JPH07180943A - 熱交換器及び冷蔵庫 - Google Patents

熱交換器及び冷蔵庫

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JPH07180943A
JPH07180943A JP6176331A JP17633194A JPH07180943A JP H07180943 A JPH07180943 A JP H07180943A JP 6176331 A JP6176331 A JP 6176331A JP 17633194 A JP17633194 A JP 17633194A JP H07180943 A JPH07180943 A JP H07180943A
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straight tube
tube
refrigerator
air
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JP6176331A
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English (en)
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Heinz Jaster
ヘインズ・ジャスター
Russell Scott Miller
ラッセル・スコット・ミラー
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の蒸発器と比較し得る性能を有しなが
ら、従来の蒸発器よりも冷却空間のうちの占める割合が
一層少ない冷蔵庫の蒸発器を提供する。 【構成】 冷蔵庫１００の蒸発器１０８が、複数の真直
ぐな管部分１１０と、複数の曲げた管部分１１２とを有
している拡げた蛇行形に形成されており、真直ぐな管部
分の各々１つは、少なくとも１つの他の真直ぐな管部分
に鋭角で結合されている。真直ぐな管部分は、互いに隣
接して平行な多数の平面状の列に分けて配設されてい
る。蒸発器の断面積の約２５％〜５０％は、管又はそれ
に取り付けられているひれによって占められていない。
蒸発器の一端に配設されている横断流送風機１２２が蒸
発器の縦方向に空気を吸い込む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、全般的には熱交換器に
関し、更に具体的に言えば、管の隣接した真直ぐな走程
が平行でないような、拡がった又は朝顔形の蛇行形式を
有している冷蔵庫用蒸発器に関する。
【０００２】
【従来の技術】家庭用冷蔵庫は典型的には、単純な蒸気
圧縮サイクルで動作する。このようなサイクルは圧縮機
と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを含んでおり、こ
れらは直列に接続されており、冷媒を装填されている。
蒸発器は、蒸発器の上を通過する空気からの熱を蒸発器
内を流れる冷媒に伝達して、冷媒を蒸発させる特定の形
式の熱交換器である。冷却された空気を用いて、冷蔵庫
の１つ又は更に多くの区画を冷却する。蒸気圧縮サイク
ル用の冷蔵庫の蒸発器は、いくつかの機能的な必要条件
を満たさなければならない。これらのうちの最も重要な
ものを次に説明する。
【０００３】先ず、蒸発器は熱的に有効でなければなら
ない。即ち、蒸発器内を流れる冷媒は、蒸発器の上方を
流れる空気の温度よりも余り低くない飽和温度で出て行
くべきである。これは、冷媒の飽和温度が高ければ高い
ほど、冷却サイクルの効率が高くなるからである。この
ため、蒸発器の出口飽和温度がシステムの熱的な有効さ
を表す。
【０００４】次に、蒸発器は冷却する空気の減湿に有効
でなければならない。空気が十分に減湿されていない
と、新鮮食品区画内の種々の面に水滴が生じ、フリーザ
区画内の種々の面に氷結が起こる。蒸発器は、空気が蒸
発器の上方を通過するときに、空気の湿気を凝縮させる
ことによって空気を減湿する。従って、有効な減湿のた
めには、空気が蒸発器を側路することを最小限に抑えな
ければならない。
【０００５】凝縮した湿気が蒸発器の面の前側に霜又は
氷を形成するので、効果的な蒸発器は、実質的に空気の
障害とならずに、大量の氷を蓄積することができなけれ
ばならない。蒸発器の面に氷が蓄積することにより、最
終的にはサイクル効率の実質的な低下が起こる。そのた
め、大抵の冷蔵庫は抵抗加熱器を備えており、抵抗加熱
器を周期的に作動して蒸発器の霜取りを行う。霜取りに
エネルギを用いることは寄生的である。霜取り用の熱の
大部分が、単に氷を溶かすのみでなく、氷結しなかった
面にも向けられるのは避けられないので、頻繁に霜取り
を行うことは、システムのエネルギ使用量が一層大きく
なることになる。従って、望ましい蒸発器は、霜取りを
必要とするまでにかなりの量の氷を蓄積することができ
る蒸発器である。
【０００６】最後に、蒸発器は、冷却される空間を占め
ているので、こじんまりしてい（コンパクトで）なけれ
ばならない。蒸発器と、それに関連する部品（即ち、フ
