(57)【要約】【課題】環境負荷低減や安全性向上のため冷媒使用量の少ない熱交換器を提供する。【解決手段】小さな冷媒通路１１８Ａが円周上に並んだ外側冷媒管１１８とその内側の内管１１９で冷媒管１１７を構成してあり、ガス比率の高い熱交換器ガス部では、ガス部外側冷媒管１１８とガス部内管１１９の両方に冷媒を流して熱伝達面積を増やし小型化することができる。また、液比率の高い熱交換器液部では外側冷媒管１１８にのみ冷媒を流すことにより、直接的に室外熱交換器１１２の容積を小さくして冷媒の使用量を削減できる。【選択図】図２
2014031952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィンチューブ型の熱交換器であって、複数の冷媒通路を円周上に並べて構成した外側冷媒管と、前記外側冷媒管内側に形成される内管とで構成された冷媒管を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
ガス冷媒の比率が高い側の冷媒管において、外側冷媒管の冷媒通路と内管の両方に冷媒を流すことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
液冷媒の比率が高い側の冷媒管において、外側冷媒管の冷媒通路のみに冷媒を流す構成としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器を用いたことを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を用いて冷暖房をおこなう空気調和機などで使用されるフィンチューブ型の熱交換器及びこの熱交換器を用いた冷凍装置に関するもので、特に、冷媒の使用量を削減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化が大きな問題となり、温暖化係数の低い冷媒を使用しようという動きが顕著になっている。ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）の代替冷媒として、自然冷媒や、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンなどの冷媒が注目されている。
【０００３】
ハイドロフルオロオレフィンは、ＨＦＣ−１３４ａの代替冷媒として特に注目されており、自動車用エアコンディショナーへの実用化が推進されている。その温暖化係数（１００年）はＨＦＯ−１２３４ｙｆの場合４と、ＨＦＣ−１３４ａの１，４３０、エアコンなどで使用されているＨＦＣ−４１０Ａの２０９０に比べてきわめて小さい。この温暖化係数が小さいという特性は、炭素間に２重結合を有し分解し易いことに起因している。
【０００４】
また、比較的温暖化係数が低く冷媒として使用できるＨＦＣとしては、ＨＦＣ−４１０Ａの５０％を占め、微燃性を有するＨＦＣ−３２（ＧＷＰ６７５）や、弱燃性のＨＦＣ−１５２ａ（ＧＷＰ１２４）などがあり、強燃性のプロパンやブタンなどの炭化水素も冷媒として優れた特性を有している。
【０００５】
しかし、これらのガスはいずれも可燃性を有しており、使用に当たってはその取り扱いに十分な注意が必要である。
【０００６】
こうした可燃性冷媒を用いた冷凍装置、例えば空気調和機の安全性向上方法の一つは、使用する冷媒の量を少なく抑えることである。
【０００７】
空気調和機において、冷媒を多く保持している構成要素の一つとして熱交換器が上げられる。ルームエアコンやパッケージエアコンで使用される熱交換器は、フィンチューブ型が一般的で、特に液部の管内に多くの冷媒が存在している。
【０００８】
そうしたなかで、従来の空気調和機では、プロパンを使用するに当たり、熱交換器の管を細管化して熱交換器の内容積を減らし、熱交換器内の冷媒を減らしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、自動車用の空気調和機では、径の細い管を連ねた構造のアルミ扁平管を用いフィンを蝋付けした熱交換器を使用しており、この熱交換器は冷媒使用量が少ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１４８７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来の技術では、熱交換器の管を細管化する場合、管の表面積が減少してしまうので、細管化する前と同様の長さ（本数）では同等の性能を得ることは困難である。同等の
性能を得るためには、管の長さ（本数）を増やす必要があり、加工費の増加をまねく。
【００１２】
また、フィンチューブ型の熱交換器では、管を拡管することでフィンとの密着性を確保するという構成のため、細管化前と同様の拡管代を取ろうとすると、細管では変形率を上げる必要がある。従って、フィンチューブ型の熱交換器では、細管化には限界がある。
【００１３】
それでも細管化を進めると、自動車で使用しているように、扁平管を用いてフィンを蝋付けする構成の熱交換器となるが、この種類の熱交換器は、炉中蝋付けのできる大きな炉が必要となり、大きな設備投資が必要となる。
【００１４】
