JP2019184228A - Shell-and-tube type heat exchanger and atomizing method in it - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、シェルアンドチューブ式熱交換器及びそれにおける噴霧方法に関する。 The present disclosure relates to a shell and tube heat exchanger and a spraying method therefor.
図10は、特許文献1に記載されたシェルアンドチューブ式熱交換器の構成を示している。特許文献1に記載されたシェルアンドチューブ式熱交換器は、シェル1、扁平伝熱管2、ノズル部材3及び冷却媒体流入管4を備えている。扁平伝熱管2は、3列及び4段で配置されている。冷却媒体は、ノズル部材3から扁平伝熱管2に向けて噴出される。扁平伝熱管2の扁平面に冷却媒体が接触して扁平伝熱管2の内部を流通する被冷却媒体と熱交換を行う。
FIG. 10 shows the configuration of the shell and tube heat exchanger described in
扁平形状を有する伝熱管をシェルアンドチューブ式熱交換器に使用すると、シェルの内部における伝熱管の実装密度を高めることができるので、シェルアンドチューブ式熱交換器の単位体積あたりの伝熱面積を増加させるのに有利である。つまり、扁平形状を有する伝熱管を使用することは、シェルアンドチューブ式熱交換器の小型化に有利である。 If heat transfer tubes having a flat shape are used in a shell and tube heat exchanger, the heat transfer tube mounting density inside the shell can be increased, so the heat transfer area per unit volume of the shell and tube heat exchanger can be reduced. It is advantageous to increase. That is, using a heat transfer tube having a flat shape is advantageous for downsizing of the shell-and-tube heat exchanger.
ただし、従来のシェルアンドチューブ式熱交換器においては、冷却媒体の噴霧量が十分に適正化されていない。噴霧量が足りない箇所ではドライアウトが発生する。噴霧量が過剰な箇所では冷却媒体が滞留して厚い液膜を形成する。その結果、実質的な伝熱面積が減少して効率よく冷却媒体を蒸発させることができず、高い伝熱性能を発揮させることができない。 However, in the conventional shell and tube heat exchanger, the spray amount of the cooling medium is not sufficiently optimized. Dryout occurs where there is not enough spray. In locations where the spray amount is excessive, the cooling medium stays and forms a thick liquid film. As a result, the substantial heat transfer area is reduced, the cooling medium cannot be evaporated efficiently, and high heat transfer performance cannot be exhibited.
本開示は、シェルアンドチューブ式熱交換器において、伝熱管の表面における冷却媒体の供給量の分布を適正化するための技術を提供する。 The present disclosure provides a technique for optimizing the distribution of the supply amount of the cooling medium on the surface of the heat transfer tube in the shell-and-tube heat exchanger.
本開示は、
シェルと、
前記シェルの内部に位置し、入口から出口に向かって第1流体が流れる扁平形状の伝熱管と、
前記シェルの内部に位置し、前記伝熱管に向かって第2流体を噴霧するノズルと、を備えた、シェルアンドチューブ式熱交換器における噴霧方法であって、
前記入口及び前記出口から等距離に位置する前記伝熱管の表面上の点を中間点とし、
前記ノズルから噴霧され、単位時間あたりに前記伝熱管における前記入口から前記中間点までの範囲に到達する前記第2流体の量をQ1とし、
前記ノズルから噴霧され、単位時間あたりに前記伝熱管における前記出口から前記中間点までの範囲に到達する前記第2流体の量をQ2としたとき、
前記方法は、Q1>Q2の関係を満たすように、前記ノズルから前記伝熱管に向かって前記第2流体を噴霧すること、
を含む、噴霧方法を提供する。
This disclosure
Shell,
A flat heat transfer tube located inside the shell and through which the first fluid flows from the inlet toward the outlet;
A spray method in a shell-and-tube heat exchanger, the nozzle being located inside the shell and spraying a second fluid toward the heat transfer tube,
A point on the surface of the heat transfer tube located equidistant from the inlet and the outlet is an intermediate point,
The amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the range from the inlet to the intermediate point in the heat transfer tube per unit time is defined as Q1,
When the amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the range from the outlet to the intermediate point in the heat transfer tube per unit time is Q2,
And spraying the second fluid from the nozzle toward the heat transfer tube so as to satisfy a relationship of Q1> Q2.
A spraying method is provided.
本開示によれば、シェルアンドチューブ式熱交換器において、伝熱管の表面における冷却媒体の供給量の分布を適正化することができる。これにより、冷却媒体の厚い液膜が形成されたり、ドライアウトが発生したりすることを回避できる。 According to the present disclosure, in the shell and tube heat exchanger, it is possible to optimize the distribution of the supply amount of the cooling medium on the surface of the heat transfer tube. Thereby, it is possible to avoid the formation of a liquid film having a thick cooling medium and the occurrence of dryout.
(本発明の基礎となった知見)
本発明者らは、鋭意検討を進めた結果、扁平形状の伝熱管を用いて構成されたフィンアンドチューブ式熱交換器において、ドライアウトが顕著に発生すること突き止めた。その理由は、以下の通りである。
(Knowledge that became the basis of the present invention)
As a result of diligent studies, the present inventors have found that dry-out occurs remarkably in a fin-and-tube heat exchanger configured using a flat heat transfer tube. The reason is as follows.
図11Aは、噴霧ノズル11から伝熱管12に対して噴霧された冷却媒体の拡散状態を示している。伝熱管12は、円形の断面を有する伝熱管である。噴霧ノズル11から伝熱管12に向けて一定の流量で冷却媒体が噴霧される。噴霧された冷却媒体は、ミスト状態で伝熱管12に到達する。図11Aは、噴霧ノズル11から噴霧されたミスト状態の冷却媒体が時間の経過とともに前進する様子を円弧で示している。図11Aに示すように、伝熱管12において、伝熱管12の入口までの距離及び出口までの距離が等しい点を中間点M1と定義する。伝熱管12の上端が入口であり、伝熱管12の下端が出口である。伝熱管12の中間点M1を含む円弧を円弧a1と定義し、伝熱管12の入口を含む円弧を円弧b1と定義する。噴霧ノズル11は、伝熱管12の中間点M1の高さに配置されている。
FIG. 11A shows a diffusion state of the cooling medium sprayed from the
冷却媒体のミストが円弧a1の位置まで進んだとき、ミストは伝熱管12の中間点M1に接触する。ミストが円弧b1の位置まで進んだとき、ミストは伝熱管12の入口及び出口(上端と下端)に接触する。円弧a1が円弧b1よりも短いので、円弧b1上におけるミストの粒子の密度は、円弧a1上におけるミストの粒子の密度よりも低い。フィンアンドチューブ式熱交換器が蒸発器であるとき、伝熱管12の中を流れる流体とミストとの温度差は、伝熱管12の入口で最も大きく、伝熱管12の出口で最も小さい。よって、フィンアンドチューブ式熱交換器が蒸発器であるとき、伝熱管12の入口の近傍で最もドライアウトが発生しやすい。
When the mist of the cooling medium has advanced to the position of the arc a1, the mist contacts the intermediate point M1 of the
入口近傍でドライアウトが発生しやすいという事実は、円形断面の伝熱管にも扁平形状の伝熱管にも当てはまる。ただし、扁平形状の伝熱管では、入口近傍でのドライアウトがより顕在化する。その理由は以下の通りである。 The fact that dryout tends to occur near the inlet applies to both heat exchanger tubes with a circular cross section and flat heat transfer tubes. However, in the flat heat transfer tube, dryout near the inlet becomes more obvious. The reason is as follows.
