JP2013139909A - 流下液膜式蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱管表面に部分的な乾き面が発生してしまい、流下液膜式蒸発器としての機能が低下してしまうのを防ぐ。
【解決手段】ケーシング２０は、内部に蒸発空間ｓｑ１、入口空間ｓｑ２、折り返し空間ｓｑ３及び出口空間ｓｑ４を有しており、水平方向に延びる円筒形状を有している。伝熱管群３０は、ケーシング２０の蒸発空間ｓｑ１内において水平方向に延びており、多段多列に積み重ねられた複数の伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊからなる。液冷媒流下部５０は、伝熱管群３０の上方から液冷媒を流下することで、該液冷媒と伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ内部の水との間で熱交換を行わせて、液冷媒を蒸発させる。伝熱管群３０のうち、ケーシング２０の縦断面視において伝熱管群３０の両端の列に位置する複数の両端側伝熱管４４，４５は、出口側伝熱管４２よりも入口側伝熱管４１に多く属する。
【選択図】図４

Description

本発明は、流下液膜式蒸発器に関する。

空気調和装置の室外ユニットや給湯装置の熱源ユニット等には、空気を加熱したり冷却したりするための蒸発器や凝縮器が用いられている。蒸発器の種類としては、例えば特許文献１（特開平８−１８９７２６号公報）に開示されているように、流下液膜式蒸発器が挙げられる。流下液膜式蒸発器とは、水平に設置された伝熱管群上に液冷媒を散布することで、伝熱管内部を通る熱媒体と液冷媒との間で熱交換させる蒸発器である。

特許文献１に示す流下液膜式蒸発器においては、ケーシング内に伝熱管群が多段多列に積み重ねられる。伝熱管群の上方から液冷媒が均一に散布されると、伝熱管上には液膜が形成される。しかし、伝熱管内を通過する熱媒体の温度は、例えば伝熱管の位置によって異なるため、熱交換の度合いも伝熱管の位置によって異なる場合がある。すると、液膜の分布が不均一となってしまい、その結果伝熱管の表面には、液膜で濡れていない渇き面が部分的に発生し、蒸発器としての機能低下を招く虞がある。

そこで、本発明の課題は、伝熱管表面に部分的な乾き面が発生してしまい、流下液膜式蒸発器としての機能が低下してしまうのを防ぐことにある。

本発明の第１観点に係る流下液膜式蒸発器は、ケーシングと、伝熱管群と、液冷媒流下部とを備える。ケーシングは、内部に蒸発空間、入口空間、折り返し空間及び出口空間を有しており、水平方向に延びる円筒形状のケーシングである。蒸発空間は、熱媒体との熱交換によって液冷媒が蒸発する空間である。入口空間は、蒸発空間に流入する前の熱媒体が通る空間である。折り返し空間は、蒸発空間を通過した熱媒体が折り返される空間である。出口空間は、折り返された後再び蒸発空間を通過して該蒸発空間から流出した熱媒体が通る空間である。伝熱管群は、水平方向に延びており、蒸発空間において多段多列に積み重ねられた複数の伝熱管からなる。液冷媒流下部は、伝熱管群の上方から液冷媒を流下することで、該液冷媒と伝熱管内部の熱媒体との間で熱交換を行わせて、液冷媒を蒸発させる。そして、伝熱管群は、入口側伝熱管及び出口側伝熱管を有する。入口側伝熱管は、入口空間と折り返し空間とを結ぶ伝熱管である。出口側伝熱管は、折り返し空間と出口空間とを結ぶ伝熱管である。伝熱管群のうち、ケーシングの縦断面視において伝熱管群の両端の列に位置する複数の両端側伝熱管は、出口側伝熱管よりも入口側伝熱管に多く属する。

両端側伝熱管付近には、伝熱管内部を通る熱媒体と液冷媒との間の熱交換による蒸気が比較的集まり易いため、当該伝熱管表面には渇き面が発生し易い。しかし、この流下液膜式蒸発器では、両端側伝熱管が入口側伝熱管に多く属しているため、入口側伝熱管である両端側伝熱管に高温な水が流入したとしても、蒸気流量を平均化することができ、局所的に蒸気流速が速くなってしまうのを抑えることができる。従って、エントレインメントが生じるのを防ぎ、伝熱管表面に乾き面が部分的に発生してしまうのを抑制することができるため、蒸発器としての性能低下を防ぐことができる。

本発明の第２観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点に係る流下液膜式蒸発器であって、折り返し空間にて熱媒体が折り返される折り返し回数が１回である場合、複数の両端側伝熱管のうち半分以上が入口側伝熱管に属するように、入口空間が形成されている。

