(57)【要約】【課題】扁平形状を有する伝熱管の平坦な伝熱面に冷媒などの液体を行き渡らせるための技術を提供する。【解決手段】本開示のシェルアンドチューブ式熱交換器（１０１）は、シェル（２０１）と、シェル（２０１）の内部に並べられ、それぞれ平坦な伝熱面（２０２ｐ）を有する複数の伝熱管（２０２）と、複数の伝熱管（２０２）に向かって液体を噴霧する第１噴霧ノズル（２０４）と、を備えている。複数の伝熱管（２０２）は、複数の伝熱管（２０２）の並び方向において最も外側に位置する特定の伝熱管（２０２Ａ）を含み、並び方向に垂直で、特定の伝熱管（２０２Ａ）の中心位置を通る仮想的な平面を基準平面（Ｐ１）と定義したとき、第１噴霧ノズル（２０４）は、基準平面（Ｐ１）上に配置されている、又は、並び方向において基準平面（Ｐ１）よりも外側に配置されている。【選択図】図５
2020153592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェルと、
前記シェルの内部に並べられ、それぞれ平坦な伝熱面を有する複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管に向かって液体を噴霧する第１噴霧ノズルと、
を備え、
前記複数の伝熱管は、前記複数の伝熱管の並び方向において最も外側に位置する特定の伝熱管を含み、
前記並び方向に垂直で、前記特定の伝熱管の中心位置を通る、仮想的な平面を基準平面と定義したとき、
前記第１噴霧ノズルは、前記基準平面上に配置されている、又は、前記並び方向において前記基準平面よりも外側に配置されている、
シェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項２】
前記第１噴霧ノズルは、前記特定の伝熱管に正対する方向を向いている、
請求項１に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項３】
前記第１噴霧ノズルは、前記基準平面に平行な方向に対して傾斜した方向を向いている、
請求項１に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項４】
前記複数の伝熱管に向かって前記液体を噴霧する第２噴霧ノズルをさらに備え、
前記第１噴霧ノズル及び前記第２噴霧ノズルは、前記並び方向に並べられており、
前記並び方向に垂直かつ水平方向に平行な方向に関して、前記第１噴霧ノズルの位置と前記第２噴霧ノズルの位置とが互いにずれている、
請求項１から３のいずれか１項に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項５】
前記複数の伝熱管は、前記複数の伝熱管の並び方向において最も外側に位置する１対の伝熱管を含み、
前記１対の伝熱管のそれぞれが前記特定の伝熱管を構成し、
前記１対の伝熱管のそれぞれに対応して前記第１噴霧ノズルが設けられている、
請求項１から４のいずれか１項に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器と、
前記シェルアンドチューブ式熱交換器に接続された圧縮機と、
を備えた、冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、シェルアンドチューブ式熱交換器及び冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、特許文献１に記載されたシェルアンドチューブ式熱交換器の構成を示している。特許文献１に記載されたシェルアンドチューブ式熱交換器は、シェル１、扁平伝熱管２、ノズル部材３及び冷却媒体流入管４を備えている。扁平伝熱管２は、３列及び４段で配置されている。冷却媒体は、ノズル部材３から扁平伝熱管２に向けて噴出される。扁平伝熱管２の扁平面に冷却媒体が接触して扁平伝熱管２の内部を流通する被冷却媒体と熱交換を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３０３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
