JP6701372B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、概して、蒸気圧縮システムで使用されるように適合された熱交換器に関する。より詳細には、本発明は、冷媒分配器を含む熱交換器に関する。

蒸気圧縮冷凍は、大型建物等の空調に最も一般的に使用されている方法である。従来の蒸気圧縮冷凍システムは典型的には蒸発器を備え、蒸発器は、そこを通過する冷却対象の液体から熱を吸収すると共に、冷媒を蒸発させて液体から蒸気にする熱交換器である。１のタイプの蒸発器は、複数の水平方向に延び、冷却対象の液体が循環する伝熱管を有する管束を含む。管束は、円筒形シェルの内部に収容されている。このタイプの蒸発器では、冷媒を蒸発させるための方式がいくつか知られている。浸液式蒸発器では、シェルに液冷媒が充填され、この液冷媒のプールに伝熱管が浸漬され、これにより液冷媒が沸騰及び／又は蒸気として蒸発する。流下膜式蒸発器では、液冷媒が伝熱管の外面に上方から落ち、これにより、伝熱管の外面に沿って液冷媒の層又は薄膜が形成される。伝熱管の壁からの熱は、対流及び／又は液体膜を通る伝導によって気液界面に伝達され、そこで液冷媒の一部が蒸発し、それにより伝熱管の内部を流れる水から熱が除去される。蒸発しなかった液冷媒は、重力によって、上側位置にある伝熱管から下側位置にある伝熱管に向かって鉛直に流下する。ハイブリッド流下膜式蒸発器もあり、このタイプの蒸発器では、管束のうちのいくつかの伝熱管の外面に液冷媒が落ち、管束のうちの他の伝熱管は、シェルの底部に集められた液冷媒中に浸漬される。

浸液式蒸発器は高い伝熱性能を示すが、伝熱管が液冷媒のプール内に浸漬されるため、かなりの量の冷媒を必要とする。新規冷媒（Ｒ１２３４ｚｅ又はＲ１２３４ｙｆ等）が最近開発され、地球温暖化係数がはるかに低くなったが、これは高価であるため、蒸発器内の冷媒装填量を低減することが望ましい。流下膜式蒸発器の主な利点は、良好な伝熱性能を確保しながら、冷媒装填量を低減することができることである。従って、流下膜式蒸発器には、大型冷凍システムにおいて浸液式蒸発器に取って代わる大きな可能性がある。蒸発器の種類、例えば浸液式、流下膜式、又はハイブリッド式を問わず、蒸発器に入る冷媒を管束に分配するために分配器が設けられている。米国特許出願公開第２０１５／００５３３７８号明細書は、こうした分配器の一例を開示している。この分配器は、蒸気冷媒を液冷媒から分離し、液冷媒を管束に向けて分配するように設計されている。特に流下膜式蒸発器の場合にこのような分配が望まれる。

少なくとも流下膜式蒸発器では、分配器内にてガス冷媒から液冷媒を可能な限り分離して、液冷媒のみを管束に分配することが望ましいことが判明している。

従って、本発明の１つの目的は、液冷媒とガス冷媒とを十分に分離する分配器を備える蒸発器を提供することである。

更に、分配器内での気液分離が十分でない場合、冷媒の液滴がガス冷媒中に含まれることがあることが判明している。このような液滴は管束に分配されず、出口蒸気流と共に蒸発器から出て圧縮機に戻される。この現象は、液キャリーオーバと呼ばれている。この液キャリーオーバは、蒸発器及び／又は圧縮機、さらには冷媒サイクル全体の性能を低下させることがある。

従って、本発明の別の目的は、液冷媒を管束に分配し、冷媒出口蒸気中の液滴含有量（液キャリーオーバ）を減少させ、それにより蒸発器及び／又は圧縮機の性能を改良する分配器を備える蒸発器を提供することである。

このような液キャリーオーバ現象は、容器が長く、蒸気出口が蒸発器の端部にあり、及び／又は蒸気速度が高くなる場合に、よく起こることが判明している。本体内の蒸気速度が不均一になるため、蒸気出口側の近傍での蒸気速度が閾値を超えると、分配器内の蒸気速度が増加する。すなわち、分配器の一端に入口が配設され、分配器の別の端部に蒸気出口が配設され、分配器及び容器が比較的長い場合、ガス又は蒸気の速度が分配器及び蒸発器の入口端部から出口端部へと増加することがあることが判明している。

従って、本発明の更に別の目的は、容器が長く、蒸気出口が蒸発器の端部にあり、及び／又は蒸気速度が高くなる場合でさえ、上記の目的のいずれかを達成することができる分配器を備えた蒸発器を提供することである。

また、低圧冷媒（ＬＰＲ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ）は蒸気密度が比較的低いことがあるので、低圧冷媒が使用される場合にこのような液キャリーオーバ現象がより顕著になり得ることも判明している。

従って、本発明の更に別の目的は、低圧冷媒が使用される場合でも液キャリーオーバを減少させる分配器を備えた蒸発器を提供することである。

本発明の更に別の目的は、比較的単純な構造を有する分配器を備えた蒸発器を提供することである。

本発明の第１の態様による熱交換器は、蒸気圧縮システムにおいて使用されるように適合されている。この熱交換器は、シェルと、冷媒分配器と、伝熱ユニットと、を含む。シェルは、少なくとも液冷媒を含む冷媒が流れる冷媒入口と、シェル冷媒蒸気出口と、を有する。シェルの長手方向中心軸は、水平面に略平行に延びている。冷媒分配器は、冷媒入口に接続され、シェル内に配設されている。冷媒分配器は、液冷媒を分配する少なくとも１つの液冷媒分配開口部と、シェル冷媒蒸気出口から長手方向に離間した冷媒蒸気分配出口開口部と、を有する。伝熱ユニットは、冷媒分配器の下方でシェルの内部に配設され、冷媒分配器から放出された液冷媒を伝熱ユニットに供給する。

本発明の上記及びその他の目的、特徴、態様、及び効果は、以下の詳細な説明から当業者に明らかとなろう。以下の詳細な説明では、添付の図面と合わせて好適な実施形態を開示する。

ここで、本開示の一部を成す添付図面を参照する。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器を含む蒸気圧縮システムの簡略全体斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器を含む蒸気圧縮システムの冷凍回路を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器の簡略斜視図である。 図１〜図３に示す熱交換器の冷媒分配器が有する内部構造の簡略分解斜視図である。 図１〜図４に示す熱交換器の冷媒分配器が有する内部構造の簡略部分分解斜視図である。 図３における断面線６−６に沿って取られた、図１〜図３に示す熱交換器の簡略長手方向断面図である。 図３における断面線７−７に沿って取られた、図１〜図３に示す熱交換器の簡略横断面図である。 図４において円で囲んだセクション８の更なる拡大図である。 図７において円で囲んだセクション９の更なる拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器の冷媒分配器が有する内部構造の簡略分解斜視図である。 図１０に示す冷媒分配器の内部構造の簡略部分分解斜視図である。 図３における６−６等の断面線に沿って取られた、第２実施形態に係る図１０〜図１１に示す熱交換器及び分配器の簡略長手方向断面図である。 図３における７−７等の断面線に沿って取られた、図１０〜図１２に示す熱交換器及び分配器の簡略横断面図である。 図１３の一部の更なる拡大図である。 本発明の第３実施形態に係る熱交換器の冷媒分配器が有する内部構造の簡略部分分解斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る熱交換器の冷媒分配器が有する内部構造の簡略部分分解斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る熱交換器の分配器の拡大部分横断面図である。 本発明の第６実施形態に係る熱交換器の分配器の拡大部分横断面図である。 図３における６−６等の断面線に沿って取られた、本発明の第７実施形態に係る熱交換器及び分配器の簡略長手方向断面図である。 図１９における２０−２０等の断面線に沿って取られた、図１９に示す熱交換器及び分配器の簡略横断面図である。 図３における６−６等の断面線に沿って取られた、本発明の第８実施形態に係る熱交換器及び分配器の簡略長手方向断面図である。 図２１における２２−２２等の断面線に沿って取られた、図２１に示す熱交換器及び分配器の簡略横断面図である。 図３における６−６等の断面線に沿って取られた、本発明の第９実施形態に係る熱交換器及び分配器の簡略長手方向断面図である。 図３における６−６等の断面線に沿って取られた、本発明の第１０実施形態に係る熱交換器及び分配器の簡略長手方向断面図である。 図３における６−６等の断面線に沿って取られた、本発明の第１１実施形態に係る熱交換器及び分配器の簡略長手方向断面図である。 図３における６−６等の断面線に沿って取られた、本発明の第１２実施形態に係る熱交換器及び分配器の簡略長手方向断面図である。 本発明の第１３実施形態に係る修正型入口チャネル部分の斜視図である。 本発明の第１４実施形態に係る修正型入口チャネル部分の斜視図である。

