JPWO2016189686A1 - 熱交換器、及び冷熱機器 - Google Patents

Abstract

着霜による風路閉塞を防止して高い冷却品質を維持できる熱交換器及び冷蔵庫を提供することを目的とする。間隔をおいて積層された複数のフィンと、当該フィンをその積層方向に貫通し、内部を冷媒が流れる配管と、からなるフィン列を少なくとも１つ備え、当該フィン間に空気を流して当該冷媒と当該空気とを熱交換させる熱交換器において、平坦な周縁部を有する少なくとも１つの開口部が、前記フィンにおける前記配管の貫通位置よりも前記空気の気流方向の上流側の領域に形成されている。

Description

この発明は、冷熱用の熱交換器及びこれを備える冷熱機器に関するものである。

空気を循環させ熱交換器で除熱して冷却空間内を冷却する冷凍冷蔵庫などの冷熱機器においては、循環空気に含まれる水分が霜として熱交換器に付着する（以下、着霜と称する）。一般的に、循環空気の上流側に多くの着霜が生じ、下流側への着霜量は少ない。上流側に着霜量が偏って風路が閉塞されることにより、熱交換器内の循環空気量が減少して熱交換量が低下してしまうという問題がある。熱交換量の低下を防止するための構成として、例えば特許文献１には、フィンアンドチューブ型の熱交換器において、着霜量時の風量低下を生じ難くするために、循環空気の上流側におけるチューブ配列を碁盤目状とし、下流側におけるチューブ配列を千鳥状にするとともに、十分な冷凍能力を得るために、千鳥状領域のフィン上にルーバー又はコルゲート状の加工部を設けた構成が開示されている。また、特許文献２には、下流側への空気循環量を確保して除熱量の減少を防止するために、上流側のフィン間隔を下流側のフィン間隔よりも大きくするとともに、上流側と下流側の着霜量の調整を図るために、フィンにリブ又はルーバーを形成した構成が開示されている。

実開昭５７−１９６９６２号公報 特開平５−１８６３６号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示された技術においては、フィン上に設けられたリブやルーバー等の加工部はフィン面に対して垂直方向に立ち上がる形状を有しており、前縁効果又は乱流促進効果を生じさせることから、当該加工部及びその近傍に集中的に着霜が生じ、風路閉塞によって熱交換量が低下し、冷却品質が低下してしまうという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、着霜による風路閉塞を防止して高い冷却品質を維持できる熱交換器及びこれを用いた冷蔵庫などの冷熱機器を提供することを目的とする。

この発明に係る熱交換器は、間隔をおいて積層された複数のフィンと、前記フィンをその積層方向に貫通し、内部を冷媒が流れる配管と、からなるフィン列を少なくとも１つ備え、前記フィン間に空気を流して前記冷媒と前記空気とを熱交換させる熱交換器において、 前記フィン列のうちの少なくとも１つに、平坦な周縁部を有する少なくとも１つの開口部が、前記フィンにおける前記配管の貫通位置よりも前記空気の気流方向の上流側の領域に形成されていることを特徴とする。

この発明に係る冷熱機器は、当該熱交換器を備えることを特徴とする。また、この発明に係る冷熱機器は庫室と、前記庫室の背面側に設けられた背面側仕切り板と、前記背面側仕切り板と前記庫室の背面壁との間に形成された背面空間内に設けられ冷却器として動作する熱交換器と、前記熱交換器と共に冷凍回路を構成する圧縮機、凝縮機、及び毛細管と、前記背面側仕切り板の上方に設けられ、前記背面側仕切り板の下方の空気流入口から吸い込んだ空気を前記熱交換器を介して前記庫室に送風するファンと、を備え、前記熱交換器は、間隔をおいて積層された複数のフィンと、前記フィンをその積層方向に貫通し、内部を冷媒が流れる配管と、からなるフィン列を少なくとも１つ備え、前記フィン間に空気を流して前記冷媒と前記空気とを熱交換させ、前記フィンのうちの少なくとも１つに、平坦な周縁部を有する少なくとも１つの開口部が、前記フィンにおける前記配管の貫通位置よりも前記空気の気流方向の上流側の領域に形成されていることを特徴とする。

この発明の熱交換器及び冷蔵庫は、着霜による風路閉塞を防止して高い冷却品質を維持できるという効果を有する。

この発明の実施の形態１における熱交換器の正面図である。 図１の熱交換器の側面図である。 図１の熱交換器のＡ−Ａ線における断面図である。 フィンの部分拡大平面図（ａ）、及び（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図（ｂ）である。 この発明の実施の形態２の熱交換器のフィンの部分拡大平面図（ａ）及び（ｂ）である。 この発明の実施の形態２の別の熱交換器のフィンの部分拡大平面図（ａ）及び（ｂ）である。 この発明の実施の形態３の熱交換器の断面図である。 この発明の実施の形態４の熱交換器の断面図である。 この発明の実施の形態４の別の熱交換器の断面図である。 この発明の実施の形態４の別の熱交換器の断面図である。 この発明の実施の形態５の熱交換器の断面図である。 この発明の実施の形態６の熱交換器のフィンの斜視図である。 この発明の実施の形態７の実施形態である冷熱機器の奥行き方向の断面図である。 図１３の冷熱機器に設けられた熱交換器の一例を示す断面図である。 この発明の実施の形態７の実施形態である冷熱機器の横方向の断面図である。

