JP2015514959A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

熱交換器（１）は、蒸気圧縮システムにおいて用いられるよう構成されており、シェル（１０）と、分配部（２０）と、管束（３０）とを有する。管束（３０）は、シェル（１０）の長手方向中心軸に沿って見たとき互いに平行に延びる複数の列に配置される、複数の伝熱管（３１）を有する。伝熱管（３１）は、少なくとも一つの列において、隣接する伝熱管（３１）の間の鉛直方向ピッチが、管束（３０）の上部領域において管束（３０）の下部領域よりも大きい構成、および、隣接する列の間の水平方向ピッチが、管束（３０）の外側領域において管束（３０）の内側領域よりも大きい構成、の少なくとも一方を有する。【選択図】図７

Description

本発明は概して、蒸気圧縮システムにおいて用いられるよう構成される熱交換器に関する。より具体的には、本発明は、蒸気流速が所定レベルを超えるのを防止する所定構成の管束を有する熱交換器に関する。

蒸気圧縮冷凍は、大規模な建築物等の空調に最も一般的に用いられている方法である。従来の蒸気圧縮冷凍システムは典型的には蒸発器を有する。蒸発器は、冷媒を液体から気体へと蒸発させると同時に蒸発器を通過する被冷却液体から熱を吸収することのできる熱交換器である。あるタイプの蒸発器は、内部を被冷却液体が循環する複数の水平に延びる伝熱管を含む管束（tube bundle）を有し、管束は円筒シェル内に収容されている。このタイプの蒸発器において冷媒を蒸発させる方法がいくつか知られている。浸漬式蒸発器(flooded evaporator)においては、シェルが液体冷媒で満たされているとともに、液体冷媒が、沸騰するおよび／又は蒸気として蒸発するよう、伝熱管が液体冷媒のプールに浸漬されている。流下膜式蒸発器(falling film evaporator)においては、上方から液体冷媒が伝熱管の外部表面に落ち、これにより、液体冷媒の層あるいは薄膜が伝熱管の外部表面に沿って形成される。伝熱管の壁部からの熱は、対流および／又は液体膜を通じた伝導によって、液体冷媒の一部が蒸発している気液界面へと伝達され、これにより、伝熱管内を流れる水から熱が取り去られる。蒸発しなかった液体冷媒は、重力により上方位置の伝熱管から下方位置の伝熱管に向かって鉛直に落下する。また、管束におけるいくつかの伝熱管の外部表面に液体冷媒が落ち、管束における他の伝熱管はシェルの底部に集められた液体冷媒に浸漬される、ハイブリッド式の流下膜式蒸発器も存在する。

浸漬式蒸発器の伝熱性能は高いが、伝熱管を液体冷媒のプールに浸漬するため、浸漬式蒸発器では相当量の冷媒が必要となる。最近開発された新しい冷媒（Ｒ１２３４ｚｅ又はＲ１２３４ｙｆ等）は地球温暖化係数が非常に低いが、コストが高いので、蒸発器における冷媒充填を低減することが望ましい。流下膜式蒸発器の主たる利点は、良好な伝熱性能を確保しながら冷媒充填を低減できることにある。したがって、流下膜式蒸発器は、大規模な冷房システムにおいて浸漬式蒸発器と置き換えられる可能性が大いにある。しかしながら、流下膜式蒸発器の効率的な動作に関しては技術的な課題がいくつかある。

課題のうちの一つは、流下膜式蒸発器の管束内の蒸気フローの管理である。一般に、液体冷媒の一部は蒸発して体積があらゆる方向に大きく膨張し、横断フロー（cross flow）を生じさせる、すなわち蒸発した冷媒により横方向の移動が生じる。この横断フローは、液体冷媒の鉛直方向フローを乱すため、下部の管が十分に湿った状態とならず、その結果、伝熱性能が大きく低下する可能性が高くなる。他の課題は、蒸発器からコンプレッサへと運ばれる液滴の持ち出しを防止することにある。蒸発した冷媒が液滴を含む場合、コンプレッサが損傷するおそれがある。

米国特許６，２９３，１１２号には、管束の内部で発生する冷媒蒸気の横断フローの速度を制御するため、横方向に延びる蒸気レーンを形成するよう管束の管が配置される流下膜式蒸発器が開示されている。

米国特許７，８４９，７１０号には、管束の上方に配置されたフードを有する流下膜式蒸発器が開示されている。フードは、蒸気冷媒のフローを強制的に下方に移動させ、フード内における蒸気冷媒の横断フローを防止する。また、フードによる蒸気冷媒フローの急激な方向転換により、蒸気冷媒フローから、含まれる液滴の大部分が除去される。

米国特許５，８３９，２９４号に開示された流下膜式蒸発器の管束において形成される蒸気レーンは、比較的広く、このため、蒸気レーンの上方および下方にある管の間の距離が大きい。したがって、液体冷媒は、蒸気レーンの上方の領域における管から蒸気レーンの下方の領域における管へと液滴によって適切に運ばれず、下部領域における管が湿っていない状態となるおそれがある。一方、米国特許７，８４９，７１０号に開示されているような管束を覆うフードによって生じる蒸気フローは、蒸発器において圧力損失をもたらすため、蒸発温度が低下し、その結果、伝熱性能が低下する。

上記の点に鑑みて、本発明の一の目的は、蒸気速度が管束内のいずれの位置でも所定の速度を超えないような所定構成の管束を有する熱交換器を提供することにある。

本発明の一の観点にかかる熱交換器は、蒸気圧縮システムにおいて用いられるよう構成されており、シェルと、分配部と、管束とを有する。シェルは、水平面と略平行に延びる長手方向中心軸を有する。分配部は、シェルの内部に配置されて、冷媒を分配するよう構成され配置される。管束は、複数の伝熱管を有する。複数の伝熱管は、分配部から放出される冷媒が管束上に供給されるよう、シェルの内部において、分配部の下方に配置されている。複数の伝熱管は、シェルの長手方向中心軸と略平行に延び、シェルの長手方向中心軸に沿って見たとき互いに平行に延びる複数の列に配置されている。少なくとも一つの列において、隣接する伝熱管の間の鉛直方向ピッチが、管束の上部領域において管束の下部領域よりも大きい構成、および、隣接する列の間の水平方向ピッチが、管束の外側領域において管束の内側領域よりも大きい構成、の少なくとも一方を、管束は有する。

