特開 2022-96303 熱交換器及びこの熱交換器を用いた空気調和機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022096303

(43)【公開日】2022-06-29

(54)【発明の名称】熱交換器及びこの熱交換器を用いた空気調和機

(51)【国際特許分類】

   F28F 9/02 20060101AFI20220622BHJP

   F28F 9/013 20060101ALI20220622BHJP

   F28F 9/22 20060101ALI20220622BHJP

   F28D 7/16 20060101ALI20220622BHJP

   F24F 1/0067 20190101ALI20220622BHJP

   F24F 1/0325 20190101ALI20220622BHJP

   F25B 39/00 20060101ALI20220622BHJP

【ＦＩ】

F28F9/02 E

F28F9/013 B

F28F9/22

F28D7/16 A

F24F1/0067

F24F1/0325

F25B39/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020209343

(22)【出願日】2020-12-17

(71)【出願人】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100129702

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 喜永

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(72)【発明者】

【氏名】阿形 葉

(72)【発明者】

【氏名】金 鉉永

(72)【発明者】

【氏名】李 相武

【テーマコード（参考）】

3L051

3L065

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L051BF10

3L065DA04

3L103AA05

3L103AA37

3L103BB42

3L103CC17

3L103DD08

3L103DD18

3L103DD33

3L103DD36

3L103DD44

(57)【要約】      （修正有）

【課題】シェルの内径およびチューブの間隔を狭くしつつも、第１流体をシェル内で折り返せるようにする。
【解決手段】シェル１０と、シェル内に設けられた複数のチューブ２０とを備えた熱交換器１００であって、シェルの一方側に設定されて第１流体が流入する流入領域Ｓｉと、シェルの他方側に設定された折返し領域Ｓｒと、シェルの一方側又は他方側に設定されて第１流体Ｌ１を流出させる流出領域Ｓｏとを有し、複数のチューブには、第１流体を流入領域から折返し領域に導く往路チューブ２０（ａ）と、第１流体を折返し領域から流出領域に導く復路チューブ２０（ｂ）とが少なくとも含まれており、シェル内に設けられて、流入領域、折返し領域、および流出領域を仕切るとともに、少なくとも往路チューブ又は復路チューブが貫通する仕切板３０（ａ，ｂ）をさらに備えるようにした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シェルと、前記シェル内に設けられた複数のチューブとを備え、前記チューブ内を流れる第１流体と、前記シェル内において前記複数のチューブの外側を流れる第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、
前記シェルが、前記シェルの一方側に設定されて前記第１流体が流入する流入領域と、前記シェルの他方側に設定された折返し領域と、前記シェルの一方側又は他方側に設定されて前記第１流体を流出させる流出領域とを有し、
前記複数のチューブには、前記第１流体を前記流入領域から前記折返し領域に導く往路チューブと、前記第１流体を前記折返し領域から前記流出領域に導く復路チューブとが少なくとも含まれており、
前記シェル内に設けられて、前記流入領域、前記折返し領域、及び前記流出領域を仕切るとともに、少なくとも前記往路チューブ又は前記復路チューブが貫通する仕切板をさらに備える、熱交換器。

【請求項2】

前記往路チューブ及び前記復路チューブが、互いに別体である、請求項１記載の熱交換器。

【請求項3】

前記往路チューブと前記復路チューブとの長さが互いに異なる、請求項１又は２記載の熱交換器。

【請求項4】

前記シェルの一方側から他方側に向かって、前記流出領域、前記流入領域、及び前記熱交換領域がこの順で配置されている、請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記シェルが、前記第２流体が流れる熱交換領域を有し、
前記熱交換領域が、前記流入領域、前記折返し領域、及び前記流出領域に対して前記仕切板により仕切られている、請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記熱交換領域に設けられて、前記第２流体の流れ方向を変えるバッフルを備える、請求項５記載の熱交換器。

【請求項7】

前記バッフルが前記熱交換領域に複数設けられており、
前記第２流体の下流側において互いに隣り合う前記バッフルの間隔が、前記第２流体の上流側において互いに隣り合う前記バッフルの間隔よりも狭い、請求項６記載の熱交換器。

