JP2022096089A - Shell-and-tube type heat exchanger and refrigeration cycle device - 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冷凍サイクル装置に関する。 The present disclosure relates to shell and tube heat exchangers and refrigeration cycle devices.
伝熱管に向けて冷却水を散布することによって、伝熱管の内部の冷媒を冷却する技術が知られている。図11は、特許文献1(図9)に記載された従来の蒸発式凝縮器を示している。蒸発式凝縮器300の散水部330は、冷却水CWを凝縮コイル326に向けて散水する複数の散水ノズル334を有している。冷却水CWと凝縮コイル326を流通する冷媒Rとが熱交換することによって、冷却水CWが蒸発し、冷媒Rが冷却されて凝縮する。
A technique for cooling the refrigerant inside the heat transfer tube by spraying cooling water toward the heat transfer tube is known. FIG. 11 shows a conventional evaporative condenser described in Patent Document 1 (FIG. 9). The
図11に示す構成をシェルアンドチューブ式熱交換器に適用した場合、隣り合うノズルとノズルとの間に冷却水等の液体が噴霧されにくい粗領域が発生し、伝熱管の表面がドライアウトする。さらに、伝熱管の段数が多い場合、特定の位置においてドライアウトが段方向に連続して発生する。ドライアウトが発生すると、シェルアンドチューブ式熱交換器は十分な伝熱性能を発揮できない。 When the configuration shown in FIG. 11 is applied to a shell-and-tube heat exchanger, a rough region where a liquid such as cooling water is difficult to be sprayed is generated between adjacent nozzles, and the surface of the heat transfer tube is dried out. .. Further, when the number of stages of the heat transfer tube is large, dryout occurs continuously in the stage direction at a specific position. When dryout occurs, the shell-and-tube heat exchanger cannot exhibit sufficient heat transfer performance.
本開示は、優れた伝熱性能を有するシェルアンドチューブ式熱交換器を提供する。 The present disclosure provides a shell-and-tube heat exchanger with excellent heat transfer performance.
本開示の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互いに平行に配置され、第1流体が流れる複数の伝熱管と、
前記シェルの内部に配置され、前記複数の伝熱管に向かって第2流体を噴霧する複数のノズルと、
を備え、
前記複数の伝熱管の長手方向に平行な方向をX方向と定義し、前記X方向に鉛直な方向をY方向と定義し、前記X方向及び前記Y方向に垂直な方向をZ方向と定義したとき、
前記複数のノズルは、前記Z方向における第1側から第2側に向かって前記第2流体を噴霧する複数の第1ノズルと、前記Z方向における前記第1側から前記第2側に向かって前記第2流体を噴霧する複数の第2ノズルとを含み、
前記複数の第1ノズル及び前記複数の第2ノズルを前記Z方向に投影することによって得られる投影像において、前記複数の第1ノズルと前記複数の第2ノズルとが千鳥状の配列パターンを示す。
The shell-and-tube heat exchangers of the present disclosure are:
With the shell
A plurality of heat transfer tubes arranged parallel to each other inside the shell and through which the first fluid flows,
A plurality of nozzles arranged inside the shell and spraying a second fluid toward the plurality of heat transfer tubes.
Equipped with
The direction parallel to the longitudinal direction of the plurality of heat transfer tubes is defined as the X direction, the direction vertical to the X direction is defined as the Y direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Y direction is defined as the Z direction. When
The plurality of nozzles include a plurality of first nozzles that spray the second fluid from the first side to the second side in the Z direction, and the first side to the second side in the Z direction. Including a plurality of second nozzles for spraying the second fluid.
In the projection image obtained by projecting the plurality of first nozzles and the plurality of second nozzles in the Z direction, the plurality of first nozzles and the plurality of second nozzles show a staggered arrangement pattern. ..
本開示の冷凍サイクル装置は、
上記本開示のシェルアンドチューブ式熱交換器を備える。
The refrigeration cycle apparatus of the present disclosure is
The shell-and-tube heat exchanger of the present disclosure is provided.
本開示によれば、優れた伝熱性能を有するシェルアンドチューブ式熱交換器を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a shell-and-tube heat exchanger having excellent heat transfer performance.
(本開示の基礎となった知見等)
従来のノズルの構成をシェルアンドチューブ式熱交換器に適用すると、特定の位置においてドライアウトが発生しがちである。ドライアウトが発生した表面においては、熱交換が起こらず、シェルアンドチューブ式熱交換器の性能が十分に発揮されない。ドライアウトの発生を防ぐことができれば、シェルアンドチューブ式熱交換器の性能を十分に発揮させることができる。このような知見に基づき、本発明者は、本開示の主題を構成するに至った。なお、「ドライアウト面」は、冷媒の液膜が存在しない面を意味する。
(Knowledge, etc. that became the basis of this disclosure)
When the conventional nozzle configuration is applied to shell and tube heat exchangers, dryouts tend to occur at specific locations. Heat exchange does not occur on the surface where dryout occurs, and the performance of the shell-and-tube heat exchanger is not fully exhibited. If the occurrence of dryout can be prevented, the performance of the shell-and-tube heat exchanger can be fully exhibited. Based on such findings, the inventor has come to constitute the subject matter of the present disclosure. The “dry-out surface” means a surface on which the liquid film of the refrigerant does not exist.
そこで、本開示は、シェルアンドチューブ式熱交換器の伝熱性能を向上させるための技術を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a technique for improving the heat transfer performance of a shell-and-tube heat exchanger.
以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、又は、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of already well-known matters or duplicate explanations for substantially the same configuration may be omitted. This is to prevent the following explanation from becoming unnecessarily redundant and to facilitate the understanding of those skilled in the art.
なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。 It should be noted that the accompanying drawings and the following description are provided for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and are not intended to limit the subject matter described in the claims.
(実施の形態1)
以下、図1から図7Bを用いて、実施の形態1を説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7B.
