JP2019184168A - 熱交換器用液体分流器及びドロンカップ型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で製作しやすく、液体を均一に滴下することができる熱交換器用液体分流器を提供する。【解決手段】液体分流器２０はドロンカップ型熱交換器１０の多段のコアユニット１１の上方に配置される。液体分流器２０は、２枚の三角形状プレート２１，２２の２辺同士を接合して両プレート２１，２２で囲まれた扁平形状を成す液体流通路２３を設ける。両プレート２１，２２の残りの底辺は開放端として液体流通路２３に連通するスリット状の液体流出口２４を設ける。一方のプレート２１の底辺に対向する三角形頂点付近に液体流通路２３に連通する液体流入口２５を設ける。液体流入口２５には、両プレート２１，２２に対して略垂直となるように液体供給用の配管が接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器に使用される液体分流器及びそれを備えたドロンカップ型熱交換器に関する。

近年、省エネルギー意識の高まりから、廃棄熱から熱を回収し、冷凍サイクルを回すことで、空調を行なうシステムが注目されている。それらは、エジェクター冷凍サイクルや吸収式冷凍サイクルなどの熱駆動サイクルで、減圧下で作動するものが多い。

エジェクター冷凍サイクルには、多彩な熱交換器が使用される。その１つに、排気ガスなどの高温熱源媒体を利用し、冷媒液を蒸発させる熱交換器（ボイラー）や、低温熱源媒体（ガスや水）から熱を奪って冷媒液を蒸発させる熱交換器（蒸発器）がある。蒸発効率の向上には、気液または液液（熱源媒体と冷媒液）の接触伝熱面積を高密度で集積させることが望ましいため、一対のドロンカッププレートからなるコアユニットを多段に積層してなるドロンカップ型熱交換器が採用される。この場合、供給される冷媒液を分流し、多段に積層されたドロンカッププレート面に、平行かつ均一に分散接触させることが重要である。

一方、吸収式冷凍サイクルでは、同様な構成が蒸発器と吸収器に利用される。この場合は、熱源媒体は水などの液体であることが多く、液体と液体の熱交換となる。蒸発器では、水などの低温媒体から熱を奪い冷媒を蒸発させる。一方、吸収器では、冷却水などの熱源媒体を用いて、吸収液が冷媒蒸気を吸収する際に生じる吸収熱を回収する。蒸発器も吸収器も蒸発や吸収の促進のために、適切に供給液（冷媒液や吸収液）を分流することがエジェクター冷凍サイクルと同様に重要である。

図７は従来の液体分流器を備えたドロンカップ型熱交換器を示す図である。ドロンカップ型熱交換器１０は、上下を最中状に膨らませて形成し、中間部を細長扁平形状に形成してなる、同形の一対のドロンカッププレートからなるコアユニット１１を多段に積層して構成される。

最端のコアユニット１１に熱源媒体の流入口１７及び流出口１８が設けられている。液体分流器５０はドロンカップ型熱交換器１０の多段のコアユニット１１の上方に配置され、矩形流路の底面に多数の微細孔５１を整然均一に加工し、その微細孔５１より液体を滴下させる。微細孔５１より滴下された液体は、ドロンカッププレートの外面流通路に沿って流通する。蒸発器やボイラーの場合、滴下される液体は冷媒液であり、吸収器の場合、滴下される液体は吸収液（冷媒と吸収剤の混合液）である。

特許文献１にはドロンカップ型熱交換器が記載されている。特許文献２には、熱交換器において液滴下チューブの小孔から液体を滴下することが記載されている。

特開２０１０−２７０９５３号公報 特開平６−１０１９８４号公報

しかしながら、多数の微細孔を加工することは、時間を要し、高価である。また、液体の流入方向の違いや孔の寸法差などによって、滴下量が必ずしも均一ではないという問題があった。

さらに、多段に積層されたドロンカッププレートは、個々のプレートの僅かな寸法差の集積で製品全体の積層寸法が変化しやすい。従って、滴下の孔位置と対応するドロンカッププレートの外面流通路にずれが生じやすいという問題があった。

