JPH06117734A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要的】 【構成】熱交換器３の表面に撥水性あるいは難着氷性の
被覆５を形成し、着霜量が多くなった時点で間欠的動作
または通常運転中に連続的動作して霜を機械的に除去・
収集する、除去部６と収集部７、及び場合により補助収
集部とからなる除霜装置を熱交換器３の近傍に配置し
た。 【効果】被覆の作用により生成される霜の付着強度が弱
められるので、機械的な除霜装置で効果的に霜を除去か
つ収集でき十分な除霜効果が得られる。除霜のための消
費電力も、省電力な二つの除霜法の組み合わせによるた
め小さくてすむ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷蔵庫用またはエアコ
ン室外機用の空気を冷却する形式で使われる熱交換器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍冷蔵庫の蒸発器や暖房運転時のヒー
トポンプ式エアコンの室外熱交換器は、空気流にほぼ直
交するように配列された１列以上の平面状に並列された
伝熱管群や、伝熱管群とそれらと一体化され相互間に良
好な空気流路が形成されるように規則的に並列されたフ
ィン群とから主要部が構成され、伝熱管内を流れる冷媒
とフィン間や伝熱管外を流れる空気が熱の授受を行う
（空気が冷却され、冷媒は熱を得る）ようになってい
る。このような熱交換器が、流入する空気温度が氷点以
下の条件、または流入する空気温度が氷点以上でもフィ
ンや伝熱管の表面温度が氷点以下の条件で使用される場
合には、空気中の水滴や氷晶がより低温なフィンや伝熱
管の表面に凝結・付着して霜が生成（特に熱交換器の上
流端面とその周辺が多い）される。霜の成長に伴い霜層
による付加熱抵抗の増加や空気流路の閉塞が起って熱交
換性能が次第に低下するため、これを防ぐため一般に、
冷蔵庫の蒸発器では電気ヒータにより、エアコンの室外
熱交換器ではサイクルの逆運転により霜を融解させる方
式の除霜が着霜量の増えた場合に行われる。このような
除霜法では、完全な除霜ができるものの、除霜時には通
常の運転が中断されるという不具合があり、大部分の霜
を完全に解かさねばならないため多くの余分な電力を消
費する（通常運転も含めた全電力の１０％にも相当する
場合もある）という大きな欠点がある。

【０００３】このような融解による一般的な除霜法に代
わり、実用性があり省電力な除霜法もいくつか考案され
ている。そのようなものとして、ナショナル・テクニカ
ル・レポート，３８，１(１９９２年）第１０８頁から
第１１３頁(Natl. Tech. Rep.３８，１（１９９２）ｐ
ｐ１０８−１１３）、及び実開平3−251693 号公報に示
されたような、フィンや伝熱管の表面に撥水性被覆を形
成して着霜量を減らす方法がある。また、トランザクシ
ョン・オブ・ザ・シー・エス・エム・イー，４，４(１
９７６−７７年)第２０４頁から第２０８頁（Trans. of
the ＣＳＭＥ，４，４（１９７６−７７）ｐｐ２０４
−２０８）には、着氷（過冷却水滴を含む空気流が固体
表面に衝突して氷を生成する現象）で生成される氷と固
体との付着強度を弱める難着氷性被覆のデータが示され
ており、これも上記と同様な形で熱交換器の着霜量低減
に利用可能である。前者の撥水性被覆としては、シリコ
ン系あるいはフッ素系樹脂等の単体やそれらの樹脂に微
粒子を混入させたものが代表的（水接触角が無処理の７
０度に対し最大１６０度近くになる）であり、後者の難
着氷性被覆としては、シリコンゴムあるいはグリース等
が良い特性（せん断力に対する氷の付着強度が無処理の
５分の１ないし１０分の１になる）をもつとされてい
る。これらのうち、撥水性被覆はエアコンの室外熱交換
器のように流入する空気流が氷点以上の場合が多い条件
で特に有効で、空気流中の水分は熱交換（冷却）により
水滴として成長しながらフィンや伝熱管の表面に到達
し、被覆の撥水作用で水滴は表面との接触面積が小さい
形状（通常の偏平・膜状でなく球形に近くなる）となっ
てから氷結して霜になるため、霜の表面への付着強度が
弱くなり、その一部は空気流により脱落させられ除霜効
果が現れることになる。難着氷性被覆は空気流が氷点以
上・以下に限らず有効なため、エアコンの室外熱交換器
だけでなく冷蔵庫の蒸発器等にも広く適用でき、この場
合は主に霜の付着強度が弱められる（水滴に関する作用
もある程度考えられるが定量的データは不明）ことで、
霜の一部が空気流で脱落させられて除霜効果が現れる。
これらの被覆による除霜法の具体的例として、撥水性被
覆についての上記の最初の論文に、霜で閉塞するまでの
運転時間を小型熱交換器モデルで２倍（通常の親水性被
覆のものとの比較）にできるという結果が示されてい
る。