[1-1.冷凍サイクル装置の構成]
図1は、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から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は蒸気経路である。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。
[1-1. Configuration of refrigeration cycle equipment]
FIG. 1 shows the configuration of a refrigeration cycle device using a shell-and-tube heat exchanger. The
蒸発器101は、後述するように、シェルアンドチューブ式熱交換器によって構成されている。
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 model of 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で冷却された熱媒体が回路105を通じて室内に供給され、室内の冷房に使用される。あるいは、凝縮器103で加熱された熱媒体が回路106を通じて室内に供給され、室内の暖房に利用される。熱媒体は、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。冷凍サイクル装置100は、蒸発器、吸収器、再生器及び凝縮器を備えた吸収式冷凍機であってもよい。
The
回路105は、蒸発器101に熱媒体を循環させる回路である。回路106は、凝縮器103に熱媒体を循環させる回路である。回路105及び回路106は、外気から隔離された密閉回路であってもよい。
The
熱媒体は、回路105及び回路106のそれぞれを流れる第1流体である。熱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。回路105の熱媒体の組成が回路106の熱媒体の組成と異なっていてもよい。
The heat medium is the first fluid flowing through each of the
[1-2.冷凍サイクル装置の動作]
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、気相冷媒が生成される。気相冷媒は圧縮機102に吸入されて圧縮される。圧縮された気相冷媒は圧縮機102から凝縮器103に供給される。気相冷媒は凝縮器103で冷却されて凝縮及び液化する。これにより、液相冷媒が生成される。液相冷媒は、流量弁104を経由して凝縮器103から蒸発器101に戻される。
[1-2. Operation of refrigeration cycle device]
When the
冷媒の種類は特に限定されない。冷媒としては、フロン冷媒、低GWP(Global Warming Potential)冷媒、自然冷媒などが挙げられる。フロン冷媒としては、HCFC(hydrochlorofluorocarbon)及びHFC(hydrofluorocarbon)が挙げられる。低GWP冷媒としては、HFO-1234yf及び水が挙げられる。自然冷媒としては、二酸化炭素及び水が挙げられる。 The type of refrigerant is not particularly limited. Examples of the refrigerant include chlorofluorocarbon refrigerants, low GWP (Global Warming Potential) refrigerants, and natural refrigerants. Examples of chlorofluorocarbon refrigerants include HCFC (hydrochlorofluorocarbon) and HFC (hydrofluorocarbon). Examples of the low GWP refrigerant include HFO-1234yf and water. Examples of the natural refrigerant include carbon dioxide and water.
冷媒は、常温での飽和蒸気圧が負圧の物質を主成分として含む冷媒であってもよい。このような冷媒としては、水、アルコール又はエーテルを主成分として含む冷媒が挙げられる。「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。「負圧」は、絶対圧で大気圧よりも低い圧力を意味する。「常温」は、日本産業規格(JIS Z8703)によれば、20℃±15℃の範囲内の温度を意味する。 The refrigerant may be a refrigerant containing a substance having a negative saturated vapor pressure at room temperature as a main component. Examples of such a refrigerant include a refrigerant containing water, alcohol or ether as a main component. The "main component" means the component contained most in the mass ratio. "Negative pressure" means pressure that is absolute and lower than atmospheric pressure. "Room temperature" means a temperature within the range of 20 ° C ± 15 ° C according to the Japanese Industrial Standards (JIS Z8703).
冷媒は、第1流体である熱媒体と熱交換するべき第2流体の一例である。 The refrigerant is an example of a second fluid that should exchange heat with a heat medium that is the first fluid.
[1-3.蒸発器の構成]
図2は、II-II線に沿った蒸発器101の縦断面図である。図3は、III-III線に沿った蒸発器101の横断面図である。図2及び図3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。蒸発器101は、シェル21、複数の伝熱管22、複数のノズル24、循環回路25及び循環ポンプ26を備えている。複数の伝熱管22及び複数のノズル24は、シェル21の内部に配置されている。複数のノズル24は、複数の第1ノズル24a、複数の第2ノズル24b、複数の第3ノズル24c、及び複数の第4ノズル24dを含む。複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bを含むノズル群と、複数の第3ノズル24c及び複数の第4ノズル24dを含むノズル群との間に複数の伝熱管22が配置されている。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。
[1-3. Evaporator configuration]
FIG. 2 is a vertical sectional view of the
複数の伝熱管22は、円形の断面を有する円管を含む。図2及び図3では、複数の伝熱管22すべてが、円形の断面を有する円管である。伝熱管22の入口から出口に向かって第1流体である熱媒体が流れる。複数の伝熱管22は、それぞれ、シェル21の互いに向かい合う面を貫通している。
The plurality of
複数の伝熱管22は、シェル21の内部において、互いに平行に配置されている。詳細には、複数の伝熱管22は、シェル21の内部において、複数列及び複数段で規則的に並べられている。規則的な並びは、伝熱管22の表面における液膜の均一な薄膜化に有利である。
The plurality of
本明細書では、伝熱管22の長手方向に平行な方向をX方向と定義する。X方向に鉛直な方向をY方向と定義する。X方向及びY方向に垂直な方向をZ方向と定義する。Y方向及びZ方向は、それぞれ、段方向及び列方向である。Y方向は重力方向に平行な方向でありうる。X方向及びZ方向は、水平方向に平行な方向でありうる。
In the present specification, the direction parallel to the longitudinal direction of the
図3に示すように、X方向に垂直かつY方向及びZ方向に平行な断面において、複数の伝熱管22は、正方格子の格子点上に位置している。詳細には、正方格子における格子点に各伝熱管22の中心が位置している。ただし、伝熱管22の並べ方は特に限定されない。複数の伝熱管22は、例えば、矩形格子における格子点に各伝熱管22の中心が位置するように配置されていてもよい。図2及び図3において、複数の伝熱管22は、8段及び12列で並べられている。段数及び列数も特に限定されない。
