(57)【要約】      （修正有）【課題】冷媒が上昇コア部と下降コア部とを流通する構成においても、複雑な構造を用いずに冷媒の流れを均一化することのできる熱交換器を提供する。【解決手段】一つの上昇コア部または下降コア部における、チューブ２０の本数、チューブ２０の総流路断面積、ヘッダー１０の冷媒流通空間のヘッダー軸方向長さ、ヘッダー１０の冷媒流通空間１０ａのヘッダー径方向最大断面積、ヘッダー１０の冷媒流通空間１０ａのヘッダー径方向最小断面積の関係からなる所定の数式で求められる上昇コア部の形状係数の最小値及び最大値と、所定の数式で求められる下降コア部の形状係数の最小値及び最大値が所定範囲内になるようにしたので、熱交換器の形状を特定する因子により、冷媒の流れが均一になる熱交換器の形状を決めることができる。【選択図】図４
2017116152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに径方向に間隔をおいて上下に配置され、水平方向に延びる筒状の一対のヘッダーと、互いにヘッダーの軸方向に間隔をおいて配置されるとともに、各ヘッダーに両端をそれぞれ接続され、上下方向に延びる扁平状の複数のチューブと、下方のヘッダーから上方のヘッダーに向かって冷媒が流通する冷媒流通経路からなる少なくとも一つの上昇コア部と、上方のヘッダーから下方のヘッダーに向かって冷媒が流通する冷媒流通経路からなる少なくとも一つの下降コア部とを備え、冷媒を上昇コア部と下降コア部に交互に流通させるとともに、各チューブの外部を流通する空気と、各チューブ内の流路を流通する冷媒とを熱交換する熱交換器において、
一つの上昇コア部または下降コア部における、チューブの本数をＮ、Ｎ本のチューブの総流路断面積をSt ［ｍｍ２］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー軸方向長さをＬ［ｍｍ］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー径方向最大断面積をＳh1 ［ｍｍ２］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー径方向最小断面積をＳh2 ［ｍｍ２］とすると、
下記の式（１）で求められる上昇コア部の形状係数εu1の最小値が０．０６×１０６、最大値が４２９．３３×１０６であり、
下記の式（２）で求められる下降コア部の形状係数εd1の最小値が３．７３×１０６、最大値が２３０．６７×１０６である
ことを特徴とする熱交換器。
【数１】
2017116152.tif 000025
【数２】
2017116152.tif 000026
【請求項２】
前記冷媒の質量流束をＧｒ［ｋｇ／ｍ２ｓ］、冷媒の質量流量をＭｒ［ｋｇ／ｓ］、コア部入口の冷媒の乾き度をｘ、ヘッダー内の液相速度をｖ1 ［ｍ／ｓ］、ヘッダー内の気相速度をｖ2 ［ｍ／ｓ］、スリップ比をｓ、コア部入口の液冷媒密度をρ1 ［ｋｇ／ｍ３］、コア部入口のガス冷媒密度をρ2 ［ｋｇ／ｍ３］、ボイド率をα、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２］、ｅを０．４とすると、
ボイド率αは下記の式（３）、液相速度ｖ1 は下記の式（４）、気相速度ｖ2 は下記の式（５）、質量流束Ｇｒは下記の式（６）、スリップ比ｓは下記の式（７）の関係をそれぞれ満たし、
下記の式（８）で求められる上昇コア部の特性係数εu が０．０２以上である
ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【数３】
2017116152.tif 000027
【数４】
2017116152.tif 000028
【数５】
2017116152.tif 000029
【数６】
2017116152.tif 000030
【数７】
2017116152.tif 000031
【数８】
2017116152.tif 000032
【請求項３】