本発明の選択した実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下実施形態の説明は単なる例示であり、添付の請求項及びそれらの等価物で定義される本発明を限定するためのものではないことは、本開示から当業者に明らかであろう。

まず図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る熱交換器を含む蒸気圧縮システムを説明する。図１からわかるように、第１の実施形態に係る蒸気圧縮システムは、大型建物等の空調用の暖房、換気、空調（ＨＶＡＣ）システムにおいて使用することができるチラーである。第１実施形態の蒸気圧縮システムは、蒸気圧縮冷凍サイクルを通して冷却対象の液体（水、エチレングリコール、塩化カルシウムブライン等）から熱を除去するように構成及び配置されている。

図１及び図２に示すように、この蒸気圧縮システムは、蒸発器１、圧縮機２、凝縮器３、及び膨張デバイス４の４つの主要構成要素と、制御ユニット５とを含む。制御ユニット５は、圧縮機２の駆動メカニズム及び膨張デバイス４に動作可能に結合されて、蒸気圧縮システムの動作を制御する。

蒸発器１は、熱交換器であり、循環する冷媒が蒸発器１内で蒸発することで、蒸発器１を通過する冷却対象液（この例では水）から熱を除去してその水の温度を低下させる。蒸発器１に入る冷媒は、典型的には二相気液状態である。この冷媒は、少なくとも液冷媒を含む。液冷媒は、水から熱を吸収し、蒸発器１内で蒸気冷媒として蒸発する。

低圧低温の蒸気冷媒は、蒸発器１から放出され、吸引によって圧縮機２に入る。圧縮機２内で、この蒸気冷媒は圧縮されて、より高圧高温の蒸気になる。圧縮機２は、任意のタイプの従来の圧縮機、例えば遠心圧縮機、スクロール圧縮機、往復動圧縮機、スクリュー圧縮機でもよい。

次に、高温高圧の蒸気冷媒は凝縮器３に入る。凝縮器３は、別の熱交換器であり、蒸気冷媒から熱を除去し、気体状態から液体状態に凝縮させる。凝縮器３は、空冷式、水冷式、又は任意の適切なタイプの凝縮器でよい。この熱により凝縮器３を通過する冷却水又は空気の温度が上昇するため、この熱は、冷却水又は空気によって運ばれてシステム外に排出されることになる。

次いで、凝縮した液冷媒は膨張デバイス４に入る。膨張デバイス４において、冷媒は急激な圧力低下を受ける。膨張デバイス４は、オリフィスプレートのように単純なものでも、電子式熱膨張弁のように複雑なものでもよい。膨張デバイス４を制御ユニットに接続するかどうかは、制御可能な膨張デバイス４を利用するかどうかによって決まる。通常、この急激な圧力低下は液冷媒に部分蒸発が生じることで起きるため、蒸発器１に入る冷媒は、通常は気液二相状態である。

この蒸気圧縮システムにおいて使用する冷媒のいくつかの例としては、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系冷媒（例えばＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１３４ａ）、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）、不飽和ＨＦＣ系冷媒（例えばＲ１２３４ｚｅ、Ｒ１２３４ｙｆ）、及び天然冷媒（例えばＲ７１７、Ｒ７１８ｇ）が挙げられる。Ｒ１２３４ｚｅ及びＲ１２３４ｙｆは、Ｒ１３４ａと同様の密度を有する中密度の冷媒である。Ｒ４５０Ａ及びＲ５１３Ａも使用可能な冷媒である。いわゆる低圧冷媒（ＬＰＲ）１２３３ｚｄも適切なタイプの冷媒である。低圧冷媒（ＬＰＲ）１２３３ｚｄは、上述した他の冷媒よりも蒸気密度が低いため、低密度冷媒（ＬＤＲ）と呼ばれることもある。Ｒ１２３３ｚｄは、いわゆる中密度の冷媒であるＲ１３４ａ、Ｒ１２３４ｚｅ、及びＲ１２３４ｙｆよりも密度が低い。Ｒ１２３３ｚｄはＲ１３４Ａよりも液体密度がわずかに高いことから、ここで論じている密度は液体密度ではなく蒸気密度である。本明細書で開示する実施形態（単数又は複数）は任意のタイプの冷媒と共に使用できるが、本明細書で開示する実施形態（単数又は複数）は１２３３ｚｄ等のＬＰＲと共に使用される場合に特に有用である。これは、Ｒ１２３３ｚｄ等のＬＰＲは他の選択肢よりも蒸気密度が比較的低く、蒸気流の流速が高くなるためである。Ｒ１２３３ｚｄ等のＬＰＲと共に使用される従来のデバイスにおいて蒸気流の流速が高くなると、上記の発明の概要の項で述べたように液キャリーオーバが生じる可能性がある。上記では個々の冷媒に言及したが、上記の冷媒のうち任意の２つ以上を利用する混合冷媒を使用してもよいことは、本開示から当業者に明らかであろう。例えば、Ｒ１２３３ｚｄとして一部のみ含む混合冷媒を利用することができる。

本発明を実施するために、圧縮機２、凝縮器３、及び膨張デバイス４としてそれぞれ従来の圧縮機、凝縮器、及び膨張デバイスを使用してもよいことは、本開示から当業者に明らかであろう。すなわち、圧縮機２、凝縮器３、膨張デバイス４は、当技術分野においてよく知られている従来の構成要素である。圧縮機２、凝縮器３、及び膨張デバイス４は当技術分野で周知であるため、本明細書ではこれらの構造を詳細には説明又は図示しない。本蒸気圧縮システムは、蒸発器１、圧縮機２、及び／又は凝縮器３をそれぞれ複数含むことができる。

ここで図３〜図９を参照して、第１実施形態に係る熱交換器である蒸発器１の詳細な構造を説明する。蒸発器１は基本的に、シェル１０と、冷媒分配器２０と、伝熱ユニット３０とを含む。例示実施形態では、伝熱ユニット３０は管束である。従って、ここでは伝熱ユニット３０を管束３０とも呼ぶ。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、伝熱ユニット３０の他の構造を使用してもよいことは、本開示から当業者に明らかであろう。冷媒がシェル１０に入り、冷媒分配器２０に供給される。次いで、冷媒分配器２０は、以下でより詳細に説明するように、気液分離を行って管束３０に液冷媒を供給する。蒸気冷媒は分配器２０から出て、シェル１０の内部に流入する。これについても以下でより詳述する。

図３、図６、及び図７から最も良く理解できるように、例示実施形態では、シェル１０は、概して水平方向に延びる長手方向中心軸Ｃ（図６）を有する略円筒形である。従って、シェル１０は、水平面Ｐに略平行に延びている。シェル１０は、入口水チャンバ１３ａ及び出口水チャンバ１３ｂを画成する接続ヘッド部材１３と、水チャンバ１４ａを画成する戻りヘッド部材１４とを含む。接続ヘッド部材１３及び戻りヘッド部材１４は、シェル１０の円筒形本体の長手方向端部に固定結合される。入口水チャンバ１３ａと出口水チャンバ１３ｂとは、水バッフル１３ｃによって仕切られている。接続ヘッド部材１３は、水が通過してシェル１０に入る水入口パイプ１５と、シェル１０から水が通過して放出される水出口パイプ１６と、を含む。

図１、図２、図３、及び図６に示すように、シェル１０は、冷媒入口パイプ１１ｂに接続された冷媒入口１１ａと、冷媒出口パイプ１２ｂに接続されたシェル冷媒蒸気出口１２ａとを更に含む。冷媒入口パイプ１１ｂは、膨張デバイス４に流体接続されて、二相冷媒をシェル１０内に導入する。膨張デバイス４は、冷媒入口パイプ１１ｂに直接結合可能である。二相冷媒中の液体成分は、蒸発器１を通過する水から熱を吸収しながら、蒸発器１内で沸騰及び／又は蒸発して液体から蒸気に相変化する。蒸気冷媒は、吸引により冷媒出口パイプ１２ｂから圧縮機２に引き込まれる。冷媒入口１１ａに入る冷媒は、少なくとも液冷媒を含む。冷媒入口１１ａに入る冷媒は、二相冷媒であることが多い。冷媒は、冷媒入口１１ａから冷媒分配器２０に流入し、冷媒分配器２０は、この液冷媒を管束３０全体にわたって分配する。

ここで図４〜図９を参照すると、冷媒分配器２０は、冷媒入口１１ａに接続され、シェル１０内に配設される。冷媒分配器２０は、気液分離器と液冷媒分配器との両方の機能を果たすように構成及び配置される。冷媒分配器２０は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに略平行に、シェル１０内で長手方向に延びている。図４〜図５に最も良く示されているように、冷媒分配器２０は、入口チャネル部分２１と、第１のトレイ部分２２と、第２のトレイ要素２３と、第２のキャノピ部分又は第２のカバー部分２４とを含む。入口チャネル部分２１、第１のトレイ部分２２、及び第２のキャノピ部分２４は、図５〜図７及び図９から最も良くわかるように、互いに堅固に接続されている。第２のトレイ要素２３は、第１のトレイ部分２２の下方に配設されている。例示の実施形態では、第２のトレイ要素２３は、入口チャネル部分２１、第１のトレイ部分２２、及び第２のキャノピ部分２４に取り付けられていない。第２のトレイ要素２３は、以下でより詳細に説明するように、管束３０の一部によって支持される。