本発明の熱交換器用液体分流器は上述した課題に鑑みてなされたものであり、２枚の三角形状プレートの２辺同士を接合して両プレートで囲まれた扁平形状を成す液体流通路を形成し、両プレートの残りの底辺を開放端として前記液体流通路に連通するスリット状の液体流出口を形成し、一方のプレートの底辺に対向する三角形頂点付近に前記液体流通路に連通する液体流入口を形成したことを特徴とする。

本発明の熱交換器用液体分流器によれば、安価で製作しやすく、液体を均一に滴下することができる。また、本発明の熱交換器用液体分流器をドロンカップ型熱交換器に使用した場合、ドロンカッププレートの寸法差にかかわらず、ドロンカッププレートの外面流通路に液体を適切に滴下することができる。

本発明の実施形態による熱交換器用液体分流器を備えたドロンカップ型熱交換器を示す概略斜視図である。 ドロンカップ型熱交換器の断面図である。 本発明の実施形態による熱交換器用液体分流器の正面図である。 図３のＸ−Ｘ線における断面図である。 本発明の実施形態による熱交換器用液体分流器の液体流出口側から見た平面図である。 波板の斜視図である。 従来の熱交換器用液体分流器を備えたドロンカップ型熱交換器を示す概略斜視図である。

本発明の実施形態による熱交換器用液体分流器及びそれを備えたドロンカップ型熱交換器を図１乃至図６に基づいて説明する。

図１及び図２に示すように、ドロンカップ型熱交換器１０は、上下を最中状に膨らませて形成し、中間部を細長扁平形状に形成してなる同形の、一対のドロンカッププレートからなるコアユニット１１を多段に積層して構成される。

１つのコアユニット１１の上下の最中部１２，１３は隣接するコアユニット１１の最中部１２，１３と接合される。上下の最中部１２，１３は、それぞれ連通孔１４，１５を介して連通されている。最端に位置するコアユニット１１にはエンドプレート１６が接合され、連通孔１４，１５に対応する位置に熱源媒体の流入口１７及び流出口１８が設けられている。

流入口１７からはドロンカップ型熱交換器１０の用途に応じて、排気ガスや水等の熱源媒体が流入される。なお、図１において、供給液（冷媒液や吸収液）の流れを破線矢印で、熱源媒体（排気ガスや水等）の流れを実線矢印にて示してある。

液体分流器２０はドロンカップ型熱交換器１０の多段のコアユニット１１の上方に配置され、多段に積層されたコアユニット１１の外面流通路に向けて液体を滴下する。

この液体分流器２０の構成を図３乃至図６に基づいて説明する。プレス機で絞り加工された、同形の２枚の三角形状プレート２１，２２の２辺同士を溶接等により接合して両プレート２１，２２で囲まれた扁平形状を成す液体流通路２３を設ける。

両プレート２１，２２の残りの底辺は開放端として液体流通路２３に連通するスリット状の液体流出口２４を設ける。一方のプレート２１の底辺に対向する三角形頂点Ｐ付近に液体流通路２３に連通する液体流入口２５を設ける。液体流入口２５からは供給液である液体（例えば、水）が流入される。液体流入口２５には、両プレート２１，２２に対して略垂直となるように液体供給用の配管が接続される。

この液体分流器２０によれば、液体流入口２５から流入した液体は、プレート２１に対向するプレート２２の内壁面２６に衝突し、放射状に分散する。液体が略垂直方向から衝突して放射状に均一に分散することで、スリット状の液体流出口２４から流出する際にはおよそ均一な分布で、コアユニット１１の外面に向けて滴下させることができる。また、液体分流器２０はプレス板金加工部品で構成できるため、安価で製作しやすいものである。

なお、三角形状プレート２１，２２は厳密な意味で三角形である必要はなく、図１乃至図３に示すように、左右の頂点付近を切り欠いたものを含む。また、液体の流れを左右対称にするために、プレート２１，２２は二等辺三角形状を成すことが好ましい。

また、図５及び図６に示すように、液体流出口付近の両プレート２１，２２間に波板２７を設置することで、より均一な滴下を実現すると同時に、超低流量域でも安定的に滴下させることが可能になる。波板２７は平板を折り返して、山部と谷部が交互に繰り返すように形成される。波板２７は山部→谷部→山部へと向かう方向が両プレート２１，２２の底辺と平行となるような向きに挿入される。

