JPS6183886A - 冷凍機械用熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、高効率化、専有体積の減少化、除霜エネルギ
の減少化を図れるようにした冷凍機械用熱交換器に関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

周知のように、強制循環型の冷凍機械、たとえばファン
クール型の冷蔵庫やショーケースにあっては、冷蔵室（
あるいは冷凍室）と熱交換器を収容する冷却至とが別々
に設けられている。そして、両室間を連絡路を介して直
列に接続するとともに両・空間において空気を強制循環
させることによって冷蔵空白を所定の温度に冷却するよ
うにしている。

ところで、このような冷凍機械に組込まれる蒸発用の熱
交換器としては、従来、プレートフィン型の熱交換器が
専ら使用されていた。しかし、最近では、冷媒管とフィ
ンとをアルミニウムの押出し一体成形加工で形成した熱
交換用管体を用いて熱交換器を構成することが提案され
ており、このようにして製作された熱交換器がすでに一
部の冷蔵庫に組込まれている。この一体成形型の熱交換
用管体で構成された熱交換器は、プレートフィン型のも
のに比べて、本質的に熱伝達率が高く、しかも圧力損失
が小さいと言う利点を備えている。

しかしながら、一体成形型の熱交換用管体を使用して構
成された従来の熱交換器にあっては、フィンの先端同志
が対向するように各フィンを設けているため、プレート
フィン型の熱交換器に比べて専有体積が大きく、この結
果、〜冷凍機械全体が大形化する問題があった。また、
冷凍機械を運転するときには、定期的あるいは不定期的
に熱交換器の表面に付着した霜を取り除く必要があるが
、この除霜のインターバルが短いばかりか除霜に長時間
を要し、除霜効率が低いと言う問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、一体成形型の熱交換用管体を用
い、なおかつ高効率化、専有体積の減少化、除霜エネル
ギの減少化を図れる冷凍機械用熱交換器を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明に係る冷凍機械用熱交換器は、冷媒管と、この冷
媒管に対して帯状の接続部を介して並列に接続され内部
に除霜用電気ヒータが挿設されるヒータ管と、このヒー
タ管の表面および前記冷媒管の表面で上記ヒータ管の中
心と上記冷媒管の中心とを結ぶ線上にそれぞれ突設され
た冷媒管側フィンおよび上記冷媒管側フィンの根元から
先端までの長さより短いヒータ管側フィンとを備え、ア
ルミニウムの一体押出し成形加工で形成されてなる熱交
換用管体を、上記冷媒管の中心と上記ヒータ管の中心と
を結ぶ線に直交する面上で、かつ上記冷媒管内を通流す
る冷媒と熱交換する熱交換流体の流れ方向と平行する方
向に屈曲しながら上記流れ方向と直交する方向に延びる
関係に蛇行配置して構成されたものであって、前記冷媒
管側フィンおよびヒータ管側フィンはそれぞれ管軸方向
に複数の短冊状フィン片に分離され、かつ各短冊状フィ
ン片は上記管軸方向に延る短冊状フィン片列が周方向に
複数形成されるように折曲げられたものとなっている。

〔発明の効果〕

上記構成であると、冷媒管の表面およびヒータ管の表面
に突設されている冷媒管側フィンとヒータ管側フィンと
の突出方向は、熱交換用管体が蛇行進行する方向とは異
なっているため、各フィンの高さが蛇行に影響を与える
ことはないし、蛇行によってフィンの高さが制限を受け
るようなこともない。したがって、各フィンの表面積を
自由に設定できるし、また、蛇行ピッチを熱交換用管体
の工作限界まで狭くすることができる。このため、従来
のものに比べて専有体積を大幅に小さくすることができ
る。また、各フィン片列を構成している短冊状フィン片
を、熱交換流体の流れ方向にほぼ平行で、かつ断続的に
配置している。このように配列されている各フィン片の
熱伝達率は、平板境界層の前縁近傍の値となるので、極
めて大きな値となる。このため、アルミニウムの一体押
出し成形加工の熱交換用管体を用いていることと相まっ
て熱交換器の高効率化が可能となり、なお一層専有体積
を小さくすることができる。また、冷媒管側フィンの根
元から先端までの長さ比べてヒータ管側フィンのそれを
ヒータ管が存在している分だけ翅＜シたことによって、
冷媒管の両側に設けたフィン等の伝熱面積を等しくでき
、両者の冷却効果を揃えることができる。このため、冷
媒管側フィンの表面とヒータ管側フィンの表面とにほぼ
一様な厚さに着霜させることができるので、除霜のイン
ターバルを長くすることができ、この結果、省エネルギ
化を図ることができる。さらにまた、ヒータ管は冷媒管
に沿って冷媒管に熱的に密接した状・態に設けられてい
るので、除霜用ヒータで発生した熱を速やかに冷媒管に
伝えることができる。

