JP2003314927A - 熱交換器およびその熱交換器を用いた冷凍サイクル装置 - Google Patents
熱交換器およびその熱交換器を用いた冷凍サイクル装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
- F28F1/14—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
- F28F1/16—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally the means being integral with the element, e.g. formed by extrusion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
- F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
- F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ろう付け個所を減少させることで構造が簡単
で耐圧強度が高く、しかも1次側冷媒と2次側冷媒の間
の熱抵抗を減少させることおよび伝熱面積を有効利用す
ることで熱交換能力を高めた熱交換器、およびその熱交
換器を使用し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】 1次側冷媒が流通する複数の貫通穴を有
する偏平チューブと、2次側冷媒が流通する矩形状チュ
ーブとを備え、偏平チューブが矩形状チューブ内に配設
され、偏平チューブと矩形状チューブの間にインナーフ
ィンが配設された構成、あるいは偏平チューブにフィン
を一体構造で形成したフィン付き偏平チューブとした構
成の熱交換器とする。
で耐圧強度が高く、しかも1次側冷媒と2次側冷媒の間
の熱抵抗を減少させることおよび伝熱面積を有効利用す
ることで熱交換能力を高めた熱交換器、およびその熱交
換器を使用し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】 1次側冷媒が流通する複数の貫通穴を有
する偏平チューブと、2次側冷媒が流通する矩形状チュ
ーブとを備え、偏平チューブが矩形状チューブ内に配設
され、偏平チューブと矩形状チューブの間にインナーフ
ィンが配設された構成、あるいは偏平チューブにフィン
を一体構造で形成したフィン付き偏平チューブとした構
成の熱交換器とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐圧強度を有する
2つのチューブ内を流通する流体間で熱交換を行なう熱
交換器およびその熱交換器を用いた冷凍サイクル装置に
関するもので、特に、冷媒として二酸化炭素(以下CO
2と記す)やエタン等の冷凍サイクルの高圧側で超臨界
状態となりうる冷媒を用いる場合に好適である。
2つのチューブ内を流通する流体間で熱交換を行なう熱
交換器およびその熱交換器を用いた冷凍サイクル装置に
関するもので、特に、冷媒として二酸化炭素(以下CO
2と記す)やエタン等の冷凍サイクルの高圧側で超臨界
状態となりうる冷媒を用いる場合に好適である。
【0002】
【従来の技術】地球温暖化防止の観点から、地球温暖化
係数の小さなCO2やエタン等を冷媒として用いる冷凍
サイクル装置が検討されている。ここで、CO2の臨界
温度は31.1℃、臨界圧力は7.4MPa、エタンの
臨界温度は32.2℃、臨界圧力は4.9MPaである
ことから、これらの冷媒を用いた冷凍サイクル装置は高
圧側ラインが超臨界領域で用いられる場合が一般的であ
る。CO2を用いた場合、冷凍サイクル装置の作動圧力
は、低圧側圧力は3.5MPa程度、高圧側圧力は10
MPa程度となるため、従来のHCFC冷媒やHFC冷
媒を用いた場合に比較して、作動圧力が高くなり、特
に、高圧側圧力は、HCFC冷媒やHFC冷媒を用いた
冷凍サイクル装置の約10倍程度となる。
係数の小さなCO2やエタン等を冷媒として用いる冷凍
サイクル装置が検討されている。ここで、CO2の臨界
温度は31.1℃、臨界圧力は7.4MPa、エタンの
臨界温度は32.2℃、臨界圧力は4.9MPaである
ことから、これらの冷媒を用いた冷凍サイクル装置は高
圧側ラインが超臨界領域で用いられる場合が一般的であ
る。CO2を用いた場合、冷凍サイクル装置の作動圧力
は、低圧側圧力は3.5MPa程度、高圧側圧力は10
MPa程度となるため、従来のHCFC冷媒やHFC冷
媒を用いた場合に比較して、作動圧力が高くなり、特
に、高圧側圧力は、HCFC冷媒やHFC冷媒を用いた
冷凍サイクル装置の約10倍程度となる。
【0003】このような、CO2冷媒を用いた冷凍サイ
クル装置の熱交換器として、特開2001−32429
1号公報には、図9および図10に示すような熱交換器
が提案されている。図9は家庭用給湯器の熱交換器の正
面図であり、冷凍サイクルの圧縮機から吐出された冷媒
と給湯水とを熱交換する水熱交換器(放熱器)である。
また、図10は図9に示した水熱交換器の要部縦断面図
である。
クル装置の熱交換器として、特開2001−32429
1号公報には、図9および図10に示すような熱交換器
が提案されている。図9は家庭用給湯器の熱交換器の正
面図であり、冷凍サイクルの圧縮機から吐出された冷媒
と給湯水とを熱交換する水熱交換器(放熱器)である。
また、図10は図9に示した水熱交換器の要部縦断面図
である。
【0004】この水熱交換器は、給湯水(水)が流通す
る水チューブ11と冷媒が流通する冷媒チューブ12か
ら構成され、水チューブ11および冷媒チューブ12は
それぞれ内部に複数の流体通路を有している。水チュー
ブ11は、2枚の板材11b、11cを貼り合わせ、か
つ内部仕切り部(P)を複数箇所互い違いに設けて水の
流通通路を複数回蛇行させている。また、内部にインナ
ーフィン11aを設け、水側の伝熱促進を行なってい
る。一方、冷媒チューブ12はその内部に複数の小さな
流体通路を有する偏平チューブである。13は水チュー
ブ11に給湯水を供給する供給水パイプであり、14は
水チューブ11から流出した給湯水を回収する回収水パ
イプであり、15は冷媒チューブ12に冷媒を供給する
流入ヘッダタンクであり、16は冷媒チューブ12から
流出した冷媒を回収する流出ヘッダタンクである。
る水チューブ11と冷媒が流通する冷媒チューブ12か
ら構成され、水チューブ11および冷媒チューブ12は
それぞれ内部に複数の流体通路を有している。水チュー
ブ11は、2枚の板材11b、11cを貼り合わせ、か
つ内部仕切り部(P)を複数箇所互い違いに設けて水の
流通通路を複数回蛇行させている。また、内部にインナ
ーフィン11aを設け、水側の伝熱促進を行なってい
る。一方、冷媒チューブ12はその内部に複数の小さな
流体通路を有する偏平チューブである。13は水チュー
ブ11に給湯水を供給する供給水パイプであり、14は
水チューブ11から流出した給湯水を回収する回収水パ
イプであり、15は冷媒チューブ12に冷媒を供給する
流入ヘッダタンクであり、16は冷媒チューブ12から
流出した冷媒を回収する流出ヘッダタンクである。
【0005】水チューブ11は、冷媒チューブ12の長
手方向全域に渡って長手方向が冷媒チューブ12の長手
方向に対して直交するように配設された複数の水チュー
ブ本体11d、および水チューブ本体11dの長手方向
端部にて隣り合う水チューブ本体11dを接続して水の
流通方向を180度転向させる水チューブヘッダ11e
から成り、水チューブ本体11dと冷媒チューブ12が
ろう付け等の手段により熱的に接合している。
手方向全域に渡って長手方向が冷媒チューブ12の長手
方向に対して直交するように配設された複数の水チュー
ブ本体11d、および水チューブ本体11dの長手方向
