JP2014009852A - フィンチューブ熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】高い能力を有するフィンチューブ熱交換器を提供する。
【解決手段】フィンチューブ熱交換器１０は、フィン群１２及び伝熱管群５を備えている。冷媒の流路は、複数の分岐流路１１と、複数の分岐流路１１から選ばれる少なくとも２つが１つに合流することによって形成された共通流路１３とを含む。伝熱管群５は、内面に複数の螺旋状の溝が形成された複数のヘアピン管５ａ，５ｂと、複数のヘアピン管５ａ，５ｂを互いに接続している複数のリターンベンド管５ｃとで構成されている。共通流路１３におけるヘアピン管５ａの溝の数Ｎ１は、複数の分岐流路１１におけるヘアピン管５ｂの溝の数Ｎ２よりも多い。共通流路１３におけるヘアピン管５ａの溝のリード角α１は、複数の分岐流路１１におけるヘアピン管５ｂの溝のリード角α２よりも小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィンチューブ熱交換器に関する。

フィンチューブ熱交換器の能力を高めるために、伝熱管の内面における熱伝達率を向上させる試みがなされている。例えば、伝熱管の内面に溝を設けると、気液二相冷媒が旋回流を形成するので、伝熱管の内面で液膜が薄くなる。これにより、伝熱管の内面における熱伝達率が向上する。

図９は、特許文献１に記載された空気調和装置の構成図である。空気調和装置１００は、圧縮機１０１、凝縮器１０２、膨張弁１０３及び蒸発器１０４を備えている。凝縮器１０２は、凝縮部１０２ａと過冷却部１０２ｂとを含む。凝縮部１０２ａと過冷却部１０２ｂとの間の流路に液溜め１０８が設けられている。凝縮部１０２ａに内面溝付き管が使用され、過冷却部１０２ｂに平滑管が使用されている。内面溝付き管は、熱伝達率の向上に有利である。平滑管は、圧力損失の低減に有利である。

実開昭６３−１０４９５５号公報

しかし、図９に示す空気調和装置の凝縮器（フィンチューブ熱交換器）の構造は、凝縮器における冷媒の状態及び冷媒の挙動を考慮すると、必ずしも最適なものではない。すなわち、従来のフィンチューブ熱交換器には、依然として改良の余地が残されている。

すなわち、本開示は、
気体の流路を形成しているフィン群と、
前記フィン群を貫通し、冷媒の流路を形成している伝熱管群と、を備え、
前記冷媒の流路は、複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路から選ばれる少なくとも２つが１つに合流することによって形成された共通流路とを含み、
前記伝熱管群は、内面に複数の螺旋状の溝が形成された複数のヘアピン管と、前記複数のヘアピン管を互いに接続している複数のリターンベンド管とで構成されており、
前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝の数Ｎ１は、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝の数Ｎ２よりも多く、
前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝のリード角α１は、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝のリード角α２よりも小さい、フィンチューブ熱交換器を提供する。

本開示によれば、気液二相冷媒の挙動（流動態様）を考慮して、適切な位置に適切な構造のヘアピン管が配置されている。これにより、フィンチューブ熱交換器の能力が向上する。また、圧力損失も低減しうる。

本実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図 図１に示す冷凍サイクル装置の室内機の構成図 図２に示すフィンチューブ熱交換器における冷媒の流路の構成図 内面溝付き管（ヘアピン管）の横断面図 内面溝付き管（ヘアピン管）の部分拡大図 内面溝付き管（ヘアピン管）の展開図 ヘアピン管の内部における冷媒の挙動を示す概略図 ヘアピン管の内部における冷媒の別の挙動を示す概略図 リード角が小さいときの液冷媒の流れを説明する図 リード角が大きいときの液冷媒の流れを説明する図 従来の空気調和装置の構成図

図９に示す従来の空気調和装置１００では、圧力損失を低減するために過冷却部１０２ｂに平滑管が使用されている。しかし、空気調和装置１００の過冷却部１０２ｂにおいて、冷媒は液相状態であり、過冷却部１０２での圧力損失は十分に小さい。逆に、過冷却部１０２ｂに平滑管が使用されていると、過冷却部１０２ｂにおける伝熱管の内面の表面積が減少するため、過冷却部１０２で熱交換が起こりにくくなる。その結果、過冷却度が不十分となり、膨張弁１０３でフラッシュガスが発生し、冷凍サイクルが不安定になる可能性がある。フラッシュガスの発生を防ぐために液溜め１０８が設けられているものの、液溜め１０８に溜められた冷媒は熱交換に寄与しないため、熱交換能力の低下を免れることはできない。

