JPH09310940A

JPH09310940A - 熱交換装置

Info

Publication number: JPH09310940A
Application number: JP12435096A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kusumoto; 寛楠本; Mitsuo Kudo; 光夫工藤; Masaaki Ito; 正昭伊藤; Katsumi Muroi; 克美室井; Yoshito Watabe; 義人渡部; Yasuhiro Yoshimura; 保広吉村; Hiroshi Kogure; 博志小暮; Toshihiko Fukushima; 敏彦福島; Toshio Hatada; 敏夫畑田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1996-05-20
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、冷凍・空調装置に用いられ、
特に蒸発器として使用される熱交換装置において、表面
に撥水性処理が施された熱交換器と送風機とを備え、前
記送風機で吸引，送風する熱交換装置において、送風機
の回転翼の周端部における着氷を防止して、長時間にわ
たって高い暖房能力が得られる熱交換装置を提供するこ
とにある。【解決手段】上記の目的は、熱交換器に撥水性の表面処
理を施し、熱交換器の気流下流側に設置された送風機の
回転翼の周囲に、送風機の回転翼周端部に流入する水滴
を捕捉するための水滴捕捉部を設け、さらに水滴捕捉部
を回転可能とし、水滴捕捉部に生じる着氷を連続的に除
去するための除去装置を設置することにより解決され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面に撥水性処理
を施した伝熱面で構成される熱交換器を備え、前記熱交
換器が蒸発器として使用される熱交換装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ式空調用機器が、冬季に暖
房運転される場合、戸外の空気と熱交換を行う室外機の
熱交換器は、蒸発器として作動する。このとき、熱交換
器上には空気中の水蒸気が凝縮凍結した霜が発生する。
この霜は、フィン間の空気流路を狭め、空気流に対する
通気抵抗を増大させるため、次第に空気流量が減少し伝
熱性能が低下してくる。そこで従来から霜を融解して取
り除く除霜運転を定期的に行う必要があった。

【０００３】一方、この着霜を抑制する方法として、フ
ィン表面に水をはじく撥水性の表面処理を施すことによ
り着霜の進展を遅らせることができることが従来から知
られている。フィン表面を撥水性にすると、凝縮水滴は
フィン面上で球形となり、凍結に必要な過冷却度が大き
くなるため、凍結に至るまでの時間を遅らせることがで
きる。しかしながら、従来の撥水性の表面では、フィン
表面に生じた水滴は空気流によってフィン表面を移動し
て、フィンの空気流下流端に滞留し、フィン間を橋渡し
するように成長する。このため、空気流に対する通風抵
抗が増大し、次第に空気流量が低下してくる。また、水
滴が集合するにつれて水滴径が大きくなるため、過冷却
状態が維持できず、その結果水滴は凍結し、空気流路は
閉塞に至るという問題があった。したがって、撥水性表
面処理だけではフィンの耐着霜性能を大幅に向上させる
ことはできなかった。

【０００４】この課題に対して、特開平4−177093 号公
報，特開昭63−3182号公報，特開平7−127991 号公報に
示される方法が考えられている。特開平4−177093 号公
報においては、フィンの気流下流端を親水性，フィンの
他の部分を撥水性にすることによりフィンの気流下流端
における水滴の残留が防止できるとし、特開昭63−3182
号公報においては気流流入側のフィン列を撥水性，気流
流出側のフィン列を親水性の表面処理を施し、気流流入
側のフィン列のフィンピッチを気流流出側のフィン列よ
りも大きくすることにより、フィンの気流下流端におけ
る水滴の残留を防止し着霜によるフィン間の目詰まりま
での時間を延長できるとしている。また、特開平7−127
991 号公報においては熱交換器の気流下流側に親水性の
処理を施した網目状の水滴捕集部材を設置し、フィンの
気流下流端に集まる水滴を水滴捕集部材に導いて除去
し、フィンの気流下流端での水滴の残留を防止し気流流
量の低下を抑制できるとしている。

【０００５】一方、本発明者らが開発した撥水性表面に
おける凝縮水滴は、観察によればフィン面に水滴が凝縮
付着した後、隣接する水滴同士が合体すると直ちにフィ
ン面から離脱し、その後気流に随伴して下流側へと飛散
することが明確となった。フィンの気流下流端に滞留す
る水滴も自重によって熱交換器の下方に落下するため、
フィンの気流下流端に残留する水滴の量は非常に少なく
なる。このため、上記のような問題は軽減され、付着水
滴による通風抵抗の増大や着霜を大幅に抑制することが
でき、長時間にわたって高い暖房能力を供給できる熱交
換装置が得られることになる。