図６に示すように、入口チャネル部分２１は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃ及び水平面Ｐに略平行に延びている。入口チャネル部分２１は、二相冷媒を入口チャネル部分２１内に導入するように、シェル１０の冷媒入口１１ａを介して冷媒入口パイプ１１ｂに流体接続されている。入口チャネル部分２１は、逆Ｕ字形の矩形断面形状を有する。より具体的には、入口チャネル部分２１は逆Ｕ字形を有し、その自由端が第１のトレイ部分２２に固定接続されている。例示実施形態では、第１のトレイ部分２２は、入口チャネル部分２１と対になる構造を有し、入口チャネル部分２１と共に管状断面形状の一部を成す。

引き続き図４〜図９を参照すると、入口チャネル部分２１は、冷媒入口１１ａを介して冷媒入口パイプ１１ｂに流体接続されて、上述したように二相冷媒が冷媒入口パイプ１１ｂから入口チャネル部分２１内に導入されるようになっている。入口チャネル部分２１は、好ましくは、入口上部プレート４０及び１対の入口側方側プレート４２、４４を含む。入口上部プレート４０は、冷媒入口１１ａが取り付けられる孔を有する。入口側方側プレート４２、４４は、入口上部プレート４０から下方向に延びて、逆Ｕ字形の横断面を形成する。入口側方側プレート４２、４４は、孔のない第１のセクションと孔４６のある第２のセクションとに区分することができる。入口側方側プレート４２、４４は、第１のトレイ部分２２に取り付けられている。

例示の実施形態では、入口上部プレート４０及び入口側プレート４２、４４はそれぞれ剛性金属シート／プレート材料から形成されているため、プレートに孔４６が形成されていない限り、液冷媒及びガス冷媒は通過できない。更に、例示の実施形態では、入口上部プレート４０及び入口側プレート４２、４４は、一片の単体部材として一体形成されている。しかし、これらのプレート４０、４２、４４を別個の部材として構成し、溶接等任意の従来の技法を使用して互いに取り付けてもよいことは、本開示から当業者に明らかであろう。いずれの場合も、入口プレート４２、４４は、第１のトレイ部分２２の長手方向中心に取り付けられる。更に、液体連通及びガス連通状態である限り、側方側プレート４２、４４の少なくとも一部を金属メッシュ材料から少なくとも一部構成することもできることは、本開示から当業者に明らかであろう。

例示実施形態では、入口側プレート４２、４４はどちらも孔を有し、それらの孔は、プレート４２、４４の高さ全体に沿って連続的に形成されているが、第２のキャノピ部分２４の長さよりも短い所定の長さに沿ってのみ形成されている。しかし、孔の異なるパターンを使用することもできることは、本開示から当業者に明らかであろう。例えば、孔４６を所定の高さよりも上方にのみ設ける、又は連続的なフランジを第１のトレイ２２に設け、それにより、特定の液位よりも上方でのみ液冷媒が入口チャネル部分２１から出るようにしてもよい。例示実施形態では、入口上部プレート４０は冷媒入口１１ａに堅固に取り付けられ、入口チャネル部分２１は第１のトレイ部分２２に固定されている。第２のキャノピ部分２４は、以下でより詳細に説明するように、第１のトレイ部分２２に取り付けられて、入口側方側プレート４２、４４の孔のある領域に重なっている。

引き続き図４〜図９を参照して、ここで第１のトレイ部分２２をより詳細に説明する。第１のトレイ部分２２は、第１の底部プレート５０と、１対の第１の側方側プレート５２、５４と、１対の第１の端部プレート５６、５８と、チャネルセクション６０とを含む。例示の実施形態では、第１の側方側プレート５２、５４は、第１の底部プレート５０から上方向に延びて、Ｕ字形の横断面を成している。第１の端部プレート５６、５８は、第１の底部プレート５０及び第１の側部プレート５２、５４の長手方向対向端部に取り付けられている。チャネルセクション６０は、第１の底部プレート５０の側方向中央に取り付けられている。例示の実施形態では、第１の底部プレート５０、１対の第１の側方側プレート５２、５４、１対の第１の端部プレート５６、５８、及びチャネル部分６０はそれぞれ、金属シート／プレート材料から構成されている。例示の実施形態では、底部プレート５０及び１対の側方側プレート５２、５４は、一片の単体部材として一体形成されている。他方、例示の実施形態では、端部プレート５６、５８は、底部プレート５０及び１対の側方側プレート５２、５４の長手方向端部に取り付けられる別個の部材として形成されている。

チャネルセクション６０は、第１の底部プレート５０に取り付けられた平面部分６２と、側方で離間したフランジ部分６４、６６とを含み、フランジ部分６４、６６は、平面部分６２から上方向に延びて、それらの間にトラフを形成する。トラフ及び入口チャネル部分２１は、入口チャネル部分２１がフランジ部分６４、６６間のトラフ内に入り、入口チャネル部分２１及び第１の底部プレート５０が矩形断面形状を成すサイズ及び形状を有する。入口チャネル部分２１は、好ましくは、平面部分６２に固着される。例示の実施形態では、各フランジ部分６４、６６を不連続にして、平面部分６２から上方向に延びる複数のフランジタブを含んでいる。例示の実施形態では、冷媒入口１１ａが配設されている第１のトレイ部分２２の端部にあるフランジタブは、冷媒がこの位置で入口チャネル部分２１から流出しないので、より長くなっている。しかし、他のフランジタブは、組立て時に入口チャネル部分２１を位置決めするのに有用となり、組立て後には入口チャネル部分２１からの冷媒の流れを著しく妨げることがないように、比較的小さくなっている。

例示の実施形態では、フランジ部分６４、６６を有するチャネルセクション６０は、底部プレート５０とは別個の部材である。しかし、フランジ部分６４、６６を第１の底部プレート５０と一体形成する、又は（例えば溶接によって）第１の底部プレート５０に固定された別個のフランジとすることができることは、本開示から当業者には理解されるであろう。例示の実施形態では、フランジ部分６４、６６は、第２のキャノピ部分２４を間接的に支持するという目的も果たす。これについては、第２のキャノピ部分２４に関連して以下でより詳細に説明する。いずれの場合も、チャネルセクション６０は、好ましくは、その平面部分６２に開口部を持たない。好ましくは、側方向中央にある第１のベースプレート５０も開口部を持たない。従って、平面部分６２が設けられているかどうかにかかわらず、液冷媒は、入口チャネル部分２１の孔４６から第１のトレイ２２に流出しなければならない。他方、フランジ部分６４、６６の両側方側にある第１のベースプレート５０の領域には、以下でより詳細に説明するように、液冷媒を第２のトレイ要素２３に通す孔６８が形成されている。

好ましくは、端部プレート５６、５８は、封止（すなわち気密／液密）状態でベースプレート５０及び側方側プレート５２、５４に接続される。しかし、漏れによる液体及び／又はガスの流れが性能に影響を与えない限り、これらのパーツを接合する接続点又は継ぎ目からのわずかな漏れは許容され得ることは、本開示から当業者に明らかであろう。同様に、入口チャネル部分２１は、好ましくは、封止（すなわち気密／液密）状態でチャネルセクション６０及び端部プレート５６、５８に取り付けられる。しかし、漏れによる液体及び／又はガスの流れが性能に影響を与えない限り、これらのパーツを接合する接続点又は継ぎ目からのわずかな漏れは許容され得ることは、本開示から当業者に明らかであろう。このような接続を行うための１つの適切な技法は溶接である。従って、入口チャネル部分２１及びチャネルセクション６０によって形成された矩形路内に流入する冷媒は、側方側プレート４２、４４に形成された孔４６から出る以外は矩形路内に留まる。

引き続き図５〜図８を参照して、ここで第２のキャノピ部分２４をより詳細に説明する。第２のキャノピ部分２４は、中実シート／プレート材料から形成された、好ましくは中実シート／プレートメタルから形成された逆Ｕ字形の部材である。例示の実施形態では、このカバーは、互いに溶接された２つのセクションから形成される。従って、継ぎ目（番号は付さず）を図面に示してある。しかし、第２のキャノピ部分２４を単一のセクションから形成することもできることは、本開示から当業者に明らかであろう。例示の実施形態では、第２のキャノピ部分２４は、カバー上部プレート７０と、逆Ｕ字形の横断面を成すようにカバー上部プレート７０から下方向に延びる１対のカバー側方側プレート７２、７４と、を含む。１対のカバー側方側プレート７２、７４間の幅は、第２のキャノピ部分２４を第１のトレイ２２に取り付けることができるように、第１のトレイ２２の第１の側方側プレート５２、５４間の幅よりわずかに大きい。

