(57)【要約】【課題】製造が容易な上に、冷媒の漏洩を防止でき、通風抵抗が少なく、埃などの目詰まり耐力に優れた熱交換器、冷蔵庫および空調装置を得る。【解決手段】一本の扁平伝熱管２１を蛇行状に折り曲げて間隙を設けて積層した積層体２２と、間隙全体で形成した風路とを備え、積層体２２を通風方向に複数配列し、隣接する一対の積層体２２は、一方の積層体２２の一方の折り曲げ側と、他方の積層体２２の他方の折り曲げ側とが扁平伝熱管２１により連結され、一方の積層体２２の扁平伝熱管２１部分と他方の積層体２２の間隙部分とを対向して配置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一本の扁平伝熱管を蛇行状に折り曲げて間隙を設けて積層した積層体と、前記間隙全体で形成した風路とを備え、
前記積層体を通風方向に複数配列し、
隣接する一対の前記積層体は、
一方の前記積層体の一方の折り曲げ側と、他方の前記積層体の他方の折り曲げ側とが前記扁平伝熱管により連結され、
一方の前記積層体の扁平伝熱管部分と他方の前記積層体の間隙部分とを対向して配置したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
通風方向と垂直な上下方向で前記扁平伝熱管を折り曲げ、左右方向に前記扁平伝熱管を積層したことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
一本の扁平伝熱管を間隙を設けながら渦状に巻いた渦状体と、前記間隙で形成した風路とを備え、
前記渦状体を通風方向に複数配列し、
隣接する一対の前記渦状体は、
互いの前記渦状体における扁平伝熱管の最内周部、又は互いの前記渦状体における扁平伝熱管の最外周部で前記扁平伝熱管により連結され、
一方の前記渦状体の扁平伝熱管部分と他方の前記渦状体の間隙部分とを対向して配置したことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
前記渦状体における扁平伝熱管の最内周部の直径は、
送風機のファンモータ直径よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
前記間隙は、
前記渦状体の最内周部側の間隙が、前記渦状体の最外周部の間隙よりも大きくなっていることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
前記扁平伝熱管は波形に曲げられたものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の熱交換器。
【請求項７】
前記間隙に挿入し、前記扁平伝熱管の間隔を維持する固定部材を更に備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載の熱交換器。
【請求項８】
前記固定部材は、複数の前記間隙に挿入する櫛歯状部材であることを特徴とする請求項７記載の熱交換器。
【請求項９】
前記固定部材は、複数の前記間隙に挿入するための桟が内部に形成された額縁状部材であることを特徴とする請求項７記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記扁平伝熱管の端部には、一端が扁平状で他端が円管状の接続部材が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項記載の熱交換器。
【請求項１１】
送風機のファンモータと請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の熱交換器を一体で形成したことを特徴とする熱交換装置。
【請求項１２】
請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の熱交換器における前記渦状体の列の一部又は全部によって、送風機を覆っていることを特徴とする熱交換装置。
【請求項１３】
前記渦状体における扁平伝熱管の最内周部の直径は、
送風機の風上側から送風機にかけて拡径し、送風機から送風機の風下側にかけて縮経していることを特徴とする請求項１２に記載の熱交換装置。
【請求項１４】
前記間隙に挿入し、前記扁平伝熱管の間隔を維持する固定部材を更に備えたことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか一項記載の熱交換装置。
【請求項１５】
前記固定部材は、複数の前記間隙に挿入する櫛歯状部材であることを特徴とする請求項１４記載の熱交換装置。
【請求項１６】
前記固定部材は、複数の前記間隙に挿入するための桟が内部に形成された額縁状部材であることを特徴とする請求項１４記載の熱交換装置。
【請求項１７】
前記扁平伝熱管の端部には、一端が扁平状で他端が円管状の接続部材が設けられていることを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか一項記載の熱交換装置。
【請求項１８】
圧縮機、凝縮器、絞り手段および冷却器を順次接続してなる冷凍サイクルを備え、
該凝縮器に、前記請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の熱交換器を用いたことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項１９】
前記冷蔵庫は、さらに送風機を備え、
前記送風機の通風方向の風上側から、前記凝縮器、前記送風機、前記圧縮機の順で配置したことを特徴とする請求項１８に記載の冷蔵庫。
【請求項２０】
圧縮機、凝縮器、絞り手段および冷却器を順次接続してなる冷凍サイクルを備え、
該凝縮器に、前記請求項１１から請求項１７のいずれかに記載の熱交換装置を用いたことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２１】
