JP2003065631A - 冷凍機及びその凝縮器と蒸発器 - Google Patents
冷凍機及びその凝縮器と蒸発器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シェルアンドチューブ型の凝縮器と、シェル
アンドチューブ型の蒸発器とを有する冷凍機において、
冷媒と冷却流体及び被冷却流体との間の熱伝達率を向上
させること。 【解決手段】 水平に配設された複数の伝熱管内に冷却
流体を管端で折り返して下方の伝熱管群から上方の伝熱
管群に流すとともに同伝熱管外に冷媒を上方から下方へ
流すように構成されたシェルアンドチューブ型の凝縮器
において下部の伝熱管群の管径を上部の伝熱管群の管径
より小さくする。また、水平に配設された複数の伝熱管
内に被冷却流体を隣り合う伝熱管群へ管端で折り返して
順次横に流すとともに同伝熱管外に冷媒を収容するよう
に構成されたシェルアンドチューブ型の蒸発器において
下流の伝熱管群の管径を上流の伝熱管群の管径より小さ
くする。
アンドチューブ型の蒸発器とを有する冷凍機において、
冷媒と冷却流体及び被冷却流体との間の熱伝達率を向上
させること。 【解決手段】 水平に配設された複数の伝熱管内に冷却
流体を管端で折り返して下方の伝熱管群から上方の伝熱
管群に流すとともに同伝熱管外に冷媒を上方から下方へ
流すように構成されたシェルアンドチューブ型の凝縮器
において下部の伝熱管群の管径を上部の伝熱管群の管径
より小さくする。また、水平に配設された複数の伝熱管
内に被冷却流体を隣り合う伝熱管群へ管端で折り返して
順次横に流すとともに同伝熱管外に冷媒を収容するよう
に構成されたシェルアンドチューブ型の蒸発器において
下流の伝熱管群の管径を上流の伝熱管群の管径より小さ
くする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大型のターボ冷凍
機に適用して好適な冷凍機及び、その凝縮器と蒸発器に
関する。
機に適用して好適な冷凍機及び、その凝縮器と蒸発器に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０にターボ冷凍機の構成例を示して
ある。図１０において、１は凝縮器で、流入口６から入
り、流出口７から流出する冷却水で伝熱管１０を介して
加圧冷媒を冷却して凝縮、液化する働きをする。凝縮器
１で液化された冷媒は凝縮器１の出口管９から膨張弁１
１に流れて減圧されたのち、蒸発器２を構成する容器４
内へ流れる。
ある。図１０において、１は凝縮器で、流入口６から入
り、流出口７から流出する冷却水で伝熱管１０を介して
加圧冷媒を冷却して凝縮、液化する働きをする。凝縮器
１で液化された冷媒は凝縮器１の出口管９から膨張弁１
１に流れて減圧されたのち、蒸発器２を構成する容器４
内へ流れる。
【０００３】蒸発器２では、流入口１２から入り伝熱管
５を流れて流出口１３から流出する被冷却水と冷媒が熱
交換して被冷却水を冷却し冷媒は気化する。気化した冷
媒は、ターボ（遠心式）圧縮機３に吸引されて圧縮され
たのち入口管８から凝縮器１へと流れる。このようにし
て蒸発器２の伝熱管５内で冷却されて流出口１３から流
出する被冷却水はビルの空調などに使用される。
５を流れて流出口１３から流出する被冷却水と冷媒が熱
交換して被冷却水を冷却し冷媒は気化する。気化した冷
媒は、ターボ（遠心式）圧縮機３に吸引されて圧縮され
たのち入口管８から凝縮器１へと流れる。このようにし
て蒸発器２の伝熱管５内で冷却されて流出口１３から流
出する被冷却水はビルの空調などに使用される。
【０００４】凝縮器１において冷却水を流す伝熱管１０
は水平に配設された多数の伝熱管群からなっていて、流
入口６から流入した冷却水は、図１１に示す下方の１パ
スの伝熱管群を流れて、管端を出ると、折り返えして上
方の２パス目の伝熱管群へ流入し、流出口７から流出す
るように構成されている。一方、ターボ圧縮機３から入
口管８を経て流入した加圧冷媒は、上方から下方へと流
れ、その間、伝熱管１０内を流れる冷却水によって冷却
され凝縮して液化する。このように、凝縮器１では、下
位の伝熱管群から上位の伝熱管群へと管端で折り返えし
て冷却水が流れるように、上下方向に複数個の伝熱管群
からなる流路を管端で仕切って形成している。
は水平に配設された多数の伝熱管群からなっていて、流
入口６から流入した冷却水は、図１１に示す下方の１パ
スの伝熱管群を流れて、管端を出ると、折り返えして上
方の２パス目の伝熱管群へ流入し、流出口７から流出す
るように構成されている。一方、ターボ圧縮機３から入
口管８を経て流入した加圧冷媒は、上方から下方へと流
れ、その間、伝熱管１０内を流れる冷却水によって冷却