例示の実施形態では、１対のカバー側方側プレート７２、７４は、カバー上部プレート７０と一体形成されている（例えば下方向に曲げられている）。第２のキャノピ部分２４は、第１のトレイ２２の上部を囲むように第１のトレイ２２に取り付けられる。具体的には、カバー上部プレート７０は、第１の端部プレート５８に取り付けられる。更に、１対のカバー側方側プレート７２、７４は、それぞれ第１の側方側プレート５２、５４に取り付けられる。最後に、１対のカバー側方側プレート７２、７４は、第１の端部プレート５８に取り付けられる。より具体的には、１対のカバー側方側プレート７２、７４間の幅が第１のトレイ２２の第１の側方側プレート５２、５４間の幅よりもわずかに大きいため、カバー側方側プレート７２、７４は、第１の側方側プレート５２、５４の横方向外側の位置に取り付けられる。

これらのパーツ間の接続は、上述した他の接続と同様に、好ましくは封止（すなわち気密／液封）接続である。しかし、漏れによる液体及び／又はガスの流れが性能に影響を与えない限り、これらのパーツを接合する接続点又は継ぎ目からのわずかな漏れは許容され得ることは、本開示から当業者に明らかであろう。適切な接続の一例は溶接である。

例示の実施形態では、複数の支持ブリッジ２５が、冷媒分配器２０に沿って長手方向に離間した配置で設けられている。各支持ブリッジ２５は、逆Ｕ字形である。例示の実施形態では、支持ブリッジ２５はそれぞれ、３枚の剛性シート／プレート材料、例えば剛性シートメタルから構成されている。しかし、各ブリッジ支持部を一片の材料から構成する、かつ／又は異なる材料から構成することもできることは、本開示から当業者に明らかであろう。例示の実施形態では、支持ブリッジ２５には自由端があり、これがフランジ部分６４、６６の小フランジタブに取り付けられる。支持ブリッジ２５のサイズは、第２のキャノピ部分２４を第１のトレイに接続する前に第２のキャノピ部分２４を所望の鉛直方向位置に位置決めするように定められている。具体的には、第２のキャノピ部分２４を、第１のトレイ２２に接続する前に、このカバーが支持ブリッジ２５上に載置されるように位置決めされる。第１のトレイ２２の第１の端部プレート５８と第２のキャノピ部分２４の一端が整列するように、第２のキャノピ部分２４を長手方向で動かすことができる。次いで、上述したように第２のキャノピ部分２４が第１のトレイに取り付けられる。このカバーにノッチ７６を設けてもよい。このノッチ７６を使用すると、第２のキャノピ部分２４が支持ブリッジ２５及び第１のトレイ２２の上に完全に嵌まっていることを確認することができる。より具体的には、第２のキャノピ部分２４を取り付ける前に、ノッチ７６を水平に見て、第１の側方側プレート５２、５４の上縁部がノッチ７６の上端よりも上にあることを確認し、それにより冷媒がノッチ７６の外に流れないことを確認することができる。

例示の実施形態では、第２のキャノピ部分２４は、好ましくは、孔４６のある入口チャネル部分２１の第２の逆Ｕ字形セクションと同じか、それよりも長い長手方向長さを有する。更に、第２のキャノピ部分２４は、好ましくは、その側方幅が第１のトレイ２２の側方幅よりもわずかに広く、その高さが第１のトレイ２２の側方側壁と少なくとも同じである。第２のキャノピ部分２４が第１のトレイ２２に取り付けられると、第１の端部プレート５６から第２のキャノピ部分２４の自由端まで延びる矩形の密閉チャンバが形成される。第２のキャノピ部分２４の自由端から、冷媒入口１１ａに隣接する第１のトレイ２２及び入口チャネル部分２１の上方にある第１の端部プレート５６まで延びる分配器２０の領域が、冷媒蒸気分配出口Ｏを形成する。

図４〜図５に最も良く示されているが、ここで第２のトレイ要素２３をより詳細に説明する。第２のトレイ部分２３は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに沿って並んで整列した３つの同一のトレイセクション２３ａを含む。図５に示すように、３つの第２のトレイ部分２３ａの長手方向全長は、図５に示す第１のトレイ部分２２の長手方向長さとほぼ同じである。第２のトレイ要素２３の横幅は、第１のトレイ部分２２の横幅よりも大きく設定して、第２のトレイ要素２３が、図７に示すように管束３０の実質的に全幅にわたるようにする。第２のトレイ要素２３は、第２のトレイ要素２３に貯留された液冷媒が第２のトレイセクション２３ｓ間で連通しないように配置されている。図５〜図６に示すように、第２のトレイ部分２３ａはそれぞれ複数の第２の放出口２３ｂを有し、液冷媒はこの第２の放出口２３ｂから管束３０に向かって下方向に放出される。具体的には、第２のトレイ要素２３は、好ましくは、第１のトレイ部分２２の孔６８よりも多数の放出口２３ｂを有する。従って、冷媒分配器２０は、液冷媒を分配する少なくとも１つの液冷媒分配開口部２３ｂを有する。以下で説明するように、第２のトレイ要素２３は、好ましくは、伝熱ユニット３０によって支持される。

再び図４〜図９を参照して、ここで伝熱ユニット３０（管束）をより詳細に説明する。冷媒分配器２０の下方には管束３０が配設され、それにより、冷媒分配器２０から放出された液冷媒が管束３０の上に供給される。管束３０は、図６に示すように、シェル１０の長手方向中心軸Ｃに略平行に延びる複数の伝熱管３１を含む。伝熱管３１は、金属等、熱伝導率の高い材料からなる。伝熱管３１には、冷媒と伝熱管３１内を流れる水との熱交換を更に促すため、好ましくは内溝及び外溝が設けられている。内溝及び外溝を含むこのような伝熱管は、当技術分野においてよく知られている。例えば、本実施形態の伝熱管３１として、Ｗｉｅｌａｎｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ， ＬＬＣのＧＥＷＡ−Ｂ管を使用することができる。図６〜図７から最も良くわかるように、伝熱管３１は、シェル１０に固定結合された複数の鉛直方向に延びる支持プレート３２によって支持される。支持プレート３２は、支持プレート３２に固着された第２のトレイも支持する。

本実施形態では、管束３０は、ツーパス(two-pass)システムを形成するように配置され、伝熱管３１は、管束３０の下部に配設された供給ライン群と、管束３０上部に配設された戻りライン群とに区分される。図６に示すように、供給ライン群の伝熱管３１の入口端部は、接続ヘッド部材１３の入口水チャンバ１３ａを介して水入口パイプ１５に流体接続され、これにより、蒸発器１に入る水が、供給ライン群の伝熱管３１に分配される。供給ライン群の伝熱管３１の出口端部及び戻りライン管の伝熱管３１の入口端部は、戻りヘッド部材１４の水チャンバ１４ａと流体連通されている。従って、供給ライン群の伝熱管３１内を流れる水は、水チャンバ１４ａ内に放出され、戻りライン群の伝熱管３１内に再分配される。戻りライン群の伝熱管３１の出口端部は、接続ヘッド部材１３の出口水チャンバ１３ｂを介して水出口パイプ１６と流体連通される。従って、戻りライン群の伝熱管３１内を流れる水は、水出口パイプ１６を通って蒸発器１から出る。典型的なツーパス蒸発器では、水入口パイプ１５から入る水の温度は約５４°Ｆ（約１２℃）でよく、水出口パイプ１６から出るときには水は約４４°Ｆ（約７℃）まで冷却されている。この実施形態では、蒸発器１は、蒸発器１の同じ側で水が出入りするツーパスシステムを形成するように配置されているが、ワンパス又はスリーパスシステム等の他の従来のシステムを使用することもできることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、ツーパスシステムでは、本明細書に示す配置の代わりに、戻りライン群を、供給ライン群の下に、又は供給ライン群と並べて配設することもできる。

図７を参照して、例示の実施形態に係る蒸発器１の伝熱メカニズムに関するより詳細な構成を説明する。上述したように、二相状態又は少なくとも液冷媒を含む冷媒が、入口パイプ１１ｂを介し、冷媒入口１１ａを通って、冷媒分配器２０の入口チャネル部分２１に供給される。図７に、冷凍回路内での冷媒の流れを模式的に示すが、簡潔にするために入口パイプ１１ｂは省略してある。冷媒分配器２０に供給された冷媒の蒸気成分は、第１のトレイ部分２２内で液体成分から分離される。二相冷媒の液体成分は、第１のトレイ部分２２内に、次いで第２のトレイ部分２３ａ内に貯留され、第２のトレイ要素２３の放出口２３ｂから管束３０に向かって下方向に放出される。図６から最も良くわかるように、冷媒蒸気（ガス）は、第１のトレイ２２からシェル冷媒蒸気出口１２ａに直接流れることはできない。ガス（又は蒸気）冷媒は、冷媒蒸気分配出口Ｏを通って、冷媒入口１１ａに向かって（左側に）戻るように流れてから、シェル冷媒蒸気出口１２ａに向かって流れなければならない。この流れにより、冷媒蒸気分配出口Ｏから放出された冷媒ガス中の液冷媒の液滴が圧縮機２にキャリーオーバされる可能性を低減することができる。

