JPS6387567A - 冷凍機用蒸発器 - 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】 本発明は冷凍機用蒸発器に係り、特に冷凍機に使用され
、伝熱性能の向上に好適な冷凍機用蒸発器に関するもの
である。

従来の冷蔵庫或いは低温室用除湿機等の蒸発器として使
用されるクロスフィン形熱交換器を第１図および第２図
により説明する。第１図は従来のクロスフィン形熱交換
器の正面図、第２図は第１図の■−■断面拡大図である
。１は冷媒の通る熱交換管で、蛇行状に形成されている
。２は内部に可撓性ヒータ線４を有する除霜ヒータで、
蛇行状に形成されている。３は短冊状アルミニウム製フ
ィンで、上記熱交換管１の蛇行間隔に合わせて上記熱交
換管の挿入用のＵ字状切欠３−１を両側より設け、除霜
ヒータ２の蛇行間隔に合わせて上記除霜ヒータ２の挿入
用のＵ字状切欠３−２を両側より設けている。上記熱交
換管の挿入用切欠３−１は深（切込まれ、除霜ヒータ２
の挿入用切欠３−２は浅く切込んである。フィン３は、
気流Ａに対して多数列、且つ同一間隔に並置し、気流の
進行方向に沿って長く配置されている。このフィン３の
切欠３−１に蛇行状熱交換管１を両側より挿入した後、
切欠３−２に蛇行状除霜ヒータ２を両側より挿入し、熱
交換器を構成する。Ｄは熱交換管１の中心位置、Ｅは熱
交換管の内面位置、Ｆは熱交換管１とフィン３との接触
部、Ｇはフィン３の先端である。

而して、熱交換管１内に液状冷媒を通して沸騰させ、熱
交換管１、フィン３および除霜ヒータ２が低温になり、
気流Ａの空気を冷却する。この際、気流Ａ中の水分は熱
交換管１、除霜ヒータ２およびフィン３の表面に箱とな
って付着する。このため、一定時間後に冷媒を通すのを
停止し、ヒータ線４に通電発熱させ、除霜ヒータ２を加
熱して、更にフィン３および熱交換管１を加熱して熱交
換管１と、フィン３とに付着した霜を除霜する。

かかる熱交換器は熱交換管１とフィン３との接触面積と
接触力が少ないために、熱交換管１からフィン３への熱
伝達が非常に悪いものであった。

又、フィン３には熱交換管１を挿入する為のＵ字状切欠
３−１を設けているために、熱交換管１に近い部分のフ
ィン面積が大幅に減少し、フィン３を冷却に有効利用す
ることができなかった。

更に、熱交換管１をフィン３の切欠３−１に挿入して密
着させる際に、太さな力を加えるためにフィン３の板厚
をかなり厚いものとしなければならず、原価高となって
いた。しかも、フィン３は気流Ａに対して同一間隔に多
数列並置しているために、フィン３の気流流入側に多量
の着霜を生ずる。これによって、フィン３間の通風抵抗
が大幅に増加し、通風量が減少して熱交換量が減少して
しまうものであった。

次に、他の従来形のクロスフィン形熱交換器を第３図お
よび第４図により説明する。第３図は、他の従来形クロ
スフィン形熱交換器の正面図、第４図は、第３図のＩＶ
−ＩＶ断面図である。５は冷媒の通る熱交換管で、ヘヤ
ピン状の管５−１とＵ字状の管５−２とを連結させて蛇
行状に形成している。６は内部に可撓性ヒータ線８を有
する除霜ヒータで、蛇行状に形成されている。７は短冊
状のアルミニュウム製フィンで、上記除霜ヒータ６の蛇
行間隔に合わせて除霜用ヒータ挿入用のＵ字状切欠７−
１をフィン７の両側に設け、更に、上記ヘヤピン状の管
５−１の間隔に合わせて形成した円筒立上部７−２にて
熱交換管５の挿入穴としている。上記フィン７は気流Ｂ
に対して多数列、且つ同一間隔に並置され、気流の進行
方向に沿って長く配置されている。このフィン７の円筒
立上部７−２の穴には、上記ヘヤピン状の管５−１を挿
入して拡管した後、このヘヤピン状の管５−１にＵ字状
の管５−２を接続管として接続して溶接し、蛇行状の熱
交換管５を形成する。次いで、フィン７の切欠７−１に
蛇行状除霜ヒータ６をフィン７の両側より挿入して熱交
換器を構成する。

