JPH04335970A - 乾式蒸発器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、乾式蒸発器、詳しくは
、被冷却液の入口部と出口部とをもつシェル内に、被冷
却液と熱交換する冷媒を流し、該冷媒を蒸発させる冷却
管から成る冷媒流通系を配設した乾式蒸発器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の乾式蒸発器は、例えば、
実開昭５９−６７７７６号公報に示され、かつ、図６に
示したように、被冷却液の入口部Ａと出口部Ｂとをもつ
シェルＣ内に、一対の管板Ｄ、Ｄを介して複数の冷却管
Ｅを支持すると共に、前記シェルＣの一側端部に冷媒流
入部Ｆと冷媒流出部Ｇとを、また、前記シェルＣの他側
端部に冷媒反転部Ｈを形成し、前記冷媒流入部Ｆから冷
媒反転部Ｈを経て冷媒流出部Ｇへ前記冷却管Ｅ内に冷媒
を流通させ、この冷媒と前記入口部Ａから出口部Ｂへ流
通する被冷却液とを前記冷却管Ｅ、Ｅを介して熱交換さ
せて蒸発させる冷媒流通系を形成している。そして、こ
のように用いる前記冷却管Ｅとしては、例えば、内面が
平滑なスムース管や管の内面に螺旋状の溝を設けたリッ
プルフィン管（実公昭５５−１４９５６号公報）等から
一種類を選択して用いている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記リップ
ルフィン管はスムース管に比較して冷媒側熱伝達率を大
きくでき、蒸発器の熱交換性能を向上させることができ
るのであるが、液単相流の状態や、液単相流に気泡が発
生するスラグ流領域では高価なリップルフィン管を用い
た場合でもスムース管を用いた場合に比較して性能差は
少なく、従って、冷却管の全長にわたってリップルフィ
ン管を用いると、蒸発器が高価になる割りには性能アッ
プにならない問題があった。

【０００４】即ち、一般に前記冷却管Ｅに冷媒を流通し
て被冷却液と熱交換する場合、冷媒の状態は、図５に示
したように変化する。つまり、液単相流の状態から熱交
換の進行につれて液単相流に気泡が発生してスラグ流と
なり、更に気泡発生が進行し、液の一部が冷却管Ｅの管
内壁に付着した環状噴霧流となり、前記管壁に付着した
液の一部がなくなってドライアウトし、噴霧流のみとな
り、噴霧流の霧粒が減少して噴霧流の途中から過熱状態
となり、その後蒸気単相流の過熱状態になるのである。

【０００５】また一方、前記リップルフィン管はその管
内面に螺旋状の溝を設けているから、螺旋状の溝により
液冷媒の沸騰を促進できるし、また、噴霧中の噴霧粒を
捕捉ことができ、更に、前記スムース管に比較して単位
長さ当たりの熱交換面積を大きくでき、冷媒側熱伝達率
を向上できるので、スムース管に比較して蒸発器の熱交
換性能を向上させることができる。

【０００６】所が、冷媒の状態が環状噴霧流の領域以降
では、リップルフィン管の螺旋状の溝により噴霧中の霧
粒を捕捉するし、また、単位長さ当たりの熱交換面積を
大きくできることから、リップルフィン管とスムース管
との冷媒側熱伝達率の差による熱貫流率の差が大きいの
に対し、液単相流や、液単相流に気泡が発生しだすスラ
グ流領域では熱交換熱量が大きく、リップルフィン管と
スムース管との冷媒側熱伝達率の差による熱貫流率の差
が小さいのであるから、前記スラグ流領域までは熱伝達
率の良好なリップルフィン管を用いても、リップルフィ
ン管の熱交換効率を有効に発揮させることができなく、
スムース管を用いる場合と比較して性能差は少なく、従
って、冷却管の全長にわたって高価なリップルフィン管
を用いても、高価になる割に性能向上にならないのであ
る。

【０００７】しかして、本発明は、液単相流や、液単相
流に気泡が発生しだすスラグ流領域ではリップルフィン
管とスムース管との冷媒側熱伝達率の差による熱貫流率
の差が小さいことに注目して以上の問題を解決するため
に発明したもので、その目的は、冷媒流通系を流通する
冷媒の状態の変化に対応してリップルフィン管とスムー
ス管と使い分け、乾式蒸発器の熱交換性能を向上させな
がら、向上させた割に安価な乾式蒸発器を提供しようと
する点である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、被冷却液の入口部１１と出口部１２と
をもつシェル１内に、被冷却液と熱交換する冷媒を流し
、該冷媒を蒸発させる冷却管から成る冷媒流通系を配設
した乾式蒸発器であって、前記冷媒流通系の前記シェル
１に対する入口側で、前記冷媒流通系を流れる冷媒がス
ラグ流れとなる領域を、内面平滑としたスムース管５に
より形成し、前記スラグ流領域から前記冷媒流通系の出
口を、管内壁に螺旋状の溝６２をもったリップルフィン
管６により形成したものである。

