特許 7364930 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-11

(45)【発行日】2023-10-19

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/16 20060101AFI20231012BHJP

   F28D 5/00 20060101ALI20231012BHJP

   F28F 9/22 20060101ALI20231012BHJP

【ＦＩ】

F28D7/16 A

F28D5/00

F28F9/22

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021536196

(86)(22)【出願日】2019-12-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-21

(86)【国際出願番号】 US2019066727

(87)【国際公開番号】W WO2020131794

(87)【国際公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-08-23

(31)【優先権主張番号】16/225,539

(32)【優先日】2018-12-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】ウィルソン，マイケル ジェイ

(72)【発明者】

【氏名】ページ，ロバート

(72)【発明者】

【氏名】モロクス，ルイス エイ．

(72)【発明者】

【氏名】スタンプ，ジェフリー

(72)【発明者】

【氏名】井上 智嗣

(72)【発明者】

【氏名】コブ，シャノン

【審査官】大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０８０７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６７６６３９８（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許第０２８５４８２８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ ７／１６

Ｆ２８Ｄ ５／００

Ｆ２８Ｆ ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気圧縮システムにおいて用いられるよう構成される熱交換器であって、
少なくとも液冷媒を含む冷媒が通って流れる冷媒入口と、シェル冷媒蒸気排出口と、を有するシェルであって、前記シェルの長手方向中心軸が水平面と平行に延びているシェルと、
前記冷媒入口と流体連通し、前記シェル内に配置される冷媒分配器であって、液冷媒を分配する少なくとも一の液冷媒分配開口部を有する冷媒分配器と、
前記冷媒分配器から放出される液冷媒が供給されるよう、前記シェルの内部で前記冷媒分配器の下方に配置される管束であって、集合的に配置される複数の伝熱管を有する管束と、
前記シェルの第一側部から延設される第一バッフルであって、前記第一バッフルは、鉛直方向において、前記シェルの底部縁部の上方の前記シェルの全高の５％～４０％の範囲内に配置され、かつ、前記第一バッフルの位置において前記長手方向中心軸に対して垂直方向に測定される前記シェルの幅の２０％以下の距離で、前記シェルの前記第一側部から横方向内側に延設される第一バッフルと、
を備え、
前記複数の伝熱管は、前記伝熱管の入口端部が、前記熱交換器に水を供給する水入口管と流体連通している下側集合群と、前記下側集合群の前記伝熱管を流れた水が流れる上側集合群とを形成し、通過経路が前記上側集合群と前記下側集合群との間に配置されるようグループ化され、
前記第一バッフルは、前記通過経路よりも鉛直方向下方に配置され、
前記第一バッフルは、前記下側集合群の前記伝熱管の内、最上部に配置される前記伝熱管よりも下方に配置される、
熱交換器。

【請求項2】

前記第一バッフルは、
水平面と平行な第一側方部と、
前記シェルの前記第一側部から横方向に間隔を空けた位置において、前記第一側方部から下方へ延設される第一フック部と、
を有している、
請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記第一フック部は、横方向に関して、前記シェルの前記第一側部からの最遠部である前記第一側方部の端部に配置されている、
請求項２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記第一フック部は、水平面に対して垂直である、
請求項３に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記第一バッフルは、冷媒が通過しない非透過性材料で形成されている、
請求項３又は４に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記第一バッフルは、金属板で形成されている、
請求項５に記載の熱交換器。

【請求項7】

前記第一フック部は、水平面に対して垂直方向に延設されている、
請求項２に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記第一バッフルは、冷媒が通過しない非透過性材料で形成されている、
請求項２に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記第一バッフルは、金属板で形成されている、
請求項８に記載の熱交換器。

【請求項10】

前記下側集合群の前記伝熱管のうちのいくつかは、液冷媒に浸漬されており、
前記第一バッフルは液冷媒の液位の鉛直方向上方に配置されている、
請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項11】

前記第一バッフルは、鉛直方向に関して、前記液位よりも前記通過経路の近くに配置されている、
請求項１０に記載の熱交換器。

【請求項12】

前記伝熱管の前記下側集合群の横幅は、前記伝熱管の前記上側集合群の横幅より大きい、
請求項１～１１のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項13】

前記伝熱管のうちのいくつかは液冷媒に浸漬されており、
前記第一バッフルは、液冷媒の液位の鉛直方向上方に配置されている、
請求項１～９のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項14】

前記伝熱管のうちの少なくとも一つは、前記第一バッフルの鉛直方向下方に、かつ、前記シェルの前記第一側部からの最遠部である前記第一バッフルの端部より横方向外側に配置されており、前記第一バッフルは、鉛直方向に見て、前記少なくとも一つの伝熱管と鉛直方向に重なっている
請求項１～１３のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項15】

前記伝熱管のうちの少なくとも一つは、前記長手方向中心軸に対して垂直方向に測定して、前記第一バッフルの内側の端部から横方向内側に前記伝熱管の管直径の距離の範囲内に配置されている、
請求項１～１４のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項16】

前記シェルの第二側部から延設される第二バッフルであって、前記第二バッフルは、鉛直方向において、前記シェルの前記底部縁部の上方の前記シェルの前記全高の５％～４０％の範囲内に配置され、前記第二バッフルの位置において前記長手方向中心軸に対して垂直方向に測定される前記シェルの幅の２０％以下の距離で、前記シェルの前記第二側部から横方向内側に延設される第二バッフルを更に備える、
請求項１～１５のいずれか１項に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は概して、蒸気圧縮システムにおいて用いられるよう構成される熱交換器に関する。より詳細には、本発明は、蒸気の流れの制限、局所的な蒸気速度の低減、液漏れ（liquid leackage）の分離、及び／又は、液のトラップを行うよう配置される少なくとも一のバッフルを有する熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気圧縮冷凍は、大規模な建築物などの空気調和に最も一般的に用いられている方法である。従来の蒸気圧縮冷凍システムは、通常、蒸発器を有する。蒸発器は、蒸発器を通過する被冷却液体から熱を吸収して、冷媒を液体から蒸気へと蒸発させることが可能な熱交換器である。あるタイプの蒸発器は、複数の水平に延設された、内部を被冷却液体が循環する伝熱管を有する管束を備える。管束は、円筒シェル内に収容されている。このタイプの蒸発器において冷媒を蒸発させる方法には、いくつか知られたものがある。浸漬式蒸発器においては、シェルが液冷媒で満たされているとともに、液冷媒が、沸騰及び／又は蒸気として蒸発するよう、伝熱管が液冷媒のプールに浸漬されている。流下液膜式蒸発器においては、伝熱管の外部表面が上方から液冷媒で被覆され、これにより、層状あるいは薄膜状の液冷媒が伝熱管の外部表面に沿って形成される。伝熱管の壁部からの熱は、対流及び／又は液体膜を通じた伝導によって、液冷媒の一部が蒸発する気液界面へと伝達され、これにより、伝熱管内を流れる水から熱が取り去られる。蒸発しなかった液冷媒は、重力により伝熱管の上方位置から伝熱管の下方位置に向かって鉛直方向に落下する。また、管束における伝熱管のうちの一部の外部表面が液冷媒で被覆され、管束における他の伝熱管がシェルの底部に集められた液冷媒に浸漬される、ハイブリッド流下液膜式蒸発器もある。

【0003】

浸漬式蒸発器の伝熱性能は高いが、伝熱管を液冷媒のプールに浸漬するため、浸漬式蒸発器では相当量の冷媒が必要となる。最近開発された新しい冷媒（Ｒ１２３４ｚｅ又はＲ１２３４ｙｆ等）は、地球温暖化係数が非常に低いが、コストが高いので、蒸発器における冷媒充填を低減することが望ましい。流下液膜式蒸発器の主たる利点は、良好な伝熱性能を提供しながら冷媒充填を低減できることにある。したがって、流下液膜式蒸発器は、大規模な冷凍システムにおいて浸漬式蒸発器と置き換わる可能性が十分にある。例えば浸漬式、流下液膜式又はハイブリッド式等の蒸発器のタイプに関わらず、蒸発器に入る冷媒は、管束における液体からの加熱により、冷媒が蒸発する管束に分配される。冷媒が蒸発すると、冷媒蒸気が存在することになる。

【発明の概要】

【0004】

蒸気速度が非常に高くなってしまう場合、ある蒸発器では、液滴が圧縮器の入口に入る液キャリーオーバーの可能性が高まることが分かっている。これにより、チラー効率が低下し、潜在的にインペラの羽根の腐食の可能性が高まるおそれがある。これらの問題は冷媒にかかわらず生じ得るが、Ｒ１２３３ｚｄ等の低圧冷媒が用いられる場合、これらの問題はより生じやすい。

