JP4151721B2 - 熱交換器とこの熱交換器を有する冷凍装置を備えた機器 - Google Patents

Description

本発明は、主に自動販売機，業務用冷蔵庫等に備える冷凍装置におけるコンデンサ等に使用され、多数枚の板状のフィンとこれを貫通した複数の冷媒管を備えた熱交換器に関する。

一般に自動販売機等にあっては、冷凍装置を構成するコンデンサは機器本体の下部であ
る庫外に、そして蒸発器は機器本体内の庫内にそれぞれ設置される。一方、自動販売機等は店頭先，事務所等で設置されることが多いため、機器本体の下部はどうしても床面の埃等を吸い込み易い状態になる。

また一般に分離型ヒートポンプ式空気調和機の熱交換器としては、図８，図９に示すように、冷媒管１の貫通しているフィン２の少なくとも風上側端面３を、冷媒管１の断面形状に沿わせて波形形状、または一部に直線部を組合わせた形状にしたものが知られている。そして、前記形状にすることで、寒冷地での暖房運転の際にフィンの風上側端面３に付着した霜や氷をホットガスで溶かした時に、その熱伝導を向上させるとともに凹部分４に残った霜や氷が直線状の傾斜面５を滑り落ち易くしたものである。

また空調機器，冷蔵庫に使用される従来の熱交換器では、図１０に示すように冷媒管１の貫通しているフィン２を、冷媒管列方向において冷媒管１同士の距離の約半分の距離で、曲線または屈曲線６を冷媒管段方向に連続させ、全体として凹凸が互いに噛み合うようにフィン２を切断７している。そして、前記形状にすることで、フィン２の面積を変えることなくそれぞれの冷媒管１からフィン２の縁までの熱伝導距離のバラツキを小さくしてフィン効率を向上させるものである。

ところで、上記したように自動販売機，業務用冷蔵庫は、構造面，設置場所等からコンデンサの板状のフィン間には、この間を流動する空気中の埃、特に綿状の埃が詰まるのであった。そして、フィン間に埃がだんだんと詰まってくると、フィン間の通風抵抗が増大してコンデンサの効率が低下し、これに伴い冷凍サイクルを構成する蒸発器の冷却効率も低下するのである。そこで、自動販売機はもちろん、スーパーの食品売場等の業務用冷蔵庫ではコンデンサの埃詰まりを除去するメンテナンスが必要であった。

また、上記したように図８〜図１０に示す従来の熱交換器では、除霜の改善、フィン効率の向上を図るだけで、前記の自動販売機，業務用冷蔵庫等のコンデンサで発生する、フィン間の埃詰まりを防止してメンテナンスの軽減はもちろん、長期間に亘って機器本体の能力、つまり熱交換能力を安定させる改善は行われていなかった。

本発明は上記従来技術の課題を解決する熱交換器に係るものであり、フィン間の埃詰まりを軽減させてメンテナンスの軽減を図るとともに、熱交換能力を長期に亘り安定させるものである。

本発明は、上記課題を解決するために、空気が流動する間隔を有して多数枚を並設した板状のフィンと、このフィンを貫通し、かつ内部を冷媒が流動する複数の管とを備え、前記フィンの空気流入側端面に複数の埃付着軽減部を形成し、前記埃付着軽減部を、流入空気に対する角度が異なるように水平端面と傾斜端面によって略三角形を成す形状とし、前記傾斜端面を下向傾斜端面とし、前記水平端面を前記下向傾斜端面の真上に位置する上向水平端面とし、前記上向水平端面と下向傾斜端面を交互に組合わせて前記フィンの空気流入側端面全体を鋸歯状に形成したものである。

この技術手段によれば、フィンの空気流入側端面に設けた複数の埃付着軽減部が、フィン間を流動する空気中の埃の付着を少なくし、埃詰まりを軽減できるとともに、安定した熱交換能力を長く発揮できる。

そして、フィンの空気流入側端面を、流入空気に対する角度が異なるように上向水平端
面と下向傾斜端面によって略三角形を成す形状とすることで、埃付着に時間的なずれが生じ、埃詰まりが生じた際でも空気流をバイパスさせ、埃詰まりを一層軽減できるとともに、安定した熱交換能力をより長く発揮できる。