ここでは、両端側伝熱管のうち、入口側伝熱管に属する伝熱管が半分以上であるため、蒸気流量をより平均化し易くなり、局所的に蒸気流速が速くなるのを更に抑制できる。

本発明の第３観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点または第２観点に係る流下液膜式蒸発器であって、伝熱管群のうち最下段に位置する下端側伝熱管は、入口側伝熱管に属する。

ここでは、下端側伝熱管が入口側伝熱管に属しているため、蒸気流量をより平均化し易くなり、局所的に蒸気流速が早くなるのを更に抑制できる。

本発明の第４観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点から第３観点のいずれかに係る流下液膜式蒸発器であって、ケーシングは、該ケーシング内部の一端部分において、入口空間及び出口空間に加え、更に仕切板を有する。仕切板は、該一端部分を仕切ることによって、入口空間及び出口空間を形成する。そして、仕切板は、ケーシングの縦断面視において、約Ｖ字形状、約Ｕ字形状及び約Ｏ形状のいずれか１つの形状を有する。

ここでは、仕切板が、ケーシングの縦断面視において約Ｖ字形状、約Ｕ字形状及び約Ｏ形状のいずれか１つの形状を有するため、蒸気流量の平均化及び蒸気流速の制御をより効果的に行うことができる。

本発明の第５観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点から第４観点のいずれかに係る流下液膜式蒸発器であって、伝熱管群のうち、約中央列かつ約中央段に位置する伝熱管は、出口側伝熱管に属する。

ここでは、約中央に位置する伝熱管が出口側伝熱管に属するため、蒸気流量の平均化及び蒸気流速の制御をより効果的に行うことができる。

本発明の第１観点に係る流下液膜式蒸発器によると、エントレインメントが生じるのを防ぎ、伝熱管表面に乾き面が部分的に発生してしまうのを抑制することができるため、蒸発器としての性能低下を防ぐことができる。

本発明の第２観点及び第３観点に係る流下液膜式蒸発器によると、蒸気流量をより平均化し易くなるため、局所的に蒸気流速が速くなるのを更に抑制できる。

本発明の第４観点及び第５観点に係る流下液膜式蒸発器によると、蒸気流量の平均化及び蒸気流速の制御をより効果的に行うことができる。

本実施形態に係る流下液膜式蒸発器の外観図。 本実施形態に係る流下液膜式蒸発器の内部構造を、３次元で示す図。 本実施形態に係る流下液膜式蒸発器を、ケーシングの延びる方向に沿って切断した場合のケーシング内部の断面図であって、当該断面を模式的に示す図。 仕切板が約Ｖ字形状を有している場合の流下液膜式蒸発器を、ケーシングの延びる方向に交差する方向に沿った縦断面図であって、当該縦断面図を模式的に示す図。 図２，４の場合におけるガス冷媒の蒸気流速分布のシミュレーション結果。 従来の流下液膜式蒸発器内部の縦断面図。 図６の場合におけるガス冷媒の蒸気流速分布のシミュレーション結果。 仕切板が約Ｕ字形状を有している場合の流下液膜式蒸発器を、ケーシングの延びる方向に交差する方向に沿った縦断面図であって、当該縦断面図を模式的に示す図。 図８の場合におけるガス冷媒の蒸気流速分布のシミュレーション結果。 変形例Ａに係る流下液膜式蒸発器を、ケーシングの延びる方向に交差する方向に沿った縦断面図であって、当該縦断面図を模式的に示す図。 変形例Ｂに係る流下液膜式蒸発器を、ケーシングの延びる方向に交差する方向に沿った縦断面図であって、当該縦断面図を模式的に示す図。

以下、本発明に係る流下液膜式蒸発器について、図面を参照しつつ詳述する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（１）構成
図１は、本発明の一実施形態に係る流下液膜式蒸発器１０の外観図である。流下液膜式蒸発器１０は、図１に示すように、約円筒形状を有しており、その長手方向が水平方向となるようにして設置される。

ここで、この流下液膜式蒸発器１０は、比較的大容量の冷凍サイクルの蒸発器として用いられる。具体的に、冷凍サイクルには、当該蒸発器１０の他、圧縮機や凝縮器等が含まれている。圧縮機からは蒸気となったガス冷媒が吐出されるが、このガス冷媒は凝縮器にて凝縮され液冷媒に変化する。流下液膜式蒸発器１０は、この液冷媒を、ケーシング２０内部の伝熱管群３０（後述）の上方から散布することで、伝熱管群３０内の熱媒体である水と熱交換を行わせる。そして、流下液膜式蒸発器１０は、当該蒸発器１０内に流入した液冷媒を、一部分はガス冷媒とし残りは液冷媒として当該蒸発器１０から流出させ、圧縮機に戻す。