実施の形態１．
図１は、本実施形態における熱交換器１の正面図である。複数の板状のフィン２が所定の間隔をおいて配列されて６つのフィン列２１〜２６をなしている。フィン列２１〜２６の両側には、サイドプレート４が設けられている。フィン列２１〜２６は、気流方向Ｄ１に向かって順に並んでいる。フィン２の各々には、円筒形状のカラーを有する挿通孔２ａ（図３）が設けられている。配管３は、直管部３ａと曲管部３ｂとが連続するように曲げられた構成を有する。配管３の直管部３ａは、フィン２の挿通孔２ａに挿通されており、フィン列２１〜２６をフィン２の面に対して垂直方向（以下、フィン２の配列方向Ｄ２と称する）に貫通している。直管部３ａは、挿通孔２ａにおいてフィン２と密着している。配管３の内部には、被熱交換流体である冷媒が流れている。熱交換器１においては、複数枚のフィン２及び複数本の直管部３ａの間を熱交換流体である空気が流れることによって、冷媒と空気との間で熱交換がなされる。気流方向Ｄ１の最上流のフィン列２１から最下流のフィン列２６までの気流方向Ｄ１に沿った空気の流路が熱交換器１内の風路である。
気流方向Ｄ１の上流側における隣接フィン間の間隔（以下、フィンピッチと称する）Ｓ１は、下流側におけるフィンピッチＳ２よりも大きい。

図２は、熱交換器１の側面図である。図３は、熱交換器１のＡ−Ａ線における断面図である。フィン列２１及び２２においては、２本の配管３の直管部３ａが段方向Ｄ３に並んでおり、フィン２を配列方向Ｄ２（図１）に貫通している。フィン列２３〜２６においては、３本の配管３の直管部３ａが段方向Ｄ３に所定の間隔をおいて直列に並んでおり、フィン２を配列方向Ｄ２（図１）に貫通している。以下、便宜上、段方向Ｄ３について、図２に示すように上段側、下段側と称する。１つのフィン２において、気流方向Ｄ１には、１本の配管３の直管部３ａ１のみが挿通されている。配管３の直管部３ａは、フィン列２１〜２６の両側に設けられているサイドプレート４の挿通孔２ａにも挿通されている。配管３の曲管部３ｂは、サイドプレート４の外側に位置している。１つのフィン２内における開口部２ｂと配管３の中心との間の距離Ｔ１は、互いに隣接するフィン列の配管３のピッチＴ２よりも小さい。かかる位置関係により、開口部２ｂを設けない場合と比較して着霜量が減少する。

図４（ａ）は、フィン２の部分拡大平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。フィン２には開口部２ｂが設けられている。開口部２ｂは、フィン２の気流方向Ｄ１の上流側の辺と挿通孔２ａとの間に形成されている。すなわち、開口部２ｂは、挿通孔２ａから見て気流方向Ｄ１の上流側に形成されている。開口部２ｂの周縁部Ｅ１は、フィン２の面内に存在し、フィン２の面に対して垂直な構造及び傾斜した構造を有していない。すなわち、周縁部Ｅ１は平坦であり、フィン２の面から立ち上がる形状を有していない。開口部２ｂはスリット形状とすることができる。スリット形状は、短辺、長辺を有する四角形である。この場合、開口部２ｂの長手方向は、フィン２の長手方向に一致する。図４（ａ）における開口部２ｂの輪郭は、平面視で四角形である。なお、開口部２ｂの平面視の輪郭は、四角形に限られず、その他の多角形、円形、楕円形など任意の形状とすることができる。着霜量低減の観点からは、開口部２ｂの、気流方向Ｄ１に垂直な方向の長さＬを、配管３の直管部３ａの直径Ｄの０．５倍以上とすることが望ましい。長さＬの大きさに応じて着霜の低減量が変化するが、長さＬは例えば直管部３ａの直径Ｄの０．５倍以上２０倍以下の長さの範囲で任意の大きさとすることができる。開口部２ｂの、気流方向Ｄ１に平行な方向の長さＷは、領域Ｒ１から領域Ｒ２への熱伝達を妨げることができる大きさであれば良い。長さＷは、例えば０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。また、長さＷは、配管３の直管部３ａの直径Ｄの０．０１倍以上５倍以下とすることができる。開口部２ｂはフィン２の任意の位置に形成することができる。着霜量低減の観点からは、フィン２上の配管３の貫通位置から開口部２ｂまでの最短距離Ｙは、フィン２上の配管３の貫通位置からフィン２の気流方向の上流側の辺までの最短距離Ｘの１／２以下となる位置に開口部２ｂを形成することが好ましい。また、開口部２ｂをスリット形状とすれば、狭い領域にも開口部２ｂを設けることができ、位置や個数に関する設計の自由度を増すことができる。

かかる構成によれば、フィン２の領域のうち、開口部２ｂよりも下流側の領域Ｒ１では、配管３を流れる冷媒による冷却効果により温度が低下するが、開口部２ｂよりも上流側の領域Ｒ２では、配管３を流れる冷媒による冷却効果が減じ、下流側の領域Ｒ１に比較して温度が高くなる。開口部２ｂによって配管３から領域Ｒ１への熱伝達が阻害されるので、開口部２ｂを境に高低差のある温度分布が形成される。上流側の領域Ｒ２の温度と流入空気の温度との差が縮小することにより、開口部２ｂを設けない場合と比較して着霜量が減少する。