【0005】

したがって、本発明の一の目的は、圧縮機へと送られる噴霧（スプレー）液滴を低減する又は無くす蒸発器を提供することにある。

【0006】

スプレー液滴を低減する又は無くすために用いられる一つの技術は、ミストエリミネータである。ミストエリミネータが効果的な場合もあるが、ミストエリミネータは比較的高価であるとともに嵩張り、蒸発器において多くの場所を占めてしまう。また、ミストエリミネータは高圧を低下させる場合があり、システムの成績係数（ＣＯＰ）に悪影響を及ぼすおそれがある。必要な空間のために、シェルのサイズ及びチラーのサイズが大きくなってしまう。

【0007】

したがって、本発明の他の目的は、蒸発器内部の蒸気の流れを再分配する１以上のバッフルを有する蒸発器を提供することにある。このようなバッフルは、流れを均等化し、局部的な流速を低減することができる。低速とすることにより、液滴を流れから落とすことができる。さらに、このようなバッフルは、ミストエリミネータほど高価ではなく、占める空間も小さい。

【0008】

他の目的は、上向きの蒸気の流れを制限することにより、流下液膜バンクの最上部の近傍の蒸気流れを均一にするために用いられるバッフルを提供することにある。

【0009】

他の目的は、第一チューブ・パスと第二チューブ・パスとの間の局所的な蒸気速度を低減し、液滴を運動量によって除去するために用いられるバッフルを設けることにある。

【0010】

他の目的は、蒸気のバルク流れから分配器からの液漏れを分離するために用いられるバッフルを提供することにある。また、このようなバッフルを、流下液膜バンクの最上列と分配器の底部との間で高速蒸気から液体を捕らえ排出するために用いることもできる。

【0011】

さらに他の目的は、シェルの側部を上がってくる液体をトラップし、チューブへと案内し蒸発させるために用いられるバッフルを提供することにある。

【0012】

上記目的のうち一つ以上を、以下の面のうちのいずれか一つ以上の面にかかる熱交換器によって達成することができる。なお、以下に記載する面の及びそれらの組み合わせは、上記目的のうち一つ以上の目的を達成できるここで開示する実現可能な面の例及びそれらの組み合わせの例の単なる例示である。

【0013】

本発明の第一の観点にかかる熱交換器は、蒸気圧縮システムにおいて用いられるよう構成される。熱交換器は、シェルと、冷媒分配器と、管束と、第一バッフルと、を有する。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、水平面と実質的に平行に延びる。冷媒分配器は、冷媒入口と流体連通し、シェル内に配置される。冷媒分配器は、液冷媒を分配する少なくとも一の液冷媒分配開口部を有している。管束は、シェルの内部で、冷媒分配器の下方に配置される。第一バッフルは、シェルの第一側部から延設される。第一バッフルは、鉛直方向において、シェルの底部縁部の上方のシェルの全高の５％～４０％の範囲内に配置されており、かつ、第一側部から横方向内側に、シェルの幅の２０％以下の距離で、延設されている。

【0014】

第二観点では、第一観点の熱交換器において、第一バッフルは、水平面と実質的に平行である第一側方部と、シェルの第一側部から横方向に間隔を空けた位置において第一側方部から下方へ延設される第一フック部と、を有する。

【0015】

第三観点では、第二観点の熱交換器において、第一フック部は、横方向に関して、シェルの第一側部からの最遠部である第一側方部の端部に配置されている。

【0016】

第四観点では、第三観点の熱交換器において、第一フック部は、水平面に対して実質的に垂直である。

【0017】

第五観点では、第三観点又は第四観点の熱交換器において、第一バッフルは、非透過性材料で形成されている。

【0018】

第六観点では、第五観点の熱交換器において、第一バッフルは、金属板で形成されている。

【0019】

第七観点では、第二観点の熱交換器において、第一フック部は、水平面に対して実質的に垂直方向に延設されている。

【0020】

第八観点では、第二観点の熱交換器において、第一バッフルは、非透過性材料で形成されている。

【0021】

第九観点では、第八観点の熱交換器において、第一バッフルは、金属板で形成されている。

【0022】

第十観点では、第一観点から第九観点のいずれかの熱交換器において、複数の伝熱管は、上側集合群と下側集合群とを形成し、通過経路が上側集合群と下側集合群との間に配置されるようグループ化される。第一バッフルは、通過経路よりも鉛直方向下方に配置されている。

【0023】

第十一観点では、第十観点の熱交換器において、下側集合群の伝熱管のうちのいくつかは、液冷媒に浸漬されており、第一バッフルは、液冷媒の液位の鉛直方向上方に配置されている。

【0024】

第十二観点では、第十一観点の熱交換器において、第一バッフルは、鉛直方向に関して、液位よりも通過経路に近い側に配置されている。

【0025】

第十三観点では、第十観点から第十二観点のいずれかの熱交換器において、伝熱管の下側集合群の横幅は、伝熱管の上側集合群の横幅より大きい。

【0026】

第十四観点では、第一観点から第九観点のいずれかの熱交換器において、伝熱管のうちのいくつかは、液冷媒に浸漬されており、第一バッフルは、液冷媒の液位の鉛直方向上方に配置されている。

【0027】

第十五観点では、第一観点から第十四観点のいずれかの熱交換器において、伝熱管のうちの少なくとも一つは、第一バッフルの鉛直方向下方に、かつ、シェルの第一側部からの最遠部である第一バッフルの端部より横方向外側に配置されており、第一バッフルは、鉛直方向に見て、少なくとも一つの伝熱管と鉛直方向に重なっている。

【0028】

第十六観点では、第一観点から第十五観点のいずれかの熱交換器において、伝熱管のうちの少なくとも一つは、長手方向中心軸に対して垂直方向に測定して、第一バッフルから横方向に管直径内に配置されている。

【0029】

第十七観点では、第一観点から第十六観点のいずれかの熱交換器において、第二バッフルが、シェルの第二側部から延設される。第二バッフルは、鉛直方向において、シェルの底部縁部の上方のシェルの全高の５％～４０％の範囲内に配置される。第二バッフルは、第二バッフルの位置において長手方向中心軸に対して垂直方向に測定されるシェルの幅の２０％以下の距離で、シェルの第二側部から横方向内側に延設される。

【0030】

これら及び他の目的、特徴、態様、及び利点は、添付の図面と組み合わせて、本発明の好ましい態様を開示する以下の説明から当業者に明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0031】

当開示の一部をなす添付の図面を参照しながら以下に説明を行う。

【0032】

【図1】図１は、本発明の第一実施形態にかかる熱交換器を有する蒸気圧縮システムの全体的概略斜視図である。

【0033】

【図2】図２は、本発明の第一実施形態にかかる熱交換器を有する蒸気圧縮システムの冷凍回路を示すブロック図である。

【0034】

【図3】図３は、本発明の第一実施形態にかかる熱交換器の概略斜視図である。

【0035】

【図4】図４は、図３の切断線４－４に沿って見た、図１～図３に示した熱交換器の概略長手方向断面図である。

【0036】

【図5】図５は、図３の切断線５－５に沿って見た、図１～図３に示した熱交換器の概略横方向断面図である。

【0037】

【図6】図６は、図１～図５に示した熱交換器の複数の管支持及びバッフルの部分の拡大斜視図である。

【0038】

【図7】図７は、図１～図６に示した熱交換器のバッフルのうちのいくつかの拡大斜視図である。

【0039】

【図8】図８は、例示のために上側バッフルの鉛直方向の寸法範囲を示した、図５の構成の一部の拡大斜視図である。

【0040】

【図9】図９は、上側バッフルの横方向寸法を示した、図８において円で囲んだ部分Ａのさらなる拡大図である。

【0041】

【図10】図１０は、管径に対する鉛直バッフルの鉛直方向の寸法及び横方向の寸法を示した、図８において円で囲んだ部分Ａに対応する部分の拡大図である。

【0042】

【図11】図１１は、例示のために中間バッフルの鉛直方向の寸法及び横方向の寸法の範囲を示した、図５の構成の一部の拡大斜視図である。

【0043】

【図12】図１２は、例示のために下側バッフルの鉛直方向の寸法及び横方向の寸法の範囲を示した、図５の構成の一部の拡大斜視図である。

【0044】

【図13】図１３は、図６に示した複数の管支持板のうちの一つの管支持板の立面図である。

【0045】

【図14】図１４は、変形実施形態にかかる、任意選択的な追加の伝熱管を有する、図５に示した構造の一部の拡大横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0046】

本発明の選択的な実施形態を、図面を用いて、説明する。以下の本発明にかかる実施形態の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定義される本発明を限定するものではないことは、本開示から、当業者には明らかであろう。

【0047】

まず図１及び図２を参照して、第一実施形態にかかる熱交換器１を有する蒸気圧縮システムを説明する。図１から分かる通り、第一実施形態にかかる蒸気圧縮システムは、大きな建築物等の、暖房、換気及び空気調和（ＨＶＡＣ）システムにおいて用いることができるチラーである。第一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介して被冷却液（例えば水、エチレングリコール、塩化カルシウムブライン等）から熱を取り去るよう構成され配置される。