他の観点にかかる熱交換器は、蒸気圧縮システムにおいて用いられるよう構成されており、シェルと、分配部と、管束とを有する。シェルは、水平面と略平行に延びる長手方向中心軸を有する。分配部は、シェルの内部に配置されて、冷媒を分配するよう構成され配置される。管束は、複数の伝熱管を有する。複数の伝熱管は、分配部から放出される冷媒が管束上に供給されるよう、シェルの内部において、分配部の下方に配置されている。複数の伝熱管は、シェルの長手方向中心軸と略平行に延び、シェルの長手方向中心軸に沿って見たとき互いに平行に延びる複数の列に配置されている。伝熱管の間を流れる冷媒蒸気の流速が所定の流速を超えないよう、伝熱管の列のそれぞれにおける隣接する伝熱管の間の鉛直方向ピッチ、および、隣接する伝熱管の列の間の水平方向ピッチ、の少なくとも一方が変化している。

これらおよび他の本発明に係る目的、特徴、態様、および利点は、添付の図面と組み合わせて、好ましい態様を開示する以下の詳細な説明から当業者に明らかとなろう。

当開示の一部をなす添付の図面を参照しながら以下に説明を行う。
本発明の第一実施形態にかかる熱交換器を有する蒸気圧縮システムの概略全体斜視図である。 本発明の第一実施形態にかかる熱交換器を有する蒸気圧縮システムの冷媒回路を示すブロック図である。 本発明の第一実施形態にかかる熱交換器の概略斜視図である。 本発明の第一実施形態にかかる熱交換器の内部構造の概略斜視図である。 本発明の第一実施形態にかかる熱交換器の内部構造の分解図である。 図３の切断線６−６’に沿って見た、本発明の第一実施形態にかかる熱交換器の概略長手方向断面図である。 図３の切断線７−７‘に沿って見た、本発明の第一実施形態にかかる熱交換器の概略横方向断面図である。 伝熱管の拡大概略断面図である。（ａ）は、一の管から他の管に落下する液体冷媒の理想状態を描画し、（ｂ）は、一の管から他の管に落下する液体冷媒の鉛直方向フローが、横方向蒸気フローの影響を受けている状態を描画する。 本発明の第一実施形態にかかる管束の構成の第一変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第一実施形態にかかる管束の構成の第二変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第一実施形態にかかる管束の構成の第三変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第一実施形態にかかる管束の構成の第四変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第一実施形態にかかる管束の構成の第五変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる管束の構成の第一変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる管束の構成の第二変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる管束の構成の第三変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる管束の構成の第四変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる管束の構成の第五変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第三実施形態にかかる熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第三実施形態にかかる管束の構成の第一変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第三実施形態にかかる管束の構成の第二変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第三実施形態にかかる管束の構成の第三変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第三実施形態にかかる管束の構成の第四変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第三実施形態にかかる管束の構成の第五変形例を描画する熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第四実施形態にかかる熱交換器の概略横方向断面図である。 本発明の第四実施形態にかかる熱交換器の概略長手方向断面図である。

本発明の選択的な実施形態を、図面を参照して説明する。以下の本発明にかかる実施形態の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義される本発明を限定するものではないことは、本開示から、当業者には明らかであろう。

まず図１および図２を参照して、第一実施形態にかかる熱交換器を有する蒸気圧縮システムを説明する。図１から分かるように、第一実施形態にかかる蒸気圧縮システムは、大きな建築物等の空調のための、暖房、換気および空調（ＨＶＡＣ）システムにおいて用いることができる冷凍機である。第一実施形態の蒸気圧縮システムは、蒸気圧縮冷却サイクルを介して被冷却液（例えば水、エチレン、エチレングリコール、塩化カルシウムブライン等）から熱を取り去るよう構成され配置される。

図１および図２に示すように、蒸気圧縮システムは次の４つの主要な構成要素、蒸発器１、コンプレッサ２、凝縮器３、および膨張装置４を有する。

蒸発器１は、蒸発器１を通過する被冷却液（この例では水）から熱を取り去る熱交換器であり、循環する冷媒が蒸発器１において蒸発すると、水の温度が低下する。蒸発器１に入る冷媒は、二相の気体／液体状態にある。液体冷媒は蒸発器１における蒸気冷媒として蒸発すると同時に、水から熱を吸収する。

低圧低温蒸気冷媒が蒸発器１から放出され、そして吸引によってコンプレッサ２に入る。コンプレッサ２において、蒸気冷媒は高圧高温蒸気へと圧縮される。コンプレッサ２は、任意のタイプの従来のコンプレッサ、例えば遠心式コンプレッサ、スクロールコンプレッサ、往復式コンプレッサ、およびスクリューコンプレッサ等とできる。

次に、高温高圧蒸気冷媒が、凝縮器３へと入る。凝縮器３は、蒸気冷媒から熱を取り去って気体状態から液体状態に凝縮させる他の熱交換器である。凝縮器３は、空冷式、水冷式又は任意の適切なタイプの凝縮器とできる。熱は、凝縮器３を通過する冷却水又は空気の温度を上昇させ、そして、熱は、冷却水又は空気により運ばれて、システムの外部へと排出される。

その後、凝縮された液体冷媒は、冷媒が圧力の急激な低下を受ける膨張装置４に入る。膨張装置４は、オリフィスプレートと同程度に簡単な構成とすることができ、あるいは電子調整熱膨張弁と同程度に複雑な構成とすることもできる。急激な減圧により、液体冷媒は部分的に蒸発し、その結果、蒸発器１に入る冷媒は二相の気体／液体状態となる。

蒸気圧縮システムにおいて用いられる冷媒の例として、ハイドロフルオロカーボン（HFC）ベースの冷媒（例えばＲ−４１０Ａ、Ｒ−４０７ＣやＲ−１３４ａ）、ハイドロフルオロオレフィン（HFO)、不飽和ＨＦＣベースの冷媒（例えばＲ−１２３４ｚｅやＲ−１２３４ｙｆ）、自然冷媒（例えばＲ−７１７やＲ−７１８）、又は他の適切なタイプの冷媒が挙げられる。

蒸気圧縮システムは、蒸気圧縮システムの動作を制御するようコンプレッサ２の駆動機構に機能的に連結される制御ユニット５を有する。

本発明を実施するために、従来のコンプレッサ、凝縮器および膨張装置を、それぞれ、コンプレッサ２、凝縮器３および膨張装置４として用いることができることは、本開示から当業者には明らかであろう。言いかえれば、コンプレッサ２、凝縮器３および膨張装置４は、当該技術において周知の従来の構成要素である。コンプレッサ２、凝縮器３および膨張装置４は、当該技術において周知であるので、これらの構造をここでは詳細に説明・例示しない。蒸気圧縮システムは、複数の蒸発器１、コンプレッサ２および／又は凝縮器３を有することもできる。

