WO2023135924A1 - 熱交換システム及びこれを備える応用機器 - Google Patents

Abstract

本開示の第１実施形態に係る熱交換システム（２）は、水分を含有する空気と接触し、内部を流通する冷媒と空気とを熱交換して空気を冷却する熱交換器（３）を備える。また、熱交換システム（２）は、熱交換器（３）の表面に付着した水分の熱交換器（３）の表面に対する接触角を減少させる添加剤を保持する供給部材（６）と、熱交換器（３）の表面に付着した水分により生成する霜を除霜する除霜機構（４）と、を備える。そして、除霜機構（４）による除霜時において、供給部材（６）から熱交換器（３）の表面に添加剤が供給される。

Description

熱交換システム及びこれを備える応用機器

　本開示は、熱交換システム及びこれを備える応用機器に関し、特に除霜機構を備える熱交換システムの熱交換効率を向上させる技術に関する。

　熱交換システムは、例えば、空気と熱媒体との間で熱交換する熱交換器を備える。冷凍装置等に熱交換システムが用いられる場合、熱交換器が冷媒との熱交換により冷却されると、空気中の水分が熱交換器の表面に付着する。この熱交換器の表面に付着した水分により、霜や氷（以下、単に霜と称する。）が生成する。

　熱交換器の表面に霜が付着すると、水分の比熱、熱伝導率、潜熱、又は顕熱等の影響により、熱交換システムの熱交換効率が低下する。また、熱交換器が有する複数のフィンに霜が付着すると、フィン同士の間隙が霜により閉塞される。これにより、熱交換器内の空気の流通が阻害されて熱交換効率が低下する。また同様の問題は、寒冷地で使用される空調装置において、室外機に配置された熱交換システムの熱交換器に対し、外部から氷雪等が付着する場合にも生じうる。

　熱交換システムが除霜機構を備える場合、熱交換器の表面に付着した霜は、除霜機構を駆動させることで、ある程度まで除去される。しかしながら、除霜機構による除霜が不完全であると、熱交換器の表面に霜が累積的に付着する。

　そこで例えば、特許文献１には、熱交換器のフィンの表面に、親水性樹脂と、シリコーン樹脂とを含有する親水性膜を形成し、フィンに付着した水分を速やかに排出すると共にフィンに防汚性を付与することを図る技術が開示されている。

特開２０１４－２９２４８号公報

　しかしながら、特許文献１の開示技術では、親水性膜の親水性がシリコーン樹脂の撥油性により低下し、十分な排水効果を得ることができない。このため、除霜機構を備える熱交換システムでも、除霜機構により熱交換器に付着した霜を安定して除霜することは困難である。

　そこで本開示は、除霜機構を備える熱交換システムにおいて、熱交換器の表面に霜が付着した場合でも、熱交換器の表面からの除霜を促進し、比較的長期間にわたり優れた熱交換効率が得られる熱交換システム及びこれを備える応用機器を提供する。

　本開示の一態様に係る熱交換システムは、水分を含有する空気と接触し、内部を流通する冷媒と空気とを熱交換して空気を冷却する熱交換器を備える。また、熱交換システムは、熱交換器の表面に付着した水分の熱交換器の表面に対する接触角を減少させる添加剤を保持する供給部材と、熱交換器の表面に付着した水分により生成する霜を除霜する除霜機構と、を備える。そして、除霜機構による除霜時において、供給部材から熱交換器の表面に添加剤が供給される。

　本開示の一態様に係る応用機器は、上記した熱交換システムを備える。

　本開示の一態様に係る熱交換システム及び応用機器によれば、除霜機構を備える熱交換システムにおいて、熱交換器の表面に霜が付着した場合でも、熱交換器の表面からの除霜を促進でき、比較的長期間にわたり優れた熱交換効率が得られる。

図１は、第１実施形態に係る応用機器の概略構成を示す模式図である。 図２は、図１の応用機器の制御構成を示す機能ブロック図である。 図３は、図１の供給部材から熱交換器の表面に付着した水分に添加剤が供給される様子を示す模式図である。 図４は、図１の供給部材の内部構造を示す拡大図である。 図５Ａは、従来の冷凍装置における熱交換器のフィンに水分が付着した様子を示す図である。 図５Ｂは、従来の冷凍装置における熱交換器のフィンに付着した水分が融解する様子と、フィンに水分が残留する様子を示す図である。 図５Ｃは、従来の冷凍装置における熱交換器のフィンに霜が堆積する様子を示す図である。 図６Ａは、第１実施形態に係る応用機器における熱交換器のフィンに水分が付着した様子を示す図である。 図６Ｂは、第１実施形態に係る応用機器における熱交換器のフィンから水分が転落（滑落）する様子を示す図である。 図６Ｃは、第１実施形態に係る応用機器における、除霜された熱交換器のフィンを示す図である。 図７は、第２実施形態に係る応用機器の概略構成を示す模式図である。 図８は、試験１の試験結果における添加剤の溶出濃度と除霜時間との関係を示すグラフである。 図９は、試験１の試験結果における添加剤の溶出濃度と再冷却時間との関係を示すグラフである。 図１０は、試験２の試験結果における添加剤の溶出濃度と転落液滴サイズとの関係を示すグラフである。 図１１は、試験２の試験結果における添加剤の溶出濃度と落水液滴サイズとの関係を示すグラフである。 図１２は、試験１の試験結果における添加剤添加なしの熱交換器（比較例１）の様子を示す写真である。 図１３は、試験１の試験結果における添加剤添加後（添加剤の溶出濃度が２ｐｐｍの場合）の熱交換器（実施例１及び２）の様子を示す写真である。 図１４は、試験１の試験結果における添加剤添加後（添加剤の溶出濃度が６ｐｐｍの場合）の熱交換器（実施例１及び２）の様子を示す写真である。 図１５は、試験１の試験結果における添加剤添加後（添加剤の溶出濃度が３３０ｐｐｍの場合）の熱交換器（実施例１及び２）の様子を示す写真である。 図１６は、試験３の試験結果における試験片（界面活性剤を含有しない水使用）（比較例３）の水分の付着状況を示すグラフである。 図１７は、試験３の試験結果における界面活性剤添加後の試験片（界面活性剤を１ｐｐｍ含有する水使用）（実施例３）の水分の付着状況を示すグラフである。 図１８は、試験３の試験結果における界面活性剤添加後の試験片（界面活性剤を２ｐｐｍ含有する水使用）（実施例３）の水分の付着状況を示すグラフである。 図１９は、試験３の試験結果における界面活性剤添加後の試験片（界面活性剤を５ｐｐｍ含有する水使用）（実施例３）の水分の付着状況を示すグラフである。

　本開示の一態様に係る熱交換システムは、水分を含有する空気と接触し、内部を流通する冷媒と空気とを熱交換して空気を冷却する熱交換器を備える。また、熱交換システムは、熱交換器の表面に付着した水分の熱交換器の表面に対する接触角を減少させる添加剤を保持する供給部材と、熱交換器の表面に付着した水分により生成する霜を除霜する除霜機構と、を備える。そして、除霜機構による除霜時において、供給部材から熱交換器の表面に添加剤が供給される。

　上記構成によれば、熱交換器の表面に付着した水分により霜が生成した状態で、除霜機構を駆動させた場合、除霜機構による除霜時において、供給部材から熱交換器の表面に添加剤が供給される。熱交換器の表面で霜が融解して生じた水分が添加剤と接触することで、水分の熱交換器の表面に対する接触角が減少し、熱交換器の表面の濡れ性が向上する。その結果、熱交換システムは、熱交換器の表面からの水分及び霜の排出を促進し、除霜効果を向上できる。よって、熱交換システムは、熱交換器の表面に霜が累積的に堆積することを防止できると共に、除霜機構の運転時間を短縮できる。また例えば、除霜機構が除霜時のみにおいて供給部材から熱交換器の表面に添加剤を供給することで、熱交換システムは、より長期にわたって供給部材の添加剤の保持量を維持できる。結果として、熱交換システムでは、熱交換器の表面からの排水及び除霜が促進されると共に、比較的長期間にわたり優れた熱交換効率が得られる。即ち、本開示の一態様に係る熱交換システムによれば、除霜機構を備える熱交換システムにおいて、熱交換器の表面に霜が付着した場合でも、熱交換器の表面からの除霜を促進でき、比較的長期間にわたり優れた熱交換効率が得られる。