ァン、霜取り加熱器、ダクト等）とが大きければ大きい
ほど、キャビネットの同じ寸法及びエネルギ使用量に対
して、利用し得る食品貯蔵空間が一層小さくなる。図１
（Ａ）及び図１（Ｂ）は、フリーザ区画１２と、新鮮食
品区画１４とを収容している外側キャビネット１１含ん
でいる普通の上側取り付け型の冷蔵庫１０を示してお
り、フリーザ区画１２は新鮮食品区画１４の上方に配設
されている。普通の蒸発器１５の上に空気を循環させる
ことにより、フリーザ区画１２は氷点よりも低く保たれ
ており、新鮮食品区画１４は食品保存温度（即ち、典型
的には氷点よりは高いが、食品を保存するのに十分低い
温度）に保たれている。蒸発器１５は、蛇行コイル配置
に形成されている複数の細長い真直ぐな管部分２２と、
複数の曲げた戻り管部分２４とを有しているある長さの
管である。真直ぐな管部分２２は、冷媒がその中を流れ
るように直列に接続されており、各々の真直ぐな管部分
２２の出口は、曲げた管部分２４によって、次の真直ぐ
な管部分２２の入口に接続されている。真直ぐな管部分
２２は一般的に、密な間隔で互いに平行である。ある曲
げた管部分は、（図１（Ａ）に示す３列というように）
真直ぐな管部分の追加の列を画定するように、異なる平
面に曲げられている。蒸発器の管は典型的には、管の単
位長当たりの熱交換を改善するために、ひれを備えてい
る。
【０００７】蒸発器１５は、フリーザ区画１２内に配置
されている蒸発器室１６内に配設されている。蒸発器１
５はフリーザ区画１２の長さ方向に伸びている。蒸発器
室１６は、蒸発器室１６をフリーザ区画１２の他の部分
から分離する垂直に伸びている前側パネル１７と、実質
的に平行な側壁１８と、冷蔵庫１０の内側後側ライナ１
９とによって形成されている。従って、蒸発器室１６
は、フリーザ区画１２の後部の上部から下部までの部分
全体を埋めている。蒸発器１５は、それぞれの側壁１８
に取り付けられている一対の実質的に平行な末端溝形部
材の１つに設けられている対応する開口内に曲げた管部
分２４の各々が保持されることにより、蒸発器室１６内
に支持されている。末端溝形部材の各々は、めっき鋼又
はアルミニウムで形成されていてもよい。末端溝形部材
に取り付け孔を設けて、冷蔵庫１０のフリーザ・ライナ
に取り付けることができる。ライナは、取り付けができ
るように、特別の承口又は支持体を有していてもよい。
【０００８】モータ駆動の軸流ファン２０が、ファンの
回転軸線が前側パネル１７に対して垂直になるように、
蒸発器室１６の上側部分に配置されている。ファン２０
は、冷却された空気が蒸発器室１６の前側パネル１７に
設けられている開口２１を介して、フリーザ区画１２に
吐出されるようにする。一部の空気は周知の形で、新鮮
食品区画１４内に通路（図に示していない）を介して流
れる。この冷却空気の分け方は、フリーザ区画１２が氷
点よりも低く保たれ、且つ新鮮食品区画１４が食品保存
温度に保たれるようになっている。ファン２０は又、フ
リーザ区画１２及び新鮮食品区画１４からの空気を蒸発
器室１６の下側部分に吸い込むように作用する。このた
め、戻りの空気は蒸発器１５の上を垂直方向に横断して
流れる。この横断する空気流は、蒸発器１５の細長い真
直ぐな管部分２２に対して実質的に垂直である。蒸発器
１５の上を流れた後に、空気流の方向はファン２０によ
って、最初は左側に９０°曲げられ、その後右側に１８
０°曲げられて、開口２１を通る。従って、空気流は、
蒸発器１５の上方及び開口２１を通過するときに、合計
２７０°の角度にわたって曲げられなければならない。
【０００９】この構成は、入口高圧室及び出口高圧室に
かなりの空間を必要とし、取り込み及び排気の圧力降下
を伴うが、これは伝熱の利益を何等もたらさない。図１
（Ａ）からわかるように、高圧室及びファンの空間は、
蒸発器室の容積のうち、殆んど蒸発器１５と同じだけの
容積を利用する。更に、霜は蒸発器１５の最も下側の部
分のみに形成される傾向がある。これは、湿った戻り空
気が最初に蒸発器１５の底部と接触するときに、湿気の
大部分又はすべてが直ちに空気から取り除かれ、蒸発器
１５の最も下側の部分に霜として沈積されるからであ
る。空気が引き続いて蒸発器１５の上方を通過すると
き、空気には殆んど又は全く湿気が残っておらず、この
ため、蒸発器１５の上側部分には殆んど又は全く霜が付
かない。このような不均一な霜の分布は、霜が急速に形
成される傾向があり、頻繁に霜取りを必要とすることを
意味する。
【００１０】従って、大量の霜を蓄積し得るような、エ
ネルギ効率のよいコンパクトな冷蔵庫の蒸発器に対する
要望がある。
【００１１】
【発明の要約】上に述べた要望は、本発明では、蛇行配
置として形成されている複数の真直ぐな管部分と、複数
の曲げた管部分とを有している細長い管を備えている蒸
発器を提供することによって満たされる。真直ぐな管部
分の各々１つは、１つの曲げた管部分によって、少なく
とも１つの他の真直ぐな管部分と平行にならないように
結合されている。２つの真直ぐな管部分を平行にならな
いように結合している曲げた管部分の各々１つは、鋭角
を画定している。真直ぐな管部分は平面状の少なくとも