図11Bは、図11Aと同じく、噴霧ノズル11から噴霧されたミスト状態の冷却媒体が時間の経過とともに前進する様子を円弧で示している。伝熱管13は、扁平形状を有する伝熱管である。伝熱管13は、ミストの進行方向に関して広い幅を持つ。そのため、ミストが円弧c1の位置まで進んだときに円弧c1上に存在するミストの粒子の密度は、ミストが円弧a1の位置まで進んだときに円弧a1上に存在するミストの粒子の密度よりも低く、ミストが円弧b1の位置まで進んだときに円弧b1上に存在するミストの粒子の密度よりも低い。つまり、伝熱管13の入口近傍の部分であって、噴霧ノズル11から遠い側に位置している部分に十分な量の冷却媒体を供給できず、当該部分においてドライアウトがより発生しやすい。扁平形状の伝熱管13においては、長手方向だけでなく、幅方向にも冷却媒体の供給量の偏りが存在し、このことがドライアウトの発生を助長していると言える。
FIG. 11B shows, in the same manner as FIG. 11A, a circular arc of the mist state of the cooling medium sprayed from the
本発明者らは、上記知見に基づき、本開示にかかる各態様を想到するに至った。 Based on the above findings, the present inventors have arrived at each aspect according to the present disclosure.
本開示の第1態様に係るシェルアンドチューブ式熱交換器における噴霧方法は、
シェルと、
前記シェルの内部に位置し、入口から出口に向かって第1流体が流れる扁平形状の伝熱管と、
前記シェルの内部に位置し、前記伝熱管に向かって第2流体を噴霧するノズルと、を備えた、シェルアンドチューブ式熱交換器における噴霧方法であって、
前記入口及び前記出口から等距離に位置する前記伝熱管の表面上の点を中間点とし、
前記ノズルから噴霧され、単位時間あたりに前記伝熱管における前記入口から前記中間点までの範囲に到達する前記第2流体の量をQ1とし、
前記ノズルから噴霧され、単位時間あたりに前記伝熱管における前記出口から前記中間点までの範囲に到達する前記第2流体の量をQ2としたとき、
前記方法は、Q1>Q2の関係を満たすように、前記ノズルから前記伝熱管に向かって前記第2流体を噴霧すること、
を含む。
The spray method in the shell and tube heat exchanger according to the first aspect of the present disclosure is:
Shell,
A flat heat transfer tube located inside the shell and through which the first fluid flows from the inlet toward the outlet;
A spray method in a shell-and-tube heat exchanger, the nozzle being located inside the shell and spraying a second fluid toward the heat transfer tube,
A point on the surface of the heat transfer tube located equidistant from the inlet and the outlet is an intermediate point,
The amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the range from the inlet to the intermediate point in the heat transfer tube per unit time is defined as Q1,
When the amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the range from the outlet to the intermediate point in the heat transfer tube per unit time is Q2,
And spraying the second fluid from the nozzle toward the heat transfer tube so as to satisfy a relationship of Q1> Q2.
including.
本開示の第1態様によれば、シェルアンドチューブ式熱交換器において、伝熱管の表面における冷却媒体の供給量の分布を適正化することができる。これにより、冷却媒体の厚い液膜が形成されたり、ドライアウトが発生したりすることを回避できる。 According to the first aspect of the present disclosure, in the shell-and-tube heat exchanger, the distribution of the supply amount of the cooling medium on the surface of the heat transfer tube can be optimized. Thereby, it is possible to avoid the formation of a liquid film having a thick cooling medium and the occurrence of dryout.
本開示の第2態様において、例えば、第1態様に係る噴霧方法では、前記ノズルは、前記伝熱管に向かって前記シェルの底部に貯留された前記第2流体を噴霧してもよい。第2態様によれば、液相冷媒の回収が容易であるとともに、ノズルに液相冷媒を供給するためのエネルギー消費を抑えることができる。 In the second aspect of the present disclosure, for example, in the spraying method according to the first aspect, the nozzle may spray the second fluid stored at the bottom of the shell toward the heat transfer tube. According to the second aspect, it is easy to recover the liquid phase refrigerant, and energy consumption for supplying the liquid phase refrigerant to the nozzle can be suppressed.
本開示の第3態様において、例えば、第1又は第2態様に係る噴霧方法では、単位時間あたりに前記伝熱管に到達する前記第2流体の量が前記入口から前記出口に向かって徐々に減少するように、前記ノズルから前記伝熱管に向かって前記第2流体を噴霧してもよい。第3態様によれば、伝熱管の表面における液相冷媒の供給量の分布を更に適正化することができる。 In the third aspect of the present disclosure, for example, in the spraying method according to the first or second aspect, the amount of the second fluid that reaches the heat transfer tube per unit time gradually decreases from the inlet toward the outlet. As described above, the second fluid may be sprayed from the nozzle toward the heat transfer tube. According to the third aspect, the distribution of the supply amount of the liquid-phase refrigerant on the surface of the heat transfer tube can be further optimized.
本開示の第4態様において、例えば、第1から第3態様のいずれか1つに係る噴霧方法は、さらに、前記伝熱管に前記第1流体を流すことを含んでもよい。 In the fourth aspect of the present disclosure, for example, the spraying method according to any one of the first to third aspects may further include flowing the first fluid through the heat transfer tube.
本開示の第5態様に係るシェルアンドチューブ式熱交換器は、
シェルと、
前記シェルの内部に位置し、入口から出口に向かって第1流体が流れる扁平形状の伝熱管と、
前記シェルの内部に位置し、前記伝熱管に向かって第2流体を噴霧するノズルと、
を備え、
前記入口及び前記出口から等距離に位置する前記伝熱管の表面上の点を中間点とし、
前記ノズルから噴霧され、単位時間あたりに前記伝熱管における前記入口から前記中間点までの範囲に到達する前記第2流体の量をQ1とし、
前記ノズルから噴霧され、単位時間あたりに前記伝熱管における前記出口から前記中間点までの範囲に到達する前記第2流体の量をQ2としたとき、
Q1>Q2の関係を満たす。
The shell and tube heat exchanger according to the fifth aspect of the present disclosure is:
Shell,
A flat heat transfer tube located inside the shell and through which the first fluid flows from the inlet toward the outlet;
A nozzle located inside the shell and spraying a second fluid toward the heat transfer tube;
With
A point on the surface of the heat transfer tube located equidistant from the inlet and the outlet is an intermediate point,
The amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the range from the inlet to the intermediate point in the heat transfer tube per unit time is defined as Q1,
When the amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the range from the outlet to the intermediate point in the heat transfer tube per unit time is Q2,
The relationship of Q1> Q2 is satisfied.