　更に、除霜時が開始される直前である除霜直前時において、供給部材から熱交換器の表面に添加剤が供給されてもよい。これにより、熱交換システムは、熱交換器の表面に付着した水分に対し、添加剤をより十分に供給できる。

　添加剤は、界面活性剤を含有してもよい。これにより、熱交換システムは、熱交換器の表面に付着した水分の接触角を良好に減少させ易くできる。また、添加剤として例えば既存の界面活性剤を利用することで、熱交換システムの設計自由度を向上させることができる。

　またこの場合、界面活性剤は、ノニオン系界面活性剤を含有してもよい。これにより、界面活性剤が水分中の電解質等の影響を受けにくくすることができ、界面活性剤による除霜効果を安定して得ることができる。

　またこの場合、供給部材から熱交換器の表面に供給された添加剤と、熱交換器の表面に付着した水分との混合液中の界面活性剤の濃度が、１ｐｐｍ以上の範囲の値であってもよい。これにより、例えば界面活性剤の使用量を低減することができ、より長期間にわたって添加剤による効果を得ることができる。

　また除霜機構は、除霜を行う際、熱交換器の表面に付着した水分の融点以上の温度に熱交換器の表面の温度を調整してもよい。これにより、供給部材から熱交換器の表面に添加剤を供給すれば、より速やかに添加剤による除霜効果を得ることができる。

　供給部材は、添加剤を担持する複数の担持体と、複数の担持体を分散させた状態で、添加剤を担持体から供給部材の外部へ放出可能に支持する支持体と、を含んでいてもよい。

　上記構成によれば、分散された複数の担持体により添加剤を担持することで、熱交換システムは、例えば、各担持体から熱交換器の表面に付着した水分に対して広範囲に添加剤を供給し易くできる。また熱交換システムは、支持体により、添加剤を例えば、複数の担持体から供給部材の外部へ放出可能に複数の担持体を支持することで、担持体を支持しながら、供給部材から熱交換器の表面に対して添加剤を安定して供給できる。

　担持体は、多孔質の粒状物であってもよい。これにより、熱交換システムは、担持体の孔内に豊富な添加剤を保持させて、供給部材から熱交換器の表面に対して添加剤を徐放させ、熱交換器の表面に付着した水分に添加剤を熱交換システムの駆動初期から比較的長期間にわたり供給できる。

　添加剤は、熱交換器の表面に付着した水分に対して、溶解、分散、又は拡散してもよい。これにより、熱交換器の表面に付着した水分に対して、供給部材から添加剤を迅速に行き渡らせることができる。

　本開示の一態様に係る応用機器は、上記したいずれかの熱交換システムを備える。本開示の一態様に係る応用機器によれば、除霜機構を備える熱交換システムにおいて、熱交換器の表面に霜が付着した場合でも、熱交換器の表面からの除霜を促進でき、比較的長期間にわたり優れた熱交換効率が得られる。

　この応用機器は、対象物を冷蔵又は冷凍する冷凍装置であってもよい。

　また、この応用機器は、室外機を備える空調装置であり、熱交換器、供給部材、及び除霜機構が、室外機に配置されていてもよい。

　以下、図面を参照して本開示の一例としての各実施形態を説明する。

　（第１実施形態）
　［応用機器及び熱交換システム］
　図１は、第１実施形態に係る応用機器１の概略構成を示す模式図である。図２は、図１の応用機器１の制御構成を示す機能ブロック図である。図３は、図１の供給部材６から熱交換器３の表面に付着した水分に添加剤が供給される様子を示す模式図である。図１に示される応用機器１は、一例として、対象物を冷蔵又は冷凍する冷凍装置である。

　図１に示すように、応用機器１は、熱交換システム２と、筐体７とを備える。筐体７の内部には、複数の庫内スペースＳ１～Ｓ４が設けられている。庫内スペースＳ１～Ｓ４は、一例として、冷蔵室、冷凍室、及び野菜室を含む。熱交換システム２は、熱交換器（エバポレータ）３、除霜機構４、及び制御部５を備える。また熱交換システム２は、熱交換器用バルブ１０（図２参照）、コンプレッサー１１、コンデンサー１２、及びファン１４を備える。

　熱交換システム２は、庫内スペースＳ１～Ｓ４内の空気を冷媒との間で熱交換し、冷気を生成する。熱交換器３は、庫内スペースＳ１～Ｓ４内の水分を含有する空気と接触し、内部を流通する冷媒と前記空気とを熱交換して前記空気を冷却する。図３に示すように、熱交換器３は、冷媒が流通する流通管３０と、流通管３０内の冷媒を前記空気と熱交換させる複数のフィン３１とを有する。複数のフィン３１は、一例として鉛直方向に延びると共に、鉛直方向に交差する交差方向（ここでは水平方向）に間隔をあけて並ぶように配置されている。フィン３１は、一例として熱伝導性に優れる金属材料（アルミニウム等）を含有するが、フィン３１の材質はこれに限定されない。複数のフィン３１は、流通管３０と熱結合している。一例として、隣接するフィン３１は、平行な表面を有する。

　熱交換器用バルブ１０（図２参照）は、流通管３０内の流通量を調整するため、流通管３０の途中に配置される。コンプレッサー１１は、熱交換器３を通過した液体の冷媒を圧縮する。コンデンサー１２は、コンプレッサー１１から送られる気体の冷媒を冷却して液化し、熱交換器３へ流通させる。ファン１４は、庫内スペースＳ１～Ｓ４内の空気と熱交換器３の周辺の空気とを循環させる。

　除霜機構４は、熱交換器３の表面に付着した霜を融解することにより除霜する。除霜機構４の除霜対象には、熱交換システム２の駆動に伴って熱交換器３の表面に付着した水分により生成する霜や氷の他、例えば寒冷地での応用機器１の使用環境において、応用機器１の外部から内部に侵入した霜や氷雪も含まれる。以下では、これらを併せて単に霜と称する。

　除霜機構４は、一例としてヒーター方式であり、除霜ヒーター１３を有する。応用機器１の除霜運転では、熱交換器３の周囲の空気が、除霜ヒーター１３により暖められて暖気となり、対流する。この暖気が熱交換器３の表面と接触することで除霜がなされる。本実施形態の除霜機構４は、除霜を行う際、熱交換器３の表面に付着した水分の融点以上の温度に熱交換器３の表面の温度を調整する。本開示の除霜機構の一例として、除霜機構４の形式はヒーター方式としたが、ヒーター方式に限定されず、ホットガス方式、散水方式、オフサイクル方式等、その他の公知の形式のいずれかでもよい。

　また熱交換システム２は、除霜温度検知部１５を備える。除霜温度検知部１５は、熱交換システム２の配管温度（例えば流通管３０の温度）が、除霜機構４の除霜運転を終了させるための所定温度に達したか否かを検知する。除霜温度検知部１５は、一例として公知の温度センサを含む。

　図２に示すように、制御部５は、熱交換器用バルブ１０、コンプレッサー１１、除霜ヒーター１３、及びファン１４を個別に制御する。制御部５は、一例として、タイマー機能を有し、このタイマー機能を用いて、応用機器１の冷却運転時間が一定時間（例えば１３時間）に達する毎に除霜機構４を自動で駆動させる。また制御部５には、除霜温度検知部１５の検知信号が入力される。制御部５は、一例として、除霜温度検知部１５の検知信号に基づき、除霜機構４を自動で駆動停止させる。制御部５は、一例としてＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等を含むプロセッサと、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む記録媒体とを備えたコンピュータにより実現される。前記記録媒体には、ＣＰＵが熱交換器用バルブ１０、コンプレッサー１１、ファン１４等を制御するための熱交換器制御プログラムと、除霜運転時に除霜機構４を制御するための除霜制御プログラムとを含む複数の制御プログラムが記憶されている。応用機器１が、熱交換器３の流通管３０内に冷媒を流通させるためのポンプを備える場合、制御部５は、当該ポンプを制御してもよい。なお、記録媒体に格納されている制御プログラムは、メモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて提供されてもよい。また、制御部５は、上記機能を実現する、専用に設計されたハードウェア回路であってもよい。

