(57)【要約】【課題】回転ブラシにより掻き落された霜のフィン外への排出を促進させることで高い除霜効果を得るようにした除霜装置を提供する。【解決手段】回転ブラシ４１を熱交換器１の通風面１ａに沿って昇降させてフィン表面２ｃの着霜Ｆａを掻き落して除去するブラシ除霜手段４を備えたものにおいて、回転ブラシ４１を、熱交換器１側においてその進行方向後方側から前方側へ回転するように構成する。係る構成とすることで、回転ブラシ４１は、その上昇移動時にも降下移動時にも、常に熱交換器１側においてその進行方向後方側から前方側へ回転することから、回転ブラシ４１によってフィン表面２ｃから掻き落される霜は、回転ブラシ４１の回転力によりフィン間からフィン外方へ掻き出される作用を受ける。その結果、フィン表面２ｃに残留する霜Ｆｂの量が可及的に少ならしめられ、高い除霜効果が得られ、延いては熱交換器１の熱交換能力が高水準にて維持される。【選択図】図１
2009243748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍装置における熱源側熱交換器のフィン表面に付着した霜を除去する熱交換器の除霜装置であって、
回転駆動される回転ブラシを上記熱交換器の通風面に沿って昇降させて上記フィン表面の着霜を掻き落して除去するブラシ除霜手段を備えるとともに、
上記回転ブラシが上記熱交換器側においてその進行方向後方側から前方側へ回転するように構成されていることを特徴とする熱交換器の除霜装置。
【請求項２】
請求項１において、
圧縮機から吐出される高温冷媒の熱によってフィン表面の着霜を融解させて除去する融解除霜手段を備えるとともに、
該融解除霜手段は、上記ブラシ除霜手段のみでは除霜能力が不足する場合に運転されることを特徴とする熱交換器の除霜装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記除霜能力の不足を、上記熱交換器に付設されたファンの駆動入力の上昇、又は該熱交換器の熱交換能力の低下に基づいて判定することを特徴とする熱交換器の除霜装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、
上記融解除霜手段は、暖房運転サイクルにおいて圧縮機からの高温冷媒を上記熱交換器側へ供給する構成であることを特徴とする熱交換器の除霜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、回転ブラシを用いた熱交換器の除霜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特に寒冷地仕様の空気調和機においては、その暖房運転時における室外熱交換器のフィン表面への着霜による送風抵抗の上昇とかフィンの伝熱効率の低下に起因する暖房能力の低下が問題となる。このため、室外熱交換器のフィン表面への着霜を除去する必要があり、そのための除霜手法として、暖房運転時において、一時的に冷房運転に切り換えて圧縮機から吐出される高温冷媒を室外熱交換器へ循環させてフィン表面の着霜を融解させて除去する、いわゆる逆サイクルによる除霜運転が従来一般的であった。しかし、逆サイクルによる除霜運転を行う場合、除霜運転中は暖房運転が停止することから、室内における暖房の快適性が損なわれるという問題があった。
【０００３】
係る問題を解決する一つの手法として、熱交換器のフィン表面の着霜を、冷媒熱を利用することなく、外部から機械的に除霜し、これによって暖房の快適性を維持する技術が提案されている（特許文献１  参照）。
【０００４】
【特許文献１】実開平６−５９７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この特許文献１に示された除霜装置は、回転するブラシを用いた除霜装置であって、回転ブラシを回転させながら熱交換器の通風面に沿って上下方向に移動させ、フィン間に挿入された回転ブラシのブラス毛によってフィン表面の着霜を掻き落して除去するように構成されている。
【０００６】
ところが、この特許文献１に記載された除霜装置は、熱交換器の通風面の上流側に横設状態で配置された回転ブラシを、該熱交換器の両側部に上下方向に向けて立設したラックと、回転ブラシに取付けたピニオンからなるラック・ピニオン機構を利用して昇降移動させる構成であることから、図７に示すように、回転ブラシ１１０の回転方向は、その移動方向（即ち、上昇方向及び降下方向）に拘らず常に一定であって、熱交換器１０１のフィン１０２の前縁１０２ａ側において、該回転ブラシ１１０の進行方向の前方側から後方側へ回転するようになっている。
