JP5553101B2 - 冷却器および保冷庫 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒により空気を冷却する冷却器、およびこれを備えた保冷庫に関する。

冷媒を通す伝熱管と、伝熱管の周囲に設けられた伝熱フィンとを有し、冷媒と空気との熱交換を行う熱交換器が広く用いられている。このような熱交換器における伝熱管の配置は、空気を冷却する冷却器として用いられるものを含め、千鳥形配列が一般的である。また、冷凍用あるいは冷蔵用のショーケースに備えられる冷却器は、空気中の水分が伝熱管や伝熱フィンへ着霜し、その霜が成長して風路が狭くなり、風量低下によって通過空気を冷却する能力の低下や、ショーケースの庫内を循環する冷気の低下によるショーケースの保冷能力の低下を小さくするために、フィンの間隔を広くする、伝熱管の間隔を広くするなどの対策が採られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１１８７０７号公報

着霜に対する耐力（着霜耐力）を高くするために伝熱管の間隔を広くすると、千鳥形配列としても、伝熱管と、その次の列の伝熱管との間の、通風方向に垂直な方向の距離が大きくなってしまう。このため、伝熱管に衝突して伝熱管の両側に分かれた気流の高速部分が、次の列の伝熱管に衝突せずに通過してしまう。その結果、空気と温度差が大きい伝熱管の表面に多くの空気を供給することができず、熱交換性能が低い。それゆえ、要求される熱交換量を得るために、大きな冷却器が必要となったり、多くの風量が必要となったりするという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高い着霜耐力を保持しつつ熱交換性能に優れる冷却器、およびこれを備えた保冷庫を提供することを目的とする。

本発明に係る冷却器は、互いに平行に配置され、内部に冷媒を通す複数の伝熱管と、伝熱管の周囲に設けられた伝熱フィンと、を備え、伝熱管の長手方向に対し垂直な断面を見た場合に、空気の入口側から出口側に向かう通風方向に垂直な方向についての間隔を第１の距離にして並んだ複数の伝熱管からなる列が、通風方向の上流側を前列側、通風方向の下流側を後列側として、複数列、形成され、列の各々は、一つ前の列に比べて、通風方向に垂直な方向に、第１の距離の３分の１または３分の２の距離だけ、ずれた位置にあり、伝熱管の長手方向に対し垂直な断面において、通風方向に垂直な方向についての列の位置は、前列側から後列側へ順に見た場合に、第１の方向に第１の距離の３分の１の距離ずつ２回ずれた後、第１の方向と反対の第２の方向に第１の距離の３分の２の距離だけ１回ずれる、というパターンを繰り返し、伝熱管の長手方向に対し垂直な断面において、通風方向に垂直な方向についての位置が第１の距離の３分の２の距離だけずれた関係にある隣接する二つの列の間の通風方向の距離が、通風方向に垂直な方向についての位置が第１の距離の３分の１の距離だけずれた関係にある隣接する二つの列の間の通風方向の距離に比べて小さいものである。

本発明によれば、高い着霜耐力を保持しつつ熱交換性能に優れる冷却器、およびこれを備えた保冷庫を得ることが可能となる。

本発明の実施の形態１の冷却器を示す斜視図である。 図１に示す冷却器が備える伝熱管の断面図である。 図１に示す冷却器が備えるＵベンド管の断面図である。 図１に示す冷却器を伝熱管の長手方向に対し垂直な平面で切断した状態を示す模式的な断面図である。 図１に示す冷却器を伝熱管の長手方向に対し垂直な平面で切断した状態を示す模式的な断面図である。 図１に示す冷却器を伝熱管の長手方向に平行な方向から見た状態を模式的に示す側面図である。 本発明の実施の形態１の変形例の冷却器を伝熱管の長手方向に平行な方向から見た状態を模式的に示す側面図である。 本発明の実施の形態２の冷却器を伝熱管の長手方向に対し垂直な平面で切断した状態を示す模式的な断面図である。 本発明の実施の形態２の冷却器を伝熱管の長手方向に対し垂直な平面で切断した状態を示す模式的な断面図である。 本発明の実施の形態２の冷却器を伝熱管の長手方向に平行な方向から見た状態を模式的に示す側面図である。 本発明の実施の形態２の冷却器を伝熱管の長手方向に平行な方向から見た状態を模式的に示す側面図である。 本発明の実施の形態３のショーケースの正面図である。 図１２中のＡ−Ａ線断面図である。 図１２に示すショーケースが備える蒸気圧縮式ヒートポンプ回路（冷媒回路）の構成を示す図である。 比較例の冷却器を伝熱管の長手方向に対し垂直な平面で切断した状態を示す模式的な断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の冷却器を示す斜視図である。図２は、図１に示す冷却器が備える伝熱管の断面図である。図３は、図１に示す冷却器が備えるＵベンド管の断面図である。

