(57)【要約】【課題】冷却器として使用した場合の熱交換性能と除霜性能を向上させた熱交換器を提供する。【解決手段】直管部および曲管部が交互に連続する蛇行状に曲げ加工された冷媒管２と、冷媒管が貫通する長穴状の貫通穴３ａが形成された複数のプレートフィン３を具備し、貫通穴３ａを冷媒管２の曲管部が貫通することにより、直管部がプレートフィン３と密着したドッグボーン方式の熱交換器１であって、冷媒管２と気流と交差するプレートフィン端縁３ｄの距離を略一定としたとものである。これにより、熱交換器１の高性能化を図り、また、除霜を効率良く行うことが可能となる。【選択図】図１
2012107769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直管部および曲管部が交互に連続する蛇行状に曲げ加工された冷媒管と、前記冷媒管が貫通する長穴状の貫通穴が形成された複数のプレートフィンを具備し、前記貫通穴を前記冷媒管の曲管部が貫通することにより、前記直管部がプレートフィンと密着したドッグボーン方式の熱交換器であって、前記冷媒管と気流と交差する前記プレートフィン端縁の距離を略一定の略波形形状とした熱交換器。
【請求項２】
前記冷媒管は気流に対して千鳥状に配設した請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記プレートフィンを、気流方向に複数配置し、前記プレートフィンの略波形状を形成する凹部端縁に、後段の前記プレートフィンの略波形状を形成する凸部端縁を突合せて配置した請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
断熱空間で形成される物品貯蔵室と、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を、配管を介して環状に連結した冷凍サイクルと、前記蒸発器により冷却された冷気を前記物品貯蔵室内に送り込む送風機を具備した貯蔵装置において、前記蒸発器を、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器とした物品貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍冷蔵空調等に用いられる、いわゆるドッグボーン方式のフィンチューブ型の熱交換器、およびその熱交換器を備えた冷蔵庫などの物品貯蔵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球資源の有効活用、家庭用電化製品における消費電力量の抑制等の観点から、冷凍機器に用いられる熱交換器においては、小型化かつ高効率化や耐着霜性能の向上、さらには除霜効率の向上が、より一層求められている。
【０００３】
一般的に、冷凍冷蔵空調等に用いられる、いわゆるドッグボーン方式のフィンチューブ型の熱交換器は、プレートフィンが分割されていない一体構造仕様が一般的であるが、境界層前縁効果によって高い熱交換性能を達成し易いことから、プレートフィンを気流方向に２列ごとに分断した分割構造仕様も採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、同様に境界層前縁効果が期待できる構成の熱交換器としては、所謂スパイラルフィンチューブ型の熱交換器も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
図７は、上記特許文献１に開示された従来のドッグボーン方式のフィンチューブ型熱交換器の正面図、図８は、同従来のドッグボーン方式のフィンチューブ型熱交換器の側面図、図９は、同従来のドッグボーン方式のフィンチューブ型熱交換器のプレートフィンの拡大図である。
【０００６】
図７から図９に示すように、特許文献１に開示された従来のドッグボーン方式のフィンチューブ型の熱交換器５１は、気流方向Ｙに対し２列ごとに分断されたプレートフィン５２と、プレートフィン５２に設けた長穴状の貫通穴５３に、直管部および曲管部が連続する蛇行状に曲げ加工してなる一本の冷媒管５４を貫通させた構成となっている。
【０００７】
したがって、プレートフィン５２は矢印方向の気流に対し２列ごとに分断されており、気流と交差するプレートフィン５２の端縁面積が多く確保できることから、境界層前縁効果により熱交換器５１の高い冷却性能が確保することができる。