【請求項8】

前記熱交換領域において、前記チューブの外表面に設けられた拡大伝熱面を備える、請求項５乃至７のうち何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記拡大伝熱面が前記熱交換領域において複数設けられており、
前記第２流体の下流側において互いに隣り合う前記拡大伝熱面の間隔が、前記第２流体の上流側において互いに隣り合う前記拡大伝熱面の間隔よりも狭い、請求項８記載の熱交換器。

【請求項10】

前記熱交換領域において、互いに隣り合う前記チューブの間に設けられた第２のバッフルを備える、請求項５乃至９のうち何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項11】

前記チューブの内面に凹部又は凸部が形成されている、請求項１乃至１０のうち何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項12】

請求項１乃至１１のうち何れか一項に記載の熱交換器を具備する空気調和機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器及びこの熱交換器を用いた空気調和機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の熱交換器としては、シェルと、このシェル内に設けられた複数のチューブとを備え、チューブ内を流れる第１流体と、シェル内においてチューブの外側を流れる第２流体との間で熱交換する、所謂シェルアンドチューブ熱交換器がある。

【0003】

この種の熱交換器は、シェル内に、第１流体が流入する流入領域と、第２流体が流れて第１流体との間で熱交換する熱交換領域と、第１流体を流出させる流出領域とが設けられている。

【0004】

かかる構成において、特許文献１に示すものは、流入領域及び流出領域をシェルの一方側に設けるとともに、熱交換領域をシェルの中央部に設け、シェルの他方側には第１流体を折り返すための折返し領域が設けられている。

【0005】

より具体的に説明すると、同文献に示す熱交換器は、流入領域に流入した第１流体を折返し領域に導く往路チューブと、折返し領域に導かれた第１流体を流出領域に導く復路チューブとを備えており、流入領域及び流出領域が、往路チューブ及び復路チューブの間に設けられた仕切板により仕切られている。

【0006】

このような構成によれば、シェルの一方側に流入した第１流体を折り返すことなくシェルの他方側から流出させる構成に比べて、チューブの総本数を変えることなく、第１流体が流入する本数を減らすことができる。これにより、第１流体の流速を上げることができ、熱伝達率の向上を図れる。

【0007】

一方、熱伝達率の向上を図る別の態様としては、チューブの外側を流れる第２流体の流速を上げるべく、シェルの内径を小さくするとともに、チューブの間隔を狭くする態様（細径高集積化）を挙げることができる。

【0008】

しかしながら、このようにチューブの間隔を狭くすると、上述した第１流体を折り返す態様に用いられる仕切板を往路チューブと復路チューブとの間に設けることができなくなる。

【0009】

もちろん、仕切板を入れる部分のみチューブ間隔を広げる態様も取り得るが、この場合は、それに伴いシェルの大径化を導く上、第２流体が二相冷媒であった場合には、偏流を招来する恐れもある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１７－００３１８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

そこで、本発明は、上述した問題を一挙に解決すべくなされたものであり、シェルの内径を小さくするとともに、チューブの間隔を狭くしつつも、第１流体をシェル内で折り返せるようにすることを主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

すなわち本発明に係る熱交換器は、シェルと、前記シェル内に設けられた複数のチューブとを備え、前記チューブ内を流れる第１流体と、前記シェル内において前記複数のチューブの外側を流れる第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、前記シェルが、前記シェルの一方側に設定されて前記第１流体が流入する流入領域と、前記シェルの他方側に設定された折返し領域と、前記シェルの一方側又は他方側に設定されて前記第１流体を流出させる流出領域とを有し、前記複数のチューブには、前記第１流体を前記流入領域から前記折返し領域に導く往路チューブと、前記第１流体を前記折返し領域から前記流出領域に導く復路チューブとが少なくとも含まれており、前記シェル内に設けられて、前記流入領域、前記折返し領域、及び前記流出領域を仕切るとともに、少なくとも前記往路チューブ又は前記復路チューブが貫通する仕切板をさらに備えることを特徴とするものである。