図７に示すように、例示の実施形態の管束３０は、流下膜領域と浸液領域とを含むハイブリッド管束である。流下膜領域内の伝熱管３１は、液冷媒の流下膜蒸発を行うように構成及び配置されている。より具体的には、流下膜領域内の伝熱管３１は、冷媒分配器２０から放出された液冷媒が各伝熱管３１の外壁に沿って層（又はフィルム）を形成するように配置されており、ここで、液冷媒は、伝熱管３１の内部を流れる水から熱を吸収しながら蒸発して蒸気冷媒になる。図７に示すように、流下膜領域内の伝熱管３１は、（図７に示すように）シェル１０の長手方向中心軸Ｃと平行な方向で見て、互いに平行に延びる複数の鉛直列として配置されている。従って、冷媒は、伝熱管３１の各列において、重力によって１つの伝熱管から別の伝熱管へ下方向に落ちる。伝熱管３１の列は、第２のトレイ要素２３の第２の放出開口部２３ｂに対して、第２の放出開口部２３ｂから放出される液冷媒が各列の最上段の伝熱管３１の上に落ちるように配設される。

流下膜領域内で蒸発しなかった液冷媒は、重力によって下方向に落ち続け、浸液領域内に入る。浸液領域は、ハブシェル１１の底部において流下膜領域の下方に一群として配設された複数の伝熱管３１を含む。例えば、システム内に充填される冷媒の量に応じて、管３１の底部の、１列、２列、又は３列を浸液領域の一部として配設することができる。例示の実施形態ではハイブリッド管束を開示しているが、本発明の蒸発器１において分配器２０と共に他の管束設計を使用することもできることは、本開示から当業者に明らかであろう。

この実施形態では、シェル１０内の浸液領域に流体導管８が流体接続されている。具体的には、シェル１０は、導管８と流体連通する底部出口パイプ１７を含む。流体導管８にポンプデバイス（図示せず）を接続して流体をシェル１０の底部から圧縮機２に戻す、又は流体を入口パイプ１１ｂに分岐させて冷媒分配器２０に戻すことができる。浸液領域内に貯留された液体が所定の液位に達したときにポンプを選択的に作動させて、液体を浸液領域から蒸発器１の外部に放出することができる。例示の実施形態では、流体導管８は、浸液領域の最下点に接続されている。しかし、流体導管８の代わりに、浸液領域の最下点から離れた位置で浸液領域に流体導管８’を結合することもできることは、本開示から当業者に明らかであろう。いずれの場合も、流体導管８又は８’は、好ましくは、浸液領域の最下点と浸液領域内の液体の液位に対応する位置（例えば、浸液領域内の管３１の最下点及び最上段）との間の位置で浸液領域に流体接続される。更に、ポンプデバイス（図示せず）の代わりにエゼクタ（図示せず）でもよいことは、本開示から当業者に明らかであろう。ポンプデバイスがエゼクタに代えられる場合、エゼクタも、圧縮された冷媒を圧縮機２から受け取る。次いで、エゼクタは、圧縮機２からの圧縮冷媒を、浸液領域から受け取った液体と混合することができ、これにより、特定のオイル濃度を圧縮機２に供給して戻すことができる。上述したようなポンプ及びエゼクタは、当技術分野でよく知られているため、本明細書において更に詳細には説明又は図示しない。

引き続き図４〜図９を参照して、ここで、冷媒分配器２０全体の動作及び蒸発器１の部品間の協働をより詳細に説明する。上述したように、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏは、図５から最も良くわかるように、長手方向において第２のキャノピ部分２４の自由端と第１の端部プレート５６との間、及び横方向において第１の側方側プレート５２、５４の間に形成されている。冷媒蒸気分配出口開口部Ｏは、シェル冷媒蒸気出口１２ａから長手方向で離間されている。更に、シェル冷媒蒸気出口１２ａが分配器２０の冷媒蒸気分配出口開口部Ｏから離れているため、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏから出た冷媒蒸気は、シェル冷媒蒸気出口１２ａからの流出前に、シェル１０の内部に流入する。冷媒蒸気分配出口開口部Ｏは、冷媒分配器２０の長手方向全長Ｌ₂の半分未満の長手方向長さＬ₁を有する。例示実施形態では、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏの長手方向長さＬ₁は、冷媒分配器２０の長手方向全長Ｌ₂の４分の１未満（例えば１５〜２０％）である。

冷媒蒸気分配出口開口部Ｏの長手方向サイズに加えて、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏとシェル冷媒蒸気出口１２ａとの間の長手方向空間Ｓは、冷媒分配器２０の長手方向全長Ｌ₂の少なくとも２５％である。例示の実施形態では、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏとシェル冷媒蒸気出口１２ａとの間の長手方向空間Ｓは、冷媒分配器２０の長手方向全長Ｌ₂の少なくとも５０％（例えば５５〜６０％）である。更に、例示の実施形態では、冷媒入口１１ａは、長手方向で、冷媒分配器２０の第２の長手方向端部よりも冷媒分配器２０の第１の長手方向端部の近くに配設される。更に、例示の実施形態では、シェル冷媒蒸気出口１２ａは、長手方向で、冷媒分配器２０の第１の長手方向端部よりも冷媒分配器２０の第２の長手方向端部の近くに配設される。従って、例示の実施形態では、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏは、シェル冷媒蒸気出口１２ａよりも冷媒入口１１ａの近くにある。

引き続き図４〜図９を参照すると、冷媒分配器２０は、上述したようにシェル１０内で長手方向に延びている。更に、冷媒分配器２０は、入口チャネル部分２１と、チャネルセクション６０の平面部分６２又はベースプレート５０（例えば入口チャネル部分２１と共に管状断面を成す部分）とによって形成される第１の内側分配器ケーシングを含む。冷媒分配器２０は、また、第１のトレイ部分２２の一部と第２のキャノピ部材２４とによって形成される第２の外側分配器ケーシングを含む。より具体的には、例示の実施形態では、ベースプレート５０、側方側プレート５２、５４、端部プレート５６、５８、カバー上部プレート７０、及びカバー側方側プレート７２、７４は、一体となって、端部プレート５６、５８によって終端される分配器の外側管状断面を成す。図５及び図７から最も良くわかるように、第１の内側分配器ケーシングは、第２の外側分配器ケーシング内に配設され、第１の内側分配器ケーシングは、冷媒入口１１ａに接続され、第１の内側分配器ケーシングは、孔４６が形成されている第２の外側分配器ケーシングの長手方向長さに沿って第２の外側分配器ケーシングの内部空間内に冷媒を分配する。

第２の外側分配器ケーシングは、液冷媒を分配する液冷媒分配開口部６８と、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏとを有する。当然、複数の開口部６８をより少数の開口部、更にはただ１つの開口部に代えられることは、本開示から当業者に明らかであろう。いずれの場合も、第２の外側分配器は、少なくとも１つの液冷媒分配開口部６８を含む。第１の内側分配器ケーシングは、複数の分配開口部４６を有する。しかし、複数の開口部４６をより少数の開口部、更にはただ１つの開口部に代えられることは、本開示から当業者に明らかであろう。いずれの場合も、第１の内側分配器ケーシングは、第１の内側分配器ケーシングの底部（例えば平面部分６２）、１対の側部（４２及び／又は４４）、及び上部（４０）の少なくとも１つに形成された少なくとも１つの第１の内側分配開口部４６を有する。例示の実施形態では、各側部プレート４２、４４に複数の第１の内側分配開口部４６が形成されている。従って、第１の内側分配器ケーシングの１対の側部４２、４４に少なくとも１つの第１の内側分配開口部４６が形成される。

上述したように、第２の外側分配器ケーシングは、第１の内側分配器ケーシングの底部の長手方向下方に延びる及び／又は底部に沿って延びる第１のトレイ部分２２と、第１の内側分配器ケーシングの上方で長手方向に延びる第２のキャノピ部分２４と、を含む。同じく上述したように、第１のトレイ部分２２と第２のキャノピ部分２４とは、冷媒分配器２０の側方側で互いに接続されており、第２のキャノピ部分２４は、第１のトレイ部分２２の長手方向長さよりも短い長手方向長さを有し、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏを形成する。上述したように、第１のトレイ部分２２には、少なくとも１つの液冷媒分配開口部６８が形成されている。例示の実施形態では、第１のトレイ部分２２は複数の液冷媒分配開口部６８を含み、これらの液冷媒分配開口部６８の全ては、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏの鉛直方向位置よりも下方の位置に配設される。上述したように、入口チャネル部分２１は逆Ｕ字形である。従って、逆Ｕ字形のチャネル（例えば入口チャネル部分２１）が長手方向で第１のトレイ部分２２に取り付けられて、第１の内側分配器ケーシングを形成し、逆Ｕ字形チャネルには少なくとも１つの第１の内側分配開口部４６が形成されている。