端部にて隣り合う水チューブ本体11dを接続して水の
流通方向を180度転向させる水チューブヘッダ11e
から成り、水チューブ本体11dと冷媒チューブ12が
ろう付け等の手段により熱的に接合している。
【0006】次に図9および図10に示された熱交換器
の動作に関して説明する。冷凍サイクルの圧縮機(図示
せず)から吐出された高温高圧の冷媒は、冷媒チューブ
12内を流入ヘッダタンク15から流出ヘッダタンク1
6方向に(紙面下側から上側に)流通し、一方、給湯水
は供給水パイプ13から回収水パイプ14方向に(紙面
上側から下側に)蛇行しながら流通する。すなわち冷媒
流れと給湯水流れは対向するように流れ、高温の冷媒と
低温の給湯水の間で熱交換が行なわれ、給湯水が加熱さ
れていた。
の動作に関して説明する。冷凍サイクルの圧縮機(図示
せず)から吐出された高温高圧の冷媒は、冷媒チューブ
12内を流入ヘッダタンク15から流出ヘッダタンク1
6方向に(紙面下側から上側に)流通し、一方、給湯水
は供給水パイプ13から回収水パイプ14方向に(紙面
上側から下側に)蛇行しながら流通する。すなわち冷媒
流れと給湯水流れは対向するように流れ、高温の冷媒と
低温の給湯水の間で熱交換が行なわれ、給湯水が加熱さ
れていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】水チューブ11は、2
枚の板材11b、11cを貼り合わせることにより内部
仕切り部(P)を複数箇所互い違いに設けて水の流通通
路を複数回蛇行させ、かつ内部にインナーフィンを形成
している複雑な構成であるため、ろう付け個所が多く、
かつ製造が困難であり、製造コストが高く、またろう付
け個所からのリークが生じやすかった。
枚の板材11b、11cを貼り合わせることにより内部
仕切り部(P)を複数箇所互い違いに設けて水の流通通
路を複数回蛇行させ、かつ内部にインナーフィンを形成
している複雑な構成であるため、ろう付け個所が多く、
かつ製造が困難であり、製造コストが高く、またろう付
け個所からのリークが生じやすかった。
【0008】また、水チューブ11の内部仕切り部
(P)以外の領域をろう付け等により冷媒チューブ12
と熱的に接合する場合、偏平な冷媒チューブ12および
水チューブ11の平面度が重要となるが、水チューブ1
1が板材11b、11cをはり合わせ仕切り部(P)を
設けた一体構造であるため、仕切り部(P)を除いた水
チューブ全域での平面度を出すことが困難であった。平
面度が出ず、両チューブ接合面のクリアランスにばらつ
きが生じると、毛細管現象により融けたろう材がクリア
ランスの小さな部分に片寄ってしまい、クリアランスの
大きな部分がろう付けされない部分として大きなボイド
となってしまい、熱抵抗となるため、一方のチューブか
ら他方のチューブへの熱伝導率が低下し、熱交換能力が
低下していた。また、偏平な冷媒チューブ12および水
チューブ11をうまくろう付けできたとしても、ろう付
け部が熱抵抗となるため、熱交換能力が低下していた。
(P)以外の領域をろう付け等により冷媒チューブ12
と熱的に接合する場合、偏平な冷媒チューブ12および
水チューブ11の平面度が重要となるが、水チューブ1
1が板材11b、11cをはり合わせ仕切り部(P)を
設けた一体構造であるため、仕切り部(P)を除いた水
チューブ全域での平面度を出すことが困難であった。平
面度が出ず、両チューブ接合面のクリアランスにばらつ
きが生じると、毛細管現象により融けたろう材がクリア
ランスの小さな部分に片寄ってしまい、クリアランスの
大きな部分がろう付けされない部分として大きなボイド
となってしまい、熱抵抗となるため、一方のチューブか
ら他方のチューブへの熱伝導率が低下し、熱交換能力が
低下していた。また、偏平な冷媒チューブ12および水
チューブ11をうまくろう付けできたとしても、ろう付
け部が熱抵抗となるため、熱交換能力が低下していた。
【0009】また、高温の冷媒チューブ12と低温の水
チューブ11を接合し、高温の冷媒チューブ12の片側
伝熱面のみを利用し、給湯水を加熱する構成であるた
め、高温の冷媒チューブ12のもう一方の伝熱面から外
部への放熱ロスが大きかった。このため、熱交換器の性
能が低いという課題があった。
チューブ11を接合し、高温の冷媒チューブ12の片側
伝熱面のみを利用し、給湯水を加熱する構成であるた
め、高温の冷媒チューブ12のもう一方の伝熱面から外
部への放熱ロスが大きかった。このため、熱交換器の性
能が低いという課題があった。
【0010】また、内部仕切り部(P)により仕切られ
た隣り合う(紙面上下方向に)水チューブ11が金属製
の板材11b、11cにより連結されている構成とな
る。隣り合う水チューブ11内部を流れる給湯水には温
度差が生じているため、隣り合う水チューブ11間の仕
切り部(P)を通って熱伝導ロスが生じることになる。
高温の冷媒で加熱された給湯水の熱量が低温側の給湯水
に熱伝導し、その結果、水温が低下することになり、熱
交換能力が低下していた。
た隣り合う(紙面上下方向に)水チューブ11が金属製
の板材11b、11cにより連結されている構成とな
る。隣り合う水チューブ11内部を流れる給湯水には温
度差が生じているため、隣り合う水チューブ11間の仕
切り部(P)を通って熱伝導ロスが生じることになる。
高温の冷媒で加熱された給湯水の熱量が低温側の給湯水
に熱伝導し、その結果、水温が低下することになり、熱
交換能力が低下していた。
【0011】また、内部仕切り部(P)の接合面におけ
るクリアランスにばらつきが生じやすく、クリアランス
の大きな部分がろう付けされない部分となって内部リー
クが発生する場合があった。その結果、流体が流通通路
を短絡して流れてしまい充分に熱交換されないうちに通
過してしまうことより、熱交換能力が低下していた。
るクリアランスにばらつきが生じやすく、クリアランス
の大きな部分がろう付けされない部分となって内部リー
クが発生する場合があった。その結果、流体が流通通路
を短絡して流れてしまい充分に熱交換されないうちに通
過してしまうことより、熱交換能力が低下していた。
【0012】さらに、高圧のCO2冷媒などの高圧冷媒
同士を熱交換する内部熱交換器等にはり合わせ構造の偏
平チューブを用いた場合、高圧が作用する面積が大きく
なるため高い耐圧強度が要求されるが、はり合わせ構造
のため耐圧強度を向上させることが困難となり、また、
構成できてもはり合わせ部からのリークが生じやすかっ
た。
同士を熱交換する内部熱交換器等にはり合わせ構造の偏
平チューブを用いた場合、高圧が作用する面積が大きく
なるため高い耐圧強度が要求されるが、はり合わせ構造
のため耐圧強度を向上させることが困難となり、また、
構成できてもはり合わせ部からのリークが生じやすかっ
た。
【0013】本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成さ
れたものであり、ろう付け個所を減少させることで構造
が簡単で耐圧強度が高く、しかも1次側冷媒と2次側冷
媒の間の熱抵抗を減少させることおよび伝熱面積を有効
利用することで熱交換能力を高めた熱交換器、およびそ
の熱交換器を使用し冷媒としてCO2やエタン等の冷凍
サイクルの放熱側で超臨界状態となりうる冷媒を用いる
ことができる冷凍サイクル装置を提供することを目的と
する。
れたものであり、ろう付け個所を減少させることで構造
が簡単で耐圧強度が高く、しかも1次側冷媒と2次側冷
媒の間の熱抵抗を減少させることおよび伝熱面積を有効
利用することで熱交換能力を高めた熱交換器、およびそ
の熱交換器を使用し冷媒としてCO2やエタン等の冷凍
サイクルの放熱側で超臨界状態となりうる冷媒を用いる
ことができる冷凍サイクル装置を提供することを目的と
する。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、1次側冷媒が流通する複数の貫通穴を有
