JP6783369B2 - Heat exchange system - Google Patents

Heat exchange system Download PDF

Info

Publication number
JP6783369B2
JP6783369B2 JP2019202560A JP2019202560A JP6783369B2 JP 6783369 B2 JP6783369 B2 JP 6783369B2 JP 2019202560 A JP2019202560 A JP 2019202560A JP 2019202560 A JP2019202560 A JP 2019202560A JP 6783369 B2 JP6783369 B2 JP 6783369B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
liquid
heat
heat transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019202560A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020020575A (en
Inventor
大智 吉井
大智 吉井
大谷　雄一
雄一 大谷
毅 金子
毅 金子
長谷川　泰士
泰士 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority to JP2019202560A priority Critical patent/JP6783369B2/en
Publication of JP2020020575A publication Critical patent/JP2020020575A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6783369B2 publication Critical patent/JP6783369B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

本発明は、熱交換システムに関する。 The present invention relates to a heat exchange system.

冷凍機等の冷却装置用の蒸発器の一つにプレート式熱交換器がある。プレート式熱交換器は熱交換器の体積当たりの流路断面積が大きいため、熱伝達率が高く、熱交換器自体のサイズ低減を図ることができる。 There is a plate heat exchanger as one of the evaporators for cooling devices such as refrigerators. Since the plate type heat exchanger has a large flow path cross-sectional area per volume of the heat exchanger, the heat transfer coefficient is high and the size of the heat exchanger itself can be reduced.

このようなプレート式熱交換器として、以下の特許文献１に記載のプレート式熱交換器が知られている。このプレート式熱交換器は、プレート式熱交換器の内部に導入された冷水と冷媒との熱交換を行う。導入された冷媒は、冷水からの熱を吸収することによって蒸発し、冷媒ガスとなり、プレート式熱交換器から排出される。 As such a plate heat exchanger, the plate heat exchanger described in Patent Document 1 below is known. This plate heat exchanger exchanges heat between the chilled water introduced inside the plate heat exchanger and the refrigerant. The introduced refrigerant evaporates by absorbing heat from cold water to become refrigerant gas, which is discharged from the plate heat exchanger.

特許第３６５８６７７号公報Japanese Patent No. 3658677

しかしながら、上記特許文献１のようなプレート式熱交換器は、冷媒である冷媒液を蒸発させて冷媒ガスにして排出する構成である。このため、熱交換途中において、冷媒は、冷媒液と冷媒ガスとが混合した二相流状態となる。プレート式熱交換器内における冷媒の蒸発が進むと、二相流状態の冷媒のうち、冷媒液に対する冷媒ガスの割合が高くなり過ぎるため、熱伝達率が極端に低下する。その結果、過剰の伝熱面積が必要となり、熱交換器自体のサイズが大きくなってしまう。 However, the plate heat exchanger as in Patent Document 1 has a configuration in which a refrigerant liquid as a refrigerant is evaporated into a refrigerant gas and discharged. Therefore, during the heat exchange, the refrigerant is in a two-phase flow state in which the refrigerant liquid and the refrigerant gas are mixed. As the evaporation of the refrigerant in the plate heat exchanger progresses, the ratio of the refrigerant gas to the refrigerant liquid in the two-phase flow state refrigerant becomes too high, so that the heat transfer coefficient becomes extremely low. As a result, an excessive heat transfer area is required, and the size of the heat exchanger itself becomes large.

本発明は、サイズ低減を図ることができる熱交換システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a heat exchange system capable of reducing the size.

第１の態様の熱交換システムは、互いに間隔をあけて積層配置された複数のプレートを有し、前記複数のプレートによって、冷媒が流通する冷媒流路と冷水が流通する冷水流路とが交互に形成された第一熱交換器と、前記第一熱交換器の前記冷媒流路に前記冷媒を供給する冷媒供給部と、前記第一熱交換器の前記冷水流路に前記冷水を供給する冷水供給部と、前記冷媒流路を通過した前記冷媒から気相分を分離させる気液分離部と、前記気液分離部を通過した前記冷媒の液相分が接触する伝熱管を有する第二熱交換器と備える。 The heat exchange system of the first aspect has a plurality of plates stacked and arranged at intervals from each other, and the plurality of plates alternate between a refrigerant flow path through which a refrigerant flows and a cold water flow path through which cold water flows. The first heat exchanger formed in the first heat exchanger, the refrigerant supply unit that supplies the refrigerant to the refrigerant flow path of the first heat exchanger, and the cold water supply to the cold water flow path of the first heat exchanger. A second heat transfer tube having a cold water supply unit, a gas-liquid separation unit that separates a gas phase component from the refrigerant that has passed through the refrigerant flow path, and a liquid phase component of the refrigerant that has passed through the gas-liquid separation unit. Equipped with a heat exchanger.

本態様では、第一熱交換器から排出された二相流の冷媒の気液分離を行い、分離された冷媒の液相分を第二熱交換器においてさらに蒸発させるため、第一熱交換器のサイズを低減することができ、限られた面積空間の中で冷媒から冷水への熱交換を充分に行うことができる。 In this embodiment, the gas-liquid separation of the two-phase flow refrigerant discharged from the first heat exchanger is performed, and the liquid phase component of the separated refrigerant is further evaporated in the second heat exchanger, so that the first heat exchanger The size of the refrigerant can be reduced, and heat exchange from the refrigerant to cold water can be sufficiently performed in a limited area space.

第２の態様の熱交換システムは、前記第一熱交換器の上方に配置され、前記第一熱交換器から前記気液分離部へ前記冷媒流路を通過した前記冷媒を流通する二相流冷媒供給部と、前記第二熱交換器の上方に配置され、前記第二熱交換器に前記冷媒の液相分を供給する液相分供給部とをさらに備えた第１の態様の熱交換システムである。 The heat exchange system of the second aspect is a two-phase flow that is arranged above the first heat exchanger and flows the refrigerant that has passed through the refrigerant flow path from the first heat exchanger to the gas-liquid separation unit. The heat exchange of the first aspect is further provided with a refrigerant supply unit and a liquid phase component supply unit which is arranged above the second heat exchanger and supplies the liquid phase component of the refrigerant to the second heat exchanger. It is a system.

本態様では、第一熱交換器の上方に二相流冷媒供給部を配置し、第二熱交換器の上方に液相分供給部を配置するので、第一熱交換器から第二熱交換器へ冷媒の導通経路を短くすることができる。 In this embodiment, since the two-phase flow refrigerant supply unit is arranged above the first heat exchanger and the liquid phase component supply unit is arranged above the second heat exchanger, the second heat exchange is performed from the first heat exchanger. The conduction path of the refrigerant to the vessel can be shortened.

第３の態様の熱交換システムは、前記液相分を散布する散布部をさらに備え、前記伝熱管の上方から前記液相分を散布する第１又は第２の態様の熱交換システムである。 The heat exchange system of the third aspect is the heat exchange system of the first or second aspect, further comprising a spraying portion for spraying the liquid phase component, and spraying the liquid phase component from above the heat transfer tube.

本態様では、伝熱管の上方から液相分を均一に散布することができる。 In this embodiment, the liquid phase component can be uniformly sprayed from above the heat transfer tube.

第４の態様の熱交換システムは、前記伝熱管が、それぞれ水平方向に延びるように配置され、上下に並べられた複数の伝熱管からなる第１から第３のいずれかの態様の熱交換システムである。 The heat exchange system of the fourth aspect is the heat exchange system of any one of the first to third aspects, wherein the heat transfer tubes are arranged so as to extend in the horizontal direction, and are composed of a plurality of heat transfer tubes arranged one above the other. Is.

本態様では、複数の伝熱管の広範囲にわたって、冷媒の液相分を接触させることができる。 In this embodiment, the liquid phase components of the refrigerant can be brought into contact with each other over a wide range of the plurality of heat transfer tubes.

第５の態様の熱交換システムは、前記冷水供給部が、前記第一熱交換器と並列に、前記第二熱交換器の前記伝熱管に前記冷水を供給する第１から第４のいずれかの態様の熱交換システムである。 In the heat exchange system of the fifth aspect, any one of the first to the fourth, in which the cold water supply unit supplies the cold water to the heat transfer tube of the second heat exchanger in parallel with the first heat exchanger. The heat exchange system according to the above embodiment.

本態様では、第一熱交換器及び第二熱交換器において、並列に熱交換を行うことができるため、高速な熱交換処理が可能となる。 In this embodiment, since heat exchange can be performed in parallel in the first heat exchanger and the second heat exchanger, high-speed heat exchange processing becomes possible.

第６の態様の熱交換システムは、前記第二熱交換器の下方にポンプをさらに備え、前記第二熱交換器の下部に溜まった前記冷媒の液相分を前記ポンプで揚液し、前記伝熱管に接触させる第１から第５のいずれかの態様の熱交換システムである。 In the heat exchange system of the sixth aspect, a pump is further provided below the second heat exchanger, and the liquid phase component of the refrigerant accumulated in the lower part of the second heat exchanger is pumped by the pump. It is a heat exchange system of any one of the first to fifth aspects which is brought into contact with a heat transfer tube.

本態様では、第二熱交換器の下部に冷媒の液相分が溜まることを抑制できるので、液膜式熱交換を維持することができる。さらに、第二熱交換器の下部に溜まった冷媒の液相分を再び伝熱管に接触させるので、第二熱交換器の下部に溜まった液相分を再利用できる。 In this embodiment, it is possible to prevent the liquid phase component of the refrigerant from accumulating in the lower part of the second heat exchanger, so that the liquid film type heat exchange can be maintained. Further, since the liquid phase component of the refrigerant accumulated in the lower part of the second heat exchanger is brought into contact with the heat transfer tube again, the liquid phase component accumulated in the lower part of the second heat exchanger can be reused.

第７の態様の熱交換システムは、前記第二熱交換器は、下部に前記冷媒の液相分を内部に溜める冷媒貯留部をさらに備え、前記冷媒貯留部の内部に、前記伝熱管の少なくとも一部が配置された第１から第５のいずれかの態様の熱交換システムである。 In the heat exchange system of the seventh aspect, the second heat exchanger further includes a refrigerant storage unit that stores the liquid phase component of the refrigerant inside, and at least the heat transfer tube is inside the refrigerant storage unit. It is a heat exchange system of any one of the first to fifth aspects in which a part is arranged.

本態様では、第二熱交換器の少なくとも下部において、満液式熱交換を行うことが可能となる。 In this embodiment, full-liquid heat exchange can be performed at least in the lower part of the second heat exchanger.

本発明の熱交換システムによれば、サイズ低減した熱交換システムを提供することができる。 According to the heat exchange system of the present invention, it is possible to provide a heat exchange system with a reduced size.

本発明の第一実施形態の熱交換システム１０における冷水と冷媒との間での熱交換の概念を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the concept of heat exchange between cold water and a refrigerant in the heat exchange system 10 of the 1st Embodiment of this invention. 対向流型のプレート式熱交換器９２０の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the countercurrent type plate heat exchanger 920. プレート式熱交換器９２０の熱伝達率曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the heat transfer coefficient curve of a plate type heat exchanger 920. 本発明に係る第一実施形態における熱交換システム１０の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heat exchange system 10 in the 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態における第一熱交換器１００の斜視図である。It is a perspective view of the first heat exchanger 100 in the 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態における伝熱管式熱交換器の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heat transfer tube type heat exchanger in the 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第二実施形態における熱交換システム１０´の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heat exchange system 10'in the 2nd Embodiment which concerns on this invention.