例えば、着霜し易い上流側のフィン列２１及び２２に開口部２ｂを設け、且つ着霜し難い下流側のフィン列２３〜２６のフィン２には開口部を設けた構成とすることができる。かかる構成によれば、上流側での過大な着霜を抑制して熱交換器１での着霜の均一化を図りつつ、下流側で十分な熱交換量を確保できる。また、開口部２ｂの周縁部Ｅ１は平坦であり、フィン２の面から立ち上がる構造が存在しないので、前縁効果又は乱流促進効果による開口部２ｂ近傍への集中的な着霜は生じない。それ故、本実施形態の熱交換器１によれば、集中的な着霜による風路閉塞を防止できるという効果を奏する。また、フィン２における気流方向Ｄ１の下流側の領域すなわち配管３の後ろ側の領域に開口部２ｂを設けたときよりも、循環空気が最初に触れる上流側に設けたときの方が着霜量が少なくなる。したがって、着霜量低減の効果を大きくするためには、開口部２ｂをフィン２の上流側に配置することが好ましい。また、本実施形態と異なり、仮に１つのフィンにおいて、気流方向Ｄ１に２本以上の直管部が並列に挿通されている場合には、１つの直管部の上流側が他の１つの直管部の下流側に対応し、開口部を当該１つの直管部の上流に設けても、開口部より上流側への着霜を防止する効果が低い。これに対して、本実施形態の熱交換器１においては、１つのフィン２において気流方向Ｄ１に１本の配管３の直管部３ａ１のみが挿通されているので、開口部２ｂより上流側への着霜防止の効果が大きい。なお、開口部２ｂは、フィン列２１〜２６の全てに設けられる必要はなく、これらのうちの少なくとも１つに設けられていれば良い。また、開口部２ｂは、１つのフィン列を構成する全てのフィン２に設けられている必要もなく、これらのうちの少なくとも１つに設けられていれば良い。すなわち、開口部２ｂは、着霜低減量の調整のため、任意のフィン２に適宜設けることができる。

実施の形態２．
図５（ａ）〜（ｄ）は、開口部２ｂが形成されたフィン２の変形例を示す部分拡大平面図である。開口部２ｂはスリット形状とすることができる。以下、実施の形態１と異なる部分について主に説明する。

図５（ａ）の例においては、挿通孔２ａから見て、段方向Ｄ３の上段側に開口部２ｂ１が形成されており、下段側に開口部２ｂ２が形成されている。すなわち、挿通孔２ａを挟んで２つの開口部２ｂ１及び２ｂ２が形成されている。開口部２ｂ１及び２ｂ２の長手方向は、フィン２の短手方向に一致する。

かかる構成によれば、開口部２ｂ１と開口部２ｂ２との間の領域Ｒ１では、配管３を流れる冷媒による冷却効果により温度が低下する。一方、開口部２ｂ１よりも上段側の領域Ｒ２１及び開口部２ｂ２よりも下段側の領域Ｒ２２では、配管３を流れる冷媒による冷却効果が減じ、領域Ｒ１に比較して温度が高くなる。領域Ｒ２１及びＲ２２の温度と流入空気の温度との差が縮小することにより、領域Ｒ２１及びＲ２２における着霜量が減少する。このように、図５（ａ）の開口部配置によっても、フィン２に高低差のある温度分布を形成し、着霜量を低減して風路閉塞を防止することができる。例えば、フィン２の短手方向の幅が狭く、開口部を気流方向Ｄ１の上流側に形成できない場合に、着霜量低減のため、図５（ａ）の配置とすることが有効である。

図５（ｂ）の例においては、挿通孔２ａから見て、段方向Ｄ３の上段側に開口部２ｂ１が形成されており、下段側に開口部２ｂ２が形成されており、気流方向Ｄ１の上流側に開口部２ｂ３が形成されている。開口部２ｂ１及び２ｂ２の長手方向は、フィン２の短手方向に一致する。開口部２ｂ３の長手方向は、フィン２の長手方向に一致する。

かかる構成によれば、フィン２の領域のうち、開口部２ｂ１、２ｂ２及び２ｂ３によって囲まれた領域Ｒ１では、配管３を流れる冷媒による冷却効果により温度が低下する。一方、挿通孔２ａから見て開口部２ｂ１、２ｂ２及び２ｂ３よりも外側の領域Ｒ２では、配管３を流れる冷媒による冷却効果が減じ、領域Ｒ１に比較して温度が高くなる。領域Ｒ２１及びＲ２２の温度と流入空気の温度との差が縮小することにより、領域Ｒ２１及びＲ２２における着霜量が減少する。図５（ｂ）の開口部配置によれば、図５（ａ）の場合に比較して、より高低差の大きい温度分布を形成し、着霜量を更に低減することができる。それ故、着霜量を大幅に低減したい場合に、図５（ｂ）の配置とすることが有効である。