され凝縮して液化する。このように、凝縮器１では、下
位の伝熱管群から上位の伝熱管群へと管端で折り返えし
て冷却水が流れるように、上下方向に複数個の伝熱管群
からなる流路を管端で仕切って形成している。
【０００５】一方、膨張弁１１を経て蒸発器２を構成す
る容器４内へ流入した液冷媒と熱交換される被冷却水を
流す伝熱管５は水平に配置された多数の伝熱管群からな
り、流入口１２から流入した被冷却水は反対側の管端を
出ると折り返えして横の伝熱管群に流入し流出口１３か
ら流出するよう、図１２に示すように横方向に配置され
た複数個の伝熱管群ａ，ｂ，ｃ，ｄからなる流路を管端
で仕切って流路を形成している。蒸発器２において、被
冷却水を前記したように横方向に流すのは、上下方向に
流すと下方の伝熱管で発生した冷媒ガスが上方の伝熱管
の間に充満し、熱伝達率が悪くなるからである。
る容器４内へ流入した液冷媒と熱交換される被冷却水を
流す伝熱管５は水平に配置された多数の伝熱管群からな
り、流入口１２から流入した被冷却水は反対側の管端を
出ると折り返えして横の伝熱管群に流入し流出口１３か
ら流出するよう、図１２に示すように横方向に配置され
た複数個の伝熱管群ａ，ｂ，ｃ，ｄからなる流路を管端
で仕切って流路を形成している。蒸発器２において、被
冷却水を前記したように横方向に流すのは、上下方向に
流すと下方の伝熱管で発生した冷媒ガスが上方の伝熱管
の間に充満し、熱伝達率が悪くなるからである。
【０００６】以上のように構成されたターボ冷凍機にお
いて、凝縮器１内では、加圧冷媒は上方に位置する伝熱
管１０に接して伝熱管１０の表面で冷却されて液化し、
液化した冷媒は下方に位置する伝熱管１０に流下する。
従って、下方に位置する伝熱管１０では、上方の伝熱管
１０で凝縮した液冷媒の流下により伝熱管表面の液膜が
厚くなり、その部分での凝縮熱伝達率が低下することと
なる。
いて、凝縮器１内では、加圧冷媒は上方に位置する伝熱
管１０に接して伝熱管１０の表面で冷却されて液化し、
液化した冷媒は下方に位置する伝熱管１０に流下する。
従って、下方に位置する伝熱管１０では、上方の伝熱管
１０で凝縮した液冷媒の流下により伝熱管表面の液膜が
厚くなり、その部分での凝縮熱伝達率が低下することと
なる。
【０００７】一方、前記したターボ冷凍機における蒸発
器２では、被冷却水の上流側では伝熱管５内を流れる被
冷却水と伝熱管５の周囲を流れる冷媒との温度差が大き
く、熱流束が大きく熱伝達率は良いものの、下流側の伝
熱管５群では、伝熱管５群内を流れる被冷却水と伝熱管
５の周囲を流れる冷媒の温度差が小さく、上流側の伝熱
管５に比べて熱流束が小さく、熱伝達率が低下している
という問題がある。以上のように、従来のターボ冷凍機
では、その凝縮器と蒸発器において熱伝達率低下部分が
生ずるということにより冷凍機の冷却効率を低下させる
という問題が生ずる。
器２では、被冷却水の上流側では伝熱管５内を流れる被
冷却水と伝熱管５の周囲を流れる冷媒との温度差が大き
く、熱流束が大きく熱伝達率は良いものの、下流側の伝
熱管５群では、伝熱管５群内を流れる被冷却水と伝熱管
５の周囲を流れる冷媒の温度差が小さく、上流側の伝熱
管５に比べて熱流束が小さく、熱伝達率が低下している
という問題がある。以上のように、従来のターボ冷凍機
では、その凝縮器と蒸発器において熱伝達率低下部分が
生ずるということにより冷凍機の冷却効率を低下させる
という問題が生ずる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、水平に配設
された複数の伝熱管内に冷却流体を管端で折り返して下
方の伝熱管群から上方の伝熱管群に流すとともに同伝熱
管外に冷媒を上方から下方へ流すように構成されたシェ
ルアンドチューブ型の凝縮器と、水平に配設された複数
の伝熱管内に被冷却流体を隣り合う伝熱管群へ管端で折
り返して順次横に流し、同伝熱管外に冷媒を収容するよ
うに構成されたシェルアンドチューブ型の蒸発器とを有
するターボ冷凍機において、冷媒と冷却流体及び被冷却
流体との間の熱交換熱量を向上させることを課題として
いる。
された複数の伝熱管内に冷却流体を管端で折り返して下
方の伝熱管群から上方の伝熱管群に流すとともに同伝熱
管外に冷媒を上方から下方へ流すように構成されたシェ
ルアンドチューブ型の凝縮器と、水平に配設された複数
の伝熱管内に被冷却流体を隣り合う伝熱管群へ管端で折
り返して順次横に流し、同伝熱管外に冷媒を収容するよ
うに構成されたシェルアンドチューブ型の蒸発器とを有
するターボ冷凍機において、冷媒と冷却流体及び被冷却
流体との間の熱交換熱量を向上させることを課題として
いる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、水平に配設された複数の伝熱管内に冷却流体
