JP5333041B2 - 熱交換器及びそれを備えた冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器及びそれを備えた冷凍装置に関する。本発明は、特に、内側流路と内側流路の周囲に配置された複数の外側流路とが金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材を有しており、内側流路を流れる流体と外側流路を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換器、及びそれを備えた冷凍装置に関する。

従来より、特許文献１（特開２０００−２４９２号公報）に示されるような熱交換器がある。この熱交換器は、内側流路と内側流路の周囲に配置された複数の外側流路とがアルミニウム合金の押し出し加工によって一体成形された熱交換管を有しており、内側流路を流れる流体と外側流路を流れる流体との間で熱交換を行うものである。

上記従来の熱交換器を難溶性の冷凍機油を含む冷媒を使用した冷凍装置に適用するとともに外側流路に冷媒が流れる態様で使用すると、冷凍機油の混入によって外側流路を流れる冷媒の伝熱性能が低下し、熱交換器の熱交換効率が低下しやすい。

本発明の課題は、内側流路と内側流路の周囲に配置された複数の外側流路とが金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材を有しており、内側流路を流れる流体と外側流路を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換器において、冷凍機油の混入による熱交換効率の低下を抑えることにある。

第１の発明にかかる熱交換器は、内側流路と内側流路の周囲に配置された複数の外側流路とが金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材を有しており、内側流路を流れる流体と外側流路を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、外側流路を流れる流体は、難溶性の冷凍機油を含む冷媒であり、外側流路の内面のうち内側流路に近い内周側面と対向する外周側面には、冷凍機油を引き込む油引き込み部が形成されている。

発明者らは、研究の結果、冷凍機油の混入による熱交換効率の低下が、外側流路の内面のうち内側流路に近い内周側面に冷凍機油が付着し、これにより、外側流路を流れる冷媒の伝熱性能の低下が生じていることが影響していることを見いだした。

そこで、発明者らは、外側流路の内面のうち内側流路に近い内周側面と対向する外周側面に冷凍機油を引き込む油引き込み部を形成するようにしている。

これにより、この熱交換器では、油引き込み部によって外側流路の外周側面に冷凍機油を引き込んで捕捉することによって、内側流路との熱交換を行う外側流路の内周側面に冷凍機油が付着しにくくすることができ、冷凍機油の混入による外側流路の伝熱性能の低下を抑えて、熱交換効率の低下を抑えることができる。

しかも、この熱交換器では、冷凍機油を外側流路の外周側面に捕捉することによって外側流路の外周側面に断熱層を形成するため、外側流路を流れる冷媒の熱が外側流路の外周側面を通じて熱ロスとなって失われてしまうことを抑えることができる。

第２の発明にかかる熱交換器は、第１の発明にかかる熱交換器において、油引き込み部は、少なくとも２辺で囲まれた角部を含む空間である。

この熱交換器では、油引き込み部が角部を含む空間であるため、冷凍機油を外側流路の外周側面に引き込みやすく、また、冷凍機油が外側流路の外周側面に捕捉された状態を維持しやすくできる。

第３の発明にかかる熱交換器は、第２の発明にかかる熱交換器において、油引き込み部は、外側流路の外周側面に形成された溝部である。

この熱交換器では、油引き込み部が溝部であるため、冷凍機油を溝部に引き込んで、外側流路の外周側面に捕捉することができる。

第４の発明にかかる熱交換器は、第２又は第３の発明にかかる熱交換器において、角部の半径は、０．２ｍｍ未満である。

この熱交換器では、角部の半径が０．２ｍｍ未満であるため、冷凍機油を油引き込み部にさらに引き込みやすく、また、外側流路の外周側面に捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

第５の発明にかかる熱交換器は、第４の発明にかかる熱交換器において、外側流路の内周側面には、少なくとも２辺で囲まれた半径が０．２ｍｍ以上の角部が形成されている。

この熱交換器では、外側流路の内周側面にも角部が形成されているが、その角部の半径が０．２ｍｍ以上であり、外側流路の外周側面に形成された角部よりも半径が大きいため、冷凍機油を外側流路の内周側面に引き込みにくく、しかも、外側流路の内周側面に冷凍機油が付着しにくくできる。

第６の発明にかかる熱交換器は、第１〜第５の発明のいずれかにかかる熱交換器において、外側流路は、管部材の周方向にねじれながら軸方向に延びている。

この熱交換器では、外側流路を流れる冷凍機油に遠心力が作用して、冷凍機油が外周側面寄りに移動するため、外側流路の内周側面に冷凍機油がさらに付着しにくくするとともに、冷凍機油が油引き込み部に引き込まれることを促進し、また、冷凍機油が外側流路の外周側面に捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

第７の発明にかかる冷凍装置は、第１〜第６の発明にかかる熱交換器を備えている。

この冷凍装置では、熱交換器の熱交換効率の低下を抑えることができるため、冷凍装置の性能低下や運転効率の低下を抑えることができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、内側流路との熱交換を行う外側流路の内周側面に冷凍機油が付着しにくくすることができ、冷凍機油の混入による外側流路の伝熱性能の低下を抑えて、熱交換効率の低下を抑えることができる。しかも、第１の発明では、外側流路を流れる冷媒の熱が外側流路の外周側面を通じて熱ロスとなって失われてしまうことを抑えることができる。

第２の発明では、冷凍機油を外側流路の外周側面に引き込みやすく、また、冷凍機油が外側流路の外周側面に捕捉された状態を維持しやすくできる。

第３の発明では、冷凍機油を溝部に引き込んで、外側流路の外周側面に捕捉することができる。

第４の発明では、冷凍機油を油引き込み部にさらに引き込みやすく、また、外側流路の外周側面に捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

第５の発明では、冷凍機油を外側流路の内周側面に引き込みにくく、しかも、外側流路の内周側面に冷凍機油が付着しにくくできる。

第６の発明では、外側流路の内周側面に冷凍機油がさらに付着しにくくするとともに、冷凍機油が油引き込み部に引き込まれることを促進し、また、冷凍機油が外側流路の外周側面に捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

第７の発明では、冷凍装置の性能低下や運転効率の低下を抑えることができる。

本発明にかかる冷凍装置の第１実施形態としての空気調和装置の概略構成図である。 本発明にかかる熱交換器の第１実施形態及びその変形例としてのエコノマイザ熱交換器、第２実施形態及びその変形例としての過冷却熱交換器、第３実施形態及びその変形例としての液ガス熱交換器、及び、第４実施形態及びその変形例としての冷媒−水熱交換器の概略斜視図である。 管部材の横断面図である。 接続部材及び管部材の縦断面図である。 図３のＡ部の拡大図である。 第１実施形態の変形例２〜４における空気調和装置の概略構成図である。 第１実施形態の変形例４、第２実施形態の変形例４、第３実施形態の変形例３、及び、第４実施形態の変形例２における管部材の横断面図である。 図７のＡ部の拡大図である。 本発明にかかる冷凍装置の第２実施形態としての空気調和装置の概略構成図である。 第２実施形態の変形例２〜４における空気調和装置の概略構成図である。 本発明にかかる冷凍装置の第３実施形態としての空気調和装置の概略構成図である。 本発明にかかる冷凍装置の第４実施形態としてのヒートポンプ給湯機の概略構成図である。

以下、本発明にかかる熱交換器及びそれを備えた冷凍装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
（１）空気調和装置の全体構成
図１は、本発明にかかる冷凍装置の第１実施形態としての空気調和装置１の概略構成図である。空気調和装置１は、冷房運転が可能となるように構成された冷媒回路１０を有している。そして、この冷媒回路１０には、超臨界域で作動する冷媒（ここでは、二酸化炭素）が封入されており、二段圧縮式冷凍サイクルが行われるようになっている。

空気調和装置１の冷媒回路１０は、主として、圧縮機構２と、熱源側熱交換器３と、膨張機構４と、利用側熱交換器５と、インジェクション管１１と、エコノマイザ熱交換器１２とを有している。

圧縮機構２は、ここでは、２つの圧縮要素で冷媒を二段圧縮する圧縮機２１から構成されている。圧縮機２１は、ケーシング２１ａ内に、圧縮機駆動モータ２１ｂと、駆動軸２１ｃと、圧縮要素２ｃ、２ｄとが収容された密閉式構造となっている。圧縮機駆動モータ２１ｂは、駆動軸２１ｃに連結されている。そして、この駆動軸２１ｃは、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄに連結されている。すなわち、圧縮機２１は、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄが単一の駆動軸２１ｃに連結されており、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄがともに圧縮機駆動モータ２１ｂによって回転駆動される、いわゆる一軸二段圧縮構造となっている。圧縮要素２ｃ、２ｄは、例えば、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素である。そして、圧縮機２１は、吸入管２ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素２ｃによって圧縮した後に中間冷媒管６に吐出し、中間冷媒管６に吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を圧縮要素２ｄに吸入させて冷媒をさらに圧縮した後に吐出管２ｂに吐出するように構成されている。ここで、中間冷媒管６は、圧縮要素２ｄの前段側に接続された圧縮要素２ｃから吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入させるための冷媒管である。また、吐出管２ｂは、圧縮機構２の圧縮要素２ｄから吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を放熱器としての熱源側熱交換器３に送るための冷媒管である。また、吸入管２ａは、蒸発器としての利用側熱交換器５から戻る冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を圧縮機構２の圧縮要素２ｃに送るための冷媒管である。

このように、圧縮機構２は、ここでは、２つの圧縮要素２ｃ、２ｄを有しており、これらの圧縮要素２ｃ、２ｄのうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成されている。また、冷媒回路１０には、圧縮機構２（ここでは、圧縮機２１）の圧縮要素２ｃ、２ｄ等の摺動部を潤滑するための冷凍機油として、ポリアルキレングリコール（以下、ＰＡＧとする）が冷媒とともに封入されている。このＰＡＧは、高粘性の特性を有しており、圧縮要素２ｃ、２ｄ等の摺動部に対して良好な潤滑性を示すものであるが、冷媒に対する相溶性が低い、いわゆる難溶性の冷凍機油である。そして、この冷凍機油の大部分は、圧縮機２１のケーシング２１ａ内に溜まっているが、冷凍機油の一部は、圧縮機構２から冷媒に同伴して圧縮機構２（ここでは、ケーシング２１ａ）の外部に流出し、冷媒回路１０内を循環することになる。