次に図３〜図５を参照して、第一実施形態にかかる熱交換器である蒸発器１の詳細な構造を説明する。図３および図６に示すように、蒸発器１は、長手方向中心軸Ｃ（図６）が略水平方向に延びる略円筒形状のシェル１０を有する。シェル１０は、入口水室１３ａおよび出口水室１３ｂを有する接続ヘッド部材１３と、水室１４ａを有する戻りヘッド部材１４と、を有する。接続ヘッド部材１３および戻りヘッド部材１４は、シェル１０の円筒状本体の長手方向両端部に固定して連結される。入口水室１３ａおよび出口水室１３ｂは、水バッフル１３ｃによって分割される。接続ヘッド部材１３は、シェル１０に入る水が通過する水入口管１５と、シェル１０から放出される水が通過する水出口管１６と、を有する。図３および図６に示すように、シェル１０は、冷媒入口管１１と冷媒出口管１２とを更に有する。冷媒入口管１１は、供給導管６（図７）を介して膨張装置４に流体的に接続され、これにより、二相の冷媒がシェル１０へと導入される。膨張装置４は、冷媒入口管１１に直接連結されてもよい。二相の冷媒における液体成分は、蒸発器１を通る水から熱を吸収し、蒸発器１において沸騰および／又は蒸発し、液体から蒸気へと相変化する。蒸気冷媒は冷媒出口管１２からコンプレッサ２へと吸引によって流出する。

図４は、シェル１０内に収容される内部構造を示す概略斜視図である。図５は、図４に示される内部構造の分解図である。図４および図５に示すように、蒸発器１は基本的に、分配部２０と、管束３０と、トラフ（trough）部４０とを有する。蒸発器１は、好ましくは、図７に示すようなバッフル部材５０を更に有する。しかしながら、図４〜図６においては簡潔化のため、バッフル部材５０の図示を省略している。

分配部２０は、気液分離器と冷媒分配器との両方として機能するよう構成され配置される。図５に示すように、分配部２０は、入口管部２１と、第一トレー部２２と、複数の第二トレー部２３と、を有する。

図６に示すように、入口管部２１はシェル１０の長手方向中心軸Ｃと略平行に延びる。入口管部２１は、シェル１０の冷媒入口管１１と流体的に接続され、これにより、二相の冷媒が冷媒入口管１１を介して入口管部２１へと導かれる。入口管部２１は、二相の冷媒を放出するために、入口管部２１の長手方向長さに沿って配置される複数の開口部２１ａを有する。二相の冷媒が入口管部２１の開口部２１ａから放出されると、入口管部２１の開口部２１ａから放出される二相の冷媒の液体成分が、第一トレー部２２に受け取られる。一方、二相の冷媒の蒸気成分は上方へと流れて、図７に示すバッフル部材５０に衝突し、蒸気に含まれる液滴がバッフル部材５０によって捉えられる。バッフル部材５０によって捉えられた液滴は、バッフル部材５０の傾斜面に沿って第一トレー部２２に向かって案内される。バッフル部材５０は、プレート部材、メッシュスクリーン等として構成できる。蒸気成分は、バッフル部材５０に沿って下方へ流れ、その後、出口管１２に向かって上方へと方向を変える。蒸気冷媒は出口管１２を介してコンプレッサ２に向かって放出される。

図５および図６に示すように、第一トレー部２２は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃと略平行に延びる。図７に示すように、第一トレー部２２の底面は、入口管部２１の下方に配置され、入口管部２１の開口部２１ａから放出される液体冷媒を受ける。第一実施形態において、図７に示すように、第一トレー部２２の底面と入口管部２１との間には鉛直方向の隙間が形成されないよう、入口管部２１は第一トレー部２２内に配置される。言いかえれば、第一実施形態においては、図６に示すように、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに垂直な水平方向から見て、入口管部２１の大部分が第一トレー部２２と重なっている。第一トレー部２２に貯留される液体冷媒の液位（高さ）を比較的高く維持しながら、第一トレー部２２において貯留される液体冷媒の総体積を低減することができるので、この構成には利点がある。あるいは、第一トレー部２２の底面と入口管部２１と間に鉛直方向に大きい隙間が形成されるよう、入口管部２１および第一トレー部２２を配置することもできる。入口管部２１、第一トレー部２２およびバッフル部材５０は、好ましくは互いに連結され、シェル１０の上部において適切な方法で上方から吊り下げられる。

図５及び図７に示すように、第一トレー部２２は複数の第一放出孔２２ａを有し、第一トレー部２２に貯留された液体冷媒が複数の第一放出孔２２ａから下方へと放出される。第一トレー部２２の第一放出孔２２ａから放出される液体冷媒は、第一トレー部２２の下方に配置された第二トレー部２３のいずれかによって受けられる。

図５および図６に示すように、第一実施形態の分配部２０は３つの同一構成の第二トレー部２３を有する。複数の第二トレー部２３は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに沿って近接して並べて配置されている。図６に示すように、３つの第二トレー部２３の総長手方向長さは、図６に示すように、第一トレー部２２の長手方向長さと実質的に同一である。図７に示すように、第二トレー部２３が管束３０の全幅にわたって延設されるように、第二トレー部２３の横方向幅は第一トレー部２２の横方向幅より大きく設定されている。第二トレー部２３は、第二トレー部２３に貯留された液体冷媒が第二トレー部２３間で移動しないように構成される。図５及び図７に示すように、第二トレー部２３のそれぞれは、複数の第二放出孔２３ａを有し、液体冷媒は複数の第二放出孔２３ａから管束３０に向かって下方へと放出される。

分配部２０の構造および構成はここで説明したものに限定されないことは、本開示から当業者には明らかであろう。液体冷媒を下方へと管束３０上に分配するあらゆる従来の構造を、本発明を実行するために用いることができる。例えば、スプレーツリー管（spray tree tubes）等を用いる従来の分配システムを分配部２０として用いることができる。つまり、流下膜式蒸発器に対応しているあらゆる従来の分配システムを、本発明を実行するために分配部２０として用いることができる。