【０００７】
このように回転ブラシ１１０が回転することで、該回転ブラシ１１０のブラシ毛１１１によってフィン表面２ｃの付着霜Ｆａを掻き落す場合、図７に矢印Ｖ０で示すように、該回転ブラシ１１０の回転に伴いそのブラシ毛１１１によって付着霜Ｆａに対して、これをフィン奥側（後縁１０２ｂ側）へ押込む力が生じる。この押込み作用によって付着霜Ｆａから掻き落された霜の一部がフィン間から外部へ排出されることなく、伝熱管１０３側へ押込まれて固まり、ここに残留霜Ｆｂとして比較的多量に残留することになる。このように残留霜Ｆｂが多くなることで、フィン表面２ｃの除霜効果が減殺され、フィン１０２の伝熱効率が回復せず、延いては熱交換器１０１の熱交換能力が十分に得られないことになる。
【０００８】
そこで、本願発明は、回転ブラシにより掻き落された霜のフィン外への排出を促進させることで高い除霜効果を得るようにした除霜装置を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。
【００１０】
本願の第１の発明では、冷凍装置における熱源側熱交換器のフィン表面に付着した霜を除去する熱交換器の除霜装置において、回転駆動される回転ブラシを上記熱交換器の通風面に沿って昇降させて上記フィン表面の着霜を掻き落して除去するブラシ除霜手段を備えるとともに、上記回転ブラシを、上記熱交換器側においてその進行方向後方側から前方側へ回転するように構成したことを特徴としている。
【００１１】
本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る熱交換器の除霜装置において、圧縮機から吐出される高温冷媒の熱によってフィン表面の着霜を融解させて除去する融解除霜手段を備えるとともに、該融解除霜手段を、上記ブラシ除霜手段のみでは除霜能力が不足する場合に運転することを特徴としている。
【００１２】
本願の第３の発明では、上記第２の発明に係る熱交換器の除霜装置において、上記除霜能力の不足を、上記熱交換器に付設されたファンの駆動入力の上昇、又は該熱交換器の熱交換能力の低下に基づいて判定することを特徴としている。
【００１３】
本願の第４の発明では、上記第２又は第３の発明に係る熱交換器の除霜装置において、上記融解除霜手段を、暖房運転サイクルにおいて圧縮機からの高温冷媒を上記熱交換器側へ供給する構成としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明では次のような効果が得られる。
【００１５】
（ａ）本願の第１の発明に係る熱交換器の除霜装置によれば、回転駆動される回転ブラシを上記熱交換器の通風面に沿って昇降させて上記フィン表面の着霜を掻き落して除去するブラシ除霜手段を備えるとともに、上記回転ブラシを、上記熱交換器側においてその進行方向後方側から前方側へ回転するように構成しているので、上記回転ブラシは、その上昇移動時にも降下移動時にも、常に上記熱交換器側においてその進行方向後方側から前方側へ回転することから、該回転ブラシによってフィン表面から掻き落される霜は、該回転ブラシの回転力によりフィン間からフィン外方へ掻き出される作用を受け、その結果、フィン表面に残留する霜の量が可及的に少ならしめられ、高い除霜効果が得られ、フィンの伝熱効率が回復し、延いては熱交換器の熱交換能力が高水準にて維持されることになる。
【００１６】
（ｂ）本願の第２の発明に係る熱交換器の除霜装置によれば、上記（ａ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、圧縮機から吐出される高温冷媒の熱によってフィン表面の着霜を融解させて除去する融解除霜手段を備えるとともに、該融解除霜手段を、上記ブラシ除霜手段のみでは除霜能力が不足する場合に運転するようにしている。
【００１７】
ここで、特に、外気温度が氷点下以上である場合にはフィン表面に付着した水分が凍り、その上に霜が生成されることから、係る生成条件の下における霜はフィン表面への固着力が強く、上記ブラシ除霜手段における回転ブラシによる掻き落し作用のみでは十分に除霜できないことも起こり得る。即ち、上記ブラシ除霜手段の除霜能力が、熱交換器側からの要求除霜能力に対して不足することも起こり得る。
【００１８】