このような流下液膜式蒸発器１０は、図１〜４に示すように、主として、ケーシング２０、伝熱管群３０、及び液冷媒流下部５０を備えている。

尚、以下の説明においては、「上」「下」「右」「左」「水平」等の方向を示す表現を適宜用いているが、これらは、流下液膜式蒸発器１０が図１の状態で設置された状態での各方向を表す。

（１−１）ケーシング
ケーシング２０は、図１に示すように、水平方向に延びた円筒形状を有している。ケーシング２０の内部には、伝熱管群３０及び液冷媒流下部５０が設置されている。

水平方向に延びるケーシング２０の一端部分には、水用入口２１ａ及び水用出口２１ｂが１つずつ設けられている。本実施形態においては、図１に示すように、水用入口２１ａ及び水用出口２１ｂがケーシング２０の左側端部２０ａに設けられている場合を例に採る。水用入口２１ａには、高温の水が、ケーシング２０の外部から内部へと流入され、水用出口２１ｂからは、液冷媒と熱交換された後の水がケーシング２０内部から外部へと流出されるようになっている。なお、本実施形態においては、水用入口２１ａが、水用出口２１ｂよりも下方に位置している場合を例に採る。

ケーシング２０の側面上方には、図１〜３に示すように、液冷媒用入口２２ａ及びガス冷媒用出口２２ｂが１つずつ設けられており、側面下方には、液冷媒用出口２２ｃが１つ設けられている。液冷媒用入口２２ａには、凝縮器（図示せず）からの液冷媒がケーシング２０内部に流入される。ガス冷媒用出口２２ｂからは、ケーシング２０内部にて蒸発した後の冷媒がケーシング２０内部から流出し、液冷媒用出口２２ｃからは、ケーシング２０内部にて蒸発しきれず液体の状態のままケーシング２０の下面に溜まった液冷媒が、ケーシング２０内部から流出する。

また、図２，３に示すように、本実施形態に係るケーシング１０は、その内部において、蒸発空間ｓｑ１、入口空間ｓｑ２、折り返し空間ｓｑ３、及び出口空間ｓｑ４を有している。蒸発空間ｓｑ１は、熱媒体である水と液冷媒とが熱交換を行い、当該液冷媒が蒸発する空間である。入口空間ｓｑ２は、蒸発空間ｓｑ１に流入する前の水が通る空間である。折り返し空間ｓｑ３は、蒸発空間ｓｑ１を通過した水が折り返される空間である。出口空間ｓｑ４は、折り返し空間ｓｑ３にて折り返された後、再び蒸発空間ｓｑ１を通過して該蒸発空間ｓｑ１から流出した水が通る空間である。本実施形態においては、図３に示すように、蒸発空間ｓｑ１はケーシング２０内部の約中央に位置し、入口空間ｓｑ２は、蒸発空間ｓｑ１の左側、より具体的にはケーシング２０の左側端部２０ａに位置している。折り返し空間ｓｑ３は、ケーシング２０の内部において、入口空間ｓｑ２とは逆側である蒸発空間ｓｑ１の右側、つまりはケーシング２０の右側端部２０ｂに位置している。出口空間ｓｑ４は、ケーシング２０内部において、入口空間ｓｑ２と同様にケーシング２０の左側端部２０ａに位置している。

そして、入口空間ｓｑ２は、水用入口２１ａと接続されており、水は水用入口２１ａを介して入口空間ｓｑ２内に流入される。一方で、出口空間ｓｑ４は、水用出口２１ｂと接続されており、蒸発空間ｓｑ１から出口空間ｓｑ４に流入した水は、水用出口２１ｂを介して流下液膜式蒸発器１０の外部へと流出する。

特に、ケーシング２０は、図２〜４に示すように、該ケーシング２０の内部において、仕切板２５を更に有している。仕切板２５は、ケーシング２０の左側端部２０ａに位置しており、該左側端部２０ａを仕切ることによって入口空間ｓｑ２と出口空間ｓｑ４とを形成している。本実施形態においては、この仕切板２５は、入口空間ｓｑ２と出口空間ｓｑ４とを単に仕切っているのではなく、その形状を特殊なものとすることで、蒸発空間ｓｑ１内におけるガス冷媒の流れる量（以下、蒸気流量と言う）の局所的な偏りを減らし、蒸気流量の平均化を行っている。

なお、仕切板２５の形状については、「（２）仕切板の形状」にて詳述する。

（１−２）伝熱管群
伝熱管群３０は、図４に示すように、複数の伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊによって構成されている。各伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの内部には、熱媒体である水が通過し、各伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの外部には、液冷媒またはガス冷媒が接触する。これにより、各伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ上においては、冷媒と当該管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ内部の水とが熱交換を行うようになる。

各伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊは、例えば銅やアルミニウム等によって形成されており、ケーシング２０内部の蒸発空間ｓｑ１において水平方向に延びるようにして配置されている。特に、複数の伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊは、図２，４に示すように、蒸発空間ｓｑ１において、多段多列に積み重ねられている。

また、複数の伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊは、図２〜４に示すように、入口側伝熱管４１と出口側伝熱管４２とのいずれかに属している。入口側伝熱管４１は、入口空間ｓｑ２と折り返し空間ｓｑ３とを結ぶ伝熱管である。出口側伝熱管４２は、折り返し空間ｓｑ３と出口空間ｓｑ４とを結ぶ伝熱管である。即ち、入口側伝熱管４１と出口側伝熱管４２とは、折り返し空間ｓｑ３を介して互いに接続されている。従って、入口側伝熱管４１には、入口空間ｓｑ２から流入してきた水が通過する。入口側伝熱管４１を通過した水は、折り返し空間ｓｑ３にて折り返されて、出口側伝熱管４２内を流れることとなる。即ち、本実施形態においては、折り返し空間ｓｑ３において水が折り返される折り返し回数が１回である場合を例に採っている。

なお、本実施形態においては、図４に示すように、複数の伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊが１０段×１０列に積み重ねられている場合を例に採る。しかし、複数の伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの段数及び列数は、１０段×１０列に限定されるものではなく、複数段及び複数列であればよい。特に、複数の伝熱管の段数及び列数は、２段×３列以上であることが好ましい。

（１−３）液冷媒流下部
液冷媒流下部５０は、図２〜４に示すように、ケーシング２０の蒸発空間ｓｑ１において、伝熱管群３０の上方に位置している。液冷媒流下部５０は、伝熱管群３０の上方から液冷媒を流下することにより、該液冷媒と伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ内部の水との間で熱交換を行わせて液冷媒を蒸発させる。

このような液冷媒流下部５０は、例えば、液分散板である第１部材５１及び第２部材５２によって構成されている。第１部材５１は、液冷媒用入口２２ａと接続されており、第２部材５２の上方に位置していると共に、第２部材５２とは所定距離離れて位置している。第２部材５２は、伝熱管群３０の上部において該伝熱管群３０を覆うようにして配置されている。液冷媒用入口２２ａから流入した液冷媒は、第１部材５１によって第２部材５２側へと散布され、更に第２部材５２から伝熱管群３０上へと散布されるようになる。これにより、伝熱管群３０上には、図２に示す液膜６１が形成される。

（２）仕切板の形状
しかし、上記液膜６１は、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの表面において発生したガス冷媒である蒸気の、蒸気流による悪影響を受けやすい。そのため、最下段に位置する下端側伝熱管４３の方向に液冷媒が流下するに従って、液膜６１の分布は不均一になり、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの表面には、液膜６１で濡らされない渇き面が部分的に発生する。また、液膜６１の薄い部分においても、蒸気によって液膜６１は消失し、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの表面上には渇き面が発生してしまう。この部分的な乾き面の発生は、流下液膜式蒸発器１０の蒸発器としての機能を低下させる要因となる。

特に、ガス冷媒である蒸気の発生量は、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ内を通る水の温度に応じて異なっており、最も高温となる入口側伝熱管４１の入口空間ｓｑ２近傍と最も低温となる出口側伝熱管４２の出口空間ｓｑ４近傍とでは、蒸気の発生量は例えば約５倍程度も異なってしまう。更に、ケーシング２０の縦断面視において両端の列に位置する両端側伝熱管４４，４５付近には（図４参照）、蒸気が集まり易く、その流速が他の部分に比べて速くなっており、よってエントレインメントが大きくなる。この現象は、図６に示すように、ケーシング２０の縦断面視において、左右方向にほぼ一直線に延びるようにして仕切板２５’が配置された従来例では、顕著となる（図７）。

なお、図６では、仕切板２５’の下方に位置する伝熱管が入口側伝熱管４１’であり、仕切板２５’の上方に位置する伝熱管が出口側伝熱管４２’となっている。入口側伝熱管４１’と出口側伝熱管４２’との数が等しくなるように、仕切板２５’は、約中央段付近に配置されている。図７では、仕切板２５’が図６に示すように配置されている場合におけるガス冷媒の蒸気速度分布のシミュレーション結果を、縦軸及び横軸を伝熱管の位置として表している。図７では、上段から下段に向かって“第１段”“第２段”・・・と段番号を付すと共に、左列から右列に向かって“第１列”“第２列”・・・と列番号を付している。仕切板２５’が図６に示すように配置されている場合、図７に示すように、第１列第８〜９段、及び第１０列第８段〜９段付近の蒸気流速が最も高く(最大流速＝４．０ｍ／ｓ）、この第１列第８〜９段及び第１０列第８〜９段を中心として約同心円状に徐々に蒸気速度は低くなっている。しかし、当該同心円状に広がる蒸気速度は、出口側伝熱管４２’の位置における流速と比較すると、以前として蒸気速度は高い。