従って、フィンチューブ熱交換器の熱交換能力を高めるためには、冷媒の流量の変化、冷媒の乾き度の変化などに着目し、冷媒の状態及び冷媒の挙動に適合するように、内面溝付き管の配置、内面溝付き管の溝の構成などを工夫することが重要である。

すなわち、本開示の第１態様は、
気体の流路を形成しているフィン群と、
前記フィン群を貫通し、冷媒の流路を形成している伝熱管群と、を備え、
前記冷媒の流路は、複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路から選ばれる少なくとも２つが１つに合流することによって形成された共通流路とを含み、
前記伝熱管群は、内面に複数の螺旋状の溝が形成された複数のヘアピン管と、前記複数のヘアピン管を互いに接続している複数のリターンベンド管とで構成されており、
前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝の数Ｎ１は、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝の数Ｎ２よりも多く、
前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝のリード角α１は、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝のリード角α２よりも小さい、フィンチューブ熱交換器を提供する。

本開示の第２態様は、
気体の流路を形成しているフィン群と、
前記フィン群を貫通し、冷媒の流路を形成している伝熱管群と、を備え、
前記冷媒の流路は、複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路から選ばれる少なくとも２つが１つに合流することによって形成された共通流路とを含み、
前記伝熱管群は、内面に複数の螺旋状の溝が形成された複数のヘアピン管と、前記複数のヘアピン管を互いに接続している複数のリターンベンド管とで構成されており、
前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝の深さＨ１は、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝の深さＨ２よりも大きく、
前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝のリード角α１は、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝のリード角α２よりも小さい、フィンチューブ熱交換器を提供する。

第２態様によれば、気液二相冷媒の挙動（流動態様）を考慮して、適切な位置に適切な構造のヘアピン管が配置されている。これにより、フィンチューブ熱交換器の能力が向上する。また、圧力損失も低減しうる。

第３態様は、第１態様に加え、前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝の深さＨ１が、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝の深さＨ２に等しくてもよい、フィンチューブ熱交換器を提供する。溝の深さが等しい場合、ヘアピン管をフィンに密着させるための拡管作業を容易に行うことができる。具体的には、二種類のヘアピン管を使用したとしても、複数の拡管装置を使い分ける必要が無い。

第４態様は、第２態様に加え、前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝の数Ｎ１が、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝の数Ｎ２に等しくてもよい、フィンチューブ熱交換器を提供する。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の空気調和装置２００は、圧縮機２０、室内機３０、膨張弁４０、室外機５０及び四方弁６０を備えている。圧縮機２０、室内機３０、膨張弁４０及び室外機５０がこの順番で環状に接続されることによって冷媒回路７０が形成されている。四方弁６０は、冷媒回路７０における冷媒の流れの方向を切り替えるために冷媒回路７０に設けられた弁である。四方弁６０が実線で示された状態にあるとき、圧縮機２０で圧縮された冷媒は、室内機３０に供給され、冷却される。四方弁６０が破線で示された状態にあるとき、圧縮機２０で圧縮された冷媒は、室外機５０に供給され、冷却される。冷媒として、ハイドロフルオロカーボンなどの公知の冷媒を使用できる。

図２に示すように、室内機３０は、送風機８及びフィンチューブ熱交換器１０を備えている。フィンチューブ熱交換器１０に空気が供給されるように、送風機８の周囲にフィンチューブ熱交換器１０が配置されている。本実施形態において、フィンチューブ熱交換器１０は、前面上部ユニット１、前面中央ユニット２、前面下部ユニット３及び背面ユニット４で構成されている。

暖房運転時において、冷媒は実線矢印の方向に流れる。具体的には、圧縮された冷媒が第１端部６を通じてフィンチューブ熱交換器１０に流入し、冷却された冷媒が第２端部７を通じてフィンチューブ熱交換器１０から流出する。暖房運転時において、フィンチューブ熱交換器１０は、凝縮器として機能する。冷房運転時において、冷媒は破線矢印の方向に流れる。具体的には、気液二相冷媒が第２端部７を通じてフィンチューブ熱交換器１０に流入し、加熱された冷媒が第１端部６を通じてフィンチューブ熱交換器１０から流出する。冷房運転時において、フィンチューブ熱交換器１０は、蒸発器として機能する。