以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

「第一実施形態」
本発明に係る熱交換システムの第一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。 "First embodiment"
The first embodiment of the heat exchange system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

図１は、本実施形態の熱交換システム１０における、冷水と冷媒との間の熱交換の概念を示したものである。 FIG. 1 shows the concept of heat exchange between cold water and a refrigerant in the heat exchange system 10 of the present embodiment.

熱交換システム１０は、冷媒液Ｃｌを導入する冷媒入口４０、冷水Ｗｉを導入する冷水入口５０、冷媒ガスＣｇを排出する冷媒出口６０、冷水Ｗｏを排出する冷水出口７０及び熱交換器２０を備えている。 The heat exchange system 10 includes a refrigerant inlet 40 for introducing a refrigerant liquid Cl, a cold water inlet 50 for introducing cold water Wi, a refrigerant outlet 60 for discharging refrigerant gas Cg, a cold water outlet 70 for discharging cold water Wo, and a heat exchanger 20. ing.

本実施形態の場合、冷媒入口４０から飽和液である冷媒液Ｃｌで導入され、飽和ガスである冷媒ガスＣｇを冷媒出口６０から排出するように構成されている。すなわち、熱交換器２０に導入された冷媒の冷媒液Ｃｌは、熱交換器２０に導入された冷水Ｗｉからの熱を吸収することによって蒸発してガスとなり、プレート式熱交換器から冷媒ガスＣｇとして排出される。熱交換システム１０を冷凍機に用いる場合、冷媒出口６０へ排出された冷媒ガスＣｇは、圧縮機へ導かれる。 In the case of the present embodiment, the refrigerant liquid Cl which is a saturated liquid is introduced from the refrigerant inlet 40, and the refrigerant gas Cg which is a saturated gas is discharged from the refrigerant outlet 60. That is, the refrigerant liquid Cl of the refrigerant introduced into the heat exchanger 20 evaporates by absorbing the heat from the cold water Wi introduced into the heat exchanger 20 to become a gas, and the refrigerant gas Cg from the plate heat exchanger 20. Is discharged as. When the heat exchange system 10 is used in the refrigerator, the refrigerant gas Cg discharged to the refrigerant outlet 60 is guided to the compressor.

冷水入口５０から導入された冷水Ｗｉは、熱交換器２０に導入された冷媒液Ｃｌに熱を奪われることにより冷却されて、冷水出口７０から冷水Ｗｏとして排出される。 The chilled water Wi introduced from the chilled water inlet 50 is cooled by being deprived of heat by the refrigerant liquid Cl introduced into the heat exchanger 20, and is discharged as chilled water Wo from the chilled water outlet 70.

熱交換システム１０は、熱交換器２０として、第一熱交換器１００及び第二熱交換器３００を備える。本実施形態の場合、第一熱交換器１００は対向流型のプレート式熱交換器であり、第二熱交換器３００は伝熱管式熱交換器である。 The heat exchange system 10 includes a first heat exchanger 100 and a second heat exchanger 300 as the heat exchanger 20. In the case of the present embodiment, the first heat exchanger 100 is a countercurrent type plate heat exchanger, and the second heat exchanger 300 is a heat transfer tube type heat exchanger.

ここで、熱交換システム１０の詳しい構造を説明する前に、第一熱交換器１００及び第二熱交換器３００を備える熱交換システムではなく、一つのプレート式熱交換器９２０で構成した熱交換システムについて説明する。プレート式熱交換器９２０は、第一熱交換器１００を構成するプレート式熱交換器と基本構造は同じであるが、プレート式熱交換器のＸ軸方向の長さが異なっている。冷媒液Ｃｌを充分に気化できるように、プレート式熱交換器９２０のＸ軸方向の長さは、Ｌｆとなっている。 Here, before explaining the detailed structure of the heat exchange system 10, heat exchange composed of one plate type heat exchanger 920 instead of the heat exchange system including the first heat exchanger 100 and the second heat exchanger 300. The system will be described. The plate heat exchanger 920 has the same basic structure as the plate heat exchanger constituting the first heat exchanger 100, but the length of the plate heat exchanger in the X-axis direction is different. The length of the plate heat exchanger 920 in the X-axis direction is Lf so that the refrigerant liquid Cl can be sufficiently vaporized.

図２によって、対向流型のプレート式熱交換器９２０の構造を簡単に説明する。図２に示すように、プレート式熱交換器９２０のうち、溶媒の上流端を、第１端９２０ａとし、溶媒の下流端を第２端９２０ｂとする。第１端９２０ａにおいて、冷媒液Ｃｌを導入する冷媒供給路９８０が接続され、第２端９２０ｂにおいて、冷媒ガスＣｇを排出する冷媒排出路９６０が接続されている。また、第１端９２０ａにおいて、冷水Ｗｏを排出する冷水排出路９７０が接続され、第２端９２０ｂにおいて、冷水Ｗｉを導入する冷水供給路９５０が接続されている。 The structure of the countercurrent plate heat exchanger 920 will be briefly described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, in the plate heat exchanger 920, the upstream end of the solvent is the first end 920a, and the downstream end of the solvent is the second end 920b. At the first end 920a, a refrigerant supply path 980 for introducing the refrigerant liquid Cl is connected, and at the second end 920b, a refrigerant discharge path 960 for discharging the refrigerant gas Cg is connected. Further, at the first end 920a, a chilled water discharge path 970 for discharging chilled water Wo is connected, and at the second end 920b, a chilled water supply path 950 for introducing chilled water Wi is connected.

対向流型のプレート式熱交換器９２０は、複数のプレート９２１を備えている。複数のプレート９２１は、熱伝導材料で構成され、プレート両面間で熱交換可能となっている。複数のプレート９２１が互いに間隔をあけて積層配置されることによって、プレート式熱交換器９２０内部に、積層された複数の流路が形成される。さらに、冷媒と冷水とが互いに対向方向に流れるように、積層された複数の流路に対し、冷媒と冷水とが交互に流される。 The countercurrent plate heat exchanger 920 includes a plurality of plates 921. The plurality of plates 921 are made of a heat conductive material, and heat can be exchanged between both sides of the plates. By stacking the plurality of plates 921 at intervals from each other, a plurality of stacked flow paths are formed inside the plate heat exchanger 920. Further, the refrigerant and the cold water are alternately flowed through the plurality of stacked flow paths so that the refrigerant and the cold water flow in opposite directions.

複数のプレート９２１は、順にプレート９２１ａ、９２１ｂ、９２１ｃ、９２１ｄ、９２１ｅからなり、互いに間隔をあけて積層配置されている。したがって、積層配置された各プレートの間には、順に流路９２２ａｂ、流路９２２ｂｃ、流路９２２ｃｄ、流路９２２ｄｅが形成されている。図２に示すように、冷媒供給路９８０から冷媒排出路９６０に向かって、流路９２２ａｂ、流路９２２ｃｄに冷媒が流され、冷水供給路９５０から冷水排出路９７０に向かって、流路９２２ｂｃ、流路９２２ｄｅに冷水が流される。プレート式熱交換器９２０内に流される冷媒及び冷水は互いに、熱伝導材料であるプレート９２１ｂ、９２１ｃ、９２１ｄを介して熱交換が行われる。 The plurality of plates 921 are sequentially composed of plates 921a, 921b, 921c, 921d, and 921e, and are laminated and arranged at intervals from each other. Therefore, a flow path 922ab, a flow path 922bc, a flow path 922cd, and a flow path 922de are formed in this order between the stacked plates. As shown in FIG. 2, the refrigerant flows from the refrigerant supply path 980 toward the refrigerant discharge path 960 toward the flow path 922ab and the flow path 922cd, and from the cold water supply path 950 toward the cold water discharge path 970, the flow path 922bc, Cold water is flowed through the flow path 922de. The refrigerant and cold water flowing into the plate heat exchanger 920 exchange heat with each other via the heat conductive materials plates 921b, 921c, and 921d.

冷媒と冷水との熱交換に関して説明を加える。
冷媒は、第１端９２０ａに飽和液（蒸発寸前の液体）の状態で供給される。供給された冷媒は、冷媒の流れる方向ｆｃ（図２のＸ軸逆方向）に向かうに従って冷水との熱交換が進む。熱交換が進むことによって、冷媒の蒸発が進み、冷媒に含まれる冷媒ガスの割合が多くなる。 An explanation will be given regarding heat exchange between the refrigerant and cold water.
The refrigerant is supplied to the first end 920a in a saturated liquid (liquid on the verge of evaporation). The supplied refrigerant undergoes heat exchange with cold water in the direction fc (the direction opposite to the X-axis in FIG. 2) in which the refrigerant flows. As the heat exchange progresses, the refrigerant evaporates and the proportion of the refrigerant gas contained in the refrigerant increases.

流れる冷媒全体に対する気相の冷媒（冷媒ガス）の割合は、クオリティχと呼ばれ、以下の式（１）で表される。 The ratio of the gas phase refrigerant (refrigerant gas) to the entire flowing refrigerant is called quality χ and is expressed by the following equation (1).

χ＝Ｇｇ／（Ｇｇ＋Ｇｌ）＝Ｇｇ／Ｇ ・・・（１） χ = Gg / (Gg + Gl) = Gg / G ... (1)

ここで、Ｇは流れる冷媒全体の質量流量、Ｇｇは当該冷媒全体のうちの気相の冷媒の質量流量、Ｇｌは当該冷媒全体のうち液相の冷媒（冷媒液）の質量流量を表す。冷媒の蒸発が進むと、冷媒全体の質量流量Ｇのうち、気相の冷媒の質量流量Ｇｇが大きくなるため、クオリティχが大きくなり１に近づいてくる。 Here, G represents the mass flow rate of the entire flowing refrigerant, Gg represents the mass flow rate of the gas phase refrigerant in the entire refrigerant, and Gl represents the mass flow rate of the liquid phase refrigerant (refrigerant liquid) in the entire refrigerant. As the evaporation of the refrigerant progresses, the mass flow rate Gg of the gas phase refrigerant becomes larger than the mass flow rate G of the entire refrigerant, so that the quality χ becomes larger and approaches 1.

図３は、プレート式熱交換器９２０内における冷媒の流れる方向ｆｃと平行な方向（Ｘ軸方向）の各位置と、冷媒と冷水との間の熱伝達率ｈ（［Ｗ／Ｋ・ｍ２］）との関係を示したグラフである。プレート式熱交換器９２０内の冷媒は、第１端９２０ａから第２端９２０ｂに向かって蒸発が進む。蒸発が進むと流れる冷媒全体に対する気相の冷媒の割合が高くなるので、冷媒のクオリティχが大きくなる。 FIG. 3 shows the heat transfer coefficient h ([W / K · m 2 ) between each position in the plate heat exchanger 920 in the direction parallel to the flow direction fc of the refrigerant (X-axis direction) and between the refrigerant and cold water. ]) Is a graph showing the relationship with. The refrigerant in the plate heat exchanger 920 evaporates from the first end 920a to the second end 920b. As the evaporation progresses, the ratio of the gas phase refrigerant to the entire flowing refrigerant increases, so that the quality χ of the refrigerant increases.