【０００４】これらの被覆による除霜法では、除霜のた
めに余分な電力消費を必要とせず、ある程度の効果も得
られるという利点がある。しかし、除霜効果が上記のよ
うに現れるのは撥水性や難着氷性を極限近くまで高めた
被覆の場合であり、そのような高い撥水性や難着氷性を
もつ被覆には耐久性が劣る（汚れにより特性が低下し易
く、被覆自体の強度が小さいものも多い）という大きな
欠点があり、また被覆材の多くは熱伝導率が低いため厚
くなると熱交換性能に悪影響を及ぼす等の問題もある。
従って、熱交換器に適用する被覆としては耐久性も重視
して撥水性・難着氷性が中程度のものを採用することに
なるため、このような被覆による除霜法単独では実際に
は十分な除霜効果をあげることは難しい。

【０００５】上記の霜等の付着強度を弱める被覆を利用
する方法とは別に、実用性があり省電力な除霜法とし
て、特開昭57−122171号公報や特開昭64−63764 号公報
に示されたフィンや伝熱管に衝撃や振動を加えるもの、
特開平2−43996号公報や特開平2−29562号公報（ただ
し、後者の対象は水との熱交換器表面の汚れ除去装置で
ある）に示されたブラシ状の部材でフィンや伝熱管の表
面を磨くまたは引っ掻いて掻き落とすものというような
機械的な方式によるものがある。これらの方式では、除
霜のための消費電力も一般的な融解による方法よりは小
さくてすむという長所をもつが、上記のような被覆等に
よる対策をしない通常の条件で生成される霜は付着強度
が大きいため、簡易・小規模な装置では十分な除去を行
うことができない。霜の除去性能、即ち除霜効果を大き
くするには機械的な駆動力や各部品の強度を増大させる
など装置の本格化が必要になるが、装置のコスト・信頼
性の面で不利となり、一方で機械的な力を受けるフィン
や伝熱管の強度も高めねばならない等の問題も派生して
出てくる。

【０００６】また、熱交換器に直接対策するのでなく上
流側で対策する機械的な除霜法として、実開昭59−1554
81号公報に示された、空気中の氷等の粒子をろ過または
着氷させて捕捉する金網状の捕集器を熱交換器上流に設
けるものがある。金網状の部分は連続的または間欠的に
垂直方向に移動させられ、下部に固定されたブラシで氷
等の粒子が取り除かれる。この方法では、着氷は金網の
線上を主に上流方向に成長し空気流と直行する方向には
成長しないため、捕集器の効率を高めて熱交換器への除
霜効果を十分に得るには金網を密にせざるをえず、通風
抵抗の増大や熱交換性能の変動・低下に対処した設計が
必要となる。また、既に説明した別の機械的な除霜法と
同様に、消費電力は融解による方法よりは小さいという
長所をもつが、生成される霜の付着強度が大きいことに
よる不利な点や問題も同様に現れてくる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、融解に
よる一般的な除霜法では消費電力が大きいという欠点が
あり、また霜の付着強度を弱める被覆や機械的な方式に
よる除霜法では、除霜のための消費電力は小さくてすむ
が単独では十分な除霜効果を達成できないという欠点が
ある。

【０００８】本発明の目的は、除霜のための消費電力が
小さく、効率的な霜の除去・収集が可能で十分な除霜効
果をもつ熱交換器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、空気流にほぼ直交するように配列された
１列以上の平面状に並列された伝熱管群、あるいは該伝
熱管群とそれらと一体化され相互間に良好な空気流路が
形成されるように規則的に並列されたフィン群とからな
る主要部をもつ、空気を冷却する形式で使用される熱交
換器において、前記熱交換器に着霜する条件で運転され
る場合に、前記フィンの前記空気流に対する上流端周辺
の表面のみに、前記フィン及び前記伝熱管の表面に、生
成される霜の付着強度を弱める撥水性あるいは難着氷性
の被覆を形成し、着霜量が多くなった時点で間欠動作ま
たは通常運転中に連続動作する、前記霜を機械的に除去
かつ収集する除霜装置を前記熱交換器の近傍に配置した
ことを特徴としている。