ユニット１〜４は、それぞれ、フィン群１２及び伝熱管群５を備えている。フィン群１２は、互いに平行に並べられた複数の板状のフィンで構成されている。フィン群１２は、気体（空気）の流路を形成している。伝熱管群５は、フィン群１２を貫通するように配置されている。伝熱管群５は、冷媒の流路を形成している。

伝熱管群５は、複数の第１ヘアピン管５ａ、複数の第２ヘアピン管５ｂ及び複数のリターンベンド管５ｃで構成されている。ヘアピン管５ａ及び５ｂは、内面に複数の螺旋状の溝が形成された伝熱管である。内面に溝が形成された伝熱管は、一般に、内面溝付き管と呼ばれている。ヘアピン管５ａ及び５ｂは、フィンの厚さ方向に真っ直ぐ延びている。言い換えれば、室内機３０において、ヘアピン管５ａ及び５ｂは、水平方向に真っ直ぐ延びている。リターンベンド管５ｃは、フィン群１２の両端において、複数のヘアピン管５ａ及び５ｂを互いに接続している伝熱管である。リターンベンド管５ｃは、典型的には、内面に溝を有さない平滑管である。ただし、リターンベンド管５ｃに内面溝付き管が使用されていてもよい。

なお、フィンチューブ熱交換器１０が複数のユニットに分かれていることは必須ではない。各ユニット１〜４におけるヘアピン管５ａ又は５ｂの数も特に限定されない。ユニットの数及び各ユニットにおけるヘアピン管の数は、必要な熱交換能力、風速分布などに応じて適切に決定される。

図３に示すように、フィンチューブ熱交換器１０における冷媒の流路は、複数の分岐流路１１及び少なくとも１つの共通流路１３を含む。共通流路１３は、複数の分岐流路１１が１つに合流することによって形成された流路である。本実施形態では、２つの分岐流路１１と、１つの共通流路１３とが存在している。つまり、フィンチューブ熱交換器１０は、いわゆる２パスの構造を有している。

図２に示すように、共通流路１３は、前面上部ユニット１に含まれている。共通流路１３以外に２つの流路があり、それらは分岐流路１１である。フィンチューブ熱交換器１０が凝縮器として機能するとき、分岐流路１１には気液二相冷媒が流れ、共通流路１３には過冷却状態の液冷媒が流れる。つまり、分岐流路１１は冷媒を凝縮させるための凝縮部であり、共通流路１３は過冷却状態の液冷媒を作るための過冷却部である。

分岐流路１１の数及び共通流路１３の数は、必要な熱交換能力、風速分布などに応じて適切に決定されるので特に限定されない。例えば、フィンチューブ熱交換器１０における冷媒の流路は、４つの分岐流路１１と、１つの共通流路１３とを含んでいてもよい。また、複数の分岐流路１１から選ばれる少なくとも２つが１つに合流することによって共通流路１３が形成されていてもよい。例えば、４つの分岐流路１１から選ばれる２つが１つに合流して第１の共通流路１３が形成され、他の２つが１つに合流して第２の共通流路１３が形成されていてもよい。

分岐流路１１及び共通流路１３は、伝熱管群５によって形成されている。分岐流路１１は、第２ヘアピン管５ｂ及びリターンベンド管５ｃによって形成されている。共通流路１３は、第１ヘアピン管５ａ及びリターンベンド管５ｃによって形成されている。第１ヘアピン管５ａは、共通流路１３に適した構造を有している。第２ヘアピン管５ｂは、分岐流路１１に適した構造を有している。

詳細には、共通流路１３における第１ヘアピン管５ａの溝の数Ｎ１は、分岐流路１１における第２ヘアピン管５ｂの溝の数Ｎ２よりも多い。また、共通流路１３における第１ヘアピン管５ａの溝のリード角α１は、分岐流路１１における第２ヘアピン管５ｂの溝のリード角α２よりも小さい。第１ヘアピン管５ａの外径は、第２ヘアピン管５ｂの外径に等しくてもよい。第１ヘアピン管５ａの内径は、第２ヘアピン管５ｂの内径に等しくてもよい。