図１に示すように、本実施形態の冷却器１は、内部に冷媒を通す複数の伝熱管２と、隣接する二つの伝熱管２の端部同士を接続する接続部としてのＵベンド管３と、伝熱管２の周囲に設けられた複数の板状の伝熱フィン４とを有する。複数の伝熱フィン４は、間隔をあけて平行に重ねて配置されている。伝熱管２は、伝熱フィン４を貫通して配置されている。伝熱管２は、伝熱フィン４に対し垂直になっている。この冷却器１は、図１中の下側が空気の入口になり、上側が空気の出口になるようにして使用される。伝熱管２は、空気の入口側から出口側に向かう方向、すなわち通風方向に対して、垂直になる姿勢で配置される。複数の伝熱管２は、互いに平行になっている。伝熱フィン４は、通風方向に長い長方形をなしている。

図２に示すように、本実施形態の伝熱管２は、円筒状の長尺の管の中央をヘアピン状に曲げ加工することによって形成されたヘアピン管によって構成されている。このため、伝熱管２は、２本が１組になっている。そして、１組の２本の伝熱管２は、それらの一方の端部同士が、１８０°湾曲した湾曲部２ａを介して繋がって一体化している。以下の説明では、一つのヘアピン管で構成される２本の伝熱管２の間隔に相当する距離をＬｐとする。なお、本明細書では、２本の伝熱管２の間隔とは、それらの中心線間の距離を言うものとする。

伝熱管２の湾曲部２ａと反対側の開口している端部は、図１に示すように、Ｕベンド管３を介して、隣接する伝熱管２の開口端部に接続されている。図３に示すように、Ｕベンド管３は、Ｕ字状をなす管体である。Ｕベンド管３の両端の開口部の中心線間の距離は、Ｌｐに等しくなっている。

図４は、図１に示す冷却器１を伝熱管２の長手方向に対し垂直な平面で切断した状態を示す模式的な断面図である。図４では、図を簡略化するため、伝熱管２の管壁の肉厚、および、伝熱フィン４と伝熱管２との接触部に設けられるフィンカラーの図示を省略している（後述する図５乃至図１１でも同様とする）。

図４に示すように、冷却器１は、壁５によって囲まれて形成される風路内に配置して使用される。この風路は、図４中の下側が空気入口側となり、上側が空気出口側となる。すなわち、図４中では、下側から上側に向かう方向が通風方向になる。図４に示すように、伝熱管２の長手方向に対し垂直な断面で冷却器１を見た場合に、複数の伝熱管２が並んだ列が、通風方向の上流側を前列側、通風方向の下流側を後列側として、複数列、形成される。以下の説明では、便宜上、最も空気入口に近い列を１列目と呼び、空気出口側に向かって、順に、２列目、３列目、・・・と呼ぶ。図４中では、１列目から７列目までを示し、８列目以降を省略しているが、図１に示す冷却器１では、１２列目まで形成されている。一つの列内の伝熱管２の数は、本実施形態では２個であるが、３個以上でも良い。

各列内の伝熱管２は、通風方向に垂直な方向についての間隔が第１の距離になるように、等間隔に配置される。本実施形態では、第１の距離は、Ｌｐに等しくなっている。本実施形態では、列内の隣接する２本の伝熱管２を、図２に示すヘアピン管１個で構成することが可能になり、部品点数を削減することができる。

互いに隣接する２本の伝熱管２の間隔が小さ過ぎると、着霜時に目詰まりが生じて通風抵抗増加および風量低下が顕著になり、着霜耐力が低いというデメリットがある。一方、互いに隣接する２本の伝熱管２の間隔が大き過ぎると、伝熱管２の配置密度が疎らになり過ぎ、冷却器１の熱交換性能が低下するというデメリットがある。これらのことに鑑みて、第１の距離Ｌｐは、伝熱管２の外径（直径）の４倍〜６倍が好ましく、５倍程度であるのが特に好ましい。第１の距離Ｌｐをこのような値にすることにより、着霜時の通風抵抗増加および風量低下を抑制することができ、高い着霜耐力が得られ、且つ、冷却器１の熱交換性能を向上するために十分な伝熱管２の配置密度が得られる。

