JP2017211094A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱管の表面に均一に液体を接触させる。
【解決手段】本開示の熱交換器（１１）は、シェル（２０）と、シェル（２０）の内部に配置された伝熱管（３０）と、シェル（２０）の内部に配置され、伝熱管（３０）の上方に位置している流下機構（４０）と、を備えている。流下機構（４０）は、伝熱管（３０）の長手方向に平行な方向に延びている第１ガイド体（４４）と、第１ガイド体（４４）に向かい合う位置に配置され、伝熱管（３０）の長手方向に平行な方向に延びて第１ガイド体（４４）との間に液体の流路（４８）を形成している第２ガイド体（４６）と、上方に向かって開口している凹部（５０ｃ）を有し、凹部（５０ｃ）から溢れた液体が流路（４８）に導かれるように第１ガイド体（４４）に隣接して設けられた塞き止め構造（５０）と、を有する。
【選択図】図３Ａ

Description

本開示は、熱交換器に関する。

シェルの内部に配置された複数の伝熱管のそれぞれに液相の冷媒を滴下及び接触させ、冷媒を蒸発させるように構成された蒸発器が知られている。各伝熱管に冷媒を接触させるために、例えば、特許文献１に記載された液分散装置が採用されうる。

図７に示すように、特許文献１に記載された液分散装置は、液分配器１、液ガイド板２及び板体３を備えている。液分配器１の底壁には、液相の冷媒などの液体を流出させるための複数の孔４が設けられている。液ガイド板２は、傾斜部５及び垂直部６を有する。傾斜部５は、液分配器１の底壁に対して傾斜している。垂直部６は、傾斜部５の端から下方に向かって延びている。垂直部６と板体３との間に流路９が形成されている。液体は、複数の孔４を通じて液分配器１の外に流出し、液ガイド板２の傾斜部５の上面に達する。その後、液体は、傾斜部５に沿って流れ、流路９を経由して、伝熱管７に向かって流れ落ちる。

特開昭６０−２９５６４号公報（図５）

図７を参照して説明した構造を有する熱交換器の性能を十分に発揮させるためには、伝熱管の表面に均一に液体を接触させることが重要である。

すなわち、本開示は、
シェルと、
前記シェルの内部に配置された伝熱管と、
前記シェルの内部に配置され、前記伝熱管の上方に位置している流下機構と、
を備えた熱交換器であって、
前記流下機構は、
前記伝熱管の長手方向に平行な方向に延びている第１ガイド体と、
前記第１ガイド体に向かい合う位置に配置され、前記伝熱管の長手方向に平行な方向に延びて前記第１ガイド体との間に液体の流路を形成している第２ガイド体と、
上方に向かって開口している凹部を有し、前記凹部から溢れた前記液体が前記流路に導かれるように前記第１ガイド体に隣接して設けられた塞き止め構造と、
を有する、熱交換器を提供する。

本開示の技術によれば、伝熱管の表面に均一に液体を接触させることができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図である。 図２は、本開示の一実施形態に係る凝縮器のII-II線に沿った断面図である。 図３Ａは、図２に示す凝縮器に使用された流下機構のIIIA-IIIA線に沿った断面図である。 図３Ｂは、図２に示す凝縮器に使用された流下機構のIIIB-IIIB線に沿った断面図である。 図４は、流下機構の側面図である。 図５は、変形例１に係る流下機構の断面図である。 図６は、変形例２に係る流下機構の断面図である。 図７は、従来の熱交換器に使用された液分散装置の断面図である。

（本開示の基礎となった知見）
図７に示す従来の液分散装置によれば、液分配器１の孔４に近い位置を通って伝熱管７に滴下する液体の流量が相対的に大きく、液分配器１の孔４から離れた位置を通って伝熱液７に滴下する液体の流量が相対的に小さい。この場合、伝熱管の長手方向に平行な方向おいて、伝熱管の表面の複数の位置のそれぞれに滴下されるべき液体の流量に大きなバラつきが生じる。このバラつきは、冷媒の総流量が少ない場合に特に顕著であり、例えば、伝熱管の表面の乾いた部分の面積を増加させる原因となる。乾いた部分の割合が増加するにつれ、単位表面積あたりの伝熱管の熱交換量は、伝熱管の表面の全体が均一に液体で濡れている場合と比較して減少する。伝熱管の表面は、可能な限り、液体で均一に濡れていることが望ましい。

