JP2016014494A - 流下液膜式蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気出口管近傍の冷媒流速を小さく抑えることが可能な流下液膜式蒸発器を提供する。【解決手段】タンク１０内に供給された気液二相状態の冷媒のうち液冷媒を２段冷媒桶３５を介して伝熱管群２０に対して流下させる流下液膜式蒸発器１であって、上部カバー３６は、タンク１０内において２段冷媒桶３５の上方に設けられている。垂直板４０は、２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間であって伝熱管２１の長手方向において蒸気出口管１８とは異なる位置に設けられており、２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間を伝熱管２１の長手方向に向けて流れる冷媒流れを抑制させる。【選択図】図５

Description

本発明は、流下液膜式蒸発器に関する。

従来から、ターボ冷凍機等の冷凍装置において使用される冷媒の蒸発器として、例えば、特許文献１（特開平８−１８９７２６号公報）に示すような流下液膜式蒸発器がある。流下液膜式蒸発器は、タンク内の伝熱管群とタンクの上方から延び出している蒸気出口管との間に設けられた液冷媒散布装置によって液冷媒を伝熱管群に流下させ、流下してきた液冷媒を伝熱管群で蒸発させる形式の熱交換器である。伝熱管群によって蒸発したガス冷媒は、タンクの上方から延び出している蒸気出口管を通じてタンク外に流出し、圧縮機に送られる。

上記従来の流下液膜式蒸発器において、膨張弁等の減圧機構によって減圧された後の冷媒が気液二相状態のままでタンク内に供給される場合には、タンクに設けられた冷媒入口管を通じて、液冷媒散布装置に気液二相状態の冷媒が流入することになる。

そして、液冷媒散布装置に流入した気液二相状態の冷媒に含まれるガス冷媒と、伝熱管群によって蒸発して生じたガス冷媒とは、タンクの上方に設けられた蒸気出口管に向かって流れる。

ここで、液冷媒散布装置と蒸気出口管との間には、蒸気出口管に対して液冷媒が直接向かってしまうことを抑制するために上部カバーを設けることがある。

ところが、上部カバーの下方において蒸気出口管に向けて伝熱管の長手方向に沿うように冷媒が流れてしまうと、上部カバーの下方のうち蒸気出口管の近傍に集まった冷媒が一気に上部カバーを超えて蒸気出口管側に向けて流れることになる。このため、蒸気出口管近傍において上部カバーを超えようとする冷媒の流速が早くなりすぎ、液冷媒が同伴されて蒸気出口管を介してタンク外に流出するというキャリーオーバー現象が発生しやすくなってしまう。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、蒸気出口管近傍の冷媒流速を小さく抑えることが可能な流下液膜式蒸発器を提供することにある。

第１観点に係る流下液膜式蒸発器は、冷凍装置に用いられる流下液膜式蒸発器であって、伝熱管群と、タンクと、液冷媒散布部と、蒸気出口管と、カバーと、抑制部材と、を備えている。伝熱管群は、内部に熱媒体が流され、長手方向に延びた複数の伝熱管を有している。タンクは、伝熱管群を内部に配置しており、冷媒流入口が設けられている。液冷媒散布部は、冷媒流入口を介してタンク内に供給された気液二相状態の冷媒のうち液冷媒を伝熱管群に対して流下させる。蒸気出口管は、タンクの上方から伸び出している。カバーは、タンク内であって液冷媒散布部よりも高い場所に位置する部分を有している。抑制部材は、液冷媒散布部とカバーとの間であって伝熱管の長手方向において蒸気出口管とは異なる位置に設けられ、液冷媒散布部とカバーとの間を伝熱管の長手方向に向けて流れる冷媒流れを抑制させる。

なお、蒸気出口管はタンクの上方から伸び出しているが、ここでいうタンクの上方とは、例えば、タンクの重心位置よりも上下方向において上側の位置ということができる。

この流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近で上部カバーを超えるように流れる冷媒流れの速度が小さく抑えられるために、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

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、抑制部材は、カバーの下面から下方に向けて伸び出している。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下面を沿うように流れる冷媒流れを十分に抑制させることが可能になる。

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、抑制部材は、伝熱管の長手方向に垂直な面を有する板状部材である。

なお、伝熱管の長手方向に垂直な面とは、伝熱管の長手方向に対して完全に垂直である面に限られるものではなく、例えば、伝熱管の長手方向に対して完全に垂直な面から±１０度の範囲内で傾斜している面も、実質的に垂直な面として含まれる。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下面を流れる冷媒流れを抑制させて、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度をより小さく抑えることが可能になる。

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、抑制部材は、蒸気出口管に対して伝熱管の長手方向における両側に設けられている。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下方を流れる冷媒流れを十分に抑制させて、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることをより効果的に抑制できる。

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、抑制部材は、液冷媒散布部とカバーとの間において上下方向に７０％以上覆っている部分を有している。

この流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度を効果的に抑制できる。

第６観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点から第５観点のいずれかに係る流下液膜式蒸発器であって、ヘッダ管と、１段冷媒桶３４と、を備えている。ヘッダ管は、冷媒散布部とカバーとの間に設けられており、伝熱管の長手方向視における内側から外側に向けて冷媒を通過させるための冷媒孔を複数有しており、冷媒流入口を介して流入した冷媒を冷媒孔を介して外側に流出させつつ伝熱管の長手方向に沿う方向に導くことが可能となるように構成されている。１段冷媒桶は、液冷媒散布部の上方に配置されており、冷媒孔を介してヘッダ管から流出した冷媒を受けて液冷媒散布部に導くことが可能となるように構成されている。抑制部材は、少なくともヘッダ管の外側であって１段冷媒桶とカバーによって囲まれた位置に設けられている。

この流下液膜式蒸発器では、抑制部材がヘッダ管の外側であって１段冷媒桶とカバーによって上下方向に囲まれた位置に設けられているため、ヘッダ管から流出したばかりの冷媒の伝熱管の長手方向に向かう冷媒流れを抑制することが可能になる。

第７観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点から第６観点のいずれかに係る流下液膜式蒸発器であって、液冷媒散布部は、液冷媒散布部の長手方向が伝熱管の長手方向と同じ方向となるように設けられている。

なお、ここで、液冷媒散布部の長手方向と伝熱管の長手方向とは、完全に全く同じ方向となっている必要は無く、例えば、伝熱管の長手方向が液冷媒散布部の長手方向に対して±１０度の範囲内で相違していることで実質的に同じ方向となっていてもよい。

この流下液膜式蒸発器では、液冷媒散布部によって長手方向に分散された場合であっても、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

第８観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点から第７観点のいずれかに係る流下液膜式蒸発器であって、抑制部材は、伝熱管の長手方向において蒸気出口管に近い部分の方が互いの配置間隔が狭くなっている部分を有するように伝熱管の長手方向に複数並んで設けられている。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向において蒸気出口管に近い部分では冷媒が集まって流れがちであるが、当該部分における抑制部材の間隔を狭くすることで、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

第９観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点から第８観点のいずれかに係る流下液膜式蒸発器であって、抑制部材は、伝熱管の長手方向において冷媒流入口に近い部分の方が互いの配置間隔が狭くなっている部分を有するように伝熱管の長手方向に複数並んで設けられている。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向において冷媒流入口に近い部分では冷媒が集まって流れがちであるが、当該部分における抑制部材の間隔を狭くすることで、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

第１観点に係る流下液膜式蒸発器では、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

第２観点に係る流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下面を沿うように流れる冷媒流れを十分に抑制させることが可能になる。

第３観点に係る流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度をより小さく抑えることが可能になる。

第４観点に係る流下液膜式蒸発器では、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることをより効果的に抑制できる。

第５観点に係る流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度を効果的に抑制できる。

第６観点に係る流下液膜式蒸発器では、ヘッダ管から流出したばかりの冷媒の伝熱管の長手方向に向かう冷媒流れを抑制することが可能になる。

第７観点に係る流下液膜式蒸発器では、液冷媒散布部によって長手方向に分散された場合であっても、液冷媒が蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

第８観点に係る流下液膜式蒸発器では、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

第９観点に係る流下液膜式蒸発器では、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

本発明の一実施形態にかかる流下液膜式蒸発器の外観図である。 流下液膜式蒸発器の内部構造を示す概略斜視図である。 流下液膜式蒸発器をタンクの長手方向に直交する水平方向から見た断面図である。 図２及び図５のＩ−Ｉ断面図（１段冷媒桶、２段冷媒桶及び仕切板だけを図示）である。 流下液膜式蒸発器の蒸気出口管部分をタンクの長手方向から見た断面図である。 流下液膜式蒸発器の垂直板部分をタンクの長手方向から見た断面図である。 他の実施形態（Ｄ）に係る流下液膜式蒸発器をタンクの長手方向から見た断面図である。 他の実施形態（Ｅ）に係る流下液膜式蒸発器をタンクの長手方向から見た断面図である。 他の実施形態（Ｇ）に係る図４で示す形状の変形例を示す図である。 他の実施形態（Ｈ）に係る図４で示す形状の変形例を示す図である。 流速分布のシミュレーション結果を示す図である。

以下、図面に基づいて流下液膜式蒸発器の一実施形態を説明する。

（１）全体構造
図１は、本発明の一実施形態にかかる流下液膜式蒸発器１の外観図である。流下液膜式蒸発器１は、ターボ冷凍機等の比較的大容量の冷凍装置の蒸発器として使用されるものである。具体的には、このような冷凍装置においては、流下液膜式蒸発器１とともに、圧縮機や放熱器、膨張機構等（図示せず）が設けられており、これらの機器によって蒸気圧縮式の冷媒回路が構成されている。そして、このような蒸気圧縮式の冷媒回路において、圧縮機から吐出されたガス冷媒は、放熱器において放熱する。この放熱器において放熱した冷媒は、膨張機構において減圧されることによって気液二相状態の冷媒になる。この気液二相状態の冷媒は、流下液膜式蒸発器１内に流入し、水やブライン等の熱媒体との熱交換によって蒸発してガス冷媒となって、流下液膜式蒸発器１から流出する。この流下液膜式蒸発器１から流出したガス冷媒は、再び、圧縮機に吸入される。一方、水やブライン等の熱媒体との熱交換によって蒸発しきれなかった液冷媒は、液冷媒戻し管等（図示せず）を通じて流下液膜式蒸発器１内に流入する気液二相状態の冷媒と合流し、再び、流下液膜式蒸発器１内に流入する。

そして、ここでは、流下液膜式蒸発器１として、横置きのシェルアンドチューブ型熱交換器が採用されている。流下液膜式蒸発器１は、図１〜図５に示すように、主として、タンク１０と、伝熱管群２０と、液冷媒散布装置３０とを有している。ここで、図２は、流下液膜式蒸発器１の内部構造を示す斜視図である。図３は、流下液膜式蒸発器１をタンク１０の長手方向に直交する水平方向から見た断面図である。図４は、図２及び図５、図６のＩ−Ｉ断面図（後述の１段冷媒桶３４、２段冷媒桶３５および垂直板４０だけを図示）である。図５は、流下液膜式蒸発器１の蒸気出口管１８が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である。図６は、流下液膜式蒸発器１の垂直板４０が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である。尚、以下の説明において使用している「上」、「下」、「左」、「右」、「水平」等の方向を示す文言は、図１に示す流下液膜式蒸発器１の使用時の設置状態における方向を意味する。

（２）タンク１０
タンク１０は、主として、シェル１１と、ヘッド１２ａ、１２ｂとを有している。シェル１１は、ここでは、長手方向の両端部が開口した横置き円筒形状の部材である。ヘッド１２ａ、１２ｂは、シェル１１の長手方向の両端部の開口を閉じる椀形状の部材である。ここで、図１〜図３において、シェル１２ａ、１２ｂのうちシェル１１の左側に配置されたものをヘッド１２ａとし、シェル１１の右側に配置されたものをヘッド１２ｂとする。

また、ヘッド１２ａとシェル１１との間には、管板１３ａが挟まれるように配置されている。ヘッド１２ｂとシェル１１との間にも、管板１３ｂが挟まれるように配置されている。管板１３ａ、１３ｂは、略円板形状の部材であり、伝熱管群２０を構成する複数の伝熱管２１の長手方向の両端部を挿入した状態で固定するための管孔（図示せず）が形成されている。これにより、タンク１０内の空間は、ヘッド１２ａと管板１３ａとによって囲まれるヘッド空間ＳＨ１と、シェル１１と管板１３ａ、１３ｂとによって囲まれるシェル空間ＳＳと、ヘッド１２ａと管板１３ａとによって囲まれるヘッド空間ＳＨ２とに水平方向に分割されている。

また、ヘッド１２ａには、熱媒体入口管１４と、熱媒体出口管１５とが設けられている。熱媒体入口管１４は、熱媒体をタンク１０のヘッド空間ＳＨ１内に流入させるための管部材であり、ここでは、ヘッド１２ａの下部に設けられている。熱媒体出口管１５は、熱媒体をタンク１０のヘッド１２ａ外に流出させるための管部材であり、ここでは、ヘッド１２ａの上部に設けられている。また、ヘッド空間ＳＨ１は、ヘッド空間区画板１６によって、熱媒体入口管１４に連通する下部ヘッド空間ＳＨｉと、熱媒体出口管１５に連通する上部ヘッド空間ＳＨｏとに上下方向に分割されている。これにより、熱媒体入口管１４を通じてヘッド１２ａの下部ヘッド空間ＳＨｉ内に流入した熱媒体は、下部ヘッド空間ＳＨｉに連通する複数の伝熱管２１（ここでは、伝熱管群２０の下部を構成する複数の伝熱管２１）に流入して、ヘッド空間ＳＨ２に送られる。このヘッド空間ＳＨ２に送られた熱媒体は、ヘッド空間ＳＨ２内を上方に折り返すように流れた後に、上部ヘッド空間ＳＨｉに連通する複数の伝熱管（ここでは、伝熱管群２０の上部を構成する複数の伝熱管２１）に流入して、上部ヘッド空間ＳＨｏに送られる。この上部ヘッド空間ＳＨｏに送られた熱媒体は、熱媒体出口管１５を通じて上部ヘッド空間ＳＨｏ外に流出する（すなわち、流下液膜式蒸発器１から流出する）。

また、シェル１１には、冷媒入口管１７と、蒸気出口管１８と、液出口管１９とが設けられている。冷媒入口管１７は、気液二相状態の冷媒をタンク１０のシェル空間ＳＳ内に流入させるための管部材であり、ここでは、シェル１１の上部、かつ、シェル１１の長手方向の左寄りの部分に設けられている。冷媒流入管１７のシェル１１内の先端は、タンク１０に対して冷媒を流入させる冷媒流入口となっている。蒸気出口管１８は、伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒をタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出させるための管部材である。この実施形態では、この蒸気出口管１８は、シェル１１の上方であって上端からシェル１１の長手方向視において鉛直上方に対して３０度程度傾斜した位置であって、かつ、シェル１１の長手方向の略中央部分から延び出すように設けられている。液出口管１９は、伝熱管群２０において蒸発しきれなかった液冷媒をタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出させるための管部材であり、ここでは、シェル１１の下部、かつ、シェル１１の長手方向の略中央部分に設けられている（図６参照）。これにより、冷媒入口管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒は、液冷媒散布装置３０によって、伝熱管群２０の上方から散布される。伝熱管群２０に散布された液冷媒は、伝熱管群２０を構成する伝熱管２１内を流れる熱媒体との熱交換によって蒸発してガス冷媒となる。伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒は、蒸気出口管１８に向かって斜め上方に流れて、蒸気出口管１８を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出する。このタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出したガス冷媒は、再び、圧縮機に吸入される。一方、伝熱管群２０において蒸発しきれなかった液冷媒は、タンク１０のシェル空間ＳＳの下部に設けられた液出口管１９を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出する。このタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出した液冷媒は、液冷媒戻し管等を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に流入する気液二相状態の冷媒と合流し、再び、冷媒入口管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に流入する。

