(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外殻を為す筐体と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に設けられた貯留部に貯留される液相の冷媒に浸漬しており、内部に被冷却媒体が流通する複数の第１伝熱管を有する第１伝熱管群と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒の液面よりも上方に設けられ、内部に被冷却媒体が流通し所定方向に延在する複数の第２伝熱管を有する第２伝熱管群と、
前記筐体に収容され、前記所定方向に延在し、内部に気液二相状態の冷媒が前記所定方向に流通し、上方から前記第２伝熱管群へ冷媒を供給する冷媒供給管と、を備え、
前記冷媒供給管は、前記所定方向の端面の少なくとも下端部を閉鎖する閉鎖部と、前記所定方向の端部であって前記閉鎖部よりも上方に形成される開口部と、を有し、
前記開口部は、前記冷媒供給管の内側空間であって前記気液二相状態の冷媒が流通する空間と、前記冷媒供給管の外側空間とを接続する蒸発器。
【請求項２】
前記開口部は、前記冷媒供給管の上部に形成されている請求項１に記載の蒸発器。
【請求項３】
前記冷媒供給管には、前記開口部よりも前記所定方向の中心部側に配置され、前記冷媒供給管の内周面の上部から下方に延びる第１遮蔽板部が設けられている請求項１または請求項２に記載の蒸発器。
【請求項４】
前記開口部には、筒体が挿入されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の蒸発器。
【請求項５】
前記筐体には、蒸発した冷媒を外部へ排出する冷媒出口が上部に設けられていて、
前記第２伝熱管群の前記所定方向の長さは、前記冷媒供給管の前記所定方向の長さよりも長く、
前記冷媒供給管の上方であって、前記開口部と前記冷媒出口との間には、第２遮蔽板部が設けられている請求項１から請求項４のいずれかに記載の蒸発器。
【請求項６】
前記冷媒供給管は、前記所定方向の両端部に前記開口部が形成されていて、
前記所定方向の一端部に形成される前記開口部の開口面積と、前記所定方向の他端部に形成される前記開口部の開口面積とが異なっている請求項１から請求項５のいずれかに記載の蒸発器。
【請求項７】
外殻を為す筐体と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に設けられた貯留部に貯留される液相の冷媒に浸漬しており、内部に被冷却媒体が流通する複数の第１伝熱管を有する第１伝熱管群と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒の液面よりも上方に設けられ、内部に被冷却媒体が流通し所定方向に延在する複数の第２伝熱管を有する第２伝熱管群と、
前記筐体に収容され、前記所定方向に延在し、内部に気液二相状態の冷媒が流通し、上方から前記第２伝熱管群へ冷媒を供給する冷媒供給管と、を備え、
前記冷媒供給管は、前記所定方向の端面の少なくとも下端部を閉鎖する閉鎖部と、前記所定方向の端部であって前記閉鎖部よりも上方に形成され該冷媒供給管の内側空間と該冷媒供給管の外側空間とを接続する開口部と、を有し、
前記筐体には、蒸発した冷媒を外部へ排出する冷媒出口が上部に設けられていて、
前記第２伝熱管群の前記所定方向の長さは、前記冷媒供給管の前記所定方向の長さよりも長く、
前記冷媒供給管の上方であって、前記開口部と前記冷媒出口との間には、第２遮蔽板部が設けられている蒸発器。
【請求項８】
外殻を為す筐体と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に設けられた貯留部に貯留される液相の冷媒に浸漬しており、内部に被冷却媒体が流通する複数の第１伝熱管を有する第１伝熱管群と、
前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒の液面よりも上方に設けられ、内部に被冷却媒体が流通し所定方向に延在する複数の第２伝熱管を有する第２伝熱管群と、
前記筐体に収容され、前記所定方向に延在し、内部に気液二相状態の冷媒が流通し、上方から前記第２伝熱管群へ冷媒を供給する冷媒供給管と、を備え、
前記冷媒供給管は、前記所定方向の端面の少なくとも下端部を閉鎖する閉鎖部と、前記所定方向の端部であって前記閉鎖部よりも上方に形成され該冷媒供給管の内側空間と該冷媒供給管の外側空間とを接続する開口部と、を有し、
前記冷媒供給管は、前記所定方向の両端部に前記開口部が形成されていて、