　熱交換システム２は、少なくとも１つの供給部材６を備える。供給部材６は、熱交換器３の表面に付着した水分の熱交換器３の表面に対する接触角を減少させる添加剤を保持する。添加剤は、熱交換器３の表面に形成される水膜を広がり易くすることで、水膜を薄くすることができる。供給部材６は、水分と接触することにより、水中に添加剤を分散させながら添加剤を外部に放出する。本実施形態では、後述するように、除霜機構４による除霜時において、供給部材６から熱交換器３の表面に添加剤が供給される。この供給の際、添加剤は、一例として、熱交換器３の表面に付着した水分に対し、自由落下により供給される。ここで除霜時とは、除霜運転時間ではなく、霜が溶融し始めたときから、再冷却運転により溶融した水分の凝固が完了するまでの間の時間を指す。この添加剤の供給は、除霜時の期間中であれば、いずれのタイミングで行われてもよい。この添加剤の供給は、例えば、除霜時の最初又は終了間際のいずれで行われてもよいし、除霜時の全期間にわたって行われてもよい。熱交換システム２では、熱交換器３の表面に付着した水分に対し、除霜機構４による除霜時毎に、所定期間（例えば数年程度）にわたり添加剤が供給されるように添加剤が徐放される。

　図３に示すように、供給部材６は、一例として長尺状であり、熱交換器３の表面（例えば各フィン３１の端面）と接触するように配置されている。本実施形態の供給部材６は、短冊状に形成され、複数のフィン３１の配列方向に長手方向が沿うようにして配置されている。供給部材６は、熱交換システム２において着脱自在に配置される。即ち供給部材６は、所定のタイミングで熱交換器３に対して交換可能である。本実施形態の熱交換システム２は、図１に示すように、互いに離隔して配置された複数の供給部材６を備える。図３に示すように、複数の供給部材６のうちの少なくとも１つの供給部材６は、熱交換器３の複数のフィン３１の厚み方向に延びながら各フィン３１の端面と接触している。

　ここで応用機器１は、冷凍装置であるため、応用機器１（熱交換システム２）の駆動時には、熱交換器３の表面は冷媒との熱交換により氷点下の温度まで冷却される。しかしながら応用機器１では、除霜運転時に除霜機構４を駆動させることで、供給部材６の周辺空気が暖められる。供給部材６の周辺空気は、高温多湿状態となる。これにより熱交換システム２では、除霜機構４による除霜時において、供給部材６から熱交換器３の表面に添加剤が供給可能となる。

　なお応用機器１の駆動時には、供給部材６は、空気中の水分を含んだ状態で凍結する場合がある。このような場合、応用機器１では、除霜運転時に除霜機構４を駆動させることで供給部材６の周辺空気が高温多湿状態となり、供給部材６に含まれる水分の氷が融解する。よって、応用機器１の駆動時に供給部材６が凍結する場合でも、供給部材６から熱交換器３の表面に添加剤が供給可能となる。

　［供給部材の具体例］
　図４は、図１の供給部材６の内部構造を示す拡大図である。図４に示すように、供給部材６は、添加剤を担持する複数の担持体６０と、複数の担持体６０を分散させた状態で、添加剤を担持体６０から供給部材６の外部へ放出可能に支持する支持体６１とを含有する。

　本実施形態の担持体６０は、多孔質の粒状物である。この粒状物の外径は、適宜設定可能であり、例えば数μｍの値に設定できる。また一例として、この粒状物は、細孔容積を数ｍＬ／ｇの値、細孔径を十数ｎｍの値、比表面積を数百ｍ^２／ｇの値にそれぞれ設定できる。粒状物の粒径、比表面積、細孔径は、例えば供給部材６に要求される添加剤の徐放性に適した値に設定される。一例として、多孔質の粒状物により担持体６０を構成することで、担持体６０の内部に豊富な添加剤を担持させることができる。本実施形態の担持体６０は、無機成分を含有する。一例として、担持体６０は、アモルファスシリカ等のガラスを含有する多孔質ガラスで構成されている。担持体６０の材質としては、多孔質ガラス、活性炭、ゼオライト、ポーラスコンクリートのうちの少なくともいずれかが例示できる。

　本実施形態の支持体６１は、水不溶性成分を含有する。一例として、この水不溶性成分は、水不溶性樹脂である。水不溶性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及び、アクリル変性ポリエチレン（例えば住友化学（株）製「アクリフト」）のうちの少なくともいずれかが例示できる。

　供給部材６では、複数の担持体６０の間隙に支持体６１が充填される。これにより、複数の担持体６０は、互いに接触し又は離間した状態で、支持体６１に支持されている。供給部材６が水分と接触すると、例えば、供給部材６の表層に位置する担持体６０から添加剤が供給されて水分に溶出する。これにより、表層の担持体６０の添加剤の濃度が低下する。その後、供給部材６の内部に位置する担持体６０から供給部材６の表層に位置する担持体６０に向けて添加剤が移動し、表層の担持体６０の添加剤の濃度が上昇する。この表層の担持体６０の添加剤が、再び水分に溶出する。この繰り返しにより、供給部材６から外部の水分に添加剤が供給される。添加剤は、熱交換器３の表面に付着した水分に対し、熱交換器３の表面に対する接触角を減少可能なものを適宜選択可能である。一例として、添加剤は界面活性剤を含有する。ここで言う界面活性剤とは、親水基と疎水基とを分子構造に有する化合物を指す。

　界面活性剤としては、例えばアニオン系界面活性剤であれば、脂肪酸塩、Ｎ－アシルサルコシン塩、Ｎ－アシルグルタミン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、リンゴ酸アミド、アルカンスルホン酸塩、アルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、αオレフィンスルホン酸塩、Ｎ－アシル－Ｎ－メチルタウリン酸塩、Ｎ－スルホ脂肪酸エステル、アルキルリン酸等が例示できる。また、カチオン系界面活性剤であれば、アルキルトリメチルアンモニウム塩、塩化アルキルベンザルコニウム、脂肪酸アミドプロピルカチオン、脂肪酸アミドブチルグアニジン、ジアルキルジメチルアンモニウム塩等が例示できる。また、両性界面活性剤であれば、アルキルジメチル酢酸ベタイン、脂肪酸アミドプロピルベタイン、アルキルジメチルヒドロキシスルホベタイン、アミドアミノ酸塩、アルキルアミンオキシド、アルキルイミダゾリニウムベタイン等が例示できる。

　また、ノニオン系（非イオン性）界面活性剤であれば、脂肪酸グリセリンエステル、脂肪酸ソルビタンエステル、脂肪酸ショ糖エステル、アルキルポリグルコシド、ポリオキシエチレンプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール等のオキシアルキレンアルキルエーテル系界面活性剤が例示できる。界面活性剤はこれに限定されず、使用対象や環境等に応じて好適に選択することができる。

　供給部材６は、一例として、２０重量％以上５０重量％以下の支持体６１と、１０重量％以上３０重量％以下の担持体６０と、残部から形成される組成物とを含有する。添加剤は、この残部が含有している。供給部材６の組成比率は、これに限定されない。

　添加剤として界面活性剤を用いることで、熱交換器３の表面に付着した水分に対して添加剤を供給した場合、前記接触角を良好に低減させ、熱交換器３の表面の広範囲な面積にわたって添加剤を拡散させることができる。添加剤としては、界面活性剤の他、水溶性の有機溶剤等も例示できる。有機溶剤としてはアルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル類等が挙げられる。このうち例えば、低級アルコールが好適である。低級アルコールとしては、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等が例示できる。