１列に配設されているが、３つというような複数の隣接
して平行な平面状の列に配設されていることが好まし
い。蒸発器の断面積の約２０％〜５０％は、ひれが取り
付けられている場合も含めて、管によって占められてい
ない。この蒸発器は、冷蔵庫のフリーザ区画内に配置さ
れている蒸発器室内に配設されている。横断流送風機
が、蒸発器の一端で、蒸発器室内に配設されており、空
気を蒸発器の上方に縦方向に流れさせる。
【００１２】本発明のその他の目的及び利点は、以下図
面について詳しく説明するところを読めば明らかになろ
う。本発明の要旨は、特許請求の範囲に具体的に且つ明
確に記載してあるが、本発明は、以下図面について説明
するところから最もよく理解されよう。
【００１３】
【実施例】図面全体にわたり、同一の参照番号は同じ構
成要素を表しているが、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、フ
リーザ区画１０４と、新鮮食品区画１０６とを収容して
いる外側キャビネット１０２を含んでいる冷蔵庫１００
を示している。フリーザ区画１０４は新鮮食品区画１０
６の上方に配設されているものとして示してあるが、本
発明は、この構成に制限されない。本発明は、周知の横
に並べた設計を含めて、他のいろいろな形式の冷蔵庫に
適用可能である。更に、本発明は、特に家庭用冷蔵庫に
適用可能であるが、これも制約となるものではなく、空
気調和装置（エア・コンディショナ）におけるようなそ
の他の熱交換の用途にも用いることができる。
【００１４】本発明の対象となる蒸発器１０８の上方に
空気を循環させることにより、フリーザ区画１０４は氷
点よりも低く保たれており、新鮮食品区画１０６は食品
保存温度に保たれている。蒸発器１０８は、細長い管を
備えている熱交換器であり、この管は蛇行コイルに曲げ
られており、複数の細長い真直ぐな管部分１１０と、複
数の曲げた戻り管部分１１２とが直列に接続されてい
る。蒸発器の管は、折り返しになっており、真直ぐな管
部分１１０の垂直方向に伸びている少なくとも１つの平
面状の列を画定している。ある曲げた管部分１１２を異
なる平面に曲げて、真直ぐな管部分１１０の追加の平面
状の列を構成することができる（図２（Ａ）及び図２
（Ｃ）にはこのような３つの列が示されている）。真直
ぐな管部分の垂直な列が、平行に横に並べて位置決めさ
れており、水平方向に積み重ねられている。各々の真直
ぐな管部分１１０の出口が、１つの曲げた戻り管部分１
１２によって、次の真直ぐな管部分１１０の入口に接続
されている。蒸発器１０８は、朝顔形又は拡がった蛇行
形式を有している点で、従来の蒸発器と異なっている。
即ち、蛇行形は朝顔形、又は拡がっており、戻りのベン
ドは完全な１８０°ではない。その結果、各列にある隣
接した真直ぐな管部分は鋭角で結合されており、平行で
なくなっている。
【００１５】蒸発器１０８は蒸発器室１１４内に配設さ
れている。蒸発器室１１４は、フリーザ区画１０４の後
側の上側に配置されていることが好ましいが、必ずしも
そうしなくてもよい。蒸発器室１１４は、フリーザ区画
１０４の実質的に平行な２つの側壁１１６と、フリーザ
区画１０４の後壁１１８と、蒸発器室１１４をフリーザ
区画１０４の他の部分から隔てているＬ字形の前側パネ
ル部材１２０とによって構成されている。前側パネル部
材１２０は、図２（Ｂ）では蒸発器１０８をよく示すた
めに省略されているが、フリーザ区画１０４の後壁１１
８の大体中央から外向きに伸びている水平に伸びた部分
と、後壁１１８に近い平面において、この水平に伸びた
部分の末端からフリーザ区画１０４の頂部まで伸びてい
る垂直に伸びた部分とを有している。従って、蒸発器室
１１４はフリーザ区画１０４の幅全体にわたって拡がっ
ているが、フリーザ区画１０４の高さの約半分、及びそ
の奥行の一部にしか及んでいない。
【００１６】蒸発器１０８は、幅Ｗ及び奥行Ｄを有して
おり、これらの幅及び奥行は蒸発器室１１４の対応する
寸法と実質的に等しいが、蒸発器１０８の長さＬは、蒸
発器室１１４の幅よりもわずかに小さい。横断流送風機
１２２と、送風機１２２を駆動するモータ１２４とが、
その結果、フリーザ区画１０４の側壁１１６と蒸発器１
０８の一端との間にできた空間内に配置されている。横
断流送風機（これは横軸流送風機としても知られてい
る）は、装置の回転軸線に対して平行ではなく、その回
転軸線に対して垂直な方向に空気が吹き出される点で、
軸流ファンと異なっている。このため、横断流送風機１
２２及びモータ１２４の回転軸線は、蒸発器室１１４内
で垂直方向に配設することができ、こうして、用いる空
間が小さくなる。横断流送風機は又、それが蒸発器１０
８の殆んど幅全体に及んでいるので、軸流ファンより
も、一層一様な速度分布が得られる。
【００１７】送風機１２２は、蒸発器１０８の上方、及
びフリーザ区画１０４の全体にわたって空気を循環させ
る。具体的に言うと、送風機１２２は、前側パネル部材
１２０の左側（図２（Ｃ）に示す）に設けられている入
口開口１２６を介して、フリーザ区画１０４から空気を
吸い込み、前側パネル部材１２０の右側に設けられてい