本開示の第5態様によれば、シェルアンドチューブ式熱交換器において、伝熱管の表面における冷却媒体の供給量の分布を適正化することができる。これにより、冷却媒体の厚い液膜が形成されたり、ドライアウトが発生したりすることを回避できる。 According to the fifth aspect of the present disclosure, in the shell and tube heat exchanger, the distribution of the supply amount of the cooling medium on the surface of the heat transfer tube can be optimized. Thereby, it is possible to avoid the formation of a liquid film having a thick cooling medium and the occurrence of dryout.
本開示の第6態様において、例えば、第5態様に係るシェルアンドチューブ式熱交換器では、前記ノズルは、前記シェルの底部に貯留された前記第2流体を前記伝熱管に向かって噴霧してもよい。第6態様によれば、液相冷媒の回収が容易であるとともに、ノズルに液相冷媒を供給するためのエネルギー消費を抑えることができる。 In the sixth aspect of the present disclosure, for example, in the shell and tube heat exchanger according to the fifth aspect, the nozzle sprays the second fluid stored in the bottom of the shell toward the heat transfer tube. Also good. According to the sixth aspect, it is easy to recover the liquid phase refrigerant, and energy consumption for supplying the liquid phase refrigerant to the nozzle can be suppressed.
本開示の第7態様において、例えば、第5又は第6態様に係るシェルアンドチューブ式熱交換器では、前記ノズルから噴霧されて単位時間あたりに前記伝熱管に到達する前記第2流体の量が前記入口から前記出口に向かって徐々に減少してもよい。第7態様によれば、伝熱管の表面における液相冷媒の供給量の分布を更に適正化することができる。 In the seventh aspect of the present disclosure, for example, in the shell and tube heat exchanger according to the fifth or sixth aspect, the amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the heat transfer tube per unit time is It may be gradually decreased from the inlet toward the outlet. According to the seventh aspect, the distribution of the supply amount of the liquid phase refrigerant on the surface of the heat transfer tube can be further optimized.
本開示の第8態様において、例えば、第5から第7態様のいずれか1つに係るシェルアンドチューブ式熱交換器では、前記ノズルは、前記第2流体を流入させる導入部と、前記導入部に接続され、前記第2流体の速度を増加させる噴出孔と、前記噴出孔に接続され、前記第2流体をミスト状にするミスト形成部と、を備えていてもよく、前記伝熱管の扁平面に垂直な方向からみたとき、前記噴出孔の中心軸は、鉛直方向において、前記入口と前記中間点との間に位置していてもよく、前記ミスト形成部は、鉛直方向の上側に位置する第1面及び鉛直方向の下側に位置する第2面を含んでいてもよく、前記第1面と前記噴出孔の前記中心軸とのなす角度が角度αであってもよく、前記第2面と前記噴出孔の前記中心軸とのなす角度が角度βであってもよく、前記角度α<前記角度βの関係を満たしてもよい。第8態様によれば、伝熱管の局所における水と液相冷媒の温度差に応じて適正量の液相冷媒を噴霧することが可能となる。そして、ドライアウト及び/又は未蒸発の冷媒の滞留による伝熱面積の減少を抑制することが可能となる。更に、効率よく液相冷媒を蒸発させることが可能となり、伝熱性能を向上することができる。 In the eighth aspect of the present disclosure, for example, in the shell-and-tube heat exchanger according to any one of the fifth to seventh aspects, the nozzle includes an introduction portion that allows the second fluid to flow in, and the introduction portion. And a mist forming part for increasing the speed of the second fluid, and a mist forming part connected to the jet hole for making the second fluid into a mist shape. When viewed from a direction perpendicular to the surface, the central axis of the ejection hole may be located between the inlet and the intermediate point in the vertical direction, and the mist forming portion is located on the upper side in the vertical direction. An angle α between the first surface and the central axis of the ejection hole may be included, and the first surface may be included in the vertical direction. The angle between the two surfaces and the central axis of the ejection hole is an angle β. Alternatively, the relationship of the angle α <the angle β may be satisfied. According to the eighth aspect, it is possible to spray an appropriate amount of the liquid phase refrigerant according to the temperature difference between the water and the liquid phase refrigerant in the local area of the heat transfer tube. And it becomes possible to suppress the reduction | decrease of the heat-transfer area by dryout and / or the stay of the non-evaporated refrigerant. Furthermore, it becomes possible to evaporate a liquid phase refrigerant | coolant efficiently and can improve heat transfer performance.
本開示の第9態様において、例えば、第5から第8態様のいずれか1つに係るシェルアンドチューブ式熱交換器では、前記ノズルと前記伝熱管の前記入口との間の距離は、前記ノズルと前記伝熱管の前記出口との間の距離よりも短くてもよい。このような構成によれば、伝熱管の表面における液相冷媒の供給量の分布を適正化しやすい。 In the ninth aspect of the present disclosure, for example, in the shell-and-tube heat exchanger according to any one of the fifth to eighth aspects, the distance between the nozzle and the inlet of the heat transfer tube is the nozzle. And the distance between the outlet of the heat transfer tube. According to such a configuration, it is easy to optimize the distribution of the supply amount of the liquid phase refrigerant on the surface of the heat transfer tube.
本開示の第10態様において、例えば、第5から第9態様のいずれか1つに係るシェルアンドチューブ式熱交換器では、前記ノズルから前記伝熱管に向かう前記第2流体の流れを前記第2流体の流れ方向と垂直な方向に切断して観察したとき、前記第2流体の流れの外縁が矩形の形状を示してもよい。このような構成によれば、矩形領域に配列された伝熱管に対応した形状にて液相冷媒を噴霧することが可能である。 In the tenth aspect of the present disclosure, for example, in the shell and tube heat exchanger according to any one of the fifth to ninth aspects, the flow of the second fluid from the nozzle toward the heat transfer tube is changed to the second. When observed by cutting in a direction perpendicular to the fluid flow direction, the outer edge of the second fluid flow may have a rectangular shape. According to such a configuration, it is possible to spray the liquid phase refrigerant in a shape corresponding to the heat transfer tubes arranged in the rectangular region.
