(57)【要約】【課題】簡単な構造で、傾斜して設置されても熱交換効率を確保できる流下液膜式熱交換器を提供する。【解決手段】密閉されたケース１１内に伝熱管１２を配置して構成され、伝熱管１２の上方から液体状の冷媒を当該伝熱管１２の表面に落下して、伝熱管１２内を通過する水等の熱媒体と冷媒とを熱交換させる蒸発器６であって、ケース１１に対して伝熱管１２を揺動可能に支持するユニバーサルジョイント２５を備え、ユニバーサルジョイント２５は、ケース１１の傾斜に拘わらず伝熱管１２が水平方向に延びるように支持する。【選択図】図２
2017053502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉されたケース内に伝熱管を配置して構成され、前記伝熱管の上方から液体状の冷媒を前記伝熱管の表面に落下して、前記伝熱管内を通過する熱媒体と前記冷媒とを熱交換させる流下液膜式熱交換器であって、
前記ケースに対して前記伝熱管を揺動自在に支持する伝熱管支持部を備え、
前記伝熱管支持部は、前記ケースの傾斜に拘わらず前記伝熱管が水平方向に延びるように支持することを特徴とする流下液膜式熱交換器。
【請求項２】
前記伝熱管支持部はユニバーサルジョイントであることを特徴とする請求項１に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項３】
前記ケースの壁面に前記伝熱管の出入口部が備えられ、
前記出入口部と前記伝熱管との間をフレキシブルチューブで接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流下液膜式熱交換器。
【請求項４】
前記伝熱管は、円筒状に形成されて前記ケース内に上下方向に間隔をおいて複数設けられ、当該複数の伝熱管の軸線が同一の鉛直面上に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流下液膜式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流下液膜式熱交換器の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸着式ヒートポンプシステム等に用いられる蒸発器のような熱交換器において、流下液膜式熱交換器を採用しているものがある。流下液膜式熱交換器は、例えばケース内に伝熱管を複数並べて構成されており、液体状の冷媒を伝熱管の表面に落下させ、伝熱管内を流れる流体状の熱媒体と冷媒とを熱交換する。
【０００３】
例えば特許文献１には、水平方向に延びる円筒状の伝熱管を水平、垂直方向に複数並べて構成された流下液膜式熱交換器が記載されている。特許文献１の流下液膜式熱交換器は、熱媒体を分配して伝熱管内を通過させるとともに、冷媒を分配して複数の伝熱管上に落下させるように構成されている。
【０００４】
更に、特許文献１では、上下方向に並ぶ複数の円筒状の伝熱管の間に、冷媒を誘導するガイドプレートを設け、伝熱管の周囲を伝った後に当該伝熱管から流下した冷媒がその下側の伝熱管の頂上位置に落下するように構成されている。これにより、流下液膜式熱交換器が若干傾いて設置されたとしても、冷媒は上側の伝熱管から下側の伝熱管の頂上位置に落下して、伝熱管の表面を左右方向に略均等に流れて、伝熱管の表面全体に冷媒による液膜を広げ、熱交換効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６０７００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の流下液膜式熱交換器では、ガイドプレートが固定されているので、熱交換器が大きく傾いて設置された場合には、上側の伝熱管から下側の伝熱管の頂上位置に正しく落下しない虞があり、熱交換効率を低下させてしまう虞がある。また、上下方向に並べた伝熱管の間を冷媒が落下する範囲全てにガイドプレートを配置しなければならないので、重量や部品コストの大幅な増加を招いてしまう。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構造で、傾斜して設置されても熱交換効率を向上できる流下液膜式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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の流下液膜式熱交換器は、密閉されたケース内に伝熱管を配置して構成され、前記伝熱管の上方から液体状の冷媒を前記伝熱管の表面に落下して、前記伝熱管内を通過する熱媒体と前記冷媒とを熱交換させる流下液膜式熱交換器であって、前記ケースに対して前記伝熱管を揺動自在に支持する伝熱管支持部を備え、前記伝熱管支持部は、前記ケースの傾斜に拘わらず前記伝熱管が水平方向に延びるように支持することを特徴とする。