前記冷凍サイクルに用いる冷媒は、自然冷媒であるＲ６００ａ（イソブタン）としたことを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれか一項記載の冷蔵庫。
【請求項２２】
圧縮機、凝縮器、絞り手段および冷却器を順次接続してなる冷凍サイクルを備え、前記凝縮器に、前記請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の熱交換器を用いたことを特徴とする空調装置。
【請求項２３】
圧縮機、凝縮器、絞り手段および冷却器を順次接続してなる冷凍サイクルを備え、前記凝縮器に、前記請求項１１から請求項１７のいずれかに記載の熱交換装置を用いたことを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、冷蔵庫および空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器として、扁平チューブの間にコルゲートフィンを積層したものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９０７６０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のプレートフィンチューブ型やコルゲートフィン型の熱交換器は、第一に、伝熱管（扁平チューブ等）の間にフィン（コルゲートフィン等）を積層する製造工程が複雑となり、加工性が悪いといった課題があった。第二に、複数の熱交換器を用いる場合、各熱交換器の伝熱管をＵベンドやヘッダを用いて連結するため、冷媒が漏洩してしまうという課題があった。第三に、フィンを用いることで通風抵抗が大きくなり、強力な送風機が必要になるといった課題があった。第四に、フィンの目が細かいので、埃や油などが付着し、目詰まりが起こり易いといった課題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、製造が容易な上に、冷媒の漏洩を防止でき、通風抵抗が少なく、埃などの目詰まり耐力に優れた熱交換器（熱交換装置）、冷蔵庫および空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る熱交換器は、一本の扁平伝熱管を蛇行状に折り曲げて間隙を設けて積層した積層体と、前記間隙全体で形成した風路とを備え、積層体を通風方向に複数配列し、隣接する一対の積層体は、一方の積層体の一方の折り曲げ側と、他方の積層体の他方の折り曲げ側とが扁平伝熱管により連結され、一方の積層体の扁平伝熱管部分と他方の積層体の間隙部分とを対向して配置している。
また、本発明に係る冷蔵庫は、圧縮機、凝縮器、絞り手段および冷却器を順次接続してなる冷凍サイクルを備え、この凝縮器に、上記の熱交換器を用いている。
さらに、本発明に係る空調装置は、圧縮機、凝縮器、絞り手段および冷却器を順次接続してなる冷凍サイクルを備え、この凝縮器に、上記の熱交換器を用いている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る熱交換器によれば、一本の扁平伝熱管を蛇行状に折り曲げるだけで容易に製造できるので、フィンなどの部品の加工作業が不要となり、製造コストを大幅に低減させることができる。加えて、一本の扁平伝熱管により複数の積層体（熱交換器）を形成しているので、扁平伝熱管の連結にＵベンドやヘッダを用いる必要がなく、冷媒の漏洩を防止することができる。
また、隣接する扁平伝熱管の間隙全体で風路を形成しているので、風路の断面積が大きくなる。その結果、通風抵抗が小さくなり、送風機の動力低減が可能となる。
さらに、間隙全体で風路を形成しているので、風路の断面積が大きくなる。その結果、埃などの異物が詰まり難くなり、長年にわたり伝熱性能を維持することができる。特に、冷蔵庫の下部背面のような埃の付着が起こり易い場所（機械室など）に熱交換器を配置した場合であっても、長年にわたり伝熱性能を維持することができ、信頼性の高い冷蔵庫の供給が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、本発明の好適な実施の形態１について添付図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態１に係る冷蔵庫を示す正面図である。また、図２は、本実施の形態１に係る冷蔵庫の機械室カバーを外した状態を示す背面図である。さらに、図３は、本実施の形態１に係る冷蔵庫の冷媒回路の構成を示す回路図である。図１および図２に示すように、１は食品を冷蔵保管する冷蔵室、２は氷を作成する製氷室、３は冷蔵室と製氷室のいずれにも切り替えられる切替室、４は野菜類を冷蔵保存する野菜室、５は冷凍食品を冷凍保管する冷凍室、６は本体の下部背面に設けられた機械室、７は機械室６に設けられた送風機である。
【０００９】
また、図３に示すように、１１は圧縮機、１３は第１の凝縮器、１４は第２の凝縮器、１５は第３の凝縮器、１６は絞り手段である毛細管、１７は冷却器、１８は低圧アキュムレータである。そして、第１の凝縮器１３、第２の凝縮器１４、第３の凝縮器１５および冷却器１７で本実施の形態に係る熱交換器を構成する。また、圧縮機１１、第１の凝縮器１３、第２の凝縮器１４、第３の凝縮器１５、毛細管１６、冷却器１７および低圧アキュムレータ１８は、順次配管で接続され、冷凍サイクルを構成する。冷媒回路は、自然冷媒であるＲ６００ａ（イソブタン）を用いている。
【００１０】