本発明に記載の発明は、空気が流動する間隔を有して多数枚を並設した板状のフィンと、このフィンを貫通し、かつ内部を冷媒が流動する複数の管とを備え、前記フィンは空気流入側端面に複数の埃付着軽減部を形成し、前記埃付着軽減部を、流入空気に対する角度が異なるように水平端面と傾斜端面によって略三角形を成す形状とし、前記傾斜端面を下向傾斜端面とし、前記水平端面を前記下向傾斜端面の真上に位置する上向水平端面とし、前記上向水平端面と下向傾斜端面を交互に組合わせて前記フィンの空気流入側端面全体を鋸歯状に形成したことにより、従来よりも長期に亘り熱交換能力を安定して発揮できるとともに、フィン間の目詰まり除去のメンテナンスを軽減できる。

更にフィン間に目詰まりが生じても、埃付着軽減部の埃付着の時間的なずれによる空気側路作用で、風量の低下を防止し熱交換能力を安定してより長く発揮でき、かつ目詰まり除去のメンテナンスもより軽減できる。

請求項１に記載の発明は、空気が流動する間隔を有して多数枚を並設した板状のフィンと、このフィンを貫通し、かつ内部を冷媒が流動する複数の管とを備え、前記フィンの空気流入側端面に複数の埃付着軽減部を形成し、前記埃付着軽減部を、流入空気に対する角度が異なるように水平端面と傾斜端面によって略三角形を成す形状とし、前記傾斜端面を下向傾斜端面とし、前記水平端面を前記下向傾斜端面の真上に位置する上向水平端面とし、前記上向水平端面と下向傾斜端面を交互に組合わせて前記フィンの空気流入側端面全体を鋸歯状に形成したことにより、フィンの空気流入側端面の埃付着を埃付着軽減部により効率よく低減でき、更には、空気流との角度が小さくなり埃がより目詰まりしにくくなることから、目詰まりに達する迄の時間を従来よりも長くすることができ、フィン間の埃詰まりを軽減させてメンテナンスの軽減を図るとともに、熱交換能力を長期に亘り安定させる。

そして、フィンの空気流入側端面を流入空気に対する角度が異なるように上向水平端面と下向傾斜端面によって略三角形を成す形状とすることで、埃付着に時間的なずれが生じ、埃詰まりが生じた際でも空気流をバイパスさせ、埃詰まりを一層軽減できるとともに、安定した熱交換能力をより長く発揮できる。

さらには、空気流入側端面の鋸歯状における上側水平端面が下側傾斜端面より埃が付着し難いものの、下側傾斜端面に沿って流れ落ち、堆積した埃に伴う上側水平端面間が目詰まりした時に下側傾斜端面間が空気側路の作用を発揮しやすくなるのである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記下向傾斜端面の流入空気に対する角度を前記上向水平端面の流入空気に対する角度より大きくしたことにより、上向水平端面に先に埃が堆積するため、埃付着の時間的なずれによる空気側路作用が一層高まり、目詰まりに達する迄の時間をより長くすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記フィンの鋸歯状の先端にアールを設けたことにより、取り扱い時の安全性の向上を図ることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明の熱交換器を有する冷凍装置を備えた機器としたことにより、フィン間を通る空気の流れを長期に亘って
阻害しないので、コンデンサとしての効率が低下するまでの長期間に亘り安定した熱交換能力を発揮し、それに伴い蒸発器による冷却で食品を安全に護るとともに、機器として、この効果は極めて大きな意味をもつものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（参考例１）
図１は本発明熱交換器の参考例１の発明におけるフィンの要部側面図で、図２はその熱交換器を使用した冷凍サイクルの冷媒回路図を示すものである。