【００１０】

【作用】上記のような構成にすることで、フィンや伝熱
管の表面に形成された撥水性あるいは難着氷性被覆によ
り熱交換器表面に生成される霜は付着強度の弱いものと
なるので、ある程度着霜した時点で簡易・小規模な機械
的な除霜装置を動作させることにより、霜を表面から効
果的に除去かつ収集することができ、十分な除霜効果が
得られる。被覆利用による除霜法は余分な消費電力が不
要で、機械的な除霜法も被覆により霜の付着強度が弱め
られているので消費電力は単独の場合よりも小さくで
き、全体の消費電力は融解による一般的な除霜法より小
さくてすむ。

【００１１】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて説明する。

【００１２】図１は本発明を適用した熱交換器の一実施
例の斜視図を示し、図２はその断面図である。１列以上
の平面状に並列された複数の伝熱管１とそれらと一体化
され相互間に良好な空気流路が形成されるように規則的
に並列された複数のフィン２とから熱交換器３の主要部
は構成され（伝熱管のみによる構成もある）、空気流４
にほぼ直交するように配置されている。フィン２の上流
端周辺の表面には撥水性あるいは難着氷性被覆５が形成
されており、また熱交換器３の上部（衝撃または振動が
効果的に伝わるなら別の場所でよい）には衝撃または振
動を発生または伝達する除去部６が取り付けられ、熱交
換器３の下部及び下流には、受け皿状（漏斗状でもよ
い）の容器（排出通路でもよい）である収集部７が配置
されている。熱交換器３の下流（上流でもよい）にある
送風機（図示せず）により流入させられる空気流４の温
度が氷点以下の条件、またはそれが氷点以上でも伝熱管
１やフィン２の表面温度が氷点以下の条件で熱交換器３
が空気流４を冷却する形で使用される場合には、空気流
４中の水滴あるいは氷晶８がより低温な伝熱管１やフィ
ン２の表面に凝結・付着して霜９が生成される。着霜し
易いフィン２の上流端周辺の表面には被覆５が形成され
ているため、霜９の表面への付着強度は被覆５が形成さ
れていない場合よりかなり弱い状態となる。着霜量があ
る程度増えた時点で除去部６を動作（通常運転中に連続
動作させてもよい、また動作時に脱落した霜が飛散しな
いよう送風を弱めてもよい）させると、既に付着強度が
弱められている霜９の多くは表面に伝わる衝撃または振
動で容易に除去・脱落され、熱交換器３の下部に落下し
たり空気流４により下流へ運ばれることになる。そのよ
うな霜９の大部分は熱交換器３の下部及び下流に配置さ
れた受け皿状容器の収集部７に集められて排出されるの
で、霜９の飛散や不都合な場所への堆積等の付随的な問
題も少なくすることができる。このように被覆利用の除
霜法と機械的な除霜法を併用することで、単独で適用す
る場合より十分な除霜効果を達成することができ、元々
消費電力の小さい除霜法を組み合わせるので、除霜に必
要な消費電力は全体としても融解による一般的な除霜法
より小さくできる。