As shown in FIG. 3, in a cross section perpendicular to the X direction and parallel to the Y and Z directions, the plurality of
伝熱管22を構成する配管は、管の内部、管の外部又はその両方に溝加工が施された加工管であってもよい。
The pipe constituting the
伝熱管22の内部には、冷媒と熱交換する熱媒体が流れる。熱媒体は、水、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの流体である。熱媒体は、例えば、フィンアンドチューブ式熱交換器などの熱交換器を介して大気中の熱を吸熱し、蒸発器101の各伝熱管22に流入する。各伝熱管22において、熱媒体は冷媒によって冷却される。
A heat medium that exchanges heat with the refrigerant flows inside the
伝熱管22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。
Examples of the material of the
図2及び図3に示すように、第1ノズル24aから第4ノズル24dのそれぞれから、複数の伝熱管22に向かって冷媒が噴霧される。複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bは、Z方向における第1側から第2側に向かって冷媒を噴霧する。複数の第3ノズル24c及び複数の第4ノズル24dは、Z方向における第2側から第1側に向かって冷媒を噴霧する。「第1側」は、例えば、伝熱管22の幅方向における一方の側である。「第2側」は、伝熱管22の幅方向における他方の側である。伝熱管22の幅方向は、水平方向に関する幅方向でありうる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the refrigerant is sprayed from each of the
ノズル24は、例えば、圧力噴射型の噴霧ノズルである。圧力噴射型の噴霧ノズルは、加圧された冷媒を入口から受け入れ、ノズルの内部の旋回機構によって冷媒に旋回力を与え、空間に噴射するように構成されている。それにより、噴射された冷媒は、旋回速度による遠心力で円錐状に広がり、薄膜化及び液糸化された後、液滴群へと分裂する。
The
第1ノズル24aから第4ノズル24dのそれぞれに、同一の噴霧ノズルが使用されうる。「同一」の語句は、設計上の構造及び設計上の特性が同一であることを意味する。ただし、第1ノズル24aから第4ノズル24dの構造及び寸法は、それぞれ異なっていてもよい。
The same spray nozzle may be used for each of the
本実施の形態において、複数の第1ノズル24aと複数の第2ノズル24bとがZ方向に関して同じ位置に存在している。複数の第3ノズル24cと複数の第4ノズル24dとがZ方向に関して同じ位置に存在している。また、複数の第1ノズル24aと複数の第3ノズル24cとがY方向に関して同じ位置に存在している。複数の第2ノズル24bと複数の第4ノズル24dとがY方向に関して同じ位置に存在している。図2及び図3では、第1ノズル24a及び第2ノズル24bは、それぞれ、1段ずつ設けられている。第3ノズル24c及び第4ノズル24dは、それぞれ、1段ずつ設けられている。複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bは、X方向とY方向とにマトリクス状に配列されていてもよい。複数の第3ノズル24c及び複数の第4ノズル24dは、X方向とY方向とにマトリクス状に配列されていてもよい。
In the present embodiment, the plurality of
図4Aは、IVA-IVA線に沿った蒸発器101の側面図である。図4Aでは、伝熱管22及びノズル24以外の要素は省略されている。図4Aに示すように、複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bをZ方向に投影することによって得られる投影像において、複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bは千鳥状の配列パターンを示す。投影像は、詳細には、Z方向に垂直な任意の投影面に複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bを正射影することによって得られる像である。
FIG. 4A is a side view of the
図4Bは、IVB-IVB線に沿った蒸発器101の側面図である。図4Bでは、伝熱管22及びノズル24以外の要素は省略されている。図4Bに示すように、複数の第3ノズル24c及び複数の第4ノズル24dをZ方向に投影することによって得られる投影像において、複数の第3ノズル24c及び複数の第4ノズル24dは千鳥状の配列パターンを示す。投影像は、詳細には、Z方向に垂直な任意の投影面に複数の第3ノズル24c及び複数の第4ノズル24dを正射影することによって得られる像である。
FIG. 4B is a side view of the
図4Aに示すように、複数の第1ノズル24aはX方向に配列されている。複数の第2ノズル24bはX方向に配列されている。Y方向に関する第1ノズル24aの位置は、Y方向に関する第2ノズル24bの位置と異なっている。複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bは、Z方向に垂直な同一平面上に位置している。
As shown in FIG. 4A, the plurality of
図4Bに示すように、複数の第3ノズル24cはX方向に配列されている。複数の第4ノズル24dはX方向に配列されている。Y方向に関する第3ノズル24cの位置は、Y方向に関する第4ノズル24dの位置と異なっている。複数の第3ノズル24c及び複数の第4ノズル24dは、Z方向に垂直な同一平面上に位置している。
As shown in FIG. 4B, the plurality of
図5Aは、VA-VA線に沿った蒸発器101の断面図であり、図5Bは、IVB-IVB線に沿った蒸発器101の断面図である。図5A及び図5Bでは、伝熱管22及びノズル24以外の要素は省略されている。
FIG. 5A is a cross-sectional view of the
第1ノズル24aの噴霧軸O1及び第2ノズル24bの噴霧軸O2はX方向及びZ方向の両方向に対して傾斜した方向に平行である。噴霧軸O1は、第1ノズル24aによって作り出された冷媒の噴霧流の中心軸である。噴霧軸O2は、第2ノズル24bによって作り出された冷媒の噴霧流の中心軸である。噴霧軸O1及び噴霧軸O2は、それぞれ、列方向(Z方向)に対して傾斜している。このような構成によれば、第1ノズル24a及び第2ノズル24bによって広範囲にわたって冷媒を噴霧することができる。このことは、伝熱管22の表面における液膜の均一な薄膜化にも寄与する。
The spray shaft O1 of the
第3ノズル24cの噴霧軸O3及び第4ノズル24dの噴霧軸O4はX方向及びZ方向の両方向に対して傾斜した方向に平行である。噴霧軸O3は、第3ノズル24cによって作り出された冷媒の噴霧流の中心軸である。噴霧軸O4は、第4ノズル24dによって作り出された冷媒の噴霧流の中心軸である。噴霧軸O3及び噴霧軸O4は、それぞれ、列方向(Z方向)に対して傾斜している。このような構成によれば、第3ノズル24c及び第4ノズル24dによって広範囲にわたって冷媒を噴霧することができる。
The spray shaft O3 of the
「噴霧軸O1」は、第1ノズル24aの中心軸と捉えることもできる。噴霧軸O1は、第1ノズル24aの開口の中心を通る軸でありうる。「噴霧軸O2」は、第2ノズル24bの中心軸と捉えることもできる。噴霧軸O2は、第2ノズル24bの開口の中心を通る軸でありうる。「噴霧軸O3」は、第3ノズル24cの中心軸と捉えることもできる。噴霧軸O3は、第3ノズル24cの開口の中心を通る軸でありうる。「噴霧軸O4」は、第4ノズル24dの中心軸と捉えることもできる。噴霧軸O4は、第4ノズル24dの開口の中心を通る軸でありうる。
The "spray axis O1" can also be regarded as the central axis of the
Y方向から平面視したとき、第1ノズル24aの噴霧軸O1は、第1ノズル24aの開口の中心を通りZ方向に平行な第1基準線L1に対して時計回り方向に傾斜している。第2ノズル24bの噴霧軸O2は、第2ノズル24bの開口の中心を通りZ方向に平行な第2基準線L2に対して反時計回り方向に傾斜している。このような構成によれば、必要最小限の数の第1ノズル24a及び第2ノズル24bによって広範囲にわたって冷媒を噴霧することができる。
