(57)【要約】【課題】気相の冷媒と伝熱管との接触面積を十分に確保する。【解決手段】熱交換器（１３）は、シェル（２０）、複数の伝熱管（３０）及び捕捉部材（３８）を備えている。捕捉部材（３８）は、鉛直方向及び第１伝熱管（３０Ａ）の長手方向の両方に垂直な特定方向の第１側に位置している第１端部（３８ｐ）を有するとともに、鉛直方向及び特定方向に対して傾斜した方向に延びている。仮想線（Ｌ）が捕捉部材（３８）に交差している。鉛直方向において、第１端部（３８ｐ）は、仮想線（Ｌ）と捕捉部材（３８）との交点（Ｋ）よりも低い位置にある。特定方向の第１側における第２伝熱管（３０Ｂ）の表面の最も外側の部分（３０ｓ）に接し鉛直方向に平行な平面を第１基準平面（Ｈ１）と定義したとき、第１端部（３８ｐ）は、特定方向の第１側において第１基準平面（Ｈ１）を越えた位置にある。【選択図】図３
2018162894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェルと、
鉛直方向の上側に配置された第１伝熱管及び前記鉛直方向の下側に配置された第２伝熱管を含み、前記シェルの内部において、それぞれ水平に配置された複数の伝熱管と、
前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管から離れており、前記第１伝熱管と前記第２伝熱管との間に配置された捕捉部材と、
を備え、
前記捕捉部材は、前記鉛直方向及び前記第１伝熱管の長手方向の両方に垂直な特定方向の第１側に位置している第１端部を有するとともに、前記鉛直方向及び前記特定方向に対して傾斜した方向に延びており、
前記第１伝熱管の前記長手方向に垂直な断面の最下部を通り前記鉛直方向に平行な仮想線が前記捕捉部材に交差しており、
前記鉛直方向において、前記第１端部は、前記仮想線と前記捕捉部材との交点よりも低い位置にあり、
前記特定方向の前記第１側における前記第２伝熱管の表面の最も外側の部分に接し前記鉛直方向に平行な平面を第１基準平面と定義したとき、前記第１端部は、前記特定方向の前記第１側において前記第１基準平面を越えた位置にある、熱交換器。
【請求項２】
前記第１端部において前記捕捉部材に接している、又は、前記第１端部において前記捕捉部材に接合されているガイドをさらに有し、
前記ガイドは、前記第１端部から前記鉛直方向の下側に向かって延びている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記捕捉部材は、前記特定方向の第２側に位置している第２端部をさらに有し、
前記鉛直方向において、前記第２端部は、前記交点よりも高い位置にある、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記捕捉部材は、前記特定方向の第２側に位置している第２端部をさらに有し、
前記鉛直方向において、前記第２端部は、前記交点よりも低い位置にあり、
前記特定方向の前記第２側における前記第２伝熱管の前記表面の最も外側の部分に接し前記鉛直方向に平行な平面を第２基準平面と定義したとき、前記第２端部は、前記特定方向の前記第２側において前記第２基準平面を越えた位置にある、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記複数の伝熱管のそれぞれは、前記複数の伝熱管の前記長手方向に垂直な縦断面において前記複数の伝熱管のそれぞれの断面積と同じ面積を有する円の半径よりも小さい曲率半径の輪郭を示す部分を３つ又は３つを越えて有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記縦断面において、前記複数の伝熱管のそれぞれを包囲する最小の面積の正多角形が正三角形である、請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記複数の伝熱管のそれぞれの底面は、平坦面であり、前記水平方向に対して傾斜している、請求項５又は６に記載の熱交換器。
【請求項８】
冷媒を加熱する蒸発器と、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒を凝縮させる前記凝縮器と、
を備え、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器によって前記凝縮器が構成されている、冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒を凝縮させるために使用される熱交換器として、シェルアンドチューブ熱交換器が知られている。図９は、特許文献１に記載された従来のシェルアンドチューブ熱交換器の断面図である。
【０００３】
