(57)【要約】【課題】冷却性能を向上させうるとともに、熱交換管の直管部内を流れる冷媒の有する冷熱のプレートフィン全体への熱伝導性の低下を抑制しうる蒸発器を提供する。【解決手段】蒸発器は、並列状に配置された複数のプレートフィン２からなる複数のフィン群３と、各フィン群３のプレートフィン２に貫通状に固定された複数の直管部５および隣り合う直管部５を接続する屈曲管部よりなる熱交換管４とを備えている。プレートフィン２の空気流れ方向の上流側部分および下流側部分は傾斜状に曲げられており、プレートフィン２は、熱交換管４の直管部５と一定の角度をなしかつ空気流れ方向と平行な平面上に位置する本体部７と、本体部７の空気流れ方向上流側の縁部および下流側の縁部に一体に設けられかつ本体部７に対して傾斜した傾斜部８とよりなる。【選択図】図３
2014159884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列状に配置された複数のプレートフィンからなりかつ空気流れ方向に間隔をおいて設けられた複数のフィン群と、各フィン群のプレートフィンに貫通状に固定された複数の直管部および隣り合う直管部を接続する熱交換管とを備えている蒸発器であって、
プレートフィンの空気流れ方向の上流側部分および下流側部分が傾斜状に曲げられている蒸発器。
【請求項２】
プレートフィンが、熱交換管の直管部と一定の角度をなしかつ空気流れ方向と平行な平面上に位置する本体部と、本体部の空気流れ方向上流側の縁部および下流側の縁部に一体に設けられかつ本体部に対して傾斜した傾斜部とよりなる請求項１記載の蒸発器。
【請求項３】
プレートフィンの両傾斜部の端縁部が直線状である請求項１または２記載の蒸発器。
【請求項４】
プレートフィンの２つの傾斜部の本体部に対する傾斜方向が異なっている請求項２または３記載の蒸発器。
【請求項５】
プレートフィンの２つの傾斜部の本体部に対する傾斜方向が同じである請求項２または３記載の蒸発器。
【請求項６】
プレートフィンの傾斜部の本体部に対する傾斜角度が３０〜７５度である請求項２〜５のうちのいずれかに記載の蒸発器。
【請求項７】
プレートフィンの本体部の空気流れ方向の幅をＹmm、各傾斜部における本体部側端部から先端部までの幅をＸmmとした場合、０．２≦２Ｘ／（２Ｘ＋Ｙ）≦０．６という関係を満たしている請求項２〜６のうちのいずれかに記載の蒸発器。
【請求項８】
圧縮機、凝縮器および蒸発器を備えており、蒸発器が請求項１〜７のうちのいずれかに記載された蒸発器からなる冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は蒸発器に関し、さらに詳しくは、たとえば冷蔵庫、冷蔵ショーケースなどの冷蔵装置に用いられる冷凍サイクルに好適に使用される蒸発器に関する。
【０００２】
この発明は蒸発器に関し、さらに詳しくは、たとえば冷蔵庫、冷蔵ショーケースなどの冷蔵装置に用いられる冷凍サイクルにおいて、蒸発器として好適に使用される蒸発器に関する。
【背景技術】
【０００３】
たとえば冷蔵庫の断熱箱体内には、圧縮機、凝縮器および蒸発器を備えた冷凍サイクルが設置されている。このような冷凍サイクルの蒸発器として、並列状に配置された複数のプレートフィンからなりかつ空気流れ方向に間隔をおいて設けられた複数のフィン群と、各フィン群のプレートフィンに貫通状に固定された複数の直管部および隣り合う直管部を接続しかつ直管部より１つ少ない数の屈曲管部よりなる熱交換管とを備えており、全てのプレートフィンの全体が、熱交換管の直管部と直角をなす方向と平行な平面上に位置しているものが広く用いられている。
【０００４】
そして、上述したような形式の蒸発器において、さらに冷却性能を向上させることを目的として、全てのプレートフィンの全体が、熱交換管の直管部と直角をなす方向と平行な平面上に位置しており、プレートフィンにおける熱交換管の直管部が貫通している部分の周辺に、直管部を取り囲む複数の切り起こしが設けられ、プレートフィンにおける空気流れ方向上流側縁部および同下流側縁部が波状となっている蒸発器が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の蒸発器においては、プレートフィンにおける熱交換管の直管部が貫通している部分の周辺に、直管部を取り囲む複数の切り起こしが設けられているので、必然的に貫通穴が形成されることになり、熱交換管の直管部内を流れる冷媒の有する冷熱のプレートフィン全体への熱伝導性が阻害される。また、切り起こしの近傍において着霜量が増えるおそれがある。しかも、プレートフィンの製造作業が比較的困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−８０７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、冷却性能を向上させうるとともに、熱交換管の直管部内を流れる冷媒の有する冷熱のプレートフィン全体への熱伝導性の低下を抑制しうる蒸発器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【０００９】
