(57)【要約】【課題】クロスフィンアンドチューブ型熱交換器における除霜運転時の霜の落下を促進させて除霜時間を短縮することができる冷凍装置を提供する。【解決手段】空気調和装置は、プレートフィン３と垂直方向に配列される複数段１列の熱交換パイプ５とを有するクロスフィンアンドチューブ型熱交換器を室外側熱交換器２として用いて構成され、室外側熱交換器２を蒸発器として動作させたときに付着した霜を除去する除霜運転を行う。室外側熱交換器２では、プレートフィン３における熱交換パイプ５間に垂直方向に延びる長方形孔６が形成されている。除霜運転時、熱交換パイプ５間の霜は、長方形孔６によって分断されて滑落していく。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィンと垂直方向に配列される複数段１列の熱交換パイプとを有するクロスフィンアンドチューブ型熱交換器を用いて構成され、前記熱交換器を蒸発器として動作させたときに付着した霜を除去する除霜運転を行う冷凍装置において、
前記熱交換器は、前記フィンにおける前記熱交換パイプ間に形成された孔を有することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
フィンと垂直方向に配列される複数段複数列の熱交換パイプとを有するクロスフィンアンドチューブ型熱交換器を用いて構成され、前記熱交換器を蒸発器として動作させたときに付着した霜を除去する除霜運転を行う冷凍装置において、
前記熱交換器は、前記フィンにおける各熱交換パイプ列の熱交換パイプ間に形成された孔を有することを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
前記孔は、各熱交換パイプの中心を通る中心線上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記孔は、垂直方向に延びる長方形孔であることを特徴とする請求項３記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記フィンには、滑水性及び撥水性を有する表面処理が施されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記フィンは、ワッフルフィンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィンと垂直方向に配列される複数段の熱交換パイプとを有するクロスフィンアンドチューブ型熱交換器を用いて構成され、前記熱交換器を蒸発器として動作させたときに付着した霜を除去する除霜運転を行う冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、熱交換器を蒸発器として動作させる冷凍装置では、熱交換器と熱交換を行う空気の温度が低い場合や蒸発器での蒸発温度が低い場合に、熱交換器の熱交換面に霜が発生する。霜が発生すると熱交換器の熱交換能力が低下し、その結果、冷凍装置の冷凍能力も低下してしまう。
【０００３】
例えば、冷凍装置の一種であるヒートポンプ方式の空気調和装置では、暖房運転時に外気温度が低下すると蒸発器として動作している室外側熱交換器における蒸発温度が低下し、この室外側熱交換器に着霜する。着霜すると、室外側熱交換器の蒸発能力が低下し、その結果、空気調和装置の暖房能力が低下してしまう。そのため、空気調和装置では、室外側熱交換器に付着した霜を取り除くための除霜運転が適宜行われる。
【０００４】
図４は、除霜運転時の従来の熱交換器における除霜状態を示す模式図である。熱交換器４１は、プレートフィン４２と垂直方向に配列される複数段の熱交換パイプ４３とを有するクロスフィンアンドチューブ型熱交換器である。図４（ａ）に示すように、プレートフィン４２のほぼ全体に霜４４が付着すると、除霜運転を開始する。除霜運転によって霜４４が融解し始めると、図４（ｂ）に示すように、霜４４が下方に落ち始める。霜４４はプレートフィン４２における熱交換パイプ４３の上流側部位と下流側部位とを滑落していくが、図４（ｃ）に示すように、熱交換パイプ４３間の霜４４は熱交換パイプ４３によって上流側と下流側とに分断されて滑落していく。このようにして霜４４が滑落していくことによって、最終的には図４（ｄ）に示すように、霜４４がプレートフィン４２から取り除かれて除霜が完了する。
【０００５】
しかし、熱交換パイプ４３が垂直方向に複数段配列されているクロスフィンアンドチューブ型熱交換器４１では、熱交換パイプ４３間の霜４４が熱交換パイプ４３の上部に残留してしまうことがある。
【０００６】
特許文献１には、霜が残留しにくい熱交換器が記載されている。特許文献１に記載されている熱交換器では、熱交換パイプが貫通されているフィンにおける端部が、熱交換パイプの断面形状に沿った波型形状に形成されている。この熱交換器では、熱交換パイプからフィン端部までの距離がほぼ同じになるので、除霜運転時の熱交換パイプからフィン端部への熱伝導がほぼ等しくなる。その結果、霜が融解しにくい部位がなくなるので、霜が残留しにくくなる。