　本実施形態の添加剤は、熱交換器３の表面に付着した水分に対して、溶解、分散、又は拡散する。これにより、例えば鉛直方向と交差する方向においても、熱交換器３の表面に付着した水分に対して、供給部材６から添加剤を迅速に行き渡らせることができる。また一例として、本実施形態の添加剤は、界面活性剤のみを含有する。また、供給部材６から熱交換器３の表面に供給された添加剤と、熱交換器３の表面に付着した水分との混合液中の界面活性剤の濃度（以下、単に前記混合液中の界面活性剤の濃度とも称する。）は、適宜設定可能である。一例として、前記混合液中の界面活性剤の濃度は、１ｐｐｍ以上の範囲の値が好適である。また別の例として、前記混合液中の界面活性剤の濃度は、０ｐｐｍよりも多く且つ３３０ｐｐｍ以下の範囲の値が好適である。また確認試験において後述するように、例えば、前記混合液中の界面活性剤の濃度が１ｐｐｍ以上６ｐｐｍ以下の範囲の値であっても、良好な排水効果を得ることができる。

　次に供給部材６の製造方法を例示する。一例として、まず、担持体６０、支持体６１、及び添加剤を加熱混練してストランドが形成される。次に、このストランドを所定寸法に切断した後、切片を射出成形することで、所望形状の供給部材６が得られる。供給部材６を射出成形により製造すれば、例えば熱交換器３の形状や熱交換システム２の内部スペース等に合わせて供給部材６の形状やサイズを容易に設定することができる。このように、材料を加熱混練し且つ射出成形して供給部材６を製造する場合、担持体６０の材質としては、混練に耐えうる強度を有し、且つ、射出成形時の温度域での耐熱性を有するものが好適である。また支持体６１及び添加剤の材質としては、前記射出成形時の温度域での耐熱性を有するものが好適である。

　供給部材６の形状は、長尺状に限定されず、例えば楕円球等の球状や直方体等でもよい。例えば、円柱状の供給部材６を、複数のフィン３１の配列方向に長手方向が沿うように熱交換器３の頂部に配置することで、熱交換器３の表面の広範囲な面積にわたって添加剤を効率よく拡散させることができる。

　供給部材６は、その他の成分を含んでいてもよい。当該成分としては、例えば、前記添加剤とは別の界面活性剤、エステル、塩類、消泡剤、粘度調整剤、香料、着色料、ｐＨ調整剤、酸化防止剤、タルクやシリカ等の無機物のうちの少なくとも１つを例示できるが、これに限定されない。また、本開示の熱交換システムが備える供給部材の一例として、熱交換システム２が備える供給部材６の数は複数（図１では４本）としたが、特に限定されず、１本でも、２本でも、３本でもよいし、５本以上であってもよい。

　［熱交換システム及び応用機器の駆動］
　応用機器１の冷却運転時には、熱交換器３から排出されるガス状の冷媒が、コンプレッサー１１により圧縮されて高温高圧状態となった後、コンデンサー１２に送られる。ガス状の冷媒は、コンデンサー１２により冷却されて液体状の冷媒となる。この液体状の冷媒は、応用機器１が別途備えるキャピラリチューブを流通することにより低温低圧状態となった後、熱交換器３に供給される。

　また熱交換器３の周囲には、ファン１４の駆動により、庫内スペースＳ１～Ｓ４の空気が供給されて複数のフィン３１と接触する。これにより、熱交換器３の周囲の空気は、複数のフィン３１を介して、熱交換器３の内部を流通する冷媒との間で熱交換されて冷気となる。ファン１４の駆動により、冷気は庫内スペースＳ１～Ｓ４に供給されて対象物の冷却に用いられる。熱交換に用いられた冷媒は、流通管３０を流通した後、再びコンプレッサー１１に送られる。

　ここで庫内スペースＳ１～Ｓ４の空気は、水分を含有している。冷媒との熱交換により冷却された熱交換器３の表面には、当該空気に触れることで水分が付着する。この水分は、凝集して水滴となる。水滴は、熱交換器３により冷却されて氷結する。氷結した水滴が、累積的に熱交換器３の表面に付着することで、熱交換器３の表面に霜が付着する。

　また従来、熱交換器の表面に霜が付着すると、水の比熱、熱伝導率、潜熱、又は顕熱等の影響により、熱交換器の熱交換効率が低下する。また、従来、フィン同士の間隙が霜により閉塞されると、熱交換器内の空気の流通が阻害されて熱交換効率が低下する。

　応用機器１の冷却運転時間が所定時間に達したと制御部５が判定すると、制御部５は、除霜運転を開始させるように除霜機構４を制御する。除霜機構４は、一例として、除霜ヒーター１３により、熱交換器３の周囲の空気を加熱すると共に、筐体７の内部で加熱空気を対流させる。これにより、熱交換器３の表面の霜が加熱空気と接触して融解する。また、供給部材６の周辺空気が高温多湿状態となる。これにより、供給部材６から熱交換器３の表面に添加剤が供給される。

　供給部材６から供給される添加剤より、熱交換器３の表面に対する水分の接触角が減少し、熱交換器３の表面の濡れ性（親水性）が向上する。これにより、熱交換器３の表面に形成される水膜が薄くなる。また、水分の表面張力が低下する（言い換えると水分の表面エネルギーが低下する）。このため、水滴が相当に小さい場合でも、例えば、フィン３１の表面から水滴は容易に転落する。また、フィン３１の鉛直方向下端から水滴が容易に落下する。よって、熱交換器３の表面からの排水が促進される。その結果、熱交換器３の表面に霜が付着することや、熱交換器３の表面付近での空気の流通が霜に阻害されることにより、熱交換システム２の熱交換効率が低下することが防止される。また、熱交換器３の表面に薄い水膜が形成されることで、熱交換器３の表面に空気中の不純物が付着した場合でも、不純物が水膜と共に速やかに排出され、熱交換器３の表面を清浄な状態に維持できる。

　除霜機構４による除霜運転が継続し、除霜温度検知部１５の検知信号により、熱交換システム２の配管温度が所定温度に達したと制御部５が判定すると、制御部５は、除霜機構４を停止させる。その後、制御部５は、再冷却運転を開始させるように、熱交換器用バルブ１０、コンプレッサー１１、ファン１４等を制御する。

　（添加剤の効果に関する詳細）
　図５Ａ～図５Ｃは、従来の冷凍装置における除霜前後の熱交換器の表面（ここでは一例としてフィン）とその周辺の様子を模式的に示す図である。従来の冷凍装置では、熱交換器の表面が氷点下まで冷却されて過冷却状態を経過し、過冷却状態が開放されると、フィンに付着した水分（結露水）が凍結する。これにより、従来の冷凍装置では、フィンに霜が付着する（図５Ａ）。このフィンへの霜の付着が繰り返されると、従来の冷凍装置では、フィンに霜が堆積する。霜が堆積することで、従来の冷凍装置では、熱交換効率が低下する。従来の冷凍装置でも、除霜機構を駆動させることで、フィンに付着した霜はある程度融解して除去される。

　しかしながら、従来の冷凍装置では、除霜機構の通常の除霜運転により完全に除霜することは難しく、フィンには若干の水分（霜や水滴）が残留する。また、従来の冷凍装置では、フィンの下端には水滴が溜まる（図５Ｂ）。このようにフィンに水分が付着した状態で、除霜運転後に従来の冷凍装置が庫内を設定温度まで再冷却する再冷却運転を行うと、水分が再凍結されて、フィンの表面や端部に氷として残留する。この氷をベースに更なる霜の付着が起こるため、従来の冷凍装置では、累積的に霜が堆積する（図５Ｃ）。これにより、従来の冷凍装置では、熱交換器の正常な熱交換が妨げられ、冷凍装置の熱交換率が低下する。