When viewed in a plan view from the Y direction, the spray axis O1 of the
Y方向から平面視したとき、第3ノズル24cの噴霧軸O3は、第3ノズル24cの開口の中心を通りZ方向に平行な第3基準線L3に対して時計回り方向に傾斜している。第4ノズル24dの噴霧軸O4は、第4ノズル24dの開口の中心を通りZ方向に平行な第4基準線L4に対して反時計回り方向に傾斜している。このような構成によれば、必要最小限の数の第1ノズル24a及び第2ノズル24bによって広範囲にわたって冷媒を噴霧することができる。
When viewed in a plan view from the Y direction, the spray axis O3 of the
Y方向から平面視したとき、第1ノズル24aの噴霧軸O1と第1基準線L1とのなす角度θ1は、第2ノズル24bの噴霧軸O2と第2基準線L2とのなす角度θ2に等しい。
When viewed in a plan view from the Y direction, the angle θ1 formed by the spray axis O1 of the
Y方向から平面視したとき、第3ノズル24cの噴霧軸O3と第3基準線L3とのなす角度θ3は、第4ノズル24dの噴霧軸O4と第4基準線L4とのなす角度θ4に等しい。
When viewed in a plan view from the Y direction, the angle θ3 formed by the spray axis O3 of the
角度θ1、角度θ2、角度θ3及び角度θ4は、互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。角度θ1、角度θ2、角度θ3及び角度θ4は、冷媒の噴霧流の外縁の少なくとも一方が、伝熱管22の長手方向(X方向)に対して非平行となるような角度であってもよい。角度θ1、角度θ2、角度θ3及び角度θ4は、例えば、30度から40度であり、典型的には、30度である。図5A及び図5Bにおいて、破線は、冷媒の噴霧流の広がり角度αを示している。噴霧流の広がり角度αは、噴霧軸O1,O2,O3及びO4のそれぞれに対して対称的な広がりを示す。噴霧流の広がり角度αは、鋭角であってもよく、例えば、60度である。角度θ1、角度θ2、角度θ3及び角度θ4は、噴霧流の広がり角度αの半分でありうる。このような構成によれば、冷媒の噴霧流の外縁の一方が、基準線L1,L2,L3及びL4と略平行となる。これにより、伝熱管22の表面に沿って移動する冷媒の移動方向に逆行する冷媒の流れの成分の発生が抑制される。伝熱管22の表面上での冷媒の移動が促進されるので、移動速度の向上による熱伝達率の向上を期待できる。角度θ1、角度θ2、角度θ3及び角度θ4は、ノズル24の数、隣り合うノズル24の間隔などの条件に応じて定められる。
The angle θ1, the angle θ2, the angle θ3, and the angle θ4 may be equal to or different from each other. The angle θ1, the angle θ2, the angle θ3, and the angle θ4 may be such that at least one of the outer edges of the spray stream of the refrigerant is non-parallel to the longitudinal direction (X direction) of the
複数の第1ノズル24aは、X方向に所定間隔で配列されている。X方向において互いに隣り合う第1ノズル24a同士の間隔は、間隔Wである。複数の第2ノズル24bは、X方向に所定間隔で配列されている。X方向において互いに隣り合う第2ノズル24b同士の間隔は、間隔Wである。複数の第3ノズル24cは、X方向に所定間隔で配列されている。X方向において互いに隣り合う第3ノズル24c同士の間隔は、間隔Wである。複数の第4ノズル24dは、X方向に所定間隔で配列されている。X方向において互いに隣り合う第4ノズル24d同士の間隔は、間隔Wである。つまり、X方向において互いに隣り合う第1ノズル24a同士の間隔、第2ノズル24b同士の間隔、第3ノズル24c同士の間隔、及び第4ノズル24d同士の間隔は、互いに等しい。間隔Wは、ノズル24の角度θと、ノズル24から伝熱管22までの距離とに応じて適切に定められている。X方向において互いに隣り合うノズル24同士の間隔は、隣り合うノズル24の開口の中心の間の距離として定義される。
The plurality of
X方向における第1ノズル24aと第2ノズル24bとの間隔は、X方向において互いに隣り合う第1ノズル24a同士の間隔の1/2である。X方向における第3ノズル24cと第4ノズル24dとの間隔は、X方向において互いに隣り合う第3ノズル24c同士の間隔の1/2である。つまり、X方向における第1ノズル24aと第2ノズル24bとの間隔はW/2である。X方向における第3ノズル24cと第4ノズル2との間隔はW/2である。
The distance between the
Y方向からの平面視において、複数の第3ノズル24cの位置は、複数の第1ノズル24aの位置に対して、X方向にオフセットしている。また、Y方向からの平面視において、複数の第4ノズル24dの位置は、複数の第2ノズル24bの位置に対して、X方向にオフセットしている。このような構成は、Z方向において冷媒の流れが重複することを回避するのに有利である。
In a plan view from the Y direction, the positions of the plurality of
複数の第1ノズル24aの噴霧軸O1は、Y方向において互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間を通る。言い換えると、複数の第1ノズル24aの位置は、Y方向において互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間の空間を噴霧軸O1が通るように定められている。複数の第2ノズル24bの噴霧軸O2は、Y方向において互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間を通る。言い換えると、複数の第2ノズル24bの位置は、Y方向において互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間の空間を噴霧軸O2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(Z方向)への噴霧流の到達距離が伸びる。このことは、蒸発器101の小型化に寄与するだけでなく、伝熱管22の表面における液膜の均一な薄膜化にも寄与する。
The spray shafts O1 of the plurality of
複数の第3ノズル24cの噴霧軸O3は、Y方向において互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間を通る。言い換えると、Y方向において、第3ノズル24cの位置は、Y方向において互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間の空間を噴霧軸O3が通るように定められている。複数の第4ノズル24dの噴霧軸O4は、Y方向において互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間を通る。言い換えると、Y方向において、第4ノズル24dの位置は、Y方向において互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間の空間を噴霧軸O4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(Z方向)への噴霧流の到達距離が伸びる。
The spray shafts O3 of the plurality of
図4Aに示すように、Y方向に関して、複数の第1ノズル24aと複数の第2ノズル24bとの間には、少なくとも1段以上の伝熱管22が存在する。図4Bに示すように、Y方向に関して、複数の第3ノズル24cと複数の第4ノズル24dとの間には、少なくとも1段以上の伝熱管22が存在する。本実施の形態では、Y方向に関して、複数の第1ノズル24aと複数の第2ノズル24bとの間に3段の伝熱管22が存在する。Y方向に関して、複数の第3ノズル24cと複数の第4ノズル24dとの間に3段の伝熱管22が存在する。
As shown in FIG. 4A, there are at least one or more
