(57)【要約】【課題】霜がチューブに付着成長することを防止する。【解決手段】蛇行するチューブ１３１の断面形状を流線形状とする。これにより、チューブ１３１周りを流れる空気は淀みなくスムーズに流れるので、チューブ１３１の表面に霜が成長するための起点となる水滴が発生し難い。したがって、霜がチューブ１３１、つまり蒸発器１３に付着成長することを防止できる。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒が流れるとともに、外周面略全域が空気に晒された扁平断面形状を有するチューブ（１３１）を備える冷却器であって、
前記チューブ（１３１）は、断面長径方向が空気の流通方向と一致するように配置された状態で空気の流通方向と直交する方向に蛇行するように屈曲していることを特徴とする冷却器。
【請求項２】
前記チューブ（１３１）の断面形状は、前記チューブ（１３１）周りを流れる空気が前記チューブ（１３１）の後縁側で前記チューブ（１３１）から剥離することを抑制する流線形状に扁平していることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
前記チューブ（１３１）の断面形状は、空気の流通方向において略中央部で最大幅となり、後縁部に向かうほど幅が縮小していくように扁平していることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
【請求項４】
前記チューブ（１３１）の断面形状は、前縁から後縁を結ぶ中心線（ＣＬ）に対して対称形状となるように流線形に形成されていることを特徴とする請求項２又は３のいずれか１つに記載の冷却器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気を冷却する冷却器に関するもので、食品等を低温にて保管する冷蔵庫や冷凍庫用の蒸発器に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
冷凍庫用の蒸発器として、例えば特開２００２−１１５９３４号公報に記載の発明では、略長円形状の断面形状を有するチューブを、その長径方向が空気流れに沿うように配置するとともに、通常、チューブの外表面に接合されているアウターフィンを廃止してチューブの外周面略全域が空気に晒されるようにすることにより、チューブの後縁側に霜を集中的に発生させてチューブ間の隙間（空気通路）を塞ぐように霜が成長することを防止し、着霜による通風抵抗の増大を抑制して冷凍能力が低減することを防止している。
【０００３】
本発明は、上記点に鑑み、従来と異なる新規な冷却器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、内部に冷媒が流れるとともに、外周面略全域が空気に晒された扁平断面形状を有するチューブ（１３１）を備える冷却器であって、チューブ（１３１）は、断面長径方向が空気の流通方向と一致するように配置された状態で空気の流通方向と直交する方向に蛇行するように屈曲していることを特徴とする。
【０００５】
これにより、チューブ（１３１）の空気流れ下流側には、空気が殆ど流れない流れ淀み域が形成される。この淀み域において、チューブ（１３１）間の隙間を通過する空気流れが剥離し、剥離渦が形成される。
【０００６】
このとき、水分の多い空気が冷却器を通過すると、チューブ（１３１）の空気流れ下流側に霜が発生し、この部分を起点に霜が成長するが、チューブ（１３１）間の隙間にアウターフィン等が設けられていないため、霜は空気流れ方向に成長するのみであり、チューブ（１３１）間の隙間を塞ぐように成長しない。
【０００７】
したがって、冷却器を通過する空気の通風抵抗が増大することを抑制することができるので、冷却器の冷凍能力が低下してしまうことを防止できるとともに、従来と異なる新規な冷却器を得ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、チューブ（１３１）の断面形状は、チューブ（１３１）周りを流れる空気がチューブ（１３１）の後縁側でチューブ（１３１）から剥離することを抑制する流線形状に扁平していることを特徴とする。
【０００９】
これにより、チューブ（１３１）周りを流れる空気は淀みなくスムーズに流すことができるので、チューブ（１３１）の表面に霜が成長するための起点となる水滴が発生し難い。したがって、霜がチューブ（１３１）、つまり冷却器に付着成長することを防止できる。
【００１０】
延いては、チューブ（１３１）間の隙間（空気通路）を塞ぐように霜が成長することを防止しできるので、着霜による通風抵抗の増大を抑制して冷凍能力が低減してしまうことを未然に防止できるとともに、従来と異なる新規な冷却器を得ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、チューブ（１３１）の断面形状は、空気の流通方向において略中央部で最大幅となり、後縁部に向かうほど幅が縮小していくように扁平していることを特徴とする。