扁平形状を有する伝熱管をシェルアンドチューブ式熱交換器に使用すると、シェルの内部における伝熱管の実装密度を高めることができるので、シェルアンドチューブ式熱交換器の単位体積あたりの伝熱面積を増加させるのに有利である。つまり、扁平形状を有する伝熱管を使用することは、シェルアンドチューブ式熱交換器の小型化に有利である。
【０００５】
しかし、扁平形状の伝熱管は幅方向に長いので、噴霧ノズルから伝熱管の伝熱面に冷媒などの液体を行き渡らせることは容易ではない。
【０００６】
本開示は、扁平形状を有する伝熱管の平坦な伝熱面に冷媒などの液体を行き渡らせるための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、
シェルと、
前記シェルの内部に並べられ、それぞれ平坦な伝熱面を有する複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管に向かって液体を噴霧する第１噴霧ノズルと、
を備え、
前記複数の伝熱管は、前記複数の伝熱管の並び方向において最も外側に位置する特定の伝熱管を含み、
前記並び方向に垂直で、前記特定の伝熱管の中心位置を通る仮想的な平面を基準平面と定義したとき、
前記第１噴霧ノズルは、前記基準平面上に配置されている、又は、前記並び方向において前記基準平面よりも外側に配置されている、
シェルアンドチューブ式熱交換器を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の技術によれば、扁平形状を有する伝熱管の平坦な伝熱面に冷媒などの液体を行き渡らせることができる。これにより、シェルアンドチューブ式熱交換器の熱交換効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示のシェルアンドチューブ式熱交換器を用いた冷凍サイクル装置の構成図である。
【図２】図２は、II-II線に沿った蒸発器の縦断面図である。
【図３】図３は、III-III線に沿った蒸発器の縦断面図である。
【図４】図４は、伝熱管の断面図である。
【図５】図５は、伝熱管及び噴霧ノズルを上方から見たときの図である。
【図６】図６は、噴霧ノズルの別の配置を示す図である。
【図７】図７は、噴霧ノズルのさらに別の配置を示す図である。
【図８】図８は、噴霧ノズルのさらに別の配置を示す図である。
【図９】図９は、扁平伝熱管を用いた従来の熱交換器の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本開示の基礎となった知見）
所定の並び方向に並べられた複数の伝熱管に向けて横から放射状に冷媒などの液体を噴霧したとき、所定の並び方向において最も外側に位置する伝熱管の伝熱面に液体を到達させることは難しい。扁平形状の伝熱管は幅方向に長いので、扁平形状の伝熱管を用いたシェルアンドチューブ式熱交換器では、円管断面の伝熱管を用いたシェルアンドチューブ式熱交換器に比べ、上記の問題がより顕在化する。
【００１１】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係るシェルアンドチューブ式熱交換器は、
シェルと、
前記シェルの内部に並べられ、それぞれ平坦な伝熱面を有する複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管に向かって液体を噴霧する第１噴霧ノズルと、
を備え、
前記複数の伝熱管は、前記複数の伝熱管の並び方向において最も外側に位置する特定の伝熱管を含み、
前記並び方向に垂直で、前記特定の伝熱管の中心位置を通る仮想的な平面を基準平面と定義したとき、
前記第１噴霧ノズルは、前記基準平面上に配置されている、又は、前記並び方向において前記基準平面よりも外側に配置されている。
【００１２】
第１態様によれば、基準平面上に噴霧ノズルが存在することによって、噴霧ノズルから噴霧された液相冷媒のミストが特定の伝熱管の伝熱面にも到達しうる。これにより、シェルアンドチューブ式熱交換器の熱交換効率が向上する。
【００１３】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係るシェルアンドチューブ式熱交換器では、前記第１噴霧ノズルは、前記特定の伝熱管に正対する方向を向いていてもよい。このような構成によれば、伝熱管の並び方向において最も外側に位置する伝熱面にも液相冷媒のミストが確実に供給されうる。