前記所定方向の一端部に形成される前記開口部の開口面積と、前記所定方向の他端部に形成される前記開口部の開口面積とが異なっている蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、蒸発器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍機で用いられる蒸発器として、内部に被冷却媒体が流通する伝熱管群に対して、上方から液相の冷媒を供給する液膜式の蒸発器が知られている。このような液膜式の蒸発器には、伝熱管群へ冷媒を供給する配管が設けられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には、長手方向に延在する冷媒供給用の配管の両端面の全域が閉鎖されている液膜式の蒸発器が記載されている。この配管は、管底部に形成された複数のスリットから冷媒を吹出すことで、伝熱管群へ冷媒を供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許第１０５４０８７０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、両端面の全域が閉鎖されている冷媒供給用の配管は、長手方向の端部に向かうにつれて配管内を流通する冷媒の流速が著しく低下する。冷媒供給用の配管内を流通する冷媒は、気液混合状態であるので、流速が低下すると重力の影響によって、気液分離される。これにより、液相の冷媒が配管の底部に溜まることとなり、液相の冷媒がスリットから流出し易くなる。したがって、長手方向の端部まで至る液相の冷媒量が低減してしまう可能性があった。
長手方向の端部まで至る液相の冷媒量が低減してしまうと、伝熱管群に供給される冷媒量に分布が生じる。これにより、伝熱管群における熱交換効率が低下し、蒸発器の性能が低減する可能性があった。
【０００６】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、熱交換効率を向上させ、蒸発器の性能を向上させることができる蒸発器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の蒸発器は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係る蒸発器は、外殻を為す筐体と、前記筐体に収容され、前記筐体の下部に設けられた貯留部に貯留される液相の冷媒に浸漬しており、内部に被冷却媒体が流通する複数の第１伝熱管を有する第１伝熱管群と、前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒の液面よりも上方に設けられ、内部に被冷却媒体が流通し所定方向に延在する複数の第２伝熱管を有する第２伝熱管群と、前記筐体に収容され、前記所定方向に延在し、内部に気液二相状態の冷媒が流通し、上方から前記第２伝熱管群へ冷媒を供給する冷媒供給管と、を備え、前記冷媒供給管は、前記所定方向の端面の少なくとも下端部を閉鎖する閉鎖部と、前記所定方向の端部であって前記閉鎖部よりも上方に形成され該冷媒供給管の内側空間と該冷媒供給管の外側空間とを接続する開口部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、熱交換効率を向上させ、蒸発器の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示に係る蒸発器の模式的な縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】図１の蒸発器に設けられた冷媒供給管を示す正面図である。
【図５】図４の冷媒供給管を示す側面図である。
【図６】冷媒供給管の所定方向の位置と当該位置における冷媒の流速との関係を示すグラフである。
【図７】冷媒供給管の所定方向の位置と当該位置における冷媒の供給量との関係を示すグラフである。
【図８】変形例に係る冷媒供給管の模式的な斜視図である。
【図９】本開示の変形例に係る冷媒供給管の模式的な縦断面図である。
【図１０】本開示の変形例に係る冷媒供給管の模式的な縦断面図である。
【図１１】本開示の変形例に係る冷媒供給管の模式的な縦断面図である。
【図１２】本開示の変形例に係る冷媒供給管の模式的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本開示に係る蒸発器の一実施形態について、図１から図１２を用いて説明する。なお、以下の説明及び図面では、鉛直上下方向をＺ軸方向とし、伝熱管の延在する方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向として説明する。
【００１１】
本実施形態に係る蒸発器１０は、ターボ冷凍装置に適用される。ターボ冷凍装置は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機（図示省略）と、ターボ圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器（図示省略）と、凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁（図示省略）と、膨張弁で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器等を備えて、ユニット状に構成されている。各装置は、冷媒が流通する配管によって接続されている。冷媒としては、例えば、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用されるＲ１２３３ｚｄ等の低圧冷媒等が用いられる。
【００１２】