【0048】

図１及び図２に示すように、蒸気圧縮システムは次の四つの主要な構成要素、蒸発器１、圧縮機２、凝縮器３、膨張装置４、及び制御ユニット５を有する。制御ユニット５は、蒸気圧縮システムの動作を制御するよう圧縮機２の駆動機構と膨張装置４とに機能的に連結される電子コントローラ（制御器）を有する。例示の実施形態では、図４～図５に示す通り、蒸発器１は、以下により詳細に説明するように、本発明にかかる複数のバッフル４０，５０，６０，７０を有する。

【0049】

蒸発器１は、循環する冷媒が蒸発器１において蒸発することで、蒸発器１を通過する被冷却液（この例では水）から熱を取り去り、水の温度を下げる熱交換器である。蒸発器１に入る冷媒は、典型的には、気液二相状態にある。冷媒は、少なくとも液冷媒を有する。液冷媒は、水から熱を吸収し、蒸発器１において蒸気冷媒として蒸発する。

【0050】

低圧低温蒸気冷媒は、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において、蒸気冷媒は、高圧高温の蒸気へと圧縮される。圧縮機２は、任意のタイプの従来の圧縮機、例えば遠心式圧縮機、スクロール圧縮機、往復式圧縮機、スクリュー圧縮機とできる。

【0051】

次に、高温高圧蒸気冷媒が、凝縮器３へと入る。凝縮器３は、蒸気冷媒から熱を取り去ってガス状態から液状態に凝縮させる他の熱交換器である。凝縮器３は、空冷式、水冷式又は任意の適当なタイプの凝縮器とできる。熱は、凝縮器３を通過する冷却水又は空気の温度を上昇させ、熱は、冷却水又は空気で運ばれて、システムの外部へと排出される。

【0052】

その後、凝縮された液冷媒は、冷媒が圧力の急激な低下を受ける膨張装置４に入る。膨張装置４は、オリフィスプレートと同程度に簡単な構成とすることができ、又は電子可変熱膨張弁と同程度に複雑な構成とすることもできる。膨張装置４が制御ユニット５に接続されるか否かは、制御可能な膨張装置４を利用するか否かによって決まることになろう。急激な圧力降下により、通常、液冷媒は部分的に蒸発し、その結果、通常、蒸発器１に入る冷媒は、気液二相状態となる。

【0053】

蒸気圧縮システムにおいて用いられる冷媒の例として、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）ベースの冷媒（例えばＲ４１０Ａ、Ｒ４０７ＣやＲ１３４ａ）、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）、不飽和ＨＦＣベースの冷媒（例えばＲ１２３４ｚｅやＲ１２３４ｙｆ）、及び自然冷媒（例えばＲ７１７やＲ７１８）が挙げられる。Ｒ１２３４ｚｅ及びＲ１２３４ｙｆは、Ｒ１３４ａと同様な密度を有する中密度冷媒である。Ｒ４５０Ａ及びＲ５１３Ａもまた利用可能な冷媒である。いわゆる低圧冷媒（ＬＰＲ）１２３３ｚｄもまた適切なタイプの冷媒である。低圧冷媒（ＬＰＲ）１２３３ｚｄは、Ｒ１２３３ｚｄの蒸気密度が上述した他の冷媒より低いため、低密度冷媒（ＬＤＲ）と呼ばれる場合もある。Ｒ１２３３ｚｄの密度は、いわゆる中密度冷媒であるＲ１３４ａ、Ｒ１２３４ｚｅ及びＲ１２３４ｙｆより低い。ここでいう密度は、蒸気密度であって液体密度ではない。Ｒ１２３３ｚｄの液体密度は、Ｒ１３４Ａより多少大きいからである。ここに開示する実施形態は、任意のタイプの冷媒を用いた場合にも有用であるが、ここに開示する実施形態は、１２３３ｚｄ等のＬＰＲを用いた場合特に有用である。Ｒ１２３３ｚｄ等のＬＰＲの蒸気密度は、他の選択肢より比較的低く、蒸気の流速がより速いからである。Ｒ１２３３ｚｄ等のＬＰＲを用いる従来の装置においては、“発明の要約”に記載したように、より速い速度の蒸気フローによって、液キャリーオーバーが生じる場合がある。冷媒を個々に説明したが、本開示から、上記冷媒の任意の二つ以上を用いた冷媒の組み合わせを用いることができることは当業者に明らかであろう。例えば、Ｒ１２３３ｚｄを部分的にのみ含む、組み合わせ冷媒を利用することができよう。

【0054】

本発明を実施するために、従来の圧縮機、凝縮器及び膨張装置を、それぞれ、圧縮機２、凝縮器３及び膨張装置４として用いることができることは、本開示から当業者には明らかであろう。言いかえれば、圧縮機２、凝縮器３及び膨張装置４は、当該技術において周知の従来の構成要素である。圧縮機２、凝縮器３及び膨張装置４は、当該技術において周知であるので、これらの構造をここでは詳細に説明・例示しない。蒸気圧縮システムは、複数の蒸発器１、圧縮機２及び／又は凝縮器３を有することもできる。

【0055】

次に図３～図１３を参照して、第一実施形態にかか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、熱伝達ユニット３０と、を有する。上述の通り、例示の実施形態では、蒸発器１は、バッフル４０，５０，６０，７０を有する。バッフル４０，５０，６０，７０を、熱伝達ユニット３０の一部と見なすことも、熱交換器１の別部品と見なすこともできる。例示の実施形態において、熱伝達ユニット３０は管束である。したがって、熱伝達ユニット３０をここでは管束３０と呼ぶこともある。冷媒は、シェル１０に入り、冷媒分配器２０に供給される。その後、以下により詳細に説明する通り、冷媒分配器２０は、好ましくは、気液分離を行い、管束３０上に液冷媒を供給する。また以下により詳細に説明する通り、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。以下により詳細に説明する通り、バッフル４０，５０，６０，７０は、シェル１０内の冷媒蒸気の流れの制御に役立つ。

【0056】

図３～図５からよく分かる通り、例示の実施形態において、シェル１０は、略円筒形状で、曲面状の両側部ＬＳを有し、長手方向中心軸Ｃ（図５）が実質的に水平方向に延びる。両側部ＬＳはそれぞれが互いに鏡像であり、第一側部及び／又は第二側部と呼ぶことができ、第二側部及び／又は第一側部と呼ぶこともできる。このように、シェル１０は、水平面Ｐと略平行に延設されている。シェル１０は、入口水室１３ａ及び出口水室１３ｂを有する接続ヘッド部材１３と、水室１４ａを有する戻りヘッド部材１４と、を有する。接続ヘッド部材１３及び戻りヘッド部材１４は、シェル１０の円筒状本体の長手方向両端部に固定して連結される。入口水室１３ａ及び出口水室１３ｂは、水バッフル１３ｃによって分割されている。接続ヘッド部材１３は、シェル１０へと水を入れる水入口管１５と、シェル１０から水を排出する水出口管１６と、を有する。

【0057】

図１～図５に示す通り、シェル１０はさらに、冷媒入口管１１ｂに接続された冷媒入口１１ａと、冷媒出口管１２ｂに接続されるシェル冷媒蒸気出口１２ａと、を有する。冷媒入口管１１ｂは、流体が通るよう膨張装置４に接続され、二相冷媒がシェル１０へと導入される。膨張装置４を、冷媒入口管１１ｂに直接連結することもできる。このように、シェル１０は、少なくとも液冷媒を含む冷媒が通って流れる冷媒入口１１ａと、シェル冷媒蒸気出口１２ａと、を有する。シェル１０の長手方向中心軸Ｃは、水平面Ｐと実質的に平行に延びている。二相冷媒における液体成分は、蒸発器１を通る水から熱を吸収すると、蒸発器１において沸騰し及び／又は蒸発し、液体から蒸気へと相転移する。蒸気冷媒は、冷媒出口管１２ｂから圧縮機２へと圧縮機２の吸引によって吸い込まれる。冷媒入口１１ａに入る冷媒は、少なくとも液冷媒を含む。多くの場合、冷媒入口１１ａに入る冷媒は、二相の冷媒である。冷媒入口１１ａから、冷媒は、管束３０上に液冷媒を分配する冷媒分配器２０へと流れ込む。

【0058】

次に、図４～図５を参照して、冷媒分配器２０は、冷媒入口１１ａと流体連通しており、シェル１０内に配置される。冷媒分配器２０は、好ましくは、気液分離器と液冷媒分配器との両方として機能するよう構成され配置される。冷媒分配器２０は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃと略平行にシェル１０内に長手方向に延設される。図４～図５からよく分かる通り、冷媒分配器２０は、底部トレイ部２２と最上部蓋部２４とを有する。冷媒入口１１ａと冷媒分配器２０とを流体連通させるように、入口管２６は、最上部蓋部２４及び冷媒入口１１ａに接続される。底部トレイ部２２と最上部蓋部２４は、管状形状を形成するよう強固に一体に接続される。端部部分２８を、任意選択的に、底部トレイ部２２及び最上部蓋部２４の長手方向両端部に取り付けることができる。以下により詳細に説明する通り、冷媒分配器２０は、管束３０の一部によって支持される。