前記冷媒の質量流束をＧｒ［ｋｇ／ｍ２ｓ］、冷媒の質量流量をＭｒ［ｋｇ／ｓ］、コア部入口の冷媒の乾き度をｘ、ヘッダー内の液相速度をｖ1 ［ｍ／ｓ］、ヘッダー内の気相速度をｖ2 ［ｍ／ｓ］、スリップ比をｓ、コア部入口の液冷媒密度をρ1 ［ｋｇ／ｍ３］、コア部入口のガス冷媒密度をρ2 ［ｋｇ／ｍ３］、ボイド率をα、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２］、ｅを０．４とすると、
ボイド率αは下記の式（９）、液相速度ｖ1 は下記の式（１０）、気相速度ｖ2 は下記の式（１１）、質量流束Ｇｒは下記の式（１２）、スリップ比ｓは下記の式（１３）の関係をそれぞれ満たし、
下記の式（１４）で求められる下降コア部の特性係数εd が０．００５以上である
ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【数９】
2017116152.tif 000033
【数１０】
2017116152.tif 000034
【数１１】
2017116152.tif 000035
【数１２】
2017116152.tif 000036
【数１３】
2017116152.tif 000037
【数１４】
2017116152.tif 000038
【請求項４】
互いに径方向に間隔をおいて上下に配置され、水平方向に延びる筒状の一対のヘッダーと、互いにヘッダーの軸方向に間隔をおいて配置されるとともに、各ヘッダーに両端をそれぞれ接続され、上下方向に延びる扁平状の複数のチューブと、下方のヘッダーから上方のヘッダーに向かって冷媒が流通する冷媒流通経路からなる少なくとも一つの上昇コア部と、上方のヘッダーから下方のヘッダーに向かって冷媒が流通する冷媒流通経路からなる少なくとも一つの下降コア部とを備え、冷媒を上昇コア部と下降コア部に交互に流通させるとともに、各チューブの外部を流通する空気と、各チューブ内の流路を流通する冷媒とを熱交換する熱交換器において、
一つの上昇コア部または下降コア部における、チューブの本数をＮ、Ｎ本のチューブの総流路断面積をSt ［ｍｍ２］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー軸方向長さをＬ［ｍｍ］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー径方向最大断面積をＳh1 ［ｍｍ２］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー径方向最小断面積をＳh2 ［ｍｍ２］、冷媒の質量流束をＧｒ［ｋｇ／ｍ２ｓ］、冷媒の質量流量をＭｒ［ｋｇ／ｓ］、コア部入口の冷媒の乾き度をｘ、ヘッダー内の液相速度をｖ1 ［ｍ／ｓ］、ヘッダー内の気相速度をｖ2 ［ｍ／ｓ］、スリップ比をｓ、コア部入口の液冷媒密度をρ1 ［ｋｇ／ｍ３］、コア部入口のガス冷媒密度をρ2 ［ｋｇ／ｍ３］、ボイド率をα、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２］、ｅを０．４とすると、
ボイド率αは下記の式（１５）、液相速度ｖ1 は下記の式（１６）、気相速度ｖ2 は下記の式（１７）、質量流束Ｇｒは下記の式（１８）、スリップ比ｓは下記の式（１９）の関係をそれぞれ満たし、下記の式（２０）で求められる上昇コア部の特性係数εu が０．０２以上、下記の式（２１）で求められる下降コア部の特性係数εd が０．００５以上である
ことを特徴とする熱交換器。
【数１５】
2017116152.tif 000039
【数１６】
2017116152.tif 000040
【数１７】
2017116152.tif 000041
【数１８】
2017116152.tif 000042
【数１９】
2017116152.tif 000043
【数２０】
2017116152.tif 000044
【数２１】
2017116152.tif 000045
【請求項５】
前記冷媒は二酸化炭素冷媒である