図１に示すように、蒸発器１０は、外殻を為す圧力容器（筐体）１１と、圧力容器１１の内部へ冷媒を導入する冷媒入口管１２と、冷媒入口管１２の下方に設けられる冷媒供給管１３と、圧力容器１１の下部に貯留される液相の冷媒に浸漬している満液式伝熱管群（第１伝熱管群）１４と、圧力容器１１の下部に貯留される液相の冷媒の液面Ｓ（図２及び図３参照）よりも上方に設けられる液膜式伝熱管群（第２伝熱管群）１５と、蒸発した冷媒を圧力容器１１から排出する冷媒出口管（冷媒出口）１６と、を有している。
【００１３】
図１から図３に示すように、圧力容器１１は、中心軸線がＸ軸方向に沿って延在する円筒部１１ａと、該円筒部１１ａの中心軸線に沿う方向（Ｘ軸方向）の両端部を閉鎖する２枚の管板１１ｂとを一体的に有する。円筒部１１ａは、中心軸線が略水平となるように配置されている。各管板１１ｂは、円盤状の板材である。また、圧力容器１１の下部には液相の冷媒が貯留している。以下では、液相の冷媒が貯留されている領域を貯留部１１ｃと称する。
【００１４】
冷媒入口管１２は、上下方向に延びる円筒状の部材であって、略直線状に形成されている。冷媒入口管１２は、円筒部１１ａの上部を上下方向に貫通するように設けられている。冷媒入口管１２は、円筒部１１ａのＸ軸方向の略中央に設けられている。冷媒入口管１２は、蒸発器１０と膨張弁とを接続する配管（図示省略）と接続されている。すなわち、膨張弁で膨張した冷媒は、冷媒入口管１２を介して、圧力容器１１の内部へ導かれる。
【００１５】
冷媒供給管１３は、圧力容器１１に収容されている。冷媒供給管１３は、液膜式伝熱管群１５の上方に設けられている。冷媒供給管１３は、Ｘ軸方向に延在している。冷媒供給管１３は、Ｘ軸方向の略中央の上部に冷媒入口管１２の下端が接続されている。冷媒供給管１３の内部には、冷媒入口管１２から導入された気液二相状態の冷媒が流通している。冷媒供給管１３の下端部には、複数のスリット１３ａが形成されている。各スリット１３ａは、Ｙ軸方向が長手方向となるように形成されている。複数のスリット１３ａは、Ｘ軸方向に等間隔に並んで配置されている。各スリット１３ａからは、冷媒供給管１３内を流通する冷媒が吹出す。冷媒供給管１３は、各スリット１３ａから吹出した冷媒を上方から液膜式伝熱管群１５へ供給する。
【００１６】
満液式伝熱管群１４は、圧力容器１１に収容されている。また、満液式伝熱管群１４は、貯留部１１ｃに貯留されている冷媒に浸漬している。すなわち、貯留する冷媒の液面Ｓよりも下方に配置されている。満液式伝熱管群１４は、Ｘ軸方向に沿って延在する複数の第１伝熱管を有する。複数の第１伝熱管は、略平行に配置されている。複数の第１伝熱管は、上下方向及びＹ軸方向に所定の間隔で並んで配置されている。詳細には、複数の第１伝熱管は、上下方向に複数段並んでいるとともに、Ｙ軸方向に複数列並んでいる。各第１伝熱管の内部には、被冷却媒体としての水（以下、「被冷却水」と称する）が流通している。また、各第１伝熱管は、直線状に形成されている。また、各第１伝熱管は、圧力容器１１のＸ軸方向の一端（図１中の左端）から他端（図１中の右端）まで延びていて、各管板１１ｂを貫通している。満液式伝熱管群１４のＸ軸方向の長さは、冷媒供給管１３のＸ軸方向の長さよりも長い。なお、図１から図３では、図示の関係上、第１伝熱管を１本ずつ図示せず、まとめて満液式伝熱管群１４として図示している。
【００１７】
液膜式伝熱管群１５は、圧力容器１１に収容されている。液膜式伝熱管群１５は、貯留する冷媒の液面Ｓよりも上方に配置されている。液膜式伝熱管群１５は、Ｘ軸方向に沿って延在する複数の第２伝熱管を有する。複数の第２伝熱管は、略平行に配置されている。複数の第２伝熱管は、上下方向及びＹ軸方向に所定の間隔で並んで配置されている。詳細には、複数の第２伝熱管は、上下方向に複数段並んでいるとともに、Ｙ軸方向に複数列並んでいる。各第２伝熱管の内部には、被冷却媒体としての水が流通している。また、各第２伝熱管は、直線状に形成されている。また、各第２伝熱管は、圧力容器１１のＸ軸方向の一端（図１中の左端）から他端（図１中の右端）まで延びていて、各管板１１ｂを貫通している。液膜式伝熱管群１５のＸ軸方向の長さは、冷媒供給管１３のＸ軸方向の長さよりも長い。なお、図１から図３では、図示の関係上、第２伝熱管を１本ずつ図示せず、まとめて液膜式伝熱管群１５として図示している。
【００１８】
液膜式伝熱管群１５は、液面Ｓの上方に設けられる下方液膜式伝熱管群１５ｂと、下方液膜式伝熱管群１５ｂの上方に設けられる上方液膜式伝熱管群１５ｃと、を有している。下方液膜式伝熱管群１５ｂと下方液膜式伝熱管群１５ｂとは、上下方向に離間している。
【００１９】
満液式伝熱管群１４及び下方液膜式伝熱管群１５ｂの一端（図１中の左端）は、被冷却水を導入する導入部１７内に配置されている。導入部１７は、圧力容器１１の外部に配置されている。導入部１７には、被冷却水供給装置（図示省略）から被冷却水が供給される（矢印Ａ５参照）。満液式伝熱管群１４及び下方液膜式伝熱管群１５ｂの内部には、一端から被冷却水が流入する（矢印Ａ６参照）。
【００２０】