【０００８】
図１０は、上記特許文献２に開示された従来のスパイラルフィンチューブ型熱交換器の正面図である。
【０００９】
図１０に示すように、特許文献２に開示された従来のスパイラルフィンチューブ型の熱交換器６１は、一般的に冷媒管６２に帯状のフィン６３を旋回しながら巻きつけ、その後冷媒管６２を蛇行状に曲げ加工した構成となっている。
【００１０】
したがって、冷媒管６２に巻きつけられたフィン６３は、冷媒管６２の軸方向から見ると小径の円形となり、加えて冷媒管６２の曲げ径も小さくできることから、コンパクトかつフレシキブルな形状に形成することができ、省スペースの設置が可能となる。
【００１１】
また、冷媒管６２に巻きつけるフィン６３が円形となるため、フィン６３の端縁面積が多く確保できることから、境界層前縁効果により熱交換器６１の高い冷却性能が確保することができ、かつ、列または段方向において隣り合うフィン６３の隙間を十分に確保することができることから塵埃の堆積をし難くして耐埃性に優れた構成とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０４−８６４９１号公報
【特許文献２】特開２００４−１２１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に開示された従来のドッグボーン方式のフィンチューブ型の熱交換器５１は、プレートフィン５２が矩形であることに伴って、周縁における冷媒管５４からの距離が一様ではない構成となっている。
【００１４】
その結果、この熱交換器５１を冷却器として用いた場合、境界層前縁効果によりフィン端面（端縁部）に多く着霜が生じるため、適宜除霜運転が伴う。
【００１５】
その除霜運転は、除霜ヒータ等によって冷媒管５４を加熱し、冷媒管５４からの伝熱効果および冷媒管５４内の冷媒の対流効果（以下、この対流効果を、サーモサイフォン効果と称す）によってプレートフィン５２を加熱し、着霜を溶融する動作であるが、着霜の多くはプレートフィン５２の前縁部全体に着霜してしまい、プレートフィン５２の目詰まりにより通過風量が低下し冷却能力の維持ができないという課題を有していた。
【００１６】
また、上述の如くプレートフィン５２の冷媒管５４を中心とする周縁距離が一様でないため、霜の融解斑が生じ易く、再度冷却運転を行った場合に、冷却能力が発揮できず、消費電力量が多くなるものであった。
【００１７】
また、除霜時間を延長することにより、上述の除霜を確実に行うことはできるが、当然除霜ヒータの運転が長くなることに伴い、冷凍機器の消費電力量が上がり、また、冷却運転の中断時間が長くなり、被冷却物の温度が上昇して貯蔵物品の品質を損なう可能性が生じるという課題を有していた。
【００１８】
さらに、特許文献２に開示された従来のスパイラルフィンチューブ型の熱交換器６１は、フィン６３の端縁が冷媒管６２に近く、かつフィン６３の端縁と冷媒管６２との距離が略一定であることから、冷媒管６３からの伝熱効果、およびサーモサイフォン効果による除霜効果は高いものの、列方向および段方向に隣り合うフィン６３の間隔が広いことに起因して、冷媒管６３を中心に異常に着霜することが多く、また、フィン６３は端縁面積が多く、高い境界層前縁効果を得ることができるが、フィン表面積がフィンチューブ型熱交換器と比べて小さいことから、高性能化が困難であり冷却器に適さないという課題を有していた。
【００１９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、冷却器として使用した場合の熱交換性能の向上と除霜性能（特性）の向上を図り、冷凍機器の消費電力量を大幅に低減できる熱交換器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】
【００２０】
上記目的を達成するために本発明は、ドックボーン方式のフィンチューブ型の熱交換器において、冷媒管と気流と交差するプレートフィン端縁の距離を略一定の略波形形状としたものである。
【００２１】
したがって、略波形状に形成されたフィン端縁によって、フィンの境界層前縁効果の促進を図り、空気側熱伝達率を向上することができる。
【００２２】