る出口開口１２８を介してフリーザ区画１０４に空気を
吐出する。従って、戻り空気は図２（Ｃ）に示すよう
に、左側から右側へ蒸発器１０８の上方を流れる。この
ため、送風機１２２は縦方向の空気流を作り出す。即
ち、空気は、長さに対して横方向ではなく、蒸発器１０
８の長さに実質的に沿って流れる。図２（Ｂ）に示すよ
うに、蒸発器１０８の上方を流れる空気は、各列にある
隣り合った真直ぐな管部分１１０によって形成されてい
る１つの「くさび」に入る。蒸発器の長さに沿ったある
点で、空気は強制的に１つの真直ぐな管部分１１０を横
切って、隣りの真直ぐな管部分によって形成されている
他の「くさび」に入り、その後、蒸発器の空間を出て行
く。従って、空気の各々のポケットが１つの管部分のみ
の上しか通らないことが理解されよう。
【００１８】蒸発器１０８の上方を通過した後に、フリ
ーザ区画１０４に吹き込むためには、この空気は９０°
だけ曲がればよい。若干の冷却空気はフリーザ区画１０
４から通路（図に示していない）を介して、周知のよう
に新鮮食品区画１０６へ流れる。（同様に、若干の戻り
空気は新鮮食品区画１０６から吸い込まれる。）この冷
却空気の分け方は、フリーザ区画１０４が氷点よりも低
く保たれ、新鮮食品区画１０６が食品保存温度に保たれ
るようになっている。
【００１９】図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、蒸
発器１０８は、３列の各々に６本の真直ぐな管部分１１
０を含んでおり、合計１８本の真直ぐな管部分１１０を
含んでいる。本発明は、６本の真直ぐな管部分の場合に
必ずしも制限されるものではないが、一般的には、全体
的な寸法が同様である従来の蒸発器コイルよりも、真直
ぐな管部分の数が一層少ない。この点について言うと、
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す従来の蒸発器１５は、
３列の各々に平行な８本の真直ぐな管部分２２を有して
おり、合計２４本の真直ぐな管部分２２を有している。
真直ぐな管部分の数が一層少ないことにより、全体とし
て一層大きな幅を必要とせずに、蒸発器１０８を拡げる
ことができるが、これは管の合計の長さも一層短いこと
を意味する。しかしながら、後で更に詳しく説明する
が、本発明の形式は、熱伝達効率が高くなるため、本発
明の性能がそのために犠牲になることはない。
【００２０】幅の制限の他に、真直ぐな管部分１１０を
拡げることができる程度は、その結果得られる開放区域
の大きさ、即ち、管の「管容積」によって占められてい
ない蒸発器の合計断面積の百分率によって制御される。
本明細書で用いる「管容積」という用語は、単に、外部
ひれ（フィン）が存在しないときに実際の管によって定
められる空間を指す。又は外部ひれを有している管の場
合で言えば、「管容積」という用語は、ひれの外側先端
によって定められた境界の内側にある空間を指す。開放
区域は蒸発器の長さに沿ったどの点でも、実質的に同じ
である。受け入れることのできるような性能のために
は、この拡がった形式によって生じた開放区域は、約２
５％〜５０％の範囲内に収まるようにすべきである。開
放区域が約２５％未満であると、空気側の圧力降下が大
きくなり過ぎ、又、開放区域が約５０％よりも大きい
と、熱伝達容積が不十分であるために、又は空気速度が
小さ過ぎるために、蒸発器の性能が低下する。所望の程
度の開放区域を形成するために、各対の隣り合った真直
ぐな管部分の間に形成される鋭角は、約３°〜２５°の
範囲、好ましくは、典型的な寸法を有する蒸発器では、
約４°〜９°の範囲にすることが好ましい。上に述べた
典型的な寸法とは、長さが約２０インチ〜２４インチで
幅（１列当たり６本の真直ぐな管部分の場合を基準とし
て）が７．５インチ〜１２インチを指す。
【００２１】蛇行形蒸発器１０８には、第１の細長い真
直ぐな管部分１１０の一端に接続されている入口管１３
０を介して、従来周知のように、膨張装置（図に示して
いない）を介して凝縮器（図に示していない）からの冷
媒が供給される。この第１の真直ぐな管部分１１０か
ら、冷媒が直列に残りの真直ぐな管部分１１０及び曲げ
た戻り管部分１１２を通って、最後の真直ぐな管部分１
１０へ流れ、この最後の管部分が出口管１３２に接続さ
れる。周知のように、冷媒は出口管１３２を通って、蒸
発器１０８から圧縮機（図に示していない）へ出て行
く。
【００２２】蒸発器１０８内での冷媒の流れが図３に最
もよく示されている。冷媒は入口管１３０から後側の列
の最も上側の真直ぐな管部分１１０へ流れ込む。その
後、冷媒は、後側の列の最も下側の真直ぐな管部分に達
するまで、後側の列の真直ぐな管部分１１０及び曲げた
戻り管部分１１２を下向きに流れる。この後、冷媒は、
水平の向きの曲げた管部分１１２を通って、真中の列の
最も下側の真直ぐな管部分１１０へ流れ、次いで真中の
列の管部分内を上向きに流れる。冷媒は、真中の列の最
も上側の真直ぐな管部分１１０から、水平の向きの他の
曲げた管部分１１２を通って、前側の列の最も上側の真
直ぐな管部分１１０へ流れる。次に、冷媒は前側の列の