【００１４】
本開示の第３態様において、例えば、第１態様に係るシェルアンドチューブ式熱交換器では、前記第１噴霧ノズルは、前記基準平面に平行な方向に対して傾斜した方向を向いていてもよい。このような構成によれば、伝熱管に接触することなく外側に向かって進む液相冷媒の量を減らすことができるので、シェルアンドチューブ式熱交換器の熱交換効率の更なる向上を期待できる。
【００１５】
本開示の第４態様において、例えば、第１から第３態様のいずれか１つに係るシェルアンドチューブ式熱交換器は、前記複数の伝熱管に向かって前記液体を噴霧する第２噴霧ノズルをさらに備えていてもよく、前記第１噴霧ノズル及び前記第２噴霧ノズルは、前記並び方向に並べられていてもよく、前記並び方向に垂直かつ水平方向に平行な方向に関して、前記第１噴霧ノズルの位置と前記第２噴霧ノズルの位置とが互いにずれていてもよい。このような構成は、各伝熱管に液相冷媒のミストを均一に供給することに資する。
【００１６】
本開示の第５態様において、例えば、第１から第４態様のいずれか１つに係るシェルアンドチューブ式熱交換器では、前記複数の伝熱管は、前記複数の伝熱管の並び方向において最も外側に位置する１対の伝熱管を含んでいてもよく、前記１対の伝熱管のそれぞれが前記特定の伝熱管を構成してもよく、前記１対の伝熱管のそれぞれに対応して前記第１噴霧ノズルが設けられていてもよい。このような構成によれば、並び方向における両端に位置する１対の伝熱管のそれぞれにおいて、上記した効果が得られる。
【００１７】
本開示の第６態様に係る冷凍サイクル装置は、
第１から第５態様のいずれか１つに係るシェルアンドチューブ式熱交換器と、
前記シェルアンドチューブ式熱交換器に接続された圧縮機と、
を備えている。
【００１８】
本開示のシェルアンドチューブ式熱交換器を用いることによって、冷凍サイクルの効率（ＣＯＰ）が向上しうる。
【００１９】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態のシェルアンドチューブ式熱交換器を用いた冷凍サイクル装置１００の構成を示している。冷凍サイクル装置１００は、蒸発器１０１、圧縮機１０２、凝縮器１０３、流量弁１０４、流路１１０ａ、流路１１０ｂ、流路１１０ｃ及び流路１１０ｄを備えている。蒸発器１０１の出口は流路１１０ａによって圧縮機１０２の吸入口に接続されている。圧縮機１０２の出口は流路１１０ｂによって凝縮器１０３の入口に接続されている。凝縮器１０３の出口は、流路１１０ｃによって流量弁１０４の入口に接続されている。流量弁１０４の出口は流路１１０ｄによって蒸発器１０１の入口に接続されている。流路１１０ａ及び流路１１０ｂは蒸気経路であり、流路１１０ｃ及び流路１１０ｄは液経路である。各経路は、例えば、少なくとも１つの金属製の配管で構成されている。
【００２１】
圧縮機１０２を起動すると、蒸発器１０１において冷媒が加熱されて蒸発する。これにより、気相冷媒が生成される。気相冷媒は圧縮機１０２に吸入されて圧縮される。圧縮された気相冷媒は圧縮機１０２から凝縮器１０３に供給される。気相冷媒は凝縮器１０３で冷却されて凝縮及び液化する。これにより、液相冷媒が生成される。液相冷媒は、流量弁１０４を経由して凝縮器１０３から蒸発器１０１に戻される。
【００２２】
冷媒の種類は特に限定されない。冷媒としては、フロン冷媒、低ＧＷＰ（Global Warming Potential）冷媒、自然冷媒などが挙げられる。フロン冷媒としては、ＨＣＦＣ（hydrochlorofluorocarbon）及びＨＦＣ（hydrofluorocarbon）が挙げられる。低ＧＷＰ冷媒としては、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ及び水が挙げられる。自然冷媒としては、二酸化炭素及び水が挙げられる。
【００２３】
冷媒は、常温での飽和蒸気圧が負圧の物質を主成分として含む冷媒であってもよい。このような冷媒としては、水、アルコール又はエーテルを主成分として含む冷媒が挙げられる。「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。「負圧」は、絶対圧で大気圧よりも低い圧力を意味する。「常温」は、日本工業規格（JIS Z8703）によれば、２０℃±１５℃の範囲内の温度を意味する。