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばヒートポンプ式給湯装置の蒸発器として用いられる熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器としては、互いに径方向に間隔をおいて上下に配置され、水平方向に延びる筒状の一対のヘッダーと、互いにヘッダーの軸方向に間隔をおいて配置されるとともに、各ヘッダーに両端をそれぞれ接続され、上下方向に延びる扁平状の複数のチューブと、各チューブの間に設けられた伝熱フィンとを備え、各ヘッダー間で各チューブを介して熱媒体を流通することにより、各チューブの外部を流通する空気と各チューブ内の冷媒とを熱交換するようにしたものが知られている。
【０００３】
また、前記熱交換器としては、ヘッダー内を冷媒流通方向の所定箇所で仕切ることにより、下方のヘッダーから上方のヘッダーに向かって冷媒が流通する冷媒流通経路からなる少なくとも一つの上昇コア部と、上方のヘッダーから下方のヘッダーに向かって冷媒が流通する冷媒流通経路からなる少なくとも一つの下降コア部とを形成し、冷媒を上昇コア部と下降コア部に交互に流通させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この熱交換器では、冷媒が上昇コア部と下降コア部を交互に流通することにより熱交換器全体を蛇行状に流通するので、冷媒流路を長くすることができ、熱交換量を多くすることができる。また、この熱交換器を蒸発器として用いる場合、各チューブが上下方向に延びるように配置されているため、各チューブの表面に結露水が溜まることがなく、排水性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９２０２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記熱交換器では、冷媒が各チューブを上下方向に流通するため、重力の影響により上昇コア部と下降コア部で冷媒の流れが不均一になり、熱交換効率が低下するという問題があった。
【０００７】
そこで、従来では、ヘッダーに縮流板を配置したり、或いはヘッダーへのチューブの差込量を変えることにより、各チューブの冷媒の流れが均一になるようにヘッダー内の冷媒の流速を調整するようにしている。
【０００８】
しかしながら、縮流板を用いる場合は、ヘッダーの構造が複雑になるため、製造が困難になるとともにコストが高くなる。更に、構造が複雑になることで冷媒流路内の圧力損失が増加し、熱交換性能が低下するという問題点もある。また、チューブの差込量を変える場合は、製造工程におけるチューブの差込作業が煩雑になり、生産性が低下するという問題点がある。
【０００９】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷媒が上昇コア部と下降コア部とを流通する構成においても、複雑な構造を用いずに冷媒の流れを均一化することのできる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は前記目的を達成するために、互いに径方向に間隔をおいて上下に配置され、水平方向に延びる筒状の一対のヘッダーと、互いにヘッダーの軸方向に間隔をおいて配置されるとともに、各ヘッダーに両端をそれぞれ接続され、上下方向に延びる扁平状の複数のチューブと、下方のヘッダーから上方のヘッダーに向かって冷媒が流通する冷媒流通経路からなる少なくとも一つの上昇コア部と、上方のヘッダーから下方のヘッダーに向かって冷媒が流通する冷媒流通経路からなる少なくとも一つの下降コア部とを備え、冷媒を上昇コア部と下降コア部に交互に流通させるとともに、各チューブの外部を流通する空気と、各チューブ内の流路を流通する冷媒とを熱交換する熱交換器において、  一つの上昇コア部または下降コア部における、チューブの本数をＮ、Ｎ本のチューブの総流路断面積をＳt ［ｍｍ２］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー軸方向長さをＬ［ｍｍ］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー径方向最大断面積をＳh1 ［ｍｍ２］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー径方向最小断面積をＳh2 ［ｍｍ２］とすると、下記の式（１）で求められる上昇コア部の形状係数εu1の最小値が０．０６×１０６、最大値が４２９．３３×１０６であり、下記の式（２）で求められる下降コア部の形状係数εd1の最小値が３．７３×１０６、最大値が２３０．６７×１０６になるようにしている。