する偏平チューブと、2次側冷媒が流通する矩形状チュ
ーブとを備え、前記偏平チューブが前記矩形状チューブ
内に配設され、かつ前記偏平チューブと前記矩形状チュ
ーブの間にインナーフィンが配設され、前記偏平チュー
ブ内の1次側冷媒と前記矩形状チューブ内の2次側冷媒
が対向して流れ熱交換することを特徴とする熱交換器で
ある。
め、本発明は、1次側冷媒が流通する複数の貫通穴を有
する偏平チューブと、2次側冷媒が流通する矩形状チュ
ーブとを備え、前記偏平チューブが前記矩形状チューブ
内に配設され、かつ前記偏平チューブと前記矩形状チュ
ーブの間にインナーフィンが配設され、前記偏平チュー
ブ内の1次側冷媒と前記矩形状チューブ内の2次側冷媒
が対向して流れ熱交換することを特徴とする熱交換器で
ある。
【0015】また、本発明は、1次側冷媒が流通する複
数の貫通穴を有し、フィンを一体構造で形成したフィン
付き偏平チューブと、2次側冷媒が流通する矩形状チュ
ーブとを備え、前記フィン付き偏平チューブが前記矩形
状チューブ内に配設され、前記フィン付き偏平チューブ
内の1次側冷媒と前記矩形状チューブ内の2次側冷媒が
対向して流れ熱交換することを特徴とする熱交換器であ
る。
数の貫通穴を有し、フィンを一体構造で形成したフィン
付き偏平チューブと、2次側冷媒が流通する矩形状チュ
ーブとを備え、前記フィン付き偏平チューブが前記矩形
状チューブ内に配設され、前記フィン付き偏平チューブ
内の1次側冷媒と前記矩形状チューブ内の2次側冷媒が
対向して流れ熱交換することを特徴とする熱交換器であ
る。
【0016】また、本発明は、1次側冷媒の圧力が、2
次側冷媒の圧力に比べて高いことを特徴とする熱交換器
である。
次側冷媒の圧力に比べて高いことを特徴とする熱交換器
である。
【0017】また、本発明は、1次側冷媒は二酸化炭素
であることを特徴とする熱交換器である。
であることを特徴とする熱交換器である。
【0018】また、本発明は、圧縮機、放熱器、減圧
器、吸熱器等からなる冷凍サイクルにおいて、放熱側で
超臨界状態となりうる冷媒を封入し、放熱器、吸熱器の
うちの少なくとも1つは、請求項1から3のいずれかに
記載の熱交換器を用いることを特徴とする冷凍サイクル
装置である。
器、吸熱器等からなる冷凍サイクルにおいて、放熱側で
超臨界状態となりうる冷媒を封入し、放熱器、吸熱器の
うちの少なくとも1つは、請求項1から3のいずれかに
記載の熱交換器を用いることを特徴とする冷凍サイクル
装置である。
【0019】また、本発明は、圧縮機、放熱器、減圧
器、吸熱器等からなる冷凍サイクルにおいて、放熱側で
超臨界状態となりうる冷媒を封入し、放熱器出口から減
圧器入口までと吸熱器出口から圧縮機吸入部までとで熱
交換を行う補助熱交換器とを備え、放熱器、吸熱器、補
助熱交換器のうちの少なくとも1つは、請求項1から3
のいずれかに記載の熱交換器を用いることを特徴とする
冷凍サイクル装置である。
器、吸熱器等からなる冷凍サイクルにおいて、放熱側で
超臨界状態となりうる冷媒を封入し、放熱器出口から減
圧器入口までと吸熱器出口から圧縮機吸入部までとで熱
交換を行う補助熱交換器とを備え、放熱器、吸熱器、補
助熱交換器のうちの少なくとも1つは、請求項1から3
のいずれかに記載の熱交換器を用いることを特徴とする
冷凍サイクル装置である。
【0020】また、本発明は、放熱側で超臨界状態とな
りうる冷媒として二酸化炭素を用い、冷凍機油としてポ
リアルキレングリコール油(PAG油)を用いたことを
特徴とする冷凍サイクル装置である。
りうる冷媒として二酸化炭素を用い、冷凍機油としてポ
リアルキレングリコール油(PAG油)を用いたことを
特徴とする冷凍サイクル装置である。
【0021】
【発明の実施の形態】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。
て、図面を参照しながら説明する。
【0022】(実施の形態1)本発明の一実施の形態に
おける冷凍サイクル装置の概略構成を図1に示す。図1
において、21は圧縮機、22は放熱器、23は減圧
器、24は吸熱器であり、これらを配管接続することに
より冷凍サイクルを構成し、冷媒として放熱側(圧縮機
21吐出部〜放熱器22〜減圧器23入口部)で超臨界
状態となりうる冷媒、例えばCO2冷媒が封入されてい
る。
おける冷凍サイクル装置の概略構成を図1に示す。図1
において、21は圧縮機、22は放熱器、23は減圧
器、24は吸熱器であり、これらを配管接続することに
より冷凍サイクルを構成し、冷媒として放熱側(圧縮機
21吐出部〜放熱器22〜減圧器23入口部)で超臨界
状態となりうる冷媒、例えばCO2冷媒が封入されてい
る。
【0023】本冷凍サイクル装置の動作について説明す
る。圧縮機21で圧縮(本実施の形態では、例えば、約
10MPa)されたCO2冷媒は高温高圧状態となり、
放熱器22へ導入される。放熱器22では、CO2冷媒
は超臨界状態であるので気液二相状態とはならずに、水
などの二次側冷媒などに放熱して、減圧器23で減圧
(本実施の形態では、例えば、約3.5MPa)され
て、低圧の気液二相状態となり吸熱器24へ導入され
る。吸熱器24では、空気や二次側冷媒などから吸熱し
てガス状態となり、再び圧縮機21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、放熱器22で放
熱による加熱作用、吸熱器24で吸熱による冷却作用を
行う。給湯器の場合、放熱器22で加熱された二次側冷
媒である水はポンプ(図示せず)により循環して貯湯タ
ンク(図示せず)に貯蔵され、必要に応じて給湯され
る。
る。圧縮機21で圧縮(本実施の形態では、例えば、約
10MPa)されたCO2冷媒は高温高圧状態となり、
放熱器22へ導入される。放熱器22では、CO2冷媒
は超臨界状態であるので気液二相状態とはならずに、水
などの二次側冷媒などに放熱して、減圧器23で減圧
(本実施の形態では、例えば、約3.5MPa)され
て、低圧の気液二相状態となり吸熱器24へ導入され
る。吸熱器24では、空気や二次側冷媒などから吸熱し
てガス状態となり、再び圧縮機21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、放熱器22で放
熱による加熱作用、吸熱器24で吸熱による冷却作用を
行う。給湯器の場合、放熱器22で加熱された二次側冷
媒である水はポンプ(図示せず)により循環して貯湯タ
ンク(図示せず)に貯蔵され、必要に応じて給湯され
る。
【0024】次に、本実施の形態に係る熱交換器である
放熱器22について述べる。図2は、本実施の形態に係
る熱交換器(放熱器22)の概略構成図であり、図3は
図2に示した熱交換器(放熱器22)の縦断面図(A−
A´断面図)、図4は縦断面図(B−B´断面図)であ
る。また、図5は図2に示した熱交換器(放熱器22)
に用いた偏平チューブの構成図である。
放熱器22について述べる。図2は、本実施の形態に係
る熱交換器(放熱器22)の概略構成図であり、図3は
図2に示した熱交換器(放熱器22)の縦断面図(A−
A´断面図)、図4は縦断面図(B−B´断面図)であ
る。また、図5は図2に示した熱交換器(放熱器22)
に用いた偏平チューブの構成図である。
【0025】この熱交換器(放熱器22)は、1次側冷
媒であるCO2冷媒が流通する複数の貫通穴30を有す
る3本の偏平チューブ31と、2次側冷媒である水が流
通する矩形状チューブ32とを備え、偏平チューブ31
が矩形状チューブ32内に配設され、かつ偏平チューブ
31と矩形状チューブ32の間にインナーフィン33が
配設され、偏平チューブ31と矩形状チューブ32とイ
ンナーフィン33はろう付け等により熱的に接合されて
いる。
媒であるCO2冷媒が流通する複数の貫通穴30を有す
る3本の偏平チューブ31と、2次側冷媒である水が流
通する矩形状チューブ32とを備え、偏平チューブ31