図2に示すように、シェル21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25は、シェル21の底部と複数のノズル24のそれぞれとを接続している。循環回路25に循環ポンプ26が配置されている。循環ポンプ26の働きにより、シェル21の底部に貯留された液相冷媒が循環回路25を通じて複数のノズル24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、複数のノズル24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。
As shown in FIG. 2, the
シェル21には、流入管27及び排出管28が設けられている。流入管27は、シェル21の内部に冷媒を導く流路である。排出管28は、複数の伝熱管22の表面で蒸発した冷媒をシェル21の外部に導く流路である。流入管27及び排出管28には、それぞれ、流路110d及び流路110aが接続されうる。
The
複数のノズル24は、ヘッダー23を介して循環回路25と接続されている。
The plurality of
複数の伝熱管22の一端部を覆うように、シェル21に流路カバー29aが取り付けられている。複数の伝熱管22の他端部を覆うように、シェル21に流路カバー29bが取り付けられている。流路カバー29aは、内部に2つの仕切板31を有する。流路カバー29bは、内部に1つの仕切板31を有する。流路カバー29aは二次側流入口32及び二次側流出口33を有する。二次側流入口32は、流路カバー29bに設けられていてもよい。二次側流出口33は、流路カバー29bに設けられていてもよい。本実施の形態の蒸発器101におけるパス数は、冷媒の流れ方向が流路カバー29a又は29bにおいて反転する毎に「1」増加する。本実施の形態では、パス数が「4」となるように、流路カバー29aに二次側流入口32及び二次側流出口33が配置されている。
A flow path cover 29a is attached to the
本実施の形態において、シェル21は矩形の断面形状を有している。ただし、シェル21の形状は限定されない。シェル21は、円形の断面形状を有してもよい。シェル21は、耐圧容器であってもよい。
In this embodiment, the
[1-4.動作]
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。
[1-4. motion]
The operation and operation of the
循環ポンプ26を起動すると、液相冷媒がシェル21の底部からヘッダー23を介して複数のノズル24に供給される。液相冷媒は、複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bのそれぞれから、複数の伝熱管22に噴霧される。また、液相冷媒は、複数の第3ノズル24c及び複数の第4ノズル24dのそれぞれから、複数の伝熱管22に噴霧される。熱媒体は、二次側流入口32から流路カバー29aに流入し、伝熱管22を流通する。次に、熱媒体は、流路カバー29bで流通方向を反転し、伝熱管22を流通する。次に、熱媒体は、流路カバー29aで流通方向を再度反転し、伝熱管22を流通する。熱媒体は、再び、流路カバー29bで流通方向を反転し、伝熱管22を流通する。その後、熱媒体は、二次側流出口33から流出し、蒸発器101の外部に排出される。伝熱管22に熱媒体を流しながら伝熱管22に向けて液相冷媒を噴霧すれば、伝熱管22において熱媒体と液相冷媒との熱交換が行われ、冷媒が蒸発して気相冷媒が生成される。
When the
ここで、各ノズル24から噴霧された冷媒の成分について、図5A及び図5Bを用いて説明する。図5A及び図5Bにおいて、伝熱管22上の矢印は、噴霧された冷媒の主な移動方向を示している。
Here, the components of the refrigerant sprayed from each
第1ノズル24aから噴霧された冷媒の噴霧流は、噴霧軸O1に沿った流れの成分C1と、伝熱管22の表面に沿った流れの成分C2とを有する。成分C1は、第1ノズル24aから噴霧されて拡がる冷媒の流れの成分である。成分C1は、噴霧軸O1に沿って、Y方向において互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間の空間を移動する冷媒の流れの成分である。成分C2は、X方向の速度成分を持って伝熱管22の表面を移動する冷媒の流れの成分である。第2ノズル24bから噴霧された冷媒の噴霧流は、噴霧軸O2に沿った流れの成分C3と、伝熱管22の表面に沿った流れの成分C4とを有する。第3ノズル24cから噴霧された冷媒の噴霧流は、噴霧軸O3に沿った流れの成分C5と、伝熱管22の表面に沿った流れの成分C6とを有する。第4ノズル24dから噴霧された冷媒の噴霧流は、噴霧軸O4に沿った流れの成分C7と、伝熱管22の表面に沿った流れの成分C8とを有する。
The spray flow of the refrigerant sprayed from the
成分C1、成分C3、成分C5及び成分C7を持つ冷媒の流れは、それぞれ、Y方向において互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間の空間を進む。そのとき、冷媒は、上側に位置する伝熱管22の下表面及び下側に位置する伝熱管22の上表面に接触しながら移動する。成分C2及び成分C8を持つ冷媒の流れは、それぞれ、X方向に沿って伝熱管22の表面を移動する。成分C4及び成分C6を持つ冷媒の流れは、それぞれ、成分C2及び成分C8を持つ冷媒の流れの方向とは逆方向へと伝熱管22の表面を移動する。これらの成分を持つ冷媒は、伝熱管22の表面で伝熱管22の内部を流通する熱媒体と熱交換を行い蒸発する。未蒸発の冷媒は、下方に位置する伝熱管22に向かって滴下する。
The flow of the refrigerant having the component C1, the component C3, the component C5 and the component C7 travels in the space between the
図6は、第1ノズル24a及び第3ノズル24cから複数の伝熱管22に噴霧された冷媒の移動方向及び滴下状態を示す図である。図6は、Z方向から見た状態であって、最も手前の伝熱管22を含む面から手前に関して見える部分、及び最も奥の伝熱管22を含む面より奥に関して見える部分の一部を示している。図6において、伝熱管22上の矢印は、噴霧された冷媒の主な移動方向を示している。
FIG. 6 is a diagram showing a moving direction and a dropping state of the refrigerant sprayed from the
第1ノズル24aから噴霧された冷媒の噴霧流は、第1側から第2側に向かって、Y方向に互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間の空間を、Z方向とX方向との間の方向に進む。噴霧軸O1は、Y方向において、伝熱管22と伝熱管22との間に位置する。第3ノズル24cから噴霧された冷媒の噴霧流は、第2側から第1側に向かって、Y方向に互いに隣り合う伝熱管22と伝熱管22との間の空間を、Z方向とX方向との間の方向に進む。噴霧軸O3は、Y方向において、伝熱管22と伝熱管22との間に位置する。
The spray stream of the refrigerant sprayed from the
このとき、第1ノズル24aから噴霧された冷媒の一部(成分C2)は、X方向に沿って、伝熱管22の表面上を移動する。第3ノズル24cから噴霧された冷媒の一部(成分C6)は、X方向に沿って、伝熱管22の表面上を移動する。冷媒の流れの成分C2は、冷媒の流れの成分C6と逆方向の成分である。X方向の移動速度が低下すると、下方に位置する伝熱管22に向かって冷媒の滴下が始まる。一方、これらの伝熱管22よりも下方に位置する伝熱管22には、第1ノズル24a及び第3ノズル24cから噴霧された冷媒の流れの成分(成分C1及び成分C5)がほとんど到達しない。そのため、上方に位置する伝熱管22において未蒸発の冷媒が滴下することによって熱交換が行われる。第2ノズル24b及び第4ノズル24dについても同じ説明が適用されうる。
At this time, a part of the refrigerant (component C2) sprayed from the
図7Aは、第1ノズル24a及び第3ノズル24cにより定められるノズル面と第2ノズル24b及び第4ノズル24dにより定められるノズル面との位置関係を示す図である。図7Aでは、理解を容易にするために、第1ノズル24a、第2ノズル24b、第3ノズル24c及び第4ノズル24dをそれぞれ1つのみ示している。第3ノズル24cは、第2ノズル24bと同一のノズル面にある。Y方向に関して、第1ノズル24aと第2ノズル24bとの間に3段の伝熱管22が存在する。同様に、Y方向に関して、第3ノズル24cと第4ノズル24dとの間に3段の伝熱管22が存在する。
FIG. 7A is a diagram showing the positional relationship between the nozzle surface defined by the