　図６Ａ～図６Ｃは、第１実施形態に係る応用機器１における除霜前後の熱交換器３の表面（ここでは一例としてフィン３１）とその周辺の様子を模式的に示す図である。応用機器１では、除霜機構４の除霜運転により生じた加熱空気が霜と接触し、霜が融解して複数の水滴が生じる（図６Ａ）。応用機器１では、フィン３１に付着した水滴の水分は、供給部材６により供給される添加剤により改質される。応用機器１では、隣接する水滴は、親水性により容易に結合し、自重によりフィン３１の表面を転落（滑落）する。また、応用機器１では、微小な水滴であっても、添加剤により、水分の表面張力が低減されるため、フィン３１の表面を容易に転落する。これにより、応用機器１では、フィン３１の表面が効率よく除霜される（図６Ｂ）。また、応用機器１では、フィン３１の表面上の水分が添加剤により改質されて親水化され、フィン３１の表面に広く広がる。これにより、応用機器１では、フィン３１の表面に広く広がった水分に対し、加熱空気の熱及び加熱空気により加熱されたフィン３１の熱が伝熱され易くなる。その結果、応用機器１では、除霜効果が更に高められ、フィン３１からほとんどの水分が排出される（図６Ｃ）。

　これにより応用機器１では、除霜運転と再冷却運転とを繰り返し行っても、熱交換器３の表面に累積的に霜が堆積することが防止される。よって、応用機器１では、比較的長期間にわたって優れた熱交換率が得られる。このため、応用機器１は全体として省電力性を向上できる。また、熱交換器３の表面に対する累積的な霜の堆積が防止されることにより、応用機器１は、１回の除霜運転で除霜すべき除霜量を低減できる。これにより、応用機器１では、除霜時間が短縮される。また、応用機器１では、除霜のために必要な熱量が抑制されることで、除霜運転中における庫内温度の上昇も比較的抑制される。このため、応用機器１は、冷蔵又は冷凍される庫内の対象物の温度上昇も抑制できる。また、応用機器１は、除霜運転の頻度を低減できるため、前述の効果を更に高めることができる。また、応用機器１は、除霜時に限って供給部材６から熱交換器３の表面に添加剤を供給することで、供給部材６の添加剤保持量を比較的長期間維持できる。

　以上説明したように、本実施形態では、熱交換システム２は、水分を含有する空気と接触し、内部を流通する冷媒と空気とを熱交換して空気を冷却する熱交換器３を備える。また、熱交換システム２は、熱交換器３の表面に付着した水分の熱交換器３の表面に対する接触角を減少させる添加剤を保持する供給部材６と、熱交換器３の表面に付着した水分により生成する霜を除霜する除霜機構４と、を備える。そして、除霜機構４による除霜時において、供給部材６から熱交換器３の表面に添加剤が供給される。

　また、本実施形態では、応用機器１は、熱交換システム２を備える。また、本実施形態では、応用機器１は、対象物を冷蔵又は冷凍する冷凍装置である。

　熱交換システム２及び応用機器１によれば、熱交換器３の表面に付着した水分により霜が生成した状態で、除霜機構４を駆動させた場合、除霜機構４による除霜時において、供給部材６から熱交換器３の表面に添加剤が供給される。熱交換器３の表面で霜が融解して生じた水分が添加剤と接触することで、水分の熱交換器３の表面に対する接触角が減少し、熱交換器３の表面の濡れ性が向上する。その結果、熱交換システム２及び応用機器１は、熱交換器３の表面からの水分及び霜の排出を促進し、除霜効果を向上できる。よって、熱交換システム２及び応用機器１は、熱交換器３の表面に霜が累積的に堆積することを防止できると共に、除霜機構４の運転時間を短縮できる。また例えば、除霜機構４が除霜時のみにおいて供給部材６から熱交換器３の表面に添加剤を供給することで、熱交換システム２及び応用機器１は、より長期にわたって供給部材６の添加剤の保持量を維持できる。結果として、熱交換システム２及び応用機器１では、熱交換器３の表面からの排水及び除霜が促進されると共に、比較的長期間にわたり優れた熱交換効率が得られる。

　また一例として、本実施形態の添加剤は、界面活性剤を含有する。これにより、熱交換システム２は、熱交換器３の表面に付着した水分の接触角を良好に減少させ易くできる。また、添加剤として例えば既存の界面活性剤を利用することで、熱交換システム２の設計自由度を向上させることができる。

　また一例として界面活性剤は、ノニオン系界面活性剤を含有する。これにより、界面活性剤が水分中の電解質等の影響を受けにくくすることができ、界面活性剤による除霜効果を安定して得ることができる。

　また、前記混合液中の界面活性剤の濃度は、１ｐｐｍ以上の範囲の値である。これにより、例えば界面活性剤の使用量を低減することができ、より長期間にわたって添加剤による効果を得ることができる。

　また本実施形態では、除霜機構４は、除霜を行う際、熱交換器３の表面に付着した水分の融点以上の温度に熱交換器３の表面の温度を調整する。これにより、供給部材６から熱交換器３の表面に添加剤を供給すれば、より速やかに添加剤による除霜効果を得ることができる。

　また供給部材６は、添加剤を担持する複数の担持体６０と、複数の担持体６０を分散させた状態で、添加剤を担持体６０から供給部材６の外部へ放出可能に支持する支持体６１と、を含む。

　上記構成によれば、分散された複数の担持体６０により添加剤を担持することで、熱交換システム２は、例えば、各担持体６０から熱交換器３の表面に付着した水分に対して広範囲に添加剤を供給し易くできる。また熱交換システム２は、支持体６１により、添加剤を例えば、複数の担持体６０から供給部材６の外部へ放出可能に複数の担持体６０を支持することで、担持体６０を支持しながら、供給部材６から熱交換器３の表面に対して添加剤を安定して供給できる。

　また一例として、担持体６０は、多孔質の粒状物である。これにより、熱交換システム２は、担持体６０の孔内に豊富な添加剤を保持させて、供給部材６から熱交換器３の表面に対して添加剤を徐放させ、熱交換器３の表面に付着した水分に添加剤を熱交換システム２の駆動初期から比較的長期間にわたり供給できる。

　また添加剤は、一例として界面活性剤である。これにより、熱交換システム２は、熱交換器３の表面に付着した水分の接触角を良好に減少させ易くできる。また、添加剤として例えば既存の界面活性剤を利用することで、熱交換システム２の設計自由度を向上することができる。

　また本実施形態の添加剤は、熱交換器３の表面に付着した水分に対して、溶解、分散、又は拡散する。これにより、熱交換器３の表面に付着した水分に対して、供給部材６から添加剤を迅速に行き渡らせることができる。

　（変形例）
　次に、第１実施形態の変形例に係る応用機器について説明する。本変形例に係る応用機器は、第１実施形態の応用機器１と同様の構成を有するが、更に、除霜時が開始される直前である除霜直前時において、供給部材６から熱交換器３の表面に添加剤が供給される。ここで言う除霜直前時は、適宜設定可能である。除霜直前時は、一例として、除霜時の開始時点よりも数秒、又は、数分早い時点から、除霜時の開始時点までの間を指す。

　本変形例に係る応用機器によれば、応用機器１と同様の効果が奏される。更に、本変形例に係る応用機器は、熱交換器３の表面に付着した水分に対し、添加剤をより十分に供給できる。その結果、本変形例に係る応用機器では、熱交換器３の表面からの排水及び除霜が一層促進されると共に、比較的長期間にわたってより優れた熱交換効率が得られる。なお、本変形例に係る応用機器は、除霜直前時において供給部材６の添加剤を熱交換器３の表面に供給する際、除霜ヒーター１３等の加熱装置を用いて供給部材６の周辺空気を温度上昇させ、供給部材６の添加剤を熱交換器３の表面に供給し易くしてもよい。以下、第２実施形態について、第１実施形態との差異を中心に説明する。