また、満液式伝熱管群１４及び下方液膜式伝熱管群１５ｂの他端（図１中の右端）は、リターン部１８内に配置されている。また、上方液膜式伝熱管群１５ｃの他端（図１中の右端）も、リターン部１８内に配置されている。リターン部１８は、圧力容器１１の外部に配置されている。満液式伝熱管群１４及び下方液膜式伝熱管群１５ｂ内を流通した被冷却液は、満液式伝熱管群１４及び下方液膜式伝熱管群１５ｂの他端からリターン部１８内に排出される（矢印Ａ７参照）。リターン部１８に排出された被冷却液は、上方液膜式伝熱管群１５ｃの他端から上方液膜式伝熱管群１５ｃ内に流入する（矢印Ａ８参照）。
【００２１】
上方液膜式伝熱管群１５ｃの一端（図１中の左端）は、被冷却水を排出する排出部１９内に配置されている。排出部１９は、圧力容器１１の外部に配置されている。排出部１９には、上方液膜式伝熱管群１５ｃの一端から被冷却水が排出される（矢印Ａ９参照）。排出部１９に流入した冷媒は、各伝熱管群内の水と熱交換することで、冷却されて冷水となっている。この冷水は、排出部１９から排出され（矢印Ａ１０参照）、空調用の冷熱媒や工業用冷却水等として利用される。
【００２２】
冷媒出口管１６は、上下方向に延びる円筒状の部材である。冷媒出口管１６は、円筒部１１ａの上部に形成された開口と連通するように設けられている。冷媒出口管１６は、円筒部１１ａのＸ軸方向の端部側に設けられている。すなわち、冷媒出口管１６は、圧力容器１１の管板１１ｂの近傍に設けられている。蒸発器１０で蒸発した冷媒は、冷媒出口管１６を介して、圧力容器１１の外部へ排出される。
【００２３】
次に、冷媒供給管１３の詳細について図４及び図５を用いて詳細に説明する。
図４に示すように、冷媒供給管１３は、Ｘ軸方向に沿って延びる管状の部材である。図５に示すように、冷媒供給管１３は、側面視で略長方形状に形成されている。また、冷媒供給管１３は、側面視で下端部が下方に突出するように湾曲している。各スリット１３ａは、湾曲部１３ｂのＹ軸方向の略全域にスリット１３ａが形成されている。
【００２４】
また、冷媒供給管１３のＸ軸方向の両端には、閉鎖部２０が設けられている。各閉鎖部２０は、冷媒供給管１３のＸ軸方向の各端面を閉鎖している。各閉鎖部２０には、開口部２１が形成されている。開口部２１は、閉鎖部２０のＺ軸方向の略中央部に形成されている。すなわち、閉鎖部２０は、冷媒供給管１３の開口部２１よりも下方（下端部を含む）を閉鎖する下部閉鎖部２０ｂと、冷媒供給管１３の開口部２１よりも上方を閉鎖する上部閉鎖部２０ａと、を有している。また、各閉鎖部２０に形成される各開口部２１の位置及び形状は略同一とされている。
【００２５】
開口部２１は、下部閉鎖部２０ｂの上方に形成されている。開口部２１は、閉鎖部２０を貫通するように形成されている。すなわち、開口部２１は、冷媒供給管１３の内側空間と冷媒供給管１３の外側空間とを接続している。開口部２１の開口面積は、最もＸ軸方向の端部に形成されるスリット１３ａの開口面積以上とされている。開口部２１は、冷媒供給管１３のＹ軸方向の略全域に亘って形成されている。また、開口部２１のＺ軸方向の長さは、冷媒供給管１３のＺ軸方向の長さの半分よりも短い。開口部２１のＺ軸方向の長さは、冷媒供給管１３のＺ軸方向の長さの３分の１程度であってもよい。なお、本開示はこれに限定されない。開口部２１のＺ軸方向の長さは、冷媒供給管１３のＺ軸方向の長さの半分よりも長くてもよい。
【００２６】
冷媒供給管１３は、支持板（第２遮蔽板部）２２によって、圧力容器１１に支持されている。支持板２２は、板面が鉛直面となるように配置されている。支持板２２は、圧力容器１１の内周面の上部及び側部に固定されている。また、支持板２２には、開口が形成されており、この開口に冷媒供給管１３が挿入されている。開口に挿入される冷媒供給管１３は、支持板２２から突出しないように配置されている。支持板２２は、上方液膜式伝熱管群１５ｃの上方及び側方に位置している。支持板２２の下端の高さは、下方液膜式伝熱管群１５ｂの上端の高さと略同一とされている。このように、支持板２２は、開口部２１と冷媒出口管１６との間に設けられている。
なお、冷媒供給管１３の端面を支持板２２が兼ねてもよい。すなわち、Ｘ軸方向に沿って延びる管状の部材が支持板２２に取り付けられることによって、冷媒供給管１３を構成してもよい。
なお、支持板２２を設けずに、他の手段で冷媒供給管１３を圧力容器１１に支持されていてもよい。
【００２７】
以上のように構成された蒸発器１０において、冷媒等は以下のように流通する。
図１に示すように、蒸発器１０では、冷媒入口管１２から圧力容器１１の内部に流入する（矢印Ａ１参照）。圧力容器１１内に流入した冷媒は、冷媒供給管１３内をＸ軸方向に流通する（矢印Ａ２参照）。冷媒供給管１３内を流通する冷媒は、気液二相状態となっている。冷媒供給管１３内を流通する液相の冷媒は、冷媒供給管１３の下端に形成された多数のスリット１３ａを介して下方へ吹出す（矢印Ａ３参照）。冷媒供給管１３から吹出した液相の冷媒は、液膜式伝熱管群１５（上方液膜式伝熱管群１５ｃ）の最上段に配置された第２伝熱管と接触し、第２伝熱管の外周面を膜状に覆う。第２伝熱管の外周面を膜状に覆った冷媒は、第２伝熱管の内部の被冷却水と熱交換を行う。熱交換により冷媒の一部は蒸発するとともに、蒸発しなかった冷媒はさらに下方に配置された第２伝熱管へと落下する。このような熱交換を連続的に繰り返す。最も下部に配置された第２伝熱管内の水との熱交換でも蒸発しなかった冷媒は、圧力容器１１の下部に設けられた貯留部１１ｃに貯留される。このようにして、圧力容器１１の内部で液相の冷媒のプールが形成される。この冷媒プールの液面のレベルは、所定の高さとなるように自動調整される。満液式伝熱管群１４の第１伝熱管は、貯留部１１ｃの貯留された液相の冷媒に浸漬された状態となっている。第１伝熱管内を流通する被冷却水は、貯留部１１ｃに貯留された冷媒と熱交換を行う。第１伝熱管と熱交換した冷媒は、蒸発し液面Ｓから上方に導かれる。液膜式伝熱管群１５及び満液式伝熱管群１４で蒸発した冷媒は、冷媒出口管１６へ導かれる。冷媒出口管１６へ導かれた冷媒は、圧力容器１１の外部へ排出される（矢印Ａ４参照）。冷媒出口管１６から排出された冷媒は、ターボ圧縮機に吸入・圧縮される。
