(57)【要約】【課題】伝熱管内の内容積を減少させ、熱交換性能向上と省冷媒化を図る。【解決手段】伝熱管１２の流路中に、断面の最大寸法が前記伝熱管の内径より小さく、複数の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成される挿入部材１３を設け、流体が流動する流路断面積を、流体の乾き度が小さくなるに従って減少させる。これにより、蒸発時の圧力損失を抑制しつつ、冷媒の流れの乱流化を促進し、蒸発能力の向上又は低下抑制を図ることができるし、熱交換器を凝縮器として使用した場合、凝縮した液が挿入部材の外表面に付着することで管内面の液膜の薄膜化が図れ、熱交換性能の高い熱交換器を得ることができ、加えて伝熱管内の内容積の減少で充填する冷媒量の削減を図れる熱交換器を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管内の流路を流れる相変化を伴う流体と前記伝熱管の外部を流れる流体とが熱交換し、前記伝熱管の内径を減少又は前記伝熱管の分岐数を減少させて、相変化を伴う流体が流動する流路断面積を、流体の乾き度が小さくなるに従って減少させる構成を持つ熱交換器であって、相変化を伴う流体が気液二相状態又は液相状態で流動している前記伝熱管の流路中に、断面の最大寸法が前記伝熱管の内径より小さく、複数の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成される挿入部材を設け、流体が流動する流路断面積を、流体の乾き度が小さくなるに従ってさらに減少させたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記棒状部材の外表面に、溝又は凹凸を有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】
前記棒状部材の断面の外形形状を略円状、多角形状、又は星形状とすることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記棒状部材を多孔質材で構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記棒状部材を中実又は両端を閉塞した中空の部材で構成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項６】
少なくとも圧縮機、室外熱交換器、絞り装置、及び室内熱交換器を環状に接続するとともに、前記各熱交換器の少なくとも一方は請求項１から５のいずれか１項記載の熱交換器で構成し、かつ、前記伝熱管内の流路を流れる流体として、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）又はハイドロカーボン（ＨＣ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒を主成分とした単体冷媒や混合冷媒を用いることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項７】
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単独、またはそれをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を用いることを特徴する請求項６記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
ハイドロフルオロオレフィンはテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４）をベース成分とし、ジフルオロメタン（Ｒ３２）、ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）およびテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）などの２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを、地球温暖化係数が４以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を封入したことを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
ハイドロフルオロオレフィンはトリフルオロプロペン（ＨＦＯ１２４３）をベース成分とし、ジフルオロメタン（Ｒ３２）、ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）およびテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）などの２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを、地球温暖化係数が４以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を封入したことを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
冷媒は冷凍機油を備え、前記冷凍機油はポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、ポリオールエステル類およびポリカーボネート類の含酸素化合物を主成分とする合成油か、アルキルベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする合成油とし
たことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として空気調和機などに使用されるフィン付き熱交換器や二重管熱交換器などの熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のフィン付き熱交換器は、図１２に示すように、所定間隔で並べられたフィン群２０１と、このフィン群２０１のフィン面に垂直な方向に貫通して挿入される伝熱管群２０２とから構成されている。気流２０３はフィン間を矢印方向に流動し、伝熱管群２０２の流路を流れる流体と熱交換する。（例えば、特許文献１参照）
図１３は、特許文献１に記載された従来のフィン付き熱交換器で、伝熱管の一部を示す縦断面図である。この従来技術は、伝熱管２０２の内部に、金属の細線をスパイラル状に巻いて構成されるコイル２０４を挿入し、このコイル２０４の外周を伝熱管２０２の内面に密着固定し、さらに伝熱管２０２内面に多数の粉粒体を接合して多孔質体層を形成したものである。この構成によれば、伝熱管２０２にコイル２０４を密着させていることにより伝熱管２０２の内面の伝熱面積が増大したような形になるとともに、乱流効果、毛細管現象効果、及び核沸騰効果も発揮され、伝熱性能が向上するとされている。
【０００３】
図１４は従来のフィン付き熱交換器の他の例を示し、その伝熱管中心を通る面での断面図である。この従来技術は、伝熱管２０２内に、熱で変形するスペーサ２０６を挿入し、挿入後に熱を加えてスペーサ２０５を管内壁に密着させるものである。なお、伝熱管２０２の外周面には、フィン群２０１が接合されている。この構成も伝熱管２０２にスペーサ２０６を密着させていることにより伝熱管２０２の内面の伝熱面積が増大したような形になり、また乱流効果も発揮され、伝熱低能が向上するとされている。（例えば、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１５０８９号公報
【特許文献２】実開昭５８−５２４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１、２に記載された熱交換器の構成は伝熱管２０２内に設けたコイル２０４、スペーサ２０６はいずれもその全長にわたって同じ断面積のものであるため、伝熱面積を増やしたり、乱流効果を発揮させることはできるものの、流体として冷媒を用いる場合の性能アップ、すなわち、液体から気体に相変化する流体の圧力損失を抑制しつつ伝熱性と流れの乱流化を促進して熱交換効率を向上させことはできないものであった。
【０００６】
その上前記特許文献１に記載された従来の熱交換器の構成では、コイルとしてかなり細い線径の線を使用しているので、管内にコイルを挿入していても、管内容積を大きく削減して流体流量を低減することはできないし、また、熱交換器を凝縮器として使用した場合、凝縮した液により、伝熱面である管内面は厚い凝縮液膜で覆われやすく、熱交換性能を低下させるという課題を有している。
【０００７】
また、特許文献２に記載された熱交換器の構成では、主に伝熱管内面の伝熱面積の増大と乱流効果に着目していることと、スペーサの厚みについては特に特定がないことからみ
て、当該スペーサは伝熱管の肉厚程度であると思われ、やはり管内容積を大きく削減して流体流量を低減することはできなし、また、熱交換器を凝縮器として使用した場合、凝縮した液により、伝熱面である管内面は厚い凝縮液膜で覆われやすく、熱交換性能を低下させるという課題を有している。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、液体から気体に相変化する流体の圧力損失を抑制しつつ伝熱性と流れの乱流化を促進して熱交換効率を向上させる上に流体流量の低減が可能な熱交換器の提供を目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、伝熱管内の流路を流れる相変化を伴う流体と前記伝熱管の外部を流れる流体とが熱交換し、前記伝熱管の内径を減少又は前記伝熱管の分岐数を減少させて、相変化を伴う流体が流動する流路断面積を、流体の乾き度が小さくなるに従って減少させる構成を持つ熱交換器において、相変化を伴う流体が気液二相状態又は液相状態で流動している前記伝熱管の流路中に、断面の最大寸法が前記伝熱管の内径より小さく、複数の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成される挿入部材を設け、流体が流動する流路断面積を、流体の乾き度が小さくなるに従って減少させたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、乾き度が大きくなるに従い圧力損失の影響が大きいために、乾き度が大きい流路では流路を広くすることにより、効果的な圧力損失の低減が図れ、蒸発能力の向上又は低下抑制が図れる。また、乾き度が小さい流路では伝熱管内を流れる冷媒の流速を速くし、複数の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成されるため、熱交換器を凝縮器として使用した場合、伝熱管内を流れる流体の乱流を促進し、凝縮液による管内面の液膜の薄膜化を図ることができ、管内での熱交換性能の高い熱交換器が得られる。
【００１１】