図９に示すように、従来のシェルアンドチューブ熱交換器は、シェル１及び複数の伝熱管２を備えている。シェル１は、入口４及び出口５を有する。入口４からシェル１に高温かつ気相の冷媒が導入される。冷媒は、伝熱管２を流れる冷却水によって冷却され、伝熱管の表面上で液化する。これにより、液相の冷媒が生成される。液相の冷媒は、下方に流れ、出口５からシェル１の外部へと排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１５９６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱交換器の性能を向上させるためには、気相の冷媒などの蒸気と伝熱管との接触面積を十分に確保することが重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本開示は、
シェルと、
鉛直方向の上側に配置された第１伝熱管及び前記鉛直方向の下側に配置された第２伝熱管を含み、前記シェルの内部において、それぞれ水平に配置された複数の伝熱管と、
前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管から離れており、前記第１伝熱管と前記第２伝熱管との間に配置された捕捉部材と、
を備え、
前記捕捉部材は、前記鉛直方向及び前記第１伝熱管の長手方向の両方に垂直な特定方向の第１側に位置している第１端部を有するとともに、前記鉛直方向及び前記特定方向に対して傾斜した方向に延びており、
前記第１伝熱管の前記長手方向に垂直な断面の最下部を通り前記鉛直方向に平行な仮想線が前記捕捉部材に交差しており、
前記鉛直方向において、前記第１端部は、前記仮想線と前記捕捉部材との交点よりも低い位置にあり、
前記特定方向の前記第１側における前記第２伝熱管の表面の最も外側の部分に接し前記鉛直方向に平行な平面を第１基準平面と定義したとき、前記第１端部は、前記特定方向の前記第１側において前記第１基準平面を越えた位置にある、熱交換器を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の技術によれば、気相の冷媒などの蒸気と伝熱管との接触面積を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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】図２は、本開示の一実施形態に係る凝縮器のII-II線に沿った概略断面図である。
【図３】図３は、図２の部分拡大図である。
【図４】図４は、本開示の一実施形態に係る凝縮器の作用を示す図である。
【図５】図５は、変形例に係る凝縮器を部分的に示す図である。
【図６】図６は、別の変形例に係る凝縮器を部分的に示す図である。
【図７】図７は、さらに別の変形例に係る凝縮器を部分的に示す図である。
【図８】図８は、さらに別の変形例に係る凝縮器を部分的に示す図である。
【図９】図９は、従来のシェルアンドチューブ熱交換器の概略断面図である。
【図１０】図１０は、従来の凝縮器の作用説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示の基礎となった知見）
本発明者らの知見によれば、図９に示す従来のシェルアンドチューブ熱交換器には次のような課題がある。図１０に示すように、シェルの内部に冷媒が導入されると、上側に位置する伝熱管２ａの表面上で冷媒が冷却され、液相の冷媒が生成する。液相の冷媒は、伝熱管２ａの底部から真下に流れ落ち、伝熱管２ａよりも下側に位置する伝熱管２ｂの頂部に付着する。液相の冷媒が伝熱管２ｂの表面に沿って流れるので、伝熱管２ｂの表面は全体的に液相の冷媒の膜で覆われる。伝熱管２ｂの表面が全体的に液相の冷媒の膜で覆われると、伝熱管２ｂと気相の冷媒との接触面が失われる。その結果、伝熱管２ｂは、伝熱性能を十分に発揮できない。上側に位置する伝熱管２ａから下側に位置する伝熱管２ｂに流れ落ちる液相の冷媒の量は、液相の冷媒が上側から下側に移動するにつれて徐々に増加する。液相の冷媒の膜の厚さも液相の冷媒が上側から下側に移動するにつれて徐々に増加する。伝熱管２ｂが十分な伝熱性能を発揮できなければ、熱交換器も性能（熱交換性能）を十分に発揮できない。
【００１０】
上記の知見によれば、上側に位置する伝熱管の表面上で生成した凝縮液（液相の冷媒）によって下側に位置する伝熱管の表面が全体的に覆われることを防止できれば、伝熱管の伝熱性能を十分に発揮させることができる。
【００１１】
本開示の第１態様に係る熱交換器は、
シェルと、
鉛直方向の上側に配置された第１伝熱管及び前記鉛直方向の下側に配置された第２伝熱管を含み、前記シェルの内部において、それぞれ水平に配置された複数の伝熱管と、
前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管から離れており、前記第１伝熱管と前記第２伝熱管との間に配置された捕捉部材と、
を備えたものであり、