孔４の寸法を小さくし、孔４の数を増やせば、流量のバラつきを緩和できるとも思われる。しかし、孔４の寸法を小さくしすぎると、スラッジ等の異物によって孔４が塞がれる可能性が高まるので、孔４の寸法を小さくすることは必ずしも容易ではない。

本開示の第１態様にかかる熱交換器は、
シェルと、
前記シェルの内部に配置された伝熱管と、
前記シェルの内部に配置され、前記伝熱管の上方に位置している流下機構と、
を備えた熱交換器であって、
前記流下機構は、
前記伝熱管の長手方向に平行な方向に延びている第１ガイド体と、
前記第１ガイド体に向かい合う位置に配置され、前記伝熱管の長手方向に平行な方向に延びて前記第１ガイド体との間に液体の流路を形成している第２ガイド体と、
上方に向かって開口している凹部を有し、前記凹部から溢れた前記液体が前記流路に導かれるように前記第１ガイド体に隣接して設けられた塞き止め構造と、
を有するものである。

第１態様によれば、伝熱管の表面に均一に液体を接触させることができる。

本開示の第２態様において、例えば、第１態様の熱交換器の前記流下機構は、上方に向かって開口している分配容器をさらに有し、前記分配容器は、前記塞き止め構造に向かい合う底壁を有し、前記底壁には、複数の貫通孔が設けられている。適度な容量の分配容器が設けられていると、流量の変動を分配容器で吸収させることができる。

本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様の熱交換器の前記塞き止め構造は、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向に延びて前記凹部を形成している側壁を有し、前記側壁の上端には、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向において所定の間隔で複数の第１溝が形成されている。第３態様によれば、塞き止め構造の凹部から流体が溢れるとき、流体は、複数の第１溝から優先的に溢れ出す。このことは、伝熱管の長手方向に平行な方向において、伝熱管の表面の複数の位置のそれぞれに概ね等しい流量にて流体を滴下させることに貢献する。

本開示の第４態様において、例えば、第３態様の熱交換器の前記第２ガイド体の下端には、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向において所定の間隔で複数の第２溝が形成されており、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向において、前記複数の第１溝と前記複数の第２溝とが交互に並んでいる。このことも、伝熱管の長手方向に平行な方向において、伝熱管の表面の複数の位置のそれぞれに概ね等しい流量にて流体を滴下させることに貢献する。

本開示の第５態様において、例えば、第１〜第４態様のいずれか１つの熱交換器の前記第１ガイド体は、前記第２ガイド体よりも前記伝熱管に近い位置まで延びている複数の突出部を含み、前記複数の突出部のそれぞれに対応する位置において、前記第２ガイド体の下端に第２溝が形成されている。第５態様によれば、流体が第２溝から水平方向に拡がりにくく、突出部に沿って流体が真っ直ぐ下に流れやすい。これにより、伝熱管の表面の所望の位置に流体を滴下させることができる。

本開示の第６態様において、例えば、第１〜第５態様のいずれか１つの熱交換器の前記第２ガイド体の下端には、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向において所定の間隔で複数の第２溝が形成されており、隣り合う前記第２溝と前記第２溝との間における前記第１ガイド体と前記第２ガイド体との間隔は、前記第２溝が形成されている位置における前記第１ガイド体と前記第２ガイド体との間隔よりも狭い。第６態様によれば、第２溝から選択的に流体を滴下させることができる。伝熱管の複数の位置のそれぞれに概ね等しい流量にて流体を滴下させることができる。

本開示の第７態様において、例えば、第１〜第６態様のいずれか１つの熱交換器の前記塞き止め構造は、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向において前記凹部を複数の部分に仕切っている少なくとも１つの隔壁をさらに有する。第７態様によれば、流体は、隔壁で仕切られた複数の部分のそれぞれから概ね等しい流量で溢れ出し、伝熱管の表面の複数の位置のそれぞれに概ね等しい流量で滴下しうる。

本開示の第８態様において、例えば、第１〜第７態様のいずれか１つの熱交換器の前記塞き止め構造は、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向に延びて前記凹部を形成している側壁を有し、前記第２ガイド体の上端は、前記側壁の上端よりも上に位置している。第８態様によれば、流体の流量が大きい場合でも、側壁を乗り越えた流体が第１ガイド体と第２ガイド体との間の流路に確実に導かれる。