図６（ａ）の例においては、円弧形状の開口部２ｂが形成されている。着霜量を少なくするため、開口部２ｂの少なくとも一部が、挿通孔２ａの気流方向Ｄ１の上流側に位置するように形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、フィン２の領域のうち、開口部２ｂから見て気流方向Ｄ１の下流側の領域Ｒ１では、配管３を流れる冷媒による冷却効果により温度が低下する。一方、開口部２ｂから見て上流側の領域Ｒ２では、配管３を流れる冷媒による冷却効果が減じ、領域Ｒ１に比較して温度が高くなる。領域Ｒ２の温度と流入空気の温度との差が縮小することにより、領域Ｒ２における着霜量が減少する。このように、図６（ａ）の開口部配置によっても、フィン２に高低差のある温度分布を形成し、着霜量を低減して風路閉塞を防止することができる。開口部２ｂの円弧の曲率を挿通孔２ａの外周の曲率と略同一として、開口部２ｂを挿通孔２ａに近接して形成することができる。かかる構成によれば、狭い開口部形成領域で十分な高低差を有する温度分布を得ることができる。

図６（ｂ）の例においては、挿通孔２ａから見て、気流方向Ｄ１の上流側に３つの開口部２ｂ１、２ｂ２及び２ｂ３が並列に形成されている。開口部２ｂ１、２ｂ２及び２ｂ３の長手方向は、フィン２の長手方向に一致する。

かかる構成によれば、フィン２の領域のうち、開口部２ｂ１よりも下流側の領域Ｒ１では、配管３を流れる冷媒による冷却効果により温度が低下する一方、上流側の領域Ｒ２では、配管３を流れる冷媒による冷却効果が減じ、領域Ｒ１に比較して温度が高くなる。領域Ｒ２の温度と流入空気の温度との差が縮小することにより、領域Ｒ２における着霜量が減少する。このように、図６（ｂ）の開口部配置によっても、フィン２に高低差のある温度分布を形成し、着霜量を低減して風路閉塞を防止することができる。例えば、互いに隣接する２つの挿通孔２ａの間に開口部を形成できるだけの領域を確保できない場合に、着霜量低減のため、図６（ｂ）の配置とすることが有効である。

なお、図６（ｂ）は、３つの開口部を形成した場合の例であるが、２つ、又は、４つ以上の開口部を形成することもできる。開口部の個数が多いほど着霜し難くなるので、例えば、着霜し易い上流側のフィン列２１及び２２には３つ、着霜し難い下流側のフィン列２３〜２６には２つといったように、上流側と下流側とで開口部の個数を変えた構成とすることもできる。かかる構成によれば、熱交換器１全体での着霜分布の均一化を図ることができ、冷却品質を向上させることができる。

実施の形態３．
以下、実施の形態１と異なる部分について主に説明する。
図７は、本実施形態の熱交換器１の一例を示す断面図である。気流方向Ｄ１の上流側にフィンピッチＳ１で配置されているフィン列２１及び２２には開口部２ｂが設けられ、下流側にフィンピッチＳ１よりも狭いフィンピッチＳ２で配置されているフィン列２３〜２６には開口部２ｂが設けられていない。

かかる構成によれば、上流側のフィン列２１及び２２においては、フィンピッチＳ１を広くすることに加えて、フィン２に開口部２ｂを形成しているので、上流側への着霜量をより低減でき、風路閉塞の防止効果を更に高めることができる。一方、下流側のフィン列２３〜２６においては、フィンピッチＳ２を狭くしているので十分な熱交換量を確保できる。例えば設計仕様上の制限やコストの要件から、上流側のフィン列２１及び２２のフィンピッチＳ１を更に大きくできない場合に、上流側のフィン列２１及び２２のみに開口部２ｂを設けることによって、熱交換器１全体での着霜分布の均一化を図ることができ、着霜による風路閉塞を防止できる。

本実施形態の変形例として、フィンピッチの大きさにかかわらず、フィン列２１〜２６を上流側の群と下流側の群とに分けて、気流方向Ｄ１の上流側の群に属するフィン列に開口部２ｂを設け、下流側の群に属するフィン列には開口部２ｂを設けない構成とすることもできる。かかる構成によっても、上流側での着霜による風路閉塞を防止して、熱交換器１全体での着霜分布の均一化を図ることができる。上流側の群とは、最上流のフィン列２１のみ、又はフィン列２１から順に最大でフィン列２３までをいう。下流側の群とは、最下流のフィン列２６のみ、又はフィン列２６から順に最大でフィン列２４までをいう。このように、上流側の群と下流側の群はフィン列２１〜２６の数の半分の位置で区分けすることができる。本実施の形態及びその変形例は、挿通孔２ｂから見て気流方向Ｄ１の上流側に開口部２ｂを形成した場合の例であるが、これに限られず、図５（ａ）〜図６（ｂ）に示される位置に形成しても良い。

実施の形態４．
以下、実施の形態１と異なる部分について主に説明する。
図８は、本実施形態の熱交換器１の一例を示す断面図である。気流方向Ｄ１の上流側にフィンピッチＳ１で配置されているフィン列２１及び２２の開口部２ｂの長手方向の長さＬ１は、下流側にフィンピッチＳ１よりも狭いフィンピッチＳ２で配置されているフィン列２３〜２６の開口部２ｂの長手方向の長さＬ２よりも大きい。図８の構成によれば、上流側のフィン列２１及び２２において、フィンピッチＳ１を広くすることに加えて、長手方向の長さＬ１が比較的大きい開口部２ｂを形成しているので、上流側への着霜量をより低減でき、風路閉塞を防止できる。また、下流側のフィン列２３〜２６においては、長手方向の長さＬ２が比較的小さい開口部２ｂを形成しているので、下流側における熱交換量を十分に確保できる。