（３）伝熱管群２０
伝熱管群２０は、タンク１０の長手方向に沿って延びる複数の伝熱管２１を有している。伝熱管群２０は、タンク１０の長手方向から見た際に、タンク１０のシェル空間ＳＳ内の水平方向の略中央で、かつ、上下方向の下寄りの部分に配置されている。複数の伝熱管２１は、タンク１０の長手方向から見た際に、多段多列に配置されており、ここでは、１１列×９段の千鳥配列になるように配置されている。伝熱管２１の長手方向の両端部は、管板１３ａ、１３ｂまで延びており、管板１３ａ、１３ｂの管孔（図示せず）に挿入された状態で固定されている。そして、伝熱管群２０の上下方向の上寄りの部分を構成する伝熱管２１の長手方向の両端部は、ヘッド空間ＳＨ２の下部及び下部ヘッド空間ＳＨｉに連通しており、伝熱管群２０の上下方向の下寄りの部分を構成する伝熱管２１の長手方向の両端部は、ヘッド空間ＳＨ２の上部及び上部ヘッド空間ＳＨｏに連通している。

尚、伝熱管群２０を構成する伝熱管２１の本数や配列は、本実施形態における本数や配列に限定されるものではなく、種々の本数や配列が採用可能である。また、シェルの長手方向の一端部だけに管板及びヘッドを設けたタンクを採用する場合には、Ｕ字管状の伝熱管を採用してもよい。

（４）液冷媒散布装置３０
液冷媒散布装置３０は、タンク１０のシェル空間ＳＳ内の伝熱管群２０と蒸気出口管１８との上下方向間に配置されている。液冷媒散布装置３０は、主として、ヘッダ管３１と、冷媒桶３３と、上部カバー３６とを有している。

ヘッダ管３１は、冷媒入口管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒を冷媒桶３３（ここでは、１段冷媒桶３４）に導くための管部材である。ヘッダ管３１は、タンク１０の長手方向に沿って延びる管部材である。ヘッダ管３１の一端部（ここでは、左側の端部）は、冷媒入口管１７に接続されている。ヘッダ管３１は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が略矩形形状を有している。ヘッダ管３１の上壁３１ａ及び側壁３１ｂの上部には、冷媒入口管１７が接続されている端部（ここでは、左側の端部）及びヘッダ３１の長手方向の両端壁を除いて、ヘッダ管３１を流れる気液二相状態の冷媒を１段冷媒桶３４に流出させるための多数のヘッダ管冷媒孔３１ｃが形成されている。

また、ヘッダ管３１には、冷媒入口管１７が接続されている端部（ここでは、ヘッダ管３１の左側の端部）を除いて、ヘッダ管３１の外周側に隙間を空けた状態でヘッダ管３１の上壁３１ａ及び側壁３１ｂの上部の外周側に覆う気液分離部材３２が設けられている。気液分離部材３２は、タンク１０の長手方向から見た断面が下向きの略Ｕ字形状を有している。そして、気液分離部材３２には、多数のヘッダ管通気孔３２ａが形成されている。ヘッダ管通気孔３２ａは、ヘッダ管３１内を流れる冷媒入口管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちのガス冷媒の通過を許容し、かつ、ヘッダ管３１内を流れる冷媒入口管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒の通過を抑制するための孔である。

冷媒桶３３は、タンク１０のシェル１１に設けられた冷媒入口管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒を溜めた後に下方の伝熱管群２０に流下させるための桶状部材である。冷媒桶３３は、主として、１段冷媒桶３４と２段冷媒桶３５とを有している。

１段冷媒桶３４は、タンク１０のシェル１１に設けられた冷媒入口管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒を溜めた後に下方に流下させる桶状部材である。１段冷媒桶３４は、タンク１０の長手方向に沿って延びている。１段冷媒桶３４は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が上向きの略Ｕ字形状を有している。１段冷媒桶３４の底壁３４ａ上には、ヘッダ管３１が配置されている。これにより、冷媒入口管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒は、ヘッダ管３１のヘッダ管冷媒孔３１ｃ及び気液分離部材３２のヘッダ管通気孔３２ａを通じて、１段冷媒桶３４内に導かれる。このとき、ヘッダ管３１から１段冷媒桶３４内に導かれる気液二相状態の冷媒は、気液分離部材３２によって気液分離される。すなわち、気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒の大部分は、気液分離部材３２のヘッダ管通気孔３２ａを通過せずに、１段冷媒桶３４に導かれて、１段冷媒桶３４に溜まる。１段冷媒桶３４に溜まった液冷媒は、１段冷媒桶３４の底壁３４ａに形成された複数の液冷媒流下孔３４ｃを通じて、下方の２段冷媒桶３５に流下する。一方、気液二相状態の冷媒のうちのガス冷媒は、気液分離部材３２のヘッダ管通気孔３２ａを通過して、１段冷媒桶３４の直上の１段冷媒桶直上空間ＳＳｄ１（ここでは、上部カバー３６と１段冷媒桶３４との上下方向間の空間）に導かれる。１段冷媒桶直上空間ＳＳｄ１に導かれたガス冷媒は、蒸気出口管１８に向かって流れて、伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒とともに、蒸気出口管１８を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出する。

２段冷媒桶３５は、１段冷媒桶３４から流下する液冷媒を溜めた後に下方の伝熱管群２０に流下させる桶状部材である。２段冷媒桶３５は、タンク１０の長手方向に沿って延びている。本実施形態では、２段冷媒桶３５は、２段冷媒桶３５の長手方向が伝熱管２１の長手方向と同じ方向となるように設けられている。２段冷媒桶３５は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が上向きの略Ｕ字形状を有している。２段冷媒桶３５は、２段冷媒桶３５を下方から見た際（２段冷媒桶３５をタンク１０の長手方向に沿って見た際も同様）に、１段冷媒桶３４よりも外側まではみだしている。すなわち、２段冷媒桶３５をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、２段冷媒桶３５の側壁３５ｂは、１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側に配置されている。これにより、１段冷媒桶３４から流下する液冷媒は、２段冷媒桶３５に導かれて、２段冷媒桶３５に溜まる。２段冷媒桶３５に溜まった液冷媒は、２段冷媒桶３５の底壁３５ａに形成された複数の液冷媒流下孔３５ｃを通じて、下方の伝熱管群２０に流下する。ここで、１段冷媒桶３４と２段冷媒桶３５との上下方向間の空間を２段冷媒桶直上空間ＳＳｄ２とする。

上部カバー３６は、冷媒桶３３（ここでは、１段冷媒桶３４）の上方に隙間を空けて配置されており、冷媒桶３３（ここでは、１段冷媒桶３４）の上方および斜め上方を覆う屋根状部材である。上部カバー３６は、冷媒入口管１７がヘッダ管３１に接続されている端部（ここでは、ヘッダ管３１の左側の端部）を除いて、タンク１０の長手方向に沿って延びている。上部カバー３６は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が下向きの略Ｕ字形状を有している。ここでは、上部カバー３６は、タンク１０の長手方向から見た断面が水平板状の上壁３６ａと、上壁３６ａの端部から斜め下方に延びる側壁３６ｂと、側壁３６ｂの下端から下方に延びる壁端部３６ｃとを有している。なお、本実施形態では、上部カバー３６ａの側壁３６ｂおよび壁端部３６ｃは、蒸気出口管１８とシェル１１との接続部分のうちの下端（図５における点Ｘで示す部分）よりも低い場所まで斜め下方に向けて延びている。また、上部カバー３６ａの上壁３６ａは、２断冷媒桶３５の上方に位置するヘッダ管３１よりもさらに上方に位置している。

また、上部カバー３６をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６には、ヘッダ管３１及び気液分離部材３２よりも外側で、かつ、１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも内側の位置に、下方に向かって突出する突出壁３６ｄが設けられている。突出壁３６ｄは、タンク１０の長手方向に沿って延びている。そして、上部カバー３６は、上部カバー３６を上方から見た際（上部カバー３６をタンク１０の長手方向に沿って見た場合も同様）に、１段冷媒桶３４を覆うとともに１段冷媒桶３４よりも外側まではみ出している。すなわち、上部カバー３６をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６の側壁３６ｂの端部は、１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側に配置されている。壁端部３６ｃの下端は、２段冷媒桶３５よりも上方に位置している。そして、タンク１０のシェル空間ＳＳ内には、上部カバー３６と冷媒桶３３（ここでは、２段冷媒桶３５）との上下方向間の空間である散布装置空間ＳＳｄが形成されている。

散布装置空間ＳＳｄは、上記の１段冷媒桶直上空間ＳＳｄ１と、上記の２段冷媒桶直上空間ＳＳｄ２と、１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３とを有している。ここで、１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３は、液冷媒散布装置３０をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、２段冷媒桶３５の上側でかつ１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側の空間である。また、タンク１０のシェル空間ＳＳのうち散布装置空間ＳＳｄを除く空間は、伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒が蒸気出口管１８に向かう蒸気主流路空間ＳＳｖになっている。蒸気主流路空間ＳＳｖは、液冷媒散布装置３０をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６の側壁３６ｂの端部と２段冷媒桶３５の側壁３５ｂの上端の上下方向間の隙間を通じて、散布装置空間ＳＳｄの１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３と連通している。

このように、ここでは、液冷媒散布装置３０の基本構成として、１段冷媒桶３４及び２段冷媒桶３５を有するものが採用されている。そして、このような液冷媒散布装置３０と、複数の伝熱管２１を有する伝熱管群２０とによって、伝熱管２１内を流れる熱媒体と２段冷媒桶３５から流下する液冷媒との熱交換によって液冷媒を蒸発させる流下液膜式蒸発器１が構成されている。

（５）垂直板４０
図５に示すように、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向視において、液冷媒散布装置３０のヘッダ管３１の左側と右側に、伝熱管２１の長手方向に複数並ぶように設けられている。なお、本実施形態では、複数の垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において互いに等間隔となるように配置されている。

この垂直板４０は、１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３（液冷媒散布装置３０をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６の下側であり２段冷媒桶３５の上側でかつ１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側の空間）において、伝熱管２１の長手方向に対して垂直に広がるように設けられた板状部材である。

具体的には、垂直板４０は、上部カバー３６の左右方向の各端部近傍の下面側から下方に延び出すように（垂直板４０の上端が上部カバー３６の下面と接続されるように）設けられている。ここで、垂直板４０は、上部カバー３６の上壁３６ａの左端部と左の側壁３６ｂの下面から下方に延びているものと、上部カバー３６の上壁３６ａの右端部と右の側壁３６ｂの下面から下方に延びているものがある。垂直板４０の下端は、本実施形態では２段冷媒桶３５の僅かに上方に位置している。ここでは、垂直板４０は、２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間において上下方向に９０％以上覆っている部分が存在するように設けられている。なお、９０％以上ではなく、７０％以上覆っている部分が存在するように設けられていてもよい。

なお、流下液膜式蒸発器１の蒸気出口管１８が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である図５と、垂直板４０が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である図６と、を比べると分かるように、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において、シェル１１と蒸気出口管１８との接続部分と同じ位置以外の位置に設けられている。具体的には、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において、蒸気出口管１８の中心軸の延長線上には存在しないように設けられている。

また、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において、蒸気出口管１８の一方側と他方側に複数設けられており、本実施形態では一方側と他方側の個数が同一となるように設けられている。

（６）本実施形態の特徴
（６−１）
一般に、タンクに対して接続された蒸気出口管近傍では、タンク内部から流れ出ようとする冷媒が集まって流れているため、他の部分を通過する冷媒流れと比べて流速が速くなりがちになっている。このため、液冷媒がガス冷媒の速い流速に同伴され、タンク外に流出してしまうキャリーオーバー現象が生じやすい場合がある。

これに対して、本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、上下方向における上部カバー３６と２段冷媒桶３５との間に複数の垂直板４０が伝熱管２１の長手方向に並ぶように設けられている。このため、タンク１０の一端近傍においてヘッダ管３１に流入した気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒は、タンク１０の長手方向（伝熱管２１の長手方向）に沿うように流れながら、１段冷媒桶３４および２段冷媒桶３５を介して、伝熱管群２０に対して流下していく。また、ヘッダ管３１に流入した気液二相状態の冷媒のうちのガス冷媒は、タンク１０の長手方向（伝熱管２１の長手方向）に沿うように流れながら、ヘッダ管冷媒項３１ｃやヘッダ管通気孔３２ａを左右方向に通過し、上部カバー３６の左右の端部を回り込むように通過して上方に向けて流れ、蒸気出口管１８を介して流出する。

その際に、ヘッダ管３１を長手方向に流れつつ左右方向外側に向けて上部カバー３６と２段冷媒桶３５との間または上部カバー３６と１段冷媒桶３４との間を流れる冷媒は、伝熱管２１の長手方向に複数並んで設けられた垂直板４０によって区画されているため、伝熱管２１の長手方向に向かう移動が規制される。

このため、タンク１０と蒸気出口管１８との接続部分を介して流れ出ようとするガス冷媒の流速が、垂直板４０によって小さく抑制される。

このように、タンク１０と蒸気出口管１８との接続部分近傍の冷媒流速を小さくすることにより、液冷媒が流速の速いガス冷媒によって同伴されて流出してしまうキャリーオーバーを抑制することが可能になっている。これにより、冷凍装置の圧縮機における液圧縮の問題が生じにくいようにすることができる。

（６−２）
本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、垂直板４０は、上部カバー３６から下方に延びており、垂直板４０の上端と上部カバー３６の下面との間には隙間が生じないように構成されている。このため、比重が軽く上部カバー３６の下面を沿うように流れやすいガス冷媒を、伝熱管２１の長手方向において適切に区画して流すことが可能になっており、キャリーオーバーをより十分に抑制することが可能になっている。

また、垂直板４０は、ヘッダ管３１の左右方向外側において、上部カバー３６と２段冷媒桶３５との上下方向の間の大部分を覆うように設けられている。このため、ガス冷媒を区画して流す効果を十分に得ることができている。

（６−３）
本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、垂直板４０は、ヘッダ管３１の長手方向（伝熱管２１の長手方向）に垂直となるように設けられている。このため、上部カバー３６の下方を流れる冷媒の流速を小さく抑えることが可能になっている。

また、垂直板４０は、蒸気出口管１８に対して、伝熱管２１の長手方向の一方側と他方側とに別れて複数設けられている。このため、このような垂直板４０が設けられていない場合と比較して伝熱管２１の長手方向における各位置で上部カバー３６の下方を流れる冷媒の流速を均等化させることが可能になっている。

（６−４）
本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、ヘッダ管３１および２段冷媒桶３５が、伝熱管２１の長手方向やタンク１０の長手方向と同じ方向に延びるように設けられている。このため、広いエリアから液冷媒を伝熱管群２０に対して流下させることができ、液冷媒と伝熱管群２０との接触面積を広く確保し、蒸発効率を高めることができている。

このように、蒸発効率を高めるためにヘッダ管３１や２段冷媒桶３５を伝熱管２１の長手方向に沿うように延ばしている場合であっても、上述したように垂直板４０が設けられることで、当該長手方向における冷媒流速を均一化させることが可能になっている。これにより、蒸気出口管１８近傍における局所的に高い流速を生じさせないようにすることができている。