よって、プレート式熱交換器９２０内において、冷媒のクオリティχは、第１端９２０ａから第２端９２０ｂに向かって（Ｘ軸逆方向に向かって）高くなるように分布し、第２端９２０ｂにおいて、最も高くなる。 Therefore, in the plate heat exchanger 920, the quality χ of the refrigerant is distributed so as to increase from the first end 920a toward the second end 920b (in the direction opposite to the X-axis), and at the second end 920b. , The highest.

他方、プレート式熱交換器９２０内において、第１端９２０ａからプレート式熱交換器９２０中央に向かって、熱伝達率ｈは高くなり、プレート式熱交換器９２０中央付近でピークを示す。さらに、プレート式熱交換器９２０中央から第２端９２０ｂに向かって、熱伝達率ｈは極端に減少した後、一定値に向かって漸減する。ここで、冷媒の流れの速さ、冷媒の温度、冷媒の種類（水、油等）によってピークのＸ軸方向の位置は変わる。 On the other hand, in the plate heat exchanger 920, the heat transfer coefficient h increases from the first end 920a toward the center of the plate heat exchanger 920, and peaks near the center of the plate heat exchanger 920. Further, the heat transfer coefficient h decreases extremely from the center of the plate heat exchanger 920 toward the second end 920b, and then gradually decreases toward a constant value. Here, the position of the peak in the X-axis direction changes depending on the speed of the refrigerant flow, the temperature of the refrigerant, and the type of the refrigerant (water, oil, etc.).

このとき、プレート式熱交換器９２０のうち、熱伝達率ｈがピークを示すプレート式熱交換器９２０中央から第１端９２０ａまでの領域を低クオリティ領域ＱＬとし、熱伝達率ｈがピークを示すプレート式熱交換器９２０中央から第２端９２０ｂまでの領域を高クオリティ領域ＱＨとする。 At this time, in the plate heat exchanger 920, the region from the center of the plate heat exchanger 920 to the first end 920a showing the peak is set as the low quality region QL, and the heat transfer coefficient h shows the peak. The region from the center of the plate heat exchanger 920 to the second end 920b is defined as the high quality region QH.

高クオリティ領域ＱＨにおいて、冷媒の流れる方向ｆｃに向かうほど、冷媒の蒸発は一層進み、冷媒は噴霧流の状態（気相の中に液滴が分散して存在する状態）へと変化する。冷媒が噴霧流となると、空間中の冷媒の液滴が少なくなることで、伝熱面積が小さくなったり、プレートの壁面と接触する冷媒の液滴の面積が小さくなったりすることで、伝達効率が極端に低下する。この結果、高クオリティ領域ＱＨにおいて、冷媒の熱伝達率ｈは、冷媒の流れる方向ｆｃに向かって極端に減少する。図３に、プレート式熱交換器９２０の熱伝達率曲線の変曲点Ｐｉを示す。熱伝達率ｈは変曲点Ｐｉ前後において極端に減少する。第１端９２０ａから第２端９２０ｂまでの距離をＬｆとすると、第１端９２０ａから変曲点Ｐｉ前後までの距離はＬｓとなっている。 In the high quality region QH, the evaporation of the refrigerant progresses further toward the flow direction fc of the refrigerant, and the refrigerant changes to a state of a spray flow (a state in which droplets are dispersed and exist in the gas phase). When the refrigerant becomes a spray flow, the number of droplets of the refrigerant in the space decreases, so that the heat transfer area becomes smaller, and the area of the refrigerant droplets that come into contact with the wall surface of the plate becomes smaller, resulting in transmission efficiency. Is extremely reduced. As a result, in the high quality region QH, the heat transfer coefficient h of the refrigerant extremely decreases toward the flow direction fc of the refrigerant. FIG. 3 shows the inflection point Pi of the heat transfer coefficient curve of the plate heat exchanger 920. The heat transfer coefficient h extremely decreases before and after the inflection point Pi. Assuming that the distance from the first end 920a to the second end 920b is Lf, the distance from the first end 920a to the front and back of the inflection point Pi is Ls.

また、低クオリティ領域ＱＬにおいて、噴霧流に至らない程度に冷媒の蒸発が進み、冷媒の体積流量が大きくなるため、冷媒の熱伝達率ｈは上昇する。この結果、図３のグラフに示されるように、低クオリティ領域ＱＬでは、冷媒の流れる方向ｆｃに向かって、冷媒の熱伝達率ｈは緩やかに上昇する。 Further, in the low quality region QL, the evaporation of the refrigerant proceeds to the extent that it does not reach the spray flow, and the volumetric flow rate of the refrigerant increases, so that the heat transfer coefficient h of the refrigerant increases. As a result, as shown in the graph of FIG. 3, in the low quality region QL, the heat transfer coefficient h of the refrigerant gradually increases in the direction fc in which the refrigerant flows.

特に高クオリティ領域ＱＨの熱伝達率ｈが極端に低くなった領域は、他の領域に比べて熱交換効率が劣っている。この結果、プレート式熱交換器９２０に、過剰の伝熱面積が必要となり、プレート式熱交換器９２０のサイズが大きくなってしまう。 In particular, the region where the heat transfer coefficient h in the high quality region QH is extremely low is inferior in heat exchange efficiency as compared with other regions. As a result, the plate heat exchanger 920 requires an excessive heat transfer area, and the size of the plate heat exchanger 920 becomes large.

そこで、以下の図４に示す本実施形態の熱交換システム１０の構成とすることで、プレート式熱交換器９２０の過剰の伝熱面積にわたる熱交換が必要なくなり、プレート式熱交換器９２０のＸ軸方向の長さを短くすることができる。 Therefore, by adopting the configuration of the heat exchange system 10 of the present embodiment shown in FIG. 4 below, it is not necessary to exchange heat over the excessive heat transfer area of the plate heat exchanger 920, and the X of the plate heat exchanger 920 is X. The axial length can be shortened.

本実施形態の熱交換システム１０の構造について説明する。 The structure of the heat exchange system 10 of the present embodiment will be described.

図４に示すように、本実施形態の熱交換システム１０は、第一熱交換器１００及び第二熱交換器３００を含む熱交換器２０を備える。Ａ領域において、第一熱交換器１００が設けられ、Ｂ領域において第二熱交換器３００が設けられる。 As shown in FIG. 4, the heat exchange system 10 of the present embodiment includes a heat exchanger 20 including a first heat exchanger 100 and a second heat exchanger 300. The first heat exchanger 100 is provided in the A region, and the second heat exchanger 300 is provided in the B region.

また、熱交換システム１０は、第一熱交換器１００の冷媒流路に冷媒を供給する冷媒供給部８０、第一熱交換器１００の冷水流路に冷水を供給する冷水供給部９０及び冷媒流路を通過した冷媒から気相分を分離させる気液分離部３０を備える。 Further, the heat exchange system 10 includes a refrigerant supply unit 80 that supplies refrigerant to the refrigerant flow path of the first heat exchanger 100, a cold water supply unit 90 that supplies cold water to the cold water flow path of the first heat exchanger 100, and a refrigerant flow. A gas-liquid separation unit 30 for separating the gas phase component from the refrigerant that has passed through the path is provided.

さらに、熱交換システム１０は、冷水出口７０、第一冷水排出路１７０及び第二冷水排出路３７０、ポンプ４００、第一冷媒排出路２１０、第二冷媒排出路２２０及び冷媒出口６０を備える。 Further, the heat exchange system 10 includes a chilled water outlet 70, a first chilled water discharge passage 170 and a second chilled water discharge passage 370, a pump 400, a first refrigerant discharge passage 210, a second refrigerant discharge passage 220 and a refrigerant outlet 60.

第一熱交換器１００の構造について説明する。 The structure of the first heat exchanger 100 will be described.

本実施形態において、第一熱交換器１００は、等しい間隔で積層された複数のプレート１２１を備えるプレート式熱交換器である。よって、本実施形態のプレート式熱交換器は、複数のプレートの間隔を等しくなるように構成しているので、プレート式熱交換器を組み立て部品が共通化されるために、製造工程を単純化できるとともに、生産コストを抑えることができる。複数のプレート１２１は、熱伝導材料で構成され、プレート両面間で熱交換可能となっている。 In the present embodiment, the first heat exchanger 100 is a plate heat exchanger including a plurality of plates 121 laminated at equal intervals. Therefore, since the plate heat exchanger of the present embodiment is configured so that the intervals between the plurality of plates are equal, the manufacturing process is simplified because the plate heat exchanger is assembled and the parts are shared. At the same time, the production cost can be suppressed. The plurality of plates 121 are made of a heat conductive material, and heat can be exchanged between both sides of the plates.

さらに、図２で説明した対向流型のプレート式熱交換器９２０と同様に、第一熱交換器１００は、内部に積層形成された複数の流路を備えている。熱交換システム１０は、第一熱交換器１００内部の積層形成された複数の流路に対し、冷媒と冷水とを互いに対向方向に流している。さらに、熱交換システム１０は、第一熱交換器１００内部の積層形成された複数の流路に対し、冷媒と冷水と積層方向に交互に流している。したがって、第一熱交換器１００内部に、冷媒液Ｃｌと冷水Ｗｉとが、積層方向に対して交互に流され且つ対向方向に流されることによって、第一熱交換器１００は、対向流型のプレート式熱交換器を構成している。 Further, like the countercurrent plate heat exchanger 920 described with reference to FIG. 2, the first heat exchanger 100 includes a plurality of flow paths formed in a laminated manner inside. In the heat exchange system 10, the refrigerant and the cold water flow in the opposite directions to the plurality of flow paths formed in layers inside the first heat exchanger 100. Further, the heat exchange system 10 alternately flows the refrigerant and the cold water in the stacking direction through the plurality of flow paths formed in the stack inside the first heat exchanger 100. Therefore, the refrigerant liquid Cl and the cold water Wi are alternately flowed in the stacking direction and flowed in the opposite direction inside the first heat exchanger 100, so that the first heat exchanger 100 is a countercurrent type. It constitutes a plate heat exchanger.

第一熱交換器１００の長さについて説明する。 The length of the first heat exchanger 100 will be described.

下記に説明するように、本実施形態の熱交換システム１０は、第一熱交換器１００と第二熱交換器３００の間で気液分離を行うことで、冷媒ガスＣｇ（気相成分）を排出しながら、熱交換を行っている。冷媒ガスＣｇを排出しながら熱交換を行っているので、第一熱交換器１００で充分気化する必要がない。したがって、次に示すとおり第一熱交換器１００のうち、高クオリティ領域ＱＨに対応する部分を縮小することが可能である。 As described below, the heat exchange system 10 of the present embodiment produces refrigerant gas Cg (gas phase component) by performing gas-liquid separation between the first heat exchanger 100 and the second heat exchanger 300. Heat exchange is performed while discharging. Since heat exchange is performed while discharging the refrigerant gas Cg, it is not necessary to sufficiently vaporize with the first heat exchanger 100. Therefore, as shown below, it is possible to reduce the portion of the first heat exchanger 100 corresponding to the high quality region QH.

