JP2013204913A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】特殊な構造の部材や特殊な技術を用いることなく、分流管の設置位置による冷媒流量の偏りを抑制し、熱交換状態を均一化できるパラレルフロー型の熱交換器を提供する。
【解決手段】２本の分流管（第１分流管１、第２分流管２）と、その間に配置される複数の伝熱管３と、複数の伝熱管３の間に配置されたフィン４とを備え、伝熱管３が、隣り合う伝熱管３の幅（伝熱管ピッチ）が上部で狭く、下部で広くなるように配列されている熱交換器Ａ。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部を流れる冷媒と外気との間の熱交換を効率よく行うための熱交換器に関するものである。

カーエアコンや建物用の空気調和機は、蒸発器或いは凝縮器として、内部を流れる冷媒と自身の周囲に流れる流体（多くの場合空気）との熱交換を行う熱交換器を備えている。前記熱交換器として、２本の分流管と、前記２本の分流管を連結する複数本の伝熱管とを有するパラレルフロー型の熱交換器が多く用いられている。

この手のパラレルフロー型の熱交換器の従来の構造について図面を参照して説明する。図５は従来のパラレルフロー型の熱交換器の一例を示す概略図である。図５に示す熱交換器Ｂは取付け状態を示している。すなわち、熱交換器Ｂは、熱サイクルの一部として用いられるとき、図中上側が鉛直上で、図中下側が鉛直下となるように配置される。

図５に示すように、熱交換器Ｂは、それぞれ垂直に伸びるとともに、水平方向に並んで配置された２本の分流管（第１分流管９１、第２分流管９２）と、２本の分流管９１、９２を連結し、２本の分流管９１、９２の長手方向に一定の間隔（ピッチ）で配列された複数本の伝熱管９３と、伝熱管９３の間に配置されたフィン９４とを備えている。

第１分流管９１及び第２分流管９２の内部は、冷媒が流通する分配流路９１０、９２０を備えている。また、伝熱管９３も内部に冷媒が流通する冷媒流路９３１を備えている。すなわち、第１分流管９１の分配流路９１０と第２分流管９２の分配流路９２０とは伝熱管９３の冷媒流路９３１で連結されており、冷媒流路９３１を介して、分配流路９１０から分配流路９２０へ、或いは、その逆に冷媒が流れる。

ここで、伝熱管９３について新たな図面を参照して説明する。図６は伝熱管を切断した斜視図である。図６に示すように伝熱管９３は偏平形状を有しており、内部には複数個（ここでは、６個）の冷媒流路９３１が並んで配置されている。冷媒流路９３１はすべて同じ断面積を有している。つまり、伝熱管９３は断面がハーモニカ形状を有しており、冷媒との接触面積を大きくし、熱交換効率を高めている。そして、熱交換器Ｂでは、伝熱管９３が、長手方向が第１分流管９１及び第２分流管９２の中心軸と略直交するように、第１分流管９１、第２分流管９２と接続されている。

一般的にパラレルフロー型熱交換器の入口部分は気液二相状態で流動するため、重力の影響により冷媒は、気相冷媒と液晶冷媒に分離する。そして、パラレルフロー型熱交換器では、上方に気相冷媒が、下方に液相冷媒が溜まる。そして、上部の伝熱管には気相冷媒が多く流入し、下部の伝熱管では液相冷媒が多く流入する。このように、気相冷媒と液相冷媒とが分かれることで、伝熱管の間で冷媒流量に偏りが生じる、いわゆる偏流となることが多い。このように、冷媒流量の偏りにより冷媒が不足気味となった冷媒流路では、出口において過熱冷媒となり熱伝達性能が低下する。また、液相冷媒が多量に流れる冷媒流路においては、出口においても未蒸発の冷媒が多量に存在するため、結露や圧縮機損傷といった悪影響が危惧され、冷媒循環の阻害要因となる。

そこで、特開２０１１−１２７７９４号公報には、各冷媒流路に応じた適正な冷媒量を流すように、伝熱管先端を分流管に挿入するときの挿入量を、分流管の一端部からの配列順に従って漸次大きくなるように取り付けたパラレルフロー型の熱交換器が提案されている。熱交換器をこのような構成とすることで、冷媒状態を均質化し、より均等な分流状態とするとともに、熱交換効率を向上させている。

