(57)【要約】【課題】上流側伝熱管やフィンの先端部分に付着した霜が成長して冷却気体流路が閉塞するのを防止すると共に、効率的なデフロスト運転を行うことで、デフロストに必要な熱により稼働中の熱交換器の熱効率が低下するのを抑制する。【解決手段】一実施形態に係る熱交換器は、被冷却気体が流れる気体流路と、前記気体流路内に設けられる複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管のうち、前記被冷却気体の流れ方向の上流側領域に位置する１以上の上流側伝熱管又は前記上流側伝熱管の外周に設けられた放熱部材のうち、少なくとも一方の霜層付着面温度を０℃未満でかつ前記被冷却気体よりも高温に維持するための上流側加熱部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却気体が流れる気体流路と、
前記気体流路内に設けられる複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管のうち、前記被冷却気体の流れ方向の上流側領域に位置する１以上の上流側伝熱管又は前記上流側伝熱管の外周に設けられた放熱部材のうち少なくとも一方の霜層付着面温度を０℃未満でかつ前記被冷却気体よりも高温に維持するための上流側加熱部と、
を備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記複数の伝熱管は、前記気体流路内において、前記気体流路における前記流れ方向と直交する第１方向に沿って延在し、かつ、前記流れ方向及び前記第１方向に直交する第２方向に沿って配列された複数の前記伝熱管により形成される伝熱管列が、前記流れ方向に複数並ぶように配列され、
前記上流側伝熱管は、少なくとも前記流れ方向の最上流側の前記伝熱管列に属する１以上の前記伝熱管を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記複数の伝熱管のうちデフロスト対象管をデフロストするためのデフロストユニット
を備え、
前記気体流路は、前記第２方向に並ぶ複数の流路領域を含み、
前記複数の伝熱管は、前記複数の流路領域に夫々対応し、かつ、同一の前記流路領域内において前記流れ方向にて互いに隣接する２以上の前記伝熱管列に属する複数の前記伝熱管により形成される複数の伝熱管グループを含み、
前記デフロストユニットは、前記複数の伝熱管グループのうち１以上の前記伝熱管グループの前記伝熱管を前記デフロスト対象管として選択的にデフロストを行うように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記デフロストユニットは、複数の前記伝熱管列のうち前記流れ方向の最上流側の前記伝熱管列のみを前記デフロスト対象管として選択的にデフロストするように構成されたことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記上流側伝熱管はデフロスト流体のみを供給可能に構成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記上流側加熱部は、前記上流側伝熱管又は前記放熱部材を加熱するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記上流側加熱部は、前記上流側伝熱管に霜の付着面温度を０℃未満でかつ前記被冷却気体の温度より高い温度に維持可能なデフロスト流体を供給可能なデフロスト流体供給部を含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記上流側加熱部は、前記上流側伝熱管又は前記放熱部材の少なくとも一方の霜層付着面温度と前記被冷却気体との温度差を０℃を超え１０℃以下に維持するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記放熱部材は、前記複数の伝熱管が貫通又は接触するように前記気体流路内にて前記流れ方向に沿って設けられる板状放熱部材で構成されたことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記放熱部材は、前記放熱部材の前記流れ方向先端部分と下流側部位との間に、前記流れ方向先端部分と前記下流側部位との間の伝熱を抑制する断熱域を有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記放熱部材は、
前記複数の伝熱管グループのうち前記流れ方向上流側に配置された上流側伝熱管グループと前記上流側伝熱管グループより前記流れ方向下流側に配置された下流側伝熱管グループとを跨るように配置されると共に、
前記放熱部材の前記上流側伝熱管グループと前記下流側伝熱管グループとの間の部位に、前記上流側伝熱管グループと前記下流側伝熱管グループとの間の伝熱を抑制する断熱域を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の熱交換器。
【請求項１２】
被冷却気体が流れる気体流路と、前記気体流路内に設けられる複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管のうち、前記被冷却気体の流れ方向の上流側領域に位置する１以上の上流側伝熱管又は前記上流側伝熱管の外周に設けられた放熱部材のうち少なくとも一方の霜層付着面温度を０℃未満かつ前記被冷却気体よりも高温に維持するための上流側加熱部と、を備える熱交換器のデフロスト方法であって、
前記熱交換器の稼働中において、前記上流側加熱部によって前記上流側伝熱管又は前記放熱部材のうち少なくとも一方の霜層付着面温度を常時０℃未満かつ前記被冷却気体よりも高温に維持する上流側加熱ステップを備えることを特徴とする熱交換器のデフロスト方法。
【請求項１３】
前記複数の伝熱管は、前記気体流路内において、前記気体流路における前記被冷却気体の流れ方向と直交する第１方向に沿って延在し、かつ、前記流れ方向及び前記第１方向に直交する第２方向に沿って配列された複数の前記伝熱管により形成される伝熱管列が、前記流れ方向に複数並ぶように配列され、
前記熱交換器は、前記複数の伝熱管のうちデフロスト対象管をデフロストするためのデフロストユニットを備え、
前記気体流路は、前記第２方向に並ぶ複数の流路領域を含み、
前記複数の伝熱管は、前記複数の流路領域に夫々対応し、かつ、同一の前記流路領域内において前記流れ方向にて互いに隣接する２以上の前記伝熱管列に属する複数の前記伝熱管により形成される複数の伝熱管グループを含み、
前記デフロストユニットは、前記複数の伝熱管グループのうち１以上の前記伝熱管グループの前記伝熱管を前記デフロスト対象管として選択的にデフロストを行うように構成され、