【００１１】
【数１】
2017116152.tif 000003
【００１２】
【数２】
2017116152.tif 000004
【００１３】
これにより、熱交換器の形状を特定する因子、即ちヘッダー軸方向長さＬ、ヘッダー径方向最大断面積Ｓh1 、ヘッダー径方向最小断面積Ｓh2 、チューブ総流路断面積St 、チューブ本数Ｎにより、冷媒の流れが均一になる熱交換器の形状を決めることができる。
【００１４】
また、本発明は前記目的を達成するために、互いに径方向に間隔をおいて上下に配置され、水平方向に延びる筒状の一対のヘッダーと、互いにヘッダーの軸方向に間隔をおいて配置されるとともに、各ヘッダーに両端をそれぞれ接続され、上下方向に延びる扁平状の複数のチューブと、下方のヘッダーから上方のヘッダーに向かって冷媒が流通する冷媒流通経路からなる少なくとも一つの上昇コア部と、上方のヘッダーから下方のヘッダーに向かって冷媒が流通する冷媒流通経路からなる少なくとも一つの下降コア部とを備え、冷媒を上昇コア部と下降コア部に交互に流通させるとともに、各チューブの外部を流通する空気と、各チューブ内の流路を流通する冷媒とを熱交換する熱交換器において、一つの上昇コア部または下降コア部における、チューブの本数をＮ、Ｎ本のチューブの総流路断面積をSt ［ｍｍ２］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー軸方向長さをＬ［ｍｍ］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー径方向最大断面積をＳh1 ［ｍｍ２］、ヘッダーの冷媒流通空間のヘッダー径方向最小断面積をＳh2 ［ｍｍ２］、冷媒の質量流束をＧｒ［ｋｇ／ｍ２ｓ］、冷媒の質量流量をＭｒ［ｋｇ／ｓ］、コア部入口の冷媒の乾き度をｘ、ヘッダー内の液相速度をｖ1 ［ｍ／ｓ］、ヘッダー内の気相速度をｖ2 ［ｍ／ｓ］、スリップ比をｓ、コア部入口の液冷媒密度をρ1 ［ｋｇ／ｍ３］、コア部入口のガス冷媒密度をρ2 ［ｋｇ／ｍ３］、ボイド率をα、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２］、ｅを０．４とすると、ボイド率αは下記の式（３）、液相速度ｖ1 は下記の式（４）、気相速度ｖ2 は下記の式（５）、質量流束Ｇｒは下記の式（６）、スリップ比ｓは下記の式（７）の関係をそれぞれ満たし、下記の式（８）で求められる上昇コア部の特性係数εu が０．０２以上、下記の式（９）で求められる下降コア部の特性係数εd が０．００５以上になるようにしている。
【００１５】
【数３】
2017116152.tif 000005
【００１６】
【数４】
2017116152.tif 000006
【００１７】
【数５】
2017116152.tif 000007
【００１８】
【数６】
2017116152.tif 000008
【００１９】
【数７】
2017116152.tif 000009
【００２０】
【数８】
2017116152.tif 000010
【００２１】
【数９】
2017116152.tif 000011
【００２２】
これにより、上昇コア部の特性係数εu が０．０２以上となり、且つ下降コア部の特性係数εd が０．００５以上となるので、前述と同様、冷媒の流れが均一になる熱交換器の形状及び冷媒の物性を決めることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、熱交換器の形状を特定する因子により、冷媒の流れが均一になる熱交換器の形状を決めることができるので、冷媒が上昇コア部と下降コア部を流通する構成においても、複雑な構造を用いずに冷媒の流れを均一化することができ、熱交換効率の高い熱交換器を容易且つ低コストに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態を示す熱交換器の正面図
【図２】チューブの断面図
【図３】ヘッダー及びチューブの一部断面部分斜視図