而して、熱交換管５内に液状冷媒を通して沸騰させ、熱
交換管５、フィン７および除霜ヒータ６が低温になり、
気流Ｂの空気を冷却する。この際気流Ｂ中の水分は熱交
換管５、フィン７および除霜ヒータ６の表面に霜となっ
て付着する。このため、一定時間後に冷媒を通すのを停
止し、ヒータ線８に通電発熱させ、除霜ヒータ６を加熱
して、更にフィン７および熱交換管５を加熱して熱交換
管５とフィン３に付着した霜を除霜する。

かかる他の従来形のクロスフィン形熱交換器は、上述し
た従来のクロスフィン形熱交換器と同様にフィン７が気
流の進行方向に対して１枚の平板状に長く延びているた
め、熱境界層が厚くなってしまい、熱伝達率が著しく低
下する。又、フィン７は気流Ｂに対して同一間隔に多数
列並置しているために、フィン７の気流流入側に多量の
着霜を生ずる。これによって、フィン７間の通風抵抗が
大幅に増加し、通風量が減少して熱交換量が減少してし
まう。

上記従来のクロスフィン形熱交換器を改良するものとし
て、例えば実開昭５０−１５４５５９号に示された熱交
換器があげられる。

かかる熱交換器は、熱交換管に嵌装したフィンを空気流
の流通方向に対して前後に少（とも２以上に分割し、且
つ前後方向に隣接するフィンが同一平面上にならないよ
うに配列したものである。

この熱交換器は空気流の流通方向に対してフィンが分割
されているため、複数のフィンが空気流と熱交換するか
ら熱交換量が増大することになる。

しかしながら、この熱交換器はフィンの短辺方向で、且
つ気流の進行方向に上記フィンを単に複数分割すること
を示すのみであり、その分割の長さについては何ら示さ
れていないため、伝熱性能の向上について十分に考慮さ
れてはいないものであった。

更に、伝熱性能を向上させる従来技術として、例えば実
公昭５０−４２８５号に示された蒸発器があげられる。

かかる蒸発器は個々の矩形小片フィンの中央部にヒータ
保護管用孔と冷媒用管孔とを１個ずつ設け、上記矩形小
片フィンの両側には空気流動方向に対して直角方向にの
びる切起しフィン部を交互に反対方向に形成したもので
ある。上記ヒータ保護管用孔と冷媒用管孔にはヒータ保
護管および冷媒用管を挿入している。かかるヒータ保護
管と冷媒用管は蛇行状に成形されたものである。

以上の如き構成を有する従来技術は、伝熱能力を向上さ
せる意味で、気流の進行方向に対して複数のフィンが設
けられている。

しかしながら、かかる従来技術は次の如き問題点を有す
る。

即ち、長方形フィンの両側には切起しフィン部が設けら
れていることから、切起しフィン部の気流流入抵抗の増
大と切起、しフィン部間の気流流通路が狭くなってしま
うことから、かかる長方形フィン間の気流流通路は切起
しフィン部によって通風抵抗が大き（なる部分と小さく
なる部分とが生じる。したがって、気流は通風抵抗の小
さい部分を主体に流れるため、通風量が減少し、伝熱能
力の減少を生じてしまうものであった。さらに、冷媒用
管は長方形フィンに対して１本だけ配設されているため
、冷媒用管からフィンへの伝熱坦が少な（、フィン全面
を冷却に寄与させることができず、伝熱能力の低い熱交
換器となる問題がある。

本発明の目的は、伝熱性能を向上させたクロスフィン形
熱交換器の冷凍機用蒸発器を提供することにある。

かかる目的を達成するために本発明は、気流方向に複数
段配設された熱交換管と、この熱交換管の曲げ部以外に
装着された複数枚の平板状の矩形小片フィンとを備え、
上記熱交換管は、ヘヤピン状に構成された一本の管の気
流の流入側と流出側との間に複数の曲げ部を形成されて
なり、上記フィンは、このフィンの短辺方向で且つ、気
流の進行方向に上記フィンの長辺の長さ寸法以上の寸法
に配設された冷凍機用蒸発器とした。

以下、本発明の詳細を第５図〜第１１図に示す一実施例
により説明する。９は予めヘヤピン状に形成された熱交
換管である。１０は内部に可撓性ヒータ線１１を有する
除霜ヒータである。１２は平板状の矩形小片フィンで、
長辺方向の２辺と短辺方向の２辺とで構成されたもので
ある。その長辺方向の両側に円筒状立上部１２−１を複
数個設け、その内筒状立上部１２−１に上記熱交換管９
の挿入穴１２−３が形成されている。同じく上記矩形小
片フィン１２の中央部には円筒立上部１２−２が設けら
れ、除霜ヒータ１０の挿入穴１２−４が形成されている
。かかる挿入穴１２−３には熱交換管９が挿入され、挿
入穴１２−４には除霜ヒータ１０が挿入されている。１
２は矩形の小片フィンである。隣接する上記矩形小片フ
ィン１２の相互の面は全て同一間隙寸法となるよう広い
間隔１３で多数列並置されている。