管束３０は分配部２０の下方に配置されており、これにより、分配部２０から放出される液体冷媒が管束３０上へと供給される。図６に示すように、管束３０は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃと略平行に延びる複数の伝熱管３１を有する。伝熱管３１は、金属等の高い熱伝導率を有する材料で形成されており、好ましくは冷媒と伝熱管３１の内部を流れる水との間の熱交換をさらに促進するために内部溝および外部溝が形成されている。このような内部溝および外部溝を有する伝熱管は、当該技術において周知である。例えば、日立電線株式会社のサーモエクセル（登録商標）−Ｅを本実施形態の伝熱管３１として用いることができる。図５に示すように、伝熱管３１は、シェル１０に固定して連結される鉛直方向に延びる複数の支持板３２によって支持される。第一実施形態において、管束３０は、二経路（ツーパス）システムを形成するよう構成される。ツーパスシステムでは、伝熱管３１は、管束３０の下部領域に配置された供給ライングループと、管束３０の上部領域に配置された戻りライングループと、に分割される。図６に示すように、供給ライングループの伝熱管３１の入口端部は、接続ヘッド部材１３の入口水室１３ａを介して水入口管１５と流体的に接続されており、これにより、蒸発器１に入る水が供給ライングループの伝熱管３１へと分配される。供給ライングループの伝熱管３１の出口端部および戻りライン管の伝熱管３１の入口端部は、戻りヘッド部材１４の水室１４ａと流体的に連通されている。したがって、供給ライングループの伝熱管３１の内部を流れる水は水室１４ａへと放出され、戻りライングループの伝熱管３１へと再分配される。戻りライングループの伝熱管３１の出口端部は、接続ヘッド部材１３の出口水室１３ｂを介して水出口管１６と流体的に連通されている。このように、戻りライングループの伝熱管３１の内部を流れる水は、水出口管１６を通って蒸発器１から出る。典型的なツーパス蒸発器において、水入口管１５に入る水の温度を華氏約５４度（約１２℃）とでき、水出口管１６から出て行く時、水は華氏約４４度（約７℃）に冷却される。本実施形態においては、水が蒸発器１の同じ側で出入りするツーパスシステムを形成するよう蒸発器１が構成されているが、一経路（ワンパス）あるいは三経路（スリーパス）システム等の他の従来のシステムを用いることができることは、本開示から当業者には明らかであろう。また、ツーパスシステムにおいて、ここで例示した構成の代わりに、戻りライングループを供給ライングループの下方に又は横に並べて配置することもできる。

第一実施形態にかかる蒸発器１の詳細な管束の幾何構造（geometry）を、図７を参照して説明する。図７は、図３の切断線７−７’に沿って見た蒸発器１の概略横方向断面図である。

上述の通り、二相状態の冷媒は、供給導管６を通って入口管１１を介して分配部２０の入口管部２１に供給される。図７において、冷媒回路における冷媒のフローを概略的に示す。簡潔化のため、入口管１１を省略している。分配部２０に供給された冷媒の蒸気成分は、分配部２０の第一トレー部２２において液体成分から分離されて、出口管１２を通って蒸発器１から出る。一方、二相の冷媒の液体成分は、第一トレー部２２に貯留され、その後第二トレー部２３に貯留されて、そして、第二トレー部２３の放出孔２３ａから管束３０に向かって下方へ放出される。

管束３０の伝熱管３１は、分配部２０から分配された液体冷媒の流下膜式蒸発を行うよう構成され配置される。より具体的には、伝熱管３１は、分配部２０から放出される液体冷媒が各伝熱管３１の外壁に沿って層（すなわち膜）を形成するよう構成される。この構成では、液体冷媒は蒸気冷媒として蒸発し、同時に伝熱管３１の内部を流れる水から熱を吸収する。図７に示すように、シェル１０の長手方向中心軸Ｃと平行な方向から見て（図７のように）、伝熱管３１は、互いに平行に延びる複数の鉛直方向列上に配置されている。したがって、冷媒は、伝熱管３１の列のそれぞれにおいて、重力によって、一の伝熱管から他の伝熱管へと下方へ落下する。伝熱管３１の列は、第二トレー部２３の第二放出開口部２３ａに対して配置され、第二放出開口部２３ａから放出される液体冷媒は、各列における伝熱管３１のうち最も上方にある管上へと落ちる。第一実施形態において、図７に示すように、伝熱管３１の列は千鳥状(staggered pattern)に配置される。第一実施形態において、伝熱管３１のうちの２つの隣接する管の間の鉛直方向ピッチは実質的に一定である。同様に、伝熱管３１の列の２つの隣接する列の間の水平方向ピッチは実質的に一定である。

液体冷媒の一部は蒸発し、体積があらゆる方向に大きく膨張し、横断フロー(cross)を生じさせる、すなわち蒸発した冷媒により横方向の移動が生じる。管束の伝熱管の間の鉛直方向ピッチおよび水平方向ピッチの両方が実質的に一定である場合、この横断フローの蒸気速度は、管束の上部領域および外側領域において大きくなることが分かっている。このように管束内で局所的に蒸気速度が高くなり過ぎると、特に管束の横方向において、個々の管のまわりに形成される液体冷媒の膜が乱れる場合がある。図８は、伝熱管の拡大概略断面図であり、（ａ）一の管から他の管に落下する液体冷媒の理想状態と、（ｂ）一の管から他の管に落下する液体冷媒の鉛直方向フローが横方向蒸気フローの影響を受けている状態とを描画している。図８（ｂ）に示すように、液体冷媒膜の乱れにより、ドライパッチ（dry patch）が形成される場合があり、この場合、流下膜式蒸発器の全体的な伝熱性能が低下する。さらに、管束の上部領域における蒸気フローの速度が高いと、図８（ｂ）に示すように、液滴が蒸気に含まれてしまい、含まれてしまった液滴がコンプレッサ２へと運ばれることになる。このような現象の影響は、大規模な蒸発器ではさらに大きくなる。

それゆえ、第一実施形態の管束３０は、管束３０における高速の蒸気フローの形成を抑制するための所定構成を有している。第一実施形態においては、それぞれの列において、隣接する伝熱管３１の間の鉛直方向ピッチは、管束３０の上部領域において管束３０の下部領域よりも大きくなるよう設定されている。

より具体的には、図７に示されるように、鉛直方向ピッチ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ）は、伝熱管３１の最も下の管と下から二番目の管との間の最小鉛直方向ピッチＶｎから、伝熱管３１の最も上の管と上から二番目の管との間の最大鉛直方向ピッチＶ１へと、次第に大きくなる。最大鉛直方向ピッチＶ１は、伝熱管３１の最も上の管から、伝熱管３１の上から二番目の管へと、信頼性の高い液体冷媒の滴下が確保される距離に設定される。例えば、最小鉛直方向ピッチＶｎが約３．５ｍｍである場合、最大鉛直方向ピッチＶ１は好ましくは約８ｍｍである。

管束３０の上部領域における鉛直方向ピッチを大きくすることによって、横断フローが通過する経路の断面積を増加させることができる。したがって、管束３０の上部領域における蒸気速度の増加を、簡単な構造で抑制できる。そのため、第一実施形態にかかる管束３０の構成により、管束３０における蒸気速度は、管束３０のどの位置でも所定の最大速度（例えば約０．７ｍ／ｓ〜１．０ｍ／ｓ）を超えることがない。これにより、高速の横断フローによる液体冷媒の鉛直方向フローの乱れを無くすことができ、その結果、伝熱管３１におけるドライパッチ（dry patch）の形成を防止できる。さらに、第一実施形態によれば、蒸気フローの速度を抑制できるので、液滴が含まれることも低減できる。

