| 【発明の名称】 |
熱交換器および冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】平良 繁治
【氏名】岡 恭彦
【氏名】北沢 昌昭
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| 【要約】 |
【課題】熱交換能力を高めて冷媒量を削減できて地球温暖化を防止できる熱交換器および冷凍装置を提供すること。
【解決手段】ガス冷媒側Ｇから液冷媒側Ｌに向けて、伝熱管１１，１２，１３，１４，１５，１６の内径を段々小さくする。ガス冷媒側Ｇの伝熱管１１，１２の内径が液冷媒側Ｌの伝熱管１５，１６の内径よりも大きいので、ガス冷媒の圧力損失が小さくなる。凝縮した液冷媒は液冷媒側Ｌの小径の伝熱管１４，１５，１６を流れるから、液冷媒側Ｌにおける熱交換の効率が高くなり、かつ、液冷媒の偏流を防止でき、かつ、結露を防止できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 液冷媒側の伝熱管（１６，３１，４１，５５，７１）の内径の総断面積がガス冷媒側の伝熱管（１１，３４，４６，５８，７４）の内径の総断面積よりも小さいことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】 請求項１の熱交換器において、上記液冷媒側の伝熱管（１６，４１，５５，７１）の内径が上記ガス冷媒側の伝熱管（１１，４６，５８，７４）の内径よりも小さいことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】 請求項１または２の熱交換器において、上記伝熱管（１１，１６，５５，５８）は液冷媒側とガス冷媒側とでパス数が同一であることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】 請求項１または２の熱交換器において、上記伝熱管（３１，３４）は液冷媒側のパス数がガス冷媒側のパス数よりも少ないことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】 液冷媒側の伝熱管（１６，４１，５５，７１）の内径がガス冷媒側の伝熱管（１１，４６，５８，７４）の内径よりも小さいことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１つの熱交換器において、複数のフィン（８１，８２，８３，８４）に伝熱管（７１，７３，７４，７５）を挿通してなる複数のブロック（６１，６２，６３，６４）を備え、上記複数のブロック（６１，６２，６３，６４）のうちの少なくとも２個のブロックのフィンは、フィンパターンまたはフィン幅のうちの少なくとも一方が互いに異なることを特徴とする熱交換器。
【請求項７】 請求項１乃至５のいずれか１つの熱交換器において、複数のフィン（５４）に伝熱管（５５，５６，５７，５８）を挿通してなる１個のみのブロックからなり、上記複数のフィン（５４）は外周形状は実質的に同じであり、かつ、上記複数のフィン（５４）のうちの少なくとも２枚のフィンのフィンパターンが互いに異なることを特徴とする熱交換器。
【請求項８】 請求項1乃至７のいずれか１つの熱交換器において、上記伝熱管（５５，５７，５６，５８，７３，７４，７５）を風の進行方向を横切る方向に２列以上配列していることを特徴とする熱交換器。
【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか１つの熱交換器において、Ｊ字状、Ｌ字状またはＵ字状をしていることを特徴とする熱交換器。
【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１つの熱交換器において、上記伝熱管の内周面が円錐状に連続的に変化していることを特徴とする熱交換器。
【請求項１１】 液冷媒側の伝熱管のパス数がガス冷媒側の伝熱管のパス数よりも少ないことを特徴とする熱交換器。
【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれか１つの熱交換器（９３，９５）を備え、ＨＦＣ３２系冷媒を充填したことを特徴とする冷凍装置。
【請求項１３】 熱交換器の冷媒出入口の一端側と他端側とで伝熱管のパス数が異なることを特徴とする熱交換器。
【請求項１４】 請求項１３の熱交換器において、上記伝熱管のパス数が３段階以上であることを特徴とする熱交換器。
【請求項１５】 伝熱管の一端側と他端側とで内径の総断面積が異なることを特徴とする熱交換器。
【請求項１６】 内径の異なる伝熱管を用いたことを特徴とする熱交換器。
【請求項１７】 ３種類以上の内径の異なる伝熱管を用いたことを特徴とする熱交換器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、冷媒量を削減できて地球温暖化を防止できる熱交換器および冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、冷暖兼用の空気調和機に使用する熱交換器は、蒸発器と凝縮器との両方の役目を果たさなけらばならない。従来、この種の熱交換器においては、１種類の管径の伝熱管を使用し、蒸発器または凝縮器のどちらかの機能に重きを置いて、上記伝熱管の内径を圧力損失、偏流防止等の性能、信頼性の見地から定めていた。
【０００３】また、本来、伝熱管のパス取り（パスの数の設定、パスの配置）には、蒸発器および凝縮器の夫々に最適なものがあるが、上記熱交換器は蒸発器と凝縮器との両方の役目を果たさなければならないため、蒸発器または凝縮器のどちらかの機能に重きを置いて定めていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、地球温暖化問題の１９９８年１２月の京都国際会議以来、地球温暖化を防止するために、冷媒量を削減することは極めて重要なことであると認識されるようになってきた。