【特許文献１】特開平９−３１８２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されている熱交換器では、フィン端部の霜が融解しやすくなり、霜が残留するのが防止されるけれども、熱交換パイプ間の霜については考慮されていない。残留する霜を減少させるためには、除霜運転を長時間行って霜を融解させる必要がある。しかし、除霜運転を長時間行う場合は、その間は暖房を停止しなければならず、室内の快適性が長時間損なわれ、また除霜運転に必要なエネルギが増大するという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、クロスフィンアンドチューブ型熱交換器における除霜運転時の霜の滑落を促進させて除霜時間を短縮することができる冷凍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、フィンと垂直方向に配列される複数段１列の熱交換パイプとを有するクロスフィンアンドチューブ型熱交換器を用いて構成され、前記熱交換器を蒸発器として動作させたときに付着した霜を除去する除霜運転を行う冷凍装置において、
前記熱交換器は、前記フィンにおける前記熱交換パイプ間に形成された孔を有することを特徴とする冷凍装置である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、フィンと垂直方向に配列される複数段複数列の熱交換パイプとを有するクロスフィンアンドチューブ型熱交換器を用いて構成され、前記熱交換器を蒸発器として動作させたときに付着した霜を除去する除霜運転を行う冷凍装置において、
前記熱交換器は、前記フィンにおける各熱交換パイプ列の熱交換パイプ間に形成された孔を有することを特徴とする冷凍装置である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記孔は、各熱交換パイプの中心を通る中心線上に形成されていることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、前記孔は、垂直方向に延びる長方形孔であることを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、前記フィンには、滑水性及び撥水性を有する表面処理が施されていることを特徴としている。
請求項６記載の発明は、前記フィンは、ワッフルフィンであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、フィンにおける熱交換パイプ間には孔が形成されているので、除霜運転時にはフィンにおける孔の周辺は他の部位に比べて温度が高くなる。したがって、除霜運転によってフィンに付着した霜が融解して下方に滑落していくとき、孔の周辺では霜が融解して分断される。つまり、熱交換パイプ間の霜は孔によって分断されて下方に滑落していく。これによって、熱交換パイプの上部に霜が残ることが抑制され、フィンの除霜を効率よく行うことができるので、除霜時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、フィンにおける各熱交換パイプ列の熱交換パイプ間には孔が形成されているので、上記と同様に、除霜運転によってフィンに付着した霜が融解して下方に滑落していくとき、熱交換パイプ間の霜は孔によって分断されて下方に滑落していく。このように、熱交換パイプが複数段複数列配列された比較的大きな熱交換器の場合でも、フィンの除霜を効率よく行うことができる。したがって、除霜時間を短縮することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、各熱交換パイプの中心を通る中心線上に孔が形成されているので、熱交換パイプの真上で霜が分断される。これによって、中心線からずれた位置に孔が形成されている場合に比べて、熱交換パイプの上部に霜が残ることが抑制され、フィンの除霜を効率よく行うことができる。したがって、除霜時間を短縮することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、熱交換パイプ間に垂直方向に延びる長方形孔が形成されているので、円孔など他の形状の孔が形成されている場合に比べて、熱交換パイプ間での霜の分断を促進することが可能となる。これによって、熱交換パイプの上部に霜が残ることが一層抑制され、フィンの除霜を一層効率よく行うことができる。したがって、除霜時間を短縮することができる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、フィンに滑水性及び撥水性を有する表面処理が施されているので、除霜運転によって融解した霜を下方にスムーズに滑落させることができると共に、水滴も下方にスムーズに流下させることができる。これによって、霜や水滴が残留することを抑制してフィンの除霜を一層効率よく行うことができる。したがって、除霜時間を短縮することができる。
