JPH09236396A

JPH09236396A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH09236396A
Application number: JP4271896A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Takimoto; 和利滝本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】電場の作用が効果的に働き、冷却面上の霜が
除去されるのは、着霜の初期の段階のみであり、霜の堆
積が進行してくると作用が減少して遂には霜の除去作用
が生じなくなる。【解決手段】熱交換器１のフィン群３とそれに対向し
て配置した電極５との間に高電圧を印加、または、前記
熱交換器１のフィン群３どうしを絶縁して対向するフィ
ン群３間に高電圧を印加し、電場を形成する高電圧装置
と、前記熱交換器１のフィン群３に振動を発生させる振
動発生装置７を設けたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍，空調装置の
蒸発器として使用される熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍，空調装置は、一つまたは複
数の蒸発器と凝縮器により、冷蔵庫や冷凍庫内を循環す
る空気を冷却したり、屋内の冷暖房等を行っている。冷
凍装置、および暖房運転時の空調装置の蒸発器では、多
くの場合、空気中の水蒸気が相変化を起こし凝結して蒸
発器上に霜として堆積する。この着霜は、空気流の通路
を塞ぎ、また、伝熱の抵抗体として蒸発器の性能低下を
引き起こす原因となっている。

【０００３】このため、これらの装置に使用される蒸発
器に対しては、フィンピッチを大きくして霜による空気
流路の閉塞を遅らせたり、伝熱性能の悪いフィンを使用
して着霜量自体を少なくするなどの方法が採られてき
た。しかし、このような方法でも霜の付着は避けられ
ず、時間の経過に伴って空気流路は挟まり次第に交換熱
量が減少し、そのため、定期的に冷却面上の着霜を溶解
して除去する除霜運転を行う必要があった。

【０００４】このように、蒸発器として使用される熱交
換器は、従来高性能，小型化が達成できず、しかも、除
霜過程では余分なエネルギを消費するなどの問題点があ
った。また、除霜時には、冷凍庫および冷蔵庫内の温度
上昇が、庫内の保存物質へ悪影響を与え、定期的な暖房
運転の中断は快適性を損なうなどの問題点も含んでい
た。

【０００５】このような着霜に伴う諸々の問題点を解決
するため、より効果的な対策として電場を利用して冷却
器への着霜を制御する方法が考えられている。着霜抑制
への電場利用による先行技術として、特開平４−３２６
７２号公報に示されたものがある。これは、除霜すべき
伝熱面に対向して電極を配置し、この電極と伝熱面に高
電圧を印加することにより、伝熱面に着霜する霜が誘電
分極を引き起こし、この作用により針状晶の成長が促進
され、最終的には、その針状晶が電極に引かれて、伝熱
面から離脱する。このことにより、伝熱面に堆積する着
霜量を減少させることができるとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術には以下のような問題があった。即ち、電場の
作用が効果的に働き、冷却面上の霜が除去されるのは、
着霜の初期の段階のみであり、霜の堆積が進行してくる
と作用が減少して遂には霜の除去作用が生じなくなって
しまう。また、現在主流のフィン付管形熱交換に適用し
た場合には、空気流上流側のフィン面に付着する密な霜
に対しては、電場の作用は小さくなる。したがって、電
場を利用する方法では、従来と比較し除霜運転の間隔を
延長することは可能となるが、従来と同様に定期的に除
霜運転を行う必要があった。