【００２４】
冷凍サイクル装置１００は、例えば、業務用又は家庭用の空気調和装置である。蒸発器１０１で冷却された熱媒体が回路１０５を通じて室内に供給され、室内の冷房に使用される。あるいは、凝縮器１０３で加熱された熱媒体が回路１０６を通じて室内に供給され、室内の暖房に利用される。熱媒体は、例えば、水である。ただし、冷凍サイクル装置１００は空気調和装置に限定されず、チラー、蓄熱装置など他の装置であってもよい。
【００２５】
回路１０５は、蒸発器１０１の伝熱管に水を循環させる回路である。回路１０５は、外気から隔離された密閉回路であってもよい。
【００２６】
本実施形態において、「熱媒体」の語句に代えて「水」の語句を使用する。ただし、回路１０５を流れる第１流体としての熱媒体は水に限定されず、オイル、ブラインなどの液体であってもよく、空気などの気体であってもよい。
【００２７】
図２は、II-II線に沿った蒸発器１０１の縦断面を示している。図２に示すように、蒸発器１０１は、シェルアンドチューブ式熱交換器で構成されている。具体的に、蒸発器１０１は、シェル２０１、複数の伝熱管２０２、複数のヘッダー２０３、複数の噴霧ノズル２０４、循環回路２０５、循環ポンプ２０６、流入管２０７及び流出管２０８を備えている。複数の伝熱管２０２、複数のヘッダー２０３、複数の噴霧ノズル２０４、循環回路２０５及び循環ポンプ２０６は、シェル２０１の内部に配置されている。蒸発器１０１において冷媒を効率的に蒸発させることによって冷凍サイクルの効率（ＣＯＰ）が向上しうる。
【００２８】
流入管２０７及び流出管２０８には、それぞれ、流路１１０ｄ及び流路１１０ａが接続されうる。
【００２９】
伝熱管２０２は、多穴かつ扁平形状の伝熱管である。伝熱管２０２の入口から出口に向かって水が流れる。平坦な伝熱面が鉛直方向に平行となるように複数の伝熱管２０２がヘッダー２０３とヘッダー２０３との間に並べられている。図２では、Ｚ軸に平行な方向が鉛直方向である。
【００３０】
伝熱管２０２の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなどの金属材料が挙げられる。
【００３１】
本実施形態では、伝熱管２０２は、鉛直方向に３段で配置されている。噴霧される液相冷媒の量は、各段で等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００３２】
シェル２０１は、その底部に液相冷媒を貯留するように構成されている。循環回路２０５は、シェル２０１の底部と噴霧ノズル２０４のそれぞれとを接続している。循環回路２０５に循環ポンプ２０６が配置されている。循環ポンプ２０６の働きにより、シェル２０１の底部に貯留された液相冷媒が循環回路２０５を通じて噴霧ノズル２０４に供給される。このような構成によれば、液相冷媒の回収が容易であるとともに、噴霧ノズル２０４に液相冷媒を供給するためのエネルギー消費を抑えることができる。
【００３３】
噴霧ノズル２０４は、横から水平方向に伝熱管２０２に向かって液相冷媒を噴霧するように配置されている。詳細には、噴霧ノズル２０４は、複数の伝熱管２０２の側面に向かい合っており、複数の伝熱管２０２に向かって液相冷媒を放射状に噴霧する。本実施形態において、水は、図面の上から下に向かって伝熱管２０２の中を流れる。液相冷媒は、第１流体の一例である水と熱交換するべき第２流体の一例である。
【００３４】
本実施形態において、シェル２０１は矩形の断面形状を有しているが、円形の断面形状を有してもよい。また、シェル２０１は、耐圧容器であってもよい。
【００３５】
図３は、III-III線に沿った蒸発器１０１の断面を示している。
【００３６】
伝熱管２０２は、鉛直方向にシェル２０１の下部から上部に向かって延びるように、シェル２０１の内部に配置されている。鉛直方向における伝熱管２０２の両端部は、ヘッダー２０３に接続されている。伝熱管２０２内に水が流れる。伝熱管２０２に水を流す方法は、ヘッダーを用いない別の方法でもよい。
【００３７】
ヘッダー２０３の入口は、管板カバー２０９ａに接続されている。ヘッダー２０３の出口は、管板カバー２０９ｂに接続されている。管板カバー２０９ａには水が流入する入口管３０１が設けられている。管板カバー２０９ｂには伝熱管２０２において熱交換された水が流出する出口管３０２が設けられている。つまり、水は、シェル２０１の下部に位置する入口管３０１から蒸発器１０１に流入する。そして、水は、複数のヘッダー２０３及び伝熱管２０２を経由して、シェル２０１の上部に位置する出口管３０２から蒸発器１０１の外部に流出する。
