JP2021162282A - 蒸発器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】蒸発器10は、蒸発した冷媒を排出する冷媒出口管16を有する圧力容器11と、圧力容器11に収容され、内部に被冷却水が流通する複数の液膜用伝熱管15aを有する液膜式伝熱管群15と、上方から液膜式伝熱管群15へ液相の冷媒を供給する冷媒トレイ13と、液膜式伝熱管群15を側方から覆う邪魔板17と、液膜式伝熱管群15を上方から覆う吹上防止板18と、を備えている。邪魔板17と吹上防止板18との間には隙間Gが形成されている。
【選択図】図2
Description
本開示の一態様に係る蒸発器は、蒸発した冷媒を外部へ排出する冷媒出口が設けられ、外殻を為す筐体と、前記筐体に収容され内部に被冷却媒体が流通する複数の液膜用伝熱管を有する液膜式伝熱管群と、前記筐体に収容され、上方から前記液膜式伝熱管群へ液相の冷媒を供給する冷媒供給部と、前記液膜式伝熱管群を側方から覆う側方板部と、前記液膜式伝熱管群を上方から覆う上方板部と、を備え、前記側方板部と前記上方板部との間には隙間が形成されている。
〔第1実施形態〕
以下、本開示の第1実施形態について、図1及び図2を用いて説明する。なお、以下の説明及び図面では、鉛直上下方向をZ軸方向とし、伝熱管の延在する方向をX軸方向とし、Z軸方向及びX軸方向と直交する方向をY軸方向として説明する。
なお、以下の説明において、単に「内側」及び「外側」と称した場合には、円筒部11aの中心軸線を基準とした「内側」及び「外側」を意味する。すなわち、「内側」は、円筒部11aの中心軸線側を意味し、「外側」は、円筒部11aの内周面側を意味する。
邪魔板17の上端は、吹上防止板18の下方に位置している。邪魔板17の上端と吹上防止板18との間には隙間Gが形成されている。
また、邪魔板17は、液膜式伝熱管群15に沿って、圧力容器11のX軸方向の略全域に亘って延在している。なお、邪魔板17は、X軸方向の一部のみに設けてもよい。
図1に示すように、蒸発器10では、冷媒入口管12から圧力容器11の内部に流入する。圧力容器11内に流入した冷媒は、冷媒トレイ13によって圧力容器11のX軸方向及びY軸方向に分散した後、冷媒トレイ13に形成された多数の孔を通過して下方へ落下する。冷媒トレイ13から落下した液相状の冷媒は、液膜式伝熱管群15の最上段に配置された液膜用伝熱管15aと接触し、液膜用伝熱管15aの外周面を膜状に覆う。液膜用伝熱管15aの外周面を膜状に覆った冷媒は、液膜用伝熱管15aの内部の被冷却水と熱交換を行う。熱交換により沸点を超えた冷媒は蒸発するとともに、沸点を超えなかった冷媒はさらに下方に配置された液膜用伝熱管15aへと落下する。このような熱交換を連続的に繰り返す。最も下部に配置された液膜用伝熱管15a内の水との熱交換でも蒸発しなかった冷媒は、圧力容器11の下部に設けられた貯留部11cに貯留される(図2参照)。このようにして、圧力容器11の内部の貯留部11cで液相の冷媒のプールが形成される。この冷媒プールの液面Sのレベルは、所定の高さとなるように自動調整される。
満液式伝熱管群14の満液用伝熱管14aは、貯留部11cの貯留された液相の冷媒に浸漬された状態となっている。液膜用伝熱管15a内を流通する被冷却水は、貯留部11cに貯留された冷媒と熱交換を行う。液膜用伝熱管15aと熱交換した冷媒は、蒸発し液面Sから上方に放出される。液面Sから放出された冷媒は、矢印A3で示すように、冷媒出口管16へ導かれる。