図１および図２に示すように、第１の凝縮器１３は機械室６に設置されており、送風機７より供給される室温（３０℃）程度の空気で冷却される。第２の凝縮器１４は、冷蔵庫本体側壁の外箱（鋼板）と断熱材（ウレタン）の間に設置されている。また、第３の凝縮器１５は、冷蔵庫本体開口部に埋設されており、扉開閉時や冷熱の漏洩による扉周囲の露付を防止する機能を有しており、冷蔵庫の凝縮器はこれら３箇所の放熱箇所を有している。
【００１１】
図４は、第１の凝縮器１３の詳細構造を示す斜視図である。同図に示すように、第１の凝縮器１３は、一本の扁平伝熱管２１を蛇行状に折り曲げて間隙を設けて積層した積層体２２と、間隙全体で形成した風路２３とを備えている。
【００１２】
第１の凝縮器１３は、一本の扁平伝熱管２１を底面から天面方向に向けて蛇行状に折り曲げて、複数段の扁平伝熱管２１を上方に積層し、１列目の積層体２２ａを形成している。最上段では扁平伝熱管２１を水平方向（通風方向）に折り曲げて移動させ、再び天面から底面に折り曲げて、複数段の扁平伝熱管２１を下方に積層し、２列目の積層体２２ｂを形成している。さらに、最下段で再び水平方向（通風方向）に折り曲げて、複数段の扁平伝熱管２１を上方に積層し、３列目の積層体２２ｃを形成している。熱交換器の容量は段数方向（積層方向）の曲げ回数を増加させるか、列方向（通風方向）の曲げ回数を増加させれば、容易に調整することができる。
扁平伝熱管２１の内部には、隔壁が等間隔に設けられ、複数の冷媒流路に仕切られている。また、扁平伝熱管２１の素材には、アルミニウム（Ａ１０５０）が用いられている。
ここで、積層体２２を列方向（通風方向）に複数配列することにより、積層体２２の積層数を抑えつつ、熱交換器の所望の容量を確保することができ、高さ方向の狭い場所にも熱交換器を設置できるといった効果を有する。
また、複数の積層体２２は一本の扁平伝熱管２１から構成されているので、部品点数を大幅に削減できると共に、一本の扁平伝熱管２１を折り曲げるだけで熱交換器が構成できるので、加工作業が容易となり、製造コストを大幅に低減させることができる。
【００１３】
さらに、本実施の形態１においては、高さがほぼ等しい積層体２２ａの上部奥側の折り曲げ部と、積層体２２ｂの上部手前側の折り曲げ部とが扁平伝熱管２１により略水平に連結されている。また、高さがほぼ等しい積層体２２ｂの下部奥側の折り曲げ部と、積層体２２ｃの下部手前側の折り曲げ部とが扁平伝熱管２１により略水平に連結されている。このため、各積層体２２は、上下方向への凹凸がなく連結することができ、より第１の凝縮器１３をコンパクトに製作することができる。
【００１４】
１列目の積層体２２ａに対して２列目の積層体２２ｂは、０．５段分だけ垂直上方向（積層上方向）にずらして配置している。同様に、２列目の積層体２２ｂに対して３列目の積層体２２ｃは、０．５段分だけ垂直下方向（積層下方向）にずらして配置している。かかる配置によって、１列目の積層体２２ａの間隙部分と２列目の積層体２２ｂの扁平伝熱管部分とが対向することとなる。また、２列目の積層体２２ｂの間隙部分と３列目の積層体２２ｃの扁平伝熱管部分とが対向することとなる。
【００１５】
一般に、複数の積層体２２を並べて一方から送風した場合、手前側の積層体２２ａに多くの風が当たるものの、奥側の積層体２２ｂ，２２ｃは、手前側の積層体２２ａが邪魔になって、十分には風が当たらず、全体としての放熱効率は悪い。これに対して、本実施の形態１であれば、各列の積層体２２の間隙部分と積層体２２の扁平伝熱管部分とが互い違いになっているので、送風機７による送風が、１列目の積層体２２ａの間隙部分（風路２３）を通過して、２列目の積層体２２ｂの扁平伝熱管部分に障害物なしに当たる。また、２列目の積層体２２ｂの扁平伝熱管部分に当たった風は、伝熱管が扁平形状ゆえ低抵抗で２つに分かれて、２列目の積層体２２ｂの間隙部分（風路２３）を通過して、３列目の積層体２２ｃの扁平伝熱管部分に障害物なしに当たる。その結果、全体としての放熱効率が向上する。
【００１６】
図５は、接続部材２４の概略構成を示す斜視図である。接続部材２４は、圧縮機１１からの円管状の配管と第１の凝縮器１３とを接続する。接続部材２４は、アルミニウムで構成され、円管状の接続配管の一端を拡管し、押し潰して扁平状に変形させ、扁平伝熱管２１の形状に合わせている。扁平伝熱管２１の端部と接続部材２４の扁平状の端部とは、ロー付けや溶接により接続されている。このように、形状が大きく異なる圧縮機１１からの円管状の配管と、扁平状の扁平伝熱管２１とを、接続部材２４で極めて簡単に接続することができ、取り付け作業の効率が向上する。
【００１７】
次に、本実施の形態１に係る冷蔵庫の動作について、図３の冷媒回路図および図６のＰ−ｈ線図を用いて説明する。図３および図６中のアルファベット記号と本文の記号は同じ箇所を示している。圧縮機１１で圧縮された冷媒は、高圧高温（４６５ｋＰａ、６０℃）の過熱蒸気冷媒となり、第１の凝縮器１３に流入する。送風機７で室温程度（３０℃）の空気により冷却され放熱し、高圧（４６５ｋＰａ、３５℃）の比較的乾き度の高い二相冷媒まで冷却される。その後、第２の凝縮器１４である側面部の配管で冷蔵庫外部に放熱した結果、冷媒は凝縮液化し、さらに第３の凝縮器１５である扉周囲の配管で凝縮液化し、乾き度の低い二相冷媒となる。その後、絞り手段である毛細管１６で減圧され、低圧低温（４６ｋＰａ、−３０℃）の二相冷媒となり、冷却器１７に流れ込む。冷却器１７では低圧低温の二相冷媒は蒸発気化し、冷蔵庫内空気を冷却する。低圧低温の蒸気冷媒は圧縮機１１に流れ込み、再び圧縮され高温高圧の過熱蒸気冷媒として第１の凝縮器１３に流れ込む。
【００１８】
冷蔵庫の筐体には断熱構造体が組み込まれており、第２の凝縮器１４および第３の凝縮器は冷蔵庫側面や扉周囲の断熱構造体に埋設されているために、放熱の一部が冷蔵庫の熱負荷となる。一方、冷蔵庫の下部背面に設けられた機械室６は、断熱構造体の外部に位置する。このため、機械室６に配置された第１の凝縮器１３からの放熱は外部に放出され、冷蔵庫庫内に熱が加わることはない。従って、第１の凝縮器でより多くの放熱を行うことが、冷蔵庫の熱負荷低減につながる。