図４のように、伝熱管２の長手方向に対し垂直な断面で見た場合に、各列の伝熱管２は、一つ前の列の伝熱管２に比べて、通風方向に垂直な方向に、第１の距離Ｌｐの３分の１の距離、すなわちＬｐ／３だけ、ずれた位置にある。以下の説明では、図４中、通風方向に垂直で左に向かう方向を第１の方向と呼び、通風方向に垂直で右に向かう方向を第２の方向と呼ぶ。本実施形態では、２列目は１列目に比べて第１の方向にＬｐ／３ずれた位置にあり、３列目は２列目に比べて第１の方向にＬｐ／３ずれた位置にあり、４列目は３列目に比べて第２の方向にＬｐ／３ずれた位置にあり、５列目は４列目に比べて第２の方向にＬｐ／３ずれた位置にあり、６列目は５列目に比べて第１の方向にＬｐ／３ずれた位置にあり、７列目は６列目に比べて第１の方向にＬｐ／３ずれた位置にある。このように、本実施形態では、伝熱管２の長手方向に対し垂直な断面において、通風方向に垂直な方向についての各列の伝熱管２の位置は、前列側から後列側へ順に見た場合に、第１の方向に第１の距離Ｌｐの３分の１の距離ずつ２回ずれた後、第１の方向と反対の第２の方向に第１の距離Ｌｐの３分の１の距離ずつ２回ずれる、というパターンを繰り返す。また、本実施形態では、各列の伝熱管２は、列と列との間の通風方向の距離が等間隔Ｌａになるように配置されている。

以下の説明では、説明の都合上、各列内の各伝熱管２に、図４中の左側から右側に向かう順で、１番、２番、・・・と番号を付ける。本実施形態では、各列は、１番および２番の、２個の伝熱管２で構成されている。本実施形態では、隣接する二つの列の、互いに対応する伝熱管２同士、すなわち列内での番号が同じ伝熱管２同士の間隔が、列内の伝熱管２の間隔に等しく、Ｌｐになっている。例えば、１列目の１番の伝熱管２と２列目の１番の伝熱管２との間隔はＬｐであり、１列目の２番の伝熱管２と２列目の２番の伝熱管２との間隔はＬｐである。同様に、２列目の１番の伝熱管２と３列目の１番の伝熱管２との間隔はＬｐであり、２列目の２番の伝熱管２と３列目の２番の伝熱管２との間隔はＬｐである。このような構成により、本実施形態では、隣接する二つの列の間において、列内での番号が同じ２本の伝熱管２を、図２に示すヘアピン管１個で構成することが可能になり、部品点数を削減することができる。

また、本実施形態では、隣接する二つの列の、列内での番号が同じ２本の伝熱管２を図２に示すヘアピン管で構成することが可能であり、且つ、列内の隣接する２本の伝熱管２を図２に示すヘアピン管で構成することが可能である。このため、１種類の形状のヘアピン管を用いて、すべての伝熱管２を構成することが可能となる。また、各伝熱管２とこの伝熱管２に隣接する最も近い伝熱管２との間隔が何れもＬｐになるため、１種類の形状のＵベンド管３を伝熱管２の各接続部に適用可能である。このようなことから、本実施形態によれば、部品の種類を少なくすることができ、コスト低減が図れる。

次に、冷却器１における熱の移動について説明する。冷却器１では、複数の伝熱フィン４の間を流れる空気から、伝熱フィン４および伝熱管２を介して、伝熱管２内を流れる低温の冷媒に向かって、熱が移動する。空気に比べて最も温度差が大きいのは、伝熱管２内を流れる冷媒である。伝熱管２および伝熱フィン４の温度は、冷媒の温度と、空気の温度との間の温度となる。一般に、伝熱管２は、熱伝導特性の高い銅あるいはアルミニウムなどを主材料として製造されることが好ましい。このような熱伝導特性の高い伝熱管２の温度は、冷媒の温度に近い温度になる。伝熱フィン４は、アルミニウム製であることが一般的である。伝熱フィン４の温度は、伝熱管２の近くでは冷媒の温度に近く、伝熱管２から離れるほど空気の温度に近くなる。熱の移動量は、空気と伝熱面との温度差が大きいほど多く、また、空気の流速が速いほど多い。このため、空気との温度差が大きい、伝熱管２の表面、および、伝熱管２の近傍の伝熱フィン４の表面に、流速の速い空気を供給することができれば、冷却器１の熱交換性能を向上することが可能になる。

次に、伝熱フィン４の間の空気の流れについて、図５を参照して説明する。図５は、図１に示す冷却器１を伝熱管２の長手方向に対し垂直な平面で切断した状態を示す模式的な断面図である。図５中の矢印線は、空気の流れを示す。図５では、説明の都合上、各伝熱管２について、列の順番と、列内での番号とを二桁の数にして、伝熱管２を表す円内に付記している。例えば、図５中で最も左下の、１列目１番の伝熱管２には「１１」と付記している。

空気の流れが伝熱管２に衝突すると、空気は伝熱管２の両側（図５中では左側および右側）に分かれて流れるため、伝熱管２の背後（図５中では伝熱管２の上側）には、一般にウェークと呼ばれる、流速が遅い領域が形成される。そして、このウェークの両側（図５中では左側および右側）に、流速の速い領域が形成される。この流速の速い気流を以下「高速気流」と称する。