管部分内を下向きに流れる。前側の列の最も下側の真直
ぐな管部分１１０は出口管１３２に接続されており、冷
媒を蒸発器１０８から取り出すことができるようにす
る。
【００２３】この冷媒の流れ方式が現在では好ましく、
蒸発器１０８内での圧力降下のため、最適の性能をもた
らすはずである。更に、この流れ方式では、最後の列の
管部分では冷媒の「流れ落ち（フロー・ダウン）」が行
われる。この流れ落ち方式は、重力によって過剰な冷媒
があれば、その冷媒を蒸発器１０８の外へ排出させるこ
とができる。しかしながら、この他の冷媒流れ方式を用
いてもよい。例えば、冷媒の流路は上に述べたのと反対
にしてもよい。即ち、冷媒が管１３２から入り、管１３
０から出て行ってもよい。この場合、蒸発器１０８で
は、最後の列の管部分内で冷媒の「上向きの流れ（アッ
プ・フロー）」が起こる。この冷媒の上向きの流れは、
圧縮機の入口に液体冷媒の溜りが生ずるのを最小限に抑
える傾向がある。
【００２４】蒸発器の管は、優れた熱伝導度を有するア
ルミニウム等のような材料で作成されている。公知のよ
うに、蒸発器の管には、管の単位長当たりの空気側の熱
伝達を高めて、必要とする管の量を減らすために、ひれ
が設けられていることが好ましい。好ましい一形式のひ
れは、いわゆる背びれである。背びれを有している管は
典型的には、アルミニウム又はその他の材料の連続的な
ストリップを用意し、これを折り曲げて剪断して、剪断
されなかった肩に付着された多数の薄くて幅の狭いひれ
を設けることにより作成される。この肩を管に沿って良
好な熱伝達関係を有するように螺旋形に巻く。この過程
で、ひれが分離されて、管から半径方向に遠去かる向き
に突出する。背びれ管は、空気側の面が小さ過ぎて、厚
い境界層を形成せず（従って、熱伝達効率は常に高
い）、そして空気流が非常に乱流性であって、例外的な
空気の混合に通ずるので、例外的に良好な空気側の熱伝
達面を形成する。
【００２５】内側にひれを有している管（図面に示して
いない）を用いて、冷媒側の熱伝達を高めることができ
る。蒸発器の管内での冷媒の流れは典型的には層状であ
る。即ち、液体冷媒が管の底部に沿って流れ、ガス状の
冷媒が管の頂部に沿って流れる。相変化は液面からの膜
状蒸発による。冷媒の伝導度が小さいことと合わせて、
層状の流れの小さな表面積及び厚い膜により、冷媒側の
熱伝達は比較的不良である。螺旋形に形成されている内
側のひれが層状の流れを分断し、管の内面に沿って液体
冷媒の環状の膜を形成する傾向がある。この環状の膜は
一層薄手であり、層状の流れの場合よりも表面積が一層
大きくなり、こうして冷媒側の熱伝達を高める。内側の
ひれを用いることは、本発明では特に有利である。
【００２６】例示し易くするために、背びれ管は、殆ん
どの図面では、単に円筒形の管として示されている。図
２（Ｂ）及び図６の正面図では、背びれの材料は、細長
い真直ぐな管部分１１０の短かな部分のみに沿って伸び
ていることが図式的に示されており、曲げた戻り管部分
１１２には背びれの材料を示していない。しかしなが
ら、背びれの材料は、蒸発器の管の全長に沿って、真直
ぐな管部分１１０にも曲げた管部分１１２にも設けられ
ていることが好ましい。蒸発器１０８を形成する際、曲
げた管部分１１２に設けられている多くの背びれが曲が
ったり又は圧縮されることがあることを承知されたい。
このことは蒸発器の動作には重大な影響を与えない。
【００２７】前に述べたように、本発明の蒸発器は、図
２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示したのとは異なる数の真直ぐ
な管部分を用いて構成することができる。真直ぐな管部
分のこれとは異なる拡がった蛇行形式も可能である。例
えば、図４は、５本の真直ぐな管部分１１０をそれぞれ
有している４列を有しており、合計２０本の真直ぐな管
部分１１０を有している実施例を示す。入口管１３０及
び出口管１３２が、後側及び前側の列の最も上側の真直
ぐな管部分にそれぞれ接続されている。図５は、２本の
真直ぐな管部分１１０をそれぞれ有している水平に伸び
た９列を有しており、合計１８本の真直ぐな管部分１１
０を有している実施例を示す。隣り合った列は、水平方
向にではなく、垂直方向に積み重ねられている。入口管
１３０は上側の列の左側の真直ぐな管部分に接続されて
おり、出口管１３２は最も下側の列の右側の真直ぐな管
部分に接続されている。縦方向の空気流の方向が図４及
び図５に矢印で示されている。これらの他の実施例の各
々は、図面に示すように、同様な長さ、幅及び奥行の寸
法を有するように構成することができ、こうして大体同
じ大きさの冷却空間を占めている。
【００２８】更に、本発明の蒸発器は、頂部取り付け形
の冷蔵庫に限られず、横に並べる形式の冷蔵庫、即ち新
鮮食品区画及びフリーザ区画が横に並んで配置されてい
る冷蔵庫のような他の形式にも適用し得る。この場合、
フリーザ区画は、頂部取り付け形のフリーザよりも一層
細長い形状を有しており、垂直方向に伸びるような向き
になっている。図６は横に並べた形式の冷蔵庫２００を
示しており、外側キャビネット２０２がフリーザ区画２