【０００９】

【作用】前記冷媒流通系を流通する冷媒は、前記冷媒流
通系の入口側、即ち、前記リップルフィン管６と前記ス
ムース管５との冷媒側熱伝達率の差による熱貫流率の差
が少ない前記スラグ流領域までは、内面平滑とした前記
スムース管５を介して被冷却液と熱交換することができ
る。また、前記冷媒流通系の出口側、即ち、前記スラグ
流領域から出口までの領域においては、管内壁に螺旋状
の溝６２をもったリップルフィン管６を介して被冷却液
と熱交換することができる。

【００１０】従って、前記冷媒流通系の入口側では前記
リップルフィン管６より安価なスムース管５を用いるか
ら、スムース管５を用いただけ安価にできる。また、前
記冷媒流通系の出口側では、前記リップルフィン管６の
螺旋状の溝６２により噴霧流中の霧粒が捕捉されるから
、それだけドライアウトポイントを前記冷媒流通系の出
口側に延ばすことができ、即ち、環状噴霧流領域を長く
でき、被冷却液との熱交換が効率よく行われるから、前
記リップルフィン管６の冷媒側熱伝達率を有効に発揮さ
せることができる。

【００１１】

【実施例】図１に示す乾式蒸発器は、被冷却液の入口部
１１となる入口管と被冷却液の出口部１２となる出口管
とを接続した筒体１３と、該筒体１３の両側開口部を閉
鎖する一対の管板１４、１４と、各管板１４に固定する
蓋体１５、１５とからシェル１を構成し、前記シェル１
内の一側には、冷媒入口管２１をもった冷媒流入部２と
、該冷媒流入部２と隔壁２２で区画され、かつ、冷媒出
口管３１をもった冷媒流出部３を形成すると共に、前記
シェル１内の他側には、一方の管板１４と蓋体１５で囲
まれた冷媒反転部４を形成している。尚、２３は冷媒配
管２４に介装した膨張弁であって、この膨張弁２３で減
圧した液冷媒を前記冷媒入口管２１へ流入させるように
している。

【００１２】しかして、一対の管板１４、１４間には、
図２に示したように平滑な内面５１をもつスムース管５
と、図３、４に示したように管内壁６１に螺旋状の溝６
２をもったリップルフィン管６とを複数支持し、前記ス
ムース管５の両端部を前記冷媒流入部２と冷媒反転部４
とに開口させて第１パスを形成する。更に、前記リップ
ルフィン管６を前記冷媒反転部４と前記冷媒流出部３と
に開口させて第２パス形成し、前記シェル１には、この
ように、前記冷媒流入部２から前記冷媒流出部３に至る
第１及び第２パスから成る冷媒流通系を形成して、第１
パスから第２パスを流通する冷媒を、前記入口部１１か
ら出口部１２へ流通する被冷却液と熱交換させて蒸発さ
せるのであって、第１パスにおいて、前記膨張弁２３で
減圧され、スラグ流になりかけた冷媒をスラグ流の状態
にし、第２パスにおいて環状噴霧流から過熱状態の蒸気
単相流になるように流通させるのである。尚、図１では
スムース管５及びリップルフィン管６をそれぞれ一本を
図示しているが、複数本を一本で代表させているのであ
る。

【００１３】即ち、前記冷媒入口管２１から前記冷媒流
入部２に流入する冷媒を、前記スムース管５及びリップ
ルフィン管６を介して前記被冷却液と熱交換させながら
前記冷媒流入部２から前記冷媒流出部３へ流通させるの
であって、前記冷媒流入部２にスラグ流になりかけて流
入する冷媒は、前記スムース管５から成る第１パスを流
通し、気泡発生が促進され、液相に気泡が混じったスラ
グ流となった冷媒は前記冷媒反転部４で反転する。そし
て、スラグ流状態の冷媒は、前記リップルフィン管６か
らなる第２パスを流通し、前記リップルフィン管６の前
記溝６２によって旋回されながら前記被冷却液と熱交換
して、液冷媒内における気泡発生が進行し、前記リップ
ルフィン管６の断面中央部に噴霧流が発生すると共に液
冷媒の一部が前記リップルフィン管６の前記溝６２に付
着した環状噴霧流の状態になる。そして、前記溝６２に
付着した液冷媒がなくなるドライアウトの状態になって
から、噴霧流の中の霧粒が減少して噴霧流の途中から過
熱状態となり、蒸気単相流の過熱状態になって前記冷媒
流出部３に流出し、前記冷媒出口管３１から前記シェル
１の外部に流出するのである。

