JPH0230695Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、伝熱管にフインを嵌装してなるクロ
スフイン形式の熱交換器に関するものである。

上記形式の熱交換器を、例えばヒートポンプ式
空気調和機の室外側熱交換器に使用すると、暖房
運転時に外気温が低いときフイン表面温度が０℃
以下となり、着霜を生ずるが、着霜が増えてくる
とフイン間が目詰りし、フイン間を流通する空気
流に対する抵抗となつたり、空気とフイン間の伝
熱を阻害したりするばかりでなく、除霜のために
暖房運転をしばしば中断して逆サイクル方式等に
よる除霜運転を行わねばならず、暖房能力低下、
コールドドラフトによる不快感およびエネルギー
効率の低下等をひき起こすという問題があつた。

上記問題を解消するためには、着霜しにくく且
つドレンはけの良好な（即ち除霜し易い）フイン
を有する熱交換器が望まれる。

第１図および第２図には疎水性表面および親水
性表面を有するフインへの着霜の様子が示されて
いる。

これによれば、フイン１面上に微小水滴（過冷
水滴）が発生し〔第１図および第２図においてイ
図示〕、これらの微小水滴が合体〔第１図および
第２図においてロ図示〕後、凍結して霜核を形成
し〔第１図および第２図においてハ図示〕、該霜
核を中心として霜が成長する〔第１図および第２
図においてニ図示〕。

この着霜の過程において、疎水性表面における
水滴は、その接触角が大きいためフインとの接
触面積が小さくなり、フインに奪われる熱量が少
なく、凍結して霜核になるまでの時間が長くな
る。又、疎水性表面に生ずる霜は、霜核がまばら
なため上方に発達し、霜の性状としてはフンワリ
としたものになり、風によつて吹き飛ばされ易
い。これに反し、親水性表面においては、水滴の
接触角が小さくフインとの接触面積が大とな
り、水滴から霜核形成までの時間が短かく、しか
も霜核の密度も大となつて霜が上横方向に発達す
るため、風に吹き飛ばされにくくなる。

上記理由により、霜高さ１mm程度までの着霜に
おいては、疎水性表面の方が霜成長が遅いと結論
される。一方、除霜時には、疎水性表面において
は水が滴状となり易く、通常のフインピツチ
（Fp＝1.6〜2.0mm）の範囲では水滴がフイン間に
またがつてブリツジ状となり落ちにくいという欠
点があるが、フインピツチFpを単一水滴として
落下し得る程度の間隔に選定すれば、除霜時の水
はけ性を向上せしめることは可能である。

本考案は上記の点に鑑み、着霜抑制のため表面
を疎水性にし、且つ除霜時の水はけ性と熱交換量
の両面から最適なフインピツチとすることによつ
て、除霜運転の頻度を可及的に減少せしめること
を目的とするものであり、かかる目的達成のた
め、伝熱管に嵌装すべきフインの両表面にフツ素
系、シリコン系などの撥水剤を塗布する表面処理
を施して疎水性皮膜をそれぞれ形成し、水の接触
角を90゜以上とするとともに、前記フインのフイ
ンピツチを2.2〜2.7mmとした構成を特徴とする。

以下、本考案を第３図ないし第５図に図示する
実施例に基づいて詳細に説明する。

本実施例の熱交換器は、例えば、ヒートポンプ
式空気調和機における室外側熱交換器として使用
されるものであり、空気と熱交換（即ち、空気を
冷却あるいは加熱）するものである。

第３図ないし第５図において符号１はフイン、
２はフイン１に嵌装された伝熱管が示されてい
る。

前記フイン１の両表面には、四フツ化エチレン
等のフツ素系およびシリコン系などの撥水剤を２
〜10μ塗布後120〜150℃で20〜40分間焼付硬化し
てなる疎水性皮膜３，３が形成されている。

該疎水性皮膜３に水滴が付着すると、その接触
角は90〜110゜となる。

フイン１表面に付着した水滴ωが落下するとき
の水滴高さＨは、表面物性である接触角により
一定の値をとる。即ち、表面張力と重力とのバラ
ンスにより、実験および理論的に求めた結果Ｈ＝
約2.2mmであつた。

従つて、フインピツチFpをこの水滴高さＨよ
り小さくすると、水滴ωが第３図に符号ω′で示
すように隣り合うフイン１，１間にブリツジ状に
またがり落下しにくくなる。

