣り合う直管部(9)の右端部を通す縦長貫通穴(26)が形成されている。

蒸発器(1)は、圧縮機および凝縮器などとともに冷凍サイクルを構成する。このような冷凍サイクルは、冷蔵装置の断熱箱体内に配置される。

上記蒸発器(1)において、冷媒は、上端の後側の直管部(5)に流入して熱交換管(4)内を流れ、図１に矢印Ｘで示すように、下方から上方に流れる空気と熱交換をし、熱交換管(4)の上端の前側の直管部(5)から流出する。

そして、各プレートフィン(2)における熱交換管(4)の直管部(5)が貫通した第１貫通穴(2a)の周囲の部分の近傍に着霜が発生する。着霜が発生すると、除霜用パイプヒータ(8)のヒータ線(19)に通電される。ここで、２つの第１貫通穴(2a)間に形成された第２貫通穴(2b)に除霜用パイプヒータ(8)の直管部(9)が挿入されているとともに、第２貫通穴(2b)に通されている除霜用パイプヒータ(8)の直管部(9)の外周面が、全周に渡ってプレートフィン(2)の第２貫通穴(2b)の周囲のカラー(2c)内周面に接触しているので、除霜用パイプヒータ(8)から発せられる熱が効率よくプレートフィン(2)に伝達され、その結果プレートフィン(2)に付着した霜を効率良く除霜することができる。

プレートフィン(2)に付着する霜の量は、空気流れ方向の上流側（下側）で多くなり、空気流れ方向の下流側（上側）で少なくなる傾向を示す。除霜用パイプヒータ(8)におけるパイプ(22)の外周面の単位面積当たりの発熱量である発熱密度が、除霜用パイプヒータ(8)の長さ方向において全て同一の場合、空気流れ方向上流側部分においてプレートフィン(2)に付着した霜を短時間で除霜するには、除霜用パイプヒータ(8)全体の発熱量を多くする必要があり、除霜用パイプヒータ(8)におけるプレートフィン(2)への着霜量の少ない空気流れ方向下流側部分に配置された直管部(9)および屈曲管部(10)からの発熱量が余剰になって消費電力量が増加し、コストが高くなる。一方、除霜用パイプヒータ(8)からの発熱量を、空気流れ方向下流側部分において余剰にならないような量に設定すると、空気流れ方向上流側部分においてプレートフィン(2)に付着した霜を融解するのに時間がかかり、やはり消費電力量が増加してコストが高くなる。

しかしながら、除霜用パイプヒータ(8)における空気流れ方向上流側に位置する中間部分(8a)の発熱密度が、空気流れ方向下流側に位置する両端寄り部分(8b)の発熱密度よりも高くなっているので、着霜量が多い空気流れ方向上流側においてプレートフィン(2)を貫通している除霜用パイプヒータ(8)の中間部分(8a)からの発熱量を多くし、同じく着霜量が少ない空気流れ方向下流側においてプレートフィン(2)を貫通している両端寄り部分(8b)からの発熱量を少なくすることができる。したがって、空気流れ方向上流側においてプレートフィン(2)に付着した霜の除霜時間を短縮するとともに、除霜用パイプヒータ(8)の両端寄り部分(8b)からの発熱量が余剰になることを抑制し、消費電力量を減少することが可能になるか、あるいは空気流れ方向上流側においてプレートフィン(2)に付着した霜の除霜時間が長くなることを防止するとともに、除霜用パイプヒータ(8)の両端寄り部分(8b)からの発熱量を減少させることができる。その結果、いずれの場合も消費電力量が減少する。

しかも、除霜用パイプヒータ(8)の長さ方向の両端部からの発熱量を、ヒータ線(19)とリード線(23)を接続するコネクタの近傍でのリード線(23)の損傷や、ヒータ線(19)とリード線(23)を接続するコネクタの周囲に配置されるシリコンゴム(24)の損傷などを防止しうるような発熱量に設定することができる。

上記実施形態においては、空気流れ方向下流側（上側）のフィン群(3)の隣り合うプレートフィン間のフィンピッチは、空気流れ方向上流側（下側）のフィン群(3)のフィンピッチよりも小さくなっているが、これに限定されるものではなく、すべてのフィン群のフィンピッチが等しくなっていてもよい。

この発明による蒸発器は、冷蔵庫、冷蔵ショーケース、冷凍庫、冷凍ショーケースなどの冷凍・冷蔵装置に用いられる冷凍サイクルに好適に使用される。

(1)：蒸発器
(2)：プレートフィン
(2a)(2b)：貫通穴
(2c)：カラー
(3)：フィン群
(4)：熱交換管
(5)：直管部
(6)(7)：屈曲管部
(8)：除霜用パイプヒータ
(9)：直管部
(10)：屈曲管部
(19)：ヒータ線
(22)：パイプ

Claims (5)

1. 左右方向に並列状に配置された複数のプレートフィンからなりかつ上下方向に間隔をおいて設けられた複数のフィン群と、各フィン群のプレートフィンに貫通状に固定された左右方向にのびる複数の直管部および隣り合う２つの直管部を接続する屈曲管部よりなる熱交換管と、少なくとも一部のフィン群のプレートフィンに熱的に接触させられた左右方向にのびる複数の直管部および隣り合う２つの直管部を接続する屈曲管部よりなる除霜用パイプヒータとを備えており、全プレートフィンに、熱交換管の直管部を通す２つの第１貫通穴が前後方向に間隔おいて形成され、空気が下端から上端へ流れるようになっている蒸発器において、
   除霜用パイプヒータの直管部が熱的に接触するプレートフィンにおける２つの第１貫通穴間の前後方向中間部に、除霜用パイプヒータの直管部を通す１つの第２貫通穴が形成され、プレートフィンの２つの第１貫通穴に熱交換管の直管部が通されるとともに、第２貫通穴に除霜用パイプヒータの直管部が通され、除霜用パイプヒータにおけるパイプの外周面の単位面積当たりの発熱量である発熱密度が、除霜用パイプヒータの長さ方向において部分的に異なっている蒸発器。
2. プレートフィンにおける第１および第２貫通穴の周縁部に、カラーが全周にわたって一体に形成されている請求項１記載の蒸発器。
3. 除霜用パイプヒータのヒータ線がコイル状であり、発熱密度の高い部分のピッチが、低い部分のピッチよりも小さくなっている請求項１または２記載の蒸発器。
4. 除霜用パイプヒータの発熱密度が、長さ方向の中間部分において両端寄り部分よりも高くなっている請求項１〜３のうちのいずれかに記載の蒸発器。
5. 除霜用パイプヒータが、蒸発器下端から高さ方向の中間部までの間に配置され、除霜用パイプヒータの中間部分が、除霜用パイプヒータが配置された部分の下側に存在している請求項４記載の蒸発器。

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