また、本発明の冷凍サイクル装置は上記熱交換器を用いて冷凍サイクルを構成するとともに、当該熱交換器の伝熱管内の流路を流れる流体として、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、又はハイドロカーボン（ＨＣ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒を主成分とした冷媒を用いることを特徴とする。そしてこの構成によれば、オゾン破壊を防止し、また高効率な運転を実現し、地球温暖化に対しその影響を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は熱交換性能の高い熱交換器を得ることができ、さらに、伝熱管内の内容積を減少させることで、充填する冷媒量の削減を図ることができる。すなわち、複数の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成される挿入部材が、乾き度が小さくなるに従い冷媒流路を小さくするように伝熱管内に挿入されているので、蒸発時の圧力損失を抑制しつつ、螺旋状であることもあって冷媒の流れの乱流化を促進し、蒸発能力の向上又は低下抑制を図ることができるし、熱交換器を凝縮器として使用した場合、二相域に挿入した部材により、凝縮した液が挿入部材の外表面に付着することで管内面の液膜の薄膜化が図れ、さらに、挿入部材により伝熱管内の流路断面積を小さくでき、伝熱管内を流れる冷媒の流速向上を図り、既述した通り螺旋状であることから冷媒の流れの乱流化を促進し、熱交換性能の高い熱交換器を得ることができ、加えて伝熱管内の内容積を減少させることで、充填する冷媒量の削減を図れる熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態２におけるフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図
【図３】本発明の挿入部材の一例を示し、実施の形態２におけるフィン付き熱交換器の伝熱管のＡ−Ａ線での断面図
【図４】本発明の挿入部材の一例を示し、実施の形態２におけるフィン付き熱交換器の伝熱管のＡ−Ａ線での断面図
【図５】本発明の挿入部材の一例を示し、実施の形態２におけるフィン付き熱交換器の伝熱管のＡ−Ａ線での断面図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態３におけるフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態４におけるフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態５におけるフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図
【図９】（ａ）本発明の実施の形態６におけるフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図
【図１０】本発明の各実施の形態におけるモリエル線図上に冷凍サイクルの動作点を記入したイメージ図
【図１１】本発明の前記各実施の形態を用いた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図
【図１２】従来のフィン付き熱交換器を示す斜視図
【図１３】従来の熱交換器の伝熱管の一例を示す縦断面図
【図１４】従来のフィン付き熱交換器の他の伝熱管中心を通る面での断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、伝熱管内の流路を流れる相変化を伴う流体と伝熱管の外部を流れる流体とが熱交換し、伝熱管の内径を減少又は伝熱管の分岐数を減少させて、相変化を伴う流体が流動する流路断面積を、流体の乾き度が小さくなるに従って減少させる構成を持つ熱交換器において、相変化を伴う流体が気液二相状態又は液相状態で流動している流路中に、複数の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成される挿入部材を設け、流体が流動する流路断面積を、流体の乾き度が小さくなるに従って減少させたものである。
【００１５】
そしてこの構成によれば、乾き度が大きくなるに従い圧力損失の影響が大きいために、乾き度が大きい流路では流路を広くすることにより、効果的な圧力損失の低減が図れ、蒸発能力の向上又は低下抑制が図れる。また、乾き度が小さい流路では伝熱管内を流れる冷媒の流速を速くし、複数の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成されるため、熱交換器を凝縮器として使用した場合、伝熱管内を流れる流体の乱流を促進し、凝縮液による管内面の液膜の薄膜化を図ることができ、管内での熱交換性能の高い熱交換器が得られる。
【００１６】
第２の発明は、棒状部材の外表面に、溝又は凹凸を有すことにより、挿入部材の外表面積が拡大するとともに伝熱管内を流れる流体の乱流を促進するために、挿入部材への凝縮液の付着量が多くなり、伝熱管の内周面の凝縮液膜をさらに薄くすることができ、管内熱伝達率の向上が図れる。さらに、伝熱管内の内容積を減少させることができるので、充填する冷媒量の削減が図れる。
【００１７】
第３の発明は、棒状部材の断面の外形形状を略円状、多角形状、又は星形状とすることにより、挿入部材の外表面積が拡大するために、挿入部材への凝縮液の付着量が多くなり、伝熱管の内周面の凝縮液膜をさらに薄くすることができ、管内熱伝達率の向上が図れる
。さらに、伝熱管内の内容積を減少させることができるので、充填する冷媒量の削減が図れる。
【００１８】
第４の発明は、棒状部材を多孔質材で構成し、多孔質材によってさらに外表面積が拡大することにより、挿入部材への凝縮液の付着量が多くなり、伝熱管の内周面の凝縮液膜をさらに薄くすることができ、管内熱伝達率の向上が図れる。
【００１９】
第５の発明は、棒状部材を中実又は両端を閉塞した中空の部材で構成することによち、熱交換器の重量増加を抑えることができる。
【００２０】
第６の発明は、第１から第５の発明の熱交換器を用いた冷凍サイクル装置であって、当該熱交換器の伝熱管内の流路を流れる流体として、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）又はハイドロカーボン（ＨＣ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒を主成分とした冷媒を用いたものであり、これにより、オゾン破壊を防止し、また高効率な運転を実現し、地球温暖化に対しその影響を少なくすることができる。
