JP4889747B2 - 熱交換器及びこれを備えた空気調和機 - Google Patents
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Description
熱交換器1は、所定の間隔でほぼ平行に積層されて、その間を媒体である空気が流れるように構成された伝熱面を形成する複数の板状フィン2と、各板状フィン2に設けた貫通穴に挿通された伝熱管3とによって構成されている。
気液二相となった冷媒は、熱交換器1の伝熱管3に流入して気化することにより、板状フィン2を介して周囲空気から吸熱を行い、冷凍装置として動作する。なお、空気との熱交換を効率的に行うために、矢印で示すように、板状フィン2に向って平行に、送風機(図示せず)により空気(風)が送り込まれる。
このように霜層10を生成する凝縮水滴は、熱交換器の性能に大きな影響を与えるため、種々対策が講じられている。
空気露点温度以下に冷却された板状フィン2の表面に、水蒸気11を含んだ空気が接しているとき、空気中の水蒸気11は板状フィン2の表面で冷却され、表面上に核12となって凝縮され凝縮水滴13が生成される。この凝縮水滴13は、板状フィン2の表面の至る所で発生する。そして、凝縮水滴13は、表面エネルギーを下げるため隣どうしの凝縮水滴13が合体して大きな凝縮水滴14となる。
一方、合体が促進されれば凝縮水滴13は周りの凝縮水滴13と合体を続けてどんどん大きくなる。
例えば、図3の凝縮水滴13の周りの空気が大きく振動しているときは、凝縮水滴13自身も振動を続ける。その結果、周りの凝縮水滴13と触れるため合体が促進され、大きな凝縮水滴14へと変化する。
図1は本発明の実施の形態1に係る熱交換器の模式的説明図で、(a)は正面図、(b)は側面図である。なお、図4の従来技術と同じ部分には、これと同じ符号が付してある。
熱交換器1の風の流入方向(矢印で示す)と直交する一方の側には、板状フィン2に近接して音波発生装置5が配設されており、他方の側には反射板6が設けられている。なお、音波発生装置5は板状フィン2に接触させてもよい。また、熱交換器は一般に筐体内に収容されているので、その場合は筐体を反射板に利用し、反射板6を省略してもよい。
このとき、図2に示すように、隣接する板状フィン2の間の空気に、風(空気)の進行方向と平行に複数の節7及び節7の間に腹8が周期的に生成される。
前述のように、熱交換器が低温環境下で動作するとき、板状フィン2の間は霜で閉塞される。そのため、これを用いた装置は定期的にデフロスト運転を行うが、デフロスト運転中は、例えば空気調和機では室内温度が低下し、給湯器では水温が低下するため、デフロスト運転はできるだけ短時間で行うことが装置の安全運転には重要である。つまり、デフロスト運転中に素早く板状フィン2の表面の霜を融解させる必要がある。
具体的には、図1に示した音波発生装置5により、実施の形態1の場合と同様に、板状フィン2の間の空気に節7と腹8を発生させる。
図1の熱交換器1において、板状フィン2の表面温度が空気露点温度以下のときは、板状フィン2上に凝縮水滴が生成される。板状フィン2の表面温度が0℃以下の場合は、実施の形態1で説明したように、凝縮水滴が氷滴となって霜が発生するが、板状フィン2の表面温度が0℃以上で空気露点温度以下のときは、板状フィン2の表面に凝縮水滴が生成される。なお、このような条件は、濡面条件と呼ばれている。
しかしながら、板状フィン2の表面に径の大きな凝縮水滴が存在すると、この凝縮水滴が板状フィン2の間の通風抵抗となるため、板状フィン2の間に流入する空気量が徐々に低下し、熱交換量が減少する。
また、板状フィン2の表面が径の小さい凝縮水滴で満たされた場合は、径の大きい凝縮水滴になるように変化させ、実施の形態2の場合のように凝縮水滴の質量を大きくして排水性を高めることにより熱交換器の性能を向上させることができる。
本実施の形態は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を冷媒配管により順次接続した冷凍サイクルを有する空気調和機において、凝縮器及び蒸発器の両者又はいずれか一方に、本発明に係る熱交換器を用いたものである。
本実施の形態によれば、信頼性が高く省エネルギー効果を有する空気調和機を得ることができる。
Claims (5)
- 所定の間隔でほぼ平行に積層された複数の板状フィンと、これら板状フィンを貫通して設けられた伝熱管とを有し、前記板状フィンの間を通過する空気と前記伝熱管中を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器において、
前記熱交換器の風の流入方向と直交する一方の側に前記板状フィンに近接して該板状フィン間の空気を振動させる振動周波数可変の音波発生装置を配設し、他方の側に反射板を設け、前記音波発生装置と反射板との間で共鳴周波数を発生させて、空気の進行方向と平行に複数の腹と節を生成することを特徴とする熱交換器。 - 前記複数の節で発生する凝縮水滴をその位置に拘束して、他の凝縮水滴との合体を抑制することを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記音波発生装置と反射板との間において、少なくとも高低2種類の共鳴周波数を発生させ、
前記熱交換器を備えた装置が着霜条件下においては前記高い共鳴周波数を発生させ、前記複数の節の数を増やし、
前記装置がデフロスト運転中は前記低い共鳴周波数を発生させ、前記複数の腹の数を減らすことを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換器。 - 前記板状フィンの表面温度が0℃以上で該板状フィンの表面に凝縮水滴が生成したときは前記高い共鳴周波数を発生させ、排水時には前記低い共鳴周波数を発生させることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱交換器を備えたことを特徴とする空気調和機。
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