１０は熱交換器Ａを構成するアルミニウム合金で形成した薄い板状の縦長のフィンで、空気が流動する間隔１１を有して多数枚を並設している。１２は前記フィン１０を貫通し、かつ内部を冷媒が流動する複数の管で、熱交換器Ａを構成するとともに、管段方向に数段の管を、そして管列方向に３列の管を連続して配管している。１３は熱交換器Ａの空気流入側端面で、上下方向の全体に連続して複数の埃付着軽減部１４を形成している。この複数の埃付着軽減部１４は、特に綿状の埃が付き難いように形状的に工夫してフィン１０の間の埃目詰まりによる熱交換器Ａの風量低下を防止するもので、角度の異なる複数の直線端面としての上向傾斜端面１５とこれより短くして真下に位置する下向水平端面１６とで埃の付き難い形状の三角形状に構成し、これを連続させて空気流入側端面１３の全体を鋸歯状に形成している。また、複数の埃付着軽減部１４は空気側路１６ａの作用を有しており、一方の上向傾斜端面１５におけるフィン１０間の目詰まりが先に起こり易いので、それ以降は目詰まりのなかなか起こり難い他方の下向水平端面１６におけるフィン１０間が空気側路１６ａとして点線矢印で示す空気流をバイパスする構成にしてある。１７は埃付着軽減部１４の先端の安全部で、鋸歯状の尖った先を無くし略垂直端面とし、熱交換器Ａを取り扱い易くしている。従って、前記安全部１７としての略垂直端面は、上向傾斜端面１５や下向水平端面１６より、はるかに短く形成してあり、また鋸歯状の尖った先にアールをつけて安全部を形成しても良い。そして、この熱交換器Ａは、特に店頭先，事務所等で設置され機器本体の下部が、どうしても床面の埃を吸い込み易い状態になる自動販売機，業務用冷蔵庫等の機器本体の下部である庫外に設置される冷凍装置のコンデンサとして使用される。

図２は前記冷凍装置の冷凍サイクルの冷媒回路を示すもので、圧縮機１８、本発明の熱交換器Ａ、減圧器１９、機器本体の庫内に設置される蒸発器２０を順番に配管している。

上記参考例１において、圧縮機１８を運転すれば、冷媒は圧縮されて高圧となって熱交換器Ａである凝縮器に流れ、ファン等の吸引作用、その他により空気流入側端面１３より入り間隔１１を流れる空気、この空気と熱交換したフィン１０を介して管１２が熱交換して凝縮される。更に冷媒は減圧器１９で減圧されて蒸発器２０にて蒸発し機器本体の庫内を冷却する。

そして、熱交換器Ａのフィン１０間を空気が流れる毎に大気中の埃、特に綿状の埃がフィン１０の空気流入側端面１３に多く堆積し始める（引っかかる）と間隔１１が目詰まりを起こすことになる。

然るに本発明では複数の埃付着軽減部１４が空気流入側端面１３に埃の付着をし難くするのである。上向傾斜端面１５、下向水平端面１６は、実線矢印で示す流入空気に対する角度が小さくなり、埃が付き難いのである。すなわち、フィン１０間に流入する空気中の埃で、上向傾斜端面１５にあたった大半は上向傾斜端面１５に沿って流れ、鋸歯状の谷間に集中して堆積するとともに、上向傾斜端面１５が長いので全体に薄く堆積した状態になり、空気抵抗は上昇しづらい。また下向水平端面１６は埃が堆積し難いが、堆積したとし
ても重力で落ちてしまう。

そして、長い使用期間を経て一方の上向傾斜端面１５に埃が徐々に堆積してフィン１０間に目詰まりを生じ始めると他方の下向水平端面１６では埃の堆積がそれほど進んでいないので、下向水平端面１６におけるフィン１０間である空気側路１６ａを点線矢印で示す空気が流れる。

図７は埃付着経過時間を横軸に、埃が付着した熱交換器の空気抵抗を測定し、これと前面の任意面積を覆った場合の空気抵抗とを等価として表現した目詰まり率を縦軸に示して、フィンの空気流入側端面を直線にした従来品と本発明の参考例１，実施の形態１，参考例２の各品とを比較したグラフである。この図７から明らかなように参考例１の発明品は、従来品に比べ長期に亘り目詰まりを起こり難くできる。特に目詰まり率が高くなった際に、前述した空気側路１６ａの影響で、目詰まり率が上昇しづらい。