【０００５】そこで、本発明者は、上記従来の熱交換器では、蒸発器または凝縮器のどちらかの機能に重きを置いて、１種類の管径の伝熱管を用い、かつ、パス取りを定めているため、有効な伝熱面積を充分に大きくすることができなくて、熱交換能力が低くて、必要冷媒量が多くなっているという問題があることを発見した。
【０００６】そこで、この発明の目的は、熱交換能力を高めて冷媒量を削減できて地球温暖化を防止できる熱交換器および冷凍装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１の発明の熱交換器は、液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積がガス冷媒側の伝熱管の内径の総断面積よりも小さいことを特徴としている。
【０００８】ところで、冷媒の流動抵抗つまり圧力損失という見地からは、伝熱管は太い方がよい。一方、熱交換の効率および液冷媒の偏流防止という見地からは、伝熱管は細い方がよい。
【０００９】一方、熱交換器が凝縮器として機能するときには、冷媒は伝熱管内をガス状態から液状態に変化して流れ、一方、熱交換器が蒸発器として機能するときには、冷媒は伝熱管内を液状態からガス状態に変化して流れる。
【００１０】その際、ガス冷媒が伝熱管内を流れる際の流動抵抗、圧力損失は、ガス冷媒の体積が液冷媒の体積よりも著しく大きいため、液冷媒が伝熱管内を流れる際の圧力損失よりも大きい。
【００１１】そこで、請求項１の発明では、通常圧力損失が大きくなるガス冷媒側の伝熱管の内径の総断面積を液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積よりも大きくして、ガス冷媒側における伝熱管による圧力損失を小さくしている。このように、請求項１の発明の伝熱管は、圧力損失を少なくするという見地からは、最も有効な設定になっている。
【００１２】一方、熱交換器の伝熱管は細い方が太いよりも熱交換の効率がよくて、かつ、液冷媒の偏流も生じにくくて、結露の虞もない。
【００１３】そこで、請求項１の発明では、液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積をガス冷媒側の伝熱管の内径の総断面積よりも小さくしている。したがって、請求項１の発明では、熱交換器の液冷媒側における熱交換の効率が、液冷媒側における伝熱管の内径の総断面積をガス冷媒側における伝熱管の内径の総断面積と等しくしている従来例に比べて、高くなり、かつ、液冷媒の偏流を防止でき、結露を防止できる。
【００１４】したがって、請求項１の発明の熱交換器では、圧力損失を有効に抑えることができ、かつ、熱交換の効率を高め、かつ、液冷媒の偏流を防止できるから、トータル的に熱交換の能力が高くなって、この熱交換器を使用する冷凍装置の冷媒量を削減できる。したがって、地球温暖化を防止できる。
【００１５】また、請求項１の発明の熱交換器は、液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積を小さくした分だけ、部品材料を低減でき、コストダウンできる。
【００１６】ここで、熱交換器の伝熱管の液冷媒側とは、蒸発器においては伝熱管の入口側を、凝縮器においては伝熱管の出口側を意味し、一方、熱交換器の伝熱管のガス冷媒側とは、蒸発器においては伝熱管の出口側を、凝縮器においては伝熱管の入口側を意味する。
【００１７】また、請求項２の発明の熱交換器は、請求項１の熱交換器において、上記液冷媒側の伝熱管の内径が上記ガス冷媒側の伝熱管の内径よりも小さいことを特徴としている。
【００１８】請求項２の発明の熱交換器では、請求項１の熱交換器において、伝熱管の内径を液冷媒側で小さく、ガス冷媒側で大きくしているから、簡単な構成で請求項１の作用効果を得ることができる。すなわち、次の作用効果を得ることができる。
【００１９】請求項２の発明の熱交換器では、液冷媒の体積よりも著しく体積が大きいガス冷媒側の伝熱管の内径が液冷媒側の伝熱管の内径よりも大きくなっているので、圧力損失が少なくなる。したがって、請求項２の発明の熱交換器の伝熱管は、簡単な構成で、圧力損失を効果的に少なくすることができる。
【００２０】また、請求項２の発明の熱交換器では、液冷媒側の伝熱管の内径をガス冷媒側の伝熱管の内径よりも小さくしているので、熱交換器の液冷媒側における熱交換の効率が、液冷媒側の伝熱管の内径をガス冷媒側の伝熱管の内径と等しくしている従来例に比べて、高くなり、かつ、液冷媒の偏流を防止でき、かつ、結露を防止できる。
【００２１】したがって、請求項２の発明の熱交換器では、圧力損失を有効に抑えることができ、かつ、熱交換の効率を高め、かつ、液冷媒の偏流および結露を防止できるから、トータル的に熱交換の能力が高くなって、この熱交換器を使用する冷凍装置の冷媒量を削減できる。したがって、地球温暖化を防止できる。
【００２２】また、請求項３の発明の熱交換器は、請求項１または２の熱交換器において、上記伝熱管は液冷媒側とガス冷媒側とでパス数が同一であることを特徴としている。
【００２３】請求項３の発明の熱交換器によれば、上記伝熱管は液冷媒側とガス冷媒側とでパス数が同一であるから、伝熱管の配置が簡単になり、かつ、熱交換器を簡単、安価に製造できる。
【００２４】また、請求項４の発明の熱交換器は、請求項１または２の熱交換器において、上記伝熱管は液冷媒側のパス数がガス冷媒側のパス数よりも少ないことを特徴としている。