【００１９】
本実施の形態１では、従来のフィンアンドチューブ式の熱交換器（伝熱管直径６．３５ｍｍ、列数６列、段数２段、フィンピッチ５ｍｍ、段ピッチ２５．４ｍｍ、列ピッチ２２ｍｍ）に対して、第１の凝縮器（伝熱管長辺１６ｍｍ、短辺２ｍｍ、列数３列、段数１４段、段ピッチ８ｍｍ、列ピッチ１６ｍｍ）は約２倍の伝熱性能（熱伝達率［Ｗ／ｍ２Ｋ］）を有している。前面風速に対する管外側の熱伝達係数を測定した結果を図７に示す。また、第１の凝縮器１３の通風圧力損失を測定した結果を図８に示す。同図より、第１の凝縮器１３の通風圧力損失は、従来のフィンアンドチューブ式の熱交換器の約０．５倍となっていることが判る。
【００２０】
また、例えば３０℃の空気と凝縮温度３５℃のＲ６００ａ（イソブタン）を熱交換させたとき、従来のフィンアンドチューブ式の熱交換器（伝熱管直径６．３５ｍｍ、列数６列、段数２段、フィンピッチ５ｍｍ、段ピッチ２５．４ｍｍ、列ピッチ２２ｍｍ）の熱抵抗は０．５９Ｋ／Ｗであるのに対して、第１の凝縮器１３（伝熱管長辺１６ｍｍ、短辺２ｍｍ、流路数１２、列数３列、段数１４段、段ピッチ８ｍｍ、列ピッチ１６ｍｍ）の管内の熱抵抗は０．０４Ｋ／Ｗとなる。つまり、第１の凝縮器１３の熱抵抗は、従来のフィンアンドチューブ式の熱交換器の熱抵抗の１０分の１以下になる。このように、複数の冷媒流路による扁平伝熱管２１の管内伝熱面積拡大効果により、熱交換効率を向上できる。
【００２１】
以上のように、本実施の形態１に係る第１の凝縮器１３を用いれば、従来のフィンアンドチューブタイプの凝縮器に比べ熱交換能力が大きくなるため、第２の凝縮器１４および第３の凝縮器１５を小型化することが可能となり、冷媒量を削減できる効果が得られる。
また、第１の凝縮器１３を用い、且つ第２の凝縮器１４および第３の凝縮器１５をそのまま用いれば、凝縮器全体の性能が向上し、冷蔵庫の消費電力量を低減する効果も得られる。
さらに、第１の凝縮器１３は、扁平伝熱管２１のみで構成しているために、製造が容易であり、低コストな冷凍冷蔵庫を供給することが可能となる。
【００２２】
ここで、扁平伝熱管２１は、その内部に形成された冷媒流路での冷媒の圧力損失が懸念される。しかしながら、冷蔵庫の冷凍サイクルに充填されるＲ６００ａ（イソブタン）の充填量は少なく、循環量も少ないので、扁平伝熱管２１内部での圧力損失は小さい。このため、冷蔵庫の冷凍サイクルに第１の凝縮器１３を用いた場合、特に凝縮器の熱交換効率の改善に有効である。
【００２３】
図９は、第１の凝縮器１３の固定方法を示す斜視図である。第１の凝縮器１３は３列で構成されており、１列目と２列目が０．５段垂直上方向にオフセットし、さらに３列目も２列目に対して０．５段垂直下方向にオフセットした状態となっている。この状態を維持するために固定部材２５が第１の凝縮器両端に配置している。固定部材２５は櫛歯状になっており１列目と３列目を同一高さで、２列目を０．５段垂直下方向で固定できるように、その隙間に挿入する。第１の凝縮器１３は、扁平伝熱管２１を蛇行状に折り曲げて構成しているので、バネ性を有し、上下に振動し易い。そこで、固定部材２５を扁平伝熱管２１に挿入して固定することにより、扁平伝熱管２１の振動を簡単かつ確実に抑制することができる。また、固定部材２５の挿入だけでいいので、製造が容易であり、部品点数も少なくて済むので、コスト低減効果もある。さらに、固定部材２５は櫛歯状のため、複数の間隙に同時に挿入固定することができ、製造効率が向上する。
【００２４】
なお、固定部材２５の形状は図９に示す形状に限られず、図１０に示すような形状としてもよい。
図１０は、固定部材２５の別の一例を示す図であり、図１０（ａ）は、固定部材２５が組み立てられた状態の斜視図、図１０（ｂ）は、固定部材２５が分解された状態の正面図を示す。固定部材２５は、長手（図１０における上下方向）に所定の間隔で桟２５ａが形成された額縁形状をしており、固定部材２６及び２７から構成されている。固定部材２６は、凸部２６ａと凹部２６ｂが交互に形成された櫛歯状の形状をしている。この凸部２６ａの先端部には、係合突起２６ｃが形成されており、凹部２６ｂ底部の略中央部には、係合凹部２６ｄが形成されている。固定部材２７もまた、凸部２７ａと凹部２７ｂが交互に形成された櫛歯状の形状をしている。この凸部２７ａの先端部には、係合突起２７ｃが形成されており、凹部２７ｂ底部の略中央部には、係合凹部２７ｄが形成されている。
【００２５】
固定部材２６の係合突起２６ｃと固定部材２７の係合凹部２７ｄ、固定部材２６の係合凹部２６ｄと固定部材２７の係合突起２７ｃをそれぞれ係合することにより、固定部材２６及び固定部材２７が接合され、固定部材２５が構成される。このとき、固定部材２６の凸部２６ａと固定部材２７の凸部２７ａとがそれぞれ桟２５ａとなる。この桟２５ａを、図９と同様に積層体２２ａ〜２２ｃの各間隙に挿入することにより、積層体２２ａ〜２２ｃを形成する扁平伝熱管２１の上下方向の間隔（間隙）を維持することができる。さらに、固定部材２６の凹部２６ｂ底部と固定部材２７の凹部２７ｂ底部とにより積層体２２ａ〜２２ｃを列方向で固定できるため、積層体２２ａ〜２２ｃの列方向への膨らみを防止することができる。
【００２６】
以上のように、本実施の形態１であれば、扁平伝熱管２１を蛇行状に折り曲げるだけで容易に熱交換器が製造できるので、フィンなどの部品の加工作業が不要となり、製造コストを大幅に低減させることができる。
また、隣接する扁平伝熱管２１の間隙全体で風路２３を形成しているので、風路２３の断面積が大きくなる。その結果、通風抵抗が小さくなり、送風機７の動力低減が可能となる。