第nノズル面は、第1ノズル24aの噴霧軸O1(図7Aでは不図示)及び第3ノズル24cの噴霧軸O3(図7Aでは不図示)により定められるXZ面として定義される。第1ノズル24aの噴霧軸O1の上側に位置する伝熱管22を伝熱管22aと定義する。第1ノズル24aの噴霧軸O1の下側に位置する伝熱管22を伝熱管22bと定義する。伝熱管22aと伝熱管22bとは、Y方向において互いに隣り合っている。第nノズル面には、伝熱管22aの下表面及び伝熱管22bの上表面が含まれる。第(n+1)ノズル面は、第2ノズル24bの噴霧軸O2(図7Aでは不図示)及び第4ノズル24dの噴霧軸O4(図7Aでは不図示)により定められるXZ面として定義される。第2ノズル24bの噴霧軸O2の上側に位置する伝熱管22を伝熱管22cと定義する。第2ノズル24bの噴霧軸O2の下側に位置する伝熱管22を伝熱管22dと定義する。伝熱管22cと伝熱管22dとは、Y方向において互いに隣り合っている。第(n+1)ノズル面には、伝熱管22cの下表面及び伝熱管22dの上表面が含まれる。
The n-th nozzle surface is defined as an XZ surface defined by the spray shaft O1 of the
第nノズル面と第(n+1)ノズル面との間には、所定の段数の伝熱管22が存在する。
A predetermined number of stages of
図7Bは、冷媒を噴霧した後の第nノズル面及び第(n+1)ノズル面における冷媒の状態を示す図である。図7Bにおいて、矢印は冷媒の滴下方向を示している。第1ノズル24a、第2ノズル24b、第3ノズル24c、及び第4ノズル24dのそれぞれから冷媒が噴霧されると、第nノズル面及び第(n+1)ノズル面に、図7Bに示すような冷媒の粗密状態が発生する。具体的には、第nノズル面及び第(n+1)ノズル面において、冷媒の密領域と粗領域とが千鳥状に生ずる。
FIG. 7B is a diagram showing the state of the refrigerant on the nth nozzle surface and the (n + 1) th nozzle surface after spraying the refrigerant. In FIG. 7B, the arrow indicates the direction in which the refrigerant is dropped. When the refrigerant is sprayed from each of the
詳細には、第nノズル面において、第1ノズル24a及び第3ノズル24cの近傍の伝熱管22を含む領域には、冷媒の流れの成分(成分C1及び成分C5)により冷媒が十分に到達する。冷媒の流れの成分(成分C2及び成分C6)により伝熱管22の表面上を冷媒が十分に移動する。これにより、図7Bに示すように、第nノズル面に冷媒の密領域が生じ、冷媒の液膜が形成される。同様に、第(n+1)ノズル面において、第2ノズル24b及び第4ノズル24dの近傍の伝熱管22を含む領域には、冷媒の流れの成分(成分C3及び成分C7)により冷媒が十分に到達する。冷媒の流れの成分(成分C4及び成分C8)により伝熱管22の表面上を冷媒が十分に移動する。これにより、図7Bに示すように、第(n+1)ノズル面に冷媒の密領域が生じ、冷媒の液膜が形成される。
Specifically, on the n-th nozzle surface, the refrigerant sufficiently reaches the region including the
一方、第nノズル面において、第1ノズル24a及び第3ノズル24cから離れた位置にある伝熱管22を含む領域には、到達する冷媒の量が十分でないか、冷媒が到達しない。そのため、図7Bに示すように冷媒の粗領域が生じる。同様に第(n+1)ノズル面において、第2ノズル24b及び第4ノズル24dから離れた位置にある伝熱管22を含む領域には、到達する冷媒の量が十分でないか、冷媒が到達しない。そのため、図7Bに示すように冷媒の粗領域が生じる。しかし、未蒸発の冷媒が、第nノズル面の密領域から第(n+1)ノズル面の粗領域に滴下することにより、粗領域の濡れ状態が改善される。
On the other hand, on the nth nozzle surface, the amount of the refrigerant that reaches is not sufficient or the refrigerant does not reach the region including the
[1-5.効果等]
以上のように、本実施の形態において、複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bをZ方向に投影することによって得られる投影像において、複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bは千鳥状の配列パターンを示す。また、複数の第3ノズル24c及び複数の第4ノズル24dをZ方向に投影することによって得られる投影像において、複数の第3ノズル24c及び複数の第4ノズル24dは千鳥状の配列パターンを示す。
[1-5. Effect, etc.]
As described above, in the projection image obtained by projecting the plurality of
このような構成によれば、複数の第1ノズル24aから第4ノズル24dによって噴霧された冷媒により、複数の伝熱管22の表面を均一的に濡らすことができる。これにより、冷媒が届かないドライアウト面の発生を防ぐことができる。そのため、蒸発器101の伝熱性能を向上させることができる。
According to such a configuration, the surface of the plurality of
本実施の形態は、伝熱管22の列数が多く、ノズル24からの冷媒の到達量が少ない伝熱管22が存在している場合に特に有効である。本実施の形態によれば、複数の伝熱管22の両側から、噴霧式による冷媒の供給作用と流下液膜式による冷媒の供給作用との重畳作用により各ノズル面における濡れ状態の粗密の差を改善することができる。これにより、ドライアウト面の形成を防ぐことができる。また、冷媒の噴霧流が直接到達し、かつ、冷媒が表面を移動する伝熱管22を含む領域では、強制対流によって熱伝達率が向上するので、熱交換効率をさらに向上させることができる。
This embodiment is particularly effective when there is a
本実施の形態において、第1ノズル24aが複数段で設けられていてもよい。第2ノズル24bが複数段で設けられていてもよい。第1ノズル22aの段数が第2ノズル24bの段数と一致していてもよく、一致していなくてもよい。第3ノズル24aが複数段で設けられていてもよい。第2ノズル24bが複数段で設けられていてもよい。第3ノズル22cの段数が第4ノズル24dの段数と一致していてもよく、一致していなくてもよい。このような構成によれば、複数の伝熱管22の段数が多い場合であっても、下方に位置するノズル面への冷媒の滴下によって、冷媒が届かない領域の発生をより十分に抑制できる。
In the present embodiment, the
Y方向に沿って3段以上の複数の第1ノズル24aが設けられている場合、Y方向において互いに隣り合う第1ノズル24a同士の間隔は、互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。このような構成は、第2ノズル24b、第3ノズル24c及び第4ノズル24dにも当てはまる。Y方向における第1ノズル24aと第2ノズル24bとの間隔は、Y方向において互いに隣り合う第1ノズル24a同士の間隔の1/2であってもよい。Y方向における第3ノズル24cと第4ノズル24dとの間隔は、Y方向において互いに隣り合う第3ノズル24c同士の間隔の1/2であってもよい。
When a plurality of
Z方向から平面視したとき、複数の第1ノズル24aと第2ノズル24bとがマトリクス状に配列されていてもよい。Z方向から平面視し、最小面積の四角形の4つの頂点をなす4つの第1ノズル24aを選択したとき、それら4つの第1ノズル24aがなす四角形の中央部に第2ノズル24bが位置しうる。同様に、Z方向から平面視し、最小面積の四角形の4つの頂点をなすように4つの第2ノズル24bを選択したとき、それら4つの第2ノズル24bがなす四角形の中央部に第1ノズル24aが位置しうる。
When viewed in a plan view from the Z direction, the plurality of
Z方向から平面視したとき、複数の第3ノズル24cと第4ノズル24dとがマトリクス状に配列されていてもよい。Z方向から平面視し、最小面積の四角形の4つの頂点をなす4つの第3ノズル24cを選択したとき、それら4つの第3ノズル24cがなす四角形の中央部に第4ノズル24dが位置しうる。同様に、Z方向から平面視し、最小面積の四角形の4つの頂点をなすように4つの第4ノズル24dを選択したとき、それら4つの第4ノズル24dがなす四角形の中央部に第3ノズル24cが位置しうる。