さらに、図４に示すように、両プレート２１，２２間の対向面の間隔は、液体流入口２５の付近では広く、液体流出口２４に向かって狭くすることにより、液体流入口２５に流入した液体はその付近で一時的に滞留してから液体流出口２４に向けて流通するようなり、液体をさらに均一に分散することができる。液体流出口２４より滴下された液体は、ドロンカップ型熱交換器１０のドロンカッププレートの外面流通路に沿って流通する。

エジェクター冷凍サイクルの場合は、ドロンカップ型熱交換器１０はボイラーや蒸発器として用いられ、流入口１７からは熱源媒体（排気ガスや水）を流入する。流入口１７からドロンカップ内に流入した熱源媒体は、ドロンカップ型熱交換器１０の下側の流通路を連通孔１４を介して流通し、細長扁平形状の中間部の流通路１９を上昇しながら、液体分流器２０から滴下された液体（冷媒）と熱交換を行うことにより滴下された液体（冷媒）を蒸発させ、上側の流通路を連通孔１５を介して流通して流出口１８から回路に戻っていく。図２において、液体（冷媒）の流れを破線矢印で、熱源媒体の流れを実線矢印にて示してある。

吸収式冷凍サイクルでは、同様な構成が蒸発器と吸収器に利用される。この場合は、液体と液体の熱交換となる。ドロンカップ型熱交換器１０を蒸発器として使用する場合は、流入口１７から水などの熱源媒体を流入し、液体分流器２０から滴下された液体（冷媒）との熱交換により、液体（冷媒）を蒸発させ、冷媒蒸気を作る。一方、ドロンカップ型熱交換器１０を吸収器として使用する場合は、流入口１７から冷却水などの熱源媒体を流入し、液体分流器２０から滴下された液体（吸収液）との熱交換を行うことにより、吸収液が周囲の冷媒蒸気を吸収する際に生じる吸収熱を回収する。

１０ ドロンカップ型熱交換器
１１ コアユニット
１２，１３ 最中部
１４，１５ 連通孔
１６ エンドプレート
１７ 流入口
１８ 流出口
２０ 液体分流器
２１，２２ 三角形状プレート
２３ 液体流通路
２４ 液体流出口
２５ 液体流入口
２６ 内壁面
２７ 波板

Claims (6)

1. ２枚の三角形状プレートの２辺同士を接合して両プレートで囲まれた扁平形状を成す液体流通路を設け、両プレートの残りの底辺を開放端として前記液体流通路に連通するスリット状の液体流出口を設け、一方のプレートの底辺に対向する三角形頂点付近に前記液体流通路に連通する液体流入口を設けてなることを特徴とする熱交換器用液体分流器。
2. 前記液体流出口付近の両プレート間に波板が挿入されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用液体分流器。
3. 両プレート間の対向面の間隔は前記液体流入口付近では広く、前記液体流出口に向かって狭くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器用液体分流器。
4. 上下を最中状に膨らませて形成し、中間部を細長扁平形状に形成してなる一対のドロンカッププレートを多段に積層して構成されるドロンカップ型熱交換器において、
   多段に積層された一対のドロンカッププレートの外面に向けて液体を滴下する液体分流器を備え、
   前記液体分流器は、２枚の三角形状プレートの２辺同士を接合して両プレートで囲まれた扁平形状を成す液体流通路を設け、両プレートの残りの底辺を開放端として前記液体流通路に連通するスリット状の液体流出口を設け、一方のプレートの底辺に対向する三角形頂点付近に前記液体流通路に連通する液体流入口を設けてなることを特徴とするドロンカップ型熱交換器。
5. 前記液体流出口付近の両プレート間に波板が挿入されたことを特徴とする請求項４に記載のドロンカップ型熱交換器。
6. 両プレート間の対向面の間隔は前記液体流入口付近では広く、前記液体流出口に向かって狭くなっていることを特徴とする請求項４または５に記載のドロンカップ型熱交換器。

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