（７）他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。

（７−１）他の実施形態Ａ
上記実施形態では、蒸気出口管１８がシェル１１の斜め上方から延び出すように設けられた場合を例に挙げて説明した。

これに対して、蒸気出口管１８とシェル１１との接続態様はこれに限られない。

例えば、蒸気出口管１８は、シェル１１の上端部分から鉛直方向上方に向けて延び出すように設けられていてもよい。

（７−２）他の実施形態Ｂ
上記実施形態では、垂直板４０が伝熱管２１の長手方向に対して垂直して広がった面を有している場合を例に挙げて説明した。

これに対して、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向に対して完全に垂直である場合に限られず、例えば、伝熱管２１の長手方向に対して７０度〜１１０度の範囲で適宜傾斜させてもよい。

（７−３）他の実施形態Ｃ
上記実施形態では、タンク１０内に収容される伝熱管群２０が、伝熱管群２０の長手方向とタンク１０の長手方向とが同じ方向となるように配置されている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、タンク１０内に収容される伝熱管群２０は、伝熱管群２０の長手方向とタンク１０の長手方向とが多少異なるように配置されていてもよく、例えば、伝熱管群２０の長手方向とタンク１０の長手方向とが±２０度の範囲内となるようにタンク１０内に伝熱管群２０を配置させてもよい。

（７−４）他の実施形態Ｄ
上記実施形態では、垂直板４０が２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間において外側部分にのみ設けられている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図７に示す垂直板２４０のように、１段冷媒桶３４と上部カバー３６との上下方向の間の部分であってヘッダ管３１の内側を除いた部分においても垂直板２４０が広がっていてもよい。すなわち、垂直板２４０は、２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域にまたがるように広がって構成されていてもよい。

なお、この場合に、垂直板２４０は、１つの板状部材によって２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域を覆っている必要はなく、例えば、上部カバー３６の１段冷媒桶３４よりも左右方向外側の下方であって２段冷媒桶３５の上側部分に広がる部材と、上部カバー３６と１段冷媒桶３４の間に広がる部材と、の複数の部材によって構成されていてもよい。

また、垂直板は、１段冷媒桶３４と上部カバー３６との上下方向の間の部分であってヘッダ管３１の内側およびヘッダ管３１の上方を除いた部分において広がるように設けられていてもよい。ヘッダ管３１の上方であって上部カバー３６の下方の空間は、自重が作用するために冷媒が到達しにくいが、１段冷媒桶３４と上部カバー３６との上下方向の間の部分であってヘッダ管３１の内側およびヘッダ管３１の上方を除いた部分は冷媒が多く通過しやすい。このため、この部分に垂直板を設けることでより効果を得ることが可能になる。

（７−５）他の実施形態Ｅ
上記実施形態では、蒸気出口管１８と上部カバー３６との間になんら部材が配置されていない場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図８に示すように、タンク１０の内部にであって、蒸気出口管１８と液冷媒散布装置３０とを隔離するように広がる隔離部材５０が設けられていてもよい。この隔離部材５０は、伝熱管２１の軸方向視におけるタンク１０と蒸気出口管１８との接続部分のうちの最も低い部分よりもさらに下方を覆いつつ、蒸気出口管１８がタンク１０から延びだしている方向視における蒸気出口管１８の上側を超える程度まで延びている。

この場合には、ヘッダ管３１から流出した冷媒は、蒸気出口管１８から遠い部分については上部カバー３６を回り込んでさらに蒸気出口管１８側に向かうように流れ、蒸気出口管１８に近い部分については上部カバー３６を回り込んだ後にさらに上部カバー３６と隔離部材５０との間の狭い隙間を通過して蒸気出口管１８側に向かう。このため、蒸気出口管１８に近い部分と遠い部分とで、冷媒流路の経路を均一化させることが可能になる。

（７−６）他の実施形態Ｆ
上記実施形態では、垂直板４０として板状の形状のものを例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、垂直板４０には、板厚方向に貫通した複数の開口が設けられていてもよい。このように垂直板４０に開口が設けられている場合であっても、例えば開口の大きさをある程度小さく設計することにより、伝熱管２１の長手方向に沿うように流れる冷媒を捕らえて、当該方向への冷媒の移動を規制することができる。

（７−７）他の実施形態Ｇ
上記実施形態では、複数の垂直板４０が伝熱管２１の長手方向において互いに等間隔となるように配置されている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図９に示すように、複数の垂直板４０のうち蒸気出口管１８の近傍に配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）が、蒸気出口管１８から遠く離れて配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）よりも狭くなるように配置してもよい。

この場合には、伝熱管２１の長手方向において蒸気出口管１８に近い部分では冷媒が集まって流れがちであるが、当該部分における垂直板４０の間隔を狭く配置することで、当該部分において伝熱管２１の長手方向に沿うように流れようとする冷媒流れをより効果的に抑制し、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

なお、図９では、１段冷媒桶３４の外側に配置された垂直板４０を示しているが、例えば、他の実施形態Ｄで述べたように１段冷媒桶３４の内側に配置されている場合についても同様に、蒸気出口管１８の近傍に配置されているもの同士の間隔が、蒸気出口管１８から遠く離れて配置されているもの同士の間隔よりも狭くなるように配置してもよい。

（７−８）他の実施形態Ｈ
上記実施形態では、蒸気出口管１８と上部カバー３６との間になんら部材が配置されていない場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図１０に示すように、複数の垂直板４０のうち冷媒流入管１７の近傍に配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）が、冷媒流入管１７から遠く離れて配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）よりも狭くなるように配置してもよい。

この場合には、伝熱管２１の長手方向において冷媒流入管１７に近い部分ではタンク１０内に冷媒が一箇所から流入するため流速が速い傾向があるが、当該部分における垂直板４０の間隔を狭く配置することで、当該部分において伝熱管２１の長手方向に沿うように流れようとする冷媒流れをより効果的に抑制し、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

なお、図１０では、１段冷媒桶３４の外側に配置された垂直板４０を示しているが、例えば、他の実施形態Ｄで述べたように１段冷媒桶３４の内側に配置されている場合についても同様に、冷媒流入管１７の近傍に配置されているもの同士の間隔が、冷媒流入管１７から遠く離れて配置されているもの同士の間隔よりも狭くなるように配置してもよい。

なお、他の実施形態Ｇと他の実施形態Ｈを同時に実現使用とする場合には、蒸気出口管１８に近いものと冷媒流入管１７に近いものについては配置の間隔を狭め、蒸気出口管１８から遠いものと冷媒流入管１７から遠いものについては配置の間隔を広げるようにしてもよい。具体的には、冷媒流入管１７から蒸気出口管１８側に伝熱管２１の長手方向に向けて進むにつれて複数の垂直板の間隔が広くなった後に再度間隔が狭まるように配置されていてもよい。

（８）シミュレーション結果
上記実施形態のように垂直板４０が採用された構造と、他の実施形態Ｄのように垂直板４０が２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域に広がるように構成された構造と、他の実施形態Ｅのように隔離部材５０が設けられた構造について、冷媒流速（上部カバー３６の左右の端部を下方に向けて流れる冷媒の流速の左右の平均値）の伝熱管２１の長手方向における分布を調べるシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図１１に示す。

図１１において、（Ａ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍のみ設け（伝熱管２１の長手方向における長さが短い例）垂直板４０が設けられていない例を示し、（Ｂ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍だけでなく伝熱管２１の長手方向に沿うように全体に広がって設けられており垂直板４０が設けられていない例を示し、（Ｃ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍だけでなく伝熱管２１の長手方向に沿うように全体に広がって設けられており垂直板４０が他の実施形態Ｄのように２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域に広がるように構成された例を示し、（Ｄ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍だけでなく伝熱管２１の長手方向に沿うように全体に広がって設けられており垂直板４０が上記実施形態のように２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間において左右方向の両端にのみ設けられた例を示している。

このシミュレーション結果に示すように、垂直板４０が設けられていない場合には冷媒流速の標準偏差が大きくなってしまうが、垂直板４０が設けられた場合には冷媒流速の標準偏差を小さく抑えて流速の均一化ができていることが分かる。

本発明は、タンク内の伝熱管群とタンク上部の蒸気出口管との上下方向間に設けられた液冷媒散布装置によって冷媒入口管を通じてタンク内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒を伝熱管群に流下させ、伝熱管群によって液冷媒を蒸発させる流下液膜式蒸発器に対して、広く適用可能である。

１ 流下液膜式蒸発器
１０ タンク
１７ 冷媒入口管
１８ 蒸気出口管
２０ 伝熱管群
２１ 伝熱管
３０ 液冷媒散布装置
３１ ヘッダ管
３１ｃ 冷媒孔
３３ 冷媒桶
３４ １段冷媒桶
３４ａ 底壁
３４ｂ 側壁
３５ ２段冷媒桶（液冷媒散布部）
３５ｂ 側壁
３６ 上部カバー（カバー）
３６ａ 上壁
３６ｂ 側壁
３６ｃ 壁端部
３６ｄ 突出壁
４０ 垂直板（抑制部材）

特開平８−１８９７２６号公報

本発明は、流下液膜式蒸発器に関する。

従来から、ターボ冷凍機等の冷凍装置において使用される冷媒の蒸発器として、例えば、特許文献１（特開平８−１８９７２６号公報）に示すような流下液膜式蒸発器がある。流下液膜式蒸発器は、タンク内の伝熱管群とタンクの上方から延び出している蒸気出口管との間に設けられた液冷媒散布装置によって液冷媒を伝熱管群に流下させ、流下してきた液冷媒を伝熱管群で蒸発させる形式の熱交換器である。伝熱管群によって蒸発したガス冷媒は、タンクの上方から延び出している蒸気出口管を通じてタンク外に流出し、圧縮機に送られる。

上記従来の流下液膜式蒸発器において、膨張弁等の減圧機構によって減圧された後の冷媒が気液二相状態のままでタンク内に供給される場合には、タンクに設けられた冷媒流入管を通じて、液冷媒散布装置に気液二相状態の冷媒が流入することになる。

そして、液冷媒散布装置に流入した気液二相状態の冷媒に含まれるガス冷媒と、伝熱管群によって蒸発して生じたガス冷媒とは、タンクの上方に設けられた蒸気出口管に向かって流れる。

ここで、液冷媒散布装置と蒸気出口管との間には、蒸気出口管に対して液冷媒が直接向かってしまうことを抑制するために上部カバーを設けることがある。

ところが、上部カバーの下方において蒸気出口管に向けて伝熱管の長手方向に沿うように冷媒が流れてしまうと、上部カバーの下方のうち蒸気出口管の近傍に集まった冷媒が一気に上部カバーを超えて蒸気出口管側に向けて流れることになる。このため、蒸気出口管近傍において上部カバーを超えようとする冷媒の流速が早くなりすぎ、液冷媒が同伴されて蒸気出口管を介してタンク外に流出するというキャリーオーバー現象が発生しやすくなってしまう。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、蒸気出口管近傍の冷媒流速を小さく抑えることが可能な流下液膜式蒸発器を提供することにある。

第１観点に係る流下液膜式蒸発器は、冷凍装置に用いられる流下液膜式蒸発器であって、伝熱管群と、タンクと、液冷媒散布部と、蒸気出口管と、カバーと、抑制部材と、を備えている。伝熱管群は、内部に熱媒体が流され、長手方向に延びた複数の伝熱管を有している。タンクは、伝熱管群を内部に配置しており、冷媒流入口が設けられている。液冷媒散布部は、冷媒流入口を介してタンク内に供給された気液二相状態の冷媒のうち液冷媒を伝熱管群に対して流下させる。蒸気出口管は、タンクの上方から伸び出している。カバーは、タンク内であって液冷媒散布部よりも高い場所に位置する部分を有している。抑制部材は、液冷媒散布部とカバーとの間であって伝熱管の長手方向において蒸気出口管とは異なる位置に設けられ、液冷媒散布部とカバーとの間を伝熱管の長手方向に向けて流れる冷媒流れを抑制させる。

なお、蒸気出口管はタンクの上方から伸び出しているが、ここでいうタンクの上方とは、例えば、タンクの重心位置よりも上下方向において上側の位置ということができる。

この流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近で上部カバーを超えるように流れる冷媒流れの速度が小さく抑えられるために、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

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、抑制部材は、カバーの下面から下方に向けて伸び出している。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下面を沿うように流れる冷媒流れを十分に抑制させることが可能になる。

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、抑制部材は、伝熱管の長手方向に垂直な面を有する板状部材である。

なお、伝熱管の長手方向に垂直な面とは、伝熱管の長手方向に対して完全に垂直である面に限られるものではなく、例えば、伝熱管の長手方向に対して完全に垂直な面から±１０度の範囲内で傾斜している面も、実質的に垂直な面として含まれる。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下面を流れる冷媒流れを抑制させて、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度をより小さく抑えることが可能になる。

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、抑制部材は、蒸気出口管に対して伝熱管の長手方向における両側に設けられている。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下方を流れる冷媒流れを十分に抑制させて、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることをより効果的に抑制できる。

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、抑制部材は、液冷媒散布部とカバーとの間において上下方向に７０％以上覆っている部分を有している。

この流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度を効果的に抑制できる。

第６観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点から第５観点のいずれかに係る流下液膜式蒸発器であって、ヘッダ管と、１段冷媒桶３４と、を備えている。ヘッダ管は、液冷媒散布部とカバーとの間に設けられており、伝熱管の長手方向視における内側から外側に向けて冷媒を通過させるための冷媒孔を複数有しており、冷媒流入口を介して流入した冷媒を冷媒孔を介して外側に流出させつつ伝熱管の長手方向に沿う方向に導くことが可能となるように構成されている。１段冷媒桶は、液冷媒散布部の上方に配置されており、冷媒孔を介してヘッダ管から流出した冷媒を受けて液冷媒散布部に導くことが可能となるように構成されている。抑制部材は、少なくともヘッダ管の外側であって１段冷媒桶とカバーによって囲まれた位置に設けられている。

この流下液膜式蒸発器では、抑制部材がヘッダ管の外側であって１段冷媒桶とカバーによって上下方向に囲まれた位置に設けられているため、ヘッダ管から流出したばかりの冷媒の伝熱管の長手方向に向かう冷媒流れを抑制することが可能になる。

第７観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点から第６観点のいずれかに係る流下液膜式蒸発器であって、液冷媒散布部は、液冷媒散布部の長手方向が伝熱管の長手方向と同じ方向となるように設けられている。

なお、ここで、液冷媒散布部の長手方向と伝熱管の長手方向とは、完全に全く同じ方向となっている必要は無く、例えば、伝熱管の長手方向が液冷媒散布部の長手方向に対して±１０度の範囲内で相違していることで実質的に同じ方向となっていてもよい。

この流下液膜式蒸発器では、液冷媒散布部によって長手方向に分散された場合であっても、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

第８観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点から第７観点のいずれかに係る流下液膜式蒸発器であって、抑制部材は、伝熱管の長手方向において蒸気出口管に近い部分の方が互いの配置間隔が狭くなっている部分を有するように伝熱管の長手方向に複数並んで設けられている。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向において蒸気出口管に近い部分では冷媒が集まって流れがちであるが、当該部分における抑制部材の間隔を狭くすることで、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

第９観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点から第８観点のいずれかに係る流下液膜式蒸発器であって、抑制部材は、伝熱管の長手方向において冷媒流入口に近い部分の方が互いの配置間隔が狭くなっている部分を有するように伝熱管の長手方向に複数並んで設けられている。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向において冷媒流入口に近い部分では冷媒が集まって流れがちであるが、当該部分における抑制部材の間隔を狭くすることで、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

第１観点に係る流下液膜式蒸発器では、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

第２観点に係る流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下面を沿うように流れる冷媒流れを十分に抑制させることが可能になる。

第３観点に係る流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度をより小さく抑えることが可能になる。

第４観点に係る流下液膜式蒸発器では、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることをより効果的に抑制できる。