前記複数の伝熱管グループのうち１以上の前記伝熱管グループ毎にデフロストするデフロストステップを備えることを特徴とする請求項１２に記載の熱交換器のデフロスト方法。
【請求項１４】
前記デフロストユニットは、複数の前記伝熱管列のうち前記流れ方向最上流側の前記伝熱管列のみを前記デフロスト対象管として選択的にデフロストするように構成され、
前記デフロストステップは、前記流れ方向最上流側の前記伝熱管列のみを前記デフロスト対象管として選択的にデフロストするステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の熱交換器のデフロスト方法。
【請求項１５】
前記デフロストステップにおいて、
前記流れ方向上流側に配置された前記伝熱管グループがデフロスト対象となったとき、前記流れ方向を逆向きにすることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱交換器のデフロスト方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱交換器及び熱交換器のデフロスト方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍庫やフリーザに設けられるエアクーラなどの熱交換器にフィンチューブ式熱交換器が用いられる。フィンチューブ式熱交換器は放熱フィンなどに霜が付きやすく、フィン間に形成された霜層によって空気流が閉塞されるため、頻繁にデフロスト運転が必要になる。そこで、本発明者等は、フィンや伝熱管に付着した霜を昇華して除去するデフロスト方法を提案している（特許文献１）。このデフロスト方法は、着霜を昇華させ空気流に乗って飛散させるため、融解水が発生しない。従って、融解水を熱交換器から取り除く作業が不要になると共に、エアクーラの運転を継続しながらデフロストできる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１７５４１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
流れ方向最上流側伝熱管の伝熱面は熱伝達率が高く、かつ被冷却気体に含まれるミスト（液体及び固体）が慣性力により最上流側伝熱管やフィンの先端部分に衝突するために、集中して着霜が生じ、かつ着霜の成長が早くなる現象が起こる。従って、他の部位に比べこれらの部位で霜層の成長により早く冷却空気流路が閉塞するため、被冷却空気と伝熱管を流れる冷却媒体との熱交換が阻害されるという問題がある。
【０００５】
一実施形態は、上流側伝熱管やフィンの上流側先端部分に付着した霜が成長して冷却気体流路が閉塞するのを防止すると共に、効率的なデフロスト運転を行うことで、デフロスト運転により伝熱管やフィンに加えられた熱により稼働中の熱交換器の熱効率が低下するのを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）一実施形態に係る熱交換器は、
被冷却気体が流れる気体流路と、
前記気体流路内に設けられる複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管のうち、前記被冷却気体の流れ方向の上流側領域に位置する１以上の上流側伝熱管又は前記上流側伝熱管の外周に設けられた放熱部材のうち少なくとも一方の霜層付着面温度を０℃未満でかつ前記被冷却気体よりも高温に維持するための上流側加熱部と、
を備える。
【０００７】
上記（１）の構成によれば、上記上流側加熱部によって、上流側伝熱管又は上流側伝熱管の外周に設けられた放熱部材（以下「上流側放熱部材」とも言う。）の表面温度を上記温度範囲に調節することで（上流側加熱）、上流側伝熱管又は上流側放熱部材に付着した霜を昇華させ飛散させることができる。これによって、上流側伝熱管及び上流側放熱部材によって形成される伝熱面（以下「上流側伝熱面」とも言う。）において霜層の成長を抑制し、霜層による伝熱面周囲の気体流路の閉塞を抑制できる。上流側加熱を常時又はかなりの頻度で行うことで、上流側伝熱面の霜層付着面温度を被冷却気体よりわずかに高い温度にするだけで霜層の成長を抑制し、霜層による伝熱面周囲の気体流路の閉塞を抑制でき、省エネが可能になる。
なお、上流側伝熱管及び上流側放熱部材のうち、上記温度範囲に維持されない部位があるとしても、その部位は０℃以上にならないように温度維持されることを前提とする。０℃以上になる部位があると、その部位で融解水が発生するからである。
【０００８】
（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記複数の伝熱管は、前記気体流路内において、前記気体流路における前記流れ方向と直交する第１方向に沿って延在し、かつ、前記流れ方向及び前記第１方向に直交する第２方向に沿って配列された複数の前記伝熱管により形成される伝熱管列が、前記流れ方向に複数並ぶように配列され、
前記上流側伝熱管は、少なくとも前記流れ方向の最上流側の前記伝熱管列に属する１以上の前記伝熱管を含む。
ここで、「最上流側伝熱管列」とは、最上流側に設けられた１列又は複数の伝熱管列を含むことを意味する。
上記（２）の構成によれば、被冷却気体の流れ方向（以下単に「流れ方向」とも言う。）の最上流側伝熱管列を重点的に上記温度範囲に加熱できる。これによって、霜が急成長しやすい最上流側伝熱管列の霜層の成長を抑制し、上流側伝熱面周囲の気体流路の閉塞を抑制できる。
【０００９】
（３）一実施形態では、前記（２）の構成において、
前記複数の伝熱管のうちデフロスト対象管をデフロストするためのデフロストユニット
を備え、
前記気体流路は、前記第２方向に並ぶ複数の流路領域を含み、
前記複数の伝熱管は、前記複数の流路領域に夫々対応し、かつ、同一の前記流路領域内において前記流れ方向にて互いに隣接する２以上の前記伝熱管列に属する複数の前記伝熱管により形成される複数の伝熱管グループを含み、
前記デフロストユニットは、前記複数の伝熱管グループのうち１以上の前記伝熱管グループの前記伝熱管を前記デフロスト対象管として選択的にデフロストを行うように構成される。
【００１０】
上記（３）の構成によれば、各伝熱管グループの霜の成長の違いに応じてデフロストを行う順序を適宜選択することで、各伝熱管グループにおける気体流路の閉塞を防止しながら、効率的なデフロストを行うことができると共に、上流側の霜付着面から剥離した霜が流れ方向下流側の伝熱面に再付着するのを抑制できる。このデフロスト運転と上流側加熱とを併用することで、伝熱面周囲の気体流路の閉塞を効果的に防止できる。
【００１１】
（４）一実施形態では、前記（３）の構成において、