1)並列状に配置された複数のプレートフィンからなりかつ空気流れ方向に間隔をおいて設けられた複数のフィン群と、各フィン群のプレートフィンに貫通状に固定された複数の直管部および隣り合う直管部を接続する屈曲管部よりなる熱交換管とを備えている蒸発器であって、
プレートフィンの空気流れ方向の上流側部分および下流側部分が傾斜状に曲げられている蒸発器。
【００１０】
2)プレートフィンが、熱交換管の直管部と一定の角度をなしかつ空気流れ方向と平行な平面上に位置する本体部と、本体部の空気流れ方向上流側の縁部および下流側の縁部に一体に設けられかつ本体部に対して傾斜した傾斜部とよりなる上記1)記載の蒸発器。
【００１１】
3)プレートフィンの両傾斜部の端縁部が直線状である上記1)または2)記載の蒸発器。
【００１２】
4)プレートフィンの２つの傾斜部の本体部に対する傾斜方向が異なっている上記2)または3)記載の蒸発器。
【００１３】
5)プレートフィンの２つの傾斜部の本体部に対する傾斜方向が同じである上記2)または3)記載の蒸発器。
【００１４】
6)プレートフィンの傾斜部の本体部に対する傾斜角度が３０〜７５度である上記2)〜5)のうちのいずれかに記載の蒸発器。
【００１５】
7)プレートフィンの本体部の空気流れ方向の幅をＹmm、各傾斜部における本体部側端部から先端部までの幅をＸmmとした場合、０．２≦２Ｘ／（２Ｘ＋Ｙ）≦０．６という関係を満たしている上記2)〜6)のうちのいずれかに記載の蒸発器。
【００１６】
8)圧縮機、凝縮器および蒸発器を備えており、蒸発器が上記1)〜7)のうちのいずれかに記載された蒸発器からなる冷凍サイクル。
【発明の効果】
【００１７】
上記1)〜7)の蒸発器によれば、プレートフィンの空気流れ方向の上流側部分および下流側部分が傾斜状に曲げられているので、プレートフィンにおける傾斜部の働きにより蒸発器を通過する空気の流れが乱されることになり、その結果プレートフィンと空気との間での熱伝導性が向上して冷却性能が向上する。また、特許文献１記載の蒸発器のようにプレートフィンに貫通穴が必然的に形成されることはないので、熱交換管の直管部内を流れる冷媒の有する冷熱のプレートフィン全体への熱伝導性の低下が抑制される。さらに、特許文献１記載の蒸発器におけるプレートに形成された切り起こしのように、プレートフィンの表面に対して突出した部分が存在しないので、着霜量の増加を抑制することができる。しかも、全体が、熱交換管の直管部と直角をなす方向と平行な平面上に位置しているプレートフィンに対して、通風方向の上流側部分および下流側部分を傾斜状に曲げることによってのみ製造することができるので、空気流れ方向上流側縁部および同下流側縁部が波状となっているとともに、切り起こしが設けられている特許文献１記載のプレートフィンに比較して製造作業が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明による蒸発器の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す蒸発器に用いられるプレートフィンを示し、(a)は正面図、(b)は側面図である。
【図３】図１の蒸発器における空気の流れを概略的に示す図である。
【図４】図１の蒸発器に用いられているプレートフィンの傾斜部の本体部に対する傾斜角度と質量風量との関係を示すグラフである。
【図５】図１の蒸発器に用いられているプレートフィンの全体幅に対する両傾斜部の合計幅の比率と質量風量との関係を示すグラフである。
【図６】図１の蒸発器に用いられているプレートフィンの伝熱量と傾斜部の本体部に対する傾斜角度との関係を示すグラフである。
【図７】図１の蒸発器に用いられているプレートフィンの伝熱量と全体幅に対する両傾斜部の合計幅の比率との関係を示すグラフである。
【図８】この発明による蒸発器に用いられるプレートフィンの変形例を示し、(a)は正面図、(b)は側面図である。