すなわち、一つのプレート式熱交換器で冷媒液Ｃｌを充分に気化し、冷媒ガスＣｇにして排出する場合、必要なプレート式熱交換器の長さは、Ｌｆとなる。図３に示すように、高クオリティ領域ＱＨのうち、熱伝達率ｈが極端に低くなった領域は、他の領域に比べて熱交換効率が劣っており、熱交換器全体からみて有効利用できていない領域である。これに対し、本実施形態の第一熱交換器１００は、二相流状態の冷媒Ｃｍを排出するから、長さＬｆとする必要がない。よって、本実施形態の第一熱交換器１００は、高クオリティ領域ＱＨのうち、有効利用できていない領域に対応する部分を省いた構成とすることができる。プレート式熱交換器のプレートの積層数は、Ｎ１としている。 That is, when the refrigerant liquid Cl is sufficiently vaporized by one plate heat exchanger to be discharged as the refrigerant gas Cg, the required length of the plate heat exchanger is Lf. As shown in FIG. 3, among the high quality regions QH, the region where the heat transfer coefficient h is extremely low is inferior in heat exchange efficiency as compared with the other regions, and can be effectively used from the viewpoint of the entire heat exchanger. It is an area that is not. On the other hand, the first heat exchanger 100 of the present embodiment does not need to have a length Lf because it discharges the refrigerant Cm in the two-phase flow state. Therefore, the first heat exchanger 100 of the present embodiment can be configured by omitting the portion corresponding to the region that cannot be effectively used in the high quality region QH. The number of stacked plates of the plate heat exchanger is N1.

したがって、本実施形態の第一熱交換器１００の長さは、図５に示すように、Ｌｆより短いＬｓとしている。第一熱交換器１００の長さＬｓは、第一熱交換器１００の下端１００ａのＸ軸位置から、第一熱交換器１００の熱伝達率曲線の変曲点Ｐｉ前後のＸ軸位置までの距離に等しい。 Therefore, as shown in FIG. 5, the length of the first heat exchanger 100 of the present embodiment is set to Ls shorter than Lf. The length Ls of the first heat exchanger 100 is from the X-axis position of the lower end 100a of the first heat exchanger 100 to the X-axis position before and after the turning point Pi of the heat transfer coefficient curve of the first heat exchanger 100. Equal to the distance.

冷媒の経路構成について説明する。 The path configuration of the refrigerant will be described.

冷媒供給部８０は、冷媒入口４０及び第一冷媒供給路１４０を備えている。 The refrigerant supply unit 80 includes a refrigerant inlet 40 and a first refrigerant supply path 140.

熱交換システム１０で熱交換される冷媒液Ｃｌが、熱交換システム１０に導入される。熱交換システム１０に導入される冷媒液Ｃｌは、冷媒入口４０から導入される。第一冷媒供給路１４０の上流端は、冷媒入口４０に接続されている。よって、冷媒入口４０へ導入された冷媒液Ｃｌ（飽和液）は、第一冷媒供給路１４０へ導入される。第一冷媒供給路１４０の下流端は、第一熱交換器１００の下端１００ａにおいて、第一熱交換器１００へ接続されている。よって、冷媒液Ｃｌは、第一冷媒供給路１４０を介して、冷媒入口４０から第一熱交換器１００へ導入される。二相流冷媒供給路１６０の上流端は、第一熱交換器１００の上端１００ｂにおいて、第一熱交換器１００へ接続されている。よって、第一熱交換器１００は、二相流冷媒供給路１６０へ二相流状態の冷媒Ｃｍを排出する。 The refrigerant liquid Cl that is heat-exchanged by the heat exchange system 10 is introduced into the heat exchange system 10. The refrigerant liquid Cl introduced into the heat exchange system 10 is introduced from the refrigerant inlet 40. The upstream end of the first refrigerant supply path 140 is connected to the refrigerant inlet 40. Therefore, the refrigerant liquid Cl (saturated liquid) introduced into the refrigerant inlet 40 is introduced into the first refrigerant supply path 140. The downstream end of the first refrigerant supply path 140 is connected to the first heat exchanger 100 at the lower end 100a of the first heat exchanger 100. Therefore, the refrigerant liquid Cl is introduced from the refrigerant inlet 40 into the first heat exchanger 100 via the first refrigerant supply path 140. The upstream end of the two-phase flow refrigerant supply path 160 is connected to the first heat exchanger 100 at the upper end 100b of the first heat exchanger 100. Therefore, the first heat exchanger 100 discharges the refrigerant Cm in the two-phase flow state to the two-phase flow refrigerant supply path 160.

冷水の経路構成について説明する。 The route configuration of cold water will be described.

冷水供給部９０は、冷水入口５０、第一冷水供給路１５０及び第二冷水供給路３５０を備えている。 The chilled water supply unit 90 includes a chilled water inlet 50, a first chilled water supply passage 150, and a second chilled water supply passage 350.

熱交換される冷水Ｗｉが、熱交換システム１０に導入される。熱交換システム１０に導入される冷水Ｗｉは、冷水入口５０から導入される。第一冷水供給路１５０の上流端は、冷水入口５０に接続されている。よって、冷水入口５０へ導入された冷水Ｗｉは、第一冷水供給路１５０へ導入される。第二冷水供給路３５０の上流端は、冷水入口５０に接続されている。よって、冷水入口５０へ導入された冷水Ｗｉは、第二冷水供給路３５０へ導入される。
図４に示すように、冷水入口５０は、第一冷水供給路１５０の上流端及び第二冷水供給路３５０の上流端に、分岐接続されている。 The heat-exchanged cold water Wi is introduced into the heat exchange system 10. The cold water Wi introduced into the heat exchange system 10 is introduced from the cold water inlet 50. The upstream end of the first chilled water supply path 150 is connected to the chilled water inlet 50. Therefore, the cold water Wi introduced into the cold water inlet 50 is introduced into the first cold water supply path 150. The upstream end of the second chilled water supply path 350 is connected to the chilled water inlet 50. Therefore, the cold water Wi introduced into the cold water inlet 50 is introduced into the second cold water supply path 350.
As shown in FIG. 4, the chilled water inlet 50 is branched and connected to the upstream end of the first chilled water supply path 150 and the upstream end of the second chilled water supply path 350.

第一冷水供給路１５０の下流端は、第一熱交換器１００の上端１００ｂにおいて、第一熱交換器１００に分岐接続されている。よって、冷水Ｗｉは、第一冷水供給路１５０を介して、冷水入口５０から第一熱交換器１００へ導入される。第一冷水排出路１７０の上流端は、第一熱交換器１００の下端１００ａにおいて、第一熱交換器１００へ分岐接続されている。よって、冷水Ｗｏは、第一冷水排出路１７０を介して、第一熱交換器１００から排出される。 The downstream end of the first chilled water supply path 150 is branched and connected to the first heat exchanger 100 at the upper end 100b of the first heat exchanger 100. Therefore, the cold water Wi is introduced from the cold water inlet 50 to the first heat exchanger 100 via the first cold water supply path 150. The upstream end of the first chilled water discharge path 170 is branched and connected to the first heat exchanger 100 at the lower end 100a of the first heat exchanger 100. Therefore, the cold water Wo is discharged from the first heat exchanger 100 via the first cold water discharge path 170.

第二冷水供給路３５０は、下流側で複数の下流端に分岐されている。分岐した第二冷水供給路３５０の各下流端は、第二熱交換器３００の各伝熱管３１０の上流端に並列に接続されている。よって、第二冷水供給路３５０に導入された冷水Ｗｉは、第二熱交換器３００の各伝熱管３１０へ導入される。 The second chilled water supply path 350 is branched into a plurality of downstream ends on the downstream side. Each downstream end of the branched second chilled water supply path 350 is connected in parallel to the upstream end of each heat transfer tube 310 of the second heat exchanger 300. Therefore, the chilled water Wi introduced into the second chilled water supply path 350 is introduced into each heat transfer tube 310 of the second heat exchanger 300.

第二冷水排出路３７０は、下流側で複数の下流端に分岐されている。分岐した第二冷水排出路３７０の各下流端は、第二熱交換器３００の各伝熱管３１０の下流端へ並列に分岐接続されている。よって、第二熱交換器３００の各伝熱管３１０から排出された冷水Ｗｏは、第二冷水排出路３７０を介して合流され、排出される。
したがって、複数の伝熱管３１０は、冷水入口５０及び冷水出口７０に、並列に接続される。 The second chilled water discharge passage 370 is branched into a plurality of downstream ends on the downstream side. Each downstream end of the branched second chilled water discharge path 370 is branched and connected in parallel to the downstream end of each heat transfer tube 310 of the second heat exchanger 300. Therefore, the chilled water W discharged from each heat transfer tube 310 of the second heat exchanger 300 is merged and discharged through the second chilled water discharge path 370.
Therefore, the plurality of heat transfer tubes 310 are connected in parallel to the chilled water inlet 50 and the chilled water outlet 70.

冷水出口７０は、第一冷水排出路１７０の下流端及び第二冷水排出路３７０の下流端に分岐接続されている。よって、第一熱交換器１００及び第二熱交換器３００から排出された冷水Ｗｏは、第一冷水排出路１７０及び第二冷水排出路３７０を介して合流され、冷水出口７０へ排出される。 The chilled water outlet 70 is branched and connected to the downstream end of the first chilled water discharge path 170 and the downstream end of the second chilled water discharge path 370. Therefore, the cold water W discharged from the first heat exchanger 100 and the second heat exchanger 300 is merged through the first cold water discharge passage 170 and the second cold water discharge passage 370, and is discharged to the cold water outlet 70.

したがって、図４に示すとおり、熱交換システム１０に導入された冷水は、冷水入口５０から、分岐する第一冷水供給路１５０及び第二冷水供給路３５０→合流する第一冷水排出路１７０及び第二冷水排出路３７０を経由することによって、冷水を第一熱交換器１００及び第二熱交換器３００に並列的に冷水を流通させている。 Therefore, as shown in FIG. 4, the chilled water introduced into the heat exchange system 10 branches from the chilled water inlet 50 to the first chilled water supply passage 150 and the second chilled water supply passage 350 → the first chilled water discharge passage 170 and the merging. (Ii) Cold water is circulated in parallel to the first heat exchanger 100 and the second heat exchanger 300 by passing through the chilled water discharge path 370.