本開示の第９態様において、例えば、第１〜第８態様のいずれか１つの前記熱交換器は、前記シェルの底部に接続された一端部と前記流下機構の上方に位置している他端部とを有する循環回路と、前記循環回路に配置されたポンプと、をさらに備えたものである。第１０態様によれば、ポンプを駆動すると、循環回路を通じて、シェルの内部に溜められた液体が複数の流下機構のそれぞれに供給されうる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。

図１に示すように、冷凍サイクル装置１０は、蒸発器１１、圧縮機１２、凝縮器１３、流量制御弁１４及び流路１６ａ〜１６ｄを備えている。蒸発器１１の出口は、流路１６ａによって圧縮機１２の吸入口に接続されている。圧縮機１２の吐出口は、流路１６ｂによって凝縮器１３の入口に接続されている。凝縮器１３の出口は、流路１６ｃによって流量制御弁１４の入口に接続されている。流量制御弁１４の出口は、流路１６ｄによって蒸発器１１の入口に接続されている。流路１６ａ及び１６ｂは蒸気経路であり、流路１６ｃ及び１６ｄは液経路である。

蒸発器１１において冷媒が加熱されて蒸発する。これにより、気相の冷媒（冷媒蒸気）が生成される。気相の冷媒は、圧縮機１２に吸入されて圧縮される。高温高圧の気相の冷媒が圧縮機１２から凝縮器１３に供給される。冷媒は、凝縮器１３において冷却されて液化する。これにより、液相の冷媒（冷媒液）が生成される。液相の冷媒は、流量制御弁１４を経由して凝縮器１３から蒸発器１１に戻される。

冷凍サイクル装置１０は、例えば、業務用又は家庭用の空気調和装置である。蒸発器１１で冷却された熱媒体が室内に供給され、室内の冷房に使用される。あるいは、凝縮器１３で加熱された熱媒体が室内に供給され、室内の暖房に使用される。熱媒体は、例えば水である。ただし、冷凍サイクル装置１０は空気調和装置に限定されず、チラー、蓄熱装置などの他の装置であってもよい。

図２は、伝熱管３０の長手方向に垂直な蒸発器１１の断面を表している。図２に示すように、蒸発器１１は、いわゆる流下液膜式蒸発器であり、シェルアンドチューブ熱交換器によって構成されている。具体的に、蒸発器１１は、シェル２０、複数の伝熱管３０及び複数の流下機構４０を備えている。複数の伝熱管３０は、シェル２０の内部に配置されている。シェル２０は、入口２０ａ及び出口２０ｂを有する。入口２０ａ及び出口２０ｂには、それぞれ、流路１６ｄ及び流路１６ａが接続されうる。鉛直方向において、シェル２０の入口２０ａが最も下に位置し、シェル２０の出口２０ｂが最も上に位置している。例えば、入口２０ａが全ての伝熱管３０よりも鉛直方向の下側に位置し、出口２０ｂが全ての伝熱管３０よりも鉛直方向の上側に位置している。入口２０ａを通じて、シェル２０の内部に液相の冷媒が導入される。本実施形態において、シェル２０は、矩形の断面形状を有している。ただし、シェル２０は、円形の断面形状を有していてもよい。シェル２０は、耐圧容器であってもよい。

複数の伝熱管３０は、それぞれ、直線形状を有する。複数の伝熱管３０は、シェル２０の内部において、互いに平行に並べられている。複数の伝熱管３０の両端部には、それぞれ、図示しないヘッダが設けられている。熱媒体が一方のヘッダから各伝熱管３０に分配されるとともに、各伝熱管３０から他方のヘッダに熱媒体が集められる。

本実施形態において、複数の伝熱管３０は、鉛直方向（縦方向）及び水平方向（横方向）にマトリクス状に配置されている。複数の伝熱管３０は、鉛直方向及び水平方向の両方向において、互い違いのパターンで並べられていてもよい。伝熱管３０の長手方向が３次元の直交座標系におけるＹ軸に平行であるとき、鉛直方向はＺ方向に平行であり、水平方向はＸ方向に平行である。図２の断面図はＸＺ平面に平行である。