【0059】

冷媒分配器２０の構造の細部は、本発明において重大ではない。したがって、あらゆる適当な従来の冷媒分配器２０を用いることができることは、本開示から当業者には明らかであろう。なお、図５から分かる通り、好ましくは、冷媒分配器２０は、液冷媒を分配する少なくとも一の液冷媒分配開口部２３を有する。例示の実施形態では、底部トレイ部２２は、液冷媒を管束３０上に分配する複数の液冷媒分配開口部２３を有する。さらに、例示の実施形態では、図４から分かる通り、冷媒分配器２０は、好ましくは、少なくとも一の気体又は蒸気冷媒分配開口部２５を有する。例示の実施形態では、底部トレイ部２２は、蒸気冷媒をシェル１０へと分配する複数の気体又は蒸気冷媒分配開口部２５を有する。複数の気体又は蒸気冷媒分配開口部２５によって分配された蒸気冷媒は、管束３０との接触により蒸発した冷媒とともに、シェル冷媒蒸気出口１２ａを通じてシェル１０から出る。蒸気冷媒分配開口部２５は、冷媒分配器２０内の冷媒（図示せず）の液位よりも上方に配置される。冷媒分配器２０の構造の細部は本発明に重大ではないので、ここでは冷媒分配器２０をさらに詳細には説明又は例示しない。

【0060】

次に、図４～図７を参照して、熱伝達ユニット（管束）３０をより詳細に説明する。管束３０は、シェル１０内部において冷媒分配器２０の下方に配置されており、冷媒分配器２０から放出される液冷媒は、管束３０上へと供給される。図４～図６からよく分かる通り、管束３０は、シェル１０の長手方向中心軸Ｃと略平行に延設される複数の伝熱管３１を有する。以下により詳細に説明する通り、伝熱管３１は集合的にまとめて配置されている。伝熱管３１は、金属等の高い熱伝導率を有する材料で形成されている。伝熱管３１は、好ましくは冷媒と伝熱管３１の内部を流れる水との間の熱交換をさらに促進するために、内部溝及び外部溝が形成されている。このような内部溝及び外部溝を有する伝熱管は当該技術において周知である。例えば、ウィーランド・コッパー・プロダクツ社（Ｗｉｅｌａｎｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ， ＬＬＣ）のＧＥＷＡ－Ｂチューブを本実施形態の伝熱管３１として用いることができる。

【0061】

図４～図６からよく分かる通り、伝熱管３１は、複数の鉛直方向に延設される支持板３２によって、従来の方法で支持される。支持板３２を、シェル１０に固定して連結することができ、又はシェル１０内に単に載置することもできる。また、冷媒分配器２０を支持するために、支持板３２は底部トレイ部２２を支持することができる。より具体的には、冷媒分配器２０は、底部トレイ部２２において、支持板３２に固定され取り付けられる、又は、冷媒分配器２０は、底部トレイ部２２が単に支持板３２上に載置できる。さらに、図４～図６から分かる通り、支持板３２はバッフル４０，５０，６０，７０を支持する。図４においては、バッフル４０，５０，６０，７０が支持板３２によってどのように支持されるかを示すために、伝熱管３１が取り外されている。

【0062】

本実施形態において、管束３０は、二経路（ツーパス）システムを構成するよう配置される。ツーパスシステムでは、伝熱管３１は、管束３０の下部に配置されている供給ライングループと、管束３０の上部に配置されている戻りライングループと、に分割される。このように、図５から分かる通り、複数の伝熱管３１は、上側集合群ＵＧと下側集合群ＬＧとを形成するようグループ化され、これにより、パス・レーン（通過経路）ＰＬが上側集合群ＵＧと下側集合群ＬＧとの間に形成される。図４～図５から分かる通り、供給ライングループにおける伝熱管３１の入口端部は、接続ヘッド部材１３の入口水室１３ａを介して水入口管１５と流体連通しており、これにより、蒸発器１に入る水が供給ライングループにおける伝熱管３１へと分配される。供給ライングループにおける伝熱管３１の出口端部と戻りライン管の伝熱管３１の入口端部とは、戻りヘッド部材１４の水室１４ａと流体連通している。

【0063】

したがって、供給ライングループ（下側集合群ＬＧ）における伝熱管３１の内部を流れる水は、水室１４ａへと放出され、戻りライングループ（上側集合群ＵＧ）における伝熱管３１へと再分配される。戻りライングループにおける伝熱管３１の出口端部は、接続ヘッド部材１３の出口水室１３ｂを介して水出口管１６と流体連通している。このように、戻りライングループにおける伝熱管３１の内部を流れる水は、水出口管１６を通って蒸発器１から出る。典型的なツーパス蒸発器において、水入口管１５に入る水の温度を華氏約５４度（約１２℃）とでき、水出口管１６から出るとき水は華氏約４４度（約７℃）に冷却される。

【0064】

図５に示すように、例示の実施形態の管束３０は、流下液膜領域と、液位ＬＬの下方である浸漬領域と、を有するハイブリッド管束である。例示の液位ＬＬは最低液位である。なお、液位をより高くすることができ、例えば供給ライングループ（下側集合群ＬＧ）における二行よりも多くの行の伝熱管３１を覆うことができる。液冷媒に浸漬されていない伝熱管３１は、流下液膜領域の管として機能する。流下液膜領域における伝熱管３１は、液冷媒の流下液膜式蒸発を行うよう構成され配置される。より具体的には、冷媒分配器２０から放出される液冷媒が、伝熱管３１の内部を流れる水から熱を吸収して液冷媒が蒸気冷媒として蒸発する伝熱管３１のそれぞれの外壁に沿って、層（すなわち膜）を形成するよう、流下液膜領域における伝熱管３１は配置される。図５に示す通り、シェル１０の長手方向中心軸Ｃと平行な方向から見て（図５で見て）、流下液膜領域における伝熱管３１は、互いに平行に延設されている複数の鉛直方向の列に配置されている。したがって、冷媒は、伝熱管３１の複数の列のそれぞれにおいて、重力によって一の伝熱管から他の伝熱管へと下方へ落下する。液冷媒分配開口部２３から放出される液冷媒は、それぞれの列における伝熱管３１の最も上にある一の管上へと落ちて被覆するよう、伝熱管３１の各列は、冷媒分配器２０の対応する液冷媒分配開口部２３に対して配置される。

【0065】

流下液膜領域において蒸発しなかった液冷媒は、浸漬領域内へと重力で落下を続ける。浸漬領域には、ハブシェル１１の底部（ボトム・ポーション）における流下液膜領域の下方のグループに配置される複数の伝熱管３１が含まれる。例えば、システムに充填される冷媒の量に応じて、底側の一、二、三又は四行の管３１を、浸漬領域の部分として配置することができる。伝熱管３１の供給ライングループ（下側集合群ＬＧ）に入ってくる冷媒を華氏約５４度（約１２℃）とできるので、浸漬領域において液冷媒は未だ沸騰し蒸発できる。

【0066】

本実施形態において、流体導管（コンジット）８を、シェル１０内の浸漬領域に流体が通るよう接続することができる。ポンプ装置（図示せず）を、シェル１０の底部から圧縮機２に液体を戻すよう流体コンジット８に接続することができる、あるいは冷媒分配器２０に戻して供給するよう入口管１１ｂに分岐させることができる。浸漬領域に貯留した液体が所定レベルに達したとき、ポンプを選択的に動作させて、液体を蒸発器１の外部へと排出することができる。例示の実施形態では、流体コンジット８は、浸漬領域の最下点に接続される。なお、流体コンジット８を、浸漬領域の最下点と浸漬領域における液位ＬＬに対応する場所との間の（例えば最下点と浸漬領域における管３１の最上部層との間の）任意の場所で、流体が通るよう浸漬領域へと接続できることは、本開示から当業者には明らかであろう。また、ポンプデバイス（図示せず）の代りにエジェクタ（図示せず）とすることもできることは本開示から当業者には明らかであろう。ポンプデバイスをエジェクタで置き換える場合、エジェクタもまた圧縮機２から圧縮冷媒を受ける。その後、特定のオイル濃度で圧縮機２に供給するよう、エジェクタは、圧縮機２からの圧縮冷媒を浸漬領域から受けた液体と混合することができる。上述したポンプやエジェクタは当該技術において周知であるので、ここではさらに詳細には説明や例示をしない。

【0067】

次に図４～図１３を参照して、バッフル４０，５０，６０，７０をより詳細に説明する。例示の実施形態では、蒸発器は、一ペアの上側バッフル４０と、一ペアの中間バッフル５０と、一ペアの下側バッフル６０と、一ペアの直立バッフル７０と、を有する。一ペアの上側バッフル４０は、管束３０の最上部であって、冷媒分配器２０及び管束３０のそれぞれの両側部に配置される。一ペアの中間バッフル５０は、上側バッフル４０の下方であって管束３０の両側部に配置される。一ペアの下側バッフル６０は、中間バッフル５０の下方であって管束３０の両側部に配置される。一ペアの直立バッフル７０は、冷媒分配器２０の下方であって管束３０の両側部において上側バッフル４０の内側端部に配置される。