係る場合、上記ブラシ除霜手段による除霜に加えて、上記融解除霜手段を作動させて霜を融解させることで着霜のフィン表面に対する固着力が低下し、上記ブラシ除霜手段による掻き落し作用によって霜を効果的に除去することができ、フィン表面における残留霜を可及的に少ならしめることができ、高い除霜効果が得られる。
【００１９】
また、上記融解除霜手段が、上記ブラシ除霜手段の除霜能力では要求除霜能力に対して不足するような場合のみに運転されることで、サイクル内の冷媒温度の低下による熱交換能力の低下が可及的に小さく抑えられ、その結果、除霜効果と熱交換能力の維持が両立される。
【００２０】
（ｃ）本願の第３の発明に係る熱交換器の除霜装置によれば、上記（ｂ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記除霜能力の不足を、上記熱交換器に付設されたファンの駆動入力の上昇、又は該熱交換器の熱交換能力の低下に基づいて判定するようにしているので、フィン表面の着霜量（残留霜量を含む）、即ち、除霜能力の不足を的確に判断し、必要な場合にのみ上記融解除霜手段を作動させることがで、この結果、除霜に伴うランニングコストを低く抑えつつ、高い除霜効果を得ることができる。
【００２１】
（ｄ）本願の第４の発明に係る熱交換器の除霜装置によれば、上記（ｂ）又は（ｃ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記融解除霜手段を、暖房運転サイクルにおいて圧縮機からの高温冷媒を上記熱交換器側へ供給するようにしているので、暖房運転を継続したまま上記融解除霜手段による除霜効果を得ることができ、これによりノンストップ暖房が実現され、暖房の快適性と除霜による暖房能力の維持を両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００２３】
図１には、本願発明の実施形態に係る除霜装置Ｚを示している。この除霜装置Ｚは、所定間隔をもって順次対向配置された多数枚のフィン２と、該各フィン２を貫通した状態で複数本の伝熱管３を多段に平行配置してなるクロスフィン型の熱交換器１の上記各フィン２の表面に付着した霜を機械的に除去するブラシ除霜手段４と、サイクル内を循環する冷媒の熱で上記各フィン２の表面に付着した霜を融解させて除去する融解除霜手段５を備えて構成される。
【００２４】
そして、これらブラシ除霜手段４と融解除霜手段５のうち、上記ブラシ除霜手段４はこれを主たる除霜手段として除霜時には継続的に運転され、上記融解除霜手段５は従たる除霜手段として、上記ブラシ除霜手段４のみでは除霜能力が不足する場合においてのみ補助的に運転される。
【００２５】
また、図５には空気調和機の冷媒回路を示している。この空気調和機は、圧縮機１２と室内熱交換器１３と膨張弁１４及び室外熱交換器１１を冷媒管路２１によって接続してサイクルを構成するものであって、上記室外熱交換器１１として上記熱交換器１が適用されている。従って、上記室外熱交換器１１に次述のブラシ除霜手段４が備えられるとともに、上記圧縮機１２の吐出側に設けた三方弁１５からバイパス管路２２を介して上記室外熱交換器１１側へ高温冷媒を供給し得るようにし、この三方弁１５とバイパス管路２２で上記融解除霜手段５が構成されている。
【００２６】
なお、図５において、符号１７はファンモータ１８によって回転駆動される室外機用のファン、１６は上記ブラシ除霜手段４の作動制御及び上記融解除霜手段５の発停制御を行なうコントローラ、１９は熱交換器１に設けられた温度センサである。
【００２７】
以下、上記ブラシ除霜手段４及び融解除霜手段５についてその構成、制御形態等を具体的に説明する。
【００２８】
Ａ：ブラシ除霜手段４
上記ブラシ除霜手段４は、図１〜図４に示すように、上記熱交換器１のフィン２の表面を払拭してここに付着した霜を掻き落して除去する回転ブラシ４１と、該回転ブラシ４１を昇降駆動する駆動手段５０を備えて構成される。
【００２９】
上記回転ブラシ４１は、回転軸４２の周囲に多数のブラシ毛４３を植設して構成されるものであって、そのブラシ毛４３の種類、形状等は除去対象とされる霜の性状等に応じて適宜選択される。
【００３０】
上記駆動手段５０は、図１に示すように、上記熱交換器１の幅方向の両側にそれぞれ立設されたスライドガイド５１，５２を備える。これら各スライドガイド５１，５２のうち、一方のスライドガイド５１内には、例えば、ボール・スクリュ式のスライドアクチュエータ（図示省略）が内蔵されている。このスライドアクチュエータは、上記スライドガイド５１の上端に配置された可逆回転式のモータ５３によって駆動され、スライダ５５を上下方向に昇降させることができるようになっている。なお、このスライダ５５には軸受５７が取付けられる。これに対して、他方のスライドガイド５２には、軸受５７を備えたスライダ５６が取付けられている。
