(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気圧縮システムにおいて用いられるよう構成される熱交換器であって、
長手方向中心軸が水平面と略平行に延びるシェルと、
前記シェルの内部に配置され、冷媒を分配するよう構成され配置される分配部と、
前記シェルの前記長手方向中心軸と略平行に延びる複数の伝熱管を含む管束であって、前記分配部から放出される前記冷媒が該管束上に供給されるよう、前記シェルの内部において前記分配部の下方に配置され、
前記分配部の下方に配置される流下膜領域と、
前記流下膜領域の下方に配置される貯留領域と、
前記シェルの底部であって前記貯留領域の下方に配置される浸漬領域と、
を有する管束と、
前記貯留領域の少なくとも１つの前記伝熱管の下で前記シェルの前記長手方向中心軸と略平行に延び、内部に前記冷媒を貯留するトラフ部であって、前記シェルの前記長手方向中心軸に垂直な水平方向に沿って見て、前記貯留領域の前記少なくとも１つの伝熱管と少なくとも部分的に重なっているトラフ部と、
を備え、
前記シェルは、外側へと延びる出口管を含む液出口開口部を有し、
前記貯留領域は、１又は２層の前記伝熱管を含み、
前記熱交換器は、前記浸漬領域において、前記伝熱管の下方に配置される浸漬部分トレーを更に備え、
前記浸漬領域は、前記液出口開口部における前記シェルの内表面から上方に前記浸漬部分トレーの底部まで延びる冷媒連通管部を有し、
前記冷媒連通管部は、前記出口管と並べて配置される、
熱交換器。
【請求項２】
前記トラフ部の上端の鉛直位置において、前記管束から上方および横方向外側に延びる少なくとも一つの側面部を含むガイド部、を更に備える、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記貯留領域の前記伝熱管は、前記シェルの前記長手方向中心軸に沿って見て、水平行に配置される、
請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記トラフ部が、前記長手方向中心軸に沿って見て前記貯留領域の前記伝熱管の前記水平行の下方に連続して配置される単一のトラフ部分を含む、
請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記トラフ部が、前記長手方向中心軸に沿って見て前記貯留領域の前記伝熱管の前記水平行の下方に配置される横方向に配置された複数のトラフ部分を含む、
請求項３に記載の熱交換器。
【請求項６】
各トラフ部分は、底壁部と、一対の側壁部と、を含み、
前記側壁部のうちの二つが前記トラフ部の最外側端を形成し、前記側壁部のうちの残りの部分が内側壁部を形成し、
前記内側壁部は、前記トラフ部の前記最外側端を形成する前記側壁部のうちの前記二つよりも鉛直方向の高さが低い、
請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記内側壁部は、前記底壁部から、前記水平行における前記伝熱管の少なくとも５０％と重複する位置まで鉛直上方に延びる、
請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記貯留領域の前記伝熱管は、前記シェルの前記長手方向中心軸に沿って見た際に、少なくとも２つの水平行に配置される、
請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記トラフ部は、前記長手方向中心軸に沿って見て、前記貯留領域の前記伝熱管の複数の前記水平行に対応する、複数の層内の前記水平行の下方に配置された複数のトラフ部分を含む、
請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
各トラフ部分は、底壁部と、一対の側壁部と、を含み、
各層における前記トラフ部分の前記側壁部のうちの二つが該層の最外側端を形成し、前記側壁部のうちの残りの部分が該層の内側壁部を形成し、
各層の任意の内側壁部は、該層の前記最外側端を形成する前記側壁部のうちの前記二つよりも鉛直方向の高さが低い、
請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
各層の前記内側壁部は、前記底壁部から、該層の上方の前記水平行における前記伝熱管の少なくとも５０％と重複する位置まで鉛直上方に延びる、
請求項１０に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記貯留領域の前記伝熱管は、前記シェルの前記長手方向中心軸に沿って見た際に、２つの水平行に配置され、
前記トラフ部は、前記貯留領域に配置された前記伝熱管の下に横方向に連続的に配置された単一のトラフ部分を含む、
請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記浸漬領域トレーは、前記貯留領域の下方の前記浸漬領域の前記伝熱管の全体の寸法および形状に対応する寸法および形状を有する、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記貯留領域内の前記伝熱管の数と前記浸漬領域内の前記伝熱管の数の総数が、前記管束の前記伝熱管の総数の３０％以下である、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、蒸気圧縮システムに使用される熱交換器に関する。本発明は特に、流下膜領域、貯留領域、および浸漬領域を備えた管束を含む、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気圧縮冷凍は、大規模な建築物等の空調に最も一般的に用いられている方法である。従来の蒸気圧縮冷凍システムは、典型的には蒸発器を有し、蒸発器は、冷媒を液体から蒸気へと蒸発させると同時に蒸発器を通過する被冷却液体から熱を吸収することのできる熱交換器である。あるタイプの蒸発器は、内部を被冷却液体が循環する水平に延びる複数の伝熱管を含む管束を有し、管束は円筒シェル内に収容されている。このタイプの蒸発器において、冷媒を蒸発させる方法がいくつか知られている。浸漬式蒸発器においては、シェルが液体冷媒で満たされているとともに、液体冷媒が、沸騰するおよび／又は蒸気として蒸発するよう、伝熱管が液体冷媒のプールに浸漬されている。流下膜式蒸発器においては、上方から液体冷媒が伝熱管の外部表面に落ち、これにより、液体冷媒の層あるいは薄膜が伝熱管の外部表面に沿って形成される。伝熱管の壁部からの熱は、対流および／又は液体膜を通じた伝導によって、液体冷媒の一部が蒸発している気液界面へと伝達され、これにより、伝熱管内を流れる水から熱が取り去られる。蒸発しなかった液体冷媒は、重力により上部位置の伝熱管から下部位置の伝熱管に向かって鉛直に流下する。また、管束におけるいくつかの伝熱管の外部表面に液体冷媒が落ち、管束における他の伝熱管はシェルの底部に集められた液体冷媒に浸漬される、ハイブリッド式の流下膜式蒸発器も存在する。
【０００３】
浸漬式蒸発器の伝熱性能は高いが、伝熱管を液体冷媒のプールに浸漬するため、浸漬式蒸発器では相当量の冷媒が必要となる。最近開発された新しい冷媒（Ｒ１２３４ｚｅ又はＲ１２３４ｙｆ等）は地球温暖化係数が非常に低いが、コストが高いので、蒸発器における冷媒充填を低減することが望ましい。流下膜式蒸発器の主たる利点は、良好な伝熱性能を確保しながら冷媒充填を低減できることにある。したがって、流下膜式蒸発器は、大規模な冷房システムにおいて浸漬式蒸発器と置き換えられる可能性が大いにある。
【０００４】
米国特許５，８３９，２９４号には、浸漬方式で動作する部分と、流下膜方式で動作する部分とを有するハイブリッド式の流下膜式蒸発器が開示されている。より具体的には、この公報に開示された蒸発器は、管束において、複数の水平方向伝熱管が通る外側シェルを有する。シェルへと入る冷媒が管の上部に分配されるよう、分配システムは、管束における最上位の伝熱管を覆うような関係に配置される。液体冷媒は、液体冷媒の一部が蒸気冷媒として蒸発する、それぞれの伝熱管の外壁に沿って膜を形成する。残りの液体冷媒は、シェルの下部に溜まる。定常状態動作において、外側シェル内の冷媒の液位は、シェルの下端近傍の水平方向伝熱管の少なくとも２５パーセントが液体冷媒に浸漬される液位に保持される。したがって、この公報においては、シェルの下側部分における伝熱管が浸漬伝熱方式で動作すると同時に、液体冷媒に浸漬されていない伝熱管が流下膜伝熱方式で動作する状態で、蒸発器は動作する。
【０００５】
米国特許７，８４９，７１０号には、蒸発器シェルの下部に集められた液体冷媒が再循環される流下膜式蒸発器が開示されている。より具体的には、この公報において開示された蒸発器は、シェル内を実質的に水平に延びる複数の伝熱管を含む管束を有するシェルを備えている。シェルに入る液体冷媒は、分配器から伝熱管に送られる。液体冷媒は、液体冷媒の一部が蒸気冷媒として蒸発するそれぞれの伝熱管の外壁に沿って膜を形成する。残りの液体冷媒は、シェルの下部に溜まる。この公報においては、シェルの下部に溜まった液体冷媒を吸引し、シェルの下部から分配器に液体冷媒を再循環させるよう、ポンプ又はエジェクタが備えられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
米国特許５，８３９，２９４号に開示されたハイブリッド流下膜式蒸発器には、上述のように、シェルの底部に浸漬部分があるので、比較的大量の冷媒充填を必要とするという問題が未だ残っている。一方、米国特許７，８４９，７１０号に開示された、集められた液体冷媒をシェルの底部から分配器に再循環させる蒸発器では、蒸発器の性能の変動によりドライパッチが形成された場合に、伝熱管上のドライパッチを再度湿った状態にするためには、過量の循環冷媒が必要となる。さらに、蒸気圧縮システムにおけるコンプレッサが潤滑油（冷凍機油）を利用する場合、油が冷媒ほど揮発性ではないので、コンプレッサから蒸気圧縮システムの冷凍回路へと移動した油が蒸発器に貯留されやすい。このため、米国特許７，８４９，７１０号に開示された冷媒再循環システムでは、油が液体冷媒と共に蒸発器内で再循環され、蒸発器において循環する液体冷媒中の油の濃度が高くなる。したがって、蒸発器の性能が低下する。
【０００７】
従来の技術では、コンプレッサから少量の油が流出する冷凍サイクルにおいて蒸発器の性能を確保するために、コンプレッサの後ろに油分分離器が設けられる。このようなシステムにおいて、以下の方法が採用されてきた。（１）大型の油分分離器と浸漬型を使用する、（２）小型の油分分離器とハイブリッド流下膜型を使用する。（１）では、大型の油分分離器の価格は高い。（２）では、流下膜型なので冷媒の量を減らすことが可能である。しかしながら、多くの浸漬部分が必要となるために、冷媒量の低減効果が縮小してしまう。さらに、油分を凝縮するために多くの伝熱管が必要となる。
【０００８】
