JP2003028539A

JP2003028539A - 熱交換器および冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2003028539A
Application number: JP2001218420A
Authority: JP
Inventors: Noriho Okaza; 典穂岡座; Shozo Funakura; 正三船倉; Fumitoshi Nishiwaki; 文俊西脇; Yuji Yoshida; 雄二吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】冷媒流路内の二酸化炭素冷媒のドライアウト
を防止し、熱交換量が増加、あるいは、熱交換の効率の
向上が可能となる熱交換器およびそれを用いた冷凍サイ
クル装置を提供することを目的とする。【解決手段】伝熱管７３に設けられた複数の貫通孔で
構成される冷媒流路内を流れる冷媒が蒸発過程にある二
酸化炭素であって、出口側冷媒流路の伝熱管群１３Ｃの
貫通孔の数が、入口側冷媒流路の伝熱管群１３Ａの貫通
孔の数より多い、つまり出口側冷媒流路の流路断面積
が、入口側冷媒流路の流路断面積より大きい熱交換器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒として二酸化
炭素を使用する熱交換器および冷凍サイクル装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】空調機、カーエアコン、電気（冷凍）冷
蔵庫、冷蔵または冷凍倉庫、ショーケース等には、圧縮
機、放熱器、減圧器、蒸発器等を接続してなる冷凍サイ
クル装置が使われているが、この冷凍サイクル装置内に
封入される冷媒としては、フッ素原子を含有する炭化水
素類が用いられてきた。

【０００３】フッ素原子を含有する炭化水素類として、
ＨＦＣ１３４ａ（臨界温度１０１．０６℃）やＨＣＦＣ
２２（臨界温度９６．１５℃）等が挙げられる。

【０００４】しかし、ＨＣＦＣ２２等のＨＣＦＣ類やＨ
ＦＣ１３４ａ等のＨＦＣ類は大気中での寿命が長いため
に温室効果が大きく、近年問題になっている地球温暖化
を防止する上では必ずしも満足な冷媒とはいえない。

【０００５】そこで、ＨＣＦＣ類やＨＦＣ類の代わり
に、オゾン破壊係数がゼロでありかつ地球温暖化への影
響がほとんどない二酸化炭素（臨界温度３１．０６℃）
を冷媒として用いる冷凍サイクル装置の可能性が検討さ
れつつある。例えば、特公平７−１８６０２号公報に
は、二酸化炭素を使用した冷凍サイクル装置が提案され
ている。

【０００６】このような冷凍サイクル装置の熱交換器と
して、一般にパラレルフローと呼ばれる熱交換器を用い
ることが提案されている。

【０００７】図１２は従来のパラレルフロー熱交換器の
構成図である。図１２に示すように、従来のパラレルフ
ロー熱交換器は、一対のヘッダーパイプ７１１、７２１
を互いに平行かつ所定の間隔をもって対向するように設
け、この所定の間隔に複数の伝熱管７３を、伝熱管同士
が互いに平行となるようにヘッダーパイプ７１１、７２
１に接続した構成を有している。

【０００８】図１３は、伝熱管７３の構成図である。伝
熱管７３は一般には板状の扁平チューブに複数の貫通孔
７４が、伝熱管７３の長さ方向に互いに平行に設けられ
ている。複数の貫通孔７４は、１対のヘッダパイプ７１
１、７２１の内部空間と連通して、冷媒流路を構成して
いる。

【０００９】ヘッダーパイプ７１１の内部空間には、仕
切板７１２により区画されたヘッダ室７１３Ａとヘッダ
室７１３Ｂとが形成され、ヘッダ室７１３Ａに連通する
ように冷媒入口部７１４が接続されている。また、ヘッ
ダーパイプ７２１の内部空間も同様に、仕切板７２２に
より区画されたヘッダ室７２３Ａとヘッダ室７２３Ｂと
が形成され、ヘッダ室７２３Ｂには冷媒出口部７２４が
接続されている。

【００１０】さらに、ヘッダ室７１３Ａと、ヘッダ室７
２３Ａと、伝熱管群７３Ａを構成する複数の伝熱管７３
に設けられた複数の貫通孔７４とにより入口側冷媒流路
が形成され、ヘッダ室７２３Ａと、ヘッダ室７１３Ｂ
と、伝熱管群７３Ｂを構成する複数の伝熱管７３に設け
られた複数の貫通孔７４とにより中間冷媒流路が形成さ
れ、ヘッダ室７１３Ｂと、ヘッダ室７２３Ｂと、伝熱管
群７３Ｃを構成する複数の伝熱管７３に設けられた複数
の貫通孔７４とにより出口側冷媒流路が形成されてい
る。

【００１１】また、伝熱管７３の周囲の媒体（例えば空
気）と伝熱管７３との間の伝熱を促進するために、伝熱
管７３同士の間にはフィン７５が設けられている。

【００１２】このような熱交換器を蒸発器として作用さ
せる場合には、冷媒は図１２中の実線矢印に示すよう
に、クオリティ（乾き度）の小さい気液二相の状態で冷
媒入口部７１４からヘッダ室７１３Ａ内に流入した後、
ヘッダ室７１３Ａと、ヘッダ室７２３Ａと、伝熱管群７
３Ａを構成する複数の伝熱管７３に設けられた複数の貫
通孔７４とにより形成された入口側冷媒流路に流入した
のち、ヘッダ室７２３Ａと、ヘッダ室７１３Ｂと、伝熱
管群７３Ｂを構成する複数の伝熱管７３に設けられた複
数の貫通孔７４とにより形成された中間冷媒流路を経
て、ヘッダ室７１３Ｂと、ヘッダ室７２３Ｂと、伝熱管
群７３Ｃを構成する複数の伝熱管７３に設けられた複数
の貫通孔７４とにより形成された出口側冷媒流路に流入
して、冷媒出口部７２４から気相、または、クオリティ
の大きい気液二相の状態で流出する。

【００１３】一方、冷媒と熱交換を行う周囲の媒体（例
えば空気）は、例えばファン（図示せず）によって図１
２中の白抜き矢印のように流れる。

【００１４】あるいは、別の構成の従来のパラレルフロ
ー熱交換器は、図１４の構成図、および、その側面図で
ある図１５に示されるように、一対のヘッダーパイプ８
１１と８２１とを、および、別の一対のヘッダーパイプ
８３１と８４１とを、それぞれ平行かつ所定の間隔をも
って対向するように設け、この所定の間隔に複数の伝熱
管７３を、伝熱管同士が互いに平行となるようにヘッダ
ーパイプ８１１と８２１に、および、ヘッダーパイプ８
３１と８４１に、それぞれ接続した構成を有している。
また、ヘッダーパイプ８１１と８２１とで構成される第
１のヘッダーパイプ組と、ヘッダーパイプ８３１と８４
１とで構成される第２のヘッダーパイプ組とが、実質上
平行となるように配置されている。さらに、ヘッダパイ
プ８２１と８３１の内部空間は、連結管８５により連結
されており、ヘッダパイプ８１１の内部空間に連通する
ように冷媒入口部８１４が接続されており、また、ヘッ
ダパイプ８４１の内部空間に連通するように冷媒出口部
８４４が接続されている。