【００２１】
第７の発明は、第６の発明の冷凍サイクル装置において、伝熱管内の流路を流れる流体として、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単独、またはそれをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を用いることにより、回収されない冷媒が大気に放出されても地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。
【００２２】
第８の発明は、第７の発明の冷凍サイクル装置において、ハイドロフルオロオレフィンはテトラフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタン（Ｒ３２）、ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）およびテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）などの２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを、地球温暖化係数が少なくとも５以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を封入することにより、効率向上を図るとともに、回収されない冷媒が大気に放出されても地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。
【００２３】
第９の発明は、第７の発明の冷凍サイクル装置において、ハイドロフルオロオレフィンはトリフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタン（Ｒ３２）、ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）およびテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）などの２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを、地球温暖化係数が少なくとも５以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を封入することによりした、効率向上を図るとともに、回収されない冷媒が大気に放出されても地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。
【００２４】
第１０の発明は、第６の発明ないし第９の発明のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、冷凍機油はポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、ポリオールエステル類およびポリカーボネート類の含酸素化合物を主成分とする合成油か、アルキルベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする合成油を用いることにより、信頼性の高い冷凍サイクル装置を実現できる。
【００２５】
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。また、実施の形態の説明では、フィン付き熱交換器について行うが、本発明は相変化を伴う冷媒が流れる流路内で効果を得られる
発明であり、二重管熱交換器のような伝熱管のみで構成された熱交換器で、内管の内側や外側であっても相変化を伴う流体が流れるものについても同様の効果が得られる。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。また、図１０は冷凍サイクルでの効果をモリエル線図上に表したイメージ図を示すものである。
【００２７】
図１（ａ）および（ｂ）において、１１はフィン、１２は伝熱管で、管径は１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの順に大きく、管内の流路断面積も１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの順に大きくなり、１３は複数本の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成される部材である。伝熱管１２は、Ｕ字状に形成された配管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、配管１２Ｂの一端と配管１２Ｃの一端を連結するＵベント１２Ｄにより構成されている。なお、本実施の形態の熱交換器は、伝熱管１２を、３つの配管で構成した場合を示しているが、熱交換器の能力に応じて配管数は変更されるものである。挿入部材１３は配管１２Ａの流路１４Ａと、配管１２Ｂの流路１４Ｂに設けられている。
【００２８】
このフィン付き熱交換器は、凝縮器として使用する場合には、伝熱管端部Ｂが流路を流れる流体の入口、伝熱管端部Ｃが流路を流れる流体の出口となる。このように凝縮器として使用する場合には、伝熱管端部Ｂからガス状態の流体が流入し、伝熱管端部Ｃから液状態の流体が流出する。従って、伝熱管端部Ｂから伝熱管端部Ｃに流動するに従って、液体の乾き度は小さくなる。なお、矢印は流路を流れる流体の方向を示している。
【００２９】