【００３１】
上記回転ブラシ４１は、その回転軸４２の一端側が上記スライドガイド５１側の軸受５７に、他端側が上記スライドガイド５２側の軸受５７に、それぞれ回転自在に支承されるとともに、上記スライドガイド５１側に配置された可逆回転式のモータ５４によって回転駆動される。ここで、回転ブラシ４１を回転させる手段としては、上述のように可逆回転式のモータ５４を用いるほかに、例えば、図６に示すように、ラック２５と上記回転ブラシ４１の回転軸４２に取付けられたピニオン２６からなるラック&ピニオン機構に、アイドラギヤ２７を介在させる構成とすることもできる。
【００３２】
なお、上記熱交換器１の通風方向における該熱交換器１と上記回転ブラシ４１の相対間隔は、図２〜図４に示すように、上記フィン２の前縁２ａ側に配置された回転ブラシ４１のブラシ毛４３の先端が上記熱交換器１の伝熱管３の軸心近傍に達し得るような寸法に設定しても良いし、ブラシ毛４３をより熱交換器１の奥側まで届くように設定しても良い。
【００３３】
以上の構成によって、上記回転ブラシ４１は、上記モータ５４によって回転駆動され、且つ上記モータ５３によって乗降移動しながら上記熱交換器１のフィン２の表面２ａに付着した霜を払拭除去する。
【００３４】
この場合、上記回転ブラシ４１の回転方向と進行方向との関係は以下のように設定されている。即ち、この発明では、上記回転ブラシ４１によって掻き落された霜をフィン外へ掻き出すことを意図して、図２に示すように上記回転ブラシ４１が上記熱交換器１に沿って降下移動する場合も、図３に示すように上記回転ブラシ４１が上記熱交換器１に沿って上昇移動する場合も、共に、該回転ブラシ４１が上記熱交換器１側においてその進行方向の後方側から前方側へ向けて回転するように、その回転方向が設定されている。従って、上記回転ブラシ４１は、上昇移動時と降下移動時で回転方向が逆方向となる。
【００３５】
ここで、上記回転ブラシ４１による除霜作用について、図２及び図３を参照して説明する。
【００３６】
図２に示すように、上記回転ブラシ４１が降下移動する場合、該回転ブラシ４１のブラシ毛４３はフィン間に進入した状態で回転し、フィン表面２ｃに付着した付着霜Ｆａを順次掻き落していくが、この場合、上記回転ブラシ４１は矢印Ｒで示すように、上記熱交換器１側において進行方向（即ち、降下方向）の後方側から前方側へ向けて回転することから、該回転ブラシ４１の上記フィン２からの出口側においては、該回転ブラシ４１によって該フィン表面の付着霜Ｆａから順次掻き落される霜は、矢印Ｖ１で示す方向への掻き出し作用を受け、フィン２から外方へスムーズに排出されることになる。
【００３７】
また、図３に示すように、上記回転ブラシ４１が上昇移動する場合も、上記回転ブラシ４１が矢印Ｌで示すように、上記熱交換器１側において進行方向（即ち、上昇方向）の後方側から前方側へ向けて回転することから、該回転ブラシ４１の上記フィン２からの出口側においては、該回転ブラシ４１によって該フィン表面の付着霜Ｆａから順次掻き落される霜は、矢印Ｖ２で示す方向への掻き出し作用を受け、フィン２から外方へスムーズに排出されることになる。
【００３８】
従って、回転ブラシ４１の降下移動時でも上昇移動時でも、除霜後においてフィン表面２ｃに残留する残留霜Ｆｂの量は、図５に示す従来構造のようにフィン表面に付着した霜が回転ブラシの掻き落し作用に伴ってフィンの奥側へ押込まれて固まるような場合に比して、格段に少なくなり、極めて高い除霜効果が得られる。
【００３９】
この結果、上記フィン２における伝熱効率が回復するとともに、フィン間の通風抵抗が低下し、これらの相乗効果によって、上記熱交換器１は高い熱交換をもつことになる。
【００４０】
Ｂ：融解除霜手段５について
ところで、室外熱交換器においては、特に、外気温度が氷点下以上である場合にはフィン表面２ｃに付着した水分が凍り、その上に霜が生成されることから、係る生成条件の下における霜はフィン表面２ｃへの固着力が強く、上記ブラシ除霜手段４における回転ブラシ４１による掻き落し作用のみでは十分に除霜できないことも起こり得る。即ち、上記ブラシ除霜手段４の除霜能力が、熱交換器１側からの要求除霜能力に対して不足することも起こり得る。