【0013】

このように構成された熱交換器によれば、仕切板が、往路チューブや復路チューブが貫通するように設けられているので、この仕切板の配置は、シェルの内径を小さくしたり、往路チューブと復路チューブとの間隔を狭くしたりすることに阻害されない。
これにより、シェルの細径化及びチューブの高集積化を図りつつ、第１流体をシェル内で折り返すことができるので、第１流体及び第２流体の流速を向上させることができ、従来に比べて熱伝達率の飛躍的な向上を図れる。

【0014】

仮に、往路チューブ及び復路チューブをＵ字状につなげて一体的な１本のチューブとする場合、シェルの細径化やチューブの高集積化を実現するためには、種々の曲げ方をしたＵ字状チューブが必要となり、しかもＵ字状チューブ同士が干渉しないよう配置も制限され、製造性の低下を招来する。
そこで、製造性を担保するためには、前記往路チューブ及び前記復路チューブが、互いに別体であることが好ましい。
このような構成であれば、製造性を担保できるだけでなく、例えば往路チューブ及び復路チューブとして互いに異なる径のチューブを用いるなど、設計の自由度を大きく向上させることができる。しかも、Ｕ字状チューブを用いる場合に比べて、往路チューブ及び復路チューブの間隔を狭めることができるので、これによる第２流体の流速の向上をも図れる。

【0015】

前記往路チューブと前記復路チューブとの長さが互いに異なることが好ましい。
このような構成であれば、流入領域及び流出領域をシェルの軸方向においてずらした領域に設定することができ、これらの領域を往路チューブや復路チューブが貫通する仕切板によって仕切ることができる。

【0016】

前記シェルの一方側から他方側に向かって、前記流出領域、前記流入領域、及び前記折返し領域がこの順で配置されていることが好ましい。
このような構成であれば、流入領域には、流入領域及び折返し領域を接続する往路チューブのみならず、折返し領域及び流出領域を接続する復路チューブまでもが通過するので、流入領域に流入した第１流体が多数本のチューブに当たり、その流れを乱すことができ、熱交換効率の向上を図れる。

【0017】

より具体的な実施態様としては、前記シェルが、前記第２流体が流れる熱交換領域を有し、前記熱交換領域が、前記流入領域、前記折返し領域、及び前記流出領域に対して前記仕切板により仕切られている態様を挙げることができる。

【0018】

熱交換領域における熱伝達率の向上を図るためには、前記熱交換領域に設けられて、前記第２流体の流れ方向を変えるバッフルを備えることが好ましい。

【0019】

第２流体が低温二相の場合、熱交換領域における下流側ではドライアウトが発生して熱伝達率が低下することが懸念される。
そこで、前記バッフルが前記熱交換領域に複数設けられており、前記第２流体の下流側において互いに隣り合う前記バッフルの間隔が、前記第２流体の上流側において互いに隣り合う前記バッフルの間隔よりも狭いことが好ましい。
これならば、熱交換領域の下流側における第２流体の流速をさらに上げることができ、ドライアウトによる熱伝達率の低下を抑制することができる。

【0020】

熱交換領域における熱伝達率のさらなる向上を図るためは、前記熱交換領域において、前記チューブの外表面に設けられた拡大伝熱面を備えることが好ましい。

【0021】

前記拡大伝熱面が前記熱交換領域において複数設けられており、前記第２流体の下流側において互いに隣り合う前記拡大伝熱面の間隔が、前記第２流体の上流側において互いに隣り合う前記拡大伝熱面の間隔よりも狭いことが好ましい。
これならば、上述したようにドライアウトが生じ得る下流側において、第２流体の流速を上げることができ、ドライアウトによる熱伝達率の低下を抑制することができる。