そこで、本実施例ではフインピツチFpは2.2mm
以上としている。

第６図には、疎水性表面（接触角＝約100゜）
を有する垂直平行平板（即ち、フイン）間におけ
る水滴挙動に関するフインピツチFpと水滴体積
Ｖとの関係を表わすグラフが示されている。

これによれば、フインピツチFp＝2.2mm以下で
は単一水滴として落下することなく、全てブリツ
ジ状として落下する。又、フインピツチFpが小
さくなるほど落下時の水滴体積Ｖが大きくなつて
いる。フインピツチFp＝2.2mm以上となるとブリ
ツジとして滞留することがごく少なくなり、殆ん
ど単一水滴として落下する。

上記事実より、熱交換器全体に滞留するドレン
の量は、Fp＝2.2mm以上の時、Fp＝2.0mmに比べる
と、約60％以上減少することになる。即ち、除霜
運転時におけるドレンはけが向上する。

一方、疎水性表面処理による着霜抑制の効果
は、熱交換量（除霜時間も含めた平均熱交換量）
として無処理のものに比べて約25％増大すること
が実験的に確かめられている。

これより、着霜抑制効果の25％とフインピツチ
Fp増加に伴う伝熱面積減少による熱交換量の減
少とを兼ね合わせて考えると、フインピツチFp
＝2.0mmを基準とすると、2.0／0.75≒2.7 即ち、フインピツチFpの上限は2.7mmとなる。

第５図には、本考案の他の実施例が示されてい
る。。この場合、フイン１の接触角＝110゜のフ
ツ素樹脂コーテイングからなる疎水性皮膜３表面
に20〜30μの凹凸粗面４を形成している。

この凹凸粗面４は、平滑面に比べて面積比γが
約２倍となつている。

一般に表面に凹凸がある場合の接触角ωは、
平滑面での接触角に対して cosω＝γcos で表わされる。

従つて、本実施例における接触角ωは、
cosω＝2cos110゜よりω＝133゜となり、疎水性効
果（即ち、ドレンはけ性能）がより向上する。

なお、凹凸粗面４の表面粗度は大きいほど効果
的ではあるが、30μ以上にするとフインプレスの
金型に無理が生じ、製作困難である。

次に図示の実施例の熱交換器をヒートポンプ式
空気調和機の室外機として使用した場合の作用を
述べる。

暖房運転時に外気温が低くなつてフイン１表面
に着霜が生じる場合にも、第１図図示のように疎
水性表面における霜の成長が遅いことによつて、
比較的長い間暖房運転を継続しても、フイン間の
目詰りが起こらず、除霜運転の頻度が大巾に低減
される。

除霜運転時には、霜が融けてできたフイン１表
面の水滴ωは、フインピツチFpが水滴高さＨよ
り大きく設定されていることにより、フイン間に
ブリツジ状にまたがることなく単一水滴として落
下するため、ドレンはけが非常に良好となり、除
霜運転時間が短縮される。

続いて、本考案の熱交換器の効果を述べる。

本考案によれば、伝熱管２に嵌装すべきフイン
１両表面に接触角が90゜以上の疎水性皮膜３，
３を形成するとともに、フイン１のフインピツチ
Fpを2.2〜2.7mmとして疎水性皮膜３での着霜時に
おける霜成長の抑制効果と、疎水性皮膜３の表面
物性とフインピツチFpとの関係を最適に設定す
ることによる除霜時におけるドレンはけ性の向上
とを計り得るようにしたので、除霜運転の頻度低
減および除霜運転時間の短縮が可能となり、暖房
能力低下、コールドドラフトによる不快感、およ
びエネルギー効率の低下を防止することができる
という実用的な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ疎水性表面お
よび親水性表面を有するフインへの着霜過程を示
す略図、第３図は本考案の実施例にかかる熱交換
器の断面図、第４図は第３図の要部拡大図、第５
図は本考案の他の実施例にかかる熱交換器の要部
拡大断面図、第６図は疎水性表面（接触角＝約
100゜）を有する垂直平行平板（即ち、フイン）間
における水滴挙動に関するフインピツチFpと水
滴体積Ｖとの関係を表わすグラフである。 １……フイン、２……伝熱管、３……疎水性皮
膜、……接触角、Fp……フインピツチ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 空気と熱交換する熱交換器であつて、伝熱管２
   に嵌装すべきフイン１の両表面にフツ素系、シリ
   コン系などの撥水剤を塗布する表面処理を施して
   疎水性皮膜３，３をそれぞれ形成し、水の接触角
   φを90゜以上とするとともに、前記フイン１のフ
   インピツチFpを2.2〜2.7mmとしたことを特徴とす
   る熱交換器。