JP2021536559A - 流下液膜式蒸発器 - Google Patents

Abstract

流下液膜式蒸発器（１００）が提供され、そのハウジング（１０１）は熱交換管（３０４）、有孔板（２０５）、及びスプレー管（２０２）を収容し、有孔板（２０５）はスプレー管（２０２）と熱交換管（３０４）との間に設けられ、それにより、スプレー管（２０２）からスプレーされる冷媒は、有孔板（２０５）の分配によって熱交換管（３０４）の表面上にスプレーされ、スプレー管（２０２）上のスプレー開口部（３０１）は短冊形状を有し、開口部の伸長方向はスプレー管（２０２）の長さ方向に垂直である。スプレー管（２０２）の長さ方向を熱交換管（３０４）の長さ方向に実質的に垂直になるように構成することにより、スプレー開口部（３０１）からスプレーされた冷媒が実質的にハウジング（１０１）の長さ方向に流れ、冷媒の流れの経路が長くなり、熱交換管（３０４）の表面上への不均一なスプレーが回避される。

Description

本出願は、流下液膜式蒸発器の技術分野に関する。

流下液膜式蒸発器は一般に、冷媒分配器を使用して熱交換管束内の熱交換管の表面に冷媒を分配し、蒸発のための液膜を形成させる。それらは、熱交換管表面からの薄膜蒸発のメカニズムを利用しており、熱伝達効率が高く冷媒投入量が少ないという利点を有し、近年、冷蔵及び空調業界において研究の中心となってきている。しかしながら、蒸発器内の熱交換管束上での冷媒分配の均一性が、蒸発器の熱交換性能を制限する主要な要因となっている。冷媒分配器に入る冷媒の状態は、一般に気相及び液相であり、冷媒のこれら２つの相が流下液膜式蒸発器の熱交換管束上に均一に分配されない場合、結果として、冷媒分配器は熱交換管の一部には過剰な冷媒を供給し、熱交換管の別の部分には少なすぎる冷媒を供給することになり、「ドライスポット」という現象がおこり、流下液膜式蒸発器の全体的な熱交換性能の低下につながる。

本出願の目的は、熱交換管に冷媒を均一に分配することができる改良された流下液膜式蒸発器を提供することである。

上記の目的を達成するために、本出願は流下液膜式蒸発器を提供し、この流下液膜式蒸発器は、ハウジングと、熱交換管と、有孔板と、スプレー管と、液体入口管と、を備える。ハウジングは収容キャビティを有する。熱交換管の長さ方向は、ハウジングの長さ方向と同じである。有孔板は熱交換管の上方に配置され、有孔板は複数の分配孔を備えている。スプレー管は有孔板の上方に配置され、スプレー管は複数のスプレーポートを有し、スプレーポートはスプレー管の長さ方向に間隔をあけて分配されており、スプレーポートは有孔板に向けて冷媒をスプレーすることができるように構成される。液体入口管は、液体入口管を通って流れる冷媒がスプレー管に流れ込むことができるように、スプレー管と流体連通している。熱交換管、有孔板、及びスプレー管は全て、収容キャビティ内に配置される。スプレー管の長さ方向は、ハウジングの長さ方向に実質的に垂直である。

上述した流下液膜式蒸発器では、有孔板の長さ方向はハウジングの長さ方向と同じであり、スプレーポートは、冷媒が有孔板に向けてスプレーされた後で、冷媒が有孔板の長さ方向に流れることができるように構成されている。

上述した流下液膜式蒸発器では、スプレー管の底部は円弧状の端面を有し、この円弧状の端面は有孔板の方向に突き出ており、スプレーポートは短冊状をしており、スプレーポートの少なくとも一部は円弧状の端面上に配置される。

上述した流下液膜式蒸発器では、スプレー管はハウジングの長さ方向に延びる２つの拡張部分を有し、拡張部分の端部は外側に突き出た円弧状の端面を備え、スプレーポートは短冊状をしており、スプレーポートの少なくとも一部は円弧状の端面上に配置される。

上述した流下液膜式蒸発器では、スプレー管の断面は平坦な楕円形状を有しており、２つの拡張部分はそれぞれスプレー管の左端及び右端に配置され、スプレーポートは短冊状をしており、スプレーポートは、スプレー管の底部からそれぞれスプレー管の左端及び右端にある円弧状の端面に向けて延びている。

上述した流下液膜式蒸発器では、スプレー管の断面は逆「Ｙ」字型を有し、２つの拡張部分はスプレー管の底部に別々に配置され、斜めに下向きに延びており、スプレーポートは短冊状をしており、スプレーポートの少なくとも一部は円弧状の端面上に配置される。

