JP2000266426A - 熱交換器および冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【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。

Description

【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、ＨＦ
Ｃ（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、ＨＦＣ３
２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１
１，１２，１３，１４，１５，１６が貫通し、伝熱管１
１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１
９で接続している。上記伝熱管１１，１２，１３，１
４，１５，１６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１１，１
２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１
０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３２，３
２の内径の総断面積をガス冷媒側Ｇの伝熱管３４,３
４，３４，３４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３
１，３２，３３，３４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３
１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３４，３４，３４，３
４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４２，４２，４
２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５５，５６，５
７，５８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；５
６，５８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５５，５
６，５７，５８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５５，５
６，５７、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５
５，５６，５７、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、５
８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７
１，７３，７４，７５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７１，７
３，７４，７５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６１，６２，６
３，６４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７
１，７３，７４，７５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７１，７
３，７４，７５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６
１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７
１，７３，７４，７５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９
５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Ｈ
ＦＣ３２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、ＨＦ
Ｃ３２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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態の熱交換器の説明図あ
る。

【図２】 凝縮器と蒸発器について、パス数と伝熱管の
内径に対する能力の関係を示すグラフである。

【図３】 この発明の他の実施の形態の熱交換器の一部
断面斜視図である。

【図４】 伝熱管を示す図である。

【図５】 伝熱管系のパスを示す図である。

【図６】 伝熱管系を示す図である。

【図７】 室内機を示す図である。

【図８】 この発明の他の実施の形態の熱交換器を示す
図である。

【図９】 この発明の他の実施の形態の空気調和機の回
路図である。

【符号の説明】

１，１０，５３，６０，９３，９５ 熱交換器 １１，１２，１３，１４，１５，１６，２０，３１，３
２，３３，３４，４１，４２，４３，４５，４６，５
５，５６，５７，５８ 伝熱管 ５４，８１，８２，８３，８４ フィン ６１，６２，６３，６４ ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北沢 昌昭 滋賀県草津市岡本町字大谷1000番地の２ ダイキン工業株式会社滋賀製作所内 Ｆターム(参考） 3L051 BE10

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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（１１，４６，５
   ８，７４）の内径よりも小さいことを特徴とする熱交換
   器。
6. 【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。
7. 【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（５５，５
   ６，５７，５８）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。
8. 【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（５５，５７，５６，５８，７
   ３，７４，７５）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。
9. 【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。
10. 【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。
11. 【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。
12. 【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。
13. 【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。
14. 【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。
15. 【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。
16. 【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。
17. 【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。