さらに、間隙全体で風路２３を形成しているので、風路２３の断面積が大きいなる。その結果、埃などの異物が詰まり難くなり、長年にわたり伝熱性能を維持することができる。特に、冷蔵庫の下部背面のような埃の付着が起こり易い場所（機械室６など）に熱交換器を配置した場合であっても、長年にわたり伝熱性能を維持することができ、信頼性の高い冷蔵庫の供給が可能となる。
【００２７】
また、第１の凝縮器１３は、隣接する扁平伝熱管２１の間隙全体で風路２３を形成しているので通風抵抗が小さく、機械室６内に可燃性冷媒であるＲ６００ａ（イソブタン）が漏洩しても速やかに排気できる。このため、より安全な冷蔵庫を使用者に提供できる。
【００２８】
また、第１の凝縮器１３は、従来用いられるフィンアンドチューブ方式の熱交換器とは異なり、フィンを用いていないので、形状を任意に変更できる。例えば曲線状に折り曲げたり、円状に巻きつけて構成しても良い。さらに、フィンを用いていないので、埃などの付着による空気流路の目詰まりにも強く、信頼性の高い熱交換器を構成することが可能となる。
さらに、第１の凝縮器１３は１列目と２列目をオフセットしているので、伝熱性能が向上する効果がある。さらに、固定部材２５で第１の凝縮器１３を固定しているので、伝熱性能を維持し、形態を維持する効果がある。さらに、冷蔵庫本体への固定も容易となる。
【００２９】
なお、本実施の形態１では、冷蔵庫を例に挙げて説明したが、本実施の形態１の熱交換器を空調装置に適用してもよい。すなわち、圧縮機１１、第１の凝縮器１３、絞り手段である毛細管１６および冷却器１７を順次接続してなる冷凍サイクルを備え、第１の凝縮器１３は、扁平伝熱管２１を蛇行状に折り曲げて間隙を設けて積層した積層体２２と、間隙全体で形成した風路２３とを備えた空調装置としてもよい。そして、かかる空調装置であれば、フィンなどの部品の加工作業が不要となり、製造コストを大幅に低減させることができるといった作用効果、通風抵抗が小さくなり、送風機７の動力低減が可能となるといった作用効果、結果、埃などの異物が詰まり難くなり、長年にわたり伝熱性能を維持することができるといった作用効果のいずれも発揮される。
【００３０】
また、本実施の形態１では、冷媒にＲ６００ａを用いたがこれに限ることなく、二酸化炭素などのその他の自然冷媒はもちろんのこと、ＨＦＣ系冷媒でも同様の効果を奏する。さらに、第１の凝縮器１３に、アルミニウム（Ａ１０５０）を用いたが、これに限ることなく、Ａ３００３やＡ７０７２などのアルミニウム合金でもよく、その他の金属例えば銅やステンレスなどでもよい。
【００３１】
また、本実施の形態１では、接続部材２４にアルミニウムを用いたが、これに限ることなく、第１の凝縮器１３（扁平伝熱管２１）と同様に種々の材質を用いることが可能である。例えば、圧縮機１１から延設された円管状の配管が銅製の場合、接続部材２４を銅製としてもよい。この場合、接続部材２４と扁平伝熱管２１との接続は、例えばロー付けや接着により行われる。
【００３２】
また、第１の凝縮器１３は、扁平伝熱管２１を通風方向に対して左右方向に積層して形成してもよい（図４に示す第１の凝縮器１３を通風方向を中心軸として９０°回転させた状態）。つまり、一本の扁平伝熱管２１を通風方向と略垂直な左右方向に蛇行状に折り曲げて、複数段の扁平伝熱管２１を積層し、１列目の積層体２２ａを形成する。端部では扁平伝熱管２１を上下方向（通風方向）に折り曲げて移動させ、再び通風方向と略垂直な左右方向に折り曲げて、複数段の扁平伝熱管２１を積層し、２列目の積層体２２ｂを形成する。さらに、端部で再び上下方向（通風方向）に折り曲げて、複数段の扁平伝熱管２１を通風方向と略垂直な左右方向に積層し、３列目の積層体２２ｃを形成してもよい。
【００３３】
このように第１の凝縮器１３を形成することにより、扁平伝熱管２１内の冷媒流路は上下方向に形成されることとなる。このため、扁平伝熱管２１内の冷媒流路の内壁面に熱伝達性の良い冷媒の液膜が形成されやすくなり、熱伝達率を向上できるため、第１の凝縮器１３の熱交換効率が改善する。また、埃は積層体２２の下側の曲げ部に集約するので、埃詰まりも抑制できる。
【００３４】
また、図１１に示すように、扁平伝熱管２１を波形に曲げながら第１の凝縮器１３を形成してもよい。これにより、単位容積辺りの管外の有効伝熱面積を拡大でき、第１の凝縮器１３の熱交換性能が向上する。
【００３５】
実施の形態２．
実施の形態１では、冷蔵庫の機械室６内において、第１の凝縮器１３は送風機７の風下側、つまり送風機７の吹き出し側に配置されていた。しかしながら、この配置に限らず、第１の凝縮器１３を送風機７の風上側、つまり送風機７の吸い込み側に配置してもよい。
なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一機能については同一の符号を用いて述べることとする。
【００３６】
図１２は、本実施の形態２に係る冷蔵庫の機械室６を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は背面図（実施の形態１における図２と同方向を示す図）を示す。
実施の形態１と異なり、第１の凝縮器１３は、送風機７の風上側、つまり送風機７の吸い込み側に配置されている。送風機７の吸い込み側を流れる空気は、送風機７の翼周部を流れる空気の速度と送風機７の中心部を流れる空気の速度との差が少ない。したがって、第１の凝縮器１３を送風機７の吹き出し側に配置する場合と比べ、第１の凝縮器１３の風路２３を流れる空気の速度分布はより均一となる。
【００３７】
低圧アキュムレータ１８と圧縮機１１との間には、低圧低温の蒸気冷媒が流通する配管２８ａが接続されている。この配管２８ａは、冷蔵庫の天面側（上方）から圧縮機１１の接続口１１ａに延設されている。圧縮機１１と第１の凝縮器１３との間には、高圧高温（４６５ｋＰａ、６０℃）の過熱蒸気冷媒が流通する配管２８ｂが接続されている。この配管２８ｂは、圧縮機１１の接続口１１ｂから、送風機７の吹き出し側、及び送風機７と冷凍室５との間を通り、第１の凝縮器１３の接続口１３ａ（冷媒の入口）へと延設されている。また、第１の凝縮器１３と第２の凝縮器１４との間には、比較的乾き度の高い二相冷媒が流通する配管２８ｃが接続されている。この配管２８ｃは、第１の凝縮器１３の接続口１３ｂ（冷媒の出口）から冷蔵庫の天面側に延設されている。