冷媒分配器２０の構成は、図７に示したものに限定されない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更及び変形が可能であることは、本開示から当業者に明らかであろう。いくつかの変形例を以下に説明する。

＜第２実施形態＞
ここで図１０〜図１４を参照して、以下、第２実施形態に係る冷媒分配器２２０を有する蒸発器２０１をより詳細に説明する。蒸発器２０１は、変形例の冷媒分配器２２０を含む点を除き、第１実施形態の蒸発器１と同様である。従って、ここで説明及び図示する点を除き、第１実施形態の説明及び図示がこの第２実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、第１実施形態のパーツと同一であるこの第２実施形態のパーツには同一の参照番号を用いる、及び／又は、この第２実施形態の説明では参照符号を付さない。ただし、この第２実施形態の変形例のパーツ及び／又は新規のパーツだけには参照番号を付す必要があり、第１実施形態の参照番号は、第２実施形態を理解するのに必要な範囲においてのみ図中に付すことは、本開示から当業者に明らかであろう。

この第２実施形態の冷媒分配器２２０は、第１実施形態の全てのパーツを含み、追加パーツ、すなわち冷媒蒸気分配出口開口部Ｏを少なくとも一部覆うシュラウドプレート２２６も更に含む。特に、シュラウドプレート２２６は、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏの上に被さる。シュラウドプレート２２６は、シュラウド上部プレート２８０と、上部シュラウドプレートから下方向に延びる１対の側部シュラウドプレート２８２、２８４と、を有し、実質的に逆Ｕ字形の形状を成す。更に、シュラウドプレートは、好ましくは端部プレート２８６、２８８を含み、各端部プレート２８６、２８８は、シュラウド上部プレート２８０の両側方にセクションを含む。各シュラウド側部プレート２８２、２８４は、シュラウド上部プレート２８０から延びる傾斜セクション２８２ａ、２８４ａと、傾斜セクション２９２ａ、２８２ｂから下方向に延びる鉛直セクション２８２ｂ、２８４ｂと、をそれぞれ含む。シュラウドプレート２２６のこの形状により、冷媒蒸気は、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏから鉛直方向上向きには流れず、シェル蒸気出口１２ａに流れる前に、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏから側方へ横に及び下方に流れる。

シュラウドプレート２２６の要素は、好ましくは、シートメタル等の剛性シート／プレート材料で構成される。シュラウド上部プレート２８０及び１対の側部シュラウドプレート２８２、２８４は、ここに示す形状に曲げられた単一の部材として構成することができる。しかし、例示の実施形態では、端部プレート２８６及び２８８は、好ましくは、溶接等任意の適切な従来の技法を使用して、シュラウド上部プレート２８０及び１対の側部シュラウドプレート２８２、２８４に取り付けられる別個の部材として構成される。更に、例示の実施形態でのシュラウドプレート２２６は、気密／液密構成で交点（例えば継ぎ目）に沿って第１実施形態の分配器２０の各部に溶接される。シュラウドプレート２２６は、シェル蒸気冷媒出口１２ａへの液体キャリーオーバを制限する助けとなり得る。

＜第３実施形態＞
ここで図１５を参照して、以下、第３実施形態に係る冷媒分配器３２０をより詳細に説明する。冷媒分配器３２０は、先の実施形態の分配器２０又は分配器２２０の代わりに使用され、この第３実施形態に係る蒸発器を形成するように設計される。しかし、冗長になるため、蒸発器の全てのパーツについて再び説明及び図示は行わず、簡潔にする。ここで説明及び図示する点を除き、第２実施形態の説明及び図示がこの第３実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。

この第３実施形態の冷媒分配器３２０は、第２実施形態の冷媒分配器２２０と同様であるが、相違点として、冷媒分配器３２０は、修正型側部シュラウドプレート３８２、３８４を有する修正型シュラウド３２６を含む。修正型側部シュラウドプレート３８２、３８４は、それぞれ、下端部から上方向に延びるタブ３９２、３９４を含み、底端部にＶ字形チャネルを形成する。それ以外は、シュラウドプレート３２６はシュラウドプレート２２６と同じである。従って、ここで説明及び図示する点を除き、第１及び第２実施形態の説明及び図示がこの第３実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、第１及び／又は第２実施形態のパーツと同一であるこの第３実施形態のパーツには、同一の参照番号を用いる、及び／又は、参照符号を付さない。ただし、この第３実施形態の変形例のパーツ及び／又は新規のパーツだけには参照番号を付す必要があり、第１及び第２実施形態の参照番号は、第３実施形態を理解するのに必要な範囲においてのみ図中に付すことは、本開示から当業者に明らかであろう。

＜第４実施形態＞
ここで図１６を参照して、以下、第４実施形態に係る冷媒分配器４２０をより詳細に説明する。冷媒分配器４２０は、先の実施形態の分配器２０又は分配器２２０の代わりに使用され、この第４実施形態に係る蒸発器を形成するように設計される。しかし、冗長になるため、蒸発器の全てのパーツについて再び説明及び図示は行わず、簡潔にする。ここで説明及び図示する点を除き、第２実施形態の説明及び図示がこの第４実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。

従って、ここで説明及び図示する点を除き、第１及び第２実施形態の説明及び図示がこの第４実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、第１及び／又は第２実施形態のパーツと同一であるこの第４実施形態のパーツには、同一の参照番号を用いる、及び／又は、参照符号を付さない。ただし、この第４実施形態の変形例のパーツ及び／又は新規のパーツだけには参照番号を付す必要があり、第１及び第２実施形態の参照番号は、第４実施形態を理解するのに必要な範囲においてのみ図中に付すことは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、この第４実施形態の変形を第３実施形態に適用することができる。

この第４実施形態の冷媒分配器４２０は、第２実施形態の冷媒分配器２２０と同様であるが、相違点として、冷媒分配器４２０は、内部に配設された少なくとも１つの横方向バッフルプレート４２７を含む。特に、例示の実施形態では、複数（例えば２つ）の横方向バッフルプレート４２７が、入口チャネル部分２１内に長手方向で離間した配置で設けられる。従って、第１の内側分配器ケーシングは、内部に配設された少なくとも１つの横方向バッフルプレート４２７を有する。バッフルプレート４２７の高さは、入口チャネル部分２１の内部の高さよりも低い。従って、バッフルプレート４２７は、内部の冷媒の流れを妨害しつつも許容することができる。

＜第５実施形態＞
ここで図１７を参照して、以下、第５実施形態に係る冷媒分配器５２０をより詳細に説明する。冷媒分配器５２０は、先の実施形態の分配器２０又は分配器２２０の代わりに使用され、この第５実施形態に係る蒸発器を形成するように設計される。しかし、冗長になるため、蒸発器の全てのパーツについて再び説明及び図示は行わず、簡潔にする。ここで説明及び図示する点を除き、第２実施形態の説明及び図示がこの第５実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。

従って、ここで説明及び図示する点を除き、第１及び第２実施形態の説明及び図示がこの第５実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、第１及び／又は第２実施形態のパーツと同一であるこの第５実施形態のパーツには、同一の参照番号を用いる、及び／又は、参照符号を付さない。ただし、この第５実施形態の変形例のパーツ及び／又は新規のパーツだけには参照番号を付す必要があり、第１及び第２実施形態の参照番号は、第５実施形態を理解するのに必要な範囲においてのみ図中に付すことは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、この第５実施形態の変形を第３実施形態及び／又は第４実施形態に適用することができる。

この第５実施形態の冷媒分配器５２０は、第２実施形態の冷媒分配器２２０と同様であるが、相違点として、冷媒分配器５２０は、第１の内側分配器の外側かつ第２の外側分配器ケーシングの内側に配設されたデミスタ５２８を含む。具体的には、デミスタ５２８は、その底面が入口チャネル部分２１の上部と実質的に位置合わせして配置されるように配設され、デミスタ５２８は、入口チャネル部分２１の上部プレート５０までは延在しない。従って、デミスタ５２８は、液体−蒸気界面領域内に配設され、全ての蒸気領域内に配設する必要は必ずしもない。例示の実施形態では、デミスタ５２８は、メッシュプレート材料を含む。このようなデミスタの材料は、当技術分野において周知であるため、これより詳細な説明はしない。デミスタ５２８は、好ましくは、図１７に示すように、長手方向では冷媒入口１１ａから端部プレート５８まで連続して延び、横方向では両側間に連続して延びる。