熱源側熱交換器３は、圧縮機構２によって圧縮された冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器３は、その一端が第１高圧冷媒管３ａ及び吐出管２ｂを介して圧縮機構２に接続されており、その他端が第２高圧冷媒管３ｂ、エコノマイザ熱交換器１２（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）及び第３高圧冷媒管３ｃを介して膨張機構４に接続されている。ここで、第１高圧冷媒管３ａは、吐出管２ｂと放熱器としての熱源側熱交換器３の入口を接続する冷媒管である。また、第２高圧冷媒管３ｂは、放熱器としての熱源側熱交換器３の出口とエコノマイザ熱交換器１２の入口（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路の入口）とを接続する冷媒管である。尚、ここでは図示しないが、熱源側熱交換器３には、熱源側熱交換器３を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源として水や空気が供給されるようになっている。

膨張機構４は、放熱器としての熱源側熱交換器３から蒸発器としての利用側熱交換器５に送られる冷媒を減圧する機構であり、ここでは、膨張弁の一種である電動膨張弁が使用されている。膨張機構４は、その一端が第３高圧冷媒管３ｃ、エコノマイザ熱交換器１２（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）及び第２高圧冷媒管３ｂを介して熱源側熱交換器３に接続され、その他端が第１低圧冷媒管５ａを介して利用側熱交換器５に接続されている。この膨張機構４は、放熱器としての熱源側熱交換器３及びエコノマイザ熱交換器１２（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）において冷却された高圧の冷媒を蒸発器としての利用側熱交換器５に送る前に冷凍サイクルにおける低圧付近まで減圧する。ここで、第１低圧冷媒管５ａは、膨張機構４と蒸発器としての利用側熱交換器５の入口とを接続する冷媒管である。

利用側熱交換器５は、放熱器としての熱源側熱交換器３によって放熱された冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器５は、その一端が第１低圧冷媒管５ａを介して膨張機構４に接続されており、その他端が第２低圧冷媒管５ｂ及び吸入管２ａを介して圧縮機構２に接続されている。ここで、第２低圧冷媒管５ｂは、蒸発器としての利用側熱交換器５の出口と吸入管２ａとを接続する冷媒管である。尚、ここでは図示しないが、利用側熱交換器５には、利用側熱交換器５を流れる冷媒と熱交換を行う加熱源としての水や空気が供給されるようになっている。

インジェクション管１１は、放熱器としての熱源側熱交換器３から蒸発器としての利用側熱交換器５に送られる冷媒を分岐して後段側の圧縮要素２ｄに戻す戻し管として機能する冷媒管である。ここで、インジェクション管１１は、放熱器としての熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒を分岐するように設けられている。より具体的には、インジェクション管１１は、エコノマイザ熱交換器１２（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）の上流側の位置（ここでは、第２高圧冷媒管３ｂ）から冷媒を分岐して中間冷媒管６に戻すように設けられている。インジェクション管１１は、第２高圧冷媒管３ｂとエコノマイザ熱交換器１２の入口（第２高圧冷媒管３ｂから分岐された冷媒側の流路の入口）とを接続する第１管１１ａと、エコノマイザ熱交換器１２の出口（第２高圧冷媒管３ｂから分岐された冷媒側の流路の出口）と中間冷媒管６とを接続する第２管１１ｂとを有している。そして、このインジェクション管１１の第１管１１ａには、開度制御が可能な戻し弁として機能するインジェクション弁１１ｃが設けられており、ここでは、膨張弁の一種である電動膨張弁が使用されている。このインジェクション弁１１ｃは、第２高圧冷媒管３ｂからインジェクション管１１に分岐された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒をエコノマイザ熱交換器１２（第２高圧冷媒管３ｂから分岐された冷媒側の流路）に送る前に冷凍サイクルにおける中間圧付近まで減圧する。

エコノマイザ熱交換器１２は、放熱器としての熱源側熱交換器３から蒸発器としての利用側熱交換器５に送られる冷媒と戻し管としてのインジェクション管１１を流れる冷媒（より具体的には、戻し弁としてのインジェクション弁１１ｃにおいて冷凍サイクルにおける中間圧付近まで減圧された後の冷媒）との熱交換を行う冷却器として機能する熱交換器である。ここで、エコノマイザ熱交換器１２は、放熱器としての熱源側熱交換器３と膨張機構４との間（ここでは、第２高圧冷媒管３ｂ及び第３高圧冷媒管３ｃ）を流れる冷媒とインジェクション管１１を流れる冷媒との熱交換を行うように設けられている。すなわち、エコノマイザ熱交換器１２は、熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路と、インジェクション管１１を流れる冷媒側の流路とを有しており、両流路間で冷媒の熱交換を行うようになっている。また、ここでは、インジェクション管１１は、第２高圧冷媒管３ｂから分岐されている。このため、放熱器としての熱源側熱交換器３において冷却された冷媒は、エコノマイザ熱交換器１２を通過する前に、インジェクション管１１に分岐され、エコノマイザ熱交換器１２において、インジェクション管１１を流れる冷媒と熱交換を行うことになる。

（２）エコノマイザ熱交換器の構成
ここでは、上記のエコノマイザ熱交換器１２として、図２〜図５に示すような、金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材２１を有する熱交換器を採用している。ここで、図２は、エコノマイザ熱交換器１２の概略斜視図であり、図３は、管部材２１の横断面図であり、図４は、接続部材３１、３２及び管部材２１の縦断面図であり、図５は、図４のＡ部の拡大図である。

エコノマイザ熱交換器１２は、上記のように、主として、管部材２１を有している。

管部材２１は、内側流路２２と、内側流路２２の周囲に配置された複数（ここでは、１２個）の外側流路２３とを有する略円管状の部材である。ここでは、管部材２１は、その全長が約１ｍ〜数ｍ程度であり、コイル状に巻かれた状態となっている。尚、管部材２１は、直管状態やヘアピン状に折り曲げた状態であってもよい。また、管部材２１の素材としては、アルミニウム又はアルミニウム合金が使用されている。

内側流路２２は、管部材２１の中心軸Ｏ方向（以下、単に軸方向とする）にわたって形成された孔である。内側流路２２は、管部材２１の横断面視において、管部材２１の軸方向中心に対して同心的に配置されている。ここで、内側流路２２の孔形状は、管部材２１の横断面視において、略円形である。また、内側流路２２の内径は、約４ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。

外側流路２３は、内側流路２２と同様、管部材２１の軸方向にわたって形成された孔である。外側流路２３は、管部材２１の横断面視において、内側流路２２の外周側でかつ管部材２１の周方向に略等間隔に並ぶように配置されている。ここで、外側流路２３の孔形状は、管部材２１の横断面視において、外周側に向かうにつれて周方向幅が大きくなるような略四角形である。また、外側流路２３の径方向又は周方向のサイズは、約１ｍｍ〜８ｍｍ程度である。

そして、外側流路２３の内面のうち内側流路２２に近い内周側面２３ａと対向する外周側面２３ｂには、油引き込み部２４が形成されている。ここで、内周側面２３ａとは、外側流路２３を径方向外周側の部分と径方向内周側の部分とに分けた場合において、径方向内周側の部分を形成している内面である。また、外周側面２３ｂとは、外側流路２３を径方向外周側の部分と径方向内周側の部分とに分けた場合において、径方向外周側の部分を形成している内面である。そして、油引き込み部２４は、管部材２１の横断面視において、少なくとも２辺で囲まれた角部を含む空間である。より具体的には、油引き込み部２４は、外側流路２３の外周側面２３ｂに形成された溝部２４ａ〜２４ｅである。すなわち、溝部２４ａは、管部材２１の横断面視において、外周側面２３ｂの周方向の端面をなす辺２５ａと、辺２５ａと周方向に隣り合う辺２５ｂとに囲まれる角部である。溝部２４ｂは、管部材２１の横断面視において、辺２５ｂと周方向に隣り合う辺２５ｃと、辺２５ｃと周方向に隣り合う辺２５ｄと、辺２５ｄと周方向に隣り合う辺２５ｅとに囲まれる角部である。溝部２４ｃは、管部材２１の横断面視において、辺２５ｅと周方向に隣り合う辺２５ｆと、辺２５ｆと周方向に隣り合う辺２５ｇと、辺２５ｇと周方向に隣り合う辺２５ｈとに囲まれる角部である。溝部２４ｄは、管部材２１の横断面視において、辺２５ｈと周方向に隣り合う辺２５ｉと、辺２５ｉと周方向に隣り合う辺２５ｊと、辺２５ｊと周方向に隣り合う辺２５ｋとに囲まれる角部である。溝部２４ｅは、管部材２１の横断面視において、辺２５ｋと周方向に隣り合う辺２５ｌと、外周側面２３ｂの周方向の端面をなす辺２５ｍ（辺２５ａの対辺）とに囲まれる角部である。これらの溝部２４ａ〜２４ｅがなす角部の半径Ｒ１〜Ｒ８は、０．２ｍｍ未満となっている。尚、外側流路２３の内面のうち内側流路２２に近い内周側面２３ａについても角部２６ａ、２６ｂが形成されている。より具体的には、角部２６ａは、管部材２１の横断面視において、内周側面２３ａの周方向の端面をなす辺２５ａと、辺２５ａと周方向に隣り合う辺２５ｎとに囲まれる角部である。角部２６ｂは、管部材２１の横断面視において、辺２５ｎと、内周側面２３ａの周方向の端面をなす辺２５ｍ（辺２５ａの対辺）とに囲まれる角部である。しかし、これらの角部２６ａ、２６ｂは、外周側面２３ｂに形成された油引き込み部２４を形成する角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）とは異なり、半径ｒ１、ｒ２が０．２ｍｍ以上となっている。