さらに、少量の油分がコンプレッサから排出されて冷媒に供給されるシステム（例えば、スクリューコンプレッサを用いた冷凍サイクル）における蒸発器には、少量の油分（通常、０．５〜２ｗｔ％）が通常入る。冷水と冷媒との間で熱を交換する蒸発器内のシェル内に設けられた伝熱管の外表面上で冷媒が蒸発するハイブリッド型の熱交換器（浸漬型、流下膜型）では、熱交換器内で蒸発する冷媒蒸気には油分は含まれていない。したがって、油分は蒸発器内で凝縮し、液体冷媒内の油分濃度は高まっていく（図３２参照）。
【０００９】
通常このようなサイクルのコンプレッサに油分を戻すために、油分調整回路（ｏｉｌ  ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）が設置される（図３３参照、米国特許６，２３３，９６７号）。このような油分調整において、油分は冷媒と共にコンプレッサに戻される。油分が冷媒と共にコンプレッサに戻されるので、戻った冷媒の量が多いと、無効な冷媒が増える。それによって、性能は低下してしまう。したがって、性能が低下しないようにするために、油分の濃度を増やす必要がある（冷媒の比率はできるだけ小さくする）。
【００１０】
蒸発器に流入する油分の濃度が０．５ｗｔ％であると、性能の低下を２％以内（油分調整に使用する冷媒の量が蒸発量の２％以内）に抑えるためには、コンプレッサに戻される油分の濃度を３０ｗｔ％に増やす必要がある（図３４参照）。従来、このようなシステムにおいて、浸漬型（図３５）又は流下型の上部部分と浸漬型の下部部分とを有するハイブリッド流下膜型（図３６、米国特許６，１７０，２８６号）が採用される。
【００１１】
浸漬型の場合、図３７に示すように、伝熱性能は油分濃度が上昇するにつれて低下していく。したがって、油分の濃度はおよそ２ｗｔ％にする必要がある。このような場合、油分の濃度はおよそ０．０５ｗｔ％にする必要があり、大型の気液分離器が必要となる。
【００１２】
流下膜型において、油分の濃度は小さく、流下膜型上部部分では性能が確保される。流下膜型では、油分の濃度が上昇すると、性能が大きく低下してしまい、３０ｗｔ％にまで油分を凝縮することが困難となる。したがって、油分の凝縮は浸漬型下部部分で行われる。その場合、高濃度の油分の液体冷媒が浸漬部分からコンプレッサに戻される。
【００１３】
上述のように、大型の油分分離器及び浸漬型を使用する方法又は小型の油分分離器及びハイブリッド流下膜型を使用する方法が採用される。
【００１４】
ハイブリッド流下膜型において、浸漬部分の伝熱性能は、流下膜型部分のおよそ半分である。したがって、多くの伝熱管が必要となる。さらに、多くの浸漬部分が必要であるため、冷媒の量が多くなる。
【００１５】
上記の点に鑑みて、本発明の一の目的は、熱交換器の高い性能を確保しながら冷媒充填の量を低減することができる熱交換器を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、コンプレッサから蒸気圧縮システムの冷凍回路へと移動した冷凍機油を貯留し、冷凍機油を蒸発器の外部に放出する熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様に係る熱交換器は、蒸気圧縮システムにおいて用いられるよう構成され、シェルと、分配部と、管束と、トラフ部と、を備える。シェルは、その長手方向中心軸が水平面と略平行に延びる。分配部は、シェルの内部に配置され、冷媒を分配する。管束は、シェルの内部において分配部の下方に配置される複数の伝熱管を含み、分配部から放出される冷媒が管束上に供給される。伝熱管は、シェルの長手方向中心軸と略平行に延びる。管束は、分配部の下方に配置される流下膜領域と、流下膜領域の下方に配置される貯留領域と、シェルの底部であって貯留領域の下方に配置される浸漬領域と、を備える。トラフ部は、貯留領域の少なくとも１つの伝熱管の下でシェルの長手方向中心軸と略平行に延び、内部に冷媒を貯留する。トラフ部は、シェルの長手方向中心軸に垂直な水平方向に沿って見て、貯留領域の少なくとも１つの伝熱管と少なくとも部分的に重なっている。
【００１８】
本発明に係るこれらおよび他の目的、特徴、態様、および利点は、添付の図面と組み合わせて、好ましい態様を開示する以下の詳細な説明から当業者に明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
当開示の一部をなす添付の図面を以下に説明する。
【図１】本発明の第一実施形態に係る熱交換器を有する蒸気圧縮システムの概略全体斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る熱交換器を有する蒸気圧縮システムの冷凍回路を示すブロック図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る熱交換器の概略斜視図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る熱交換器の内部構造の概略斜視図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る熱交換器の内部構造の分解図である。
【図６】図３の切断線６−６’に沿って見た、本発明の第一実施形態に係る熱交換器の概略長手方向断面図である。
【図７】図３の切断線７−７’に沿って見た、本発明の第一実施形態に係る熱交換器の概略横方向断面図である。
【図８】図７に示した熱交換器の上部部分の拡大断面図である。
【図９】本発明の第一実施形態に係る熱交換器の、バッフル構造の逆斜視図である。
【図１０】本発明の第一実施形態に係る熱交換器が使用されている状態における、図７の領域Ｘに配置された伝熱管およびトラフ部の拡大概略断面図である。
【図１１】図１０における、伝熱管と、トラフ部分のうちの１つと、の拡大断面図である。
【図１２】図１１の矢印１２に沿った方向から見た、図１１の伝熱管およびトラフ部分の部分側面図である。
【図１３】本発明の第一実施形態に係る、管束およびトラフ部の構成の変形例を示す、熱交換器の概略横方向断面図である。
【図１４】本発明の第一実施形態の変形例に係る熱交換器が使用されている状態を示す、図１３の領域Ｘに配置された伝熱管およびトラフ部の拡大概略断面図である。
【図１５】図１４における、伝熱管と、トラフ部のトラフ部分のうちの１つと、の拡大断面図である。
【図１６】図１５の矢印１６に沿った方向から見た、図１５の伝熱管およびトラフ部分の部分側面図である。
【図１７】本発明の第二実施形態に係る熱交換器の、管束およびトラフ部の構成を示す、概略横方向断面図である。
【図１８】本発明の第二実施形態に係る熱交換器の、管束およびトラフ部の構成の変形例を示す、概略横方向断面図である。
【図１９】本発明の第三実施形態に係る熱交換器の、管束およびトラフ部の構成を示す、概略横方向断面図である。
【図２０】本発明の第四実施形態に係る熱交換器の、管束およびトラフ部の構成を示す、概略横方向断面図である。
【図２１】本発明の第五実施形態に係る熱交換器の、管束、トラフ部および浸漬部分の構成を示す、概略横方向断面図である。
【図２２】本発明の第五実施形態に係る熱交換器の、管束、トラフ部および浸漬部分トラフ部の構成の変形例を示す、概略横方向断面図である。
【図２３】本発明の第六実施形態に係る熱交換器の、管束、トラフ部および浸漬部分トラフ部の構成を示す、概略横方向断面図である。
【図２４】本発明の第六実施形態に係る熱交換器の、管束、トラフ部および浸漬部分トラフ部の構成の変形例を示す、概略横方向断面図である。
【図２５】本発明の第七実施形態に係る熱交換器の、管束、トラフ部および浸漬部分トラフ部の構成を示す、概略横方向断面図である。
【図２６】本発明の第八実施形態に係る熱交換器の、管束、トラフ部およびガイド部の構成を示す、概略横方向断面図である。
【図２７】本発明の第八実施形態に係る熱交換器の、管束、トラフ部およびガイド部の構成の変形例を示す、概略横方向断面図である。
【図２８】本発明の第九実施形態に係る熱交換器の、管束、トラフ部およびガイド部の構成を示す、概略横方向断面図である。
【図２９】本発明の第九実施形態に係る熱交換器の、管束、トラフ部およびガイド部の構成の変形例を示す、概略横方向断面図である。
【図３０】本発明の第十実施形態に係る熱交換器の、管束、トラフ部およびガイド部の構成を示す、概略横方向断面図である。
【図３１】本発明の第十一実施形態に係る熱交換器の、管束、トラフ部およびガイド部の構成を示す、概略横方向断面図である。
【図３２】凝縮された冷凍機油の濃度が上昇していく様子を示す、従来のハイブリッド（流下膜および浸漬）熱交換器の概略断面図である。
【図３３】冷凍サイクルのコンプレッサに油分を戻すために油分調整回路が設置された従来の冷凍サイクルの概略回路図である。
【図３４】複数種類の油分ｗｔ％の冷媒が供給される場合に関し、Ｙ軸に油分濃度（ｗｔ％）を示し、Ｘ軸に戻り／総流量（％）を示したグラフである。
【図３５】油分濃度のパーセンテージを示した浸漬型蒸発器の概略断面図である。
【図３６】油分濃度のパーセンテージを示した従来の冷凍サイクルの従来のハイブリッド蒸発器の概略断面図である。
【図３７】浸漬型熱交換器（ＦＬ）と流下膜型熱交換器（ＦＦ）とに関し、Ｙ軸上にＯＨＴＣ（ｋＷ／ｍ2Ｋ）として熱伝達性能を示し、Ｘ軸上に油分濃度（ｗｔ％）を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の選択的な実施形態を、図面を参照して説明する。以下の本発明に係る実施形態の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義される本発明を限定するものではないことは、本開示から、当業者には明らかであろう。
【００２１】
まず図１および図２を参照して、第一実施形態に係る熱交換器を有する蒸気圧縮システムを説明する。図１に示すように、第一実施形態に係る蒸気圧縮システムは、大きな建築物等の空調のための、暖房、換気および空調（ＨＶＡＣ）システムにおいて用いることができるチラーである。第一実施形態の蒸気圧縮システムは、蒸気圧縮冷却サイクルを介して被冷却液（例えば水、エチレン、エチレングリコール、塩化カルシウムブライン等）から熱を取り去るよう構成され配置される。
【００２２】
図１および図２に示すように、蒸気圧縮システムは、次の４つの主要な構成要素、蒸発器１、コンプレッサ２、凝縮器３および膨張装置４を有する。
【００２３】
蒸発器１は、蒸発器１を通過する被冷却液（この例では水）から熱を取り去る熱交換器であり、循環する冷媒が蒸発器１において蒸発すると、水の温度が低下する。蒸発器１に入る冷媒は、二相の気体／液体状態にある。液体冷媒は蒸発器１において蒸気冷媒として蒸発すると同時に、水から熱を吸収する。
【００２４】
低圧低温蒸気冷媒は、蒸発器１から放出され、吸引によってコンプレッサ２に入る。コンプレッサ２において、蒸気冷媒は高圧高温蒸気へと圧縮される。コンプレッサ２は、任意のタイプの従来のコンプレッサ、例えば遠心式コンプレッサ、スクロールコンプレッサ、往復式コンプレッサ、およびスクリューコンプレッサ等であってよい。
【００２５】