【0068】

バッフル４０，５０，６０，７０は、管支持板３２によって支持される。具体的には、例示の実施形態では、図１３からよく分かる通り、それぞれの管支持板３２は、一ペアの横方向に間隔を空けて配置された上面３４と、一ペアの横方向に間隔を空けて配置された中間スロット３５と、一ペアの横方向に間隔を空けて配置された下側スロット３６と、一ペアの上側スロット３７と、を有する。図４～図７及び図１３からよく分かる通り、一ペアの横方向に間隔を空けて配置された上面３４は、上側バッフル４０を支持し、一ペアの横方向に間隔を空けて配置された中間スロット３５は、中間バッフル５０を支持し、一ペアの横方向に間隔を空けて配置された下側スロット３６は、下側バッフル６０を支持し、一ペアの上側スロット３７は、直立バッフル７０を支持する。

【0069】

次に図４～図９を参照して、上側バッフル４０をより詳細に説明する。上述の通り、例示の実施形態では、熱交換器１は一ペアの上側バッフル４０を有し、それぞれの上側バッフル４０は、冷媒分配器２０及び管束３０の対応する側部に配置される。一ペアの上側バッフル４０は、互いに同一である。なお、図５～図６からよく分かる通り、一ペアの上側バッフル４０は、中心軸Ｃを通る鉛直平面Ｖに対して鏡像配置で、互いに対向するよう装着される。したがって、ここでは、一方の上側バッフル４０のみを詳細に説明及び／又は例示する。なお、一方の上側バッフル４０に関する説明及び例示が他方の上側バッフル４０にも当てはまることは当業者には明らかであろう。また、上側バッフル４０の一方を第一上側バッフル４０、上側バッフル４０の他方を第二上側バッフル４０と呼ぶことができ、あるいは上側バッフル４０の一方を第二上側バッフル４０と呼び、上側バッフル４０の他方を第一上側バッフル４０と呼ぶことができることも明らかであろう。

【0070】

図６から分かる通り、上側バッフル４０は、内側部４２と、内側部４２から横方向外側に延設される外側部４４と、外側部４４の外縁から下方へ延設されるフランジ部４６と、を有する。例示の実施形態において、内側部４２、外側部４４及びフランジ部４６は、それぞれ、孔４８が形成されていなければ液冷媒やガス冷媒が通り抜けることができない、金属等の剛性のシート状／板状の材料から形成される。さらに、例示の実施形態において、内側部４２、外側部４４及びフランジ部４６は、単一の一体構造部材として互いに一体的に形成される。なお、これらの板４２，４４，４６を別々の部材として構成し、溶接等のあらゆる従来の技術を用いて互いに取り付けることもできることは本開示から当業者には明らかであろう。いすれの場合も、内側部４２は、好ましくは、液冷媒及びガス冷媒が通り抜けることがない中実な非通過部分である。一方、外側部４４は、好ましくは、液冷媒及びガス冷媒が通り抜けることができる通過部分である。フランジ部４６は、非通過部分とすることも通過部分とすることもできる。

【0071】

さらに図４～図９を参照して、内側部４２は、冷媒分配器２０の下側で、隣接する直立バッフル７０の上方に配置される内側縁部を有する。このように、バッフル４０は、冷媒分配器２０と直立バッフル７０との間に挟持される。また、内側部４２及び外側部４４は、管支持板３２の上面３４に支持される。フランジ部４６は、管支持板３２の外側でシェル１０の側部と当接する。例示の実施形態では、図６及び図９からよく分かる通り、外側部４４は管支持板３２の上方の位置では中実体である。内側部４２は、管支持板３２の支持フランジ３９（図１３）を収容するよう配置されるスロット４９（図７）を有する。支持フランジ３９は、上面３４から上方へ延設される。支持フランジ３９の間で、冷媒分配器２０を横方向に支持するよう、支持フランジ３９は配置されている。

【0072】

上側バッフル４０の内側部４２と外側部４４とは、水平面Ｐと実質的に平行な同一平面に配置される。上側バッフル４０の内側部４２と外側部４４とは、シェル１０の底部から上方にシェル１０の全高の４０％～７０％の範囲に配置される。例示の実施形態では、上側バッフル４０の内側部４２と外側部４４とは、シェル１０の底部から上方にシェル１０の全高の約５５％の位置に配置される。図８から分かる通り、管支持板３２の上面３４は、上側バッフル４０と略同じ高さの管束３０の最上部の、少し上方に配置される。

【0073】

図７からよく分かる通り、例示の実施形態では、外側部４４は、内側部４２と同じ非透過性材料から構成されるが、液及びガス冷媒が通過できる開口部４８が形成されている。この構造により、外側部４４は、外側部４４を通過する冷媒の流れをほとんど妨げない。このような冷媒の流れを邪魔することなく自由な流れとするために、開口部４８は、外側部４４の大部分に、好ましくは外側部４４の面積の７５％を超える部分に、形成される。これを実現するため、開口部４８の数を比較的少なくし、大きさを大きくする。より具体的には、例示の実施形態では、開口部４８のそれぞれの横幅は、外側部４４の横幅と等しい。例示の実施形態では、図７から分かる通り、単一の開口部４８が、隣接する管支持板３２間毎に配置されており、端部にある開口部４８は長手方向に短くされている。

【0074】

さらに図４～図９を参照して、通過できる外側部が内側部４２とシェル１０との間の何もない空間によって形成されるよう、外側部４４及びフランジ部４６をなくすこともできる。なお、例示の実施形態では、バッフル４０の内側部４２の装着性と安定性を高めるために、外側部４４及びフランジ部４６が備えられている。いずれの場合も、通り抜けできる部分（例えば外側部４４）の横幅は、好ましくは、シェル１０と隣接する直立バッフル７０との間の距離の５０％以下である。さらに、通過できる部分（例えば外側部４４）の横幅は、好ましくは、シェル１０と冷媒分配器２０の隣接する部分との間の距離の５０％以下である。例示の実施形態では、図９から分かる通り、隣接する直立バッフル７０は、冷媒分配器２０の隣接する側部と同一線上に配置されている。

【0075】

次に、上側バッフル４０の機能をより詳細に説明する。上側バッフル４０は、管束３０と、冷媒蒸気がシェル１０から吸引されるシェル冷媒蒸気出口１２ａと、の間に配置されるので、蒸発した蒸気はすべて上側バッフル４０を通って流れる必要がある。上側バッフルは、上向きの蒸気の流れを制限することにより流下液膜バンクの最上部近傍の蒸気の流れを均一とするよう機能する。内側部４２の中実領域は、冷媒流れが管バンクからずれることを許容せず、管束３０の最上部における高速の流れをシェル１０の他の部分における低速の流れと強制的に混合させる。外側部４４の開口領域により、管束３０から蒸発した蒸気を、冷媒分配器２０の上方の蒸気と混合できる。例示の実施形態では、開口部をすべて同じ大きさとしているが、蒸気の流れを方向付けるのに異なる大きさの開口部を配置することもできる。

【0076】

上記の説明からから分かる通り、上側バッフル４０は鉛直方向に関して管束３０の最上部に配置されるとともに、上側バッフル４０は、管束３０から、横方向外側に、シェル１０の第一側部ＬＳに向かって延設されている。また、好ましくは、上側バッフルは、管束３０に隣接して横方向に配置される上側非通過部分４２と、上側非通過部分４２の横方向外側に配置される上側通過部分４４と、を有し、上側通過部分４４は、シェル１０の側部ＬＳに隣接している。また、好ましくは、上側通過部分４４の横幅は、上側バッフル４０の全体の横幅の５０％未満である。したがって、各上側非通過部分の横幅は各上側通過部分の横幅より大きい。また、上述の通り、上側バッフル４０は、非透過性材料から好ましくは形成され、上側通過部分４４を形成するよう孔４８が形成されている。また、上述の通り、上側バッフル４０は、好ましくは、鉛直方向に関して冷媒分配器２０の底部に配置される。上側バッフルを、冷媒分配器２０の底部に取り付けることもできる。例示の実施形態では、上側バッフル４０は、好ましくは、管束３０を支持する少なくとも一の管支持３２によって鉛直方向に支持される。上側バッフルは、鉛直方向に関して、シェルの底部縁部の上方のシェルの全高の４０％～７０％の範囲内の位置に配置される。

【0077】

上述の通り、例示の実施形態では、互いの鏡像となる一ペアの上側バッフル４０が好ましくは備えられる。なお、上側バッフル４０が一つであっても利点が得られ、したがって、熱交換器１は好ましくは少なくとも一つの上側バッフル４０を有し、必ずしも両方の上側バッフルを必要とするものではない。