【０００７】本発明は冷凍，空調装置に使用され、着霜
を伴うフィン付管形熱交換器において、高電圧を印加
し、電場を形成する高電圧装置と、前記熱交換器のフィ
ン群に振動を発生させる振動発生装置を設けることで、
熱交換器の表面上に生じる霜を除去して、霜による伝熱
性能の低下を抑えて、運転時間の延長を可能とする熱交
換器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の熱交換器は上記
目的を達成するために、冷凍，空調装置に用いられ、着
霜を伴うフィン付管形熱交換器において、熱交換器上に
付着した霜を除去するため、フィン間に複数の電極を配
置し、電極とフィンの間に高電圧を印加、または、前記
熱交換器のフィン群どうしを絶縁して対向するフィン群
間に高電圧を印加する高電圧装置と、前記熱交換器のフ
ィン群に振動を発生させる振動発生装置を設けたもので
ある。また、前記フィン群を連結する連結管にゴム等の
絶縁・弾性部材を用いたもの、あるいは、前記フィン群
の空気流に対して風上のフィン群のみに振動発生装置を
設けたものである。

【０００９】上記のような構成にすることにより、着霜
が生じるフィン面には電場が形成される。フィン面に発
生した霜は電場中で誘電分極し、フィン面から離れる方
向に電気的な力を受ける。この力が霜の付着力を上回る
と、霜はフィン面から取り除かれるため、フィン面への
霜の堆積が抑制される。時間の経過とともに、霜は樹枝
状に成長し、電場によって生じる力では次第に取り除け
なくなるため、フィン面には霜の堆積が進行する。

【００１０】そこで、フィン群に振動を発生させる振動
発生装置により、フィン面に振動を発生させる。この振
動によって、フィン面上の霜は破壊し、取り除くことが
できる。霜が除去された後のフィン面には、霜が若干残
るものの、電場による効果と振動による効果により、着
霜を抑制することが可能となる。したがって、霜による
伝熱性能の低下を抑えて、運転時間を延長することが可
能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の熱交換器の実施の
形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明
の熱交換器の第１の実施の形態によるフィン付管形熱交
換器を示したものである。

【００１２】図１において、１は熱交換器で、低温の冷
媒が内部を流れる管２に、空気の流れと平行に多数並べ
られたフィン群３が取り付けられている。熱交換器１の
フィン群３の間には、メッシュ状の電極５が張られてい
る。電極５には高電圧発生装置（図示せず）からの直流
の電圧が印加され、熱交換器１を接地することによりフ
ィン群３面上には電場が形成される。６は熱交換器１に
空気を流すファン及びモータである。

【００１３】空気流に含まれる水分は、熱交換器１を通
過する際、霜として取り除かれ、フィン群３表面上に堆
積する。しかし、フィン群３表面には、メッシュ状の電
極５によって電場が形成されているため、この電場によ
って発生する力によりフィン群２表面上から取り除かれ
る。この様子を図２に示す。電極５とフィン群３の間に
は電場が形成されている。フィン表面温度が零度以下で
あると、空気流中の水蒸気は凝結して霜となってフィン
表面に付着する。そして、電場による作用により、着霜
初期に付着した霜を核として針状又は、樹枝状の霜が成
長する。

【００１４】このように、電場による作用により針状又
は、樹枝状の霜の成長が促進されるが、付着力の弱い脆
弱な霜であるために電場による力あるいは空気流により
容易に取り除かれる。その結果、フィン群３間の空気流
路の閉塞を招く霜の堆積を抑えながら熱交換が行えるこ
とができるため、除霜運転に至るまでの運転時間を延長
することが可能となる。

【００１５】しかし、時間の経過とともに電場による作
用だけでは霜が取りきれず、フィン群３の表面上には霜
が堆積し、次第に空気の流路であるフィン群３間が狭ま
ってくる。この時、振動発生装置７により熱交換器１を
振動させることで、電場だけでは取りきれない霜を取り
除くことができる。

【００１６】図３に振動発生装置の一例を示す。振動発
生装置７はモータ１１とクランク１２により構成されて
おり、熱交換器１に対して連結棒１０とピン１３で固定
されている。モータ１１を回転することでクランク１２
が回転し、クランク１２とピン１３で回転支持固定され
た連結棒１０を往復運動させ、熱交換器１を振動させる
ことができる。クランク１２の長さａにより振動の振幅
（２×ａ）を設定、モータの回転数によって振動の周波
数を設定できる。