図９は、本実施形態の熱交換器１の別の例を示す断面図である。気流方向Ｄ１の上流側にフィンピッチＳ１で配置されているフィン列２１及び２２の開口部２ｂの短手方向の幅Ｗ１は、下流側にフィンピッチＳ１よりも狭いフィンピッチＳ２で配置されているフィン列２３〜２６の開口部２ｂの短手方向の幅Ｗ２よりも大きい。図９の構成によれば、上流側のフィン列２１及び２２において、フィンピッチＳ１を広くすることに加えて、幅Ｗ１が比較的大きい開口部２ｂを形成しているので、上流側への着霜量をより低減でき、風路閉塞の防止効果を更に高めることができる。また、下流側のフィン列２３〜２６においては、開口部２ｂの幅Ｗ２が比較的小さいので、着霜量低減の効果が小さく、十分な熱交換量を確保できる。

図１０は、本実施形態の熱交換器１の別の例を示す断面図である。気流方向Ｄ１の上流側にフィンピッチＳ１で配置されているフィン列２１及び２２における開口部２ｂの長手方向の辺から直管部３ａの外周までの最短距離Ｙ１は、下流側にフィンピッチＳ１よりも狭いフィンピッチＳ２で配置されているフィン列２３〜２６における開口部２ｂの長手方向の辺から直管部３ａの外周までの最短距離Ｙ２よりも短い。図１０の構成によれば、上流側のフィン列２１及び２２において、フィンピッチＳ１を広くすることに加えて、直管部３ａの外周までの最短距離Ｙ１が比較的短い位置に開口部２ｂを形成しているので、上流側への着霜量をより低減でき、風路閉塞の防止効果を更に高めることができる。また、下流側のフィン列２３〜２６においては、直管部３ａの外周までの距離Ｙ２が比較的長い位置に開口部２ｂを形成しているので、十分な熱交換量を確保できる。

図８の変形例として、フィンピッチの大きさにかかわらず、気流方向Ｄ１の上流側に位置するフィン列の開口部２ｂの長さを、下流側に位置するフィン列の開口部２ｂの長さ以上の大きさとした構成とすることができる。例えば、上流側のフィン列２１〜２３の開口部２ｂの長さを、下流側のフィン列２４〜２６の開口部２ｂの長さ以上の大きさとすることができる。また、例えば、最下流に位置するフィン列２６から最上流に位置するフィン列２１まで開口部２ｂの長さを段階的に大きくした構成とすることもできる。

図９の変形例として、フィンピッチの大きさにかかわらず、気流方向Ｄ１の上流側に位置するフィン列の開口部２ｂの短手方向の幅を、下流側に位置するフィン列の開口部２ｂの短手方向の幅以上の大きさとした構成とすることができる。例えば、上流側のフィン列２１〜２３の開口部２ｂの短手方向の幅を、下流側のフィン列２４〜２６の開口部２ｂの短手方向の幅以上の大きさとすることができる。また、例えば、最下流に位置するフィン列２６から最上流に位置するフィン列２１まで開口部２ｂの幅を段階的に大きくした構成とすることもできる。

図１０の変形例として、フィンピッチの大きさにかかわらず、気流方向Ｄ１の上流側に位置するフィン列の開口部２ｂの長手方向の辺から直管部３ａの外周までの最短距離を、下流側に位置するフィン列の開口部２ｂの長手方向の辺から直管部３ａの外周までの最短距離以上の長さとした構成とすることができる。例えば、上流側のフィン列２１〜２３における当該距離を、下流側のフィン列２４〜２６における当該距離以上の長さとすることができる。また、例えば、最下流に位置するフィン列２６から最上流に位置するフィン列２１まで当該距離を段階的に短くした構成とすることもできる。

これらの変形例によれば、気流方向Ｄ１の下流から上流に亘って熱交換器１における着霜量を段階的に微調整できるので、熱交換器１全体での着霜分布をより均一化でき、着霜による風路閉塞の防止効果を更に高めることができる。

実施の形態５．
以下、実施の形態１と異なる部分について主に説明する。
図１１は、本実施形態の熱交換器１の一例を示す断面図である。気流方向Ｄ１の上流側に配置されているフィン列２１及び２２においては、フィン２の短手方向の中心位置Ｆ１から気流方向Ｄ１の下流側にずれた位置に配管３が設けられている。フィン列２１及び２２のフィン２の気流方向Ｄ１の上流側には開口部２ｂが形成されている。また、気流方向Ｄ１の下流側に配置されているフィン列２３〜２６においては、フィン２の短手方向の中心位置Ｆ２に３つの配管３が並んで設けられている。フィン列２３〜２６のフィン２には開口部が形成されていない。

かかる構成によれば、気流方向Ｄ１の上流側においては、フィン列２１及び２２のフィン２における配管３から比較的遠い領域すなわち気流方向Ｄ１の上流側の領域では配管３を流れる冷媒による冷却効果が弱まるので、開口部２ｂだけの場合に比較して着霜量を更に減少できる。一方、気流方向Ｄ１の下流側のフィン列２３〜２６においては、配管３を流れる冷媒の冷却効果がフィン２の上流側及び下流側の周縁部にまでおよび、開口部も設けられていないので、十分な熱交換量を確保できる。例えば設計仕様上の制限やコストの要件から、上流側のフィン列２１及び２２のフィンピッチＳ１を広くできない場合に、図１１の構成とすることによって、上流側で着霜による風路閉塞を防止しつつ、下流側では十分な熱交換量が確保されるので、高い冷却品質を得ることができる。