従って本発明はこうした課題を解決し、製造が容易であって、冷媒使用量を削減することのできる熱交換器とこれを用いた冷凍装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、複数の冷媒通路を円周上に並べて有する外側冷媒管と、前記外側冷媒管内側に形成される内管とで構成された冷媒管を備えたものであり、冷凍装置はこのような熱交換器を用いて構成したものである。
【００１６】
これにより、冷媒を前記外側冷媒管の冷媒通路と前記内管の両方に流せば、前記冷媒と前記冷媒管の熱伝達面積を増大させることができる。
【００１７】
またこれにより、冷媒を前記外側冷媒管の冷媒通路にのみ流すこととすれば、前記冷媒が封入される内容積を減少させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、冷媒管を外側冷媒管と内管とで構成することで、冷媒と前記冷媒管の熱伝達面積を増大させることができ、冷媒を前記外側冷媒管の冷媒通路にのみ流すこととすれば、前記冷媒が封入される内容積を減少させることができる。
【００１９】
その結果、可燃性冷媒の封入量を削減し、安全に使用することができる。また、環境影響の大きな冷媒の使用量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の外観図
【図２】同熱交換器の冷媒管断面図
【図３】同熱交換器のガス部冷媒管断面図
【図４】同熱交換器の液部冷媒管断面図
【図５】同熱交換器のガス部接続部断面図
【図６】同熱交換器の液部接続部断面図
【図７】同熱交換器を用いた空気調和機の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
第１の発明は、フィンチューブ型の熱交換器であって、複数の冷媒通路を円周上に並べて有する外側冷媒管と、前記外側冷媒管内側に形成される内管とで構成された冷媒管を備えたものである。
【００２２】
これにより、前記外側冷媒管の冷媒通路と前記内管の両方に冷媒を流す場合、前記冷媒と前記冷媒管の熱伝達性能を向上させ、小型化することができる。
【００２３】
また、前記外側冷媒管の冷媒通路にのみ前記冷媒を流すことにより、前記冷媒を封入す
る内容積を低減することができる。
【００２４】
従って、前記冷媒の封入量を低減することができる。その結果、可燃性冷媒の封入量を削減し、可燃性冷媒を用いても安全な熱交換器を提供することができる。
【００２５】
また、環境影響の大きな冷媒を用いる場合、前記冷媒の使用量を低減し、環境負荷の小さな熱交換器を提供することができる。
【００２６】
第２の発明は、第１の発明において、ガス側の前記冷媒管の、前記外側冷媒管の冷媒通路と前記内管の両方に冷媒を流すものである。
【００２７】
これにより、前記冷媒の流路断面積を大きくし、前記冷媒管の圧力損失を低減することができる。従って、性能の良い熱交換器を提供することができる。
【００２８】
第３の発明は、第１の発明において、液側の前記冷媒管の、前記外側冷媒管の冷媒通路のみに冷媒を流すものである。
【００２９】
これにより、前記冷媒の密度が高い前記液側の前記冷媒管の内容積を低減することができ、効率よく前記冷媒の保持量を低減することができる。従って、わずかなコストで、冷媒封入量の少ない熱交換器を提供することができる。
【００３０】
第４の発明は、第１、第２、第３の発明の熱交換器を用いて冷凍サイクルを構成した冷凍装置である。
【００３１】
これにより、可燃性冷媒を用いる場合や環境影響の大きな冷媒を用いる場合に冷媒封入量を低減することができる。従って、可燃性冷媒を用いても安全な、環境影響の大きな冷媒を用いても環境負荷の小さな冷凍装置を提供することができる。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器を、例えば空気調和機の室外熱交換器に適応した場合の外観を示すものである。
【００３４】
図１において、室外熱交換器１１２は、冷媒管１１７とフィン１２０と冷媒管１１７を接続する接続管１２１で構成されている。
【００３５】
上記室外熱交換器１１２を搭載した冷凍装置となる空気調和機の一例を図７に示す。
【００３６】
図７の空気調和機は、冷房専用で、室外機１００には、圧縮機１１１、凝縮器となる室外熱交換器１１２、室外送風機１１３、膨張弁１１４が配備され、蒸発器である室内熱交換器１１５、室内送風機１１６を装備する室内機１０１と接続して冷房を行う。このとき、冷媒は矢印Ｆの方向に流れる。
【００３７】
ここで、上記した本発明の熱交換器の最大の特徴は冷媒管１１７の断面形状にあり、図１のＡにおける冷媒管１１７の断面を図２に示し、冷媒管１１７と接続管１２１との接続部となる図１のＢでの断面を図５、同図１のＣでの断面を図６に示す。
【００３８】
図２に示すように、冷媒管１１７は、その管壁中に小さな冷媒通路１１８Ａを円周上に
複数並べて形成した外側冷媒管１１８とその内面壁で形成される内管１１９とからなる。
【００３９】
このような構造のため、従来のフィンチューブ同様に、内管１１９に拡管冶具を挿入し拡管することで、外側冷媒管１１８が拡管してフィン１２０と冷媒管１１７の密着性を容易に得ることができる。