【００１５】さらに、ヘッダパイプ８１１と、ヘッダパ
イプ８２１と、伝熱管群７３Ａを構成する複数の伝熱管
７３に設けられた複数の貫通孔７４とにより入口側冷媒
流路が形成され、ヘッダパイプ８３１と、ヘッダパイプ
８４１と、伝熱管群７３Ｃを構成する複数の伝熱管７３
に設けられた複数の貫通孔７４とにより出口側冷媒流路
が形成されている。

【００１６】このような熱交換器を蒸発器として作用さ
せる場合には、冷媒は図１４および図１５中の実線矢印
に示すように、クオリティ（乾き度）の小さい気液二相
の状態で冷媒入口部８１４からヘッダパイプ８１１内に
流入した後、ヘッダパイプ８１１と、ヘッダパイプ８２
１と、伝熱管群７３Ａを構成する複数の伝熱管７３に設
けられた複数の貫通孔７４とにより形成された入口側冷
媒流路に流入したのち、連結管８５を経て、ヘッダパイ
プ８３１と、ヘッダパイプ８４１と、伝熱管群７３Ｃを
構成する複数の伝熱管７３に設けられた複数の貫通孔７
４とにより形成された出口側冷媒流路に流入して、冷媒
出口部８４４から気相、または、クオリティの大きい気
液二相の状態で流出する。

【００１７】一方、冷媒と熱交換を行う周囲の媒体（例
えば空気）は、例えばファン（図示せず）によって図１
４、１５中の白抜き矢印のように流れる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、冷媒として二
酸化炭素を用いた冷凍サイクル装置用の熱交換器におい
て、以下に述べる二酸化炭素の物性に基づく要因によ
り、熱交換量が減少してしまう、あるいは、熱交換の効
率が低下してしまうという課題が見いだされた。

【００１９】表１に示すように、二酸化炭素は、蒸発温
度（表１の場合は一例として０℃）における液相とガス
相の密度比が、従来のＨＣＦＣ２２やＨＦＣ１３４ａに
比べて小さいために、冷媒流路内の液相が液滴となって
ガス相に運ばれやすくなり、クオリティが大きい状態
で、冷媒流路内の壁面を覆っている液相（液膜）が消失
し、壁面をガス相が覆ってしまう所謂ドライアウトが生
じやすくなる。一般にドライアウトが生じると熱伝達率
は急激に低下するために、二酸化炭素を冷媒とした熱交
換器を蒸発器として作用させた場合には、熱交換量が減
少してしまう、あるいは、熱交換の効率が低下してしま
う課題があることが見いだされた。

【００２０】

【表１】また、表２に、冷媒に二酸化炭素を用いた冷凍サイクル
装置において蒸発温度０℃、放熱器出口温度３５℃、蒸
発器出口過熱度０℃とした場合と、ＨＣＦＣ２２、また
は、ＨＦＣ１３４ａを用い、蒸発温度０℃、放熱器出口
温度３５℃、凝縮温度４５℃、蒸発器出口過熱度０℃と
した場合とでの蒸発器入口クオリティ、吐出圧力、吸入
圧力の比較を示す。

【００２１】

【表２】二酸化酸素を用いた場合には、ＨＣＦＣ２２やＨＦＣ１
３４ａを用いた場合と比較して、蒸発器入口でのクオリ
ティが大きくなる。このために、二酸化炭素を冷媒とし
た熱交換器を蒸発器として作用させた場合には、蒸発器
入口でガス相の占める割合が多くなるため、熱交換器を
構成する各々の伝熱管に流れる冷媒が不均一となりやす
くなり、熱交換量が減少してしまう、あるいは、熱交換
の効率が低下してしまう課題があることが見いだされ
た。

【００２２】さらに、表２に示すように、二酸化酸素を
用いた場合には、ＨＣＦＣ２２やＨＦＣ１３４ａを用い
た場合と比較して、圧力が高くなる。このために、二酸
化炭素を冷媒とした熱交換器では、耐圧性を高めるため
にヘッダパイプの肉厚が増大しヘッダパイプの外径が大
径化することから、これらのヘッダパイプが干渉し、熱
交換器の小型化が困難であったり、熱交換に寄与する伝
熱面積が減少するために、熱交換量が減少してしまう、
あるいは、熱交換の効率が低下してしまう課題があるこ
とが見いだされた。

【００２３】また、二酸化炭素を冷媒とした熱交換器で
は、耐圧性を高めるために伝熱管の孔径を細径化する必
要があるために、冷媒とともに循環しているオイルが熱
伝達を阻害する影響が大きくなり、熱交換量が減少して
しまう、あるいは、熱交換の効率が低下してしまう課題
があることが見いだされた。

【００２４】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
のであり、上記課題を解決し、熱交換の効率を向上させ
た二酸化炭素冷媒用の熱交換器およびそれを用いた冷凍
サイクル装置を得ることを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の本発明（請求項１に対応）は、冷媒流路内
を流れる冷媒が蒸発過程にある二酸化炭素であって、前
記冷媒流路において、前記冷媒の出口側の断面積が前記
冷媒の入口側の断面積より大きい熱交換器である。

【００２６】また、第２の本発明（請求項２に対応）
は、冷媒流路内を流れる冷媒が蒸発過程にある二酸化炭
素であって、前記冷媒流路を構成する伝熱管の水力相当
直径が０．３ｍｍ以上である熱交換器である。

【００２７】また、第３の本発明（請求項３に対応）
は、冷媒流路内を流れる冷媒が蒸発過程にある二酸化炭
素であって、前記冷媒の質量流速が３５０ｋｇ／（ｍ²
・ｓ）以下となるように構成された熱交換器である。

【００２８】また、第４の本発明（請求項４に対応）
は、２本のヘッダパイプが実質上平行となるように配置
された１対の第１のヘッダパイプ組と、２本のヘッダパ
イプが実質上平行となるように配置された１対の第２の
ヘッダパイプ組と、前記各ヘッダパイプ組を構成する前
記２本のヘッダパイプ間に配置された伝熱管により構成
された冷媒流路とを備え、前記第１のヘッダパイプ組と
前記第２のヘッダパイプ組とが実質上平行に配置された
熱交換器において、前記冷媒流路内を流れる冷媒が二酸
化炭素であって、前記第１のヘッダパイプ組の一方のヘ
ッダパイプと、そのヘッダパイプに近接する前記第２の
ヘッダパイプ組の一方のヘッダパイプとが前記伝熱管方
向においてずれて配置されている、及び／又は、前記第
１のヘッダパイプ組の他方のヘッダパイプと、そのヘッ
ダパイプに近接する前記第２のヘッダパイプ組の他方の
ヘッダパイプとが前記伝熱管方向においてずれて配置さ
れている熱交換器である。

【００２９】また、第５の本発明（請求項５に対応）
は、第１のヘッダパイプと、その第１のヘッダパイプと
実質上平行となるように配置された第２のヘッダパイプ
と、前記第１のヘッダパイプと前記第２のヘッダパイプ
との間に配置された、伝熱管により構成された冷媒流路
とを備えた熱交換器において、前記冷媒流路内を流れる
前記冷媒が二酸化炭素であって、前記第１のヘッダパイ
プが複数の前記冷媒の入口部を有している熱交換器であ
る。