このようにして、フィン１０間を通る空気の流れを長期に亘って阻害しないので、コンデンサとしての効率は低下するまでの長期間に亘り安定した熱交換能力を発揮し、それに伴い蒸発器による冷却で食品を安全に護るとともに、食品を販売する自動販売機として、この効果は極めて大きな意味をもつものである。また、フィン間の目詰まりを除去するメンテナンスも従来よりも少なくできて、その管理コストを大幅に削減できるものである。

更に、埃付着軽減部１４は複数設け、鋸歯状にしているので、空気流入側端面１３の上から下までの距離が一段と長くなるので、境界層前縁効果が増して能力を向上できる。また、埃付着軽減部１４は直線端面の角度を変えて形成するので、フィン１０の加工を容易にできる。

なお、参考例１ではフィン１０の空気流入側端面１３と反対側の端面（空気出口側端面）を上から下まで直線に加工して埃付着能力に影響なくコンパクト化と生産工程でのフィンの前後関係を明確にできる利点を図っているが、空気流入側端面１３と同じ鋸歯状に加工してもよいものである。

また、参考例１では埃付着軽減部１４を構成する下向水平端面１６は水平にしているが、これを先端より奥の方へ行くに従い上方へ傾斜させた端面にしても、効果上では何ら変わらないものである。

（実施の形態１）
図３は本発明熱交換器の実施の形態１の発明におけるフィンの要部側面図を示すものである。この発明は、複数の埃付着軽減部を、下向傾斜端面とこれの真上に位置する上向水平端面とで三角形状に構成し、これを連続させて空気流入側端面の全体を鋸歯状に形成した点で参考例１の発明と異なるだけで、それ以外の同一構造，作用効果を奏する部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

１４ａは、フィン１０の空気流入側端面１３に設けた複数の埃付着軽減部で、角度の異なる複数の直線端面としての下向傾斜端面２１とこれより短くして真上に位置する上向水平端面２２とで埃の付き難い形状の三角形状に構成し、これを連続させて空気流入側端面１３の全体を鋸歯状に形成している。また、複数の埃付着軽減部１４ａは空気側路２１ａの作用を有しており、一方の上向水平端面２２におけるフィン１０間の目詰まりが先に起こり易いので、それ以降は目詰まりのなかなか起こり難い他方の下向傾斜端面２１におけるフィン１０間が空気側路２１ａとして点線矢印で示す空気流がバイパスする構成にしてある。

上記実施の形態１において、複数の埃付着軽減部１４が空気流入側端面１３に埃の付着をし難くする作用を説明する。下向傾斜端面２１、上向水平端面２２は、実線矢印で示す流入空気に対する角度が小さくなり、埃が付き難いのである。すなわち、フィン１０の間に流入する空気中の埃で、下向傾斜端面２１にあたった大半はその傾斜端面に沿って流れるうちにフィン１０間に入って通過し、また上向水平端面２２は埃が堆積し難いが、下向傾斜端面２１に沿って流れ落ちるうちにフィン１０間に入らず残った一部の埃が徐々に堆積してしまう。そして、長い使用期間を経て一方の上向水平端面２２に埃が先に堆積してフィン１０間に目詰まりを生じ始める。しかし、他方の下向傾斜端面２１では埃の堆積がそれほど進んでいないので、下向傾斜端面２１におけるフィン１０間である空気側路２１ａを点線矢印で示す空気が流れる。そして、参考例１で示した埃付着経過時間と目詰まり率との関係を示す図７から明らかなように実施の形態１の発明品も、従来品に比べ長期に亘り目詰まりを起こり難くできる。

このようにして、フィン１０間を通る空気の流れを長期に亘って阻害しないので、上記した参考例１と同じ作用効果を得ることができる。特に参考例１と比較した場合は全体的に埃が薄く堆積するために目詰まり初期での目詰まり率の上昇が抑えられる。

（参考例２）
図４は本発明熱交換器の参考例２の発明におけるフィンの側面図を示すものである。この発明は、複数の埃付着軽減部を、下向傾斜端面と上向傾斜端面とで三角形状に構成し、これを連続させて空気流入側端面の全体を鋸歯状に形成した点で参考例１および実施の形態１の発明と異なるだけで、それ以外の同一構造，作用効果を奏する部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