上述した流下液膜式蒸発器では、複数の前述のスプレー管が流下液膜式蒸発器に配置され、これら複数のスプレー管の上端は、複数のスプレー管が互いに流体連通するように、互いに連通している。

上述した流下液膜式蒸発器では、スプレー管の数は偶数であり、複数のスプレー管は、液体入口管を基準にして対称的に分配されている。

上述した流下液膜式蒸発器は液体入口ボックスを更に備え、液体入口ボックスは液体入口管とスプレー管との間に配置され、それにより、液体入口管とスプレー管は液体入口ボックスによって互いに流体連通することができる。

上述した流下液膜式蒸発器はカバー板を更に備え、カバー板はスプレー管の上側部分に配置され、カバー板の２つの側縁は有孔板に向かって延び、密封態様で有孔板の２つの側縁に直接的に又は間接的に接続される。

本出願の流下液膜式蒸発器では、スプレー管の長さ方向は蒸発器ハウジングの長さ方向に実質的に垂直になるように構成される。この構成により、スプレーポートからスプレーされる冷媒が実質的にハウジングの長さ方向に移動することが可能になり、従って、スプレーポートからスプレーされる冷媒の流路が延び、スプレーされた冷媒の流れが妨げられることに起因して冷媒が熱交換管の表面に不均一にスプレーされるという問題が回避される。

本出願の実施形態における流下液膜式蒸発器１００の３次元構造の概略図である。 図１に示した流下液膜式蒸発器１００のハウジング１０１内部に配置される構成要素のうちの幾つかの構造概略図である。 図１に示した流下液膜式蒸発器１００の、液体入口管１０２の位置での、径方向断面図である。 図３に示した流下液膜式蒸発器１００の、スプレー管２０２の領域での、部分拡大図である。 図２のスプレー管２０２の３次元構造の概略図である。 図５に示したスプレー管２０２の、スプレーポート３０１の位置での、断面を示す。 図４に示した位置構成でスプレー管２０２からスプレーされた後の冷媒の移動経路を示す。 スプレー管２０２の、スプレーポート３０１の位置での、断面形状の第１の実施形態を示す。 スプレー管２０２の、スプレーポート３０１の位置での、断面形状の第２の実施形態を示す。 ２つのスプレー管２０２を有する流下液膜式蒸発器の、液体入口管１０２の位置での、軸方向の断面図である。 流下液膜式蒸発器における２つのスプレー管の構造の第１の実施形態を示す。 流下液膜式蒸発器における２つのスプレー管の構造の第２の実施形態を示す。 流下液膜式蒸発器における２つのスプレー管の構造の第３の実施形態を示す。 流下液膜式蒸発器における２つのスプレー管の構造の第４の実施形態を示す。 流下液膜式蒸発器内部のスプレー管の位置構成の比較実施形態を示す。 図１１に示したスプレー管の位置構成を有する流下液膜式蒸発器の、液体入口管の位置での、軸方向断面図を示す。 図１１に示したスプレー管の位置構成を有する流下液膜式蒸発器の、液体入口管の位置での、径方向断面図を示す。 図１３に示したスプレー管からスプレーされた後の冷媒の移動経路を示す。 図１４に示した有孔板の幅方向における異なる位置を通って流れる冷媒の流速を示す。

本出願の様々な具体的な実施形態について、本明細書の一部を形成する図面を参照しながら、以下で説明する。「前」、「後」、「上側」、「下側」、「左」、「右」、「上部」、「底部」などの方向を示す用語が、本出願の様々な例証的な構造部分及び要素を説明するために本出願で使われているが、これらの用語は本明細書では、説明の便宜上のみのために使用されており、図に示した例証的な向きに基づいて決定されていることを、理解されたい。本明細書に開示する実施形態は、異なる向きで構成されることがあるので、方向を示すこれらの用語は、例示に過ぎず、限定するものとしてみなされるべきではない。

図１は、本出願の実施形態における流下液膜式蒸発器１００の３次元構造を示す。図１に示すように、流下液膜式蒸発器１００は、ハウジング１０１、液体入口管１０２、ガス吸引管１０４、及び管板１０３を備える。ハウジング１０１は実質的に円筒形であり、管板１０３は、ハウジング１０１の長さ方向の両端にそれぞれ配置される。液体入口管１０２はハウジング１０１の上側部分に配置され、冷媒をハウジング１０１の内部に導くように構成される。ガス吸引管１０４もハウジング１０１の上側部分に配置され、ハウジング１０１から気体の冷媒を排出するように構成される。