０４と、フリーザ区画２０４に隣接している新鮮食品区
画２０６とを収容している。拡がった蛇行形蒸発器２０
８をフリーザ区画２０６の上側の後部に配設して、その
長さが図６に示すように垂直方向に伸びているようにす
ることが好ましい。蒸発器２０８は、垂直向きであるこ
とを別とすると、頂部取り付け形の実施例の蒸発器１０
８と実質的に同じである。横断流送風機２２２及び関連
するモータ２２４が蒸発器２０８の上方に配設されてい
る。送風機２２２は蒸発器２０８の上を通る空気の上向
きの縦方向の流れを作り出す。
【００２９】縦方向の空気の流れを有する拡げた蛇行形
蒸発器１０８を用いることにより、多くの利点が実現さ
れる。先ず、この構成にすると、低温の蒸発器の面を側
路し得る空気が殆んど又は全くないため、空気の減湿が
優れている。本発明では、霜の蓄積の点でもかなりの利
点がある。霜が蒸発器の面の小さな一部の上のみに急速
に形成される従来の蒸発器と異なり、本発明は、空気の
各々のポケットが１つの管部分、そしてその１つのみを
通過するので、蒸発器の管のうち、湿った戻り空気に露
出される百分率がずっと大きい。このため、霜が蒸発器
の殆んどすべての面の前側に均一に蓄積される。霜の分
布がこのように一様であることは、霜取りをそれほど頻
繁に必要としないことを意味する。
【００３０】拡がった形状であるけれども、本発明の蒸
発器システムは、少なくとも同等の性能を有しながら、
使用する空間が従来の多くのシステムよりも実際に少な
い。本発明は、２つの主な理由で、一層コンパクトにな
っている。第１に、横断流送風機１２２及び縦方向の空
気流方式を用いるため、送風機、ダクト及び空気高圧室
に必要とする空間が一層小さい。横断流送風機１２２
は、フリーザ区画１０４に空気を吹き込むときに、従来
のシステムのように２７０°のベンドではなく、空気の
９０°のベンドをたった一度行うだけである。このた
め、必要とするダクト空間はずっと小さい。
【００３１】第２に、熱伝達の効率が一層よいため、蒸
発器１０８は同じ冷却容量を発生するのに、従来の蒸発
器よりも必要とする合計の管の長さが一層短い。（管が
一層短いことにより、蒸発器のコストを下げるというそ
れに伴う利点がある。）空気流量が同じであれば、空気
が通過する断面積が、縦方向の空気流では、横方向の空
気流とは対照的に、ずっと小さくなるので、蒸発器１０
８の上を通過する空気の速度が従来のシステムよりも一
層高くなる。対流による熱伝達係数は空気速度に正比例
するので、速度が一層高いことによって熱伝達の割合が
一層高くなる。
【００３２】このことは、数学的に周知の次の熱伝達の
式によって表される。 Ｑ＝ＵＡΔＴ （１） ここで、Ｑは空気から管内部の冷媒に対する熱伝達の合
計の割合、Ａは熱交換面積、即ち、空気に露出する管の
面積、Ｕは全体的な熱伝達係数、ΔＴは空気と冷媒との
間の温度差である。全体的な熱伝達係数は、次の式で定
義される。
【００３３】 Ｕ＝１／（１／ｈext ＋Δｘ／ｋ＋１／ｈint ） （２） ここで、ｈext は管の外側に対する対流による熱伝達係
数であり、Δｘは管の厚さであり、ｋは管の熱伝導度で
あり、ｈint は管の内側の対流による熱伝達係数であ
る。式（２）から、（空気速度が高くなったことによっ
て）外側の対流による熱伝達係数ｈext が増加すると、
全体的な熱伝達係数Ｕが増加することがわかる。全体的
な熱伝達係数Ｕが増加すると、熱伝達量Ｑを減らさず
に、それに見合って熱伝達面積を減少することができ
る。この理由で、本発明の蒸発器は、一層少ない管を用
いて、比較し得る性能を達成することができる。式
（２）は又、本発明で何故内側のひれが特に役立つかを
示している。空気速度が高くなったことによって、外側
の対流による熱伝達係数ｈext がかなり大きくなると、
式（２）の分母の１／ｈext 項がゼロに近付く。この場
合、内側の対流による熱伝達係数ｈintの増加が、１／
ｈext 項がそれほど小さくない場合よりも、全体的な熱
伝達係数Ｕを一層大きく増加させる。
【００３４】上に述べた本発明の利点が表１に例示され
ている。表１は、従来の２つの蒸発器及び本発明の拡が
った蛇行形式を用いた３つの蒸発器の比較データを示
す。蒸発器１は、頂部取り付け形の冷蔵庫に主に用いら
れている、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）について前に述べ
たような形式の普通の閉じた蛇行形蒸発器である。この
蒸発器は、４８フィートの管を８本ずつの真直ぐな管部
分の３列に形成して、合計２４本の真直ぐな管部分を有
するように構成されている。各々の真直ぐな管部分は長
さ２４インチである。冷媒は前側の列の頂部から入り、
最初は下向きに流れる。真中の列では冷媒は上向きに流
れ、後側の列では下向きに流れて、底部から出て行く。
空気流は真直ぐな管部分に対して法線方向の上向きであ
って、蒸発器の底部で管のベンド空間に入ることができ
るが、頂部では、真直ぐな管部分の領域のみに入るよう
に強制される。
【００３５】蒸発器２Ａ及び２Ｂは共に従来の競技場
（レーストラック）形式の蒸発器である。競技場形式の