【００１２】
これにより、請求項２に記載の発明と同様に、着霜による通風抵抗の増大を抑制して冷凍能力が低減してしまうことを未然に防止できるとともに、従来と異なる新規な冷却器を得ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、チューブ（１３１）の断面形状は、前縁から後縁を結ぶ中心線（ＣＬ）に対して対称形状となるように流線形に形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る冷却器を食品等を冷凍・冷蔵保存して運搬する冷凍車用の蒸発器に適用したものであって、図１は冷凍車１の模式図である。
【００１６】
冷凍庫２は、冷凍食品等の保存対象物を保管する空間であり、冷凍庫２の後部には、保存対象物を搬入又は搬出するための開口部１８を開閉する開閉ドア３、４が設けられている。
【００１７】
また、冷凍車１の車両前方部には、冷凍庫２内を空気を冷却する蒸気圧縮式冷凍機５が搭載されている。この蒸気圧縮式冷凍機５は、図２に示すように、電磁クラッチ７を介して走行用のエンジン８から動力を得て稼動する圧縮機６、圧縮機６から吐出した高温・高圧冷媒を冷却する凝縮器９、凝縮器９に冷却風を送風する電動式のファン１０、凝縮器９から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して液相冷媒を流出するとともに、余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるレシーバ１１、レシーバ１１から流出した液相冷媒を減圧する減圧器１２、及び冷凍庫２内に吹き出す空気から吸熱して減圧器１２で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器１３等から構成されたものである。なお、蒸発器１３の構造は、後述する。
【００１８】
さらに、蒸発器１３の冷媒出口側と圧縮機６の冷媒吸入側との間には、蒸発器１３から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機６の吸入側に供給し、液相冷媒を蓄えるアキュムレータ１４が設けられている。
【００１９】
バイパス流路１５は、高圧側の高温冷媒（ホットガス）を減圧器１２を迂回させて蒸発器１３に導く流路であり、除霜バルブ１６は、バイパス流路１５にホットガスを流す場合と流さない場合とを切り換える電磁弁である。
【００２０】
また、開口部１８の下方側、即ち冷凍庫２の外部であって開閉ドア３、４の下方位置には、図３に示すように、冷凍庫２内と外部とを仕切るエアカーテンを形成するための送風機１９が設置されており、この送風機１９は、開口部１８の下部において開口部１８の幅方向に沿って配置された２つのクロスフローファン２０、２１から構成されている。
【００２１】
なお、クロスフローファン２０、２１は、ＪＩＳ　Ｂ　０１３２　番号１０１７に規定されているように、多翼形の円筒状ファン２０ａ、２１ａの軸に直角な断面内を空気が通り抜けるものである。
【００２２】
次に、蒸発器１３の構造について述べる。
【００２３】
蒸発器１３は、図４に示すように、内部を冷媒が流れるのチューブ１３１と、これらのチューブ１３１の長手方向両端に接続され、チューブ１３１内に形成された複数本の冷媒通路１３２と連通するタンク部１３２とを有して構成されている。
【００２４】
そして、チューブ１３１には、通常、チューブ１３１の外表面に接合されているアウターフィンが設けられておらず、チューブ１３１の外周面略全域が空気に晒されているとともに、その断面形状は、図５（ａ）に示すように、前縁から後縁を結ぶ中心線ＣＬに対して対称形状であって、前縁部が穏やかな曲面で形成され、チューブ１３１周りを流れる空気がチューブ１３１の後縁側でチューブ１３１から剥離することを抑制する流線形状（流体工学（東京大学出版会）等参照）に設定されている。
【００２５】
なお、本実施形態では流線形状として、空気の流通方向において略中央部で最大幅となり、後縁部に向かうほど幅が縮小していく略水滴（ティァドロップ）形状を採用している。
【００２６】
また、チューブ１３１内は、複数個に区画されて複数本の冷媒通路１３２がチューブ１３１の前縁側から後縁側に並んで設けられており、本実施形態では、アルミニウム材に押し出し加工又は引き抜き加工を施すことにより冷媒通路１３２チューブ１３１とを同時に成形している。
【００２７】