【００１４】つまり、前記冷媒流通系を流通する冷媒は
、前記冷媒流通系の入口側、即ち、前記リップルフィン
管６と前記スムース管５との冷媒側熱伝達率の差による
熱貫流率の差が少ない前記スラグ流領域までは、内面平
滑とした前記スムース管５を介して被冷却液と熱交換す
るのである。従って、前記スラグ流領域までは前記リッ
プルフィン管６と前記スムース管５との冷媒側熱伝達率
の差だけ熱交換性能は低下するが、低下する程度は安価
にできる割に少ないのである。そして、前記冷媒流通系
の出口側、即ち、前記スラグ流領域から出口までの領域
においては、管内壁に螺旋状の溝６２をもったリップル
フィン管６を介して被冷却液と熱交換することができ、
螺旋状の溝６２により沸騰が促進されると共に、沸騰に
よって生じる噴霧流中の霧粒が前記溝６２で捕捉される
ホールド効果が得られるから、それだけドライアウトポ
イントを前記冷媒流通系の出口側に延ばすことができ、
即ち、環状噴霧流領域を長くでき、被冷却液との熱交換
が効率よく行われるから、前記リップルフィン管６の冷
媒側熱伝達率を有効に発揮させることができる。

【００１５】従って、蒸発器の熱交換性能を前記スムー
ス管５を全面的に用いる場合に比較して向上させながら
、前記スラグ流領域までは前記リップルフィン管６より
安価な前記スムース管５を用いているから、蒸発器の熱
交換性能を向上させた割に蒸発器を安価にできるのであ
る。

【００１６】尚、以上２パス形式の乾式蒸発器について
説明したが、パス数は多くしてもよい。また、第１パス
に管内壁に螺旋状の溝６２をもった前記リップルフィン
管６を用いたが、例えば、管内壁に溝をもち、かつ、前
記リップルフィン管６より安価なコルゲート管を用いて
もよい。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、被冷却
液の入口部１１と出口部１２とをもつシェル１内に、被
冷却液と熱交換する冷媒を流し、該冷媒を蒸発させる冷
却管から成る冷媒流通系を配設した乾式蒸発器であって
、前記冷媒流通系の前記シェル１に対する入口側で、前
記冷媒流通系を流れる冷媒がスラグ流れとなる領域を、
内面平滑としたスムース管５により形成し、前記スラグ
流領域から前記冷媒流通系の出口を、管内壁に螺旋状の
溝６２をもったリップルフィン管６により形成ししたか
ら、前記冷媒流通系を流通する冷媒は、前記リップルフ
ィン管６と前記スムース管５との冷媒側熱伝達率の差に
よる熱貫流率の差が少ない前記スラグ流領域までは、内
面平滑とした前記スムース管５を介して被冷却液と熱交
換することができると共に、前記スラグ流領域から出口
までの領域においては、管内壁に螺旋状の溝６２をもっ
たリップルフィン管６を介して被冷却液と熱交換するこ
とができ、螺旋状の溝６２により噴霧流中の霧粒が捕捉
されるから、それだけドライアウトポイントを前記冷媒
流通系の出口側に延ばすことができ、即ち、環状噴霧流
領域を長くでき、被冷却液との熱交換が効率よく行われ
るから、前記リップルフィン管６の冷媒側熱伝達率を有
効に発揮させることができる。

【００１８】従って、蒸発器の熱交換性能を前記スムー
ス管５を全面的に用いる場合に比較して向上させながら
、前記スラグ流領域までは前記リップルフィン管６より
安価な前記スムース管５を用いているから、蒸発器の熱
交換性能を向上させた割に蒸発器を安価にできるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す乾式蒸発器の断面図で
ある。

【図２】図１の乾式蒸発器に用いるスムース管の断面図
である。

【図３】図１の乾式蒸発器に用いるリップルフィン管の
断面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線で切断した断面図である。

【図５】被冷却液との熱交換による冷媒の状態変化を示
す説明図である。

【図６】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　シェル ５　　　　　　　　スムース管 ６　　　　　　　　リップルフィン管 １１　　　　　　　　入口部 １２　　　　　　　　出口部 ６２　　　　　　　　螺旋状の溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被冷却液の入口部１１と出口部１２と
   をもつシェル１内に、被冷却液と熱交換する冷媒を流し
   、該冷媒を蒸発させる冷却管から成る冷媒流通系を配設
   した乾式蒸発器であって、前記冷媒流通系の前記シェル
   １に対する入口側で、前記冷媒流通系を流れる冷媒がス
   ラグ流れとなる領域を、内面平滑としたスムース管５に
   より形成し、前記スラグ流領域から前記冷媒流通系の出
   口を、管内壁に螺旋状の溝６２をもったリップルフィン
   管６により形成していることを特徴とする乾式蒸発器。