JP7471844B2 - 蒸発器 - Google Patents
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Description
液相の作動流体を受け入れる第一部位と、前記第一部位を通過した前記作動流体を受け入れる第二部位と、前記第二部位を通過した前記作動流体を受け入れて外部に導く第三部位とを有する作動流体経路と、
前記作動流体経路における前記作動流体を加熱する熱媒体が通過する熱媒体経路と、を備え、
前記第一部位は、並列に配置された第一流路及び第二流路を含み、
前記第二部位は、前記作動流体を重力方向に沿って導く下降流路を含み、
前記第二部位は、下記(Ia)及び(Ib)の条件を満たす、又は、下記(II)の条件を満たす。
(Ia)前記第二部位は、前記第一流路の断面積よりも小さい断面積を有する前記下降流路を有し、前記第一流路を通過した前記作動流体を受け入れて前記第三部位に導く第三流路を含む。
(Ib)前記第二部位は、前記第二流路の断面積よりも小さい断面積を有する前記下降流路を有し、前記第二流路を通過した前記作動流体を受け入れて前記第三部位に導く第四流路を含む。
(II)前記第二部位は、前記第一流路を通過した前記作動流体及び前記第二流路を通過した前記作動流体を受け入れて前記第三部位に導く単一の流路のみを含む。
本発明者らが本開示を想到するに至った当時、蒸発器において流体が流れる流路を複数に分岐させることによって流体の流速を下げて、流体の流れの圧力損失を低減する技術があった。特に、気液二相状態の流体又は気相状態の流体の流速は高く、流体の流れの圧力損失が大きくなりやすいので、通常、そのような状態の流体が流れる流路の断面積を大きくして流体の流速を低くすることが有利であると考えられる。
以下、図1及び図2を用いて、実施の形態1を説明する。添付の図面においてz軸負方向が重力方向である。x軸、y軸、及びz軸は、互いに直交している。
図1及び2に示す通り、蒸発器1aは、作動流体経路10と、熱媒体経路30とを備えている。作動流体経路10は、第一部位11と、第二部位12と、第三部位13とを有する。第一部位11は、液相の作動流体Rを受け入れる。第一部位11は、並列に配置された第一流路11a及び第二流路11bを含んでいる。第二部位12は、第一部位11を通過した作動流体Rを受け入れる。第二部位12は、下降流路12kを含んでいる。下降流路12kは、作動流体Rを重力方向に導く。第三部位13は、第二部位12を通過した作動流体Rを受け入れて蒸発器1aの外部に導く。熱媒体経路30において、作動流体経路10における作動流体Rを加熱する熱媒体Gが通過する。
以上のように構成された蒸発器1aについて、以下その動作、作用を説明する。作動流体Rは、熱媒体Gから熱を吸収しながら作動流体経路10を流れる。液相の作動流体Rは、入口流路15及び分岐管17の内部を通過して2つの流れに分かれ、第一部位11における第一流路11a及び第二流路11bに導かれる。作動流体Rは、例えば、HFO1336mzz(E)である。蒸発器1aにおける作動流体Rの圧力は、例えば1MPa以上2MPa以下である。液相の作動流体Rの温度は、例えば20℃以上100℃以下である。蒸発器1aへの作動流体Rの供給量は、例えば100kg/時間以上400kg/時間である。
以上のように、本実施形態において、蒸発器1aは、作動流体経路10と、熱媒体経路30とを備えている。作動流体経路10は、第一部位11と、第二部位12と、第三部位13とを有する。第一部位11は、液相の作動流体Rを受け入れる。第一部位11は、並列に配置された第一流路11a及び第二流路11bを含んでいる。第二部位12は、第一部位11を通過した作動流体Rを受け入れる。第二部位12は、下降流路12kを含んでいる。下降流路12kは、作動流体Rを重力方向に導く。第三部位13は、第二部位12を通過した作動流体Rを受け入れて蒸発器1aの外部に導く。熱媒体経路30において、作動流体経路10における作動流体Rを加熱する熱媒体Gが通過する。第二部位12は、第三流路12aを含む。第三流路12aは、第一流路11aの断面積よりも小さい断面積を有する下降流路12kを有する。第三流路12aは、第一流路11aを通過した作動流体を受け入れて第三部位13に導く。第二部位12は、第四流路12bを含む。第四流路12bは、第二流路11bの断面積よりも小さい断面積を有する下降流路12kを有する。第四流路12bは、第二流路11bを通過した作動流体を受け入れて第三部位13に導く。
(i)並列に配置された第一流路11a及び第二流路11bを含む第一部位11に液相の作動流体Rを受け入れて第一流路11a及び第二流路11bを通過させる。
(ii)第一流路11a及び第二流路11bのそれぞれを通過した作動流体Rを、下降流路12kを含む第二部位12に受け入れて下降流路12kを通過させる。下降流路12kは、第一流路11a及び第二流路11bのそれぞれの断面積よりも小さい断面積を有し、かつ、作動流体Rを重力方向に沿って導く。