ここで、冷媒や冷水の経路において、第一熱交換器１００に冷媒液Ｃｌと冷水Ｗｉが供給され、第一熱交換器１００から二相流状態の冷媒Ｃｍ及び冷水Ｗｏに変換されて排出される理由について説明する。
第一熱交換器１００に導入された冷媒液Ｃｌ及び冷水Ｗｉは、第一熱交換器１００内部において、積層方向に対して交互に流され且つ対向方向に流されることによって、互いに熱交換を行う。熱交換された冷媒液Ｃｌは、冷水Ｗｉの熱を吸収して（冷水Ｗｉに加熱されて）二相流状態の冷媒Ｃｍに変換されて、第一熱交換器１００から排出される。熱交換された冷水Ｗｉは、冷媒液Ｃｌに熱を放出して（冷媒液Ｃｌに冷却されて）冷水Ｗｏとなり、第一熱交換器１００から排出される。 Here, in the path of the refrigerant and cold water, the refrigerant liquid Cl and the cold water Wi are supplied to the first heat exchanger 100, converted from the first heat exchanger 100 into the refrigerant Cm in the two-phase flow state and the cold water Wo, and discharged. The reason for this will be explained.
The refrigerant liquid Cl and the cold water Wi introduced into the first heat exchanger 100 exchange heat with each other by alternately flowing in the stacking direction and flowing in the opposite directions inside the first heat exchanger 100. .. The heat-exchanged refrigerant liquid Cl absorbs the heat of the cold water Wi (heated by the cold water Wi), converts it into the refrigerant Cm in a two-phase flow state, and discharges it from the first heat exchanger 100. The heat-exchanged cold water Wi releases heat to the refrigerant liquid Cl (cooled by the refrigerant liquid Cl) to become cold water Wo, which is discharged from the first heat exchanger 100.

また、第二熱交換器３００に冷媒液Ｃｌ及び冷水Ｗｉが供給され、第二熱交換器３００から冷媒ガスＣｇ及び冷水Ｗｏに変換されて排出される理由について説明する。
第二熱交換器３００に導入された冷媒液Ｃｌと冷水Ｗｉは、第二熱交換器３００内部において、互いに熱交換を行う。熱交換された冷媒液Ｃｌは、冷水Ｗｉの熱を吸収して（冷水Ｗｉに加熱されて）冷媒ガスＣｇに変換されて、第二熱交換器３００から排出される。熱交換された冷水Ｗｉは、冷媒液Ｃｌに熱を放出して（冷媒液Ｃｌに冷却されて）冷水Ｗｏとなり、第二熱交換器３００から排出される。 Further, the reason why the refrigerant liquid Cl and the cold water Wi are supplied to the second heat exchanger 300 and converted into the refrigerant gas Cg and the cold water Wo from the second heat exchanger 300 and discharged will be described.
The refrigerant liquid Cl and the cold water Wi introduced into the second heat exchanger 300 exchange heat with each other inside the second heat exchanger 300. The heat-exchanged refrigerant liquid Cl absorbs the heat of the cold water Wi (heated by the cold water Wi), converts it into the refrigerant gas Cg, and discharges it from the second heat exchanger 300. The heat-exchanged cold water Wi releases heat to the refrigerant liquid Cl (cooled by the refrigerant liquid Cl) to become cold water Wo, which is discharged from the second heat exchanger 300.

気液分離部３０及びその周辺の構成について説明する。 The configuration of the gas-liquid separation unit 30 and its surroundings will be described.

気液分離部３０は、二相流冷媒供給路１６０の下流端と第二冷媒供給路２４０の上流端との間に設けられる。第二冷媒供給路２４０は、下流側で複数の下流端に分岐される。分岐した第二冷媒供給路２４０の各下流端は、以下に説明する液相分導入部３２０の複数のスプレー３２０ａにそれぞれ接続される。 The gas-liquid separation unit 30 is provided between the downstream end of the two-phase flow refrigerant supply path 160 and the upstream end of the second refrigerant supply path 240. The second refrigerant supply path 240 is branched into a plurality of downstream ends on the downstream side. Each downstream end of the branched second refrigerant supply path 240 is connected to a plurality of sprays 320a of the liquid phase component introduction unit 320 described below.

したがって、気液分離部３０は、第一熱交換器１００から二相流冷媒供給路１６０へ排出された（気液相からなる）二相流状態の冷媒Ｃｍを、冷媒ガスＣｇ（気相成分）と冷媒液Ｃｌ（液相成分）とに分離する。
また、気液分離部３０で分離された冷媒液Ｃｌは、第二冷媒供給路２４０及び液相分導入部３２０を介して、第二熱交換器３００へ導入される。
さらに、気液分離部３０で分離された冷媒ガスＣｇは、冷媒出口６０へ接続される第一冷媒排出路２１０を介して、冷媒出口６０へ排出される。 Therefore, the gas-liquid separation unit 30 transfers the refrigerant Cm in the two-phase flow state (consisting of the gas-liquid phase) discharged from the first heat exchanger 100 to the two-phase flow refrigerant supply path 160 into the refrigerant gas Cg (gas phase component). ) And the refrigerant liquid Cl (liquid phase component).
Further, the refrigerant liquid Cl separated by the gas-liquid separation unit 30 is introduced into the second heat exchanger 300 via the second refrigerant supply path 240 and the liquid phase component introduction unit 320.
Further, the refrigerant gas Cg separated by the gas-liquid separation unit 30 is discharged to the refrigerant outlet 60 via the first refrigerant discharge path 210 connected to the refrigerant outlet 60.

したがって、本実施形態の熱交換システム１０は、第一熱交換器１００と第二熱交換器３００の間で気液分離を行い、冷媒ガスＣｇ（気相成分）を排出しながら、熱交換を行っている。 Therefore, the heat exchange system 10 of the present embodiment performs gas-liquid separation between the first heat exchanger 100 and the second heat exchanger 300, and heat exchange is performed while discharging the refrigerant gas Cg (gas phase component). Is going.

第二熱交換器３００及びその周辺の構造について説明する。 The structure of the second heat exchanger 300 and its surroundings will be described.

第二熱交換器３００は、中空の空間Ｓｓを有しており、熱交換されて蒸発した冷媒ガスＣｇを空間Ｓｓに保持できるように密封構造を構成している。 The second heat exchanger 300 has a hollow space Ss, and has a sealed structure so that the refrigerant gas Cg that has been heat exchanged and evaporated can be held in the space Ss.

第二冷媒排出路２２０の上流端は、空間Ｓｓと流通するように第二熱交換器３００に接続され、第二冷媒排出路２２０の下流端は、冷媒出口６０に接続される。よって、第二熱交換器３００の空間Ｓｓに保持された冷媒ガスＣｇは、第二冷媒排出路２２０を介して、冷媒出口６０へ排出される。 The upstream end of the second refrigerant discharge path 220 is connected to the second heat exchanger 300 so as to circulate with the space Ss, and the downstream end of the second refrigerant discharge path 220 is connected to the refrigerant outlet 60. Therefore, the refrigerant gas Cg held in the space Ss of the second heat exchanger 300 is discharged to the refrigerant outlet 60 via the second refrigerant discharge path 220.

第二熱交換器３００は、空間Ｓｓに複数の伝熱管３１０で形成された複数の流路を備えている。第二熱交換器３００に供給される冷水Ｗｉは、伝熱管３１０内に流される。また第二熱交換器３００は、上方に液相分導入部３２０を備え、複数の伝熱管３１０の外周表面に冷媒液Ｃｌを供給している。 The second heat exchanger 300 includes a plurality of flow paths formed by a plurality of heat transfer tubes 310 in the space Ss. The cold water Wi supplied to the second heat exchanger 300 is flowed into the heat transfer tube 310. Further, the second heat exchanger 300 is provided with a liquid phase component introduction unit 320 above, and supplies the refrigerant liquid Cl to the outer peripheral surfaces of the plurality of heat transfer tubes 310.

本実施形態において、液相分導入部３２０は、散布部として複数のスプレー３２０ａを備える。各スプレー３２０ａは、第二熱交換器３００内部の複数の伝熱管３１０に向かって冷媒液Ｃｌを散布する。散布された冷媒液Ｃｌは、複数の伝熱管３１０の外周表面に接触する。 In the present embodiment, the liquid phase component introduction unit 320 includes a plurality of sprays 320a as spraying units. Each spray 320a sprays the refrigerant liquid Cl toward the plurality of heat transfer tubes 310 inside the second heat exchanger 300. The sprayed refrigerant liquid Cl comes into contact with the outer peripheral surfaces of the plurality of heat transfer tubes 310.

複数の伝熱管３１０は、熱伝導材料で構成され、伝熱管３１０の外周表面と伝熱管３１０内との間で熱交換可能となっている。よって、散布された冷媒液Ｃｌを複数の伝熱管３１０の外周表面に接触させることによって、第二熱交換器３００は、伝熱管３１０表面に供給される冷媒液Ｃｌと伝熱管３１０内に流される冷水Ｗｉとの間で互いに熱交換を行う。 The plurality of heat transfer tubes 310 are made of a heat conductive material, and heat can be exchanged between the outer peripheral surface of the heat transfer tube 310 and the inside of the heat transfer tube 310. Therefore, by bringing the sprayed refrigerant liquid Cl into contact with the outer peripheral surfaces of the plurality of heat transfer tubes 310, the second heat exchanger 300 is flowed into the refrigerant liquid Cl supplied to the surface of the heat transfer tube 310 and the heat transfer tube 310. Heat exchanges with the cold water Wi.

各伝熱管３１０は、図４、図６に示すように、Ｙ軸方向（水平方向）に管軸が延びるように配置される。複数の伝熱管３１０は、ＸＺ平面視において、互いに上下及び左右（Ｘ軸方向及びＺ軸方向）について格子状に並べられる。本実施形態では、図４、図６に示すように、上下に７段、左右に３列、計２１本の伝熱管３１０が、格子状に並べられている。 As shown in FIGS. 4 and 6, each heat transfer tube 310 is arranged so that the tube axis extends in the Y-axis direction (horizontal direction). The plurality of heat transfer tubes 310 are arranged in a grid pattern in the vertical and horizontal directions (X-axis direction and Z-axis direction) with respect to each other in the XZ plan view. In this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 6, a total of 21 heat transfer tubes 310 are arranged in a grid pattern, with 7 steps in the vertical direction and 3 rows in the left and right.

ポンプ４００及びその周辺の構造について説明する。 The structure of the pump 400 and its surroundings will be described.

ポンプ４００は、第二熱交換器３００の下方に設置される。 The pump 400 is installed below the second heat exchanger 300.

ポンプ４００の上流は、ポンプ供給流路４０１の下流端に接続され、ポンプ４００の下流は、ポンプ排出流路４０２の上流端に接続される。ポンプ供給流路４０１の上流端は、空間Ｓｓと流通するように第二熱交換器３００の下部に接続される。ポンプ排出流路４０２の下流端は、図４に示すように、第二冷媒供給路２４０の下流側における分岐箇所より上流側で、第二冷媒供給路２４０に接続される。 The upstream of the pump 400 is connected to the downstream end of the pump supply flow path 401, and the downstream of the pump 400 is connected to the upstream end of the pump discharge flow path 402. The upstream end of the pump supply flow path 401 is connected to the lower part of the second heat exchanger 300 so as to circulate with the space Ss. As shown in FIG. 4, the downstream end of the pump discharge flow path 402 is connected to the second refrigerant supply path 240 on the upstream side of the branch point on the downstream side of the second refrigerant supply path 240.