蒸発器は、横に並べた形式の冷蔵庫に用いるため、卵形
コイルとして螺旋形に巻装されて垂直に配設されている
背びれ付きの管で構成されている。蒸発器２Ａ及び２Ｂ
は、物理的な構造は同じであるが、蒸発器２Ａは冷媒が
上向きの流れであるのに対し、蒸発器２Ｂは冷媒が下向
きの流れである点のみが異なっている。いずれの場合
も、空気流は上向きである。試験された蒸発器は４２個
の１８０°ベンドを有しており、このため、ベンドの間
の長さは９．８インチであり、蒸発器の幅は３．１イン
チである。空気の側路を少なくするため、大体２番目ご
との列の１つの管を卵形の開放した中心に向かって押し
出す又は「沈み込ませる」。
【００３６】蒸発器３は頂部取り付け形冷蔵庫に用いる
ように水平に配設された、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示
す拡げた蛇行形蒸発器である。この蒸発器は、３１．５
フィートの管を６本ずつの真直ぐな管部分を有している
３列に形成して、合計１８個の真直ぐな管部分を有して
いる。各々の真直ぐな管部分の長さは２１．５インチで
ある。空気流は蒸発器に関して縦方向である。冷媒の流
れは図２（Ａ）〜図２（Ｃ）について前に述べた通りで
ある。
【００３７】蒸発器４は、蒸発器３と物理的な構造が同
じであるが、横に並べた形式の冷蔵庫に用いるように垂
直に配設されている。蒸発器が垂直に配置されているた
め、空気は上向きに流れて、縦方向の空気流パターンを
作成し、冷媒の流れは交互に重力の向き及びその反対の
向きである。蒸発器５は、横に並べた形式の冷蔵庫に用
いるように垂直に配設されているもう１つの拡げた蛇行
形の蒸発器である。蒸発器５は、横に並べた形式の冷蔵
庫内に典型的に利用し得る空間を一層よく利用するため
に、蒸発器４とは異なる寸法を有している。具体的に言
うと、蒸発器５は、３３フィートの管を７本ずつの真直
ぐな管部分を有している３列に形成して、合計２１本の
真直ぐな管部分を有している。各々の真直ぐな管部分の
長さは１９インチである。蒸発器５は蒸発器３及び４よ
りも幅が広いが、それらほど長くない。空気及び冷媒の
流れは蒸発器４の場合と同じである。
【００３８】試験した各々の蒸発器は、外径が０．３７
５インチのアルミニウムの背びれ付き管で構成されてい
る。背びれを含んでいる全体的な直径は１．０８インチ
である。１７．５ｌｂｍ／ｈｒの冷媒（Ｒ−１２）の流
量、並びに８°Ｆの入口空気温度及び飽和蒸気の出口状
態で５５ＡＣＦＭ空気流量で各々の蒸発器を運転した。
【００３９】
【表１】
【００４０】表１において、システム容積とは、蒸発器
コイル、１次空気ダクト及び空気押し出し装置に必要な
容積を指す。これは、新鮮食品区画へのダクトに要する
容積を含んでいない。熱伝達容積は、蒸発コイルの容積
のうち、かなりの空気の流れに露出する部分に基づいて
いる。霜面積は、各々の蒸発器のうち、湿った戻り空気
の流れにぶつかる面積である。これは、影響を受けるす
べての管の前側に有効に霜ができると仮定している。蒸
発器２Ａ及び２Ｂの霜面積は、卵形コイルの中心での空
気側路の程度が大きいため、はっきり定めることができ
ないが、霜面積が約３０ｉｎ2 である蒸発器２Ａ及び２
Ｂの正面（空気流に対して法線方向の）面積よりも大き
いことはわかっている。
【００４１】表１からわかるように、本発明の特徴を用
いた蒸発器は、従来の蒸発器と比較し得る性能を有しな
がら、霜面積は従来の蒸発器よりもかなりよくなってい
る。（蒸発器２Ａ及び２Ｂの霜面積ははっきりしたもの
ではないが、それらの霜面積は蒸発器３〜５よりもかな
り小さいと考えられる。）蒸発器３〜５は、管の長さが
かなり短く、そのコイル容積は蒸発器１のコイル容積に
比較し得るが、蒸発器２Ａ及び２Ｂよりはずっと短い。
蒸発器３〜５のコイル容積の事実上１００％が熱伝達に
積極的に関与しているが、これに比べて従来の蒸発器で
は、いずれも９０％未満である。本発明の蒸発器の全体
的なシステム容積は、従来の蒸発器よりも著しく小さ
い。拡げた蛇行形の蒸発器の空気側路は、蒸発器２Ａ及
び２Ｂのそれよりもはっきりとよく、少なくとも蒸発器
１と同程度である。
【００４２】以上、少なくとも比較し得る性能を有しな
がら、従来の蒸発器よりも冷却空間のうちの占める割合
が一層少ない冷蔵庫の蒸発器を説明した。この蒸発器
は、空気を減湿し、霜を蓄積するという機能的な条件で
も優れている。本発明の特定の実施例を説明したが、特
許請求の範囲に定められた本発明の範囲を逸脱せずに、
これに種々の変更を加えることができることは当業者に
明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は普通の蒸発器シス
テムを有している冷蔵庫の部分的な側面断面図及び正面
断面図である。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）は本発
明の蒸発器システムを有している冷蔵庫の部分的な側面
断面図、正面断面図及び平面断面図である。
【図３】本発明の蒸発器の斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施例の蒸発器の斜視図であ