【０００９】
また、好ましくは、前記伝熱管支持部はユニバーサルジョイントであるとよい。
【００１０】
また、好ましくは、前記ケースの壁面に前記伝熱管の出入口部が備えられ、前記出入口部と前記伝熱管との間をフレキシブルチューブで接続されているとよい。
【００１１】
また、好ましくは、前記伝熱管は、円筒状に形成されて前記ケース内に上下方向に間隔をおいて複数設けられ、当該複数の伝熱管の軸線が同一の鉛直面上に配置されるとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、流下液膜式熱交換器のケース内の伝熱管は、ケースに対して揺動自在に支持され、ケースが傾いて設置されたとしても、伝熱管は水平方向に延びるように維持される。
【００１３】
したがって、伝熱管の上方から液体状の冷媒を伝熱管の表面に落下した際に、ケースが傾斜していても、冷媒の落下位置を一定にすることができる。これにより、伝熱管の表面に冷媒の液膜を偏りなく広げることができ、簡単な構成で冷媒と伝熱管内を通過する熱媒体との熱交換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る吸着式ヒートポンプシステムの概略構成図である。
【図２】本実施形態の蒸発器の左右方向縦断面図である。
【図３】本実施形態の蒸発器の前後方向縦断面図である。
【図４】左右方向に傾斜して設置した場合の蒸発器内の状態を示す左右方向縦断面図である。
【図５】前後方向に傾斜して設置した場合の蒸発器内の状態を示す前後方向縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態に係る吸着式ヒートポンプシステムに使用する蒸発器について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る吸着式ヒートポンプシステム１の概略構成図である。
【００１６】
本実施形態の吸着式ヒートポンプシステム１の基本構成は、公知の吸着式ヒートポンプシステム１と同様であり、例えば工場等からの廃熱を回収する装置に用いられる。図１に示すように、吸着式ヒートポンプシステム１は、冷媒が循環する循環路２に順番に、駆動源３としての吸着器４、凝縮器５、蒸発器６を備えて構成されている。
冷媒は、例えば水やアルコールが用いられる。循環路２内は、真空となっており、そこに冷媒のみ封入されている。
【００１７】
吸着器４は、内部を通過する冷媒と、排熱あるいは冷却水とを熱交換する熱交換器である。吸着器４内には、シリカゲルや石炭等の吸着剤を充填、もしくは熱交換器表面に吸着剤をコーティングしたものを設置しており、循環路２を流れる冷媒を吸着する機能を有している。また、吸着器４には、排熱及び冷却水が切り換わって供給され、吸着器４内の冷媒と熱交換可能な構成となっている。
凝縮器５及び蒸発器６は、循環路２を流通する冷媒と外部から供給される水等の流体状の熱媒体（第１の熱媒体、第２の熱媒体）とを熱交換する熱交換器であり、特に蒸発器６は、流下液膜式熱交換器である。
【００１８】
本実施形態に係る吸着式ヒートポンプシステム１では、吸着器４に常温（例えば３０℃）の冷却水を供給して、吸着器４を常温に冷却する。また、蒸発器６に供給される常温（例えば３０℃）の水等の第１の熱媒体と凝縮器５から循環路２を介して供給される液体状の冷媒とが熱交換し、冷媒が蒸発してその気化熱により第１の熱媒体を例えば５℃〜１５℃に冷却する。蒸発器６において気化した冷媒は、常温となっている吸着器４の吸着剤に吸引されて吸着する。
【００１９】
次に、吸着器４に例えば５５℃〜９５℃の排熱を供給して加熱する再生処理を行なう。これにより、吸着器４から冷媒が蒸気となって脱離する。吸着器４から脱離した冷媒は、凝縮器５に移動する。凝縮器５では、凝縮器５に供給される常温（例えば３０℃）の水等の第２の熱媒体と蒸気となった冷媒とで熱交換し、第２の熱媒体を加熱する。凝縮器５において第２の熱媒体と熱交換した冷媒は、液体となって蒸発器６に移動する。
【００２０】