【０００６】しかしながら、熱交換器の気流下流側に送
風機が配置されるユニット構成では、気流に随伴して下
流側へ飛散した過冷却状態の水滴が、送風機に付着して
凍結する。図１３に送風機の翼に発生する着氷の様子を
示す。着氷１７は、送風機２の翼周端部に集中し、氷柱
状に形成される。この着氷は飛散水滴の付着に伴って徐
々に成長し、ある大きさになると遠心力の作用や送風機
２の周囲にある圧縮機カバー１１等の部材と接触して、
翼面から離脱することになる。離脱した氷は、ユニット
５内にある熱交換器１等に衝突してフィンを損傷させた
り、翼面から一様に氷が離脱しない場合には送風機２の
回転がアンバランスとなり送風機を破損する恐れがあっ
た。

【０００７】親水性の熱交換器についても、気流流速が
高い条件下で使用される場合や、除霜運転後の暖房運転
再開時に、熱交換器から水滴が飛散することがあるた
め、飛散水滴の処理方法に関して特開平4−334511 号公
報や特開平6−123588 号公報に示される方法が考えられ
ている。

【０００８】特開平4−334511 号公報に示された方法
は、除霜運転後の融解水のように多量の水滴がフィン上
に残留する場合に、この水滴が暖房運転再開時に空気流
によって飛散し送風機等へ付着することを防止すること
を目的としたもので、送風機の吸引側に熱交換器から飛
散してくる水滴を捕捉するためのフィルターを設置する
ものである。フィルターは金属ワイヤ，樹脂，繊維等で
構成される網目状のもので、フィルターに捕捉された水
滴が凍結する場合に備えて電気ヒータによる加熱手段を
設けている。

【０００９】また特開平6−123588 号公報に示された方
法は、気流流速が高い条件下で使用される場合には凝縮
水滴が気流下流側に飛散するため、扁平の伝熱管とフィ
ンとで構成される熱交換器の伝熱管の気流下流側端部
に、飛散する水滴を捕捉するための捕捉板を一体成形さ
せるものである。熱交換器から流出した水滴は、気流の
流れ方向へと飛散することになるが、伝熱管に一体成形
された捕捉板によって捕捉されるため、気流下流側への
水滴の飛散が防止できるとしている。

【００１０】しかしながら、熱交換器から飛散する水滴
が過冷却状態となる条件下では、水滴捕捉部材として前
記のようなメッシュ状の部材を使用すると、水滴を捕捉
するに従って着氷による目詰まりが生じ、次第に気流流
量が減少し伝熱性能が低下してくる。また、発明者らが
開発した撥水性の表面では、暖房運転中は常時水滴が飛
散するため、水滴捕捉部材の目詰まりを防止するには電
気ヒータ等の加熱手段を頻繁に用いる必要がでてくる。
したがって、上記実施例のようにメッシュ状の部材を送
風機の吸引側に設置するだけでは、余分な加熱エネルギ
ーが必要となるためエネルギー的に不利になる。また、
伝熱管の一部を捕捉板に成形する方法では、伝熱管から
の熱伝導によって捕捉板は冷却されているため、この場
所での着霜量が局所的に増大し、気流流路が短時間の内
に閉塞されてしまうことになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の点に
鑑み、表面に撥水性処理が施された熱交換器と送風機と
を備え、前記送風機で吸引，送風する熱交換装置におい
て、送風機の回転翼の周端部における着氷を防止して、
長時間にわたって高い暖房能力が得られる熱交換装置を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる熱交換装
置は、熱交換器に撥水性の表面処理を施し、熱交換器の
気流下流側に設置された送風機の回転翼の周囲に、送風
機の回転翼周端部に流入する水滴を捕捉するための水滴
捕捉部を設け、さらに前記水滴捕捉部を該回転翼の回転
中心とほぼ同一の中心で回転可能とし、前記水滴捕捉部
に生じる着氷を連続的に除去するための除去装置を設置
することにより解決される。