次に、高温高圧蒸気冷媒が、凝縮器３へと入る。凝縮器は、蒸気冷媒から熱を取り去って気体状態から液体状態に凝縮させる他の熱交換器である。凝縮器３は、空冷式、水冷式又は任意の適切なタイプの凝縮器であってよい。熱は、凝縮器３を通過する冷却水又は空気の温度を上昇させ、そして、熱は、冷却水又は空気により運ばれ、システムの外部へと排出される。
【００２６】
その後、凝縮された液体冷媒は、冷媒が圧力の急激な低下を受ける膨張装置４に入る。膨張装置４は、オリフィスプレートと同程度に簡単な構成とすることができ、あるいは電子可変熱膨張弁と同程度に複雑な構成とすることもできる。急激な減圧により、液体冷媒は部分的に蒸発し、その結果、蒸発器１に入る冷媒は二相の気体／液体状態となる。
【００２７】
蒸気圧縮システムにおいて用いられる冷媒の例として、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）ベースの冷媒（例えばＲ−４１０Ａ、Ｒ−４０７ＣやＲ−１３４ａ）、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）、不飽和ＨＦＣベースの冷媒（例えばＲ−１２３４ｚｅやＲ−１２３４ｙｆ）、自然冷媒（例えばＲ−７１７やＲ−７１８）、又は他の適切なタイプの冷媒が挙げられる。
【００２８】
蒸気圧縮システムは、蒸気圧縮システムの動作を制御するようコンプレッサ２の駆動機構に機能的に連結される制御ユニット５を有する。
【００２９】
本発明を実施するために、従来のコンプレッサ、凝縮器および膨張装置を、それぞれ、コンプレッサ２、凝縮器３および膨張装置４として用いることができることは、本開示から当業者には明らかであろう。言いかえれば、コンプレッサ２、凝縮器３および膨張装置４は、当該技術において周知の従来の構成要素である。コンプレッサ２、凝縮器３および膨張装置４が、当該技術において周知であるので、これらの構造をここでは詳細に説明・例示しない。蒸気圧縮システムは、複数の蒸発器１、コンプレッサ２および／又は凝縮器３を有することもできる。
【００３０】
次に図３〜図５を参照して、第一実施形態に係る熱交換器である蒸発器１の詳細な構造を説明する。図３および図６に示すように、蒸発器１は、長手方向中心軸Ｃ（図６）が略水平方向に延びる略円筒形状のシェル１０を有する。シェル１０は、入口水室１３ａおよび出口水室１３ｂを形成する接続ヘッド部材１３と、水室１４ａを形成する戻りヘッド部材１４と、を有する。接続ヘッド部材１３および戻りヘッド部材１４は、シェル１０の円筒状本体の長手方向両端部に固定して連結される。入口水室１３ａおよび出口水室１３ｂは、水バッフル１３ｃによって分割される。接続ヘッド部材１３は、シェル１０に入る水が通過する水入口管１５と、シェル１０から放出される水が通過する水出口管１６と、を有する。図３および図６に示すように、シェル１０は、冷媒入口管１１と冷媒出口管１２とを更に有する。冷媒入口管１１は、供給導管６（図７）を介して膨張装置４に流体的に接続され、これにより、二相の冷媒がシェル１０へと導入される。膨張装置４は、冷媒入口管１１と直接連結されてもよい。二相の冷媒における液体成分は、蒸発器１を通る水から熱を吸収し、蒸発器１において沸騰および／又は蒸発し、液体から蒸気へと相変化する。蒸気冷媒は冷媒出口管１２からコンプレッサ２へと吸引によって流出する。
【００３１】
図４は、シェル１０内に収容される内部構造を示す概略斜視図である。図５は、図４に示される内部構造の分解図である。図４および図５に示すように、蒸発器１は基本的に、分配部２０と、管束３０と、トラフ部４０と、を有する。蒸発器１は好ましくは、図７に示すようなバッフル部材５０を更に有する。しかしながら、図４〜図６においては簡潔化のため、バッフル部材５０の図示を省略している。図４〜図６には更に、ガイド部が示されており、これは後述の実施形態のいくつかにおいて便宜上組み込むものであるが、ガイド部は随意的なものであり、本実施形態の一部ではない。
【００３２】
分配部２０は、気液分離器と冷媒分配器との両方として機能するよう構成され配置される。図５に示すように、分配部２０は、入口管部２１と、第一トレー部２２と、複数の第二トレー部２３と、を有する。
【００３３】
図６に示すように、入口管部２１はシェル１０の長手方向中心軸Ｃと略平行に延びる。入口管部２１は、シェル１０の冷媒入口管１１と流体的に接続され、これにより、二相の冷媒が冷媒入口管１１を介して入口管部２１へと導かれる。入口管部２１は、矩形断面構造を有する。第一トレー部２２は、入口管部２１と嵌合する構造を有し、入口管部２１の矩形断面形状の一部を形成する。
【００３４】
入口管部２１は、シェル１０の冷媒入口管１１に流体的に接続され、これにより、二相の冷媒が冷媒入口管１１を介して入口管部２１内へと導入される。入口管部２１は、第一トレー部２２に取り付けられた第一（供給）逆Ｕ字型部材２１ａと第二（分配）逆Ｕ字型部材２１ｂとを有することが好ましい。第一（供給）逆Ｕ字型部材２１ａは、堅い金属シート／板材料で形成され、液体および気体冷媒を通過させない。一方、第二（分配）逆Ｕ字型部材２１ｂは、堅い金属メッシュ（スクリーン）材料で形成することが好ましく、液体や気体冷媒が通過可能である。第一および第二逆Ｕ字型部材２１ａおよび２１ｂは、別々の部材（図４〜５ではまとめて示されているが）であり、第一トレー部２２の長手方向中央に取り付けられる。
【００３５】
図５〜８を参照すると、第一トレー部２２は、底表面から上方向に延びる一対の長手方向延伸フランジ２２ａを有し、長手方向中心軸Ｃに平行な方向に沿って中央長手方向流路２２ｂを形成している。フランジ２２Ａは、第一トレー部２２と一体的に形成しても、第一トレー部２２に（溶接等によって）固定された別のフランジであってもよく、第一トレー部２２の底表面に取り付けられたＵ字型の流路の一部であってもよい。いずれの場合でも、中央長手方向流路２２ｂには開口部がないことが好ましい。一方、フランジ２２ａの向かい合った側面のエリアには、孔２２ｃが形成されており、冷媒が第二トレー部２３へと通過していく。図示した実施形態において、第二（分配）逆Ｕ字型部材２１ｂが好ましくは堅い金属メッシュで形成されているので、流路２２ｂ内に配置された液体冷媒が一定の高さを超えるとフランジ２２ａを超えて流れるように、フランジ２２ａは所定の高さにまで延びていることが好ましい。
【００３６】
あるいは、第二（分配）逆Ｕ字型部材２１ｂは、ソリッド（ｓｏｌｉｄ）のシート／板状金属で形成してもよく、ただし、穴を形成して、液体および又は気体冷媒が通過可能とする。このような場合、穴は、所定の高さで配置することが好ましい。さらにこのような場合、フランジ２２ａの高さによって、液体冷媒がいつ第二（分配）逆Ｕ字型部材２１ｂから流出するかを決定する必要はなく、したがって、所望であれば（第二（分配）逆Ｕ字型部材２１ｂの穴の高さによって、どの高さで液体冷媒が穴を通って流れるかを決めるので）、フランジ２２ａを短くできる可能性がある。
【００３７】
流路２２ｂ内には穴は形成されないが、流路２２ｂの両側面のエリアには穴が形成される。第一および第二逆Ｕ字型部材２１ａおよび２１ｂは、長手方向流路２２ｂに受け入れられる自由端を有するような寸法／大きさとすることが好ましく、フランジ２２ａおよび第一トレー部２２の底表面と共に矩形断面筒状構造を形成する。第一および第二逆Ｕ字型部材２１ａおよび２１ｂは、溶接によって、ナット／ボルト等の締め具によって、又はその他の任意の適切な取り付け技術によって、第一トレー部２２のフランジ又は底部に取り付けられる。図示した実施形態において、第一および第二逆Ｕ字型部材２１ａおよび２１ｂを第一トレー部２２に取り付けるのに、溶接が使用される。
【００３８】
さらに図５〜８を参照すると、追加の、より大きな第三（分配）逆Ｕ字型部材２４が、第二（分配）逆Ｕ字型部材２１ｂの上に間隔を置いて取り付けられる。具体的には、複数のボルト２５が第二（分配）逆Ｕ字型部材２１ｂを介して上方向に延びており、ナットによって取り付けられている。ナットは、部材２１ｂの上方に第三（分配）逆Ｕ字型部材２４を設置する際のスペーサとして機能している。第三（分配）逆Ｕ字型部材２４は、第二（分配）逆Ｕ字型部材２１ｂよりも横方向に広く、それと同じか若干小さい高さを有する。ただし、スペーサとして機能するナットは比較的薄く、図８において最もよくわかるように、第三（分配）逆Ｕ字型部材２４の自由端は、フランジ２２ａの上端の下方で下に突出して第一トレー２２の底部の上に配置される。ボルト２５の自由端は、第三（分配）逆Ｕ字型部材２４も通過して延び、更なるナットが第三（分配）逆Ｕ字型部材２４を第二（分配）逆Ｕ字型部材２１ｂに固定するのに使用される。これらの追加のナットもまた、第三（分配）逆Ｕ字型部材２４から上方向に間隔を空けてバッフル構造５０を配置するためのスペーサとして機能する。
【００３９】
第三（分配）逆Ｕ字型部材２４によって、冷媒蒸気のそこを通過した流れが妨げられる。二相冷媒が入口管部２１の第一逆Ｕ字型部材２１ａから放出されると、放出された二相冷媒の液体成分は第一トレー部２２によって受け入れられる。一方、二相冷媒の蒸気成分は、上方向に流れ、バッフル構造５０に衝突するので、蒸気に取り込まれた液滴がバッフル構造５０によって捕獲され、バッフル構造５０から直接出口管１２へと向かう気体状の冷媒の流れは減少する。
【００４０】
図５および図７に示すように、第一トレー部２２は複数の第一放出孔２２ｃを有し、そこに貯留された液体冷媒は下方へと放出される。第一トレー部２２の第一放出孔２２ｃから放出される液体冷媒は、第一トレー部２２の下方に配置された第二トレー部２３のいずれかによって受けられる。
【００４１】
図５および図６に示すように、第一実施形態の分配部２０は、３つの同一の第二トレー部２３を有する。これらの第二トレー部２３は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに沿って隣り合うように配置される。図６に示すように、３つの第二トレー部２３の総長手方向長さは、図６に示すように、第一トレー部２２の長手方向長さと実質的に同一である。図７に示すように、第二トレー部２３が管束３０の全幅にわたって実質的に延設されるように、第二トレー部２３の横方向幅は第一トレー部２２の横方向幅より大きく設定されている。第二トレー部２３は、第二トレー部２３に貯留された液体冷媒が第二トレー部２３間で移動しないように構成される。図５および図７に示すように、各第二トレー部２３は、複数の第二放出孔２３ａを有し、そこから液体冷媒は管束３０に向かって下方へと放出される。具体的には、第二トレー部２３は、第一トレー部２２の孔２２ｃより多い数の孔２３ａを有することが好ましい。分配部２０の構成や構造が単に一つの好適な例に過ぎず、ここに開示した分配部２０の特定の構造に請求項が限定されるものではないことは、本開示から、当業者には明らかであろう。
【００４２】