【００２８】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、冷媒供給管１３の端部に開口部２１が形成されている。冷媒供給管１３内を流通する気液二相状態の冷媒のうち気相の冷媒の一部は、冷媒供給管１３の端部まで流通すると開口部２１から外部へ排出される。これにより、冷媒供給管１３内を流通する気相の冷媒は、端部においても流速が低下し難い。冷媒供給管１３内で、液相の冷媒は気相の冷媒に同伴される。したがって、液相の冷媒が、端部まで導かれ易くすることができる。したがって、端部まで液相の冷媒を好適に供給することができるので、Ｘ軸方向において、液膜式伝熱管群１５に供給される冷媒量を均一化することができる。よって、熱交換効率を向上させることができるので、蒸発器１０の性能を向上させることができる。
【００２９】
端部における冷媒量の低減の抑制効果を図６及び図７を用いて説明する。図６及び図７は、本実施形態に係る冷媒供給管１３におけるシミュレーション結果である。
図６及び図７の横軸は、冷媒供給管１３のＸ軸方向の位置を示している。詳細には、Ｘ軸方向の中央から一端（もしくは他端）までの位置を示している。横軸の０は、冷媒供給管１３のＸ軸方向の中央を示し、横軸の１が冷媒供給管１３のＸ軸方向の一端（もしくは他端）を示している。また、図６の縦軸は、冷媒供給管１３の内部を流れる冷媒のＸ軸方向の流速を示している。詳細には、冷媒供給管１３のＸ軸方向の中央における流速を１とした場合の比率を示している。また、図７の縦軸は、スリット１３ａから吹出す液相の冷媒量を示している。詳細には、各スリット１３ａから均等に冷媒が吹出す場合の冷媒の吹出し量を１とした場合の比率を示している。
【００３０】
図６に示すように、開口部を形成していない場合には、Ｘ軸方向の中央から端部に向かうにつれて冷媒の流速が低減し、Ｘ軸方向の端部において流速がゼロとなる。これにより、図７に示すように、端部における冷媒の吹出量がゼロとなる。
一方、開口部２１を形成した場合には、図６に示すように、開口を形成していない場合と同様に、Ｘ軸方向の中央から端部に向かうにつれて冷媒の流速が低減しているものの、開口を形成していない場合と比較して流速の低減が抑制されている。これにより、Ｘ軸方向の端部において流速がゼロとなっていない。したがって、図７に示すように、端部における冷媒の吹出量もゼロとなっておらず、端部においても冷媒が吹出している。このように、本実施形態では、Ｘ軸方向の端部まで液相の冷媒を好適に供給することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、冷媒供給管１３の端面の下端部等を閉鎖する閉鎖部２０が設けられ、開口部２１が閉鎖部２０よりも上方に形成されている。冷媒供給管１３内において、気相の冷媒に同伴する液相の冷媒は、重力により冷媒供給管１３内の下部を流通し易い（図８の冷媒Ｒも参照）。これにより、気相の冷媒に同伴する液相の冷媒は、冷媒供給管１３の端面まで移動すると、閉鎖部２０と衝突する。したがって、液相の冷媒が冷媒供給管１３の開口部２１から排出され難くすることができる。よって、スリット１３ａを介して液膜式伝熱管群１５に供給される冷媒量の低減を抑制することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、開口部２１が冷媒供給管１３の高さ方向の略中央に形成されている。上述のように、冷媒供給管１３内において、液相の冷媒は、冷媒供給管１３内の下部を流通し易い。したがって、開口部２１を略中央に形成することで、より液相の冷媒が開口部２１から排出され難くすることができる。よって、液膜式伝熱管群１５に供給される冷媒量の低減をより抑制することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、開口部２１と冷媒出口管１６との間には、支持板２２が設けられている。これにより、開口部２１から排出される気相の冷媒（図１の矢印Ａ１１参照）は、一旦下方へ導かれてから（図１の矢印Ａ１２参照）、圧力容器１１の上部に設けられた冷媒出口管１６のある上方へ導かれる。したがって、開口部２１から排出された気相の冷媒が液相の冷媒を同伴している場合には、重力によって気相の冷媒から液相の冷媒を分離することができる。したがって、冷媒出口管１６から圧力容器１１の外部へ排出される気相の冷媒が、液相の冷媒を同伴する現象（いわゆるキャリーオーバー）を、発生し難くすることができる。
【００３４】