更に、上記矩形小片フィン１２は熱交換管９を蛇行臼げ
を行う分の間隔１４だけ空けている。

次のフィン配列では更に狭い間隔１５で多数列並置し、
更に熱交換管９を曲げる分の間隔１４を空けてから狭い
間隔１５で多数列並置している。

上記熱交換管９は矩形小片フィン１２の長辺方向に対し
て複数挿入されることになる。上記熱交換管９の曲げ部
９−１と除霜ヒータ１０の曲げ部１０−１とを円弧状に
曲げて熱交換管９および除霜ヒータ１０を蛇行状に成形
する。これによって、矩形小片フィン１２が隙間１６を
有して平行に複数段配置され、最初の段のフィン間隔１
３は次の段以降のフィン間隔１５より大きくなっている
。

而して、熱交換管９内に液状冷媒を通して沸騰させ、そ
の際に熱交換管９、除霜ヒータ１０、フィン１２が低温
になり、気流Ｃの空気を冷却する。

この際、気流Ｃ中の水分は熱交換管９、除霜ヒータ１０
、フィン１２の表面に霜となって付着する。

このため、一定時間後に冷媒を通すのを停止し、ヒータ
線１１に通電発熱させ、除霜ヒータ１０を加熱して、更
にフィン１２および熱交換管９を加熱して除霜を行う。

本発明に係る熱交換器によれば、熱交換管９と矩形小片
フィン１２とが円筒状立上部１２−１を介して全周にわ
たって広い面積で接触しているために、第１図、第２図
に示す熱交換器に比較して熱交換管９から矩形小片フィ
ン１２への熱伝導がよくなり、矩形小片フィン１２の伝
熱を有効に利用でｓ４゜この点を第１０図を用いて説明
する。

第１図、第２図に示す熱交換器は、第１０図の１点鎖線
に示すように各点の温度が変化する。即ち、熱交換管１
とフィン３との接触部Ｆでは温度Ｔ２からＴｓへと大幅
な温度上昇をするため、フィン３のＦからフィン３の先
端Ｇにおいて、温度が図の如＜　ＴｓからＴｓへと非常
に高い分布となってしまい、気流Ａとの温度差が少くな
り、効率の良い熱伝達がでさないものであった。これに
対し、本発明に係る熱交換器は、第１０図実線に示すよ
うに各点の温度が変化する。即ち、熱交換管９と矩形小
片フィン１２との接触部Ｆでは温度Ｔ２からＴｓへとわ
ずか上昇するだけであるので、矩形小片フィン１２のＦ
からフィン先端Ｇにおいては温度が図の如（ＴｓからＴ
４へと低い分布となり、気流Ｃとの温度差が大きくなり
、効率の良い熱伝達ができる。

なお、第１０図において、縦軸は温度、横軸は熱交換管
の中心からフィンの先端までの距離を示し、Ｔｒは冷媒
の温度、Ｄは熱交換管の中心位置、Ｅは熱交換管の内面
位置を示し、かつ冷媒の温度はＤの位置からＥの位置ま
でにおいて熱交換管の熱によってＴｌよりＴｌに上昇す
る。

又、熱交換管９を取付けるための切欠きを設けていない
ので、この点からも矩形小片フィン１２を有効に且つ効
率良（利用できる。更に、熱交換管９は矩形小片フィン
１２の挿入穴１２−３に挿入して密着させるので、切欠
に挿入して密着させるものに比較してあまり大きな力を
加える必要がなく、矩形小片フィン１２の板厚を厚くす
る必要がない。

第１１図は、従来のクロスフィン形熱交換器と本発明の
クロスフィン形熱交換器との熱伝達率の特性を示す図で
あり、横軸は気流の進行方向におけるフィン１枚あたり
の長さを示し、縦軸はフィンの熱伝達率を示している。

図において、第３図、第４図に示した従来のクロスフィ
ン形熱交換器は気流の進行方向におけるフィンの長さが
長いため、図中１点鎖線に示すように気流の流入側は高
い熱伝達率を示すが、気流の流出側に行くにしたがって
、熱伝達率は著しく低下する。したがって、気流流出側
のフィンはほとんど伝熱性能の向上に寄与していないこ
とがわかる。