【００２５】請求項４の発明の熱交換器では、上記伝熱管は液冷媒側のパス数がガス冷媒側のパス数よりも少ないから、例えば、液冷媒側とガス冷媒側とで同一の内径を有する伝熱管を用いても、簡単に、液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積がガス冷媒側の伝熱管の内径の総断面積よりも小さいようにできる。
【００２６】また、請求項２の発明の熱交換器ように、液冷媒側の伝熱管の内径を小さく、ガス冷媒側の伝熱管の内径を大きくした上で、液冷媒側のパス数がガス冷媒側のパス数よりも少なくすると、簡単に、液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積がガス冷媒側の伝熱管の内径の総断面積よりも極めて小さくなるようにすることができる。
【００２７】また、請求項５の発明の熱交換器は、液冷媒側の伝熱管の内径がガス冷媒側の伝熱管の内径よりも小さいことを特徴としている。
【００２８】請求項５の発明の熱交換器では、液冷媒の体積よりも著しく体積が大きいガス冷媒側の伝熱管の内径が液冷媒側の伝熱管の内径よりも大きくしているので、圧力損失を極めて小さくできる。したがって、請求項５の発明の熱交換器の伝熱管は、圧力損失を少なくするという見地からは、簡単な構成で最も有効な設定になっている。
【００２９】また、請求項５の発明では、液冷媒側の伝熱管の内径がガス冷媒側の伝熱管の内径よりも小さいので、熱交換器の液冷媒側における熱交換の効率が、液冷媒側の伝熱管の内径をガス冷媒側の伝熱管の内径と等しくしている従来例に比べて、高くなり、かつ、液冷媒の偏流を防止でき、結露を防止できる。
【００３０】したがって、請求項５の発明では、圧力損失を少なくしつつ、熱交換の効率を高め、かつ、液冷媒の偏流および結露を防止できるから、トータル的に熱交換の能力が高くなって、この熱交換器を使用する冷凍装置の冷媒量を削減できる。したがって、地球温暖化を防止できる。
【００３１】また、請求項５の発明の熱交換器は、液冷媒側の伝熱管の内径を小さくした分だけ、部品材料を低減でき、コストダウンできる。
【００３２】また、請求項６の発明の熱交換器は、請求項１乃至５のいずれか１つの熱交換器において、複数のフィンに伝熱管を挿通してなる複数のブロックを備え、上記複数のブロックのうちの少なくとも２個のブロックのフィンは、フィンパターンまたはフィン幅のうちの少なくとも一方が互いに異なることを特徴としている。
【００３３】請求項６の発明の熱交換器は、上記複数のブロックを備え、この複数のブロックのうちの少なくとも２個のブロックのフィンは、フィンパターンまたはフィン幅のうちの少なくとも一方が互いに異なるから、伝熱管の液冷媒側とガス冷媒側とで内径あるいはパス数が異なっていても、上記伝熱管をフィンに簡単に適合させることができる。
【００３４】また、請求項７の発明の熱交換器は、請求項１乃至５のいずれか１つの熱交換器において、複数のフィンに伝熱管を挿通してなる１個のみのブロックからなり、上記複数のフィンは外周形状は実質的に同じであり、かつ、上記複数のフィンのうちの少なくとも２枚のフィンのフィンパターンが互いに異なることを特徴としている。
【００３５】請求項７の発明の熱交換器は、１個のみのブロックからなり、複数のフィンは外周形状は実質的に同じであり、かつ、上記複数のフィンのうちの少なくとも２枚のフィンのフィンパターンが互いに異なるから、伝熱管の液冷媒側とガス冷媒側とで内径あるいはパス数が異なっていても、上記伝熱管をフィンに簡単、安価に適合させることができる。
【００３６】また、請求項８の発明の熱交換器は、請求項１乃至７のいずれか１つの熱交換器において、上記伝熱管を風の進行方向を横切る方向に２列以上配列していることを特徴としている。
【００３７】請求項８の発明の熱交換器によれば、伝熱管を風の進行方向を横切る方向に２列以上配列しているから、伝熱管の液冷媒側とガス冷媒側とで内径あるいはパス数が異なっていても、伝熱管を最適な配置にして、熱交換効率を高め、かつ、騒音を低減することができる。
【００３８】また、請求項９の発明の熱交換器は、請求項１乃至８のいずれか１つの熱交換器において、Ｊ字状、Ｌ字状またはＵ字状をしていることを特徴としている。
【００３９】請求項９の発明の熱交換器は、伝熱管の液冷媒側とガス冷媒側とで内径あるいはパス数の少なくとも一方が異なっているから、熱交換能力が向上している上に、Ｊ字状、Ｌ字状またはＵ字状をしているので、構造がコンパクトである。
【００４０】また、請求項１０の発明の熱交換器は、請求項１乃至９のいずれか１つの熱交換器において、上記伝熱管の内周面が円錐状に連続的に変化していることを特徴としている。
【００４１】請求項１０の発明の熱交換器によれば、上記伝熱管の内周面が円錐状に連続的に変化している。したがって、上記伝熱管における圧力損失が一層少なくなって、熱交換器の能力が向上する。
【００４２】また、請求項１１の発明の熱交換器は、液冷媒側の伝熱管のパス数がガス冷媒側の伝熱管のパス数よりも少ないことを特徴としている。
【００４３】請求項１１の発明の熱交換器によれば、請求項４の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができる。
【００４４】また、請求項１２の発明の冷凍装置は、請求項１乃至１１のいずれか１つの熱交換器を備え、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）３２系冷媒を充填したことを特徴としている。