本実施形態では、邪魔板17が、液膜式伝熱管群15を側方から覆っている。また、吹上防止板18が、液膜式伝熱管群15を上方から覆っている。すなわち、邪魔板17及び吹上防止板18は、液膜式伝熱管群15が設けられる空間(以下、「内側空間S1」と称する。)を形成している。また、邪魔板17及び吹上防止板18は、内側空間S1と、内側空間S1の外側に形成される空間(以下、「外側空間S2」と称する。)と、を隔てている。本実施形態では、吹上防止板18と邪魔板17との間に隙間Gが形成されている。すなわち、隙間Gは、内側空間S1と外側空間S2とを繋いでいる。本実施形態では、冷媒トレイ13から液膜式伝熱管群15へ冷媒が供給されると冷媒が蒸発する。冷媒が蒸発すると、蒸発した冷媒は、内側空間S1で拡散する。拡散した一部の冷媒は、吹上防止板18と邪魔板17との間に形成された隙間Gを通過して、外側空間S2へ移動する。これにより、隙間Gが形成されていない場合(すなわち、邪魔板17と吹上防止板18とが接続されている場合)と比較して、内側空間S1における圧力の上昇を抑制することができる。したがって、液膜式伝熱管群15の周囲の環境を熱交換に適した環境にすることができるので、液膜式伝熱管群15の熱交換効率を向上させることができる。よって、蒸発器10の性能を向上させることができる。
また、本実施形態では、吹上防止板18を設けている。これにより、液膜式伝熱管群15に供給された冷媒が吹き上げられる事態を抑制することができる。
次に、本開示の第2実施形態に係る蒸発器について、図3を用いて説明する。
本実施形態に係る蒸発器20は、邪魔板17の代わりに、液膜式伝熱管群15の下端と液面Sとの間に設けられる下方板部21が設けられている点で、第1実施形態と異なっている。その他の点は、第1実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
一対の下方板部21は、液膜式伝熱管群15に沿って、圧力容器11のX軸方向の略全域に亘って延在している。なお、一対の下方板部21は、X軸方向の一部のみに設けてもよい。
本実施形態では、液膜式伝熱管群15と液面Sとの間に下方板部21が設けられている。これにより、満液式伝熱管群14によって蒸発し液面Sから液膜式伝熱管群15へ向かう冷媒が、下方板部21によって遮られる。下方板部21によって遮られた冷媒は、図3の破線矢印で示すように、下方板部21の外側を迂回して冷媒出口管16へ導かれる。したがって、満液式伝熱管群14で蒸発した冷媒が、液膜式伝熱管群15へ到達し難くすることができる。よって、液膜式伝熱管群15に供給される冷媒が、満液式伝熱管群14で蒸発した冷媒によって飛散する事態を抑制することができるので、液膜式伝熱管群15の周囲の環境を熱交換に適した環境にすることができる。よって、液膜式伝熱管群15の熱交換効率を向上させ、蒸発器10の性能を向上させることができる。
なお、下方板部の形状は、上記説明の形状に限定されない。例えば、図4で示す下方板部26のように、Y軸方向の両端部から中心部に向かうにつれて下方に位置するように傾斜する板状の部材であってもよい。また、下方板部26は、Y軸方向の中心部に、冷媒排出管27を設けてもよい。冷媒排出管27は、Z軸方向に延在する直線状に形成されている。冷媒排出管27は、上端が下方板部26に接続され、下端が満液式伝熱管群14の下方に配置されている。冷媒排出管27の上端は、下方板部26の上面に開口している。
また、図5で示す下方板部31のように、変形例1で示した下方板部26と同形状であって、上面から下面へ貫通する貫通孔を複数有していてもよい。このように構成することで、下方板部31へ落下した冷媒が、貫通孔を通過して、貯留部11cへ導かれる。したがって、下方板部31の上面に冷媒が貯留し難くすることができる。よって、各伝熱管群に供給されない冷媒を低減することができるので、蒸発器10の性能を向上させることができる。なお、下方板部31は、複数の貫通孔を形成する代わりに、金網で形成されていてもよい。
また、図6で示す下方板部36のように、平板状の底面部36aと、底面部36aのY軸方向の両端部から曲折して斜め上方に延びる傾斜部36bと、を一体的に有する皿状の部材であってもよい。また、下方板部36は、底面部36aに、複数(本実施形態では、一例として3本)の冷媒排出管37を設けてもよい。複数の冷媒排出管37は、Y軸方向に並んで配置されている。冷媒排出管37は、上端が下方板部36に接続され、下端が満液式伝熱管群14の下方に配置されている。