を管端で折り返して下方の伝熱管群から上方の伝熱管群
に流すとともに同伝熱管外に冷媒を上方から下方へ流す
ように構成されたシェルアンドチューブ型の凝縮器であ
って下方の伝熱管群の管径を上方の伝熱管群の管径より
小さくした凝縮器と、水平に配設された複数の伝熱管内
に被冷却流体を隣り合う伝熱管群へ管端で折り返して順
次横に流すとともに同伝熱管外に冷媒を収容するように
構成されたシェルアンドチューブ型の蒸発器であって下
流の伝熱管群の管径を上流の伝熱管群の管径より小さく
した蒸発器とを有する冷凍機を提供する。
するため、水平に配設された複数の伝熱管内に冷却流体
を管端で折り返して下方の伝熱管群から上方の伝熱管群
に流すとともに同伝熱管外に冷媒を上方から下方へ流す
ように構成されたシェルアンドチューブ型の凝縮器であ
って下方の伝熱管群の管径を上方の伝熱管群の管径より
小さくした凝縮器と、水平に配設された複数の伝熱管内
に被冷却流体を隣り合う伝熱管群へ管端で折り返して順
次横に流すとともに同伝熱管外に冷媒を収容するように
構成されたシェルアンドチューブ型の蒸発器であって下
流の伝熱管群の管径を上流の伝熱管群の管径より小さく
した蒸発器とを有する冷凍機を提供する。
【００１０】本発明で用いる凝縮器は、下方の伝熱管群
の管径を上方の伝熱管群の管径より小さくしているの
で、下方の伝熱管群の伝熱面積が増加され、かつ、管径
を小さくすることで、管内の冷却流体の流速が増加し熱
貫流率が増加されているので、上方の伝熱管で凝縮した
液冷媒の流下によって伝熱管まわりの液膜が厚くなって
凝縮熱伝達率が低下する下方の伝熱管群における凝縮性
能を改善している。
の管径を上方の伝熱管群の管径より小さくしているの
で、下方の伝熱管群の伝熱面積が増加され、かつ、管径
を小さくすることで、管内の冷却流体の流速が増加し熱
貫流率が増加されているので、上方の伝熱管で凝縮した
液冷媒の流下によって伝熱管まわりの液膜が厚くなって
凝縮熱伝達率が低下する下方の伝熱管群における凝縮性
能を改善している。
【００１１】本発明による凝縮器において、伝熱管の管
端で冷却流体が折り返される上下の伝熱管群を３段以上
とし、下方の伝熱管群の管径を順次小径とした構成と
し、下方の伝熱管群における凝縮性能を高めたものとす
ることができる。
端で冷却流体が折り返される上下の伝熱管群を３段以上
とし、下方の伝熱管群の管径を順次小径とした構成と
し、下方の伝熱管群における凝縮性能を高めたものとす
ることができる。
【００１２】また、本発明による凝縮器において、伝熱
管群の間に、同伝熱管群の端面から見て斜め下方に傾斜
する凝縮液排除板を配置した構成とすると、上方の伝熱
管で凝縮して下方の伝熱管に流下しようとする液冷媒が
斜め下方に傾斜する凝縮液排除板によって斜め下方に受
け流されるので、下方の伝熱管の表面に付着する液冷媒
の液膜が厚くなるのを防ぐことができ、下方の伝熱管に
おける凝縮性能を高める上で好ましい。
管群の間に、同伝熱管群の端面から見て斜め下方に傾斜
する凝縮液排除板を配置した構成とすると、上方の伝熱
管で凝縮して下方の伝熱管に流下しようとする液冷媒が
斜め下方に傾斜する凝縮液排除板によって斜め下方に受
け流されるので、下方の伝熱管の表面に付着する液冷媒
の液膜が厚くなるのを防ぐことができ、下方の伝熱管に
おける凝縮性能を高める上で好ましい。
【００１３】また、この凝縮液排除板として山形に両側
へ傾斜している構造のものを採用すると、下方の伝熱管
に向け流下しようとする液冷媒が山形の凝縮液排除板に
よって異る２方向に分流されて液冷媒が１個所に集まら
ないので伝熱管群からの液冷媒の排除を効果的に行い、
下方の伝熱管群における熱伝達率の低下を抑制する上で
有効である。
へ傾斜している構造のものを採用すると、下方の伝熱管
に向け流下しようとする液冷媒が山形の凝縮液排除板に
よって異る２方向に分流されて液冷媒が１個所に集まら
ないので伝熱管群からの液冷媒の排除を効果的に行い、
下方の伝熱管群における熱伝達率の低下を抑制する上で
有効である。
【００１４】また、前記した凝縮液排除板を上下に間隔
をあけた複数段配置した構成とすることによって、伝熱
管群からの液冷媒の排除を効果的に行うことができる。
をあけた複数段配置した構成とすることによって、伝熱
管群からの液冷媒の排除を効果的に行うことができる。
【００１５】次に、本発明による蒸発器では、下流の伝
熱管群の管径を上流の伝熱管群の管径より小さくしてあ
るので、下流の伝熱管群における伝熱面積が増加され、
かつ、管径を小さくすることで管内の被冷却流体の流速
が増加し熱貫流率が増加されているので、被冷却水出口