【００３８】
本実施の形態２における第１の凝縮器１３は１本の扁平伝熱管により形成され、１列目の積層体２２ａと２列目の積層体２２ｂとから構成されている。このため、接続口１３ａを１列目の積層体２２ａの天面側に設けることにより、接続口１３ｂは２列目の積層体２２ｂの天面側に設けられることとなる。
なお、接続口１３ａが底面側に設けられている場合には、積層体２２を奇数列とすることによって、接続口１３ｂを天面側に設けることが可能である。
【００３９】
このように構成された冷蔵庫においては、第１の凝縮器１３における冷媒流出側の接続口１３ｂを天面側に設けることにより、第１の凝縮器１３と第２の凝縮器１４とを接続する配管２８ｃの長さを短くできるため、冷蔵庫の製造コストを削減することができる。
また、圧縮機１１と第１の凝縮器１３とを接続する配管２８ｂが、送風機７の吹き出し側及び送風機７と冷凍室５との間を通っているので、つまり、配管２８ｂが送風機７の風速の大きい領域に設けられている。このため、配管２８ｂを流れる高圧高温（４６５ｋＰａ、６０℃）の過熱蒸気冷媒は送風機７から送られる空気によって冷却されるので、冷蔵庫に設けられた冷凍サイクル全体としての熱交換効率が向上する。
【００４０】
第１の凝縮器１３は、送風機７の吸い込み側に配置されているので、第１の凝縮器１３を送風機７の吹き出し側に配置する場合と比べ、第１の凝縮器１３の風路２３を流れる空気の速度分布はより均一となる。このため、冷媒と空気との熱交換量が増加し、第１の熱交換器１３の熱交換効率が向上する。また、送風機７から吹き出される風速の大きな空気を圧縮機１１に送ることができるので、圧縮機１１を冷却することが可能となり、圧縮機効率が向上する。
【００４１】
実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２では、第１の凝縮器１３は１本の扁平伝熱管２１を上下方向または左右方向に積層して形成したが、これに限らず種々の形態が可能である。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一機能については同一の符号を用いて述べることとする。
【００４２】
図１３は、本実施の形態３に係る第１の凝縮器１３の一例を示す斜視図である。扁平伝熱管２１の内部には隔壁が等間隔に設けられ、複数の冷媒流路に仕切られている。この扁平伝熱管２１は、長丸形状に曲げられており、所定の大きさの間隙を設けながら内側に向かって渦状に巻かれて１列目の渦状体２９ａを形成している。この間隙の一部または全部が風路２３となる。最内周部で長丸形状に曲げられた扁平伝熱管２１は通風方向に曲げられている。そして、再び長丸形状に曲げられ、風路２３となる所定の大きさの間隙を設けながら外側に向かって渦状に巻かれて２列目の渦状体２９ｂを形成している。また、２列目の渦状体２９ｂは、１列目の渦状体２９ａの間隙と対向する位置に扁平伝熱管２１が巻かれている。
【００４３】
接続口１３ａは１列目の渦状体２９ｂの天面側に設けられている。このため、第１の凝縮器１３を偶数列の渦状体２９で構成することにより、接続口１３ｂを天面側に設けられることができる。第１の凝縮器１３における冷媒流出側の接続口１３ｂを天面側に設けることにより、第１の凝縮器１３と第２の凝縮器１４とを接続する配管２８ｃの長さを短くできるため、冷蔵庫の製造コストを削減することができる。また、送風機７の翼周部を流れる空気の速度は、送風機７の中心部を流れる空気の速度よりも速いため、接続口１３ａと接続される冷媒流入配管２８ｂ、及び接続口１３ｂと接続される冷媒流出配管２８ｃを空気の速度が速い送風機７の翼周部と対向する範囲に設けることにより、第１の凝縮器１３の熱交換効率を向上することができる。
【００４４】
このように構成された第１の凝縮器１３の渦状体２９は、実施の形態１における積層体２２よりも曲げが緩やかなため、冷媒の圧力損失を抑えることができる。また、渦状体２９ａと渦状体２９ｂとは、それぞれ最内周部の扁平伝熱管２１で連結されているため、第１の凝縮器１３の構造をコンパクトにすることができる。
【００４５】
なお、扁平伝熱管２１の曲げ形状は長丸形状に限定されず、例えば円形状に曲げられてもよい。波形状に曲げられた扁平伝熱管２１を用いて第１の凝縮器１３を形成してもよい。また、第１の凝縮器１３の容量は、各渦状体の巻き数を増加させるか、列数を増加させることにより、容易に調整可能である。例えば、渦状体２９を３列としてもよい。このとき、１列目と２列目の渦状体２９をそれぞれ最内周部の扁平伝熱管２１で連結した場合、２列目と３列目の渦状体２９をそれぞれ最外周部の扁平伝熱管２１で連結することにより、第１の凝縮器１３の構造をコンパクトにすることができる。
【００４６】
図１４に、本実施の形態３に係る第１の凝縮器１３の別の一例を示す。扁平伝熱管２１は、長丸形状に曲げられており、風路２３となる間隙を設けながら内側に向かって渦状に巻かれて第１の凝縮器１３を形成している。また、扁平伝熱管の間に設けられた間隙の幅、つまり風路２３の幅は、最外周部側よりも最内周部側のほうが大きくなっている。送風機７の翼周部を流れる空気の速度は、送風機７の中心部を流れる空気の速度よりも速い。したがって、空気の速度が速い送風機７の翼周部と対向する範囲の風路２３の幅を小さくすることで、空気と冷媒との熱交換が促進される。また、空気の速度が遅い送風機７の中心部と対向する範囲の風路２３の幅を大きくすることで、風路２３を流れる空気の速度低下を抑制出来る。このように風路２３を流れる空気の速度に対応して風路２３の幅を変化させることにより、第１の凝縮器１３の熱交換効率を向上させることができる。