また、分離された液相の冷媒は、下方へ落下する。本実施形態では、液膜式伝熱管群１５のＸ軸方向の長さは、冷媒供給管１３のＸ軸方向の長さよりも長い。すなわち、平面視した際に、液膜式伝熱管群１５の端部は、冷媒供給管１３の端部よりも突出している。これにより、分離されて落下した液相の冷媒が液膜式伝熱管群１５の突出部分と接触する。したがって、開口部２１から排出された気相の冷媒が液相の冷媒を同伴している場合であっても、同伴された液相の冷媒を蒸発させることができる。
また、液膜式伝熱管群１５の突出部分は、通常冷媒が供給され難いが、開口部２１から排出された液相の冷媒と接触することで熱交換に供することができる。したがって、蒸発器１０の性能を向上させることができる。
【００３５】
［変形例１］
なお、開口部を設ける位置は、上記説明の例に限定されない。開口部は、閉鎖部２０の上部に形成されていると好適である。上部とは、Ｚ軸方向の略中央または略中央よりも上方でもよい。また、例えば、図８に示すように、冷媒供給管１３の高さ全体に対して上端から４分の１の位置よりも上方に開口部４１が形成されている場合には、さらに好適である。図８に示す例では、開口部４１は、閉鎖部２０の上端部近傍に設けられている。
また、開口部は、冷媒供給管１３の閉鎖部２０以外に形成されていてもよい。例えば、冷媒供給管１３の端部の上部に形成されていてもよい（図１１参照）。また、冷媒供給管１３の端部の側部に形成されていてもよい。
【００３６】
［変形例２］
また、冷媒供給管１３の内部に、図９から図１１に示すように、気液分離構造５０を設けてもよい。気液分離構造５０は、冷媒供給管１３の内部であって、開口部４１の近傍に配置される。気液分離構造は、例えば、図９に示すように、開口部４１よりもＸ軸方向の中心部側に配置され、冷媒供給管１３の内周面の上部から下方に延びる邪魔板（第１遮蔽板部）５１と、開口部４１の下端から冷媒供給管１３の内部側に延びる水平面部５２と、水平面部５２の先端から上方へ曲折して延びる鉛直部５３と、を備えている。邪魔板５１と鉛直部５３とは対向するとともに、離間して配置されている。邪魔板５１の下端は、開口部４１の下端よりも下方に位置している。
これにより、邪魔板５１と鉛直部５３との間に冷媒が下方から上方へ向かう第１流路５４が形成される。また、冷媒供給管１３の内周面、鉛直部５３及び水平面部５２によって、冷媒が上方から下方へ向かう第２流路５５が形成される。
【００３７】
本変形例によれば、以下の作用効果を奏する。
図９に示すように、冷媒供給管１３の内周面の上部には、液相の冷媒Ｒが付着する。上部に付着した冷媒は、流通する気相の冷媒に同伴することで端部方向へ移動する。本変形例では、開口部４１よりもＸ軸方向の中心部側に邪魔板５１が設けられている。これにより、端部方向へ移動する液相の冷媒は、邪魔板５１に遮られるので、開口部４１まで至らない。したがって、より液相の冷媒が開口部４１から排出され難くすることができる。
また、本変形例では、冷媒供給管１３内を流通する気相の冷媒が、邪魔板５１を迂回して開口部４１へ導かれる。これにより、邪魔板５１を迂回する際の遠心力によって、気相の冷媒が同伴している液相の冷媒を遠心分離することができる。したがって、より液相の冷媒が開口部４１から排出され難くすることができる。また、本変形例では、第１流路５４から第２流路５５へ導かれる際にも、冷媒を遠心分離することができる。
【００３８】
なお、気液分離構造は、上記説明の例に限定されない。例えば、図１０に示すように、水平面部５２及び鉛直部５３を設けずに、邪魔板５１のみで構成されてもよい。また、図１１に示すように、冷媒供給管１３の端部の上部に開口部５７を形成してもよい。図１０及び図１１に示す構成であっても、液相の冷媒が開口部から排出され難くすることができる。
【００３９】
［変形例３］
また、図１２に示すように、閉鎖部２０に形成された開口部２１に、配管（筒体）６０を挿入してもよい。配管６０は、冷媒供給管１３の内部に突出するように挿入されている。このように構成することで、冷媒供給管１３の内周面の上部に付着した冷媒Ｒは、配管６０の上部によって遮られる。したがって、より液相の冷媒が開口部４１から排出され難くすることができる。
【００４０】
なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
例えば、冷媒供給管１３の一端側の閉鎖部２０に形成される開口部の開口面積と、他端側の閉鎖部２０に形成される開口部の開口面積とを異なるようにしてもよい。このように構成することにより、開口部から排出される気相の冷媒量が、一端部に形成される開口部と、他端部に形成される開口部とで異なることとなる。したがって、冷媒供給管１３内を一端部に向かって流通する気相の冷媒の流速と、他端部に向かって流通する気相の冷媒の流速も異なる。よって、気相の冷媒に同伴される液相の冷媒の量も異なるので、一端部側へ導く液相の冷媒量と、他端部側へ導く液相の冷媒量とを異なる量にすることができる。よって、各端部へ導く冷媒量を調整することができる。これによって、液膜式伝熱管群１５に供給する冷媒量をＸ軸方向に沿って調整することができる。したがって、液膜式伝熱管群１５において熱交換効率を向上させることができるので、蒸発器１０の性能を向上させることができる。なお、例えば、液膜式伝熱管群１５の熱負荷が高い側の開口部を、液膜式伝熱管群１５の熱負荷が低い側の開口部よりも大きく形成してもよい。