本開示の第11態様において、例えば、第10態様に係るシェルアンドチューブ式熱交換器では、前記矩形の形状は、前記伝熱管の扁平面に垂直な方向に平行な1組の短辺を有する形状であってもよい。このような構成によれば、矩形領域に配列された伝熱管に対応した形状にて液相冷媒を噴霧することが可能である。 In the eleventh aspect of the present disclosure, for example, in the shell and tube heat exchanger according to the tenth aspect, the rectangular shape has a pair of short sides parallel to a direction perpendicular to the flat surface of the heat transfer tube. It may be a shape. According to such a configuration, it is possible to spray the liquid phase refrigerant in a shape corresponding to the heat transfer tubes arranged in the rectangular region.
本開示の第12態様に係る冷凍サイクル装置は、
第5から第11態様のいずれか1項に記載されたシェルアンドチューブ式熱交換器と、
圧縮機と、
を備えている。
A refrigeration cycle apparatus according to a twelfth aspect of the present disclosure is provided.
A shell and tube heat exchanger according to any one of the fifth to eleventh aspects;
A compressor,
It has.
蒸発器において冷媒を効率的に蒸発させる又は凝縮器において冷媒を効率的に凝縮させることによって、冷凍サイクルの効率(COP)が向上しうる。 By efficiently evaporating the refrigerant in the evaporator or condensing the refrigerant efficiently in the condenser, the efficiency (COP) of the refrigeration cycle can be improved.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本開示が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited by the embodiment.
(実施形態)
図1は、本開示のシェルアンドチューブ式熱交換器を用いた冷凍サイクル装置の構成を示している。冷凍サイクル装置100は、蒸発器101、圧縮機102、凝縮器103、流量弁104及び流路110a〜110dを備えている。蒸発器101の出口は流路110aによって圧縮機102の吸入口に接続されている。圧縮機102の出口は流路110bによって凝縮器103の入口に接続されている。凝縮器103の出口は、流路110cによって流量弁104の入口に接続されている。流量弁104の出口は流路110dによって蒸発器101の入口に接続されている。流路110a及び110bは蒸気経路であり、流路110c及び流路110dは液経路である。各経路は、例えば、少なくとも1つの金属製の配管で構成されている。
(Embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a refrigeration cycle apparatus using the shell-and-tube heat exchanger of the present disclosure. The
圧縮機102を起動すると、蒸発器101において冷媒が加熱されて蒸発する。これにより、気相冷媒(冷媒蒸気)が生成される。生成された気相冷媒は圧縮機102に吸入されて圧縮される。圧縮されて高温高圧となった気相冷媒が圧縮機102から凝縮器103に供給される。供給された高温高圧の気相冷媒は凝縮器103で冷却されて凝縮液化し、液相冷媒(冷媒液)が生成される。液相冷媒は、流量弁104を経由して凝縮器103から蒸発器101に液相冷媒として返流される。
When the
冷凍サイクル装置100は、例えば、業務用又は家庭用の空気調和装置である。蒸発器101で冷却された被冷却媒体が室内に供給され、室内の冷房に使用される。あるいは、凝縮器103で加熱された被冷却媒体が室内に供給され、室内の暖房に利用される。被冷却媒体は、例えば、水である。ただし、冷凍サイクル装置100は空気調和装置に限定されず、チラー、蓄熱装置など他の装置であってもよい。
The
本実施形態において、「被冷却媒体」の語句に代えて「水」の語句を使用する。ただし、伝熱管202を流れる第1流体としての被冷却媒体は水に限定されず、オイル、ブラインなどの液体であってもよく、空気などの気体であってもよい。
In this embodiment, the phrase “water” is used instead of the phrase “cooled medium”. However, the medium to be cooled as the first fluid flowing through the
図2は、蒸発器101の縦断面図(図1のA−A断面)である。図2に示すように、蒸発器101は、シェルアンドチューブ式熱交換器で構成されている。具体的に、蒸発器101は、シェル201、伝熱管202、ヘッダー203、噴霧ノズル204、循環回路205、循環ポンプ206、流入管207、及び流出管208を備えている。伝熱管202、ヘッダー203、噴霧ノズル204、循環回路205及び循環ポンプ206は、シェル201の内部に配置されている。蒸発器101において冷媒を効率的に蒸発させることによって冷凍サイクルの効率(COP)が向上しうる。
FIG. 2 is a vertical sectional view of the evaporator 101 (AA cross section in FIG. 1). As shown in FIG. 2, the
流入管207及び流出管208には、それぞれ、流路110d及び流路110aが接続されうる。
A
伝熱管202は、多穴かつ扁平形状の伝熱管である。伝熱管202の入口から出口に向かって水が流れる。扁平面が鉛直方向に平行となるように複数の伝熱管202がヘッダー203とヘッダー203との間に並べられている。伝熱管202の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなどの金属材料が挙げられる。伝熱管202に水(第1流体)を循環させる回路105は、外気から隔離された密閉回路であってもよい。
The
本実施形態では、伝熱管202は、鉛直方向に3段で配置されている。噴霧される液相冷媒の量は、各段で等しくてもよく、異なっていてもよい。
In the present embodiment, the
シェル201は、その底部に液相冷媒を貯留するように構成されている。循環回路205は、シェル201の底部と噴霧ノズル204のそれぞれとを接続している。循環回路205に循環ポンプ206が配置されている。循環ポンプ206の働きにより、シェル201の底部に貯留された液相冷媒が循環回路205を通じて噴霧ノズル204に供給される。このような構成によれば、液相冷媒の回収が容易であるとともに、噴霧ノズル204に液相冷媒を供給するためのエネルギー消費を抑えることができる。
The
噴霧ノズル204は、横から水平方向に伝熱管202に向かって液相冷媒を噴霧するように配置されている。詳細には、噴霧ノズル204は、伝熱管202の側面に向かい合っており、扁平面に平行な方向から伝熱管202に向かって液相冷媒を噴霧する。本実施形態においては、一例として、噴霧ノズル204は、鉛直方向において、伝熱管202の入口と同じ高さの位置に配置されている。本実施形態において、水は、図面の上から下に向かって伝熱管202の中を流れる。液相冷媒は、第1流体の一例である水と熱交換するべき第2流体の一例である。
The
本明細書において、「伝熱管202の入口」の位置は、噴霧ノズル204から噴霧された液相冷媒が直接到達しうる伝熱管202の表面の最も上の位置を意味する。「伝熱管202の出口」の位置は、噴霧ノズル204から噴霧された液相冷媒が直接到達しうる伝熱管202の表面の最も下の位置を意味する。例えば、伝熱管202の端部がヘッダー203の内部に位置している場合、その端部の表面に液相冷媒は直接到達できない。したがって、「伝熱管202の入口」の位置は、伝熱管202の開口端の位置に必ずしも一致しない。「伝熱管202の出口」の位置は、伝熱管202の開口端に必ずしも一致しない。
In this specification, the position of “the inlet of the
本実施形態において、シェル201は矩形の断面形状を有しているが、円形の断面形状を有してもよい。また、シェル201は、耐圧容器であってもよい。
In this embodiment, the
図3は、図2における蒸発器のC−C断面を示す。 FIG. 3 shows a CC cross section of the evaporator in FIG.