が矩形状チューブ32内に配設され、かつ偏平チューブ
31と矩形状チューブ32の間にインナーフィン33が
配設され、偏平チューブ31と矩形状チューブ32とイ
ンナーフィン33はろう付け等により熱的に接合されて
いる。
【0026】なお、1次側冷媒であるCO2冷媒は、1次
側冷媒流入管35から、1次側冷媒ヘッダタンク36a
に流入した後、偏平チューブ31に分岐供給される。偏
平チューブ31を流通したCO2冷媒は、1次側冷媒ヘ
ッダタンク36bに流入した後、1次側冷媒流出管37
から流出する。一方、2次側冷媒である水は、2次側冷
媒流入管38から、矩形状チューブ32内に流入した
後、矩形状チューブ32内に配設された偏平チューブ3
1に熱的に接合されているインナーフィン33に接しな
がら流通し、2次側冷媒流出管40から流出する。この
ようにして、CO2冷媒と水冷媒は対向するように流
れ、高温高圧のCO2冷媒と低温の水冷媒の間で熱交換
が行なわれ、水冷媒の加熱が行なわれる。
側冷媒流入管35から、1次側冷媒ヘッダタンク36a
に流入した後、偏平チューブ31に分岐供給される。偏
平チューブ31を流通したCO2冷媒は、1次側冷媒ヘ
ッダタンク36bに流入した後、1次側冷媒流出管37
から流出する。一方、2次側冷媒である水は、2次側冷
媒流入管38から、矩形状チューブ32内に流入した
後、矩形状チューブ32内に配設された偏平チューブ3
1に熱的に接合されているインナーフィン33に接しな
がら流通し、2次側冷媒流出管40から流出する。この
ようにして、CO2冷媒と水冷媒は対向するように流
れ、高温高圧のCO2冷媒と低温の水冷媒の間で熱交換
が行なわれ、水冷媒の加熱が行なわれる。
【0027】CO2冷媒が流通する偏平チューブ31
は、アルミニウムもしくは銅製であり、押し出し加工ま
たは引き抜き加工にて形成されたものである。超臨界状
態の高圧に対応するため、また管内の熱伝達率を向上さ
せるため、貫通穴30の孔径は、約0.5mmから1.
0mmと細径化し、かつその断面を円形としている。一
方、水冷媒が流通する矩形状チューブ32はアルミニウ
ムもしくは銅製であり、押し出し加工または引き抜き加
工にて形成されたものである。すなわち、従来例で示し
た複数の部品を接合して構成した偏平チューブではな
く、一体構造の偏平チューブである。また、インナーフ
ィン33は、0.1mm程度の薄いアルミニウム板もし
くは銅板にスリット、ルーバーなどを形成したものであ
る。給湯用途の場合、水冷媒の圧力はCO2冷媒と比較
して著しく低く、耐圧強度が低くてすむため、また水冷
媒の流量が大きいにも拘わらず圧力損失を低減させる必
要があるため、インナーフィン33間に形成される水通
路部の相当直径を偏平チューブ31の貫通穴30の径よ
り大きくしている。すなわち、偏平チューブ31の相当
直径を、水通路の相当直径より小さくすることにより、
耐圧強度および管内熱伝達率の向上を図っている。な
お、給湯水が流通する矩形状チューブの材質は耐食性を
向上させるため、ステンレス製であっても良い。
は、アルミニウムもしくは銅製であり、押し出し加工ま
たは引き抜き加工にて形成されたものである。超臨界状
態の高圧に対応するため、また管内の熱伝達率を向上さ
せるため、貫通穴30の孔径は、約0.5mmから1.
0mmと細径化し、かつその断面を円形としている。一
方、水冷媒が流通する矩形状チューブ32はアルミニウ
ムもしくは銅製であり、押し出し加工または引き抜き加
工にて形成されたものである。すなわち、従来例で示し
た複数の部品を接合して構成した偏平チューブではな
く、一体構造の偏平チューブである。また、インナーフ
ィン33は、0.1mm程度の薄いアルミニウム板もし
くは銅板にスリット、ルーバーなどを形成したものであ
る。給湯用途の場合、水冷媒の圧力はCO2冷媒と比較
して著しく低く、耐圧強度が低くてすむため、また水冷
媒の流量が大きいにも拘わらず圧力損失を低減させる必
要があるため、インナーフィン33間に形成される水通
路部の相当直径を偏平チューブ31の貫通穴30の径よ
り大きくしている。すなわち、偏平チューブ31の相当
直径を、水通路の相当直径より小さくすることにより、
耐圧強度および管内熱伝達率の向上を図っている。な
お、給湯水が流通する矩形状チューブの材質は耐食性を
向上させるため、ステンレス製であっても良い。
【0028】また、冷凍サイクルの冷凍機油には、CO
2冷媒に対して相溶性および潤滑性が高いポリアルキレ
ングリコール油(PAG油)を採用している。
2冷媒に対して相溶性および潤滑性が高いポリアルキレ
ングリコール油(PAG油)を採用している。
【0029】次に、本実施の形態に係る熱交換器である
放熱器22および、その熱交換器(放熱器22)を用い
た冷凍サイクル装置の特徴を述べる。
放熱器22および、その熱交換器(放熱器22)を用い
た冷凍サイクル装置の特徴を述べる。
【0030】本実施の形態に係る熱交換器においては、
CO2冷媒が流通する3本の偏平チューブ31が水冷媒
が流通する矩形状チューブ32内に配設され、かつ偏平
チューブ31と矩形状チューブ32の間にインナーフィ
ン33を配設した非常に簡単な構成であり、ろー付け個
所が少ないため、リークなどの不良が少ない信頼性の高
い熱交換器を実現することが容易である。
CO2冷媒が流通する3本の偏平チューブ31が水冷媒
が流通する矩形状チューブ32内に配設され、かつ偏平
チューブ31と矩形状チューブ32の間にインナーフィ
ン33を配設した非常に簡単な構成であり、ろー付け個
所が少ないため、リークなどの不良が少ない信頼性の高
い熱交換器を実現することが容易である。
【0031】また、CO2冷媒が流通する3本の偏平チ
ューブ31が水冷媒が流通する矩形状チューブ32内に
直接設置されているため、従来例で述べたようなCO2
冷媒が流通するチューブと水冷媒が流通するチューブを
熱的に接合するろー付け部を必要としない。そのため、
ろー付け部が熱抵抗となることはなく、熱交換器の熱交
換能力を高めることができる。
ューブ31が水冷媒が流通する矩形状チューブ32内に
直接設置されているため、従来例で述べたようなCO2
冷媒が流通するチューブと水冷媒が流通するチューブを
熱的に接合するろー付け部を必要としない。そのため、
ろー付け部が熱抵抗となることはなく、熱交換器の熱交
換能力を高めることができる。
【0032】また、CO2冷媒が流通する3本の偏平チ
ューブ31が水冷媒が流通する矩形状チューブ32内に
直接設置されているため、高温の冷媒が流れる偏平チュ
ーブ31の全表面積を有効利用し、かつ偏平チューブ3
1に熱的に接合したインナーフィン33をも利用して伝
熱促進しているため、熱交換効率に優れ、熱交換能力を
高めることができる。
ューブ31が水冷媒が流通する矩形状チューブ32内に
直接設置されているため、高温の冷媒が流れる偏平チュ
ーブ31の全表面積を有効利用し、かつ偏平チューブ3
1に熱的に接合したインナーフィン33をも利用して伝
熱促進しているため、熱交換効率に優れ、熱交換能力を
高めることができる。
【0033】また、本実施の形態では、矩形状チューブ
32に複数の部品を接合して構成した偏平チューブでは
なく、押し出し加工または引き抜き管を用いたため、構
造が簡単で製造が容易になり、低コスト化・小型軽量化
を図ることが可能となる。
32に複数の部品を接合して構成した偏平チューブでは
なく、押し出し加工または引き抜き管を用いたため、構
造が簡単で製造が容易になり、低コスト化・小型軽量化
を図ることが可能となる。
【0034】また、2次側冷媒流入管38から、矩形状
チューブ32内に流入した水冷媒は、偏平チューブ31
とインナーフィン33に接しながら1パスで流れ、2次
側冷媒流出管40から流出する構成であるため、従来例
で述べたような隣り合う水チューブ間を、仕切り部
(P)を通って熱伝導ロスが生じることはなく、また内
部仕切り部(P)の接合面のろう付け不良部から内部リ