特開２０１１−１２７７９４号公報

しかしながら、特開２０１１−１２７７９４号公報に記載の熱交換器では、前記伝熱管の挿入量を配列順に従って漸次変更する構成となっているため、前記伝熱管を前記分流管に挿入するとき、挿入量を調整しながら挿入しなくてはならず、製造にかかる手間及び時間が多くなり、製造コストが増大する。また、分流管をこのように配置した熱交換器では、分流管内部での偏流をある程度、抑制しているが、依然として分流状態に偏りが発生しており、結露等が発生しやすい。

そこで本発明は、特殊な構造の部材や特殊な技術を用いることなく、分流管の設置位置による冷媒流量の偏りを抑制し、熱交換状態を均一化できるパラレルフロー型の熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、一対の分流管と、前記一対の分流管を連結するとともに、一方の分流管から他方の分流管に冷媒を導く複数本の伝熱管と、前記複数本の伝熱管の間に配置された複数個のフィンとを備え、前記複数本の伝熱管が、全ての伝熱管で内部を流れる冷媒の流量が同じになるように設置間隔が調整されて配列されていることを特徴とする熱交換器を提供する。

この構成によると、前記伝熱管の設置間隔を調整することで、各伝熱管に冷媒が流入するときの抵抗を調整し、設置位置にかかわらず、全ての伝熱管に冷媒が略均等に流れるように調整される。これにより、全ての伝熱管及び前記伝熱管に接触しているフィンで均等に熱交換が行われるので（熱交換の偏りが発生しにくいので）、熱交換効率を向上することができる。

また、伝熱管の設置間隔を調整することですべての伝熱管に対し均等に液相冷媒が流入するので、全ての伝熱管で前記分流管に挿入する長さを等しくすることが可能である。そのため、すべての伝熱管の前記分流管への挿入を同一工程で行うことができ、製造コストを低減させることも可能である。

上記構成において、前記伝熱管の配列方向における両端の前記伝熱管の設置間隔が異なっていてもよい。

上記構成において、前記一対の分流管が重力に抗して起立するように配置されており、前記複数本の伝熱管が、重力方向に進むに従って隣の伝熱管との設置間隔が同じか増大するように配列されていてもよい。

本発明にかかる熱交換器を利用した機器として、本発明の熱交換器を少なくとも蒸発器として用いた熱サイクル装置を挙げることができる。また、熱サイクル装置として、空気調和機、ヒートポンプ、冷凍機等を挙げることが可能である。

そして、本発明にかかる熱交換器を熱サイクル装置の蒸発器に用いた場合、熱交換が偏りにくいため、着霜によってフィンの隙間が目詰まりに到るまでの時間を長くすることが可能である。このことから、除霜の頻度を低減することが可能である。

また、本発明の熱交換器は、全ての伝熱管に冷媒を均等又は略均等に流れるので、除霜運転時の高温の冷媒も均等又は略均等に流れる。そのため、全ての伝熱管及びフィンで同時に霜の融解が発生するため、除霜時間を短縮することが可能である。すなわち、本発明にかかる熱交換器を少なくとも蒸発器に用いた熱サイクル装置では、蒸発器の除霜頻度が少なくなるとともに、除霜に要する時間も短くなる。これにより、熱サイクル装置の運転効率が向上する。

本発明によると、特殊な構造の部材や特殊な技術を用いることなく、分流管の設置位置による冷媒流量の偏りを抑制し、熱交換状態を均一化できるパラレルフロー型の熱交換器を提供することができる。

本発明にかかる熱交換器の概略図である。 図１に示す熱交換器の概略斜視図である。 本発明にかかる熱サイクル装置の一例である空気調和機の構成を示す図である。 熱流体シミュレーションの結果を表す表である。 従来のパラレルフロー型の熱交換器の一例を示す概略図である。 伝熱管を切断した斜視図である。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる熱交換器の概略図であり、図２は図１に示す熱交換器の概略斜視図である。以下の説明では、図１における、水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向として説明する。熱交換器Ａは、内部に流れる熱媒（冷媒）と外部の流体（ここでは、空気）との間で熱の交換を効率よく行うための装置である。例えば、熱交換器Ａを凝縮器として用いる場合、冷媒の熱を外部の空気に放出し、蒸発器として用いる場合、外部の空気の熱を冷媒に渡す。