側のパスにおける伝熱性能が向上されたものとなってい
る。
熱管群の管径を上流の伝熱管群の管径より小さくしてあ
るので、下流の伝熱管群における伝熱面積が増加され、
かつ、管径を小さくすることで管内の被冷却流体の流速
が増加し熱貫流率が増加されているので、被冷却水出口
側のパスにおける伝熱性能が向上されたものとなってい
る。
【００１６】本発明の蒸発器において、管端で折り返さ
れる横に隣り合う伝熱管群を３群以上横に並べて構成
し、それら伝熱管群の管径を下流の伝熱管群のものを順
次小径をした構成とすることによって下流の伝熱管群ほ
ど伝熱性能を高めたものとすることができる。
れる横に隣り合う伝熱管群を３群以上横に並べて構成
し、それら伝熱管群の管径を下流の伝熱管群のものを順
次小径をした構成とすることによって下流の伝熱管群ほ
ど伝熱性能を高めたものとすることができる。
【００１７】更に、本発明の蒸発器において、伝熱管群
の高さを下流側の伝熱管群ほど順次低くした構造を採用
すると、上流側の伝熱管群における気液界面上昇に影響
されて下流側の伝熱管群における気液界面が低下して
も、下流側の伝熱管群において上段の伝熱管が液冷媒か
ら気相冷媒中に露出することが防がれ、液冷媒と伝熱管
との熱交換が良好に行われるものとなって好ましい。
の高さを下流側の伝熱管群ほど順次低くした構造を採用
すると、上流側の伝熱管群における気液界面上昇に影響
されて下流側の伝熱管群における気液界面が低下して
も、下流側の伝熱管群において上段の伝熱管が液冷媒か
ら気相冷媒中に露出することが防がれ、液冷媒と伝熱管
との熱交換が良好に行われるものとなって好ましい。
【００１８】以上のような特徴をもつ本発明の凝縮器と
蒸発器とを備えた冷凍機は、凝縮器と蒸発器における伝
熱性能の向上によって冷凍機の性能向上がはかられ、装
置の構造をコンパクトにすることができる。
蒸発器とを備えた冷凍機は、凝縮器と蒸発器における伝
熱性能の向上によって冷凍機の性能向上がはかられ、装
置の構造をコンパクトにすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明による冷凍機用凝縮
器と、冷凍機用蒸発器を図示した実施の形態に基づいて
具体的に説明する。なお、以下の実施形態において、図
１０〜図１２に示した従来の装置の構造と同じ部分には
同じ符号を付してあり、それらについての重複する説明
を省略する。
器と、冷凍機用蒸発器を図示した実施の形態に基づいて
具体的に説明する。なお、以下の実施形態において、図
１０〜図１２に示した従来の装置の構造と同じ部分には
同じ符号を付してあり、それらについての重複する説明
を省略する。
【００２０】（第１実施形態）まず、図１に示す本発明
の第１実施形態による冷凍機用凝縮器について説明す
る。この第１実施形態による冷凍機用凝縮器２０は、１
パス目となる下方の伝熱管２１群の一端から冷却水が伝
熱管２１内に流入し、他端で折り返して上方の２パス目
の伝熱管２２群の他端から流入して一端から流出するよ
う２パスで構成されている。そして、１パス目に当る下
方の伝熱管２１群の管径を２パス目の上方の伝熱管２２
の管径より小さくしている。管径としては、例えば、上
方の伝熱管２２が直径１９ｍｍ、下方の伝熱管２１が直
径１６ｍｍである。
の第１実施形態による冷凍機用凝縮器について説明す
る。この第１実施形態による冷凍機用凝縮器２０は、１
パス目となる下方の伝熱管２１群の一端から冷却水が伝
熱管２１内に流入し、他端で折り返して上方の２パス目
の伝熱管２２群の他端から流入して一端から流出するよ
う２パスで構成されている。そして、１パス目に当る下
方の伝熱管２１群の管径を２パス目の上方の伝熱管２２
の管径より小さくしている。管径としては、例えば、上
方の伝熱管２２が直径１９ｍｍ、下方の伝熱管２１が直
径１６ｍｍである。
【００２１】このようにして、この第１実施形態による
凝縮器２０では、下方の伝熱管２１群の本数は約４０％
増加され、その伝熱面積は、上方の伝熱管２２群の伝熱
面積より２０〜３０％増加されている。この第１実施形
態による冷凍機用凝縮器２０では下方の伝熱管２１群の
伝熱面積と熱貫流率の増加によって下方の伝熱管２１群
の凝縮性能を向上させている。
凝縮器２０では、下方の伝熱管２１群の本数は約４０％
増加され、その伝熱面積は、上方の伝熱管２２群の伝熱
面積より２０〜３０％増加されている。この第１実施形
態による冷凍機用凝縮器２０では下方の伝熱管２１群の
伝熱面積と熱貫流率の増加によって下方の伝熱管２１群
の凝縮性能を向上させている。
【００２２】（第２実施形態）次に、図２に示す本発明
の第２実施形態による冷凍機用凝縮器について説明す
る。この第２実施形態では、（Ｂ）図に示すように管端