したがって、なお一層除霜エネルギの減少化を図ること
ができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明に係る熱交換器を組込んで構成された
ファンクール型の冷蔵庫を模式的に示すものである。

すなわち、同図において、１は食品等を貯蔵する冷蔵室
を示している。この冷蔵室１には、開閉自在な扉２が設
けてあり、また対向する２つの側壁には冷気を導入する
ための導入口３および排出するための排出口４が設けら
れている。そして、上記導入口３および排出口４は、連
絡路を介して冷却室５に通じている。冷却室５内には、
本発明に係る熱交換器６と、冷蔵室１内の空気を冷蔵！
１〜冷却至５〜冷蔵室１の経路で強制循環させるファン
７とが収容されている。

しかして、熱交換器６は、第２図に示すように、蛇行配
置された熱交換用管体１１を主体にして構成されている
。熱交換用管体１１は、アルミニウムの一体押出し成形
加工によて形成されたもので、第３図に示すように、冷
媒管１２と、この冷媒管１２に対して帯状の接続部１３
を介して並列に接続されたヒータ管１４と、冷媒管１２
の表面およびヒータ管１４の表面でヒータｉ！１４の中
心と冷媒管１２の中心とを結ぶ線上にそれぞれ突設され
た冷媒管側フィン１５および上記冷媒管側フィン１５の
根元から先端までの長さに比べてそれが短いヒータ管側
フィン１６とで構成されている。冷媒管側フィン１５お
よびヒータ管側フィン１６には、管軸と直交する切り込
みが管軸方向に一定ピッチで設けてあり、この切り込み
によって各フィン１５．１６は複数の短冊状フィン片１
７．１８に分離されている。そして、各短冊状フィン片
１７．１８は、管軸方向に延びる短冊状フィン序列が周
方向に２列に亙って形成されるよう゛に、その根元から
交互に逆方向に折り曲げられ、さらにその先端部が内側
に向けて折り曲げられている。

このように構成された熱交換用管体１１が、上記ヒータ
管１４内に除霜用ヒータ１９を挿設された後、冷媒管１
２の中心とヒータ管１４の中心とを結ぶ線と直交する面
上で、かつ冷却室５内を通流する空気の流れ方向Ｙと平
行する方向に屈曲しながら上記流れ方向Ｙと直交する方
向に延びる関係に蛇行配置されて熱交換器６が構成され
ているのである。

ここで、上記熱交換器６の製作過程を簡単に説明する。

まず、アルミニウムの一体押出し成形加工によって、第
４図（ａ）に示すように冷媒管１２と、帯状の接続部１
３と、ヒータ管１４と、冷媒管側フィン１５と、ヒータ
管側フィン１６とが一体化された熱交換用管体１１を製
作する。次に、同図（ｂ）に示すように、冷媒管側フィ
ン１５およびヒータ管側フィン１６にロール圧延加工を
施して薄肉に展開する。次に、同図（Ｃ）に示すように
薄肉に展開された冷媒管側フィン１５およびヒータ管側
フィン１６に管軸と直交する切り込みＰを管軸方向に所
定のピッチで設ける。次に、切込みＰによって管軸方向
に複数形成された短冊状フィン片１７．１８を同図（ｄ
）に示すようにそれぞれの根元から交互に逆方向に折り
曲げるとともに先端部をそれぞれ内側に折り曲げる。し
かる後に、熱交換用管体１１を、前述した条件が満たさ
れるように蛇行配置して熱交換器６を形成する。なお、
この実施例では、蛇行配置するとき、蛇行によって形成
される曲り部Ｑ同志の間の間隙Ｒを曲り部Ｑの直径より
小さく設定している。