【0078】

次に図４～図７及び図１１を参照して、中間バッフル５０をより詳細に説明する。上述の通り、例示の実施形態では、熱交換器１は、一ペアの中間バッフル５０を有しており、それぞれの中間バッフル５０は冷媒分配器２０及び管束３０の各側部に配置される。一ペアの中間バッフル５０は互いに同一である。なお、図５～図６からよく分かる通り、一ペアの中間バッフル５０は、中心軸Ｃを通る鉛直平面Ｖに対して鏡像配置で、互いに対向するよう装着される。したがって、ここでは、一方の中間バッフル５０のみを詳細に説明及び／又は例示する。なお、一方の中間バッフル５０に関する説明及び例示が他方の中間バッフル５０にも当てはまることは当業者には明らかであろう。また、中間バッフル５０の一方を第一中間バッフル５０と呼び、中間バッフル５０の他方を第二中間バッフル５０と呼ぶことができ、あるいは中間バッフル５０の一方を第二中間バッフル５０と呼び、中間バッフル５０の他方を第一中間バッフル５０と呼ぶことができることも明らかであろう。ここではバッフル５０を中間バッフル５０と呼ぶが、バッフル５０を上側バッフル４０に対する下側バッフルとみなすことができ、また、バッフル５０を下側バッフル６０に対する上側バッフルとみなすこともできる。言い換えれば、中間バッフル５０の相対的な位置は、他の部分に対する位置に依存する。

【0079】

中間バッフル５０は、主要部５２と、主要部５２の外縁から上方へ延設される外側フランジ部５４と、主要部５２に装着される補強リブ５６と、を有する。例示の実施形態において、主要部５２及び外側フランジ部５４はそれぞれ、孔５８が形成されていなければ液冷媒やガス冷媒が通り抜けることができない、金属等の剛性のシート状／板状の材料から形成される。さらに、例示の実施形態において、主要部５２及び外側フランジ部５４は、単一の一体構造部材として、互いに一体的に形成される。なお、これらの板５２，５４を別々の部材として構成し、溶接等のあらゆる従来の技術を用いて互いに取り付けることもできることは本開示から当業者には明らかであろう。いずれの場合も、主要部５２は、好ましくは、外縁を除いて、液冷媒及びガス冷媒が通り抜けることができる通過部分である。外側フランジ部５４は、非通過部分とすることも、通過部分とすることもできる。なお、例示の実施形態では、外側フランジ部５４は、非通過部分であり、透過性材料として形成される場合よりもより剛性な外側の部分となる。補強リブ５６は、好ましくは、主要部５２と同じ材料から構成される別部材であり、管支持板３２から間隔を空けた位置において強度を追加するために装着される。

【0080】

さらに図４～図７及び図１１を参照して、主要部５２は、管支持板３２を収容する長手方向に間隔を空けて配置される複数のスロット５９を有する。また、主要部５２及び外側フランジ部５４は、中間バッフル５０の外側端部で、管支持板３２の溝３５によって支持される。主要部５２の内側部分は、図１１に示す通り、管支持板３２を支持している複数の補強バー３３（図では六個）のうちの一つによって鉛直方向に支持される。図６では、便宜上補強バー３３を省略している。例示の実施形態では、図６及び図１１からよく分かる通り、外側フランジ部５４は主要部分５２の外縁に沿った中実体である。主要部５２には、複数の孔５８が形成されている。例示の実施形態では、孔５８は数が多いが、大きさは小さい。例示の実施形態では、孔５８の直径は伝熱管３１の直径より小さい。なお、孔５８を細長いスロットとすることも、主要部５２をルーバー状の構成とすることもできる。外側フランジ５４は、好ましくは、組み込むときに有用な一ペアの垂直タブを有する。

【0081】

図１１からよく分かる通り、主要部５２は水平面Ｐと実質的に平行である。主要部５２は、シェル１０の底部から上方に、シェル１０の全高の２０％～４０％の範囲に配置される。例示の実施形態では、中間バッフル５０の主要部５２は、シェル１０の底部から上方に、シェル１０の全高の約３０％の位置に配置される。なお、主要部５２は、好ましくは、通過経路ＰＬの上方に配置される。２０％～４０％の寸法上の位置範囲は、図１１では正確にはスケーリングされていない（特に２０％の位置）。また、中間バッフル５０の横幅は、中間バッフル５０において測定されるシェル１０の全幅の２０％以下である。

【0082】

次に、中間バッフル５０の機能をより詳細に説明する。上述の通り、主要部５２は孔５８を有する。あるいは、主要部５２を格子状又はルーバー状の領域とすることもできる。いずれの場合も、主要部５８は、高速箇所を均一にし、液滴を捕集し、液溜部へと排出する。このように、中間バッフル５０は、第一チューブ・パスと第二チューブ・パスとの間の局所的な蒸気速度を低減し、液滴を運動量によって除去するために用いられる。液滴は、主要部５２に形成される格子、多孔板、ルーバー等との衝突によって上昇が（物理的に）停止される。中間バッフル５０はそれ自体でいくつもの利点があるが、特に上側バッフル４０と組み合わせて用いられたときに中間バッフルは有用である。これは、上側バッフル４０が備えられることで、高速な蒸気の流れと、そのような蒸気の流れとともに運ばれる液滴を案内できるからである。主要部５２の全開口面積は、好ましくは全面積の３５％～６５％の範囲である。例示の実施形態では、全開口面積は約５０％である。また、用いられている開口５８の個々の開口大きさは、好ましくは、直径２～１０ミリメートルの範囲である。孔５８の孔径は、上側バッフルの開口部４８の孔径より小さい。さらに、孔５８の総面積は、好ましくは、上側バッフル４０の総面積より小さい。

【0083】

上記の説明から分かる通り、中間バッフル５０は上側バッフル４０の鉛直方向下方に配置されるとともに、中間バッフル５０はシェルの側部ＬＳから横方向内側に延設されている。このように、中間バッフル５０は、上側バッフル４０よりも下にあるので、中間バッフル５０をまた下側バッフル５０とみなすこともできる。中間（下側）バッフル５０は、上側バッフルよりも下にあるが、中間（下側）バッフル５０は、好ましくは通過経路ＰＬの鉛直方向上方に配置される。また、図１１からよく分かる通り、中間（下側）バッフル５０は、鉛直方向に関して、シェル１０の底部縁部の上方のシェル１０の全高の２０％～４０％の範囲に配置される。また、中間（下側）バッフル５０は、シェルの側部ＬＳから横方向内側に、中間（下側）バッフル５０の位置で長手方向中心軸Ｃに対して垂直方向に測定されるシェル１０の幅の２０％以下の距離で、延設される。中間バッフル５０を下側バッフル５０とみなすこともできるので、中間（下側）バッフル５０は、好ましくは下側通過部分５２を有する。また、中間（下側）バッフル５０は、非透過性材料から形成され、下側通過部分５２を形成するよう孔５８が形成されている。図７から分かる通り、それぞれの下側通過部分５２は、それぞれの中間（下側）バッフル５０の大部分を形成している。また、中間（下側）バッフル５０は、管束３０から横方向に離間した位置にある中間（下側）バッフル５０の自由端へと、管束３０に向かって横方向内側に延設されている。

【0084】

上述の通り、例示の実施形態では、互いの鏡像となる一ペアの中間（下側）バッフル５０が好ましくは備えられる。なお、中間（下側）バッフル５０が一つであっても利点が得られ、したがって、熱交換器１は、好ましくは少なくとも一つの中間（下側）バッフル５０を有し、必ずしも両方の上側バッフルを必要とするものではない。

【0085】

次に図４～図７及び図１２を参照して、下側バッフル６０をより詳細に説明する。上述の通り、例示の実施形態では、熱交換器１は、一ペアの下側バッフル６０を有しており、それぞれの下側バッフル６０は、冷媒分配器２０及び管束３０の各側部に配置される。一ペアの下側バッフル６０は、互いに同一である。なお、図５～図６からよく分かる通り、一ペアの下側バッフル６０は、中心軸Ｃを通る鉛直平面Ｖに対して鏡像配置で、互いに対向するよう装着される。したがって、ここでは、一方の下側バッフル６０のみを詳細に説明及び／又は例示する。なお、一方の下側バッフル６０に関する説明及び例示は、他方の下側バッフル６０にも当てはまることは当業者には明らかであろう。また、下側バッフル６０の一方を第一下側バッフル６０と呼び、下側バッフル６０の他方を第二下側バッフル６０と呼ぶことができ、あるいは下側バッフル６０の一方を第二下側バッフル６０と呼び、下側バッフル６０の他方を第一下側バッフル６０と呼ぶことができることも明らかであろう。下側バッフル６０は、上側バッフル４０及び中間バッフル５０の下方に配置される。したがって、中間バッフル５０を、下側バッフル６０に対して、上側バッフルとみなすこともできよう。