(iii)第一部位11及び第二部位12を有する作動流体経路10の周囲に熱媒体Gを供給して作動流体Rを蒸発させる。
(iv)下降流路12kにおいて作動流体Rを気液二相状態で通過させる。
以下、図3、図4、及び図5を用いて、実施の形態2を説明する。添付の図面においてz軸負方向が重力方向である。x軸、y軸、及びz軸は、互いに直交している。
実施の形態2に係る蒸発器1bは、特に説明する部分を除き、蒸発器1aと同様に構成されている。蒸発器1aの構成要素と同一又は対応する蒸発器1bの構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。蒸発器1aに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、蒸発器1bにも当てはまる。
以上のように構成された蒸発器1bについて、以下その動作、作用を説明する。図5における破線の矢印は、y軸方向における作動流体経路10の両端部における作動流体Rが流れる方向を示す。第一部位11において作動流体は、例えば、液相状態である。第一部位11を通過した作動流体Rは第二部位12に導かれる。第一流路11aを通過した作動流体R及び第二流路11bを通過した作動流体Rは、合流して単一の流路12sに導かれる。第二部位12において作動流体Rは、例えば気液二相状態である。第二部位12を通過した作動流体Rの流れは2つに分かれ、2つの流路13mを流れる。
以上のように、本実施の形態において、蒸発器1bにおける第二部位12は、単一の流路12sのみを含む。流路12sは、第一流路11aを通過した作動流体R及び第二流路11bを通過した作動流体Rを受け入れて第三部位13に導く。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1及び実施の形態2を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
10 作動流体経路
11 第一部位
11a 第一流路
11b 第二流路
12 第二部位
12a 第三流路
12b 第四流路
12k 下降流路
12s 単一の流路
13 第三部位
13a 第五流路
13b 第六流路
15 入口流路
30 熱媒体経路
Claims (5)
- 液相の作動流体を受け入れる第一部位と、前記第一部位を通過した前記作動流体を受け入れる第二部位と、前記第二部位を通過した前記作動流体を受け入れて外部に導く第三部位とを有する作動流体経路と、
前記作動流体経路における前記作動流体を加熱する熱媒体が通過する熱媒体経路と、を備え、
前記第一部位は、並列に配置された第一流路及び第二流路を含み、
前記第二部位は、前記作動流体を重力方向に沿って導く下降流路を含み、
前記第二部位は、下記(Ia)及び(Ib)の条件を満たす、
蒸発器。
(Ia)前記第二部位は、前記第一流路の断面積よりも小さい断面積を有する前記下降流路を有し、前記第一流路を通過した前記作動流体を受け入れて前記第三部位に導く第三流路を含む。
(Ib)前記第二部位は、前記第二流路の断面積よりも小さい断面積を有する前記下降流路を有し、前記第二流路を通過した前記作動流体を受け入れて前記第三部位に導く第四流路を含む。 - 前記第三部位は、前記第三流路を通過した前記作動流体を受け入れて前記作動流体経路の外部に向かって導く第五流路と、前記第四流路を通過した前記作動流体を受け入れて前記作動流体経路の外部に向かって導く第六流路とを含み、
前記第五流路の断面積は、前記第三流路における前記下降流路の断面積よりも大きく、
前記第六流路の断面積は、前記第四流路における前記下降流路の断面積よりも大きい、
請求項1に記載の蒸発器。 - 前記作動流体経路は、前記作動流体が前記熱媒体の流れに対して対向流をなす配置を有する、請求項1又は2に記載の蒸発器。
- 前記作動流体経路は、前記第一流路及び前記第二流路に接続された1つのみの入口流路をさらに有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の蒸発器。
- 並列に配置された複数の流路を含む第一部位に液相の作動流体を受け入れて前記複数の流路を通過させることと、
前記複数の流路のそれぞれを通過した前記作動流体を、前記複数の流路のそれぞれの断面積よりも小さい断面積を有し、かつ、前記作動流体を重力方向に沿って導く下降流路を含む第二部位に受け入れて前記下降流路を通過させることと、
前記第一部位及び前記第二部位を有する作動流体経路の周囲に熱媒体を供給して前記作動流体を蒸発させることと、
前記下降流路において前記作動流体を気液二相状態で通過させることと、を含む、
蒸発器の運転方法。
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