【００４１】
係る場合、着霜のフィン表面２ｃに対する固着力を弱めてやれば、上記ブラシ除霜手段４の回転ブラシ４１によって着霜を容易に掻き落すことができる。この着霜のフィン表面２ｃに対する固着力を弱める手段として、この実施形態においては融解除霜手段５を備えたものである。
【００４２】
上記融解除霜手段５は、図５に示すように、暖房運転中において、室外熱交換器１１として適用される上記熱交換器１に、上記圧縮機１２の吐出側に設けた三方弁１５からバイパス管路２２を介して高温冷媒を供給し、冷媒熱によってフィン表面２ｃに付着した霜を融解させるようにして構成されることは既述の通りである。
【００４３】
ここで、この融解除霜手段５は、サイクル内の冷媒熱を用いることから、例えば、逆サイクルの除霜運転を行なう場合ほどの熱損失はないものの、冷媒温度の低下による熱交換能力の低下に結びつくことは否めないため、その運転時間は極力減らして、その運転が必要な場合（上記ブラシ除霜手段４のみでは除霜能力が不足するような場合）にのみ運転するようにするのが好適である。
【００４４】
そこで、この実施形態では、上記ブラシ除霜手段４の除霜能力の不足の判定を、上記熱交換器１に付設されたファン１７の駆動入力の上昇、又は該熱交換器１の熱交換能力の低下に基づいて行なうようにしている。前者は、フィン表面２ｃの着霜量が増えるとフィン間の通風抵抗が高くなり、それだけファンモータ１８の駆動入力が増加することに基づくものである。後者は、フィン表面２ｃの着霜量が増えるとフィン２の伝熱効率が低下し、熱交換器１の熱交換能力が低下することの基づくものである。
【００４５】
具体的には、図５に示すように、上記熱交換器１に付設した温度センサ１９によって検出した凝縮温度を上記コントローラ１６に入力し、凝縮温度が一定値以上であれば除霜能力の不足状態と判定するとか、上記ファンモータ１８の駆動入力を上記コントローラ１６に取り込み、この駆動入力が所定値より大きい場合に除霜能力の不足状態と判定するものである。
【００４６】
そして、除霜能力の不足状態と判定された場合には、上記ブラシ除霜手段４の運転供給加えて、上記融解除霜手段５を追加的に運転し、該融解除霜手段５によって着霜を融解させてフィン表面２ｃに対する固着力を弱め、上記ブラシ除霜手段４の回転ブラシ４１による掻き落し作用を促進させることで、結果として高い除霜効果を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本願発明の実施の形態に係る熱交換器の除霜装置の全体斜視図である。
【図２】図１に示した除霜装置の降下工程における除霜状態説明図である。
【図３】図１に示した除霜装置の上昇工程における除霜状態説明図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本願発明の実施の形態に係る除霜装置が適用された冷凍回路図である。
【図６】回転ブラシの回転機構の他の構造例の説明図である。
【図７】従来の熱交換器の除霜装置における除霜状態説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１      ・・熱交換器
２      ・・フィン
３      ・・伝熱管
４      ・・ブラシ除霜手段
５      ・・融解除霜手段
１１    ・・室外熱交換器
１２    ・・圧縮機
１３    ・・室内熱交換器
１４    ・・膨張弁
１５    ・・三方弁
１６    ・・コントローラ
１７    ・・ファン
１８    ・・ファンモータ
１９    ・・温度センサ
２１    ・・冷媒管路
２２    ・・バイパス管路
４１    ・・回転ブラシ
４２    ・・回転軸
４３    ・・ブラシ毛
５０    ・・駆動手段
５１    ・・スライドガイド
５２    ・・スライドガイド
５３    ・・昇降用モータ
５４    ・・回転用モータ
５５    ・・スライダ
５６    ・・スライダ
５７    ・・軸受
Ｆａ    ・・付着霜
Ｆｂ    ・・残留霜
【図１】
2009243748.tif 000003
【図２】
2009243748.tif 000004
【図３】
2009243748.tif 000005
【図４】
2009243748.tif 000006
【図５】
2009243748.tif 000007
【図６】
2009243748.tif 000008
【図７】
2009243748.tif 000009