【0022】

前記熱交換領域において、互いに隣り合う前記チューブの間に設けられた第２のバッフルを備えることが好ましい。
これならば、シェル内の熱交換領域を流れる第２流体に対して往路及び復路を形成することができ、第２流体の流速を上げることができ、第１流体及び第２流体の間での伝熱を促進させることができる。

【0023】

前記チューブの内面に凹部又は凸部が形成されていることが好ましい。
これならば、チューブの内周面における伝熱面積の拡大と、チューブ内を流れる第１流体の乱流促進が可能となり、熱交換量の向上を図れる。

【0024】

また、本発明に係る空気調和機は、上述した熱交換器を具備することを特徴とするものであり、このような空気調和機によれば、上述した熱交換器と同様の作用効果を奏し得る。

【発明の効果】

【0025】

このように構成した本発明によれば、シェルの内径を小さくするとともに、チューブの間隔を狭くしつつも、第１流体をシェル内で折り返すことができ、第１流体及び第２流体の流速を上げることが可能となり、熱伝達率を従来に比べて飛躍的な向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本実施形態における熱交換器の内部構成を示す模式図。

【図2】同実施形態における熱交換器による作用効果を示す実験データ。

【図3】その他の実施形態における熱交換器の内部構成を示す模式図。

【図4】その他の実施形態における熱交換器の内部構成を示す模式図。

【図5】その他の実施形態における熱交換器の内部構成を示す模式図。

【図6】その他の実施形態におけるバッフルを示す模式図。

【図7】その他の実施形態におけるバッフルを示す模式図。

【図8】その他の実施形態における拡大伝熱面を示す模式図。

【図9】その他の実施形態における拡大伝熱面を示す模式図。

【図10】その他の実施形態における第２のバッフルを示す模式図。

【図11】その他の実施形態におけるチューブの内周面の構造を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明に係る熱交換器の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0028】

本実施形態に係る熱交換器は、圧縮機、室外熱交換器、絞り機構、及び室内熱交換器が接続された冷媒回路を備える空気調和機において、室外熱交換器又は室内熱交換器の少なくとも一方に用いられるものである。

【0029】

具体的にこの熱交換器１００は、図１に示すように、所謂シェルアンドチューブ熱交換器であり、シェル１０と、シェル１０内に設けられた複数のチューブ２０とを備え、チューブ２０内を流れる第１流体Ｌ１と、シェル１０内においてチューブ２０の外側を流れる第２流体Ｌ２との間で熱交換するものである。

【0030】

本実施形態の熱交換器１００は、図１に示すように、第１流体Ｌ１がシェル１０内で少なくとも１度は折り返すように、言い換えれば、シェル１０の一方側に流入した第１流体Ｌ１が、シェル１０の他方側に導かれた後、再びシェル１０の一方側に導かれるように構成されている。

【0031】

シェル１０は、筒状をなすものであり、図１に示すように、その内部空間には、第１流体Ｌ１が流入する流入領域Ｓｉと、第１流体Ｌ１を流出させる流出領域Ｓｏと、第２流体Ｌ２が流入出するとともに第１流体Ｌ１と第２流体Ｌ２との間で熱交換が行われる熱交換領域Ｓｅとが設けられている。

【0032】

流入領域Ｓｉは、シェル１０の軸方向一方側に設定されており、第１流体Ｌ１をこの流入領域Ｓｉに流入させる第１流入ポートＰａが設けられている。

【0033】

流出領域Ｓｏは、シェル１０の軸方向一方側に設定されており、第１流体Ｌ１をこの流出領域Ｓｏから流出させる第１流出ポートＰｂが設けられている。

【0034】

本実施形態では、流入領域Ｓｉと流出領域Ｓｏとが互いに隣り合うように設けられており、ここでは流出領域Ｓｏが流入領域Ｓｉよりも外側（軸方向一方側）に設けられている。ただし、流出領域Ｓｏが流入領域Ｓｉよりも内側（軸方向他方側）に設けられていても良い。