【００３０】また、第６の本発明（請求項６に対応）
は、少なくとも１つ以上の仕切りで複数の空間に仕切ら
れた第１のヘッダパイプと、その第１のヘッダパイプと
実質上平行となるように配置された第２のヘッダパイプ
と、前記第１のヘッダパイプと前記第２のヘッダパイプ
との間に配置された、伝熱管により構成された冷媒流路
とを備えた熱交換器において、前記冷媒流路内を流れる
前記冷媒が二酸化炭素であって、前記第１のヘッダパイ
プの前記冷媒の入口の空間が複数の前記冷媒の入口部を
有している熱交換器である。

【００３１】また、第７の本発明（請求項７に対応）
は、第１のヘッダパイプと、その第１のヘッダパイプと
実質上平行となるように配置された第２のヘッダパイプ
と、前記第１のヘッダパイプと前記第２のヘッダパイプ
との間に配置された、伝熱管により構成された冷媒流路
とを備えた熱交換器において、前記冷媒流路内を流れる
前記冷媒が二酸化炭素であって、前記第１のヘッダパイ
プが、その第１のヘッダパイプに入ってくる前記冷媒と
冷凍機油から前記冷凍機油を分離する分離手段と、その
分離手段によって分離された冷凍機油を外部に導く導油
部とを有する熱交換器である。

【００３２】さらに、第８の本発明（請求項８に対応）
は、圧縮機と、放熱器と、減圧器と、蒸発器とを少なく
とも備え、冷媒として二酸化炭素冷媒が用いられ、前記
放熱器及び／又は前記蒸発器に第１から第７のいずれか
の本発明に記載の熱交換器が用いられている冷凍サイク
ル装置である。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を用いて説明する。

【００３４】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１における熱交換器の構成図である。

【００３５】図１に示すように、本実施の形態の熱交換
器は、一対のヘッダーパイプ１１１、１２１を互いに平
行かつ所定の間隔をもって対向するように設け、この所
定の間隔に複数の伝熱管７３を、伝熱管同士が互いに平
行となるようにヘッダーパイプ１１１、１２１に接続し
た構成を有している。

【００３６】伝熱管７３は従来の熱交換器と同様に、図
１３の構成図で示され、一般には板状の扁平チューブに
複数の貫通孔７４が、伝熱管７３の長さ方向に互いに平
行に設けられている。複数の貫通孔７４は、１対のヘッ
ダパイプ１１１、１２１の内部空間と連通して、冷媒流
路を構成している。

【００３７】また、ヘッダーパイプ１１１の内部空間に
は、仕切板１１２により区画されたヘッダ室１１３Ａと
ヘッダ室１１３Ｂとが形成され、ヘッダ室１１３Ａに連
通するように冷媒入口部１１４が接続されている。ま
た、ヘッダーパイプ１２１の内部空間も同様に、仕切板
１２２により区画されたヘッダ室１２３Ａとヘッダ室１
２３Ｂとが形成され、ヘッダ室１２３Ｂには冷媒出口部
１２４が接続されている。

【００３８】さらに、ヘッダ室１１３Ａと、ヘッダ室１
２３Ａと、伝熱管群１３Ａを構成する複数の伝熱管７３
に設けられた複数の貫通孔７４とにより入口側冷媒流路
が形成され、ヘッダ室１２３Ａと、ヘッダ室１１３Ｂ
と、伝熱管群１３Ｂを構成する複数の伝熱管７３に設け
られた複数の貫通孔７４とにより中間冷媒流路が形成さ
れ、ヘッダ室１１３Ｂと、ヘッダ室１２３Ｂと、伝熱管
群１３Ｃを構成する複数の伝熱管７３に設けられた複数
の貫通孔７４とにより出口側冷媒流路が形成されてい
る。

【００３９】ここで、出口側冷媒流路を形成する伝熱管
群１３Ｃを構成する伝熱管の本数は、入口側冷媒流路
や、中間冷媒流路を構成する伝熱管群１３Ａや、１３Ｂ
を構成する伝熱管の本数より多くなるように構成されて
いる。

【００４０】また、伝熱管７３の周囲の媒体（例えば空
気）と伝熱管７３との間の伝熱を促進するために、伝熱
管７３同士の間にはフィン７５が設けられている。

【００４１】以上のような構成を有する、本実施の形態
における熱交換器の動作は次のようなものである。

【００４２】熱交換器を蒸発器として作用させる場合に
は、冷媒は図１中の実線矢印に示すように、クオリティ
の小さい気液二相の状態で冷媒入口部１１４からヘッダ
室１１３Ａ内に流入した後、ヘッダ室１１３Ａと、ヘッ
ダ室１２３Ａと、伝熱管群１３Ａを構成する複数の伝熱
管７３に設けられた複数の貫通孔７４とにより形成され
た入口側冷媒流路に流入したのち、ヘッダ室１２３Ａ
と、ヘッダ室１１３Ｂと、伝熱管群１３Ｂを構成する複
数の伝熱管７３に設けられた複数の貫通孔７４とにより
形成された中間冷媒流路を経て、ヘッダ室１１３Ｂと、
ヘッダ室１２３Ｂと、伝熱管群１３Ｃを構成する複数の
伝熱管７３に設けられた複数の貫通孔７４とにより形成
された出口側冷媒流路に流入して、冷媒出口部１２４か
ら気相、または、クオリティの大きい気液二相の状態で
流出する。

【００４３】一方、冷媒と熱交換を行う周囲の媒体（例
えば空気）は、例えばファン（図示せず）によって図１
中の白抜き矢印のように流れる。

【００４４】ここで、従来の熱交換器では、クオリティ
が大きくなると、すなわち、出口側冷媒流路近傍では、
冷媒流路内の壁面を覆っている液相（液膜）が消失し、
壁面をガス相が覆ってしまう所謂ドライアウトが生じや
すくなり、冷媒側熱伝達率が低下するために、熱交換量
が減少してしまう、あるいは、熱交換の効率が低下して
しまう課題があった。

【００４５】しかし、本実施の形態における熱交換器で
は、出口側冷媒流路を形成する伝熱管群１３Ｃを構成す
る伝熱管の本数が、入口側冷媒流路や、中間冷媒流路を
構成する伝熱管群１３Ａや、１３Ｂを構成する伝熱管の
本数より多くなるように構成されている、すなわち、出
口側冷媒流路の流路断面積（＝１貫通孔あたりの断面積
×伝熱管１本あたりの貫通孔の数×伝熱管本数）が、入
口側冷媒流路の流路断面積より大きくなるように構成さ
れているために、出口側冷媒流路を構成する伝熱管群１
３Ｃを構成する伝熱管内の冷媒の質量流速を小さくで
き、冷媒流路内の壁面を覆っている液相が液滴となって
ガス相により運ばれにくくできるので、ドライアウトを
生じにくくすることができる。

【００４６】したがって、本実施の形態における熱交換
器では、出口側冷媒流路付近でのドライアウトが生じる
ことによる熱伝達率の低下を防止できるために、熱交換
量の増加、あるいは、熱交換の効率を向上させることが
できる。