ークが生じることもない。したがって、熱交換能力の低
下を防ぐことが可能となる。
チューブ32内に流入した水冷媒は、偏平チューブ31
とインナーフィン33に接しながら1パスで流れ、2次
側冷媒流出管40から流出する構成であるため、従来例
で述べたような隣り合う水チューブ間を、仕切り部
(P)を通って熱伝導ロスが生じることはなく、また内
部仕切り部(P)の接合面のろう付け不良部から内部リ
ークが生じることもない。したがって、熱交換能力の低
下を防ぐことが可能となる。
【0035】また、偏平チューブ31と矩形状チューブ
32の間にインナーフィン33を設ける構成としたが、
インナーフィン33がない構成であっても、ろう付け個
所を減少させることで構造が一層簡単で耐圧強度が高
く、しかも1次側冷媒と2次側冷媒の間の熱抵抗を減少
させることおよび伝熱面積を有効利用することで熱交換
能力を高めることが可能となる。
32の間にインナーフィン33を設ける構成としたが、
インナーフィン33がない構成であっても、ろう付け個
所を減少させることで構造が一層簡単で耐圧強度が高
く、しかも1次側冷媒と2次側冷媒の間の熱抵抗を減少
させることおよび伝熱面積を有効利用することで熱交換
能力を高めることが可能となる。
【0036】また、本実施の形態では、偏平チューブ3
1内に設けた貫通穴30の断面形状を円形としたが、相
当直径が約0.5mmから1.0mmであれば、断面形
状に拘わらず同様な効果が得られる。
1内に設けた貫通穴30の断面形状を円形としたが、相
当直径が約0.5mmから1.0mmであれば、断面形
状に拘わらず同様な効果が得られる。
【0037】さらに、本実施の形態に係る冷凍サイクル
装置においては、上述の熱交換器を放熱器22として用
い、高圧状態のCO2冷媒を相当直径の小さな偏平チュ
ーブ31に流し、耐圧強度を必要としない水などの2次
側冷媒を相当直径の大きな矩形状チューブ32に流すこ
とで、1次側冷媒としてCO2等の冷凍サイクルの高圧
側で超臨界状態となりうる冷媒を用い熱交換性能の高い
冷凍サイクルを実現することが可能となる。
装置においては、上述の熱交換器を放熱器22として用
い、高圧状態のCO2冷媒を相当直径の小さな偏平チュ
ーブ31に流し、耐圧強度を必要としない水などの2次
側冷媒を相当直径の大きな矩形状チューブ32に流すこ
とで、1次側冷媒としてCO2等の冷凍サイクルの高圧
側で超臨界状態となりうる冷媒を用い熱交換性能の高い
冷凍サイクルを実現することが可能となる。
【0038】なお、低圧状態の冷媒が流れる吸熱器24
についても、上述の熱交換器を用いることが可能である
ことは明らかである。
についても、上述の熱交換器を用いることが可能である
ことは明らかである。
【0039】また、本実施の形態では、有極性油である
ポリアルキレングリコール油(PAG油)を冷凍機油と
して用いているため、圧縮機21からCO2冷媒ととも
にサイクル中に吐出された冷凍機油は、CO2冷媒に対
して溶解しやすい。その結果、放熱器22の冷媒流路を
構成する偏平チューブ31の貫通穴30の管内壁面上に
熱抵抗となる油膜が形成され伝熱性能が低下することは
なく、超臨界状態のCO2冷媒が持つ高い熱伝達率を有
効に利用することができる。また、貫通穴30の管内壁
面上に油膜が形成されず、かつ油滴として流動すること
がないため、圧力損失の増大を招くこともない。このた
め、管内熱伝達率が非常に高く、かつ圧力損失による性
能の低下を押さえることができ、小型で高性能な放熱器
とすることができる。
ポリアルキレングリコール油(PAG油)を冷凍機油と
して用いているため、圧縮機21からCO2冷媒ととも
にサイクル中に吐出された冷凍機油は、CO2冷媒に対
して溶解しやすい。その結果、放熱器22の冷媒流路を
構成する偏平チューブ31の貫通穴30の管内壁面上に
熱抵抗となる油膜が形成され伝熱性能が低下することは
なく、超臨界状態のCO2冷媒が持つ高い熱伝達率を有
効に利用することができる。また、貫通穴30の管内壁
面上に油膜が形成されず、かつ油滴として流動すること
がないため、圧力損失の増大を招くこともない。このた
め、管内熱伝達率が非常に高く、かつ圧力損失による性
能の低下を押さえることができ、小型で高性能な放熱器
とすることができる。
【0040】また、上述の実施形態では、遷臨界ヒート
ポンプ式給湯器に、本発明に係る熱交換器を適応した
が、本発明の適応対象はこれに限定されるものではな
く、遷臨界ヒートポンプ式カーエアコンにおいて2次冷
媒として水冷媒を採用するヒートポンプ等のその他のヒ
ートポンプにも適応することができる。また、本発明に
より給湯される温水は飲料用、暖房用、加熱用等のその
用途は限定されるものではない。
ポンプ式給湯器に、本発明に係る熱交換器を適応した
が、本発明の適応対象はこれに限定されるものではな
く、遷臨界ヒートポンプ式カーエアコンにおいて2次冷
媒として水冷媒を採用するヒートポンプ等のその他のヒ
ートポンプにも適応することができる。また、本発明に
より給湯される温水は飲料用、暖房用、加熱用等のその
用途は限定されるものではない。
【0041】(実施の形態2)本発明の一実施の形態に
おける冷凍サイクル装置の概略構成を図6に示す。図6
においては、図1と同じ構成要素については同一の符号
を付し、説明を省略する。図6において、50は放熱器
22出口〜減圧器23入口の間の冷媒と吸熱器24出口
〜圧縮機21吸入部の間の冷媒を熱交換させる内部熱交
換器(補助熱交換器)である。
おける冷凍サイクル装置の概略構成を図6に示す。図6
においては、図1と同じ構成要素については同一の符号
を付し、説明を省略する。図6において、50は放熱器
22出口〜減圧器23入口の間の冷媒と吸熱器24出口
〜圧縮機21吸入部の間の冷媒を熱交換させる内部熱交
換器(補助熱交換器)である。
【0042】本冷凍サイクル装置の動作について説明す
る。圧縮機21で圧縮(本実施の形態では、例えば、約
10MPa)されたCO2冷媒は高温高圧状態となり、
放熱器22へ導入される。放熱器22では、CO2冷媒
は超臨界状態であるので気液二相状態とはならずに、水
やブラインなどの二次側冷媒や外気などに放熱して、内
部熱交換器50を経て、減圧器23で減圧(本実施の形
態では、例えば、約3.5MPa)されて気液二相状態
となり吸熱器24へ導入される。吸熱器24では、空気
などから吸熱してガス状態となり、内部熱交換器50を
経て、再び圧縮機21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、放熱器22で放熱による加熱
作用、吸熱器24で吸熱による冷却作用を行う。ここ
で、内部熱交換器50では、放熱器22を出て減圧器2
3に向かう比較的高温の冷媒と、吸熱器24を出て圧縮
機21に向かう比較的低温の冷媒とで熱交換が行われ
る。このため、放熱器22を出た冷媒が冷却されて減圧
器23で減圧されるため、吸熱器24入口でのエンタル
ピが減少して、吸熱器24の入口と出口でのエンタルピ
差が大きくなり、吸熱能力(冷却能力)が増大する。
る。圧縮機21で圧縮(本実施の形態では、例えば、約
10MPa)されたCO2冷媒は高温高圧状態となり、
放熱器22へ導入される。放熱器22では、CO2冷媒
は超臨界状態であるので気液二相状態とはならずに、水
やブラインなどの二次側冷媒や外気などに放熱して、内
部熱交換器50を経て、減圧器23で減圧(本実施の形
態では、例えば、約3.5MPa)されて気液二相状態
となり吸熱器24へ導入される。吸熱器24では、空気
などから吸熱してガス状態となり、内部熱交換器50を
経て、再び圧縮機21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、放熱器22で放熱による加熱
作用、吸熱器24で吸熱による冷却作用を行う。ここ
で、内部熱交換器50では、放熱器22を出て減圧器2