【００１３】本発明によれば、気流中の水蒸気が凝縮し
て水滴を形成し、その後凝縮水滴の凍結へとすすむ着霜
の条件下では、発明者らが開発した撥水性の表面処理を
施すことにより熱交換器における着霜を大幅に遅らせる
ことができ、熱交換器から飛散し送風機に流入しようと
する水滴は、送風機の周囲に配置した水滴捕捉部によっ
て捕捉され、更に水滴捕捉部に生じる着氷は除去装置に
よって連続的に水滴捕捉部から取り除かれるため、長時
間にわたって高い暖房能力が得られる熱交換装置が達成
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明の各実施例を詳細に説
明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施例に係わる熱交換
装置の上面図、図２は熱交換装置の部分詳細図を示す。
ユニット５内には、内部を低温の冷媒（図示せず）が流
動し外部を空気４が流れる撥水性の表面処理が施された
熱交換器１と、前記熱交換器の気流下流側に電動モータ
３により駆動される送風機２が設置されている。前記送
風機の周囲には前記送風機の回転翼周端部を覆うように
水滴捕捉部６が設置され、図２に示すように前記水滴捕
捉部６を回転させるモータ７と、前記水滴捕捉部６と接
するブラシ８が設置されている。

【００１６】気流中の水蒸気が凝縮して水滴を形成し、
その後凍結へとすすむ条件下では、本発明者らが開発し
た撥水性の作用により、凝縮水滴の一部は凍結する以前
に気流中へと離脱し、また熱交換器１に付着した水滴は
微小であるため、熱交換器１における着霜を大幅に遅ら
せることができる。この際、離脱した水滴は、気流に随
伴して気流下流側へと飛散し、送風機２へと流れていく
が、送風機２の周囲に設置された水滴捕捉部６によっ
て、送風機２の回転翼周端部に流入する気流中の水滴は
捕捉される。また、水滴捕捉部６は低回転で回転し、そ
れと接するブラシ８によって水滴捕捉部６に付着，凍結
した着氷は掻き落とされるため、水滴捕捉部６は着氷に
よる目詰まりを生じることなく長時間にわたって水滴を
捕捉することができる。したがって、送風機２の回転翼
周端部における着氷が大幅に低減できるため、回転翼面
から離脱する氷はなくなり、また水滴捕捉部６への着氷
は連続的に除去されるため、長時間にわたって高い暖房
能力が得られる熱交換装置が達成できる。

【００１７】水滴捕捉部６に使用される部材としては、
金属，樹脂，繊維等から構成されるメッシュ状の部材や
線状の部材が適しており、その表面に氷との付着力が小
さいポリテトラエチレン等のコーティングを施すことが
望ましい。また、水滴捕捉部６のメッシュピッチあるい
は線ピッチは、飛散する水滴を効果的に捕捉するため１
mm以下にする必要がある。

【００１８】水滴捕捉部６に生じた着氷を除去するブラ
シ８の設置位置については、水滴捕捉部の着氷を効率よ
く水滴捕捉部の外部に排除できるように、図３に示すよ
うに水滴捕捉部６と送風機２の間に設置してもよい。

【００１９】水滴捕捉部６は、小形の電動モータ７等で
駆動されるが、回転速度が毎分数回でよいため必要な動
力は小さく消費電力は小さくてすむ。また、熱交換器１
から流出する気流の温度が零度以上であれば、飛散した
水滴が凍結することがなくなるので、水滴捕捉部６を回
転させる必要はない。

【００２０】水滴捕捉部６を回転させる他の方法とし
て、図４に示すように気流によって水滴捕捉部６を回転
させる翼１８を水滴捕捉部６に設ける方法がある。この
場合には、水滴捕捉部６を回転させるために必要な電動
モータが不要となる。

【００２１】なお、上記の実施例では水滴捕捉部を送風
機の回転翼周端部を覆うように設けたが、図５に示すよ
うに送風機の気流流入部全面を覆うように水滴捕捉部を
設けてもよい。

【００２２】図６は本発明の他の一実施例を示す熱交換
装置を示す。前記実施例と異なる点は、ブラシによって
除去された氷を排除する方法に関するところにある。送
風機２の周囲には水滴捕捉部６が配置され、前記水滴捕
捉部６は電動モータ７により低速で回転している。前記
水滴捕捉部と接するようにブラシ８が設置され、前記ブ
ラシの下方には加熱手段（図示せず）を設けた捕集部１
０がある。

【００２３】水滴捕捉部６に生じた着氷は、水滴捕捉部
６と接するように設置されたブラシ８によって掻き落と
され、捕集部１０に集められる。捕集部１０には加熱手
段が設けられているため、捕集部１０に堆積した氷１３
は融解され、融解後は水となってユニットケース底部の
ドレンパン（図示せず）へと排出される。