流下機構４０は、伝熱管３０に液相の冷媒を滴下させる役割を担っている。詳細には、流下機構４０は、伝熱管３０の長手方向に平行な方向に延びており、伝熱管３０の表面の複数の位置に冷媒を滴下させる。流下機構４０は、伝熱管３０の長手方向に平行な方向おいて、伝熱管３０の表面の複数の位置のそれぞれに冷媒を滴下させるとともに、複数の位置に滴下する冷媒の流量に過大なバラつきが生じることを防ぐ。つまり、流下機構４０は、冷媒が滴下する位置と、冷媒が滴下する位置のそれぞれにおける冷媒の流量とをコントロールする。これにより、伝熱管３０の表面に均一に冷媒を接触させることができ、伝熱管３０の熱交換性能を十分に発揮させることが可能になる。

複数の流下機構４０は、シェル２０の内部に配置されている。詳細には、複数の流下機構４０は、複数の伝熱管３０の上方に位置している。複数の流下機構４０は、水平方向に並べられている。複数の流下機構４０のそれぞれが１対の伝熱管３０に向かい合っている。つまり、本実施形態では、１対の伝熱管３０のそれぞれに１つの流下機構４０から冷媒が滴下される。ただし、１つの伝熱管３０に対して１つの流下機構４０から冷媒を滴下させてもよい。

蒸発器１１は、さらに、循環回路６０及びポンプ６２を備えている。循環回路６０は、シェル２０の底部に接続された一端部と流下機構４０の上方に位置している他端部とを有する。ポンプ６２は、循環回路６０に配置されている。循環回路６０の他端部は、少なくとも１つの分配管６４によって構成されている。詳細には、循環回路６０の他端部は、単一の分配管６４によって構成されているか、１つの管からそれぞれ分岐した複数の分配管６４によって構成されている。後者の場合、伝熱管３０の長さ及び流下機構４０の長さに応じて、分配管６４の数が決定される。分配管６４の長手方向は、伝熱管３０の長手方向に交差している。詳細には、分配管６４の長手方向は、伝熱管３０の長手方向に直交している。分配管６４には、その長手方向において所定の間隔で複数の孔６４ｈが形成されている。複数の孔６４ｈのそれぞれの下方に流下機構４０が位置している。本実施形態において、循環回路６０の一部及びポンプ６２はシェル２０の外部に配置されている。ただし、循環回路６０の全部及びポンプ６２がシェル２０の内部に配置されていてもよい。

ポンプ６２を駆動すると、循環回路６０を通じて、シェル２０の内部に溜められた液相の冷媒が複数の流下機構４０のそれぞれに供給される。冷媒は、流下機構４０から伝熱管３０に滴下される。冷媒の温度よりも高い温度の熱媒体を伝熱管３０に流すと、伝熱管３０の表面で冷媒が加熱されて蒸発する。出口２０ｂを通じて、シェル２０の外部へと気相の冷媒が排出される。冷媒は、自重により、上側の伝熱管３０から下側の伝熱管３０に移動しつつ、徐々に蒸発する。

冷凍サイクル装置１０の運転時において、効率よく冷媒を蒸発させるためには、伝熱管３０の表面の全体が均一に冷媒で濡れていることが望ましい。流下機構４０が存在しない場合、分配管６４から伝熱管３０に冷媒が直接散布される。この場合、分配管６４の数に限界があるので、伝熱管３０の長手方向において、伝熱管３０の表面に冷媒で濡れた部分と乾いた部分とが形成されやすい。流下機構４０によれば、この欠点を克服することができる。

図３Ａ、図３Ｂ及び図４に示すように、流下機構４０は、分配容器４１、１対の第１ガイド体４４、１対の第２ガイド体４６及び１対の塞き止め構造５０を備えている。つまり、本実施形態において、流下機構４０は、第１ガイド体４４、第２ガイド体４６及び塞き止め構造５０を含むグループを２つ備えている。分配容器４１から２つのグループのそれぞれに冷媒が分配及び供給される。１対の第１ガイド体４４の下端の間隔Ｄは、例えば、水平方向において互いに隣り合う伝熱管３０の中心間距離に一致している。したがって、水平方向において互いに隣り合う伝熱管３０のそれぞれの頂部に流下機構４０から冷媒を滴下させることができる。流下機構４０は、第１ガイド体４４、第２ガイド体４６及び塞き止め構造５０を含むグループを１つのみ備えていてもよい。