【００３８】
管板カバー２０９の内部の流路は、仕切り板３０３によって仕切られている。ヘッダー２０３から流出した水が直上のヘッダー２０３に流入するように管板カバー２０９ａ及び２０９ｂの内部が仕切られている。
【００３９】
図４は、伝熱管２０２の断面を示している。伝熱管２０２は、１対の平坦な伝熱面２０２ｐを有するように、管状の外壁４０１と複数の隔壁４０２とによって構成されている。外壁４０１と隔壁４０２とによって囲まれた空間が水の流路４０３である。外壁４０１及び隔壁４０３は、それぞれ、薄板によって構成されている。薄板の厚さは、例えば、０．５ｍｍから０．８ｍｍの範囲にある。流路４０３は、例えば、四角形の断面形状を有する。伝熱管２０２の断面において、流路４０３の一辺は、例えば、０．５ｍｍから３ｍｍの範囲にある。流路４０３は、円形、三角形などの他の形状の断面を有していてもよい。流路４０３の内壁面に微細な溝又はフィンを形成して表面積を増大させてもよい。
【００４０】
圧縮機１０２は、遠心圧縮機などの速度型圧縮機であってもよく、スクロール圧縮機などの容積型圧縮機であってもよい。
【００４１】
凝縮器１０３の型式は特に限定されない。プレート式熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器などの熱交換器が凝縮器１０３に使用されうる。
【００４２】
蒸発器１０１を更に詳細に説明する。
【００４３】
図５は、伝熱管２０２及び噴霧ノズル２０４を上方から見たときの図である。図５において、ヘッダー２０３は省略されている。複数の伝熱管２０２は、シェル２０１の内部において、所定方向に並べられている。本実施形態では、伝熱面２０２ｐが鉛直方向に平行となるように、シェル２０１の内部に複数の伝熱管２０２が水平方向に並べられている。図５では、Ｙ軸に平行な方向が複数の伝熱管２０２の並び方向である。
【００４４】
複数の伝熱管２０２は、複数の伝熱管２０２の並び方向において最も外側に位置する特定の伝熱管２０２Ａを含む。特定の伝熱管２０２Ａは、シェル２０１の内面に向かい合う伝熱管でありうる。伝熱管２０２の並び方向に垂直で、特定の伝熱管２０２Ａの中心位置を通る仮想的な平面を第１基準平面Ｐ１と定義する。伝熱管２０２の並び方向において、第１基準平面Ｐ１は、特定の伝熱管２０２Ａの中心位置を通る。噴霧ノズル２０４は、第１基準平面Ｐ１上に配置されている。第１基準平面Ｐ１上に噴霧ノズル２０４が存在すると、噴霧ノズル２０４から噴霧された液相冷媒のミストが特定の伝熱管２０２Ａの伝熱面２０２ｐにも到達しうる。これにより、蒸発器１０１の熱交換効率が向上し、ひいては冷凍サイクル装置１００のＣＯＰが向上する。
【００４５】
複数の伝熱管２０２は、伝熱管２０２の並び方向において最も外側に位置する１対の伝熱管２０２を含む。１対の伝熱管２０２のそれぞれが特定の伝熱管２０２Ａを構成する。
【００４６】
蒸発器１０１は、複数の噴霧ノズル２０４を備えている。複数の噴霧ノズル２０４は、第１噴霧ノズル２０４ａ及び第２噴霧ノズル２０４ｂを含む。第１噴霧ノズル２０４ａ及び第２噴霧ノズル２０４ｂは、伝熱管２０２の並び方向に並べられている。第１基準平面Ｐ１上に位置する噴霧ノズル２０４が第１噴霧ノズル２０４ａであり、それ以外の噴霧ノズル２０４が第２噴霧ノズル２０４ｂである。
【００４７】
図５に示す例では、１対の第１基準平面Ｐ１のそれぞれの上に第１噴霧ノズル２０４ａが位置している。複数の伝熱管２０２の並び方向において最も外側に位置する１対の伝熱管２０２のそれぞれに対応して第１噴霧ノズル２０４ａが設けられている。このような構成によれば、並び方向における両端に位置する１対の伝熱管２０２のそれぞれにおいて、上記した効果が得られる。
【００４８】
１対の第１噴霧ノズル２０４ａに挟まれる形で２つの第２噴霧ノズル２０４ｂが設けられている。ただし、第２噴霧ノズル２０４ｂが１つのみ存在していてもよい。伝熱管２０２の数が少ない場合には、第２噴霧ノズル２０４ｂが存在しない場合もありうる。
【００４９】