【００１３】図３は本発明を適用した熱交換器の第２の
実施例の断面図である。この実施例では、除去部１０が
表面を磨くまたは引っ掻くようにして霜を掻き落とす方
式になり、熱交換器３の上流端に設置されている点が上
記の実施例と異なる。上記の実施例と同様に、熱交換器
３に着霜する条件で運転される場合には霜９は被覆５に
より表面への付着強度が弱められた状態で生成されるた
め、着霜量がある程度増えた時点で熱交換器３の上流端
に設置されたブラシまたは櫛歯状部材をもつ除去部１０
を上下動するように動作させると、除去部１０が霜９の
一部分に接触しながら移動して小さな力を伝えるだけで
霜９の大部分を効果的に除去・脱落させることができ
る。着霜量は熱交換器３のフィン２の上流端周辺が多い
ので、その部分に被覆５を形成すると共に、その部分に
届き十分掻き落とせるよう除去部１０のブラシまたは櫛
歯状部材の寸法・素材を適正化すれば、十分な除霜効果
をあげることができる。脱落させた霜９の大部分は上記
の実施例と同様に収集部７に効率よく集められるため、
霜９の飛散や堆積等の問題も少ない。また除霜に必要な
消費電力も、掻き落とし方式の除去部１０の駆動を効率
よく行うようにすれば、上記の実施例と同様に、融解に
よる一般的な除霜法より小さくすることができる。また
この例で、除去部１０のブラシまたは櫛歯状部材の寸法
・素材を表面の洗浄機能にも適したものに選定し、汚れ
が多くなった時点等にも動作させるようにすれば、被覆
５の表面の汚れを洗浄する機能を兼ねさせることも可能
である。

【００１４】図４は本発明を適用した熱交換器の第３の
実施例の断面図である。この実施例では、第２の実施例
の除去部１０が空気を噴出する整流ノズルをもつ除去部
１１に置き換えられた形となっているが、その他は同じ
構成となっている。上記の２件の実施例と同様に、熱交
換器３に着霜する条件で運転されると、着霜し易いフィ
ン２の上流端周辺に生成される霜９は被覆５の作用で付
着強度の弱いものとなる。着霜量がある程度増えた時点
で、除去用空気を噴出する整流ノズルを上下動させる形
で除去部１１を動作させれば、それ程大きくない噴出速
度でも付着強度が弱められた霜９の大部分を除去・脱落
させることができ、十分な除霜効果をあげることができ
る。この例では整流ノズルの方向を斜め下向きにしてい
るため、霜９をあまり下流に飛散させることなく受け皿
状容器である収集部７に効果的に集め、排出することが
できる。整流ノズルは、他に上下方向に細長い形状で熱
交換器３の幅方向（紙面の奥行き方向）に移動させるも
の等、種々の形式が可能である。また、除去部１１と同
様に設置されている可動式のブラシ状である洗浄装置１
２を、被覆５の汚れが多くなった時点または除去部１１
が動作する時点または定期的に動作させれば、被覆５の
撥水性や難着氷性が汚れで低下し易いものであっても、
容易に回復できる。機械的な洗浄方法は、ブラシ式（液
体を含ませてもよい）の他に洗浄作用のある液体の散布
等の種々のものが考えられる。除霜等に必要な消費電力
（洗浄装置も設置する場合はその分も含む）は、除去用
空気の発生や整流ノズル・洗浄装置等の駆動を効率よく
行えば、２件の実施例と同様に、融解による一般的な除
霜法より小さくすることができる。

【００１５】図５は本発明を適用した熱交換器の第４の
実施例の断面図である。この実施例は、第３の実施例と
同様に送風を局所的に強めて霜を吹き飛ばす方式の除去
部１３（ただし、整流板による）をもち、また新たに、
熱交換器３の下流に設けられた整流板である補助収集部
１４と、漏斗状の容器となった収集部１５を備え、さら
に撥水性あるいは難着氷性被覆５は熱交換器３のフィン
２及び伝熱管１の全表面に形成されている。上記の各実
施例と同様に、被覆５の作用で霜９は全表面において付
着強度が弱められた状態で生成されるので、着霜量があ
る程度増えた時点で除去部１３の整流板を一部分のみを
開口するように上下方向に、順次、動作させてゆけば、
開口部の空気流４の速度が局所的に大きくなるため霜９
の大部分を容易に除去・脱落させることができる。一
方、脱落させた霜９は補助収集部１４の整流板で熱交換
器３の下部および下流に向かわせ、漏斗状の容器である
収集部１５によりあまり飛散させずに効果的に集め、排
出することができる。従って、十分な除霜効果を達成で
き、霜９の飛散や堆積等の付随的な問題も少ない。この
例では一般的に、除去部１３の動作と連動させて、最下
流にある送風機１６の能力を霜９の除去・収集の双方に
適正になるように制御する方がよい。機械的な除霜法と
して同じ送風方式を用いる第３の実施例と同様に、この
除去部１３と補助収集部１４の駆動や送風機１６の制御
を効率よく行えば、除霜に必要な消費電力も融解による
一般的な除霜法より小さくすることができる。