【００４５】請求項１２の発明の冷凍装置では、請求項１乃至１１のいずれか１つの熱交換器を備えるから、ガス冷媒側での伝熱管の圧力損失が小さく、かつ、液冷媒側の伝熱管の内径あるいはその総断面積が小さいことによる熱交換効率の高さと偏流防止作用により、上記熱交換器は熱交換能力が高いという作用効果を有する。それに加えて、ＨＦＣ３２系冷媒自体は、粘性が低いから圧力損失が小さくて伝熱管を小径化でき、かつ、成績係数（ＣＯＰ）が高く、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低いという機能を有する。この請求項１乃至１０のいずれか１つの熱交換器の作用効果とＨＦＣ３２系冷媒自体の作用効果との相乗作用によって、この冷凍装置は、冷媒量を極めて削減できて、たとえば、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）２２系冷媒を用いた従来の冷凍装置に比べて、地球温暖化効果は１／１２よりも低くなることが分かった。
【００４６】ここで、ＨＦＣ３２系冷媒とは、ＨＦＣ３２冷媒単体あるいはＨＦＣ３２冷媒を一部に含む混合冷媒を言う。
【００４７】また、請求項１３の発明の熱交換器は、熱交換器の冷媒出入口の一端側と他端側とで伝熱管のパス数が異なることを特徴としている。
【００４８】請求項１３の発明の熱交換器によれば、パス数の多い一端側をガス冷媒側に、パス数の少ない他端側を液冷媒側に接続すれば、請求項４の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができる。
【００４９】また、請求項１４の発明の熱交換器は、請求項１３の熱交換器において、上記伝熱管のパス数が３段階以上であることを特徴としている。
【００５０】請求項１４の発明の熱交換器によれば、パス数の多い一端側をガス冷媒側に、パス数の少ない他端側を液冷媒側に接続すれば、請求項４の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができる。しかも、パス数が３段階以上であるので、徐々にパス数を変化させることができる。
【００５１】また、請求項１５の発明の熱交換器は、伝熱管の一端側と他端側とで内径の総断面積が異なることを特徴としている。
【００５２】請求項１５の発明の熱交換器によれば、伝熱管の総断面積が大きい一端側をガス冷媒側に、伝熱管の総断面積が小さい他端側を液冷媒側に接続すれば、請求項１の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができる。
【００５３】また、請求項１６の発明の熱交換器は、内径の異なる伝熱管を用いたことを特徴としている。
【００５４】請求項１６の発明の熱交換器によれば、内径が大きい一端側の伝熱管をガス冷媒側に、内径が小さい他端側の伝熱管を液冷媒側に接続すれば、請求項５の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができる。
【００５５】また、請求項１７の発明の熱交換器は、３種類以上の内径の異なる伝熱管を用いたことを特徴としている。
【００５６】請求項１７の発明の熱交換器によれば、内径が大きい一端側の伝熱管をガス冷媒側に、内径が小さい他端側の伝熱管を液冷媒側に接続すれば、請求項５の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができる。しかも、伝熱管の内径が３種類以上であるので、徐々に内径を変化させることができる。
【００５７】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５８】図１はこの実施の形態の熱交換器を示している。この熱交換器１は、図示しないが、フィンに伝熱管を挿通してなり、液冷媒側Ｌにおける伝熱管の内径はガス冷媒側Ｇにおける伝熱管の内径よりも小さくなっている。さらに、この熱交換器１は、液冷媒側Ｌにおける伝熱管のパス数は、ガス冷媒側Ｇにおける伝熱管のパス数よりも少なくなっている。したがって、この熱交換器１では、液冷媒側Ｌにおける伝熱管の内径の総断面積は、ガス冷媒側Ｇにおける伝熱管の内径の総断面積よりも著しく小さくなっている。
【００５９】この熱交換器１は、凝縮器として機能するときには、図１において実線の矢印に示すように冷媒が流れる一方、蒸発器として機能するときには、図１において破線の矢印に示すように冷媒が流れる。すなわち、この熱交換器１が凝縮器であるときには、ガス冷媒側Ｇの伝熱管の端が入口になり、液冷媒側Ｌの伝熱管の端が出口になり、一方、この熱交換器１が蒸発器であるときには、液冷媒側Ｌの伝熱管の端が入口になり、ガス冷媒側Ｇの伝熱管の端が出口になる。
【００６０】ところで、図２に示すような現象がある。すなわち、凝縮器、蒸発器には能力（熱交換能力および圧力損失を考慮した能力）を最大のするには、最適な伝熱管の内径とパス数がある。さらに、凝縮器の能力を最大にする伝熱管の内径およびパス数は、夫々、蒸発器の能力を最大にする伝熱管の内径およびパス数よりも小さい。これらの現象を踏まえて、本発明者は、上記実施の形態の１つの熱交換器１が凝縮器、蒸発器のいずれに使用しても能力が最大になるようにしたのである。
【００６１】上記実施の形態では、液冷媒の体積よりも著しく体積が大きいガス冷媒が流れるガス冷媒側Ｇの伝熱管の内径の総断面積を液冷媒側Ｌの伝熱管の内径の総断面積よりも大きくして、ガス冷媒側Ｇにおける伝熱管内のガス冷媒の圧力損失を小さくしている。このように、一般に大きくなるガス冷媒側Ｇの圧力損失を小さくしているから、圧力損失の低減効果が大きい。
【００６２】また、上記実施の形態では、液冷媒側Ｌの伝熱管の内径の総断面積をガス冷媒側Ｇの伝熱管の内径の総断面積よりも小さくしているので、液冷媒側Ｌにおける熱交換の効率が、液冷媒側における伝熱管の内径の総断面積をガス冷媒側における伝熱管の内径の総断面積と等しくしている従来例に比べて、高くなり、かつ、液冷媒の偏流を防止でき、結露を防止できる。