また、チューブ１３１は、図４に示すように、断面長径方向、つまり中心線ＣＬ方向が空気の流通方向と一致するように配置された状態で空気の流通方向と直交する方向に蛇行するように屈曲しているとともに、チューブ１３１のうち屈曲部１３１ａ間を繋ぐストレート部１３１ｂは、図６に示すように、空気の流通方向（中心線ＣＬ方向）に対して千鳥格子状に配置されている。
【００２８】
なお、本実施形態では、下流側に配置されたチューブ１３１間のピッチ寸法Ｔｐ２が上流側に配置されたチューブ列のチューブ１３１間のピッチ寸法Ｔｐ１より小さく設定されているが、両ピッチ寸法Ｔｐ１、Ｔｐ２を等しくしてもよい。
【００２９】
因みに、ピッチ寸法Ｔｐとは、隣り合う屈曲部１３１ａ、又はストレート部１３１ｂ間の寸法を言う。
【００３０】
なお、蒸発器１３に流入した冷媒は、巨視的に見て空気流れ下流側から上流側に向けて流れる。
【００３１】
次に、電気制御部について図２に基づいて説明する。
【００３２】
制御装置２２は、マイクロコンピュータ等のコンピュータ手段を含んで構成されるものであって、入口端子からの入力信号に基づいて予め設定された手順に従って蒸気圧縮式冷凍機５の作動を制御するものである。制御装置２２の入力端子には、以下に述べるセンサ、スイッチなどが接続される。
【００３３】
庫内温度センサ２４は冷凍庫２内の庫内温度を検出する。温度設定器２５は冷凍庫２内の庫内設定温度を乗員の手動操作にて設定するもので、例えば、−１０℃〜−２０℃の範囲で任意に庫内設定温度が変更可能となっている。
【００３４】
冷凍運転スイッチ２６は乗員の手動操作にて蒸気圧縮式冷凍機５の運転、停止の信号を出すもので、エンジン運転スイッチ２７はエンジンの運転、停止に応じた信号を出すものである。また冷凍庫２後部の開口部１８の周縁部には開閉ドア３、４の開閉と連動して開閉されるドアスイッチ２８が設置されている。
【００３５】
一方、制御装置２２の出力端子には、電磁クラッチ７、凝縮用ファン１０、ファン１７、除霜バルブ１６及び送風機１９などが接続されている。
【００３６】
次に、本実施形態に係る冷凍車の概略について述べる。
【００３７】
図７は、本実施形態に係る冷凍車におけるエンジン８、ドア３、４、除霜バルブ１６の作動のタイミングを示す図である。車両走行時には、走行用エンジン８から電磁クラッチ７を介して圧縮機６に動力が伝達されて、圧縮機６が作動するとともに、ファン１０、１７が作動状態となり、蒸気圧縮式冷凍機５が運転状態となり、蒸発器１３で冷却された冷気はファン１７により冷凍庫２内に吹出して冷凍庫２内の保存対象物を冷却する。なお、この際、除霜バルブ１６は閉じられており、バイパス流路１５には冷媒は流れない。
【００３８】
また、庫内の保存対象物の搬入搬出を行うために停車してエンジン８が停止した場合には、庫内の冷却ユニット１３０（図１参照）のファン１７を停止させる。
【００３９】
そして、冷凍庫２の開閉ドア３、４が開くと、これに連動してドアスイッチ２８がオン状態となり、クロスフローファン２０、２１が作動し、開口部１８の下方から上方に向けてエアカーテンが形成され、高温の外気が冷凍庫２の庫内へと侵入するのことが防止される。
【００４０】
このとき、除霜バルブ１６が開かれるため、圧縮機６の吐出側と蒸発器１３の上流側部位との間の冷媒の圧力差によって、ホットガスがバイパス流路１５を介して蒸発器１３に流入し、蒸発器１３に着霜した霜は融解して水となり、外部へと排出される。そして、荷物の搬入搬出が完了し、開閉ドア３、４が閉じられてドアスイッチがオフとなると、除霜バルブ１６は閉じられる。
【００４１】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００４２】
本実施形態では、チューブ１３１の断面形状を流線形状としているので、チューブ１３１周りを流れる空気は淀みなくスムーズに流れる。したがって、チューブ１３１の表面に霜が成長するための起点となる水滴が発生し難いので、霜がチューブ１３１、つまり蒸発器１３に付着成長することを防止できる。
【００４３】
因みに、発明者等の試験検討によれば、本実施形態に係る蒸発器１３では、従来の技術に係る蒸発器に比べて着霜量を約１／５とすることができ得ることを確認している。
【００４４】
延いては、チューブ１３１間の隙間（空気通路）を塞ぐように霜が成長することを防止しできるので、着霜による通風抵抗の増大を抑制して冷凍能力が低減してしまうことを未然に防止できる。
【００４５】
また、チューブ１３１が千鳥状に配置されているので、下流側のチューブ１３１が上流側のチューブ１３１により発生した温度境界層内に位置してしまうことを防止でき、蒸発器１３の熱交換効率を向上させることができる。
【００４６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、扁平形状として流線形を採用したが、本実施形態は、図８に（ａ）に示すように、長径方向両端部が緩やかな曲面形状を有し、これらの端部をつなぐ側壁面がほぼ平坦となるようにしたものである。