図２は、図１に示した流下液膜式蒸発器１００のハウジング１０１内部に配置される構成要素のうちの幾つかについての構造概略図であり、説明の都合上、ハウジング１０１の外側に配置される液体入口管１０２も図２に含まれている。図２に示すように、流下液膜式蒸発器１００はスプレー管２０２、有孔板２０５、及びハウジング１０１の収容キャビティ内に配置される熱交換管束２０１（図３に示す）を更に備える。スプレー管２０２は液体入口管１０２の下に配置され、有孔板２０５はスプレー管２０２の下に配置され、熱交換管束２０１は有孔板２０５の下に配置される。スプレー管２０２は、実質的に、両端が閉じた管の形状をしている。液体入口管１０２と流体連通するように構成された入口２０６が、スプレー管２０２の上部に設けられている。複数のスプレーポート３０１がスプレー管２０２の底部に設けられ、スプレー管２０２に入った冷媒を、スプレー管２０２の下の有孔板２０５にスプレーするように構成される。有孔板２０５は実質的に長い短冊状の形状をしており、その長さ方向はハウジング１０１の長さ方向と同じである。有孔板２０５は複数の分配孔３０５を備えており、この孔は、有孔板２０５上にスプレーされた冷媒を再分配するように構成されており、その結果、有孔板２０５の下の熱交換管束２０１上に冷媒を均一に分配することができる。側面停止板２０４も有孔板２０５の左右の対向面に設けられ、これら２つの側面停止板２０４は有孔板２０５に垂直に下方に延び、その結果、これら２つの側面停止板２０４と有孔板２０５は一緒に、下方に開いている収容空間を形成する。図２に示した実施形態では、有孔板２０５の分配孔３０５の全てが円形である。他の実施形態では、分配孔３０５は、例えば楕円形、正方形、又は菱形などの別の形状のものであり得る。更に、スプレー管２０２の長さ方向は、有孔板２０５の長さ方向に実質的に垂直である。つまり、スプレー管２０２の長さ方向は、有孔板２０５の幅方向と同じである。一般的に、スプレー管２０２の長さ方向は有孔板２０５の長さ方向に垂直であるが、一定の範囲内でのこれら２つの構成要素の位置関係のずれは制限されない。スプレー管２０２は有孔板２０５の長さ方向の中央位置に配置され、その結果、スプレー管２０２からスプレーされる冷媒を、有孔板２０５の長さ方向の中央位置から有孔板２０５の長さ方向の両側に向けて均一にスプレーすることができる。

流下液膜式蒸発器１００は、スプレー管２０２と液体入口管１０２との間に配置された液体入口ボックス２０３と、スプレー管２０２の上側部分に配置されたカバー板３０２とを更に備える。液体入口ボックス２０３は、スプレー管２０２の長さ方向に冷媒を予め分配できるようにするために、スプレー管２０２の長さ方向に延び、液体入口管１０２とスプレー管２０２の入口２０６との間に流体連通を確立するように構成される。カバー板３０２は、有孔板２０５の長さ方向に延び、カバー板３０２の２つの側縁は下方に延び、その結果、カバー板３０２は逆「Ｕ」字型構造のように見える。カバー板３０２は、液体入口ボックス２０３とスプレー管２０２との間に配置され、液体入口ボックス２０３とスプレー管２０２との間の連通を確保するように、液体入口ボックス２０３とスプレー管２０２との間に開口部を備えている。スプレー管２０２上のスプレーポート３０１は、カバー板３０２と有孔板２０５との間のキャビティ内に配置され、それによって、スプレーポート３０１からスプレーされる冷媒を、有孔板２０５に向けて流れるように、カバー板３０２によって確実に導くことができる。

図３は、図１に示した流下液膜式蒸発器１００の、液体入口管１０２の位置での、径方向断面図である。図３に示すように、ハウジング１０１は２つの熱交換管束２０１を含んでおり、一方の熱交換管束２０１は、有孔板２０５及び２つの側面停止板２０４によって形成される収容空間内に配置され、他方の熱交換管束２０１はハウジング１０１の収容キャビティの底部に配置され、各熱交換管束２０１は、複数の熱交換管３０４を含んでいる。

図４は、図３に示した流下液膜式蒸発器１００の、スプレー管２０２の領域での、部分拡大図である。図４に示すように、複数のスプレーポート３０１は、スプレー管２０２の長さ方向に間隔をあけて、スプレー管２０２の底部に配置される。カバー板３０２は、密閉された態様で側面停止板２０４に接続され、それにより、スプレーポート３０１からスプレーされる冷媒の全てが、有孔板２０５に向けて流れ、有孔板の分配孔３０５を介して熱交換管束２０１上に分配されて熱交換されることが確実になる。他の実施形態では、カバー板３０２は、有孔板２０５の幅方向の２つの側縁に密閉された態様で直接的に接続されることもある。そのような構成により、同様に、スプレーポート３０１からスプレーされる冷媒の全てが、有孔板２０５に向かって確実に流れるようにすることができる。