【００１８】
請求項６記載の発明によれば、ワッフルフィンにおける波型形状によって、溶融した霜や水滴が下方に滑落・流下するのが促進されるので、霜や水滴が残留することを抑制してフィンの除霜を一層効率よく行うことができる。したがって、除霜時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の冷凍装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、冷凍装置の一種であるヒートポンプ方式の空気調和装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態である空気調和装置１に用いられる室外側熱交換器２の断面図であり、図２は空気調和装置１の冷媒回路図である。
【００２０】
空気調和装置１では、図２に示すように、室外側熱交換器２、膨張弁９、室内側熱交換器１０、四路切換弁１１及び圧縮機１２が冷媒配管で接続されて冷媒回路が構成されている。冷房運転時には、四路切換弁１１は図２に示す実線側に設定される。この状態で、圧縮機１２から吐出した冷媒は、四路切換弁１１、室外側熱交換器２、膨張弁９、室内側熱交換器１０、四路切換弁１１の順番で循環して圧縮機１２に吸入される。このような冷媒の循環によって、室外側熱交換器２は凝縮器として動作し、室内側熱交換器１０は蒸発器として動作する。凝縮器として動作する室外側熱交換器２では、ガス冷媒が室外空気と熱交換を行って液冷媒になり、これによって冷媒は室外空気に対して放熱する。蒸発器として動作する室内側熱交換器１０では、冷媒が室内空気と熱交換を行って蒸発してガス冷媒になり、これによって室内空気は冷媒によって吸熱されて冷却される。
【００２１】
一方、暖房運転時には、四路切換弁１１は図２に示す破線側に設定される。この状態で、圧縮機１２から吐出した冷媒は、四路切換弁１１、室内側熱交換器１０、膨張弁９、室外側熱交換器２、四路切換弁１１の順番で循環して圧縮機１２に吸入される。このような冷媒の循環によって、室内側熱交換器１０が凝縮器として動作し、室外側熱交換器２が蒸発器として動作する。凝縮器として動作する室内側熱交換器１０では、ガス冷媒が室内空気と熱交換を行って凝縮し、これによって室内空気は冷媒からの放熱によって加熱される。蒸発器として動作する室外側熱交換器２では、冷媒は室外空気と熱交換を行って蒸発してガス冷媒になり、これによって冷媒は室外空気から吸熱する。
【００２２】
また、除霜運転は、暖房運転時に一定時間冷媒を逆サイクルで循環させるリバース方式で行われる。つまり、四路切換弁１１を実線側に設定し、圧縮機１２から吐出した冷媒を、四路切換弁１１、室外側熱交換器２、膨張弁９、室内側熱交換器１０、四路切換弁１１の順番で循環させる。これによって、室外側熱交換器２は凝縮器として動作し、冷媒から放熱されるので、霜が融解する。
【００２３】
室外側熱交換器２は、図１に示すように、いわゆるクロスフィンアンドチューブ型熱交換器であり、熱交換面を形成する多数のプレートフィン３を互いに間隔をあけて空気流の流通方向４に直交する方向に沿って並べると共に、これらのプレートフィン３に対して、内部を冷媒が流通する熱交換パイプ５を貫通させて構成されている。
【００２４】
室外側熱交換器２では、プレートフィン３は、長手方向が上下方向に平行になるように配置されている。プレートフィン３を貫通する熱交換パイプ５は、プレートフィン３の一端部から他端部まで長手方向に沿って等間隔に配置されている。なお、プレートフィンは、フラットフィン、スリットフィン、ワッフルフィンなど、板状のフィンを全て含むものである。
【００２５】
本実施形態では、垂直方向に複数段配列されている熱交換パイプ列の熱交換パイプ５間に、垂直方向に延びる長方形孔６が形成されている。長方形孔６は、各熱交換パイプ５の中心５ａを通る中心線Ｍ上に形成されている。
【００２６】
図３は、除霜運転時の室外側熱交換器２における除霜状態を示す模式図である。図３（ａ）に示すように、プレートフィン３のほぼ全体に霜７が付着すると、除霜運転を開始する。除霜運転によって霜７が融解し始めると、図３（ｂ）に示すように、霜７が下方に落ち始める。霜７はプレートフィン３における熱交換パイプ５の上流側部位と下流側部位とを滑落していくが、熱交換パイプ５間の霜７は長方形孔６によって上流側と下流側とに分断されて滑落していく。このようにして霜７が滑落していくことによって、最終的には図３（ｃ）に示すように、霜７がプレートフィン３から取り除かれて除霜が完了する。