図１に示す熱交換器Ａは、２本の分流管（第１分流管１、第２分流管２）と、その間に配置された複数の伝熱管３と、複数の伝熱管３の間に配置された複数個のフィン４とを備えている。なお、２本の分流管１、２及び伝熱管３は冷媒が流動可能な管形状に形成されており、冷媒流動管体を構成している。

熱交換器Ａでは、上述の通り、内部の冷媒と外部の空気との間の熱交換を効率よく行うための装置であり、熱伝導性が高いことが要求されている。そのため、熱交換器Ａにおいて、２本の分流管（第１分流管１、第２分流管２）、伝熱管３及びフィン４は、高い熱伝導性を有し、安価、加工性が高い等のメリットを有しているアルミニウム又はアルミニウム合金で作製されている。

なお、熱交換器Ａを構成する材料は、アルミニウム、アルミニウム合金に限定されるものではなく、金、銀、銅等、熱伝導性が高く、加工が容易な材料を用いることも可能である。また、それぞれの部材は、その部材によって、要求される性能、強度、加工性、熱伝導性等が異なる場合があり、その場合、それぞれの部材を適切な材料で作製してもよい。この場合、熱交換器Ａは、異種の材料で形成された構成となる場合もある。

図１に示す熱交換器Ａでは、第１分流管１及び第２分流管２はＹ方向（垂直方向）に延び、Ｘ方向（水平方向）に間隔を置いて平行に配置されている。第１分流管１及び第２分流管２は、それぞれ、異なる配管に接続されており、一方の配管を介して冷媒が熱交換器Ａに供給され、熱交換器Ａで熱交換したのちの冷媒が他方の配管を介して外部に送られる。

図１に示すように、第１分流管１及び第２分流管２は、鏡像関係になっているが、それ以外は、実質上同じ構造を有している。そのため、第１分流管１について詳しく説明し、第２分流管２で第１分流管１と異なる符号を有する部分については、その都度説明する。

図１に示すように、第１分流管１は、内部に分配流路１０（第２分流管２では分配流路２０）と、第１分流管１の長手方向の中央部分に接続され、分配流路１０と連通された冷媒出入口１１（第２分流管２では、冷媒出入口２１）とを備えている。なお、図１に示す熱交換器Ａにおいて、冷媒出入口１１が長手方向中央に取り付けられているが、これに限定されるものではなく、上部に取り付けられていてもよい。

熱交換器Ａでは、熱サイクルの冷媒の動きによって、第１分流管１から第２分流管２に向かって冷媒を流す場合もあるし、逆に、第２分流管２から第１分流管１に向かって冷媒を流す場合もある。以下の説明において、特に説明しない場合、第１分流管１から第２分流管２に冷媒を流すものとして説明する。

伝熱管３は金属（ここではアルミニウム）の押出成型体であり、図２に示すように、断面略楕円形（例えば、断面長手方向の寸法約１５ｍｍ、断面幅方向の寸法約２ｍｍ）の偏平チューブ形状である。図２に示すように、伝熱管３の長手方向は、分流管（図２では第１分流管１であるが、第２分流管２でも同じ）の長手方向に対して直交する方向となっている。

そして、伝熱管３の内部には、長手方向の一端から他端まで貫通し、内部に冷媒が流れる冷媒流路３１を複数個備えている。冷媒流路３１は、断面楕円形状（例えば、断面長手方向の寸法約１．５ｍｍ、断面幅方向の寸法約１ｍｍ）であり、伝熱管３の内部に複数個（ここでは６個）備えられている。そして、冷媒流路３１は、互いに平行に、伝熱管３の幅方向に所定の間隔で並んで配置されている。なお、冷媒流路３１の断面形状は、楕円に限定されるものではなく、円或いは四角形等の多角形であってもよい。つまり、伝熱管３は断面ハーモニカ形状を有しており、冷媒との接触面積を大きくし、熱交換効率を高めている。

そして、伝熱管３は、一方の端部（図１中左側）で第１分流管１と、他方の端部（図中右側）で第２分流管２と接続している。すなわち、熱交換器Ａに流入した冷媒は、伝熱管３の冷媒流路３１を通って第１分流管１から第２分流管２に、或いはその逆に流れる。