図４〜９を参照すると、バッフル構造５０は基本的に、キャノピー部材５２と、第一バッフル部材５４と、第二バッフル部材５６と、第三バッフル部材５８とを含み、これらは溶接、又は任意の適切な取り付け技術によって共に固定されている。キャノピー部材５２は、バッフルの最上部である。第三バッフル部材５８は、キャノピー部材５２の直下にある。第二バッフル部材５６は、第三バッフル部材５８の直下にある。第一バッフル部材５４は、第二バッフル部材５６の直下にある。第一、第二および第三バッフル部材５４、５６、５８はそれぞれ、金属シート／板状材料からなる逆Ｕ字型部材として形成される。第一、第二および第三バッフル部材５４、５６、５８の脚部は、図９において最もよくわかるように、直線的に間隔を置いて交互に形成された切り込みを有する。具体的には、第三バッフル部材５８は、複数の長手方向に間隔を空けたプレート状タブ部分５８ａを含み、第一バッフル部材５４の長手方向に間隔を空けたプレート状タブ部分５４ａと長手方向の位置が一致している。第二バッフル部材５６は、複数の長手方向に間隔を空けたプレート状タブ部分５６ｂを含み、これらはタブ部分５４ａとタブ部分５８ａとの間の空隙内に長手方向に配置される。このようなタブ部分５４ａ、５６ｂ、５８ａの配置は、気体状冷媒の流れについて（空隙内に）曲がりくねった経路を形成し、気体冷媒の流れが衝突するが、気体状冷媒がバッフル部材５４、５６、５８を通過してある程度流れる。
【００４３】
図８〜９において最もよくわかるように、キャノピー部材５２は、中央部８０と一対の側面部８２とを有する。両側面部８２は、互いに鏡像であることを除いて、互いに同一である。第一、第二および第三バッフル部材５４、５６、５８は、中央部８０に取り付けられ、図８に示すように、設置位置において、タブ部分５４ａ、５６ｂ、５８ａは中央部８０から下方に突出する。中央部８０および第一、第二および第三バッフル部材５４、５６、５８は、ボルト２５を受け入れるための開口を有する。第三（分配）逆Ｕ字型部材２４を固定するのに使用するナットが、第一バッフル部材５４と接することによって、バッフル構造５０を上方に間隔を空けて配置している。ナットがボルト２５の自由端に取り付けられ、中央部８０が分配部２０の上方に位置するよう、バッフル構造５０に固定される。分配部２０は、冷媒分配アセンブリとも呼ばれる。中央部８０によって、冷媒分配アセンブリの上端に取り付けられるキャノピー部材５２の取り付け部が形成される。
【００４４】
中央部８０は、平面形状の部分である。側面部８２は、中央部８０の側端から横方向に延びる。具体的には、側面部８２は、長手方向中心軸Ｃに沿って見たときに、冷媒分配アセンブリ２０の上方の位置から横方向外側および下方向に向かって延びる。各側面部８２は、傾斜部分８２ａ、垂直部分８２ｂ、およびフランジ部分８２ｃを有する。各側面部８２は、垂直部分８２ｂの底端に形成された自由端を有する。自由端は、長手方向中心軸Ｃに沿って見たときに、長手方向中心軸Ｃを通過する垂直平面Ｖから冷媒分配アセンブリ２０よりも遠い位置に配置され、図８においてわかるように、長手方向中心軸Ｃに沿って見たときに、冷媒分配アセンブリ２０の最側端の上端（第二トレー部２３の側端の上端）よりも低い位置に配置される。
【００４５】
冷媒分配アセンブリ２０は、一対の最側端を有し、第二トレー部２３の側端に形成される。トレー部２３の上端は、冷媒分配アセンブリ２０の横方向の最外端の上端を形成する。図示した実施形態において、一対の側面部８２は、冷媒分配アセンブリ２０の上方の位置から横方向外側および下方向に延び、その自由端が鉛直板３２に（即ち、第二トレー２３の底に対応する鉛直位置に）接するよう配置される。鉛直板３２については、以下により詳細に述べる。ただし、側面部８２の自由端が鉛直板３２から上方に間隔を置いて配置されてもよいことは本開示から当業者には明らかであろう。図示した実施形態において、フランジ部分８２ｃは、傾斜部分８２ａに対して垂直方向に、冷媒分配アセンブリ２０に向かって延び、中央部８０と垂直部分８２ｂとからおよそ等しい間隔をもって配置される。
【００４６】
バッフル構造５０によって捕獲された液滴は、第一トレー部２２および／又は第二トレー部２３に向かって誘導される。蒸気成分は、第一、第二および第三バッフル部材５４、５６、５８を通じて横方向に、側面部８２に沿って下方向に、およびその後向きを変えて側面部８２の自由端で出口管１２に向かって上方向に流れる。蒸気冷媒は、出口管１２を介してコンプレッサ２に向かって放出される。バッフル構造５０（即ち、キャノピー部材５２）の構造によって、側面部８２の自由端付近での蒸気冷媒の速度は、およそ０．７ｍ／秒であり、一方従来のバッフル部材ではおよそ１．０ｍ／秒である。このような０．７ｍ／秒範囲での液滴は気体を伴わず、したがって、ほぼ全てが下方向に落下する。したがって、気体冷媒管には液体冷媒はほとんど導入されない。バッフル構造５０（例えばキャノピー部材５２）によって、伝熱ユニット（管束３０）の構造に関係なく性能が向上する。
【００４７】
管束３０は、分配部２０の下方に配置されており、これにより、分配部２０から放出される液体冷媒が管束３０上へと供給される。図６に示すように、管束３０は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃと略平行に延びる複数の伝熱管３１を有する。伝熱管３１は、金属等の高い熱伝導率を有する材料で形成されている。伝熱管３１には、好ましくは、冷媒と伝熱管３１の内部を流れる水との間の熱交換をさらに促進するために内部溝および外部溝が形成されている。このような内部溝および外部溝を有する伝熱管は、当該技術において周知である。例えば、日立電線株式会社のサーモエクセル（登録商標）−Ｅを本実施形態の伝熱管３１として用いることができる。図５に示すように、伝熱管３１は、シェル１０に固定して連結されて鉛直方向に延びる複数の支持板３２によって支持される。
【００４８】
本実施形態において、管束３０は、二経路（ツーパス）システムを形成するよう構成され、伝熱管３１は、管束３０の下部領域に配置された供給ライングループと、管束３０の上部領域に配置された戻りライングループと、に分割される。図６に示すように、供給ライングループの伝熱管３１の入口端部は、接続ヘッド部材１３の入口水室１３ａを介して水入口管１５と流体的に接続されており、これにより、蒸発器１に入る水が供給ライングループの伝熱管３１へと分配される。供給ライングループの伝熱管３１の出口端部および戻りライン管の伝熱管３１の入口端部は、戻りヘッド部材１４の水室１４ａと流体的に連通されている。したがって、供給ライングループの伝熱管３１の内部を流れる水は水室１４ａへと放出され、戻りライングループの伝熱管３１へと再分配される。戻りライングループの伝熱管３１の出口端部は、接続ヘッド部材１３の出口水室１３ｂを介して水出口管１６と流体的に連通されている。このように、戻りライングループの伝熱管３１の内部を流れる水は、水出口管１６を通って蒸発器１から出る。典型的なツーパス蒸発器において、水入口管１５に入る水の温度を華氏約５４度（約１２℃）とでき、水出口管１６から出ていく時、水は華氏約４４度（約７℃）に冷却される。本実施形態においては、水が蒸発器１の同じ側で出入りするツーパスシステムを形成するよう蒸発器１が構成されているが、一経路（ワンパス）あるいは三経路（スリーパス）システム等の他の従来のシステムを用いることができることは、本開示から当業者には明らかであろう。また、ツーパスシステムにおいて、ここで例示した構成の代わりに、戻りライングループを供給ライングループの下方に又は横に並べて配置することもできる。
【００４９】
第一実施形態に係る蒸発器１の伝熱機構の詳細な構成を、図７を参照して説明する。図７は、図３の切断線７−７’に沿って見た蒸発器１の概略横方向断面図である。
【００５０】
上述の通り、二相状態の冷媒は、供給導管６を通って入口管１１を介して分配部２０の入口管部２１に供給される。図７において、冷凍回路における冷媒のフローを概略的に示す。簡潔化のため、入口管１１を省略している。分配部２０に供給された冷媒の蒸気成分は、分配部２０の第一トレー部２２における液体成分から分離されて、出口管１２を通って蒸発器１から出る。一方、二相の冷媒の液体成分は、第一トレー部２２に貯留され、その後第二トレー部２３に貯留されて、そして、第二トレー部２３の放出孔２３ａから管束３０に向かって下方へ放出される。
【００５１】
図７に示すように、管束３０は、流下膜領域ＦＦと、貯留領域Ａと、浸漬領域ＦＬとを有する。流下膜領域ＦＦにおける伝熱管３１は、液体冷媒の流下膜式蒸発を行うよう構成され配置される。より具体的には、分配部２０から放出される液体冷媒が各伝熱管３１の外壁に沿って層（すなわち膜）を形成し、そこで液体冷媒が蒸気冷媒として蒸発するとともに、伝熱管３１の内部を流れる水から熱を吸収するように、流下膜領域ＦＦにおける伝熱管３１は構成される。図７に示すように、シェル１０の長手方向中心軸Ｃと平行な方向から見て（図７のように）、流下膜領域ＦＦにおける伝熱管３１は、互いに平行に延びる複数の鉛直方向の列に配置されている。したがって、伝熱管３１の列のそれぞれにおいて、冷媒は、重力によって一の伝熱管から他の伝熱管へと下方に落下する。伝熱管３１の列は、第二トレー部２３の第二放出開口部２３ａに対して配置され、第二放出開口部２３ａから放出される液体冷媒は、各列における伝熱管３１のうち最も上方にある管上へと落ちる。図示した実施形態において、図７に示すように、流下膜領域ＦＦにおける伝熱管３１の列は、千鳥状に配置される。流下膜領域ＦＦにおける伝熱管３１のうちの２つの隣接する管の間の鉛直方向ピッチは実質的に一定である。同様に、流下膜領域ＦＦにおける伝熱管３１の列の２つの隣接する列の間の水平方向ピッチは実質的に一定である。
【００５２】
図７に示すように、流下膜領域ＦＦにおいて蒸発しなかった液体冷媒は、重力によって、トラフ部４０が配置される貯留領域Ａ内へと連続的に落下する。トラフ部４０は、貯留領域Ａにおける伝熱管３１がトラフ部４０に貯留された液体冷媒に少なくとも部分的に浸漬されるように、上方から流下する液体冷媒を貯留するように構成され配置される。図７に示す例において、トラフ部４０は、貯留領域Ａにおける２行の伝熱管３１に対して設けられる。
【００５３】
図７に示すように、トラフ部４０は、二つの第一トラフ部分４１と、三つの第二トラフ部分４２と、を有する。図６に示すように、第一トラフ部分４１および第二トラフ部分４２は、伝熱管３１の長手方向長さと実質的に同一の長手方向長さにわたって、シェル１０の長手方向中心軸Ｃと略平行に延びる。図７に示すように、長手方向中心軸Ｃに沿って見て、トラフ部４０の第一トラフ部分４１および第二トラフ部分４２は、シェル１０の内面から間隔を空けて配置される。第一トラフ部分４１および第二トラフ部分４２は、金属、合金、樹脂等の種々の材料で形成できる。本実施形態においては、第一トラフ部分４１および第二トラフ部分４２は、鋼板（鋼板シート）等の金属材料で形成されている。第一トラフ部分４１および第二トラフ部分４２は、支持板３２によって支持される。支持板３２は、第一トラフ部分４１の内部領域に対応する位置に配置された開口部（図示せず）を有しており、これにより、トラフ部分４１のすべての区分（セグメント）が第一トラフ部分４１の長手方向長さに沿って流体連通状態にある。したがって、第一トラフ部分４１に貯留された液体冷媒は、トラフ部分４１の長手方向長さに沿って、支持板３２における開口部を介して流動する。同様に、支持板３２には、第二トラフ部分４２の内部領域に対応する位置に配置された開口部（図示せず）が設けられ、これにより、第二トラフ部分４２のすべての区分（セグメント）が第二トラフ部分４２の長手方向長さに沿って流体連通状態にある。したがって、トラフ部分４２に貯留された液体冷媒は、第二トラフ部分４２の長手方向長さに沿って、支持板３２における開口部を介して流動する。