また、図7で示す下方板部41のように、変形例2で示した下方板部31と同形状であって、上面から下面へ貫通する貫通孔を複数有していてもよい。このように構成することで、下方板部41へ落下した冷媒が、貫通孔を通過して、貯留部11cへ導かれる。したがって、下方板部41の上面に冷媒が貯留し難くすることができる。よって、各伝熱管群に供給されない冷媒を低減することができるので、蒸発器10の性能を向上させることができる。なお、下方板部41は、複数の貫通孔を形成する代わりに、金網で形成されていてもよい。
次に、本開示の第3実施形態に係る蒸発器について、図8を用いて説明する。
本実施形態に係る蒸発器50は、邪魔板17の代わりに、圧損増大部が設けられている点で、第1実施形態と異なっている。その他の点は、第1実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
一対の下端側方板部51は、液膜式伝熱管群15に沿って、圧力容器11のX軸方向の略全域に亘って延在している。なお、一対の下端側方板部51は、X軸方向の一部のみに設けてもよい。
本実施形態では、下端領域Pの圧力損失を増大させる圧損増大部として、一対の下端側方板部51を備えている。一対の下端側方板部51は、液膜式伝熱管群15の下端部を両側方から覆っている。これにより、下端領域Pの圧力損失を高くすることができるので、満液式伝熱管群14によって蒸発し、液面Sから冷媒出口管16へ向かう冷媒が、図10の破線矢印で示すように、下端領域Pに流入し難い。したがって、満液式伝熱管群14で蒸発した冷媒が、液膜式伝熱管群15へ到達し難くすることができる。よって、液膜式伝熱管群15に供給される冷媒が、満液式伝熱管群14で蒸発した冷媒によって飛散する事態を抑制することができるので、液膜式伝熱管群15の周囲の環境を熱交換に適した環境にすることができる。よって、液膜式伝熱管群15の熱交換効率を向上させ、蒸発器10の性能を向上させることができる。
また、図9に示すように、一対の下端側方板部51の代わりに、圧損増大部として、液膜式伝熱管群15の下端部の両側方に、複数のダミー管56を設けてもよい。ダミー管56は、内部が空洞とされ、内部を流体等が流通していない。複数のダミー管56は、隣接するダミー管56同士の距離が、隣接する液膜用伝熱管15aの距離よりも短くなるように、配置されている。このように配置することで、ダミー管56同士の間を通る流路の圧力損失を増大させることができる。したがって、下端領域Pの圧力損失を高くすることができる。
なお、ダミー管56内に水等の流体を流通させてもよい。このように構成することで、ダミー管56においても冷媒と熱交換をすることができるので、熱交換効率を向上させることができる。よって、蒸発器10の性能を向上させることができる。
次に、本開示の第4実施形態に係る蒸発器について、図10を用いて説明する。
本実施形態に係る蒸発器60は、邪魔板17の代わりに、整流部が設けられている点で、第1実施形態と異なっている。その他の点は、第1実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
各下側方板部61は、平板状の部材である。また、各下側方板部61は、板面が鉛直面となるように配置されている。なお、下側方板部61は、板厚方向に貫通する複数の貫通孔が形成されていてよい。また、複数の貫通孔を形成する代わりに、金網で形成されていてもよい。
一対の下側方板部61は、液膜式伝熱管群15に沿って、圧力容器11のX軸方向の略全域に亘って延在している。なお、一対の下側方板部61は、X軸方向の一部のみに設けてもよい。
また、図11で示すように、各下側方板部61は、下端がY軸方向の内側に位置するように、鉛直面に対して傾斜していてもよい。
本実施形態では、満液式伝熱管群14で蒸発した冷媒を、冷媒出口管16へ案内する整流部として、一対の下側方板部61を備えている。一対の下側方板部61が液膜式伝熱管群15の下部を両側方から覆っている。これにより、満液式伝熱管群14で蒸発し、側方から液膜式伝熱管群15へ向かう冷媒が、図10の破線矢印で示すように、一対の下側方板部61によって冷媒出口管16へ案内される。したがって、満液式伝熱管群14で蒸発した冷媒が、液膜式伝熱管群15へ到達し難くすることができる。よって、液膜式伝熱管群15に供給される冷媒が、満液式伝熱管群14で蒸発した冷媒によって飛散する事態を抑制することができるので、液膜式伝熱管群15の周囲の環境を熱交換に適した環境にすることができる。よって、液膜式伝熱管群15の熱交換効率を向上させ、蒸発器10の性能を向上させることができる。