【００１６】図６は本発明を適用した熱交換器の第５の
実施例の断面図である。この実施例も、第３・第４の実
施例と同様に送風を強めて霜を吹き飛ばす方式である
が、除去部として追加要素でなく送風機１６を用いて、
除霜時のみ一時的にその能力を増大させて空気流４の速
度が空気流路全体で大きくなるように動作させる点や、
収集部として熱交換器３の下流に設けられた金網状の捕
集器である補助収集部１７等と、熱交換器３の下部およ
び下流に配置された受け皿状容器の収集部７を用いる点
に特徴がある。また被覆５は、第４の実施例と同様に、
熱交換器３のフィン２及び伝熱管１の全表面に形成され
ている。既に説明した各実施例と同様に、被覆５の作用
で霜９は表面への付着強度が弱められた状態で生成され
るので、着霜量がある程度増えた時点で、送風機１６に
より空気流４を通常運転より全体的に強めれば、霜９の
大部分を容易に除去・脱落させることができる。脱落し
た霜９は空気流４が全体的に強められているため、かな
りの部分が熱交換器３を通過して下流にまで運ばれる
が、金網状の捕集器である補助収集部１７により効果的
に捕捉され、移動機構１８により下部に運ばれ、除去用
ブラシ１９で収集部７に集められ、排出される（霜９の
下流への飛散が問題とならない場合には、補助収集部１
７等を設置しなくてもよい）。補助収集部１７の金網部
分は、除霜時のみ空気流路に曝されるように制御すれ
ば、通常運転時の通風抵抗の余分な増加を防ぐことがで
きる。機械的な除霜法として同じ送風方式を用いる第３
・第４の実施例と同様に、この実施例によっても十分な
除霜効果を達成することができ、また、除霜に必要な消
費電力も、送風機１６の能力制御や補助収集部１７の駆
動を効率よく行えば、融解による一般的な除霜法より小
さくすることができる。

【００１７】本発明の各実施例では、被覆の形成範囲，
除去部の動作時期・条件（間欠動作か連続動作，送風機
制御の有無）や方式，補助収集部・洗浄装置の利用・設
置の有無や収集部の種類等について好適な仕様・組み合
わせを示したが、除去・収集性能や全体の除霜効果が良
好に保たれる範囲なら例示した以外のものも可能であ
る。また、各実施例では主にエアコン用熱交換器に近い
構造のものを対象として示したが、多少構造の異なる冷
蔵庫用蒸発器にも基本的に同様な主旨で本発明を適用で
きる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、撥水性あるいは難着氷
性被覆の作用により熱交換器に生成される霜の付着強度
が弱められ、次いで機械的な方式により霜は効果的に表
面から除去、かつ、収集されるため、十分な除霜効果を
達成できる。また除霜に必要な消費電力も、元々省電力
な被覆利用及び機械的な方式という二つの除霜法を組み
合わせるため、融解による一般的な除霜法より小さくて
すむ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す熱交換器の斜視図。

【図２】本発明の一実施例を示す熱交換器の断面図。

【図３】本発明の第２の実施例を示す熱交換器の断面
図。

【図４】本発明の第３の実施例を示す熱交換器の断面
図。

【図５】本発明の第４の実施例を示す熱交換器の断面
図。

【図６】本発明の第５の実施例を示す熱交換器の断面
図。

【符号の説明】

１…伝熱管、２…フィン、３…熱交換器、５…被覆、６
…除去部、７…収集部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気流にほぼ直交するように配列された１
   列以上の平面状に並列された伝熱管群、あるいは前記伝
   熱管群とそれらと一体化され相互間に良好な空気流路が
   形成されるように規則的に並列されたフィン群とからな
   る主要部をもつ、空気を冷却する形式で使用される熱交
   換器において、前記熱交換器に着霜する条件で運転され
   る場合に、前記フィンの前記空気流に対する上流端周辺
   の表面のみに、前記フィン及び前記伝熱管の表面に、生
   成される霜の付着強度を弱める撥水性あるいは難着氷性
   の被覆を形成し、着霜量が多くなった時点で間欠動作ま
   たは通常運転中に連続動作し、前記霜を機械的に除去か
   つ収集する除霜装置を前記熱交換器の近傍に配置したこ
   とを特徴とする熱交換器。