【００４７】なお、従来の冷媒であるＨＣＦＣ類やＨＦ
Ｃ類を用いた熱交換器においても、蒸発器として作用さ
せる場合に、出口側冷媒流路付近で、ガス相が大部分を
占めるために圧力損失が大きくなるのを防止する目的の
ために、出口側冷媒流路の流路断面積を入口側冷媒流路
の流路断面積より大きくしているものがあるが、本発明
は、冷媒として二酸化炭素を用いた場合に、二酸化炭素
の物性に基づく要因により生じる、ドライアウトによる
熱伝達率低下を防止する目的のために、出口側冷媒流路
の流路断面積を入口側冷媒流路の流路断面積より大きく
するものである。

【００４８】（実施の形態２）図２は、本発明の実施の
形態２における熱交換器の構成図である。

【００４９】図２に示すように、本実施の形態２の熱交
換器は、一対のヘッダーパイプ２１１、２２１を互いに
平行かつ所定の間隔をもって対向するように設け、この
所定の間隔に複数の伝熱管２３、または、伝熱管２６
を、伝熱管同士が互いに平行となるようにヘッダーパイ
プ２１１、２２１に接続した構成を有している。

【００５０】また図３は、伝熱管２３、および、伝熱管
２６の構成図である。伝熱管２３、２６は、板状の扁平
チューブに、それぞれ、複数の貫通孔２４、２７が、伝
熱管の長さ方向に互いに平行に設けられている。複数の
貫通孔２４、および、２７は、１対のヘッダパイプ２１
１、２２１の内部空間と連通して、冷媒流路を構成して
おり、貫通孔２７の水力相当直径は、貫通孔２４の水力
相当直径より大きくなるように形成されている。ここ
で、水力相当直径とは、冷媒流路の断面積に４を乗じ、
冷媒流路の漏れ周囲で除した値として定義され、冷媒流
路の形状によらず用いることができる値である。なお、
冷媒流路が円形の場合には水力相当直径は冷媒流路の直
径に等しい。

【００５１】また、ヘッダーパイプ２１１の内部空間に
は、仕切板２１２により区画されたヘッダ室２１３Ａと
ヘッダ室２１３Ｂとが形成され、ヘッダ室２１３Ａに連
通するように冷媒入口部２１４が接続されている。ま
た、ヘッダーパイプ２２１の内部空間も同様に、仕切板
２２２により区画されたヘッダ室２２３Ａとヘッダ室２
２３Ｂとが形成され、ヘッダ室２２３Ｂには冷媒出口部
２２４が接続されている。

【００５２】さらに、ヘッダ室２１３Ａと、ヘッダ室２
２３Ａと、伝熱管群２３Ａを構成する複数の伝熱管２３
に設けられた複数の貫通孔２４とにより入口側冷媒流路
が形成され、ヘッダ室２２３Ａと、ヘッダ室２１３Ｂ
と、伝熱管群２３Ｂを構成する複数の伝熱管２３に設け
られた複数の貫通孔２４とにより中間冷媒流路が形成さ
れ、ヘッダ室２１３Ｂと、ヘッダ室２２３Ｂと、伝熱管
群２６Ａを構成する複数の伝熱管２６に設けられた複数
の貫通孔２７とにより出口側冷媒流路が形成されてい
る。

【００５３】すなわち、出口側冷媒流路を形成する伝熱
管群２６Ａを構成する伝熱管２６の貫通孔２７は、入口
側冷媒流路や、中間冷媒流路を構成する伝熱管群２３Ａ
や、２３Ｂを構成する伝熱管２３の貫通孔２４より、水
力相当直径が大きくなるように構成されている。

【００５４】また、伝熱管２３や伝熱管２６の周囲の媒
体（例えば空気）と伝熱管２３、２６との間の伝熱を促
進するために、伝熱管２３、２６同士の間にはフィン２
５が設けられている。

【００５５】以上のような構成を有する、本実施の形態
における熱交換器の動作は次のようなものである。

【００５６】熱交換器を蒸発器として作用させる場合に
は、冷媒は図２中の実線矢印に示すように、クオリティ
の小さい気液二相の状態で冷媒入口部２１４からヘッダ
室２１３Ａ内に流入した後、ヘッダ室２１３Ａと、ヘッ
ダ室２２３Ａと、伝熱管群２３Ａを構成する複数の伝熱
管２３に設けられた複数の貫通孔２４とにより形成され
た入口側冷媒流路に流入したのち、ヘッダ室２２３Ａ
と、ヘッダ室２１３Ｂと、伝熱管群２３Ｂを構成する複
数の伝熱管２３に設けられた複数の貫通孔２４とにより
形成された中間冷媒流路を経て、ヘッダ室２１３Ｂと、
ヘッダ室２２３Ｂと、伝熱管群２６Ａを構成する複数の
伝熱管２６に設けられた複数の貫通孔２７とにより形成
された出口側冷媒流路に流入して、冷媒出口部２２４か
ら気相、または、クオリティの大きい気液二相の状態で
流出する。

【００５７】一方、冷媒と熱交換を行う周囲の媒体（例
えば空気）は、例えばファン（図示せず）によって図２
中の白抜き矢印のように流れる。

【００５８】ここで、従来の熱交換器では、クオリティ
が大きくなると、すなわち、出口側冷媒流路近傍では、
冷媒流路内の壁面を覆っている液相（液膜）が消失し、
壁面をガス相が覆ってしまう所謂ドライアウトが生じや
すくなり、冷媒側熱伝達率が低下するために、熱交換量
が減少してしまう、あるいは、熱交換の効率が低下して
しまう課題があった。

【００５９】しかし、本実施の形態における熱交換器で
は、出口側冷媒流路を形成する伝熱管群２６Ａを構成す
る伝熱管２６の貫通孔２７は、入口側冷媒流路や、中間
冷媒流路を構成する伝熱管群２３Ａや、２３Ｂを構成す
る伝熱管２３の貫通孔２４より、水力相当直径が大きく
なるように構成されている、すなわち、出口側冷媒流路
の流路断面積（＝１貫通孔あたりの断面積×伝熱管１本
あたりの貫通孔の数×伝熱管本数）が、入口側冷媒流路
の流路断面積より大きくなるように構成されているため
に、出口側冷媒流路を構成する伝熱管群２６Ａを構成す
る伝熱管２６内の冷媒の質量流速を小さくでき、冷媒流
路内の壁面を覆っている液相が液滴となってガス相によ
り運ばれにくくできるので、ドライアウトを生じにくく
することができる。

【００６０】したがって、本実施の形態における熱交換
器では、出口側冷媒流路付近でのドライアウトが生じる
ことによる熱伝達率の低下を防止できるために、熱交換
量の増加、あるいは、熱交換の効率を向上させることが
できる。

【００６１】なお、本実施の形態では、貫通孔２４、２
７の形状は実質上円形として説明したが、これ以外の形
状、例えば三角形状や四角形状であってもよく、また、
貫通孔２４と２７が異なる形状であってもよく、要は、
貫通孔２７の水力相当直径が貫通孔２４の水力相当直径
より大きければ、同様の効果が得られる。