When viewed in a plan view from the Z direction, the plurality of
Y方向に沿って2段以上の複数の第1ノズル24a及び2段以上の複数の第2ノズル24bが設けられていてもよい。この場合、Y方向において互いに隣り合う第1ノズル24a同士の間隔は、X方向において互いに隣り合う第1ノズル24a同士の間隔Wよりも広くてもよい。Y方向において互いに隣り合う第2ノズル24b同士の間隔は、X方向において互いに隣り合う第2ノズル24b同士の間隔Wよりも広くてもよい。このような構成は、Y方向において冷媒の流れが重複することを回避するのに有利である。
A plurality of
Y方向に沿って2段以上の複数の第3ノズル24c及び2段以上の複数の第4ノズル24dが設けられていてもよい。この場合、Y方向において互いに隣り合う第3ノズル24c同士の間隔は、X方向において互いに隣り合う第3ノズル24c同士の間隔Wよりも広くてもよい。Y方向において互いに隣り合う第4ノズル24d同士の間隔は、X方向において互いに隣り合う第4ノズル24d同士の間隔Wよりも広くてもよい。このような構成は、Y方向において冷媒の流れが重複することを回避するのに有利である。
A plurality of
Y方向に沿って2段以上の複数の第1ノズル24a及び2段以上の複数の第2ノズル24bが設けられていてもよい。この場合、Y方向において互いに隣り合う第1ノズル24a同士の間隔は、Y方向において互いに隣り合う第2ノズル24b同士の間隔に等しくてもよい。Y方向における第1ノズル24aと第2ノズル24bとの間隔がY方向において互いに隣り合う第1ノズル24a同士の間隔の1/2であってもよい。このような構成によれば、上述した効果をより十分に得ることができる。
A plurality of
Y方向に沿って2段以上の複数の第3ノズル24c及び2段以上の複数の第4ノズル24dが設けられていてもよい。この場合、Y方向において互いに隣り合う第3ノズル24c同士の間隔は、Y方向において互いに隣り合う第4ノズル24d同士の間隔に等しくてもよい。Y方向における第3ノズル24cと第4ノズル24dとの間隔がY方向において互いに隣り合う第3ノズル24c同士の間隔の1/2であってもよい。このような構成によれば、上述した効果をより十分に得ることができる。
A plurality of
本実施の形態の冷凍サイクル装置100は、本実施の形態のシェルアンドチューブ式熱交換器を備えている。シェルアンドチューブ式熱交換器は、蒸発器101に使用されてもよく、凝縮器103に使用されてもよい。本実施の形態のシェルアンドチューブ式熱交換器を使用することによって、冷凍サイクル装置100の効率を向上させることができる。
The
(実施の形態2)
以下、図8から図10を用いて、実施の形態2を説明する。実施の形態1と同一の構成要素には同一番号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 10. The same components as those in the first embodiment are designated by the same numbers, and detailed description thereof will be omitted.
[2-1.蒸発器の構成]
図8は、本開示の実施の形態2における蒸発器111の横断面図である。図8は、実施の形態1の図3に対応している。本実施の形態の蒸発器111は、複数の第3ノズル24c及び複数の第4ノズル24dを備えていないこと、及び複数の伝熱管22の列数が6列であることを除き、実施の形態1の蒸発器101と同一の構成を有する。
[2-1. Evaporator configuration]
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
図9は、IX-IX線に沿った蒸発器111の側面図である。図9では、伝熱管22及びノズル24以外の要素は省略されている。図9に示すように、複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bをZ方向に投影することによって得られる投影像において、複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bは千鳥状の配列パターンを示す。
FIG. 9 is a side view of the
図10Aは、XA-XA線に沿った蒸発器111の断面図であり、図10Bは、XB-XB線に沿った蒸発器111の断面図である。図10A及び図10Bでは、伝熱管22及びノズル24以外の要素は省略されている。
FIG. 10A is a cross-sectional view of the
[2-2.動作]
実施の形態1で説明したように、循環ポンプ26を起動すると、液相冷媒がシェル21の底部からヘッダー23を介して複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bに供給される。液相冷媒は、複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bのそれぞれから、複数の伝熱管22に噴霧される。
[2-2. motion]
As described in the first embodiment, when the
複数の第1ノズル24a及び複数の第2ノズル24bのそれぞれから噴霧された冷媒の移動方向及び滴下状態は、実施の形態1において説明した通りである。
The moving direction and the dropping state of the refrigerant sprayed from each of the plurality of
[2-3.効果等]
本実施の形態は、伝熱管22の列数が少ない場合にも有効である。本実施の形態によれば、噴霧式による冷媒の供給作用と流下液膜式による冷媒の供給作用との重畳作用により各ノズル面における濡れ状態の粗密の差を改善することができる。これにより、ドライアウト面の形成を防ぐことができる。
[2-3. Effect, etc.]
This embodiment is also effective when the number of rows of the
本実施の形態において、第1ノズル24aが複数段で設けられていてもよい。第2ノズル24bが複数段で設けられていてもよい。第1ノズル22aの段数が第2ノズル24bの段数と一致していてもよく、一致していなくてもよい。このような構成には、実施の形態1における説明と同じ説明が適用されうる。
In the present embodiment, the
(他の実施の形態)
上述の実施の形態1では、複数の第1ノズル24a及び複数の第3ノズル24cが、同一のノズル面を定めるように配置されている。また、複数の第2ノズル24b及び複数の第4ノズル24dが、同一のノズル面を定めるように配置されている。複数の第1ノズル24a及び複数の第3ノズル24cは、異なるノズル面に配置されていてもよい。また、複数の第2ノズル24b及び複数の第4ノズル24dは、異なるノズル面に配置されていてもよい。つまり、Y方向に関する第1ノズル24aの位置は、Y方向に関する第3ノズル24cの位置と異なっていてもよい。また、Y方向に関する第2ノズル24bの位置は、Y方向に関する第4ノズル24dの位置と異なっていてもよい。複数の第1ノズル24a、複数の第3ノズル24c、複数の第2ノズル24b、及び複数の第4ノズル24dをZ方向に投影することによって得られる投影像において、複数の第1ノズル24a、複数の第3ノズル24c、複数の第2ノズル24b及び複数の第4ノズル24dが千鳥状の配列パターンを示してもよい。
(Other embodiments)
In the first embodiment described above, the plurality of
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 exchangers disclosed herein are particularly useful for air conditioners such as commercial air conditioners. The shell-and-tube heat exchanger may be used as a condenser as well as an evaporator. The refrigerating cycle device disclosed in the present specification is not limited to the air conditioner, and may be another device such as an absorption chiller, a chiller, or a heat storage device.