3に向かう比較的高温の冷媒と、吸熱器24を出て圧縮
機21に向かう比較的低温の冷媒とで熱交換が行われ
る。このため、放熱器22を出た冷媒が冷却されて減圧
器23で減圧されるため、吸熱器24入口でのエンタル
ピが減少して、吸熱器24の入口と出口でのエンタルピ
差が大きくなり、吸熱能力(冷却能力)が増大する。
【0043】次に、本実施の形態に係る熱交換器である
内部熱交換器50について述べる。図7は、本実施の形
態に係る熱交換器(内部熱交換器50)の縦断面図であ
る。実施の形態1と同じ構成要素については同一の符号
を付し、説明を省略する。
内部熱交換器50について述べる。図7は、本実施の形
態に係る熱交換器(内部熱交換器50)の縦断面図であ
る。実施の形態1と同じ構成要素については同一の符号
を付し、説明を省略する。
【0044】実施の形態1と異なるのは、偏平チューブ
として、インナーフィン33を接合する替わりに、フィ
ン53を一体構造で形成したフィン付き偏平チューブ5
4を設置した点である。フィン付き偏平チューブ54
は、偏平部55に1次側冷媒であるCO2冷媒が流通す
る複数の貫通穴52を有し、偏平部の外周にフィン53
を一体構造で形成したものである。
として、インナーフィン33を接合する替わりに、フィ
ン53を一体構造で形成したフィン付き偏平チューブ5
4を設置した点である。フィン付き偏平チューブ54
は、偏平部55に1次側冷媒であるCO2冷媒が流通す
る複数の貫通穴52を有し、偏平部の外周にフィン53
を一体構造で形成したものである。
【0045】CO2冷媒が流通するフィン付き偏平チュ
ーブ54は、実施の形態1の偏平チューブ31と同様
に、アルミニウムもしくは銅製であり、押し出し加工ま
たは引き抜き加工にて形成されたものである。超臨界状
態の高圧に対応するため、また管内の熱伝達率を向上さ
せるため、貫通穴52の孔径は、約0.5mmから1.
0mmと細径化し、かつその断面を円形としている。
ーブ54は、実施の形態1の偏平チューブ31と同様
に、アルミニウムもしくは銅製であり、押し出し加工ま
たは引き抜き加工にて形成されたものである。超臨界状
態の高圧に対応するため、また管内の熱伝達率を向上さ
せるため、貫通穴52の孔径は、約0.5mmから1.
0mmと細径化し、かつその断面を円形としている。
【0046】内部熱交換器50では、放熱器22を出て
減圧器23に向かう比較的高温高圧の冷媒と、吸熱器2
4を出て圧縮機21に向かう比較的低温低圧の冷媒とで
熱交換を行なうため、矩形状チューブ32の耐圧強度は
フィン付き偏平チューブ54の耐圧強度より比較的低く
てすむ。このため、矩形状チューブ32の流路の相当直
径をフィン付き偏平チューブ54の貫通穴52より大き
くしている。
減圧器23に向かう比較的高温高圧の冷媒と、吸熱器2
4を出て圧縮機21に向かう比較的低温低圧の冷媒とで
熱交換を行なうため、矩形状チューブ32の耐圧強度は
フィン付き偏平チューブ54の耐圧強度より比較的低く
てすむ。このため、矩形状チューブ32の流路の相当直
径をフィン付き偏平チューブ54の貫通穴52より大き
くしている。
【0047】次に、本実施の形態に係る熱交換器である
内部熱交換器50および、その熱交換器(内部熱交換器
50)を用いた冷凍サイクル装置の特徴を述べる。
内部熱交換器50および、その熱交換器(内部熱交換器
50)を用いた冷凍サイクル装置の特徴を述べる。
【0048】本実施の形態に係る熱交換器においては、
フィン付き偏平チューブ54の内部にそれぞれ約0.5
mm〜1.0mm程度の円形の細い貫通穴52を設け、
矩形状チューブ32内に配設した構成であり、いずれの
チューブも押し出し加工または引き抜き加工にて一体成
形されたチューブであるため、耐圧強度が高い。そこ
で、両チューブの中で相当直径が小さな貫通穴52を有
するフィン付き偏平チューブ54には放熱器22を出て
減圧器23に向かう比較的高温高圧の冷媒を流し、矩形
状チューブ32には吸熱器24を出て圧縮機21に向か
う比較的低温低圧(従来HFC冷媒の低圧に比べれば著
しく高い)の冷媒を流し、その間で熱交換を行なうこと
が可能となる。また、矩形状チューブ32がはり合わせ
構造でないため、冷媒リークの心配も全くない。したが
って、高圧側で超臨界状態となるCO2等の冷媒が流れ
る内部熱交換器に適応可能な熱交換器を実現することが
できる。
フィン付き偏平チューブ54の内部にそれぞれ約0.5
mm〜1.0mm程度の円形の細い貫通穴52を設け、
矩形状チューブ32内に配設した構成であり、いずれの
チューブも押し出し加工または引き抜き加工にて一体成
形されたチューブであるため、耐圧強度が高い。そこ
で、両チューブの中で相当直径が小さな貫通穴52を有
するフィン付き偏平チューブ54には放熱器22を出て
減圧器23に向かう比較的高温高圧の冷媒を流し、矩形
状チューブ32には吸熱器24を出て圧縮機21に向か
う比較的低温低圧(従来HFC冷媒の低圧に比べれば著
しく高い)の冷媒を流し、その間で熱交換を行なうこと
が可能となる。また、矩形状チューブ32がはり合わせ
構造でないため、冷媒リークの心配も全くない。したが
って、高圧側で超臨界状態となるCO2等の冷媒が流れ
る内部熱交換器に適応可能な熱交換器を実現することが
できる。
【0049】また、インナーフィン33を接合する替わ
りに、フィン53を一体構造で形成したフィン付き偏平
チューブ54を設置しているため、インナーフィン33
のろう付けが不要となるばかりでなく、フィン効率が高
くできるため、熱交換器の大きさを小さくすることがで
き、小型コンパクトで低コストな内部熱交換器50を実
現できる。
りに、フィン53を一体構造で形成したフィン付き偏平
チューブ54を設置しているため、インナーフィン33
のろう付けが不要となるばかりでなく、フィン効率が高
くできるため、熱交換器の大きさを小さくすることがで
き、小型コンパクトで低コストな内部熱交換器50を実
現できる。
【0050】さらに、実施の形態1で説明した以下の効
果が得られることは言うまでもない。すなわち、本実施
の形態に係る熱交換器においては、CO2冷媒が流通す
る3本のフィン付き偏平チューブ54が水冷媒が流通す
る矩形状チューブ32内に配設された非常に簡単な構成
であり、ろー付け個所が少ないため、リークなどの不良
が少ない信頼性の高い熱交換器を実現することが容易で
ある。
果が得られることは言うまでもない。すなわち、本実施
の形態に係る熱交換器においては、CO2冷媒が流通す
る3本のフィン付き偏平チューブ54が水冷媒が流通す
る矩形状チューブ32内に配設された非常に簡単な構成
であり、ろー付け個所が少ないため、リークなどの不良
が少ない信頼性の高い熱交換器を実現することが容易で
ある。
【0051】また、CO2冷媒が流通する3本のフィン
付き偏平チューブ54が水冷媒が流通する矩形状チュー
ブ32内に直接設置されているため、従来例で述べたよ
うなCO2冷媒が流通するチューブと水冷媒が流通する
チューブを熱的に接合するろー付け部を必要としない。
そのため、ろー付け部が熱抵抗となることはなく、熱交
換器の熱交換能力を高めることができる。
付き偏平チューブ54が水冷媒が流通する矩形状チュー
ブ32内に直接設置されているため、従来例で述べたよ
うなCO2冷媒が流通するチューブと水冷媒が流通する
チューブを熱的に接合するろー付け部を必要としない。
そのため、ろー付け部が熱抵抗となることはなく、熱交
換器の熱交換能力を高めることができる。
【0052】また、CO2冷媒が流通する3本のフィン
付き偏平チューブ54が水冷媒が流通する矩形状チュー
ブ32内に直接設置されているため、高温の冷媒が流れ
るフィン付き偏平チューブ54の全表面積を有効利用
し、かつフィン付き偏平チューブ54のフィン53をも
利用して伝熱促進しているため、熱交換効率に優れ、熱
交換能力を高めることができる。
付き偏平チューブ54が水冷媒が流通する矩形状チュー