図５は、図２に示したスプレー管２０２の３次元構造を示す。図５に示すように、複数のスプレーポート３０１が、スプレー管２０２の底部に設けられている。各スプレーポート３０１は、短冊状をしており、２つの側壁に向かってスプレー管２０２の底部から延びている。スプレーポート３０１の開口部の伸長方向に起因して、各スプレーポート３０１が存在する平面は、スプレー管２０２の長さ方向に垂直になる。複数のスプレーポート３０１は、互いに平行であり、スプレー管２０２の長さ方向に間隔をあけて配置される。

図６は、図５に示したスプレー管２０２の、スプレーポート３０１の位置での、断面を示す。図６に示すように、スプレー管２０２の断面の上側部分は実質的に矩形であり、一方、下側部分は実質的に半円形の円弧である。スプレーポート３０１は、図６でスプレー管の下側部分にある白地部分によって示すように、スプレー管２０２の底部にある半円形の円弧の位置に配置される。冷媒がスプレー管２０２のスプレーポート３０１から外へスプレーされると、冷媒はスプレーポート３０１の開口方向に均一に外側に広がる。図５より、スプレーポート３０１からスプレーされる冷媒は、一定の流速を有しており、また、スプレーポート３０１は細長い短冊形状をしていることにより、スプレー管２０２の長さ方向にはスプレーされた冷媒は殆ど広がらないことが分かる。冷媒の殆どは、スプレー管２０２の幅方向にのみスプレーされる。

図７は、流下液膜式蒸発器１００のハウジング１０１の、液体入口管１０２の位置での、軸方向断面図を示しており、矢印は、スプレー管２０２からスプレーされた後の、冷媒の移動経路を示す。図７に示すように、カバー板３０２、有孔板２０５、及び側面停止板２０４は、ハウジング１０１と同じ長さ方向を有し、実質的に全て同じ長さであり、それらの端部全てが管板１０３まで延びている。スプレーポート３０１の開口部の形状及びスプレー管２０２の内側と外側との間の圧力差の影響を受けて、スプレー管２０２からスプレーされた冷媒は、有孔板２０５に到達するまで、スプレーポート３０１の下の領域にスプレーされる。冷媒は、スプレーポート３０１からスプレーされるときに高い初期速度を有するので、冷媒は、有孔板２０５までスプレーされた後でも依然として高速を維持しており、従って、冷媒は、有孔板２０５の両端に向けて有孔板２０５の長さ方向に流れる。有孔板２０５は適切な長さのものであり、その結果、冷媒の速度は冷媒が連続的に流れるにつれて低下し、冷媒が両側にある管板１０３に近い位置まで移動したときには、冷媒の速度は既に非常に遅くなっているので、両側にある管板１０３では渦は形成されず、それによって、有孔板の表面上に冷媒が均一に分配される。冷媒が有孔板２０５の長さ方向に移動するにつれて、冷媒は有孔板２０５の分配孔３０５から有孔板２０５の下の熱交換管束２０１に向かって流れることができ、その結果、冷媒は、熱交換管束２０１内の複数の熱交換管３０４上に均一に分配される。

図８Ａ及び図８Ｂはそれぞれ、スプレー管２０２の２つの他の実施形態の、スプレーポートの位置での、断面を示す。これら２つの実施形態では、スプレー管２０２の断面形状は、図６に示したスプレー管２０２の断面形状とは異なる。図６に示したスプレー管２０２の断面は、全体的に垂直方向に長くなっており、横幅は狭くなっている。これは具体的には、上側部分が矩形であり、一方下側部分は半円形の円弧であることとして現れる。しかしながら、スプレー管２０２の断面の横幅を狭くすると、有孔板２０５の長さ方向における冷媒の移動距離が制限される。従って、スプレー管２０２からスプレーされる冷媒を首尾よく管板１０３の近くの位置まで移動させるために、本出願の実施形態によっては、スプレー管２０２を、スプレー管２０２の幅方向（即ち、ハウジング１０１の長さ方向）に拡張して２つの拡張部分８０１を形成し、スプレーポートを、少なくとも部分的にこの拡張部分上に配置し、従って、ハウジング１０１の長さ方向における冷媒のスプレー距離を増加させるのに役立てる。

図８Ａに示すように、スプレー管２０２の断面は平坦な楕円形状をしており、上側と下側に平坦で真っ直ぐな辺があり、２つの拡張部分８０１は、それぞれスプレー管２０２の左側及び右側に配置され、各拡張部分８０１の端部は、外側に突き出た円弧状端面５０１を有する。今説明した構造により、スプレー管２０２の断面は横方向により長いスパンを有する。図８Ａは、スプレー管の断面の白地部分でのスプレーポート３０１の位置を示す。スプレーポート３０１は、短冊状をしており、スプレー管２０２の下半分に配置され、スプレー管２０２の底部から両側にある円弧状端面５０１に向かって延びる。