【００２４】加熱手段としては、図７に示すように圧縮
機１２を覆う圧縮機カバー１１の一部を捕集部１０に成
形して圧縮機１２からの排熱を利用する方法、または電
気ヒータあるいは高温の冷媒が流動する冷媒配管を捕集
部１０に配置する方法がある。

【００２５】上記の実施例では、水滴捕捉部６に付着し
た着氷を除去するため、機械的に除去するブラシ８を設
けたが、他の方法として図８に示すように、一部を円弧
状に成形した部材９を水滴捕捉部の下方に設け、前記部
材９に加熱手段を設けることによって、この場所を通過
する水滴捕捉部６の着氷を融解する方法が有効である。
加熱手段としては、前記部材９を圧縮機カバーの一部で
成形して圧縮機からの排熱を利用する方法、または前記
部材９に電気ヒータあるいは高温の冷媒が流動する冷媒
配管を設置する方法がある。また、融解後の水滴が水滴
捕捉部６に残留しないように、水滴捕捉部６には親水性
の部材を用いる、あるいは親水性の表面処理を施す等の
方法が有効である。

【００２６】図９は本発明の他の一実施例を示す熱交換
装置を示す。前記実施例と異なる点は、熱交換器１の底
部がユニットケース底面１４より高くなるように、該熱
交換器１の底部に部材１５を設置し、前記熱交換器１の
気流流出側のユニットケース底面１４に加熱手段を設け
たところにある。

【００２７】発明者らが開発した撥水性の熱交換器１で
は、気流中の水蒸気が凝縮した水滴の一部は凝縮後直ち
に離脱し気流下流側へと飛散するが、残りの凝縮水滴は
自重によって熱交換器１の下部に落下しそこで凍結す
る。また、暖房運転を長時間連続して行うと、熱交換器
には徐々に着霜が発生するため除霜運転を行う必要がで
てくるが、除霜運転を行うと熱交換器１に生じた着霜が
霜の状態のままで熱交換器１の下部に落下する。このた
め、熱交換器１の気流下流側のユニットケース底面１４
には時間の経過とともに霜が堆積し、しかもこの霜は暖
房運転中は冷気にさらされ、また熱交換器１からも熱的
に遮断されているため、除霜運転時にも融解されず次第
に高い霜の層に成長する。この霜は熱交換器１底部にお
ける気流流路を塞ぐ格好となるため、この場所では熱交
換が行われなくなり、交換熱量を低下させる原因とな
る。本実施例では、熱交換器１の底部に部材１５を設置
しているため、落下し堆積した霜が直接冷気と触れるこ
とをなくすことができる。また、熱交換器１の気流流出
側のユニットケース底面１４には加熱手段を設けている
ため、暖房運転中にも堆積した霜を融解することができ
る。融解後は、水としてユニットケース底部にあるドレ
ンパン１６へと排出されることになるため、熱交換器１
の気流下流側における霜の堆積を抑えることができる。

【００２８】なお、加熱手段としては、圧縮機カバー１
１の一部を熱交換器の気流下流側のユニットケース底面
１４上に延長して圧縮機からの排熱を利用する方法、ま
たは電気ヒータあるいは高温の冷媒を流動させる冷媒配
管を設置する方法がある。

【００２９】図１０は本発明の他の一実施例を示す熱交
換装置の詳細を示す。前記実施例と異なる点は、撥水性
の表面処理を施した熱交換器１の気流上流側に、ドレン
パン１６をのばしたところにある。

【００３０】本発明者らが開発した撥水性の熱交換器１
では、凝縮した水滴は伝熱面から飛散することは前述の
通りであるが、熱交換器１の気流上流側に向かっても一
部の水滴が飛散および落下する。このため、親水性の熱
交換器を使用する従来のユニット５に撥水性の熱交換器
１を組み込むと、ユニット５の気流流入側が水浸しにな
ることになる。そこで、本実施例に示すように、熱交換
器１の気流上流側にドレンパン１６の一部をのばして、
熱交換器１の気流上流側に飛散あるいは落下する水滴を
ドレンパン１６上に捕捉するように構成すると、ユニッ
ト５の気流流入側が水浸しになることはなくなる。

【００３１】図１１は本発明の他の一実施例を示す熱交
換装置の運転方法を示す。暖房運転中、回転数Ｎ₀ で回
転する送風機は、除霜運転に入ると回転数Ｎ₁（＜Ｎ₀）
に減速され、除霜運転を終了し暖房運転を再開する時に
は、再び回転数Ｎ₀ で回転する。