そして、熱交換器Ａでは、隣り合う伝熱管３同士の間にフィン４が配置される。図１に示すように、フィン４は、平板を波型（コルゲート形状）に形成した部材であり、波型の各稜部は伝熱管３と接触するように配置されている。

熱交換器Ａにおいて、第１分流管１、第２分流管２と伝熱管３、伝熱管３とフィン４とは、ロウ付け処理によって接着されている。なお、接着方法はロウ付けに限定されるものではなく、溶射処理、熱拡張、溶接等の接着手法によって上述の部材同士を接着、固定するようにしてもよい。

第１分流管１及び第２分流管２と伝熱管３とがロウ付けによって接続されることで、接続部から冷媒の漏れを抑制することができる。また、伝熱管３とフィン４とが接続されていることで、伝熱管３とフィン４とで熱が伝達される。また、フィン４が、波型であることで、空気の接触面積を広くしている。

熱交換器Ａは、第１分流管１と第２分流管２との間で冷媒を流通させるとき、伝熱管３の冷媒流路３１を通過する。冷媒流路３１を通過するとき、冷媒は外部を流れる流体（ここでは空気）と熱交換を行う。例えば、熱交換器Ａを蒸発器として用いる場合、冷媒流路３１を流通する冷媒は、外部の空気より熱を奪う。このとき、伝熱管３が波型のフィン４と接触しているので、フィン４と接触している空気との間でも熱交換を行う。このとき、冷媒は奪った熱によって蒸発する。

熱交換器Ａの入り口側（ここでは、第１分流管１）では、気液二相の冷媒が流入しており、重力の影響によって液相冷媒が下方に、気相冷媒が上方に分離される。そのため、上部に配置された伝熱管３の冷媒流路３１には気相冷媒が多く流入しやすく、下部に配置された伝熱管３の冷媒流路３１には液相冷媒が多く流入しやすくなる。これにより、熱交換器Ａでは、下部に液溜まりが発生し、伝熱管３の位置によって、冷媒流路３１を流れる冷媒の流量に偏り（上部の伝熱管３の冷媒流路３１では冷媒流量が少なく、下部の伝熱管３の冷媒流路３１では冷媒流量が多くなる）が発生しやすくなる。

以上示したような、伝熱管３の位置による、冷媒流路３１を流れる冷媒流量の偏りを抑制するため、本発明にかかる熱交換器Ａは、隣り合う伝熱管３の幅（伝熱管ピッチ）が上部で狭く、下部で広くなるように伝熱管３を配列している。なお、図１に示す熱交換器Ａでは、伝熱管ピッチはすべて異なるものとしているが、一部同じであってもよい。

本発明にかかる熱交換器Ａの伝熱管ピッチの一例をあげると次のとおりである。上からｎ段目とｎ＋１段目（ｎは１以上の整数）の伝熱管３の幅を伝熱管ピッチＳｎとすると、伝熱管ピッチＳｎは次の式で表される。Ｓｎ＋１≧Ｓｎ（ｎは１以上の整数、少なくとも１つのｎで不等号が成り立つものとする）。

つまり、熱交換器Ａでは、全体としてみた場合、第１分流管１の分配流路１０と第２分流管２の分配流路２０を連結している冷媒流路３１の数及びその断面積の割合は、上部ほど多く（大きく）下部にいくにしたがって少なく（小さく）なっている。このことから、熱交換器Ａでは、冷媒が第１分流管１から伝熱管３の冷媒流路３１に流入する場合、下部に配置された伝熱管３の冷媒流路３１への流入抵抗が大きく、上部に配置された伝熱管３の冷媒流路３１への流入抵抗が小さくなっている。

第１分流管１の分配流路１０から第２分流管２の分配流路２０に流動する冷媒は、抵抗の低い伝熱管３の冷媒流路３１、すなわち、冷媒は熱交換器Ａの上部に配置された伝熱管３の冷媒流路３１に多く流入する。これにより、伝熱管３の位置によって流入する冷媒の流量に偏りが発生しにくくなり、熱交換器Ａの第１分流管１の下部に液相冷媒が溜まる液溜りを抑制することが可能となる。さらに、複数の伝熱管３に流入する液相冷媒の流量の伝熱管３の位置による偏りが抑制されることで、冷媒は熱交換器Ａ全体で熱交換される。このことから、本発明にかかる熱交換器Ａは、従来の熱交換器よりも熱交換効率が高くなる。