【００１７】又、この時のフィン群３上の霜は、電場の
作用により脆く、長い針状又は、樹枝状の霜であるた
め、振動により霜柱の途中で切断されやすく、より効果
的に霜を取り除くことができる。さらに、常時振動を発
生させるのではなく、一定周期又は、着霜が一定以上堆
積した時のみに振動を発生させることにより、省電力で
効果的に霜を取り除くことができる。この結果、フィン
群間の空気流の流路が確保され、また霜による熱抵抗が
なくなり、良好な熱交換が維持できることになる。

【００１８】尚、振動発生装置７は、上記説明した構造
に限るものではなく、ソレノイド、超音波振動子等の電
気的に往復運動する素子によって直接熱交換器を振動さ
せてもよい。又、音響的振動をホーン、振動板等を介し
て熱交換器を振動させてもよい。又、圧電素子などを直
接フィン表面に貼り付けて振動を発生させてもよい。
又、フィン群３を振動させる物であれば他の方式であっ
てもかまわない。尚、電場及び、振動によりフィン群３
に付着する霜をより効果的に取り除くために、霜とフィ
ン表面との付着を小さくするようにフィン表面にテフロ
ンコーティングや撥水処理を施す等の方法がある。

【００１９】図４は本発明の熱交換器の第２の実施の形
態によるフィン付管形熱交換器を示したものである。図
４において、熱交換器１は、低温の冷媒が内部を流れる
管２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを絶縁管２１ａ，２
１ｂ，２１ｃ，２１ｄで接続されている。そして、管２
０ａ，２０ｃは側板４ａと接続され、管２０ｂ，２０ｄ
が側板４ｂと接続される構造になっている。尚、管２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄには空気の流れと平行に多
数並べられたフィン群が取り付けられている。６は熱交
換器１に空気を流すファン及びモータである。

【００２０】上記構成により側板４ａと４ｂの間に高電
圧発生装置（図示せず）から電圧を印加すると、管２０
ａと２０ｂ、管２０ｂと管２０ｃ、管２０ｃと管２０ｄ
間のフィン群面上に電場が形成される。７は振動発生装
置で側板４ｂに取り付けられており、熱交換器１を振動
させることができる。上記構成とすることにより、電極
を設けないで、フィン群表面に電場を形成することがで
きるため、電極をフィン間に挿入する複雑な構造を回避
することができ、製造コスト削減が行える。

【００２１】図５は本発明の熱交換器の第３の実施の形
態によるフィン付管形熱交換器を示したものである。図
５はフィン間に電極５が挿入されているタイプの熱交換
器で、低温の冷媒が内部を流れる管２ａ，２ｂ（フィン
群３が取り付けられている）を弾性部材たとえば防振ゴ
ム等を用いた連結管９で接続している。そして、管２ａ
は側板４ａ，４ｂに振動伝播を行わないように同じく弾
性部材を用いた防振固定部８ａ，８ｂで固定されてい
る。振動発生装置７は空気流の風上側である管２ａに取
り付けられている。

【００２２】上記構成とすることにより、着霜量の多い
風上側の管２ａ（フィン群３）のみを振動させることが
でき、小さい振動エネルギーで効率よく除霜を行うこと
ができる（熱交換器を通る空気流は、内部に含まれる水
蒸気がフィン群表面にて凝結・着霜しながら熱交換器を
通過していくため、熱交換器の風上側で多く着霜し、風
下側に行くほど空気流に含まれる水蒸気量が少なくなる
ため着霜量が少なくなる。）。

【００２３】尚、図では示していないが熱交換器と電極
間に高電圧を印加するために、管２ａ，２ｂは電気的に
接続している。連結管９を導電性の弾性部材たとえば防
振ゴムにカーボンなどの導電材を含ませた物質を使用す
ることで配線等を使用せずに管２ａ，２ｂを電気的に接
続することができる。