伝熱管202は、鉛直方向にシェル201の下部から上部に向かって延びて、シェル201の内部に配置されている。鉛直方向における伝熱管202の両端部は、ヘッダー203と接続されている。伝熱管202内に水が流れる。伝熱管202に水を流す方法は、ヘッダーを用いない別の方法でもよい。
The
単位時間あたりに伝熱管202に到達する液相冷媒の量が伝熱管202の入口から伝熱管202の出口に向かって徐々に減少するように、噴霧ノズル204から伝熱管202に向かって第2流体が噴霧される。詳細は、後述する。
The second fluid from the
ヘッダー203の入口は、管板カバー209aに接続されている。ヘッダー203の出口は、管板カバー209bに接続されている。管板カバー209aには水が流入する入口管301、管板カバー209bには伝熱管202において熱交換された水が流出する出口管302が備えられている。つまり、水は、シェル201の下部に位置する入口管301から蒸発器101に流入する。そして、水は、複数のヘッダー203及び伝熱管202を経由して、シェル201の上部に位置する出口管302から蒸発器101の外部に流出する。
The inlet of the
また、管板カバー209の内部の流路は、仕切り板303によって仕切られている。ヘッダー203から流出した水が直上のヘッダー203に流入するように管板カバー209a及び209bの内部が仕切られている。
Further, the flow path inside the tube plate cover 209 is partitioned by a
図4は、伝熱管202の断面の拡大図である。伝熱管202は、外壁401と隔壁402とで構成され、外壁401と隔壁402で囲われた空間が水の流路403となる。外壁401と隔壁403は薄板であり、例えば0.5〜0.8mm程度の厚みを有する。一方、流路403の断面形状は、本実施形態では四角形をしている。流路403は、例えば、一辺が0.5mm〜3mm程度の四角形の断面を有する細管形状を成している。なお、本実施形態では、流路403の断面形状は四角形であるが、円形、三角形など形状でもよい。また、流路403の内壁面に微細な溝又はフィンを形成して表面積を増大させてもよい。
FIG. 4 is an enlarged view of a cross section of the
圧縮機102は、遠心圧縮機などの速度型圧縮機であってもよく、スクロール圧縮機などの容積型圧縮機であってもよい。
The
凝縮器103の型式は特に限定されない。プレート式熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器などの熱交換器が凝縮器103に使用されうる。
The type of the
以上のように構成された蒸発器101について、以下その動作及び作用を説明する。
About the
蒸発器101において液相冷媒が加熱され蒸発気化する。蒸発気化した低温低圧の気相冷媒は、流路110aを通じて圧縮機102に吸入され高温高圧の気相冷媒に圧縮される。圧縮された高温高圧の気相冷媒は流路110bを通じて凝縮器103に流入する。凝縮器103に流入した高温高圧の気相冷媒は、凝縮器103において冷却され凝縮液化する。凝縮液化した高圧の液相冷媒は流路110cを通じ、流量弁104を介して減圧されながら流路110dから低圧の液相冷媒として蒸発器101に戻される。
In the
このような冷凍サイクルにおいて、噴霧ノズル204から噴霧される冷媒ミストの流動状態について説明する。図5Aは、冷媒ミストの噴霧状態を示す。
The flow state of the refrigerant mist sprayed from the
蒸発器101内では、循環ポンプ206により圧送される液相冷媒が循環回路205を通じて噴霧ノズル204から霧化状態の冷媒液として伝熱管202に向かって噴霧される。
In the
図5Aに示すように、液相冷媒は、噴霧ノズル204から水平方向に向かって噴霧され、放射状に拡がりながら伝熱管202に到達する。これにより、液相冷媒は、伝熱管202の入口から出口にわたって噴霧される。鉛直方向の下方向への冷媒ミストの拡がりの角度は、水平方向に対する角度β(単位:度)で表される。角度βは、冷媒ミストの流れの下限を通る平面と水平方向に平行な平面とのなす角度である。
As shown in FIG. 5A, the liquid-phase refrigerant is sprayed in the horizontal direction from the
図5Bは、伝熱管202への冷媒ミストの噴霧量を示している。伝熱管202の入口202p及び伝熱管202の出口202qから等距離に位置する伝熱管202の表面上の点を中間点P1と定義する。噴霧ノズル204から噴霧され、単位時間あたりに伝熱管202における入口202pから中間点P1までの範囲に到達する液相冷媒の量をQ1と定義する。噴霧ノズル204から噴霧され、単位時間あたりに伝熱管202における出口202qから中間点P1までの範囲に到達する液相冷媒の量をQ2と定義する。本実施形態では、Q1>Q2の関係を満たすように、噴霧ノズル204から伝熱管202に向かって液相冷媒が噴霧される。
FIG. 5B shows the amount of refrigerant mist sprayed onto the
伝熱管202に水を流しつつ、噴霧ノズル204から伝熱管202に向かって液相冷媒を噴霧すると液相冷媒によって伝熱管202の中の水が冷却される。水の温度は、伝熱管202の入口202pの近傍で高く、伝熱管202の出口202qの近傍で低い。Q1>Q2の関係を満たすように、噴霧ノズル204から伝熱管202に向かって液相冷媒が噴霧される場合、入口202pの近傍でドライアウトが発生しにくく、中間点P1及び出口202qの近傍で液相冷媒が過剰となりにくい。つまり、本実施形態によれば、伝熱管202の表面における液相冷媒の供給量の分布を適正化することができる。これにより、液相冷媒の厚い液膜が形成されたり、ドライアウトが発生したりすることを回避できる。その結果、蒸発器101の熱交換性能が十分に発揮されうる。
When the liquid phase refrigerant is sprayed from the
図6Aは、噴霧ノズル204の縦断面を示している。図6Bは、噴霧ノズル204の横断面を示している。噴霧ノズル204は、導入部501、噴出孔502及びミスト形成部504を備えている。導入部501は、循環回路205を経由して液相冷媒を流入させる部分である。噴出孔502は、導入部501に接続された部分である。噴出孔502の流路断面積は、導入部501の流路断面積よりも小さい。したがって、噴出孔502において、液相冷媒の速度が増加する。本実施形態では、導入部501は、円形の断面を有するとともに、一定の流路断面積を有する。噴出孔502も、円形の断面を有するとともに、一定の流路断面積を有する。ミスト形成部504は、噴出孔502に接続された部分であって、液相冷媒をミスト状にする機能を持つ。噴出孔502の出口503において、ミスト形成部504が噴出孔502に接続されている。ミスト形成部504は、その内面として、第1面505及び第2面506を有する。第1面505は、鉛直方向の上側に位置している面である。第2面506は、鉛直方向の下側に位置している面である。第1面505及び第2面506は、それぞれ、伝熱管202の入口202p及び伝熱管202の出口202qに向かって延びている平坦面である。
FIG. 6A shows a longitudinal section of the