図８Ｂに示すスプレー管２０２の断面は逆「Ｙ」字型形状を有する。２つの拡張部分８０１は、それぞれスプレー管２０２の底部の両側に配置され、斜め下方に延びており、その結果、２つの拡張部分８０１の間に特定の角度Ａが形成される。実施形態によっては、角度Ａは６０°以上であり、その結果、スプレー管２０２の横幅はより大きく拡張される。図８Ｂより、各拡張部分８０１の端部が外側に突き出た円弧状端面５０１を有し、スプレーポート３０１がこれら２つの円弧状端面５０１に実質的に配置されていることが分かる。図８Ｂは、スプレー管２０２の同じ断面上に２つのスプレーポート３０１が配置されている様子を示す。スプレー管２０２の長さ方向には、スプレーポート３０１の列が、各側にある円弧状端面５０１上に間隔をあけて配置されている。従って、スプレーポート３０１の２つの列が図８Ｂに示す単一のスプレー管２０２に配置され、有孔板２０５の長さ方向における冷媒のスプレー距離を大幅に増加させる。

図９は、２つのスプレー管２０２を有する流下液膜式蒸発器の、液体入口管１０２の位置での、軸方向断面図である。図９に示すように、ハウジング１０１のより長い長さに適合し、ハウジング１０１の長さ方向にスプレー管２０２のスプレー距離を延ばすために、図９に示す実施形態は、蒸発器ハウジング１０１の内部に並んで配置された２つのスプレー管２０２を使用する。スプレー管２０２の断面は、図６、図８Ａ、及び図８Ｂの形状のいずれかであり得る。各スプレー管２０２の上には１つの液体入口ボックス２０３が設けられ、その結果、冷媒は、スプレー管２０２に入る前に、スプレー管２０２の長さ方向に予備分配されることがある。冷媒の均一な分配を促進するために、液体入口管１０２はハウジング１０１の軸方向の中央位置に配置され、２つのスプレー管２０２は、有孔板２０５の上方に同じ高さで平行に配置され、液体入口管１０２の左側及び右側に対称的に配置される。図９に示すように、２つのスプレー管２０２のどちらか一方の垂直方向の中心軸と液体入口管１０２の中心軸との間の間隙はＬであり、２つのスプレー管２０２のどちらか一方の垂直方向の中心軸とそれに対応した側の管板１０３との間の距離も、Ｌである。今説明したスプレー管２０２の対称的な構造構成は、有孔板２０５の表面に冷媒を均一にスプレーするのに役立つ。

スプレー管２０２の上述した構成を実現するために、図９に示した実施形態の液体入口管１０２は、以下のように構成される。液体入口管１０２の、冷媒入り口に近い一方の端部は垂直に延びている。ハウジング１０１の中に延びる前に、液体入口管１０２は２つの分岐管へと二またに分かれ、それぞれハウジング１０１の長さ方向の両側に向かって水平に延びる。２つのスプレー管２０２の位置の上で、２つの分岐管はそれぞれ垂直な角に形成され、それによって、ハウジング１０１の内部に入るまで垂直に下方に延び、それにより、２つのスプレー管２０２の上に配置された２つの液体入口ボックス２０３にそれぞれ接続される。今説明した構成により、冷媒は液体入口管１０２に入った後で２つの経路へと二またに分かれ、２つの異なるスプレー管２０２にそれぞれ流れ込む。

実施形態によっては、スプレー管２０２の数は、より長いハウジングを有する流下液膜式蒸発器に適合するために、２よりも大きな偶数に設定されることがある。スプレー管２０２の数を偶数に設定することにより、液体入口管１０２の両側での均一なスプレー管の分配が容易になり、その結果、液体入口管１０２を通って流れる冷媒が、スプレー管２０２に均一に分配される。

図１０Ａ〜図１０Ｄは、２つのスプレー管２０２が流下液膜式蒸発器内に同時に配置される、他の実施形態を示す。

図１０Ａに示すように、２つのスプレー管２０２が、同じ高さで並んで配置され、１つの液体入口ボックス２０３を共有している。液体入口ボックス２０３は広い断面を有しており、その結果、液体入口ボックス２０３の幅方向の２つの側面部分を、それぞれ２つのスプレー管２０２の上端に接続し、それら２つのスプレー管２０２の上端と連通させることができる。今説明した構成では、２つのスプレー管２０２との流体連通は、１つの真っ直ぐな液体入口管１０２を使用して、共有された液体入口ボックス２０３によって、同時に実現することができる。従って、ハウジング１０１は、液体入口管１０２が通過するための開口部を１つだけ備えることでよく、それによって、液体入口管１０２及びハウジング１０１の構造が単純になる。