これに対し、本実施形態に係る仕切板２５は、複数の両端側伝熱管４４，４５が出口側伝熱管４２よりも入口側伝熱管４１に多く属するようにするための仕切り形状を有している。特に、本実施形態においては、水の折り返し回数が１回であるため、両端側伝熱管４４，４５のうち半分以上が入口側伝熱管４１に属するように、仕切板２５によって入口空間ｓｑ２が形成されている。

このような機能を有する仕切板２５の具体的形状としては、以下の２つが挙げられる。

（２−１）Ｖ字形状
図２，４では、ケーシング２０の縦断面視において、仕切板２５が約Ｖ字形の仕切り形状を有している場合を表している。仕切板２５は、隣接する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ同士の間を縫うようにして、約Ｖ字形状を有している。そして、仕切板２５は、ほぼ左右対称の形状となっている。

即ち、第１列に位置する伝熱管３０ａ，・・・，３９ａである左端側伝熱管４４、及び第１０列に位置する伝熱管３０ｊ，・・・，３９ｊである右端側伝熱管４５においては、最上段（第１段）に位置する伝熱管３９ａ，３９ｊのみが出口側伝熱管４２であり、他の伝熱管３０ａ，・・・，３８ａ，３０ｊ，・・・，３８ｊは、全て入口側伝熱管４１に属する。次いで、第１列の右隣に位置する第２列、及び第１０列の左隣に位置する第９列それぞれに位置する伝熱管３０ｂ，・・・，３０ｈ，・・・においては、第１段目から第３段目までに位置する伝熱管までが、出口側伝熱管４２に属し、他の伝熱管（つまり、第４段目から第１０段目に位置する伝熱管）は、全て入口側伝熱管４１に属する。このように、約中央の列に行くにしたがって、徐々に１列あたりの出口側伝熱管４２に属する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの数は多くなり、ほぼ中央の列である第５列、第６列に位置する伝熱管においては、第１０段目に位置する伝熱管３０ｅ，３０ｆを除き、第１段目から第９段目に位置する伝熱管は、全て出口側伝熱管４２に属する。

また、伝熱管群３０のうち、最下段に位置する下端側伝熱管４３は、全てが入口側伝熱管４１に属している。そして、伝熱管群３０のうち、約中央列かつ約中央段に位置する伝熱管、即ち第５，６列かつ約５，６段に位置する４つの伝熱管を含めて、最上段である第１段目に位置する上段側伝熱管４６は、出口側伝熱管４２に属している。

この場合の蒸気流速分布を、図５に示す。図５は、仕切板２５が図２，４に示すように約Ｖ字形状を有する場合におけるガス冷媒の蒸気速度分布のシミュレーション結果を、縦軸及び横軸を伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３０ｊの位置として表している。図５では、図７と同様、上段から下段に向かって“第１段”“第２段”・・・と段番号を付すと共に、左列から右列に向かって“第１列”“第２列”・・・と列番号を付している。図５では、第１列第７〜９段、及び第１０列第７〜９段付近の蒸気流速が最も高く、その周りの伝熱管の位置での蒸気流速は、出口側伝熱管４２の位置よりも速いが、最大流速は２．７ｍ／ｓであり、図７の場合に比して蒸気流速の平均値は低くなっている。従って、その分、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・３９ｊ表面における渇き面の形成が抑制されている。

まとめると、図２，４では、ケーシング２０の縦断面視において伝熱管群３０の外側、つまりはケーシング２０の壁面付近に位置する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊは入口側伝熱管４１に属し、伝熱管群３０の内側、つまりはケーシング２０の壁面付近から離れかつ液冷媒流下部５０に近い部分に位置する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・,３９ｊは出口側伝熱管４２に属するように、仕切板２５が約Ｖ字形状を有している。これにより、比較的蒸気が集まり易い両端側伝熱管４４,４５は、その多くが、高温な水が流入する入口側伝熱管４１であるため、蒸気流量を平均化することができ、局所的に蒸気流速が速くなってしまうのを抑えることができる。即ち、蒸気流量が集まる部分をなるべく分散させて、蒸気流量の局所的な偏りを減らしている。従って、エントレインメントが生じるのを防ぎ、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ表面に乾き面ができてしまうのを抑制することができるため、蒸発器としての性能低下を防ぐことができる。

なお、仕切板２５が約Ｖ字形状を有する場合においては、図６，７の場合と同様、入口側伝熱管４１に属する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの数は、出口側伝熱管４２に属する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの数と等しい。