【００６３】したがって、この実施の形態の熱交換器１では、圧力損失を効果的に低減でき、かつ、熱交換の効率を高め、かつ、液冷媒の偏流および結露を防止できるから、トータル的に熱交換の能力が高くなって、この熱交換器を使用する冷凍装置の冷媒量を削減できる。したがって、地球温暖化を防止できる。
【００６４】また、この熱交換器１は、液冷媒側Ｌの伝熱管の内径の総断面積を小さくした分だけ、部品材料を低減でき、コストダウンできる。
【００６５】図３は他の実施の形態の熱交換器１０を示している。この熱交換器１０ではフィン９を伝熱管１１，１２，１３，１４，１５，１６が貫通し、伝熱管１１と１２をＵベント１７で接続し、伝熱管１３と１４をＵベント１８で接続し、伝熱管１５と１６をＵベント１９で接続している。上記伝熱管１１，１２，１３，１４，１５，１６は１パスを構成し、ガス冷媒側Ｇから液冷媒側Ｌに向けて段階的に細くなっている。すなわち、上記伝熱管１１，１２，１３，１４，１５，１６の内径は伝熱管１１から伝熱管１６に向けて段々小さくなっている。
【００６６】いま、上記熱交換器１０を凝縮器として使用して、大径の伝熱管１１にガス冷媒が流入し、凝縮して、小径の伝熱管１６から液冷媒が流出するとする。
【００６７】このとき、ガス冷媒側Ｇの伝熱管１１，１２の内径が液冷媒側Ｌの伝熱管１５，１６の内径よりも大きくなっているので、ガス冷媒の体積が液冷媒の体積よりも著しく大きいが、伝熱管の内径を全体の亘って同じにしている場合に比べて、ガス冷媒の圧力損失が極めて小さい。このように、上記伝熱管１１，１２，１３，１４，１５，１６の内径を段階的に小さくするという簡単、安価な構成で、ガス冷媒側Ｇの圧力損失を小さくできるのである。
【００６８】一方、凝縮した液冷媒は液冷媒側Ｌの小径の伝熱管１４，１５，１６を流れるが、この液冷媒側Ｌの伝熱管１４，１５，１６の内径がガス冷媒側の伝熱管１１，１２，１３の内径よりも小さくなっているので、液冷媒側Ｌにおける熱交換の効率が、液冷媒側の伝熱管の内径をガス冷媒側の伝熱管の内径と等しくしている場合に比べて、高くなり、かつ、液冷媒の偏流を防止でき、かつ、結露を防止できる。
【００６９】したがって、この実施の形態の熱交換器１０では、ガス冷媒側Ｇと液冷媒側Ｌが同じパス数である１パスで伝熱管１１，１２，１３，１４，１５，１６の内径を段々小さくするという簡単、安価な構成で、圧力損失を効果的に低減でき、かつ、熱交換の効率を高め、かつ、液冷媒の偏流および結露を防止できるから、トータル的に熱交換の能力が高くなる。したがって、この熱交換器１０を使用する冷凍装置の冷媒量を削減できる。したがって、地球温暖化を防止できる。
【００７０】また、この熱交換器１０は、液冷媒側Ｌの伝熱管１４，１５，１６の内径を小さくした分だけ、部品材料を低減でき、コストダウンできる。
【００７１】なお、この熱交換器１０を蒸発器として使用するときには、小径の伝熱管１６に液冷媒を流入させ、蒸発したガス冷媒を大径の伝熱管１１から流出させる。
【００７２】図４はこの発明の熱交換器に用いる一例としての伝熱管２０を示し、この伝熱管２０は内径が、液冷媒側Ｌからガス冷媒側Ｇに向けて、４ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９．５ｍｍと段階的に大きくなっている。この伝熱管２０は、簡単、安価に製造できる。
【００７３】図示しないが、伝熱管の内周面が円錐状に連続的に変化するのが望ましい。こうすれば、上記伝熱管における圧力損失が一層少なくなって、熱交換器の能力が一層向上する。
【００７４】図５は他の実施の形態の熱交換器の伝熱管系３０のみを示している。この熱交換器では、同じ内径の伝熱管３１，３２，３３，３４をカスケード形式で接続して、液冷媒側Ｌの伝熱管３１または伝熱管３２，３２の内径の総断面積をガス冷媒側Ｇの伝熱管３４,３４，３４，３４の内径の総断面積よりも小さくしている。
【００７５】なお、上記伝熱管３４，３４，３４，３４は図示しないヘッダーに接続される。
【００７６】この実施の形態では、同じ内径の伝熱管３１，３２，３３，３４を用い、ガス冷媒側Ｇと液冷媒Ｌとでパス数を変えることによって、ガス冷媒側Ｇの伝熱管３４，３４の内径の総断面積を液冷媒側Ｌの伝熱管３１または３２，３２の内径の総断面積よりも大きくしているので、簡単、安価な構成で、ガス冷媒側Ｇにおける伝熱管３４，３４，３４，３４内のガス冷媒の圧力損失を小さくできる。
【００７７】また、上記実施の形態では、同じ内径の伝熱管３１，３２，３３，３４をカスケード形式で接続して、液冷媒側Ｌの伝熱管３１または３２，３２の内径の総断面積をガス冷媒側Ｇの伝熱管３４，３４，３４，３４の内径の総断面積よりも小さくしているので、液冷媒側Ｌにおける熱交換の効率が、液冷媒側における伝熱管の内径の総断面積をガス冷媒側における伝熱管の内径の総断面積と等しくしている場合に比べて、高くなり、かつ、液冷媒の偏流を防止でき、結露を防止できる。
【００７８】したがって、この実施の形態の熱交換器では、圧力損失を低減することができ、かつ、熱交換の効率を高め、かつ、液冷媒の偏流を防止できるから、トータル的に熱交換の能力が高くなる。したがって、この熱交換器を使用する冷凍装置の冷媒量を削減できる。したがって、地球温暖化を防止できる。
【００７９】図６は他の実施の形態の熱交換器の伝熱管系４０のみを示している。この熱交換器では、液冷媒側Ｌの伝熱管４１または伝熱管４２，４２，４２の各内径およびその内径の総断面積を、夫々、ガス冷媒側Ｇの伝熱管４５，４５，４５または伝熱管４６の各内径およびその内径の総断面積よりも小さくしている。さらに、上記伝熱管４２，４２，４２と伝熱管４５，４５，４５とを一本の伝熱管４３で接続して、伝熱管４２，４２，４２におけ液冷媒の偏流の影響が伝熱管４５，４５，４５に及ばないようにしている。