よって、ポンプ４００は、ポンプ供給流路４０１及びポンプ排出流路４０２を介して、第二熱交換器の下部に溜まった冷媒液Ｃｌを揚液し、第二冷媒供給路２４０に供給する。第二冷媒供給路２４０に供給された冷媒液Ｃｌは、液相分導入部３２０を介して、第二熱交換器３００内部へ再度導入される。したがって、揚液された冷媒液Ｃｌは、第二冷媒供給路２４０に再度供給されることによって、複数の伝熱管３１０に再度接触する。 Therefore, the pump 400 pumps the refrigerant liquid Cl accumulated in the lower part of the second heat exchanger through the pump supply flow path 401 and the pump discharge flow path 402, and supplies the refrigerant liquid Cl to the second refrigerant supply passage 240. The refrigerant liquid Cl supplied to the second refrigerant supply path 240 is reintroduced into the second heat exchanger 300 via the liquid phase component introduction unit 320. Therefore, the pumped refrigerant liquid Cl is re-supplied to the second refrigerant supply path 240 to come into contact with the plurality of heat transfer tubes 310 again.

第二熱交換器３００の作用について説明する。 The operation of the second heat exchanger 300 will be described.

第二冷媒供給路２４０を介して液相分導入部３２０に導入された冷媒液Ｃｌは、複数のスプレー３２０ａによって、複数の伝熱管３１０に向かって散布される。複数のスプレー３２０ａは、複数の伝熱管３１０のうち、最上段の３本の伝熱管３１０ａの外周表面に向かって冷媒液Ｃｌを散布する。 The refrigerant liquid Cl introduced into the liquid phase component introduction unit 320 via the second refrigerant supply path 240 is sprayed toward the plurality of heat transfer tubes 310 by the plurality of sprays 320a. The plurality of sprays 320a spray the refrigerant liquid Cl toward the outer peripheral surface of the uppermost three heat transfer tubes 310a among the plurality of heat transfer tubes 310.

伝熱管３１０ａに散布された冷媒液Ｃｌは、伝熱管３１０ａの外周表面を伝いながら、下方の伝熱管３１０ｂへ流れ落ちる。下方の伝熱管３１０ｂへ流れ落ちた冷媒液Ｃｌは、伝熱管３１０ｂの外周表面を伝いながら、さらに次の下方の伝熱管へ流れ落ちる。 The refrigerant liquid Cl sprayed on the heat transfer tube 310a flows down to the lower heat transfer tube 310b while traveling along the outer peripheral surface of the heat transfer tube 310a. The refrigerant liquid Cl that has flowed down to the lower heat transfer tube 310b flows down to the next lower heat transfer tube while traveling along the outer peripheral surface of the heat transfer tube 310b.

伝熱管３１０に充分な冷媒液Ｃｌを散布することによって、最上段から最下段の伝熱管３１０にわたって、冷媒液Ｃｌは途切れることなく流れ落ちる。途切れることなく流れ落ちる冷媒液Ｃｌは、上下方向及び伝熱管３１０の管軸方向に広がる面（ＸＹ平面）を有する液膜Ｃｓｔとなる。液膜Ｃｓｔは、伝熱管３１０の各列に形成される。本実施形態では３列の伝熱管３１０に対応して、３枚の液膜Ｃｓｔが形成される。 By spraying a sufficient amount of the refrigerant liquid Cl on the heat transfer tube 310, the refrigerant liquid Cl flows down from the uppermost stage to the lowermost stage of the heat transfer tube 310 without interruption. The refrigerant liquid Cl that flows down without interruption becomes a liquid film Cst having a surface (XY plane) that spreads in the vertical direction and in the tube axis direction of the heat transfer tube 310. The liquid film Cst is formed in each row of the heat transfer tube 310. In this embodiment, three liquid film Csts are formed corresponding to the three rows of heat transfer tubes 310.

液膜Ｃｓｔが形成されるように冷媒液Ｃｌを充分に散布することによって、伝熱管３１０の外周のほぼ全周にわたって冷媒液Ｃｌが接触する。伝熱管３１０の外周のほぼ全周にわたって冷媒液Ｃｌを接触させれば、伝熱管３１０の外周のほぼ全周で熱交換を行うことができので、高効率な熱交換が可能となる。 By sufficiently spraying the refrigerant liquid Cl so that the liquid film Cst is formed, the refrigerant liquid Cl comes into contact with the entire circumference of the heat transfer tube 310. If the refrigerant liquid Cl is brought into contact with the refrigerant liquid Cl over almost the entire circumference of the heat transfer tube 310, heat exchange can be performed over almost the entire circumference of the heat transfer tube 310, so that highly efficient heat exchange is possible.

各伝熱管３１０の外周表面を伝う冷媒液Ｃｌの一部は、熱交換によって蒸発し気化して冷媒ガスＣｇとなる。気化した冷媒ガスＣｇは、空間Ｓｓに保持されつつ、第二冷媒排出路２２０を介して、冷媒出口６０へ排出される。 A part of the refrigerant liquid Cl that travels on the outer peripheral surface of each heat transfer tube 310 evaporates and vaporizes by heat exchange to become the refrigerant gas Cg. The vaporized refrigerant gas Cg is discharged to the refrigerant outlet 60 via the second refrigerant discharge path 220 while being held in the space Ss.

したがって、第二熱交換器３００は、液膜式熱交換器として作用する。 Therefore, the second heat exchanger 300 acts as a liquid film heat exchanger.

冷媒液Ｃｌは、最下段の伝熱管３１０から第二熱交換器３００の下部に流れ落ちる程度に多めに散布する。第二熱交換器３００の下部に流れ落ちた冷媒液Ｃｌは、第二熱交換器３００の下部に溜められる。溜められた冷媒液Ｃｌは、ポンプ４００によって揚液し、複数の伝熱管３１０に再度接触させる。 The refrigerant liquid Cl is sprayed in a large amount so as to flow down from the lowermost heat transfer tube 310 to the lower part of the second heat exchanger 300. The refrigerant liquid Cl that has flowed down to the lower part of the second heat exchanger 300 is stored in the lower part of the second heat exchanger 300. The stored refrigerant liquid Cl is pumped by the pump 400 and brought into contact with the plurality of heat transfer tubes 310 again.

したがって、第二熱交換器３００の下部に流れ落ちた冷媒液Ｃｌを再利用するため、冷媒液Ｃｌを有効に利用することができる。 Therefore, since the refrigerant liquid Cl that has flowed down to the lower part of the second heat exchanger 300 is reused, the refrigerant liquid Cl can be effectively used.

図４に示すように、散布する冷媒液Ｃｌを適切に微調整することによって、最下段の伝熱管３１０で冷媒液Ｃｌが全て蒸発し、最下段の伝熱管３１０から流れ落ちる冷媒液Ｃｌがないように構成してもよい。この場合、ポンプ４００を設ける必要がなくなる。 As shown in FIG. 4, by appropriately fine-tuning the refrigerant liquid Cl to be sprayed, all the refrigerant liquid Cl evaporates in the lowermost heat transfer tube 310 so that there is no refrigerant liquid Cl flowing down from the lowermost heat transfer tube 310. It may be configured as. In this case, it is not necessary to provide the pump 400.

以上のとおり、本実施形態では、第一熱交換器１００のプレート式熱交換器のＸ軸方向の長さを短くすることができる。また、本実施形態では、第一熱交換器１００が気相化できなかった冷媒液だけを第二熱交換器３００で気相化するので、伝熱管３１０の本数が減らせることができ、第二熱交換器３００の規模を小さくすることもできる。規模が大きくなると伝熱管３１０の本数が増えてコストがかかる。このような伝熱管式熱交換器にとって、第二熱交換器３００の規模を小さくすることができることは有効である。
したがって、本実施形態では、第一熱交換器１００と第二熱交換器３００を組み合わせることによって、第一熱交換器１００のＸ軸方向の長さを短くすることができると共に、第二熱交換器３００に規模を小さくできる。 As described above, in the present embodiment, the length of the plate heat exchanger of the first heat exchanger 100 in the X-axis direction can be shortened. Further, in the present embodiment, since only the refrigerant liquid that could not be vaporized by the first heat exchanger 100 is vaporized by the second heat exchanger 300, the number of heat transfer tubes 310 can be reduced. The scale of the diheat exchanger 300 can also be reduced. As the scale increases, the number of heat transfer tubes 310 increases, which increases the cost. For such a heat transfer tube type heat exchanger, it is effective that the scale of the second heat exchanger 300 can be reduced.
Therefore, in the present embodiment, by combining the first heat exchanger 100 and the second heat exchanger 300, the length of the first heat exchanger 100 in the X-axis direction can be shortened, and the second heat exchange can be performed. The scale can be reduced to the vessel 300.

さらに、本実施形態では、第一熱交換器１００から排出された二相流状態の冷媒Ｃｍから冷媒ガスＣｇを分離した冷媒液Ｃｌ、すなわち飽和液を、第二熱交換器３００の冷媒に利用している。したがって、飽和液からなる冷媒液Ｃｌを第二熱交換器３００に導入できるので、効率のよい熱交換が可能であるという相乗効果も有する。 Further, in the present embodiment, the refrigerant liquid Cl obtained by separating the refrigerant gas Cg from the two-phase flow state refrigerant Cm discharged from the first heat exchanger 100, that is, the saturated liquid is used as the refrigerant of the second heat exchanger 300. doing. Therefore, since the refrigerant liquid Cl composed of the saturated liquid can be introduced into the second heat exchanger 300, there is also a synergistic effect that efficient heat exchange is possible.

「第二実施形態」
本発明に係る熱交換システムの第二実施形態について、図７を参照して説明する。 "Second embodiment"
A second embodiment of the heat exchange system according to the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態の熱交換システム１０´の構造は、第一実施形態の構造と基本的に同じであるが、液膜式熱交換器と満液式熱交換器を併用している点で異なる。その他の構成については第一実施形態と同様である。 The structure of the heat exchange system 10'of this embodiment is basically the same as that of the first embodiment, except that a liquid film heat exchanger and a full liquid heat exchanger are used in combination. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

図７に示すように、本実施形態の熱交換システム１０´の第二熱交換器３００´は、液膜式熱交換器３０１´及び満液式熱交換器３０２´を備える。第二熱交換器３００´のＢ領域において、液膜式熱交換器３０１´が設けられ、第二熱交換器３００´のＣ領域において、満液式熱交換器３０２´が設けられる。 As shown in FIG. 7, the second heat exchanger 300 ′ of the heat exchange system 10 ′ of the present embodiment includes a liquid film heat exchanger 301 ′ and a full liquid heat exchanger 302 ′. A liquid film heat exchanger 301'is provided in the B region of the second heat exchanger 300', and a full liquid heat exchanger 302'is provided in the C region of the second heat exchanger 300'.

液膜式熱交換器３０１´は、Ｂ領域において、第一実施形態と同様に、伝熱管３１０の各列に液膜Ｃｓｔを形成している。 In the liquid film type heat exchanger 301', a liquid film Cst is formed in each row of the heat transfer tubes 310 in the B region as in the first embodiment.