で折り返して４パスで伝熱管群に冷却水が流れるように
構成されており、その１パスに当る最下位の伝熱管２１
群を、他の２パス〜４パスにおける伝熱管２２群よりも
小径の伝熱管で構成している。この第２実施形態の冷凍
機用凝縮器２０では、最下位の１パスを構成する伝熱管
２１群の伝熱面積と熱貫流率が増加されていて、１パス
目の伝熱管２１群の凝縮性能が向上されている。
の第２実施形態による冷凍機用凝縮器について説明す
る。この第２実施形態では、（Ｂ）図に示すように管端
で折り返して４パスで伝熱管群に冷却水が流れるように
構成されており、その１パスに当る最下位の伝熱管２１
群を、他の２パス〜４パスにおける伝熱管２２群よりも
小径の伝熱管で構成している。この第２実施形態の冷凍
機用凝縮器２０では、最下位の１パスを構成する伝熱管
２１群の伝熱面積と熱貫流率が増加されていて、１パス
目の伝熱管２１群の凝縮性能が向上されている。
【００２３】（第３実施形態）次に、図３に示す本発明
の第３実施形態による冷凍機用凝縮器について説明す
る。この第３実施形態では、伝熱管を流れる冷却水を
（Ｂ）図に示すように３パスで流すように構成してお
り、下方のパスにおける伝熱管ほど管径を小さくしてい
る。すなわち、一番下の１パスを構成する伝熱管２１の
管径を例えば１２ｍｍφ、２パスを構成する伝熱管２３
の管径を１６ｍｍφ、３パスを構成する伝熱管２２の管
径を１９ｍｍφとしている。以上のとおり、この第３実
施形態では下方のパスにおける伝熱管ほど管径を小とし
ており、下方の伝熱管群の伝熱面積と熱貫流率が増加さ
れていて、下方のパスにおける伝熱管群における凝縮性
能が向上される。
の第３実施形態による冷凍機用凝縮器について説明す
る。この第３実施形態では、伝熱管を流れる冷却水を
（Ｂ）図に示すように３パスで流すように構成してお
り、下方のパスにおける伝熱管ほど管径を小さくしてい
る。すなわち、一番下の１パスを構成する伝熱管２１の
管径を例えば１２ｍｍφ、２パスを構成する伝熱管２３
の管径を１６ｍｍφ、３パスを構成する伝熱管２２の管
径を１９ｍｍφとしている。以上のとおり、この第３実
施形態では下方のパスにおける伝熱管ほど管径を小とし
ており、下方の伝熱管群の伝熱面積と熱貫流率が増加さ
れていて、下方のパスにおける伝熱管群における凝縮性
能が向上される。
【００２４】（第４実施形態）次に、図４に示す本発明
の第４実施形態による冷凍機用凝縮器について説明す
る。この第４実施形態では、凝縮器２０の内部に液排除
板２４を配設し、その液排除板２４で仕切られた伝熱管
群のうち、最下位の伝熱管２１の管径を小さなものとし
ている。
の第４実施形態による冷凍機用凝縮器について説明す
る。この第４実施形態では、凝縮器２０の内部に液排除
板２４を配設し、その液排除板２４で仕切られた伝熱管
群のうち、最下位の伝熱管２１の管径を小さなものとし
ている。
【００２５】図４において、液排除板２４は、凝縮器２
０内に傾斜角α（α＝０〜６０°）で２枚取り付けら
れ、内部の伝熱管を３つの管群に分けている。入口管８
から流入したガス冷媒は矢印で示すように各管群に流れ
る。液排除板２４によって区分された管群のうち、１番
下の管群を構成する伝熱管２１は、他の管群の伝熱管２
２よりも小径である。
０内に傾斜角α（α＝０〜６０°）で２枚取り付けら
れ、内部の伝熱管を３つの管群に分けている。入口管８
から流入したガス冷媒は矢印で示すように各管群に流れ
る。液排除板２４によって区分された管群のうち、１番
下の管群を構成する伝熱管２１は、他の管群の伝熱管２
２よりも小径である。
【００２６】この第４実施形態による凝縮器では、伝熱
管群の間に傾斜された液排除板２４が配設されているの
で、上方の伝熱管との熱交換で凝縮した液冷媒が下方に
位置する伝熱管に向けて流下しようとすると、この液排
除板２４に受け止められて傾斜に沿って流され、下方の
伝熱管の表面に付着する液冷媒の液膜が厚くなることを
防ぐ。
管群の間に傾斜された液排除板２４が配設されているの
で、上方の伝熱管との熱交換で凝縮した液冷媒が下方に
位置する伝熱管に向けて流下しようとすると、この液排
除板２４に受け止められて傾斜に沿って流され、下方の
伝熱管の表面に付着する液冷媒の液膜が厚くなることを
防ぐ。
【００２７】加えて、液排除板２４で区切られた一番下
の伝熱管２１群は小径の伝熱管で構成されているので、
その凝縮性能が向上されている。なお、図４では、１方
向に傾斜した液排除板２４を示しているが、図５に示す
ように、中央の頂点から両側に傾斜した山形の液排除板
２５として液冷媒の流下を両側へ分散させる構成として
もよい。
の伝熱管２１群は小径の伝熱管で構成されているので、
その凝縮性能が向上されている。なお、図４では、１方