第５観点に係る流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度を効果的に抑制できる。

第６観点に係る流下液膜式蒸発器では、ヘッダ管から流出したばかりの冷媒の伝熱管の長手方向に向かう冷媒流れを抑制することが可能になる。

第７観点に係る流下液膜式蒸発器では、液冷媒散布部によって長手方向に分散された場合であっても、液冷媒が蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

第８観点に係る流下液膜式蒸発器では、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

第９観点に係る流下液膜式蒸発器では、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

本発明の一実施形態にかかる流下液膜式蒸発器の外観図である。 流下液膜式蒸発器の内部構造を示す概略斜視図である。 流下液膜式蒸発器をタンクの長手方向に直交する水平方向から見た断面図である。 図２及び図５のＩ−Ｉ断面図（１段冷媒桶、２段冷媒桶及び仕切板だけを図示）である。 流下液膜式蒸発器の蒸気出口管部分をタンクの長手方向から見た断面図である。 流下液膜式蒸発器の垂直板部分をタンクの長手方向から見た断面図である。 他の実施形態（Ｄ）に係る流下液膜式蒸発器をタンクの長手方向から見た断面図である。 他の実施形態（Ｅ）に係る流下液膜式蒸発器をタンクの長手方向から見た断面図である。 他の実施形態（Ｇ）に係る図４で示す形状の変形例を示す図である。 他の実施形態（Ｈ）に係る図４で示す形状の変形例を示す図である。 流速分布のシミュレーション結果を示す図である。

以下、図面に基づいて流下液膜式蒸発器の一実施形態を説明する。

（１）全体構造
図１は、本発明の一実施形態にかかる流下液膜式蒸発器１の外観図である。流下液膜式蒸発器１は、ターボ冷凍機等の比較的大容量の冷凍装置の蒸発器として使用されるものである。具体的には、このような冷凍装置においては、流下液膜式蒸発器１とともに、圧縮機や放熱器、膨張機構等（図示せず）が設けられており、これらの機器によって蒸気圧縮式の冷媒回路が構成されている。そして、このような蒸気圧縮式の冷媒回路において、圧縮機から吐出されたガス冷媒は、放熱器において放熱する。この放熱器において放熱した冷媒は、膨張機構において減圧されることによって気液二相状態の冷媒になる。この気液二相状態の冷媒は、流下液膜式蒸発器１内に流入し、水やブライン等の熱媒体との熱交換によって蒸発してガス冷媒となって、流下液膜式蒸発器１から流出する。この流下液膜式蒸発器１から流出したガス冷媒は、再び、圧縮機に吸入される。一方、水やブライン等の熱媒体との熱交換によって蒸発しきれなかった液冷媒は、液冷媒戻し管等（図示せず）を通じて流下液膜式蒸発器１内に流入する気液二相状態の冷媒と合流し、再び、流下液膜式蒸発器１内に流入する。

そして、ここでは、流下液膜式蒸発器１として、横置きのシェルアンドチューブ型熱交換器が採用されている。流下液膜式蒸発器１は、図１〜図５に示すように、主として、タンク１０と、伝熱管群２０と、液冷媒散布装置３０とを有している。ここで、図２は、流下液膜式蒸発器１の内部構造を示す斜視図である。図３は、流下液膜式蒸発器１をタンク１０の長手方向に直交する水平方向から見た断面図である。図４は、図２及び図５、図６のＩ−Ｉ断面図（後述の１段冷媒桶３４、２段冷媒桶３５および垂直板４０だけを図示）である。図５は、流下液膜式蒸発器１の蒸気出口管１８が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である。図６は、流下液膜式蒸発器１の垂直板４０が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である。尚、以下の説明において使用している「上」、「下」、「左」、「右」、「水平」等の方向を示す文言は、図１に示す流下液膜式蒸発器１の使用時の設置状態における方向を意味する。

（２）タンク１０
タンク１０は、主として、シェル１１と、ヘッド１２ａ、１２ｂとを有している。シェル１１は、ここでは、長手方向の両端部が開口した横置き円筒形状の部材である。ヘッド１２ａ、１２ｂは、シェル１１の長手方向の両端部の開口を閉じる椀形状の部材である。ここで、図１〜図３において、ヘッド１２ａ、１２ｂのうちシェル１１の左側に配置されたものをヘッド１２ａとし、シェル１１の右側に配置されたものをヘッド１２ｂとする。

また、ヘッド１２ａとシェル１１との間には、管板１３ａが挟まれるように配置されている。ヘッド１２ｂとシェル１１との間にも、管板１３ｂが挟まれるように配置されている。管板１３ａ、１３ｂは、略円板形状の部材であり、伝熱管群２０を構成する複数の伝熱管２１の長手方向の両端部を挿入した状態で固定するための管孔（図示せず）が形成されている。これにより、タンク１０内の空間は、ヘッド１２ａと管板１３ａとによって囲まれるヘッド空間ＳＨ１と、シェル１１と管板１３ａ、１３ｂとによって囲まれるシェル空間ＳＳと、ヘッド１２ａと管板１３ａとによって囲まれるヘッド空間ＳＨ２とに水平方向に分割されている。

また、ヘッド１２ａには、熱媒体入口管１４と、熱媒体出口管１５とが設けられている。熱媒体入口管１４は、熱媒体をタンク１０のヘッド空間ＳＨ１内に流入させるための管部材であり、ここでは、ヘッド１２ａの下部に設けられている。熱媒体出口管１５は、熱媒体をタンク１０のヘッド１２ａ外に流出させるための管部材であり、ここでは、ヘッド１２ａの上部に設けられている。また、ヘッド空間ＳＨ１は、ヘッド空間区画板１６によって、熱媒体入口管１４に連通する下部ヘッド空間ＳＨｉと、熱媒体出口管１５に連通する上部ヘッド空間ＳＨｏとに上下方向に分割されている。これにより、熱媒体入口管１４を通じてヘッド１２ａの下部ヘッド空間ＳＨｉ内に流入した熱媒体は、下部ヘッド空間ＳＨｉに連通する複数の伝熱管２１（ここでは、伝熱管群２０の下部を構成する複数の伝熱管２１）に流入して、ヘッド空間ＳＨ２に送られる。このヘッド空間ＳＨ２に送られた熱媒体は、ヘッド空間ＳＨ２内を上方に折り返すように流れた後に、上部ヘッド空間ＳＨｉに連通する複数の伝熱管（ここでは、伝熱管群２０の上部を構成する複数の伝熱管２１）に流入して、上部ヘッド空間ＳＨｏに送られる。この上部ヘッド空間ＳＨｏに送られた熱媒体は、熱媒体出口管１５を通じて上部ヘッド空間ＳＨｏ外に流出する（すなわち、流下液膜式蒸発器１から流出する）。

また、シェル１１には、冷媒流入管１７と、蒸気出口管１８と、液出口管１９とが設けられている。冷媒流入管１７は、気液二相状態の冷媒をタンク１０のシェル空間ＳＳ内に流入させるための管部材であり、ここでは、シェル１１の上部、かつ、シェル１１の長手方向の左寄りの部分に設けられている。冷媒流入管１７のシェル１１内の先端は、タンク１０に対して冷媒を流入させる冷媒流入口となっている。蒸気出口管１８は、伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒をタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出させるための管部材である。この実施形態では、この蒸気出口管１８は、シェル１１の上方であって上端からシェル１１の長手方向視において鉛直上方に対して３０度程度傾斜した位置であって、かつ、シェル１１の長手方向の略中央部分から延び出すように設けられている。液出口管１９は、伝熱管群２０において蒸発しきれなかった液冷媒をタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出させるための管部材であり、ここでは、シェル１１の下部、かつ、シェル１１の長手方向の略中央部分に設けられている（図６参照）。これにより、冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒は、液冷媒散布装置３０によって、伝熱管群２０の上方から散布される。伝熱管群２０に散布された液冷媒は、伝熱管群２０を構成する伝熱管２１内を流れる熱媒体との熱交換によって蒸発してガス冷媒となる。伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒は、蒸気出口管１８に向かって斜め上方に流れて、蒸気出口管１８を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出する。このタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出したガス冷媒は、再び、圧縮機に吸入される。一方、伝熱管群２０において蒸発しきれなかった液冷媒は、タンク１０のシェル空間ＳＳの下部に設けられた液出口管１９を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出する。このタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出した液冷媒は、液冷媒戻し管等を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に流入する気液二相状態の冷媒と合流し、再び、冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に流入する。

（３）伝熱管群２０
伝熱管群２０は、タンク１０の長手方向に沿って延びる複数の伝熱管２１を有している。伝熱管群２０は、タンク１０の長手方向から見た際に、タンク１０のシェル空間ＳＳ内の水平方向の略中央で、かつ、上下方向の下寄りの部分に配置されている。複数の伝熱管２１は、タンク１０の長手方向から見た際に、多段多列に配置されており、ここでは、１１列×９段の千鳥配列になるように配置されている。伝熱管２１の長手方向の両端部は、管板１３ａ、１３ｂまで延びており、管板１３ａ、１３ｂの管孔（図示せず）に挿入された状態で固定されている。そして、伝熱管群２０の上下方向の上寄りの部分を構成する伝熱管２１の長手方向の両端部は、ヘッド空間ＳＨ２の下部及び下部ヘッド空間ＳＨｉに連通しており、伝熱管群２０の上下方向の下寄りの部分を構成する伝熱管２１の長手方向の両端部は、ヘッド空間ＳＨ２の上部及び上部ヘッド空間ＳＨｏに連通している。

尚、伝熱管群２０を構成する伝熱管２１の本数や配列は、本実施形態における本数や配列に限定されるものではなく、種々の本数や配列が採用可能である。また、シェルの長手方向の一端部だけに管板及びヘッドを設けたタンクを採用する場合には、Ｕ字管状の伝熱管を採用してもよい。

（４）液冷媒散布装置３０
液冷媒散布装置３０は、タンク１０のシェル空間ＳＳ内の伝熱管群２０と蒸気出口管１８との上下方向間に配置されている。液冷媒散布装置３０は、主として、ヘッダ管３１と、冷媒桶３３と、上部カバー３６とを有している。

ヘッダ管３１は、冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒を冷媒桶３３（ここでは、１段冷媒桶３４）に導くための管部材である。ヘッダ管３１は、タンク１０の長手方向に沿って延びる管部材である。ヘッダ管３１の一端部（ここでは、左側の端部）は、冷媒流入管１７に接続されている。ヘッダ管３１は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が略矩形形状を有している。ヘッダ管３１の上壁３１ａ及び側壁３１ｂの上部には、冷媒流入管１７が接続されている端部（ここでは、左側の端部）及びヘッダ管３１の長手方向の両端壁を除いて、ヘッダ管３１を流れる気液二相状態の冷媒を１段冷媒桶３４に流出させるための多数のヘッダ管冷媒孔３１ｃが形成されている。

また、ヘッダ管３１には、冷媒流入管１７が接続されている端部（ここでは、ヘッダ管３１の左側の端部）を除いて、ヘッダ管３１の外周側に隙間を空けた状態でヘッダ管３１の上壁３１ａ及び側壁３１ｂの上部の外周側に覆う気液分離部材３２が設けられている。気液分離部材３２は、タンク１０の長手方向から見た断面が下向きの略Ｕ字形状を有している。そして、気液分離部材３２には、多数のヘッダ管通気孔３２ａが形成されている。ヘッダ管通気孔３２ａは、ヘッダ管３１内を流れる冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちのガス冷媒の通過を許容し、かつ、ヘッダ管３１内を流れる冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒の通過を抑制するための孔である。

冷媒桶３３は、タンク１０のシェル１１に設けられた冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒を溜めた後に下方の伝熱管群２０に流下させるための桶状部材である。冷媒桶３３は、主として、１段冷媒桶３４と２段冷媒桶３５とを有している。

１段冷媒桶３４は、タンク１０のシェル１１に設けられた冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒を溜めた後に下方に流下させる桶状部材である。１段冷媒桶３４は、タンク１０の長手方向に沿って延びている。１段冷媒桶３４は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が上向きの略Ｕ字形状を有している。１段冷媒桶３４の底壁３４ａ上には、ヘッダ管３１が配置されている。これにより、冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒は、ヘッダ管３１のヘッダ管冷媒孔３１ｃ及び気液分離部材３２のヘッダ管通気孔３２ａを通じて、１段冷媒桶３４内に導かれる。このとき、ヘッダ管３１から１段冷媒桶３４内に導かれる気液二相状態の冷媒は、気液分離部材３２によって気液分離される。すなわち、気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒の大部分は、気液分離部材３２のヘッダ管通気孔３２ａを通過せずに、１段冷媒桶３４に導かれて、１段冷媒桶３４に溜まる。１段冷媒桶３４に溜まった液冷媒は、１段冷媒桶３４の底壁３４ａに形成された複数の液冷媒流下孔３４ｃを通じて、下方の２段冷媒桶３５に流下する。一方、気液二相状態の冷媒のうちのガス冷媒は、気液分離部材３２のヘッダ管通気孔３２ａを通過して、１段冷媒桶３４の直上の１段冷媒桶直上空間ＳＳｄ１（ここでは、上部カバー３６と１段冷媒桶３４との上下方向間の空間）に導かれる。１段冷媒桶直上空間ＳＳｄ１に導かれたガス冷媒は、蒸気出口管１８に向かって流れて、伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒とともに、蒸気出口管１８を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出する。

２段冷媒桶３５は、１段冷媒桶３４から流下する液冷媒を溜めた後に下方の伝熱管群２０に流下させる桶状部材である。２段冷媒桶３５は、タンク１０の長手方向に沿って延びている。本実施形態では、２段冷媒桶３５は、２段冷媒桶３５の長手方向が伝熱管２１の長手方向と同じ方向となるように設けられている。２段冷媒桶３５は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が上向きの略Ｕ字形状を有している。２段冷媒桶３５は、２段冷媒桶３５を下方から見た際（２段冷媒桶３５をタンク１０の長手方向に沿って見た際も同様）に、１段冷媒桶３４よりも外側まではみだしている。すなわち、２段冷媒桶３５をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、２段冷媒桶３５の側壁３５ｂは、１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側に配置されている。これにより、１段冷媒桶３４から流下する液冷媒は、２段冷媒桶３５に導かれて、２段冷媒桶３５に溜まる。２段冷媒桶３５に溜まった液冷媒は、２段冷媒桶３５の底壁３５ａに形成された複数の液冷媒流下孔３５ｃを通じて、下方の伝熱管群２０に流下する。ここで、１段冷媒桶３４と２段冷媒桶３５との上下方向間の空間を２段冷媒桶直上空間ＳＳｄ２とする。

上部カバー３６は、冷媒桶３３（ここでは、１段冷媒桶３４）の上方に隙間を空けて配置されており、冷媒桶３３（ここでは、１段冷媒桶３４）の上方および斜め上方を覆う屋根状部材である。上部カバー３６は、冷媒流入管１７がヘッダ管３１に接続されている端部（ここでは、ヘッダ管３１の左側の端部）を除いて、タンク１０の長手方向に沿って延びている。上部カバー３６は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が下向きの略Ｕ字形状を有している。ここでは、上部カバー３６は、タンク１０の長手方向から見た断面が水平板状の上壁３６ａと、上壁３６ａの端部から斜め下方に延びる側壁３６ｂと、側壁３６ｂの下端から下方に延びる壁端部３６ｃとを有している。なお、本実施形態では、上部カバー３６ａの側壁３６ｂおよび壁端部３６ｃは、蒸気出口管１８とシェル１１との接続部分のうちの下端（図５における点Ｘで示す部分）よりも低い場所まで斜め下方に向けて延びている。また、上部カバー３６ａの上壁３６ａは、２断冷媒桶３５の上方に位置するヘッダ管３１よりもさらに上方に位置している。