また、管部材２１の内側流路２２を形成する部分は、外側流路２３を形成する部分よりも軸方向両端側に突出している。そして、管部材２１の軸方向両端には、接続部材３１、３２が設けられている。接続部材３１、３２は、主として、キャップ３３と、ノズル３４とを有している。キャップ３３は、複数の外側流路２３を流れる流体を合流させるため、又は、複数の外側流路２３へ流体を分岐させるための空間Ｓを形成するための部材である。キャップ３３は、筒状の部材であり、その一端が管部材２１の軸方向端の外周部に嵌合しており、その他端に管部材２１の内側流路２２を形成する部分の軸方向端部２１ａが管部材２１の軸方向に向かって貫通する第１貫通孔３３ａが形成されている。そして、管部材２１の軸方向端部２１ａは、内側流路２２を流れる流体の入口又は出口を構成している。また、キャップ３３には、管部材２１の軸方向に交差する方向に向かって貫通する第２貫通孔３３ｂが形成されており、ノズル３４が挿入されている。ノズル３４は、両端が開口した筒状の部材であり、外側流路２３を流れる流体の入口又は出口を構成している。

そして、ここでは、管部材２１の軸方向両端部２１ａにインジェクション管１１の第１管１１ａ及び第２管１１ｂを接続し、接続部材３１、３２の両ノズル３４に第２高圧冷媒管３ｂ及び第３高圧冷媒管３ｃを接続するようにしている。これにより、このエコノマイザ熱交換器１２では、内側流路２２を流れる流体がインジェクション管１１を流れる冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒となり、外側流路２３を流れる流体が放熱器としての熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒となっている。

このように、このエコノマイザ熱交換器１２では、内側流路２２と外側流路２３とが金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材２１を使用しているため、低コストでかつコンパクトなものとなっている。

（３）空気調和装置の動作、及び、エコノマイザ熱交換器の特徴
次に、上記の空気調和装置１の動作である冷房運転について、図１〜図５を用いて説明する。

冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管２ａから圧縮機構２に吸入される。この圧縮機構２に吸入された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、圧縮要素２ｃによって冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮された後に、中間冷媒管６に吐出される。この前段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、インジェクション管１１から後段側の圧縮要素２ｄに戻される冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒と合流することで冷却される（以下、中間圧インジェクションとする）。このインジェクション管１１から戻る冷媒と合流した冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｃの後段側に接続された圧縮要素２ｄに吸入される。この圧縮要素２ｄに吸入された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、圧縮要素２ｄによってさらに圧縮されて、圧縮機構２から吐出管２ｂに吐出される。ここで、圧縮機構２から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、圧縮要素２ｃ、２ｄによる二段圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力を超える圧力まで圧縮されている。そして、この圧縮機構２から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第１高圧冷媒管３ａを通じて冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器３に送られる。この熱源側熱交換器３に送られた高圧の冷媒は、熱源側熱交換器３によって冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される。この熱源側熱交換器３において冷却された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、その一部が第２高圧冷媒管３ｂにおいて、戻し管としてのインジェクション管１１に分岐される。そして、インジェクション管１１を流れる冷媒は、戻し弁としてのインジェクション弁１１ｃにおいて冷凍サイクルにおける中間圧付近まで減圧された後に、冷却器としてのエコノマイザ熱交換器１２の内側流路２２に送られる。また、インジェクション管１１に分岐された後の（すなわち、第２高圧冷媒管３ｂを流れる）冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、エコノマイザ熱交換器１２の外側流路２３に流入し、内側流路２２を流れる冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒と熱交換を行って冷却される。一方、インジェクション管１１を流れる冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、外側流路２３を流れる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて、上述のように、前段側の圧縮要素２ｃから吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒に合流することになる。そして、エコノマイザ熱交換器１２の外側流路２３において冷却された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第３高圧冷媒管３ｃを通じて膨張機構４に送られる。膨張機構４に送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、膨張機構４によって減圧されて、冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒となり、第１低圧冷媒管５ａを通じて冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器５に送られる。そして、この利用側熱交換器５に送られた冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒は、利用側熱交換器５によって加熱源としての水や空気と熱交換を行って加熱されて蒸発する。そして、この利用側熱交換器５において加熱され蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第２低圧冷媒管５ｂ及び吸入管２ａを通じて再び圧縮機構２に吸入される。このようにして、空気調和装置１の冷房運転が行われる。

このように、空気調和装置１では、エコノマイザ熱交換器１２及びインジェクション管１１を用いた中間圧インジェクションを採用しているため、外部への放熱を行うことなく、後段側の圧縮要素２ｄに吸入される冷媒の温度を低く抑えることができ、また、利用側熱交換器５に送られる冷媒を冷却することができる。これにより、エコノマイザ熱交換器１２及びインジェクション管１１による中間圧インジェクションを採用しない場合に比べて、圧縮機構２から吐出される冷媒の温度が低く抑えられ、また、利用側熱交換器５に送られる冷媒の単位流量当たりの冷房能力が高められるため、圧縮機構２の消費動力を減らし、空気調和装置１の運転効率や冷房能力を向上させることができる。

ところで、空気調和装置１では、圧縮機構２内に溜まっている冷凍機油の一部が、冷媒とともに圧縮機構２の外部に流出して、冷媒回路１０内を循環することになる。このため、エコノマイザ熱交換器１２の内側流路２２や外側流路２３にも、冷凍機油が混入した冷媒が流れることになる。ここで、この冷凍機油は冷媒に難溶であるため、仮に、外側流路２３を流れる冷媒に混入する冷凍機油が外側流路２３の内面のうち内側流路２２に近い内周側面２３ａに付着すると、冷凍機油だけが外側流路２３の内周側面２３ａに付着した状態が維持されやすい。このため、外側流路２３を流れる冷媒の伝熱性能の低下が生じて、エコノマイザ熱交換器１２の熱交換効率が低下し、これにより、エコノマイザ熱交換器１２及びインジェクション管１１を用いた中間圧インジェクションも十分に行えなくなり、空気調和装置１の運転効率や冷房能力を向上させにくくなる。

しかし、このエコノマイザ熱交換器１２では、外側流路２３の内面のうち内側流路２２に近い内周側面２３ａと対向する外周側面２３ｂに油引き込み部２４が形成されているため、油引き込み部２４によって外側流路２３の外周側面２３ｂに冷凍機油を引き込んで捕捉することができるようになっている。

これにより、このエコノマイザ熱交換器１２では、内側流路２２との熱交換を行う内周側面２３ａに冷凍機油が付着しにくくすることができ、冷凍機油の混入による外側流路２３の伝熱性能の低下を抑えることができるため、熱交換効率の低下を抑えることができ、その結果、エコノマイザ熱交換器１２及びインジェクション管１１を用いた中間圧インジェクションを十分に行うことができ、空気調和装置１の運転効率や冷房能力を向上させやすくなっている。しかも、このエコノマイザ熱交換器１２では、冷凍機油を外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉することによって外側流路２３の外周側面２３ｂに断熱層を形成するため、外側流路２３を流れる冷媒の熱が外側流路２３の外周側面２３ｂを通じて熱ロスとなって失われてしまうことを抑えることができる。

また、このエコノマイザ熱交換器１２では、油引き込み部２４が少なくとも２辺で囲まれた角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）を含む空間であるため、冷凍機油を外側流路２３の外周側面２３ｂに引き込みやすく、また、冷凍機油が外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態を維持しやすくできる。しかも、このエコノマイザ熱交換器１２では、角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）の半径Ｒ１〜Ｒ８が０．２ｍｍ未満であるため、冷凍機油を油引き込み部２４にさらに引き込みやすく、また、外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

尚、このエコノマイザ熱交換器１２では、外側流路２３の内周側面２３ａにも角部２６ａ、２６ｂが形成されているが、これらの角部２６ａ、２６ｂの半径ｒ１、ｒ２が０．２ｍｍ以上であり、外側流路２３の外周側面２３ｂに形成された角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）よりも半径が大きいため、冷凍機油を外側流路２３の内周側面２３ａに引き込みにくく、しかも、外側流路２３の内周側面２３ａに冷凍機油が付着しにくくなっている。

（４）変形例１
上記の空気調和装置１（図１参照）に設けられたエコノマイザ熱交換器１２（図２〜図５参照）では、外側流路２３が管部材２１の周方向にねじれなく軸方向に真っ直ぐに延びているが、例えば、管部材２１を管部材２１の周方向にねじる加工を施すことによって、外側流路２３が管部材２１の周方向にねじれながら軸方向に延びるようにしてもよい。すなわち、外側流路２３が内側流路２２の周囲を旋回しながら管部材２１の軸方向に延びるようにしてもよい。

このエコノマイザ熱交換器１２においては、外側流路２３を流れる冷凍機油に遠心力が作用して、冷凍機油が外周側面２３ｂ寄りに移動するため、外側流路２３の内周側面２３ａに冷凍機油がさらに付着しにくくなり、これによって、冷凍機油が油引き込み部２４に引き込まれることを促進することができ、また、冷凍機油が外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

（５）変形例２
上記の空気調和装置１（図１参照）では、インジェクション管１１が熱源側熱交換器３とエコノマイザ熱交換器１２とを接続する第２高圧冷媒管３ｂ（すなわち、エコノマイザ熱交換器１２の上流側の位置）から分岐されているが、図６に示すように、インジェクション管１１がエコノマイザ熱交換器１２と膨張機構４とを接続する第３高圧冷媒管３ｃ（すなわち、エコノマイザ熱交換器１２の下流側の位置）から分岐されていてもよい。

この場合においても、上記のエコノマイザ熱交換器１２及びそれを備えた空気調和装置１と同様の作用効果を得ることができる。

（６）変形例３
上記の空気調和装置１（図１、図６参照）に設けられたエコノマイザ熱交換器１２（図２〜図５参照）では、内側流路２２を流れる流体がインジェクション管１１を流れる冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒となり、外側流路２３を流れる流体が放熱器としての熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒となっているが、内側流路２２を流れる流体が放熱器としての熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒となり、外側流路２３を流れる流体がインジェクション管１１を流れる冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒となっていてもよい。

この場合においても、エコノマイザ熱交換器１２の外側流路２３を流れる冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒に冷凍機油が混入することになるため、上記のエコノマイザ熱交換器１２及びそれを備えた空気調和装置１と同様の作用効果を得ることができる。