（２−２）Ｕ字形状
図８では、ケーシング２０の縦断面視において、仕切板２５が約Ｕ字形の仕切り形状を有している場合を表している。図８においても、Ｖ字形状の場合と同様、仕切板２５は、隣接する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ同士の間を縫うようにして、約Ｕ字形状を有している。そして、仕切板２５は、ほぼ左右対称の形状となっている。

第１列及び第１０列に位置する両端側伝熱管４４，４５、第２列に位置する伝熱管３０ｂ，・・・、及び第９列に位置する伝熱管３０ｉ，・・・においては、全ての伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３０ｈ，３０ｊ，・・・が入口側伝熱管４１に属する。第３，４列、及び第７，８列それぞれに位置する伝熱管３０ｃ，・・・，３０ｈ，・・・においては、最下段である第１０段目と、その上に位置する第９段目とに位置する伝熱管は、入口側伝熱管４１に属するが、他の伝熱管（つまり、第１段目から第８目までに位置する伝熱管）は、全て出口側伝熱管４２に属する。略中央列である第５，６列においては、最下段である第１０段目に位置する伝熱管３０ｅ，３０ｆのみが入口側伝熱管４１に属するが、他の伝熱管（つまり、第１段目から第９段目までに位置する伝熱管）は、全て出口側伝熱管４２に属する。

また、伝熱管群３０のうち、最下段に位置する下端側伝熱管４３は、図２，４の約Ｖ字形状である場合と同様、全てが入口側伝熱管４１に属している。そして、伝熱管群３０のうち、約中央列かつ約中央段に位置する伝熱管、つまりは第５，６列かつ第５，６段に位置する４つの伝熱管は、出口側伝熱管４２に属している。

この場合の蒸気流速分布を、図９に示す。図９は、仕切板２５が約Ｕ字形状を有する場合におけるガス冷媒の蒸気速度分布のシミュレーション結果を、縦軸及び横軸を伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３０ｊの位置として表している。図９では、図５，７と同様、上段から下段に向かって“第１段”“第２段”・・・と段番号を付すと共に、左列から右列に向かって“第１列”“第２列”・・・と列番号を付している。図９では、第１列第８〜９段、及び第１０列第８〜９段付近の蒸気流速が最も高く、その周りの伝熱管の位置での蒸気流速は、出口側伝熱管４２に向かって徐々に低下している。この場合、最大流速は約２．４ｍ／ｓであり、図５に比して最大流速は下がっている。そして、図９の蒸気流速の平均値も、図５に比して下がっている。従って、その分、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・３９ｊ表面における渇き面の形成がより抑制されていることが分かる。

まとめると、ケーシング２０の縦断面視において仕切板２５が約Ｖ字形状を有する場合と同様、図８では、伝熱管群３０の外側、つまりはケーシング２０の壁面付近に位置する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊは入口側伝熱管４１に属し、伝熱管群３０の内側、つまりはケーシング２０の壁面付近から離れかつ液冷媒流下部５０に近い部分に位置する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・,３９ｊは出口側伝熱管４２に属するように、仕切板２５が約Ｕ字形状を有している。これにより、比較的蒸気が集まり易い両端側伝熱管４４,４５は、その全てが、高温な水が流入する入口側伝熱管４１であるため、蒸気流量を平均化することができ、局所的に蒸気流速が速くなってしまうのを抑えることができる。即ち、蒸気流量が集まる部分をなるべく分散させて、蒸気流量の局所的な偏りを減らしている。従って、エントレインメントが生じるのを防ぎ、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ表面に乾き面ができてしまうのを抑制することができるため、蒸発器としての性能低下を防ぐことができる。

なお、仕切板２５が約Ｕ字形状を有する場合においても、入口側伝熱管４１に属する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの数は、出口側伝熱管４２に属する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの数と等しい。

（３）特徴
（３−１）
ケーシング２０の縦断面視において伝熱管群３０の両端の列に位置する両端側伝熱管４４，４５付近には、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ内部を通る水と液冷媒との間の熱交換による蒸気（ガス冷媒）が比較的集まり易いため、当該伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ表面には渇き面が発生し易い。しかし、本実施形態に係る流下液膜式蒸発器１０では、両端側伝熱管４４，４５が出口側伝熱管４２よりも入口側伝熱管４１に多く属している。そのため、入口側伝熱管４１である両端側伝熱管４４，４５に高温な水が流入しても、蒸気流量を平均化することができ、局所的に蒸気流速が速くなってしまうのを抑えることができる。従って、エントレインメントが生じるのを防ぎ、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ表面に乾き面が部分的に発生してしまうのを抑制することができるため、蒸発器としての性能低下を防ぐことができる。