実施の形態６．
図１２は、本実施形態の熱交換器１のフィン２の斜視図である。フィン２には切起し部２ｃが設けられている。切起し部２ｃは、フィン２の表面に２本の平行な切込みを入れて、切込み中央部をフィン２の面に対して垂直方向に立たせることによって形成される。切起し部２ｃは、互いに反対方向に傾斜する２つの切起し面２ｃ１及び２ｃ２からなり、Ｖ字形状をなしている。切起し部２ｃは、図１２に示されるように、例えば、挿通孔２ａの上流側及び下流側、且つ互いに隣接する２つの挿通孔２ａの中間位置に設けることができる。

フィン２の面に対して垂直方向に立ち上げられた切起こし部２ｃの前縁効果によって、流入空気とフィン２との間の熱伝達率が大きくなる。かかる構成によれば、フィン２に開口部２ｂを設けたことによって減少した熱交換量を補うことができる。例えば、着霜量の多くなる上流側のフィン列２１及び２２のフィン２に開口部２ｂを設け、着霜量の少ない下流側のフィン列２３〜２６のフィン２には開口部を設けずに切起し部２ｃを設けた構成とすることができる。かかる構成によれば、上流側での着霜による風路閉塞を防止しつつ、下流側で十分な熱交換量が確保されるので、高い冷却品質を得ることができる。なお、実施の形態１〜５のいずれの構成においても、本実施形態の切起し部２ｃを設けることができる。また、切起し部２ｃは、図１２の例の形状に限られず、フィン２の面に対して垂直な又は傾斜した構造を有していれば良い。

実施の形態７．
図１３は、実施の形態１〜６及び図１４のいずれか１つの熱交換器１を備える冷熱機器１０の奥行き方向の断面模式図である。図１４は、本実施形態の冷蔵庫１０に用いる熱交換器１の一例を示す断面図である。図１５は、本実施形態の冷蔵庫１０の横方向の断面模式図である。本実施形態では、冷熱機器１０を冷蔵庫１０として説明する。断熱箱体１１は、庫室仕切り板１９ａ及び１９ｂによって仕切られており、３つの庫室１３−ａ〜１３−ｃが形成されている。庫室１３−ａ〜１３−ｃは、それぞれ前面扉１２−ａ〜１２−ｃによって開閉自在である。例えば、庫室１３−ａは冷蔵室、庫室１３−ｂは野菜室、庫室１３−ｃは冷凍室である。熱交換器１は、庫室１３−ｃの背面側仕切り板１６によって仕切られた背面空間１７内に設置されている。熱交換器１は、冷却器として動作し、圧縮機１４と、凝縮機（図示せず）と、毛細管（図示せず）と共に冷媒回路を構成する。冷媒回路によって生成された冷気は、背面側仕切り板１６の上方に設けられたファン１５によって庫室１３−ａ〜１３−ｃに供給される。ファン１５は、背面側仕切り板１６の上方に設けられ、背面側仕切り板１６の下方の空気流入口１８から吸い込んだ空気を熱交換器１を介して庫室１３−ａ〜１３−ｃに送風する。冷気は、破線の矢印によって示されるように、断熱箱体１１の背面に設けられたダクト３０、及び庫室１３−ａ〜１３−ｃ同士を連通する開口部３１〜３５を介して循環する。

フィン列２１〜２６のフィン２の長手方向が背面側仕切り板１６の面に対して垂直方向となるように熱交換器１が設けられている。循環空気は、背面側仕切り板１６下方の空気流入口１７から背面空間１８内に斜め上方向に向かって流入する。フィン列２１〜２６の開口部２ｂは、配管３の直管部３ａから見て気流方向Ｄ１の上流側に設けられている。気流方向Ｄ１の上流側のフィン列２１及び２２の開口部２ｂは、その長手方向がフィン２の長手方向に対して傾斜した向きで設けられている。これにより、フィン列２１及び２２の開口部２ｂの短手方向は空気流入口１７に向けられている。一方、気流方向Ｄ１の下流側のフィン列２３〜２６の開口部２ｂは、その長手方向がフィン２の長手方向に一致して設けられている。１つのフィン２において、気流方向Ｄ１には、１本の配管３の直管部３ａ１のみが挿通されている。開口部２ｂの位置から見て気流方向Ｄ１の上流側領域への配管３からの熱伝達が阻害されるので、図１４の構成によれば、熱交換器１内の気流方向Ｄ１に沿った空気流路Ｄ４（破線）上のフィン領域の温度がより高くなり、着霜量低減の効果がより高められる。

本実施形態における冷蔵庫１０は、実施の形態１〜６及び図１４のいずれか１つの熱交換器１を備えているので、着霜による風路閉塞を防止して高い冷却品質を得ることができる。冷凍庫などの他の冷熱機器の場合でも、同様の効果を奏することができる。冷蔵庫１０においては、熱交換器１は、背面側仕切り板１６と箱体背面壁１１ａとの間に形成された空間に設けられている。一般的な冷蔵庫においては、背面側仕切り板１６と箱体背面壁１１ａとの間の距離Ｋ１が狭く、これらの間に熱交換器１を設けたときに着霜によって熱交換器１内の風路が閉塞した場合には、空気流入口１７からファン１５に抜ける空気の通過量が極端に減ってしまい、冷却性能が大幅に低下してしまう。実施の形態１〜６及び図１４の熱交換器１によれば、着霜量を低減して風路閉塞を防止できるので、冷蔵庫１０に適用したときに特に効果的である。