満液式熱交換器３０２´は、少なくとも四つの側面（ＸＹ側面及びＺＸ側面）及び下面が閉塞された冷媒貯留部３０２ａ´を備えている。冷媒貯留部３０２ａ´は、四つの側面及び下面が閉塞されたＣ領域を内部に形成しており、Ｃ領域に冷媒液Ｃｌが溜めることができるように構成されている。Ｃ領域には、複数の伝熱管３１０の一部が設けられており、本実施形態の場合、上下に４段、左右に３段、計１２本の伝熱管３１０が設けられている。 The full-liquid heat exchanger 302 ′ includes at least four side surfaces (XY side surface and ZX side surface) and a refrigerant storage portion 302 a ′ whose lower surface is closed. The refrigerant storage unit 302a ′ has a C region in which the four side surfaces and the lower surface are closed, and is configured so that the refrigerant liquid Cl can be stored in the C region. A part of a plurality of heat transfer tubes 310 is provided in the C region, and in the case of the present embodiment, a total of 12 heat transfer tubes 310 are provided, four stages vertically and three stages horizontally.

液膜Ｃｓｔから流れ落ちた冷媒液Ｃｌは、満液式熱交換器３０２´のＣ領域に溜まる。Ｃ領域の伝熱管３１０が、溜まった冷媒液Ｃｌに浸かることによって、溜まった冷媒液Ｃｌは、Ｃ領域の伝熱管３１０の外周表面と接触する。したがって、Ｃ領域の伝熱管３１０表面と接触する冷媒液Ｃｌと伝熱管３１０内に流される冷水Ｗｉとの間で互いに熱交換を行う。 The refrigerant liquid Cl that has flowed down from the liquid film Cst collects in the C region of the full-liquid heat exchanger 302 ′. When the heat transfer tube 310 in the C region is immersed in the accumulated refrigerant liquid Cl, the accumulated refrigerant liquid Cl comes into contact with the outer peripheral surface of the heat transfer tube 310 in the C region. Therefore, the refrigerant liquid Cl in contact with the surface of the heat transfer tube 310 in the C region and the cold water Wi flowing in the heat transfer tube 310 exchange heat with each other.

本実施形態では、プレート式熱交換器に液膜式熱交換器及び満液式熱交換器を組み合わせた熱交換システムを構成することができ、最適な面積、体積、規模に合わせた熱交換システムを提供することができる。 In the present embodiment, a heat exchange system in which a plate type heat exchanger is combined with a liquid film type heat exchanger and a full liquid type heat exchanger can be configured, and a heat exchange system suitable for an optimum area, volume, and scale can be configured. Can be provided.

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the above embodiments, and design changes and the like within a range not deviating from the gist of the present invention are also included.

本実施形態では、第一熱交換器１００の複数のプレート１２１は、等しい間隔で積層されているが、組み立て部品の共通化、製造工程の単純化が重要でないときは、等しい間隔でなくても構わない。
また、第一熱交換器１００の複数のプレート１２１について、冷水流路のプレートの間隔と、冷媒流路のプレートの間隔は、それぞれ異なってもよい。 In the present embodiment, the plurality of plates 121 of the first heat exchanger 100 are laminated at equal intervals, but when common assembly parts and simplification of the manufacturing process are not important, they do not have to be at equal intervals. I do not care.
Further, with respect to the plurality of plates 121 of the first heat exchanger 100, the spacing between the plates in the chilled water flow path and the spacing between the plates in the refrigerant flow path may be different from each other.

本実施形態は、第一熱交換器及び第二熱交換器に対して、同じ冷水入口５０から並列に冷水を供給しているが、第一熱交換器１００及び第二熱交換器それぞれに、異なる冷水源から個別に冷水を供給しても構わない。 In this embodiment, cold water is supplied in parallel to the first heat exchanger and the second heat exchanger from the same chilled water inlet 50, but the first heat exchanger 100 and the second heat exchanger are supplied with cold water in parallel. Cold water may be supplied individually from different cold water sources.

各伝熱管３１０に配置するスプレー３２０ａは、１つでもよい。さらに各伝熱管３１０に配置するスプレー３２０ａは、管軸方向に複数並べてもよい。管軸方向に複数並べれば、伝熱管３１０の外周表面を有効利用することができる。 The number of sprays 320a arranged in each heat transfer tube 310 may be one. Further, a plurality of sprays 320a arranged in each heat transfer tube 310 may be arranged in the tube axis direction. By arranging a plurality of heat transfer tubes 310 in the axial direction, the outer peripheral surface of the heat transfer tube 310 can be effectively used.

本実施形態は、複数のスプレー３２０ａによって伝熱管に冷媒液Ｃｌを散布したが、伝熱管表面に冷媒液Ｃｌを均等に供給できるなら、散布部としてシャワーやスプリンクラーを設けることによって、冷媒液Ｃｌを散布してもよい。さらに、伝熱管表面に冷媒液Ｃｌを均等に供給できるなら、配管の端部又は配管側面の開口から冷媒液Ｃｌの液滴を滴下させることによって、伝熱管表面に冷媒液Ｃｌを供給してもよい。 In the present embodiment, the refrigerant liquid Cl is sprayed on the heat transfer tube by a plurality of sprays 320a, but if the refrigerant liquid Cl can be evenly supplied to the surface of the heat transfer tube, the refrigerant liquid Cl is provided by providing a shower or a sprinkler as a spraying portion. It may be sprayed. Further, if the refrigerant liquid Cl can be evenly supplied to the surface of the heat transfer tube, the refrigerant liquid Cl can be supplied to the surface of the heat transfer tube by dropping droplets of the refrigerant liquid Cl from the end of the pipe or the opening on the side surface of the pipe. Good.

第二実施形態において、液膜式熱交換器３０１´及び満液式熱交換器３０２´を備える第二熱交換器３００´を用いたが、全ての伝熱管を冷媒液Ｃｌに浸からせる構成とすることによって、第二熱交換器を満液式熱交換器だけで構成しても構わない。 In the second embodiment, the second heat exchanger 300 ′ including the liquid film type heat exchanger 301 ′ and the full liquid heat exchanger 302 ′ was used, but all the heat transfer tubes are immersed in the refrigerant liquid Cl. Therefore, the second heat exchanger may be composed of only a full-liquid heat exchanger.

各冷媒導入路、冷媒排出路、冷水導入路及び冷水排出路と各熱交換器との分岐接続について、実施形態では、図４、図７に示すように、各プレート式熱交換器の外部で分岐して接続しているが、各プレート式熱交換器の外部で分岐せず接続し、各熱交換器の内部で分岐するものであってもよい。 Regarding the branch connection between each refrigerant introduction path, refrigerant discharge path, chilled water introduction path, and chilled water discharge path and each heat exchanger, in the embodiment, as shown in FIGS. 4 and 7, outside each plate heat exchanger. Although it is branched and connected, it may be connected without branching outside each plate heat exchanger and branched inside each heat exchanger.

本実施形態では、複数の伝熱管３１０を上下に７段、左右に３列、計２１本並べているが、上下や左右にどのような本数で並べてもよい。 In the present embodiment, a plurality of heat transfer tubes 310 are arranged in 7 stages vertically and 3 rows horizontally, for a total of 21 tubes, but any number of heat transfer tubes 310 may be arranged vertically or horizontally.

各伝熱管３１０は、Ｙ軸方向に管軸を向けて配置しているが、ＹＺ平面に沿う方向であればどのような方向でもよく、例えばＺ軸方向に管軸を向けて配置してもよい。この場合、複数の伝熱管は、ＸＹ平面視において、互いに上下及び左右の格子状に並べると、複数の伝熱管の外周表面を有効利用できる。 Each heat transfer tube 310 is arranged so that the tube axis is directed in the Y-axis direction, but it may be arranged in any direction as long as it is in the direction along the YZ plane. Good. In this case, if the plurality of heat transfer tubes are arranged in a grid pattern on the top, bottom, left, and right of each other in the XY plan view, the outer peripheral surfaces of the plurality of heat transfer tubes can be effectively used.

本実施形態では、第一熱交換器１００の長さを、プレート式熱交換器の熱伝達率曲線の変曲点Ｐｉ前後のＸ位置に対応させてＬｓとしたが、少なくともプレート式熱交換器の下端１００ａのＸ位置から、熱伝達率曲線のピークのＸ位置を超える長さであればどのような長さでも構わない。第一熱交換器１００の長さを短くすればするほど、第一熱交換器１００の過剰な伝熱面積を減らすことができ、第一熱交換器１００の長さを長くすればするほど、第一熱交換器１００の積層数を減らすことができる。また第一熱交換器１００の長さを長くすればするほど、第二熱交換器３００での熱変換の負担を減らすこともできる。 In the present embodiment, the length of the first heat exchanger 100 is set to Ls corresponding to the X position before and after the turning point Pi of the heat transfer coefficient curve of the plate heat exchanger, but at least the plate heat exchanger Any length may be used as long as it exceeds the X position of the peak of the heat transfer coefficient curve from the X position of the lower end 100a of. The shorter the length of the first heat exchanger 100, the less the excess heat transfer area of the first heat exchanger 100, and the longer the length of the first heat exchanger 100, the more. The number of layers of the first heat exchanger 100 can be reduced. Further, as the length of the first heat exchanger 100 is increased, the burden of heat conversion in the second heat exchanger 300 can be reduced.

本実施形態の第一熱交換器のプレート及び第二熱交換器の伝熱管で用いる熱伝導材料としては、アルミニウム、グラファイト、銅、セラミックス等、どのような材料でも構わない。 The heat conductive material used in the plate of the first heat exchanger and the heat transfer tube of the second heat exchanger of the present embodiment may be any material such as aluminum, graphite, copper, and ceramics.

本実施形態の冷媒としては、アンモニア、ＨＦＣ等、どのような冷媒を用いてもよい。 As the refrigerant of the present embodiment, any refrigerant such as ammonia and HFC may be used.

本実施形態は、冷水を冷却する装置であるが、常温水、温水等を冷却する装置に適用してもよいし、油を冷却する装置に適用してもよい。 Although the present embodiment is a device for cooling cold water, it may be applied to a device for cooling normal temperature water, hot water, or the like, or it may be applied to a device for cooling oil.

気液分離部としては、重力分離方式、遠心分離方式、フィルタ方式等、様々なものを用いることができる。 As the gas-liquid separation unit, various methods such as a gravity separation method, a centrifugation method, and a filter method can be used.

第一熱交換器で用いるプレート式熱交換器は、対向型に限らず、冷媒が流通する冷媒流路と冷水が流通する冷水流路とが直交配置する直交型でも構わない。さらに、直交配置に限らず、冷媒が流通する冷媒流路と冷水が流通する冷水流路とが交差する配置であれば、どのような角度で交差しても構わない。 The plate type heat exchanger used in the first heat exchanger is not limited to the opposed type, and may be an orthogonal type in which the refrigerant flow path through which the refrigerant flows and the chilled water flow path through which the cold water flows are arranged orthogonally. Further, the arrangement is not limited to the orthogonal arrangement, and any angle may be used as long as the refrigerant flow path through which the refrigerant flows and the cold water flow path through which the cold water flows intersect.