前記捕捉部材は、前記鉛直方向及び前記第１伝熱管の長手方向の両方に垂直な特定方向の第１側に位置している第１端部を有するとともに、前記鉛直方向及び前記特定方向に対して傾斜した方向に延びており、
前記第１伝熱管の前記長手方向に垂直な断面の最下部を通り前記鉛直方向に平行な仮想線が前記捕捉部材に交差しており、
前記鉛直方向において、前記第１端部は、前記仮想線と前記捕捉部材との交点よりも低い位置にあり、
前記特定方向の前記第１側における前記第２伝熱管の表面の最も外側の部分に接し前記鉛直方向に平行な平面を第１基準平面と定義したとき、前記第１端部は、前記特定方向の前記第１側において前記第１基準平面を越えた位置にある。
【００１２】
第１態様によれば、第１伝熱管の表面上で液相の冷媒が生じたとき、液相の冷媒は、第１伝熱管の最下部から捕捉部材に滴下する。捕捉部材は、液相の冷媒を捕捉し、第１端部に液相の冷媒を導く。捕捉部材の第１端部が第１基準平面を越えた位置にあるので、液相の冷媒は、第２伝熱管を避けつつ、捕捉部材の第１端部から下方に向かって流れる。その結果、気相の冷媒と各伝熱管の表面との接触面積が十分に確保され、伝熱管の伝熱性能が十分に発揮される。第１態様によれば、伝熱管の本数、表面積などを増加させることなく、熱交換器の性能を向上させることができる。
【００１３】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る熱交換器は、前記第１端部において前記捕捉部材に接している、又は、前記第１端部において前記捕捉部材に接合されているガイドをさらに有し、前記ガイドは、前記第１端部から前記鉛直方向の下側に向かって延びている。ガイドが設けられていると、第２伝熱管に液相の冷媒が付着することをより確実に防止できる。
【００１４】
本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様に係る熱交換器の前記捕捉部材は、前記特定方向の第２側に位置している第２端部をさらに有し、前記鉛直方向において、前記第２端部は、前記交点よりも高い位置にある。このような構造によれば、交点から第２端部に向かって液相の冷媒が進めない。捕捉部材に捕捉された液相の冷媒が捕捉部材の第１端部に確実に導かれる。
【００１５】
本開示の第４態様において、例えば、第１又は第２態様に係る熱交換器の前記捕捉部材は、前記特定方向の第２側に位置している第２端部をさらに有し、前記鉛直方向において、前記第２端部は、前記交点よりも低い位置にあり、前記特定方向の前記第２側における前記第２伝熱管の前記表面の最も外側の部分に接し前記鉛直方向に平行な平面を第２基準平面と定義したとき、前記第２端部は、前記特定方向の前記第２側において前記第２基準平面を越えた位置にある。捕捉部材は、第１基準平面及び第２基準平面の両方を越えて突出している。つまり、第２伝熱管の全体が捕捉部材によって覆われている。そのため、捕捉部材によれば、液相の冷媒が第２伝熱管に付着することを確実に防止できる。
【００１６】
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つに係る熱交換器の前記複数の伝熱管のそれぞれは、前記複数の伝熱管の前記長手方向に垂直な縦断面において前記複数の伝熱管のそれぞれの断面積と同じ面積を有する円の半径よりも小さい曲率半径の輪郭を示す部分を３つ又は３つを越えて有する。伝熱管がこのような形状を有している場合、伝熱管の表面上で生成した液相の冷媒が伝熱管の角部に容易に集められる。
【００１７】
本開示の第６態様において、例えば、第５態様に係る熱交換器の前記縦断面において、前記複数の伝熱管のそれぞれを包囲する最小の面積の正多角形が正三角形である。このような形状によれば、円管を成形して本実施形態の伝熱管を容易に作製することができる。
【００１８】
本開示の第７態様において、例えば、第５又は第６態様に係る熱交換器の前記複数の伝熱管のそれぞれの底面は、平坦面であり、前記水平方向に対して傾斜している。第７態様によれば、伝熱管の表面上で生成した液相の冷媒は、伝熱管の角部に容易に集められる。伝熱管の表面から速やかに液相の冷媒を排除することが可能である。
【００１９】
本開示の第８態様に係る冷凍サイクル装置は、
冷媒を加熱する蒸発器と、
前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒を凝縮させる前記凝縮器と、
を備え、
第１〜第７態様のいずれか１つに係る熱交換器によって前記凝縮器が構成されているものである。
【００２０】
第８態様によれば、優れたＣＯＰ（coefficient of performance）を発揮しうる冷凍サイクル装置を提供できる。特に、冷媒の流量（質量流量）が増加する条件で冷凍サイクル装置を運転する場合に高い効果が得られる。
【００２１】
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。