【００２４】図６は本発明の熱交換器の第４の実施の形
態によるフィン付管形熱交換器を示したものである。図
６はフィン群を絶縁し、フィン群管に高電圧を印加する
タイプの熱交換器で、低温の冷媒が内部を流れる管２０
ａ，２０ｂ（フィン群が取り付けられている）を絶縁・
弾性部材たとえば絶縁性能がある防振ゴム等を用いた連
結管９で接続している。そして、管２０ａは側板４ａ，
４ｂに振動伝播を行わないように同じく絶縁・弾性部材
を用いた防振固定部８ａ，８ｂで固定されている。振動
発生装置７は空気流の風上側である管２０ａに取り付け
られている。

【００２５】上記構成とすることにより、熱交換器を通
る空気流の風上側の管２０ａ（フィン群）のみを振動さ
せることができ、小さい振動エネルギーで効率よく除霜
を行うことができる。

【００２６】図７及び図８は本発明の熱交換器の第５及
び第６の実施の形態によるフィン付管形熱交換器を示し
たものである。図７はフィン間に電極５が挿入されてい
るタイプの熱交換器で、熱交換器１と空気流上側で霜を
集中的に着霜させる熱交換器３０に分離されており、弾
性部材たとえば防振ゴム等を用いた連結管９で接続され
ている。振動発生器７は着霜用熱交換器３０に取り付け
られている。

【００２７】図８はフィン群管を絶縁し、フィン群管に
高電圧を印加するタイプの熱交換器で、熱交換器１と空
気流風上側で集中的に着霜させる熱交換器３０に分離さ
れており、絶縁・弾性部材たとえば絶縁性能がある防振
ゴム等を用いた連結管９で接続されている。振動発生器
７は着霜用熱交換器３０に取り付けられている。

【００２８】上記構成とすることにより、熱交換器全体
を振動させるのでなく、着霜用熱交換器３０のみを振動
させることができ、小さい振動エネルギーで効率よく除
霜を行うことができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は上記のような構成であるから、
冷凍，空調装置に使用され、着霜を伴うフィン付管形熱
交換器において、フィン間に複数の電極を設置して電極
とフィンの間に高電圧を印加、又は、絶縁したフィン群
間に高電圧を印加することで、フィン表面に電場を形成
し、熱交換器の表面上に生じる霜を抑制し、さらに、熱
交換器を振動させることにより霜を除去することができ
るので、霜による伝熱性能の低下を抑えて、運転時間の
延長が可能となる。

【００３０】尚、フィン群を連結する連結管に弾性部材
を使用することで、着霜が多く発生する空気流風上側の
みのフィン群を振動させることができ、省エネルギーで
効果的に除霜することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す熱交換器の構
成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の熱交換器による電
場の作用を示す説明図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の熱交換器の振動発
生装置の一例を示す構成図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す熱交換器の構
成図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す熱交換器の構
成図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態を示す熱交換器の構
成図である。

【図７】本発明の第５の実施の形態を示す熱交換器の構
成図である。

【図８】本発明の第６の実施の形態を示す熱交換器の構
成図である。

【符号の説明】

１フィン付き管形熱交換器２管３フィン群５電極６ファン及びモータ７振動発生装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷凍，空調用装置に使用され、着霜を伴
う熱交換器において、前記熱交換器のフィン群とそれに
対向して配置した電極との間に高電圧を印加、または、
前記熱交換器のフィン群どうしを絶縁して対向するフィ
ン群間に高電圧を印加し、電場を形成する高電圧装置
と、前記熱交換器のフィン群に振動を発生させる振動発
生装置を設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】請求項１記載の熱交換器において、前記
フィン群を連結する連結管にゴム等の弾性部材を用いる
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】請求項１記載の熱交換器において、前記
フィン群の空気流に対して風上のフィン群のみに振動発
生装置を設けたことを特徴とする熱交換器。