【００４１】
以上説明した本実施形態に記載の蒸発器は例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係る蒸発器は、外殻を為す筐体（１１）と、前記筐体に収容され、前記筐体の下部に設けられた貯留部（１１ｃ）に貯留される液相の冷媒に浸漬しており、内部に被冷却媒体が流通する複数の第１伝熱管を有する第１伝熱管群（１４）と、前記筐体に収容され、前記筐体の下部に貯留される液相の冷媒の液面（Ｓ）よりも上方に設けられ、内部に被冷却媒体が流通し所定方向に延在する複数の第２伝熱管を有する第２伝熱管群（１５）と、前記筐体に収容され、前記所定方向に延在し、内部に気液二相状態の冷媒が流通し、上方から前記第２伝熱管群へ冷媒を供給する冷媒供給管（１３）と、を備え、前記冷媒供給管は、前記所定方向の端面の少なくとも下端部を閉鎖する閉鎖部（２０）と、前記所定方向（Ｘ軸方向）の端部であって前記閉鎖部よりも上方に形成され該冷媒供給管の内側空間と該冷媒供給管の外側空間とを接続する開口部（２１）と、を有する。
【００４２】
上記構成では、冷媒供給管の端部に開口部が形成されている。冷媒供給管内を流通する気液二相状態の冷媒のうち気相の冷媒は、冷媒供給管の端部まで流通すると開口部から外部へ排出される。これにより、冷媒供給管内を流通する気相の冷媒は、端部においても流速が低下し難い。冷媒供給管内で、液相の冷媒は気相の冷媒に同伴される。したがって、液相の冷媒が、端部まで導かれ易くすることができる。したがって、端部まで液相の冷媒を好適に供給することができるので、所定方向において、第２伝熱管群に供給される冷媒量を均一化することができる。よって、熱交換効率を向上させることができるので、蒸発器の性能を向上させることができる。
また、冷媒供給管の端面の下端部を閉鎖する閉鎖部が設けられ、開口部が閉鎖部よりも上方に形成されている。冷媒供給管内において、気相の冷媒に同伴する液相の冷媒は、重力により冷媒供給管内の下部を流通し易い。これにより、気相の冷媒に同伴する液相の冷媒は、冷媒供給管の端面まで移動すると、閉鎖部と衝突する。したがって、液相の冷媒が液体供給管の開口部から排出され難くすることができる。よって、第２伝熱管群に供給される冷媒量の低減を抑制することができる。
【００４３】
また、本開示の一態様に係る蒸発器は、前記開口部は、前記冷媒供給管の上部に形成されている。
【００４４】
上記構成では、開口部が冷媒供給管の上部に形成されている。上述のように、冷媒供給管内において、液相の冷媒は、冷媒供給管内の下部を流通し易い。したがって、開口部を上部に形成することで、より液相の冷媒が開口部から排出され難くすることができる。よって、第２伝熱管群に供給される冷媒量の低減をより抑制することができる。
なお、冷媒供給管の上部は、冷媒供給管の高さ方向の中心よりも上方であってもよい。また、より好適には、冷媒供給管の高さ全体に対して上端から４分の１の位置よりも上方であってもよい。
【００４５】
また、本開示の一態様に係る蒸発器は、前記冷媒供給管には、前記開口部よりも所定方向の中心部側に配置され、前記冷媒供給管の内周面の上部から下方に延びる第１遮蔽板部（５１）が設けられている。
【００４６】
冷媒供給管の内周面の上部には、液相の冷媒が付着する。上部に付着した冷媒は、流通する気相の冷媒に同伴することで端部方向へ移動する。上記構成では、開口部よりも所定方向の中心部側に第１遮蔽板部が設けられている。これにより、端部方向へ移動する液相の冷媒は、第１遮蔽板部に遮られるので、開口部まで至らない。したがって、より液相の冷媒が開口部から排出され難くすることができる。よって、第２伝熱管群に供給される冷媒量の低減をより抑制することができる。
また、上記構成では、冷媒供給管内を流通する気相の冷媒が、第１遮蔽板部を迂回して開口部へ導かれる。これにより、第１遮蔽板部を迂回する際の遠心力によって、気相の冷媒が同伴している液相の冷媒を遠心分離することができる。したがって、より液相の冷媒が開口部から排出され難くすることができる。よって、第２伝熱管群に供給される冷媒量の低減をより抑制することができる。
なお、第１遮蔽板部は、下端が開口部の下端よりも下方に位置してもよい。
【００４７】
また、本開示の一態様に係る蒸発器は、前記開口部には、筒体（６０）が挿入されている。
【００４８】
上記構成では、開口部に筒体が挿入されている。これにより、冷媒供給管の内周面の上部に付着した冷媒は、筒体の上部によって遮られる。したがって、より液相の冷媒が開口部から排出され難くすることができる。よって、第２伝熱管群に供給される冷媒量の低減をより抑制することができる。
【００４９】
また、本開示の一態様に係る蒸発器は、前記筐体には、蒸発した冷媒を外部へ排出する冷媒出口（１６）が上部に設けられていて、前記第２伝熱管群の前記所定方向の長さは、前記冷媒供給管の前記所定方向の長さよりも長く、前記冷媒供給管の上方であって、前記開口部と前記冷媒出口との間には、第２遮蔽板部（２２）が設けられている。
【００５０】