【００６２】また、出口側冷媒流路の流路断面積を、入
口側冷媒流路の流路断面積より大きくなるように構成す
る別の方法として、貫通孔２４と２７の水力相当直径は
同じで、伝熱管２６に設けられた貫通孔２７の数を伝熱
管２３に設けられた貫通孔２４の数より多くなるように
構成しても良い。

【００６３】さらに、伝熱管２６に設けられた貫通孔２
７の水力相当直径を伝熱管２３に設けられた貫通孔２４
より大きくなるように構成して、出口側冷媒流路の流路
断面積を、入口側冷媒流路の流路断面積より大きくなる
ようにする方法と、伝熱管２６に設けられた貫通孔２７
の数を伝熱管２３に設けられた貫通孔２４の数より多く
なるように構成して、出口側冷媒流路の流路断面積を、
入口側冷媒流路の流路断面積より大きくなるようにする
方法とを組み合わせて、出口側冷媒流路の流路断面積
を、入口側冷媒流路の流路断面積より大きくなるように
しても良い。要は、出口側冷媒流路の流路断面積を、入
口側冷媒流路の流路断面積より大きくなるように構成す
れば、同様の効果が得られる。

【００６４】（実施の形態３）図４は、水力相当直径
１．２ｍｍの実質上円形である貫通孔が８ヶ設けられた
扁平伝熱管における二酸化炭素冷媒の蒸発熱伝達率の特
性図である。横軸は全質量流量に対するガス相の質量流
量の比であるクオリティであり、また、縦軸は蒸発熱伝
達率である。

【００６５】図４において、クオリティが０から約０．
９での範囲では熱伝達率はぼぼ一定の高い値であるのに
対し、クオリティが約０．９以上では、冷媒流路内の壁
面を覆っている液相（液膜）が消失し、壁面をガス相が
覆ってしまうドライアウトが生じることにより、熱伝達
率は急激に低下する。以下、ドライアウトが生じ熱伝達
率が急減に低下する境界でのクオリティをドライアウト
クオリティと呼ぶものとする（図４の場合には、ドライ
アウトクオリティは約０．９）。

【００６６】図４に示したデータを含む様々な水力相当
直径の貫通孔を有する伝熱管を用いた実験から、カーエ
アコンやルームエアコン、給湯機用途として用いる蒸発
器の伝熱管や、内部熱交換器の蒸発側の伝熱管が、使用
される条件において、伝熱管を流れる冷媒の質量流量、
および、質量流量あたりの熱流束を一定とした場合の、
伝熱管の貫通孔の水力相当直径とドライアウトクオリテ
ィの間には、図５に示す関係があることが明らかになっ
た。

【００６７】図５において、横軸は伝熱管の貫通孔の水
力相当直径である。また、左側の縦軸はドライアウトク
オリティであり、右側の縦軸はクオリティが小さい領域
での熱伝達率である。図５よりドライアウトクオリティ
に関しては、水力相当直径が約０．３ｍｍ以下で急激に
減少する。一方、クオリティが小さい領域での熱伝達率
に関しては、水力相当直径が大きくなるとともに、徐々
に低下していくことがわかる。

【００６８】したがって、クオリティが大きい領域での
ドライアウトによる急激な熱伝達率の低下を防止するに
は、伝熱管の貫通孔の水力相当直径が０．３ｍｍ以上が
望ましく、かつ、クオリティが小さい領域での熱伝達率
の低下を防止するためには、２．０ｍｍ以下が望ましい
ものである。なお、２．０ｍｍ以下とすることで、圧力
が高くなる二酸化炭素を冷媒とした熱交換器において、
耐圧性を有し、熱交換器を小型化できる観点からも都合
がよいといった副次的なメリットも有する。

【００６９】さらに、このような水力相当直径の貫通孔
を有する伝熱管において、質量流量あたりの熱流束を一
定とした場合の、伝熱管を流れる冷媒の質量流量とドラ
イアウトクオリティの間には、図６に示す関係があるこ
とが明らかになった。

【００７０】図６において、横軸は伝熱管を流れる冷媒
の質量流量である。また、縦軸はドライアウトクオリテ
ィである。図６よりドライアウトクオリティは、質量流
量が約３５０ｋｇ／（ｍ²・ｓ）以上で急激に減少する
ことがわかる。すなわち、質量流量が約３５０ｋｇ／
（ｍ²・ｓ）以上である場合には、ドライアウトが生じ
る限界のクオリティが低下することがわかった。

【００７１】したがって、クオリティが大きい領域での
ドライアウトによる急激な熱伝達率の低下を防止するた
めには、冷媒の質量流量が３５０ｋｇ／（ｍ²・ｓ）以
下となるように構成するのが望ましいものである。

【００７２】なお、質量流量を３５０ｋｇ／（ｍ²・
ｓ）以下となるように構成する具体的な手段としては、
１貫通孔あたりの断面積や、伝熱管１本あたりに形成す
る貫通孔の数や、伝熱管の本数を調整することで、冷媒
が流れる流路断面積（＝１貫通孔あたりの断面積×伝熱
管１本あたりの貫通孔の数×伝熱管本数）を調整する方
法があり、これによると、冷媒循環量が一定であっても
冷媒の質量流量［ｋｇ／（ｍ²・ｓ）］（＝冷媒循環量
［ｋｇ／ｓ］／流路断面積［ｍ²］）は調整できるもの
である。

【００７３】以上のように、少なくとも、クオリティが
大きくなる出口側冷媒流路の伝熱管の貫通孔の水力相当
直径が０．３ｍｍ以上（さらに望ましくは２．０ｍｍ以
下）である伝熱管により構成した熱交換器、あるいは、
少なくとも、クオリティが大きくなる出口側冷媒流路の
伝熱管を流れる冷媒の質量流量が３５０ｋｇ／（ｍ²・
ｓ）以下となるように構成した熱交換器では、クオリテ
ィが大きい領域でのドライアウトが生じることによる急
激な熱伝達率の低下を防止できるために、熱交換量の増
加、あるいは、熱交換の効率を向上させることができ
る。

【００７４】（実施の形態４）図７は、本発明の実施の
形態４における熱交換器の構成図であり、図８はその側
面図である。

【００７５】図７、および、図８に示すように、本実施
の形態４の熱交換器は、一対のヘッダーパイプ３１１と
３２１とを、および、別の一対のヘッダーパイプ３３１
と３４１とを、それぞれ平行かつ所定の間隔をもって対
向するように設け、この所定の間隔に複数の伝熱管７３
を、伝熱管同士が互いに平行となるようにヘッダーパイ
プ３１１と３２１に、および、ヘッダーパイプ３３１と
３４１に、それぞれ接続した構成を有している。また、
ヘッダーパイプ３１１と３２１とで構成される第１のヘ
ッダパイプ組と、ヘッダーパイプ３３１と３４１とで構
成される第２のヘッダパイプ組とが、実質上平行となる
ように配置されている。さらに、ヘッダパイプ３２１と
３３１の内部空間は、連結管３５により連結されてお
り、ヘッダパイプ３１１の内部空間に連通するように冷
媒入口部３１４が接続されており、また、ヘッダパイプ
３４１の内部空間に連通するように冷媒出口部３４４が
接続されている。