１４ｂは、フィン１０の空気流入側端面１３に設けた複数の埃付着軽減部で、角度の異なる複数の直線端面としての下向傾斜端面２１と上向傾斜端面１５とで埃の付き難い形状の三角形状に構成し、これを連続させて空気流入側端面１３の全体を鋸歯状に形成している。そして、下向傾斜端面２１と上向傾斜端面１５は上下対称形状にしてあり、水平面に対する角度θ１は約３０°にしてあり、また鋸歯状の谷間は最風上に位置する管１２の中心まで切れ込んである。また、複数の埃付着軽減部１４ｂは空気側路２１ａの作用を有しており、一方の上向傾斜端面１５におけるフィン１０間の目詰まりが先に起こり易いので、それ以降は目詰まりのなかなか起こり難い他方の下向傾斜端面２１におけるフィン１０間が空気側路２１ａとして点線矢印で示す空気流をバイパスする構成にしてある。

上記参考例２において、複数の埃付着軽減部１４ｂが空気流入側端面１３に埃の付着をし難くする作用を説明する。上向傾斜端面１５、下向傾斜端面２１は、実線矢印で示す流入空気に対する角度が小さくなり、埃が付き難いのである。すなわち、フィン１０の間に流入する空気中の埃で、下向傾斜端面２１にあたった大半はその傾斜端面に沿って流れるうちにフィン１０間に入って通過し、また上向傾斜端面１５にあたった大半も、その傾斜端面に沿って流れるうちにフィン１０間に入って通過し、それぞれに埃の堆積がし難い。そして、上向傾斜端面１５には、下向傾斜端面２１に沿って流れ落ちてきてフィン１０間に入らず残った一部の埃が徐々に堆積してしまう。そして、長い使用期間を経て一方の上向傾斜端面１５に埃が先に堆積してフィン１０間に目詰まりを生じ始める。しかし、他方の下向傾斜端面２１には埃の堆積がそれほど進んでいないので、下向傾斜端面２１におけるフィン１０間である空気側路２１ａを点線矢印で示す空気が流れる。

そして、参考例１で示した埃付着経過時間と目詰まり率との関係を示す図７から明らかなように参考例２の発明品も、従来品に比べ長期に亘り目詰まりを起こり難くできる。特に参考例１と実施の形態１の中間的な特性を示すのである。

このようにして、フィン１０間を通る空気の流れを長期に亘って阻害しないので、上記参考例１および２と同じ作用効果を得ることができる。

なお、参考例２でフィン１０の安全部１７が略垂直端面としているものの、図４では若干、窪んでいるのは、フィンの成形方法にある。すなわち、フィン材料に、鋸歯状の先端になる位置に縦方向に長孔を明けておき、それから長孔に合わせて上下の傾斜端面となる線上をプレス成形して全体を鋸歯状に形成するからである。

（参考例３）
図５は本発明熱交換器の参考例３の発明におけるフィンの側面図を示すものである。この発明は、実質的に上記参考例２の発明と同じで、フィン１０の空気流入側端面１３に設けた複数の埃付着軽減部１４ｃを三角形状に構成する水平面に対しての角度θ２を約４５゜にした上向傾斜端面１５とこれに対し上下対称形状の下向傾斜端面２１との長さを短くして滑らかな鋸歯状にしただけで、それ以外の構成は実質的に同じであり、当然作用効果も同じで、詳細な説明を省略する。

ただ、この参考例３は、参考例２の発明と比べ埃付着の軽減効果は若干劣るものの、熱交換器をコンパクトにできる利点を備えている。

（参考例４）
図６は本発明熱交換器の参考例４の発明におけるフィンの側面図を示すものである。この発明は、複数の埃付着軽減部を、垂直端面とこれを間にして上下に位置する上向水平端面および下向水平端面とで矩形形状の凹凸に構成し、これを連続させて空気流入側端面の全体を凹凸状に形成した点で参考例１の発明と異なるだけで、それ以外の同一構造、作用効果を奏する部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