しかして、上記のように構成され、上記のように冷却室
５内に収容された熱交換器６における冷媒管１２の両端
部およびヒータ管１４の両端部は、それぞれ冷却室５の
側壁を気密に貫通して外部に導かれている。そして、冷
媒管１２の一端部は第１図に示すように圧縮機２１、凝
縮器２２、膨張弁２３を直列に介して冷媒管１２の他端
部に接続されている。また、冷却室５外に導かれた除霜
用電気ヒータ１９の両端は、スイッチ２４を介して電ｌ
ｌ！２５に接続されている。そして、上記スイッチ２４
、圧縮機２１、ファン７は、図示しない制御装置によっ
て駆動制御される。１ｌｉＩＩＩＩｌ装置は、冷ｊｌ！
１内に設けられた温度センサによって冷蔵室１内の温度
を検出し、この温度が常に設定された範囲内の値となる
ように圧Ｎ機２１をＯＮ、○ＦＦυ制御している。また
、制御装置は、熱交換器６の近傍に設けられた着霜セン
サによって、熱交換器６の上流側表面に付着した霜の厚
みを検出し、この厚みが所定の値に達した時点で所定期
間、圧縮１！！２１およびファン７をＯＦＦ、スイッチ
２４をＯＮに制御するようにしている。なお、除霜用電
気ヒータ１９に通電すると熱交換器６の表面に付着して
いる霜が溶は水滴と成って冷却室５の底部に落下するが
、この水滴は公知の手段で外部に排出される。

熱交換器６を上記のように構成しているので、熱交換器
６の効率の向上化および専有体積の減少化を図れ、もっ
て冷蔵庫の小型化を図ることができる。すなわち、冷媒
管側フィン１５とヒータ管側フィン１６とは、熱交換管
体１１の蛇行進行方向とは異なる方向に突設されている
。したがって、各フィン１５．１６の高さが蛇行に影響
を与えることはない。このため、各フィン１５．１６の
表面積を自由に設定できるし、また蛇行ピッチも十分に
狭くすることができる。したがって、専有体　　−積を
減少させることができる。

また、冷媒管側フィン１５およびヒータ管側フィン１６
をそれぞれ管軸方向に複数の短冊状フィン片１７．１８
に分離し、これら短冊状フィン片１７．１８を交互に根
元から折り曲げて空気の流れ方向Ｙに略平行な２列の短
冊状フィン序列が形成されるように配列しているので、
各短冊状フィン片１７．１８の管軸方向の幅、つまり切
り込みＰのピッチを狭くすることによって、熱伝達率を
向上させることが容易に行なえ、なお一層専有体積を減
少させることができる。すなわち、流れに平行に置かれ
た平板の熱伝達率α３は、次式で表わされる。

α　−（０，６６４λＲ翅Ｐイ）／Ｐ ｒ ただし、λは空気の熱伝達率、Ｐは切り込みビン気、Ｒ
ｅ　　はレイノルズ数、 Ｐ、　　はプラントル数である。この式から分るように
切り込みピッチを狭くすることによって容易に熱伝達率
を向上させることができる。

また、冷媒管側フィン１５の根元から先端までの長さに
対し、ヒータ管側フィン１６の根元から先端までの長さ
をヒータ管１４が存在している分だけ短くしているので
、冷媒管１２の中心を境にして、フィン１５側とフィン
１６側との冷却効果を等しく設定できる。したがって、
冷媒管側フィン１５の表面とヒータ管側フィン１６の表
面とに一様な厚さに着霜させることができ、これによっ
て除霜のインターバルを長くすることができる。

このため省エネルギ化を図ることができる。また、ヒー
タ管１４を冷媒管１２に熱的に密接させているので、除
霜用電気ヒータ１９で発生した熱を効率良く冷媒管１２
に伝えることができ、この結果、なお一層除霜エネルギ
の減少化を図ることができ、結局、前述した本発明の効
果を発揮できることになる。