また、下側方板部61が、液膜式伝熱管群15の下部を挟んで配置されているので、液面Sから上昇する冷媒を比較的早期に冷媒出口管16へ案内することができる。したがって、満液式伝熱管群14で蒸発した冷媒が、液膜式伝熱管群15へより到達し難くすることができる。
また、図12に示すように、一対の下側方板部61の代わりに、整流部として、液膜式伝熱管群15の下部の両側方に、複数のダミー管66を設けてもよい。ダミー管66は、内部が空洞とされ、内部を流体等が流通していない。複数のダミー管66は、隣接するダミー管66同士の距離が、隣接する液膜用伝熱管15aの距離よりも短くなるように、配置されている。このように配置することで、ダミー管66同士の間を通る流路の圧力損失を増大させることができる。したがって、満液式伝熱管群14で蒸発した冷媒が、液膜式伝熱管群15が設けられた領域へ流入することを抑制することができる。
なお、ダミー管66内に水等の流体を流通させてもよい。このように構成することで、ダミー管66においても冷媒と熱交換をすることができるので、熱交換効率を向上させることができる。よって、蒸発器10の性能を向上させることができる。
次に、本開示の第5実施形態に係る蒸発器について、図13及び図14を用いて説明する。
本実施形態に係る蒸発器70は、邪魔板17の代わりに、交差板部が設けられている点で、第1実施形態と異なっている。その他の点は、第1実施形態と同様であるので、同様の構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。なお、図13では、図示の関係上、圧力容器11や満液式伝熱管群14等を省略して図示している。また、図13では、図示の関係上、液膜用伝熱管15aを1本ずつ図示せず、まとめて液膜式伝熱管群15として図示している。
冷媒出口管16は、圧力容器11のX軸方向の端部に設けられている。したがって、満液式伝熱管群14及び液膜式伝熱管群15で蒸発した冷媒は、X軸方向に移動しながら冷媒出口管16へ導かれる。例えば、交差板部71が設けられていない場合には、液膜式伝熱管群15で蒸発した冷媒は、冷媒出口管16の下方領域までは、ほとんど上昇せずにX軸方向に沿って移動し、冷媒出口管16の下方の領域で合流し急上昇する。したがって、冷媒出口管16に向かって上昇する冷媒の流速は速くなる。
一方、本実施形態では、液膜式伝熱管群15の側方にX軸方向と交差するように配置された交差板部71が設けられている。すなわち、圧力容器11の内部に形成される空間が、交差板部71によってX軸方向に複数に分割されている。これにより、図13及び図14の破線矢印で示すように、液膜式伝熱管群15で蒸発した冷媒は、分割された各空間で上方に移動する。したがって、冷媒出口管16の下方の領域における冷媒の急上昇を抑制することができる。したがって、キャリーオーバーが発生し難くすることができる。
例えば、上記各実施形態では、冷媒出口管16が圧力容器11の上部に設けられている例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、圧力容器11の側部に冷媒出口管16が設けられていてもよい。また、圧力容器11の下部に冷媒出口管16が設けられていてもよい。
また、例えば、上記各実施形態を組み合わせてもよい。
本開示の一態様に係る蒸発器(10)は、蒸発した冷媒を外部へ排出する冷媒出口(16)が設けられ、前記筐体に収容され、内部に被冷却媒体が流通する複数の液膜用伝熱管(15a)を有する液膜式伝熱管群(15)と、前記筐体に収容され、上方から前記液膜式伝熱管群へ液相の冷媒を供給する冷媒供給部(13)と、前記液膜式伝熱管群を側方から覆う側方板部(17)と、前記液膜式伝熱管群を上方から覆う上方板部(18)と、を備え、前記側方板部と前記上方板部との間には隙間(G)が形成されている。