【００２２】
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。各流路は、例えば、少なくとも１つの金属製の配管で構成されている。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
図２に示すように、凝縮器１３は、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、凝縮器１３は、シェル２０及び複数の伝熱管３０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１６ｂ及び流路１６ｃが接続されうる。鉛直方向において、シェル２０の入口２０ａが最も上に位置し、シェル２０の出口２０ｂが最も下に位置している。例えば、入口２０ａが全ての伝熱管３０よりも鉛直方向の上側に位置し、出口２０ｂが全ての伝熱管３０よりも鉛直方向の下側に位置している。入口２０ａを通じて、シェル２０の内部に気相の冷媒が導入される。冷媒の温度よりも低い温度の熱媒体を伝熱管３０に流すと、伝熱管３０の表面上で冷媒が冷却されて凝縮する。出口２０ｂを通じて、シェル２０の外部へと液相の冷媒が排出される。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。
【００２６】
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、それぞれ水平に配置されている。つまり、複数の伝熱管３０は、互いに平行に並べられている。各伝熱管３０の長手方向が水平方向に平行である。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からヘッダに熱媒体が集められる。
【００２７】
図２は、伝熱管３０の長手方向に垂直な凝縮器１３の断面を表している。以下、本開示において、伝熱管３０の長手方向に垂直な断面を「縦断面」と称する。本実施形態において、縦断面は鉛直方向に平行である。伝熱管３０の両端部を除き、伝熱管３０の断面形状は、長手方向のどの位置でも同一である。伝熱管３０の長手方向に平行な方向（第１の方向）がＺ方向であるとき、鉛直方向（第１の方向に垂直な第２の方向）がＹ方向であり、鉛直方向及び伝熱管３０の長手方向に垂直な方向（第１の方向及び第２の方向に垂直な第３の方向）がＸ方向である。本実施形態において、Ｘ方向及びＺ方向は、水平方向に平行である。
【００２８】
図２に示す縦断面において、複数の伝熱管３０は、格子状のパターンで並べられている。鉛直方向に平行な複数の鉛直基準線Ｖｒと、水平方向に平行な複数の水平基準線Ｈｒとを定義したとき、複数の鉛直基準線Ｖｒと複数の水平基準線Ｈｒとの交点の各々の上に伝熱管３０（詳細には、伝熱管３０の重心Ｇ）が位置している。複数の鉛直基準線Ｖｒは、互いに等間隔で並んでいる。複数の水平基準線Ｖｒも互いに等間隔で並んでいる。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。水平方向において互いに隣り合う伝熱管３０の間には、冷媒の流路として、適度な広さの空間が確保されている。同様に、鉛直方向において互いに隣り合う伝熱管３０の間には、冷媒の流路として、適度な広さの空間が確保されている。
【００２９】
凝縮器１３は、さらに、複数の捕捉部材３８を備えている。各捕捉部材３８は、鉛直方向において、隣り合う伝熱管３０と伝熱管３０との間に配置されている。各捕捉部材３８は、上側の伝熱管３０から滴下した液相の冷媒を捕捉し、上側に位置する伝熱管３０の表面上で生じた液相の冷媒が下側に位置する伝熱管３０に付着することを防止する。その結果、各伝熱管３０と気相の冷媒との接触面積が十分に確保されるので、各伝熱管３０の伝熱性能を十分に発揮させることができる。
【００３０】
図３に示すように、伝熱管３０は、非円形の断面形状を有する。具体的に、各伝熱管３０は、角部３１（第１の角部３１）を有する。角部３１は、縦断面において伝熱管３０の断面積と同じ面積を有する円の半径よりも小さい曲率半径の輪郭を示す部分である。角部３１は、鉛直方向において伝熱管３０の最も下に位置する部分を構成している。
【００３１】
鉛直方向（Ｙ方向）の上側に配置された伝熱管３０を第１伝熱管３０Ａと定義し、鉛直方向の下側に配置された伝熱管３０を第２伝熱管３０Ｂと定義する。第１伝熱管３０Ａ及び第２伝熱管３０Ｂは、鉛直方向において互いに隣り合っている。第１伝熱管３０Ａ及び第２伝熱管３０Ｂは、共通の鉛直基準線Ｖｒの上に位置している。捕捉部材３８は、第１伝熱管３０Ａ及び第２伝熱管３０Ｂから離れており、第１伝熱管３０Ａと第２伝熱管３０Ｂとの間に配置されている。捕捉部材３８の上面は、第１伝熱管３０Ａに向かい合っている。捕捉部材３８の下面は、第２伝熱管３０Ｂに向かい合っている。このような構造によれば、液相の冷媒が捕捉部材３８に確実に捕捉されるので、第１伝熱管３０Ａの表面上で生じた液相の冷媒が第２伝熱管３０Ｂに付着することを確実に防止できる。