本実施形態の冷却器１では、各列の伝熱管２を、一つ前の列の伝熱管２に比べて、通風方向に垂直な方向に、第１の距離Ｌｐの３分の１の距離だけ、ずれた位置に配置したことにより、各伝熱管２の背後のウェークの両側に形成される高速気流の一方または両方を、後続する列の伝熱管２に当てることができる。例えば、図５に示すように、１列目１番の伝熱管２の両側の高速気流は、２列目１番の伝熱管２と、３列目２番の伝熱管２とにそれぞれ当たる。１列目２番の伝熱管２の片側の高速気流は、２列目２番の伝熱管２に当たる。２列目１番の伝熱管２の片側の高速気流は、３列目１番の伝熱管２に当たる。２列目１番の伝熱管２のもう一方の側の高速気流は、４列目１番の伝熱管２の片側の高速気流に合流した上で、５列目１番の伝熱管２に当たる。２列目２番の伝熱管２の片側の高速気流は、３列目２番の伝熱管２に当たる。２列目２番の伝熱管２のもう一方の側の高速気流は、４列目２番の伝熱管２の片側の高速気流に合流した上で、５列目２番の伝熱管２に当たる。３列目１番の伝熱管２の片側の高速気流は、４列目１番の伝熱管２に当たる。３列目２番の伝熱管２の両側の高速気流は、４列目２番の伝熱管２と、５列目１番の伝熱管２とにそれぞれ当たる。

このように、本実施形態では、各伝熱管２の背後のウェークの両側に形成される高速気流の一方または両方を、後続する列の伝熱管２に当てることができる。このため、空気との温度差が大きい、伝熱管２の表面、および、伝熱管２の近傍の伝熱フィン４の表面に多くの空気を供給することができるので、冷却器１の熱交換性能を向上することができる。また、伝熱管２同士の間隔を十分に確保しつつ上記効果を達成することができるため、伝熱管２への着霜による通風抵抗増加を抑制することができる。すなわち、本実施形態の冷却器１によれば、優れた熱交換性能と、高い着霜耐力とを両立することができる。

図１５は、比較例の冷却器を伝熱管２の長手方向に対し垂直な平面で切断した状態を示す模式的な断面図である。以下、図１５に示す比較例の冷却器１００について説明するが、共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。比較例の冷却器１００では、各列内の伝熱管２の間隔はＬｃであり、各列の伝熱管２は、一つ前の列の伝熱管２に比べて、通風方向に垂直な方向にＬｃ／２だけずれた位置にある。このような比較例の冷却器１００では、図１５中の破線で囲った領域に示すように、各伝熱管２の背後のウェークの両側に形成される高速気流が、後続する列の伝熱管２に当たらずに通過してしまう。このため、比較例の冷却器１００では、空気との温度差が大きい、伝熱管２の表面、および、伝熱管２の近傍の伝熱フィン４の表面に多くの空気を供給することができない。その結果、熱交換性能が低いという問題がある。なお、比較例の冷却器１００において、各列内の伝熱管２の間隔Ｌｃを小さくすれば、各伝熱管２の背後のウェークの両側に形成される高速気流が、後続する列の伝熱管２に当たるようにすることはできる。しかしながら、各列内の伝熱管２の間隔Ｌｃを小さくすると、着霜時に目詰まりが生じて通風抵抗増加および風量低下を起こし易く、着霜耐力が低くなる。このように、比較例の冷却器１００では、熱交換性能と着霜耐力とを高いレベルで両立できないという問題がある。

また、本実施形態の冷却器１によれば、先に記述したように伝熱管２の配置を規定しているので、図２に示すヘアピン管と、図３に示すＵベンド管３との組み合わせ方により、冷媒の流路構成の自由度が高いという利点がある。以下、図６および図７を参照して、冷媒流路の構成例について説明する。図６は、図１に示す冷却器１を伝熱管２の長手方向に平行な方向から見た状態を模式的に示す側面図である。図７は、本発明の実施の形態１の変形例の冷却器１’を伝熱管２の長手方向に平行な方向から見た状態を模式的に示す側面図である。図７に示す変形例の冷却器１’は、流路構成が異なること以外は、図１に示す冷却器１と同様である。