【００７６】ここで、図８に実線で示すように、本実施
の形態の熱交換器においては、ヘッダパイプ３３１とヘ
ッダパイプ３４１は、それぞれ近接するヘッダパイプ３
２１、３１１に対する相対的な位置が、伝熱管７３方向
にずらして設置されており、図８に破線で示されるよう
な従来の熱交換器に比較して、ヘッダパイプ３２１と３
３１、および、ヘッダパイプ３１１と３４１との干渉を
防止し、図８中の白抜き矢印で示される空気の流れ方向
について、薄型化が可能である。

【００７７】すなわち、図８に破線で示される従来の熱
交換器では、ヘッダパイプ３２１と３３１、および、ヘ
ッダパイプ３１１と３４１とが干渉するために、熱交換
器の薄型化、小型化が困難であった。しかし、本実施の
形態における熱交換器では、圧力が高くなる二酸化炭素
を用いても、耐圧性を確保しつつ、ヘッダパイプの干渉
を防止し、熱交換器の薄型化、小型化が可能である。あ
るいは、薄型化ができる分、熱交換に寄与する伝熱面積
を増加させることができ、熱交換量の増加、あるいは、
熱交換の効率を向上させることができる。

【００７８】なお、以上のような構成を有する、本実施
の形態における熱交換器の動作は「従来の技術」で述べ
たものと同様である。

【００７９】また、図７、図８では、ヘッダパイプ３３
１、３４１を、近接するヘッダパイプ３２１、３１１に
対し高さ方向に短くなるように設けているが、ヘッダパ
イプ３３１、３４１をともに、ヘッダパイプ３２１、３
１１に対し高さ方向に長くなるように設けても良く、こ
のように構成した場合には、蒸発器出口で過熱度が取れ
ると、空気との温度差が小さくなり、熱交換量の低下す
る出口側冷媒流路の伝熱面積を入口側冷媒流路の伝熱面
積より大きくできるために、さらに熱交換量の増加、あ
るいは、熱交換の効率を向上させることができるといっ
た副次的なメリットも有する。

【００８０】また、ヘッダパイプ３３１、３４１とも
に、近接するヘッダパイプ３２１、３１１に対し同じ方
向にずらして設けても良く、このように構成した場合に
は、入口側冷媒流路と出口側冷媒流路の伝熱面積を同等
にできる。

【００８１】また、ヘッダパイプ３３１、３４１の内の
一方を、近接するヘッダパイプ３２１、３１１の一方に
対しずらして設けても良い。

【００８２】さらに、図７，８に示した空気の流れ方向
を逆にしてもよく、このように構成した場合には、蒸発
器出口で過熱度が取れると、空気との温度差が大きく取
れるために、さらに熱交換量の増加、あるいは、熱交換
の効率を向上させることができるといった副次的なメリ
ットも有する。

【００８３】（実施の形態５）図９は、本発明の実施の
形態５における熱交換器の構成図である。

【００８４】図９に示すように、本実施の形態５の熱交
換器は、一対のヘッダーパイプ４１１、４２１を互いに
平行かつ所定の間隔をもって対向するように設け、この
所定の間隔に複数の伝熱管７３を、伝熱管同士が互いに
平行となるようにヘッダーパイプ４１１、４２１に接続
した構成を有している。

【００８５】ヘッダーパイプ４１１の内部空間と連通す
るように冷媒入口部４１４Ａ、４１４Ｂが接続されてお
り、また、ヘッダーパイプ４２１の内部空間に連通する
ように冷媒出口部４２４Ａ、４２４Ｂが接続されてい
る。

【００８６】以上のような構成を有する、本実施の形態
における熱交換器の動作は次のようなものである。

【００８７】熱交換器を蒸発器として作用させる場合に
は、冷媒は図９中の実線矢印に示すように、クオリティ
の小さい気液二相の状態で冷媒入口部４１４Ａと４１４
Ｂからヘッダパイプ４１１内に流入した後、ヘッダパイ
プ４１１、４２１と、伝熱管群４３Ａや４３Ｂを構成す
る複数の伝熱管７３に設けられた複数の貫通孔７４とに
より形成された冷媒流路に流入して、冷媒出口部４２４
Ａ、および、４２４Ｂから気相、または、クオリティの
大きい気液二相の状態で流出する。

【００８８】一方、冷媒と熱交換を行う周囲の媒体（例
えば空気）は、例えばファン（図示せず）によって図９
中の白抜き矢印のように流れる。

【００８９】ここで、二酸化炭素を冷媒として用いる場
合、ＨＣＦＣ２２やＨＦＣ１３４ａと比較して、蒸発器
入口でクオリティが大きくなり、ガス相の占める割合が
多くなるため、熱交換器を構成する各々の伝熱管に流れ
る冷媒が不均一となりやすく、従来の熱交換器では、熱
交換器が傾いて設置された場合などに、熱交換器全体で
冷媒の偏流が生じ、熱交換量が減少してしまう、あるい
は、熱交換の効率が低下してしまう課題があった。

【００９０】しかし、本実施の形態における熱交換器で
は、複数の冷媒入口部４１４Ａ、４１４Ｂと冷媒出口部
４１４Ａ、４１４Ｂを備えているために、冷媒の偏流が
生じたとしても、熱交換器全体で偏流が生じることはな
く、伝熱管群４３Ａ、および、４３Ｂのそれぞれで偏流
が生じることとなるために、熱交換量の減少、あるい
は、熱交換の効率低下を抑制できるために、熱交換量の
増加、あるいは、熱交換の効率を向上させることができ
る。

【００９１】なお、冷媒の偏流は主に、冷媒入口部での
影響が支配的であるために、冷媒出口部４２４Ａ、４２
４Ｂを従来のように１つの冷媒出口部としても、同様の
効果が得られる。

【００９２】また、ヘッダパイプ４１１や４２１の内部
に仕切板を設けて、伝熱管群４３Ａと４３Ｂのそれぞれ
に独立して連通するような、複数のヘッダ室に区画する
とさらに偏流が防止できる。

【００９３】さらに、冷媒入口部４１４Ａ、４１４Ｂの
少なくとも一方に流量調節手段を設け、伝熱管群４３
Ａ、および、４３Ｂへ流れる冷媒の流量割合を調節する
と一層、偏流が防止できる。

【００９４】なお、上述した実施の形態では、図９に示
すように、ヘッダパイプ４１１側からヘッダパイプ４２
１側への一方向に冷媒が流れる場合について説明した
が、図１６に示すように、ヘッダパイプ４１１およびヘ
ッダパイプ４２１にそれぞれ仕切板４１２、４２２を配
置し、冷媒の流れを複数回変える熱交換器においても、
冷媒の入口の空間であるヘッダ室４１３Ａに複数の冷媒
入口部４１４Ａ、４１４Ｂを設けると、図９を用いて説
明した場合と同様に、冷媒の偏流を抑えることができ、
その結果熱交換の効率の低下を抑えることができる。