ブ32内に直接設置されているため、高温の冷媒が流れ
るフィン付き偏平チューブ54の全表面積を有効利用
し、かつフィン付き偏平チューブ54のフィン53をも
利用して伝熱促進しているため、熱交換効率に優れ、熱
交換能力を高めることができる。
【0053】また、2次側冷媒流入管38から、矩形状
チューブ32内に流入した水冷媒は、フィン付き偏平チ
ューブ54に接しながら1パスで流れ、2次側冷媒流出
管40から流出する構成であるため、従来例で述べたよ
う隣り合う水チューブ間を仕切り部(P)を通って熱伝
導ロスが生じることはなく、また内部仕切り部(P)の
接合面のろう付け不良部から内部リークが生じることも
ない。したがって、熱交換能力の低下を防ぐことが可能
となる。
チューブ32内に流入した水冷媒は、フィン付き偏平チ
ューブ54に接しながら1パスで流れ、2次側冷媒流出
管40から流出する構成であるため、従来例で述べたよ
う隣り合う水チューブ間を仕切り部(P)を通って熱伝
導ロスが生じることはなく、また内部仕切り部(P)の
接合面のろう付け不良部から内部リークが生じることも
ない。したがって、熱交換能力の低下を防ぐことが可能
となる。
【0054】さらに、本実施の形態に係る冷凍サイクル
装置においては、上述の熱交換器を内部熱交換器50と
して用い、放熱器22を出て減圧器23に向かう高圧状
態の冷媒は、高い耐圧強度を有するフィン付き偏平チュ
ーブ54を流し、比較的耐圧強度を必要としない、吸熱
器24を出て圧縮機21に向かう低圧状態の冷媒を矩形
状チューブ32に流すことで、冷媒としてCO2やエタ
ン等の冷凍サイクルの放熱側で超臨界状態となりうる冷
媒を用いることができ、内部熱交換器50で、放熱器2
2を出て減圧器23に向かう比較的高温の冷媒と、吸熱
器24を出て圧縮機21に向かう比較的低温の冷媒とで
熱交換できるため、放熱器22を出た冷媒が冷却されて
減圧器23で減圧され、吸熱器24入口でのエンタルピ
が減少して、吸熱器24の入口と出口でのエンタルピ差
が大きくなり、吸熱能力(冷却能力)を増大させた冷凍
サイクルを実現することが可能となる。
装置においては、上述の熱交換器を内部熱交換器50と
して用い、放熱器22を出て減圧器23に向かう高圧状
態の冷媒は、高い耐圧強度を有するフィン付き偏平チュ
ーブ54を流し、比較的耐圧強度を必要としない、吸熱
器24を出て圧縮機21に向かう低圧状態の冷媒を矩形
状チューブ32に流すことで、冷媒としてCO2やエタ
ン等の冷凍サイクルの放熱側で超臨界状態となりうる冷
媒を用いることができ、内部熱交換器50で、放熱器2
2を出て減圧器23に向かう比較的高温の冷媒と、吸熱
器24を出て圧縮機21に向かう比較的低温の冷媒とで
熱交換できるため、放熱器22を出た冷媒が冷却されて
減圧器23で減圧され、吸熱器24入口でのエンタルピ
が減少して、吸熱器24の入口と出口でのエンタルピ差
が大きくなり、吸熱能力(冷却能力)を増大させた冷凍
サイクルを実現することが可能となる。
【0055】なお、放熱器22や吸熱器24について
も、上述の熱交換器を用いることが可能であることは明
らかである。
も、上述の熱交換器を用いることが可能であることは明
らかである。
【0056】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明によれば、1次側冷媒が流通する複数の貫通穴を有
する偏平チューブと、2次側冷媒が流通する矩形状チュ
ーブとを備え、偏平チューブが矩形状チューブ内に配設
され、偏平チューブと矩形状チューブの間にインナーフ
ィンが配設された構成、あるいは偏平チューブにフィン
を一体構造で形成したフィン付き偏平チューブとした構
成であるため、ろう付け個所を減少させることで構造が
簡単で耐圧強度が高く、しかも1次側冷媒と2次側冷媒
の間の熱抵抗を減少させることおよび伝熱面積を有効利
用することで熱交換能力を高めた熱交換器、およびその
熱交換器を使用し冷媒としてCO2やエタン等の冷凍サ
イクルの放熱側で超臨界状態となりうる冷媒を用いるこ
とができる冷凍サイクル装置を実現することが可能とな
る。
発明によれば、1次側冷媒が流通する複数の貫通穴を有
する偏平チューブと、2次側冷媒が流通する矩形状チュ
ーブとを備え、偏平チューブが矩形状チューブ内に配設
され、偏平チューブと矩形状チューブの間にインナーフ
ィンが配設された構成、あるいは偏平チューブにフィン
を一体構造で形成したフィン付き偏平チューブとした構
成であるため、ろう付け個所を減少させることで構造が
簡単で耐圧強度が高く、しかも1次側冷媒と2次側冷媒
の間の熱抵抗を減少させることおよび伝熱面積を有効利
用することで熱交換能力を高めた熱交換器、およびその
熱交換器を使用し冷媒としてCO2やエタン等の冷凍サ
イクルの放熱側で超臨界状態となりうる冷媒を用いるこ
とができる冷凍サイクル装置を実現することが可能とな
る。
【図1】本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装
置の概略構成図
置の概略構成図
【図2】本発明の実施の形態1に用いる熱交換器の構成
図
図
【図3】本発明の実施の形態1に用いる熱交換器の縦断
面図(A−A´断面図)
面図(A−A´断面図)
【図4】本発明の実施の形態1に用いる熱交換器の縦断
面図(B−B´断面図)
面図(B−B´断面図)
【図5】本発明の実施の形態1の熱交換器に用いる伝熱
管の構成図
管の構成図
【図6】本発明の実施の形態2における冷凍サイクル装
置の概略構成図
置の概略構成図
【図7】本発明の実施の形態2に用いる熱交換器の縦断
面図
面図
【図8】本発明の実施の形態2の熱交換器に用いる伝熱
管の構成図
管の構成図
【図9】従来の熱交換器の正面図
【図10】従来の熱交換器の要部縦断面図
21 圧縮機
22 放熱器
23 減圧器
24 吸熱器
30,52 貫通穴
31 偏平チューブ
32 矩形状チューブ
33 インナーフィン
35 1次側冷媒流入管
36a,36b 1次側冷媒ヘッダタンク
37 1次側冷媒流出管
38 2次側冷媒流入管
40 2次側冷媒流出管
50 内部熱交換器
53 フィン
54 フィン付き偏平チューブ
55 偏平部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 薬丸 雄一
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Claims (7)
- 【請求項1】 1次側冷媒が流通する複数の貫通穴を有
する偏平チューブと、2次側冷媒が流通する矩形状チュ
ーブとを備え、前記偏平チューブが前記矩形状チューブ
内に配設され、かつ前記偏平チューブと前記矩形状チュ
ーブの間にインナーフィンが配設され、前記偏平チュー
ブ内の1次側冷媒と前記矩形状チューブ内の2次側冷媒
が対向して流れ熱交換することを特徴とする熱交換器。 - 【請求項2】 1次側冷媒が流通する複数の貫通穴を有
し、フィンを一体構造で形成したフィン付き偏平チュー
ブと、2次側冷媒が流通する矩形状チューブとを備え、
前記フィン付き偏平チューブが前記矩形状チューブ内に
配設され、前記フィン付き偏平チューブ内の1次側冷媒
と前記矩形状チューブ内の2次側冷媒が対向して流れ熱
交換することを特徴とする熱交換器。 - 【請求項3】 前記1次側冷媒の圧力が、前記2次側冷
媒の圧力に比べて高いことを特徴とする請求項1または
2記載の熱交換器。 - 【請求項4】 前記1次側冷媒は二酸化炭素であること
を特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の熱交換
器。 - 【請求項5】 圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器等から
なる冷凍サイクルにおいて、放熱側で超臨界状態となり
うる冷媒を封入し、前記放熱器、前記吸熱器のうちの少