【００４０】
上記冷媒管１１７の構造は、大きくは２つの意味を持っている。
【００４１】
一つは、冷媒と管との熱伝達性能の向上である。図３に、ガス比率の高い室外熱交換器ガス部１１２Ｇ（図７、図２では室外熱交換器１１２上部）のガス部冷媒管１１７Ｇの断面を示している。ガス部冷媒管１１７Ｇにおいては、ガス部外側冷媒管１１８Ｇの冷媒通路１１８Ａとガス部内管１１９Ｇの両方に冷媒が流れるよう構成されている。
【００４２】
ガス部外側冷媒管１１８Ｇとガス部内管１１９Ｇの両方に冷媒を流すため、図５のように、ガス部冷媒管１１７Ｇの端部に接続管１２１が被せられ、蝋付部１２２において一体に構成されている。
【００４３】
内部が小さく仕切られることにより冷媒と管との接触面積つまり熱伝達面積が増加しているので、従来よりも熱伝達性能が向上する。その結果、室外熱交換器１１２は性能が向上し、小型化しても従来と同様の性能を発揮できる。つまり、室外熱交換器１１２の容積を小さくすることができるのである。
【００４４】
また、このとき冷媒の流路断面積は十分確保できるので、圧力損失が増大して性能を悪化させることもない。
【００４５】
もう一つは、外側冷媒管１１８にのみ冷媒を流すことにより、直接的に室外熱交換器１１２の容積を小さくすることである。
【００４６】
図４は、液比率の高い部分の室外熱交換器液部１１２Ｌ（図７、図２では室外熱交換器１１２下部）の液部冷媒管１１７Ｌの断面を示している。液部冷媒管１１７Ｌにおいては、液部外側冷媒管１１８Ｌ側の冷媒通路１１８Ａにだけ冷媒を流し、液部内管１１９Ｌは封止され、冷媒は流れないよう構成されている。
【００４７】
液部外側冷媒管１１８Ｌの冷媒通路１１８Ａにのみ冷媒を流すため、図６のように、液部冷媒管１１７Ｌの端部において、液部内管１１９Ｌには液部内管キャップ１２３が取り付けられ、接続管１２１が被せられ、蝋付部１２２において一体に構成されている。反対側の液部内管１１９Ｌも封止され、液部内管１１９Ｌに冷媒は存在しない。
【００４８】
これによって、冷媒の密度が高い液部の内容積を減らすことができるので、冷媒封入量を大きく減らすことができる。また、液部において内容積を減らしているので、圧力損失の増大をまねくこともない。
【００４９】
一方、本発明の上記した熱交換器を使用した図７に示す空気調和機は、冷媒の使用量を従来に比べ削減することができる。
【００５０】
従って、使用する冷媒が環境負荷の大きな冷媒であるならば、その環境負荷を低減することができる。
【００５１】
可燃性を有する冷媒であるならば、より安全に装置を使用することができる。
【００５２】
なお、上記実施の形態では本発明の熱交換器を室外熱交換器１１２に適用した場合を例にして説明してきたが、室内熱交換器についても、室内熱交換器液部１１５Ｌでは外側冷媒管にのみ冷媒を流し、室内熱交換器ガス部１１５Ｇでは、外側冷媒管、内管の両方に冷媒を流すよう構成すれば同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、本実施の形態では冷房専用の空気調和機で説明を行ってきたが、冷暖房切り替え可能な機種であっても同様に効果を奏することは言うまでもない。
【００５４】
また、図６において液部内管１１９Ｌには冷媒は流さないとしているが、冷凍サイクルに使用する冷媒とは別の、例えばクーリングタワーからの冷却水を流したりすることも可能である。暖房時に室外熱交換器の液部内管に廃熱温水を流して有効利用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、本発明は、冷媒の使用量を削減することができる。従って、これを用いた熱交換器及び冷凍装置が、環境負荷の大きな冷媒を使用するならばその負荷を小さくし、可燃性の冷媒であるならば、より安全に装置を使用することができる。よって、空気調和機だけに止まらず、セパレート型のショーケースや、冷蔵庫などにも広く適用することができ、効果をもたらすものである。
【符号の説明】
【００５６】
１００  室外機
１０１  室内送風機
１１１  圧縮機
１１２  室外熱交換器
１１２Ｇ  室外熱交換器ガス部
１１２Ｌ  室外熱交換器液部
１１３  室外送風機
１１４  膨張弁
１１５  室内熱交換器
１１５Ｇ  室内熱交換器ガス部
１１５Ｌ  室内熱交換器液部
１１６  室内送風機
１１７  冷媒管
１１７Ｇ  ガス部冷媒管
１１７Ｌ  液部冷媒管
１１８  外側冷媒管
１１８Ａ  冷媒通路
１１８Ｇ  ガス部外側冷媒管
１１８Ｌ  液部外側冷媒管
１１９  内管
１１９Ｇ  ガス部内管
１１９Ｌ  液部内管
１２０  フィン
１２１  接続管
１２２  蝋付部
１２３  液部内管キャップ
【図１】
2014031952.tif 000003
【図２】
2014031952.tif 000004
【図３】
2014031952.tif 000005
【図４】
2014031952.tif 000006
【図５】
2014031952.tif 000007
【図６】
2014031952.tif 000008
【図７】
2014031952.tif 000009