（７）変形例４
上記の空気調和装置１（図１、図６参照）に設けられたエコノマイザ熱交換器１２（図２〜図５参照）では、油引き込み部２４として溝部２４ａ〜２４ｅが設けられているが、これに代えて、図７及び図８に示すような、管部材２１の横断面視において、外周側面２３ｂに形成された２つの角部２４ｆ、２４ｇを油引き込み部２４としてもよい。ここで、角部２４ｆは、管部材２１の横断面視において、外周側面２３ｂの周方向の端面をなす辺２５ａと、辺２５ａと周方向に隣り合う辺２５ｏとに囲まれる角部である。角部２４ｇは、管部材２１の横断面視において、辺２５ｏと、外周側面２３ｂの周方向の端面をなす辺２５ｍ（辺２５ａの対辺）とに囲まれる角部である。そして、これらの角部２４ｆ、２４ｇがなす半径Ｒ９、Ｒ１０は、溝部２４ａ〜２４ｅと同様、０．２ｍｍ未満である。また、内周側面２３ａに形成された２つの角部２６ａ、２６ｂは、角部２４ｆ、２４ｇとは異なり、半径ｒ１、ｒ２が０．２ｍｍ以上である。

この場合においても、角部２４ｆ、２４ｇが上記の溝部２４ａ〜２４ｅと同様の機能を果たすため、上記のエコノマイザ熱交換器１２及びそれを備えた空気調和装置１と同様の作用効果を得ることができる。

＜第２実施形態＞
（１）空気調和装置の全体構成
図９は、本発明にかかる冷凍装置の第２実施形態としての空気調和装置１０１の概略構成図である。空気調和装置１０１は、冷房運転が可能となるように構成された冷媒回路１１０を有している。そして、この冷媒回路１１０には、第１実施形態の空気調和装置１と同様に、超臨界域で作動する冷媒（ここでは、二酸化炭素）が封入されているが、第１実施形態の空気調和装置１とは異なり、単段圧縮式冷凍サイクルが行われるようになっている。

空気調和装置１０１の冷媒回路１１０は、主として、圧縮機構１０２と、熱源側熱交換器３と、膨張機構４と、利用側熱交換器５と、吸入戻し管１３と、過冷却熱交換器１４とを有している。尚、圧縮機構１０２、吸入戻し管１３及び過冷却熱交換器１４を除く構成は、第１実施形態の空気調和装置１と同様であるため、ここでは、第１実施形態の空気調和装置１と同じ符号を付するものとする。

圧縮機構１０２は、ここでは、圧縮機１２１から構成されている。圧縮機１２１は、ケーシング１２１ａ内に、圧縮機駆動モータ１２１ｂと、駆動軸１２１ｃと、圧縮要素１０２ｃとが収容された密閉式構造となっている。圧縮機駆動モータ１２１ｂは、駆動軸１２１ｃに連結されている。そして、この駆動軸１２１ｃは、圧縮要素１０２ｃに連結されている。すなわち、圧縮機１２１は、１つの圧縮要素１０２ｃが圧縮機駆動モータ１２１ｂによって回転駆動される、いわゆる単段圧縮構造となっている。圧縮要素１０２ｃは、例えば、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素である。そして、圧縮機１２１は、吸入管２ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素１０２ｃによって圧縮した後に吐出管２ｂに吐出するように構成されている。ここで、吐出管２ｂは、圧縮機構１０２の圧縮要素１０２ｃから吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を放熱器としての熱源側熱交換器３に送るための冷媒管である。また、吸入管２ａは、蒸発器としての利用側熱交換器５から戻る冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を圧縮機構１０２の圧縮要素１０２ｃに送るための冷媒管である。

また、冷媒回路１１０には、圧縮機構１０２（ここでは、圧縮機１２１）の圧縮要素１０２ｃ等の摺動部を潤滑するための冷凍機油として、ポリアルキレングリコール（以下、ＰＡＧとする）が冷媒とともに封入されている。このＰＡＧは、高粘性の特性を有しており、圧縮要素１０２ｃ等の摺動部に対して良好な潤滑性を示すものであるが、冷媒に対する相溶性が低い、いわゆる難溶性の冷凍機油である。そして、この冷凍機油の大部分は、圧縮機１２１のケーシング１２１ａ内に溜まっているが、冷凍機油の一部は、圧縮機構１０２から冷媒に同伴して圧縮機構１０２（ここでは、ケーシング１２１ａ）の外部に流出し、冷媒回路１１０内を循環することになる。

熱源側熱交換器３は、圧縮機構１０２によって圧縮された冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器３は、その一端が第１高圧冷媒管３ａ及び吐出管２ｂを介して圧縮機構１０２に接続されており、その他端が第２高圧冷媒管３ｂ、過冷却熱交換器１４（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）及び第３高圧冷媒管３ｃを介して膨張機構４に接続されている。ここで、第１高圧冷媒管３ａは、吐出管２ｂと放熱器としての熱源側熱交換器３の入口を接続する冷媒管である。また、第２高圧冷媒管３ｂは、放熱器としての熱源側熱交換器３の出口と過冷却熱交換器１４の入口（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路の入口）とを接続する冷媒管である。尚、ここでは図示しないが、熱源側熱交換器３には、熱源側熱交換器３を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源として水や空気が供給されるようになっている。

膨張機構４は、放熱器としての熱源側熱交換器３から蒸発器としての利用側熱交換器５に送られる冷媒を減圧する機構であり、ここでは、膨張弁の一種である電動膨張弁が使用されている。膨張機構４は、その一端が第３高圧冷媒管３ｃ、過冷却熱交換器１４（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）及び第２高圧冷媒管３ｂを介して熱源側熱交換器３に接続され、その他端が第１低圧冷媒管５ａを介して利用側熱交換器５に接続されている。この膨張機構４は、放熱器としての熱源側熱交換器３及び過冷却熱交換器１４（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）において冷却された高圧の冷媒を蒸発器としての利用側熱交換器５に送る前に冷凍サイクルにおける低圧付近まで減圧する。ここで、第１低圧冷媒管５ａは、膨張機構４と蒸発器としての利用側熱交換器５の入口とを接続する冷媒管である。

利用側熱交換器５は、放熱器としての熱源側熱交換器３によって放熱された冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器５は、その一端が第１低圧冷媒管５ａを介して膨張機構４に接続されており、その他端が第２低圧冷媒管５ｂ及び吸入管２ａを介して圧縮機構１０２に接続されている。ここで、第２低圧冷媒管５ｂは、蒸発器としての利用側熱交換器５の出口と吸入管２ａとを接続する冷媒管である。尚、ここでは図示しないが、利用側熱交換器５には、利用側熱交換器５を流れる冷媒と熱交換を行う加熱源としての水や空気が供給されるようになっている。

吸入戻し管１３は、放熱器としての熱源側熱交換器３から蒸発器としての利用側熱交換器５に送られる冷媒を分岐して圧縮機構１０２に戻す戻し管として機能する冷媒管である。ここで、吸入戻し管１３は、放熱器としての熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒を分岐するように設けられている。より具体的には、吸入戻し管１３は、過冷却熱交換器１４（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）の上流側の位置（ここでは、第２高圧冷媒管３ｂ）から冷媒を分岐して吸入管２ａに戻すように設けられている。吸入戻し管１３は、第２高圧冷媒管３ｂと過冷却熱交換器１４の入口（第２高圧冷媒管３ｂから分岐された冷媒側の流路の入口）とを接続する第１管１３ａと、過冷却熱交換器１４の出口（第２高圧冷媒管３ｂから分岐された冷媒側の流路の出口）と吸入管２ｂ又は第２低圧冷媒管５ｂとを接続する第２管１３ｂとを有している。そして、この吸入戻し管１３の第１管１３ａには、開度制御が可能な戻し弁として機能する吸入戻し弁１３ｃが設けられており、ここでは、膨張弁の一種である電動膨張弁が使用されている。この吸入戻し弁１３ｃは、第２高圧冷媒管３ｂから吸入戻し管１３に分岐された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を過冷却熱交換器１４（第２高圧冷媒管３ｂから分岐された冷媒側の流路）に送る前に冷凍サイクルにおける低圧付近まで減圧する。

過冷却熱交換器１４は、放熱器としての熱源側熱交換器３から蒸発器としての利用側熱交換器５に送られる冷媒と戻し管としての吸入戻し管１３を流れる冷媒（より具体的には、戻し弁としての吸入戻し弁１３ｃにおいて冷凍サイクルにおける低圧付近まで減圧された後の冷媒）との熱交換を行う冷却器として機能する熱交換器である。ここで、過冷却熱交換器１４は、放熱器としての熱源側熱交換器３と膨張機構４との間（ここでは、第２高圧冷媒管３ｂ及び第３高圧冷媒管３ｃ）を流れる冷媒と吸入戻し管１３を流れる冷媒との熱交換を行うように設けられている。すなわち、過冷却熱交換器１４は、熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路と、吸入戻し管１３を流れる冷媒側の流路とを有しており、両流路間で冷媒の熱交換を行うようになっている。また、ここでは、吸入戻し管１３は、第２高圧冷媒管３ｂから分岐されている。このため、放熱器としての熱源側熱交換器３において冷却された冷媒は、過冷却熱交換器１４を通過する前に、吸入戻し管１３に分岐され、過冷却熱交換器１４において、吸入戻し管１３を流れる冷媒と熱交換を行うことになる。

（２）過冷却熱交換器の構成
ここでは、上記の過冷却熱交換器１４として、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同様に、図２〜図５に示すような、金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材２１を有する熱交換器を採用している。このため、過冷却熱交換器１４の各部の構成については、ここでは、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同じ符号を付するものとする。

そして、ここでは、管部材２１の軸方向両端部２１ａに吸入戻し管１３の第１管１３ａ及び第２管１３ｂを接続し、接続部材３１、３２の両ノズル３４に第２高圧冷媒管３ｂ及び第３高圧冷媒管３ｃを接続するようにしている。これにより、この過冷却熱交換器１４では、内側流路２２を流れる流体が吸入戻し管１３を流れる冷凍サイクルにおける低圧の冷媒となり、外側流路２３を流れる流体が放熱器としての熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒となっている。

このように、この過冷却熱交換器１４では、内側流路２２と外側流路２３とが金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材２１を使用しているため、低コストでかつコンパクトなものとなっている。