また、内側空間における圧力の上昇を抑制することができるので、内側空間の下端(すなわち、側方板部の下端近傍)における、気化冷媒の流速が速くなる事態を抑制することができる。これにより、筐体の外部へ排出される気相の冷媒が、液相の冷媒を同伴する現象(いわゆるキャリーオーバー)を、発生し難くすることができる。
また、冷媒供給部から供給される冷媒の一部が、圧力の低下により、液膜式伝熱管群に達する前に気化する。上記構成では、気化した冷媒(以下、「フラッシュガス」と称する。)が、上方板部と側方板部との間に形成された隙間を通過して、外側空間へ移動し易い。このため、フラッシュガスによる、内側空間の圧力上昇を抑制することができる。また、フラッシュガスが内側空間から排出されるので、気化せずに液膜式伝熱管群へ供給される液相の冷媒が、フラッシュガスの影響を受け難い。したがって、的確に液膜用伝熱管へ冷媒を供給することができる。
上記構成では、側方板部と上方板部との間に隙間が形成されているので、液膜式伝熱管群で蒸発した冷媒が隙間を通過して外側空間へ移動することができる。これにより、内側空間内に冷媒が滞留し難くすることができる。したがって、内側空間における圧力の上昇をより好適に抑制することができる。よって、より好適に、液膜式伝熱管群の熱交換効率を向上させ、蒸発器の性能を向上させることができる。
上記構成では、側方板部と上方板部との間に隙間が形成されているので、フラッシュガスが隙間を通過して外側空間へ移動することができる。これにより、内側空間内に冷媒が滞留し難くすることができる。したがって、内側空間における圧力の上昇をより好適に抑制することができる。よって、より好適に、液膜式伝熱管群の熱交換効率を向上させ、蒸発器の性能を向上させることができる。
また、上記構成では、満液式伝熱管群で蒸発した冷媒によって液膜式伝熱管群に供給される冷媒が飛散する事態を、抑制することができる。これにより、冷媒出口に向かって流れる気相の冷媒が、液相の冷媒を同伴する現象(いわゆるキャリーオーバー)が発生し難くすることができる。
また、下方板部の上面の冷媒を、満液式伝熱管群の下方へ導いている。これにより、下方板部の上面から貯留部へ導かれる冷媒が、満液式伝熱管群で蒸発し液面へ向かう冷媒と干渉し難くすることができる。
また、整流部が、液膜式伝熱管群の下部を挟んで配置されているので、液面から上昇する冷媒を比較的早期に冷媒出口へ導くことができる。したがって、満液式伝熱管群で蒸発した冷媒が、液膜式伝熱管群へより到達し難くすることができる。
11 :圧力容器(筐体)
11a :円筒部
11c :貯留部
12 :冷媒入口管
13 :冷媒トレイ(冷媒供給部)
14 :満液式伝熱管群
14a :満液用伝熱管
15 :液膜式伝熱管群
15a :液膜用伝熱管
16 :冷媒出口管(冷媒出口)
17 :邪魔板(側方板部)
18 :吹上防止板(上方板部)
18a :平板部
18b :傾斜部
20 :蒸発器
21 :下方板部
26 :下方板部
27 :冷媒排出管
31 :下方板部
36 :下方板部
36a :底面部
36b :傾斜部
37 :冷媒排出管
41 :下方板部
50 :蒸発器
51 :下端側方板部(圧損増大部)
56 :ダミー管
60 :蒸発器
61 :下側方板部(整流部)
66 :ダミー管
70 :蒸発器
71 :交差板部
76 :交差板部
Claims (12)
- 蒸発した冷媒を外部へ排出する冷媒出口が設けられ、外殻を為す筐体と、
前記筐体に収容され、内部に被冷却媒体が流通する複数の液膜用伝熱管を有する液膜式伝熱管群と、
前記筐体に収容され、上方から前記液膜式伝熱管群へ液相の冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記液膜式伝熱管群を側方から覆う側方板部と、
前記液膜式伝熱管群を上方から覆う上方板部と、を備え、