【0035】

また、第１流入ポートＰａ及び第１流出ポートＰｂは、ここではシェル１０の軸を挟むように配置されており、互いに反対を向く方向に開口している。ただし、第１流入ポートＰａ及び第１流出ポートＰｂは、必ずしも反対を向く方向に開口している必要はなく、例えば互いに直交する方向を向くように開口するなど、その配置は適宜変更して構わない。

【0036】

熱交換領域Ｓｅは、シェル１０の軸方向中央部に設定されており、第２流体Ｌ２をこの熱交換領域Ｓｅに流入させる第２流入ポートＰｃと、第２流体Ｌ２をこの熱交換領域Ｓｅから流出させる第２流出ポートＰｄとが設けられている。

【0037】

第２流入ポートＰｃ及び第２流出ポートＰｄは、例えばシェル１０の軸を挟むように配置されており、シェル１０の外表面において互いに反対を向く方向に開口している。なお、本実施形態では、第２流入ポートＰｃは、第１流入ポートＰａと同じ向きに開口しており、第２流出ポートＰｄは、第１流出ポートＰｂと同じ向きに開口している。ただし、第２流入ポートＰｃ及び第２流出ポートＰｄは、必ずしも反対を向く方向に開口している必要はなく、例えば互いに直交する方向を向くように開口するなど、その配置は適宜変更して構わない。

【0038】

また、第２流入ポートＰｃ及び第２流出ポートＰｄの一方は、熱交換領域Ｓｅにおける軸方向一方側に設けられており、他方は熱交換領域Ｓｅにおける軸方向他方側に設けられている。かかる配置により、第２流入ポートＰｃから流入した第２流体Ｌ２は、シェル１０の軸方向に沿って流れながら後述するチューブ２０内を流れる第１流体Ｌ１との間で熱交換が行われ、その後、第２流出ポートＰｄから流出される。

【0039】

そして、本実施形態のシェル１０の内部空間には、軸方向他方側に設定されており、第１流体Ｌ１を折り返す折返し領域Ｓｒが設けられている。

【0040】

ここでは、シェル１０の内部空間に１つの折返し領域Ｓｒが設けられており、この折返し領域Ｓｒは、熱交換領域Ｓｅよりも外側（軸方向他方側）に配置されて、熱交換領域Ｓｅと隣り合うように設けられている。

【0041】

複数のチューブ２０は、第１流体Ｌ１が流れるものであり、これらのチューブ２０には、第１流体Ｌ１を流入領域Ｓｉから折返し領域Ｓｒに導く往路チューブ２０ａと、第１流体Ｌ１を折返し領域Ｓｒから流出領域Ｓｏに導く復路チューブ２０ｂとが少なくとも含まれている。なお、ここでは複数本の往路チューブ２０ａが第１流入ポートＰａや第２流入ポートＰｃ側に寄せて配置されており、複数本の復路チューブ２０ｂが第１流出ポートＰｂや第２流出ポートＰｄ側に寄せて配置されている。

【0042】

往路チューブ２０ａは、シェル１０の軸方向に沿って延びるものであり、上流側開口が流入領域Ｓｉに位置するとともに、下流側開口が折返し領域Ｓｒに位置するように配置されている。すなわち、往路チューブ２０ａは、流入領域Ｓｉ、熱交換領域Ｓｅ、及び折返し領域Ｓｒに架け渡されており、ここでは複数本の往路チューブ２０ａが、シェル１０の軸方向と平行に設けられている。ただし、往路チューブ２０ａの本数は適宜変更して構わないし、往路チューブ２０ａの延伸方向はシェル１０の軸方向に対して傾斜していても良い。

【0043】

復路チューブ２０ｂは、ここでは往路チューブ２０ａと別体であって、シェル１０の軸方向に沿って延びるものであり、上流側開口が折返し領域Ｓｒに位置するとともに、下流側開口が流出領域Ｓｏに位置するように配置されている。すなわち、復路チューブ２０ｂは、折返し領域Ｓｒ、熱交換領域Ｓｅ、及び流出領域Ｓｏに架け渡されており、ここでは複数本の復路チューブ２０ｂが、シェル１０の軸方向と平行に設けられている。ただし、復路チューブ２０ｂの本数は適宜変更して構わないし、復路チューブ２０ｂの延伸方向はシェル１０の軸方向に対して傾斜していても良い。