前記デフロストユニットは、複数の前記伝熱管列のうち前記流れ方向の最上流側の前記伝熱管列のみを前記デフロスト対象管として選択的にデフロストするように構成される。
上記（４）の構成によれば、流れ方向最上流側の伝熱管列のみをデフロスト対象管として選択的にデフロストすることで、霜が急成長しやすい最上流側伝熱管列を優先してデフロストでき、これによって、最上流側伝熱管列の気体流路の閉塞を抑制できる。
【００１２】
（５）一実施形態では、前記（１）〜（４）の何れかの構成において、
前記上流側伝熱管はデフロスト流体のみを供給可能に構成される。
上記（５）の構成によれば、上流側伝熱管はデフロスト流体の供給のみ行われ、通常の冷却運転は行われない。この上流側伝熱管に昇華デフロストが可能な温度のデフロスト流体を供給することで、霜の急成長を抑制できる上流側加熱を行うことができる。また、上流側伝熱管は冷却運転を行わないので、常時上流側加熱を行うことができ、これによって、常時霜層の成長を抑制できる。
【００１３】
（６）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの構成において、
前記上流側加熱部は、前記上流側伝熱管又は前記放熱部材を加熱するように構成される。
上記（６）の構成によれば、上流側加熱部によって上流側伝熱管又は上流側放熱部材を着霜の昇華が可能な温度に加熱することで、上流側伝熱面に付着した霜を昇華させ飛散除去できる。この実施形態では、デフロスト流体の供給とは別な手段で上流側加熱が可能になる。
【００１４】
（７）一実施形態では、前記（１）〜（６）の何れかの構成において、
前記上流側加熱部は、前記上流側伝熱管に霜の付着面温度を０℃未満でかつ前記被冷却気体の温度より高い温度に維持可能なデフロスト流体を供給可能なデフロスト流体供給部を含む。
上記（７）の構成によれば、上記デフロスト流体供給部から上流側伝熱管に供給されるデフロスト流体によって、上流側伝熱面の加熱が可能になる。なお、デフロスト流体による上流側加熱と上流側加熱部による上流側加熱との併用が可能である。
【００１５】
（８）一実施形態では、前記（１）〜（７）の何れかの構成において、
前記上流側加熱部は、前記上流側伝熱管又は上流側放熱部材の少なくとも一方の霜層付着面温度と前記被冷却気体との温度差を０℃を超え１０℃以下に維持するように構成される。
上記（８）の構成によれば、上流側霜層付着面温度と被冷却気体との温度差を０℃を超え１０℃以下に維持するため（微温加熱）、上流側加熱に要する熱量を低減できる。
【００１６】
（９）一実施形態では、前記（１）〜（８）の何れかの構成において、
前記放熱部材は、前記複数の伝熱管が貫通又は接触するように前記気体流路内にて前記流れ方向に沿って設けられる板状放熱部材で構成される。
上記（９）の構成によれば、上記板状放熱部材を備えることで伝熱面積が増加し、熱交換器の伝熱性能を向上できる。また、上記板状放熱部材は被冷却気体の流れ方向に沿って設けられるので、被冷却気体の乱れを抑制できる。被冷却気体の乱れが抑制された板状放熱部材の表面には、板状放熱部材の表面に近づくほど温度が徐々に低くなる温度境界層が形成される。この温度境界層の形成によって伝熱面の熱伝達率が減少するため、板状放熱部材の表面に形成される霜層の成長を抑制できる。逆に温度境界層を乱すような構成（例えばルーバーフィン等）とすると、熱伝達率が上昇し霜の成長が促進される。これを利用して、霜を成長させたい場所、させたくない場所、つまり各所の霜の成長量を熱交換量やデフロスト間隔と関連させて最適に設計することができる．
【００１７】
（１０）一実施形態では、前記（１）〜（９）の何れかの構成において、
前記放熱部材は、前記放熱部材の前記流れ方向先端部分と下流側部位との間に、前記流れ方向先端部分と前記下流側部位との間の伝熱を抑制する断熱域を有する。
上記（１０）の構成によれば、上記断熱域を有するため、上流側加熱部によって該先端部分に加えられる熱が放熱部材の下流側部位に伝わって下流側部位で行っている冷却運転の冷却効率を低下させるのを抑制できる。
【００１８】
（１１）一実施形態では、前記（３）又は（４）の構成において、
前記放熱部材は、
前記複数の伝熱管グループのうち前記流れ方向上流側に配置された上流側伝熱管グループと前記上流側伝熱管グループより前記流れ方向下流側に配置された下流側伝熱管グループとを跨るように配置されると共に、
前記放熱部材の前記上流側伝熱管グループと前記下流側伝熱管グループとの間の部位に、前記上流側伝熱管グループと前記下流側伝熱管グループとの間の伝熱を抑制する断熱域を有する。
【００１９】
上記（１１）の構成によれば、板状放熱部材は、上流側伝熱管グループと下流側伝熱管グループとに跨るように配置されるため、流れ方向先端部分を除き温度境界層を連続的に延在できる。これによって、流れ方向先端部分以外の領域全体で着霜の成長を抑制できる。また、上流側伝熱管グループと下流側伝熱管グループとの間に上記断熱域を有するので、上流側加熱を行うとき、又は上流側伝熱管グループ又は下流側伝熱管グループの一方でデフロストを行うとき、上流側加熱又はデフロスト運転により伝熱管や放熱部材に加えられた熱が冷却運転中の他方の伝熱管グループに伝わって冷却効率を低下させるのを抑制できる。
【００２０】
（１２）一実施形態に係る熱交換器のデフロスト方法は、
被冷却気体が流れる気体流路と、前記気体流路内に設けられる複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管のうち、前記被冷却気体の流れ方向の上流側領域に位置する１以上の上流側伝熱管又は前記上流側伝熱管の外周に設けられた放熱部材のうち少なくとも一方の霜層付着面温度を０℃未満かつ前記被冷却気体よりも高温に維持するための上流側加熱部と、を備える熱交換器のデフロスト方法であって、
前記熱交換器の稼働中において、前記上流側加熱部によって前記上流側伝熱管又は前記放熱部材のうち少なくとも一方の霜層付着面温度を常時０℃未満かつ前記被冷却気体よりも高温に維持する上流側加熱ステップを備える。
ここで、「常時」とは、冷却運転時間の５０〜１００％の時間上記上流側加熱ステップを行うことを言う。
【００２１】
上記（１２）の方法によれば、上記上流側加熱ステップを常時行い、上流側伝熱面の温度を昇華デフロストが可能な温度に調節することで（上流側加熱）、上流側伝熱面に付着した霜を昇華させ飛散させることができる。これによって、上流側伝熱面において霜層の成長を抑制し、霜層による伝熱面周囲の気体流路の閉塞を抑制できる。
【００２２】
（１３）一実施形態では、前記（１２）の方法において、