また、冷媒管からの伝熱効果、およびサーモサイフォン効果による除霜性能（特性）を向上することが可能となり、除霜時の冷凍機器の消費電力量を低減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の熱交換器は、プレートフィンの端縁を、略波形状とすることにより、境界層前縁効果を生じる面積を大きくし、熱交換器の性能を向上することができる。
【００２４】
また、本発明の物品貯蔵装置は、前記熱交換器を蒸発器として搭載したことにより、冷却能力の向上と除霜性能の向上を可能にし、消費電力量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフィンチューブ型熱交換器の斜視図
【図２】同実施の形態１の熱交換器をプレートフィンと平行な平面で切断した場合の断面図
【図３】同実施の形態１の熱交換器に用いたプレートフィンの拡大図
【図４】同実施の形態１の熱交換器に適用可能なプレートフィンの他の例を示す拡大図
【図５】同実施の形態１の熱交換器に適用可能なプレートフィンのさらに別の例を示す拡大図
【図６】本発明の実施の形態２における物品貯蔵装置の縦断面の構成を示す模式図
【図７】特許文献１に開示された従来のフィンチューブ型熱交換器の正面図
【図８】同従来のフィンチューブ型熱交換器の側面図
【図９】同従来のフィンチューブ型熱交換器のプレートフィンの拡大図
【図１０】特許文献２に開示された従来のフィンチューブ型熱交換器の正面図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
第１の発明は、直管部および曲管部が交互に連続する蛇行状に曲げ加工された冷媒管と、前記冷媒管が貫通する長穴状の貫通穴が形成された複数のプレートフィンを具備し、前記貫通穴を前記冷媒管の曲管部が貫通することにより、前記直管部がプレートフィンと密着したドッグボーン方式の熱交換器であって、前記冷媒管と気流と交差する前記プレートフィン端縁の距離を略一定の略波形形状とした熱交換器である。
【００２７】
上記構成とすることにより、フィン端縁を略波形状に形成したプレートフィンの境界層前縁効果により、熱交換性能（冷却性能）を向上することができる。また、冷媒管の熱や、その内部を流れる冷媒の熱を前記プレートフィンの周縁へ略一様に伝達することができ、熱伝達の斑を抑制することができる。
【００２８】
したがって、この熱交換器を冷却器として使用した場合の除霜時において、加熱された冷媒管の熱、およびその冷媒管内を流れる冷媒のサーモサイフォン効果の熱を、プレートフィンの周端縁へ略一様に伝達することができる。その結果、効率的に除霜を行うことができ、除霜時間の短縮化を図ることができる。
【００２９】
第２の発明は、第１の発明における冷媒管を気流に対して千鳥状に配設したものであり、冷媒管にて分断された気流が次の冷媒管へ流れることから、効率的な熱交換がでることから、熱交換性能（冷却性能）を向上することができる。
【００３０】
第３の発明は、第１または第２の発明におけるプレートフィンを、気流方向に複数配置し、前記プレートフィンの略波形状を形成する凹部端縁に、後段の前記プレートフィンの略波形状を形成する凸部端縁を突合せて配置したものであり、気流方向におけるプレート
フィンの間隔を合理的に確保することができ、熱交換器をコンパクトに構成することができる。
【００３１】
第４の発明は、断熱空間で形成される物品貯蔵室と、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を、配管を介して環状に連結した冷凍サイクルと、前記蒸発器による冷却気流を前記物品貯蔵室内に送り込む送風機を具備した貯蔵装置において、前記蒸発器を、第１から第４のいずれかの発明の熱交換器とした物品貯蔵装置であり、除霜回数を少なくして安定した熱交換（冷却）作用を得ることができ、効率のよい冷却運転を行うことができる。これに伴い、消費電力量を抑制した物品貯蔵装置を得ることができる。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるフィンチューブ型熱交換器の斜視図であり、図２は、同実施の形態１の熱交換器をプレートフィンと平行な平面で切断した場合の断面図であり、図３は、同実施の形態１の熱交換器に用いたプレートフィンの拡大図であり、図４は、同実施の形態１の熱交換器に適用可能なプレートフィンの他の例を示す拡大図であり、図５は、同実施の形態１の熱交換器に適用可能なプレートフィンのさらに別の例を示す拡大図である。
【００３４】