【0044】

上述した往路チューブ２０ａ及び復路チューブ２０ｂは、長さ寸法が互いに異なるものであり、ここでは往路チューブ２０ａよりも復路チューブ２０ｂの方が長い。

【0045】

然して、本実施形態の熱交換器１００は、図１に示すように、シェル１０内に設けられて、流入領域Ｓｉ、折返し領域Ｓｒ、及び流出領域Ｓｏを仕切るとともに、少なくとも往路チューブ２０ａ又は復路チューブ２０ｂが貫通する仕切板３０をさらに備えてなる。

【0046】

この仕切板３０は、上述した流入領域Ｓｉ、流出領域Ｓｏ、熱交換領域Ｓｅ、及び折返し領域Ｓｒのうち、互いに隣り合う領域を仕切るものであり、この実施形態では、流出領域Ｓｏ及び流入領域Ｓｉを仕切る第１仕切板３０ａ、流入領域Ｓｉ及び熱交換領域Ｓｅを仕切る第２仕切板３０ｂ、及び熱交換領域Ｓｅ及び折返し領域Ｓｒを仕切る第３仕切板３０ｃが設けられている。

【0047】

本実施形態の仕切板３０は、シェル１０の軸方向に対して直交するように設けられており、ここでは往路チューブ２０ａや復路チューブ２０ｂと直交するように設けられている。

【0048】

第１仕切板３０ａは、復路チューブ２０ｂが貫通するものであり、ここでは復路チューブ２０ｂに対して直交するように、言い換えれば、シェル１０の軸に対して直交するように設けられている。

【0049】

第２仕切板３０ｂは、往路チューブ２０ａ及び復路チューブ２０ｂが貫通するものであり、ここでは往路チューブ２０ａや復路チューブ２０ｂに対して直交するように、言いかえれば、シェル１０の軸に対して直交するように設けられている。

【0050】

第３仕切板３０ｃは、往路チューブ２０ａ及び復路チューブ２０ｂが貫通するものであり、ここでは往路チューブ２０ａや復路チューブ２０ｂに対して直交するように、言い換えれば、シェル１０の軸に対して直交するように設けられている。

【0051】

ここで、図２に示す実験結果は、本実施形態の熱交換器１００と、従来構成の熱交換器との熱交換量を比較したものである。
この実験結果から分かるように、流入領域Ｓｉ、流出領域Ｓｏ、熱交換領域Ｓｅ、及び折返し領域Ｓｒを仕切板３０により仕切る本実施形態の熱交換器１００によれば、仕切板３０を用いていない従来構成に比べて、熱交換量が向上していることがわかる。

【0052】

このように、本実施形態における熱交換器１００は、仕切板３０が、往路チューブ２０ａや復路チューブ２０ｂが貫通するように設けられているので、この仕切板３０の配置は、シェル１０の内径を小さくしたり、往路チューブ２０ａと復路チューブ２０ｂとの間隔を狭くしたりすることによっては阻害されない。
これにより、シェル１０の細径化及びチューブ２０の高集積化を図りつつ、第１流体Ｌ１をシェル１０内で折り返すことができるので、第１流体Ｌ１及び第２流体Ｌ２の流速を向上させることができ、従来に比べて熱伝達率の飛躍的な向上を図れる。

【0053】

さらに、仕切板３０を往路チューブ２０ａや復路チューブ２０ｂが貫通するように設けるので、後述するように、往路チューブ２０ａや復路チューブ２０ｂの配置や、折返し領域Ｓｒの数や配置や、流入領域Ｓｉ及び流出領域Ｓｏの配置など、種々の態様を取ることができ、従来構成に比べて配置の自由度を向上させることができる。