【００９５】（実施の形態６）図１０は、本発明の実施
の形態６における熱交換器の側面図である。

【００９６】図１０に示すように、本実施の形態６の熱
交換器は、一対のヘッダーパイプ５１１と５２１とを、
および、別の一対のヘッダーパイプ５３１と５４１と
を、それぞれ平行かつ所定の間隔をもって対向するよう
に設け、この所定の間隔に複数の伝熱管７３を、伝熱管
同士が互いに平行となるようにヘッダーパイプ５１１と
５２１に、および、５３１と５４１に、それぞれ接続し
た構成を有している。また、ヘッダーパイプ５１１と５
２１とで構成される第１のヘッダーパイプ組と、ヘッダ
ーパイプ５３１と５４１とで構成される第２のヘッダー
パイプ組とが、実質上平行となるように配置されてい
る。さらに、ヘッダパイプ５２１と５３１の内部空間
は、連結管５５により連結されており、ヘッダパイプ５
１１の内部空間に連通するように冷媒入口部５１４が接
続されており、また、ヘッダパイプ５４１の内部空間に
連通するように冷媒出口部５４４が接続されている。さ
らに、ヘッダパイプ５１１の下部には、ヘッダパイプ５
１１の内部空間に連結するように、オイル導出部５１５
が設けられている。また、ヘッダパイプ５１１の内部に
は、冷媒とオイルの分離を促進するための手段として、
繊維状の金属線を編んだ細かいネットであるデミスタ５
１６が設けられている。図１７に、ヘッダパイプ５１１
の内部構成を示す。

【００９７】さらに、ヘッダパイプ５１１と、ヘッダパ
イプ５２１と、伝熱管群７３Ａを構成する複数の伝熱管
７３に設けられた複数の貫通孔７４とにより入口側冷媒
流路が形成されており、ヘッダパイプ５３１と、ヘッダ
パイプ５４１と、伝熱管群７３Ｃを構成する複数の伝熱
管７３に設けられた複数の貫通孔７４とにより出口側冷
媒流路が形成されている。

【００９８】以上のような構成を有する、本実施の形態
における熱交換器の動作を図１１に示す冷凍サイクル構
成図とあわせて説明する。

【００９９】図１１において、６１は圧縮機、６２は熱
交換器（放熱器）、６３は減圧器、６４は本実施の形態
６の熱交換器（蒸発器）であり、これらを配管接続する
ことにより、図中の実線矢印方向に冷媒が循環する冷凍
サイクルを構成し、冷媒として二酸化炭素が封入されて
いる。

【０１００】また、熱交換器６４のオイル導出部５１５
は、補助経路６５により圧縮機６１に配管接続されてい
る。

【０１０１】圧縮機６１で圧縮された冷媒は高温高圧状
態となり、熱交換器６２へ導入される。熱交換器６２で
は、冷媒は超臨界状態であるので、場合によって気液二
相状態とはならずに、空気や水などの媒体に放熱する。
減圧器６３では減圧されて、低圧の気液二相状態となり
熱交換器６４へ導入される。熱交換器６４では、冷媒
と、冷媒とともに圧縮機６１から吐出されたオイルは、
冷媒入口部５１４からヘッダパイプ５１１に流入する。

【０１０２】ヘッダパイプ５１１内に流入したオイル
は、デミスタ５１６に付着し、比較的大きな液滴とな
る。比較的大きな液滴となったオイルは、冷媒より比重
が大きいために、デミスタ５１６の繊維状の金属線が編
まれた細かい孔を通って流下し、図１０中に示すように
ヘッダパイプ５１１内の下部に滞留する。なお、デミス
タ５１６は、ヘッダパイプ５１１内の下部に滞留してい
るオイルが冷媒によって巻き上げられ、冷媒と再び混合
されることを防止する効果も有している。

【０１０３】さて、ヘッダパイプ５１１内の下部に滞留
したオイルは、図１１の破線矢印に示すように、オイル
導出部５１５、補助経路６５を通じて、圧縮機６１に導
入されることから、熱交換器６４の冷媒流路内を流れる
冷媒から分離される。

【０１０４】一方、ヘッダパイプ５１１内でオイルを分
離された冷媒は、図１０中の実線矢印に示すように、ヘ
ッダパイプ５１１と、ヘッダパイプ５２１と、伝熱管群
７３Ａを構成する複数の伝熱管７３に設けられた複数の
貫通孔７４とにより形成された入口側冷媒流路に流入し
たのち、連結管５５を経て、ヘッダパイプ５３１と、ヘ
ッダパイプ５４１と、伝熱管群７３Ｃを構成する複数の
伝熱管７３に設けられた複数の貫通孔７４とにより形成
された出口側冷媒流路に流入して、冷媒出口部５４４か
ら流出する。この際、冷媒は、空気などから吸熱して、
ガス状態となり、その後、再び圧縮機６１に吸入され
る。このようなサイクルを繰り返すことにより、熱交換
器６２で放熱による加熱作用、熱交換器６４で吸熱によ
る冷却作用を行う。

【０１０５】ここで、従来の熱交換器では、耐圧性を高
めるために伝熱管の貫通孔を細径化しており、冷媒とと
もに循環しているオイルが熱伝達を阻害する影響が大き
いために、熱交換量が減少してしまう、あるいは、熱交
換の効率が低下してしまう課題があった。しかし、本実
施の形態における熱交換器では、ヘッダパイプ５１１に
設けられたオイル導出部５１５から分離したオイルを圧
縮機６１に導入するために、冷媒流路内を流れるオイル
量を低減できるために、オイルによる冷媒の熱伝達の阻
害を防止できるために、熱交換量の増加、あるいは、熱
交換の効率を向上させることができる。なお、ヘッダパ
イプ５１１内にデミスタ５１６を配置しない場合であっ
ても、オイルは冷媒より比重が大きいので、オイルはヘ
ッダパイプ５１１内の下方に位置し、冷媒とオイルの分
離はある程度行うことができる。

【０１０６】さらに、本発明の実施の形態６の熱交換器
のように効率の良い熱交換器を冷凍サイクル装置の放熱
器や、蒸発器として用いることで、効率の良い冷凍サイ
クル装置を得ることができる。

【０１０７】なお、ヘッダパイプ５１１内に設けられた
冷媒とオイルの分離を促進するための手段は、本発明の
実施の形態６で説明したデミスタでなくても良く、例え
ば、図１８に示すように、冷媒とオイルが円弧状に流れ
るようにして、冷媒とオイルに働く遠心力を利用して分
離するような分離機構であっても良い。

【０１０８】また、デミスタを保持するために、複数の
孔を有する金属プレートなどを有していても良い。

【０１０９】さらに、補助経路６５には、オイルが圧縮
機６１に戻る流量を調節する副減圧器を設けても良い。

【０１１０】また、本発明の実施の形態１〜５で説明し
た熱交換器を冷凍サイクル装置の放熱器や、蒸発器とし
て用いることでも、本実施の形態６で説明したのと同様
に効率の良い冷凍サイクル装置を得ることができる。た
だし、これらの場合には、熱交換器でオイルは分離され
ないため、補助経路６５などは省略できる。

【０１１１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、出口側
冷媒流路付近でのドライアウトが生じることによる熱伝
達率の低下を防止できるために、熱交換量の増加、ある
いは、熱交換の効率を向上させることができる。