図６および図７では、互いに隣接する伝熱管２間を繋ぐ実線の直線はＵベンド管３を表しており、互いに隣接する伝熱管２間を繋ぐ破線の直線はヘアピン管の湾曲部２ａを表している。図１および図６に示すように、冷却器１は、全部の伝熱管２が一つの冷媒流路を形成するように接続され、この一つの冷媒流路の一端が冷媒入口６ａを構成し、他端が冷媒出口６ｂを構成している。伝熱フィン４の積層枚数が比較的少ない場合、各伝熱管２の長さが比較的短い場合、伝熱管２の総数が比較的少ない場合など、冷媒配管の総延長が比較的短い場合には、この冷却器１のように、構成が簡単な１流路とすることが好ましい。

一方、図７に示す冷却器１’では、各列の１番の伝熱管２が接続されて一つの冷媒流路を形成し、各列の２番の伝熱管２が接続されてもう一つの冷媒流路を形成している。冷媒入口６ａおよび冷媒出口６ｂは、各々の冷媒流路ごとに設けられている。すなわち、冷却器１’は、冷媒入口６ａおよび冷媒出口６ｂを２個ずつ備えている。冷媒配管の総延長が長い場合には、この冷却器１’のように、複数の冷媒流路を形成するように伝熱管２を接続することが好ましい。これにより、冷媒配管の総延長が長い場合であっても、冷媒の流路圧力損失を小さくすることができる。

このように、本実施形態によれば、構成の簡単化、冷媒の流路圧力損失低減などの優先事項に応じて、適切な流路構成を選択することができる。また、１種類のＵベンド管３を用いて複数の流路構成を形成することができるので、複数の流路構成を少ない部品種類数で安価に実現することができる。

実施の形態２．
次に、図８乃至図１１を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図８および図９は、それぞれ、本発明の実施の形態２の冷却器１Ａを伝熱管２の長手方向に対し垂直な平面で切断した状態を示す模式的な断面図である。

図８に示すように、本実施形態の冷却器１Ａは、伝熱管２の長手方向に対し垂直な断面で見た場合に、各列の伝熱管２は、一つ前の列の伝熱管２に比べて、通風方向に垂直な方向に、第１の距離Ｌｐの３分の１（すなわちＬｐ／３）または３分の２（すなわち２Ｌｐ／３）の距離だけ、ずれた位置にある。具体的には、本実施形態では、２列目は１列目に比べて第１の方向にＬｐ／３ずれた位置にあり、３列目は２列目に比べて第１の方向にＬｐ／３ずれた位置にあり、４列目は３列目に比べて第２の方向に２Ｌｐ／３ずれた位置にあり、５列目は４列目に比べて第１の方向にＬｐ／３ずれた位置にあり、６列目は５列目に比べて第１の方向にＬｐ／３ずれた位置にあり、７列目は６列目に比べて第２の方向に２Ｌｐ／３ずれた位置にある。このように、本実施形態では、伝熱管２の長手方向に対し垂直な断面において、通風方向に垂直な方向についての各列の伝熱管２の位置は、前列側から後列側へ順に見た場合に、第１の方向に第１の距離Ｌｐの３分の１の距離ずつ２回ずれた後、第１の方向と反対の第２の方向に第１の距離Ｌｐの３分の２の距離だけ１回ずれる、というパターンを繰り返す。

通風方向に垂直な方向についての位置が第１の距離Ｌｐの３分の２の距離だけずれた関係にある隣接する二つの列（例えば３列目と４列目）の間の通風方向の距離Ｌｂは、通風方向に垂直な方向についての位置が第１の距離Ｌｐの３分の１の距離だけずれた関係にある隣接する二つの列（例えば１列目と２列目）の間の通風方向の距離Ｌａに比べて、小さくなっている。

次に、伝熱フィン４の間の空気の流れについて、図９を参照して説明する。図９中の矢印線は、空気の流れを示す。図９では、説明の都合上、各伝熱管２について、列の順番と、列内での番号とを二桁の数にして、伝熱管２を表す円内に付記している。

本実施形態の冷却器１Ａでは、各列の伝熱管２を、一つ前の列の伝熱管２に比べて、通風方向に垂直な方向に、第１の距離Ｌｐの３分の１または３分の２の距離だけ、ずれた位置に配置したことにより、各伝熱管２の背後のウェークの両側に形成される高速気流の一方または両方を、後続する列の伝熱管２に当てることができる。例えば、図９に示すように、１列目については実施の形態１と同様であり、２列目１番の伝熱管２の両側の高速気流は、３列目１番の伝熱管２と、４列目１番の伝熱管２とにそれぞれ当たる。２列目２番の伝熱管２の両側の高速気流は、３列目２番の伝熱管２と、４列目２番の伝熱管２とにそれぞれ当たる。３列目１番の伝熱管２の片側の高速気流は、５列目１番の伝熱管２に当たる。３列目２番の伝熱管２の両側の高速気流は、４列目１番の伝熱管２と、５列目２番の伝熱管２とにそれぞれ当たる。４列目１番の伝熱管２の両側の高速気流は、５列目１番の伝熱管２と、６列目２番の伝熱管２とにそれぞれ当たる。４列目２番の伝熱管２の片側の高速気流は、５列目２番の伝熱管２に当たる。