　（第２実施形態）
　図７は、第２実施形態に係る応用機器１０１の概略構成を示す模式図である。図７に示される本実施形態に係る応用機器１０１は、空調装置であり、熱交換システム１０２を備える。また応用機器１０１は、室内機１２０と室外機１２１とを備える。熱交換システム１０２は、室内空気と冷媒とを熱交換する室内側熱交換器１０３及び外気と冷媒とを熱交換する室外側熱交換器１０６を備える。また、熱交換システム１０２は、室外側熱交換器１０６に添加される前記添加剤を保持する供給部材６、室外側熱交換器１０６を除霜する除霜機構１０４、及び、制御部１０５を備える。室内機１２０は、室内側熱交換器１０３を有する。室外機１２１は、室外側熱交換器１０６、供給部材６、除霜機構１０４、及び制御部１０５を有する。なお、室外側熱交換器１０６は、本開示の熱交換器の一例に相当する。

　また熱交換システム１０２は、室外側熱交換器１０６の表面温度が、除霜機構１０４が除霜運転を開始する際の開始温度に達したか否かを検知する除霜温度検知部１１５を備える。また熱交換システム１０２は、室内側熱交換器１０３から排出される冷媒を減圧する減圧器１０７と、室外側熱交換器１０６から排出される冷媒を加圧するコンプレッサー１１１とを有する。熱交換器１０３、１０６は、配管Ｒ１、Ｒ２により接続される。冷媒は、配管Ｒ１、Ｒ２を通じて、熱交換器１０３、１０６を循環する。制御部１０５は、除霜機構１０４を制御する。熱交換システム１０２では、除霜機構１０４による除霜時において、供給部材６から室外側熱交換器１０６の表面に添加剤が供給される。ここで除霜機構１０４は、一例として、コンプレッサー１１１と配管Ｒ１、Ｒ２とにより構成される。制御部１０５は、一時的に応用機器１０１を冷房運転することにより、室外側熱交換器１０６を暖める。

　一例として応用機器１０１は、室内を暖房する暖房装置である。応用機器１０１の暖房運転時には、例えば、室内側熱交換器１０３において、室内側熱交換器１０３の内部を流通する高温高圧状態のガス状の冷媒と、低温の室内空気とが熱交換される。これにより、室内空気が暖められる。冷媒は、室内側熱交換器１０３から液体状となって排出され、配管Ｒ２を通じて室外機１２１に送られる。冷媒は、室外機１２１において、減圧器１０７により減圧され、室外側熱交換器１０６に送られる。冷媒は、室外側熱交換器１０６において、外気との熱交換によりガス状となる。この熱交換により、室外側熱交換器１０６の表面温度が低下する。室外側熱交換器１０６から排出されたガス状の冷媒は、コンプレッサー１１１により圧縮されて高温高圧状態となり、配管Ｒ１を通じて室内機１２０に送られる。その後、当該冷媒は、再び室内の暖房に用いられる。

　ここで、冷媒により冷却された室外側熱交換器１０６の表面が、水分を含有する外気に触れることで、室外側熱交換器１０６の表面に水分が付着する。応用機器１０１の暖房運転時には、室外側熱交換器１０６は、外気と冷媒とを熱交換させることにより冷却される。これにより、室外側熱交換器１０６の表面に付着した水分は氷結する。この氷結した水分が累積的に付着することで、室外側熱交換器１０６の表面に霜が付着する。

　また、応用機器１が寒冷地において使用される場合、外気に氷雪が含まれることがある。この場合、室外側熱交換器１０６の表面には、この氷雪が付着する場合がある。応用機器１では、氷雪が付着することでも室外側熱交換器１０６の表面に霜が付着する。

　本実施形態の応用機器１０１の暖房運転時において、室外側熱交換器１０６の表面の霜の付着量が増大し、除霜温度検知部１１５の検知信号により、除霜温度検知部１１５の検知温度が閾値を超えた（開始温度以下になった）と制御部１０５が判定する。すると、制御部１０５は、制御部５と同様に除霜運転を開始させるように除霜機構１０４を制御する。除霜機構１０４は、応用機器１０１が一時的に冷房運転されることにより、室外側熱交換器１０６を暖める。これにより、室外側熱交換器１０６に付着していた霜が融解する。また、供給部材６に付着していた霜が融解する。その結果、供給部材６から室外側熱交換器１０６の表面に添加剤が供給される。

　以上説明したように、本実施形態では、熱交換システム１０２は、水分を含有する空気と接触し、内部を流通する冷媒と空気とを熱交換して空気を冷却する室外側熱交換器１０６を備える。また、熱交換システム１０２は、室外側熱交換器１０６の表面に付着した水分の室外側熱交換器１０６の表面に対する接触角を減少させる添加剤を保持する供給部材６を備える。また、熱交換システム１０２は、室外側熱交換器１０６の表面に付着した水分により生成する霜を除霜する除霜機構１０４を備える。そして、除霜機構１０４による除霜時において、供給部材６から室外側熱交換器１０６の表面に添加剤が供給される。

　また、本実施形態では、応用機器１０１は、熱交換システム１０２を備える。また、本実施形態では、応用機器１０１は、室外機１２１を備える空調装置であり、室外側熱交換器１０６、供給部材６、及び除霜機構１０４が、室外機１２１に配置されている。

　熱交換システム１０２及び応用機器１０１においても、熱交換システム２及び応用機器１と同様の効果が得られる。即ち、室外側熱交換器１０６の表面に付着した水分により霜が生成した状態で、除霜機構１０４を駆動させた場合、除霜機構１０４による除霜時において、供給部材６から室外側熱交換器１０６の表面に添加剤が供給される。これにより、室外側熱交換器１０６の表面で霜が融解して生じた水分が添加剤と接触することで、水分の室外側熱交換器１０６の表面に対する接触角が減少し、室外側熱交換器１０６の表面の濡れ性が向上する。その結果、室外側熱交換器１０６の表面からの水分及び霜の排出が促進され、熱交換システム１０２及び応用機器１０１は、除霜効果を向上できる。よって、熱交換システム１０２及び応用機器１０１は、室外側熱交換器１０６の表面に霜が累積的に堆積することを防止できると共に、除霜機構１０４の運転時間を短縮できる。また例えば、除霜機構１０４が除霜時のみにおいて供給部材６から室外側熱交換器１０６の表面に添加剤を供給することで、熱交換システム１０２及び応用機器１０１は、より長期にわたって供給部材６の添加剤の保持量を維持できる。その結果、熱交換システム１０２及び応用機器１０１において、室外側熱交換器１０６の表面からの排水及び除霜が促進されると共に、比較的長期間にわたり優れた熱交換効率が得られる。

　なお、暖房装置として駆動される応用機器１０１は、冷媒を使用する形式に限定されない。応用機器１０１は、例えば、ヒートポンプ式の給湯器、ヒートポンプ式の温水暖房装置、給湯による温水暖房装置、及び、電気自動車（ＥＶ）専用のヒートポンプ式暖房装置等であってもよい。

　（確認試験）
　次に、本開示についての確認試験とその結果について以下に説明するが、本開示は以下の実施例の構成に限定されない。本実験で用いる添加剤の原液は、界面活性剤のみを含有する。また、以下に記載する「添加剤の溶出濃度」とは、前記混合液中の界面活性剤の濃度を指す。言い換えると、「添加剤の溶出濃度」とは、供給部材６から熱交換器３の表面に供給される添加剤を原液とし、この原液が熱交換器３の表面に付着した水分により希釈されたときの界面活性剤の希釈濃度を指す。