図１０Ｂは、ダブルスプレー管構造の別の実施形態を示す。図１０Ｂに示すように、２つのスプレー管２０２は同じ高さで平行に配置されており、各スプレー管２０２の断面は実質的に円形である。円形の断面の設計により、スプレーポートの方向における冷媒の均一な分散が促進される。

図１０Ｃ及び図１０Ｄは、２つのスプレー管２０２が、流下液膜式蒸発器内で特定の角度で配置されている構造を示す。図１０Ｃ及び図１０Ｄに示すように、流下液膜式蒸発器の同じ断面において、２つのスプレー管２０２の中心軸は、６０°以上の特定の角度Ｂを形成する。角度Ｂのこの設定は、流下液膜式蒸発器ハウジングにおいて長さ方向におけるスプレー管２０２のスプレー距離を延ばすのに役立つ。流下液膜式蒸発器の同じ断面における２つのスプレー管２０２の中心軸が特定の角度Ｂをなして構成されるようにするために、液体入口管１０２は、その一方の端部が垂直に下方に延び、２つの分岐管に二またに分かれてからスプレー管２０２と連通し、２つの分岐管は反対方向に水平に延びるように、構成される。２つのスプレー管２０２の上方で、２つの分岐管は鈍角である角を形成し、その結果、２つの分岐管は、それぞれ２つのスプレー管２０２につながるまで、互いから離れるように斜め下方に延びる。

図２〜図１０Ｄから分かるように、本出願では、スプレー管２０２の長さ方向は、流下液膜式蒸発器１００のハウジング１０１の長さ方向に垂直になるように配置され、スプレーポート３０１は短冊状をしており、その結果、スプレー管２０２からスプレーされた冷媒は、実質的にハウジング１０１の長さ方向に流れることができ、それによって、冷媒の移動空間が増加し、その結果、冷媒を有孔板２０５の表面上に均一にスプレーすることができる。本出願におけるスプレー管２０２の配置態様が採用されない場合、スプレー管２０２からスプレーされた後の冷媒の移動経路は、ハウジング１０１の径方向の幅が不十分なせいで、制限される可能性が高く、結果として、冷媒を熱交換管束２０１上に均一にスプレーすることができない。

図１１は、流下液膜式蒸発器内部のスプレー管１２０２の位置構成の比較例を示す。スプレー管２０２の長さ方向が有孔板２０５の長さ方向に垂直になるように配置される、本出願の実施形態とは異なり、図１１に示す比較例では、スプレー管１２０２の長さ方向が、有孔板１２０５の長さ方向と同じになるように配置される。図１１に示すように、スプレー管１２０２の長さは、カバー板１３０２、有孔板１２０５、及び側面停止板１２０４の長さと実質的に同じである。スプレー管１２０２は有孔板１２０５の上に配置され、液体入口管１１０２及び液体入口ボックス１２０３は両方とも、スプレー管１２０２の上に配置される。冷媒は、液体入口管１１０２から液体入口ボックス１２０３に入り、その後、スプレー管１２０２によって、有孔板１２０５の表面上にスプレーされることがある。比較例におけるスプレー管１２０２上のスプレーポート１３０１の構成は、本出願の実施形態における図５に示したスプレーポート３０１の構成と同じである。即ち、複数のスプレーポート１３０１は、互いに平行であり、スプレー管１２０２の長さ方向に等間隔にあけて配置される。相違点は、比較例ではスプレー管１２０２の長さ方向が有孔板１２０５の長さ方向になるように配置されるので、上述したスプレーポート１３０１の構成により、冷媒が、スプレー管１２０２からスプレーされた後で、実質的に有孔板１２０５の幅方向に移動するようになる、ということである。

図１２は、図１１に示したスプレー管１２０２の位置構成を有する流下液膜式蒸発器の、液体入口管１１０２の位置での、軸方向断面図を示す。図１２に示すように、液体入口ボックス１２０３、スプレー管１２０２、カバー板１３０２、有孔板１２０５、及び側面停止板１２０４は全て、流下液膜式蒸発器のハウジング１１０１の内部に配置されており、スプレー管１２０２、カバー板１３０２、有孔板１２０５、及び側面停止板１２０４の長さは、ハウジング１１０１の長さと実質的に同じである。