（３−２）
また、本実施形態では、折り返し空間ｓｑ３にて水が折り返される折り返し回数は１回である。この場合、複数の両端側伝熱管４４，４５のうち半分以上が入口側伝熱管４１に属するように、仕切板２５によって入口空間ｓｑ２が形成されている。これにより、蒸気流量をより平均化し易くなるため、局所的に蒸気流速が速くなるのを更に抑制できる。

（３−３）
また、本実施形態では、伝熱管群３０のうち最下段に位置する下端側伝熱管４３は、入口側伝熱管４１に属する。これにより、蒸気流量をより平均化し易くなり、局所的に蒸気流速が早くなるのを更に抑制できる。

（３−４）
また、本実施形態のケーシング２０は、該ケーシング２０内部の左側端部２０ａにおいて、入口空間ｓｑ２及び出口空間ｓｑ４に加え、更に仕切板２５を有する。仕切板２５は、ケーシング２０内部の左側端部２０ａを仕切ることによって、入口空間ｓｑ２及び出口空間ｓｑ４を形成している。特に、仕切板２５は、ケーシング２０の縦断面視において、約Ｖ字形状または約Ｕ字形状を有する。これにより、蒸気流量の平均化及び蒸気流速の制御をより効果的に行うことができる。

（３−５）
また、本実施形態では、伝熱管群３０のうち、約中央列かつ約中央段に位置する伝熱管は、出口側伝熱管４２に属する。これにより、蒸気流量の平均化及び蒸気流速の制御をより効果的に行うことができる。

（４）変形例
（４−１）変形例Ａ
上記実施形態では、図２，４，８に示すように、ケーシング２０の縦断面視において、仕切板２５が約Ｖ字形状または約Ｕ字形状である場合について説明した。

しかし、本発明では、複数の両端側伝熱管４４，４５が出口側伝熱管４２よりも入口側伝熱管４１に多く属するように、仕切板２５が形作られていれば良い。従って、仕切板２５は、約Ｖ字形状及び約Ｕ字形状以外の形状を有していても良い。約Ｖ字形状及び約Ｕ字形状以外の形状としては、例えば図１０に示すような形状が挙げられる。

図１０の仕切板２５は、液冷媒流下部５０に向けて徐々に出口側伝熱管４２に属する伝熱管の１段あたりの数が減少するような形状を有している。そして、ここでも、仕切板２５は、ほぼ左右対称の形状となっている。この場合、両端側伝熱管４４，４５、下端側伝熱管４３及び第９段目に位置する伝熱管は、全て入口側伝熱管４１に属する。そして、第２，９列においては、第６〜８段目に位置する伝熱管が出口側伝熱管４２に属し、他の伝熱管は、入口側伝熱管４１に属する。第３，８列においては、第２〜８段目に位置する伝熱管が出口側伝熱管４２に属し、他の伝熱管は、入口側伝熱管４１に属する。第４〜７列においては、第１〜８段目に位置する伝熱管が、出口側伝熱管４２に属する。

この場合においても、伝熱管群３０の外側、つまりはケーシング２０の壁面付近に位置する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊは、入口側伝熱管４１に属している。これにより、比較的蒸気が集まり易い両端側伝熱管４４,４５は、その全てが、高温な水が流入する入口側伝熱管４１であるため、蒸気流量を平均化することができ、局所的に蒸気流速が速くなってしまうのを抑えることができる。従って、エントレインメントが生じるのを防ぎ、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ表面に乾き面ができてしまうのを抑制することができるため、蒸発器としての性能低下を防ぐことができる。

なお、図１０の場合においても、入口側伝熱管４１に属する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの数は、出口側伝熱管４２に属する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの数と等しい。

（４−２）変形例Ｂ
仕切板２５のその他の形状としては、図１１に示すような形状も挙げられる。図１１では、ケーシング２０の縦断面視において、仕切板２５が約Ｏ形状の仕切り形状を有している場合を表している。そして、ここでも、仕切板２５は、ほぼ左右対称の形状となっている。

この場合、両端側伝熱管４４，４５、下端側伝熱管４３、第２及び第９列に位置する伝熱管、上段側伝熱管４６は、全て入口側伝熱管４１に属しており、これ以外の他の伝熱管は、全て出口側伝熱管４２に属している。つまり、出口側伝熱管４２は、入口側伝熱管４１によって囲まれるように、仕切板２５が形成されている。

この場合においても、伝熱管群３０の外側、つまりはケーシング２０の壁面付近に位置する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊは、入口側伝熱管４１に属している。これにより、比較的蒸気が集まり易い両端側伝熱管４４,４５は、その全てが、高温な水が流入する入口側伝熱管４１であるため、蒸気流量を平均化することができ、局所的に蒸気流速が速くなってしまうのを抑えることができる。従って、エントレインメントが生じるのを防ぎ、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ表面に乾き面ができてしまうのを抑制することができるため、蒸発器としての性能低下を防ぐことができる。