【図９】図８のプレートフィンが用いられた蒸発器における空気の流れを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【００２１】
また、以下の説明において、図１の上下、左右を上下、左右というものとする。また、上下方向および左右方向に直交する方向を前後方向のいうものとする。
【００２２】
図１はこの発明による蒸発器の全体構成を示し、図２は図１の蒸発器に用いられるプレートフィンを示す。また、図３は図１の蒸発器における空気の流れを示す。
【００２３】
図１において、蒸発器(1)は、左右方向に並列状に配置された複数のアルミニウム製プレートフィン(2)からなりかつ上下方向（通風方向）に間隔をおいて複数設けられたフィン群(3)と、各フィン群(3)のプレートフィン(2)に貫通状に固定された左右方向に伸びる複数の直管部(5)および隣り合う２つの直管部(5)を接続する屈曲管部(6)よりなるアルミニウム製熱交換管(4)とを備えており、矢印Ｚで示すように、空気が下方から上方に流れるようになっている。
【００２４】
図２に示すように、プレートフィン(2)は前後方向に長い方形の平板状であり、空気流れ方向の上流側部分（下側部分）および下流側部分（上側部分）が傾斜状に曲げられている。プレートフィン(2)は、熱交換管(4)の直管部(5)と一定の角度、たとえば直角をなしかつ空気流れ方向と平行な平面上に位置する鉛直状の本体部(7)と、本体部(7)の空気流れ方向上流側の縁部および下流側の縁部に一体に設けられかつ本体部(7)に対して傾斜した２つの傾斜部(8)とよりなる。プレートフィン(2)の２つの傾斜部(8)の本体部(7)に対する傾斜方向は異なっている。なお、両傾斜部(8)における本体部(7)側端部から先端部までの幅は同一である。プレートフィン(2)の本体部(7)の高さ方向の中央部に２つの貫通穴(9)が前後方向に間隔をおいて形成されている。プレートフィン(2)の本体部(7)における各貫通穴(9)の周縁部に、カラー(10)が全周にわたって一体に形成されている。
【００２５】
プレートフィン(2)の傾斜部(8)の本体部(7)に対する傾斜角度θは３０〜７５度であることが好ましい。また、プレートフィン(2)の本体部(7)の空気流れ方向の幅をＹmm、各傾斜部(8)における本体部(7)側端部から先端部までの幅をＸmmとした場合、プレートフィン(2)の全体幅（２Ｘ＋Ｙ）に対する両傾斜部(8)の合計幅２Ｘの比率α＝２Ｘ／（２Ｘ＋Ｙ）は、０．２≦α≦０．６という関係を満たしていることが好ましい。
【００２６】
なお、空気流れ方向下流側（上側）のフィン群(3)の隣り合うプレートフィン(2)(2)間のフィンピッチは、空気流れ方向上流側（下側）のフィン群(3)のフィンピッチよりも小さくなっていることが好ましい。たとえば、フィン群(3)の隣り合うプレートフィン(2)間のフィンピッチは、下端のフィン群(3)が最も大きく、上方のフィン群(3)に向かうにつれて小さくなっててもよい。また、上端のフィン群(3)のフィンピッチが、下端のフィン群(3)のフィンピッチよりも小さくなっているのであれば、上下に隣り合う複数のフィン群(3)のフィンピッチは、等しい場合があってもよく、フィン群(3)のフィンピッチの組み合わせは任意である。
【００２７】
熱交換管(4)の直管部(5)は、各フィン群(3)のプレートフィン(2)の各貫通穴(9)に通され、直管部(5)外周面がカラー(10)に密着するようにプレートフィン(2)に固定されている。
【００２８】
蒸発器(1)は、圧縮機および凝縮器とともに冷凍サイクルを構成する。このような冷凍サイクルは、冷蔵装置の断熱箱体内に配置される。
【００２９】
上記蒸発器(1)において、冷媒は、下端の一方の直管部(5)に流入して熱交換管(4)内を流れ、図１に矢印Ｚで示すように、ファン（図示略）により下方から上方に送られる空気と熱交換をし、熱交換管(4)の下端の他方の直管部(5)から流出する。
【００３０】
このとき、図３に矢印で示すように、各フィン群のプレートフィン(2)の傾斜部(8)の働きによって、空気の流れに乱れが発生し、その結果プレートフィン(2)と空気との間での熱伝導性が向上して冷却性能が向上する。
【００３１】
ここで、上述したように、プレートフィン(2)の傾斜部(8)の本体部(7)に対する傾斜角度θが３０〜７５度であることが好ましく、プレートフィン(2)の全体幅（２Ｘ＋Ｙ）に対する両傾斜部(8)の合計幅２Ｘの比率αが０．２≦α≦０．６という関係を満たしていることが好ましいことは、発明者等がコンピュータシミュレーションを行って決められたものである。