（３）空気調和装置の動作、及び、過冷却熱交換器の特徴
次に、上記の空気調和装置１０１の動作である冷房運転について、図９及び図２〜図５を用いて説明する。

冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管２ａから圧縮機構１０２に吸入される。この圧縮機構１０２に吸入された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、圧縮要素１０２ｃによって冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管２ｂに吐出される。ここで、圧縮機構１０２から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、圧縮要素１０２ｃによる圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力を超える圧力まで圧縮されている。そして、この圧縮機構１０２から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第１高圧冷媒管３ａを通じて冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器３に送られる。この熱源側熱交換器３に送られた高圧の冷媒は、熱源側熱交換器３によって冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される。この熱源側熱交換器３において冷却された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、その一部が第２高圧冷媒管３ｂにおいて、戻し管としての吸入戻し管１３に分岐される。そして、吸入戻し管１３を流れる冷媒は、戻し弁としての吸入戻し弁１３ｃにおいて冷凍サイクルにおける低圧付近まで減圧された後に、冷却器としての過冷却熱交換器１４の内側流路２２に送られる。また、吸入戻し管１３に分岐された後の（すなわち、第２高圧冷媒管３ｂを流れる）冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、過冷却熱交換器１４の外側流路２３に流入し、内側流路２２を流れる冷凍サイクルにおける低圧の冷媒と熱交換を行って冷却される。一方、吸入戻し管１３を流れる冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、外側流路２３を流れる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒と熱交換を行って加熱されて、圧縮機構１０２の吸入側の冷凍サイクルにおける低圧の冷媒に合流することになる。そして、過冷却熱交換器１４の外側流路２３において冷却された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第３高圧冷媒管３ｃを通じて膨張機構４に送られる。膨張機構４に送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、膨張機構４によって減圧されて、冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒となり、第１低圧冷媒管５ａを通じて冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器５に送られる。そして、この利用側熱交換器５に送られた冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒は、利用側熱交換器５によって加熱源としての水や空気と熱交換を行って加熱されて蒸発する。そして、この利用側熱交換器５において加熱され蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第２低圧冷媒管５ｂ又は吸入管２ａにおいて、吸入戻し管１３から圧縮機構１０２に戻される冷凍サイクルにおける低圧の冷媒と合流する。そして、この吸入戻し管１３から戻る冷媒と合流した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、再び圧縮機構２に吸入される。このようにして、空気調和装置１０１の冷房運転が行われる。

このように、空気調和装置１０１では、過冷却熱交換器１４及び吸入戻し管１３を用いて、熱源側熱交換器３において放熱した冷媒をさらに冷却した後に、利用側熱交換器５に送ることができる。これにより、過冷却熱交換器１４及び吸入戻し管１３を用いない場合に比べて、利用側熱交換器５に送られる冷媒の単位流量当たりの冷房能力が高められるため、空気調和装置１０１の冷房能力を向上させることができる。

ところで、空気調和装置１０１では、第１実施形態の空気調和装置１と同様に、圧縮機構１０２内に溜まっている冷凍機油の一部が、冷媒とともに圧縮機構１０２の外部に流出して、冷媒回路１１０内を循環することになる。このため、過冷却熱交換器１４の内側流路２２や外側流路２３にも、冷凍機油が混入した冷媒が流れることになる。ここで、仮に、外側流路２３を流れる冷媒に混入する冷凍機油が外側流路２３の内面のうち内側流路２２に近い内周側面２３ａに付着すると、外側流路２３を流れる冷媒の伝熱性能の低下を生じさせることになるため、過冷却熱交換器１４の熱交換効率が低下し、これにより、過冷却熱交換器１４及び吸入戻し管１３を用いて、熱源側熱交換器３において放熱した冷媒を十分に冷却することができなくなり、空気調和装置１０１の冷房能力も向上させにくくなる。

しかし、この過冷却熱交換器１４では、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同様に、外側流路２３の内面のうち内側流路２２に近い内周側面２３ａと対向する外周側面２３ｂに油引き込み部２４が形成されているため、油引き込み部２４によって外側流路２３の外周側面２３ｂに冷凍機油を引き込んで捕捉することができるようになっている。

これにより、この過冷却熱交換器１４では、内側流路２２との熱交換を行う内周側面２３ａに冷凍機油が付着しにくくすることができ、冷凍機油の混入による外側流路２３の伝熱性能の低下を抑えることができるため、熱交換効率の低下を抑えることができ、その結果、過冷却熱交換器１４及び吸入戻し管１３を用いて、熱源側熱交換器３において放熱した冷媒を十分に冷却することができ、空気調和装置１０１の冷房能力を向上させやすくなっている。しかも、この過冷却熱交換器１４では、冷凍機油を外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉することによって外側流路２３の外周側面２３ｂに断熱層を形成するため、外側流路２３を流れる冷媒の熱が外側流路２３の外周側面２３ｂを通じて熱ロスとなって失われてしまうことを抑えることができる。

また、この過冷却熱交換器１４では、油引き込み部２４が少なくとも２辺で囲まれた角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）を含む空間であるため、冷凍機油を外側流路２３の外周側面２３ｂに引き込みやすく、また、冷凍機油が外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態を維持しやすくできる。しかも、この過冷却熱交換器１４では、角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）の半径Ｒ１〜Ｒ８が０．２ｍｍ未満であるため、冷凍機油を油引き込み部２４にさらに引き込みやすく、また、外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

尚、この過冷却熱交換器１４では、外側流路２３の内周側面２３ａにも角部２６ａ、２６ｂが形成されているが、これらの角部２６ａ、２６ｂの半径ｒ１、ｒ２が０．２ｍｍ以上であり、外側流路２３の外周側面２３ｂに形成された角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）よりも半径が大きいため、冷凍機油を外側流路２３の内周側面２３ａに引き込みにくく、しかも、外側流路２３の内周側面２３ａに冷凍機油が付着しにくくなっている。

（４）変形例１
上記の空気調和装置１０１（図９参照）に設けられた過冷却熱交換器１４（図２〜図５参照）では、外側流路２３が管部材２１の周方向にねじれなく軸方向に真っ直ぐに延びているが、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同様に、例えば、管部材２１を管部材２１の周方向にねじる加工を施すことによって、外側流路２３が管部材２１の周方向にねじれながら軸方向に延びるようにしてもよい。すなわち、外側流路２３が内側流路２２の周囲を旋回しながら管部材２１の軸方向に延びるようにしてもよい。

この過冷却熱交換器１４においては、外側流路２３を流れる冷凍機油に遠心力が作用して、冷凍機油が外周側面２３ｂ寄りに移動するため、外側流路２３の内周側面２３ａに冷凍機油がさらに付着しにくくなり、これによって、冷凍機油が油引き込み部２４に引き込まれることを促進することができ、また、冷凍機油が外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

（５）変形例２
上記の空気調和装置１０１（図９参照）では、吸入戻し管１３が熱源側熱交換器３と過冷却熱交換器１４とを接続する第２高圧冷媒管３ｂ（すなわち、過冷却熱交換器１４の上流側の位置）から分岐されているが、図１０に示すように、吸入戻し管１３が過冷却熱交換器１４と膨張機構４とを接続する第３高圧冷媒管３ｃ（すなわち、過冷却熱交換器１４の下流側の位置）から分岐されていてもよい。

この場合においても、上記の過冷却熱交換器１４及びそれを備えた空気調和装置１０１と同様の作用効果を得ることができる。

（６）変形例３
上記の空気調和装置１０１（図９、図１０参照）に設けられた過冷却熱交換器１４（図２〜図５参照）では、内側流路２２を流れる流体が吸入戻し管１３を流れる冷凍サイクルにおける低圧の冷媒となり、外側流路２３を流れる流体が放熱器としての熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒となっているが、内側流路２２を流れる流体が放熱器としての熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒となり、外側流路２３を流れる流体が吸入戻し管１３を流れる冷凍サイクルにおける低圧の冷媒となっていてもよい。

この場合においても、過冷却熱交換器１４の外側流路２３を流れる冷凍サイクルにおける低圧の冷媒に冷凍機油が混入することになるため、上記の過冷却熱交換器１４及びそれを備えた空気調和装置１０１と同様の作用効果を得ることができる。

（７）変形例４
上記の空気調和装置１０１（図９、図１０参照）に設けられた過冷却熱交換器１４（図２〜図５参照）では、油引き込み部２４として溝部２４ａ〜２４ｅが設けられているが、これに代えて、第１実施形態におけるエコノマイザ熱交換器１２と同様に、図７及び図８に示すような、管部材２１の横断面視において、外周側面２３ｂに形成された２つの角部２４ｆ、２４ｇを油引き込み部２４としてもよい。ここで、角部２４ｆは、管部材２１の横断面視において、外周側面２３ｂの周方向の端面をなす辺２５ａと、辺２５ａと周方向に隣り合う辺２５ｏとに囲まれる角部である。角部２４ｇは、管部材２１の横断面視において、辺２５ｏと、外周側面２３ｂの周方向の端面をなす辺２５ｍ（辺２５ａの対辺）とに囲まれる角部である。そして、これらの角部２４ｆ、２４ｇがなす半径Ｒ９、Ｒ１０は、溝部２４ａ〜２４ｅと同様、０．２ｍｍ未満である。また、内周側面２３ａに形成された２つの角部２６ａ、２６ｂは、角部２４ｆ、２４ｇとは異なり、半径ｒ１、ｒ２が０．２ｍｍ以上である。

この場合においても、角部２４ｆ、２４ｇが上記の溝部２４ａ〜２４ｅと同様の機能を果たすため、上記の過冷却熱交換器１４及びそれを備えた空気調和装置１０１と同様の作用効果を得ることができる。

＜第３実施形態＞
（１）空気調和装置の全体構成
図１１は、本発明にかかる冷凍装置の第３実施形態としての空気調和装置２０１の概略構成図である。空気調和装置２０１は、冷房運転が可能となるように構成された冷媒回路２１０を有している。そして、この冷媒回路２１０には、第１及び第２実施形態の空気調和装置１、１０１と同様に、超臨界域で作動する冷媒（ここでは、二酸化炭素）が封入されており、第２実施形態の空気調和装置１０１と同様に、単段圧縮式冷凍サイクルが行われるようになっている。

空気調和装置２０１の冷媒回路２１０は、主として、圧縮機構１０２と、熱源側熱交換器３と、膨張機構４と、利用側熱交換器５と、液ガス熱交換器１５とを有している。尚、液ガス熱交換器１５を除く構成は、第２実施形態の空気調和装置１０１と同様であるため、ここでは、第２実施形態の空気調和装置１０１と同じ符号を付するものとする。

