JP2020056532A - シェルアンドチューブ式熱交換器 - Google Patents
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Abstract
Description
液相の冷媒を貯留する冷媒貯留部を有するシェルと、
前記シェルの内部に互いに平行に配置された複数の伝熱管と、
前記冷媒貯留部に連通し、前記複数の伝熱管に向かって延びている循環路と、
前記循環路に設けられ、前記複数の伝熱管に向かって前記液相の冷媒を噴霧する複数のノズルと、
を備え、
前記複数のノズルは、前記伝熱管の長手方向に沿って前記循環路に設けられた複数の第1ノズルと、前記複数の第1ノズルの下方において前記伝熱管の前記長手方向に沿って前記循環路に設けられた複数の第2ノズルと、を含む、シェルアンドチューブ式熱交換器を提供する。
シェルアンドチューブ式熱交換器においては、伝熱管の外部の液膜の熱抵抗が伝熱を律速する。熱通過率を向上させるには、冷媒の散布量を減らして液膜を均一に薄膜化することが有効である。特許文献1に記載された液体散布装置を使用すれば、伝熱管の長手方向において冷媒を均一に滴下させることが可能である。
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は、
液相の冷媒を貯留する冷媒貯留部を有するシェルと、
前記シェルの内部に互いに平行に配置された複数の伝熱管と、
前記冷媒貯留部に連通し、前記複数の伝熱管に向かって延びている循環路と、
前記循環路に設けられ、前記複数の伝熱管に向かって前記液相の冷媒を噴霧する複数のノズルと、
を備え、
前記複数のノズルは、前記伝熱管の長手方向に沿って前記循環路に設けられた複数の第1ノズルと、前記複数の第1ノズルの下方において前記伝熱管の前記長手方向に沿って前記循環路に設けられた複数の第2ノズルと、を含む。
第1熱交換器と、
第2熱交換器と、
前記第1熱交換器から前記第2熱交換器への経路上に配置されたエリミネータと、
を備え、
前記第1熱交換器が第1から第9態様のいずれか1つのシェルアンドチューブ式熱交換器である。
第1から第9態様のいずれか1つのシェルアンドチューブ式熱交換器を蒸発器として備えている。
図1は、本開示の実施形態1に係るシェルアンドチューブ式熱交換器10の断面を示している。図2は、図1に示すシェルアンドチューブ式熱交換器10の側面を示している。本明細書において、「シェルアンドチューブ式熱交換器」を単に「熱交換器」と記載することがある。
図4は、変形例1に係るシェルアンドチューブ式熱交換器20の断面を示している。図2に示すように、本変形例の熱交換器20において、複数の伝熱管3から選ばれる少なくとも1つの伝熱管3は、冷媒の噴霧流の中心軸Oに交差する表面を有する。本変形例では、ノズル8に最も近い列以外の特定の列に属する伝熱管3に噴霧流の中心軸Oが交差するように、複数の伝熱管3の位置が重力方向にオフセットしている。ノズル8から横方向(X方向)を見たとき、オフセットした伝熱管3の表面(半球面)を見ることができる。
図6は、変形例2に係るシェルアンドチューブ式熱交換器30の断面を示している。図6に示すように、本変形例の熱交換器30において、複数の伝熱管3は、重力方向に並んだ第1伝熱管3a、第2伝熱管3b及び第3伝熱管3cを含む。言い換えれば、第1伝熱管3a、第2伝熱管3b及び第3伝熱管3cのそれぞれは、互いに異なる段に属する伝熱管3である。第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとが重力方向において互いに隣接し、第2伝熱管3bと第3伝熱管3cとが重力方向において互いに隣接する。第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間隔(最短距離)は、第2伝熱管3bと第3伝熱管3cとの間隔(最短距離)よりも広い。ノズル8の位置は、第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間の空間を噴霧流の中心軸Oが通るように定められている。このような構成によれば、列方向への噴霧流の到達距離が伸びる。このことは、熱交換器20の小型化に寄与するだけでなく、伝熱管3の表面における液膜の均一な薄膜化にも寄与する。本変形例の構成は、本開示の他の熱交換器にも適用可能である。本変形例の構成は、特に、図4を参照して説明した変形例1に係る熱交換器20との相性が良好である。
図7は、変形例3に係るシェルアンドチューブ式熱交換器40の断面を示している。図8は、図7に示すシェルアンドチューブ式熱交換器40の側面を示している。
図11は、変形例4に係るシェルアンドチューブ式熱交換器50の断面を示している。熱交換器50は、変形例1の熱交換器20に変形例3の熱交換器40の排液トレイ9を適用することによって構築されうる。したがって、熱交換器50によれば、変形例1の熱交換器20において得られる効果と変形例3の熱交換器40において得られる効果とが重畳的に得られる。