このように、本実施形態では、各伝熱管２の背後のウェークの両側に形成される高速気流の一方または両方を、後続する列の伝熱管２に当てることができる。このため、空気との温度差が大きい、伝熱管２の表面、および、伝熱管２の近傍の伝熱フィン４の表面に多くの空気を供給することができるので、冷却器１Ａの熱交換性能を向上することができる。また、伝熱管２同士の間隔を十分に確保しつつ上記効果を達成することができるため、伝熱管２への着霜による通風抵抗増加を抑制することができる。すなわち、本実施形態の冷却器１Ａによれば、優れた熱交換性能と、高い着霜耐力とを両立することができる。

更に、本実施形態の冷却器１Ａでは、隣接する二つの列間の距離を、すべて等間隔Ｌａとするのではなく、３箇所に１箇所の割合でＬａより小さいＬｂにしている。このため、本実施形態の冷却器１Ａは、実施の形態１の冷却器１に比べて、通風方向の寸法を小さく抑えることができる。

図１０および図１１は、それぞれ、本実施形態の冷却器１Ａを伝熱管２の長手方向に平行な方向から見た状態を模式的に示す側面図である。図１０に示す冷却器１Ａと、図１１に示す冷却器１Ａとは、冷媒の流路構成が異なること以外は同じである。図１０および図１１では、互いに隣接する伝熱管２間を繋ぐ実線の直線はＵベンド管３を表しており、互いに隣接する伝熱管２間を繋ぐ破線の直線はヘアピン管の湾曲部２ａを表している。図１０に示す冷却器１Ａでは、全部の伝熱管２が一つの冷媒流路を形成するように接続されている。一方、図１１に示す冷却器１Ａでは、各列の１番の伝熱管２が接続されて一つの冷媒流路を形成し、各列の２番の伝熱管２が接続されてもう一つの冷媒流路を形成している。

以上、本発明の冷却器を実施の形態１および２に基づいて説明したが、本発明の冷却器における伝熱管２の配置パターンは、上述した構成に限定されるものではない。例えば、伝熱管２の長手方向に対し垂直な断面において、通風方向に垂直な方向についての各列の伝熱管２の位置は、前列側から後列側へ順に見た場合に、第１の方向に第１の距離Ｌｐの３分の１の距離だけ１回ずれた後、第１の方向と反対の第２の方向に第１の距離Ｌｐの３分の１の距離だけ１回ずれるというパターンを繰り返す配置でもよく、また、第１の方向に第１の距離Ｌｐの３分の２の距離だけ１回ずれた後、第１の方向と反対の第２の方向に第１の距離Ｌｐの３分の２の距離だけ１回ずれるというパターンを繰り返す配置でもよい。

実施の形態３．
次に、図１２乃至図１４を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。本実施の形態３では、本発明の実施の形態２の冷却器１Ａを搭載した冷凍用または冷蔵用のオープンショーケース（以下、単に「ショーケース」と呼ぶ）について説明する。図１２は、本発明の実施の形態３のショーケース７の正面図である。図１３は、図１２中のＡ−Ａ線断面図である。以下の説明では、図１２中の左右方向を幅方向とし、上下方向を高さ方向として説明する。

図１２に示すように、ショーケース７は、商品２００を保冷する保冷室８を備えている。保冷室８は、正面側に開口部８ａを有している。図１３に示すように、保冷室８は、下側（底面側）、背面側および上側（天面側）を、断熱材を内蔵した断熱壁９で囲まれている。保冷室８には、商品２００を陳列する商品棚１０が備えられている。商品棚１０は、高さ位置を変更可能に設けられた中間棚１０ａと、最下段の床棚１０ｂとが含まれている。保冷室８と、断熱壁９との間には、保冷室８内の空気（冷気）を含む空気を循環させる風路となる冷気循環風路１１が設けられている。冷気循環風路１１は、床棚１０ｂの前端付近に位置する空気吸込み口１１ａと、底面側の断熱壁９と床棚１０ｂとの間に位置する底面風路１１ｂと、背面側の断熱壁９と保冷室８の背面との間に位置する背面風路１１ｃと、天面側の断熱壁９と保冷室８の天面との間に位置する天面風路１１ｄと、天面風路１１ｄの前端付近に位置するエアカーテン吹出し口１１ｅとを有している。