前記側方板部と前記上方板部との間には隙間が形成されている蒸発器。 - 前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒に浸漬しており、内部に被冷却媒体が流通する複数の満液用伝熱管を有する満液式伝熱管群を備え、
前記液膜式伝熱管群は、前記筐体の下部に貯留されている液相の冷媒の液面よりも上方に設けられている請求項1に記載の蒸発器。 - 前記冷媒出口は、前記側方板部の下端よりも上方に設けられている請求項1または請求項2に記載の蒸発器。
- 前記冷媒供給部は、前記液膜式伝熱管群の上方に設けられ、
前記側方板部は、前記液膜式伝熱管群の上部を側方から覆っている請求項1から請求項3のいずれかに記載の蒸発器。 - 蒸発した冷媒を外部へ排出する冷媒出口を有し、外殻を為す筐体と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒に浸漬しており、内部に被冷却媒体が流通する複数の満液用伝熱管を有する満液式伝熱管群と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒の液面よりも上方に設けられ、内部に被冷却媒体が流通する複数の液膜用伝熱管を有する液膜式伝熱管群と、
前記筐体に収容され、上方から前記液膜式伝熱管群へ液相の冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記液膜式伝熱管群と前記液面との間に設けられる下方板部と、を備えた蒸発器。 - 上端が前記下方板部に接続され、下端が前記満液式伝熱管群の下方に配置される冷媒排出管を備え、
前記下方板部は、前記液膜式伝熱管群の下方に設けられている請求項5に記載の蒸発器。 - 前記下方板部は、上面から下面に貫通する孔を有している請求項5または請求項6に記載の蒸発器。
- 蒸発した冷媒を外部へ排出する冷媒出口が設けられ、外殻を為す筐体と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒に浸漬しており、内部に被冷却媒体が流通する複数の満液用伝熱管を有する満液式伝熱管群と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒の液面よりも上方に設けられ、内部に被冷却媒体が流通する複数の液膜用伝熱管を有する液膜式伝熱管群と、
前記筐体に収容され、上方から前記液膜式伝熱管群へ液相の冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記液膜式伝熱管群の下端部の側方に配置され、前記液膜式伝熱管群の下端部が配置されている領域の圧力損失を増大させる圧損増大部と、を備えた蒸発器。 - 前記圧損増大部は、前記液膜式伝熱管群の下端部を挟んで配置され、前記液膜式伝熱管群を側方から覆う一対の下端側方板部を有する請求項8に記載の蒸発器。
- 蒸発した冷媒を外部へ排出する冷媒出口が設けられ、外殻を為す筐体と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒に浸漬しており、内部に被冷却媒体が流通する複数の満液用伝熱管を有する満液式伝熱管群と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒の液面よりも上方に設けられ、内部に被冷却媒体が流通する複数の液膜用伝熱管を有する液膜式伝熱管群と、
前記筐体に収容され、上方から前記液膜式伝熱管群へ液相の冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記液膜式伝熱管群の下部を挟んで配置され、前記満液式伝熱管群で蒸発した冷媒を前記冷媒出口へ導く整流部と、を備えた蒸発器。 - 前記整流部は、前記液膜式伝熱管群を両側方から覆う一対の下側方板部を有する請求項10に記載の蒸発器。
- 前記筐体は、所定方向に延在していて、
前記液膜式伝熱管群の側方に、前記所定方向と交差するように配置された複数の交差板部が設けられている請求項1から請求項11のいずれかに記載の蒸発器。
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