図12は、本開示の実施形態2に係る熱交換ユニット100の断面を示している。図12に示すように、熱交換ユニット100は、熱交換器50(第1熱交換器)、熱交換器51(第2熱交換器)及びエリミネータ12を備えている。エリミネータ12は、熱交換器50と熱交換器51との間に配置されている。詳細には、エリミネータ12は、熱交換器50から熱交換器51への経路上に配置されている。熱交換器50は、図11を参照して説明したシェルアンドチューブ式熱交換器50である。本実施形態によれば、高い熱交換能力を有する小型な熱交換ユニット100を提供することができる。熱交換器50に代えて、先に説明した他の熱交換器10,20,30又は40も熱交換ユニット100に使用可能である。
図13は、本開示の実施形態3に係る冷凍機200の構成を示している。冷凍機200は、蒸発器201、吸収器202、再生器203、凝縮器204及びポンプ205を備えている。蒸発器201として、実施形態1に係る熱交換器10が使用されうる。本実施形態によれば、優れたCOPを有する小型な冷凍機200を提供することができる。熱交換器10に代えて、熱交換器20,30,40又は50も使用可能である。
2a 冷媒貯留部
3 伝熱管
4 冷媒流出口
5 熱媒体
6 循環路
6b 分岐部分
7 ポンプ
8 ノズル
8a 第1ノズル
8b 第2ノズル
9 排液トレイ
10,20,30,40,50 シェルアンドチューブ式熱交換器
12 エリミネータ
100 熱交換ユニット
200 冷凍機
Claims (11)
- 液相の冷媒を貯留する冷媒貯留部を有するシェルと、
前記シェルの内部に互いに平行に配置された複数の伝熱管と、
前記冷媒貯留部に連通し、前記複数の伝熱管に向かって延びている循環路と、
前記循環路に設けられ、前記複数の伝熱管に向かって前記液相の冷媒を噴霧する複数のノズルと、
を備え、
前記複数のノズルは、前記伝熱管の長手方向に沿って前記循環路に設けられた複数の第1ノズルと、前記複数の第1ノズルの下方において前記伝熱管の前記長手方向に沿って前記循環路に設けられた複数の第2ノズルと、を含む、シェルアンドチューブ式熱交換器。 - 前記複数のノズルから選ばれる少なくとも1つの前記ノズルの位置は、重力方向において互いに隣り合う前記伝熱管と前記伝熱管との間の空間を前記冷媒の噴霧流の中心軸が通るように定められている、請求項1に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
- 前記複数の伝熱管から選ばれる少なくとも1つの前記伝熱管は、前記噴霧流の前記中心軸に交差する表面を有する、請求項2に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
- 前記複数の伝熱管は、重力方向に並んだ第1伝熱管、第2伝熱管及び第3伝熱管を含み、
前記第1伝熱管と前記第2伝熱管とが前記重力方向において互いに隣接し、前記第2伝熱管と前記第3伝熱管とが前記重力方向において互いに隣接し、
前記第1伝熱管と前記第2伝熱管との間隔は、前記第2伝熱管と前記第3伝熱管との間隔よりも広く、
前記ノズルの位置は、前記第1伝熱管と前記第2伝熱管との間の空間を前記噴霧流の前記中心軸が通るように定められている、請求項2又は3に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。 - 重力方向において互いに隣り合う前記伝熱管と前記伝熱管との間に配置された排液トレイをさらに備えた、請求項1から4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。
- 前記排液トレイは、前記伝熱管の前記長手方向に延びている、請求項5に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
- 前記排液トレイは、前記重力方向において、前記第1ノズルと前記第2ノズルとの間に位置している、請求項5又は6に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
- 前記長手方向及び前記重力方向の両方向に対して垂直な方向を列方向と定義し、
前記複数の伝熱管及び前記排液トレイを平面視したとき、前記排液トレイは、前記列方向の最も端に位置している前記伝熱管を超える位置まで延びている、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。 - 前記排液トレイが前記重力方向に対して傾斜している、請求項5から8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。
- 第1熱交換器と、
第2熱交換器と、
前記第1熱交換器から前記第2熱交換器への経路上に配置されたエリミネータと、
を備え、
前記第1熱交換器が請求項1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である、熱交換ユニット。 - 請求項1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を蒸発器として備えた、冷凍機。
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