以上のように、吸着式ヒートポンプシステム１では、吸着剤の吸着作用によって蒸発器６から気体状の冷媒が吸引される。また、吸着器４を加熱する再生処理を行なうことで、冷媒が吸着器４から凝縮器５に排出する。したがって、吸着器４に排熱及び冷却水を交互に供給することで、吸着器４は循環路２内で冷媒を循環させる機能を有することとなる。そして、循環路２内を循環する冷媒によって、蒸発器６において第１の熱媒体を冷却する吸熱作用が得られるとともに、凝縮器５において第２の熱媒体を加熱する放熱作用が得られる。
【００２１】
図２、３は、蒸発器６の構造を示す断面図であり、図２は左右方向縦断面図、図３は前後方向縦断面図である。
図２、３に示すように、本実施形態の蒸発器６は、密閉された長方形箱状のケース１１内に、伝熱管１２を収納して構成されている。
【００２２】
蒸発器６は、工場の床等に設置され、ケース１１と床等とが図示しないボルト等によって固定されている。
伝熱管１２は、銅等の伝熱性の優れた材料により円筒状に形成されている。伝熱管１２は、ケース１１内を前後方向に延びるように複数備えられ、左右方向及び上下方向に間隔をおいて複数配置されている。本実施形態では、図２に示すように、左右方向に６列、上下方向に４段、合計２４本の伝熱管１２が夫々等間隔に並べて配置されている。上下方向に４個並ぶ６列の伝熱管１２は、夫々の列において左右位置が一致するように配置されている。
【００２３】
２４本の伝熱管１２は、コの字型に折り曲げられた固定板１３に固定されてまとめられ、１群の伝熱管ユニット１４を形成している。
伝熱管１２の端部は、コの字型の筒状の接続部１５によって上下方向に隣り合う端部同士が連通するように接続されている。
【００２４】
ケース１１の前側側面には、第１の熱媒体を流入させる筒状の流入口部１６（出入口部）と、第１の熱媒体を排出する配管状の排出口部１７（出入口部）が設けられている。
流入口部１６はケース１１内で分岐して最下段の６本の伝熱管１２の一端に接続されている。また、排出口部１７はケース１１内で分岐して最上段の６本の伝熱管１２の一端に接続されている。
【００２５】
固定板１３の上部には、上方が開口し伝熱管１２に沿って前後方向に延びる長方形箱状の樋部２０が、最上段の伝熱管１２毎にその上方に、計６個配置されている。樋部２０には、伝熱管１２の頂上部の上方位置に、前後方向に所定間隔をおいて複数の滴下口２１が設けられている。
【００２６】
また、樋部２０の上方には、６個の樋部２０の上方を左右方向に横断するように筒状の冷媒導入部２２が配置されている。冷媒導入部２２は、ケース１１に固定されている。冷媒導入部２２の下部には、６個の樋部２０の上方に夫々滴下口２３が設けられている。
ケース１１の下部には、吸着器４へ冷媒を排出する排出口２４が設けられている。
【００２７】
更に、本実施形態の蒸発器６では、伝熱管ユニット１４がケース１１に固定されておらず、固定板１３の上部でケース１１の上壁にユニバーサルジョイント２５を介して支持されている。ユニバーサルジョイント２５は、球状のジョイントを有しており、揺動自在に支持されている。ユニバーサルジョイント２５による伝熱管ユニット１４の支持位置は、伝熱管ユニット１４の重心上に設定されている。したがって、伝熱管ユニット１４は、ケース１１の傾きに拘わらず水平に支持され、詳しくは、ケース１１の傾きに拘わらず、伝熱管１２が前後方向（水平方向）に延びるように配置され、更に縦方向に並ぶ各列の伝熱管１２の軸線が夫々同一の鉛直面上に位置する。
【００２８】
また、流入口部１６と最下段の伝熱管１２、排出口部１７と最上段の伝熱管１２とは、夫々フレキシブルチューブ３０を介して接続されており、ケース１１に対して伝熱管１２の若干の移動が許容されている。
【００２９】
以上のような構造により、本実施形態の蒸発器６では、外部から流入口部１６に第１の熱媒体が供給されると、この第１の熱媒体は分岐されて最下段の６本の伝熱管１２の一端に流れ込み、伝熱管１２内を通過してその他端から次の上段の伝熱管１２の他端に流入する。そして第１の熱媒体は、同一列の伝熱管１２内を折り返すようにして流れ、最上段の伝熱管１２に到達し、排出口部１７で他の列の伝熱管１２を流れた流体と合流して外部に排出される。
【００３０】
また、冷媒導入部２２に外部から冷媒が導入されると、滴下口２３から下方の樋部２０に冷媒が落下し、６本の樋部２０に分配して供給される。樋部２０に供給された冷媒は、滴下口２１から落下して、最上列の伝熱管１２の表面の頂上位置に落下する。冷媒は伝熱管１２の表面を左右に分かれて流れ、伝熱管１２の下端部から落下して、その下の段の伝熱管１２の表面の頂上位置に落下する。このようにして、冷媒は、最下列の伝熱管１２まで表面を伝って流れ、更に最下列の伝熱管１２から落下して、排出口２４から排出される。