図１３は、図１１に示したスプレー管１２０２の位置構成を有する流下液膜式蒸発器の、液体入口管１１０２の位置での、径方向断面図を示す。図１３に示すように、流下液膜式蒸発器の左側及び右側は対称的に構成され、スプレー管１２０２は有孔板１２０５の幅方向の中央位置に配置され、２つの熱交換管束１２０１が有孔板１２０５の下に設けられ、一方の熱交換管束１２０１は有孔板１２０５及びその両側にある側面停止板１２０４により形成される収容空間内に収められ、他方の熱交換管束１２０１はハウジング１１０１の底部空間内に配置され、２つの熱交換管束１２０１内の各熱交換管の長さ方向は、ハウジング１１０１の長さ方向にあるように構成される。

図１４は、図１３に示したスプレー管１２０２からスプレーされた後の冷媒の移動経路を示す。図１４に示すように、スプレー管１２０２からスプレーされた冷媒は、初速が高く、有孔板１２０５の幅方向の縁部まで進んだとき、冷媒は依然として一定の横方向速度を保持しているが、冷媒の移動経路は、実質的にハウジング１１０１の径方向になり、ハウジング１１０１の径方向幅は狭く、有孔板１２０５の幅を制限しているので、有孔板１２０５は冷媒が更に進むための十分な幅を持たない。一定の横方向速度を有する冷媒は、カバー板１３０２の遮断作用の下で、有孔板１２０５の縁部で渦を発達させ、その結果、中央位置よりも有孔板１２０５の幅方向の両端に、より多くの量の冷媒が集まる。

図１５は、図１４に示した有孔板１２０５の幅方向における異なる位置を通って流れる分配された冷媒の流速を示す。ハウジング１１０１の径方向幅が狭いので、有孔板１２０５の幅は制限される。従って、スプレー管１２０２の長さ方向がハウジング１１０１の長さ方向と同じである場合、スプレー管１２０２からスプレーされた冷媒は、有孔板１２０５の幅の縁に達したときに依然として高い横方向速度を有しており、従って、動きが制限され、その結果、有孔板１２０５の幅方向で冷媒が不均一に分配される。図１５に示すように、流下液膜式蒸発器内の様々な構成要素はその径方向に左右対称に構成されているので、冷媒の流速も、有孔板１２０５の中心点位置を基準にして、有孔板１２０５の幅方向で対称的である。具体的には、冷媒の流速は、スプレー管１２０２の真下に位置する中央位置で最小になり、有孔板１２０５の幅方向の両側に向けて位置が移動するにつれて、冷媒流速は徐々に増加し、有孔板１２０５の２つの縁部分の位置において、冷媒流速が最大になる。

見て分かるように、比較例の流下液膜式蒸発器では、スプレー管１２０２の長さ方向はハウジング１１０１の長さ方向にあるように構成され、その結果、スプレー管１２０２からスプレーされた冷媒は、実質的にハウジング１１０１の径方向の幅方向に移動し、ハウジング１１０１の径方向の幅は狭いので、スプレー管１２０２からスプレーされた後での冷媒の移動範囲は大幅に制限され、その結果、冷媒を熱交換管の上に均一にスプレーすることができない。本出願の実施形態における流下液膜式蒸発器１００では、熱交換管２０２の長さ方向はハウジング１０１の長さ方向に垂直になるように構成され、その結果、スプレー管２０２からスプレーされた冷媒は、実質的にハウジング１０１の長さ方向に移動することができるので、冷媒の移動経路が長くなり、冷媒の移動が制限されることに起因して熱交換管上に冷媒が不均一にスプレーされるのを防ぎ、それによって、冷媒の不均一なスプレーによって引き起こされる熱交換管上の「ドライスポット」という現象が回避される。更に、上述した本出願の構成により、スプレー管２０２の幅方向での冷媒の移動経路が長くなり、即ち、本出願の実施形態におけるスプレー管２０２の構成を使用すると、スプレー管２０２の単位長さが有孔板２０５にスプレーするときの到達面積が大幅に増加し、従って、同じ面積の有孔板に対してスプレー効果を達成するために、本出願の実施形態でのスプレー管２０２の構成を使用すると、スプレー管２０２の長さが大幅に短縮され、これに呼応して、上述した構成により、スプレー管２０２上のスプレーポート３０１の開口部の数も低減され、それによってスプレー管を製造する難しさ及びコストが大幅に低減される。

本出願について、図面に示した特定の実施形態を参照して説明したが、本出願の流下液膜式蒸発器は、本出願の教示の趣旨及び範囲及び背景から逸脱することなく、多くの変形形態を有することがあることを、理解されたい。当業者であれば、本出願で開示された実施形態における構造的な細部を変更する様々な方法があり、それらは全て本明細書及び特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれることを、理解するであろう。

Claims (10)