【００２７】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、プレートフィン３における熱交換パイプ５間には長方形孔６が形成されているので、除霜運転時にはプレートフィン３における長方形孔６の周辺は他の部位に比べて温度が高くなる。したがって、除霜運転によってプレートフィン３に付着した霜７が融解して下方に滑落していくとき、長方形孔６の周辺では霜７が融解して分断される。つまり、熱交換パイプ５間の霜７は長方形孔６によって分断されて下方に滑落していく。これによって、熱交換パイプ５の上部に霜７が残ることが抑制され、プレートフィン３の除霜を効率よく行うことができる。したがって、除霜時間を短縮することができる。
【００２８】
（２）上記実施形態では、各熱交換パイプ５の中心５ａを通る中心線Ｍ上に長方形孔６が形成されているので、熱交換パイプ５の真上で霜７が分断される。これによって、中心線Ｍからずれた位置に長方形孔６が形成されている場合に比べて、熱交換パイプ５の上部に霜が残ることが抑制され、プレートフィン３の除霜を効率よく行うことができる。
【００２９】
（３）上記実施形態では、熱交換パイプ５間に垂直方向に延びる長方形孔が形成されているので、円孔など他の形状の孔が形成されている場合に比べて、熱交換パイプ５間での霜７の分断を促進することが可能となる。これによって、熱交換パイプ５の上部に霜７が残ることが抑制され、プレートフィン３の除霜を効率よく行うことができる。
【００３０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、複数段１列の熱交換パイプ５を有する室外側熱交換器２の場合を説明したけれども、複数段複数列の熱交換パイプ５を有する室外側熱交換器の場合でも同様に実施することができる。例えば、プレートフィン３を空気流の流通方向４に直交する方向に沿って並べられてなるフィン列（図１参照）が２列以上配列されている熱交換器に対しても同様に実施することができる。この場合は、各熱交換パイプ列の熱交換パイプ５間に長方形孔６を形成する。このように熱交換パイプ５が複数段複数列配列された比較的大きな熱交換器の場合でも、プレートフィン３の除霜を効率よく行うことができる。
【００３１】
・プレートフィン３に滑水性及び撥水性を有する表面処理を施してもよい。滑水性及び撥水性を有する表面処理は、滑水性及び撥水性を有する塗膜を形成することによって行うことができる。滑水性及び撥水性を有する表面処理によって、除霜運転によって融解した霜７を下方にスムーズに滑落させることができると共に、水滴も下方にスムーズに流下させることができる。これによって、霜７や水滴が残留ことを抑制してプレートフィン３の除霜を一層効率よく行うことができる。
【００３２】
・プレートフィンとしてワッフルフィンを用いてもよい。ワッフルフィンを用いた場合は、ワッフルフィンにおける波型形状によって、融解した霜７や水滴が下方に滑落・流下するのが促進されるので、霜７や水滴が残留することを抑制してフィンの除霜を一層効率よく行うことができる。
【００３３】
・熱交換パイプ５間に形成される孔は、垂直方向に延びる長方形孔６に限らず、垂直方向に延びる楕円形孔や円形孔など、他の形状であってもよい。
・上記実施形態では、リバース方式で除霜運転を行うようにしたが、ホットガスバイパス方式で除霜運転を行うようにしてもよい。
【００３４】
上記実施形態では、冷凍装置の一種であるヒートポンプ方式の空気調和装置を例にとり説明したけれども、たとえば冷蔵庫や冷凍庫に本発明を適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、例えば、家庭用及び業務用の空気調和装置、家庭用及び業務用の冷凍庫、家庭用及び業務用の冷蔵庫、家庭用及び業務用の給湯装置などの除霜を必要とする装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態である空気調和装置１に用いられる室外側熱交換器２の断面図。
【図２】空気調和装置１の冷媒回路図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は除霜運転時の室外側熱交換器２における除霜状態を示す模式図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は除霜運転時の従来の熱交換器における除霜状態を示す模式図。
【符号の説明】
【００３７】
１…空気調和装置、２…室外側熱交換器、３…プレートフィン、４…流通方向、５…熱交換パイプ、５ａ…中心、６…長方形孔、７…霜、９…膨張弁、１０…室内側熱交換器、１１…四路切換弁、１２…圧縮機、Ｍ…中心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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