【００５４】
図７に示すように、第一トラフ部分４１は貯留領域Ａにおける伝熱管３１の最も下の行の下方に配置されており、第二トラフ部分４２は貯留領域Ａにおける伝熱管３１の下から二番目の行の下方に配置されている。図７に示すように、貯留領域Ａにおける下から二番目の行の伝熱管３１は三つのグループに分割されており、第二トラフ部分４２のそれぞれは、三つのグループのそれぞれの下方に配置されている。第二トラフ部分４２の間に隙間が形成されており、これにより、液体冷媒が第二トラフ部分４２から第一トラフ部分４１に向かってオーバーフローする。
【００５５】
本実施形態においては、貯留領域Ａにおける伝熱管３１は、図７に示すように、管束３０の両側において、貯留領域Ａのそれぞれの行における伝熱管３１のうち最も外側の管が、流下膜領域ＦＦにおける伝熱管３１の最も外側の列の外側に配置されるよう構成される。シェル１０内の蒸気フローにより、液体冷媒のフローは、管束３０の下側領域に向かうにつれて外側に広がる傾向があるので、図７に示すように、貯留領域Ａのそれぞれの行において少なくとも１つの伝熱管を、流下膜領域ＦＦにおける伝熱管３１の最も外側の列の外側に配置することが好ましい。
【００５６】
第一トラフ部分４１は、第二トラフ部分４２よりも幅が広く、その数は少ない。各トラフ部分４１は、底壁部４１ａおよび一対の側壁部４１ｂを含む。同様に、各トラフ部分４２は、底壁部４２ａおよび一対の側壁部４２ｂを含む。側壁部４１ｂおよび４２ｂは、場所によって高さが異なる。それぞれのトラフ部分の側壁部４１ｂおよび４２ｂは、ある場所の高さ以外、互いに鏡像となっている。（場合によって）高さが異なることと互いに鏡像であることとを除けば、側壁部４１ｂと４２ｂとは互いに同じであり、したがって、便宜上同じ参照符号を付する。
【００５７】
本実施形態において、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに沿って見たときに、貯留領域Ａにおける伝熱管３１は、水平な２行に配置される。トラフ部４０は、長手方向中心軸Ｃに沿って見たときに、貯留領域Ａの伝熱管３１の水平な行の数に対応する、複数の層（本実施形態では二層）内の水平な行の下方に配置された、複数のトラフ部分４１および４２を含む。第一の（下部）層における側壁部４１ｂのうちの二つが第一の（下部）層の最外側端を形成し、残りの数の側壁部４１ｂが第一の（下部）層の内側壁部を形成する。第一の（下部）層の任意の内側壁部４１ｂは、第一の（下部）層の最外側端を形成する側壁部４１ｂのうちの二つよりも鉛直方向の高さが低い。同様に、第二の（上部）層における側壁部４２ｂのうちの二つが第二の（上部）層の最外側端を形成し、残りの数の側壁部４２ｂが第二の（上部）層の内側壁部を形成する。第二の（上部）層の任意の内側壁部４２ｂは、第二の（上部）層の最外側端を形成する側壁部４２ｂのうちの二つよりも鉛直方向の高さが低い。この配置は、図７および図１０〜１２において最もよく理解できる。
【００５８】
このように、各層のトラフ部分４１／４２の側壁部４１ｂ／４２ｂのうちの二つは、層の最外側端を形成し、残りの数の側壁部４１ｂ／４２ｂが層の内側壁部を形成し、各層の任意の内側壁部４１ｂ／４２ｂは、層の最外側端を形成する側壁部４１ｂ／４２ｂのうちの二つよりも鉛直方向の高さが低い。各層の内側壁部４１ｂ／４２ｂは、底壁部４１ａ／４２ａから、層の上方の水平な行における伝熱管３１の少なくとも５０％と重複する位置まで鉛直に延びる。図示した実施形態において、層の伝熱管３１の５０％は、内側壁部４１ｂ／４２ｂと重複している。外側壁部４１ｂ／４２ｂは、層の伝熱管の約１００％と鉛直方向に重複する。したがって、各層をオーバーフローする液体冷媒は、内側壁部４１ｂ／４２ｂからオーバーフローするが、層の最外側端を形成する側壁部４１ｂ／４２ｂのうちの二つからはオーバーフローしない。
【００５９】
図示した実施形態において、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに沿って見たときに、貯留領域Ａの伝熱管３１は、水平な２行に配置され、トラフ部４０は、貯留領域Ａに配置された伝熱管３１の下を横方向に連続的に延びる。本実施形態において、Ｄ１は内側壁部４１ｂ／４２ｂの重なり距離（高さ）を表し、一方Ｄ２は、最外側壁部４１ｂ／４２ｂの重なり距離（高さ）を表す。上述のように、Ｄ１／Ｄ２≧０．５であることが好ましい。（例えば、図示した実施形態では、０．５）。
【００６０】
図１０は、図７の領域Ｘの拡大断面図で、蒸発器１が通常条件で使用されている状態を概略的に示している。簡潔化のため、図８には伝熱管３１の内部で流れる水を描画していない。図１０に示すように、液体冷媒は流下膜領域ＦＦにおいて伝熱管３１の外面に沿って膜を形成し、液体冷媒の一部は蒸気冷媒として蒸発する。このように、液体冷媒が蒸気冷媒として蒸発するうちに、伝熱管３１を伝って落下する液体冷媒の量は、管束３０の下側領域に向かうにつれて減少する。さらに、分配部２０からの液体冷媒の分配が均一でない場合には、管束３０の下側領域に配置された伝熱管３１にドライパッチが形成される可能性が高くなり、伝熱には不利益である。そのため、本発明の本実施形態において、トラフ部４０は、管束３０の下側領域に配置される貯留領域Ａに配置され、これにより、上方から流下する液体冷媒を貯留し、貯留された冷媒をシェルＣの長手方向に沿って再分配する。したがって、貯留領域Ａにおけるすべての伝熱管３１は、第一実施形態に係るトラフ部４０に集められた液体冷媒に少なくとも部分的に浸漬される。こうして、管束３０の下側領域におけるドライパッチの形成を防止することができ、また、良好な蒸発器１の熱伝達効率を確保することができる。
【００６１】
例えば、図１０に示すように、「１」と印した伝熱管３１が冷媒をほとんど受けないとき、「１」と印した伝熱管の直下に配置された「２」と印した伝熱管３１は、上方からの液体冷媒を受ける。しかしながら、液体冷媒が他の伝熱管３１に沿って流れるため、液体冷媒は第二トラフ部分４２に貯留される。したがって、第二トラフ部分４２の直上の伝熱管３１は、第二トラフ部分４２に貯留された液体冷媒に少なくとも部分的に浸漬される。さらに、伝熱管３１が第二トラフ部分４２に貯留された液体冷媒に部分的にのみ浸漬される（つまり、それぞれの伝熱管３１の一部が露出している）場合であっても、トラフ部分４２に貯留された液体冷媒は、毛管現象により、図１０に示す矢印のように、伝熱管３１の外壁の露出面に沿って上昇する。したがって、第二トラフ部分４２に貯留された液体冷媒は、伝熱管３１を通る水から熱を吸収すると同時に、沸騰および／又は蒸発する。さらに、第二トラフ部分４２は、液体冷媒が第二トラフ部分４２から第一トラフ部分４１へとオーバーフローするよう設計されている。図１０に示すように、第一トラフ部分４１直上に配置された伝熱管３１は、第一トラフ部分４１に貯留された液体冷媒に少なくとも部分的に浸漬される。さらに、伝熱管３１が第二トラフ部分４１に貯留された液体冷媒に部分的にのみ浸漬される（つまり、それぞれの伝熱管３１の一部が露出している）場合であっても、トラフ部分４１に貯留された液体冷媒は、毛管現象により、貯留された冷媒に少なくとも部分的に浸漬された伝熱管３１の外壁の露出面に沿って上昇する。したがって、第一トラフ部分４１に貯留された液体冷媒は、伝熱管３１の内部を通る水から熱を吸収すると同時に、沸騰および／又は蒸発する。したがって、液体冷媒と、貯留領域Ａにおける伝熱管３１の内部を流れる水との間で、効果的に伝熱が行われる。
【００６２】
図１１および図１２を参照して、第一トラフ部分４１および第二トラフ部分４２の詳細な構造を、第二トラフ部分４２の１つを用いて説明する。底壁部４２ａおよび側壁部４２ｂは、液体冷媒が貯留される凹部を形成し、これにより、蒸発器１が通常条件で動作する時、伝熱管３１が第二トラフ部分４２に貯留された液体冷媒に少なくとも部分的に浸漬される。具体的には、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに垂直な水平方向に沿って見て、第二トラフ部４２の側壁部４２ｂは、第二トラフ部４２の直上に配置された伝熱管３１と部分的に重なっている。図１２は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに垂直な水平方向に沿って見た、トラフ部分４２および伝熱管３１を示す。上述のように、重なり距離Ｄ１は、伝熱管３１の高さ（外径）Ｄ２の２分の１以上（Ｄ１／Ｄ２≧０．５）に設定される。第一トラフ部分４１が横方向に広いことを除いて、第一トラフ部分４１は第二トラフ部分４２と同じ構造を有する。したがって、液体冷媒は、内部側壁部４１ｂからオーバーフローして、浸漬領域ＦＬに流下する。これについて以下に説明する。
【００６３】
図７を再び参照すると、浸漬領域ＦＬは、ハブシェル１１の底部にある貯留領域の下方のグループに配置される複数の伝熱管３１を含む。貯留領域Ａと流下膜領域ＦＦとを含む管束３０の構成によって、浸漬領域ＦＬの管３１の数と浸漬領域ＦＬの全体寸法（深さ）はより小さくできる。したがって、冷媒の量は、性能を低下させることなく減少させられる。
【００６４】
本実施形態において、流体導管８が、シェル１０内部の浸漬領域ＦＬに流体的に接続される。具体的には、シェル１０は、導管８と流体連通する底部出口管１７を有する。ポンプ装置８ａが流体導管８に接続され、流体をシェル１０の底部からコンプレッサ２に戻す。浸漬領域ＦＬに貯留された液体が所定のレベルに到達して、液体をそこから蒸発器１の外部に放出する際には、ポンプ８ａは選択的に動作可能である。図示した実施形態において、導管８は、浸漬領域ＦＬの最底点に接続される。ただし、流体導管８は、浸漬領域の最底点から離れた場所で浸漬領域ＦＬに連結可能であることが、本開示から当業者には明らかであろう。いずれにせよ、浸漬領域の最底点と浸漬領域内の液位に応じた位置との間の場所において（例えば、最底点と浸漬領域ＦＬの管３１の最上層との間の場所において）、流体導管８は、浸漬領域ＦＬと流体的に接続するのが好ましい。さらに、ポンプ装置８ａの代わりとしてエジェクタを使用可能であろうことは、本開示から当業者には明らかであろう。この場合、ポンプ装置８ａがエジェクタで置き換えられると、エジェクタもまたコンプレッサ２から圧縮された冷媒を受け取る。エジェクタはその後、コンプレッサ２からの圧縮された冷媒と浸漬領域ＦＬから受け取った液体とを混合可能であり、これによって、特定の油分濃度をコンプレッサ２に戻すよう供給可能である。ポンプ８ａ等のポンプ及び上述のようなエジェクタは、業界では周知であるので、さらに詳細には説明又は例示しない。
【００６５】