【００３２】
伝熱管３０は、第１の角部３１、第２の角部３２及び頂部３３を有する。伝熱管３０は、複数（３つ）の表面を有する。複数の表面の１つは、第１の角部３１と頂部３３との間における表面３４（側面）である。複数の表面の他の１つは、第１の角部３１と第２の角部３２との間における表面３６（底面３６）である。複数の表面の他の１つは、第２の角部３２と頂部３３との間における表面３５（側面）である。これら複数の表面は、いずれも平坦面である。ただし、表面３４，３５及び３６から選ばれる少なくとも１つの面が凹面であってもよい。
【００３３】
本実施形態において、伝熱管３０の第１の角部３１は、鉛直方向において伝熱管３０の最も下に位置する部分である。他方、伝熱管３０の第２の角部３２は、鉛直方向において伝熱管３０の最も下に位置する部分ではない。鉛直方向において、第２の角部３２は、第１の角部３１と異なる高さに位置している。詳細には、鉛直方向において、第２の角部３２は、第１の角部３１よりも上方に位置している。鉛直方向において、第２の角部３２は、頂部３３と第１の角部３１との間に位置している。第１の角部３１と第２の角部３２との間における表面３６（底面３６）は、水平面に対して、傾斜角度θにて傾斜している。傾斜角度θは、例えば、１〜２９度の範囲にある。第１の角部３１と頂部３３との間における表面３４（側面）も水平面に対して傾斜角度βにて傾斜している。傾斜角度βは、例えば、（θ＋６０）度である。縦断面において、伝熱管３０の重心Ｇを通り、かつ鉛直方向に平行な基準線Ｖｒ（鉛直基準線）に関して、伝熱管３０の輪郭が非対称である。このような構造によれば、伝熱管３０の表面上で生成した液相の冷媒は、第１の角部３１に容易に集められる。伝熱管３０の表面から速やかに液相の冷媒を排除することが可能である。
【００３４】
「第１の角部３１」、「第２の角部３２」及び「頂部３３」は、次のように定義することもできる。縦断面において伝熱管３０の断面積と同じ面積を有する円の半径よりも小さい曲率半径の円弧状の輪郭を示す部分を「角部」と定義する。鉛直方向の最も上に位置している「角部」を「頂部」と定義することができる。本実施形態によれば、第１の角部３１、第２の角部３２及び頂部３３は、いずれも、縦断面において、同一の曲率半径の円弧状の輪郭を示す。
【００３５】
本実施形態によれば、伝熱管３０は、縦断面において伝熱管３０の断面積と同じ面積を有する円の半径よりも小さい曲率半径の輪郭を示す部分（角部）を３つ又は３つを越えて有する。伝熱管３０がこのような形状を有している場合、伝熱管３０の表面上で生成した液相の冷媒が伝熱管３０の角部（例えば第１の角部３１）に容易に集められる。詳細には、縦断面において、伝熱管３０を包囲する最小の面積の正多角形が正三角形である。このような形状によれば、円管を成形して本実施形態の伝熱管３０を容易に作製することができる。ただし、伝熱管３０を包囲する最小の面積の三角形は、正三角形に限定されず、二等辺三角形、直角三角形又は不等辺三角形であってもよい。さらに、伝熱管３０を包囲する最小の面積の四角形は、長方形、正方形、ひし形又は不等辺四角形であってもよい。角部の数の上限は特に限定されないが、成形の容易性を考慮すると、例えば６個である。
【００３６】
本実施形態によれば、縦断面における伝熱管３０の輪郭は、複数（３つ）の曲線部分と複数（３つ）の直線部分とで構成されている。複数の曲線部分は、それぞれ、第１の角部３１、第２の角部３２及び頂部３３に対応している。複数の直線部分は、それぞれ、曲線部分と曲線部分との間に位置している。もちろん、伝熱管３０の輪郭は、第１の角部３１、第２の角部３２及び頂部３３のそれぞれに対応する部分を除き、滑らかな曲線で構成されていてもよい。
【００３７】
捕捉部材３８の構造及び機能について詳しく説明する。
【００３８】
捕捉部材３８は、第１端部３８ｐ及び第２端部３８ｑを有する。第１端部３８ｐは、鉛直方向及び第１伝熱管３０Ａの長手方向の両方に垂直な特定方向の第１側に位置している端部である。第２端部３８ｑは、特定方向の第２側に位置している端部である。「特定方向」は、先に説明したＸ方向である。特定方向の第１側及び特定方向の第２側は、それぞれ、図３に示す断面において、右側及び左側に対応している。
【００３９】
捕捉部材３８は、鉛直方向及び特定方向に対して傾斜した方向に延びている。仮想線Ｌが捕捉部材３８に交差している。仮想線Ｌは、第１伝熱管３０Ａの長手方向に垂直な断面の最下部３０ｄを通り鉛直方向に平行な線である。鉛直方向において、第１端部３８ｐは、仮想線Ｌと捕捉部材３８との交点Ｋよりも低い位置にある。特定方向の第１側における第２伝熱管３０Ｂの表面の最も外側の部分３０ｓに接し、かつ、鉛直方向に平行な平面を第１基準平面Ｈ１と定義したとき、第１端部３８ｐは、特定方向の第１側において第１基準平面Ｈ１を越えた位置にある。