＜第６実施形態＞
ここで図１８を参照して、以下、第６実施形態に係る冷媒分配器６２０をより詳細に説明する。冷媒分配器６２０は、先の実施形態の分配器２０又は分配器２２０の代わりに使用され、この第６実施形態に係る蒸発器を形成するように設計される。しかし、冗長になるため、蒸発器の全てのパーツについて再び説明及び図示は行わず、簡潔にする。ここで説明及び図示する点を除き、第２実施形態の説明及び図示がこの第６実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。

従って、ここで説明及び図示する点を除き、第１及び第２実施形態の説明及び図示がこの第６実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、第１及び／又は第２実施形態のパーツと同一であるこの第６実施形態のパーツには、同一の参照番号を用いる、及び／又は、参照符号を付さない。ただし、この第６実施形態の変形例のパーツ及び／又は新規のパーツだけには参照番号を付す必要があり、第１及び第２実施形態の参照番号は、第６実施形態を理解するのに必要な範囲においてのみ図中に付すことは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、この第６実施形態の変形を第３実施形態及び／又は第４実施形態に適用することができる。

この第６実施形態の冷媒分配器６２０は、第２実施形態の冷媒分配器２２０と同様であるが、相違点として、冷媒分配器６２０は、第１の内側分配器の外側かつ第２の外側分配器ケーシングの内側に配設されたデミスタ６２８を含む。具体的には、デミスタ６２８は、その底面が入口チャネル部分２１の上部と実質的に位置合わせして配置されるように配設され、デミスタ６２８は、入口チャネル部分２１の上部プレート５０まで延在する。従って、デミスタ６２８は、液体−蒸気界面領域内及び蒸気領域全体に配設される。例示の実施形態では、デミスタ６２８は、メッシュプレート材料を含む。このようなデミスタの材料は、当技術分野において周知であるため、これより詳細な説明はしない。デミスタ６２８は、好ましくは、図１８に示すように、長手方向では冷媒入口１１ａから端部プレート５８まで連続して延び、横方向では両側間に連続して延びる。

＜第７実施形態＞
ここで図１９〜２０を参照して、以下、第７の実施形態に係る蒸発器７０１をより詳細に説明する。蒸発器７０１は、長手方向中央に配設された修正型シェル冷媒蒸気出口７１２ａを含む点を除き、第２実施形態の蒸発器２０１と同様である。従って、ここで説明及び図示する点を除き、第１及び第２実施形態の説明及び図示がこの第７実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、第１及び／又は第２実施形態のパーツと同一であるこの第７実施形態のパーツには、同一の参照番号を用いる、及び／又は、参照符号を付さない。ただし、この第７実施形態の変形例のパーツ及び／又は新規のパーツだけには参照番号を付す必要があり、第１及び第２実施形態の参照番号は、第７実施形態を理解するのに必要な範囲においてのみ図中に付すことは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、この第７実施形態の変形を第３、第４、第５、及び／又は第６実施形態に適用することができる。

シェル冷媒蒸気出口７１２ａは、長手方向中央に配設されているため、冷媒分配器の第１及び第２の長手方向端部から長手方向に実質的に等間隔で離間されている。更に、シェル冷媒蒸気出口７１２ａのこの変更した位置により、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏとシェル冷媒蒸気出口７１２ａとの間の空間はより小さくなる。しかし、冷媒蒸気分配出口開口部Ｏとシェル冷媒蒸気出口１２ａとの間の長手方向空間は、この場合も好ましくは冷媒分配器２０の長手方向全長の少なくとも２５％である。ただし、図１９は縮尺通りでないこともある。

＜第８実施形態＞
ここで図２１〜図２２を参照して、以下、第８実施形態に係る蒸発器８０１をより詳細に説明する。蒸発器８０１は、鉛直方向に対して傾斜を付けて側方に横へ移動させた修正型シェル冷媒蒸気出口８１２ａを含む点を除き、第２実施形態の蒸発器１と同様である。従って、ここで説明及び図示する点を除き、第１及び第２実施形態の説明及び図示がこの第８実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、第１及び／又は第２実施形態のパーツと同一であるこの第８実施形態のパーツには、同一の参照番号を用いる、及び／又は、参照符号を付さない。ただし、この第８実施形態の変形例のパーツ及び／又は新規のパーツのみには参照番号を付す必要があり、第１及び第２実施形態の参照番号は、第８実施形態を理解するのに必要な範囲においてのみ図中に付すことは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、この第８実施形態の修正を第３、第４、第５、及び／又は第６実施形態に適用することができる。

＜第９実施形態＞
ここで図２３を参照して、以下、第９の実施形態に係る、１対の冷媒分配器２２０と、１対の冷媒入口１１ａと、１対のシェル蒸気冷媒出口１２ａとを有する蒸発器９０１をより詳細に説明する。蒸発器９０１は、第２実施形態の蒸発器２０１と同様であるが、相違点として、蒸発器９０１は、修正型の細長い管束９３０と、修正型の細長いシェル９１０と、修正型冷媒分配器２２０を含むように並べて配設された１対の分配器２２０とを有する、２つの分配器を備える蒸発器である。この２つの半体の間には分割体９３３が配設されている。この拡張により、いくつかのパーツは同一ではないが、機能的には同一である。これらのパーツの説明は、簡潔にするために省略する。しかし、第１及び第２実施形態の説明及び図示がこの第９実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。従って、ここで説明及び図示する点を除き、第１及び第２実施形態の説明及び図示がこの第９実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、第１及び／又は第２実施形態のパーツと同一であるこの第９実施形態のパーツには、同一の参照番号を用いる、及び／又は、参照符号を付さない。ただし、この第９実施形態の変形例のパーツ及び／又は新規のパーツだけには参照番号を付す必要があり、第１及び／又は第２実施形態の参照番号は、第９実施形態を理解するのに必要な範囲においてのみ図中に付すことは、本開示から当業者に明らかであろう。

＜第１０実施形態＞
ここで図２４を参照して、第１０の実施形態に係る最も中心側のシェル冷媒蒸気出口１２ａの下に配設されたバッフルプレート１０２９を有する蒸発器１００１をより詳細に説明する。蒸発器１００１は、第９実施形態の蒸発器９０１と同様であるが、相違点として、バッフルプレート１０２９を有し、分割体９３３が取り外されている。バッフルプレート１０２９があるため、隣接する分配器から流れる冷媒がバッフルプレート１０２９の上方に配設されたシェル冷媒蒸気出口１２ａに直接流れる可能性が低くなる。従って、ここで説明及び図示する点を除き、第１、第２、及び第９実施形態の説明及び図示がこの第１０実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、第１及び／又は第２実施形態のパーツと同一であるこの第１０実施形態のパーツには、同一の参照番号を用いる、及び／又は、参照符号を付さない。ただし、この第１０実施形態の変形例のパーツ及び／又は新規のパーツだけには参照番号を付す必要があり、第１及び／又は第２実施形態の参照番号は、第１０実施形態を理解するのに必要な範囲においてのみ図中に付すことは、本開示から当業者に明らかであろう。

＜第１１実施形態＞
ここで図２５を参照して、以下、第１１の実施形態に係る蒸発器１１０１をより詳細に説明する。蒸発器１１０１は第９実施形態の蒸発器９０１と同様であるが、相違点として、分配器２２０が互いの鏡像として位置決めされ、すなわち、冷媒入口１１ａが両端に配設され、シェル冷媒出口１２ａがどちらも概して中央に配設され、分割体９３３が取り除かれている。従って、ここで説明及び図示する点を除き、第１、第２、及び第９実施形態の説明及び図示がこの第１１実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、第１及び／又は第２実施形態のパーツと同一であるこの第１１実施形態のパーツには、同一の参照番号を用いる、及び／又は、参照符号を付さない。ただし、この第１１実施形態の変形例のパーツ及び／又は新規のパーツだけには参照番号を付す必要があり、第１及び／又は第２実施形態の参照番号は、第１１実施形態を理解するのに必要な範囲においてのみ図中に付すことは、本開示から当業者に明らかであろう。

＜第１２実施形態＞
ここで図２６を参照して、以下、第１１の実施形態に係る蒸発器１２０１をより詳細に説明する。蒸発器１２０１は第９実施形態の蒸発器９０１と同様であるが、相違点として、分配器２２０が互いの鏡像であり、すなわち、冷媒入口１１ａが中央に配設され、冷媒出口１２ａがシェルの両側に配設され、分割体９３３が取り除かれている。すなわち、この実施形態は、第１１実施形態の逆の鏡像である。従って、ここで説明及び図示する点を除き、第１、第２、及び第９実施形態の説明及び図示がこの第１２実施形態にも当てはまることは、本開示から当業者に明らかであろう。更に、第１及び／又は第２実施形態のパーツと同一であるこの第１２実施形態のパーツには、同一の参照番号を用いる、及び／又は、参照符号を付さない。ただし、この第１２実施形態の変形例のパーツ及び／又は新規のパーツだけには参照番号を付す必要があり、第１及び／又は第２実施形態の参照番号は、第１２実施形態を理解するのに必要な範囲においてのみ図中に付すことは、本開示から当業者に明らかであろう。