空気吸込み口１１ａは、開口部８ａの下側の部分に設けられ、冷気循環風路１１への流入口となる。底面風路１１ｂは、保冷室８の床下部分（保冷室８よりも下側の位置）に設けられている。底面風路１１ｂ内には、庫内冷気送風用の庫内ファン１４が備えられている。空気吸込み口１１ａから流入した空気は、庫内ファン１４により、冷気循環風路１１の下流側に送風される。庫内ファン１４は、冷気循環風路１１の幅方向の寸法等に応じて、１台または複数台、設置される。

背面風路１１ｃは、保冷室８の背面部分に設けられており、底面風路１１ｂからの空気を天面風路１１ｄに送る。背面風路１１ｃには、本発明の実施の形態２として説明した冷却器１Ａが設置されている。冷却器１Ａは、背面風路１１ｃの幅方向のほぼ全体に渡って配置される。冷却器１Ａは、蒸気圧縮式ヒートポンプ回路を構成する蒸発器であり、背面風路１１ｃを通過する空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化させ、空気を冷却する熱交換器として機能する。なお、実施の形態２の冷却器１Ａに代えて実施の形態１の冷却器１をショーケース７に搭載しても良いことは言うまでもない。

保冷室８と背面風路１１ｃとは、板状の背面仕切り１２により隔てられている。背面仕切り１２の一部には、背面孔１３が設けられている。この背面孔１３を介して、冷却器１を通過した背面風路１１ｃ内の冷却された空気が保冷室８内に流入する。天面風路１１ｄは、保冷室８の天井部分（保冷室８よりも上側の位置）に設けられており、背面風路１１ｃからの空気をショーケース７の背面側から正面側へ通過させる。エアカーテン吹出し口１１ｅは、開口部８ａの上側の部分に設けられており、整流用のハニカムが備えられている。エアカーテン吹出し口１１ｅは、天面風路１１ｄを通過した空気を、開口部８ａの下方に向けて吹き出す。

図１４は、本実施形態のショーケース７が備える蒸気圧縮式ヒートポンプ回路（冷媒回路）の構成を示す図である。図１４中、矢印は冷媒の流れる向きを示す。図１４に示すように、圧縮機１５、凝縮器１６、膨張弁１７および冷却器１Ａを順に冷媒配管１８で接続することにより、蒸気圧縮式ヒートポンプ回路が構成されている。圧縮機１５は、冷媒を高温・高圧の状態に圧縮して吐出する。圧縮機１５は、特に限定しないが、インバータ回路により回転数を制御可能な容量制御タイプのものが好ましく用いられる。凝縮器１６は、例えば空気（保冷室８内以外の空気）と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させる熱交換器である。膨張弁１７は、冷媒の流量を調整し、減圧して膨張させる流量調整手段（絞り装置）として機能する。

図１３に示すように、圧縮機１５、凝縮器１６および膨張弁１７は、ショーケース７の下部に設けられた機械室１９内に収納されている。また、機械室１９内には、機械室１９の外から空気を吸込み、凝縮器１６に送風するための機械室ファン２０と、冷却器１Ａからのドレン水を蒸発させるためドレン蒸発器２１とが更に収納されている。

次に、ショーケース７の動作について説明する。まず、全体の空気の流れについて説明する。図１３中の白抜き矢印は、ショーケース７を循環する気流の大まかな流れを示している。庫内では、庫内ファン１４が駆動すると、空気吸込み口１１ａから保冷室８の空気と外気とが混合した空気が、冷気循環風路１１内に取り込まれる。背面風路１１ｃにおいて冷却器１Ａを通過し、ここで熱交換してより温度の低い冷気となり、冷却器１Ａを通過した冷気の一部が背面仕切り１２の背面孔１３を通って保冷室８へ吹き出される。冷却器１Ａを通過した冷気の残りは、背面風路１１ｃおよび天面風路１１ｄを経由して、エアカーテン吹出し口１１ｅから下方に向かって吹き出される。

一方、機械室１９側については、機械室ファン２０の駆動により外部の空気が機械室１９に吸い込まれる。機械室１９に吸い込まれた空気は、機械室ファン２０から吹き出され、凝縮器１６を通過する。ここで熱交換して凝縮器１６から熱を奪い、より高温の空気となる。高温となった空気は、ドレン蒸発器２１を通過する際にドレン蒸発器２１に保持されている水分を蒸発させた後、ショーケース７の外部に放出される。

上述した本実施形態のショーケース７は、冷凍サイクルの蒸発器として、伝熱管２の配置の工夫により、高い着霜耐力を有するとともに熱交換性能にも優れた冷却器１Ａを搭載している。そのため、冷凍サイクルの効率が高いので、圧縮機１５の入力を低く抑えることができ、優れた省エネルギー性が得られる。また、要求される冷却器１Ａの熱交換量を得るために必要な、冷気循環風路１１を流れる風量を低くすることもできる。冷気循環風路１１に流入する空気は、保冷室８の冷気と外気との混合であるため、冷気循環風路１１への流入量を低くすることにより、外気の侵入量も低くなる。よって、本実施形態のショーケース７によれば、外気の侵入量を低くし、外気侵入による熱負荷を低減することができる。そのため、必要な冷却器１Ａの熱交換量そのものが小さくなり、圧縮機１５の入力も小さくなる。本実施形態によれば、この点からも、省エネルギー性に優れたショーケース７を得ることができる。