図４に示すように、内面溝付き管の溝の数は、管の長手方向に垂直な断面（横断面）における溝の数で特定される。図５に示すように、内面溝付き管の溝の深さは、管の長手方向に垂直な断面（横断面）における溝の深さで特定される。詳細には、溝の深さは、管の横断面において、溝の底部から溝の開口端までの距離で特定される。図６に示すように、内面溝付き管の溝のリード角は、管の展開図において、管の長手方向に平行な直線Ｐと溝の延びる方向とのなす角度によって特定される。詳細には、溝のリード角は、直線Ｐと溝の延びる方向とのなす角度のうち、鋭角側の角度によって特定される。

第１ヘアピン管５ａの溝の数Ｎ１が第２ヘアピン管５ｂの溝の数Ｎ２よりも多く、第１ヘアピン管５ａの溝のリード角α１が第２ヘアピン管５ｂの溝のリード角α２よりも小さいとき、下記の作用及び効果が得られる。

<暖房運転時>
先に説明したように、空気調和装置２００が暖房運転を行うとき、室内機３０のフィンチューブ熱交換器１０は凝縮器として機能する。フィンチューブ熱交換器１０の第１端部６において、冷媒は過熱ガスの状態にある。冷媒が分岐経路１１（凝縮部）を通過するとき、主に冷媒の気相成分が空気（室内の空気）と熱交換する。これにより、冷媒は冷却され、液化する。つまり、気相成分とヘアピン管５ｂの内面との接触面積をできる限り増やすことによって凝縮熱伝達率が向上する。

しかし、ヘアピン管の内面には溝が設けられているので、図７Ａに示すように、環状流が生じ、ヘアピン管の内面が液相成分で全体的に覆われる可能性がある。ヘアピン管の内面が液相成分で覆われると、気相成分が内面に接触しにくいので、凝縮熱伝達率が低下する。凝縮熱伝達率を向上させるためには、図７Ｂに示すように、分岐流路１１において層状流が形成されることが望ましい。つまり、分岐流路１１のヘアピン管５ｂには、液相成分がヘアピン管５ｂの下部に落ちやすい溝の形状が求められる。

図８Ａに示すように、溝のリード角が小さいとき、冷媒の液相成分は、ヘアピン管の下部に向かって流れにくい。図８Ｂに示すように、溝のリード角が大きいとき、冷媒の液相成分は、ヘアピン管の下部に向かって流れやすい。

つまり、分岐流路１１（凝縮部）のヘアピン管５ｂのリード角α２が、共通流路１３（過冷却部）のヘアピン管５ａのリード角α１よりも大きいとき、分岐流路１１において冷媒の層状流が比較的形成されやすい。その結果、分岐流路１１及び共通流路１３が同じ構造のヘアピン管で形成されている場合と比較して、フィンチューブ熱交換器１０は、優れた熱交換能力を発揮しうる。

また、共通流路１３（過冷却部）において、冷媒は液相の状態にある。共通流路１３の第１ヘアピン管５ａは液相の冷媒で満たされるので、共通流路１３において、冷媒と空気（室内の空気）との間の熱交換は比較的起こりにくい。共通流路１３の内面での熱伝達率を向上させるためには、第１ヘアピン管５ａの内面の表面積を増加させるか、第１ヘアピン管５ａにおける冷媒の流速を増加させる必要がある。

本実施形態では、第１ヘアピン管５ａの溝の深さＨ１が第２ヘアピン管５ｂの溝の深さＨ２に等しく、第１ヘアピン管５ａの溝の数Ｎ１が第２ヘアピン管５ｂの溝の数Ｎ２よりも多い。つまり、第１ヘアピン管５ａの内面の表面積（単位長さあたりの表面積）は、第２ヘアピン管５ｂの内面の表面積（単位長さあたりの表面積）よりも大きい。さらに、溝の数を増やすと流路面積が減少するため、第１ヘアピン管５ａにおける冷媒の流速は比較的速い。流路面積が減少したとしても、共通流路１３において冷媒は液相の状態にあるので、共通流路１３における冷媒の圧力損失は十分に小さい。これらの理由により、共通流路１３の第１ヘアピン管５ａの溝の数Ｎ１が分岐流路１１の第２ヘアピン管５ｂの溝の数Ｎ２よりも多いとき、１種類のヘアピン管が分岐流路１１及び共通流路１３に使用されている場合に比べて、フィンチューブ熱交換器１０は、優れた熱交換能力を発揮しうる。