熱源側熱交換器３は、圧縮機構１０２によって圧縮された冷媒の放熱器として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器３は、その一端が第１高圧冷媒管３ａ及び吐出管２ｂを介して圧縮機構１０２に接続されており、その他端が第２高圧冷媒管３ｂ、過冷却熱交換器１４（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）及び第３高圧冷媒管３ｃを介して膨張機構４に接続されている。ここで、第１高圧冷媒管３ａは、吐出管２ｂと放熱器としての熱源側熱交換器３の入口を接続する冷媒管である。また、第２高圧冷媒管３ｂは、放熱器としての熱源側熱交換器３の出口と液ガス熱交換器１５の入口（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路の入口）とを接続する冷媒管である。尚、ここでは図示しないが、熱源側熱交換器３には、熱源側熱交換器３を流れる冷媒と熱交換を行う冷却源として水や空気が供給されるようになっている。

膨張機構４は、放熱器としての熱源側熱交換器３から蒸発器としての利用側熱交換器５に送られる冷媒を減圧する機構であり、ここでは、膨張弁の一種である電動膨張弁が使用されている。膨張機構４は、その一端が第３高圧冷媒管３ｃ、過冷却熱交換器１４（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）及び第２高圧冷媒管３ｂを介して熱源側熱交換器３に接続され、その他端が第１低圧冷媒管５ａを介して利用側熱交換器５に接続されている。この膨張機構４は、放熱器としての熱源側熱交換器３及び液ガス熱交換器１５（熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）において冷却された高圧の冷媒を蒸発器としての利用側熱交換器５に送る前に冷凍サイクルにおける低圧付近まで減圧する。ここで、第１低圧冷媒管５ａは、膨張機構４と蒸発器としての利用側熱交換器５の入口とを接続する冷媒管である。

利用側熱交換器５は、放熱器としての熱源側熱交換器３によって放熱された冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器５は、その一端が第１低圧冷媒管５ａを介して膨張機構４に接続されており、その他端が第２低圧冷媒管５ｂ、液ガス熱交換器１５（利用側熱交換器５から圧縮機構１０２に送られる冷媒側の流路）及び吸入管２ａを介して圧縮機構１０２に接続されている。ここで、第２低圧冷媒管５ｂは、蒸発器としての利用側熱交換器５の出口と液ガス熱交換器１５の入口（利用側熱交換器５から圧縮機構１０２に送られる冷媒側の流路の入口）とを接続する冷媒管である。また、吸入管２ａは、液ガス熱交換器１５の出口（利用側熱交換器５から圧縮機構１０２に送られる冷媒側の流路の出口）と圧縮機構１０２とを接続する冷媒管である。尚、ここでは図示しないが、利用側熱交換器５には、利用側熱交換器５を流れる冷媒と熱交換を行う加熱源としての水や空気が供給されるようになっている。

液ガス熱交換器１５は、放熱器としての熱源側熱交換器３から蒸発器としての利用側熱交換器５に送られる冷媒と蒸発器としての利用側熱交換器５から圧縮機構１０２に送られる冷媒との熱交換を行う冷却器として機能する熱交換器である。ここで、液ガス熱交換器１５は、放熱器としての熱源側熱交換器３と膨張機構４との間（ここでは、第２高圧冷媒管３ｂ及び第３高圧冷媒管３ｃ）を流れる冷媒と蒸発器としての利用側熱交換器５と圧縮機構１０２との間（ここでは、第２低圧冷媒管５ｂ及び吸入管２ａ）を流れる冷媒との熱交換を行うように設けられている。すなわち、液ガス熱交換器１５は、熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒側の流路と、利用側熱交換器５から圧縮機構１０２に送られる冷媒側の流路とを有しており、両流路間で冷媒の熱交換を行うようになっている。

（２）液ガス熱交換器の構成
ここでは、上記の液ガス熱交換器１５として、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同様に、図２〜図５に示すような、金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材２１を有する熱交換器を採用している。このため、液ガス熱交換器１５の各部の構成については、ここでは、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同じ符号を付するものとする。

そして、ここでは、管部材２１の軸方向両端部２１ａに第２低圧冷媒管５ｂ及び吸入管２ａを接続し、接続部材３１、３２の両ノズル３４に第２高圧冷媒管３ｂ及び第３高圧冷媒管３ｃを接続するようにしている。これにより、この液ガス熱交換器１５では、内側流路２２を流れる流体が利用側熱交換器５から圧縮機構１０２に送られる冷凍サイクルにおける低圧の冷媒となり、外側流路２３を流れる流体が放熱器としての熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒となっている。

このように、この液ガス熱交換器１５では、内側流路２２と外側流路２３とが金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材２１を使用しているため、低コストでかつコンパクトなものとなっている。

（３）空気調和装置の動作、及び、液ガス熱交換器の特徴
次に、上記の空気調和装置２０１の動作である冷房運転について、図１１及び図２〜図５を用いて説明する。

冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管２ａから圧縮機構１０２に吸入される。この圧縮機構１０２に吸入された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、圧縮要素１０２ｃによって冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管２ｂに吐出される。ここで、圧縮機構１０２から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、圧縮要素１０２ｃによる圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力を超える圧力まで圧縮されている。そして、この圧縮機構１０２から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第１高圧冷媒管３ａを通じて冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器３に送られる。この熱源側熱交換器３に送られた高圧の冷媒は、熱源側熱交換器３によって冷却源としての水や空気と熱交換を行って冷却される。この熱源側熱交換器３において冷却された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第２高圧冷媒管３ｂを通じて、冷却器としての液ガス熱交換器１５の外側流路２３に流入し、内側流路２２を流れる冷凍サイクルにおける低圧の冷媒（ここでは、利用側熱交換器５から圧縮機構１０２に送られる冷媒）と熱交換を行って冷却される。そして、液ガス熱交換器１５の外側流路２３において冷却された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第３高圧冷媒管３ｃを通じて膨張機構４に送られる。膨張機構４に送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、膨張機構４によって減圧されて、冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒となり、第１低圧冷媒管５ａを通じて冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器５に送られる。そして、この利用側熱交換器５に送られた冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒は、利用側熱交換器５によって加熱源としての水や空気と熱交換を行って加熱されて蒸発する。そして、この利用側熱交換器５において加熱され蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第２低圧冷媒管５ｂを通じて、液ガス熱交換器１５の内側流路２２に流入し、外側流路２３を流れる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒（ここでは、熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷媒）と熱交換を行って加熱される。そして、液ガス熱交換器１５の内側流路２２において加熱された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管２ａを通じて再び圧縮機構２に吸入される。このようにして、空気調和装置２０１の冷房運転が行われる。

このように、空気調和装置２０１では、液ガス熱交換器１５を用いて、熱源側熱交換器３において放熱した冷媒をさらに冷却した後に、利用側熱交換器５に送ることができる。これにより、液ガス熱交換器１５を用いない場合に比べて、利用側熱交換器５に送られる冷媒の単位流量当たりの冷房能力が高められるため、空気調和装置２０１の冷房能力を向上させることができる。

ところで、空気調和装置２０１では、第１実施形態の空気調和装置１と同様に、圧縮機構１０２内に溜まっている冷凍機油の一部が、冷媒とともに圧縮機構１０２の外部に流出して、冷媒回路２１０内を循環することになる。このため、過冷却熱交換器１４の内側流路２２や外側流路２３にも、冷凍機油が混入した冷媒が流れることになる。ここで、仮に、外側流路２３を流れる冷媒に混入する冷凍機油が外側流路２３の内面のうち内側流路２２に近い内周側面２３ａに付着すると、外側流路２３を流れる冷媒の伝熱性能の低下を生じさせることになるため、液ガス熱交換器１５の熱交換効率が低下し、これにより、液ガス熱交換器１５を用いて、熱源側熱交換器３において放熱した冷媒を十分に冷却することができなくなり、空気調和装置２０１の冷房能力も向上させにくくなる。

しかし、この液ガス熱交換器１５では、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同様に、外側流路２３の内面のうち内側流路２２に近い内周側面２３ａと対向する外周側面２３ｂに油引き込み部２４が形成されているため、油引き込み部２４によって外側流路２３の外周側面２３ｂに冷凍機油を引き込んで捕捉することができるようになっている。

これにより、この液ガス熱交換器１５では、内側流路２２との熱交換を行う内周側面２３ａに冷凍機油が付着しにくくすることができ、冷凍機油の混入による外側流路２３の伝熱性能の低下を抑えることができるため、熱交換効率の低下を抑えることができ、その結果、液ガス熱交換器１５を用いて、熱源側熱交換器３において放熱した冷媒を十分に冷却することができ、空気調和装置２０１の冷房能力を向上させやすくなっている。しかも、この液ガス熱交換器１５では、冷凍機油を外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉することによって外側流路２３の外周側面２３ｂに断熱層を形成するため、外側流路２３を流れる冷媒の熱が外側流路２３の外周側面２３ｂを通じて熱ロスとなって失われてしまうことを抑えることができる。

また、この液ガス熱交換器１５では、油引き込み部２４が少なくとも２辺で囲まれた角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）を含む空間であるため、冷凍機油を外側流路２３の外周側面２３ｂに引き込みやすく、また、冷凍機油が外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態を維持しやすくできる。しかも、この過冷却熱交換器１４では、角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）の半径Ｒ１〜Ｒ８が０．２ｍｍ未満であるため、冷凍機油を油引き込み部２４にさらに引き込みやすく、また、外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

尚、この液ガス熱交換器１５では、外側流路２３の内周側面２３ａにも角部２６ａ、２６ｂが形成されているが、これらの角部２６ａ、２６ｂの半径ｒ１、ｒ２が０．２ｍｍ以上であり、外側流路２３の外周側面２３ｂに形成された角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）よりも半径が大きいため、冷凍機油を外側流路２３の内周側面２３ａに引き込みにくく、しかも、外側流路２３の内周側面２３ａに冷凍機油が付着しにくくなっている。

（４）変形例１
上記の空気調和装置２０１（図１１参照）に設けられた液ガス熱交換器１５（図２〜図５参照）では、外側流路２３が管部材２１の周方向にねじれなく軸方向に真っ直ぐに延びているが、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同様に、例えば、管部材２１を管部材２１の周方向にねじる加工を施すことによって、外側流路２３が管部材２１の周方向にねじれながら軸方向に延びるようにしてもよい。すなわち、外側流路２３が内側流路２２の周囲を旋回しながら管部材２１の軸方向に延びるようにしてもよい。