管束３０の構成は、図７に描画した構成には限定されない。本発明の範囲を逸脱することなく、本実施形態に種々の変更および変形が行えることは、本開示から当業者には明らかであろう。いくつかの変形例を、図９〜図１３を参照して説明する。

図９は、第一実施形態にかかる管束３０Ａの構成の第一変形例を描画する、蒸発器１Ａの概略横方向断面図である。蒸発器１Ａは、管束３０Ａの幾何構造を除いて、図２〜図７に示した蒸発器１と基本的に同じである。より具体的には、本変形例においては、それぞれの列において、管束３０Ａの下部領域における隣接する伝熱管３１の間の鉛直方向ピッチが第一鉛直方向ピッチＶＳであり、それぞれの列において、管束３０Ａの上部領域における隣接する伝熱管３１の間の鉛直方向ピッチが第一鉛直方向ピッチＶＳよりも大きい第二鉛直方向ピッチＶＬであるよう、伝熱管３１は配置される。本変形例により、上述したものと同様の効果が更に簡単な構造で得られる。

図１０は、第一実施形態にかかる管束３０Ｂの構成の第二変形例を描画する、蒸発器１Ｂの概略横方向断面図である。蒸発器１Ｂは、管束３０Ｂの幾何構造を除いて、図１２に示した蒸発器１Ａと基本的に同じである。より具体的には、本変形例においては、各列において、管束の上部領域における隣接する伝熱管３１の間の鉛直方向ピッチ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…）が上方に向かうにつれて大きくなり、かつ、下部領域における鉛直方向ピッチが上部領域における鉛直方向ピッチより小さい一定のピッチ（ＶＳ）に設定されるよう、伝熱管３１は配置される。本変形例によっても、上述したものと同様の効果が更に簡単な構造で得られる。

図１１は、第一実施形態にかかる管束３０Ｃの構成の第三変形例を描画する、蒸発器１Ｃの概略横方向断面図である。図１１に示すように、管束３０Ｃの上部領域と管束３０Ｃの下部領域との間に隙間Ｇが形成されることを除いて、蒸発器１Ｃは基本的に図７に示した蒸発器１と同じである。

図１２は、第一実施形態にかかる管束３０Ｄの構成の第四変形例を描画する、蒸発器１Ｄの概略横方向断面図である。図１２に示すように、管束３０Ｄの上部領域と管束３０Ｄの下部領域との間に隙間Ｇが形成されることを除いて、蒸発器１Ｃは基本的に図９に示した蒸発器１Ａと同じである。

図１３は、第一実施形態にかかる管束３０Ｅの構成の第五変形例を描画する、蒸発器１Ｅの概略横方向断面図である。図１３に示すように、管束３０Ｅの上部領域と管束３０Ｅの下部領域との間に隙間Ｇが形成されることを除いて、蒸発器１Ｅは基本的に図１０に示した蒸発器１Ｂと同じである。

図１１〜図１３に示す例においては、管束３０Ｃ，３０Ｄ又は３０Ｅの下部領域において形成される冷媒蒸気は、隙間Ｇにおいて、管束３０Ｃ，３０Ｄ又は３０Ｅの外側に向かって横方向に流れる。したがって、管束３０Ｃ，３０Ｄ又は３０Ｅの上部領域における蒸気速度をさらに低減できる。

＜第二実施形態＞
次に図１４〜図１９を参照して、第二実施形態にかかる蒸発器１０１を説明する。第一実施形態と第二実施形態との類似点を考慮して、第一実施形態のパーツと同一の、第二実施形態のパーツには、第一実施形態のパーツと同じ参照符号を付している。また、説明の簡潔化のために、第一実施形態のパーツと同一の第二実施形態のパーツの説明を省略する。

第二実施形態にかかる蒸発器１０１は、管束１３０の幾何構造を除いて、図２〜図７に示した第一実施形態の蒸発器１と基本的に同じである。第二実施形態においては、隣接する列の間の水平方向ピッチが、管束１３０の外側領域において管束１３０の内側領域よりも大きくなるよう、伝熱管３１は配置される。

より具体的には、図１４に示す例において、隣接する伝熱管３１の列の間の水平方向ピッチ（Ｈ１，Ｈ２，・・・Ｈｎ）は、管束１３０の、内側領域における最小水平方向ピッチＨｎから、外側領域における最大水平方向ピッチＨ１へと次第に大きくなる。水平方向ピッチが管束１３０の外側領域において大きいので、管束１３０の外側領域において蒸気フローは上方へ（鉛直方向に）流れ易くなっている。その結果、蒸気速度がどの位置でも所定の最大速度を超えないよう、横断フローの蒸気速度を抑制できる。

管束１３０の構成は、図１４に示した構成には限定されない。本発明の範囲を逸脱することなく、本実施形態に種々の変更および変形が行えることは当業者には明らかであろう。いくつかの変形例を、図１５〜図１９を参照して説明する。

図１５は、第二実施形態にかかる管束１３０Ａの構成の第一変形例を描画する、蒸発器１０１Ａの概略横方向断面図である。蒸発器１０１Ａは、管束１３０Ａの幾何構造を除いて、図１４に示した蒸発器１０１と基本的に同じである。より具体的には、管束１３０Ａの内側領域における隣接する列の間の水平方向ピッチが第一水平方向ピッチＨＳであり、管束１３０Ａの外側領域における列の間の水平方向ピッチが第一水平方向ピッチＨＳより大きい第二水平方向ピッチＨＬであるよう、伝熱管３１は配置される。本変形例により、上述したものと同様の効果が更に簡単な構造で得られる。

図１６は、第二実施形態にかかる管束１３０Ｂの構成の第二変形例を描画する、蒸発器１０１Ｂの概略横方向断面図である。蒸発器１０１Ｂは、管束１３０Ｂの幾何構造を除いて、図１５に示した蒸発器１０１Ａと基本的に同じである。より具体的には、管束１３０Ｂの外側領域における隣接する列の間の水平方向ピッチ（Ｈ１，Ｈ２，…）が管束１３０Ｂの外側に向かって次第に大きくなり、かつ、内側領域における水平方向ピッチが外側領域における水平方向ピッチより小さい一定のピッチ（ＨＳ）に設定されるよう、伝熱管３１は配置される。本変形例によっても、上述したものと同様の効果が更に簡単な構造で得られる。

図１７は、第二実施形態にかかる管束１３０Ｃの構成の第三変形例を描画する、蒸発器１０１Ｃの概略横方向断面図である。図１７に示すように、管束１３０Ｃの上部領域と管束１３０Ｃの下部領域との間に隙間Ｇが形成されることを除いて、蒸発器１０１Ｃは図１４に示した蒸発器１０１と基本的に同じである。