【００４７】
これにより、チューブ１３１の空気流れ下流側には、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、空気が殆ど流れない流れ淀み域が形成される。この淀み域において、チューブ１３１間の隙間を通過する空気流れが剥離し、剥離渦が形成される。
【００４８】
このとき、水分の多い空気が蒸発器１３を通過すると、チューブ１３１の空気流れ下流側に霜が発生し、この部分を起点に霜が成長するが、チューブ１３１間の隙間にアウターフィン等が設けられていないため、霜は空気流れ方向に成長するのみであり、チューブ１３１間の隙間を塞ぐように成長しない。
【００４９】
したがって、蒸発器１３を通過する空気の通風抵抗が増大することを抑制することができるので、蒸発器１３の冷凍能力が低下してしまうことを防止できる。
【００５０】
（第３実施形態）
本実施形態は、図９に示すように、複数本の冷媒通路１３２のうち後縁側の冷媒通路断面積を前縁側の冷媒通路断面積より大きくしたものである。
【００５１】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００５２】
本発明では、チューブ１３１の断面形状を流線形として、チューブ１３１の表面に霜が成長するための起点となる水滴が発生し難くしているものの、完全に蒸発器１３に付着成長することを防止できるものではなく、発生する霜の多くはチューブ１３１の後縁側に着霜する。
【００５３】
これに対して、本実施形態では、複数本の冷媒通路１３２のうち後縁側の冷媒通路断面積を前縁側の冷媒通路断面積より大きくしているので、除霜運転時に、着霜する可能性が高い後縁側に多くのホットガスを供給することができ、効率よく除霜運転を行うことができる。
【００５４】
（第４実施形態）
本実施形態は、図１０に示すように、冷媒通路１３２の断面積を外形状（幅寸法Ｗ）応じて変化させたものである。
【００５５】
（第５実施形態）
本実施形態は、図１１に示すように、チューブ１３１の断面形状を中心線ＣＬに対して非対称形な流線形としたものである。
【００５６】
（その他の実施形態）
冷媒通路１３２の形状は、上述の実施形態に示された形状（丸や矩形状）に限定されるものではなく、その他形状であってもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態では、エンジンによって圧縮機が駆動される冷凍庫を架装した冷凍車に本発明を適用した実施形態についてのべたが、倉庫等の定置式の冷凍庫に本発明を適用することも可能である。
【００５８】
また、上述の実施形態では、蒸発潜熱を利用した冷却器を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、顕熱にて空気を冷却する冷却器に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る冷凍車の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る冷凍車に適用される蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る冷凍車のドア部の斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る蒸発器を模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態の蒸発器の特徴を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態の蒸発器のチューブ配列を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る冷凍車の作動を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係る蒸発器の特徴を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態の蒸発器のチューブの断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態の蒸発器のチューブの断面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態の蒸発器のチューブの断面図である。
【符号の説明】
１３１…チューブ、１３２…冷媒通路。
【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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