21 シェル
22 伝熱管
23 ヘッダー
24 ノズル
24a 第1ノズル
24b 第2ノズル
24c 第3ノズル
24d 第4ノズル
25 循環回路
26 循環ポンプ
27 流入管
28 排出管
29a,29b 流路カバー
31 仕切板
32 二次側流入口
33 二次側流出口
100 冷凍サイクル装置
101,111 蒸発器
102 圧縮機
103 凝縮器
104 流量弁
105,106 回路
110a,110b,110c,110d 流路
21
Claims (14)
前記シェルの内部に互いに平行に配置され、第1流体が流れる複数の伝熱管と、
前記シェルの内部に配置され、前記複数の伝熱管に向かって第2流体を噴霧する複数のノズルと、
を備え、
前記複数の伝熱管の長手方向に平行な方向をX方向と定義し、前記X方向に鉛直な方向をY方向と定義し、前記X方向及び前記Y方向に垂直な方向をZ方向と定義したとき、
前記複数のノズルは、前記Z方向における第1側から第2側に向かって前記第2流体を噴霧する複数の第1ノズルと、前記Z方向における前記第1側から前記第2側に向かって前記第2流体を噴霧する複数の第2ノズルとを含み、
前記複数の第1ノズル及び前記複数の第2ノズルを前記Z方向に投影することによって得られる投影像において、前記複数の第1ノズルと前記複数の第2ノズルとが千鳥状の配列パターンを示す、
シェルアンドチューブ式熱交換器。 With the shell
A plurality of heat transfer tubes arranged parallel to each other inside the shell and through which the first fluid flows,
A plurality of nozzles arranged inside the shell and spraying a second fluid toward the plurality of heat transfer tubes.
Equipped with
The direction parallel to the longitudinal direction of the plurality of heat transfer tubes is defined as the X direction, the direction vertical to the X direction is defined as the Y direction, and the direction perpendicular to the X direction and the Y direction is defined as the Z direction. When
The plurality of nozzles include a plurality of first nozzles that spray the second fluid from the first side to the second side in the Z direction, and the first side to the second side in the Z direction. Including a plurality of second nozzles for spraying the second fluid.
In the projection image obtained by projecting the plurality of first nozzles and the plurality of second nozzles in the Z direction, the plurality of first nozzles and the plurality of second nozzles show a staggered arrangement pattern. ,
Shell and tube heat exchanger.
請求項1に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。 The spray axis of the first nozzle and the spray axis of the second nozzle are parallel to the inclined direction with respect to both the X direction and the Z direction.
The shell-and-tube heat exchanger according to claim 1.
前記Y方向から平面視したとき、前記第2ノズルの前記噴霧軸は、前記第2ノズルの開口の中心を通り前記Z方向に平行な第2基準線に対して反時計回り方向に傾斜している、
請求項2に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。 When viewed in a plan view from the Y direction, the spray axis of the first nozzle passes through the center of the opening of the first nozzle and is inclined clockwise with respect to the first reference line parallel to the Z direction. ,
When viewed in a plan view from the Y direction, the spray axis of the second nozzle passes through the center of the opening of the second nozzle and is inclined counterclockwise with respect to the second reference line parallel to the Z direction. Yes,
The shell-and-tube heat exchanger according to claim 2.
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。 When viewed in a plan view from the Y direction, the angle formed by the spray axis of the first nozzle and the first reference line is equal to the angle formed by the spray axis of the second nozzle and the second reference line.
The shell-and-tube heat exchanger according to claim 2 or 3.
前記複数の第3ノズル及び前記複数の第4ノズルを前記Z方向に投影することによって得られる投影像において、前記複数の第3ノズルと前記複数の第4ノズルとが千鳥状の配列パターンを示す、
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。 The plurality of nozzles are a plurality of third nozzles that spray the second fluid from the second side to the first side in the Z direction, and from the second side to the first side in the Z direction. Includes a plurality of fourth nozzles that spray the second fluid towards.
In the projection image obtained by projecting the plurality of third nozzles and the plurality of fourth nozzles in the Z direction, the plurality of third nozzles and the plurality of fourth nozzles show a staggered arrangement pattern. ,
The shell-and-tube heat exchanger according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。 The spray axis of the third nozzle and the spray axis of the fourth nozzle are parallel to the inclined direction with respect to both the X direction and the Z direction.
The shell and tube heat exchanger according to claim 5.
前記Y方向から平面視したとき、前記第4ノズルの前記噴霧軸は、前記第4ノズルの開口の中心を通り前記Z方向に平行な第4基準線に対して反時計回り方向に傾斜している、
請求項6に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。 When viewed in a plan view from the Y direction, the spray axis of the third nozzle passes through the center of the opening of the third nozzle and is inclined clockwise with respect to the third reference line parallel to the Z direction. ,
When viewed in a plan view from the Y direction, the spray axis of the fourth nozzle passes through the center of the opening of the fourth nozzle and is inclined counterclockwise with respect to the fourth reference line parallel to the Z direction. Yes,
The shell and tube heat exchanger according to claim 6.
請求項6又は7に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。 When viewed in a plan view from the Y direction, the angle formed by the spray axis of the third nozzle and the third reference line is equal to the angle formed by the spray axis of the fourth nozzle and the fourth reference line.
The shell-and-tube heat exchanger according to claim 6 or 7.
前記Y方向からの平面視において、前記複数の第4ノズルの位置は、前記複数の第2ノズルの位置に対して、前記X方向にオフセットしている、
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。 In a plan view from the Y direction, the positions of the plurality of third nozzles are offset in the X direction with respect to the positions of the plurality of first nozzles.
In a plan view from the Y direction, the positions of the plurality of fourth nozzles are offset in the X direction with respect to the positions of the plurality of second nozzles.
The shell-and-tube heat exchanger according to any one of claims 5 to 8.
前記Y方向において、前記複数の第2ノズルの前記噴霧軸は、互いに隣り合う前記伝熱管と前記伝熱管との間を通る、
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。 In the Y direction, the spray shafts of the plurality of first nozzles pass between the heat transfer tubes adjacent to each other and the heat transfer tubes.
In the Y direction, the spray shafts of the plurality of second nozzles pass between the heat transfer tubes adjacent to each other and the heat transfer tubes.
The shell-and-tube heat exchanger according to any one of claims 1 to 9.
前記Y方向において、前記複数の第4ノズルの前記噴霧軸は、互いに隣り合う前記伝熱管と前記伝熱管との間を通る、
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。 In the Y direction, the spray shafts of the plurality of third nozzles pass between the heat transfer tubes adjacent to each other and the heat transfer tubes.
In the Y direction, the spray shafts of the plurality of fourth nozzles pass between the heat transfer tubes adjacent to each other and the heat transfer tubes.
The shell-and-tube heat exchanger according to any one of claims 5 to 9.
請求項1から11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。 In a cross section perpendicular to the X direction and parallel to the Y direction and the Z direction, the plurality of heat transfer tubes are located on grid points of a square lattice.
The shell-and-tube heat exchanger according to any one of claims 1 to 11.
請求項1から12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 plurality of heat transfer tubes include a circular tube having a circular cross section.
The shell-and-tube heat exchanger according to any one of claims 1 to 12.
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