図示した実施形態において、蒸発器１に供給される冷媒は、油分を含んでいる（例えば、濃度０．５ｗｔ％）。冷媒／油分が蒸発器１内で熱交換及び蒸発を経ると、蒸発器１内の油分濃度は、液体が蒸発器の下部に移動するにつれて徐々に上昇する。例えば、本実施形態において、流下膜領域ＦＦでの油分濃度は、０．５ｗｔ％と１ｗｔ％との間であろう。貯留領域Ａでは、油分濃度は２ｗｔ％と１０ｗｔ％との間であろう（例えば、上部トラフ部分４２では２ｗｔ％で、下部トラフ部分４１では１０ｗｔ％）。浸漬領域ＦＬでは、油分濃度は３０ｗｔ％に到達するであろう。トラフ部４０が以下の実施形態のように変形されたとしても、浸漬領域ＦＬでの油分濃度は、３０ｗｔ％に到達するであろう。ただし、ここに開示した配置によって、油分濃度は、下方向において徐々に増加可能であって、従来の技術ほどは伝熱に悪い影響を与えない。さらに、ここに開示した配置によって、浸漬領域の大きさは小さくでき、したがって、冷媒の量もまた少なくできる。
【００６６】
管束３０およびトラフ部４０の構成は、図７に示す構成に限定されない。本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更および変形が行えることは、本開示から当業者には明らかであろう。いくつかの変形例を以下に説明する。
【００６７】
＜第一実施形態の変形例＞
次に図１３〜１６を参照すると、第一実施形態の変形例に係る蒸発器１’が示される。蒸発器１’は、変形されたトラフ部４０’を備えること以外、蒸発器１と同一である。このような第一実施形態の変形例と第一実施形態との類似点に鑑みて、第一実施形態の部品と同じ第一実施形態の変形例の部品には、第一実施形態と同一の参照符号を付す。さらに、第一実施形態の部品と同じ第一実施形態の変形例の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。さらに、ここで説明及び例示することを除いて、前述の実施形態の説明及び例示が第一実施形態の変形例にも当てはまることは、本開示から当業者には明らかであろう。
【００６８】
変形されたトラフ部４０’は、変形されたトラフ部４０’が変形されたトラフ部分４１’および４２’を備えることを除いて、トラフ部４０と同一である。変形されたトラフ部分４１’および４２’は、トラフ部分４１’および４２’の内側端において、層に配置された伝熱管の７５％と重なるようにＤ１の寸法が設定されることを除いて、トラフ部分４１および４２と同じである。したがって、各トラフ部分４１’は、底壁部４１ａ’および一対の側壁部４１ｂ’を含む。同様に、各トラフ部分４２’は、底壁部４２ａ’および一対の側壁部４２ｂ’を含む。側壁部４１ｂ’および４２ｂ’は、場所によって高さが異なる。それぞれのトラフ部分の側壁部４１ｂ’および４２ｂ’は、ある場所の高さ以外、互いに鏡像となっている。（場合によって）高さが異なることと互いに鏡像であることを除けば、側壁部４１ｂ’と４２ｂ’とは互いに同じであり、したがって、便宜上同じ参照符号を付する。
【００６９】
＜第二実施形態＞
次に図１７を参照して、第二実施形態に係る蒸発器２０１を以下に説明する。本第二実施形態は、変形されたトラフ部２４０を備えること以外、第一実施形態と同一である。したがって、ここで説明及び例示することを除いて、第一実施形態の説明及び例示が第二実施形態にも当てはまる。第二実施形態と第一実施形態との類似点に鑑みて、第一実施形態の部品と同じ第二実施形態の部品には、第一実施形態と同一の参照符号を付す。さらに、第一実施形態の部品と同じ第二実施形態の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。先に述べたとおり、本第二実施形態に係る蒸発器２０１は、蒸発器２０１が変形されたトラフ部２４０を備えること以外、第一実施形態の蒸発器１と同一である。具体的には、変形されたトラフ部２４０は、トラフ部分４２を備えるが、第一形態からトラフ部分４１が省略されている。トラフ部分４１の伝熱管３１もまた削除されて、変形された管束２３０を形成する。それ以外の点で、管束２３０（伝熱ユニット）は、管束３０と同一である。
【００７０】
上述の相違点を除くと、本第二実施形態は、第一実施形態と同一である。したがって、本第二実施形態において、貯留領域Ａの伝熱管３１は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに沿って見たときに、（単一の）水平な行に配置され、トラフ部２４０は、長手方向中心軸Ｃに沿って見たときに、貯留領域Ａの伝熱管３１の水平な行の下方に配置された複数の横方向に配置されたトラフ部分４２を有する。さらに、第一実施形態のように、各トラフ部分４２は、底壁部４２ａおよび一対の側壁部４２ｂを含む。側壁部４２ｂのうちの二つはトラフ部２４０の最外側端を形成し、残りの数の側壁部４２ｂは内側壁部を形成する。第一実施形態のように、内側壁部４２ｂは、トラフ部２４０の最外側端を形成する側壁部４２ｂのうちの二つよりも鉛直方向の高さが低い。さらに、第一実施形態のように、内側壁部４２ｂは、底壁部から、水平な行における伝熱管３１の少なくとも５０％と重複する位置まで鉛直上方向に延びる。さらに、第一実施形態のように、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに沿って見て、横方向に関し、貯留領域Ａの伝熱管３１のうちの最外の管は、流下膜領域ＦＦの伝熱管３１の列の最外の列の外側に位置する。
【００７１】
＜第二実施形態の変形例＞
次に図１８を参照すると、第二実施形態の変形例に係る蒸発器２０１’が示される。蒸発器２０１’は、変形されたトラフ部２４０’を備えること以外、蒸発器２０１と同一である。このような第二実施形態の変形例と第二実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第二実施形態の変形例の部品には、他の実施形態と同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第二実施形態の変形例の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。さらに、ここで説明及び例示することを除いて、前述の第二実施形態の説明及び例示が第二実施形態の変形例にも当てはまることは、本開示から当業者には明らかであろう。
【００７２】
変形されたトラフ部２４０’は、変形されたトラフ部２４０’が第一実施形態の変形例の変形されたトラフ部分４２’と同一の変形されたトラフ部分４２’を備えることを除いて、トラフ部２４０と同一である。したがって、変形されたトラフ部分４２’は、層に配置された伝熱管の７５％と重なるようにＤ１の寸法が設定されることを除いて、トラフ部分４２と同じである。
【００７３】
＜第三実施形態＞
次に図１９を参照して、第三実施形態に係る蒸発器３０１を以下に説明する。本第三実施形態は、変形されたトラフ部３４０を備えること以外、第一実施形態と同一である。したがって、ここで説明及び例示することを除いて、第一実施形態の説明及び例示が第三実施形態にも当てはまる。第三実施形態と第一実施形態との類似点に鑑みて、第一実施形態の部品と同じ第三実施形態の部品には、同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第三実施形態の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。先に述べたとおり、本第三実施形態に係る蒸発器３０１は、蒸発器３０１が変形されたトラフ部３４０を備えること以外、第一実施形態の蒸発器１と同一である。具体的には、変形されたトラフ部３４０は、第一実施形態のトラフ部分４１および４２の代わりに単一のトラフ部分３４２を含む。トラフ部分３４２の構造によって、変形された管束３３０が形成される。それ以外の点で、管束３３０（伝熱ユニット）は、管束３０と同一である。
【００７４】
トラフ部分３４２は、大きさ、形状および位置においてトラフ部分４１に概ね対応し、単一層の冷媒管３１のすべてがそこに配置可能である。トラフ部３４２は、底壁部３４２ａと一対の側壁部３４２ｂとを含むことが好ましい。側壁部３４２ｂは、そこに配置される伝熱管３１の層の１００％と重なることが好ましい。上述の差異を除けば、本第三実施形態は、第一実施形態と同一である。
【００７５】
＜第四実施形態＞
次に図２０を参照して、第四実施形態に係る蒸発器４０１を以下に説明する。本第四実施形態は、変形されたトラフ部４４０を備えること以外、第一実施形態と同一である。したがって、ここで説明及び例示することを除いて、第一実施形態の説明及び例示が第四実施形態にも当てはまる。第四実施形態と第一実施形態との類似点に鑑みて、第一実施形態の部品と同じ第四実施形態の部品には、同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第四実施形態の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。先に述べたとおり、本第四実施形態に係る蒸発器４０１は、蒸発器４０１が変形されたトラフ部４４０を備えること以外、第一実施形態の蒸発器１と同一である。具体的には、変形されたトラフ部４４０は、第一実施形態のトラフ部分４１および４２の代わりに単一のトラフ部分４４２を含む。トラフ部分４４２の構造によって、変形された管束４３０が形成される。それ以外の点で、管束４３０（伝熱ユニット）は、管束３０と同一である。
【００７６】
トラフ部分４４２は、トラフ部分４１および４２より深い（約二倍深い）ので、二層の冷媒管３１をそこに配置可能である。トラフ部４４２は、底壁部４４２ａと一対の側壁部４４２ｂとを含むことが好ましい。側壁部４４２ｂは、そこに配置される伝熱管３１の二層の１００％と重なることが好ましい。上述の差異を除けば、本第四実施形態は、第一実施形態と同一である。
【００７７】
＜第五実施形態＞
次に図２１を参照して、第五実施形態に係る蒸発器５０１を以下に説明する。本第五実施形態は、貯留領域Ａの下方の浸漬領域ＦＬに配置された伝熱管３１の下方に配置される浸漬領域トレー９０を備えること以外、第二実施形態と同一である。浸漬領域トレー９０は、貯留領域Ａの下方の浸漬領域ＦＬの伝熱管３１の全体寸法と形状に対応する寸法と形状を有する。浸漬部分トレー９０があることによって、流体導管８は、伝熱管３１が配置されたトレー９０の流路と連通する。したがって、ここで説明及び例示することを除いて、第二実施形態の説明及び例示が第五実施形態にも当てはまる。第五実施形態と先行する実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第五実施形態の部品には、他の実施形態の部品と同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第五実施形態の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。
【００７８】