これに対して本発明のクロスフィン形熱交換器は気流の
進行方向におけるフィンの長さが短いため、第１１図中
に実線で示すように熱伝達率はある一定の熱伝達率以上
には低下しないので、熱伝達率の高い領域を利用するこ
とが可能である。このことはａ　ｃｃ　ｔ−Ｏ５、ａＣ
ｃ　ｎ０５（ａ　：熱伝達率、ｔ：気流の進行方向のフ
ィンの長さ、ｎ：パイプの折り曲げみ重ね回数）の関係
に基くことから明らかである。

なお、第１１図における各実線は熱交換管に折りかえす
回数（図では第８図に示す折りかえし回数）に対応して
いる。

しかも本発明では、熱交換管が複数回折り曲げて重ねら
れることにより上記矩形小片フィンの短辺方向で且つ気
流の進行方向に上記矩形小片フィンの配列がその長辺の
長さ以上の寸法になるので、上記第１１図で説明したα
ｃＣ１−″５、αＣＣｎ”の関係にもとづき、熱境界層
内の温度勾配が大さく取れ、気流との熱交換量を増すこ
とができるという効果を奏する。

この様に熱交換量が増大した本発明のクロスフィン形熱
交換器は、フィンの長辺寸法の長さ以上にフィンを配列
することが示されていない実開昭５０−１５４５５９号
と比較して伝熱性能が極めて優れるものである。

さらに、本発明のクロスフィン形熱交換器に使用された
矩形小片フィンは平板状となっているため、気流流入抵
抗が小さく、又、矩形小片フィン曲に気流流通路の狭い
部分が生じない。

したがって、かかる矩形小片フィン間の気流流通路は通
風抵抗が極めて小さいため、矩形小片フィン全体を均一
に気流が通過し、気流の通風量が増加するので伝熱能力
が増す。また、熱交換管は矩形小片フィンの長辺方向に
対して複数本設けられているため、熱交換管からフィン
への伝熱量が増加する。このため、フィン全面を冷却に
寄与させることがでさ、伝熱能力の高いクロスフィン形
熱交換器を得ることができる。

以上述べた如く、本発明のクロスフィン形熱交換器の冷
凍機用蒸発器によれば伝熱性能の向上を図ることができ
るが、更に本発明の実施例はクロスフィン形熱交換器の
フィン間隔を気流流入側を大とし、流出側を小とするこ
とによって、気流流入側の霜づまりを防止でさるもので
ある。即ち、例えば第８図に示すように矩形小片フィン
１２は気流Ｃに対して気流流入側のフィン間隔１３を大
きく、気流流出側を小さく設定することにより、矩形小
片フィン１２の気流流入側に生じる着霜によるフィン間
の通風抵抗の増加を防止することができ、したがって、
通風量は減少せず、熱交換量の低下を防止できるのであ
る。この場合、同一形状の矩形小片フィン１２で構成し
ているので、着霜分布に合わせてフィン間隔１３．１５
を任意に調節することも可能となる。これにより、気流
流出側の小ユ着霜部は矩形小片フィン１２の間隔を小さ
くすることによって伝熱面密度を大きくできるとともに
、熱交換器の小形化を達成でさる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱交換器の正面図、第２図は第１図の■
−■断面拡大図、第３図は異なる従来の熱交換器の正面
図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ断面拡大図、第５図は
本発明の熱交換器に使用するフィン単体の正面図、第６
図は第５図のＶｌ　−Ｖｌ断面図、第７図は本発明の熱
交換器の組立途中の平面図、第８図は本発明の熱交換器
の完成後の斜視図、第９図は第８図のＸＩ−ＸＩ断面図
、第１０図は熱交換器の温度変化図、第１１図は熱交換
器の熱伝達率変化図である。 ９・・・熱交換管、１０・・・除霜ヒータ、１１・・・
ヒータ線、１２・・・フィン。 ″８１図 ト（− 第５囚 沼ら口 ｔｔ−１１１−２１Ｚ−１ 第″１図 第（Ｏロ イエ［（負：

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　気流方向に複数段配設された熱交換管と、この熱
   交換管の曲げ部以外に装着された複数枚の平板状の矩形
   小片フィンとを備え、上記熱交換管は、ヘヤピン状に構
   成された一本の管の気流の流入側と流出側との間に複数
   の曲げ部を形成されてなり、上記フィンは、このフィン
   の短辺方向で且つ、気流の進行方向に上記フィンの長辺
   の長さ寸法以上の寸法に配設されたことを特徴とする冷
   凍機用蒸発器。