本実施形態において、第１噴霧ノズル２０４ａは、第１基準平面Ｐ１上に配置されており、特定の伝熱管２０２Ａに正対する方向を向いている。このような構成によれば、液相冷媒のミストが特定の伝熱管２０２Ａの前縁に衝突して左右均一に分かれる。その後、液相冷媒のミストは、特定の伝熱管２０２Ａの１対の伝熱面２０２ｐのそれぞれに沿って進む。その結果、伝熱管２０２の並び方向において最も外側に位置する伝熱面２０２ｐにも液相冷媒のミストが確実に供給されうる。
【００５０】
「第１噴霧ノズル２０４ａが特定の伝熱管２０２Ａに正対する方向を向いている。」とは、第１噴霧ノズル２０４ａから液相冷媒が放射状に噴霧されたとき、液相冷媒の放射状の流れを等角度に分断する仮想的な鉛直平面が特定の伝熱管２０２Ａの伝熱面２０２ｐに平行であることを意味する。「平行」は、完全に平行であることを必ずしも意味しない。本開示による技術的効果が大幅に損なわれない範囲の誤差は許容される。「特定の伝熱管２０２Ａの前縁」は、第１噴霧ノズル２０４ａから最も近くに位置している伝熱管２０２Ａの縁を意味する。
【００５１】
第１噴霧ノズル２０４ａと同じように、第２噴霧ノズル２０４ｂのそれぞれも複数の伝熱管２０２に正対する方向を向いていてもよい。
【００５２】
図６は、噴霧ノズル２０４の別の配置を示している。図６に示す例において、第１噴霧ノズル２０４ａは、並び方向において第１基準平面Ｐ１よりも外側に配置されている。詳細には、第１基準平面Ｐ１から所定距離に位置する第２基準平面Ｐ２の上に第１噴霧ノズル２０４ａが存在している。第２基準平面Ｐ２は、第１基準平面Ｐ１に平行な仮想的な平面である。第１基準平面Ｐ１と第２基準平面Ｐ２との距離は、例えば、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲にある。このような構成においても、第１基準平面Ｐ１上に第１噴霧ノズル２０４ａが存在する場合に得られる効果が得られる。
【００５３】
図６に示す例においても、第１噴霧ノズル２０４ａは、特定の伝熱管２０２Ａに正対する方向を向いている。
【００５４】
次に、蒸発器１０１の作用を説明する。
【００５５】
ポンプ２０６を起動すると、液相冷媒がシェル２０１の底部から噴霧ノズル２０４に供給される。噴霧ノズル２０４は、伝熱管２０２に向けて液相冷媒を噴霧する。伝熱管２０２に熱媒体を流しながら伝熱管２０２に液相冷媒を噴霧すれば、伝熱管２０２において熱媒体と液相冷媒との熱交換が行われ、冷媒が蒸発して気相冷媒が生成される。液相冷媒は、噴霧ノズル２０４から水平方向に放射状に噴霧され、所定の枚数の伝熱管２０２に到達する。
【００５６】
第１基準平面Ｐ１よりも内側にのみ噴霧ノズルが存在する場合、液相冷媒が噴霧ノズルから放射状に噴霧されたとしても、液相冷媒は、複数の伝熱管の並び方向において最も外側に位置する伝熱管の前縁を掠めて通過する。そのため、液相冷媒は、複数の伝熱管の並び方向において最も外側に位置する平坦な伝熱面に直接到達し得ない。
【００５７】
これに対し、本実施形態によれば、第１噴霧ノズル２０４ａが第１基準平面Ｐ１又は第２基準平面Ｐ２の上に存在するため、複数の伝熱管２０２の並び方向において最も外側に位置する伝熱面２０２ｐをも液相冷媒で濡らすことができる。これにより、熱交換に寄与しない無駄な伝熱面２０２ｐが生じることを防止できるので、蒸発器１０１の熱交換効率が向上する。
【００５８】
図７は、噴霧ノズル２０４のさらに別の配置を示している。図７に示す例において、第１噴霧ノズル２０４ａは、第１基準平面Ｐ１に平行な方向に対して傾斜した方向を向いている。このような構成によれば、伝熱管２０２に接触することなく外側に向かって進む液相冷媒の量を減らすことができるので、蒸発器１０１の熱交換効率の更なる向上を期待できる。噴霧ノズル２０４の数を減らすことも可能である。
【００５９】
具体的には、第１噴霧ノズル２０４ａは、内側に向かって傾斜している。「内側」は、特定の伝熱管２０２Ａから見て他の伝熱管２０２が存在する側である。第１噴霧ノズル２０４ａの中心軸は、特定の伝熱管２０２Ａ以外の伝熱管２０２に交差しうる。第１噴霧ノズル２０４ａから液相冷媒が放射状に噴霧されたとき、液相冷媒の放射状の流れを等角度に分断する仮想的な鉛直平面上に第１噴霧ノズル２０４ａの中心軸が存在する。図７に示す例では、第１噴霧ノズル２０４ａは、第２基準平面Ｐ２上に配置されている。ただし、第１噴霧ノズル２０４ａは、第１基準平面Ｐ１上に配置されていてもよい。