分配容器４１は、分配管６４から吐出された冷媒を直接受け入れることができるように上方に向かって開口している。分配容器４１は、塞き止め構造５０の上方に設けられている。つまり、分配容器４１は、流下機構４０の部品の中で分配管６４に最も近い位置にある。伝熱管３０の長手方向に垂直な断面において、分配容器４１は、例えば、矩形の形状を有している。分配容器４１は、底壁４２及び側壁４３を有する。底壁４２は、塞き止め構造５０に向かい合っている。側壁４２は、底壁４２の端から上方に向かって延びている。底壁４２には、複数の貫通孔４２ｈが設けられている。複数の貫通孔４２ｈは、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において所定の間隔で底壁４２に形成されている。冷媒は、循環回路６０の分配管６４から分配容器４１に供給され、分配容器４１に一時的に溜められる。適度な容量の分配容器４１が設けられていると、流量の変動を分配容器４１で吸収させることができる。なお、後述するように、分配容器４１は省略されていてもよい。

第１ガイド体４４は、伝熱管３０の長手方向に平行な方向に延びている。本実施形態において、第１ガイド体４４は、ステンレス板のような板状の部材で形成されたガイド板である。詳細には、第１ガイド体４４は、鉛直方向に平行な表面（側面）を有する。その表面に沿って冷媒が流れ落ちる。

第２ガイド体４６は、第１ガイド体４４に向かい合う位置に配置されている。第２ガイド体４６も、伝熱管３０の長手方向に平行な方向に延びている。第１ガイド体４４と第２ガイド体４６との間に冷媒の流路４８が形成されている。本実施形態では、第２ガイド体４６も、ステンレス板のような板状の部材で形成されたガイド板である。

図３Ａ及び図３Ｂから理解できるように、第２ガイド体４６は、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において、薄肉の部分と厚肉の部分とを交互に有する。図３Ａに示すように、第２ガイド体４６の薄肉の部分と第１ガイド体４４との間の隙間は、鉛直方向に延び、流路４８を構成している。図３Ｂに示すように、第２ガイド体４６の厚肉の部分は、第１ガイド体４４の表面に面接触している。あるいは、第２ガイド体４６の厚肉の部分と第１ガイド体４４との間の隙間は、冷媒の流れを阻止できる程度に狭い。第２ガイド体４６の厚肉の部分は、流路４８として機能する隙間を第１ガイド体４４と第２ガイド体４６との間に確保するためのスペーサの役割を果たしている。

図３Ａに示すように、第２ガイド体４６の下端には、伝熱管３０の長手方向に平行な方向おいて所定の間隔で複数の溝４６ａ（以下、「第２溝４６ａ」とも称する）が形成されている。伝熱管３０の長手方向に平行な方向おいて、溝４６ａは、第２ガイド体４６の薄肉の部分と同じ位置（範囲）に形成されている。つまり、溝４６ａは、流路４８の出口を形成している。溝４６ａが形成されていない部分が厚肉の部分である。隣り合う溝４６ａと溝４６ａとの間における第１ガイド体４４と第２ガイド体４６との間隔は、溝４６ａが形成されている位置における第１ガイド体４４と第２ガイド体４６との間隔よりも狭い。このような構成によれば、溝４６ａから選択的に冷媒を滴下させることができる。伝熱管３０の表面の複数の位置のそれぞれに概ね等しい流量にて冷媒を滴下させることができる。

図４に示すように、第１ガイド体４４は、複数の突出部４４ｔを有する。複数の突出部４４ｔは、それぞれ、第２ガイド体４６の下端よりも伝熱管３０に近い位置まで延びている。複数の突出部４４ｔは、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において、所定の間隔で設けられている。複数の突出部４４ｔのそれぞれに対応する位置において、第２ガイド体４６の下端に第２溝４６ａが形成されている。詳細には、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において、突出部４４ｔが形成されている位置と第２溝４６ａとが形成されている位置とが一致している。このような構成によれば、冷媒が第２溝４６ａから水平方向に拡がりにくく、突出部４４ｔに沿って冷媒が真っ直ぐ下に流れやすい。これにより、伝熱管３０の表面の所望の位置に冷媒を滴下させることができる。また、本実施形態では、突出部４４ｔが平面視で三角形の形状を有しているので、突出部４４ｔの先端に冷媒が集中しやすい。ただし、突出部４４ｔの形状は特に限定されない。突出部４４ｔは、平面視で台形、半円形などの他の形状を有していてもよい。