【００４７】
また、上記の第１の凝縮器１３（熱交換器）と送風機７をユニット化して、凝縮装置（熱交換装置）１３０としてもよい。
図１５に、本実施の形態３に係る凝縮装置１３０の一例を示す。この図１５は凝縮装置１３０の側面断面図を示すものである。凝縮装置１３０は第１の凝縮器１３と送風機等から構成されており、第１の凝縮器１３は例えば４列の渦状体２９ａ〜２９ｄで構成されている。渦状体２９ａ及び渦状体２９ｄは、扁平伝熱管２１が例えば円形状に曲げられており、風路２３となる所定の大きさの間隙を設けながら渦状に巻かれて形成されている。渦状体２９ｂ及び渦状体２９ｃは１周のみ巻かれた形状となっており、送風機７を覆うように形成されている。
なお、渦状体２９の列数は４列に限定されるものではなく、何列でもよい。また、渦状体２９ａ〜２９ｄの巻き数も任意に変更可能である。
【００４８】
第１の凝縮器１３は、送風機７の吹き出し側に設けられた接続口１３ａから高圧高温の過熱蒸気冷媒が流入し、送風機７の吸い込み側に設けられた接続口１３ｂから比較的乾き度の高い二相冷媒が流出する。つまり、第１の凝縮器１３の冷媒流れと風路２３の空気流れとは対向流になっている。
【００４９】
図１６は、第１の凝縮器１３を流れる冷媒の温度変化と、風路２３を流れる空気の温度変化との関係を示す特性図である。接続口１３ａから第１の凝縮器１３に流入した５０℃の高圧高温の過熱蒸気冷媒は、風路２３を流れる空気と熱交換をおこない冷却され３３℃の二相冷媒となる。その後も、この二相冷媒は風路２３を流れる空気と熱交換をおこない、比較的乾き度の高い二相冷媒となって第１の凝縮器１３から流出する（この間は等温変化であり冷媒温度は３３℃である）。
【００５０】
第１の凝縮器１３の冷媒流れと風路２３の空気流れとが平行流の場合、風路２３に流入した３０℃の空気は、第１の凝縮器１３を流れる冷媒と熱交換をおこない加熱され温度上昇していく。しかし、下流に流れるに従い冷媒との温度差がなくなり、熱交換できなくなる。
一方、第１の凝縮器１３の冷媒流れと風路２３の空気流れとが対向流の場合、風路２３に流入した３０℃の空気は、第１の凝縮器１３を流れる冷媒と熱交換をおこない加熱され温度上昇する。この空気は下流に流れるに従い温度の高い冷媒と熱交換することになるので、風路２３から流出するまで冷媒との温度差が確保され、熱交換することができる。
【００５１】
このように構成された凝縮装置１３０は、第１の凝縮器１３の冷媒流れと風路２３の空気流れとが対向流となっているので熱交換効率が向上する。また、第１の凝縮器１３は送風機７を覆うように設けられているので、風速の大きい空気と熱交換できるため、さらに熱交換効率が向上する。また、第１の凝縮器１３がダクトとしても機能するので、ダクトを設ける必要がなくなりコストを低減することが可能となる。
【００５２】
図１７に、本実施の形態３に係る凝縮装置１３０のさらに別の一例を示す。この図１７は凝縮装置１３０の側面断面図を示すものである。凝縮装置１３０は第１の凝縮器１３と送風機等から構成されており、第１の凝縮器１３は、例えば９列の渦状体２９ａ〜２９ｉで構成されている。渦状体２９ａ〜２９ｃ及び渦状体２９ｆ〜２９ｉは、扁平伝熱管２１が例えば円形状に曲げられており、風路２３ａとなる所定の大きさの間隙を設けながら渦状に巻かれて形成されている。渦状体２９ｄ及び渦状体２９ｅは１周のみ巻かれた形状となっており、送風機７を覆うように形成されている。
【００５３】
渦状体２９ａ〜２９ｄは、各渦状体における最内周部の扁平伝熱管２１の直径が送風機７から離れるにつれて小さくなっている。渦状体２９ｅ〜２９ｉもまた、各渦状体における最内周部の扁平伝熱管２１の直径が送風機７から離れるにつれて小さくなっている。つまり、第１の凝縮器１３の内部には、送風機７の風上側から送風機７にかけて拡経し、送風機７から送風機７の風下側にかけて縮経する風路２３ｂが形成されている。また、渦状体２９ａ〜２９ｃは、それぞれ隣接する渦状体（例えば渦状体２９ｂにおいては、渦状体２９ａ及び２９ｃ）の風路２３と対向する範囲に扁平伝熱管２１が巻かれている。渦状体２９ｆ〜２９ｉは、それぞれ隣接する渦状体の風路２３と対向する位置に扁平伝熱管２１が巻かれている。
【００５４】
このように構成された凝縮装置１３０は、第１の凝縮器１３の内部に風路経がなめらかに変化する風路２３ｂが形成されているので、第１の凝縮器１３（風路２３）を流れる空気の通風抵抗が小さくなる。加えて、風路２３ｂは、送風機７の風上側から送風機７にかけて拡経し、送風機７から送風機７の風下側にかけて縮経しているので、風速の変化が少なくなり、第１の凝縮器１３の熱伝達効率が向上する。また、第１の凝縮器１３は送風機７を覆うように設けられているので、ダクトを設ける必要がなくなりコストを低減することが可能となる。さらに、第１の凝縮器１３は送風機７を覆うように設けられているので、送風機７の騒音を軽減できる。
【００５５】
なお、第１の凝縮器１３の列数は９列に限定されるものではなく、何列でもよい。渦状体２９ａ〜２９ｉの巻き数も任意に変更可能である。例えば、巻き数を１周として、螺旋状に扁平伝熱管２１を巻いていき、第１の凝縮器を形成してもよい。
【００５６】
図１８に、本実施の形態３に係る凝縮装置１３０のさらに別の一例を示す。この図１８は凝縮装置１３０の斜視図を示すものである。凝縮装置１３０は第１の凝縮器１３と送風機等から構成されている。第１の凝縮器１３は、扁平伝熱管２１が例えば円形状に曲げられており、風路２３となる所定の大きさの間隙を設けながら渦状に巻かれて形成されている。また、最内周部の扁平伝熱管２１の直径ｄ２（最小巻き経）は、送風機７に設けられているファンモータ７ａの直径ｄ１よりも大きくなっている。