【００６０】
例えば、液相冷媒のミストの流れの外縁ＦＥ１を含む仮想的な平面が特定の伝熱管２０２Ａの伝熱面２０２ｐに交差することが想定される。この仮想的な平面と伝熱面２０２ｐとの交差位置よりも前方の部分には、液相冷媒のミストが直接的に到達する。前方の部分に到達した液相冷媒は、伝熱面２０２ｐに沿って流れ、交差位置よりも後方の部分にも到達しうる。その結果、伝熱面２０２ｐの全部又は大部分に液相冷媒を行き渡らせることができる。なお、伝熱管２０２から噴霧ノズル２０４に接近する方向が「前方」であり、噴霧ノズル２０４から遠ざかる方向が「後方」である。
【００６１】
第１噴霧ノズル２０４ａの傾斜角度は、例えば、第１噴霧ノズル２０４ａから放射状に噴霧された液相冷媒のミストの流れの外縁ＦＥ１が伝熱面２０２ｐに平行となるように調整されている。この場合、特定の伝熱管２０２Ａの伝熱面２０２ｐが端まで液相冷媒のミストの流れに晒される。つまり、特定の伝熱管２０２Ａの伝熱面２０２ｐに効率的に液相冷媒が供給されうる。第１噴霧ノズル２０４ａから噴霧された液相冷媒は、特定の伝熱管２０２Ａだけでなく、内側に位置する他の伝熱管２０２にも供給される。その結果、噴霧ノズル２０４の数を減らせる可能性がある。
【００６２】
図８は、噴霧ノズル２０４のさらに別の配置を示している。図８に示す例では、複数の伝熱管２０２の並び方向に垂直かつ水平方向に平行な方向に関して、第１噴霧ノズル２０４ａの位置と第２噴霧ノズル２０４ｂの位置とが互いにずれている。言い換えれば、Ｘ軸に平行な方向に関して、第１噴霧ノズル２０４ａの位置と第２噴霧ノズル２０４ｂの位置とがオフセットしている。詳細には、伝熱管２０２の前縁を通る仮想的な平面Ｅ１から第２噴霧ノズル２０４ｂまでの距離Ｌ２は、仮想的な平面Ｅ１から第１噴霧ノズル２０４ａまでの距離Ｌ１よりも大きい。このような構成は、各伝熱管２０２に液相冷媒のミストを均一に供給することに資する。
【００６３】
図７に示すように、第１噴霧ノズル２０４ａが第１基準平面Ｐ１に平行な方向に対して傾斜した方向を向いている場合、液相冷媒のミストの流れの外縁ＦＥ１は、第１噴霧ノズル２０４ａから伝熱管２０２までの最短の軌跡に対応する。液相冷媒のミストの流れの内縁ＦＥ２は、第１噴霧ノズル２０４ａから伝熱管２０２までの最長の軌跡に対応する。この場合、内縁ＦＥ２の位置を辿る液相冷媒のミストが伝熱管２０２に到達する前に失速する可能性がある。
【００６４】
これに対し、図８に示す例によれば、第１噴霧ノズル２０４ａを伝熱管２０２に近づけることによって、内縁ＦＥ２の位置を辿る液相冷媒のミストの飛行距離が短縮される。これにより、内縁ＦＥ２の位置を辿る液相冷媒のミストの失速を抑制できる。ひいては、内縁ＦＥ２の位置を辿って単位時間あたりに伝熱管２０２に到達する液相冷媒の量が減少することを回避できる。
【００６５】
図８に示す例では、第１噴霧ノズル２０４ａは、第２基準平面Ｐ２上に配置されている。ただし、第１噴霧ノズル２０４ａは、第１基準平面Ｐ１上に配置されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本明細書に開示されたシェルアンドチューブ式熱交換器は、業務用エアコンなどの空気調和装置に特に有用である。シェルアンドチューブ式熱交換器は、蒸発器のみならず、凝縮器として使用されてもよい。本明細書に開示された冷凍サイクル装置は、空気調和装置に限定されず、吸収式冷凍機、チラー、蓄熱装置などの他の装置であってもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１００  冷凍サイクル装置
１０１  蒸発器
１０２  圧縮機
１０３  凝縮器
２０１  シェル
２０２  伝熱管
２０２Ａ  特定の伝熱管
２０２ｐ  伝熱面
２０４  噴霧ノズル
２０４ａ  第１噴霧ノズル
２０４ｂ  第２噴霧ノズル
Ｐ１  第１基準平面
Ｐ２  第２基準平面
ＦＥ１  外縁
ＦＥ２  内縁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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