実施の形態１〜７は、フィン２１及び２２の長手方向の長さと、フィン２３〜２６の長手方向の長さとが異なる場合の例であるが、フィン２１〜２６の長手方向の長さを同じにした構成とすることもできる。この場合でも同様の効果を奏する。また、実施の形態１〜７は、フィン２１〜２６の長手方向の端部の位置が揃っていない場合の例であるが、フィン２１〜２６の長手方向の端部の位置を揃えた構成とすることもできる。この場合でも同様の効果を奏する。実施の形態７の、フィン２１〜２６の長手方向の長さが異なり、これらの端部も揃っていない熱交換器１を冷熱機器１０に適用した場合には、熱交換器１に着霜したときにも熱交換器１がダクト３０内の冷気の流れを遮ることを防止できるという効果を奏する。一般的に、冷蔵庫１０のダクト３０は、背面側仕切り板１６と断熱箱体１１の背面壁との間の狭い空間に設けられることから、ダクト３０内の空気の流路は狭くなっている。一般的な冷蔵庫においては、特に、熱交換器に着霜した際にダクト内の空気の流れが妨げられ易い。それ故、実施の形態１〜７の、フィン２１〜２６の長手方向の長さが異なり、これらの端部も揃っていない熱交換器１を冷蔵庫１０に適用することは、特に有効である。

１ 熱交換器
２ フィン
２ａ 挿通部
２ｂ 開口部
２ｃ 切起し部
２１〜２６ フィン列
３ 配管
３ａ 直管部
３ｂ 曲管部
４ サイドプレート
１０ 冷熱機器
１１ 断熱箱体
１１ａ 箱体背面壁
１２−ａ、１２−ｂ、１２−ｃ、１２−ｄ 前面扉
１３−ａ、１３−ｂ、１３−ｃ、１３−ｄ 庫室
１４ 圧縮機
１５ ファン
１６ 背面側仕切り板
１７ 空気流入口
１８ 背面空間
１９ａ、１９ｂ 庫室仕切り板
３０ ダクト
３１〜３５ 開口部

この発明に係る熱交換器は、間隔をおいて積層された複数のフィンと、前記フィンをその積層方向に貫通しており、内部を冷媒が流れる配管と、からなるフィン列を少なくとも２つ備え、前記フィン間に流れる空気と前記冷媒とを熱交換させる熱交換器において、前記フィン列毎の前記フィンの長手方向の端部の位置が互いに揃っておらず、前記フィン列のうちの少なくとも１つに、平坦な周縁部を有する少なくとも１つの開口部が、前記フィンにおける前記配管の貫通位置よりも前記空気の気流方向の上流側の領域に形成されていることを特徴とする。

この発明に係る冷熱機器は、当該熱交換器を備えることを特徴とする。また、この発明に係る冷熱機器は庫室と、前記庫室の背面側に設けられた背面側仕切り板と、前記背面側仕切り板と前記庫室の背面壁との間に形成された背面空間内に設けられ冷却器として動作する熱交換器と、前記熱交換器と共に冷凍回路を構成する圧縮機、凝縮機、及び毛細管と、前記背面側仕切り板の上方に設けられ、前記背面側仕切り板の下方の空気流入口から吸い込んだ空気を前記熱交換器を介して前記庫室に送風するファンと、を備え、前記熱交換器は、間隔をおいて積層された複数のフィンと、前記フィンをその積層方向に貫通しており、内部を冷媒が流れる配管と、からなるフィン列を少なくとも２つ備え、前記フィン間に流れる空気と前記冷媒とを熱交換させることができ、前記フィン列毎の前記フィンの長手方向の端部の位置が互いに揃っておらず、前記フィンのうちの少なくとも１つに、平坦な周縁部を有する少なくとも１つの開口部が、前記フィンにおける前記配管の貫通位置よりも前記空気の気流方向の上流側の領域に形成されていることを特徴とする。

Claims (21)