また、上部カバー３６をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６には、ヘッダ管３１及び気液分離部材３２よりも外側で、かつ、１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも内側の位置に、下方に向かって突出する突出壁３６ｄが設けられている。突出壁３６ｄは、タンク１０の長手方向に沿って延びている。そして、上部カバー３６は、上部カバー３６を上方から見た際（上部カバー３６をタンク１０の長手方向に沿って見た場合も同様）に、１段冷媒桶３４を覆うとともに１段冷媒桶３４よりも外側まではみ出している。すなわち、上部カバー３６をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６の側壁３６ｂの端部は、１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側に配置されている。壁端部３６ｃの下端は、２段冷媒桶３５よりも上方に位置している。そして、タンク１０のシェル空間ＳＳ内には、上部カバー３６と冷媒桶３３（ここでは、２段冷媒桶３５）との上下方向間の空間である散布装置空間ＳＳｄが形成されている。

散布装置空間ＳＳｄは、上記の１段冷媒桶直上空間ＳＳｄ１と、上記の２段冷媒桶直上空間ＳＳｄ２と、１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３とを有している。ここで、１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３は、液冷媒散布装置３０をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、２段冷媒桶３５の上側でかつ１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側の空間である。また、タンク１０のシェル空間ＳＳのうち散布装置空間ＳＳｄを除く空間は、伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒が蒸気出口管１８に向かう蒸気主流路空間ＳＳｖになっている。蒸気主流路空間ＳＳｖは、液冷媒散布装置３０をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６の側壁３６ｂの端部と２段冷媒桶３５の側壁３５ｂの上端の上下方向間の隙間を通じて、散布装置空間ＳＳｄの１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３と連通している。

このように、ここでは、液冷媒散布装置３０の基本構成として、１段冷媒桶３４及び２段冷媒桶３５を有するものが採用されている。そして、このような液冷媒散布装置３０と、複数の伝熱管２１を有する伝熱管群２０とによって、伝熱管２１内を流れる熱媒体と２段冷媒桶３５から流下する液冷媒との熱交換によって液冷媒を蒸発させる流下液膜式蒸発器１が構成されている。

（５）垂直板４０
図５に示すように、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向視において、液冷媒散布装置３０のヘッダ管３１の左側と右側に、伝熱管２１の長手方向に複数並ぶように設けられている。なお、本実施形態では、複数の垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において互いに等間隔となるように配置されている。

この垂直板４０は、１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３（液冷媒散布装置３０をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６の下側であり２段冷媒桶３５の上側でかつ１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側の空間）において、伝熱管２１の長手方向に対して垂直に広がるように設けられた板状部材である。

具体的には、垂直板４０は、上部カバー３６の左右方向の各端部近傍の下面側から下方に延び出すように（垂直板４０の上端が上部カバー３６の下面と接続されるように）設けられている。ここで、垂直板４０は、上部カバー３６の上壁３６ａの左端部と左の側壁３６ｂの下面から下方に延びているものと、上部カバー３６の上壁３６ａの右端部と右の側壁３６ｂの下面から下方に延びているものがある。垂直板４０の下端は、本実施形態では２段冷媒桶３５の僅かに上方に位置している。ここでは、垂直板４０は、２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間において上下方向に９０％以上覆っている部分が存在するように設けられている。なお、９０％以上ではなく、７０％以上覆っている部分が存在するように設けられていてもよい。

なお、流下液膜式蒸発器１の蒸気出口管１８が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である図５と、垂直板４０が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である図６と、を比べると分かるように、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において、シェル１１と蒸気出口管１８との接続部分と同じ位置以外の位置に設けられている。具体的には、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において、蒸気出口管１８の中心軸の延長線上には存在しないように設けられている。

また、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において、蒸気出口管１８の一方側と他方側に複数設けられており、本実施形態では一方側と他方側の個数が同一となるように設けられている。

（６）本実施形態の特徴
（６−１）
一般に、タンクに対して接続された蒸気出口管近傍では、タンク内部から流れ出ようとする冷媒が集まって流れているため、他の部分を通過する冷媒流れと比べて流速が速くなりがちになっている。このため、液冷媒がガス冷媒の速い流速に同伴され、タンク外に流出してしまうキャリーオーバー現象が生じやすい場合がある。

これに対して、本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、上下方向における上部カバー３６と２段冷媒桶３５との間に複数の垂直板４０が伝熱管２１の長手方向に並ぶように設けられている。このため、タンク１０の一端近傍においてヘッダ管３１に流入した気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒は、タンク１０の長手方向（伝熱管２１の長手方向）に沿うように流れながら、１段冷媒桶３４および２段冷媒桶３５を介して、伝熱管群２０に対して流下していく。また、ヘッダ管３１に流入した気液二相状態の冷媒のうちのガス冷媒は、タンク１０の長手方向（伝熱管２１の長手方向）に沿うように流れながら、ヘッダ管冷媒孔３１ｃやヘッダ管通気孔３２ａを左右方向に通過し、上部カバー３６の左右の端部を回り込むように通過して上方に向けて流れ、蒸気出口管１８を介して流出する。

その際に、ヘッダ管３１を長手方向に流れつつ左右方向外側に向けて上部カバー３６と２段冷媒桶３５との間または上部カバー３６と１段冷媒桶３４との間を流れる冷媒は、伝熱管２１の長手方向に複数並んで設けられた垂直板４０によって区画されているため、伝熱管２１の長手方向に向かう移動が規制される。

このため、タンク１０と蒸気出口管１８との接続部分を介して流れ出ようとするガス冷媒の流速が、垂直板４０によって小さく抑制される。

このように、タンク１０と蒸気出口管１８との接続部分近傍の冷媒流速を小さくすることにより、液冷媒が流速の速いガス冷媒によって同伴されて流出してしまうキャリーオーバーを抑制することが可能になっている。これにより、冷凍装置の圧縮機における液圧縮の問題が生じにくいようにすることができる。

（６−２）
本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、垂直板４０は、上部カバー３６から下方に延びており、垂直板４０の上端と上部カバー３６の下面との間には隙間が生じないように構成されている。このため、比重が軽く上部カバー３６の下面を沿うように流れやすいガス冷媒を、伝熱管２１の長手方向において適切に区画して流すことが可能になっており、キャリーオーバーをより十分に抑制することが可能になっている。

また、垂直板４０は、ヘッダ管３１の左右方向外側において、上部カバー３６と２段冷媒桶３５との上下方向の間の大部分を覆うように設けられている。このため、ガス冷媒を区画して流す効果を十分に得ることができている。

（６−３）
本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、垂直板４０は、ヘッダ管３１の長手方向（伝熱管２１の長手方向）に垂直となるように設けられている。このため、上部カバー３６の下方を流れる冷媒の流速を小さく抑えることが可能になっている。

また、垂直板４０は、蒸気出口管１８に対して、伝熱管２１の長手方向の一方側と他方側とに別れて複数設けられている。このため、このような垂直板４０が設けられていない場合と比較して伝熱管２１の長手方向における各位置で上部カバー３６の下方を流れる冷媒の流速を均等化させることが可能になっている。

（６−４）
本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、ヘッダ管３１および２段冷媒桶３５が、伝熱管２１の長手方向やタンク１０の長手方向と同じ方向に延びるように設けられている。このため、広いエリアから液冷媒を伝熱管群２０に対して流下させることができ、液冷媒と伝熱管群２０との接触面積を広く確保し、蒸発効率を高めることができている。

このように、蒸発効率を高めるためにヘッダ管３１や２段冷媒桶３５を伝熱管２１の長手方向に沿うように延ばしている場合であっても、上述したように垂直板４０が設けられることで、当該長手方向における冷媒流速を均一化させることが可能になっている。これにより、蒸気出口管１８近傍における局所的に高い流速を生じさせないようにすることができている。

（７）他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。

（７−１）他の実施形態Ａ
上記実施形態では、蒸気出口管１８がシェル１１の斜め上方から延び出すように設けられた場合を例に挙げて説明した。

これに対して、蒸気出口管１８とシェル１１との接続態様はこれに限られない。

例えば、蒸気出口管１８は、シェル１１の上端部分から鉛直方向上方に向けて延び出すように設けられていてもよい。

（７−２）他の実施形態Ｂ
上記実施形態では、垂直板４０が伝熱管２１の長手方向に対して垂直して広がった面を有している場合を例に挙げて説明した。

これに対して、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向に対して完全に垂直である場合に限られず、例えば、伝熱管２１の長手方向に対して７０度〜１１０度の範囲で適宜傾斜させてもよい。

（７−３）他の実施形態Ｃ
上記実施形態では、タンク１０内に収容される伝熱管群２０が、伝熱管群２０の長手方向とタンク１０の長手方向とが同じ方向となるように配置されている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、タンク１０内に収容される伝熱管群２０は、伝熱管群２０の長手方向とタンク１０の長手方向とが多少異なるように配置されていてもよく、例えば、伝熱管群２０の長手方向とタンク１０の長手方向とが±２０度の範囲内となるようにタンク１０内に伝熱管群２０を配置させてもよい。

（７−４）他の実施形態Ｄ
上記実施形態では、垂直板４０が２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間において外側部分にのみ設けられている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図７に示す垂直板２４０のように、１段冷媒桶３４と上部カバー３６との上下方向の間の部分であってヘッダ管３１の内側を除いた部分においても垂直板２４０が広がっていてもよい。すなわち、垂直板２４０は、２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域にまたがるように広がって構成されていてもよい。

なお、この場合に、垂直板２４０は、１つの板状部材によって２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域を覆っている必要はなく、例えば、上部カバー３６の１段冷媒桶３４よりも左右方向外側の下方であって２段冷媒桶３５の上側部分に広がる部材と、上部カバー３６と１段冷媒桶３４の間に広がる部材と、の複数の部材によって構成されていてもよい。

また、垂直板は、１段冷媒桶３４と上部カバー３６との上下方向の間の部分であってヘッダ管３１の内側およびヘッダ管３１の上方を除いた部分において広がるように設けられていてもよい。ヘッダ管３１の上方であって上部カバー３６の下方の空間は、自重が作用するために冷媒が到達しにくいが、１段冷媒桶３４と上部カバー３６との上下方向の間の部分であってヘッダ管３１の内側およびヘッダ管３１の上方を除いた部分は冷媒が多く通過しやすい。このため、この部分に垂直板を設けることでより効果を得ることが可能になる。

（７−５）他の実施形態Ｅ
上記実施形態では、蒸気出口管１８と上部カバー３６との間になんら部材が配置されていない場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図８に示すように、タンク１０の内部にであって、蒸気出口管１８と液冷媒散布装置３０とを隔離するように広がる隔離部材５０が設けられていてもよい。この隔離部材５０は、伝熱管２１の軸方向視におけるタンク１０と蒸気出口管１８との接続部分のうちの最も低い部分よりもさらに下方を覆いつつ、蒸気出口管１８がタンク１０から延びだしている方向視における蒸気出口管１８の上側を超える程度まで延びている。

この場合には、ヘッダ管３１から流出した冷媒は、蒸気出口管１８から遠い部分については上部カバー３６を回り込んでさらに蒸気出口管１８側に向かうように流れ、蒸気出口管１８に近い部分については上部カバー３６を回り込んだ後にさらに上部カバー３６と隔離部材５０との間の狭い隙間を通過して蒸気出口管１８側に向かう。このため、蒸気出口管１８に近い部分と遠い部分とで、冷媒流路の経路を均一化させることが可能になる。

（７−６）他の実施形態Ｆ
上記実施形態では、垂直板４０として板状の形状のものを例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、垂直板４０には、板厚方向に貫通した複数の開口が設けられていてもよい。このように垂直板４０に開口が設けられている場合であっても、例えば開口の大きさをある程度小さく設計することにより、伝熱管２１の長手方向に沿うように流れる冷媒を捕らえて、当該方向への冷媒の移動を規制することができる。

（７−７）他の実施形態Ｇ
上記実施形態では、複数の垂直板４０が伝熱管２１の長手方向において互いに等間隔となるように配置されている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図９に示すように、複数の垂直板４０のうち蒸気出口管１８の近傍に配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）が、蒸気出口管１８から遠く離れて配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）よりも狭くなるように配置してもよい。

この場合には、伝熱管２１の長手方向において蒸気出口管１８に近い部分では冷媒が集まって流れがちであるが、当該部分における垂直板４０の間隔を狭く配置することで、当該部分において伝熱管２１の長手方向に沿うように流れようとする冷媒流れをより効果的に抑制し、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

なお、図９では、１段冷媒桶３４の外側に配置された垂直板４０を示しているが、例えば、他の実施形態Ｄで述べたように１段冷媒桶３４の内側に配置されている場合についても同様に、蒸気出口管１８の近傍に配置されているもの同士の間隔が、蒸気出口管１８から遠く離れて配置されているもの同士の間隔よりも狭くなるように配置してもよい。

（７−８）他の実施形態Ｈ
上記実施形態では、蒸気出口管１８と上部カバー３６との間になんら部材が配置されていない場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図１０に示すように、複数の垂直板４０のうち冷媒流入管１７の近傍に配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）が、冷媒流入管１７から遠く離れて配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）よりも狭くなるように配置してもよい。

この場合には、伝熱管２１の長手方向において冷媒流入管１７に近い部分ではタンク１０内に冷媒が一箇所から流入するため流速が速い傾向があるが、当該部分における垂直板４０の間隔を狭く配置することで、当該部分において伝熱管２１の長手方向に沿うように流れようとする冷媒流れをより効果的に抑制し、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

なお、図１０では、１段冷媒桶３４の外側に配置された垂直板４０を示しているが、例えば、他の実施形態Ｄで述べたように１段冷媒桶３４の内側に配置されている場合についても同様に、冷媒流入管１７の近傍に配置されているもの同士の間隔が、冷媒流入管１７から遠く離れて配置されているもの同士の間隔よりも狭くなるように配置してもよい。

なお、他の実施形態Ｇと他の実施形態Ｈを同時に実現使用とする場合には、蒸気出口管１８に近いものと冷媒流入管１７に近いものについては配置の間隔を狭め、蒸気出口管１８から遠いものと冷媒流入管１７から遠いものについては配置の間隔を広げるようにしてもよい。具体的には、冷媒流入管１７から蒸気出口管１８側に伝熱管２１の長手方向に向けて進むにつれて複数の垂直板の間隔が広くなった後に再度間隔が狭まるように配置されていてもよい。

（８）シミュレーション結果
上記実施形態のように垂直板４０が採用された構造と、他の実施形態Ｄのように垂直板４０が２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域に広がるように構成された構造と、他の実施形態Ｅのように隔離部材５０が設けられた構造について、冷媒流速（上部カバー３６の左右の端部を下方に向けて流れる冷媒の流速の左右の平均値）の伝熱管２１の長手方向における分布を調べるシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図１１に示す。

図１１において、（Ａ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍のみ設け（伝熱管２１の長手方向における長さが短い例）垂直板４０が設けられていない例を示し、（Ｂ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍だけでなく伝熱管２１の長手方向に沿うように全体に広がって設けられており垂直板４０が設けられていない例を示し、（Ｃ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍だけでなく伝熱管２１の長手方向に沿うように全体に広がって設けられており垂直板４０が他の実施形態Ｄのように２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域に広がるように構成された例を示し、（Ｄ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍だけでなく伝熱管２１の長手方向に沿うように全体に広がって設けられており垂直板４０が上記実施形態のように２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間において左右方向の両端にのみ設けられた例を示している。

このシミュレーション結果に示すように、垂直板４０が設けられていない場合には冷媒流速の標準偏差が大きくなってしまうが、垂直板４０が設けられた場合には冷媒流速の標準偏差を小さく抑えて流速の均一化ができていることが分かる。