この液ガス熱交換器１５においては、外側流路２３を流れる冷凍機油に遠心力が作用して、冷凍機油が外周側面２３ｂ寄りに移動するため、外側流路２３の内周側面２３ａに冷凍機油がさらに付着しにくくなり、これによって、冷凍機油が油引き込み部２４に引き込まれることを促進することができ、また、冷凍機油が外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

（５）変形例２
上記の空気調和装置２０１（図１１参照）に設けられた液ガス熱交換器１５（図２〜図５参照）では、内側流路２２を流れる流体が吸入戻し管１３を流れる冷凍サイクルにおける低圧の冷媒となり、外側流路２３を流れる流体が放熱器としての熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒となっているが、内側流路２２を流れる流体が放熱器としての熱源側熱交換器３から膨張機構４に送られる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒となり、外側流路２３を流れる流体が蒸発器としての利用側熱交換器５から圧縮機構１０２に送られる冷凍サイクルにおける低圧の冷媒となっていてもよい。

この場合においても、液ガス熱交換器１５の外側流路２３を流れる冷凍サイクルにおける低圧の冷媒に冷凍機油が混入することになるため、上記の液ガス熱交換器１５及びそれを備えた空気調和装置２０１と同様の作用効果を得ることができる。

（６）変形例３
上記の空気調和装置２０１（図１１参照）に設けられた液ガス熱交換器１５（図２〜図５参照）では、油引き込み部２４として溝部２４ａ〜２４ｅが設けられているが、これに代えて、第１実施形態におけるエコノマイザ熱交換器１２と同様に、図７及び図８に示すような、管部材２１の横断面視において、外周側面２３ｂに形成された２つの角部２４ｆ、２４ｇを油引き込み部２４としてもよい。ここで、角部２４ｆは、管部材２１の横断面視において、外周側面２３ｂの周方向の端面をなす辺２５ａと、辺２５ａと周方向に隣り合う辺２５ｏとに囲まれる角部である。角部２４ｇは、管部材２１の横断面視において、辺２５ｏと、外周側面２３ｂの周方向の端面をなす辺２５ｍ（辺２５ａの対辺）とに囲まれる角部である。そして、これらの角部２４ｆ、２４ｇがなす半径Ｒ９、Ｒ１０は、溝部２４ａ〜２４ｅと同様、０．２ｍｍ未満である。また、内周側面２３ａに形成された２つの角部２６ａ、２６ｂは、角部２４ｆ、２４ｇとは異なり、半径ｒ１、ｒ２が０．２ｍｍ以上である。

この場合においても、角部２４ｆ、２４ｇが上記の溝部２４ａ〜２４ｅと同様の機能を果たすため、上記の液ガス熱交換器１５及びそれを備えた空気調和装置２０１と同様の作用効果を得ることができる。

＜第４実施形態＞
（１）ヒートポンプ給湯機の全体構成
図１２は、本発明にかかる冷凍装置の第４実施形態としてのヒートポンプ給湯機３０１の概略構成図である。ヒートポンプ給湯機３０１は、給湯運転が可能となるように構成された冷媒回路３１０を有している。そして、この冷媒回路３１０には、第１〜第３実施形態の空気調和装置１、１０１、２０１と同様に、超臨界域で作動する冷媒（ここでは、二酸化炭素）が封入されており、第２及び第３実施形態の空気調和装置１０１、２０１と同様に、単段圧縮式冷凍サイクルが行われるようになっている。

ヒートポンプ給湯機３０１の冷媒回路３１０は、主として、圧縮機構１０２と、冷媒−水熱交換器１６と、膨張機構４と、利用側熱交換器５とを有している。尚、冷媒−水熱交換器１６を除く構成は、第３実施形態の空気調和装置２０１と同様であるため、ここでは、第２実施形態の空気調和装置２０１と同じ符号を付するものとする。

圧縮機構１０２は、ここでは、圧縮機１２１から構成されている。圧縮機１２１は、ケーシング１２１ａ内に、圧縮機駆動モータ１２１ｂと、駆動軸１２１ｃと、圧縮要素１０２ｃとが収容された密閉式構造となっている。圧縮機駆動モータ１２１ｂは、駆動軸１２１ｃに連結されている。そして、この駆動軸１２１ｃは、圧縮要素１０２ｃに連結されている。すなわち、圧縮機１２１は、１つの圧縮要素１０２ｃが圧縮機駆動モータ１２１ｂによって回転駆動される、いわゆる単段圧縮構造となっている。圧縮要素１０２ｃは、例えば、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素である。そして、圧縮機１２１は、吸入管２ａから冷媒を吸入し、この吸入された冷媒を圧縮要素１０２ｃによって圧縮した後に吐出管２ｂに吐出するように構成されている。ここで、吐出管２ｂは、圧縮機構１０２の圧縮要素１０２ｃから吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を放熱器としての冷媒−水熱交換器１６に送るための冷媒管である。また、吸入管２ａは、蒸発器としての利用側熱交換器５から戻る冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を圧縮機構１０２の圧縮要素１０２ｃに送るための冷媒管である。

冷媒−水熱交換器１６は、圧縮機構１０２によって圧縮された冷媒の放熱器として機能して、水回路１７を流れる水を加熱する熱交換器である。ここで、冷媒−水熱交換器１６は、圧縮機構１０２と膨張機構４との間（ここでは、第１〜第３高圧冷媒管３ａ〜３ｃ）を流れる冷媒と水回路１７（ここでは、第１水管１７ａ及び第２水管１７ｂ）を流れる水との熱交換を行うように設けられている。すなわち、冷媒−水熱交換器１６は、圧縮機構１０２から膨張機構４に送られる冷媒側の流路と、水回路１７を流れる水側の流路とを有しており、両流路間で冷媒と水との熱交換を行うようになっている。尚、第１高圧冷媒管３ａは、吐出管２ｂと放熱器としての冷媒−水熱交換器１６の入口（圧縮機構１０２から膨張機構４に送られる冷媒側の流路の入口）を接続する冷媒管である。また、第２高圧冷媒管３ｂ及び第３高圧冷媒管３ｃは、放熱器としての冷媒−水熱交換器１６の出口（圧縮機構１０２から膨張機構４に送られる冷媒側の流路の出口）と膨張機構４とを接続する冷媒管である。

膨張機構４は、放熱器としての冷媒−水熱交換器１６から蒸発器としての利用側熱交換器５に送られる冷媒を減圧する機構であり、ここでは、膨張弁の一種である電動膨張弁が使用されている。膨張機構４は、その一端が第３高圧冷媒管３ｃ及び第２高圧冷媒管３ｂを介して冷媒−水熱交換器１６（圧縮機構１０２から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）に接続され、その他端が第１低圧冷媒管５ａを介して利用側熱交換器５に接続されている。この膨張機構４は、放熱器としての冷媒−水熱交換器１６（圧縮機構１０２から膨張機構４に送られる冷媒側の流路）において冷却された高圧の冷媒を蒸発器としての利用側熱交換器５に送る前に冷凍サイクルにおける低圧付近まで減圧する。ここで、第１低圧冷媒管５ａは、膨張機構４と蒸発器としての利用側熱交換器５の入口とを接続する冷媒管である。

利用側熱交換器５は、放熱器としての冷媒−水熱交換器１６によって放熱された冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する熱交換器である。利用側熱交換器５は、その一端が第１低圧冷媒管５ａを介して膨張機構４に接続されており、その他端が第２低圧冷媒管５ｂ及び吸入管２ａを介して圧縮機構１０２に接続されている。ここで、第２低圧冷媒管５ｂは、蒸発器としての利用側熱交換器５の出口と吸入管２ａとを接続する冷媒管である。尚、ここでは図示しないが、利用側熱交換器５には、利用側熱交換器５を流れる冷媒と熱交換を行う加熱源としての水や空気が供給されるようになっている。

（２）冷媒−水熱交換器の構成
ここでは、上記の冷媒−水熱交換器１６として、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同様に、図２〜図５に示すような、金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材２１を有する熱交換器を採用している。このため、冷媒−水熱交換器１６の各部の構成については、ここでは、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同じ符号を付するものとする。

そして、ここでは、管部材２１の軸方向両端部２１ａに第１水管１７ａ及び第２水管１７ｂを接続し、接続部材３１、３２の両ノズル３４に第１高圧冷媒管３ａ及び第２高圧冷媒管３ｂを接続するようにしている。これにより、この冷媒−水熱交換器１６では、内側流路２２を流れる流体が水回路１７を流れる水となり、外側流路２３を流れる流体が圧縮機構１０２から膨張機構４に送られる冷凍サイクルにおける高圧の冷媒となっている。

このように、この冷媒−水熱交換器１６では、内側流路２２と外側流路２３とが金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材２１を使用しているため、低コストでかつコンパクトなものとなっている。

（３）ヒートポンプ給湯機の動作、及び、冷媒−水熱交換器の特徴
次に、上記のヒートポンプ給湯機３０１の動作である給湯運転について、図１２及び図２〜図５を用いて説明する。

冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管２ａから圧縮機構１０２に吸入される。この圧縮機構１０２に吸入された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、圧縮要素１０２ｃによって冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管２ｂに吐出される。ここで、圧縮機構１０２から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、圧縮要素１０２ｃによる圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力を超える圧力まで圧縮されている。そして、この圧縮機構１０２から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第１高圧冷媒管３ａを通じて冷媒の放熱器として機能する冷媒−水熱交換器１６の外側流路２３に送られる。この冷媒−水熱交換器１６の外側流路２３に送られた高圧の冷媒は、冷媒−水熱交換器１６の内側流路２２を流れる水と熱交換を行って冷却される。この冷媒−水熱交換器１６において冷却された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第２高圧冷媒管３ｂを通じて膨張機構４に送られる。膨張機構４に送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、膨張機構４によって減圧されて、冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒となり、第１低圧冷媒管５ａを通じて冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器５に送られる。そして、この利用側熱交換器５に送られた冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒は、利用側熱交換器５によって加熱源としての水や空気と熱交換を行って加熱されて蒸発する。そして、この利用側熱交換器５において加熱され蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管２ａを通じて再び圧縮機構２に吸入される。