なお、図１１の場合においても、入口側伝熱管４１に属する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの数は、出口側伝熱管４２に属する伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊの数と等しい。

（４−３）変形例Ｃ
上記実施形態では、全ての伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊが、入口側伝熱管４１または出口側伝熱管４２のいずれかに属している場合について説明した。しかし、複数の伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊは、入口側伝熱管４１または出口側伝熱管４２のいずれにも属さない伝熱管を有していてもよい。

即ち、本発明は、折り返し空間ｓｑ３において水が１回のみ折り返される場合のみならず、複数回折り返される場合においても、適用することができる。この場合、折り返し空間は、ケーシングの両端部分（つまり、図３では、ケーシング２０の左側端部２０ａ及び右側端部２０ｂ）に形成されることとなり、ケーシングの両端端部それぞれにある折り返し空間と折り返し空間との間を繋ぐ伝熱管は、入口側伝熱管及び出口側伝熱管のいずれにも属さないこととなる。

（４−４）変形例Ｄ
上記実施形態では、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ内を通る熱媒体が水である場合について説明した。しかし、伝熱管３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ内を通る熱媒体は、水以外であってもよい。

１０ 流下液膜式蒸発器
２０ ケーシング
２０ａ ケーシングの左側端部
２０ｂ ケーシングの右側端部
２１ａ 水用入口
２１ｂ 水用出口
２２ａ 液冷媒用入口
２２ｂ ガス冷媒用出口
２２ｃ 液冷媒用出口
２５ 仕切板
ｓｑ１ 蒸発空間
ｓｑ２ 入口空間
ｓｑ３ 折り返し空間
ｓｑ４ 出口空間
３０ 伝熱管群
３０ａ，３０ｂ，・・・，３９ｊ 伝熱管
４１ 入口側伝熱管
４２ 出口側伝熱管
４３ 下段側伝熱管
４４ 左端側伝熱管（両端側伝熱管）
４５ 右端側伝熱管（両端側伝熱管）
４６ 上端側伝熱管
５０ 液冷媒流下部
６１ 液膜

特開平８−１８９７２６号公報

Claims (5)

1. 内部に熱媒体との熱交換によって液冷媒が蒸発する蒸発空間（ｓｑ１）と、前記蒸発空間に流入する前の前記熱媒体が通る入口空間（ｓｑ２）と、前記蒸発空間を通過した前記熱媒体が折り返される折り返し空間（ｓｑ３）と、折り返された後再び前記蒸発空間を通過して該蒸発空間から流出した前記熱媒体が通る出口空間（ｓｑ４）とを有し、水平方向に延びる円筒形状のケーシング（２０）と、
   水平方向に延びており、前記蒸発空間において多段多列に積み重ねられた複数の伝熱管からなる伝熱管群（３０）と、
   前記伝熱管群の上方から前記液冷媒を流下することで、該液冷媒と前記伝熱管内部の前記熱媒体との間で熱交換を行わせて前記液冷媒を蒸発させる液冷媒流下部（５０）と、
   を備え、
   前記伝熱管群（３０）は、前記入口空間（ｓｑ２）と前記折り返し空間（ｓｑ３）とを結ぶ入口側伝熱管（４１）、及び前記折り返し空間（ｓｑ３）と前記出口空間（ｓｑ４）とを結ぶ出口側伝熱管（４２）を有しており、
   前記伝熱管群のうち、前記ケーシングの縦断面視において前記伝熱管群の両端の列に位置する複数の両端側伝熱管は、前記出口側伝熱管よりも前記入口側伝熱管に多く属する、
   流下液膜式蒸発器（１０）。
2. 前記折り返し空間にて前記熱媒体が折り返される折り返し回数が１回である場合、複数の前記両端側伝熱管のうち半分以上が前記入口側伝熱管に属するように、前記入口空間（ｓｑ２）が形成されている、
   請求項１に記載の流下液膜式蒸発器（１０）。
3. 前記伝熱管群のうち最下段に位置する下端側伝熱管は、前記入口側伝熱管に属する、
   請求項１または２に記載の流下液膜式蒸発器（１０）。
4. 前記ケーシングは、該ケーシング内部の一端部分において、前記入口空間（ｓｑ２）及び前記出口空間（ｓｑ４）に加え、更に該一端部分を仕切ることによって前記入口空間及び前記出口空間を形成する仕切板（２５）を有しており、
   前記仕切板（２５）は、前記ケーシングの縦断面視において、約Ｖ字形状、約Ｕ字形状及び約Ｏ形状のいずれか１つの形状を有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の流下液膜式蒸発器（１０）。
5. 前記伝熱管群のうち約中央列かつ約中央段に位置する伝熱管は、前記出口側伝熱管（４２）に属する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の流下液膜式蒸発器（１０）。

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