本発明は、タンク内の伝熱管群とタンク上部の蒸気出口管との上下方向間に設けられた液冷媒散布装置によって冷媒流入管を通じてタンク内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒を伝熱管群に流下させ、伝熱管群によって液冷媒を蒸発させる流下液膜式蒸発器に対して、広く適用可能である。

１ 流下液膜式蒸発器
１０ タンク
１７ 冷媒流入管
１８ 蒸気出口管
２０ 伝熱管群
２１ 伝熱管
３０ 液冷媒散布装置
３１ ヘッダ管
３１ｃ 冷媒孔
３３ 冷媒桶
３４ １段冷媒桶
３４ａ 底壁
３４ｂ 側壁
３５ ２段冷媒桶（液冷媒散布部）
３５ｂ 側壁
３６ 上部カバー（カバー）
３６ａ 上壁
３６ｂ 側壁
３６ｃ 壁端部
３６ｄ 突出壁
４０ 垂直板（抑制部材）

特開平８−１８９７２６号公報

本発明は、流下液膜式蒸発器に関する。

従来から、ターボ冷凍機等の冷凍装置において使用される冷媒の蒸発器として、例えば、特許文献１（特開平８−１８９７２６号公報）に示すような流下液膜式蒸発器がある。流下液膜式蒸発器は、タンク内の伝熱管群とタンクの上方から延び出している蒸気出口管との間に設けられた液冷媒散布装置によって液冷媒を伝熱管群に流下させ、流下してきた液冷媒を伝熱管群で蒸発させる形式の熱交換器である。伝熱管群によって蒸発したガス冷媒は、タンクの上方から延び出している蒸気出口管を通じてタンク外に流出し、圧縮機に送られる。

上記従来の流下液膜式蒸発器において、膨張弁等の減圧機構によって減圧された後の冷媒が気液二相状態のままでタンク内に供給される場合には、タンクに設けられた冷媒流入管を通じて、液冷媒散布装置に気液二相状態の冷媒が流入することになる。

そして、液冷媒散布装置に流入した気液二相状態の冷媒に含まれるガス冷媒と、伝熱管群によって蒸発して生じたガス冷媒とは、タンクの上方に設けられた蒸気出口管に向かって流れる。

ここで、液冷媒散布装置と蒸気出口管との間には、蒸気出口管に対して液冷媒が直接向かってしまうことを抑制するために上部カバーを設けることがある。

ところが、上部カバーの下方において蒸気出口管に向けて伝熱管の長手方向に沿うように冷媒が流れてしまうと、上部カバーの下方のうち蒸気出口管の近傍に集まった冷媒が一気に上部カバーを超えて蒸気出口管側に向けて流れることになる。このため、蒸気出口管近傍において上部カバーを超えようとする冷媒の流速が早くなりすぎ、液冷媒が同伴されて蒸気出口管を介してタンク外に流出するというキャリーオーバー現象が発生しやすくなってしまう。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、蒸気出口管近傍の冷媒流速を小さく抑えることが可能な流下液膜式蒸発器を提供することにある。

第１観点に係る流下液膜式蒸発器は、冷凍装置に用いられる流下液膜式蒸発器であって、伝熱管群と、タンクと、液冷媒散布部と、蒸気出口管と、カバーと、抑制部材と、を備えている。伝熱管群は、内部に熱媒体が流され、長手方向に延びた複数の伝熱管を有している。タンクは、伝熱管群を内部に配置しており、冷媒流入口が設けられている。液冷媒散布部は、冷媒流入口を介してタンク内に供給された気液二相状態の冷媒のうち液冷媒を伝熱管群に対して流下させる。蒸気出口管は、タンクの上方から伸び出している。カバーは、タンク内であって液冷媒散布部よりも高い場所に位置する部分を有している。抑制部材は、液冷媒散布部とカバーとの間であって伝熱管の長手方向において蒸気出口管とは異なる位置に設けられ、液冷媒散布部とカバーとの間を伝熱管の長手方向に向けて流れる冷媒流れを抑制させる。抑制部材は、カバーの下面から下方に向けて伸び出している。

なお、蒸気出口管はタンクの上方から伸び出しているが、ここでいうタンクの上方とは、例えば、タンクの重心位置よりも上下方向において上側の位置ということができる。

この流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近で上部カバーを超えるように流れる冷媒流れの速度が小さく抑えられるために、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

また、この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下面を沿うように流れる冷媒流れを十分に抑制させることが可能になる。

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、抑制部材は、伝熱管の長手方向に垂直な面を有する板状部材である。

なお、伝熱管の長手方向に垂直な面とは、伝熱管の長手方向に対して完全に垂直である面に限られるものではなく、例えば、伝熱管の長手方向に対して完全に垂直な面から±１０度の範囲内で傾斜している面も、実質的に垂直な面として含まれる。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下面を流れる冷媒流れを抑制させて、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度をより小さく抑えることが可能になる。

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、抑制部材は、蒸気出口管に対して伝熱管の長手方向における両側に設けられている。

この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下方を流れる冷媒流れを十分に抑制させて、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることをより効果的に抑制できる。

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、抑制部材は、液冷媒散布部とカバーとの間において上下方向に７０％以上覆っている部分を有している。

この流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度を効果的に抑制できる。

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、ヘッダ管と、１段冷媒桶３４と、を備えている。ヘッダ管は、液冷媒散布部とカバーとの間に設けられており、伝熱管の長手方向視における内側から外側に向けて冷媒を通過させるための冷媒孔を複数有しており、冷媒流入口を介して流入した冷媒を冷媒孔を介して外側に流出させつつ伝熱管の長手方向に沿う方向に導くことが可能となるように構成されている。１段冷媒桶は、液冷媒散布部の上方に配置されており、冷媒孔を介してヘッダ管から流出した冷媒を受けて液冷媒散布部に導くことが可能となるように構成されている。抑制部材は、少なくともヘッダ管の外側であって１段冷媒桶とカバーによって囲まれた位置に設けられている。

この流下液膜式蒸発器では、抑制部材がヘッダ管の外側であって１段冷媒桶とカバーによって上下方向に囲まれた位置に設けられているため、ヘッダ管から流出したばかりの冷媒の伝熱管の長手方向に向かう冷媒流れを抑制することが可能になる。

第６観点に係る流下液膜式蒸発器は、第１観点から第５観点のいずれかに係る流下液膜式蒸発器であって、液冷媒散布部は、液冷媒散布部の長手方向が伝熱管の長手方向と同じ方向となるように設けられている。

なお、ここで、液冷媒散布部の長手方向と伝熱管の長手方向とは、完全に全く同じ方向となっている必要は無く、例えば、伝熱管の長手方向が液冷媒散布部の長手方向に対して±１０度の範囲内で相違していることで実質的に同じ方向となっていてもよい。

この流下液膜式蒸発器では、液冷媒散布部によって長手方向に分散された場合であっても、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

第７観点に係る流下液膜式蒸発器は、冷凍装置に用いられる流下液膜式蒸発器であって、伝熱管群と、タンクと、液冷媒散布部と、蒸気出口管と、カバーと、抑制部材と、を備えている。伝熱管群は、内部に熱媒体が流され、長手方向に延びた複数の伝熱管を有している。タンクは、伝熱管群を内部に配置しており、冷媒流入口が設けられている。液冷媒散布部は、冷媒流入口を介してタンク内に供給された気液二相状態の冷媒のうち液冷媒を伝熱管群に対して流下させる。蒸気出口管は、タンクの上方から伸び出している。カバーは、タンク内であって液冷媒散布部よりも高い場所に位置する部分を有している。抑制部材は、液冷媒散布部とカバーとの間であって伝熱管の長手方向において蒸気出口管とは異なる位置に設けられ、液冷媒散布部とカバーとの間を伝熱管の長手方向に向けて流れる冷媒流れを抑制させる。抑制部材は、伝熱管の長手方向において蒸気出口管に近い部分の方が互いの配置間隔が狭くなっている部分を有するように伝熱管の長手方向に複数並んで設けられている。

なお、蒸気出口管はタンクの上方から伸び出しているが、ここでいうタンクの上方とは、例えば、タンクの重心位置よりも上下方向において上側の位置ということができる。

この流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近で上部カバーを超えるように流れる冷媒流れの速度が小さく抑えられるために、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

また、この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向において蒸気出口管に近い部分では冷媒が集まって流れがちであるが、当該部分における抑制部材の間隔を狭くすることで、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

第８観点に係る流下液膜式蒸発器は、冷凍装置に用いられる流下液膜式蒸発器であって、伝熱管群と、タンクと、液冷媒散布部と、蒸気出口管と、カバーと、抑制部材と、を備えている。伝熱管群は、内部に熱媒体が流され、長手方向に延びた複数の伝熱管を有している。タンクは、伝熱管群を内部に配置しており、冷媒流入口が設けられている。液冷媒散布部は、冷媒流入口を介してタンク内に供給された気液二相状態の冷媒のうち液冷媒を伝熱管群に対して流下させる。蒸気出口管は、タンクの上方から伸び出している。カバーは、タンク内であって液冷媒散布部よりも高い場所に位置する部分を有している。抑制部材は、液冷媒散布部とカバーとの間であって伝熱管の長手方向において蒸気出口管とは異なる位置に設けられ、液冷媒散布部とカバーとの間を伝熱管の長手方向に向けて流れる冷媒流れを抑制させる。抑制部材は、伝熱管の長手方向において冷媒流入口に近い部分の方が互いの配置間隔が狭くなっている部分を有するように伝熱管の長手方向に複数並んで設けられている。

なお、蒸気出口管はタンクの上方から伸び出しているが、ここでいうタンクの上方とは、例えば、タンクの重心位置よりも上下方向において上側の位置ということができる。

この流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近で上部カバーを超えるように流れる冷媒流れの速度が小さく抑えられるために、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

また、この流下液膜式蒸発器では、伝熱管の長手方向において冷媒流入口に近い部分では冷媒が集まって流れがちであるが、当該部分における抑制部材の間隔を狭くすることで、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

第１観点に係る流下液膜式蒸発器では、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。また、伝熱管の長手方向に向けてカバーの下面を沿うように流れる冷媒流れを十分に抑制させることが可能になる。

第２観点に係る流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度をより小さく抑えることが可能になる。

第３観点に係る流下液膜式蒸発器では、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることをより効果的に抑制できる。

第４観点に係る流下液膜式蒸発器では、蒸気出口管付近でカバーを超えるように流れる冷媒流れの速度を効果的に抑制できる。

第５観点に係る流下液膜式蒸発器では、ヘッダ管から流出したばかりの冷媒の伝熱管の長手方向に向かう冷媒流れを抑制することが可能になる。

第６観点に係る流下液膜式蒸発器では、液冷媒散布部によって長手方向に分散された場合であっても、液冷媒が蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。

第７観点に係る流下液膜式蒸発器では、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。また、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

第８観点に係る流下液膜式蒸発器では、液冷媒がガス冷媒に同伴されて蒸気出口管に導かれることを抑制することができる。また、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

本発明の一実施形態にかかる流下液膜式蒸発器の外観図である。 流下液膜式蒸発器の内部構造を示す概略斜視図である。 流下液膜式蒸発器をタンクの長手方向に直交する水平方向から見た断面図である。 図２及び図５のＩ−Ｉ断面図（１段冷媒桶、２段冷媒桶及び仕切板だけを図示）である。 流下液膜式蒸発器の蒸気出口管部分をタンクの長手方向から見た断面図である。 流下液膜式蒸発器の垂直板部分をタンクの長手方向から見た断面図である。 他の実施形態（Ｄ）に係る流下液膜式蒸発器をタンクの長手方向から見た断面図である。 他の実施形態（Ｅ）に係る流下液膜式蒸発器をタンクの長手方向から見た断面図である。 他の実施形態（Ｇ）に係る図４で示す形状の変形例を示す図である。 他の実施形態（Ｈ）に係る図４で示す形状の変形例を示す図である。 流速分布のシミュレーション結果を示す図である。

以下、図面に基づいて流下液膜式蒸発器の一実施形態を説明する。

（１）全体構造
図１は、本発明の一実施形態にかかる流下液膜式蒸発器１の外観図である。流下液膜式蒸発器１は、ターボ冷凍機等の比較的大容量の冷凍装置の蒸発器として使用されるものである。具体的には、このような冷凍装置においては、流下液膜式蒸発器１とともに、圧縮機や放熱器、膨張機構等（図示せず）が設けられており、これらの機器によって蒸気圧縮式の冷媒回路が構成されている。そして、このような蒸気圧縮式の冷媒回路において、圧縮機から吐出されたガス冷媒は、放熱器において放熱する。この放熱器において放熱した冷媒は、膨張機構において減圧されることによって気液二相状態の冷媒になる。この気液二相状態の冷媒は、流下液膜式蒸発器１内に流入し、水やブライン等の熱媒体との熱交換によって蒸発してガス冷媒となって、流下液膜式蒸発器１から流出する。この流下液膜式蒸発器１から流出したガス冷媒は、再び、圧縮機に吸入される。一方、水やブライン等の熱媒体との熱交換によって蒸発しきれなかった液冷媒は、液冷媒戻し管等（図示せず）を通じて流下液膜式蒸発器１内に流入する気液二相状態の冷媒と合流し、再び、流下液膜式蒸発器１内に流入する。

そして、ここでは、流下液膜式蒸発器１として、横置きのシェルアンドチューブ型熱交換器が採用されている。流下液膜式蒸発器１は、図１〜図５に示すように、主として、タンク１０と、伝熱管群２０と、液冷媒散布装置３０とを有している。ここで、図２は、流下液膜式蒸発器１の内部構造を示す斜視図である。図３は、流下液膜式蒸発器１をタンク１０の長手方向に直交する水平方向から見た断面図である。図４は、図２及び図５、図６のＩ−Ｉ断面図（後述の１段冷媒桶３４、２段冷媒桶３５および垂直板４０だけを図示）である。図５は、流下液膜式蒸発器１の蒸気出口管１８が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である。図６は、流下液膜式蒸発器１の垂直板４０が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である。尚、以下の説明において使用している「上」、「下」、「左」、「右」、「水平」等の方向を示す文言は、図１に示す流下液膜式蒸発器１の使用時の設置状態における方向を意味する。

（２）タンク１０
タンク１０は、主として、シェル１１と、ヘッド１２ａ、１２ｂとを有している。シェル１１は、ここでは、長手方向の両端部が開口した横置き円筒形状の部材である。ヘッド１２ａ、１２ｂは、シェル１１の長手方向の両端部の開口を閉じる椀形状の部材である。ここで、図１〜図３において、ヘッド１２ａ、１２ｂのうちシェル１１の左側に配置されたものをヘッド１２ａとし、シェル１１の右側に配置されたものをヘッド１２ｂとする。

また、ヘッド１２ａとシェル１１との間には、管板１３ａが挟まれるように配置されている。ヘッド１２ｂとシェル１１との間にも、管板１３ｂが挟まれるように配置されている。管板１３ａ、１３ｂは、略円板形状の部材であり、伝熱管群２０を構成する複数の伝熱管２１の長手方向の両端部を挿入した状態で固定するための管孔（図示せず）が形成されている。これにより、タンク１０内の空間は、ヘッド１２ａと管板１３ａとによって囲まれるヘッド空間ＳＨ１と、シェル１１と管板１３ａ、１３ｂとによって囲まれるシェル空間ＳＳと、ヘッド１２ａと管板１３ａとによって囲まれるヘッド空間ＳＨ２とに水平方向に分割されている。