塞き止め構造５０は、上方に向かって開口している凹部５０ｃを有する。凹部５０ｃから溢れた冷媒が流路４８に導かれるように、塞き止め構造５０が第１ガイド体４４に隣接して設けられている。分配容器４１の貫通孔４２ｈの真下に塞き止め構造５０が設けられている。詳細には、塞き止め構造５０は、底壁５１及び側壁５２によって構成されている。底壁５１は、鉛直方向及び水平方向の両方向に対して傾斜している部分である。詳細には、底壁５１は、第１ガイド体４４に向かって下り坂を形成しており、第１ガイド体４４に滑らかに続いている。つまり、本実施形態では、塞き止め構造５０の底壁５１と第１ガイド体４４とが単一の部材によって構成されている。底壁５１及び第１ガイド体４４は、ステンレス板のような板状の部材を所定の形状に曲げることによって作製されうる。第１ガイド体４４が鉛直方向に平行であり、底壁５１が鉛直方向及び水平方向の両方向に対して傾斜している。底壁５１と第１ガイド体４４とのなす角度は鈍角である。塞き止め構造５０の鉛直方向最下部において、孔が設けられている部位は存在しない。

塞き止め構造５０の側壁５２は、伝熱管３０の長手方向に平行な方向に延びて凹部５０ｃを形成している。また、側壁５２は、底壁５１の下端付近から分配容器４１の底壁４２に向かって上方に延びている。側壁５２の上端５２ｐには、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において所定の間隔で複数の溝５２ａ（以下、「第１溝５２ａ」とも称する）が形成されている。塞き止め構造５０の凹部５０ｃから冷媒が溢れるとき、冷媒は、複数の溝５２ａから優先的に溢れ出す。このことは、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において、伝熱管３０の表面の複数の位置のそれぞれに概ね等しい流量にて冷媒を滴下させることに貢献する。本実施形態において、側壁５２は、底壁５１とは別の部品である。ただし、底壁５１と側壁５２とが単一の部品で構成されていてもよい。

溝５２ａは、例えば、側壁５２の上端５２ｐの一部を切り欠くことによって形成されうる。本実施形態において、溝５２ａは、平面視でＶ字の輪郭を有している。このような形状によれば、冷媒の流れ方向が正確に規制されうる。このことも、伝熱管３０の表面の複数の位置のそれぞれに等しい流量にて冷媒を滴下させることに貢献する。特に、冷媒の総流量が小さい場合に顕著な効果が得られる。

図４に示すように、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において、複数の第１溝５２ａと複数の第２溝４６ａとが交互に並んでいる。言い換えれば、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において、第１溝５２ａの位置が第２溝４６ａの位置と一致していない。詳細には、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において、隣り合う第１溝５２ａの間に第２溝４６ａが位置し、隣り合う第２溝４６ａの間に第１溝５２ａが位置している。隣り合う第１溝５２ａの中間に第２溝４６ａが位置し、隣り合う第２溝４６ａの中間に第１溝５２ａが位置していることが望ましい。このような構成によれば、第１溝５２ａから流出した冷媒が左右の第２溝４６ａのそれぞれに向かって流れる。つまり、第１溝５２ａから流出した冷媒が再分配される。このことも、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において、伝熱管３０の表面の複数の位置のそれぞれに概ね等しい流量にて冷媒を滴下させることに貢献する。

本実施形態によれば、第１溝５２ａから第２溝４６ａに冷媒が直接流れ込みにくい。冷媒は、第１溝５２ａから流出したのち、伝熱管３０の長手方向に平行な方向に拡がりながら流れる。そのため、冷媒の総流量が小さい場合においても、複数の第２溝４６ａのそれぞれにおける冷媒の流量が概ね等しい流量に保たれる。

本実施形態において、側壁５２の外周面は、第１ガイド体４４の表面と同一平面上に存在する。詳細には、側壁５２が第１ガイド体４４に隣接し、流路４８の広さが側壁５２の上端５２ｐから第２ガイド体４６の下端まで概ね一定に保たれている。このような構成によれば、冷媒は、塞き止め構造５０の凹部５０ｃから溢れたのち、設計通りの方向にスムーズに流れる。