前記複数の伝熱管は、前記気体流路内において、前記気体流路における前記被冷却気体の流れ方向と直交する第１方向に沿って延在し、かつ、前記流れ方向及び前記第１方向に直交する第２方向に沿って配列された複数の前記伝熱管により形成される伝熱管列が、前記流れ方向に複数並ぶように配列され、
前記熱交換器は、前記複数の伝熱管のうちデフロスト対象管をデフロストするためのデフロストユニットを備え、
前記気体流路は、前記第２方向に並ぶ複数の流路領域を含み、
前記複数の伝熱管は、前記複数の流路領域に夫々対応し、かつ、同一の前記流路領域内において前記流れ方向にて互いに隣接する２以上の前記伝熱管列に属する複数の前記伝熱管により形成される複数の伝熱管グループを含み、
前記デフロストユニットは、前記複数の伝熱管グループのうち１以上の前記伝熱管グループの前記伝熱管を前記デフロスト対象管として選択的にデフロストを行うように構成され、
前記複数の伝熱管グループのうち１以上の前記伝熱管グループ毎にデフロストするデフロストステップを備える。
【００２３】
上記（１３）の方法によれば、各伝熱管グループの霜の成長の違いに応じてデフロストを行う順序を適宜選択することで、各伝熱面における気体流路の閉塞を防止しながら、効率的なデフロストを行うことができると共に、付着面から剥離した霜が流れ方向下流側の伝熱面に再付着するのを抑制できる。このデフロスト運転と上流側加熱とを併用することで、伝熱面周囲の気体流路の閉塞を効果的に防止できる。
【００２４】
（１４）一実施形態では、前記（１３）の方法において、
前記デフロストユニットは、複数の前記伝熱管列のうち前記流れ方向最上流側の前記伝熱管列のみを前記デフロスト対象管として選択的にデフロストするように構成され、
前記デフロストステップは、前記流れ方向最上流側の前記伝熱管列のみを前記デフロスト対象管として選択的にデフロストするステップを含む。
上記（１３）の方法によれば、デフロストステップにおいて、最上流側伝熱管列のみを選択的に加熱できるので、上流側伝熱面を重点的にデフロストできる。これによって、霜が急成長しやすい最上流側伝熱管列の霜層の成長を抑制し、上流側伝熱面周囲の気体流路の閉塞を抑制できる。
【００２５】
一実施形態では、前記（１３）又は（１４）の方法において、
前記デフロストステップにおいて、
すべての前記伝熱管グループを１回デフロストするに要する１デフロスト時間を前記伝熱管の少なくとも一部に付着する着霜量が許容上限値に達する限界時間以内とし、該１デフロスト時間から前記伝熱管グループの各々のデフロスト実施時間間隔を割り振る。
上記方法によれば、上記限界時間を少なくとも一部の伝熱面で被冷却気体の流れが閉塞しない上限値に設定することで、各伝熱管グループにおいて被冷却気体の閉塞が生じないようにかつ効率的にデフロストを実施できる。
【００２６】
（１５）一実施形態では、前記（１３）又は（１４）の方法において、
前記デフロストステップにおいて、
前記流れ方向上流側に配置された前記伝熱管グループがデフロスト対象となったとき、前記流れ方向を逆向きにする。
上記（１５）の方法によれば、流れ方向上流側に配置された伝熱管グループをデフロストするとき、被冷却気体の流れ方向を逆向きにすることで、付着面から剥離した霜が下流側の伝熱管に再付着するのを抑制できると共に、上流側で処理することを可能とする。また、先端部分に付着した霜を効率的に除去できる。さらに、デフロスト時に加えられる熱によって昇温した被冷却気体が一度上流側に戻って混合され、他の伝熱管グループに流入するため、熱交換器後流の温度むらを抑制できる。
【発明の効果】
【００２７】
幾つかの実施形態によれば、上流側伝熱面に付着した霜により気体流路が閉塞するのを防止できると共に、効率的なデフロスト運転が可能になるため、デフロスト運転により伝熱管やフィンに加えられた熱が熱交換器の熱効率に及ぼす影響を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態に係る熱交換器の斜視図である。
【図２】一実施形態に係る熱交換器の平面図である。
【図３】熱交換器に冷却媒体を送るための一実施形態に係る冷凍機の系統図である。
【図４】一実施形態に係る上流側加熱部のブロック線図である。
【図５】一実施形態に係る上流側加熱部のブロック線図である。
【図６Ａ】一実施形態に係る上流側放熱部材の平面図である。
【図６Ｂ】一実施形態に係る上流側放熱部材の平面図である。
【図７Ａ】一実施形態に係る上流側伝熱面の平面図である。
【図７Ｂ】一実施形態に係る上流側伝熱面の平面図である。
【図８Ａ】一実施形態に係る熱交換器の模式的平面図である。
【図８Ｂ】一実施形態に係る熱交換器の模式的平面図である。
【図９】一実施形態に係る熱交換器のデフロスト方法の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３０】
図１は、一実施形態に係る熱交換器１０（１０Ａ）の斜視図であり、図２は、別な実施形態に係る熱交換器１０（１０Ｂ）の一部を示す平面図である。熱交換器１０（１０Ａ、１０Ｂ）のケーシング１２は、被冷却空気ａから流入する前面及び流出する後面は開放されており、ファン１４などの稼働によってケーシング１２の内部を通る被冷却空気ａの流路が形成される。ケーシング１２の内部に冷却空気流路に面して複数の伝熱管１６が設けられる。なお、図１ではファン１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）はケーシング１２の流れ方向下流側に配置されているが、ケーシング１２の流れ方向上流側に配置し、押込み型のファンとして稼働させてもよい。ケーシング１２に対して熱交換器１０（１０Ｂ）では、伝熱管１６の外周に放熱部材４０が設けられる。図１に示す熱交換器１０（１０Ａ）には、放熱部材４０が図示されていないが、放熱部材４０は設けられてもよいし、あるいは設けられていなくてもよい。
【００３１】
図３〜図５に示すように、熱交換器１０は上流側加熱部５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）を備え、上流側加熱部５０によって、複数の伝熱管１６のうち、被冷却空気ａの流れ方向上流側領域に位置する１つ以上の上流側伝熱管１６（１６ａ）の霜層付着面温度、又は上流側伝熱管１６（１６ａ）の外周に設けられた上流側放熱部材４０（４０ａ）の霜層付着面温度のうち、少なくとも一方を０℃未満でかつ被冷却空気ａよりも高温に維持することができる。
なお、上流側伝熱管１６（１６ａ）及び上流側放熱部材４０（４０ａ）のうち、上記温度範囲に維持されない部位がある場合、その部位は０℃以上にならないように温度維持される。０℃以上になる部位があると、その部位で霜の融解水が発生するからである。
【００３２】