向に傾斜した液排除板２４を示しているが、図５に示す
ように、中央の頂点から両側に傾斜した山形の液排除板
２５として液冷媒の流下を両側へ分散させる構成として
もよい。
【００２８】（第５実施形態）次に、図６に示す本発明
の第５実施形態による冷凍機用蒸発器について説明す
る。この第５実施形態による冷凍機用蒸発器３０では、
流入口１２から流入した被冷却水を管端で折り返して流
す横方向に配置された複数個の伝熱管群Ａ〜Ｄのうち、
最下流の伝熱管群Ｄを構成する伝熱管３２の管径を、他
の伝熱管群Ａ〜Ｃの伝熱管３１の管径より小径としてい
る。こうして最下流の伝熱管群Ｄにおける伝熱面積、及
び熱貫流率を増加させることにより伝熱性能を向上させ
ている。このように、この第５実施形態による冷凍機用
蒸発器では、被冷却水と冷媒との温度差が小さくなる蒸
発器の最下流の伝熱管群において伝熱性能が低下するの
を防いでいる。
の第５実施形態による冷凍機用蒸発器について説明す
る。この第５実施形態による冷凍機用蒸発器３０では、
流入口１２から流入した被冷却水を管端で折り返して流
す横方向に配置された複数個の伝熱管群Ａ〜Ｄのうち、
最下流の伝熱管群Ｄを構成する伝熱管３２の管径を、他
の伝熱管群Ａ〜Ｃの伝熱管３１の管径より小径としてい
る。こうして最下流の伝熱管群Ｄにおける伝熱面積、及
び熱貫流率を増加させることにより伝熱性能を向上させ
ている。このように、この第５実施形態による冷凍機用
蒸発器では、被冷却水と冷媒との温度差が小さくなる蒸
発器の最下流の伝熱管群において伝熱性能が低下するの
を防いでいる。
【００２９】（第６実施形態）次に、図７に示す本発明
の第６実施形態による冷凍機用蒸発器について説明す
る。この第６実施形態による蒸発器では、流入口１２か
ら流入した被冷却水が管端で折り返して流れる横方向に
配置された複数個の伝熱管群Ｅ〜Ｈのうち、下流の２つ
の伝熱管群Ｇ，Ｈを構成する伝熱管３２の管径を、他の
伝熱管群Ｅ，Ｆの伝熱管３１の管径より小径としてい
る。こうして、下流の伝熱管群Ｇ，Ｈにおける伝熱面積
及び熱貫流率を増加させて伝熱性能を向上させている。
の第６実施形態による冷凍機用蒸発器について説明す
る。この第６実施形態による蒸発器では、流入口１２か
ら流入した被冷却水が管端で折り返して流れる横方向に
配置された複数個の伝熱管群Ｅ〜Ｈのうち、下流の２つ
の伝熱管群Ｇ，Ｈを構成する伝熱管３２の管径を、他の
伝熱管群Ｅ，Ｆの伝熱管３１の管径より小径としてい
る。こうして、下流の伝熱管群Ｇ，Ｈにおける伝熱面積
及び熱貫流率を増加させて伝熱性能を向上させている。
【００３０】（第７実施形態）次に、図８に示す本発明
の第７実施形態による冷凍機用蒸発器について説明す
る。この第７実施形態による蒸発器では、横方向に配置
された伝熱管群Ｉ〜Ｋのうち、下流の伝熱管群Ｊ，Ｋを
構成する伝熱管３３，３２の管径を順次小径としたもの
である。すなわち、伝熱管群Ｊの伝熱管３３の管径
（例：１６ｍｍ）は、伝熱管群Ｉの伝熱管３１の管径
（例：１９ｍｍ）より小さく、伝熱管群Ｋの伝熱管３２
の管径（例：１２ｍｍ）は、伝熱管３３の管径より更に
小さいものとしていて、下流の伝熱管群のもの程、伝熱
面積と熱貫流率を増加させている。
の第７実施形態による冷凍機用蒸発器について説明す
る。この第７実施形態による蒸発器では、横方向に配置
された伝熱管群Ｉ〜Ｋのうち、下流の伝熱管群Ｊ，Ｋを
構成する伝熱管３３，３２の管径を順次小径としたもの
である。すなわち、伝熱管群Ｊの伝熱管３３の管径
（例：１６ｍｍ）は、伝熱管群Ｉの伝熱管３１の管径
（例：１９ｍｍ）より小さく、伝熱管群Ｋの伝熱管３２
の管径（例：１２ｍｍ）は、伝熱管３３の管径より更に
小さいものとしていて、下流の伝熱管群のもの程、伝熱
面積と熱貫流率を増加させている。
【００３１】（第８実施形態）次に、図９に示す第８実
施形態による冷凍機用蒸発器について説明する。この第
８実施形態による蒸発器では、横方向に配置された伝熱
管群Ｌ〜Ｏを構成する伝熱管は、上流側のものの高さが
順に高くなっている。
施形態による冷凍機用蒸発器について説明する。この第
８実施形態による蒸発器では、横方向に配置された伝熱
管群Ｌ〜Ｏを構成する伝熱管は、上流側のものの高さが
順に高くなっている。
【００３２】このように上流側の伝熱管群ほど高く、下
流側の伝熱管群ほど低くすることによって、上流側の伝
熱管群における冷媒の気液界面の上昇に影響されて下流
側の伝熱管群の気液界面が低下しても最上段の伝熱管が
気相冷媒中に露出することがないようにしている。
流側の伝熱管群ほど低くすることによって、上流側の伝
熱管群における冷媒の気液界面の上昇に影響されて下流
側の伝熱管群の気液界面が低下しても最上段の伝熱管が
気相冷媒中に露出することがないようにしている。