特に、本実施形態によれば、ヘアピン管５ａ及び５ｂの溝の数及びリード角の両方が適切に定められているので、ヘアピン管５ａ及び５ｂの溝の数の関係を適切に定めることによって得られる効果と、ヘアピン管５ａ及び５ｂのリード角の関係を適切に定めることによって得られる効果とが、重畳的に得られる。このことは、後述する実施形態にもあてはまる。

<冷房運転時>
空気調和装置２００が冷房運転を行うとき、室内機３０のフィンチューブ熱交換器１０は蒸発器として機能する。フィンチューブ熱交換器１０の第２端部７において、冷媒は乾き度の低い気液二相の状態にある。冷媒が共通流路１３及び分岐流路１１を通過するとき、主に冷媒の液相成分が空気（室内の空気）と熱交換する。これにより、冷媒は加熱され、気化する。そのため、フィンチューブ熱交換器１０が蒸発器として機能するとき、気液二相冷媒が環状流を形成してヘアピン管５ａ及び５ｂの内面が液相成分で覆われることは、熱伝達率の向上にとって望ましい。ただし、冷媒の圧力損失が増加すると、圧縮機２０の吸入圧力が低下して消費電力が増加する。つまり、フィンチューブ熱交換器１０を凝縮器だけでなく、蒸発器として使用する場合には、冷媒の挙動だけでなく、冷媒の圧力損失も考慮する必要がある。

空気調和装置２００が冷房運転を行うとき、共通流路１３における気液二相冷媒の乾き度は小さい。共通流路１３において、冷媒の大部分は液相成分で占められている。従って、共通流路１３での冷媒の圧力損失は比較的小さい。ただし、共通流路１３の第１ヘアピン管５ａの溝の数Ｎ１は、分岐流路１１の第２ヘアピン管５ｂの溝の数Ｎ２よりも多い。これにより、共通流路１３の第１ヘアピン管５ａの内面の表面積が十分に確保されるので、共通流路１３においても十分な熱交換が行われる。また、共通流路１３の第１ヘアピン管５ａの溝の数Ｎ１が相対的に多いので、共通流路１３において環状流が形成されやすい。このことは、蒸発熱伝達率の向上に貢献する。一方、分岐流路１１の冷媒は気相成分を比較的多く含む。従って、分岐流路１１では環状流が形成されやすく、分岐流路１１の第２ヘアピン管５ｂの溝の数Ｎ２をあえて増やす必要はない。分岐流路１１の第２ヘアピン管５ｂの溝の数Ｎ２が相対的に少ないことは、分岐流路１１における圧力損失を低減する観点で有利である。

以上の理由により、互いに異なる構造を有するヘアピン管５ａ及び５ｂを使い分けることによって、暖房運転時及び冷房運転時の両方で冷凍サイクルの効率を向上させることができる。さらに、第１ヘアピン管５ａの溝の深さＨ１が第２ヘアピン管５ｂの溝の深さＨ２に等しいことが望ましい。この場合、ヘアピン管５ａ及び５ｂをフィンに密着させるための拡管作業を容易に行うことができる。具体的には、二種類のヘアピン管５ａ及び５ｂを使用したとしても、複数の拡管装置を使い分ける必要が無い。

ヘアピン管５ａ及び５ｂの溝の数Ｎ１及びＮ２は、冷媒の種類、フィンチューブ熱交換器１０の能力などに応じて適切に決定される。従って、溝の数Ｎ１及びＮ２の絶対数は特に限定されない。このことは、リード角α１及びα２にもあてはまる。ただし、一般的なリード角の値は、２０〜５０度の範囲にある。

また、溝の数Ｎ１とＮ２との差（Ｎ１−Ｎ２）も特に限定されない。溝の数の差が僅かであったとしても、先に説明した理由により、溝の数が一定の場合（従来技術）と比較して、フィンチューブ熱交換器の能力を向上させる効果が得られる。同様に、リード角α１とα２との差（α２−α１）も特に限定されない。リード角の差が僅かであったとしても、先に説明した理由により、リード角が一定の場合（従来技術）と比較して、フィンチューブ熱交換器の能力を向上させる効果が得られる。ただし、上記した効果をより十分に得るために、溝の数の差（Ｎ１−Ｎ２）及びリード角の差（α２−α１）は適切に定められるべきである。例えば、溝の数Ｎ２に対する溝の数Ｎ１の比（Ｎ１／Ｎ２）は、１．１〜１．４の範囲にある。リード角α１とα２との差（α２−α１）は、例えば、５〜３０度の範囲にある。