熱交換器１０の冷却運転中に、上流側加熱部５０によって、常時上流側伝熱管１６（１６ａ）又は上流側放熱部材４０（４０ａ）の表面温度を昇華デフロストが可能な上記温度範囲に調節する。これによって、上流側伝熱管１６（１６ａ）及び上流側放熱部材４０（４０ａ）によって形成される上流側伝熱面に付着した霜を昇華させ飛散させることができるため、上流側伝熱面の霜層の成長を抑制し、霜層による伝熱面周囲の空気流路の閉塞を抑制できる。また、この上流側加熱は、常時行うことで、霜層付着面温度を被冷却空気ａよりわずかに高い温度にするだけで（微温加熱）、上流側伝熱面の霜層の成長を抑制し、霜層による伝熱面周囲の気体流路の閉塞を抑制できる。
【００３３】
一実施形態では、図１に示す熱交換器１０（１０Ａ）を構成する複数の伝熱管１６は、冷却空気流路内において、被冷却空気ａの流れ方向と直交する方向（矢印ｂ方向。以下「第１方向」とも言う。）に沿って延在し、かつ、被冷却空気ａの流れ方向及び第１方向に直交する方向（矢印ｃ方向。以下「第２方向」とも言う。）に沿って配列された複数の伝熱管１６により形成される伝熱管列が、流れ方向に複数並ぶように配列される。上流側伝熱管１６（１６ａ）は、少なくとも流れ方向の最上流側の伝熱管列に属する１つ以上の伝熱管を含む。
【００３４】
熱交換器１０の冷却運転中に、上流側加熱部５０によって少なくとも流れ方向の最上流側の伝熱管列に属する１つ以上の伝熱管を上記温度範囲に選択的に調節することで、最上流側伝熱管列に形成される伝熱面に付着した霜を重点的に昇華させ飛散させることができる。これによって、霜が急成長しやすい最上流側伝熱管列の霜層の成長を抑制し、伝熱面周囲の冷却空気流路の閉塞を抑制できる。
【００３５】
一実施形態では、図３に示すように、熱交換器１０は、複数の伝熱管１６のうちデフロスト対象管をデフロストするためのデフロストユニット１８を備える。図１に示すように、冷却空気流路は、第２方向に並ぶ複数の流路領域Ｆａ、Ｆｂ及びＦｃを含み、複数の伝熱管１６は、複数の流路領域Ｆａ〜Ｆｃに夫々対応し、かつ、同一の流路領域内において流れ方向にて互いに隣接する２以上の伝熱管列に属する複数の伝熱管１６により形成される複数の伝熱管グループＴａ、Ｔｂ、Ｔｃ、・・・を含む。なお、図１において、流路領域Ｆｂ及びＦｃに複数の伝熱管グループが図示されていないが、流路領域Ｆｂ及びＦｃにおいても流路領域Ｆａと同様に複数の伝熱管グループを含んでいるものとする。デフロストユニット１８は、複数の伝熱管グループのうち１つ以上の伝熱管グループの伝熱管１６をデフロスト対象管として選択的にデフロストを行うように構成される。
【００３６】
一実施形態では、図１に示すように、ファン１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）は、各流路領域Ｆａ、Ｆｂ及びＦｃに設けられ、該流路領域毎に被冷却空気ａの流れを選択的に形成できる。また、図１に示すように、複数の伝熱管グループＴａ、Ｔｂ、Ｔｃは流れ方向上流側から順に配置され、上流側伝熱管１６（１６ａ）は上流側に設けられた伝熱管グループＴａを構成する伝熱管群のうち上流側に配置された一部の伝熱管である。
【００３７】
上記構成において、複数の伝熱管グループのうち１つ以上の伝熱管グループをデフロスト対象管として選択し、選択された伝熱管グループからデフロストを行う。デフロストの順序を適宜選択することで、伝熱管１６や放熱部材４０の表面に形成される伝熱面周囲の冷却空気流路の閉塞を防止しながら、デフロスト時に付着面から剥離した霜が下流側伝熱面に再付着するのを抑制できる。例えば、複数の流路領域Ｆａ、Ｆｂ及びＦｃのうち同一流路領域の属する伝熱管群においては、上流側及び下流側とも同時にデフロストを行うことで、上流側付着面から剥離した霜層が下流側伝熱面に再付着するのを抑制できる。あるいは、霜層の成長が遅い流れ方向下流側の伝熱管グループほどデフロスト頻度を少なくすることで、デフロスト運転を効率化できる。あるいは、後述するように、伝熱管グループ毎に伝熱面における空気流路の閉塞時間を求めておき、各伝熱管グループの閉塞時間当たり少なくとも１回のデフロスト運転を行うようにする。
【００３８】
一実施形態では、図３に示すように、冷凍機２０は、冷却運転時に伝熱管１６に冷媒を供給して被冷却空気ａを冷却する。デフロストユニット１８は、デフロスト時にデフロスト対象となる伝熱管グループにデフロスト流体を供給する。冷媒回路２２を循環する冷媒は、ガス状で圧縮機２４に吸入され、圧縮機２４で加圧された後、コンデンサ２６で冷却されて液化する。コンデンサ２６で液化された冷媒液は一旦レシーバ２８に貯留された後、膨張弁３０を経て減圧される。膨張弁３０で減圧された冷媒は、熱交換器１０の上流側伝熱管１６（１６ａ）及び各伝熱管グループＴａ、Ｔｂ及びＴｃのうち、デフロスト対象となった伝熱管グループＴａを除き、逆止弁３２を経て伝熱管グループＴｂ及びＴｃの伝熱管１６に供給され、被冷却空気ａを所定の冷却温度に冷却する。被冷却空気ａの冷却に供された後の冷媒は冷媒回路２２に戻される。
【００３９】
デフロスト対象となった伝熱管グループには、上記デフロスト流体として、レシーバ２８内の高圧下の冷媒（ガス相部）がバッファタンク４５に貯留され、デフロスト流路３４を介して供給される。この高圧下の冷媒は温度、圧力等の状態を調整されてバッファタンク４５に貯留される。制御部４８は、圧力センサ４７の検出値が所定値となるように圧力調整弁３６の開度を制御し、かつ加熱部４６の作動を制御し、デフロスト流路３４を流れるデフロスト用冷媒ガスを、デフロスト対象となっている伝熱管グループに送った際，霜の付着面温度を０℃未満で被冷却空気ａより高い温度を維持できる状態に調整し，昇華デフロストが可能な状態に調整する。調整されたデフロスト用冷媒ガスはデフロスト対象となった伝熱管グループに送られる。デフロストに供された冷媒ガスは伝熱管内部で凝縮液化した後、キャピラリチューブ３８を経て膨張減圧され、低圧冷媒ライン２２ａに合流する。その後、他の伝熱管グループを経て蒸発ガス化して冷媒回路２２に戻される。なお、このキャピラリチューブ３８の代わりの減圧機構として電磁弁や膨張弁等の減圧弁を用いてもよい。
【００４０】
一実施形態では、図３に示すように、上流側加熱部５０（５０ａ）は、デフロスト時に、上流側伝熱管１６（１６ａ）に霜が付着する伝熱面の温度を０℃未満でかつ被冷却空気ａの温度より高い温度に維持可能なデフロスト流体を供給可能なデフロスト流体供給部４４を含む。デフロスト流体供給部４４は、バッファタンク４５及び加熱部４６を含む。デフロスト流体供給部４４によって、例えば、霜の付着面温度を−２℃〜−５℃の温度に維持可能なデフロスト流体を供給する。このデフロスト流体供給部４４によって、デフロスト対象となった伝熱管グループに対して、霜の付着面温度を０℃未満でかつ被冷却空気ａの温度より高い温度に維持可能なデフロスト流体を供給する。これによって、霜層付着面に付着した霜を昇華させて除去する昇華デフロストが可能になる。