図１８は、第二実施形態にかかる管束１３０Ｄの構成の第四変形例を描画する、蒸発器１０１Ｄの概略横方向断面図である。図１８に示すように、管束１３０Ｄの上部領域と管束１３０Ｄの下部領域との間に隙間Ｇが形成されることを除いて、蒸発器１０１Ｄは図１５に示した蒸発器１０１Ａと基本的に同じである。

図１９は、第二実施形態にかかる管束１３０Ｅの構成の第五変形例を描画する、蒸発器１０１Ｅの概略横方向断面図である。図１９に示すように、管束１３０Ｅの上部領域と管束１３０Ｅの下部領域との間に隙間Ｇが形成されることを除いて、蒸発器１０１Ｅは図１６に示した蒸発器１０１Ｂと基本的に同じである。

図１７〜図１９に示す例においては、管束１３０Ｃ，１３０Ｄ又は１３０Ｅの下部領域において形成される冷媒蒸気は、隙間Ｇにおいて、管束１３０Ｃ，１３０Ｄ又は１３０Ｅの外側に向かって横方向に流れる。したがって、管束１３０Ｃ，１３０Ｄ又は１３０Ｅの上部領域における蒸気速度をさらに低減できる。

＜第三実施形態＞
次に図２０〜図２５を参照して、第三実施形態にかかる蒸発器２０１を説明する。第一実施形態、第二実施形態および第三実施形態の類似点を考慮して、第一実施形態又は第二実施形態のパーツと同一の、第三実施形態のパーツには、第一実施形態又は第二実施形態のパーツと同じ参照符号を付している。また、説明の簡潔化のために、第一実施形態又は第二実施形態のパーツと同一の、第三実施形態のパーツの説明を省略する。

第二実施形態にかかる蒸発器２０１は、管束２３０の幾何構造を除いて、図２〜図７に示した第一実施形態の蒸発器１と基本的に同じである。第三実施形態においては、列のそれぞれにおいて、隣接する伝熱管３１の間の鉛直方向ピッチが、管束２３０の上部領域において管束２３０の下部領域よりも大きくなるよう設定されている。さらに、隣接する列の間の水平方向ピッチが、管束２３０の外側領域において管束２３０の内側領域よりも大きく設定されている。

より具体的には、図１４に示す例においては、それぞれの列において、管束２３０の下部領域における隣接する伝熱管３１の間の鉛直方向ピッチが第一鉛直方向ピッチＶＳであり、それぞれの列において、管束２３０の上部領域における隣接する伝熱管３１の間の鉛直方向ピッチが第一鉛直方向ピッチＶＳよりも大きい第二鉛直方向ピッチＶＬであるよう、伝熱管３１は配置される。さらに、管束２３０の内側領域における隣接する列の間の水平方向ピッチが第一水平方向ピッチＨＳであり、管束２３０の外側領域における列の間の水平方向ピッチが第一水平方向ピッチＨＳより大きい第二水平方向ピッチＨＬであるよう、伝熱管３１は配置される。管束２３０の上部領域における鉛直方向ピッチを大きくすることによって、横断フローが通過する経路の断面積を増加させることができる。したがって、管束３０の上部領域における蒸気速度の増加を、簡単な構造で抑制できる。さらに、水平方向ピッチが管束２３０の外側領域において大きいので、管束２３０の外側領域において蒸気フローは上方へ（鉛直方向に）流れ易くなっている。その結果、蒸気速度がいずれの位置でも所定の最大速度を超えないよう、横断フローの蒸気速度を抑制できる。こうして、第一実施形態にかかる管束２３０の構成により、管束２３０における蒸気速度は、管束２３０のどの位置でも所定の最大速度を超えることがない。これにより、高速の横断フローにより液体冷媒の鉛直方向フローが乱れることがなくなり、その結果、伝熱管３１におけるドライパッチ（dry patach）の形成を防止できる。さらに、第一実施形態によれば、蒸気フローの速度を抑制できるので、液滴が含まれることも低減できる。

管束２３０の構成は、図２０に描画した構成には限定されない。本発明の範囲を逸脱することなく、本実施形態に種々の変更および変形が行えることは、本開示から当業者には明らかであろう。いくつかの変形例を、図２１〜図２５を参照して説明する。

図２１は、第三実施形態にかかる管束２３０Ａの構成の第一変形例を描画する、蒸発器２０１Ａの概略横方向断面図である。蒸発器２０１Ａは、管束２３０Ａの幾何構造を除いて、図２０に示した蒸発器２０１と基本的に同じである。より具体的には、本変形例においては、それぞれの列において、管束２３０Ａの上部領域における隣接する伝熱管３１の間の鉛直方向ピッチ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…）が、上方に向かうにつれて大きくなり、かつ、管束２３０Ａの下部領域における鉛直方向ピッチが、上部領域における鉛直方向ピッチより小さい一定のピッチ（ＶＳ）に設定されるよう、伝熱管３１は配置される。さらに、管束２３０Ａの外側領域における隣接する列の間の水平方向ピッチ（Ｈ１，Ｈ２，…）が管束２３０Ａの外側に向かって次第に大きくなり、かつ、内側領域における水平方向ピッチが、外側領域における水平方向ピッチより小さい一定のピッチ（ＨＳ）に設定されるよう、伝熱管３１は配置される。本変形例により、上述したものと同様の効果が更に簡単な構造で得られる。

図２２は、第三実施形態にかかる管束２３０Ｂの構成の第二変形例を描画する、蒸発器２０１Ｂの概略横方向断面図である。図２２に示すように、管束２３０Ｂにおける外側の上部領域において、空間Ｓを形成するため伝熱管３１のうちのいくつかが除去されていることを除いて、蒸発器２０１Ｂは、図２１に示される蒸発器２０１Ａと基本的に同じである。この例においては、空間Ｓは、分配部２０と管束２３０Ｂとの間に形成される。放出孔（この例では第二トレー部２３の放出孔２３ａ）の位置および大きさが固定されているので、空間Ｓが分配部と管束との間に形成されている場合であっても、最上部の伝熱管に液体冷媒を確かに供給できる。

図２２に示す構成により、更に広い蒸気経路が管束２３０Ｂにおける外側の上部領域に形成される。したがって、管束３０の上部領域における蒸気速度の増加を、簡単な構造で更に抑制できる。さらに、液滴は、管束２３０Ｂの外側の上部領域において含まれる可能性が最も高いので、液滴が含まれてしまうことも図２２に示す例においては低減できる。