一方、水回路１７を流れる水は、第１水管１７ａを通じて冷媒−水熱交換器１６の内側流路２２に送られる。この冷媒−水熱交換器１６の内側流路２２に送られた水は、上記のように、冷媒−水熱交換器１６の外側流路２３を流れる冷媒と熱交換を行って加熱される。この冷媒−水熱交換器１６において加熱された水は、第２水管１７ｂを通じて給湯に供される。このようにして、ヒートポンプ給湯機３０１の給湯運転が行われる。

ところで、ヒートポンプ給湯機３０１では、第１実施形態の空気調和装置１と同様に、圧縮機構１０２内に溜まっている冷凍機油の一部が、冷媒とともに圧縮機構１０２の外部に流出して、冷媒回路３１０内を循環することになる。このため、冷媒−水熱交換器１６の外側流路２３にも、冷凍機油が混入した冷媒が流れることになる。ここで、仮に、外側流路２３を流れる冷媒に混入する冷凍機油が外側流路２３の内面のうち内側流路２２に近い内周側面２３ａに付着すると、外側流路２３を流れる冷媒の伝熱性能の低下を生じさせることになるため、冷媒−水熱交換器１６の熱交換効率が低下し、これにより、冷媒−水熱交換器１６を用いて、水回路１７を流れる水を十分に加熱することができなくなり、ヒートポンプ給湯機３０１の給湯能力の低下が生じるおそれがある。

しかし、この冷媒−水熱交換器１６では、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同様に、外側流路２３の内面のうち内側流路２２に近い内周側面２３ａと対向する外周側面２３ｂに油引き込み部２４が形成されているため、油引き込み部２４によって外側流路２３の外周側面２３ｂに冷凍機油を引き込んで捕捉することができるようになっている。

これにより、この冷媒−水熱交換器１６では、内側流路２２との熱交換を行う内周側面２３ａに冷凍機油が付着しにくくすることができ、冷凍機油の混入による外側流路２３の伝熱性能の低下を抑えることができるため、熱交換効率の低下を抑えることができ、その結果、冷媒−水熱交換器１６を用いて、水回路１７を流れる水を十分に加熱することができ、ヒートポンプ給湯機３０１の給湯能力の低下が生じることを抑えることができる。しかも、この冷媒−水ガス熱交換器１６では、冷凍機油を外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉することによって外側流路２３の外周側面２３ｂに断熱層を形成するため、外側流路２３を流れる冷媒の熱が外側流路２３の外周側面２３ｂを通じて熱ロスとなって失われてしまうことを抑えることができる。

また、この冷媒−水熱交換器１６では、油引き込み部２４が少なくとも２辺で囲まれた角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）を含む空間であるため、冷凍機油を外側流路２３の外周側面２３ｂに引き込みやすく、また、冷凍機油が外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態を維持しやすくできる。しかも、この過冷却熱交換器１４では、角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）の半径Ｒ１〜Ｒ８が０．２ｍｍ未満であるため、冷凍機油を油引き込み部２４にさらに引き込みやすく、また、外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

尚、この冷媒−水熱交換器１６では、外側流路２３の内周側面２３ａにも角部２６ａ、２６ｂが形成されているが、これらの角部２６ａ、２６ｂの半径ｒ１、ｒ２が０．２ｍｍ以上であり、外側流路２３の外周側面２３ｂに形成された角部（ここでは、溝部２４ａ〜２４ｅ）よりも半径が大きいため、冷凍機油を外側流路２３の内周側面２３ａに引き込みにくく、しかも、外側流路２３の内周側面２３ａに冷凍機油が付着しにくくなっている。

（４）変形例１
上記のヒートポンプ給湯機３０１（図１２参照）に設けられた冷媒−水熱交換器１６（図２〜図５参照）では、外側流路２３が管部材２１の周方向にねじれなく軸方向に真っ直ぐに延びているが、第１実施形態のエコノマイザ熱交換器１２と同様に、例えば、管部材２１を管部材２１の周方向にねじる加工を施すことによって、外側流路２３が管部材２１の周方向にねじれながら軸方向に延びるようにしてもよい。すなわち、外側流路２３が内側流路２２の周囲を旋回しながら管部材２１の軸方向に延びるようにしてもよい。

この冷媒−水熱交換器１６においては、外側流路２３を流れる冷凍機油に遠心力が作用して、冷凍機油が外周側面２３ｂ寄りに移動するため、外側流路２３の内周側面２３ａに冷凍機油がさらに付着しにくくなり、これによって、冷凍機油が油引き込み部２４に引き込まれることを促進することができ、また、冷凍機油が外側流路２３の外周側面２３ｂに捕捉された状態をさらに維持しやすくできる。

（５）変形例２
上記のヒートポンプ給湯機３０１（図１２参照）に設けられた冷媒−水熱交換器１６（図２〜図５参照）では、油引き込み部２４として溝部２４ａ〜２４ｅが設けられているが、これに代えて、第１実施形態におけるエコノマイザ熱交換器１２と同様に、図７及び図８に示すような、管部材２１の横断面視において、外周側面２３ｂに形成された２つの角部２４ｆ、２４ｇを油引き込み部２４としてもよい。ここで、角部２４ｆは、管部材２１の横断面視において、外周側面２３ｂの周方向の端面をなす辺２５ａと、辺２５ａと周方向に隣り合う辺２５ｏとに囲まれる角部である。角部２４ｇは、管部材２１の横断面視において、辺２５ｏと、外周側面２３ｂの周方向の端面をなす辺２５ｍ（辺２５ａの対辺）とに囲まれる角部である。そして、これらの角部２４ｆ、２４ｇがなす半径Ｒ９、Ｒ１０は、溝部２４ａ〜２４ｅと同様、０．２ｍｍ未満である。また、内周側面２３ａに形成された２つの角部２６ａ、２６ｂは、角部２４ｆ、２４ｇとは異なり、半径ｒ１、ｒ２が０．２ｍｍ以上である。

この場合においても、角部２４ｆ、２４ｇが上記の溝部２４ａ〜２４ｅと同様の機能を果たすため、上記の冷媒−水熱交換器１６及びそれを備えたヒートポンプ給湯機３０１と同様の作用効果を得ることができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態及びその変形例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）上記の実施形態及びその変形例では、内側流路２２の内面が平滑な円形面を構成しているが、これに限定されず、内面を溝付きにする等の他の内面を採用してもよい。また、内側流路２２及び外側流路２３の横断面視における形状や接続部材３１、３２の形状は、上記の実施形態及びその変形例のものに限定されない。

（２）上記の第１〜第３実施形態及びその変形例では、冷房専用の空気調和装置１、１０１、２０１に本発明を適用した例を説明したが、冷暖切換可能な空気調和装置のような他の型式の空気調和装置に適用してもよい。

（３）第１実施形態において、第２実施形態及びその変形例と同様の過冷却熱交換器１４及び吸入戻し管１３を追加してもよい。また、第１実施形態において、第２実施形態及びその変形例と同様の液ガス熱交換器１５を追加してもよい。また、第１実施形態において、第２、第３実施形態及びその変形例と同様の過冷却熱交換器１４、吸入戻し管１３及び液ガス熱交換器１５を追加してもよい。

（４）第２実施形態において、第２実施形態及びその変形例と同様の過冷却熱交換器１４及び吸入戻し管１３を追加してもよい。

（５）第４実施形態において、第３実施形態と同様の液ガス熱交換器１５を追加してもよい。また、第４実施形態において、第１実施形態及びその変形例と同様の２段圧縮式の圧縮機構２を採用してもよい。また、第４実施形態において、第１実施形態及びその変形例と同様の２段圧縮式の圧縮機構２を採用するとともに、第１実施形態及びその変形例と同様のエコノマイザ熱交換器１２及びインジェクション管１１を追加してもよい。

本発明は、内側流路と内側流路の周囲に配置された複数の外側流路とが金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材を有しており、内側流路を流れる流体と外側流路を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換器、及びそれを備えた冷凍装置に広く適用可能である。

１、１０１、２０１ 空気調和装置
１２ エコノマイザ熱交換器
１４ 過冷却熱交換器
１５ 液ガス熱交換器
１６ 冷媒−水熱交換器
２１ 管部材
２２ 内側流路
２３ 外側流路
２３ａ 内周側面
２３ｂ 外周側面
２４ 油引き込み部
２４ａ〜２４ｇ 溝部（角部）
２４ｆ、２４ｇ 角部
３０１ ヒートポンプ給湯機

特開２０００−２４９２号公報

Claims (7)

1. 内側流路（２２）と前記内側流路の周囲に配置された複数の外側流路（２３）とが、金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材（２１）を有しており、前記内側流路を流れる流体と前記外側流路を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
   前記外側流路を流れる流体は、難溶性の冷凍機油を含む冷媒であり、
   前記外側流路の内面のうち前記内側流路に近い内周側面（２３ａ）と対向する外周側面（２３ｂ）には、前記冷凍機油を引き込む油引き込み部（２４）が形成されている、
   熱交換器（１２、１４、１５、１６）。
2. 前記油引き込み部（２４）は、少なくとも２辺で囲まれた角部（２４ａ〜２４ｇ）を含む空間である、請求項１に記載の熱交換器（１２、１４、１５、１６）。
3. 前記油引き込み部（２４）は、前記外側流路の外周側面（２３ｂ）に形成された溝部（２４ａ〜２４ｅ）である、請求項２に記載の熱交換器（１２、１４、１５、１６）。
4. 前記角部の半径（Ｒ１〜Ｒ１０）は、０．２ｍｍ未満である、請求項２又は３に記載の熱交換器（１２、１４、１５、１６）。
5. 前記外側流路の内周側面（２３ａ）には、少なくとも２辺で囲まれた半径（ｒ１、ｒ２）が０．２ｍｍ以上の角部（２６ａ、２６ｂ）が形成されている、請求項４に記載の熱交換器（１２、１４、１５、１６）。
6. 前記外側流路（２３）は、前記管部材（２１）の周方向にねじれながら軸方向に延びている、請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器（１２、１４、１５、１６）。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器（１２、１４、１５、１６）を備えた冷凍装置（１、１０１、２０１、３０１）。

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