また、着霜の昇華が可能な状態に調整されたデフロスト流体を上流側伝熱管１６（１６ａ）に供給することで、上流側加熱が可能になる。構造によって上流側加熱でも対応できない着霜は，デフロスト運転によって対応することができる。
【００４１】
図３に示す冷凍機２０において、デフロスト流体は、レシーバ２８内に貯留され、デフロスト流路３４を介して供給される高圧下の冷媒である。この冷媒をデフロスト流体として用いることで、デフロスト熱源を他の熱源から求める必要がなくなる。  
【００４２】
一実施形態では、図３に示すように、デフロストユニット１８は、複数の伝熱管列のうち流れ方向の最上流側の伝熱管列である上流側伝熱管１６（１６ａ）のみをデフロスト対象管として選択的にデフロストするように構成される。
この実施形態によれば、上流側伝熱管１６（１６ａ）のみをデフロスト対象管として選択的にデフロストすることで、霜層が急成長しやすい上流側伝熱管１６（１６ａ）を優先してデフロストできる。これによって、着霜の成長が顕著な上流側伝熱管１６（１６ａ）の着霜の成長を抑制できる。この場合、上流側加熱部５０（５０ａ）によってデフロスト流体を着霜の昇華が可能な状態に維持することで、デフロスト運転によって上流側加熱を兼ねることができる。
【００４３】
一実施形態では、図３に示すように、最上流側の伝熱管列である上流側伝熱管１６（１６ａ）のみにバッファタンク４５からデフロスト流体を供給するデフロスト流路３５を備える。上流側伝熱管１６（１６ａ）の伝熱管列はデフロスト運転のみ行われ、通常の冷却運転はこの実施形態では行われない。上流側伝熱管１６（１６ａ）の伝熱管列に常時昇華デフロストが可能な温度、圧力等の状態のデフロスト流体を供給することで、上流側加熱が可能になる。
一実施形態では、デフロスト時に最上流側の伝熱管列である上流側伝熱管１６（１６ａ）の霜層付着面の温度を下流側伝熱管グループの霜層付着面の温度より低くなるように構成される。例えば、デフロスト流路３５に設けられた圧力調整弁３７によってデフロスト流体の温度，圧力等の状態を制御することで、霜層付着面の温度を調整する。これにより，霜層の成長抑制を効率よく行なうことができる。
【００４４】
上流側伝熱管１６（１６ａ）でデフロストに供されたデフロスト流体は、キャピラリチューブ３８を経て膨張減圧され、低圧冷媒ライン２２ａに合流する。上流側伝熱管１６（１６ａ）には、他の伝熱管グループのように、冷媒回路２２から冷媒が流入する分岐ライン２３は設けられていない。
【００４５】
図４及び図５に、上流側加熱部５０の別な実施形態を示す。上流側加熱部５０（５０ｂ、５０ｃ）は、上流側伝熱管１６（１６ａ）又は上流側放熱部材４０（４０ａ）を加熱するように構成される。上流側加熱部５０（５０ｂ、５０ｃ）によって上流側伝熱管１６（１６ａ）又は上流側放熱部材４０（４０ａ）が形成する上流側伝熱面を加温し、昇華デフロストが可能な温度にすることで、上流側伝熱面に付着した霜層Ｆを昇華させて除去できる。
この実施形態では、デフロスト運転とは別な手段で上流側加熱が可能になる。
【００４６】
図４に示す上流側加熱部５０（５０ｂ）は、高周波電流誘導部５２を含んで構成される。高周波電流誘導部５２は、導線５４を介して上流側伝熱管１６（１６ａ）に接続される。伝熱管１６（１６ａ）の内部には冷凍機２０で冷却された冷却媒体ｒが流れる。高周波電流誘導部５２から上流側伝熱管１６（１６ａ）に高周波電流Ｅを流すことで、上流側伝熱管１６（１６ａ）の表面温度を昇華デフロストが可能な温度にすることができる。この場合、表皮効果によって霜層Ｆが付着した上流側伝熱管１６（１６ａ）の表面に高周波電流Ｅを集中させることができるため、霜層Ｆの加温効果を向上できると共に、高周波電流Ｅを上流側伝熱管１６（１６ａ）の表面に集中させることで、省エネが可能になる。
なお、加温対象を上流側伝熱管１６（１６ａ）の代わりに上流側放熱部材４０（４０ａ）とし、上流側放熱部材４０（４０ａ）に付着した霜層Ｆを昇華デフロストにより除去するようにしてもよい。
【００４７】
一実施形態では、図５に示すように、上流側放熱部材４０（４０ａ）の表面には、通電部５６から電流を流すことで加温する導電性物質層５８が形成され、導電性物質層５８の内側に電気絶縁層６０が形成されている。上流側加熱部５０（５０ｂ）は、導電性物質層５８に導線５４を介して電流を流すための通電部５６を含んで構成される。デフロスト運転時に、通電部５６から導電性物質層５８に電流を流して導電性物質層５８を加温し、導電性物質層５８の表面に付着した霜層Ｆを０℃未満の温度に昇温させ、霜層Ｆを昇華させて除去する。この実施形態によれば、導電性物質層５８の内側に電気絶縁層６０を備えるため、導電性物質層５８に集中して電流を流すことができる。また、導電性物質層５８の膜厚を可能な限り薄くすることで、加温に必要な電力を節減できる。
なお、本実施形態では、加温対象を上流側放熱部材４０（４０ａ）としているが、代わりに上流側伝熱管１６（１６ａ）であってもよい。
【００４８】
一実施形態では、上流側加熱部５０は、上流側伝熱管１６（１６ａ）又は上流側放熱部材４０（４０ａ）の少なくとも一方の霜層付着面温度と被冷却空気ａとの温度差を０℃を超え１０℃以下に維持するように構成される。この微温加熱によって、昇華によるデフロスト時にデフロスト熱源として必要な熱量を低減できる。
【００４９】
一実施形態では、図２に示すように、複数の伝熱管１６が貫通又は接触するように冷却空気流路内にて流れ方向（矢印ａ方向）に沿って板状の放熱部材４０が設けられる。板状の放熱部材４０を設けることで、伝熱面積が増加するため、熱交換器１０の伝熱性能を向上できる。また、板状の放熱部材４０は被冷却空気ａの流れ方向に沿って設けられるので、被冷却空気ａの乱れを抑制できる。図６Ａに示すように、被冷却空気ａの乱れが抑制された板状の放熱部材４０の表面には、板状の放熱部材４０の表面に近づくほど温度が徐々に低くなる温度境界層Ｂｔが形成される。この温度境界層の形成によって、伝熱面の熱伝達率が減少し板状放熱部材の表面に形成される霜層の成長を抑制できる。図６Ａに温度境界層Ｂｔの温度分布を模式的に示している。
【００５０】
一実施形態では、図２に示すように、板状の放熱部材４０は、流れ方向に沿って互いに間隔を置いて複数並列に配置される。このように、板状の放熱部材４０が被冷却空気ａの流れ方向に沿って配置されるため、被冷却空気ａの乱れを抑制でき、かつ複数並列に配置されるため、伝熱面積を増加でき伝熱性能を向上できる。また、被冷却空気ａの乱れを抑制できるため、板状の放熱部材４０の表面に温度境界層Ｂｔが形成される。これによって、霜層の成長を抑制できる。