図２３は、第三実施形態にかかる管束２３０Ｃの構成の第四変形例を描画する、蒸発器２０１Ｃの概略横方向断面図である。図２３に示すように、管束２３０Ｃの供給ライングループの伝熱管３１と管束２３０Ｃの戻りライングループの伝熱管３１との間に隙間Ｇが形成されることを除いて、蒸発器２０１Ｃは図２０に示した蒸発器２０１と基本的に同じである。隙間Ｇは、接続ヘッド部材１３の水バッフル１３ｃに対応する位置に形成されるとともに、蒸発器２０１Ｃの全体にわたって長手方向に延びている。

図２４は、第三実施形態にかかる管束２３０Ｄの構成の第五変形例を描画する、蒸発器２０１Ｄの概略横方向断面図である。図２４に示すように、管束２３０Ｄの上部領域と管束２３０Ｅの下部領域との間に隙間Ｇが形成されることを除いて、蒸発器２０１Ｄは図２１に示した蒸発器２０１Ａと基本的に同じである。

図２５は、第三実施形態にかかる管束２３０Ｅの構成の第五変形例を描画する、蒸発器２０１Ｅの概略横方向断面図である。図２５に示すように、管束２３０Ｅの上部領域と管束２３０Ｅの下部領域との間に隙間Ｇが形成されることを除いて、蒸発器２０１Ｅは図２２に示した蒸発器２０１Ｂと基本的に同じである。

図１７〜図１９に示す例においては、管束２３０Ｃ，２３０Ｄ又は２３０Ｅの下部領域において形成される冷媒蒸気は、隙間Ｇにおいて、管束２３０Ｃ，２３０Ｄ又は２３０Ｅの外側に向かって横方向に流れる。したがって、管束２３０Ｃ，２３０Ｄ又は２３０Ｅの上部領域における蒸気速度をさらに低減できる。

＜第四実施形態＞
次に、図２６および図２７を参照して、第四実施形態にかかる蒸発器３０１を説明する。第一〜第四実施形態の類似点を考慮して、第一実施形態、第二実施形態又は第三実施形態のパーツと同一の、第四実施形態のパーツには、第一実施形態、第二実施形態又は第三実施形態のパーツと同じ参照符号を付している。また、説明の簡潔化のために、第一実施形態、第二実施形態又は第三実施形態のパーツと同一の、第四実施形態のパーツの説明を省略する。

第四実施形態の蒸発器３０１においては、中間トレー部６０が、供給ライングループにの伝熱管３１と戻りライングループの伝熱管３１との間に配置される。中間トレー部６０は、複数の放出孔６０ａを有し、そこを通って液体冷媒が下方へ放出される。

上述の通り、蒸発器３０１は、水が初めに管束３３０の下部領域に配置される供給ライングループの伝熱管３１の内部を流れ、その後、管束３３０の上部領域に配置される戻りライングループの伝熱管３１の内部を流れるよう案内されるツーパスシステムを備える。したがって、入口水室１３ａ近傍で供給ライングループの伝熱管３１の内部を流れる水の温度が最も高く、したがって、より多くの量の伝熱が必要とされる。例えば、図２７に示す入口水室１３ａ近傍の伝熱管３１の内部を流れる水の温度が最も高い。したがって、より多くの伝熱量が入口水室１３ａ近傍の伝熱管３１で必要とされる。分配部２０からの冷媒の分配の不均一により、伝熱管３１のこの領域が完全に乾いてしまうと、蒸発器３０１は完全には乾いていない伝熱管３１の限られた表面を用いて伝熱を行わねばならず、このとき蒸発器３０１は圧力と平衡状態になる。このような場合、伝熱管３１の完全に乾いた部分を再度湿らせるためには、定格を超えた冷媒充填（例えば２倍程度）が必要となろう。

したがって、第四実施形態においては、より多くの伝熱量を必要とする伝熱管３１の上方の位置に、中間トレー部６０が配置される。上から落下する液体冷媒は、中間トレー部６０によって一旦受けられ、そして、より多くの伝熱量を必要とする伝熱管３１に向かって均一に再分配される。こうして、伝熱管３１のこれらの部分が完全に乾くことが防止され、伝熱管３１の外壁の実質的にすべての表面を用いて、伝熱を効率的に行うことができる。

第四実施形態において中間トレー部６０が用いられる場合、管束３３０の下部領域における伝熱管３１間の鉛直方向ピッチＶＭは、中間トレー部が備えられていない先の実施形態において用いられる鉛直方向ピッチＶＳより多少大きく設定されることが好ましい。より具体的には、中間トレー部６０は、管束３３０の下部領域において生成された蒸気のフロー経路を部分的に遮断する。したがって、蒸気が外側に流れることができるよう、かつ,
管束３３０の下部領域において流速が所定レベルを超えることを防止するよう、鉛直方向ピッチＶＭは、好ましくは最小鉛直方向ピッチより大きく設定される。管束３３０の下部領域における鉛直方向ピッチＶＭは、管束３３０の上部領域における鉛直方向ピッチＶＬ以下とすることができる。図２７に示すように、中間トレー部６０が管束３３０の長手方向長さの一部にのみ配置される場合、中間トレー部６０の下方のその一部において生成された蒸気も長手方向に沿って流れ、管束３３０から出ることができる。したがって、このような場合においては、下部領域における鉛直方向ピッチＶＭを、上部領域における鉛直方向ピッチＶＬの約半分に設定することができる。

第四実施形態においては、図２５に示すように、中間トレー部６０が管束３３０の長手方向に部分的にのみ配置されているが、中間トレー部６０又は複数の中間トレー部６０を、管束３３０の長手方向長さの実質的に全体にわたって延びるよう配置することもできる。

第一実施形態と同様に、第四実施形態における管束３３０およびトラフ部４０の構成は、図２６に示した構成に限定されない。本発明の範囲を逸脱することなく、本実施形態に種々の変更および変形が行えることは、本開示から当業者には明らかであろう。例えば、中間トレー部６０は、図９〜図２４に示したいずれの構成とも組み合わせることができる。

＜用語の一般的な説明＞
本発明の範囲の理解において、ここで用いられる用語「備える」およびその派生語は、記載された特徴、要素、コンポーネント、群、整数（integer）、および／又はステップがあることを明記しているオープンエンドの用語を意味するのであって、記載されていない特徴、要素、コンポーネント、群、整数、および／又はステップがあることを排除するものではない。上記は、用語「有する」、「含む」およびそれらの派生語など同様の意味を持つ語にも当てはまる。また、単数形的に用いられる用語「パート」、「部分」、「部」、「部材」あるいは「要素」は、単一のパーツあるいは複数のパーツの２つの意味を持ちうる。以上の実施形態の説明に用いられる、次の用語、「上部」、「下部」、「上方」、「下向き」、「鉛直」、「水平」、「下方」、「横方向」や他の同様な方向を示す用語が、図６および図７に示すように蒸発器の長手方向中心軸が実質的水平に配置されたときの、蒸発器の方向を示す用語として使用される。このように、本発明の説明に用いられるこれらの用語は、通常の動作位置において用いられている蒸発器に対して相対的に解釈される。さらには、ここでの、「実質的」、「約」、「およそ」といった程度を示す用語は、最終結果が大きく変わらないような、妥当な変形の条件の変更量を意味するものとして用いられる。