【００８０】この実施の形態では、ガス冷媒側Ｇの伝熱管４５，４５，４５または４６の内径の総断面積を液冷媒側Ｌの伝熱管４１または４２，４２，４２の内径の総断面積よりも大きくしているので、簡単、安価な構成で、ガス冷媒側Ｇにおける伝熱管４５，４５，４５および４６内のガス冷媒の圧力損失を小さくできる。
【００８１】また、上記実施の形態では、液冷媒側Ｌの伝熱管４１または４２，４２，４２の内径の総断面積を、ガス冷媒側Ｇの伝熱管４５，４５，４５または４６の内径の総断面積よりも小さくしているので、液冷媒側Ｌにおける熱交換の効率が、液冷媒側における伝熱管の内径の総断面積をガス冷媒側における伝熱管の内径の総断面積と等しくしている場合に比べて、高くなり、かつ、液冷媒の偏流を防止でき、結露を防止できる。
【００８２】したがって、この実施の形態の熱交換器では、圧力損失を低減することができ、かつ、熱交換の効率を高め、かつ、液冷媒の偏流を防止できるから、トータル的に熱交換の能力が高くなる。したがって、この熱交換器を使用する冷凍装置の冷媒量を削減できる。したがって、地球温暖化を防止できる。
【００８３】図７は空気調和機の室内機５０を示している。この室内機５０は、ケーシング５１内にクロスフローファン５２と熱交換器５３とを設けている。
【００８４】この実施の形態の熱交換器５３は、複数のフィン５４を紙面と直交する方向に所定間隔をあけて積み重ね、これらのフィン５４に伝熱管５５，５６，５７，５８を挿通してなるＪ字形状の１個のブロックからなる。上記積み重ねた複数のフィン５４は外周形状は実質的に同じである。液冷媒側Ｌの伝熱管５５，５６の内径は小さく、ガス冷媒側Ｇの伝熱管５７，５８の内径は大きくしている。さらに、上記伝熱管５５，５７；５６，５８は、風の流れる方向Ｗを横切る方向に２列に配列している。
【００８５】また、上記伝熱管５５，５６，５７，５８は紙面と直交する方向に内径が徐々に連続的に、あるいは、段階的に変化して、ガス冷媒が多くなるほど内径が大きくなるようにしている。それに応じて、複数のフィン５４のフィンパターン（伝熱管を挿通するための穴のサイズやその穴の配置）が異なっている。
【００８６】上記実施の形態の熱交換器５３は、液冷媒側Ｌの伝熱管５５，５６の内径を小さく、ガス冷媒側Ｇの伝熱管５７、５８の内径を大きくし、かつ、紙面と直交する方向にガス冷媒が多くなるほど伝熱管５５，５６，５７，５８の内径が大きくなるようにしているので、圧力損失を極めて低減することができ、かつ、熱交換の効率を極めて高め、かつ、液冷媒の偏流を極めて防止できる。したがって、この熱交換器５３はトータル的に熱交換の能力が極めて高くなる。したがって、この熱交換器５３は、空気調和機の冷媒量の削減に大きく寄与できる。したがって、地球温暖化の防止に大いに役立つ。
【００８７】また、上記実施の形態の熱交換器５３は，Ｊ字形状の１個のみのブロックからなり、かつ、複数のフィン５４は外周形状は実質的に同じであるから、構造がコンパクトで、かつ、簡単、安価に製造できる。
【００８８】また、上記積み重ねた複数のフィン５４は、フィンのフィンパターンが互いに異なるから、伝熱管５５，５６，５７、５８が紙面と直交する方向で内径あるいはパス数が異なっていても、上記伝熱管５５，５６，５７、５８をフィン５４に簡単、安価に適合させることができる。
【００８９】また、上記熱交換器５３では、伝熱管５５，５６，５７、５８を風の進行方向Ｗを横切る方向に２列に配列しているから、伝熱管５５，５６，５７、５８の液冷媒側とガス冷媒側とで内径あるいはパス数が異なっていても、伝熱管５５，５６，５７、５８を最適な配置にして、熱交換効率を高め、かつ、騒音を低減することができる。
【００９０】図８は他の実施の形態の熱交換器６０を示している。この熱交換器６０は、複数のブロック６１，６２，６３，６４をＪ字状に配列してなる。各ブロック６１，６２，６３，６４は、夫々のフィン８１，８２，８３，８４を紙面と直交する方向に所定間隔をあけて積み重ね、各フィン８１，８２，８３，８４に各伝熱管７１，７３，７４，７５を夫々挿通してなる。
【００９１】また、上記フィン８１，８２，８３，８４は、大きさ（幅と長さ）が互いに異なり、かつ、フィンパターンも互いに異なっている。
【００９２】上記ブロック６１では、風の進行方向Ｗを横切る方向に伝熱管７１を１列に配置し、ブロック６２では、風の進行方向Ｗを横切る方向に伝熱管７３を２列に配置し、ブロック６３では、風の進行方向Ｗを横切る方向に伝熱管７４を２列に配置し、ブロック６４では、風の進行方向Ｗを横切る方向に伝熱管７５を３列Ｐ，Ｑ，Ｒに配置している。上記伝熱管７１，７３，７４，７５において、ガス冷媒側の内径の総断面積は液冷媒側の内径の総断面積よりも大きくなっている。
【００９３】上記熱交換器６０では、伝熱管７１，７３，７４，７５において、ガス冷媒側の内径の総断面積は液冷媒側の内径の総断面積よりも大きくしているので、圧力損失を低減することができ、かつ、熱交換の効率を高め、かつ、液冷媒の偏流および結露を防止できる。したがって、トータル的に熱交換の能力が極めて高くなる。したがって、この熱交換器６０は冷媒量の削減に大きく貢献でき、地球温暖化の防止に大いに寄与できる。
【００９４】また、上記熱交換器６０は、Ｊ字形状に配列した複数のブロック６１，６２，６３，６４からなるから、ブロック単位で簡単、安価に製造できる。
【００９５】また、上記複数のブロック６１，６２，６３，６４は、フィン８１，８２，８３，８４の大きさおよびフィンパターンが夫々互いに異なるから、伝熱管７１，７３，７４，７５が液冷媒側とガス冷媒側とで内径あるいはパス数が異なっていても、上記伝熱管７１，７３，７４，７５をフィン８１，８２，８３，８４に簡単に適合させることができる。