また、ヘッド１２ａには、熱媒体入口管１４と、熱媒体出口管１５とが設けられている。熱媒体入口管１４は、熱媒体をタンク１０のヘッド空間ＳＨ１内に流入させるための管部材であり、ここでは、ヘッド１２ａの下部に設けられている。熱媒体出口管１５は、熱媒体をタンク１０のヘッド１２ａ外に流出させるための管部材であり、ここでは、ヘッド１２ａの上部に設けられている。また、ヘッド空間ＳＨ１は、ヘッド空間区画板１６によって、熱媒体入口管１４に連通する下部ヘッド空間ＳＨｉと、熱媒体出口管１５に連通する上部ヘッド空間ＳＨｏとに上下方向に分割されている。これにより、熱媒体入口管１４を通じてヘッド１２ａの下部ヘッド空間ＳＨｉ内に流入した熱媒体は、下部ヘッド空間ＳＨｉに連通する複数の伝熱管２１（ここでは、伝熱管群２０の下部を構成する複数の伝熱管２１）に流入して、ヘッド空間ＳＨ２に送られる。このヘッド空間ＳＨ２に送られた熱媒体は、ヘッド空間ＳＨ２内を上方に折り返すように流れた後に、上部ヘッド空間ＳＨｉに連通する複数の伝熱管（ここでは、伝熱管群２０の上部を構成する複数の伝熱管２１）に流入して、上部ヘッド空間ＳＨｏに送られる。この上部ヘッド空間ＳＨｏに送られた熱媒体は、熱媒体出口管１５を通じて上部ヘッド空間ＳＨｏ外に流出する（すなわち、流下液膜式蒸発器１から流出する）。

また、シェル１１には、冷媒流入管１７と、蒸気出口管１８と、液出口管１９とが設けられている。冷媒流入管１７は、気液二相状態の冷媒をタンク１０のシェル空間ＳＳ内に流入させるための管部材であり、ここでは、シェル１１の上部、かつ、シェル１１の長手方向の左寄りの部分に設けられている。冷媒流入管１７のシェル１１内の先端は、タンク１０に対して冷媒を流入させる冷媒流入口となっている。蒸気出口管１８は、伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒をタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出させるための管部材である。この実施形態では、この蒸気出口管１８は、シェル１１の上方であって上端からシェル１１の長手方向視において鉛直上方に対して３０度程度傾斜した位置であって、かつ、シェル１１の長手方向の略中央部分から延び出すように設けられている。液出口管１９は、伝熱管群２０において蒸発しきれなかった液冷媒をタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出させるための管部材であり、ここでは、シェル１１の下部、かつ、シェル１１の長手方向の略中央部分に設けられている（図６参照）。これにより、冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒は、液冷媒散布装置３０によって、伝熱管群２０の上方から散布される。伝熱管群２０に散布された液冷媒は、伝熱管群２０を構成する伝熱管２１内を流れる熱媒体との熱交換によって蒸発してガス冷媒となる。伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒は、蒸気出口管１８に向かって斜め上方に流れて、蒸気出口管１８を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出する。このタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出したガス冷媒は、再び、圧縮機に吸入される。一方、伝熱管群２０において蒸発しきれなかった液冷媒は、タンク１０のシェル空間ＳＳの下部に設けられた液出口管１９を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出する。このタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出した液冷媒は、液冷媒戻し管等を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に流入する気液二相状態の冷媒と合流し、再び、冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に流入する。

（３）伝熱管群２０
伝熱管群２０は、タンク１０の長手方向に沿って延びる複数の伝熱管２１を有している。伝熱管群２０は、タンク１０の長手方向から見た際に、タンク１０のシェル空間ＳＳ内の水平方向の略中央で、かつ、上下方向の下寄りの部分に配置されている。複数の伝熱管２１は、タンク１０の長手方向から見た際に、多段多列に配置されており、ここでは、１１列×９段の千鳥配列になるように配置されている。伝熱管２１の長手方向の両端部は、管板１３ａ、１３ｂまで延びており、管板１３ａ、１３ｂの管孔（図示せず）に挿入された状態で固定されている。そして、伝熱管群２０の上下方向の上寄りの部分を構成する伝熱管２１の長手方向の両端部は、ヘッド空間ＳＨ２の下部及び下部ヘッド空間ＳＨｉに連通しており、伝熱管群２０の上下方向の下寄りの部分を構成する伝熱管２１の長手方向の両端部は、ヘッド空間ＳＨ２の上部及び上部ヘッド空間ＳＨｏに連通している。

尚、伝熱管群２０を構成する伝熱管２１の本数や配列は、本実施形態における本数や配列に限定されるものではなく、種々の本数や配列が採用可能である。また、シェルの長手方向の一端部だけに管板及びヘッドを設けたタンクを採用する場合には、Ｕ字管状の伝熱管を採用してもよい。

（４）液冷媒散布装置３０
液冷媒散布装置３０は、タンク１０のシェル空間ＳＳ内の伝熱管群２０と蒸気出口管１８との上下方向間に配置されている。液冷媒散布装置３０は、主として、ヘッダ管３１と、冷媒桶３３と、上部カバー３６とを有している。

ヘッダ管３１は、冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒を冷媒桶３３（ここでは、１段冷媒桶３４）に導くための管部材である。ヘッダ管３１は、タンク１０の長手方向に沿って延びる管部材である。ヘッダ管３１の一端部（ここでは、左側の端部）は、冷媒流入管１７に接続されている。ヘッダ管３１は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が略矩形形状を有している。ヘッダ管３１の上壁３１ａ及び側壁３１ｂの上部には、冷媒流入管１７が接続されている端部（ここでは、左側の端部）及びヘッダ管３１の長手方向の両端壁を除いて、ヘッダ管３１を流れる気液二相状態の冷媒を１段冷媒桶３４に流出させるための多数のヘッダ管冷媒孔３１ｃが形成されている。

また、ヘッダ管３１には、冷媒流入管１７が接続されている端部（ここでは、ヘッダ管３１の左側の端部）を除いて、ヘッダ管３１の外周側に隙間を空けた状態でヘッダ管３１の上壁３１ａ及び側壁３１ｂの上部の外周側に覆う気液分離部材３２が設けられている。気液分離部材３２は、タンク１０の長手方向から見た断面が下向きの略Ｕ字形状を有している。そして、気液分離部材３２には、多数のヘッダ管通気孔３２ａが形成されている。ヘッダ管通気孔３２ａは、ヘッダ管３１内を流れる冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちのガス冷媒の通過を許容し、かつ、ヘッダ管３１内を流れる冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒の通過を抑制するための孔である。

冷媒桶３３は、タンク１０のシェル１１に設けられた冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒を溜めた後に下方の伝熱管群２０に流下させるための桶状部材である。冷媒桶３３は、主として、１段冷媒桶３４と２段冷媒桶３５とを有している。

１段冷媒桶３４は、タンク１０のシェル１１に設けられた冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒を溜めた後に下方に流下させる桶状部材である。１段冷媒桶３４は、タンク１０の長手方向に沿って延びている。１段冷媒桶３４は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が上向きの略Ｕ字形状を有している。１段冷媒桶３４の底壁３４ａ上には、ヘッダ管３１が配置されている。これにより、冷媒流入管１７を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ内に供給される気液二相状態の冷媒は、ヘッダ管３１のヘッダ管冷媒孔３１ｃ及び気液分離部材３２のヘッダ管通気孔３２ａを通じて、１段冷媒桶３４内に導かれる。このとき、ヘッダ管３１から１段冷媒桶３４内に導かれる気液二相状態の冷媒は、気液分離部材３２によって気液分離される。すなわち、気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒の大部分は、気液分離部材３２のヘッダ管通気孔３２ａを通過せずに、１段冷媒桶３４に導かれて、１段冷媒桶３４に溜まる。１段冷媒桶３４に溜まった液冷媒は、１段冷媒桶３４の底壁３４ａに形成された複数の液冷媒流下孔３４ｃを通じて、下方の２段冷媒桶３５に流下する。一方、気液二相状態の冷媒のうちのガス冷媒は、気液分離部材３２のヘッダ管通気孔３２ａを通過して、１段冷媒桶３４の直上の１段冷媒桶直上空間ＳＳｄ１（ここでは、上部カバー３６と１段冷媒桶３４との上下方向間の空間）に導かれる。１段冷媒桶直上空間ＳＳｄ１に導かれたガス冷媒は、蒸気出口管１８に向かって流れて、伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒とともに、蒸気出口管１８を通じてタンク１０のシェル空間ＳＳ外に流出する。

２段冷媒桶３５は、１段冷媒桶３４から流下する液冷媒を溜めた後に下方の伝熱管群２０に流下させる桶状部材である。２段冷媒桶３５は、タンク１０の長手方向に沿って延びている。本実施形態では、２段冷媒桶３５は、２段冷媒桶３５の長手方向が伝熱管２１の長手方向と同じ方向となるように設けられている。２段冷媒桶３５は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が上向きの略Ｕ字形状を有している。２段冷媒桶３５は、２段冷媒桶３５を下方から見た際（２段冷媒桶３５をタンク１０の長手方向に沿って見た際も同様）に、１段冷媒桶３４よりも外側まではみだしている。すなわち、２段冷媒桶３５をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、２段冷媒桶３５の側壁３５ｂは、１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側に配置されている。これにより、１段冷媒桶３４から流下する液冷媒は、２段冷媒桶３５に導かれて、２段冷媒桶３５に溜まる。２段冷媒桶３５に溜まった液冷媒は、２段冷媒桶３５の底壁３５ａに形成された複数の液冷媒流下孔３５ｃを通じて、下方の伝熱管群２０に流下する。ここで、１段冷媒桶３４と２段冷媒桶３５との上下方向間の空間を２段冷媒桶直上空間ＳＳｄ２とする。

上部カバー３６は、冷媒桶３３（ここでは、１段冷媒桶３４）の上方に隙間を空けて配置されており、冷媒桶３３（ここでは、１段冷媒桶３４）の上方および斜め上方を覆う屋根状部材である。上部カバー３６は、冷媒流入管１７がヘッダ管３１に接続されている端部（ここでは、ヘッダ管３１の左側の端部）を除いて、タンク１０の長手方向に沿って延びている。上部カバー３６は、ここでは、タンク１０の長手方向から見た断面が下向きの略Ｕ字形状を有している。ここでは、上部カバー３６は、タンク１０の長手方向から見た断面が水平板状の上壁３６ａと、上壁３６ａの端部から斜め下方に延びる側壁３６ｂと、側壁３６ｂの下端から下方に延びる壁端部３６ｃとを有している。なお、本実施形態では、上部カバー３６ａの側壁３６ｂおよび壁端部３６ｃは、蒸気出口管１８とシェル１１との接続部分のうちの下端（図５における点Ｘで示す部分）よりも低い場所まで斜め下方に向けて延びている。また、上部カバー３６ａの上壁３６ａは、２断冷媒桶３５の上方に位置するヘッダ管３１よりもさらに上方に位置している。

また、上部カバー３６をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６には、ヘッダ管３１及び気液分離部材３２よりも外側で、かつ、１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも内側の位置に、下方に向かって突出する突出壁３６ｄが設けられている。突出壁３６ｄは、タンク１０の長手方向に沿って延びている。そして、上部カバー３６は、上部カバー３６を上方から見た際（上部カバー３６をタンク１０の長手方向に沿って見た場合も同様）に、１段冷媒桶３４を覆うとともに１段冷媒桶３４よりも外側まではみ出している。すなわち、上部カバー３６をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６の側壁３６ｂの端部は、１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側に配置されている。壁端部３６ｃの下端は、２段冷媒桶３５よりも上方に位置している。そして、タンク１０のシェル空間ＳＳ内には、上部カバー３６と冷媒桶３３（ここでは、２段冷媒桶３５）との上下方向間の空間である散布装置空間ＳＳｄが形成されている。

散布装置空間ＳＳｄは、上記の１段冷媒桶直上空間ＳＳｄ１と、上記の２段冷媒桶直上空間ＳＳｄ２と、１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３とを有している。ここで、１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３は、液冷媒散布装置３０をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、２段冷媒桶３５の上側でかつ１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側の空間である。また、タンク１０のシェル空間ＳＳのうち散布装置空間ＳＳｄを除く空間は、伝熱管群２０において蒸発することによって生成したガス冷媒が蒸気出口管１８に向かう蒸気主流路空間ＳＳｖになっている。蒸気主流路空間ＳＳｖは、液冷媒散布装置３０をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６の側壁３６ｂの端部と２段冷媒桶３５の側壁３５ｂの上端の上下方向間の隙間を通じて、散布装置空間ＳＳｄの１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３と連通している。

このように、ここでは、液冷媒散布装置３０の基本構成として、１段冷媒桶３４及び２段冷媒桶３５を有するものが採用されている。そして、このような液冷媒散布装置３０と、複数の伝熱管２１を有する伝熱管群２０とによって、伝熱管２１内を流れる熱媒体と２段冷媒桶３５から流下する液冷媒との熱交換によって液冷媒を蒸発させる流下液膜式蒸発器１が構成されている。

（５）垂直板４０
図５に示すように、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向視において、液冷媒散布装置３０のヘッダ管３１の左側と右側に、伝熱管２１の長手方向に複数並ぶように設けられている。なお、本実施形態では、複数の垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において互いに等間隔となるように配置されている。

この垂直板４０は、１段冷媒桶側方空間ＳＳｄ３（液冷媒散布装置３０をタンク１０の長手方向に沿って見た際に、上部カバー３６の下側であり２段冷媒桶３５の上側でかつ１段冷媒桶３４の側壁３４ｂよりも外側の空間）において、伝熱管２１の長手方向に対して垂直に広がるように設けられた板状部材である。

具体的には、垂直板４０は、上部カバー３６の左右方向の各端部近傍の下面側から下方に延び出すように（垂直板４０の上端が上部カバー３６の下面と接続されるように）設けられている。ここで、垂直板４０は、上部カバー３６の上壁３６ａの左端部と左の側壁３６ｂの下面から下方に延びているものと、上部カバー３６の上壁３６ａの右端部と右の側壁３６ｂの下面から下方に延びているものがある。垂直板４０の下端は、本実施形態では２段冷媒桶３５の僅かに上方に位置している。ここでは、垂直板４０は、２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間において上下方向に９０％以上覆っている部分が存在するように設けられている。なお、９０％以上ではなく、７０％以上覆っている部分が存在するように設けられていてもよい。

なお、流下液膜式蒸発器１の蒸気出口管１８が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である図５と、垂直板４０が位置する部分をタンク１０の長手方向から見た断面図である図６と、を比べると分かるように、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において、シェル１１と蒸気出口管１８との接続部分と同じ位置以外の位置に設けられている。具体的には、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において、蒸気出口管１８の中心軸の延長線上には存在しないように設けられている。

また、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向において、蒸気出口管１８の一方側と他方側に複数設けられており、本実施形態では一方側と他方側の個数が同一となるように設けられている。

（６）本実施形態の特徴
（６−１）
一般に、タンクに対して接続された蒸気出口管近傍では、タンク内部から流れ出ようとする冷媒が集まって流れているため、他の部分を通過する冷媒流れと比べて流速が速くなりがちになっている。このため、液冷媒がガス冷媒の速い流速に同伴され、タンク外に流出してしまうキャリーオーバー現象が生じやすい場合がある。

これに対して、本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、上下方向における上部カバー３６と２段冷媒桶３５との間に複数の垂直板４０が伝熱管２１の長手方向に並ぶように設けられている。このため、タンク１０の一端近傍においてヘッダ管３１に流入した気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒は、タンク１０の長手方向（伝熱管２１の長手方向）に沿うように流れながら、１段冷媒桶３４および２段冷媒桶３５を介して、伝熱管群２０に対して流下していく。また、ヘッダ管３１に流入した気液二相状態の冷媒のうちのガス冷媒は、タンク１０の長手方向（伝熱管２１の長手方向）に沿うように流れながら、ヘッダ管冷媒孔３１ｃやヘッダ管通気孔３２ａを左右方向に通過し、上部カバー３６の左右の端部を回り込むように通過して上方に向けて流れ、蒸気出口管１８を介して流出する。