【００４０】
鉛直方向において、第２端部３８ｑは、交点Ｋよりも高い位置にある。このような構造によれば、交点Ｋから第２端部３８ｑに向かって液相の冷媒が進めない。捕捉部材３８に捕捉された液相の冷媒が捕捉部材３８の第１端部３８ｐに確実に導かれる。捕捉部材３８の傾斜角度は、例えば、伝熱管３０の表面３６の傾斜角度θに等しい。傾斜角度θは、例えば、２０度である。
【００４１】
捕捉部材３８は、例えば、３〜５ｍｍの範囲で第１基準平面Ｈ１から突出している。言い換えれば、第１基準平面Ｈ１から第１端部３８ｐまでの距離ｘは、３〜５ｍｍの範囲にある。あるいは、捕捉部材３８は、Ｘ方向において互いに隣り合う伝熱管３０と伝熱管３０との中間の位置まで延びていてもよい。このような構造によれば、捕捉部材３８の第１端部３８ｐから滴下した液相の冷媒が第２伝熱管３０Ｂに付着することを確実に防ぐことができる。第２端部３８ｑの位置は、例えば、鉛直基準線Ｖｒが捕捉部材３８に重なるように定められている。交点Ｋから第２端部３８ｑまでの長さが適切に確保されていると、液相の冷媒が第１伝熱管３０Ａの最下部３０ｄ以外の部分から滴下したとしても、捕捉部材３８は、滴下した液相の冷媒を確実に捕捉できる。
【００４２】
本実施形態において、伝熱管３０の長手方向の概ね全域にわたって単一の捕捉部材３８が配置されている。このような構成によれば、後述する効果が伝熱管３０の長手方向の全域において得られる。ただし、伝熱管３０の長手方向に沿って、複数の捕捉部材３８が所定の間隔（例えば、３０〜５０ｍｍの間隔）で配置されていてもよい。
【００４３】
図４を参照しつつ凝縮器１３の作用を詳細に説明する。
【００４４】
シェル２０の内部に気相の冷媒が導入されると、冷媒の一部が第１伝熱管３０Ａを流れる熱媒体によって冷却され、第１伝熱管３０Ａの表面上で凝縮して液相の冷媒が生成する。液相の冷媒は、第１伝熱管３０Ａの表面３４，３５及び３６に沿って流れ、角部３１に集まる。その後、液相の冷媒は、第１伝熱管３０Ａの角部３１から捕捉部材３８に滴下する。捕捉部材３８は、第１端部３８ｐに液相の冷媒を導く。液相の冷媒は、捕捉部材３８の第１端部３８ｐから下方に向かって滴下する。第１端部３８ｐは、第１基準平面Ｈ１を越えた位置にあり、鉛直方向において、第２伝熱管３０Ｂに重なっていない。そのため、液相の冷媒は、第２伝熱管３０Ｂを避けて下方に向かって流れ落ちる。その結果、気相の冷媒と各伝熱管３０の表面との接触面積が十分に確保され、伝熱管３０の伝熱性能を十分に発揮させることができる。本実施形態によれば、伝熱管３０の本数、表面積などを増加させることなく、凝縮器１３の性能を高めることができる。
【００４５】
本実施形態によれば、第１伝熱管３０Ａの角部３１は、鉛直方向において第１伝熱管３０Ａの最も下に位置する部分を構成している。同様に、第２伝熱管３０Ｂの角部３１は、鉛直方向において第２伝熱管３０Ｂの最も下に位置する部分を構成している。仮想線Ｌが捕捉部材３８に交差しているので、捕捉部材３８に液相の冷媒が確実に捕捉される。捕捉部材３８は、伝熱管３０から離れて配置されているので、伝熱管３０の伝熱面積を減少させない。
【００４６】
捕捉部材３８は、例えば、支持枠（図示せず）に固定されてシェル２０の内部に配置されている。凝縮器１３が組み立てられるとき、複数の捕捉部材３８及び支持枠を含むユニットがシェル２０の中に配置され、その後、シェル２０の横方向（水平方向）から複数の伝熱管３０がシェル２０に差し込まれ、所定の位置に固定される。
【００４７】
捕捉部材３８の構造は、液相の冷媒を捕捉できる構造である限り特に限定されない。捕捉部材３８は、例えば、板状部材である。捕捉部材３８が板状部材であるとき、シェル２０の内部において捕捉部材３８が占有する空間が小さいので、捕捉部材３８を追加するためにシェル２０の体積を増加させる必要がない。捕捉部材３８は、例えば、平面視で矩形の形状を有する。捕捉部材３８の１組の向かい合う側面が伝熱管３０の長手方向に平行である。１組の向かい合う側面は、第１端部３８ｐ及び第２端部３８ｑを構成する。捕捉部材３８として、金属板、樹脂板などの板状部材が使用されうる。
【００４８】
捕捉部材３８は、多孔構造を有していてもよい。多孔構造を有する捕捉部材３８によれば、冷媒の流量が多い過負荷条件においても、伝熱管３０の伝熱性能を十分に発揮させることができる。液相の冷媒の液滴の直径よりも捕捉部材３８と伝熱管３０との間隔が小さい場合は、液滴が捕捉部材３８と伝熱管３０との間にブリッジして毛細管現象により捕捉部材３８に吸着されることがある。例えば、液滴の直径が２〜３ｍｍ程度であり、捕捉部材３８と伝熱管３０との間隔が液滴の直径以下のとき、ブリッジが発生する。このように、毛細管現象による吸着作用により、液滴の移動速度が加速され、伝熱管３０からの液滴の離脱が促進される。その結果、伝熱管３０の伝熱性能の向上を図ることができる。