　［試験１］
　試験１では、第１実施形態に係る冷凍装置である応用機器１と基本的には同様の構成を有する応用機器が実施例１及び２として準備された。実施例１及び２では、それぞれ、長手が水平方向に延びる６本の供給部材６が熱交換器３に対して配置された。供給部材６の構成は、以下の通りに設定した。実施例１及び２は、同様の構成及び実験条件とした。
形状：直径８ｍｍ、長さ寸法１４.７ｍｍの円柱状
重量：約７ｇ／本
　また、供給部材６を備えないこと以外は実施例１及び２と同様の応用機器が比較例１として準備された。実施例１及び２及び比較例１の各応用機器の元となる構成として、パナソニック（株）製冷蔵庫「ＮＲーＦ６０６ＷＰＸ」が用いられた。そして実施例１及び２及び比較例１の各応用機器は、空調温度２５℃設定、湿度制御なし（約２０～６０ＲＨ％）の試験室内に載置された。試験１では、水２００ｇを含んだ紙製ウエス（日本製紙クラシア（株）製「キムタオル」）を載置したバットが、庫内スペースＳ１～Ｓ４に合計５セット配置された。そして、試験１では、庫内スペースＳ１～Ｓ４及び熱交換器周辺の空気が水分を含有するように設定され、各応用機器に水分負荷が掛けられた。実施例１及び２では、界面活性剤としてノニオン系界面活性剤が使用され、添加剤の溶出濃度は、０ｐｐｍ以上４００ｐｐｍ以下の範囲で変化させた。冷却運転時間が１３時間に達する毎に除霜運転を開始し、除霜運転中に熱交換システムの配管温度が１０℃に達したときに除霜運転を終了すると共に、除霜運転後に再冷却運転を開始するように各応用機器が設定された。

　また、本実験で用いる界面活性剤は、有機物である。このため、添加剤の溶出濃度は以下の方法で算出された。まず、除霜運転により生じる霜が融解した水と添加剤とを含有するドレン水を回収し、ドレン水中の全有機体炭素（ＴＯＣ）が測定された。このＴＯＣの測定値（ｐｐｍ）は、今回使用した界面活性剤の検量線を用いて濃度（ｐｐｍ）に変換された。なお、この算出方法では、使用した界面活性剤の化学構造（分子量や炭素数）が既知の界面活性剤のものと近い場合、既知の界面活性剤の検量線が近似的に使用できる。この測定結果を図８に示す。

　図８は、試験１の試験結果における添加剤の溶出濃度と除霜時間との関係を示すグラフである。図８中の添加剤の溶出濃度と除霜時間は、応用機器を３回除霜運転したときの平均値をそれぞれ示す。図８に示すように、比較例１の除霜時間は約３５分であったのに対し、実施例１及び２の除霜時間は、比較例１よりも１０分以上まで短縮されることが確認された。また実施例１及び２において、添加剤の溶出濃度が２ｐｐｍと極めて低い濃度であっても、比較例１よりも明確に除霜時間が短縮されることが確認された。また実施例１及び２において、添加剤の溶出濃度が約１０ｐｐｍまで増大すれば、除霜時間が比較例１よりも１０分近くまで短縮されることが確認された。

　図９は、試験１の試験結果における添加剤の溶出濃度と再冷却時間との関係を示すグラフである。図９に示すように、比較例１の再冷却時間は約６８分であったのに対し、実施例１及び２では、比較例１よりも再冷却時間が２０分以上まで短縮されることが確認された。また、実施例１及び２の再冷却時間は、図８に示す除霜時間と同様に、添加剤の溶出濃度が２ｐｐｍと極めて低い濃度であっても、比較例１よりも明確に短縮されることが確認された。また実施例１及び２では、添加剤の溶出濃度が約１０ｐｐｍまで増大すれば、再冷却時間が比較例１よりも２０分近くまで短縮されることが確認された。

　［試験２］
　次に、試験２では、熱交換器のフィンに添加剤を付着させた場合の添加剤の溶出濃度と、表面を鉛直方向と平行に配置させたフィンに水滴を付着させた場合に表面から転落可能となる水滴サイズとの関係が調べられた。本試験では、平滑な表面を有するアルミニウム製の金属板の試験片がフィンに見立てて使用された。この試験結果を図１０に示す。

　図１０は、試験２の試験結果における添加剤の溶出濃度と転落液滴サイズとの関係を示すグラフである。図１０に示すように、添加剤の溶出濃度が０ｐｐｍであれば、転落液滴サイズが約３６．４μｌ程度であるのに対し、添加剤の溶出濃度が数ｐｐｍ程度になれば、転落液滴サイズが１２μｌ程度まで急速に低下する。その後、添加剤の溶出濃度が１０００ｐｐｍとなるまでの範囲では、転落液滴サイズが約５．０μｌ程度まで低下することが確認された。

　また、試験２では、熱交換器のフィンに添加剤を付着させた場合の添加剤の溶出濃度と、表面を鉛直方向と平行に配置させたフィンに水滴を付着させた場合にフィンの下端若しくは端部から落下可能となる水滴サイズとの関係も調べられた。本試験でも、平滑な表面を有するアルミニウム製の金属板の試験片がフィンに見立てて使用された。この結果を図１１に示す。図１１は、試験２の試験結果における添加剤の溶出濃度と落水液滴サイズとの関係を示すグラフである。図１１に示すように、添加剤の溶出濃度が０ｐｐｍであれば、落下液滴サイズが約１１．３μｌ程度であるのに対し、添加剤の溶出濃度が数ｐｐｍ程度になれば、転落液滴サイズが急速に低下する。その後、添加剤の溶出濃度が１０００ｐｐｍとなるまでの範囲では、転落液滴サイズが約５．２μｌ程度まで低下することが確認された。

　図１０及び図１１のような結果が得られた理由は、フィンの表面上の水分が界面活性剤により改質されることで、水分の表面張力が低下し、液滴が容易に転落及び落下し易くなるためであると考えられる。また応用機器においては、水が親水化される効果により、フィンの表面上の液滴間距離が近くなる。このため、複数の液滴が容易に結合して液滴が成長することで、更に排水性が向上するためであると考えられる。このことは、除霜の効果向上に寄与することに加え、例えば応用機器の除霜運転後の再冷却運転時間の短縮に寄与する。

　また、フィンの表面に残留した添加剤或いは添加剤を含む水分が氷結している場合でも、添加剤の溶出濃度が少なくとも数ｐｐｍ程度であれば、良好な除霜効果が得られる。この理由として、フィンの表面上の水分が界面活性剤により改質されることで、水分がフィンの表面に広く広がり、除霜時に用いられる加熱空気や、加熱空気により加熱されたフィンから、フィンの表面上の水分に対して熱を伝わり易くなることが考えられる。このことは、除霜時間の短縮に寄与する。

　[除霜運転前の熱交換器の様子について]
　ここで図１２は、試験１の試験結果における添加剤添加なしの熱交換器（比較例１）の様子を示す写真である。図１３は、試験１の試験結果における添加剤添加後（添加剤の溶出濃度が２ｐｐｍの場合）の熱交換器（実施例１及び２）の様子を示す写真である。図１４は、試験１の試験結果における添加剤添加後（添加剤の溶出濃度が６ｐｐｍの場合）の熱交換器（実施例１及び２）の様子を示す写真である。図１５は、試験１の試験結果における添加剤添加後（添加剤の溶出濃度が３３０ｐｐｍの場合）の熱交換器（実施例１及び２）の様子を示す写真である。図１２～図１５は、応用機器の運転開始後、１５回目の除霜運転を行う直前の熱交換器の様子を示す。

　図１２に示される比較例１では、フィンの表面に相当量の水滴状の霜が残留し、霜が累積的に堆積することが分かった。また比較例１では、フィンの下側において、霜の大きな塊が局所的に形成されることが確認された。これに対して図１３～図１５に示される実施例１及び２では、比較例１のような霜や霜の塊は確認されなかった。また、界面活性剤が高濃度になるにつれて、フィンの表面に付着する微小な水滴の氷が減少することが確認された。

　このように実施例１及び２の除霜効果が高い理由としては、供給部材６により供給される添加剤により、フィン３１に付着した水分が改質されることが考えられる。即ち実施例１及び２では、フィン３１に付着した水分が添加剤と接触することで改質され、水分がフィン３１から転落して排水（液切れ）が促進される。これに対して比較例１は、水分が添加剤により改質されていないため、除霜前後にわたって、フィンの表面に水分が比較的付着し易い状態になっていたものと考えられる。