1. 流下液膜式蒸発器において、前記流下液膜式蒸発器（１００）は、
   収容キャビティを有するハウジング（１０１）と、
   熱交換管（３０４）であって、前記熱交換管（３０４）の長さ方向は前記ハウジング（１０１）の長さ方向と同じである、熱交換管（３０４）と、
   前記熱交換管（３０４）の上方に配置され且つ複数の分配孔（３０５）を備えている、有孔板（２０５）と、
   スプレー管（２０２）であって、前記スプレー管（２０２）は前記有孔板（２０５）の上方に配置され、前記スプレー管（２０２）は複数のスプレーポート（３０１）を有し、前記スプレーポート（３０１）は前記スプレー管（２０２）の長さ方向に間隔をあけて分配されており、前記スプレーポート（３０１）は前記有孔板（２０５）に向けて冷媒をスプレーすることができるように構成される、スプレー管（２０２）と、
   液体入口管（１０２）であって、前記液体入口管（１０２）を通って流れる前記冷媒が前記スプレー管（２０２）に流れ込むことができるように、前記スプレー管（２０２）と流体連通している、液体入口管（１０２）と、を含み、
   前記熱交換管（３０４）、前記有孔板（２０５）、及び前記スプレー管（２０２）は全て、前記収容キャビティ内に配置され、前記スプレー管（２０２）の長さ方向は、前記ハウジング（１０１）の長さ方向に実質的に垂直であることを特徴とする、流下液膜式蒸発器。
2. 前記有孔板（２０５）の長さ方向は前記ハウジング（１０１）の長さ方向と同じであり、前記スプレーポート（３０１）は、前記冷媒が前記有孔板（２０５）に向けてスプレーされた後で、前記冷媒が前記有孔板（２０５）の長さ方向に流れることができるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の流下液膜式蒸発器。
3. 前記スプレー管（２０２）の底部は円弧状端面（５０１）を有し、前記円弧状端面（５０１）は前記有孔板（２０５）の方向に突き出ており、前記スプレーポート（３０１）は短冊状をしており、前記スプレーポート（３０１）の少なくとも一部は前記円弧状端面（５０１）上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の流下液膜式蒸発器。
4. 前記スプレー管（２０２）は前記ハウジング（１０１）の長さ方向に延びる２つの拡張部分（８０１）を有し、前記拡張部分（８０１）の端部は外側に突き出た円弧状端面（５０１）を備え、前記スプレーポート（３０１）は短冊状をしており、前記スプレーポート（３０１）の少なくとも一部は前記円弧状端面（５０１）上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の流下液膜式蒸発器。
5. 前記スプレー管（２０２）の断面は平坦な楕円形状を有しており、前記２つの拡張部分（８０１）はそれぞれ前記スプレー管（２０２）の左端及び右端に配置され、前記スプレーポート（３０１）は短冊状をしており、前記スプレーポート（３０１）は、前記スプレー管（２０２）の底部からそれぞれ前記スプレー管（２０２）の前記左端及び前記右端にある前記円弧状端面（５０１）に向けて延びることを特徴とする、請求項４に記載の流下液膜式蒸発器。
6. 前記スプレー管（２０２）の断面は逆「Ｙ」字型を有しており、前記２つの拡張部分（８０１）は前記スプレー管（２０２）の底部に別々に配置され、斜めに下向きに延びており、前記スプレーポート（３０１）は短冊状をしており、前記スプレーポート（３０１）の少なくとも一部は前記円弧状端面（５０１）上に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の流下液膜式蒸発器。
7. 複数の前記スプレー管（２０２）が前記流下液膜式蒸発器（１００）内に配置され、前記複数のスプレー管（２０２）の上端は、前記複数のスプレー管（２０２）が互いに流体連通するように、互いに連通していることを特徴とする、請求項１に記載の流下液膜式蒸発器。
8. 前記スプレー管（２０２）の数は偶数であり、前記複数のスプレー管（２０２）は、前記液体入口管（１０２）を基準にして対称的に分配されていることを特徴とする、請求項７に記載の流下液膜式蒸発器。
9. 前記流下液膜式蒸発器（１００）は液体入口ボックス（２０３）を更に備え、前記液体入口ボックス（２０３）は前記液体入口管（１０２）と前記スプレー管（２０２）との間に配置され、それにより、前記液体入口管（１０２）と前記スプレー管（２０２）は前記液体入口ボックス（２０３）によって互いに流体連通することができることを特徴とする、請求項１に記載の流下液膜式蒸発器。
10. 前記流下液膜式蒸発器（１００）はカバー板（３０２）を更に備え、前記カバー板（３０２）は前記スプレー管（２０２）の上側部分に配置され、前記カバー板（３０２）の２つの側縁は前記有孔板（２０５）に向かって延び、密封態様で前記有孔板（２０５）の２つの側縁に直接的に又は間接的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の流下液膜式蒸発器。

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