本発明にかかる熱交換器Ａを利用した熱サイクルの一例である空気調和機について図面を参照して説明する。図３は本発明にかかる熱サイクル装置の一例である空気調和機の構成を示す図である。

図３において、冷凍サイクル装置は室内機８１と室外機８２を含む構成となっている。室内機８１と室外機８２とを配管で接続することで、閉回路が形成されており、その回路の内部に冷媒が封入されている。室内機８１には室内熱交換器Ａ１が備えられ、室外機８２は室外熱交換器Ａ２、膨張弁８３、レシーバー８４及び圧縮式の圧縮機８５が備えられている。なお、室内熱交換器Ａ１及び室外熱交換器Ａ２に本発明にかかる熱交換器Ａが採用されている。

図３に示す空気調和機における冷媒の流れについて説明する。まず、冷房運転のときの冷媒の流れについて説明する。圧縮機８５で圧縮された冷媒は、高温高圧の気相冷媒として室外熱交換器Ａ２に流入する。室外熱交換器Ａ２において冷媒は、室外熱交換器Ａ２に通風される空気との熱交換によって室外に放熱し、凝縮される。この凝縮により冷媒は液化される。

室外熱交換器Ａ２で液化した冷媒は、冷媒を気液分離するレシーバー８４を介して膨張弁８３に流入し、絞られ、低温低圧の液相冷媒となり、室内熱交換器Ａ１に流入する。そして、室内熱交換器Ａ１において冷媒は、室内熱交換器Ａ１で蒸発、気化されることで周囲から熱を奪う。つまり、室内熱交換器Ａ１に流入した冷媒は、室内熱交換器Ａ１に通風される空気から熱を奪い、通風される空気を冷却している。そして、室内機８１は、冷却された空気を居室内に送ることで、居室内を冷却する。つまり、図３に示す空気調和機において、冷房運転を行っているとき、室内熱交換器Ａ１が蒸発器として、室外熱交換器Ａ２が凝縮器として動作している。

空気調和機を冷房運転しているとき、室内熱交換器Ａ１は、内部に低温の冷媒が流れているので、表面が室内空気の露点以下になる場合がある。その場合、室内熱交換器Ａ１の表面に室内熱交換器Ａ１に通風される空気に含まれる水分が凝縮し、結露水が付着する。室内熱交換器Ａ１として、本発明にかかる熱交換器Ａと同様の構成を有する熱交換器を用いることで、冷媒流路３１の伝熱管３の位置による偏りが抑制され、室内熱交換器Ａ１全体で熱交換を行っている。そのため、室内熱交換器Ａ１全体が均一或いは略均一に低温化し、室内熱交換器Ａ１の表面に結露水が発生するまでの時間が長くなる。これにより、室内熱交換器Ａ１の表面に結露水が付着することによる熱交換効率の低下が抑制され、空気調和機の冷房効率の低下を抑制している。

次に暖房運転のときの冷媒の流れについて説明する。暖房運転時の冷媒の流れは冷房運転時とは逆になる。すなわち、圧縮機８５で圧縮された冷媒は、高温高圧の気相冷媒として室内熱交換器Ａ１に流入する。室内熱交換器Ａ１において冷媒は、室内熱交換器Ａ１に通風される空気との熱交換によって空気に熱を渡し、凝縮される。すなわち、室内熱交換器Ａ１に通風された空気は加熱され、その加熱された空気が居室内に送られることで、居室内が暖房される。

凝縮された冷媒は膨張弁８３で絞られ、低温低圧の液相冷媒（或いは、気液二相冷媒）となって、冷媒を気液分離するレシーバー８４を介して室外熱交換器Ａ２に流入する。室外熱交換器Ａ２に流入する冷媒は気液二相冷媒であり、室外熱交換器Ａ２に通風される空気から熱を奪い、蒸発する。図３に示す空気調和機において、暖房運転を行っているとき、室内熱交換器Ａ１は凝縮器として、また、室外熱交換器Ａ２は蒸発器として動作している。なお、空気調和機において、圧縮機８５より吐出された冷媒は、図示を省略した四方弁により、室内熱交換器Ａ１又は室外熱交換器Ａ２に送られる構成となっている。