　［試験３］
　次に、試験３では、熱交換器のフィンに界面活性剤を含有しない水を付着させた場合（比較例２）と、熱交換器のフィンに界面活性剤を含有する水を付着させた場合（実施例３）とについて、フィンの表面に付着する水分の付着状況が調べられた。本試験では、平滑な表面を有するアルミニウム製の金属板の試験片がフィンに見立てて使用された。

　図１６は、試験３の試験結果における試験片（界面活性剤を含有しない水使用）（比較例２）の水分の付着状況を示すグラフである。図１７は、試験３の試験結果における界面活性剤添加後の試験片（界面活性剤を１ｐｐｍ含有する水使用）（実施例３）の水分の付着状況を示すグラフである。図１８は、試験３の試験結果における界面活性剤添加後の試験片（界面活性剤を２ｐｐｍ含有する水使用）（実施例３）の水分の付着状況を示すグラフである。図１９は、試験３の試験結果における界面活性剤添加後の試験片（界面活性剤を５ｐｐｍ含有する水使用）（実施例３）の水分の付着状況を示すグラフである。図１７～図１９中の矢印は、試験片に付着した水膜の上端位置を示す。

　図１６に示される比較例２では、試験片の表面に大きな水滴状の水分が付着し、水分がフィンの表面に広がりにくいことが分かった。これに対して図１３～図１５に示される実施例３では、比較例２のような大きな水滴の水分は確認されなかった。また、界面活性剤が高濃度になるにつれて、試験片の表面に薄い水膜が広がり易くなることが確認された。

　このように実施例３の試験片の表面に薄い水膜が広がり易くなる理由としては、供給部材により供給される添加剤により、試験片に付着した水分が改質されて親水効果が向上したことが考えられる。即ち実施例３では、試験片に付着した水分が添加剤と接触することで改質され、試験片の表面に対する接触角が小さくなる。これにより、除霜時に用いられる加熱空気や、加熱空気により加熱された試験片から、フィンの表面上の水分に対して熱が伝わり易くなり、除霜時間の短縮が図り易くなることが考えられる。これに対して比較例２は、水分が添加剤により改質されていないため、試験片の表面に対する接触角が大きく、大きな水滴状の水分が付着し易い状態になっていたものと考えられる。

　以上のように、本開示における技術の例示として、変形例を含む第１実施形態及び第２実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成及び方法を変更、追加、又は削除などを行った実施形態にも適用できる。

　供給部材６により供給される添加剤は、複数の成分を含有していてもよい。添加剤が複数の成分を含有する場合、添加剤は、例えば、熱交換器３（又は室外側熱交換器１０６）の表面に対する水分の接触角を減少させる機能を有する第１成分と、前記接触角を減少させるように第１成分の機能を活性化させる第２成分とを含んでいてもよい。

　また供給部材６は、熱交換器３（又は室外側熱交換器１０６）の表面に付着した水分に添加剤を供給可能に配置されていればよい。このため、例えば供給部材６と熱交換器３（又は室外側熱交換器１０６）の表面とは離隔して配置されていてもよい。この場合、熱交換器３（又は室外側熱交換器１０６）の表面に付着した水分に対し、供給部材６の添加剤が滴下されてもよいし、供給部材６とは別個の部材を介して添加剤が供給されてもよい。

　応用機器１、１０１は、自動により除霜運転を開始する構成に限定されず、例えば、ユーザの指示により除霜運転を開始する構成であってもよい。この場合、応用機器１、１０１の有する入力部に対して、除霜運転指示の入力がユーザによりなされると、制御部５は、除霜運転を開始させるように除霜機構４を制御してもよい。

　また熱交換システム１０２は、室内機１２０において、室内側熱交換器１０３の表面に付着した水分の室内側熱交換器１０３の表面に対する接触角を減少させる添加剤を保持する供給部材６を備えていてよい。即ち、本開示における応用機器は、熱交換システム及び室内機を備える空調装置であり、熱交換器、供給部材、及び除霜機構が、室内機に配置されていてもよい。なお、この熱交換システム１０２の変形に係る供給部材６も、上述のように添加剤が、複数の成分を含有してもよいし、室内側熱交換器１０３の表面に付着した水分に添加剤を供給可能に配置されてもよい。

　また、上述の変形例を含む第１実施形態及び第２実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。例えば第２実施形態に変形例を組み合わせて、第２実施形態に係る応用機器１０１においても、更に、除霜直前時において、供給部材６から室内側熱交換器１０３の表面に添加剤が供給されてもよい。

　１　　応用機器
　２　　熱交換システム
　３　　熱交換器
　４　　除霜機構
　５　　制御部
　６　　供給部材
　７　　筐体
　１０　　熱交換器用バルブ
　１１　　コンプレッサー
　１２　　コンデンサー
　１３　　除霜ヒーター
　１４　　ファン
　１５　　除霜温度検知部
　３０　　流通管
　３１　　フィン
　６０　　担持体
　６１　　支持体
　１０１　　応用機器
　１０２　　熱交換システム
　１０３　　室内側熱交換器（熱交換器）
　１０４　　除霜機構
　１０５　　制御部
　１０６　　室外側熱交換器（熱交換器）
　１０７　　減圧器
　１１１　　コンプレッサー
　１１５　　除霜温度検知部
　１２０　　室内機
　１２１　　室外機
　Ｒ１　　配管
　Ｒ２　　配管
　Ｓ１　　庫内スペース
　Ｓ２　　庫内スペース
　Ｓ３　　庫内スペース
　Ｓ４　　庫内スペース

Claims (12)

1. 　水分を含有する空気と接触し、内部を流通する冷媒と前記空気とを熱交換して前記空気を冷却する熱交換器と、
   　前記熱交換器の表面に付着した前記水分の前記熱交換器の前記表面に対する接触角を減少させる添加剤を保持する供給部材と、
   　前記熱交換器の前記表面に付着した前記水分により生成する霜を除霜する除霜機構と、を備え、
   　前記除霜機構による除霜時において、前記供給部材から前記熱交換器の前記表面に前記添加剤が供給される、
   　熱交換システム。
2. 　更に、前記除霜時が開始される直前である除霜直前時において、前記供給部材から前記熱交換器の前記表面に前記添加剤が供給される、
   　請求項１に記載の熱交換システム。
3. 　前記添加剤は、界面活性剤を含有する、
   　請求項１又は２に記載の熱交換システム。
4. 　前記界面活性剤は、ノニオン系界面活性剤を含有する、
   　請求項３に記載の熱交換システム。
5. 　前記供給部材から前記熱交換器の前記表面に供給された前記添加剤と、前記熱交換器の前記表面に付着した前記水分との混合液中の前記界面活性剤の濃度が、１ｐｐｍ以上の範囲の値である、
   　請求項３又は４に記載の熱交換システム。
6. 　前記除霜機構は、前記除霜を行う際、前記熱交換器の前記表面に付着した前記水分の融点以上の温度に前記熱交換器の前記表面の温度を調整する、
   　請求項１～５のいずれか１項に記載の熱交換システム。
7. 　前記供給部材は、前記添加剤を担持する複数の担持体と、複数の前記担持体を分散させた状態で、前記添加剤を前記担持体から前記供給部材の外部へ放出可能に支持する支持体と、を含有する、
   　請求項１～６のいずれか１項に記載の熱交換システム。
8. 　前記担持体は、多孔質の粒状物である、
   　請求項７に記載の熱交換システム。
9. 　前記添加剤は、前記熱交換器の前記表面に付着した前記水分に対して、溶解、分散、又は拡散する、
   　請求項１～８のいずれか１項に記載する熱交換システム。
10. 　請求項１～９のいずれか１項に記載の熱交換システムを備える、
    　応用機器。
11. 　対象物を冷蔵又は冷凍する冷凍装置である、
    　請求項１０に記載の応用機器。
12. 　室外機を備える空調装置であり、
    　前記熱交換器、前記供給部材、及び前記除霜機構が、前記室外機に配置されている、
    　請求項１０に記載の応用機器。

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