【0054】

加えて、往路チューブ２０ａ及び復路チューブ２０ｂが、互いに別体であるので、Ｕ字状の一体的なチューブを用いる場合に比べて、製造性が良い。さらに、例えば往路チューブ２０ａ及び復路チューブ２０ｂとして互いに異なる径のチューブを用いるなど、設計の自由度を大きく向上させることができる。しかも、Ｕ字状チューブを用いる場合に比べて、往路チューブ２０ａ及び復路チューブ２０ｂの間隔を狭めることができるので、これによる第２流体Ｌ２の流速の向上をも図れる。

【0055】

そのうえ、シェル１０の一方側から他方側に向かって、流出領域Ｓｏ、流入領域Ｓｉ、及び折返し領域Ｓｒがこの順で配置されており、流入領域Ｓｉには往路チューブ２０ａのみならず復路チューブ２０ｂまでもが通過するので、流入領域Ｓｉに流入した第１流体Ｌ１が多数本のチューブ２０に当たり、その流れを乱すことができ、熱交換効率の向上を図れる。

【0056】

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではない。

【0057】

例えば、前記実施形態では、シェル１０の内部空間に１つの折返し領域Ｓｒが設けられていたが、図３に示すように、シェル１０の内部空間に複数の折返し領域Ｓｒが設けられていても良い。
より具体的に説明すると、この熱交換器１００のチューブ２０には、往路チューブ２０ａ及び復路チューブ２０ｂの他に、第１流体Ｌ１を折返し領域Ｓｒから別の折返し領域Ｓｒに導く中間チューブ２０ｃがさらに含まれている。
このような構成であれば、流入領域Ｓｉに流入した第１冷媒が流れ込むチューブ２０の本数をさらに減らすことができ、第１流体Ｌ１の流速のさらに向上させることができる。

【0058】

また、前記実施形態では、複数本の往路チューブ２０ａが第１流入ポートＰａや第２流入ポートＰｃ側に寄せて配置されており、複数本の復路チューブ２０ｂが第１流出ポートＰｂや第２流出ポートＰｄ側に寄せて配置されていたが、図４に示すように、第１流入ポートＰａや第２流入ポートＰｃ側から第１流出ポートＰｂや第２流出ポートＰｄ側に向かって、往路チューブ２０ａ及び復路チューブ２０ｂが交互に配置されていても良い。

【0059】

ここで、第２流体Ｌ２が低温二相である場合、密度の高い液相はシェル１０内における外側を流れ、密度の低い気相はシェル１０内における中心部を流れる。
そこで、熱伝達率の低い気相の熱交換量を上げるためには、図５に示すように、複数本の往路チューブ２０ａが、シェル１０内における中心部に配置されており、複数本の復路チューブ２０ｂが、シェル１０内において復路チューブ２０ｂよりも外側に配置されていてもよい。
このような構成であれば、往路チューブ２０ａをシェル１０内における中心部に配置してあるので、第２流体Ｌ２の気相と往路チューブ２０ａ内を流れる第１流体Ｌ１との温度差を確保することができ、気相の熱交換量を上げることができる。かかる作用効果は、低温二相の第２流体Ｌ２に含まれる気相の割合が高い場合に特に顕著に発揮される。

【0060】

また、本発明に係る熱交換器１００としては、図６に示すように、熱交換領域Ｓｅに設けられて、第２流体Ｌ２の流れ方向を変えるバッフル４０を備えていても良い。
このバッフル４０は、第２流入ポートＰｃから第２流出ポートＰｄへの第２流体Ｌ２の流れを阻害するものである。ここでは、複数のバッフル４０が、第２流入ポートＰｃから第２流出ポートＰｄに向かって千鳥状に配置されており、第２流体Ｌ２が、第２流入ポートＰｃから第２流出ポートＰｄに向かって蛇行しながら流れるように構成されている。
このような構成であれば、熱交換領域Ｓｅにおける第２流体Ｌ２の流路を長くすることができるので、熱交換領域Ｓｅにおける熱伝達率のさらなる向上を図れる。