図１０において、ライン２１２は飽和液線、ライン２１３は飽和ガス線、実線２２５は挿入部材を挿入したときの動作線、破線２２６は部材を挿入しない通常のときの動作線、ポイント２１４は圧縮機の吸入ポイント、ポイント２１５は凝縮器の入口ポイント、ポイント２１７は部材を挿入しない通常のときの凝縮器の出口ポイント、ポイント２１８は部材を挿入したときの凝縮器の出口ポイント、ポイント２１９は部材を挿入したときの蒸発器の入口ポイント、ポイント２２０は部材を挿入しない通常のときの蒸発器の入口ポイント、ポイント２２２は蒸発器の出口ポイント、ポイント２１６は平均凝縮温度、ポイント２２１は平均蒸発温度、エリア２２３は凝縮器出口付近、エリア２２４は蒸発器入口付近を表す。
【００３０】
凝縮器として使用される場合には、図１（ａ）に措いて、伝熱管内を流れる流体は、伝熱管端部Ｂ側から流入し、伝熱管端部Ｃ側へ流出し、その間において、伝熱管１２の外周に設けられたフィン１１の隙間を流動する気流と熱交換する。伝熱管内の流路断面積は１４Ｃ、１４Ｂ、１４Ａの順に小さくなり、流路１４Ｂは挿入部材１３によってさらに狭くなり、また流路１４Ａは挿入部材１３によって最も狭くなっている。従って、配管１２を流れる流体は、流路１４Ｂにおいて次第に流速が速まり、流路１４Ａにおいて最速で流動するため、管内熱伝達率が向上する。さらに、挿入部材１３は複数の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成されるため、熱交換器を凝縮器として使用した場合、伝熱管内を流れる流体の乱流を促進するため、さらに管内熱伝達率が向上する。
【００３１】
本実施の形態は、挿入部材１３を凝縮器出口付近２２３に挿入するため、図１０に示すように、圧力損失は凝縮器の出口付近２２３でのみ増大し、平均凝縮温度２１６の低下抑制が図れる。また、気液二相域では、凝縮した液は挿入部材１３の外周面にも付着するために、配管１２の内周面の凝縮液膜を薄くすることができ、管内熱伝達率の向上が図れる。また、挿入部材１３を設けることで、配管１２内の容積を削減でき、冷媒充填量を削減することができる。また、蒸発器として使用する場合には、図１（ａ）において、伝熱管内を流れる流体は、凝縮器として使用する場合の流れ方向とは逆方向となり、伝熱管端部
Ｃ側から流入し、伝熱管端部Ｂ側へ流出し、その間において、伝熱管１２の外周に設けられたフィン１１の隙間を流動する気流と熱交換する。流路１４Ａは挿入部材１３Ａによって狭くなっており、また流路１４Ｂは挿入部材１３Ｂによって漸次狭くなっている。従って、配管１２を流れる流体の流速は、速くなるために管内熱伝達率は向上する。また本実施の形態は、挿入部材１３Ａ、１３Ｂを蒸発器の入口付近２２４に挿入し、さらに伝熱管内の流路断面積は１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの順に大きくなるため、図１０の実線２２５で示すように、圧力損失は蒸発器の入口付近２２４で大きく、乾き度が大きくなるに従い、流路断面積は大きくなるため圧力損失は小さくなる。これにより、圧力損失が増大しても、その圧力損失の増加は蒸発器の入口付近２２４のみで、流体の流速向上による管内熱伝達率の向上の効果を活かし、蒸発能力の向上が図れる。従って、少なくとも蒸発能力の低下を抑制することができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態におけるフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、図２（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。また、図１０は冷凍サイクルでの効果をモリエル線図上に表したイメージ図を示すものである。
【００３３】
前記実施の形態１と異なる点は伝熱管１２に挿入する挿入部材の径を管１２Ａ、１２Ｂに挿入されるものの順に小さくした点である。すなわち、２３Ａは複数本の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成される部材で、断面積が一定の挿入部材、２３Ｂは、複数本の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成される部材で、断面積が一定の挿入部材であり、挿入部材２３Ａの断面積より小さきものを用いている。そして、挿入部材２３Ａは配管１２Ａの流路２４Ａに、挿入部材２３Ｂは配管１２Ｂの流路２４Ｂに設けられており、管内の流路断面積は２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの順に大きくなっている。
【００３４】
この実施の形態２においても前記実施の形態１で説明した場合と同様の作用効果を発揮するのはもちろん、異なる直径の挿入部材を挿入することで、容易に流路の断面積を変化させるという効果も期待できる。
【００３５】
なお、上記挿入部材２３Ａ、２３Ｂの断面の外形形状は、略円状の他、図３に示すような多角形状や図４に示すような星形状とすることが好ましい。また、挿入部材２３Ａ、２３Ｂは、図２から図４に示すような中実の棒状部材、又は図５に示すような両端を閉塞した中空の棒状部材で構成されている。また、挿入部材２３Ａ、２３Ｂの材質は、鉄、アルミなどの金属や樹脂材など冷媒に対し耐食性のあるものとする。これらは本発明のいずれの実施形態においても同様である。
【００３６】
（実施の形態３）
図６（ａ）は、本発明の第３の実施の形態のフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、図６（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、図６（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図、図６（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。