【図４】冷媒流通経路を示す熱交換器の正面図
【図５】ヘッダーのＡ−Ａ線矢視方向断面図
【図６】チューブの正面図
【図７】ヘッダーのＢ−Ｂ線矢視方向断面図
【図８】ヘッダーのＣ−Ｃ線矢視方向断面図
【図９】εu と冷却能力との関係を示す図
【図１０】εd と冷却能力との関係を示す図
【図１１】冷媒流通経路数が「２」の熱交換器の概略正面図
【図１２】冷媒流通経路数が「２」の熱交換器の概略正面図
【図１３】冷媒流通経路数が「３」の熱交換器の概略正面図
【図１４】冷媒流通経路数が「３」の熱交換器の概略正面図
【図１５】冷媒流通経路数が「４」の熱交換器の概略正面図
【図１６】冷媒流通経路数が「４」の熱交換器の概略正面図
【図１７】冷媒流通経路数が「５」の熱交換器の概略正面図
【図１８】冷媒流通経路数が「５」の熱交換器の概略正面図
【図１９】冷媒流通経路数が「６」の熱交換器の概略正面図
【図２０】冷媒流通経路数が「６」の熱交換器の概略正面図
【図２１】冷媒流通経路数が「７」の熱交換器の概略正面図
【図２２】冷媒流通経路数が「７」の熱交換器の概略正面図
【図２３】冷媒流通経路数が「８」の熱交換器の概略正面図
【図２４】冷媒流通経路数が「８」の熱交換器の概略正面図
【図２５】冷媒流通経路数が「９」の熱交換器の概略正面図
【図２６】冷媒流通経路数が「９」の熱交換器の概略正面図
【図２７】冷媒流通経路数が「１０」の熱交換器の概略正面図
【図２８】冷媒流通経路数が「１０」の熱交換器の概略正面図
【図２９】冷媒流通経路数が「２」の熱交換器における形状係数を示す図
【図３０】冷媒流通経路数が「２」の熱交換器における形状係数を示す図
【図３１】冷媒流通経路数が「３」の熱交換器における形状係数を示す図
【図３２】冷媒流通経路数が「３」の熱交換器における形状係数を示す図
【図３３】冷媒流通経路数が「４」の熱交換器における形状係数を示す図
【図３４】冷媒流通経路数が「４」の熱交換器における形状係数を示す図
【図３５】冷媒流通経路数が「５」の熱交換器における形状係数を示す図
【図３６】冷媒流通経路数が「５」の熱交換器における形状係数を示す図
【図３７】冷媒流通経路数が「６」の熱交換器における形状係数を示す図
【図３８】冷媒流通経路数が「６」の熱交換器における形状係数を示す図
【図３９】冷媒流通経路数が「７」の熱交換器における形状係数を示す図
【図４０】冷媒流通経路数が「７」の熱交換器における形状係数を示す図
【図４１】冷媒流通経路数が「８」の熱交換器における形状係数を示す図
【図４２】冷媒流通経路数が「８」の熱交換器における形状係数を示す図
【図４３】冷媒流通経路数が「９」の熱交換器における形状係数を示す図
【図４４】冷媒流通経路数が「９」の熱交換器における形状係数を示す図
【図４５】冷媒流通経路数が「１０」の熱交換器における形状係数を示す図
【図４６】冷媒流通経路数が「１０」の熱交換器における形状係数を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１乃至図４６は本発明の一実施形態を示すもので、例えば冷凍回路の蒸発器として用いられ、冷媒としての二酸化炭素冷媒を流通する熱交換器を示すものである。
【００２６】
本実施形態の熱交換器は、互いに径方向に間隔をおいて上下に配置された円筒状の一対のヘッダー１０と、互いにヘッダー１０の軸方向に間隔をおいて配置され、各ヘッダー１０に両端をそれぞれ接続された扁平状の複数のチューブ２０とを備えている。
【００２７】
各ヘッダー１０は、アルミニウム等の金属を左右方向（水平方向）に延びる円筒状に形成した部材からなり、その側面（周壁面）には、各チューブ２０の端部がそれぞれ接続される複数の接続孔１１が互いにヘッダー１０の軸方向に等間隔で設けられている。接続孔１１はヘッダー１０の周方向に延びる長孔状に形成され、ヘッダー１０の周壁部を貫通するように形成されている。また、各ヘッダー１０の軸方向の両端は、蓋部材１２によってそれぞれ閉塞されている。更に、上方のヘッダー１０の一端には図示しない流入パイプが接続され、上方のヘッダー１０の他端には図示しない流出パイプが接続されている。
【００２８】