（第２実施形態）
本実施形態によれば、共通流路１３における第１ヘアピン管５ａの溝の深さＨ１は、分岐流路１１における第２ヘアピン管５ｂの溝の深さＨ２よりも大きい。また、共通流路１３における第１ヘアピン管５ａの溝のリード角α１は、分岐流路１１における第２ヘアピン管５ｂの溝のリード角α２よりも小さい。第１ヘアピン管５ａの外径は、第２ヘアピン管５ｂの外径に等しくてもよい。第１ヘアピン管５ａの内径は、第２ヘアピン管５ｂの内径に等しくてもよい。

<暖房運転時>
図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明したように、リード角が大きい場合、リード角が小さい場合に比べて冷媒の液相成分が管の下部に流れやすい。本実施形態では、第１ヘアピン管５ａの溝のリード角α１が第２ヘアピン管５ｂの溝のリード角α２よりも小さい。従って、暖房運転を行うときに、分岐流路１１で環状流が形成されることを抑制できる。また、本実施形態では、第１ヘアピン管５ａの溝の深さＨ１が第２ヘアピン管５ｂの溝の深さＨ２よりも大きい。溝が浅いとき、液相成分が管の上部に伝わりにくいので、分岐流路１１で環状流が形成されることを抑制できる。これらの理由により、分岐流路１１における第２ヘアピン管５ｂの内面に気相成分が接触しやすく、分岐流路１１で高い凝縮熱伝達率が発揮される。

また、共通流路１３（過冷却部）において、冷媒は液相の状態にある。共通流路１３の第１ヘアピン管５ａは液相の冷媒で満たされるので、共通流路１３において、冷媒と空気（室内の空気）との間の熱交換は比較的起こりにくい。共通流路１３の内面での熱伝達率を向上させるためには、第１ヘアピン管５ａの内面の表面積を増加させるか、第１ヘアピン管５ａにおける冷媒の流速を増加させる必要がある。

本実施形態では、第１ヘアピン管５ａの溝の数Ｎ１が第２ヘアピン管５ｂの溝の数Ｎ２に等しい。第１ヘアピン管５ａの溝の深さＨ１が第２ヘアピン管５ｂの溝の深さＨ２よりも大きい。つまり、第１ヘアピン管５ａの内面の表面積（単位長さあたりの表面積）は、第２ヘアピン管５ｂの内面の表面積（単位長さあたりの表面積）よりも大きい。さらに、溝の深さが増加すると流路面積が減少するため、第１ヘアピン管５ａにおける冷媒の流速は比較的速い。流路面積が減少したとしても、共通流路１３において冷媒は液相の状態にあるので、共通流路１３における冷媒の圧力損失は十分に小さい。これらの理由により、共通流路１３の第１ヘアピン管５ａの溝の深さＨ１が分岐流路１１の第２ヘアピン管５ｂの溝の深さＨ２よりも大きいとき、１種類のヘアピン管が分岐流路１１及び共通流路１３に使用されている場合に比べて、フィンチューブ熱交換器１０は、優れた熱交換能力を発揮しうる。

<冷房運転時>
空気調和装置２００が冷房運転を行うとき、室内機３０のフィンチューブ熱交換器１０は蒸発器として機能する。フィンチューブ熱交換器１０が蒸発器として機能するとき、気液二相冷媒が環状流を形成してヘアピン管５ａ及び５ｂの内面が液相成分で覆われることは、熱伝達率の向上にとって望ましい。ただし、冷媒の圧力損失が増加すると、圧縮機２０の吸入圧力が低下して消費電力が増加する。つまり、フィンチューブ熱交換器１０を凝縮器だけでなく、蒸発器として使用する場合には、冷媒の挙動だけでなく、冷媒の圧力損失も考慮する必要がある。