1. 間隔をおいて積層された複数のフィンと、前記フィンをその積層方向に貫通し、内部を冷媒が流れる配管と、からなるフィン列を少なくとも１つ備え、前記フィン間に空気を流して前記冷媒と前記空気とを熱交換させる熱交換器において、
   前記フィンのうちの少なくとも１つに、平坦な周縁部を有する少なくとも１つの開口部が、前記フィンにおける前記配管の貫通位置よりも前記空気の気流方向の上流側の領域に形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記開口部は、スリット形状であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記開口部の、前記気流方向に対して垂直な方向の長さは、前記フィンを貫通している前記配管の直径の０．５倍以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記フィン上の前記配管の貫通位置から前記開口部までの最短距離は、前記フィン上の前記配管の貫通位置から前記フィンの前記気流方向の上流側の辺までの最短距離の１／２以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記フィンにおける前記開口部と前記配管の中心との間の距離は、互いに隣接する前記フィン列の前記配管のピッチよりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記開口部は、スリット形状であり、その長辺が互いに平行となる位置に２つ以上形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 前記フィン列が前記空気の気流方向に沿って複数個設けられており、
   前記気流方向の上流側の前記フィン列におけるフィンピッチが、前記気流方向の下流側の前記フィン列におけるフィンピッチよりも狭くなっており、
   前記上流側の前記フィン列にのみ前記開口部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 前記フィン列が前記空気の気流方向に沿って複数個設けられており、
   複数の前記フィン列が上流側の群と下流側の群とからなり、前記上流側の群に属するフィン列にのみ前記開口部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
9. 前記開口部は、スリット形状であり、
   前記フィン列が前記空気の気流方向に沿って複数個設けられており、
   前記気流方向の上流側の前記フィン列におけるフィンピッチが、前記気流方向の下流側の前記フィン列におけるフィンピッチよりも狭くなっており、
   前記上流側の前記フィン列における前記開口部の長手方向の長さは、前記下流側の前記フィン列における前記開口部の長手方向の長さよりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
10. 前記開口部は、スリット形状であり、
    前記フィン列が前記空気の気流方向に沿って複数個設けられており、
    前記気流方向の上流側の前記フィン列におけるフィンピッチが、前記気流方向の下流側の前記フィン列におけるフィンピッチよりも狭くなっており、
    前記上流側の前記フィン列における前記開口部の短手方向の幅は、前記下流側の前記フィン列における前記開口部の短手方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
11. 前記開口部は、スリット形状であり、
    前記フィン列が前記空気の気流方向に沿って複数個設けられており、
    前記気流方向の上流側の前記フィン列におけるフィンピッチが、前記気流方向の下流側の前記フィン列におけるフィンピッチよりも狭くなっており、
    前記上流側の前記フィン列における前記開口部の長手方向の辺から前記配管の外周までの最短距離は、前記下流側の前記フィン列における前記開口部の長手方向の辺から前記配管の外周までの最短距離よりも短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
12. 前記開口部は、スリット形状であり、
    前記フィン列が前記空気の気流方向に沿って複数個設けられており、
    前記気流方向の最下流側の前記フィン列から最上流側の前記フィン列まで、前記開口部の長手方向の長さが段階的に大きくなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
13. 前記開口部は、スリット形状であり、
    前記フィン列が前記空気の気流方向に沿って複数個設けられており、
    前記気流方向の最下流側の前記フィン列から最上流側の前記フィン列まで、前記開口部の短手方向の幅が段階的に大きくなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
14. 前記開口部は、スリット形状であり、
    前記フィン列が前記空気の気流方向に沿って複数個設けられており、
    前記気流方向の最下流側の前記フィン列から最上流側の前記フィン列まで、前記開口部の長手方向の辺から前記配管の外周までの最短距離が段階的に短くなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
15. 前記フィンの形状は、平面視で長方形であり、
    前記フィン列が前記空気の気流方向に沿って複数個設けられており、
    前記気流方向の上流側の前記フィン列においては、前記フィンの短手方向の中心位置から前記気流方向の下流側にずれた位置に前記配管が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
16. 前記フィンには、前記フィンの面に対して垂直な又は傾斜した構造が設けられていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の熱交換器。
17. １つの前記フィンにおいて前記気流方向には１本の前記配管のみが挿通されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の熱交換器。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の熱交換器を備える冷熱機器。
19. 庫室と、前記庫室の背面側に設けられた背面側仕切り板と、前記背面側仕切り板と前記庫室の背面壁との間に形成された背面空間内に設けられ冷却器として動作する熱交換器と、前記熱交換器と共に冷凍回路を構成する圧縮機、凝縮機、及び毛細管と、前記背面側仕切り板の上方に設けられ、前記背面側仕切り板の下方の空気流入口から吸い込んだ空気を前記熱交換器を介して前記庫室に送風するファンと、を備え、
    前記熱交換器は、間隔をおいて積層された複数のフィンと、前記フィンをその積層方向に貫通し、内部を冷媒が流れる配管と、からなるフィン列を少なくとも１つ備え、前記フィン間に空気を流して前記冷媒と前記空気とを熱交換させ、
    前記フィンのうちの少なくとも１つに、平坦な周縁部を有する少なくとも１つの開口部が、前記フィンにおける前記配管の貫通位置よりも前記空気の気流方向の上流側の領域に形成されていることを特徴とする冷熱機器。
20. 前記開口部はスリット形状からなり、
    前記空気の気流方向の上流側のフィンに形成されている前記開口部の短手方向は前記空気流入口に向けられていることを特徴とする請求項１９に記載の冷熱機器。
21. 冷蔵室を備える断熱箱体と、前記冷蔵室の背面側に設けられた背面側仕切り板と、前記背面側仕切り板と前記冷蔵室の背面壁との間に形成された背面空間内に設けられ冷却器として動作する熱交換器と、前記熱交換器と共に冷凍回路を構成する圧縮機、凝縮機、及び毛細管と、前記背面側仕切り板の下方の空気流入口から吸い込んだ空気を前記熱交換器を介して前記背面側仕切り板の上方から吹き出させるファンと、を備え、
    前記熱交換器は、間隔をおいて積層された複数のフィンと、前記フィンをその積層方向に貫通し、内部を冷媒が流れる配管と、からなるフィン列を少なくとも１つ備え、１つの前記フィンにおいて前記空気の気流方向には１本の前記配管のみが挿通されており、
    前記フィンのうちの少なくとも１つに、平坦な周縁部を有する少なくとも１つの開口部が、前記フィンにおける前記配管の貫通位置よりも前記気流方向の上流側の領域に形成されていることを特徴とする冷蔵庫。

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