１４ｄは、フィン１０の空気流入側端面１３に設けた複数の埃付着軽減部で、角度の異なる複数の直線端面としての垂直端面２３とこれを間にして上下に位置する上向水平端面２２および下向水平端面１６とで埃の付き難い形状としての矩形形状の凹凸に構成し、これを連続させて空気流入側端面１３の全体を凹凸状に形成している。また、複数の埃付着軽減部１４ｄは空気側路１６ａの作用を有しており、一方の垂直端面２３，上向水平端面２２におけるフィン１０間の目詰まりが先に起こり易いので、それ以降は目詰まりのなかなか起こり難い他方の下向水平端面１６におけるフィン１０間が空気側路１６ａとして点線矢印で示す空気流をバイパスする構成にしてある。

上記参考例４において、複数の埃付着軽減部１４ｄが空気流入側端面１３に埃の付着をし難くする作用を説明する。上向水平端面２２，下向水平端面１６は、実線矢印で示す流入空気に対する角度が小さくなり、埃が付き難いのである。すなわち、フィン１０の間に流入する空気中の埃で、下向水平端面１６に沿って流れる大半は、下向水平端面１６に沿って流れるうちにフィン１０間に入って通過し、また同じように上向水平端面２２に沿って流れる大半の埃も、上向水平端面２２に沿って流れるうちにフィン１０間に入って通過し、それぞれに埃の堆積がし難い。そして、内側と外側の垂直端面２３には埃があたって徐々に堆積し、更に内側に位置する垂直端面２３に沿って落ちてきてフィン１０間に入らず残った一部の埃も徐々に上向水平端面２２に堆積してしまう。そして、長い使用期間を経て一方の上向水平端面２２および内側と外側の垂直端面２３に埃が堆積して、その部分のフィン１０間に目詰まりを生じ始める。しかし、他方の下向水平端面１６には埃の堆積がそれほど進んでいないので、下向水平端面１６におけるフィン１０間である空気側路１６ａを点線矢印で示す空気が流れる。

このようにして、フィン１０間を通る空気の流れを長期に亘って阻害しないので、上記参考例１と同じ作用効果を得ることができる。

以上のように参考例１〜実施の形態１、参考例２〜参考例４の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、同じように実施の形態１および参考例１〜参考例４ではコンデンサに適用する熱交換器で説明したが、これに限定されるものでなく、蒸発器にも適用できるものである。

本発明の熱交換器の参考例１におけるフィンの要部側面図 同熱交換器を使用した冷凍サイクルの冷媒回路図 同熱交換器の実施の形態１におけるフィンの要部側面図 同熱交換器の参考例２におけるフィンの側面図 同熱交換器の参考例３におけるフィンの側面図 同熱交換器の参考例４におけるフィンの側面図 同熱交換器の参考例１、実施の形態１、参考例２と従来の熱交換器のフ ィンの目詰まり率を比較したグラフ 従来技術の熱交換器におけるフィンの側面図 他の従来技術の熱交換器におけるフィンの側面図 他の従来技術の熱交換器におけるフィンの側面図

符号の説明

１０ フィン
１１ 間隔
１２ 管
１３ 空気流入側端面
１４，１４ａ 埃付着軽減部
１５ 上向傾斜端面（上向端面）
１６ 下向水平端面（下向端面）
１６ａ，２１ａ 空気側路
２１ 下向傾斜端面（下向端面）
２２ 上向水平端面（上向端面）

Claims (4)

1. 空気が流動する間隔を有して多数枚を並設した板状のフィンと、このフィンを貫通し、かつ内部を冷媒が流動する複数の管とを備え、前記フィンの空気流入側端面に複数の埃付着軽減部を形成し、前記埃付着軽減部を、流入空気に対する角度が異なるように水平端面と傾斜端面によって略三角形を成す形状とし、前記傾斜端面を下向傾斜端面とし、前記水平端面を前記下向傾斜端面の真上に位置する上向水平端面とし、前記上向水平端面と下向傾斜端面を交互に組合わせて前記フィンの空気流入側端面全体を鋸歯状に形成してなる熱交換器。
2. 前記下向傾斜端面の流入空気に対する角度を前記上向水平端面の流入空気に対する角度より大きくした請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記フィンの鋸歯状の先端にアールを設けた請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器を有する冷凍装置を備えた機器。