＜第１３実施形態＞
ここで図２７を参照すると、修正型孔のパターンを有している修正型入口チャネル部分１３２１が示されている。この修正型入口チャネル部分１３２１は、先の実施形態のいずれかの入口チャネル部分２１の代わりに使用することができる。離れた一端の上部にのみ孔が形成されている。

＜第１４実施形態＞
ここで図２８を参照すると、修正型孔のパターンを有している修正型入口チャネル部分１４２１が示されている。この修正型入口チャネル部分１４２１は、先の実施形態のいずれかの入口チャネル部分２１の代わりに使用することができる。両側（一方のみ図示）及び上部に孔が形成されている。

＜用語の一般的解釈＞
本発明の範囲を理解するにあたって、ここで使用する用語「含む／備える(comprising)」及びその派生語は、上記で述べた特徴、要素、部品、群、数値、及び／又は工程の存在を明記するものであるが、述べていないその他の特徴、要素、部品、群、数値、及び／又は工程の存在を除外しない非限定的用語であることを意図している。また、上記は、用語「備える／含む／有する(including、having)」及びその派生語等の同様の意味を有する単語にも適用される。更に、用語「パーツ(part)」、「セクション(section)」、「部分(portion)」、「部材(member)」、「要素(element)」は、単数形で使用されていても、単数複数双方の意味を有し得る。上記実施形態を述べるために本明細書で使用するとき、方向を示す用語「上側(upper)」、「下側(lower)」、「上方(above)」、「下方(downward)」、「鉛直(vertical)」、「水平(horizontal)」、「下方(below)」、及び「横方向(transverse)」、及び任意の他の同様の方向を示す用語は、図６及び図７に示すように蒸発器の長手方向中心軸が実質的に水平に向いているときの蒸発器の方向を基準とする。従って、本発明を述べるために使用するとき、通常の動作位置で使用される蒸発器に関してこれらの用語を解釈すべきである。最後に、ここで使用する「実質的に(substantially)」、「約(about)」、「およそ(approximately)」等の度合いを示す用語は、最終結果が実質的に変わらないように被修飾語の妥当な偏移量を意味する。

本発明を説明するために特定実施形態のみを選択してきたが、添付の請求項において定義される発明の範囲を逸脱することなく種々の変更及び変形がここにおいて可能であることは、本開示から当業者に明らかである。例えば、各種部品のサイズ、形状、場所、又は向きは、必要及び／又は所望に応じて変更可能である。互いに直接的に接続又は接触するように示されている部品は、それらの間に中間構造体を配してもよい。単一要素の機能を、２つの要素で実行可能であり、その逆も同様である。一実施形態の構造及び機能を、別実施形態で用いてもよい。特定実施形態に全ての利点が同時に含まれていなくてもよい。従来技術と比べて固有の特徴は全て、単独としてもその他の特徴との組み合わせとしても、これら１つ以上の特徴によって具体化される構造的及び／又は機能的概念を含む、本出願人による更なる発明の別個の記載として見なされるべきものである。従って、本発明に係る実施形態の上記説明は、単なる例示であり、添付の請求項及びそれらの等価物によって定義される発明の限定を目的とするものではない。

Claims (20)

1. 蒸気圧縮システムにおいて使用されるように適合された熱交換器であって、
   少なくとも液冷媒を含む冷媒が流れる冷媒入口と、シェル冷媒蒸気出口と、を有し、水平面に略平行に延びている長手方向中心軸を有するシェルと、
   前記冷媒入口に接続され、前記シェル内に配設された冷媒分配器であって、前記冷媒分配器は、第１のトレイ部分と、前記冷媒分配器の側方側部で前記第１のトレイ部分と封止接続される第２のキャノピ部分と、を含む外側分配器ケーシングを含み、前記第１のトレイ部分には液冷媒を分配する少なくとも１つの液冷媒分配開口部が形成され、前記外側分配器ケーシングには、前記シェル冷媒蒸気出口から長手方向に離間した、冷媒蒸気が通過可能な冷媒蒸気分配出口開口部が形成される、冷媒分配器と、
   前記冷媒分配器から放出された液冷媒が供給されるように、前記シェルの内部の前記冷媒分配器の下方に配設されている伝熱ユニットと、
   を備え、
   前記冷媒蒸気分配出口開口部は、前記冷媒分配器の長手方向全長の１／４未満の長手方向長さを有し、
   前記冷媒蒸気分配出口開口部と前記シェル冷媒蒸気出口との間の長手方向空間は、前記冷媒分配器の長手方向全長の少なくとも５０％である、
   熱交換器。
2. 前記シェル冷媒蒸気出口は、前記冷媒蒸気分配出口開口部から出た冷媒蒸気が、前記シェル冷媒蒸気出口から流出する前に、前記シェルの内部に流入するように、分配器の前記冷媒蒸気分配出口開口部から離れている、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記冷媒入口は、長手方向で、前記冷媒分配器の第２の長手方向端部よりも、前記冷媒分配器の第１の長手方向端部の近くに配設される、
   請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記シェル冷媒蒸気出口は、長手方向で、前記冷媒分配器の前記第１の長手方向端部よりも、前記冷媒分配器の前記第２の長手方向端部の近くに配設される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記シェル冷媒蒸気出口は、前記冷媒分配器の前記第１の長手方向端部及び前記第２の長手方向端部から長手方向に実質的に等間隔で離間している、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 前記冷媒蒸気分配出口開口部は、前記シェル冷媒蒸気出口よりも前記冷媒入口に近い、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記冷媒分配器は、前記冷媒蒸気分配出口開口部を少なくとも部分的に覆うシュラウドプレートを含む、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 前記シュラウドプレートは、上部シュラウドプレートと、前記上部シュラウドプレートから下方向に延びる１対の側部シュラウドプレートとを有し、実質的に逆Ｕ字形の形状を形成している、
   請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記側部シュラウドプレートのそれぞれは、その下端部から上方向に延びるタブを含み、Ｖ字形チャネルを形成している、
   請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記冷媒分配器は、前記シェル内で長手方向に延び、内側分配器ケーシングを含み、
    前記内側分配器ケーシングは、前記外側分配器ケーシング内に配設され、前記内側分配器ケーシングは、前記冷媒入口に接続され、前記内側分配器ケーシングは、前記外側分配器ケーシングの長手方向長さに沿って前記外側分配器ケーシングの内部空間内に冷媒を分配する、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換器。
11. 前記内側分配器ケーシングは、前記内側分配器ケーシングの底部、１対の側部、及び上部の少なくとも１つに形成された少なくとも１つの第１の内側分配開口を有する、
    請求項１０に記載の熱交換器。
12. 前記少なくとも１つの第１の内側分配器開口部は、前記内側分配器ケーシングの前記１対の側部に形成されている、
    請求項１１に記載の熱交換器。
13. 前記内側分配器ケーシングは、その内部に少なくとも１つの横方向バッフルプレートが配設されている、
    請求項１０から１２のいずれか１項に記載の熱交換器。
14. 前記第１のトレイ部分は、前記内側分配器ケーシングに沿って長手方向に延び、
    前記第２のキャノピ部分は、前記内側分配器ケーシングに沿って長手方向に延び、
    前記第２のキャノピ部分は、前記第１のトレイ部分の長手方向長さよりも短い長手方向長さを有し、前記冷媒蒸気分配出口開口部を成している、
    請求項１０から１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
15. 前記第１のトレイ部分は、前記冷媒蒸気分配出口開口部の鉛直方向位置の下方の位置に形成された、前記少なくとも１つの液冷媒分配開口部を有する、
    請求項１４に記載の熱交換器。
16. 逆Ｕ字形チャネルが、長手方向で前記第１のトレイ部分に取り付けられて前記内側分配器ケーシングを形成し、前記逆Ｕ字形チャネルには少なくとも１つの第１の内側分配開口部が形成されている、
    請求項１５に記載の熱交換器。
17. 前記冷媒分配器は、前記内側分配器ケーシングの外側かつ前記外側分配器ケーシングの内側に配設されたデミスタを含む、
    請求項１５又は１６に記載の熱交換器。
18. 前記デミスタは、前記内側分配器ケーシングの上方で、蒸気領域全体に配設される、
    請求項１７に記載の熱交換器。
19. 前記デミスタは、液体−蒸気界面領域内に配設される、
    請求項１７に記載の熱交換器。
20. 前記デミスタはメッシュプレート材料を含む、
    請求項１７から１９のいずれか１項に記載の熱交換器。

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