本実施形態のショーケース７は、圧縮機１５、凝縮器１６および膨張弁１７等を内蔵しているが、本発明では、圧縮機、凝縮器および膨張弁等がショーケースと別体で配置されてもよい。また、本実施形態では、本発明の冷却器を備えたショーケースについて説明したが、本発明の冷却器は、業務用あるいは家庭用の冷凍冷蔵庫、自動販売機、等を含む各種の保冷庫の冷気循環風路に設置して使用することが可能である。また、冷気循環風路には、本発明の冷却器のほかに、他の構成の冷却器が更に設置されていてもよい。その場合、本発明の冷却器と、他の構成の冷却器とが一体化されていてもよい。

１，１’，１Ａ 冷却器、２ 伝熱管、２ａ 湾曲部、３ Ｕベンド管、
４ 伝熱フィン、５ 壁、６ａ 冷媒入口、６ｂ 冷媒出口、７ ショーケース、
８ 保冷室、８ａ 開口部、９ 断熱壁、１０ 商品棚、１０ａ 中間棚、
１０ｂ 床棚、１１ 冷気循環風路、１１ａ 空気吸込み口、１１ｂ 底面風路、
１１ｃ 背面風路、１１ｄ 天面風路、１１ｅ エアカーテン吹出し口、１３ 背面孔、
１４ 庫内ファン、１５ 圧縮機、１６ 凝縮器、１７ 膨張弁、１８ 冷媒配管、
１９ 機械室、２０ 機械室ファン、２１ ドレン蒸発器、１００ 冷却器、
２００ 商品

Claims (7)

1. 互いに平行に配置され、内部に冷媒を通す複数の伝熱管と、
   前記伝熱管の周囲に設けられた伝熱フィンと、
   を備え、
   前記伝熱管の長手方向に対し垂直な断面を見た場合に、空気の入口側から出口側に向かう通風方向に垂直な方向についての間隔を第１の距離にして並んだ複数の前記伝熱管からなる列が、前記通風方向の上流側を前列側、前記通風方向の下流側を後列側として、複数列、形成され、前記列の各々は、一つ前の列に比べて、前記通風方向に垂直な方向に、前記第１の距離の３分の１または３分の２の距離だけ、ずれた位置にあり、
   前記伝熱管の長手方向に対し垂直な断面において、前記通風方向に垂直な方向についての前記列の位置は、前列側から後列側へ順に見た場合に、第１の方向に前記第１の距離の３分の１の距離ずつ２回ずれた後、前記第１の方向と反対の第２の方向に前記第１の距離の３分の２の距離だけ１回ずれる、というパターンを繰り返し、
   前記伝熱管の長手方向に対し垂直な断面において、前記通風方向に垂直な方向についての位置が前記第１の距離の３分の２の距離だけずれた関係にある隣接する二つの前記列の間の前記通風方向の距離が、前記通風方向に垂直な方向についての位置が前記第１の距離の３分の１の距離だけずれた関係にある隣接する二つの前記列の間の前記通風方向の距離に比べて小さい冷却器。
2. 前記伝熱管は、２本が１組であり、
   前記１組の前記伝熱管は、それらの一方の端部同士が湾曲部を介して繋がって一体化しており、
   前記列内の前記伝熱管の間隔が、前記１組の前記伝熱管の間隔に等しい請求項１記載の冷却器。
3. 隣接する二つの前記列の、互いに対応する前記伝熱管同士の間隔が、前記列内の前記伝熱管の間隔に等しい請求項１または請求項２に記載の冷却器。
4. 隣接する二つの前記伝熱管の端部同士を接続する接続部を備え、
   前記接続部により、全部の前記伝熱管が一つの流路を形成するように接続されている請求項１乃至３の何れか１項記載の冷却器。
5. 隣接する二つの前記伝熱管の端部同士を接続する接続部を備え、
   前記接続部により、全部の前記伝熱管が複数の流路を形成するように接続されている請求項１乃至３の何れか１項記載の冷却器。
6. 前記第１の距離は、前記伝熱管の外径の４倍〜６倍である請求項１乃至５の何れか１項記載の冷却器。
7. 冷気を通すための冷気循環風路と、
   前記冷気循環風路に設置された請求項１乃至６の何れか１項記載の冷却器と、
   を備える保冷庫。

Images