【００３７】
この実施の形態３は伝熱１２Ａにのみ挿入部材３３を設け、この挿入部材３３の断面積を段階的に異なるものとした点が先の各実施の形態とは異なる。すなわち、配管１２の流路３４内には、挿入部材３３Ａ、挿入部材３３Ｂ、挿入部材３３Ｃが設けられている。ここで、挿入部材３３Ａ、挿入部材３３Ｂ、挿入部材３３Ｃは、複数本の棒状部材が密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成され、それぞれの断面積は一定で、挿入部材３３Ａの断面積は挿入部材３３Ｂの断面積よりも大きく、また挿入部材３３Ｂの断面積は挿入部材３３Ｃの断面積よりも大きい。また、挿入部材３３Ａ、挿入部材３３Ｂ、挿入部材３３Ｃは、それぞれ順に連結されている。なお、断面積の最も大きな挿入部材３３Ａを伝
熱管端部Ｃ側に配置しており、流体が流動できる流路３４は、乾き度が小さくなるに従い徐々に狭くなっている。
【００３８】
この実施の形態３においても先の各実施の形態と同様の作用効果を発揮するとともに、異なる直径の挿入部材を組み合せることで、容易に流路の断面積を変化させることができるという利点がある。
【００３９】
（実施の形態４）
図７（ａ）は本発明の第４の実施の形態のフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、図７（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、図７（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図、図７（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。
【００４０】
この実施の形態４は挿入部材４３の断面積を連続的に変化させる構成とした点が上記実施の形態３と異なる。すなわち、この挿入部材４３は長さの異なる棒状部材を螺旋状に絡み合うように捻ることによって段階的、あるいは次第にその棒状部材の本数を減らし、挿入部材全体の断面積が変化するように構成してある。なお、挿入部材４３も断面積が大きな側の端部を伝熱管端部Ｃ側に配置しており、断面積が大きな側の端部を伝熱管端部Ｃ側に配置することで、流体が流動できる流路４４は、乾き度が小さくなるに従い徐々に狭くなっている。
【００４１】
この実施の形態４も先の各実施の形態と同様の作用効果を発揮するとともに、棒状部材の長さを変えていくだけで断面積を容易に変化させることができるという利点がある。
【００４２】
（実施の形態５）
図８（ａ）は本発明の第５の実施の形態のフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、図８（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。
【００４３】
この実施の形態５は配管１２内に設ける挿入部材５３Ａ、５３Ｂの外表面の長手方向に複数の溝５３Ｃを施した点が先の各実施の形態と異なる。
【００４４】
この実施の形態５においても先の各実施の形態と同様の作用効果を発揮するとともに、溝５３Ｃによる外表面積の拡大により挿入部材５３Ａおよび５３Ｂへの凝縮液の付着量が多くなり、配管１２の内周面の凝縮液膜をさらに薄くすることができて、管内熱伝達率の向上が図れる利点がある。
【００４５】
なお、図８（ａ）は直線状の溝を示したが、螺旋状の溝を設けることで乱流促進による熱伝導率の向上や、これによる能力向上が図れる。また、溝加工をディンプル加工など凹凸加工で施しても同様の効果が得られる。
【００４６】
（実施の形態６）
図９（ａ）は本発明の第６の実施の形態のフィン付き熱交換器の伝熱管中心線上での断面図、図９（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。
【００４７】
この実施の形態６は配管１２内に設ける挿入部材６３Ａ、６３Ｂを多孔質材で形成したものである。すなわち、挿入部材は多孔質材で構成された複数本の棒状部材を密着しながら螺旋状に絡み合うように捻って構成し、配管１２Ａ流路６４Ａには断面積が一定の部材６３Ａを挿入し、配管１２Ｂの流路６４Ｂ内には断面積が一定で挿入部材６３Ａの断面積より小さい挿入部材６３Ｂが挿入してあり、断面積が大きな挿入部材６３Ａを伝熱管端部Ｃ側に配置することで、流体が流動できる流路６４は、乾き度が小さくなるに従い狭くなっている。
【００４８】
この実施の形態６も先の各実施の形態と同様の作用効果を発揮するとともに、多孔質形状としたことで外表面積を拡大でき、挿入部材６３Ａ、６３Ｂへの凝縮液の付着量が多くなり、配管１２の内周面の凝縮液膜をさらに薄くすることができて、管内熱伝達率の向上が図れる。
【００４９】
（実施の形態７）
図１１は上記各実施の形態で説明した熱交換器を用いた冷凍サイクル装置を示し、この冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機７１、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁７２、冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器７３、冷媒を減圧する絞り装置７４、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器７５で構成され、上記各熱交換器７３、７５は先の各実施の形態で説明したもののひとつを用いている。圧縮機７１、四方弁７２、室外熱交換器７３、絞り装置７４、及び室内熱交換器７５は接続管で環状に接続されている。室外ユニット８０には、圧縮機７１、四方弁７２、室外熱交換器７３、絞り装置７４を有し、室内ユニット８１には室内熱交換器７５を有している。そして室外ユニット８０と室内ユニット８１とは、液接続管８２とガス接続管８３とで接続されている。