【００３３】また、伝熱管群Ｌ〜Ｎの伝熱管３１の管径
は等しいが、最上流の伝熱管群Ｌでは、この伝熱管群Ｌ
を構成する伝熱管３１どうしの間隔が、下流の伝熱管群
Ｍ，Ｎにおける伝熱管３１どうしの間隔より拡大されて
いる。このように、上流の伝熱管群Ｌにおける伝熱管３
１どうしの間隔を拡大することによって、気化した冷媒
が伝熱管３１の間を抜け易くし、これによって、冷媒液
に漬かった伝熱管３１の周りに冷媒の気泡がまとわりつ
かないようにし、熱伝達率を向上させている。
は等しいが、最上流の伝熱管群Ｌでは、この伝熱管群Ｌ
を構成する伝熱管３１どうしの間隔が、下流の伝熱管群
Ｍ，Ｎにおける伝熱管３１どうしの間隔より拡大されて
いる。このように、上流の伝熱管群Ｌにおける伝熱管３
１どうしの間隔を拡大することによって、気化した冷媒
が伝熱管３１の間を抜け易くし、これによって、冷媒液
に漬かった伝熱管３１の周りに冷媒の気泡がまとわりつ
かないようにし、熱伝達率を向上させている。
【００３４】更に、この第８実施形態による蒸発器で
は、最下流の伝熱管群Ｏを構成する伝熱管３２の管径を
上流側の伝熱管群Ｌ〜Ｎを構成する伝熱管３１の管径よ
り小さくし、被冷却水と冷媒との温度差が小さくなる最
下流の伝熱管群Ｏにおける伝熱面積と熱貫流率を増加さ
せている。
は、最下流の伝熱管群Ｏを構成する伝熱管３２の管径を
上流側の伝熱管群Ｌ〜Ｎを構成する伝熱管３１の管径よ
り小さくし、被冷却水と冷媒との温度差が小さくなる最
下流の伝熱管群Ｏにおける伝熱面積と熱貫流率を増加さ
せている。
【００３５】以上、本発明の実施の形態に基づいて説明
したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるもので
はなく、特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で種々の
変形、変更を加えてよいことはいうまでもない。例え
ば、各実施形態では、凝縮器と蒸発器を個々に説明した
が、本発明の冷凍機を構成するには、これら実施形態に
よる凝縮器と蒸発器とを適宜組み合せてよい。本発明に
よる凝縮器と蒸発器は、それぞれ１０％程度伝熱効率が
向上し、本発明による凝縮器と蒸発器を備えた冷凍機の
性能（成績係数：ＣＯＰ）は１％程度向上させることが
できる。
したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるもので
はなく、特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で種々の
変形、変更を加えてよいことはいうまでもない。例え
ば、各実施形態では、凝縮器と蒸発器を個々に説明した
が、本発明の冷凍機を構成するには、これら実施形態に
よる凝縮器と蒸発器とを適宜組み合せてよい。本発明に
よる凝縮器と蒸発器は、それぞれ１０％程度伝熱効率が
向上し、本発明による凝縮器と蒸発器を備えた冷凍機の
性能（成績係数：ＣＯＰ）は１％程度向上させることが
できる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、水平に
配設された複数の伝熱管内に冷却流体を管端で折り返し
て下方の伝熱管群から上方の伝熱管群に流すとともに同
伝熱管外に冷媒を上方から下方へ流すように構成された
シェルアンドチューブ型の凝縮器であって下方の伝熱管
群の管径を上方の伝熱管群の管径より小さくした凝縮器
と、水平に配設された複数の伝熱管内に被冷却流体を隣
り合う伝熱管群へ管端で折り返して順次横に流すととも
に同伝熱管外に冷媒を収容するように構成されたシェル
アンドチューブ型の蒸発器であって下流の伝熱管群の管
径を上流の伝熱管群の管径より小さくした蒸発器とを有
する冷凍機を提供する。
配設された複数の伝熱管内に冷却流体を管端で折り返し
て下方の伝熱管群から上方の伝熱管群に流すとともに同
伝熱管外に冷媒を上方から下方へ流すように構成された
シェルアンドチューブ型の凝縮器であって下方の伝熱管
群の管径を上方の伝熱管群の管径より小さくした凝縮器
と、水平に配設された複数の伝熱管内に被冷却流体を隣
り合う伝熱管群へ管端で折り返して順次横に流すととも
に同伝熱管外に冷媒を収容するように構成されたシェル
アンドチューブ型の蒸発器であって下流の伝熱管群の管
径を上流の伝熱管群の管径より小さくした蒸発器とを有
する冷凍機を提供する。
【００３７】本発明で用いる凝縮器は、下方の伝熱管群
の管径を上方の伝熱管群の管径より小さくして、下方の
伝熱管群の伝熱面積が増加され、熱貫流率が増加されて
いるので、上方の伝熱管で凝縮した液冷媒の流下によっ
て伝熱管まわりの液膜が厚くなって凝縮熱伝達率が低下