各チューブ２０は、アルミニウム等の金属の押出成形品等からなり、厚さ方向の寸法が幅方向の寸法に対して小さい扁平状に形成されている。また、チューブ２０の幅方向両端は半円形の曲面状に形成されている。チューブ２０には、チューブ２０内の流路を形成する複数の冷媒流通孔２１が互いにチューブ２０の幅方向に等間隔で設けられ、各冷媒流通孔２１は上下方向に長い断面長円形状に形成されている。
【００２９】
各伝熱フィン３０は、アルミニウム等の金属板を波形状に形成した部材からなり、それぞれ各チューブ２０の間に配置されている。
【００３０】
また、各ヘッダー１０内にはヘッダー１０内を軸方向に仕切る仕切板１３がそれぞれ設けられている。上方のヘッダー１０内は、軸方向二箇所（ヘッダー１０の軸方向両端側）に仕切板１３が配置され、各仕切板１３によって３つの冷媒流通空間１０ａに仕切られている。下方のヘッダー１０内は、軸方向一箇所（ヘッダー１０の軸方向略中央）に仕切板１３が配置され、仕切板１３によって２つの冷媒流通空間１０ａに仕切られている。これにより、各チューブ２０は、各ヘッダー１０の一端（図中左側端部）から上方のヘッダー１０の一方の仕切板１３（図中左側）まで配列された複数のチューブ２０からなる第１の冷媒流通経路Ｐ１と、上方のヘッダー１０の一方の仕切板１３から下方のヘッダー１０の仕切板１３まで配列された複数のチューブ２０からなる第２の冷媒流通経路Ｐ２と、下方のヘッダー１０の仕切板１３から上方のヘッダー１０の他方の仕切板１３（図中右側）まで配列された複数のチューブ２０からなる第３の冷媒流通経路Ｐ３と、上方のヘッダー１０の他方の仕切板１３から各ヘッダー１０の他端（図中右側端部）まで配列された複数のチューブ２０からなる第４の冷媒流通経路Ｐ４とを形成している。
【００３１】
以上のように構成された熱交換器は、図４の白抜き矢印で示すように、冷凍回路（図示せず）の冷媒が図示しない流入パイプから上方のヘッダー１０の軸方向一端側に流入し、第１〜第４の冷媒流通経路Ｐ１〜Ｐ４のチューブ２０を順次流通した後、上方のヘッダー１０の軸方向他端側から図示しない流出パイプを介して外部に流出する。この場合、第１及び第３の冷媒流通経路Ｐ１，Ｐ３では冷媒が上方から下方に向かって流通し、第２及び第４の冷媒流通経路Ｐ２，Ｐ４では冷媒が下方から上方に向かって流通する。即ち、第２及び第４の冷媒流通経路Ｐ２，Ｐ４はそれぞれ上昇コア部となり、第１及び第３の冷媒流通経路Ｐ１，Ｐ３はそれぞれ下降コア部となる。
【００３２】
本実施形態のように冷媒が上昇コア部と下降コア部を交互に流通する構成では、冷媒が各チューブ２０を上下方向に流通するため、重力の影響により上昇コア部と下降コア部とを分流する冷媒の流れが不均一になり、蒸発器としての冷却能力が低下することになる。
【００３３】
そこで、多くの実験データから、冷媒の分流に大きく影響を与える形状因子を特定し、冷媒の流れが均一化する数値範囲を以下の関係式により導き出した。
【００３４】
即ち、前記熱交換器の形状を特定する因子として、一つの上昇コア部または下降コア部における、チューブ２０の本数をＮ、Ｎ本のチューブ２０の総流路断面積をＳt ［ｍｍ２］、ヘッダー１０の冷媒流通空間１０ａのヘッダー軸方向長さをＬ［ｍｍ］、ヘッダー１０の冷媒流通空間１０ａのヘッダー径方向最大断面積をＳh1［ｍｍ２］、ヘッダー１０の冷媒流通空間１０ａのヘッダー径方向最小断面積をＳh2［ｍｍ２］とし、前記熱交換器を流通する冷媒の物性を特定する因子として、冷媒の質量流束をＧｒ［ｋｇ／ｍ２ｓ］、冷媒の質量流量をＭｒ［ｋｇ／ｓ］、コア部入口の冷媒の乾き度をｘ、ヘッダー１０内の冷媒の液相速度をｖ1 ［ｍ／ｓ］、ヘッダー１０内の冷媒の気相速度をｖ2 ［ｍ／ｓ］、スリップ比をｓ、コア部入口の液冷媒密度をρ1 ［ｋｇ／ｍ３］、コア部入口のガス冷媒密度をρ2 ［ｋｇ／ｍ３］、ボイド率をα、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２］とすると、以下の式（１０）で求められる上昇コア部の特性係数εu が０．０２以上、以下の式（１１）で求められる下降コア部の特性係数εd が０．００５以上である場合は、図９及び図１０に示す実験データにより、冷却能力が低下しないことが確認された。尚、チューブ２０の総流路断面積Ｓt とは、図５及び図６に示すように、チューブ１本当たりの各冷媒流通孔２１の流路断面積Ｓt1を合計した流路断面積Ｓt2にチューブ２０の本数Ｎを乗じた流路断面積である。また、ヘッダー１０の冷媒流通空間のヘッダー径方向最小断面積Ｓh2は、図８に示すようにヘッダー径方向最大断面積Ｓh1からチューブ２０の挿入部分を除いた面積である。