図１から図５に示すように、本実施の形態のドッグボーン方式のフィンチューブ型の熱交換器１は、熱伝導率の高いアルミニウムや銅を素材とする冷媒管２と、同様の材料からなる多数のプレートフィン３によって構成されている。
【００３５】
プレートフィン３は、同一形状、同一大きさのもので、矢印Ｘで示す気流方向（列方向）に２列ごとに分断されて配置されている。
【００３６】
このプレートフィン３には、冷媒管２が貫通する長穴状の貫通孔３ａと、この貫通孔３ａの両端に繋がる円弧上の冷媒管保持部３ｂの周囲にある軸方向に突出するフィンカラー部３ｃを有し、さらに、プレートフィン３は、気流方向に対して略直角関係にある縁３ｄが略波形（以下、波形と称す）に形成されている。
【００３７】
この波形は、冷媒管２の円弧上の冷媒管保持部３ｂの中心Ｏを基準とする複数の円３ｅを基調とした形状であるため、矢印Ｘで示す気流と略直角に交差する線Ｌを基軸に、気流方向における距離ａ１，ａ２が円弧を描きながら異なる形状となっている。
【００３８】
したがって、縁３ｄには、線Ｌに最も近い距離ａ１の凸部端縁３ｆと、線Ｌから最も離れた距離ａ２の凹部端縁３ｇを交互に有し、また冷媒管保持部３ｂの中心Ｏから縁３ｄの輪郭までの距離ｒは、（各円３ｅが交わる部分を除いては）略一定の寸法となっている。
【００３９】
そして、プレートフィン３における気流方向の分断配置は、縁３ｄにおける凸部端縁３ｆに、隣のプレートフィン３における縁３ｄの凹部端縁３ｇを所定の距離を介して突合せるように配置した構成となっている。
【００４０】
その結果、気流方向における冷媒管２の配置関係は、気流方向に連続して重ならない千鳥状の配置となり、さらに、前述の凸部端縁３ｆと凹部端縁３ｇの突合せ配置により、気流方向における寸法を小さくし、熱交換器１のコンパクト化を図っている。
【００４１】
なお、プレートフィン３において、気流と略水平に位置するフィン端縁３ｈの形状は、
図３のように、冷媒管２とフィン端縁３ｈの距離を略一定とした場合（フィン面積小かつバイパス風路大）は、初期冷却性能が低い反面、良好な耐着霜性能（特性）を得ることができる。
【００４２】
また、図４にように、冷媒管２とフィン端縁３ｈの距離を一定としない場合（フィン面積大かつバイパス風路小）は、高い初期冷却性能が得られる反面、耐着霜性能（特性）が低い。
【００４３】
また、図５にように、図３と図４の中間（フィン面積中かつバイパス風路中）的な形状とすることで、初期性能と耐着霜性能（特性）が両立した特性を得ることができる。
【００４４】
したがって、フィン端縁３ｈの形状を調節、設定することにより、着霜時に形成されるバイパス風路の状態をコントロールすることができることから、搭載する機器に適合した熱交換器を構成することができ、冷凍機器の運転効率の改善を可能にして消費電力（量）の低減化を図ることができる。
【００４５】
上記構成からなるドッグボーン方式の熱交換器１の組み立ては、周知の工程手順で組み立てることができるため、説明を省略する。
【００４６】
次に、上記構成の熱交換器１を、冷却器として使用した場合について説明する。
【００４７】
まず、冷却運転により気流は、矢印Ｘで示す方向に流れ、プレートフィン３と接触して熱交換が始まる。このとき、プレートフィン３の縁３ｄは、凸部端縁３ｆと凹部端縁３ｇが交互に連続する波形状に形成されているため、従来の縁が直線的なプレートフィンに比べて気流との接触部（面積）が多く形成されていることから、境界層前縁効果が大きくなり、熱交換作用が促進されて冷却能力を増大させることができる。
【００４８】
また、冷媒管２に当たる気流は、図２の矢印Ｙで示す如く円形断面をもつ冷媒管２にて分断されることから、冷媒管１２の気流の当たる反対面である冷媒管後部には気流の止水域αが形成される。
【００４９】
しかしながら、本実施の形態１においては、冷媒管２が気流に対して千鳥状に配設されていることから、前述の分断された気流が風下の冷媒管２に当たるため、さらに効率の良い熱交換が可能となる。
【００５０】
次に、冷却運転時が継続されると熱交換器１の全体に着霜が生じ、特に冷媒管２の周縁および気流が当たるプレートフィン３のフィン端部、すなわち波形状の縁３ｄに多く着霜する。これに伴い、気流Ｘにおける前段側からプレートフィン３間の目詰まりが生じ、徐々に後段への通風（量）が抑制され冷却性能が劣化していく。
【００５１】