【００４９】
多孔構造を有する捕捉部材３８として、具体的には、メッシュ、パンチングメタル、焼結多孔体、織布、不織布などが挙げられる。メッシュは、針金で作製された金網（metal mesh）であってもよいし、樹脂繊維で作製された網であってもよい。パンチングメタルは、打抜き加工によって金属シートに多数の小さい孔を開けることによって作製されうる。焼結多孔体としては、金属粉末、金属酸化物粉末、樹脂粉末などの粉末材料の焼結体が挙げられる。捕捉部材３８は、望ましくは、メッシュで構成されている。捕捉部材３８は、２つの主面（表面と裏面）を有し、２つの主面を貫通している複数の孔を有していることが望ましい。捕捉部材３８がメッシュで構成されているとき、捕捉部材３８に起因する圧力損失の増加を抑制することも期待できる。捕捉部材３８の材質も特に限定されない。捕捉部材３８は、金属、樹脂又はセラミックで作られていてもよい。
【００５０】
次に、いくつかの変形例について説明する。図１〜図４を参照して説明した実施形態と以下の変形例との間の共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、先に説明した実施形態及び各変形例に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、先に説明した実施形態及び各変形例は、相互に組み合わされてもよい。
【００５１】
図５に示す変形例は、図３及び図４を参照して説明した構成に加え、ガイド３８１をさらに備えている。ガイド３８１は、第１端部３８ｐにおいて捕捉部材３８に接している、又は、第１端部３８ｐにおいて捕捉部材３８に接合されている。ガイド３８１は、第１端部３８ｐから鉛直方向の下側に向かって延びている。捕捉部材３８と同様、ガイド３８１も伝熱管３０に接していない。液相の冷媒は、第１伝熱管３０Ａの角部３１から捕捉部材３８に滴下する。液相の冷媒は、捕捉部材３８に沿って流れ、捕捉部材３８の第１端部３８ｐからガイド３８１に移り、下方に向かってスムーズに流れる。ガイド３８１が設けられていると、第２伝熱管３０Ｂに液相の冷媒が付着することをより確実に防止できる。
【００５２】
図５に示す断面において、捕捉部材３８とガイド３８１とのなす角度は鈍角である。捕捉部材３８及びガイド３８１が単一の部品で構成されていると、部品点数の減少によるコスト削減の効果が期待できる。鉛直方向におけるガイド３８１の寸法は特に限定されない。鉛直方向におけるガイド３８１の寸法は、例えば、捕捉部材３８の幅に概ね等しい。「捕捉部材３８の幅」は、第１端部３８ｐから第２端部３８ｑまでの距離を意味する。
【００５３】
第１基準平面Ｈ１からガイド３８１までの距離ｘは、第１基準平面Ｈ１から第１端部３８ｐまでの距離ｘに等しい。ガイド３８１は、Ｘ方向において互いに隣り合う伝熱管３０と伝熱管３０との中間の位置まで延びていてもよい。このような構造によれば、ガイド３８１から滴下した液相の冷媒が第２伝熱管３０Ｂに付着することを確実に防止できる。
【００５４】
図６に示す変形例において、ガイド３８２は、捕捉部材３８の第１端部３８ｐから鉛直方向の上側及び下側に向かって延びている。単一のガイド３８２に複数の捕捉部材３８が接している又は接合されている。言い換えれば、第１伝熱管３０Ａと第２伝熱管３０Ｂとの間の空間のそれぞれに向かって複数の捕捉部材３８がガイド３８２から斜めに延びている。鉛直方向におけるガイド３８２の上端は、鉛直方向において最も上に位置している捕捉部材３８の第１端部３８ｐよりも上に位置している。鉛直方向におけるガイド３８２の下端は、鉛直方向において最も下に位置している捕捉部材３８の第１端部３８ｐよりも下に位置している。ガイド３８２は、例えば、Ｘ方向において互いに隣り合う鉛直基準線Ｖｒの中間に配置されている。捕捉部材３８と同様、ガイド３８２も伝熱管３０に接していない。ガイド３８２によれば、液相の冷媒は、鉛直方向において最も下に位置する捕捉部材３８まで確実に導かれる。したがって、捕捉部材３８に捕捉された液相の冷媒が伝熱管３０に付着することをより確実に防止できる。
【００５５】
ガイド３８２及び複数の捕捉部材３８が単一の部品で構成されていると、部品点数の減少によるコスト削減の効果が期待できる。さらに、その単一の部品をシェル２０に組み付ける作業は容易である。
【００５６】
ガイド３８１及び３８２は、捕捉部材３８と同じ材料で作られていてもよいし、捕捉材料３８の材料と異なる材料で作られていてもよい。ガイド３８１及び３８２の形状も特に限定されない。ガイド３８１及び３８２は、捕捉部材３８と同じように、板状部材であってもよく、平面視で矩形の形状を有していてもよい。ガイド３８１及び３８２が板状部材であるとき、ガイド３８１及び３８２の主面は、鉛直方向に平行である。「主面」は、最も広い面積を有する面を意味する。