【００３２】長時間にわたって暖房運転を行うと、熱交
換器には着霜が発生する。このとき、送風機にも水滴捕
捉部を通過した水滴や、水滴捕捉部で覆われていない部
分から流入する水滴によって着氷が生じている。この着
霜や着氷を除去するため除霜運転を行う必要がある。除
霜運転では通常圧縮機からの温度の高い冷媒を熱交換器
の内部を流動させて熱交換器上に発生した着霜を融解す
る方法が採られている。本実施例は、熱交換器の着霜を
取り除く除霜運転中に、送風機を低速で回転させて送風
機上の着氷も同時に除去するものである。前述のよう
に、発明者らが開発した撥水性の熱交換器に生じた着霜
は、除霜運転時には霜の状態のまま熱交換器から除去さ
れる。このことは、熱交換器上の着霜を除去するため
に、着霜を全て融解するのに必要な熱エネルギーを加え
る必要はないことを意味している。そこで、除霜運転時
に送風機を低回転で回転させて気流の流れをつくり、熱
エネルギーの一部を気流下流側に位置する送風機へと導
き、熱交換器で除霜を行うと共に送風機の回転翼面に付
着した着氷を取り除くことができる。

【００３３】熱交換装置の運転方法に関するその他の方
法としては、図１２に示すように、除霜運転開始時から
時間ｔ１の間は送風機を回転数Ｎ₁（＜Ｎ₀）で回転さ
せ、その後回転数Ｎ₂(＞Ｎ₁，＜Ｎ₀）まで増速して回転
させ、除霜運転が終了し暖房運転を再開するときには回
転数Ｎ₀ で回転させる方法がある。この場合には、除霜
運転開始から時間ｔ１の間に送風機に付着している着氷
を部分的に融解し、その後送風機の回転数を大きくする
ことによって、部分的に融解した着氷を遠心力の作用に
よって送風機の回転翼面から除去することができる。回
転数Ｎ₂ の設定にあたっては、低い回転数で効率よく回
転翼面から着氷を除去するため、送風機の危険速度近く
の回転数に設定することが有効である。また、送風機の
回転翼と氷との付着力を低減するため、送風機の表面に
撥水性処理を施す方法も有効である。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば気流中の水蒸気が凝縮して水滴を形成し、その後凝
縮水滴の凍結へとすすむ着霜の条件下では、発明者らが
開発した撥水性の表面処理を施すことにより熱交換器に
おける着霜を大幅に遅らせることができ、熱交換器から
飛散し送風機に流入しようとする水滴は、送風機の周囲
に配置した水滴捕捉部材によって捕捉され、更に水滴捕
捉部材に生じる着氷は除去装置によって連続的に水滴捕
捉部材から取り除かれるため、長時間にわたって高い暖
房能力が得られる熱交換装置が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる熱交換装置の上面図
である。

【図２】本発明の一実施例に係わる熱交換装置の部分詳
細図である。

【図３】本発明の一実施例に係わる熱交換装置の部分詳
細図である。

【図４】本発明の一実施例に係わる熱交換装置の部分詳
細図である。

【図５】本発明の一実施例に係わる熱交換装置の部分詳
細図である。

【図６】本発明の一実施例に係わる熱交換装置である。

【図７】本発明の一実施例に係わる熱交換装置である。

【図８】本発明の一実施例に係わる熱交換装置の部分詳
細図である。

【図９】本発明の一実施例に係わる熱交換装置である。

【図１０】本発明の一実施例に係わる熱交換装置であ
る。

【図１１】本発明の一実施例に係わる熱交換装置の運転
方法である。

【図１２】本発明の一実施例に係わる熱交換装置の運転
方法である。

【図１３】撥水性表面を有する熱交換器を備えた熱交換
装置における送風機の翼面に発生する着氷である。

【符号の説明】

１…熱交換器、２…送風機、４…空気流、５…ユニッ
ト、６…水滴捕捉部、８…ブラシ、１０…氷捕集部、１
１…圧縮機カバー、１３…氷、１４…ユニットケース底
部、１６…ドレンパン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者室井克美茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者渡部義人茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者吉村保広茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者小暮博志栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部栃木本部内 (72)発明者福島敏彦茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者畑田敏夫茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気側伝熱面に撥水性表面を有する熱交換
器と、この熱交換器の気流下流側に配設した送風機と、
この送風機に流入する水滴を捕捉するために前記送風機
の回転中心と略同一の中心で回転可能に配設された水滴
捕捉部と、この水滴捕捉部に生じる着氷を連続的に除去
するための着氷除去手段を備えたことを特徴とする熱交
換装置。