また、第２ガイド体４６の上端４６ｐは、塞き止め構造５０の側壁５２の上端５２ｐよりも上に位置している。言い換えれば、第２ガイド体４６の上端４６ｐは、側壁５２の上端５２ｐよりも伝熱管３０から離れた位置にある。このような構成によれば、冷媒の流量が大きい場合でも、側壁５２を乗り越えた冷媒が第１ガイド体４４と第２ガイド体４６との間の流路４８に確実に導かれる。

また、塞き止め構造５０は、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において凹部５０ｃを複数の部分に仕切っている少なくとも１つの隔壁５４をさらに有する。隔壁５４によれば、凹部５０ｃの複数の部分において、伝熱管３０の長手方向に平行な方向への冷媒の移動が妨げられる。この場合、仮に、流下機構４０が全体的に傾斜していたとしても、凹部５０ｃの複数の部分のそれぞれに及ぶ傾斜の影響は小さい。冷媒は、隔壁５４で仕切られた複数の部分のそれぞれから概ね等しい流量で溢れ出し、伝熱管３０の表面の複数の位置のそれぞれに概ね等しい流量で滴下しうる。

本実施形態の流下機構４０によれば、冷媒は、分配容器４１の貫通孔４２ｈを通じて、分配容器４１から塞き止め構造５０に供給され、凹部５０ｃに一時的に溜められる。塞き止め構造５０の凹部５０ｃにおいて、冷媒の液面が第１溝５２ａの下端に達すると、冷媒は、溝５２ａを通じて、塞き止め構造５０から溢れる。冷媒は、流路４８を流れ、複数の第２溝４６ａのそれぞれから伝熱管３０の表面に滴下する。

本実施形態によれば、複数の第２溝４６ａのそれぞれを概ね等しい流量にて冷媒が流れる。これにより、伝熱管３０の表面に均一に冷媒を接触させることができる。ただし、貫通孔４２ｈの寸法、貫通孔４２ｈの数、第１溝５２ａの寸法、第１溝５２ａの数、第２溝４６ａの寸法、第２溝４６ａの数、流路４６の広さなどを微調整することによって、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において、冷媒の流量を徐々に変化させることも可能である。複数の第２溝４６ａにおける冷媒の流量は、一定でなくてもよい。

（変形例１）
図５に示すように、変形例１の流下機構７０は、分配容器４１、第１ガイド体４４、第２ガイド体４６及び塞き止め構造９０を備えている。分配容器４１、第１ガイド体４４及び第２ガイド体４６の構成は、先に説明した通りである。

塞き止め構造９０は、底壁７２及び側壁７３によって構成されている。底壁７２及び側壁７３によって、上方に向かって開口している凹部９０ｃが形成されている。底壁７２は、鉛直方向及び水平方向の両方向に対して傾斜している部分である。底壁７２は、第１ガイド体４４に向かって上り坂を形成しており、第１ガイド体４４に滑らかに続いている。側壁７３は、第１ガイド体４４が位置している側とは反対側において、底壁７２から上方に向かって延びている。つまり、本変形例では、底壁７２、側壁７３及び第１ガイド体４４が単一の部材によって構成されている。塞き止め構造９０の鉛直方向最下部において、孔が設けられている部位は存在しない。

底壁７２の上端７２ｐには、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において、所定の間隔で複数の凹みが形成されていてもよい。このような凹みは、図４を参照して説明した溝５２ａと同じ働きをする。本変形例においても、第２ガイド体４６の上端４６ｐは、底壁７２の上端７２ｐよりも上方に位置している。このような構成によれば、冷媒の流量が大きい場合でも、塞き止め構造９０から溢れた冷媒が流路４８に確実に導かれる。

本変形例においても、伝熱管３０の長手方向に平行な方向において凹部９０ｃを複数の部分に仕切っている少なくとも１つの隔壁が設けられていてもよい。

本変形例の流下機構９０によれば、冷媒は、分配容器４１の貫通孔４２ｈを通じて、分配容器４１から塞き止め構造９０に供給され、凹部９０ｃに一時的に溜められる。塞き止め構造９０の凹部９０ｃにおいて、冷媒の液面が底壁７２の上端７２ｐに達すると、冷媒は、上端７２ｐを乗り越えて、塞き止め構造９０から溢れる。底壁７２の上端７２ｐに凹みが形成されている場合、冷媒は、凹みを通じて、塞き止め構造９０から溢れる。冷媒は、流路４８を流れ、複数の第２溝４６ａのそれぞれから伝熱管３０の表面に滴下する。