ただし、蒸発器101に適用可能な噴霧ノズルは、本実施形態のものに限定されない。
However, the spray nozzle applicable to the
本実施形態では、導入部501及び噴出孔502の中心を通る噴霧ノズル204の中心軸Oが水平方向に平行である。「水平方向に平行」は、数学的に完全に平行であることを必ずしも意味しない。製造上の誤差及び組立誤差を考慮に入れると、例えば、中心軸Oが水平方向に対して±1度傾いていたとしても、中心軸Oが水平方向に平行であるとみなすことができる。ただし、後述するように、中心軸Oは水平方向に平行でなくてもよい。
In the present embodiment, the central axis O of the
導入部501から流入した液相冷媒は噴出孔502を通って噴出する。伝熱管202の扁平面に垂直な方向から見たとき、導入部501及び噴出孔502の中心軸Oは、鉛直方向において、入口202pと中間点P1(図5B参照)との間に位置する。噴出孔502の出口503を中心に放射状に液相冷媒は噴出する。液相冷媒は、ミスト形成部504の第1面505(図6Aの上側の面)によって水平方向に方向転換され噴出される。
The liquid-phase refrigerant that has flowed from the
ミスト形成部504の第1面505は、伝熱管202の入口202pの近くに位置する。第1面505から入口202pまでの距離は、例えば、第2面506から入口202pまでの距離よりも短い。第1面505と中心軸Oとがなす角度を角度α(度)と定義する。
The
図6Aに示すように、ミスト形成部504の第2面506は、鉛直方向に平行な面に対し、角度θにて傾斜している。
As shown in FIG. 6A, the
図6Aにおいて、第2面506は、伝熱管202の出口202qの近くに位置する。第2面506と中心軸Oとがなす角度を角度β(度)と定義する。
In FIG. 6A, the
角度βは、例えば、冷媒ミストの流れの下限を通る面が伝熱管202の出口202qを通るように調整されうる。
The angle β can be adjusted, for example, such that the surface passing through the lower limit of the refrigerant mist flow passes through the
図6Cは、角度αが0度のときのミスト形成部504の一例を示す図である。第1面505は、水平方向に平行である。
FIG. 6C is a diagram illustrating an example of the
ミスト形成部504は、角度α<角度βの関係を満たす。その結果、伝熱管202の局所における水と液相冷媒の温度差に応じて適正量の液相冷媒を噴霧することが可能となる。そして、ドライアウト及び/又は未蒸発の冷媒の滞留による伝熱面積の減少を抑制することが可能となる。更に、効率よく液相冷媒を蒸発させることが可能となり、伝熱性能を向上することができる。
The
図12は、噴霧ノズル601の中心軸O1が伝熱管602の入口602pと出口602qとの中間点に位置しているときの冷媒ミストの噴霧状態を示している。伝熱管602の斜線部は、同一時刻に噴霧された液相冷媒が所定時間内に到達しうる領域(s1)を表している。伝熱管602の斜線部以外の領域は、同一時刻に噴霧された液相冷媒が所定時間内に到達していない領域(s2)である。
FIG. 12 shows the spray state of the refrigerant mist when the central axis O1 of the
図12に示す例において、液相冷媒は、噴霧ノズル601の中心軸O1の上下方向に放射状に噴霧される。伝熱管602の出口602qと噴霧ノズル601とを通る直線と水平方向に平行な平面(中心軸O1を含む平面)とのなす角度を角度δと定義する。冷媒ミストの特定の軌跡と水平方向に平行な平面とのなす角度を角度γと定義する。角度γが大きくなるに伴い、所定時間内に冷媒ミストが到達しうる領域s1の水平方向の幅(L)は短くなる。幅Lは、伝熱管602の側面から領域s1の外縁までの水平方向の距離である。噴霧ノズル601の中心軸O1を基準(=0度)とした場合、0≦γ≦δの間で角度γが角度δに近づくほど、同一時刻に噴霧された液相冷媒で濡らすことのできる伝熱管602の水平方向の面積は小さくなる。言い換えると、0≦γ≦δの間で角度γが角度δに近づくほど、水平方向の単位面積あたりの噴霧量は減少する。
In the example shown in FIG. 12, the liquid phase refrigerant is sprayed radially in the vertical direction of the central axis O <b> 1 of the
伝熱管602の中を流れる水と冷媒との温度差は、伝熱管602の入口602pで最も大きい。効率的な熱交換を達成するためには、伝熱管602の入口602pの近傍で最も多くの冷媒ミストが必要とされる。しかし、図12の構成によれば、伝熱管602の上流部分(入口602pから中間点までの部分)に十分な量の冷媒ミストを供給できないことがあり、ドライアウトが発生することがある。中間点の近傍に過剰な量の冷媒ミストが供給されて液相冷媒の厚い液膜が形成されることがある。
The temperature difference between the water flowing in the
図5Bを参照して説明したように、本実施形態によれば、入口202pから中間点P1までの上流部分に十分な量の冷媒ミストが供給されるので、ドライアウトの発生を防止して効率的な熱交換を達成できる。中間点P1の近傍に冷媒ミストが過剰に供給されないので、液相冷媒の厚い液膜が形成されにくい。
As described with reference to FIG. 5B, according to the present embodiment, a sufficient amount of the refrigerant mist is supplied to the upstream portion from the
特に、図6Cを参照して説明した噴霧ノズル204cによれば、冷媒ミストが第1面505の形成方向に向かって集約されながら噴霧されるため、水平方向に高密度で冷媒ミストが噴霧される。
In particular, according to the
伝熱管202を流れる水は、一定温度で噴霧される低温の液相冷媒と熱交換されるため、伝熱管202の入口202pから出口202qにかけてその温度は徐々に低下する。すなわち、伝熱管202を流れる水の温度と液相冷媒との温度差は伝熱管202の入口202pで最も大きく、出口202qに向かうに伴い小さくなる。
Since the water flowing through the
同一伝熱面積においては、水と液相冷媒との温度差が小さいほど熱交換できる熱量は小さくなる。すなわち、蒸発することができる液相冷媒の流量も少なくなる。 In the same heat transfer area, the smaller the temperature difference between water and the liquid refrigerant, the smaller the amount of heat that can be exchanged. That is, the flow rate of the liquid phase refrigerant that can be evaporated is also reduced.