【００３５】
【数１０】
2017116152.tif 000012
【００３６】
【数１１】
2017116152.tif 000013
【００３７】
尚、上記式（１０）及び（１１）において、以下の式（１２）〜（１６）を満たすものとする。但し、ｅ＝０．４とする。
【００３８】
【数１２】
2017116152.tif 000014
【００３９】
【数１３】
2017116152.tif 000015
【００４０】
【数１４】
2017116152.tif 000016
【００４１】
【数１５】
2017116152.tif 000017
【００４２】
【数１６】
2017116152.tif 000018
【００４３】
前記上昇コア部の特性係数εu の式（１０）は、熱交換器の形状を特定する因子と、熱交換器を流通する冷媒の物性を特定する因子とが含まれるが、式（１０）を、熱交換器の形状を特定する因子のみからなる形状係数εu1と、熱交換器を流通する冷媒の物性を特定する因子のみからなる物性係数εu2とに分けると、特性係数εu は以下の式（１７）〜（１９）であらわされる。
【００４４】
【数１７】
2017116152.tif 000019
【００４５】
【数１８】
2017116152.tif 000020
【００４６】
【数１９】
2017116152.tif 000021
【００４７】
また、前記下降コア部の特性係数εd の式（１１）も同様、熱交換器の形状を特定する因子と、熱交換器を流通する冷媒の物性を特定する因子とが含まれるが、式（１１）を、熱交換器の形状を特定する因子のみからなる形状係数εd1と、熱交換器を流通する冷媒の物性を特定する因子のみからなる物性係数εd2とに分けると、特性係数εd は以下の式（２０）〜（２２）であらわされる。
【００４８】
【数２０】
2017116152.tif 000022
【００４９】
【数２１】
2017116152.tif 000023
【００５０】
【数２２】
2017116152.tif 000024
【００５１】
前記式（１７）〜（２２）を用い、物性を特定する因子を所定範囲に設定し、上昇コア部の特性係数εu が０．０２以上のときの形状係数εu1の最小値及び最大値と、下降コア部の特性係数εd が０．００５以上のときの下降コア部の形状係数εd1の最小値及び最大値とを求めた結果を図２９乃至図４６に示す。この場合、図１１乃至図２８に示すように、冷媒流通経路の数が２〜１０の熱交換器について形状係数εu1，εd1を求めた。また、物性を特定する因子の範囲は、冷媒の流量を４０ｋｇ／ｈ以上１８０ｋｇ／ｈ以下、冷媒の圧力を２．５ＭＰａＧ以上５．０ＭＰａＧ以上とし、乾き度の範囲は０．０８〜０．９４の範囲内で冷媒流通経路ごとに設定した（図２９乃至図４６参照）。
【００５２】
上記の結果、図２９乃至図４６に示すように、上昇コア部の形状係数εu1の最小値は０．０６×１０６、最大値は４２９．３３×１０６、下降コア部の形状係数εd1の最小値は３．７３×１０６、最大値は２３０．６７×１０６となった。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、一つの上昇コア部または下降コア部における、チューブ２０の本数をＮ、Ｎ本のチューブ２０の総流路断面積をＳt ［ｍｍ２］、ヘッダー１０の冷媒流通空間１０ａのヘッダー軸方向長さをＬ［ｍｍ］、ヘッダー１０の冷媒流通空間１０ａのヘッダー径方向最大断面積をＳh1 ［ｍｍ２］、ヘッダー１０の冷媒流通空間１０ａのヘッダー径方向最小断面積をＳh2 ［ｍｍ２］とすると、前記式（１１）で求められる上昇コア部の形状係数εu1の最小値が０．０６×１０６、最大値が４２９．３３×１０６であり、前記式（１４）で求められる下降コア部の形状係数εd1の最小値が３．７３×１０６、最大値が２３０．６７×１０６になるようにしたので、熱交換器の形状を特定する因子、即ちヘッダー軸方向長さＬ、ヘッダー径方向最大断面積Ｓh1 、ヘッダー径方向最小断面積Ｓh2 、チューブ総流路断面積Ｓt 、チューブ本数Ｎにより、冷媒の流れが均一になる熱交換器の形状を決めることができる。これにより、冷媒が上昇コア部と下降コア部を交互に流通する構成においても、複雑な構造を用いずに冷媒の流れを均一化することができ、熱交換効率の高い熱交換器を容易且つ低コストに製造することができる。