【００３２】
すなわち、プレートフィン(2)の全体幅（２Ｘ＋Ｙ）＝３０ｍｍ、長さＬ６０ｍｍ（図２(a)参照）、厚み１．５ｍｍであり、かつ前記傾斜角度θまたは前記比率αが異なっている８種類のJIS Ａ１０５０製プレートフィン(2)（Ａ〜Ｈ）を用意し、各プレートフィン(2)について同数のプレートフィン(2)からなるフィン群を長さ６０ｍｍ、幅３０ｍｍの空気通路内に配置したと想定するとともに、直管部内を流れる冷媒の温度：−２０℃、ファンにより空気通路内に送り込まれる入口側空気温度：１０℃という条件でコンピュータシミュレーションを行い、各プレートフィン(2)について、ファンにより空気通路内に空気を流す際の圧力損失と風速との関係を求めた。その結果を図４の曲線Ａ〜Ｅ、および図５の曲線Ａ、Ｃ、Ｆ〜Ｈで示す。また、空気通路内に空気を流すファンの動力が一定の場合、空気通路内に空気を流す際の圧力損失に応じて風速が変化するが、その関係はファンカーブと称される固有の曲線で表されることになる。当該ファンカーブを図４および図５に曲線Ｋで示す。図４における各曲線Ａ〜Ｅと曲線Ｋとの交点、および図５における曲線Ａ、Ｃ、Ｆ〜Ｈと曲線Ｋとの交点が、各プレートフィン(2)からなるフィン群を空気通路に配置した際の空気通路内での空気の質量風量であり、伝熱量＝質量風量×空気密度×空気比熱×空気通路断面積×温度差（空気通路の入口および出口の温度差）という式から各フィンの伝熱量を算出し、前記傾斜角度θと伝熱量との関係、および前記比率αと伝熱量との関係を求めた。その結果を図６および図７に示す。そして、図６に示す結果に基づいて、プレートフィン(2)の傾斜部(8)の本体部(7)に対する傾斜角度αが３０〜７５度であることが好ましいことが判明し、図７に示す結果に基づいてプレートフィン(2)の全体幅（２Ｘ＋Ｙ）に対する両傾斜部(8)の合計幅２Ｘの比率αが０．２≦α≦０．６という関係を満たしていることが好ましいことが判明した。
【表１】
2014159884.tif 000003
【００３３】
図８および図９はこの発明による蒸発器に用いられるプレートフィンの変形例を示す。
【００３４】
図８において、プレートフィン(20)は前後方向に長い方形の平板状であり、空気流れ方向の上流側部分および下流側部分が傾斜状に曲げられており、熱交換管(4)の直管部(5)と一定の角度をなしかつ空気流れ方向と平行な平面上に位置する鉛直状の本体部(21)と、本体部(21)の空気流れ方向上流側の縁部および下流側の縁部に一体に設けられかつ本体部(21)に対して傾斜した傾斜部(22)とよりなる。プレートフィン(20)の２つの傾斜部(22)の本体部(21)に対する傾斜方向は同一である。
【００３５】
上述した図２に示すプレートフィン(2)の場合と同様に、プレートフィン(20)の傾斜部(22)の本体部(21)に対する傾斜角度は３０〜７５度であることが好ましい。また、プレートフィン(20)の本体部(21)の空気流れ方向の幅をＹmm、各傾斜部(22)の空気流れ方向の幅をＸmmとした場合、プレートフィン(2)の全体幅（２Ｘ＋Ｙ）に対する両傾斜部(22)の合計幅２Ｘの比率αは０．２≦α≦０．６という関係を満たしていることが好ましい。
【００３６】
図８に示すプレートフィン(20)を用いた蒸発器によれば、図９に矢印で示すように、各フィン群(3)のプレートフィン(2)の傾斜部(22)の働きによって、空気の流れに乱れが発生し、その結果プレートフィン(20)と空気との間での熱伝導性が向上して冷却性能が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
この発明による蒸発器は、冷蔵庫、冷蔵ショーケースなどの冷蔵装置に用いられる冷凍サイクルに好適に用いられる。
【符号の説明】
【００３８】
(1)：蒸発器
(2)(20)：プレートフィン
(3)：フィン群
(4)：熱交換管
(5)：直管部
(6)：屈曲管部
(7)(21)：本体部
(8)(22)：傾斜部
【図１】
2014159884.tif 000004
【図２】
2014159884.tif 000005
【図３】
2014159884.tif 000006
【図４】
2014159884.tif 000007
【図５】
2014159884.tif 000008
【図６】
2014159884.tif 000009
【図７】
2014159884.tif 000010
【図８】
2014159884.tif 000011
【図９】
2014159884.tif 000012