【0086】

下側バッフル６０は、主要部６２と、主要部６２の内側縁部から下方へ延設される内側フランジ部６４と、を有する。例示の実施形態において、主要部６２及び内側フランジ部６４は、それぞれ、孔（例示の実施形態においては用いられていない）がそこに形成されていなければ液冷媒やガス冷媒が通り抜けることができない、金属等の、剛性のシート状／プレート状の材料から形成される。さらに、例示の実施形態において、主要部６２及び内側フランジ部６４は、単一の一体構造部材として互いに一体的に形成される。なお、これらの板６２，６４を別々の部材として構成し、溶接等のあらゆる従来の技術を用いて互いに取り付けることもできることは本開示から当業者には明らかであろう。いすれの場合も、主要部６２は、好ましくは、液冷媒及びガス冷媒の通り抜けを防止する非通過部分である。内側フランジ部６４は、非通過部分とすることも通過部分とすることもできる。なお、例示の実施形態では、内側フランジ部６４は、非通過部分であり、透過性材料で形成される場合よりもより剛性な外側の部分となる。

【0087】

さらに図４～図７及び図１２を参照して、主要部６２は、実質的に水平面Ｐと平行に延設される平面部分である。一方、フランジ部６４は、実質的に鉛直方向に延設される。また、主要部６２及び内側フランジ部６４は、管支持板３２の溝３６（図１３に示す）によって支持される。具体的には、溝３６は、下側バッフル６０を長手方向に摺動可能に収容する大きさと形状を有する。主要部６２は、シェル１０の底部から上方に、シェル１０の全高の５％～４０％の範囲に配置される。例示の実施形態では、下側バッフル６０の主要部６２は、シェル１０の底部から上方にシェル１０の全高の約１５％の位置に配置される。なお、主要部６２は、好ましくは、通過経路ＰＬの下方に配置される。５％～４０％の寸法上の位置範囲は、図１２では正確にはスケーリングされていない（特に４０％の位置）。また、下側バッフル６０の横幅は、下側バッフル６０において測定されるシェル１０の全幅の２０％以下である。鉛直方向位置及び横幅は、図１２からよく分かるであろう。

【0088】

次に、下側バッフル６０の機能をより詳細に説明する。下側バッフル６０は、シェル側の浸漬領域から来る液体流を乾いている管に向かうよう方向を変えるよう用いられる。このように、下側バッフルは、液冷媒がシェルの側部を上がってくるのを遮断する障害である。浸漬領域に溜まっている液冷媒は、泡立ち、シェル１０の側部を上がってくる傾向がある。これに対して、下側バッフル６０は、シェル１０の側部を上がってくる液冷媒をトラップし、冷媒管３１へと案内し蒸発させるよう用いられる。冷媒管３１の下側集合群ＬＧにおいて、管３１のうちのいくつかは、下側バッフル６０の下方で、フランジ部６４の下方の位置では下側バッフル６０に隣接して配置される。これらの管３１は、ミストエリミネータ管の機能を果たす。

【0089】

上記の説明から分かる通り、下側バッフル６０は、シェル１０の側部ＬＳから延設され、下側バッフルは、シェル１０の底部縁部の上方のシェル１０の、鉛直方向の全高の５％から４０％の範囲内に配置されており、かつ、下側バッフル６０は、下側バッフルが位置する高さで長手方向中心軸Ｃに対して垂直方向に測定されるシェルの幅の２０％以下の距離で、シェル１０の側部ＬＳから横方向内側に延設される。また、下側バッフル６０は、好ましくは、水平面Ｐと実質的に平行な横方向（主要）部６２と、シェル１０の側部ＬＳから横方向に間隔を空けた位置に側方部６２から下方へ延設されるフック（フランジ）部６４と、を有する。図６～図７から分かる通り、フック（フランジ）部６４は、好ましくは、横方向に関して、シェル１０の側部ＬＳから最も離れた横方向（主要）部６２の端部に配置され、水平面Ｐに対して実質的に垂直である。

【0090】

上述の通り、下側バッフル６０はそれぞれ、好ましくはシートメタル等の非透過性材料から構成される。また、下側バッフル６０は、好ましくは、鉛直方向に関して、通過経路ＰＬの下方に、かつ液冷媒の液位ＬＬの上方に配置される。例示の実施形態では、下側バッフル６０は、好ましくは、鉛直方向に関して、液位ＬＬより通過経路ＰＬの近くに配置される。また、伝熱管３１の下側集合群ＬＧの横幅は、好ましくは、伝熱管３１の上側集合群ＵＧの横幅より大きい。このような配置により、下側バッフル６０の近傍のミストの除去が促進される。さらに、伝熱管３１のうちの少なくとも一つの伝熱管は、好ましくは、下側バッフル６０のそれぞれの鉛直方向下方に、かつ、シェル１０の側部ＬＳからの最遠部である下側バッフル６０の端部から横方向外側に配置されている。したがって、鉛直方向で見て、下側バッフル６０のそれぞれが、少なくとも一つの伝熱管と垂直方向に重なっている。また、伝熱管３１のうちの少なくとも一つの伝熱管は、長手方向中心軸Ｃに対して垂直方向に測定して、下側バッフルのそれぞれから横方向に管直径の一つ分以内に配置される。

【0091】

上述の通り、例示の実施形態では、互いの鏡像となる一ペアの下側バッフル６０が好ましくは備えられる。なお、下側バッフル６０が一つであっても利点が得られ、したがって、熱交換器１は好ましくは少なくとも一つの下側バッフル６０を有し、必ずしも両方の下側バッフルを必要とするものではない。

【0092】

次に図４～図８及び図１０を参照して、直立バッフル７０をより詳細に説明する。上述の通り、例示の実施形態では、熱交換器１は、一ペアの直立バッフル７０を有しており、それぞれの直立バッフル７０は、冷媒分配器２０及び管束３０の対応する側部に配置される。一ペアの直立バッフル７０は互いに同一である。なお、図５～図６からよく分かる通り、一ペアの直立バッフル７０は、中心軸Ｃを通る鉛直平面Ｖに対して鏡像配置で、互いに対向するよう装着される。したがって、ここでは、一方の直立バッフル７０のみを詳細に説明及び／又は例示する。なお、一方の直立バッフル７０に関する説明及び例示が他方の直立バッフル７０にも当てはまることは当業者には明らかであろう。また、直立バッフル７０の一方を第一直立バッフル７０と呼び、直立バッフル７０の他方を第二直立バッフル７０と呼ぶことができ、あるいは直立バッフル７０の一方を第二直立バッフル７０と呼び、直立バッフル７０の他方を第一直立バッフル７０と呼ぶことができることも明らかであろう。

【0093】

直立バッフル７０は、上側部７２と、上側部７２の外縁から下方へ延設されるバッフル部７４と、を有する。例示の実施形態において、上側部７２及びバッフル部７４は、それぞれ、孔（例示の実施形態においては用いられていない）がそこに形成されていなければ液冷媒やガス冷媒が通り抜けることができない、金属等の、剛性のシート状／板状の材料から形成される。さらに、例示の実施形態において、上側部７２及びバッフル部７４は、単一の一体構造部材として互いに一体的に形成される。なお、これらの板７２，７４を別々の部材として構成し、溶接等のあらゆる従来の技術を用いて互いに取り付けることもできることは本開示から当業者には明らかであろう。いずれの場合も、上側部７２は、非通過部分とすることも通過部分とすることもできる。なお、例示の実施形態では、上側部７２は、非通過部分であり、透過性材料で形成される場合よりもより剛性な外側の部分となる。一方、バッフル部７４は、好ましくは、液冷媒及びガス冷媒の通り抜けを防止する非通過部分である。

【0094】

さらに図４～図８及び図１０を参照して、上側部７２は、実質的に水平面Ｐと平行に延設される平面部分である。一方、バッフル部７４は、水平面Ｐに実質的に垂直に鉛直方向に延設される平面部分である。また、上側部分７２及びバッフル部７４は、管支持板３２の溝３７に支持される。具体的には、溝３７は、直立バッフル７０を長手方向に摺動可能に、又は、鉛直方向上側から、収容する大きさと形状を有する。図１３に示す通り、溝３７は上側部分７２より深く、したがって、上側バッフル４０の内側部分を、上側部分７２上に装着できるとともに、さらに、管支持板３２の上面の中央部分３８と同一平面とすることができる。

【0095】

次に、直立バッフル７０の機能をより詳細に説明する。直立バッフル７０は、冷媒分配器２０からの液漏れ（ｌｉｑｕｉｄ ｌｅａｃｋａｇｅ）をバルクの蒸気流れから分離するために用いられる。また、直立バッフルは、流下液膜バンクの最上部の行（管束３０の最上部）と冷媒分配器２０の底部との間の高速蒸気冷媒から液冷媒をトラップし排出するために用いられる。一部の液冷媒は、冷媒分配器２０の底部から垂れ下がる場合があり、鉛直管支持板３２によって支持されている側へと引き寄せられることがある。これに対して、直立バッフルは、そのような流れが管束３０の外側に流れるのを防止する（又は低減する）のに役立ち、具体的には、例えば、液体が管束３０上に流れるよう案内することができる。直立バッフル７０を、冷媒分配器２０の底部に、又は上側バッフル３０（もし備えられている場合）に、装着することができる。あるいは、直立バッフル７０を管支持板３２に装着することもできよう。