【００５７】
図７に示す変形例には、円形の断面を有する伝熱管４０が採用されている。つまり、本開示において、伝熱管の断面形状は限定されない。伝熱管の断面形状は、三角形、円形、楕円形又は矩形でありうる。
【００５８】
本変形例の凝縮器の構造は、伝熱管４０の形状を除き、図１〜図４を参照して説明した凝縮器１３の構造と同じである。仮想線Ｌが捕捉部材３８に交差している。仮想線Ｌは、伝熱管４０の長手方向に垂直な断面の最下部４０ｄを通っており、鉛直方向に平行である。本変形例では、仮想線Ｌが鉛直基準線Ｖｒに一致している。捕捉部材３８の第１端部３８ｐは、特定方向（Ｘ方向）の第１側において第１基準平面Ｈ１を越えた位置にある。本変形例においても、図１〜図４を参照して説明した効果と同じ効果が得られる。
【００５９】
図８に示す変形例にも、円形の断面を有する伝熱管４０が採用されている。本変形例は、先に説明した捕捉部材３８に代えて、捕捉部材３９を備えている。図８に示す断面において、捕捉部材３９の形状は、Ｖ字状である。捕捉部材３９は、第１端部３９ｐ及び第２端部３９ｑを有する。鉛直方向（Ｙ方向）の上側に配置された伝熱管４０を第１伝熱管４０Ａと定義し、鉛直方向の下側に配置された伝熱管４０を第２伝熱管４０Ｂと定義する。捕捉部材３９も伝熱管４０に接しておらず、第１伝熱管４０Ａと第２伝熱管４０Ｂとの間に配置されている。第１基準平面Ｈ１は、特定方向（Ｘ方向）の第１側における第２伝熱管４０Ｂの表面の最も外側の部分３０ｓに接し、かつ、鉛直方向に平行である。特定方向（Ｘ方向）の第２側における第２伝熱管４０Ｂの表面の最も外側の部分３０ｔに接し、かつ、鉛直方向に平行な平面を第２基準平面Ｈ２と定義する。鉛直方向において、第１端部３９ｐ及び第２端部３９ｑは、ともに、仮想線Ｌと捕捉部材３９との交点Ｋよりも低い位置にある。鉛直方向において、交点Ｋは、最も高い位置にある。仮想線Ｌは、第１伝熱管４０Ａの長手方向に垂直な断面の最下部４０ｄを通っている。仮想線Ｌは、鉛直基準線Ｖｒに一致している。第１端部３９ｐは、特定方向の第１側において第１基準平面Ｈ１を越えた位置にある。第２端部３９ｑは、特定方向の第２側において第２基準平面Ｈ２を越えた位置にある。
【００６０】
第１伝熱管４０Ａで生じた液相の冷媒は、最下部４０ｄから捕捉部材３９に滴下する。交点Ｋにおいて、液相の冷媒は、左右に分かれる。液相の冷媒の一部は、第１端部３９ｐに向かって流れる。液相の冷媒の残部は、第２端部３９ｑに向かって流れる。捕捉部材３９は、液相の冷媒の流れを左右に分配する。捕捉部材３９は、第１基準平面Ｈ１及び第２基準平面Ｈ２の両方を越えて突出している。つまり、第２伝熱管４０Ｂの全体が捕捉部材３９によって覆われている。そのため、捕捉部材３９によれば、液相の冷媒が第２伝熱管４０Ｂに付着することを確実に防止できる。
【００６１】
第１基準平面Ｈ１から第１端部３９ｐまでの距離は、例えば、図３を参照して説明した距離ｘに等しい。第２基準平面Ｈ２から第２端部３９ｑまでの距離は、例えば、第１基準平面Ｈ１から第１端部３９ｐまでの距離に等しい。捕捉部材３９は、仮想線Ｌに関して左右対称の形状を有している。
【００６２】
捕捉部材３９は、捕捉部材３８と同じ材料で作られていてもよいし、捕捉材料３８の材料と異なる材料で作られていてもよい。捕捉部材３９の形状も特に限定されない。捕捉部材３９は、捕捉部材３８と同じように、板状部材であってもよく、平面視で矩形の形状を有していてもよい。本変形例の捕捉部材３９が伝熱管３０又は他の断面形状を有する伝熱管を備えた熱交換器に適用されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
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。
【符号の説明】
【００６４】
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
３０，４０  伝熱管
３０Ａ，４０Ａ  第１伝熱管
３０Ｂ，４０Ｂ  第２伝熱管
３０ｄ，４０ｄ  最下部
３８，３９  捕捉部材
３８ｐ，３９ｐ  第１端部
３８ｑ，３９ｑ  第２端部
３８１，３８２  ガイド
Ｈ１  第１基準平面
Ｈ２  第２基準平面
Ｌ  仮想線
Ｋ  交点
【図１】
2018162894.tif 000003
【図２】
2018162894.tif 000004
【図３】
2018162894.tif 000005
【図４】
2018162894.tif 000006
【図５】
2018162894.tif 000007
【図６】
2018162894.tif 000008
【図７】
2018162894.tif 000009
【図８】
2018162894.tif 000010
【図９】
2018162894.tif 000011
【図１０】
2018162894.tif 000012