【0061】

ところで、第２流体Ｌ２が低温二相の場合、熱交換領域Ｓｅにおける下流側ではドライアウトが発生して熱伝達率が低下することが懸念される。
そこで、上述したように複数のバッフル４０を設けた構成においては、図７に示すように、第２流体Ｌ２の上流側において互いに隣り合うバッフル４０の間隔Ｘ１よりも、第２流体Ｌ２の下流側において互いに隣り合うバッフル４０の間隔Ｘ２を狭くしても良い。
このような構成であれば、熱交換領域Ｓｅの下流側における第２流体Ｌ２の流速をさらに上げることができ、ドライアウトによる熱伝達率の低下を抑制することができる。

【0062】

さらに、本発明に係る熱交換器１００としては、図８に示すように、熱交換領域Ｓｅにおいて、チューブ２０の外表面に設けられた拡大伝熱面５０を備えていても良い。
この拡大伝熱面５０は、往路チューブ２０ａや復路チューブ２０ｂの外周面に設けられたフィンにより形成されており、ここでは複数のフィンが、往路チューブ２０ａや復路チューブ２０ｂの長手方向に沿って設けられている。
このような構成であれば、往路チューブ２０ａや復路チューブ２０ｂに拡大伝熱面５０を設けてあるので、熱交換領域Ｓｅにおける熱伝達率のさらなる向上を図れる。

【0063】

このように拡大伝熱面５０たるフィンを設けた構成において、図９に示すように、拡大伝熱面５０が熱交換領域Ｓｅにおいて複数設けられており、第２流体Ｌ２の上流側において互いに隣り合う拡大伝熱面５０の間隔Ｙ１よりも、第２流体Ｌ２の下流側において互いに隣り合う拡大伝熱面５０の間隔Ｙ２を狭くしても良い。
このような構成であれば、上述したようにドライアウトが生じ得る下流側において、第２流体Ｌ２の流速を上げることができ、ドライアウトによる熱伝達率の低下を抑制することができる。

【0064】

さらに本発明に係る熱交換器１００としては、図１０に示すように、熱交換領域Ｓｅにおいて、互いに隣り合うチューブ２０の間に設けられた第２のバッフル６０を備えていても良い。
この第２のバッフル６０は、往路チューブ２０ａや復路チューブ２０ｂと平行に延びる平板状のものであり、図１０の上段に示すように、往路チューブ２０ａと復路チューブ２０ｂとの間に設けられていても良いし、図１０の下段に示すように、往路チューブ２０ａ同士の間や復路チューブ２０ｂ同士の間に設けられていても良い。なお、この実施形態では、第２流入ポートＰｃ及び第２流出ポートＰｄを対向配置させているが、これらの第２流入ポートＰｃ及び第２流出ポートＰｄの配置はこれに限らず、適宜変更して構わない。
このような構成であれば、第２流体Ｌ２が、第２流入ポートＰｃから第２流出ポートＰｄに向かって蛇行しながら流れるので、熱交換領域Ｓｅにおける第２流体Ｌ２の流路を長くすることができるので、熱交換領域Ｓｅにおける熱伝達率のさらなる向上を図れる。

【0065】

また、往路チューブ２０ａや復路チューブ２０ｂは、図１１に示すように、内面に溝などの凹部２１や、図示していないが、突起などの凸部が形成されたものであっても良い。
これならば、チューブ２０の内周面における伝熱面積の拡大と、チューブ２０内を流れる第１流体Ｌ１の乱流促進が可能となり、熱交換量の向上を図れる。

【0066】

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0067】

１００・・・熱交換器
１０ ・・・シェル
Ｌ１ ・・・第１流体
Ｌ２ ・・・第２流体
Ｓｉ ・・・流入領域
Ｓｏ ・・・流出領域
Ｓｅ ・・・熱交換領域
Ｓｒ ・・・折返し領域
２０ａ・・・往路チューブ
２０ｂ・・・復路チューブ
３０ ・・・仕切板
４０ ・・・バッフル
５０ ・・・拡大伝熱面
６０ ・・・第２のバッフル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2021-12-16

【手続補正1】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図2】