（変形例２）
図６に示すように、変形例２の流下機構８０は、変形例１の流下機構７０から分配容器４１を省略することによって得られる。すなわち、流下機構８０は、分配容器４１を有さず、配管６４から塞き止め構造９０に冷媒を直接供給するように構成されている。本変形例から理解できるように、分配容器４１は必須ではない。しかし、適度な容量の分配容器４１があると、流量の変動を分配容器４１で吸収させることができる。

本明細書に開示された技術は、伝熱管３０及び流下機構４０（，７０又は８０）をそれぞれ１つのみ備えた熱交換器にも適用されうる。つまり、伝熱管３０の数及び流下機構４０の数は特に限定されない。

本明細書に開示された熱交換器は、空気調和装置、チラー、蓄熱装置などの様々な機器に利用されうる。

１０ 冷凍サイクル装置
１１ 蒸発器
１２ 圧縮機
１３ 凝縮器
１４ 流量制御弁
２０ シェル
３０ 伝熱管
４０，７０，８０ 流下機構
４１ 分配容器
４２ 底壁
４２ｈ 貫通孔
４３ 側壁
４４ 第１ガイド体
４４ｔ 突出部
４６ 第２ガイド体
４６ｐ 第２ガイド体の上端
４６ａ 第２溝
４８ 流路
５０，９０ 塞き止め構造
５０ｃ，９０ｃ 凹部
５１ 傾斜部
５２ 側壁
５２ａ 第１溝
５２ｐ 側壁の上端
５４ 隔壁

Claims (9)

1. シェルと、
   前記シェルの内部に配置された伝熱管と、
   前記シェルの内部に配置され、前記伝熱管の上方に位置している流下機構と、
   を備えた熱交換器であって、
   前記流下機構は、
   前記伝熱管の長手方向に平行な方向に延びている第１ガイド体と、
   前記第１ガイド体に向かい合う位置に配置され、前記伝熱管の長手方向に平行な方向に延びて前記第１ガイド体との間に液体の流路を形成している第２ガイド体と、
   上方に向かって開口している凹部を有し、前記凹部から溢れた前記液体が前記流路に導かれるように前記第１ガイド体に隣接して設けられた塞き止め構造と、
   を有する、熱交換器。
2. 前記流下機構は、上方に向かって開口している分配容器をさらに有し、
   前記分配容器は、前記塞き止め構造に向かい合う底壁を有し、
   前記底壁には、複数の貫通孔が設けられている、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記塞き止め構造は、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向に延びて前記凹部を形成している側壁を有し、
   前記側壁の上端には、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向において所定の間隔で複数の第１溝が形成されている、請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記第２ガイド体の下端には、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向において所定の間隔で複数の第２溝が形成されており、
   前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向において、前記複数の第１溝と前記複数の第２溝とが交互に並んでいる、請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記第１ガイド体は、前記第２ガイド体よりも前記伝熱管に近い位置まで延びている複数の突出部を含み、
   前記複数の突出部のそれぞれに対応する位置において、前記第２ガイド体の下端に第２溝が形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 前記第２ガイド体の下端には、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向において所定の間隔で複数の第２溝が形成されており、
   隣り合う前記第２溝と前記第２溝との間における前記第１ガイド体と前記第２ガイド体との間隔は、前記第２溝が形成されている位置における前記第１ガイド体と前記第２ガイド体との間隔よりも狭い、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記塞き止め構造は、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向において前記凹部を複数の部分に仕切っている少なくとも１つの隔壁をさらに有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 前記塞き止め構造は、前記伝熱管の前記長手方向に平行な方向に延びて前記凹部を形成している側壁を有し、
   前記第２ガイド体の上端は、前記側壁の上端よりも上に位置している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器。
9. 前記シェルの底部に接続された一端部と前記流下機構の上方に位置している他端部とを有する循環回路と、
   前記循環回路に配置されたポンプと、
   をさらに備えた、請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器。

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