なくとも1つは、請求項1から3のいずれかに記載の熱
交換器を用いることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 【請求項6】 圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器等から
なる冷凍サイクルにおいて、放熱側で超臨界状態となり
うる冷媒を封入し、前記放熱器出口から前記減圧器入口
までと前記吸熱器出口から前記圧縮機吸入部までとで熱
交換を行う補助熱交換器とを備え、前記放熱器、前記吸
熱器、前記補助熱交換器のうちの少なくとも1つは、請
求項1から3のいずれかに記載の熱交換器を用いること
を特徴とする冷凍サイクル装置。 - 【請求項7】 前記放熱側で超臨界状態となりうる冷媒
として二酸化炭素を用い、冷凍機油としてポリアルキレ
ングリコール油(PAG油)を用いたことを特徴とする
請求項5または6記載の冷凍サイクル装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002115833A JP2003314927A (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 熱交換器およびその熱交換器を用いた冷凍サイクル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002115833A JP2003314927A (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 熱交換器およびその熱交換器を用いた冷凍サイクル装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003314927A true JP2003314927A (ja) | 2003-11-06 |
JP2003314927A5 JP2003314927A5 (ja) | 2005-08-25 |
Family
ID=29533799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002115833A Withdrawn JP2003314927A (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 熱交換器およびその熱交換器を用いた冷凍サイクル装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003314927A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005071339A2 (de) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Hst Institut Für Thermodynamik Gmbh | Wärmetauscher |
JP2005351488A (ja) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Kyasutemu:Kk | 熱交換体と熱交換器と熱交換ユニット、及び熱交換システム |
EP1724535A2 (de) | 2005-05-10 | 2006-11-22 | Modine Manufacturing Company | Vorrichtung zur Zwischenkühlung |
JP2006329452A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Tokyo Gas Co Ltd | 二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム |
WO2009013179A3 (en) * | 2007-07-23 | 2009-11-05 | M.T.A. S.P.A. | Heat exchanger with mini- and/or micro-channels and method for its construction |
CN107407537A (zh) * | 2015-03-02 | 2017-11-28 | 株式会社电装 | 热交换器 |
JPWO2017170139A1 (ja) * | 2016-03-31 | 2019-02-07 | 日本電気株式会社 | 熱交換装置、冷凍システム及び熱交換方法 |
WO2020144764A1 (ja) * | 2019-01-09 | 2020-07-16 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
-
2002
- 2002-04-18 JP JP2002115833A patent/JP2003314927A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005071339A2 (de) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Hst Institut Für Thermodynamik Gmbh | Wärmetauscher |
WO2005071339A3 (de) * | 2004-01-22 | 2006-01-05 | Hst Inst Fuer Thermodynamik Gm | Wärmetauscher |
JP2005351488A (ja) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Kyasutemu:Kk | 熱交換体と熱交換器と熱交換ユニット、及び熱交換システム |
EP1724535A2 (de) | 2005-05-10 | 2006-11-22 | Modine Manufacturing Company | Vorrichtung zur Zwischenkühlung |
EP1724535A3 (de) * | 2005-05-10 | 2008-07-02 | Modine Manufacturing Company | Vorrichtung zur Zwischenkühlung |
JP2006329452A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Tokyo Gas Co Ltd | 二酸化炭素ヒートポンプ冷暖房システム |
WO2009013179A3 (en) * | 2007-07-23 | 2009-11-05 | M.T.A. S.P.A. | Heat exchanger with mini- and/or micro-channels and method for its construction |
CN107407537A (zh) * | 2015-03-02 | 2017-11-28 | 株式会社电装 | 热交换器 |
CN107407537B (zh) * | 2015-03-02 | 2019-04-23 | 株式会社电装 | 热交换器 |
JPWO2017170139A1 (ja) * | 2016-03-31 | 2019-02-07 | 日本電気株式会社 | 熱交換装置、冷凍システム及び熱交換方法 |
WO2020144764A1 (ja) * | 2019-01-09 | 2020-07-16 | 三菱電機株式会社 | 冷凍サイクル装置 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050218 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050218 |
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