る。
【図５】本発明の第３の実施例の蒸発器の斜視図であ
る。
【図６】本発明の蒸発器システムを有している横に並べ
た形式の冷蔵庫の部分的な正面断面図である。
【符号の説明】
１００ 冷蔵庫 １０２ 外側キャビネット １０４ フリーザ区画 １０６ 新鮮食品区画 １０８ 蒸発器 １１０ 真直ぐな管部分 １１２ 曲げた戻り管部分 １１４ 蒸発器室 １１６、１１８ 後壁 １２０ 前側パネル部材 １２２ 横断流送風機 １２４ モータ １２６ 入口開口 １２８ 出口開口

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 蛇行配置で形成されている複数の真直ぐ
    な管部分と、複数の曲げた管部分とを有している細長い
    管を備えており、 前記真直ぐな管部分の各々１つは、前記曲げた管部分の
    うちの１つにより、前記真直ぐな管部分のうちの少なく
    とも他の１つに平行でないように結合されている熱交換
    器。
  2. 【請求項２】 前記真直ぐな管部分のうちの２つを平行
    でないように結合している前記曲げた管部分の各々１つ
    は、鋭角を画定している請求項１に記載の熱交換器。
  3. 【請求項３】 前記真直ぐな管部分は、少なくとも１つ
    の平面状の列に設けられている請求項１に記載の熱交換
    器。
  4. 【請求項４】 前記真直ぐな管部分は、複数の平面状の
    列に設けられており、該平面状の列は、互いに隣接して
    平行に設けられている請求項１に記載の熱交換器。
  5. 【請求項５】 前記平面状の列は、３つ設けられている
    請求項４に記載の熱交換器。
  6. 【請求項６】 蛇行配置で形成されている複数の真直ぐ
    な管部分と、複数の曲げた管部分とを有している細長い
    管を含んでいる蒸発器であって、前記真直ぐな管部分の
    各々１つは、前記曲げた管部分のうちの１つにより、前
    記真直ぐな管部分のうちの少なくとも他の１つに平行で
    ないように結合されている、蒸発器と、 該蒸発器の上方に空気を流れさせる手段とを備えた冷蔵
    庫。
  7. 【請求項７】 前記真直ぐな管部分のうちの２つを平行
    でないように結合している前記曲げた管部分の各々１つ
    は、鋭角を画定している請求項６に記載の冷蔵庫。
  8. 【請求項８】 前記真直ぐな管部分は、少なくとも１つ
    の平面状の列に設けられている請求項６に記載の冷蔵
    庫。
  9. 【請求項９】 前記真直ぐな管部分は、複数の平面状の
    列に設けられており、該平面状の列は、互いに隣接して
    平行に設けられている請求項６に記載の冷蔵庫。
  10. 【請求項１０】 前記平面状の列は、３つ設けられてい
    る請求項９に記載の冷蔵庫。
  11. 【請求項１１】 前記蒸発器の上方に空気を流れさせる
    手段は、空気を前記蒸発器の上方の縦方向に流れさせる
    ように位置決めされている請求項６に記載の冷蔵庫。
  12. 【請求項１２】 前記蒸発器の上方に空気を流れさせる
    手段は、前記蒸発器の一端に設けられている横断流送風
    機である請求項１１に記載の冷蔵庫。
  13. 【請求項１３】 前記細長い管は、管容積を画定してお
    り、前記蒸発器の断面積の約２５％〜５０％は、前記管
    容積により占められていない請求項６に記載の冷蔵庫。
  14. 【請求項１４】 蒸発器室と、 該蒸発器室に設けられており、蛇行配置に形成されてい
    る複数の真直ぐな管部分と、複数の曲げた管部分とを有
    している細長い管を含んでいる蒸発器であって、前記真
    直ぐな管部分の各々１つは、前記曲げた管部分のうちの
    １つにより、前記真直ぐな管部分のうちの少なくとも他
    の１つに平行でないように結合されている蒸発器と、 空気を前記蒸発器の上方に縦方向に流れさせるように、
    前記蒸発器の一端で前記蒸発器室に設けられている横断
    流送風機とを備えた冷蔵庫。
  15. 【請求項１５】 前記真直ぐな管部分のうちの２つを平
    行でないように結合している前記曲げた管部分の各々１
    つは、鋭角を画定している請求項１４に記載の冷蔵庫。
  16. 【請求項１６】 前記真直ぐな管部分は、少なくとも１
    つの平面状の列に設けられている請求項１４に記載の冷
    蔵庫。
  17. 【請求項１７】 前記真直ぐな管部分は、複数の平面状
    の列に設けられており、該平面状の列は、互いに隣接し
    て平行に設けられている請求項１４に記載の冷蔵庫。
  18. 【請求項１８】 前記平面状の列は、３つ設けられてい
    る請求項１７に記載の冷蔵庫。
  19. 【請求項１９】 前記細長い管は、管容積を画定してお
    り、前記蒸発器の断面積の約２５％〜５０％は、前記管
    容積により占めてられていない請求項１４に記載の冷蔵
    庫。
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