本実施形態によれば、伝熱管202に到達する液相冷媒の流量は、水と液相冷媒との温度差が最も大きい伝熱管202の入口202pの位置で最大となる。伝熱管202の入口202pから出口202qに向かうにつれて、水と液相冷媒との温度差が徐々に小さくなり、液相冷媒の流量も徐々に少なくなる。本実施形態によれば、伝熱管202の中の水と液相冷媒との温度差に応じて適切な流量で液相冷媒が噴霧される。詳細には、単位時間あたりに伝熱管202に到達する液相冷媒の量が入口202pから出口202qに向かって徐々に減少するように、噴霧ノズル204から伝熱管202に向かって液相冷媒が噴霧される。言い換えれば、伝熱管202の入口202pから出口202qに向かって噴霧密度が徐々に小さくなるように液相冷媒が噴霧される。このようにすれば、伝熱管202の表面における液相冷媒の供給量の分布を更に適正化することができる。
According to this embodiment, the flow rate of the liquid phase refrigerant reaching the
また、噴霧ノズル204の第1面505に沿って、液相冷媒が水平に噴霧されるため、垂直に配置された伝熱管202の入口202pの近傍に液相冷媒が直接噴霧される。つまり、伝熱管202の上方に逃げる冷媒ミストを大幅に減らせる。このため、ヘッダー203に冷媒ミストが衝突することが少なくなり、衝突にともないヘッダー203から流下する余剰冷媒の伝熱管202の伝熱面への再付着が抑制される。
Further, since the liquid phase refrigerant is sprayed horizontally along the
図7Aは、伝熱管202と噴霧ノズル204との位置関係を示している。本実施形態において、噴霧ノズル204と伝熱管202の入口202pとの間の距離L1は、噴霧ノズル204と伝熱管202の出口202qとの間の距離L2よりも短い。このような構成によれば、伝熱管202の表面における液相冷媒の供給量の分布を適正化しやすい。
FIG. 7A shows the positional relationship between the
本実施形態において、噴霧ノズル204と伝熱管202の入口202pとを結ぶ直線は、噴霧ノズル204の中心軸Oであり、伝熱管202の前縁202fと垂直に交差している。
In the present embodiment, the straight line connecting the
図7Bは、変形例に係る噴霧ノズル204の姿勢を示す図である。噴霧ノズル204から放射状に液相冷媒が噴霧される。液相冷媒の噴霧角度がβ1である。噴霧ノズル204の中心軸Oは、水平方向から下向きにβ1/2(度)傾斜している。このような配置によれば、冷媒ミストの流れの上限を通る平面が水平方向に概ね平行となるので、伝熱管202の入口202pの上部を通過する冷媒ミストを減らすことができる。もちろん、図6Aから図6Cを参照して説明したように、噴霧ノズル204のミスト形成部504の第1面505の角度を適切に調節することによって、噴霧ノズル204の姿勢を変更することなく、同じ効果を得ることができる。
FIG. 7B is a diagram illustrating the posture of the
図8A及び図8Bは、冷媒ミストの流れの立体形状を示している。図9は、伝熱管202の並び方向への冷媒ミストの拡がりを示している。図9は、鉛直方向から伝熱管202及び冷媒ミストを観察した様子を示している。冷媒ミストの流れは、噴霧ノズル204から伝熱管202に向かう液相冷媒の流れである。冷媒ミストの流れを冷媒ミストの流れ方向と垂直な方向に切断して観察したとき、冷媒ミストの流れの外縁が矩形の形状を示す。冷媒ミストの軌跡は、四角錘の立体形状を形成する。矩形の形状は、伝熱管202の扁平面に垂直な方向に平行な1組の短辺を有する形状である。このような構成によれば、矩形領域に配列された伝熱管202に対応した形状にて液相冷媒を噴霧することが可能である。そのため、複数の伝熱管202において、冷媒ミストが到達できない部分が発生することを防止できるとともに、冷媒ミストの濡れ性を向上することができる。特に、矩形領域の四隅の領域に冷媒ミストが到達できない部分が発生することを防止できる。
8A and 8B show the three-dimensional shape of the flow of the refrigerant mist. FIG. 9 shows the expansion of the refrigerant mist in the direction in which the
図5Aを参照して説明したように、角度α<角度βの関係を満たすようにノズル204が構成されている場合、図8Aに示すような冷媒ミストの立体形状を形成しやすい。冷媒ミストの流れ方向は、例えば、中心軸Oに平行な方向である。冷媒ミストの流れを中心軸Oに垂直な平面によって切断して観察したとき、中心軸Oの位置は、伝熱管202の入口側にオフセットしている。これにより、伝熱管202の入口202pから出口202qに向かって理想的な噴霧量の分布を形成することが可能になる。
As described with reference to FIG. 5A, when the
図8Bに示すように、冷媒ミストの流れは、横方向の長さHかつ縦方向の長さVの矩形の形状を示す。横方向の長さHは、縦方向の長さVよりも小さい。この場合、図9に示すように、伝熱管202に対する冷媒ミストの噴霧角度β2が小さくなるので、伝熱管202と伝熱管202との間を冷媒ミストが通過しやすい。噴霧ノズル204から遠い側に位置している部分にも十分な量の冷媒ミストが供給されるので、伝熱性能の更なる向上を期待できる。
As shown in FIG. 8B, the flow of the refrigerant mist shows a rectangular shape having a horizontal length H and a vertical length V. The length H in the horizontal direction is smaller than the length V in the vertical direction. In this case, as shown in FIG. 9, since the spray angle β2 of the refrigerant mist with respect to the
図6Aから図6Cを参照して説明したように、冷媒ミストの流れの立体形状は、噴霧ノズル204のミスト形成部504の形状によって制御可能である。
As described with reference to FIGS. 6A to 6C, the three-dimensional shape of the flow of the refrigerant mist can be controlled by the shape of the
本実施形態によれば、水と液相冷媒の温度差に応じて適正量の液相冷媒を噴霧することが可能となる。伝熱管202の伝熱面上におけるドライアウトの発生を防止できるだけでなく、未蒸発の液相冷媒の滞留による伝熱面積の減少を抑制することが可能となる。その結果、効率よく液相冷媒を蒸発させることが可能となり、伝熱性能を向上することができる。
According to this embodiment, it is possible to spray an appropriate amount of the liquid phase refrigerant according to the temperature difference between the water and the liquid phase refrigerant. It is possible not only to prevent the occurrence of dryout on the heat transfer surface of the
更に、伝熱管202の入口202pへ噴霧される冷媒ミストの噴霧角度が小さくなるため、伝熱管202に衝突せずに伝熱管202の入口202pの上部を通過する冷媒ミストを減らすことができる。そのため、余剰冷媒が伝熱管202に再付着して伝熱管202の表面に液相冷媒の過剰な液膜が形成されることも防止できる。このことも、蒸発器101の伝熱性能を向上に寄与する。特に、大型のシステムにおいては、余剰冷媒の再付着を回避して液膜の適正化が可能となるとともに、無駄な噴霧がなくなるため、ポンプ動力を低減でき、高効率化が可能となる。
Further, since the spray angle of the refrigerant mist sprayed to the
本明細書に開示されたシェルアンドチューブ式熱交換器は、業務用エアコンなどの空気調和装置に特に有用である。シェルアンドチューブ式熱交換器は、蒸発器のみならず、凝縮器として使用されてもよい。本明細書に開示された冷凍サイクル装置は、空気調和装置に限定されず、吸収式冷凍機、チラー、蓄熱装置などの他の装置であってもよい。 The shell and tube heat exchanger disclosed in the present specification is particularly useful for an air conditioner such as a commercial air conditioner. The shell and tube heat exchanger may be used not only as an evaporator but also as a condenser. The refrigeration cycle apparatus disclosed in the present specification is not limited to an air conditioner, and may be another apparatus such as an absorption chiller, a chiller, or a heat storage device.