なお、板状の放熱部材４０は、平板形状とすることで、被冷却空気ａの乱れを最大限に抑制できるが、平板状放熱部材に限られず、コルゲート形状、ルーバ形状又はウェーブ形状の板状放熱部材であってもよい。
【００５１】
一実施形態では、複数の伝熱管１６の配置は、被冷却空気ａの乱流を形成せずに霜層の成長を抑制し、慣性によるミストの付着に起因する着霜の集中を抑制するという観点から、被冷却空気ａの流れに対して千鳥配置とするより格子配置とするのが望ましい。また、伝熱促進の観点からは千鳥配置とするのが望ましく、交換熱量やデフロストサイクル時間の条件等に関連して適宜選択すると良い。
【００５２】
一実施形態では、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、上流側放熱部材４０（４０ａ）の流れ方向先端部分４０（４０ｂ）と下流側部位との間に、先端部分４０（４０ｂ）と下流側伝熱管１６との間の伝熱を抑制する断熱域６２（６２ａ、６２ｂ）を有する。断熱域６２（６２ａ、６２ｂ）を有するため、上流側加熱部５０（５０ｂ、５０ｃ）によって上流側加熱を行うとき、上流側加熱部５０から先端部分４０（４０ｂ）に加えられる熱が冷却運転中の下流側伝熱管１６に伝わって冷却効率を低下させるのを抑制できる。
図６Ａ及び図６Ｂは、上流側伝熱管１６（１６ａ）よりさらに上流側に放熱部材４０を設けた実施形態を示している。
【００５３】
図６Ａに示す実施形態では、断熱域６２（６２ａ）は、被冷却空気ａの流れ方向で温度境界層Ｂｔが途切れずに維持可能な長さに形成された隙間ｓで構成される。この隙間ｓに存在する空気は断熱性を有するので、隙間ｓを形成することで、断熱域を形成できる。また、隙間ｓは被冷却空気ａの流れ方向で温度境界層Ｂｔが途切れずに維持可能な長さに形成されているので、隙間ｓによって形成された放熱部材４０の端部で着霜が促進されることはない。
図６Ｂに示す実施形態では、断熱域６２（６２ｂ）は、熱伝導率が小さい物質で構成された断熱域を構成している。この断熱域の表面は被冷却空気ａが乱れないように平滑に形成され、かつ他の先端部分４０（４０ｂ）との間で段差を形成していない。
なお、断熱域６２は各伝熱管グループの間に設けられていてもよい。
【００５４】
一実施形態では、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、放熱部材４０は、複数の伝熱管グループのうち流れ方向上流側に配置された上流側伝熱管グループＴａと上流側伝熱管グループＴａより流れ方向下流側に配置された下流側伝熱管グループＴｂとを跨るように配置される。そして、放熱部材４０の上流側伝熱管グループＴａと下流側伝熱管グループＴｂとの間の部位に、上流側伝熱管グループＴａと下流側伝熱管グループＴｂとの間の伝熱を抑制する断熱域６２（６２ａ、６２ｂ）を有する。
これらの実施形態によれば、流れ方向先端部分４０（４０ｂ）を除き温度境界層Ｂｔを連続的に延在できる。これによって、流れ方向先端部分４０（４０ｂ）以外の領域全体で着霜の成長を抑制できる。また、上流側伝熱管グループＴａと下流側伝熱管グループＴｂとの間に断熱域６２（６２ａ、６２ｂ）を有するので、上流側加熱を行うとき、又は上流側伝熱管グループＴａ又は下流側伝熱管グループＴｂの一方でデフロストを行うとき、上流側加熱又はデフロスト運転により伝熱管１６や放熱部材４０に加えられた熱が冷却運転中の他方の伝熱管グループに伝わって冷却効率を低下させるのを抑制できる。
【００５５】
一実施形態では、図１に示すように、複数の伝熱管グループを被冷却空気ａの流れ方向に配置するようにしてもよい。例えば、被冷却空気ａの流れ方向で２つ以上の伝熱管グループを配置してもよいし、あるいはさらに、最上流側の上流側伝熱管１６（１６ａ）を別な伝熱管グループとし、上述のように、最上流側の上流側伝熱管１６（１６ａ）を優先してデフロストするようにしてもよい。また、複数の伝熱管グループを上下方向に重ねて配置するようにしてもよい。
また、図８Ａに示すように、複数の伝熱管グループＴａ、Ｔｂ及びＴｃをファン１４を中心としてファン１４を囲むように円弧状に形成してもよい。複数の伝熱管グループＴａ、Ｔｂ及びＴｃはこの順序で被冷却空気ａの上流側から配置する。図８Ｂに示す実施形態は、伝熱管群を複数の流路領域Ｆａ、Ｆｂ及びＦｃに分け、各流路領域が複数の伝熱管グループＴａ、Ｔｂ及びＴｃで構成される例である。
【００５６】
一実施形態に係るデフロスト方法は、図９に示すように、熱交換器１０の稼働中に、上流側加熱部５０によって、まず、上流側伝熱管１６（１６ａ）又は上流側放熱部材４０（４０ａ）の少なくとも一方の霜層付着面温度を常時０℃未満かつ被冷却空気ａよりも高温に維持する（上流側加熱ステップＳ１０）。これによって、上流側伝熱管１６（１６ａ）又は上流側放熱部材４０（４０ａ）に付着した霜層を昇華させて除去できる。従って、上記温度条件に調節することで、霜層の成長を抑制し、伝熱面における冷却空気流路を常に確保できる。
【００５７】
上流側加熱ステップＳ１０では、図３に示すように、上流側加熱が可能なデフロスト流体を伝熱管内に流して上流側伝熱管１６（１６ａ）を加熱する場合と、図５、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、上流側放熱部材４０（４０ａ）を通電などで加熱する場合と、図４、図７Ａ及び図７Ｂのように、これらを併用する場合とがある。通電加熱は通電部５６から上流側放熱部材４０（４０ａ）の導電性物質層５８に電流を流して導電性物質層５８を加温し、導電性物質層５８の表面に付着した霜層Ｆを０℃未満の温度に昇温させ、霜層Ｆを昇華させて除去する。
【００５８】
一実施形態では、複数の伝熱管１６は、冷却空気流路における被冷却空気ａの流れ方向と直交する幅方向（図１中の矢印ｂ方向。第１方向）に沿って延在し、かつ流れ方向及び幅方向に直交する上下方向（図１中の矢印ｃ方向。第２方向）に沿って配列された複数の伝熱管１６により形成される伝熱管列が、流れ方向に複数並ぶように配列される。また、図３に示すように、熱交換器１０は、複数の伝熱管１６のうちデフロスト対象管をデフロストするためのデフロストユニット１８を備え、冷却空気流路は、上下方向に並ぶ複数の流路領域Ｆａ、Ｆｂ及びＦｃを含む。複数の伝熱管１６は、複数の流路領域Ｆａ〜Ｆｃに夫々対応し、かつ同一の流路領域内において流れ方向にて互いに隣接する２以上の伝熱管列に属する複数の伝熱管により形成される複数の伝熱管グループＴａ、Ｔｂ、Ｔｃ、・・・を含み、デフロストユニット１８は、複数の伝熱管グループのうち１以上の伝熱管グループの伝熱管１６をデフロスト対象管として選択的にデフロストを行うように構成されている。かかる構成の熱交換器１０において、複数の伝熱管グループのうち１つ以上の伝熱管グループ毎にデフロストする（デフロストステップＳ１２）。