本発明の説明のためにいくつかの選ばれた実施例だけが選択されたが、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の変更、変形ができることは、本開示から当業者には明らかであろう。例えば、必要に応じておよび／又は望まれるように、種々の構成要素の大きさ、形状、配置、向きを変更できる。互いに直接的に連結あるいは接触するよう示した構成要素は、それらの間に中間構造体を有することができる。１つの要素の機能は２つの要素によって達成することができ、またその逆の場合も同様である。一の態様の構造および機能を他の態様に適用することもできる。すべての利点が必ずしも同時に特定の態様にもたらされる必要はない。先行技術から区別されるそれぞれの特徴は、それ単独として、あるいは他の特徴と組み合わせとして、そのような特徴により実施される構造的なあるいは機能的な思想を含む出願人によるさらなる発明の別の内容として考慮されるものとする。このように、前述の本発明にかかる実施例の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義される本発明を限定するものではないことは、本開示から当業者には明らかであろう。

米国特許６，２９３，１１２号 米国特許７，８４９，７１０号

Claims (14)

1. 蒸気圧縮システムにおいて用いられるよう構成される熱交換器であって、
   長手方向中心軸が水平面と略平行に延びるシェルと、
   前記シェルの内部に配置されて、冷媒を分配するよう構成され配置される分配部と、
   複数の伝熱管を有する管束であって、前記複数の伝熱管が、前記分配部から放出される冷媒が該管束上に供給されるよう前記シェルの内部において前記分配部の下方に配置され、前記シェルの前記長手方向中心軸と略平行に延び、前記シェルの前記長手方向中心軸に沿って見たとき互いに平行に延びる複数の列に配置されている、管束と、
   を備え、
   前記管束は、
   少なくとも１つの前記列において、隣接する前記伝熱管の間の鉛直方向ピッチが、前記管束の上部領域において前記管束の下部領域よりも大きい構成、
   および
   隣接する前記列の間の水平方向ピッチが、前記管束の外側領域において前記管束の内側領域よりも大きい構成、
   の少なくとも一方を有する、熱交換器。
2. 前記少なくとも１つの前記列における隣接する前記伝熱管の間の前記鉛直方向ピッチは、前記管束の、前記下部領域から前記上部領域へ向かって次第に大きくなる、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記少なくとも１つの前記列において、前記管束の前記下部領域における隣接する前記伝熱管の間の前記鉛直方向ピッチは、第一鉛直方向ピッチであり、
   前記少なくとも１つの前記列において、前記管束の前記上部領域における隣接する前記伝熱管の間の前記鉛直方向ピッチは、前記第一鉛直方向ピッチよりも大きい第二鉛直方向ピッチである、
   請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記少なくとも一つの前記列において、前記管束の前記下部領域における隣接する前記伝熱管の間の前記鉛直方向ピッチは、一定であり、
   前記少なくとも一つの前記列において、前記管束の前記上部領域における隣接する前記伝熱管の間の前記鉛直方向ピッチは、前記管束の、前記下部領域から前記上部領域へ向かう方向に次第に大きくなる、
   請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記列のそれぞれにおける、隣接する前記伝熱管の間の前記鉛直方向ピッチは、前記管束の前記上部領域において前記管束の前記下部領域よりも大きい、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 隣接する前記列の間の前記水平方向ピッチは、前記管束の、前記内側領域から前記外側領域へ向かって次第に大きくなる、
   請求項１に記載の熱交換器。
7. 前記管束の前記内側領域における隣接する前記列の間の前記水平方向ピッチは、第一水平方向ピッチであり、
   前記管束の前記外側領域における前記列の間の前記水平方向ピッチは、前記第一水平方向ピッチより大きい第二水平方向ピッチである、
   請求項１に記載の熱交換器。
8. 前記管束の前記内側領域における隣接する前記列の間の水平方向ピッチは、一定であり、
   前記管束の前記外側領域における隣接する前記列の間の水平方向ピッチは、前記管束の、前記内側領域から前記外側領域へ向かう方向に次第に大きくなる、
   請求項１に記載の熱交換器。
9. 前記管束は、
   前記少なくとも１つの前記列において、隣接する前記伝熱管の間の前記鉛直方向ピッチが、前記管束の前記上部領域において前記管束の前記下部領域よりも大きい構成、
   および
   隣接する前記列の間の前記水平方向ピッチが、前記管束の前記外側領域において前記管束の前記内側領域よりも大きい構成、
   の両方を有する、
   請求項１に記載の熱交換器。
10. 前記分配部と前記管束との間の鉛直方向距離は、前記管束の前記外側領域において前記管束の前記内側領域より大きい、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換器。
11. 前記分配部と前記管束との間の前記鉛直方向距離は、前記管束の、前記内側領域から前記外側領域へ向かって次第に大きくなる、
    請求項７に記載の熱交換器。
12. 前記管束の、前記上部領域と前記下部領域との間で鉛直方向隙間が形成されており、
    前記鉛直方向隙間は、前記管束の前記上部領域における、前記少なくとも１つの前記列における隣接する前記伝熱管の間の前記鉛直方向ピッチよりも大きい、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の熱交換器。
13. 前記管束の、前記上部領域と前記下部領域との間の前記鉛直方向隙間に配置される、中間分配部を更に備える、
    請求項１２に記載の熱交換器。
14. 蒸気圧縮システムにおいて用いられるよう構成される熱交換器であって、
    長手方向中心軸が水平面と略平行に延びるシェルと、
    前記シェルの内部に配置されて、冷媒を分配するよう構成され配置される分配部と、
    複数の伝熱管を有する管束であって、前記複数の伝熱管が、前記分配部から放出される冷媒が該管束上に供給されるよう前記シェルの内部において前記分配部の下方に配置され、前記シェルの前記長手方向中心軸と略平行に延び、前記シェルの前記長手方向中心軸に沿って見たとき互いに平行に延びている複数の列に配置されている、管束と、
    を備え、
    前記伝熱管の間を流れる冷媒蒸気の流速が所定の流速を超えないよう、
    前記伝熱管の前記列のそれぞれにおける隣接する前記伝熱管の間の鉛直方向ピッチ、
    および、
    隣接する前記伝熱管の前記列の間の水平方向ピッチ、
    の少なくとも一方が変化している、熱交換器。

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