【００５７】
この第１の凝縮器１３、扁平伝熱管２１の最内周部の内側に形成された直径ｄ２の空間にファンモータ７ａを挿入するように配置されている。なお、ファンモータ７ａに扁平伝熱管２１を巻き付けて第１の凝縮器１３を形成してもよい。また、第１の凝縮器１３を構成する渦状体２９の間隙には櫛歯状の固定部材２５が挿入されており、この固定部材２５はベース２５ｂに固定されている。また、固定部材２５には、ファンモータ７ａが固定されており、固定部材２５はモータベースとしての機能も有している。つまり、送風機７、ファンモータ７ａ及び第１の凝縮器１３が一体で形成されている。
【００５８】
このように構成された凝縮装置１３０は、第１の凝縮器１３が風速の速い送風機７の翼周部付近の空気とのみ熱交換をするので、熱交換効率が向上する。風速が遅いファンモータ７ａと対向する範囲に扁平伝熱管２１が巻かれていないので、この扁平伝熱管２１長さ分だけコストを低減することができる。また、機械室６内の第１の凝縮器１３及び送風機７の占有体積をコンパクト化できる。また、ファンモータ７ａを第１の凝縮器１３が覆っているので、ファンモータ７ａの騒音を軽減できる。また、扁平伝熱管２１の最内周部の内側に形成された直径ｄ２の空間をファンモータ７ａが閉塞しているので、扁平伝熱管２１の最内周部の内側に形成された直径ｄ２の空間を通って送風機７に吸い込まれる空気流れがなくなり、第１の凝縮器１３の熱交換効率が向上する。また、固定部材２５がモータサポートとしても機能しているので、モータサポートを別途設ける必要が無く、コンパクト化及びコスト低減が可能となる。
【００５９】
図１９に、本実施の形態３に係る第１の凝縮器１３のさらに別の一例を示す。この図１９は第１の凝縮器１３の側面図を示すものである。第１の凝縮器１３は、例えば４列の渦状体２９ａ〜２９ｄで構成されている。これら渦状体２９ａ〜２９ｄは、扁平伝熱管２１が例えば円形状に曲げられており、風路２３となる所定の大きさの間隙を設けながら渦状に巻かれて形成されている。また、渦状体２９ａ〜２９ｄはそれぞれ別々の扁平伝熱管２１によって形成されている。これら渦状体２９ａ〜２９ｄは、それぞれの扁平伝熱管２１最内周部の内側に形成された空間に設けられたヘッダ３０（共通配管）によって接続されている。
【００６０】
このように構成された第１の凝縮器１３は、渦状体２９ａ〜２９ｄはそれぞれ別々の扁平伝熱管２１によって形成されているので、つまり、冷媒の流路が短いので、冷媒の圧力損失を軽減することができる。また、ヘッダ３０が、扁平伝熱管２１の最内周部の内側に形成された空間を塞ぐので、第１の凝縮器１３の熱交換効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施の形態１に係る冷蔵庫を示す正面図である。
【図２】本実施の形態１に係る冷蔵庫の機械室カバーを外した状態を示す背面図である。
【図３】本実施の形態１に係る冷蔵庫の冷媒回路の構成を示す回路図である。
【図４】本実施の形態１に係る第１の凝縮器１３の詳細構造を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態１に係る接続部材２４の概略構成を示す斜視図である。
【図６】本実施の形態１による冷凍サイクルの動作を表すＰ−ｈ線図である。
【図７】本実施の形態１に係る第１の凝縮器１３の管外熱伝達率を示すグラフである。
【図８】本実施の形態１に係る第１の凝縮器１３の通風圧力損失を示すグラフである。
【図９】本実施の形態１に係る第１の凝縮器１３の固定方法を示す斜視図である。
【図１０】本実施の形態１に係る固定部材２５の別の一例を示す図である。
【図１１】本実施の形態１に係る第１の凝縮器１３の別の一例を示す斜視図である。
【図１２】本実施の形態２に係る冷蔵庫の機械室６を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は背面図（実施の形態１における図２と同方向を示す図）である。
【図１３】本実施の形態３に係る第１の凝縮器１３の一例を示す斜視図である。
【図１４】本実施の形態３に係る第１の凝縮器１３の別の一例を示す正面図である。
【図１５】本実施の形態３に係る凝縮装置１３０の一例を示す側面断面図である。
【図１６】第１の凝縮器１３を流れる冷媒の温度変化と、風路２３を流れる空気の温度変化との関係を示す特性図である。
【図１７】本実施の形態３に係る凝縮装置１３０の別の一例を示す側面断面図である。
【図１８】本実施の形態３に係る凝縮装置１３０の別の一例を示す斜視図である。
【図１９】本実施の形態３に係る第１の凝縮器１３の別の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  冷蔵室、２  製氷室、３  切替室、４  野菜室、５  冷凍室、６  機械室、７  送風機、７ａ  ファンモータ、１１  圧縮機、１１ａ，ｂ  接続口、１３  第１の凝縮器、１３ａ，ｂ  接続口、１４  第２の凝縮器、１５  第３の凝縮器、１６  毛細管、１７  冷却器、１８  低圧アキュムレータ、２１  扁平伝熱管、２２（２２ａ〜２２ｃ）  積層体、２３（２３ａ，ｂ）  風路、２４  接続部材、２５  固定部材、２５ａ  桟、２５ｂ  ベース、２６  固定部材、２６ａ  凸部、２６ｂ  凹部、２６ｃ  係合突起、２６ｄ  係合凹部、２７  固定部材、２７ａ  凸部、２７ｂ  凹部、２７ｃ  係合突起、２７ｄ  係合凹部、２８ａ，ｂ，ｃ  配管、２９（２９ａ〜２９ｉ）  渦状体、３０  ヘッダ、１３０  凝縮装置。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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