また、この実施例においては、上述した効果以外に次の
ような効果も得られる。すなわち、冷媒管側フィン１５
およびヒータ管側フィン１６にロール圧延加工を施して
各フィンの表面積を増加させているので、少ない材料で
熱交換効率を大幅に増加させることができる。この場合
、フィン効率そのものは若干低下するが表面積の増加し
た分が有効に作用し、熱交換効率を向上させることがで
きる。また、各短冊状フィン片１７．１８の先端部を折
り曲げるようにしているので、熱交換効率を低下させる
ことなく、熱交換器６の、いわゆる高さを低くすること
が可能となり、なお一層専有体積を減少させることがで
きる。さらに、曲り部Ｑの直径より間隙Ｒを小さく設定
しているので、無駄な空間を少なくでき、専有体積の減
少に寄与することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、種々変形することができる。すなわち、上述した実
施例では冷媒管１２側の短冊状フィン片１７およびヒー
タ管１４側の短冊状フィン片１８を交互に折り曲げて、
管軸方向に延びる短日状フィン序列を冷媒管１２の周方
向およびヒータ管１４の周方向に２列に屋っで形成して
いるが、第５図（ａ）に示すように４列あるいはそれ以
上の列に設けるようにしてもよい。また、上述した実施
例では、アルミニウムの押出し成形加工によって形成さ
れた熱交換用管体の各フィンにロール圧延加工を施して
展開し、この展開されたものに切り込みを入れて短冊状
フィン片を形成するようにしているが、必ずしもこれに
限られるものではなく、第５図（ｂ）および（Ｃ）に示
すように押出し成形加工によって形成された熱交換用管
体１１の冷媒管側フィン１５およびヒータ管側フ斗ン１
６に直接切り込みを入れて短冊状フィン片１７．１８を
形成するようにしそもよい。そして、・その先端部を曲
げないようにしてもよい。また、熱交換用管体１１を前
述した関係に蛇行成形すると、曲り部Ｑに位置する短冊
状フィン片１７．１８は空気の流れ方向Ｙと直交する。

このため、この部分の圧力損失が大きくなる虞れがある
。このような場合には、第６図（ａ）に示すように曲り
部Ｑに位置する短冊状フィン片１７（１８）を流れの方
向Ｙと平行するように捻ってもよいし、同図（ｂ）に示
すように曲り部Ｑに位置する短冊状フィン片１７（１８
）を除去してもよいし、また、同図（Ｃ）に示すように
間引くようにしてもよい。

これは第５図（ｂ）、（Ｃ）のようにした場合にも適用
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る熱交換器を組込んだフ
ァンクール型冷蔵庫の模式的構成図。第２図は同冷蔵庫
に組込まれた熱交換器を取出して示す斜視図、第３図は
同熱交換器を構成している熱交換用管体を局部的に取出
して示す斜視図、第４図は前記熱交換器の製作過程を説
明するための図、第５図および第６図は本発明の変形例
をそれぞれ説明するための図である。 １・・・冷蔵室、５・・・冷ｆｉＩＩ至、６・・・熱交
換器、７・・・ファン、１１・・・熱交換用管体、１２
・・・冷媒管、１３・・・接続部、１４・・・ヒータ管
、１５・・・冷媒管側フィン、１６・・・ヒータ管側フ
ィン、１７．１８・・・短冊状フィン片、１９・・・除
霜用電気ヒータ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２区 第３図 第４図 （ａ） （ａ） 第５図 （１））　　　　（Ｃ） 第６区 （ｂ）　　　　（ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷媒管と、この冷媒管に対して帯状の接続部を介
   して並列に接続され内部に除霜用電気ヒータが挿設され
   るヒータ管と、このヒータ管の表面および前記冷媒管の
   表面で上記ヒータ管の中心と上記冷媒管の中心とを結ぶ
   線上にそれぞれ突設された冷媒管側フィンおよび上記冷
   媒管側フィンの根元から先端までの長さより短いヒータ
   管側フィンとを備え、アルミニウムの一体押出し成形加
   工で形成されてなる熱交換用管体を、上記冷媒管の中心
   と上記ヒータ管の中心とを結ぶ線と直交する面上で、か
   つ上記冷媒管内を通流する冷媒と熱交換する熱交換流体
   の流れ方向と平行する方向に屈曲しながら上記流れ方向
   と直交する方向に延びる関係に蛇行配置して構成された
   ものであつて、前記冷媒管側フィンおよびヒータ管側フ
   ィンはそれぞれ管軸方向に複数の短冊状フィン片に分離
   され、かつ各短冊状フィン片は上記管軸方向に延る短冊
   状フィン片列が周方向に複数形成されるように折り曲げ
   られてなることを特徴とする冷凍機械用熱交換器。
2. （２）前記熱交換用管体の前記蛇行によつて形成された
   曲り部同志の間に存在する間隙は、上記曲り部の直径よ
   り小さく設定されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の冷凍機用熱交換器。
3. （３）前記熱交換用管体の前記蛇行によつて形成された
   曲り部に位置する前記短冊状フィン片は、前記熱交換流
   体の流れ方向と平行するように捻られていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の冷凍機械用熱交換器
   。
4. （４）前記熱交換用管体の前記蛇行によつて形成された
   曲り部に位置する前記短冊状フィン片は、除去されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷凍機
   械用熱交換器。