本第五実施形態に係る蒸発器５０１は、蒸発器５０１が浸漬部分トレー９０を備えること以外、第二実施形態の蒸発器２０１と同一である。具体的には、浸漬部分トレー９０は、浸漬領域ＦＬに配置された伝熱管３１のグループの下方に配置される。浸漬部分トレー９０は、トラフ部分４１および４２のように伝熱管３１の長さに沿って、中央軸Ｘに沿って長手方向に延びる。浸漬部分トレー９０は、図２１に示すような断面形状に曲げられた、押し出された、又は成形された、金属シート又は金属板のような堅い材料で構成されるのが好ましい。また、浸漬部分トレー９０は、長手方向の長さ全体に沿って一定の断面を有することが好ましい。各鉛直板３２は、開口部（図示せず）を有することが好ましく、これによって浸漬部分トレー９０に受け入れた冷媒は浸漬部分トレー９０内で長手方向に流れる。浸漬部分トレー９０は基本的に、底壁部９０ａ、一対の側壁部９０ｂ、一対の側端部９０ｃ、および底壁部９０ａから底部出口管１７へと下方向に延びる流体連通管部９０ｄとを備える。したがって、浸漬部分トレー９０の流路は、流体導管８と連通する。本実施形態において、底壁部９０ａと一対の側壁部９０ｂとは、そこに配置される伝熱管３１のグループの全体寸法と形状に対応する寸法と形状とを有する。本実施形態において、底壁部９０ａと一対の側壁部９０ｂとは、台形形状を有する。外側端部９０ｃは、略平行に延びる。図示した実施形態において、浸漬領域の伝熱管３１は、先行する実施形態とは若干違う構成であり、浸漬領域ＦＬの容積を最小化しており、浸漬領域トレー９０は、同じ寸法および形状を有する。それ以外の点で、管束５３０（伝熱ユニット）は、管束２３０と同一である。
【００７９】
＜第五実施形態の変形例＞
次に図２２を参照すると、第五実施形態の変形例に係る蒸発器５０１’が示される。蒸発器５０１’は、第二実施態様の変形例のような変形されたトラフ部２４０’を備えること以外、蒸発器５０１と同一である。このような第五実施形態の変形例と第五実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第五実施形態の変形例の部品には、他の実施形態と同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第五実施形態の変形例の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。さらに、ここで説明及び例示することを除いて、前述の第五実施形態の説明及び例示が第五実施形態の変形例にも当てはまることは、本開示から当業者には明らかであろう。
【００８０】
変形されたトラフ部２４０’は、上述の第二実施形態の変形例に開示されたものであり、したがって、簡潔にするためにここでは繰り返さない。それ以外の点で、本第五実施形態の変形例は、第五実施形態と同一である。
【００８１】
＜第六実施形態＞
次に図２３を参照して、第六実施形態に係る蒸発器６０１を以下に説明する。本第六実施形態は、貯留領域Ａの下方の浸漬領域ＦＬに配置された伝熱管３１の下方に配置される浸漬領域トレー９０（即ち、第五実施形態のようなもの）を備えること以外、第一実施形態と同一である。浸漬領域トレー９０は、貯留領域Ａの下方の浸漬領域ＦＬの伝熱管３１の全体寸法と形状に対応する寸法と形状を有する。したがって、ここで説明及び例示することを除いて、第一実施形態の説明及び例示が第六実施形態にも当てはまる。第六実施形態と先行する実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第六実施形態の部品には、他の実施形態の部品と同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第六実施形態の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。
【００８２】
本第六実施形態に係る蒸発器６０１は、蒸発器６０１が（第五実施形態の）浸漬部分トレー９０を備えること以外、第一実施形態の蒸発器１と同一である。浸漬部分トレー９０については、第五実施形態ですでに説明しており、簡潔にするために説明は繰り返さない。図示した実施例において、浸漬領域の伝熱管３１は、先行する実施形態とは若干違う構成であり（第五実施形態のように構成されており）、浸漬領域ＦＬの容積を最小化して、浸漬領域トレー９０は、同じ寸法および形状を有する。それ以外の点で、管束６３０（伝熱ユニット）は、管束３０と同一である。
【００８３】
＜第六実施形態の変形例＞
次に図２４を参照すると、第六実施形態の変形例に係る蒸発器６０１’が示される。蒸発器６０１’は、第一実施形態の変形例のように、変形されたトラフ部４０’を備えること以外、蒸発器６０１と同一である。このような第六実施形態の変形例と第六実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第六実施形態の変形例の部品には、他の実施形態と同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第六実施形態の変形例の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。さらに、ここで説明及び例示することを除いて、前述の第六実施形態の説明及び例示が第六実施形態の変形例にも当てはまることは、本開示から当業者には明らかであろう。
【００８４】
変形されたトラフ部４０’は、上述の第一実施形態の変形例に開示されたものであり、したがって、簡潔にするためにここでは繰り返さない。それ以外の点で、本第六実施形態の変形例は、第六実施形態と同一である。
【００８５】
＜第七実施形態＞
次に図２５を参照して、第七実施形態に係る蒸発器７０１を以下に説明する。本第七実施形態は、貯留領域Ａの下方の浸漬領域ＦＬに配置された伝熱管３１の下方に配置される浸漬領域トレー９０（即ち、第五実施形態のようなもの）を備えること以外、第四実施形態と同一である。浸漬領域トレー９０は、貯留領域Ａの下方の浸漬領域ＦＬの伝熱管３１の全体寸法と形状に対応する寸法と形状を有する。したがって、ここで説明及び例示することを除いて、第四実施形態の説明及び例示が第七実施形態にも当てはまる。第七実施形態と先行する実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第七実施形態の部品には、同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第七実施形態の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。
【００８６】
本第七実施形態に係る蒸発器７０１は、蒸発器７０１が浸漬部分トレー９０を備えること以外、第四実施形態の蒸発器４０１と同一である。図示した実施例において、浸漬領域の伝熱管３１は、先行する実施形態とは若干違う構成であり（第五実施形態のように構成されており）、浸漬領域ＦＬの容積を最小化して、浸漬領域トレー９０は、同じ寸法および形状を有する。それ以外の点で、管束７３０（伝熱ユニット）は、管束４３０と同一である。
【００８７】
＜第八実施形態＞
次に図２６を参照して、第八実施形態に係る蒸発器８０１を以下に説明する。本第八実施形態は、分散した冷媒をトラフ部２４０の上方の伝熱管３１に向かって戻すよう導くよう配置されたガイド部７０を備えること以外、第二実施形態と同一である。したがって、ここで説明及び例示することを除いて、第二実施形態の説明及び例示が第八実施形態にも当てはまる。第八実施形態と先行する実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第八実施形態の部品には、同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第八実施形態の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。
【００８８】
本第八実施形態に係る蒸発器８０１は、蒸発器８０１がガイド部７０を備えること以外、第二実施形態の蒸発器２０１と同一である。具体的には、ガイド部７０は基本的に、トラフ部２４０の上端の向かい合う側面の鉛直位置に、管束２３０から上方および横方向外側に延びる一対の側面部７２を有する。いずれの場合にも、ガイド部７０は、トラフ部２４０の上端の鉛直位置に、管束２３０から上方および横方向外側に延びる少なくとも一つの側面部７２を有する。図４〜６において最もよくわかるように、各側面部７２は鉛直板３２に溶接された複数の別々の部分で形成される。
【００８９】
ガイド部７０の各側面部７２は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃを通る水平面Ｐに対して１０度から４５度の間で傾斜する傾斜部分７２ａを備える。各傾斜部分７２ａが、水平面Ｐに対して３０度から４５度の間で傾いていることがより好ましい。図示した実施形態において、各傾斜部分７２ａは、水平面Ｐに対して約４０度傾斜している。図７に示すように、側面部７２および傾斜部分７２ａは、その向きが互いに鏡像であることを除いて、互いに同一である。図示した実施形態において、各側面部７２は、ただ一つの傾斜部分７２ａからなる。なお、必要があればおよび／又は所望であれば、各側面部７２が、１つ以上の追加的な部分を有することができることは、本開示から当業者には明らかであろう。
【００９０】
＜第八実施形態の変形例＞
次に図２７を参照すると、第八実施形態の変形例に係る蒸発器８０１’が示される。蒸発器８０１’は、第二実施形態の変形例のように、変形されたトラフ部２４０’を備えること以外、蒸発器８０１と同一である。このような第八実施形態の変形例と第八実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第八実施形態の変形例の部品には、他の実施形態と同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第八実施形態の変形の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。さらに、ここで説明及び例示することを除いて、前述の第八実施形態の説明及び例示が第八実施形態の変形例にも当てはまることは、本開示から当業者には明らかであろう。
【００９１】
変形されたトラフ部２４０’は、上述の第二実施形態の変形例に開示されたものであり、したがって、簡潔にするためにここでは繰り返さない。それ以外の点で、本第八実施形態の変形例は、第八実施形態と同一である。
【００９２】
＜第九実施形態＞
次に図２８を参照して、第九実施形態に係る蒸発器９０１を以下に説明する。本第九実施形態は、本第九実施形態がガイド部７０（第八実施形態のようなもの）を備えること以外、第一実施形態と同一である。したがって、ここで説明及び例示することを除いて、第一実施形態の説明及び例示が第九実施形態にも当てはまる。第九実施形態と先行する実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第九実施形態の部品には、同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第九実施形態の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。