空気調和機を暖房運転するときも、冷房運転する時と同様、蒸発器、すなわち、室外熱交換器Ａ２に結露水が付着する。室外熱交換器Ａ２にも本発明にかかる熱交換器Ａと同様の構成を有する熱交換器を採用しているので、表面に結露水が発生するまでの時間が長くなる。これにより、室外熱交換器Ａ２の表面に結露水が付着することによる熱交換効率の低下を抑制され、空気調和機の暖房効率の低下を抑制している。

また、空気調和機において、暖房運転は寒冷期に行われることがほとんどである。寒冷期の低温な室外気温の中で、蒸発器として動作する室外熱交換器Ａ２で連続して熱交換を行うと、表面の温度が、結露水の凝固点よりも低くなることがあり、結露した水分が凍結し霜が発生する（着霜する）。熱交換器に着霜が発生すると、フィン４の間が霜で埋まり、通風が阻害され、熱交換効率が低下する。

本発明にかかる熱交換器Ａを室外熱交換器Ａ２として用いている場合、室外熱交換器Ａ２の表面温度に偏りが生じにくくなっており、表面の一部の温度が低温になりすぎで、その部分から着霜し、その着霜が全体に広がるのを抑制することができる。これにより、室外熱交換器Ａ２の着霜によるフィン４が目詰まりを起こすまでの時間を長くすることが可能である。なお、ここで、目詰まりとは、フィン４の隙間に流れる空気の流量が着霜が発生していない状態のときに対して、予め決められた割合になった状態のことを示す。

また、本発明にかかる熱交換器では、目詰まりを起こすまでの時間を長くすることはできるが、連続して暖房運転している状態で、完全に目詰まりを防止することはできない。そのため、空気調和機では、室外熱交換器Ａ２に付着した霜を取り除く、除霜運転を行う。空気調和機において除霜運転は、暖房運転と逆、すなわち、冷房運転させ、高温の冷媒を室外熱交換器Ａ２に供給し、室外熱交換器Ａ２の表面温度を上げ、表面についた霜を融かす。このとき、本発明にかかる熱交換器Ａでは、各伝熱管３の冷媒流路３１に均等或いは略均等に冷媒を流動させることができるので、室外熱交換器Ａ２の全体を均等或いは略均等に加熱することが可能であり、全体の霜を短時間で取り除くことが可能である。

上述のように本発明にかかる熱交換器を暖房運転時の室外熱交換器Ａ２（蒸発器）として用いることで、着霜による目詰まりが発生するまでの時間が長くなり除霜運転の頻度を低減することができる。また、除霜運転に要する時間も短縮化することが可能である。これにより、熱サイクルの効率の低下を抑制し、消費電力の削減、すなわち、省エネルギー化することが可能である。

なお、上述の実施形態では、本発明の熱交換器の利用装置として、空気調和機の室外側ユニットの熱交換器を例に説明しているが、例えば、冷却庫の庫内に配置される蒸発器、乾燥器の室外側ユニットの熱交換器等、冷媒と外気との熱交換を行うとともに、表面が外気の露点以下となるような熱交換器に対して利用することが可能である。

また、本発明にかかる熱サイクルを備えた機器として、空気調和機を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、内部で食品等の物品を冷却する冷却庫の冷凍機、洗濯機や給湯器に用いられるヒートポンプ等、結露、着霜が発生しやすい熱交換器を備えた機器に広く採用することが可能である。

（実施例）
本発明にかかる熱交換器における冷媒の流れを熱流体シミュレーションで解析し、その効果について検証を行った。以下にそのシミュレーションの内容及び結果について説明する。

本発明にかかる熱交換器のシミュレーションを行うにあたり、本発明にかかる熱交換器Ａのシミュレーションモデル（実施例とする）と、比較により本発明の優位性を立証するため従来の熱交換器のシミュレーションモデル（比較例）とを作製した。

実施例は、図１に示す熱交換器Ａと同様の構成を有しているモデルである。すなわち、第１分流管１と、第１分流管１に接続された７本の伝熱管３を備えている。第１分流管１の分配流路１０の内径は１９ｍｍ、長さは１２１ｍｍである。伝熱管３の長さは７０１ｍｍである。そして、隣り合う伝熱管３の間には波形状のフィン４が配置されており、フィン４を設置する部分の幅は上段から６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１１ｍｍ、１４ｍｍである。そして、第１分流管１の長手方向中央に内径６ｍｍの冷媒出入口１１を備えている。