【0096】

上記の説明から分かる通り、直立バッフル７０は、鉛直方向に関して管束３０の最上部と少なくとも部分的に重なるよう、管束３０の最上部において冷媒分配器２０から下方へ延設される。直立バッフルは、管束３０から、シェル１０の側部ＬＳに向かう方向の横方向外側に配置されている。図１０からよく分かる通り、好ましくは、直立バッフル７０は、伝熱管３１の管直径の３倍以下の距離だけ、管束３０からシェル１０の側部ＬＳに向かう方向の横方向外側に配置される。より好ましくは、直立バッフル７０は、伝熱管３１の管直径の２倍以下の距離だけ、管束３０からシェル１０の側部ＬＳに向かう方向の横方向外側に配置される。例示の実施形態では、直立バッフル７０は、伝熱管の管直径の約１倍以下の距離だけ、管束３０からシェル１０の側部ＬＳに向かう方向の横方向外側に配置される。好ましくは、直立バッフル７０は、伝熱管３１の管直径の約１倍以下の距離だけ、管束３０からシェル１０の側部ＬＳに向かう方向の横方向外側に配置される。

【0097】

さらに、図１０からよく分かる通り、直立バッフル７０は、好ましくは、鉛直方向に関して、管直径の１～３倍の距離で管束３０の最上部と重なる。上述の通り、直立バッフル７０は、それぞれ、好ましくは、水平面Ｐに実質的に垂直に延設されるバッフル部７４を有する。直立バッフルは、好ましくは、管束３０を支持する少なくとも一の管支持３２によって鉛直方向に支持される。少なくとも一の管支持３２は、バッフル部７４を収容するスロットを有する。また、直立バッフルは、それぞれ、好ましくは、水平面Ｐと実質的に平行な方向にバッフル部７４から延設される横方向部（上側部）７２を有する。横方向部７２は、少なくとも一の管支部３２によって鉛直方向に支持される。横方向部（上側部）７２は、好ましくは、少なくとも一の管支持３２と冷媒分配器２０の底部との間に鉛直方向に挟持される。横方向部（上側部）７２は、バッフル部７４の上端から横方向内側に、シェル１０の側部ＬＳから離間する方向に延設される。直立バッフル７０を、熱交換器１の他の部分に固定して取り付けることもできる。例えば、直立バッフル７０を、定位置に保持するようタック溶接することもできる。例示の実施形態では、直立バッフル７０は、好ましくは板状金属等の非透過性材料から構成される。

【0098】

上述の通り、例示の実施形態では、互いの鏡像となる一ペアの直立バッフル７０が好ましくは備えられる。なお、直立バッフル７０が一つであっても利点が得られ、したがって、熱交換器１は好ましくは少なくとも一つの直立バッフル７０を有し、必ずしも両方の直立バッフルを必要とするものではない。

【0099】

次に図１３を参照して、一ペアの横方向に間隔を空けて配置された上面３４と、一ペアの横方向に間隔を空けて配置された中間スロット３５と、一ペアの横方向に間隔を空けて配置された下側スロット３６と、一ペアの上側スロット３７と、上面の中央部分３８と、支持フランジ３９と、を明瞭に示すために、管支持板３２の一つを例示する。面３８はスロット３７間に配置される。これらの特徴は上で説明したので、ここでは、さらに詳細には説明しない。なお、例示の実施形態では、支持板３２のそれぞれは、好ましくは、板状金属等の薄いシート材料から図１３に示す所望の形状に切り出されることを記載しておく。上側バッフル４０は、上側バッフル４０を管支持板３２上に鉛直方向下方へと移動させる、又は、上側バッフル４０を管支持板３２の側部から移動させることによって、装着される。直立バッフル７０は、上側バッフル４０より前に、鉛直方向下方へと挿入する必要がある。中間バッフル５０は、管支持板３２の側部から挿入される。下側バッフル６０は、長手方向に管支持板３２へと挿入される。好ましくは、バッフル４０，５０，６０，７０は、すべて、シェル１０に管束を組み付ける前に組み付けられる。

【0100】

一ペアのバッフル４０，５０，６０，７０のそれぞれは、単独であっても利点が得られ、また各バッフルであってもそれぞれ単独で利点が得られる。なお、バッフル４０，５０，６０，７０を、任意の組み合わせで用いることができる。例えば、一方の又は両方の上側バッフル４０を、他のバッフル５０，６０，７０は用いずに、用いることができる。同様に、一方の又は両方の下側バッフル６０を、他のバッフル４０，５０，７０を用いずに、用いることができる。同様に、一方の又は両方の直立バッフル７０を、他のバッフル４０，５０，６０を用いずに、用いることができる。一方の又は両方の中間バッフル５０を、他のバッフル４０，６０，７０を用いずに、用いることができるが、中間バッフル５０は、上側バッフル４０と共に用いられる場合より大きな利点がある。上側バッフル４０、下側バッフル６０及び直立バッフル７０は、単独でも、また他のバッフルのいずれかと共にも用いられても、利点がある。バッフル４０，５０，６０，７０を、シェル１０内に単に載置することができ、又は一箇所以上でタック溶接することもできる。バッフル４０，５０，６０，７０を固定するために、例えば、タック溶接を、それぞれのバッフル４０，５０，６０，７０の両端部で用いることができる。
＜変形例としての管構成＞

【0101】

次に図１４を参照して、変形実施形態かかる変形例としての管束３１’を有する変形例としての蒸発器１’の一部を例示する。この変形例としての実施形態は、変形例としての管束３１’を除いて先の実施形態と同一である。したがって、以下の説明及び例示以外は、先の実施形態の説明及び例示が変形例としての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。変形例としての管束３０’には、追加の外側列の管３１が配置されて、変形例としての上側集合群ＵＧと変形例としての下側集合群ＬＧを形成している。上側集合群ＵＧにおいては、追加の列は、直立バッフル７０から導かれる冷媒が該追加の列の上に落下するよう、配置される。下側集合群ＬＧにおいては、ミスト除去をさらに促進するために、二つの追加の管３１だけが下側バッフル６０に隣接して配置される。上記配置により、直立バッフル７０は、伝熱管３１の管直径の１倍未満の距離だけ、管束３０からシェル１０の側部ＬＳに向かう横方向外側に配置され、隣接する伝熱管３１と同一線上に配置することもできる。変形例としての管支持板３２’は、追加の管３１を収容するためにさらなる孔を有する必要がある。それ以外、管支持板３２’は、管支持板３２と同一である。
＜用語の概括的な説明＞

【0102】

本発明の範囲の理解において、ここで用いられる用語「備える」及びその派生語は、記載された特徴、要素、構成要素、群、一体物、及び／又はステップが有ることを明記しているオープンエンドの用語を意味するのであって、記載されていない特徴、要素、構成要素、群、一体物、及び／又はステップが有ることを排除するものではない。上記は、用語「有する」、「含む」及びそれらの派生語など同様の意味を持つ語にも当てはまる。また、単数形で用いられる用語「部分（パート）」、「部分（セクション）」、「部（ポーション）」、「部材」あるいは「要素」は、単一のパーツあるいは複数のパーツの２つの意味を持ちうる。以上の実施形態の説明に用いられる、次の用語、「上側」、「下側」、「上方」、「下向き」、「鉛直」、「水平」、「下方」、「横」同じく他の同様な方向を示す用語は、図４及び図５に示すように蒸発器の長手方向中心軸が実質的水平に配置されたときの蒸発器の方向を示す用語として使用される。このように、本発明において用いられるこれらの用語は、通常の動作位置において用いられている蒸発器に対して相対的な意味で用いられる。さらには、ここでは、「実質的」、「約」、「およそ」といった程度を示す用語は、最終結果が大きく変わらないような、妥当な変形の条件の変更量を意味するものとして用いる。

【0103】

本発明の説明のためにいくつかの実施例が選択されたに過ぎず、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の変更、変形ができることは、本開示から当業者には明らかであろう。例えば、必要に応じて及び／又は所望により、種々の構成要素の大きさ、形状、配置、向きを変更できる。互いと直接的に連結あるいは接触するよう示した構成要素は、それらの間に中間構造体を有してもよい。一つの要素の機能は二つによって達成することができ、またその逆の場合も同様である。一の態様の構造及び機能を他の態様に適用することもできる。すべての利点が必ずしも同時に特定の態様にもたらされる必要はない。先行技術から区別されるそれぞれの特徴は、それ単独として、あるいは他の特徴と組み合わせとして、そのような特徴により実施される構造的あるいは機能的思想を含む、出願人によるさらなる発明の内容として付帯的に考慮されるものとする。このように、前述の本発明にかかる実施例の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって決められる本発明を限定するものではないことは、本開示から当業者には明らかであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】