その際に、ヘッダ管３１を長手方向に流れつつ左右方向外側に向けて上部カバー３６と２段冷媒桶３５との間または上部カバー３６と１段冷媒桶３４との間を流れる冷媒は、伝熱管２１の長手方向に複数並んで設けられた垂直板４０によって区画されているため、伝熱管２１の長手方向に向かう移動が規制される。

このため、タンク１０と蒸気出口管１８との接続部分を介して流れ出ようとするガス冷媒の流速が、垂直板４０によって小さく抑制される。

このように、タンク１０と蒸気出口管１８との接続部分近傍の冷媒流速を小さくすることにより、液冷媒が流速の速いガス冷媒によって同伴されて流出してしまうキャリーオーバーを抑制することが可能になっている。これにより、冷凍装置の圧縮機における液圧縮の問題が生じにくいようにすることができる。

（６−２）
本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、垂直板４０は、上部カバー３６から下方に延びており、垂直板４０の上端と上部カバー３６の下面との間には隙間が生じないように構成されている。このため、比重が軽く上部カバー３６の下面を沿うように流れやすいガス冷媒を、伝熱管２１の長手方向において適切に区画して流すことが可能になっており、キャリーオーバーをより十分に抑制することが可能になっている。

また、垂直板４０は、ヘッダ管３１の左右方向外側において、上部カバー３６と２段冷媒桶３５との上下方向の間の大部分を覆うように設けられている。このため、ガス冷媒を区画して流す効果を十分に得ることができている。

（６−３）
本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、垂直板４０は、ヘッダ管３１の長手方向（伝熱管２１の長手方向）に垂直となるように設けられている。このため、上部カバー３６の下方を流れる冷媒の流速を小さく抑えることが可能になっている。

また、垂直板４０は、蒸気出口管１８に対して、伝熱管２１の長手方向の一方側と他方側とに別れて複数設けられている。このため、このような垂直板４０が設けられていない場合と比較して伝熱管２１の長手方向における各位置で上部カバー３６の下方を流れる冷媒の流速を均等化させることが可能になっている。

（６−４）
本実施形態の流下液膜式蒸発器１では、ヘッダ管３１および２段冷媒桶３５が、伝熱管２１の長手方向やタンク１０の長手方向と同じ方向に延びるように設けられている。このため、広いエリアから液冷媒を伝熱管群２０に対して流下させることができ、液冷媒と伝熱管群２０との接触面積を広く確保し、蒸発効率を高めることができている。

このように、蒸発効率を高めるためにヘッダ管３１や２段冷媒桶３５を伝熱管２１の長手方向に沿うように延ばしている場合であっても、上述したように垂直板４０が設けられることで、当該長手方向における冷媒流速を均一化させることが可能になっている。これにより、蒸気出口管１８近傍における局所的に高い流速を生じさせないようにすることができている。

（７）他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。

（７−１）他の実施形態Ａ
上記実施形態では、蒸気出口管１８がシェル１１の斜め上方から延び出すように設けられた場合を例に挙げて説明した。

これに対して、蒸気出口管１８とシェル１１との接続態様はこれに限られない。

例えば、蒸気出口管１８は、シェル１１の上端部分から鉛直方向上方に向けて延び出すように設けられていてもよい。

（７−２）他の実施形態Ｂ
上記実施形態では、垂直板４０が伝熱管２１の長手方向に対して垂直して広がった面を有している場合を例に挙げて説明した。

これに対して、垂直板４０は、伝熱管２１の長手方向に対して完全に垂直である場合に限られず、例えば、伝熱管２１の長手方向に対して７０度〜１１０度の範囲で適宜傾斜させてもよい。

（７−３）他の実施形態Ｃ
上記実施形態では、タンク１０内に収容される伝熱管群２０が、伝熱管群２０の長手方向とタンク１０の長手方向とが同じ方向となるように配置されている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、タンク１０内に収容される伝熱管群２０は、伝熱管群２０の長手方向とタンク１０の長手方向とが多少異なるように配置されていてもよく、例えば、伝熱管群２０の長手方向とタンク１０の長手方向とが±２０度の範囲内となるようにタンク１０内に伝熱管群２０を配置させてもよい。

（７−４）他の実施形態Ｄ
上記実施形態では、垂直板４０が２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間において外側部分にのみ設けられている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図７に示す垂直板２４０のように、１段冷媒桶３４と上部カバー３６との上下方向の間の部分であってヘッダ管３１の内側を除いた部分においても垂直板２４０が広がっていてもよい。すなわち、垂直板２４０は、２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域にまたがるように広がって構成されていてもよい。

なお、この場合に、垂直板２４０は、１つの板状部材によって２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域を覆っている必要はなく、例えば、上部カバー３６の１段冷媒桶３４よりも左右方向外側の下方であって２段冷媒桶３５の上側部分に広がる部材と、上部カバー３６と１段冷媒桶３４の間に広がる部材と、の複数の部材によって構成されていてもよい。

また、垂直板は、１段冷媒桶３４と上部カバー３６との上下方向の間の部分であってヘッダ管３１の内側およびヘッダ管３１の上方を除いた部分において広がるように設けられていてもよい。ヘッダ管３１の上方であって上部カバー３６の下方の空間は、自重が作用するために冷媒が到達しにくいが、１段冷媒桶３４と上部カバー３６との上下方向の間の部分であってヘッダ管３１の内側およびヘッダ管３１の上方を除いた部分は冷媒が多く通過しやすい。このため、この部分に垂直板を設けることでより効果を得ることが可能になる。

（７−５）他の実施形態Ｅ
上記実施形態では、蒸気出口管１８と上部カバー３６との間になんら部材が配置されていない場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図８に示すように、タンク１０の内部にであって、蒸気出口管１８と液冷媒散布装置３０とを隔離するように広がる隔離部材５０が設けられていてもよい。この隔離部材５０は、伝熱管２１の軸方向視におけるタンク１０と蒸気出口管１８との接続部分のうちの最も低い部分よりもさらに下方を覆いつつ、蒸気出口管１８がタンク１０から延びだしている方向視における蒸気出口管１８の上側を超える程度まで延びている。

この場合には、ヘッダ管３１から流出した冷媒は、蒸気出口管１８から遠い部分については上部カバー３６を回り込んでさらに蒸気出口管１８側に向かうように流れ、蒸気出口管１８に近い部分については上部カバー３６を回り込んだ後にさらに上部カバー３６と隔離部材５０との間の狭い隙間を通過して蒸気出口管１８側に向かう。このため、蒸気出口管１８に近い部分と遠い部分とで、冷媒流路の経路を均一化させることが可能になる。

（７−６）他の実施形態Ｆ
上記実施形態では、垂直板４０として板状の形状のものを例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、垂直板４０には、板厚方向に貫通した複数の開口が設けられていてもよい。このように垂直板４０に開口が設けられている場合であっても、例えば開口の大きさをある程度小さく設計することにより、伝熱管２１の長手方向に沿うように流れる冷媒を捕らえて、当該方向への冷媒の移動を規制することができる。

（７−７）他の実施形態Ｇ
上記実施形態では、複数の垂直板４０が伝熱管２１の長手方向において互いに等間隔となるように配置されている場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図９に示すように、複数の垂直板４０のうち蒸気出口管１８の近傍に配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）が、蒸気出口管１８から遠く離れて配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）よりも狭くなるように配置してもよい。

この場合には、伝熱管２１の長手方向において蒸気出口管１８に近い部分では冷媒が集まって流れがちであるが、当該部分における垂直板４０の間隔を狭く配置することで、当該部分において伝熱管２１の長手方向に沿うように流れようとする冷媒流れをより効果的に抑制し、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

なお、図９では、１段冷媒桶３４の外側に配置された垂直板４０を示しているが、例えば、他の実施形態Ｄで述べたように１段冷媒桶３４の内側に配置されている場合についても同様に、蒸気出口管１８の近傍に配置されているもの同士の間隔が、蒸気出口管１８から遠く離れて配置されているもの同士の間隔よりも狭くなるように配置してもよい。

（７−８）他の実施形態Ｈ
上記実施形態では、蒸気出口管１８と上部カバー３６との間になんら部材が配置されていない場合を例に挙げて説明した。

これに対して、例えば、図１０に示すように、複数の垂直板４０のうち冷媒流入管１７の近傍に配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）が、冷媒流入管１７から遠く離れて配置されているもの同士の間隔（伝熱管２１の長手方向における間隔）よりも狭くなるように配置してもよい。

この場合には、伝熱管２１の長手方向において冷媒流入管１７に近い部分ではタンク１０内に冷媒が一箇所から流入するため流速が速い傾向があるが、当該部分における垂直板４０の間隔を狭く配置することで、当該部分において伝熱管２１の長手方向に沿うように流れようとする冷媒流れをより効果的に抑制し、冷媒分布を均一化させる効果を高めることが可能になる。

なお、図１０では、１段冷媒桶３４の外側に配置された垂直板４０を示しているが、例えば、他の実施形態Ｄで述べたように１段冷媒桶３４の内側に配置されている場合についても同様に、冷媒流入管１７の近傍に配置されているもの同士の間隔が、冷媒流入管１７から遠く離れて配置されているもの同士の間隔よりも狭くなるように配置してもよい。

なお、他の実施形態Ｇと他の実施形態Ｈを同時に実現使用とする場合には、蒸気出口管１８に近いものと冷媒流入管１７に近いものについては配置の間隔を狭め、蒸気出口管１８から遠いものと冷媒流入管１７から遠いものについては配置の間隔を広げるようにしてもよい。具体的には、冷媒流入管１７から蒸気出口管１８側に伝熱管２１の長手方向に向けて進むにつれて複数の垂直板の間隔が広くなった後に再度間隔が狭まるように配置されていてもよい。

（８）シミュレーション結果
上記実施形態のように垂直板４０が採用された構造と、他の実施形態Ｄのように垂直板４０が２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域に広がるように構成された構造と、他の実施形態Ｅのように隔離部材５０が設けられた構造について、冷媒流速（上部カバー３６の左右の端部を下方に向けて流れる冷媒の流速の左右の平均値）の伝熱管２１の長手方向における分布を調べるシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図１１に示す。

図１１において、（Ａ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍のみ設け（伝熱管２１の長手方向における長さが短い例）垂直板４０が設けられていない例を示し、（Ｂ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍だけでなく伝熱管２１の長手方向に沿うように全体に広がって設けられており垂直板４０が設けられていない例を示し、（Ｃ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍だけでなく伝熱管２１の長手方向に沿うように全体に広がって設けられており垂直板４０が他の実施形態Ｄのように２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間の全域に広がるように構成された例を示し、（Ｄ）は隔離部材５０が蒸気出口管１８の近傍だけでなく伝熱管２１の長手方向に沿うように全体に広がって設けられており垂直板４０が上記実施形態のように２段冷媒桶３５と上部カバー３６との間において左右方向の両端にのみ設けられた例を示している。

このシミュレーション結果に示すように、垂直板４０が設けられていない場合には冷媒流速の標準偏差が大きくなってしまうが、垂直板４０が設けられた場合には冷媒流速の標準偏差を小さく抑えて流速の均一化ができていることが分かる。

本発明は、タンク内の伝熱管群とタンク上部の蒸気出口管との上下方向間に設けられた液冷媒散布装置によって冷媒流入管を通じてタンク内に供給される気液二相状態の冷媒のうちの液冷媒を伝熱管群に流下させ、伝熱管群によって液冷媒を蒸発させる流下液膜式蒸発器に対して、広く適用可能である。

１ 流下液膜式蒸発器
１０ タンク
１７ 冷媒流入管
１８ 蒸気出口管
２０ 伝熱管群
２１ 伝熱管
３０ 液冷媒散布装置
３１ ヘッダ管
３１ｃ 冷媒孔
３３ 冷媒桶
３４ １段冷媒桶
３４ａ 底壁
３４ｂ 側壁
３５ ２段冷媒桶（液冷媒散布部）
３５ｂ 側壁
３６ 上部カバー（カバー）
３６ａ 上壁
３６ｂ 側壁
３６ｃ 壁端部
３６ｄ 突出壁
４０ 垂直板（抑制部材）

特開平８−１８９７２６号公報

Claims (9)

1. 冷凍装置に用いられる流下液膜式蒸発器（１）であって、
   内部に熱媒体が流され、長手方向に延びた複数の伝熱管（２１）を有する伝熱管群（２０）と、
   前記伝熱管群（２０）を内部に配置しており、冷媒流入口が設けられたタンク（１０）と、
   前記冷媒流入口を介して前記タンク（１０）内に供給された気液二相状態の冷媒のうち液冷媒を前記伝熱管群（２０）に対して流下させる液冷媒散布部（３５）と、
   前記タンクの上方から延び出した蒸気出口管（１８）と、
   前記タンク内であって前記液冷媒散布部（３５）よりも高い場所に位置する部分を有しているカバー（３６）と、
   前記液冷媒散布部（３５）と前記カバー（３６）との間であって前記伝熱管の長手方向において前記蒸気出口管（１８）とは異なる位置に設けられ、前記液冷媒散布部（３５）と前記カバー（３６）との間を前記伝熱管の長手方向に向けて流れる冷媒流れを抑制させる抑制部材（４０）と、
   を備えた流下液膜式蒸発器。
2. 前記抑制部材（４０）は、前記カバー（３６）の下面から下方に向けて延び出している、
   請求項１に記載の流下液膜式蒸発器。
3. 前記抑制部材（４０）は、前記伝熱管の長手方向に垂直な面を有する板状部材である、
   請求項１または２に記載の流下液膜式蒸発器。
4. 前記抑制部材（４０）は、前記蒸気出口管に対して前記伝熱管の長手方向における両側に設けられている、
   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。
5. 前記抑制部材（４０）は、前記液冷媒散布部（３５）と前記カバー（３６）との間において上下方向に７０％以上覆っている部分を有している、
   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。
6. 前記冷媒散布部（３５）と前記カバーとの間に設けられており、前記伝熱管の長手方向視における内側から外側に向けて冷媒を通過させるための冷媒孔（３１ｃ）を複数有しており、前記冷媒流入口を介して流入した冷媒を前記冷媒孔（３１ｃ）を介して外側に流出させつつ前記伝熱管（２１）の長手方向に沿う方向に導くことが可能なヘッダ管（３１）と、
   前記液冷媒散布部（３５）の上方に配置されており、前記冷媒孔（３１ｃ）を介して前記ヘッダ管（３１）から流出した冷媒を受けて前記液冷媒散布部（３５）に導くことが可能な１段冷媒桶（３４）と、
   を備え、
   前記抑制部材（４０）は、少なくとも前記ヘッダ管（３１）の外側であって前記１段冷媒桶（３４）と前記カバー（３６）によって囲まれた位置に設けられている、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の流下液膜式蒸発器。
7. 前記液冷媒散布部は、前記液冷媒散布部の長手方向が前記伝熱管の長手方向と同じ方向となるように設けられている、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の流下液膜式蒸発器。
8. 前記抑制部材（４０）は、前記伝熱管の長手方向において前記蒸気出口管（１８）に近い部分の方が互いの配置間隔が狭くなっている部分を有するように前記伝熱管の長手方向に複数並んで設けられている、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の流下液膜式蒸発器。
9. 前記抑制部材（４０）は、前記伝熱管の長手方向において前記冷媒流入口に近い部分の方が互いの配置間隔が狭くなっている部分を有するように前記伝熱管の長手方向に複数並んで設けられている、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の流下液膜式蒸発器。

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