【０１１２】あるいは、圧力が高くなる二酸化炭素を用
いても、耐圧性を確保しつつ、ヘッダパイプの干渉を防
止し、熱交換器の薄型化、小型化が可能である。また
は、熱交換器においてヘッダパイプが占める面積を小型
にできる分、熱交換に寄与する伝熱面積を増加させるこ
とができ、熱交換量の増加、あるいは、熱交換の効率を
向上させることができる。

【０１１３】あるいは、冷媒の偏流による熱交換量の減
少、あるいは、熱交換の効率低下を防止できるために、
熱交換量の増加、あるいは、熱交換の効率を向上させる
ことができる。

【０１１４】あるいは、伝熱管内を流れるオイル量を低
減できるために、オイルによる冷媒の熱伝達の阻害を防
止できるために、熱交換量の増加、あるいは、熱交換の
効率を向上させることができる。

【０１１５】さらに、本発明の熱交換器を用いた冷凍サ
イクル装置は、効率のよい運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の構成
図

【図２】本発明の実施の形態２における熱交換器の構成
図

【図３】本発明の実施の形態２における熱交換器の伝熱
管の構成図

【図４】熱伝達率とクオリティの関係図

【図５】伝熱管の貫通孔の水力相当直径とドライアウト
クオリティの関係図

【図６】質量流速とドライアウトクオリティの関係図

【図７】本発明の実施の形態４における熱交換器の構成
図

【図８】本発明の実施の形態４における熱交換器の側面
図

【図９】本発明の実施の形態５における熱交換器の構成
図

【図１０】本発明の実施の形態６における熱交換器の構
成図

【図１１】本発明の実施の形態６における熱交換器を用
いた冷凍サイクル装置の構成図

【図１２】従来の熱交換器の構成図

【図１３】従来の熱交換器の伝熱管の構成図

【図１４】他の従来の熱交換器の構成図

【図１５】他の従来の熱交換器の側面図

【図１６】本発明の実施の形態５における第２の熱交換
器の構成図

【図１７】本発明の実施の形態６における熱交換器のヘ
ッダパイプ５１１の内部構成図

【図１８】本発明の実施の形態６における熱交換器のヘ
ッダパイプ５１１の内部構成図

【符号の説明】

１１１ヘッダーパイプ１１２ヘッダーパイプ１１１の仕切板１１３Ａヘッダーパイプ１１１の冷媒入口側ヘッダ室１１３Ｂヘッダーパイプ１１１の冷媒出口側ヘッダ室１１４冷媒入口部１２１ヘッダーパイプ１２２ヘッダーパイプ１２１の仕切板１２３Ａヘッダーパイプ１２１の冷媒入口側ヘッダ室１２３Ｂヘッダーパイプ１２１の冷媒出口側ヘッダ室１２４冷媒出口部３５連結管５１５オイル導出部６１圧縮機６２熱交換器（放熱器）６３減圧器６４熱交換器（蒸発器）６５補助経路７３伝熱管７３Ａ入口側冷媒流路を構成する伝熱管群７３Ｂ中間冷媒流路を構成する伝熱管群７３Ｃ出口冷媒流路を構成する伝熱管群７４貫通孔７５フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西脇文俊大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者吉田雄二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3L103 AA06 AA35 AA36 AA37 AA46 BB33 BB38 BB42 BB44 CC18 CC22 CC30 DD02 DD08 DD15 DD18 DD34 DD54 DD55

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒流路内を流れる冷媒が蒸発過程にあ
る二酸化炭素であって、前記冷媒流路において、前記冷
媒の出口側の断面積が前記冷媒の入口側の断面積より大
きい熱交換器。
【請求項２】冷媒流路内を流れる冷媒が蒸発過程にあ
る二酸化炭素であって、前記冷媒流路を構成する伝熱管
の水力相当直径が０．３ｍｍ以上である熱交換器。
【請求項３】冷媒流路内を流れる冷媒が蒸発過程にあ
る二酸化炭素であって、前記冷媒の質量流速が３５０ｋ
ｇ／（ｍ²・ｓ）以下となるように構成された熱交換
器。
【請求項４】２本のヘッダパイプが実質上平行となる
ように配置された１対の第１のヘッダパイプ組と、２本
のヘッダパイプが実質上平行となるように配置された１
対の第２のヘッダパイプ組と、前記各ヘッダパイプ組を
構成する前記２本のヘッダパイプ間に配置された伝熱管
により構成された冷媒流路とを備え、前記第１のヘッダ
パイプ組と前記第２のヘッダパイプ組とが実質上平行に
配置された熱交換器において、前記冷媒流路内を流れる
冷媒が二酸化炭素であって、前記第１のヘッダパイプ組の一方のヘッダパイプと、そ
のヘッダパイプに近接する前記第２のヘッダパイプ組の
一方のヘッダパイプとが前記伝熱管方向においてずれて
配置されている、及び／又は、前記第１のヘッダパイプ
組の他方のヘッダパイプと、そのヘッダパイプに近接す
る前記第２のヘッダパイプ組の他方のヘッダパイプとが
前記伝熱管方向においてずれて配置されている熱交換
器。
【請求項５】第１のヘッダパイプと、その第１のヘッ
ダパイプと実質上平行となるように配置された第２のヘ
ッダパイプと、前記第１のヘッダパイプと前記第２のヘ
ッダパイプとの間に配置された、伝熱管により構成され
た冷媒流路とを備えた熱交換器において、前記冷媒流路
内を流れる前記冷媒が二酸化炭素であって、前記第１の
ヘッダパイプが複数の前記冷媒の入口部を有している熱
交換器。
【請求項６】少なくとも１つ以上の仕切りで複数の空
間に仕切られた第１のヘッダパイプと、その第１のヘッ
ダパイプと実質上平行となるように配置された第２のヘ
ッダパイプと、前記第１のヘッダパイプと前記第２のヘ
ッダパイプとの間に配置された、伝熱管により構成され
た冷媒流路とを備えた熱交換器において、前記冷媒流路
内を流れる前記冷媒が二酸化炭素であって、前記第１の
ヘッダパイプの前記冷媒の入口の空間が複数の前記冷媒
の入口部を有している熱交換器。
【請求項７】第１のヘッダパイプと、その第１のヘッ
ダパイプと実質上平行となるように配置された第２のヘ
ッダパイプと、前記第１のヘッダパイプと前記第２のヘ
ッダパイプとの間に配置された、伝熱管により構成され
た冷媒流路とを備えた熱交換器において、前記冷媒流路
内を流れる前記冷媒が二酸化炭素であって、前記第１の
ヘッダパイプが、その第１のヘッダパイプに入ってくる
前記冷媒と冷凍機油から前記冷凍機油を分離する分離手
段と、その分離手段によって分離された冷凍機油を外部
に導く導油部とを有する熱交換器。
【請求項８】圧縮機と、放熱器と、減圧器と、蒸発器
とを少なくとも備え、冷媒として二酸化炭素冷媒が用い
られ、前記放熱器及び／又は前記蒸発器に請求項１から
７のいずれかに記載の熱交換器が用いられている冷凍サ
イクル装置。