そして、蒸発器６は、以上にように伝熱管１２内の第１の熱媒体の通過と、ケース１１内の冷媒の落下とが同時に行なわれることで、伝熱管１２を介して第１の熱媒体と冷媒とを熱交換する。
【００３１】
図４は、左右方向に傾斜して設置した場合の蒸発器６内の状態を示す左右方向縦断面図である。図５は、前後方向に傾斜して設置した場合の蒸発器６内の状態を示す前後方向縦断面図である。
【００３２】
本実施形態では、伝熱管ユニット１４がケース１１に固定されておらず、ユニバーサルジョイント２５を介してケース１１に揺動自在に支持されているので、例えば図４に示すように、ケース１１が左右方向に傾いて設置されても、伝熱管ユニット１４が水平に維持される。
これにより、樋部２０の滴下口２１から落下した冷媒が、その下の伝熱管１２の頂上位置に落下し、伝熱管１２の表面を左右略均等に分かれて下方に流れる。また、上段の伝熱管１２からその下の段の伝熱管１２に冷媒が落下する際にも、下段の伝熱管１２の頂上位置に落下して、下段の伝熱管１２の表面を左右略均等に分かれて下方に流れる。このようにして、冷媒が全ての伝熱管１２の表面を左右方向に偏りなく流れて液膜を広げることができる。したがって、ケース１１が左右方向に傾いて設置されても、ケース１１が水平に設置された場合と同様に、冷媒と伝熱管１２との接触面積を広く確保でき、冷媒と伝熱管１２内の第１の熱媒体との熱交換効率を向上させることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、例えば図５に示すように、ケース１１が前後方向に傾いて設置されても、伝熱管ユニット１４が水平に維持される。
これにより、樋部２０の滴下口２１から落下した冷媒が、その下の伝熱管１２に落下する際、また上段の伝熱管１２からその下の段の伝熱管１２に冷媒が落下する際に、冷媒が前後方向に偏って伝熱管１２の表面を伝うことを防止することができる。したがって、ケース１１が前後方向に傾いて設置されても、伝熱管１２の前後方向の領域を無駄なく利用することができ、ケース１１が水平に設置された場合と同様に液膜を広げ、冷媒と伝熱管１２との接触面積を広く確保して、冷媒と伝熱管１２内の第１の熱媒体との熱交換効率を向上させることができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態では、蒸発器６のケースを左右方向あるいは前後方向に傾けて設置しても、伝熱管１２の表面に冷媒による液膜を広げて、熱交換効率を十分に確保することができ、蒸発器６の設置を容易にすることができる。
また、伝熱管１２を揺動可能に支持する伝熱管支持部として、ユニバーサルジョイント２５を用いているので、伝熱管支持部を簡単な構造で構成することができる。
また、本実施形態では、伝熱管１２と流入口部１６、また伝熱管１２と排出口部１７とをフレキシブルチューブ３０で接続しているので、簡単な構成で、伝熱管１２がケース１１内で揺動しても、伝熱管１２と流入口部１６、排出口部１７との接続を維持することができる。
【００３５】
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、ユニバーサルジョイント２５の代わりに、伝熱管ユニット１４を揺動可能に支持するその他の構成の伝熱管支持部を採用してもよい。例えば、伝熱管ユニット１４を左右方向のみ、あるいは前後方向のみ揺動可能に支持するものでもよい。
また、本発明は、上記吸着式ヒートポンプシステム１以外の構成のシステムに使用する熱交換器だけでなく、種々の熱交換システムの流下液膜式熱交換器に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１    吸着式ヒートポンプシステム
６    蒸発器（流下液膜式熱交換器）
１１    ケース
１２    伝熱管
１６    流入口部（出入口部）
１７    排出口部（出入口部）
２５    ユニバーサルジョイント（伝熱管支持部）
３０    フレキシブルチューブ
【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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