100 冷凍サイクル装置
101 蒸発器
102 圧縮機
103 凝縮器
201 シェル
202 伝熱管
202p 入口
202q 出口
204,204c 噴霧ノズル
207 流入管
208 流出管
501 導入部
502 噴出孔
504 ミスト形成部
505 第1面
506 第2面
O 中心軸
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記シェルの内部に位置し、入口から出口に向かって第1流体が流れる扁平形状の伝熱管と、
前記シェルの内部に位置し、前記伝熱管に向かって第2流体を噴霧するノズルと、を備えた、シェルアンドチューブ式熱交換器における噴霧方法であって、
前記入口及び前記出口から等距離に位置する前記伝熱管の表面上の点を中間点とし、
前記ノズルから噴霧され、単位時間あたりに前記伝熱管における前記入口から前記中間点までの範囲に到達する前記第2流体の量をQ1とし、
前記ノズルから噴霧され、単位時間あたりに前記伝熱管における前記出口から前記中間点までの範囲に到達する前記第2流体の量をQ2としたとき、
前記方法は、Q1>Q2の関係を満たすように、前記ノズルから前記伝熱管に向かって前記第2流体を噴霧すること、
を含む、噴霧方法。 Shell,
A flat heat transfer tube located inside the shell and through which the first fluid flows from the inlet toward the outlet;
A spray method in a shell-and-tube heat exchanger, the nozzle being located inside the shell and spraying a second fluid toward the heat transfer tube,
A point on the surface of the heat transfer tube located equidistant from the inlet and the outlet is an intermediate point,
The amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the range from the inlet to the intermediate point in the heat transfer tube per unit time is defined as Q1,
When the amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the range from the outlet to the intermediate point in the heat transfer tube per unit time is Q2,
And spraying the second fluid from the nozzle toward the heat transfer tube so as to satisfy a relationship of Q1> Q2.
A spraying method.
請求項1に記載の噴霧方法。 The nozzle sprays the second fluid stored at the bottom of the shell toward the heat transfer tube.
The spraying method according to claim 1.
請求項1又は2に記載の噴霧方法。 Spraying the second fluid from the nozzle toward the heat transfer tube so that the amount of the second fluid reaching the heat transfer tube per unit time gradually decreases from the inlet toward the outlet;
The spraying method according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載の噴霧方法。 And flowing the first fluid through the heat transfer tube.
The spraying method according to any one of claims 1 to 3.
前記シェルの内部に位置し、入口から出口に向かって第1流体が流れる扁平形状の伝熱管と、
前記シェルの内部に位置し、前記伝熱管に向かって第2流体を噴霧するノズルと、
を備え、
前記入口及び前記出口から等距離に位置する前記伝熱管の表面上の点を中間点とし、
前記ノズルから噴霧され、単位時間あたりに前記伝熱管における前記入口から前記中間点までの範囲に到達する前記第2流体の量をQ1とし、
前記ノズルから噴霧され、単位時間あたりに前記伝熱管における前記出口から前記中間点までの範囲に到達する前記第2流体の量をQ2としたとき、
Q1>Q2の関係を満たす、
シェルアンドチューブ式熱交換器。 Shell,
A flat heat transfer tube located inside the shell and through which the first fluid flows from the inlet toward the outlet;
A nozzle located inside the shell and spraying a second fluid toward the heat transfer tube;
With
A point on the surface of the heat transfer tube located equidistant from the inlet and the outlet is an intermediate point,
The amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the range from the inlet to the intermediate point in the heat transfer tube per unit time is defined as Q1,
When the amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the range from the outlet to the intermediate point in the heat transfer tube per unit time is Q2,
Satisfying the relationship of Q1> Q2.
Shell and tube heat exchanger.
請求項5に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。 The nozzle sprays the second fluid stored at the bottom of the shell toward the heat transfer tube,
The shell and tube type heat exchanger according to claim 5.
請求項5又は6のいずれかに記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。 The amount of the second fluid sprayed from the nozzle and reaching the heat transfer tube per unit time gradually decreases from the inlet toward the outlet;
The shell and tube type heat exchanger according to claim 5 or 6.
前記伝熱管の扁平面に垂直な方向からみたとき、前記噴出孔の中心軸は、鉛直方向において、前記入口と前記中間点との間に位置し、
前記ミスト形成部は、鉛直方向の上側に位置する第1面及び鉛直方向の下側に位置する第2面を含み、
前記第1面と前記噴出孔の前記中心軸とのなす角度が角度αであり、
前記第2面と前記噴出孔の前記中心軸とのなす角度が角度βであるとき、
前記角度α<前記角度βの関係を満たす、
請求項5から7のいずれか1項に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。 The nozzle is connected to the introduction part for allowing the second fluid to flow in, the injection part connected to the introduction part for increasing the speed of the second fluid, and connected to the injection hole, so that the second fluid is mist-shaped. A mist forming part,
When viewed from the direction perpendicular to the flat surface of the heat transfer tube, the central axis of the ejection hole is located between the inlet and the intermediate point in the vertical direction,
The mist forming part includes a first surface located on the upper side in the vertical direction and a second surface located on the lower side in the vertical direction,
An angle formed by the first surface and the central axis of the ejection hole is an angle α,
When the angle formed between the second surface and the central axis of the ejection hole is an angle β,
Satisfying the relationship of the angle α <the angle β.
The shell-and-tube heat exchanger according to any one of claims 5 to 7.
請求項5から9のいずれか1項に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。 When the flow of the second fluid from the nozzle toward the heat transfer tube is observed in a direction perpendicular to the flow direction of the second fluid, the outer edge of the flow of the second fluid has a rectangular shape.
The shell and tube type heat exchanger according to any one of claims 5 to 9.
請求項10に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。 The rectangular shape is a shape having a pair of short sides parallel to a direction perpendicular to the flat surface of the heat transfer tube.
The shell and tube type heat exchanger according to claim 10.
圧縮機と、
を備えた、
冷凍サイクル装置。 A shell and tube heat exchanger according to any one of claims 5 to 11,
A compressor,
With
Refrigeration cycle equipment.
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JP2018076876 | 2018-04-12 |
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---|---|---|---|---|
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- 2019-03-07 JP JP2019041933A patent/JP2019184228A/en active Pending
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WO2023080181A1 (en) * | 2021-11-08 | 2023-05-11 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Shell-and-tube heat exchanger, operation method therefor, and refrigeration device provided therewith |
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