【００５４】
この場合、熱交換器の形状を特定する因子のみを任意の数値にすることにより、各コア部の形状係数εu1，εd1を変えることができるので、例えばチューブ本数Ｎのみを変えることにより各コア部の形状係数εu1，εd1が前記数値範囲に入るようにすれば、熱交換器全体の大きさや能力等の仕様に応じて、冷媒の流れの均一な熱交換器を容易に設計することができる。
【００５５】
また、冷媒の質量流束をＧｒ［ｋｇ／ｍ２ｓ］、冷媒の質量流量をＭｒ［ｋｇ／ｓ］、コア部入口の冷媒の乾き度をｘ、ヘッダー１０内の液相速度をｖ1 ［ｍ／ｓ］、ヘッダー１０内の気相速度をｖ2 ［ｍ／ｓ］、スリップ比をｓ、コア部入口の液冷媒密度をρ1 ［ｋｇ／ｍ３］、コア部入口のガス冷媒密度をρ2 ［ｋｇ／ｍ３］、ボイド率をα、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２］、ｅを０．４とすると、形状係数εu1，εd1が前記数値範囲を満たす場合において、前記式（１０）〜（１６）で求められる上昇コア部の特性係数εu が０．０２以上であることと、下降コア部の特性係数εd が０．００５以上であることの少なくとも一方を満たすようにすることにより、熱交換器を流通する冷媒の物性を特定する因子、即ち冷媒の質量流束Ｇｒ、冷媒の質量流量Ｍｒ、コア部入口の冷媒の乾き度ｘ、ヘッダー１０内の液相速度ｖ1、ヘッダー１０内の気相速度ｖ2、スリップ比ｓ、コア部入口の液冷媒密度ρ1 、コア部入口のガス冷媒密度ρ2 、ボイド率αにより、冷媒の流れが均一になるように熱交換器を流通する冷媒の物性を決めることができる。
【００５６】
更に、形状係数εu1，εd1の数値範囲に拘わらず、上昇コア部の特性係数εu が０．０２以上となり、且つ下降コア部の特性係数εd が０．００５以上となるようにすれば、前述と同様、冷媒の流れが均一になる熱交換器の形状及び冷媒の物性を決めることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０…ヘッダー、１０ａ…冷媒流通空間、２０…チューブ、Ｐ１〜Ｐ１０…第１〜第１０の冷媒流通経路。
【図１】
2017116152.tif 000046
【図２】
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【図３】
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【図４】
2017116152.tif 000049
【図５】
2017116152.tif 000050
【図６】
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【図７】
2017116152.tif 000052
【図８】
2017116152.tif 000053
【図９】
2017116152.tif 000054
【図１０】
2017116152.tif 000055
【図１１】
2017116152.tif 000056
【図１２】
2017116152.tif 000057
【図１３】
2017116152.tif 000058
【図１４】
2017116152.tif 000059
【図１５】
2017116152.tif 000060
【図１６】
2017116152.tif 000061
【図１７】
2017116152.tif 000062
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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