上記構成では、開口部と出口配管との間には、第２遮蔽板部が設けられている。これにより、開口部から排出された気相の冷媒は、一旦下方へ導かれてから、筐体の上部に設けられた冷媒出口のある上方へ導かれる。したがって、開口部から排出された気相の冷媒が液相の冷媒を同伴している場合には、重力によって気相の冷媒から液相の冷媒を分離することができる。したがって、冷媒出口から筐体の外部へ排出される気相の冷媒が、液相の冷媒を同伴する現象（いわゆるキャリーオーバー）を、発生し難くすることができる。
また、分離された液相の冷媒は、下方へ落下する。上記構成では、第２伝熱管群の所定方向の長さは、冷媒供給管の所定方向の長さよりも長い。すなわち、平面視した際に、第２伝熱管群の端部は、冷媒供給管の端部よりも突出している。これにより、分離されて落下した液相の冷媒が第２伝熱管群の突出部分と接触する。したがって、開口部から排出された気相の冷媒が液相の冷媒を同伴している場合であっても、同伴された液相の冷媒を蒸発させることができる。
また、第２伝熱管群の突出部分は、通常冷媒が供給され難いが、開口部から排出された液相の冷媒と接触することで熱交換に供することができる。したがって、蒸発器の性能を向上させることができる。
【００５１】
また、本開示の一態様に係る蒸発器は、前記冷媒供給管は、前記所定方向の両端部に前記開口部が形成されていて、前記所定方向の一端部に形成される前記開口部の開口面積と、前記所定方向の他端部に形成される前記開口部の開口面積とが異なっている。
【００５２】
上記構成では、所定方向の一端部に形成される開口部の開口面積と、他端部に形成される開口部の開口面積とが異なっている。これにより、開口部から排出される気相の冷媒量が、一端部に形成される開口部と、他端部に形成される開口部とで異なることとなる。したがって、冷媒供給管内を一端部に向かって流通する気相の冷媒の流速と、他端部に向かって流通する気相の冷媒の流速も異なる。よって、気相の冷媒に同伴される液相の冷媒の量も異なるので、一端部側へ導く液相の冷媒量と、他端部側へ導く液相の冷媒量とを異なる量にすることができる。よって、各端部へ導く冷媒量を調整することができるので、第２伝熱管群に供給する冷媒量を所定方向に沿って調整することができる。したがって、第２伝熱管群において熱交換効率を向上させることができるので、蒸発器の性能を向上させることができる。
なお、例えば、第２伝熱管群の熱負荷が高い側の開口部を、第２伝熱管群の熱負荷が低い側の開口部よりも大きく形成してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０    ：蒸発器
１１    ：圧力容器（筐体）
１１ａ  ：円筒部
１１ｂ  ：管板
１１ｃ  ：貯留部
１２    ：冷媒入口管（冷媒入口）
１３    ：冷媒供給管
１３ａ  ：スリット
１３ｂ  ：湾曲部
１４    ：満液式伝熱管群（第１伝熱管群）
１５    ：液膜式伝熱管群（第２伝熱管群）
１５ｂ  ：下方液膜式伝熱管群
１５ｃ  ：上方液膜式伝熱管群
１６    ：冷媒出口管（冷媒出口）
１７    ：導入部
１８    ：リターン部
１９    ：排出部
２０    ：閉鎖部
２０ａ  ：上部閉鎖部
２０ｂ  ：下部閉鎖部
２１    ：開口部
２２    ：支持板（第２遮蔽板部）
４１    ：開口部
５０    ：気液分離構造
５１    ：邪魔板（第１遮蔽板部）
５２    ：水平面部
５３    ：鉛直部
５４    ：第１流路
５５    ：第２流路
５７    ：開口部
６０    ：配管（筒体）
Ｒ      ：冷媒
Ｓ      ：液面  
【要約】
【課題】熱交換効率を向上させ、蒸発器の性能を向上させることを目的とする。
【解決手段】外殻を為す圧力容器と、圧力容器に収容され、圧力容器の下部に設けられた貯留部に貯留される液相の冷媒に浸漬しており、内部に被冷却水が流通する複数の第１伝熱管を有する液膜式伝熱管群と、圧力容器に収容され、圧力容器の下部に貯留される液相の冷媒の液面よりも上方に設けられ、内部に被冷却水が流通し所定方向に延在する複数の第２伝熱管を有する液膜式伝熱管群と、圧力容器に収容され、所定方向に延在し、内部に気液二相状態の冷媒が流通し、上方から液膜式伝熱管群へ冷媒を供給する冷媒供給管１３と、を備えている。冷媒供給管１３は、Ｘ軸方向の端面の少なくとも下端部を閉鎖する閉鎖部２０と、Ｘ軸方向の端部であって閉鎖部２０よりも上方に形成され冷媒供給管１３の内側空間と冷媒供給管１３の外側空間とを接続する開口部２１と、を有する。
【選択図】図５【図１】
0006880280.tif 000002
【図２】
0006880280.tif 000003
【図３】
0006880280.tif 000004
【図４】
0006880280.tif 000005
【図５】
0006880280.tif 000006
【図６】
0006880280.tif 000007
【図７】
0006880280.tif 000008
【図８】
0006880280.tif 000009
【図９】
0006880280.tif 000010
【図１０】
0006880280.tif 000011
【図１１】
0006880280.tif 000012
【図１２】
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