本実施形態では、共通流路１３における第１ヘアピン管５ａの溝の深さＨ１は、分岐流路１１における第２ヘアピン管５ｂの溝の深さＨ２よりも大きい。これにより、共通流路１３の第１ヘアピン管５ａの内面の表面積が十分に確保されるので、共通流路１３においても十分な熱交換が行われる。また、共通流路１３の第１ヘアピン管５ａの溝の数Ｎ１が相対的に多いので、共通流路１３で環状流が形成されやすい。このことは、蒸発熱伝達率の向上に貢献する。また、共通流路１３における気液二相冷媒の乾き度は小さい。共通流路１３において、冷媒の大部分は液相成分で占められている。従って、溝の深さが増加して流路面積が減少したとしても、共通流路１３での冷媒の圧力損失は比較的小さい。また、分岐流路１１の第２ヘアピン管５ｂの溝の深さＨ２は、共通流路１３の第１ヘアピン管５ａの溝の深さＨ１よりも小さいので、分岐流路１１における冷媒の圧力損失も抑制される。

以上の理由により、互いに異なる構造を有するヘアピン管５ａ及び５ｂを使い分けることによって、暖房運転時及び冷房運転時の両方で冷凍サイクルの効率を向上させることができる。さらに、共通流路１３における第１ヘアピン管５ａの溝の数Ｎ１が、分岐流路１１における第２ヘアピン管５ｂの溝の数Ｎ２に等しいことが望ましい。

（変形例）
第１実施形態及び第２実施形態で説明したフィンチューブ熱交換器１０を室外機の熱交換器として使用することも可能である。近年、室外機の熱交換器としては、細い径のヘアピン管を使用したもの、分岐流路の数を増やしたものなど、様々な構成を持った熱交換器が存在する。フィンチューブ熱交換器１０が凝縮器に使用されるとき、冷媒の出口付近で１つに集められた部分が共通流路、それ以外の部分が分岐流路と特定されうる。フィンチューブ熱交換器１０を室外機に使用したとき、複数の種類のヘアピン管を分岐流路（凝縮部）と共通流路（過冷却部）とで使い分けることによって得られる効果は、フィンチューブ熱交換器１０を室内機に使用したときに得られる効果と同じである。

本発明のフィンチューブ熱交換器は、空気調和装置などに用いられる冷凍サイクル装置に有用である。特に、冷媒を凝縮させるための凝縮器に有用である。

１ 前面上部ユニット
２ 前面中央ユニット
３ 前面下部ユニット
４ 背面ユニット
５ 伝熱管群
５ａ 第１ヘアピン管
５ｂ 第２ヘアピン管
５ｃ リターンベンド管
６ 第１端部
７ 第２端部
８ 送風機
１０ フィンチューブ熱交換器
１１ 分岐流路
１２ フィン群
１３ 共通流路
２０ 圧縮機
３０ 室内機
４０ 膨張弁
５０ 室外機
６０ 四方弁
７０ 冷媒回路
２００ 冷凍サイクル装置

Claims (4)

1. 気体の流路を形成しているフィン群と、
   前記フィン群を貫通し、冷媒の流路を形成している伝熱管群と、を備え、
   前記冷媒の流路は、複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路から選ばれる少なくとも２つが１つに合流することによって形成された共通流路とを含み、
   前記伝熱管群は、内面に複数の螺旋状の溝が形成された複数のヘアピン管と、前記複数のヘアピン管を互いに接続している複数のリターンベンド管とで構成されており、
   前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝の数Ｎ１は、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝の数Ｎ２よりも多く、
   前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝のリード角α１は、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝のリード角α２よりも小さい、フィンチューブ熱交換器。
2. 気体の流路を形成しているフィン群と、
   前記フィン群を貫通し、冷媒の流路を形成している伝熱管群と、を備え、
   前記冷媒の流路は、複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路から選ばれる少なくとも２つが１つに合流することによって形成された共通流路とを含み、
   前記伝熱管群は、内面に複数の螺旋状の溝が形成された複数のヘアピン管と、前記複数のヘアピン管を互いに接続している複数のリターンベンド管とで構成されており、
   前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝の深さＨ１は、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝の深さＨ２よりも大きく、
   前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝のリード角α１は、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝のリード角α２よりも小さい、フィンチューブ熱交換器。
3. 前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝の深さＨ１が、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝の深さＨ２に等しい、請求項１に記載のフィンチューブ熱交換器。
4. 前記共通流路における前記ヘアピン管の前記溝の数Ｎ１が、前記複数の分岐流路における前記ヘアピン管の前記溝の数Ｎ２に等しい、請求項２に記載のフィンチューブ熱交換器。
   

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