【００９３】
本第九実施形態の蒸発器９０１は、蒸発器９０１が（第八実施形態の）ガイド部７０を備えること以外、第一実施形態の蒸発器１と同一である。ガイド部７０は、第八実施形態において既に説明しており、したがって、簡潔にするためにここでは説明を繰り返さない。
【００９４】
＜第九実施形態の変形例＞
次に図２９を参照すると、第九実施形態の変形例に係る蒸発器９０１’が示される。蒸発器９０１’は、第一実施形態の変形例のように、変形されたトラフ部４０’を備えること以外、蒸発器９０１と同一である。このような第九実施形態の変形例と第九実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第九実施形態の変形の部品には、他の実施形態と同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第九実施形態の変形例の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。さらに、ここで説明及び例示することを除いて、前述の第九実施形態の説明及び例示が第九実施形態の変形例にも当てはまることは、本開示から当業者には明らかであろう。
【００９５】
変形されたトラフ部４０’は、上述の第一実施形態の変形例に開示されたものであり、したがって、簡潔にするためにここでは繰り返さない。それ以外の点で、本第九実施形態の変形例は、第九実施形態と同一である。
【００９６】
＜第十実施形態＞
次に図３０を参照して、第十実施形態に係る蒸発器１００１を以下に説明する。本第十実施形態は、本第十実施形態がガイド部７０（第八実施形態のようなもの）を備えること以外、第四実施形態と同一である。したがって、ここで説明及び例示することを除いて、第四実施形態の説明及び例示が第十実施形態にも当てはまる。第十実施形態と先行する実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第十実施形態の部品には、同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第十実施形態の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。
【００９７】
第十実施形態の蒸発器１００１は、蒸発器１００１が（第八実施形態の）ガイド部７０を備えること以外、第四実施形態の蒸発器４０１と同一である。ガイド部７０は、第八実施形態において既に説明しており、したがって、簡潔にするためにここでは説明を繰り返さない。
【００９８】
＜第十一実施形態＞
次に図３１を参照して、第十一実施形態に係る蒸発器１１０１を以下に説明する。本第十一実施形態は、本第十一実施形態がガイド部７０（第八実施形態のようなもの）を備えること以外、第七実施形態と同一である。したがって、ここで説明及び例示することを除いて、第七実施形態の説明及び例示が第十一実施形態にも当てはまる。第十一実施形態と先行する実施形態との類似点に鑑みて、他の実施形態の部品と同じ第十一実施形態の部品には、同一の参照符号を付す。さらに、他の実施形態の部品と同じ第十一実施形態の部品については、簡潔にするためにその説明を省略する。
【００９９】
第十一実施形態の蒸発器１１０１は、蒸発器１１０１が（第八実施形態の）ガイド部７０を備えること以外、第七実施形態の蒸発器７０１と同一である。ガイド部７０は、第八実施形態において既に説明しており、したがって、簡潔にするためにここでは説明を繰り返さない。
【０１００】
＜実施形態の効果＞
上述の実施形態に開示された構造の効果を以下に説明する。ハイブリッド流下膜型蒸発器において、トレー（即ち、貯留領域Ａにおいて）は、流下膜型の上部部分と浸漬型の下部部分との間に設けられ、伝熱管がそこに設けられて油分が徐々に凝縮する。油分は最終的には浸漬型の下部部分（ＦＬ）において凝縮される。このような構成によれば油分が徐々に凝縮される。
【０１０１】
上部部分（ＦＦ）から落下する冷媒は、シェル１０に向かって分散することがある。分散した冷媒が浸漬領域（ＦＬ）に落下すれば、浸漬部分（ＦＬ）で処理すべき冷媒が増えることになる。このような状況を避けるために、ガイド７０が設けられ、分散した冷媒をトラフ部４０（即ち、貯留領域Ａ内）に戻し、冷媒はトラフ部４０で処理される。さらに、ガイド７０を設けることで、凝縮がより効率的に行える。
【０１０２】
開示した実施形態によれば、液体が下方向に流れるにつれて油分の濃度が徐々に変化するので、浸漬型部分以外でのトラフ部４０（即ち、貯留領域Ａでの）での伝熱性能が向上する。したがって、熱交換の能力を同じにしながら、伝熱管の数を減らすことができる。さらに、浸漬領域ＦＬの大きさを小さくすることで、冷媒の量が減少する。浸漬部分トレー９０によってさらに浸漬領域（ＦＬ）の大きさが減らせるので、必要な冷媒の量が更に減らせる。
【０１０３】
従来の技術を用いた浸漬領域ＦＬにおいて、油分は最終的な濃度３０ｗｔ％に混合される。しかしながら、開示された実施形態によれば、流下膜領域ＦＦと浸漬領域ＦＬとの間にトラフ部４０を設けることで、油分がさらに段階的に凝縮可能となる。したがって、従来の技術において起こるような低性能の場合が減り、全体的な伝熱性能が向上する。
【０１０４】
一般的な浸漬部分において、伝熱管が設けられないエリアが多くあり、さらに、比較的大量の冷媒が必要となる。しかしながら、浸漬領域に管の大きさおよび形状に応じた浸漬部分トレー９０を設けることで、このような無効のエリアが大きく減り、冷媒の量も更に減らせる。
【０１０５】
従来の技術によれば、米国特許５，５６１，９８７号では浸漬部分は２５％以下であり、米国特許５，８３９，２９４号では２５％以上、約５０％が好ましい。米国特許公開公報２０１１／００１７４３２の請求項には記載がないが、製品を分解して内部を確認したところ約３３％であった。
【０１０６】
一方、本発明によれば、貯留領域Ａおよび浸漬領域ＦＬの総熱交換面積は、管束３０の総熱交換面積の３０％以下である。言い換えれば、貯留領域Ａの伝熱管３１の数および浸漬領域ＦＬの伝熱管３１の数の総数は、管束における伝熱管３１の総数の３０％以下であることが好ましい。図示した実施形態において、伝熱管３１はすべて同じ外形寸法を有し、このような場合、管の数が上述の比率に対応する。なお、管の大きさが異なる場合には、貯留領域Ａと浸漬領域ＦＬとの熱交換面積の総和は、管束３０の総熱交換面積の３０％以下となる。本出願の図面は、便宜上簡略されている。言い換えれば、ここに図示した領域における管の正確な数は、すべての実施形態においてこの段落で議論している比率には対応しないかもしれない。ただし、簡略化した図面が正確な比率を示すよう意図されたものではなく、実施形態の概略の構造を示したものであることは、本開示から当業者には明らかであろう。図示した実施形態において、０．５ｗｔ％の油分濃度の冷媒が蒸発器１に供給される場合、上述の比率が望ましい。
【０１０７】
ただし、流下膜型の部分以外の部分に関しては、必要な比率は油分の濃度に依存して変化する。濃度が約０．１ｗｔ％と小さくなると、米国特許５，５６１，９８７号に記載のように２５％以下となる（十分な効果は１５〜２５％で得られる）。濃度が約０．５ｗｔ％の場合には、先の段落で記載のように、比率は約３０％となりうる。
【０１０８】
濃度が約０．５〜１ｗｔ％の場合には、比率はおそらく約３０％〜５０％となる。濃度がもっと高い場合には、取り出しの際に運び去られる液体冷媒の量が多くなるので、システムは作動しない。図示した実施形態の実際の動作時には、上述のように約０．５ｗｔ％の油分濃度が好ましく用いられるであろう。
【０１０９】
貯留領域Ａの浸漬領域ＦＬに対する比率は、およそ５０：５０であることが好ましい。いずれの場合にも、この比率は、１：２以上であって、２：１以下であることが好ましいが、４０：６０と６０：４０との間であることがより好ましく、約５０：５０であることがさらに好ましい。このように、油分濃度は貯留領域Ａで徐々に上昇し、最終的に底部の浸漬領域ＦＬにおいて所定の濃度（例えば３０ｗｔ％）にまで上昇する。
【０１１０】
＜用語の一般的な説明＞
本発明の範囲の理解する際、ここで用いられる用語である「備える」およびその派生語は、記載された特徴、要素、部品、群、整数、および／又はステップの存在を規定するが、記載されていない特徴、要素、部品、群、整数、および／又はステップの存在を排除するものではないオープンエンドの用語を意図する。上述のことは、用語「含む」、「有する」およびそれらの派生語など同様の意味を持つ語にも当てはまる。また、単数形で用いられる「パート」、「部分」、「部」、「部材」あるいは「要素」という用語は、単一のパーツあるいは複数のパーツの２つの意味を持ちうる。以上の実施形態の説明に用いられる、以下の用語、「上部」、「下部」、「上方」、「下向き」、「鉛直」、「水平」、「下方」、「横方向」や他の同様な方向を示す用語は、図６および図７に示すように蒸発器の長手方向中心軸が実質的水平に配置されたときの、蒸発器の方向を示す用語として使用される。したがって、本発明の説明に用いられるこれらの用語は、通常の動作位置において用いられている蒸発器に対して解釈される。さらには、本明細書は、「実質的」、「約」、「およそ」といった程度を示す用語は、最終結果が大きく変わらないような、妥当な変形の条件の変更量を意味するものとして用いられる。
【０１１１】
本発明の説明のためにいくつかの選ばれた実施例だけが選択されたが、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の変更、変形ができることは、本開示から当業者には明らかであろう。例えば、必要に応じておよび／又は望まれるように、種々の構成要素の大きさ、形状、配置、向きを変更できる。互いに直接的に接続あるいは接触するよう示した構成要素は、それらの間に中間構造体を有することができる。１つの要素の機能は、２つの要素によって達成することができ、またその逆の場合も同様である。一の態様の構造および機能を他の態様に適用することもできる。すべての利点が必ずしも同時に特定の態様にもたらされる必要はない。先行技術にはないそれぞれの特徴は、それ単独として、あるいは他の特徴と組み合わせとして、そのような特徴により実施される構造的なあるいは機能的な思想を含む出願人によるさらなる発明の別の内容として考慮されるものとする。このように、前述の本発明に係る実施例の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義される本発明を限定するものではないことは、本開示から当業者には明らかであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１２】
【特許文献１】米国特許５，８３９，２９４号
【特許文献２】米国特許７，８４９，７１０号
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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