【００９６】また、上記熱交換器６０では、ブロック６１では、風の進行方向Ｗを横切る方向に伝熱管７１を１列に配置し、ブロック６２では、風の進行方向Ｗを横切る方向に伝熱管７３を２列に配置し、ブロック６３では、風の進行方向Ｗを横切る方向に伝熱管７４を２列に配置し、ブロック６４では、風の進行方向Ｗを横切る方向に伝熱管７５を３列Ｐ，Ｑ，Ｒに配置しているから、伝熱管７１，７３，７４，７５の液冷媒側とガス冷媒側とで内径あるいはパス数が異なっていても、伝熱管７１，７３，７４，７５を最適な配置にして、熱交換効率を高め、かつ、騒音を低減するようにすることができる。
【００９７】図９は他の実施の形態の冷凍装置の一例としての空気調和機を示している。この空気調和機は、圧縮機９１と、四路切換弁９２と、室内熱交換器９３と、減圧機構の一例としての膨張弁９４と、室外熱交換器９５とを順に接続して、冷媒回路を構成している。上記冷媒回路にＨＦＣ３２系冷媒を充填している。そして、上記冷媒回路にＨＦＣ３２系冷媒を充填している。
【００９８】上記室内熱交換器９３と室外熱交換器９５とは、先の実施の形態の熱交換器と同様に、ガス冷媒側の伝熱管の内径の総断面積が大きく、液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積が小さくなっている。
【００９９】上記室内熱交換器９３と室外熱交換器９５では、ガス冷媒側の伝熱管の内径の総断面積が大きいから、ガス冷媒側での伝熱管の圧力損失が小さく、かつ、液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積が小さいから、液冷媒側での熱交換能力が高く、かつ、液冷媒の偏流を防止し、かつ、結露を防止する。したがって、上記室内熱交換器９３と室外熱交換器９５の熱交換能力が高い。それに加えて、ＨＦＣ３２系冷媒自体は、粘性が低いから圧力損失が小さくて伝熱管を小径化でき、かつ、成績係数（ＣＯＰ）が高く、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低いという機能を有する。
【０１００】したがって、上記室内熱交換器９３と室外熱交換器９５の機能とＨＦＣ３２系冷媒の機能との相乗作用によって、この空気調和機は、冷媒量を極めて削減できた。この空気調和機は、例えば、ＨＣＦＣ２２系冷媒を用いた従来の空気調和機に比べて、地球温暖化効果は１／１２よりも低くなることが分かった。
【０１０１】上記実施の形態では、熱交換器はフィンタイプであったが、熱交換器はメッシュタイプであってもよい。また、熱交換器は、Ｊ字形状に限らず、Ｌ字形状またはＵ字形状であってもよい。
【０１０２】また、上記実施の形態では、冷凍装置として冷暖兼用の空気調和機について説明したが、冷房専用の空気調和機、あるいは、空気調和機以外の製氷機等の冷凍装置にもこの発明が適用できるのは勿論である。
【０１０３】また、上記実施の形態では、冷媒としてＨＦＣ３２系冷媒を使用したが、これに限らず、どのような冷媒であっても、この発明の熱交換器は能力が高いという効果を有する。
【０１０４】
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発明の熱交換器によれば、液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積をガス冷媒側の伝熱管の内径の総断面積よりも小さくしているので、液冷媒側における熱交換の効率が高くなり、かつ、液冷媒の偏流を防止でき、結露を防止でき、かつ、ガス冷媒側における圧力損失を少なくできて、トータル的に熱交換の能力が高くなって、冷媒量を削減できる。したがって、請求項1の発明の熱交換器は、地球温暖化を防止できる。
【０１０５】また、請求項１の発明の熱交換器は、液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積を小さくした分だけ、部品材料を低減でき、コストダウンできる。
【０１０６】また、請求項２の発明の熱交換器には、請求項１の熱交換器において、上記液冷媒側の伝熱管の内径が上記ガス冷媒側の伝熱管の内径よりも小さいので、簡単な構成で請求項１の発明の作用、効果を得ることができる。
【０１０７】また、請求項３の発明の熱交換器は、請求項１または２の熱交換器において、上記伝熱管は液冷媒側とガス冷媒側とでパス数が同一であるので、伝熱管の配置が簡単になり、かつ、簡単、安価に製造できる。
【０１０８】また、請求項４の発明の熱交換器は、請求項１または２の熱交換器において、上記伝熱管は液冷媒側のパス数がガス冷媒側のパス数よりも少ないので、例えば、液冷媒側とガス冷媒側とで同一の内径を有する伝熱管を用いても、簡単に、液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積がガス冷媒側の伝熱管の内径の総断面積よりも小さいようにできる。また、請求項４の発明の熱交換器は、例えば、請求項２の発明のように、液冷媒側の伝熱管の内径を小さく、ガス冷媒側の伝熱管の内径を大きくすると、液冷媒側のパス数がガス冷媒側のパス数よりも少なくなっているので、簡単に、液冷媒側の伝熱管の内径の総断面積をガス冷媒側の伝熱管の内径の総断面積よりも極めて小さくすることができる。
【０１０９】また、請求項５の発明の熱交換器は、液冷媒側の伝熱管の内径がガス冷媒側の伝熱管の内径よりも小さいので、液冷媒側における熱交換の効率が高くなり、かつ、液冷媒の偏流を防止でき、結露を防止でき、かつ、ガス冷媒側における圧力損失を少なくできて、トータル的に熱交換の能力が高くなって、冷媒量を削減できる。したがって、請求項５の発明の熱交換器は、地球温暖化を防止できる。