【００５９】
デフロストステップＳ１２によれば、デフロスト時に、各伝熱管グループＴａ、Ｔｂ、Ｔｃ、・・・の霜の成長の違いに応じてデフロストを行う順序を適宜選択することで、各伝熱面における冷却空気流路の閉塞を防止しながら、効率的なデフロストを行うことができると共に、付着面から剥離した霜が流れ方向下流側の伝熱面に再付着するのを抑制できる。なお、このデフロスト運転と上流側加熱とを併用することで、伝熱面周囲の気体流路の閉塞を効果的に防止できる。
【００６０】
一実施形態では、デフロストユニット１８は、複数の伝熱管列のうち流れ方向最上流側の伝熱管列である上流側伝熱管１６（１６ａ）のみをデフロスト対象管として選択的にデフロストするように構成される。そして、デフロストステップＳ１２において、流れ方向の上流側伝熱管１６（１６ａ）をデフロスト対象管として選択的にデフロストする（ステップＳ１２ａ）。
この実施形態によれば、デフロストステップＳ１２において、上流側伝熱管１６（１６ａ）をデフロスト対象管として選択的にデフロストすることで、上流側伝熱管１６（１６ａ）を優先してデフロストでき、上流側伝熱管１６（１６ａ）の着霜の成長を抑制できる。
【００６１】
一実施形態では、デフロストステップＳ１２において、伝熱管１６の少なくとも一部に付着する着霜量が許容値の上限に達する限界時間に合わせて、すべての伝熱管グループを１回デフロストするに要する１デフロスト時間を設定する。そして、この１デフロスト時間から伝熱管グループの各々のデフロスト実施時間間隔を設定する。
この実施形態によれば、上記限界時間を被冷却空気ａの流れが複数の放熱部材４０間などの隙間を閉塞しない上限値に設定することで、各伝熱管グループにおいて放熱部材４０間の冷却空気流路の閉塞が生じないようにかつ効率的にデフロストを実施できる。
【００６２】
一実施形態では、複数の伝熱管グループの各々のデフロスト実施時間間隔は、被冷却空気ａの流れ方向下流側の伝熱管グループほど着霜の成長は遅くなる傾向にあるため、流れ方向下流側に配置された伝熱管グループほど長く設定される。
この実施形態によれば、デフロスト実施時間間隔を被冷却空気ａの流れ方向下流側の伝熱管グループほど長く設定することで、デフロスト運転の頻度を少なくでき、これによって、デフロスト実施中の熱交換器１０の冷却効率が低下するのを抑制できる。
【００６３】
一実施形態では、デフロストステップＳ１２において、霜の付着面温度を０℃未満でかつ前記被冷却気体の温度より高い温度に維持可能なデフロスト流体をデフロスト対象となった伝熱管グループの伝熱管１６に供給し、該デフロスト流体の保有熱によって伝熱管１６に付着した霜を昇華させる（昇華デフロストステップＳ１２ｂ）。上記デフロスト流体は、例えば、図３に示す冷凍機２０において、レシーバ２８内に貯留され、デフロスト流路３４を介して供給される高圧下の冷媒である。
この実施形態によれば、デフロストを行う伝熱管１６に対して、霜の付着面温度を０℃未満でかつ被冷却気体の温度より高く維持可能なデフロスト流体を供給することで、付着面に付着した霜を昇華させて除去する昇華デフロストが可能になる。
【００６４】
一実施形態では、デフロストステップＳ１２において、複数の伝熱管グループの各々において、被冷却空気ａの流れ方向下流側に配置された伝熱管グループほど被冷却空気ａとデフロスト流体との温度差は小さく設定される。被冷却空気ａとデフロスト流体との温度差が小さいほど、着霜の除去効果は減少する。従って、着霜の成長が遅い流れ方向下流側ほど上記温度差を小さくすることで、着霜除去効果を維持しながら、熱交換器１０の冷却効率の低下を抑制できる。
【００６５】
一実施形態では、デフロストステップＳ１２において、デフロスト対象となる伝熱管グループが被冷却空気ａの流れ方向上流側に配置されているとき、ファン１４を逆回転させ、流れ方向を逆向きにする（逆流ステップＳ１２ｃ）。
この実施形態によれば、流れ方向上流側に配置された伝熱管グループをデフロストするとき、被冷却空気ａの流れ方向を逆向きにすることで、付着面から剥離した霜が下流側の伝熱管に再付着するのを抑制できると共に、上流側で処理することを可能とする。また、先端部分に付着した霜を効率的に除去できる。さらに、デフロスト時に加えられる熱によって昇温した被冷却気体が一度上流側に戻って混合され、他の伝熱管グループに流入するため、熱交換器１０の下流側の温度むらを抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
幾つかの実施形態によれば、上流側伝熱管や放熱部材の先端部分に付着した霜が成長して冷却気体流路が閉塞するのを防止できると共に、効率的なデフロスト運転が可能になるため、デフロスト運転により伝熱管やフィンに加えられた熱により冷却運転中の熱交換器の熱効率が低下するのを抑制できる。
【符号の説明】
【００６７】
１０（１０Ａ、１０Ｂ）    熱交換器
１２    ケーシング
１４    ファン
１６    伝熱管
１６ａ    上流側伝熱管
１８    デフロストユニット
２０    冷凍機
２２    冷媒回路
２２ａ    低圧冷媒ライン
２３    冷媒分岐路
２４    圧縮機
２６    コンデンサ
２８    レシーバ
３０    膨張弁
３２    逆止弁
３４、３５    デフロスト流路
３６、３７    圧力調整弁
３８    キャピラリチューブ
４０    放熱部材
４０ａ    上流側放熱部材
４０ｂ    先端部分
４４    デフロスト流体供給部
４５    バッファタンク
４６    加熱部
４７    圧力センサ
４８    制御部
５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）    上流側加熱部
５２    高周波電流誘導部
５４    導線
５６    通電部
５８    導電性物質層
６０    電気絶縁層
６２（６２ａ、６２ｂ）    断熱域
Ｂｔ    温度境界層  
Ｆ      霜層
Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ    流路領域
Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ    伝熱管グループ
ａ      被冷却空気
ｒ      冷却媒体
ｓ      隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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