第一熱交換器で用いるプレート式熱交換器は、プレートにプレートフィンを用いることによって、プレート表面に伝熱促進効果のあるプレートフィン熱交換器としてもよい。プレートフィン熱交換器とすることで、伝熱性能を向上し、熱交換器の小型化を図ることが可能となる。 The plate type heat exchanger used in the first heat exchanger may be a plate fin heat exchanger having a heat transfer promoting effect on the plate surface by using plate fins on the plate. By using a plate fin heat exchanger, it is possible to improve the heat transfer performance and reduce the size of the heat exchanger.

第二熱交換器で用いる伝熱管は、内面、外面、又は内外面に伝熱促進構造のある伝熱管を採用してもよい。伝熱促進構造のある伝熱管を採用することで、伝熱性能を向上し、熱交換器の小型化を図ることが可能となる。 As the heat transfer tube used in the second heat exchanger, a heat transfer tube having a heat transfer promoting structure on the inner surface, the outer surface, or the inner and outer surfaces may be adopted. By adopting a heat transfer tube having a heat transfer promoting structure, it is possible to improve the heat transfer performance and reduce the size of the heat exchanger.

１０：熱交換システム
２０：熱交換器
３０：気液分離部
４０：冷媒入口
５０：冷水入口
６０：冷媒出口
７０：冷水出口
８０：冷媒供給部
９０：冷水供給部
１００：第一熱交換器
１００ａ：下端
１００ｂ：上端
１２１：複数のプレート
１４０：第一冷媒供給路
１５０：第一冷水供給路
１６０：二相流冷媒供給路
１７０：第一冷水排出路
２１０：第一冷媒排出路
２２０：第二冷媒排出路
２４０：第二冷媒供給路
３００：第二熱交換器
３００´：第二熱交換器
３０１：液膜式熱交換器
３０１´：液膜式熱交換器
３０２´：満液式熱交換器
３０２ａ´：冷媒貯留部
３１０：伝熱管
３１０ａ：伝熱管
３１０ｂ：伝熱管
３２０：液相分導入部
３２０ａ：スプレー
３５０：第二冷水供給路
３７０：第二冷水排出路
４００：ポンプ
４０１：ポンプ供給流路
４０２：ポンプ排出流路
９２０：プレート式熱交換器
９２０ａ：第１端
９２０ｂ：第２端
９２１：複数のプレート
９２１ａ：プレート
９２１ｂ：プレート
９２１ｃ：プレート
９２１ｄ：プレート
９２１ｅ：プレート
９２２ａｂ：流路
９２２ｂｃ：流路
９２２ｃｄ：流路
９２２ｄｅ：流路
９５０：冷水供給路
９６０：冷媒排出路
９７０：冷水排出路
９８０：冷媒供給路
Ｃｇ：冷媒ガス
Ｃｌ：冷媒液
Ｃｍ：二相流状態の冷媒
Ｃｓｔ：液膜
ｆｃ：冷媒の流れる方向
ｈ：熱伝達率
Ｐｉ：変曲点
ＱＨ：高クオリティ領域
ＱＬ：低クオリティ領域
Ｓｓ：空間
Ｗｉ：冷水
Ｗｏ：冷水 10: Heat exchange system 20: Heat exchanger 30: Gas-liquid separator 40: Refrigerant inlet 50: Cold water inlet 60: Refrigerant outlet 70: Cold water outlet 80: Refrigerant supply unit 90: Cold water supply unit 100: First heat exchanger 100a : Lower end 100b: Upper end 121: Multiple plates 140: First refrigerant supply path 150: First chilled water supply path 160: Two-phase flow refrigerant supply path 170: First chilled water discharge path 210: First refrigerant discharge path 220: Second Refrigerant discharge path 240: Second refrigerant supply path 300: Second heat exchanger 300': Second heat exchanger 301: Liquid film heat exchanger 301': Liquid film heat exchanger 302': Full liquid heat exchange Vessel 302a': Refrigerant storage unit 310: Heat transfer tube 310a: Heat transfer tube 310b: Heat transfer tube 320: Liquid phase component introduction unit 320a: Spray 350: Second chilled water supply path 370: Second chilled water discharge path 400: Pump 401: Pump supply Flow path 402: Pump discharge flow path 920: Plate heat exchanger 920a: First end 920b: Second end 921: Multiple plates 921a: Plate 921b: Plate 921c: Plate 921d: Plate 921e: Plate 922ab: Flow path 922bc : Flow path 922cd: Flow path 922de: Flow path 950: Cold water supply path 960: Refrigerant discharge path 970: Cold water discharge path 980: Refrigerant supply path Cg: Refrigerant gas Cl: Refrigerant liquid Cm: Refrigerant in a two-phase flow state Cst: Liquid Film fc: Refrigerant flow direction h: Heat transfer rate Pi: Curved point QH: High quality region QL: Low quality region Ss: Space Wi: Cold water Wo: Cold water

Claims (7)

互いに間隔をあけて積層配置された複数のプレートを有し、前記複数のプレートによって、第一冷媒が流通する第一冷媒流路と第二冷媒が流通する第二冷媒流路とが形成されたプレート式熱交換器と、
前記プレート式熱交換器の前記第一冷媒流路に前記第一冷媒を供給する第一冷媒供給部と、
前記プレート式熱交換器の前記第二冷媒流路に前記第二冷媒を供給する第二冷媒供給部と、
前記第一冷媒流路を通過した前記第一冷媒から気相分を分離させる気液分離部と、
前記気液分離部を通過した前記第一冷媒の液相分が接触する伝熱管を有する液膜式熱交換器と、
を備える熱交換システム。 It has a plurality of plates stacked and arranged at intervals from each other, and the plurality of plates form a first refrigerant flow path through which the first refrigerant flows and a second refrigerant flow path through which the second refrigerant flows. With a plate heat exchanger,
A first refrigerant supply unit that supplies the first refrigerant to the first refrigerant flow path of the plate heat exchanger,
A second refrigerant supply unit that supplies the second refrigerant to the second refrigerant flow path of the plate heat exchanger,
A gas-liquid separation unit that separates the gas phase component from the first refrigerant that has passed through the first refrigerant flow path.
A liquid film heat exchanger having a heat transfer tube with which the liquid phase components of the first refrigerant that have passed through the gas-liquid separation portion come into contact with each other.
A heat exchange system equipped with. 前記プレート式熱交換器の上方に配置され、前記プレート式熱交換器から前記気液分離部へ前記第一冷媒流路を通過した前記第一冷媒を流通する二相流冷媒供給部と、
前記液膜式熱交換器の上方に配置され、前記液膜式熱交換器に前記液相分を供給する液相分供給部と、
をさらに備えた請求項１に記載の熱交換システム。 A two-phase flow refrigerant supply unit that is arranged above the plate heat exchanger and that circulates the first refrigerant that has passed through the first refrigerant flow path from the plate heat exchanger to the gas-liquid separation unit.
A liquid phase component supply unit that is arranged above the liquid film heat exchanger and supplies the liquid phase component to the liquid film heat exchanger.
The heat exchange system according to claim 1, further comprising. 前記伝熱管の上方から前記液相分を散布する散布部をさらに備えた
請求項１又は請求項２に記載の熱交換システム。 The heat exchange system according to claim 1 or 2, further comprising a spraying portion for spraying the liquid phase component from above the heat transfer tube. 前記伝熱管は、水平方向に延びるように配置され、上下に複数並べられている
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換システム。 The heat exchange system according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat transfer tubes are arranged so as to extend in the horizontal direction, and a plurality of heat transfer tubes are arranged one above the other. 前記第二冷媒供給部は、前記プレート式熱交換器と並列に、前記液膜式熱交換器の前記伝熱管に前記第二冷媒を供給する
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換システム。 The second refrigerant supply unit supplies the second refrigerant to the heat transfer tube of the liquid film heat exchanger in parallel with the plate heat exchanger, according to any one of claims 1 to 4. The heat exchange system described. 前記液膜式熱交換器の下方にポンプをさらに備え、
前記液膜式熱交換器の下部に溜まった前記液相分を前記ポンプで揚液し、前記伝熱管に接触させる
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱交換システム。 A pump is further provided below the liquid film heat exchanger.
The heat exchange system according to any one of claims 1 to 5, wherein the liquid phase component accumulated in the lower part of the liquid film heat exchanger is pumped by the pump and brought into contact with the heat transfer tube. 前記液膜式熱交換器は、下部に前記液相分を内部に溜める冷媒貯留部をさらに備え、
前記冷媒貯留部の内部に、前記伝熱管の少なくとも一部が配置された
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱交換システム。 The liquid film heat exchanger is further provided with a refrigerant storage unit that stores the liquid phase component inside at the bottom.
The heat exchange system according to any one of claims 1 to 5, wherein at least a part of the heat transfer tube is arranged inside the refrigerant storage unit.
JP2019202560A 2019-11-07 2019-11-07 Heat exchange system Active JP6783369B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019202560A JP6783369B2 (en) 2019-11-07 2019-11-07 Heat exchange system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019202560A JP6783369B2 (en) 2019-11-07 2019-11-07 Heat exchange system

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016041152A Division JP6616213B2 (en) 2016-03-03 2016-03-03 Heat exchange system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020020575A JP2020020575A (en) 2020-02-06
JP6783369B2 true JP6783369B2 (en) 2020-11-11

Family

ID=69588434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019202560A Active JP6783369B2 (en) 2019-11-07 2019-11-07 Heat exchange system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6783369B2 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6516627B2 (en) * 2001-05-04 2003-02-11 American Standard International Inc. Flowing pool shell and tube evaporator
JP2007078326A (en) * 2005-09-16 2007-03-29 Sasakura Engineering Co Ltd Evaporator
TWI358520B (en) * 2008-12-04 2012-02-21 Ind Tech Res Inst Pressure-adjustable multi-tube spraying device
ITTO20110366A1 (en) * 2011-04-27 2012-10-28 Denso Thermal Systems Spa INTEGRATED CONDENSER-ACCUMULATOR-UNDER-COOLING UNIT FOR VEHICLES
JP2014020754A (en) * 2012-07-23 2014-02-03 Daikin Ind Ltd Downward flow liquid film type evaporator
JP6222042B2 (en) * 2014-05-23 2017-11-01 株式会社デンソー Laminate heat exchanger

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020020575A (en) 2020-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8302426B2 (en) Heat exchanger
US9541314B2 (en) Heat exchanger
JP6701372B2 (en) Heat exchanger
JP5850099B2 (en) Flowing film evaporator
TWI279508B (en) Falling film evaporator
JP6769870B2 (en) Heat exchanger
US10612859B2 (en) Heat exchanger
US20130277018A1 (en) Heat exchanger
US20150013951A1 (en) Heat exchanger
WO2017179630A1 (en) Evaporator, and turbo-refrigerating apparatus equipped with same
JP2016525205A5 (en)
JP6616213B2 (en) Heat exchange system
JP2007309604A (en) Evaporator for refrigeration system, and refrigeration system
JP7174927B2 (en) shell and tube heat exchanger
JP6783369B2 (en) Heat exchange system
JP2016023925A (en) Evaporation air conditioning system
JP6639959B2 (en) Heat exchange system
JP2013139909A (en) Flow-down liquid membrane type evaporator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191129

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200916

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201013

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201021

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6783369

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150