その場合、除霜ヒータ等（図示せず）によって、冷媒管２やプレートフィン３を加熱し、その加熱に伴う熱伝導、サーモサイフォン効果（冷媒の対流効果）、および加熱された気流の対流等によって各部の除霜が行われる。
【００５２】
なお、除霜ヒータから遠方になるにしたがい、熱交換器の熱升（熱容量）が大きいこと、また霜の潜熱が大きくなること、および除霜初期は対流がほとんどないということから、サーモサイフォン作用が占める除霜効果は大きい。
【００５３】
着霜した波形状の縁３ｄは、除霜ヒータによって暖められた冷媒管２、その内部を流れる加熱された冷媒によるサーモサイフォン効果によって、熱が冷媒管２からプレートフィ
ン３の波形状の縁３ｄへと伝わっていく。
【００５４】
このとき本実施の形態１においては、プレートフィン３における冷媒管２から縁３ｄまでの距離ｒを略一様としているため、波形状の縁３ｄを略一様に加熱することができ、縁３ｄにおける除霜を一様に行って除霜斑を抑制することができる。したがって効率的に除霜を行うことができ、除霜時間の短縮が期待できる。
【００５５】
なお、プレートフィン３における縁３ｄの波形状は、冷媒管２からの距離を略一様として除霜斑を少なくする点では、円を基調とする形状が望ましいが、フィンプレス金型の都合やプレートフィン３の強度等によっては、三角形、あるいは多角形で形成される直線的な波形としてもよい。
【００５６】
以上のように本実施の形態１におけるドックボーン方式のフィンチューブ型の熱交換器は、高性能化を可能にし、かつ効果的な除霜を効率良く行うことができるものである。
【００５７】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における物品貯蔵装置の縦断面の構成を示す模式図である。なお、ここでは、蒸発器（冷却器）を実施の形態１のドッグボーン方式の熱交換器１として説明する。
【００５８】
図６において、貯蔵装置本体２１は、内部に、前面が開口し、断熱材によって囲われた第一貯蔵室２２ａと第二貯蔵室２２ｂを具備し、前面に、第一貯蔵室２２ａおよび第二貯蔵室２２ｂに対応して前記開口を開閉する断熱性を有する第一扉２３ａおよび第二扉２３ｂを具備している。また、第一貯蔵室２２ａと第二貯蔵室２２ｂは、連絡通路２４ａ，２４ｂを介して連通している。
【００５９】
さらに、貯蔵装置本体２１の内部には、圧縮機２５、凝縮器２６、減圧装置２７、熱交換器（蒸発器）１を配管により環状に連結した冷凍サイクルが設けられており、熱交換器１は、第一貯蔵室２２ａに配置されている。
【００６０】
また、第一貯蔵室２２ａには、熱交換器１で冷却された冷気を、矢印ａで示す如く積極的に第一貯蔵室２２ａ内を循環させる送風機２８が設けられている。第二貯蔵室２２ｂは、矢印ｂで示す如く連絡通路２４ａ，２４ｂを介して流入した第一貯蔵室２２ａの一部の冷気の循環によって冷却される。
【００６１】
したがって、貯蔵装置２１は、実施の形態１で説明したように、熱交換器１を、着霜が生じても部分的に着霜の生じ難い構成としているため、直ちに除霜運転に入ることを抑制し、除霜回数の少ない冷却運転を行い、効率のよい冷却運転を行うことができる。
【００６２】
また、フィン縁を波形状に形成しているため、冷却性能を向上し、これに加えて除霜回数の少ない冷却運転が得られることに伴い、消費電力量を抑制した物品貯蔵装置を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように本発明の熱交換器は、小型化および高性能化が可能であり、除霜効率を向上させて省エネを図ることができるもので、冷蔵庫、自販機等の冷凍機器に広く適用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１  熱交換器
２  冷媒管
３  プレートフィン
３ａ  貫通穴
３ｄ  縁
３ｆ  凸部端縁
３ｇ  凹部端縁
２１  貯蔵装置本体
２２ａ  第一貯蔵室
２２ｂ  第二貯蔵室
２５  圧縮機
２６  凝縮器
２７  減圧装置
２８  送風機
【図１】
2012107769.tif 000003
【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】
2012107769.tif 000009
【図８】
2012107769.tif 000010
【図９】
2012107769.tif 000011
【図１０】
2012107769.tif 000012