一方、比較例は、図５に示す熱交換器と同様の構成を有しているモデルである。すなわち、第１分流管９１と、第１分流管９１に接続された９本の伝熱管９３を備えている。第１分流管９１の分配流路９１０の内径は１９ｍｍ、長さは１２１ｍｍである。伝熱管９３の長さは７０１ｍｍである。そして、隣り合う伝熱管９３の間には波形状のフィン９４が配置されており、フィン９４を設置する部分の幅はすべての段で同じ９ｍｍである。そして、第１分流管１の長手方向中央に内径６ｍｍである冷媒出入口９１１を備えている。

また、熱流体シミュレーションは次のとおりである。気体と液体とを連続体として解くEuler-Euler法を用い、乱流スケールにはｋ−ε法を用い、実施例、比較例それぞれについて熱流体解析を行い、両モデルにおける各伝熱管の流量を出力した。使用した流体はＲ４１０冷媒を用い、冷媒の入口流速は気体１．３ｍ/ｓ、液体０．１ｍ/ｓの条件下で熱流体シミュレーションを実施した。

そして、実施例と比較例との結果に基づいて、全伝熱管における冷媒の平均流量を算出するとともに、全伝熱管を通過する流量を伝熱管の本数で割った平均流量を算出するとともに、各伝熱管で流れた冷媒のうち最大のもの（最大流量）を抜き出し、最大流量と平均流量との差を比較した。

図４は熱流体シミュレーションの結果を表す表である。図４を見ればわかるように、平均流量は、実施例では１７．１ｍＬ／分であるのに対し、比較例では１３ｍＬ／分となっている。また、平均流量と最大流量との差は、実施例では９ｍＬ／分であるのに対し、比較例では２５ｍＬ／分となっている。

これらの結果より、実施例では平均流量が大きく、第１分流管１の下部に液溜りを発生せず或いは略発生せず伝熱管３に流れていることがわかる。また、全ての伝熱管３において流量に大きな差がついていないことがわかる。すなわち、実施例では、伝熱管３の位置にかかわらず冷媒流量に偏りが発生しにくくなっていることがわかる。

一方、比較例では、平均流量が実施例よりも小さくなっている。これは、伝熱管に流入しない冷媒が、第１分流管の下部に液溜りとして溜まっているもの考えられる。そして、平均流量と最大流量との差が大きいことがわかる。このことから、比較例では、伝熱管によって、冷媒流量に大きな偏りが発生していることがわかる。

以上のように、本発明の熱交換器では伝熱管の位置にかかわらず冷媒の流量を均等又はほぼ均等に分配できる。したがって、熱交換器Ａの全面で偏らずに熱交換が行われるので、熱交換効率が向上することができる。また、本発明にかかる熱交換器を利用した熱サイクルでは、蒸発器の表面の温度低下が熱交換器全体にわたって均一又は略均一に行われるので、結露の発生までの時間或いは着霜による目詰まりに到るまでの時間を長くすることが可能となり、運転効率（冷房運転又は暖房運転）を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。

本発明にかかる熱交換器は、自動車や居室の空気調和機、冷却庫、乾燥機等、熱サイクルを利用した装置の冷媒に熱を吸収させる吸熱側の熱交換器として利用することが好適である。

Ａ 熱交換器
１ 第１分流管
２ 第２分流管
３ 伝熱管
４ フィン
８１ 室内機
８２ 室外機
８３ 膨張弁
８４ レシーバー
８５ 圧縮機
Ａ１ 室内熱交換器
Ａ２ 室外熱交換器

Claims (4)

1. 一対の分流管と、
   前記一対の分流管を連結するとともに、一方の分流管から他方の分流管に冷媒を導く複数本の伝熱管と、
   前記複数本の伝熱管の間に配置された複数個のフィンとを備え、
   前記複数本の伝熱管が、全ての伝熱管で内部を流れる冷媒の流量が同じになるように設置間隔が調整されて配列されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記伝熱管の配列方向における両端の前記伝熱管の設置間隔が異なっている請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記一対の分流管は重力に抗して起立するように配置されており、
   前記複数本の伝熱管は、重力方向に進むに従って隣の伝熱管との設置間隔が同じか又は増大するように配列されている請求項２に記載の熱交換器。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱交換器が、少なくとも蒸発器として用いられている熱サイクル装置。

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