【０１１０】また、請求項５の発明の熱交換器は、液冷媒側の伝熱管の内径を小さくした分だけ、部品材料を低減でき、コストダウンできる。
【０１１１】また、請求項６の発明の熱交換器は、請求項１乃至５のいずれか１つの熱交換器において、複数のフィンに伝熱管を挿通してなる複数のブロックを備え、上記複数のブロックのうちの少なくとも２個のブロックのフィンは、フィンパターンまたはフィン幅のうちの少なくとも一方が互いに異なるので、伝熱管の液冷媒側とガス冷媒側とで内径あるいはパス数が異なっていても、上記伝熱管をフィンに簡単に適合させることができる。
【０１１２】また、請求項７の発明の熱交換器は、請求項１乃至５のいずれか１つの熱交換器において、複数のフィンに伝熱管を挿通してなる１個のみのブロックからなり、上記複数のフィンは外周形状は実質的に同じであり、かつ、上記複数のフィンのうちの少なくとも２枚のフィンのフィンパターンが互いに異なるので、伝熱管の液冷媒側とガス冷媒側とで内径あるいはパス数が異なっていても、上記伝熱管をフィンに簡単、安価に適合させることができる。
【０１１３】また、請求項８の発明の熱交換器は、請求項１乃至７のいずれか１つの熱交換器において、上記伝熱管を風の進行方向を横切る方向に２列以上配列しているので、伝熱管の液冷媒側とガス冷媒側とで内径あるいはパス数が異なっていても、伝熱管を最適な配置にして、熱交換効率を高め、かつ、騒音を低減することができる。
【０１１４】また、請求項９の発明の熱交換器は、請求項１乃至８のいずれか１つの熱交換器において、Ｊ字状、Ｌ字状またはＵ字状をしているので、伝熱管の液冷媒側とガス冷媒側とで内径あるいはパス数の少なくとも一方が異なっていることにより、熱交換能力が向上している上に、Ｊ字状、Ｌ字状またはＵ字状をしているので、構造がコンパクトである。
【０１１５】また、請求項１０の発明の熱交換器は、請求項１乃至９のいずれか１つの熱交換器において、上記伝熱管の内周面が円錐状に連続的に変化しているので、上記伝熱管における圧力損失を一層少なくして、熱交換器の能力を一層向上できる。
【０１１６】また、請求項１１の発明の熱交換器は、伝熱管の一端側と他端側とで内径の総断面積が異なるので、伝熱管の総断面積が大きい一端側をガス冷媒側に、伝熱管の総断面積が小さい他端側を液冷媒側に接続すれば、請求項１の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができる。
【０１１７】また、請求項１２の発明の冷凍装置は、請求項１乃至１１のいずれか１つの熱交換器を備え、ＨＦＣ３２系冷媒を充填しているので、請求項１乃至１１のいずれか１つの熱交換器の圧力損失が少なくて熱交換効率が高いという熱交換器自体の作用効果と、ＨＦＣ３２系冷媒自体の粘性が低いから圧力損失が小さくて伝熱管を小径化でき、かつ、成績係数が高く、地球温暖化係数が低いというＨＦＣ３２系冷媒自体の作用効果との相乗作用によって、冷媒量を極めて削減できて、地球温暖化の防止に極めて貢献できる。
【０１１８】また、請求項１３の発明の熱交換器によれば、パス数の多い一端側をガス冷媒側に、パス数の少ない他端側を液冷媒側に接続すれば、請求項４の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができる。
【０１１９】また、請求項１４の発明の熱交換器によれば、パス数の多い一端側をガス冷媒側に、パス数の少ない他端側を液冷媒側に接続すれば、請求項４の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができ、しかも、パス数が３段階以上であるので、徐々にパス数を変化させることができる。
【０１２０】また、請求項１５の発明の熱交換器によれば、請求項４の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができる。
【０１２１】また、請求項１６の発明の熱交換器は、内径の異なる伝熱管を用いたので、内径が大きい一端側の伝熱管をガス冷媒側に、内径が小さい他端側の伝熱管を液冷媒側に接続すれば、請求項５の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができる。
【０１２２】また、請求項１７の発明の熱交換器は、３種類以上の内径の異なる伝熱管を用いたので、内径が大きい一端側の伝熱管をガス冷媒側に、内径が小さい他端側の伝熱管を液冷媒側に接続すれば、請求項５の発明の熱交換器と同じ作用効果を得ることができ、しかも、伝熱管の内径が３種類以上であるので、徐々に内径を変化させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２８５３
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１５日（１９９９．３．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２１４４
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２６６４２６（Ｐ２０００−２６６４２６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２９日（２０００．９．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−６８５８１ |
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