【００５０】
そして、冷媒としては次のようなものを用いている。すなわち、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）の単体冷媒および混合冷媒Ｒ４０７Ｃ（Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ（２３／２５／５２ｗｔ％））、Ｒ４１０Ａ（Ｒ３２／Ｒ１２５（５０／５０ｗｔ％））、あるいはプロパン（Ｒ２９０）などのハイドロカーボン（ＨＣ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒の単体冷媒や混合冷媒を用いている。
【００５１】
また、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として、テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４）またはトリフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２４３）をベースに、ジフルオロメタン（Ｒ３２）とペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）、ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）およびテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）などの２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを、地球温暖化係数が４以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を用いることができる。具体的には表１に示すようにテトラフルオロプロペンとの２成分混合の場合にはジフルオロメタンの場合は３５０以下でジフルオロメタン５１．５ｗｔ％、ペンタフルオロエタンの場合は７５０以下でペンタフルオロエタン２１．３ｗｔ％、３５０以下で９．８ｗｔ％と混合することになる。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
さらに、圧縮機３１に封入される冷凍機油は、基油として、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体、ポリオールエステル類及びポリカーボネート類の含酸素有機化合物の中から選ばれる少なくとも１種の含酸素有機化合物を主成分として、それらに極圧剤、油性剤、酸化防止剤、酸捕捉剤および泡消剤などの各種の添加剤を必要に応じて選択して加え、前記冷媒と相溶性を持つ油が望ましい。しかし、家庭用の空調機など小型の冷却サイクル装置では冷媒の配管内流速が早ければ、アルキルベンゼン類やαオレフィン類など前記冷媒と相溶性がない冷凍機油でも実用上、使用することができる。
【００５４】
上記構成の冷凍サイクル装置は、冷房運転時には、圧縮機７１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁７２を通って室外熱交換器７３に送られる。そして、外気と熱交換して放熱し、高圧の液冷媒となり絞り装置７４に送られる。絞り装置７４では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、液接続管８２を通って、室内熱交換器７５に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき室内空気は冷却されて室内を冷房する。さらに冷媒はガス接続管８３を通って、四方弁７２を経由して圧縮機７１に戻される。
【００５５】
暖房運転時には、圧縮機７１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁７２を通ってガス接続管８３に送られる。そして、室内熱交換器７５に入り室内空気と熱交換して放熱し、冷却され高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は加熱されて室内を暖房する。その後、冷媒は液接続管８２を通って絞り装置７４に送られ、絞り装置７４において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器７３に送られて外気と熱交換して蒸発気化し、四方弁２を経由して圧縮機２へ戻される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明にかかる熱交換器および冷凍サイクル装置は、熱交換性能の高い熱交換器を得ることができ、さらに、伝熱管内の内容積を減少させることで、冷凍サイクル装置に充填する冷媒量の削減が可能となるので、ヒートポンプ給湯機等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１１  フィン
１２Ａ  伝熱管
１２Ｂ  伝熱管
１２Ｃ  伝熱管
１３  挿入部材
２３Ａ  挿入部材
２３Ｂ  挿入部材
３３Ａ  挿入部材
３３Ｂ  挿入部材
３３Ｃ  挿入部材
４３  挿入部材
５３Ａ  挿入部材
５３Ｂ  挿入部材
６３Ａ  挿入部材
６４Ｂ  挿入部材
１４Ａ  流路
１４Ｂ  流路
１４Ｃ  流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１０】
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【図１１】
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