しがちな下方の伝熱管群における凝縮性能を改善してい
る。
の管径を上方の伝熱管群の管径より小さくして、下方の
伝熱管群の伝熱面積が増加され、熱貫流率が増加されて
いるので、上方の伝熱管で凝縮した液冷媒の流下によっ
て伝熱管まわりの液膜が厚くなって凝縮熱伝達率が低下
しがちな下方の伝熱管群における凝縮性能を改善してい
る。
【００３８】また、本発明による凝縮器において、伝熱
管群の間に、同伝熱管群の端面から見て斜め下方に傾斜
する凝縮液排除板を配置した構成としたものでは、上方
の伝熱管で凝縮して下方の伝熱管に流下しようとする液
冷媒が斜め下方に傾斜する凝縮液排除板によって斜め下
方に受け流されるので下方の伝熱管の表面に付着する液
冷媒の液膜が厚くなるのを防ぐことができ、下方の伝熱
管における凝縮性能を高めることができる。
管群の間に、同伝熱管群の端面から見て斜め下方に傾斜
する凝縮液排除板を配置した構成としたものでは、上方
の伝熱管で凝縮して下方の伝熱管に流下しようとする液
冷媒が斜め下方に傾斜する凝縮液排除板によって斜め下
方に受け流されるので下方の伝熱管の表面に付着する液
冷媒の液膜が厚くなるのを防ぐことができ、下方の伝熱
管における凝縮性能を高めることができる。
【００３９】また、この凝縮液排除板として山形に両側
へ傾斜している構造のものを採用したものでは、下方の
伝熱管に向け流下しようとする液冷媒が山形の凝縮液排
除板によって異る２方向に分流されて液冷媒が１個所に
集まらないので伝熱管群からの液冷媒の排除を効果的に
行い、下方の伝熱管群における熱伝達率の低下を効果的
に抑制する。
へ傾斜している構造のものを採用したものでは、下方の
伝熱管に向け流下しようとする液冷媒が山形の凝縮液排
除板によって異る２方向に分流されて液冷媒が１個所に
集まらないので伝熱管群からの液冷媒の排除を効果的に
行い、下方の伝熱管群における熱伝達率の低下を効果的
に抑制する。
【００４０】また、前記した凝縮液排除板を上下に間隔
をあけた複数段配置した構成としたものでは、伝熱管群
からの液冷媒の排除を効果的に行うことができる。
をあけた複数段配置した構成としたものでは、伝熱管群
からの液冷媒の排除を効果的に行うことができる。
【００４１】次に、本発明による蒸発器では、下流の伝
熱管群の管径を上流の伝熱管群の管径より小さくして、
下流の伝熱管群における伝熱面積が増加されて熱貫流率
を増加させているので、被冷却水出口側のパスにおける
伝熱性能が向上されたものとなっている。
熱管群の管径を上流の伝熱管群の管径より小さくして、
下流の伝熱管群における伝熱面積が増加されて熱貫流率
を増加させているので、被冷却水出口側のパスにおける
伝熱性能が向上されたものとなっている。
【００４２】本発明の蒸発器において、管端で折り返さ
れる横に隣り合う伝熱管群を３群以上横に並べて構成
し、それら伝熱管群の管径を下流の伝熱管群のものを順
次小径をした構成としたものでは、下流の伝熱管群ほど
伝熱性能を高めたものとなっている。
れる横に隣り合う伝熱管群を３群以上横に並べて構成
し、それら伝熱管群の管径を下流の伝熱管群のものを順
次小径をした構成としたものでは、下流の伝熱管群ほど
伝熱性能を高めたものとなっている。
【００４３】更に、本発明の蒸発器において、伝熱管群
の高さを下流側の伝熱管群ほど順次低くした構造を採用
したものでは、上流側の伝熱管群における気液界面上昇
に影響されて下流側の伝熱管群における気液界面が低下
しても、下流側の伝熱管群において上段の伝熱管が液冷
媒から気相冷媒中に露出することが防がれ、液冷媒と伝
熱管との熱交換が良好に行われる。
の高さを下流側の伝熱管群ほど順次低くした構造を採用
したものでは、上流側の伝熱管群における気液界面上昇
に影響されて下流側の伝熱管群における気液界面が低下
しても、下流側の伝熱管群において上段の伝熱管が液冷
媒から気相冷媒中に露出することが防がれ、液冷媒と伝
熱管との熱交換が良好に行われる。
【００４４】以上のような特徴をもつ本発明の凝縮器と
蒸発器とを備えた冷凍機は、凝縮器と蒸発器における伝
熱性能の向上によって冷凍機の性能向上がはかられ、装
置の構造をコンパクトにすることができる。
蒸発器とを備えた冷凍機は、凝縮器と蒸発器における伝
熱性能の向上によって冷凍機の性能向上がはかられ、装
置の構造をコンパクトにすることができる。
【図１】本発明の第１実施形態による凝縮器の構成を示
す断面図。
す断面図。
【図２】本発明の第２実施形態による凝縮器の構成を示
す断面図。
す断面図。
【図３】本発明の第３実施形態による凝縮器の構成を示
す断面図。
す断面図。
【図４】本発明の第４実施形態による凝縮器の構成を示
す断面図。
す断面図。
【図５】本発明の第４実施形態による凝縮器の変形例を
示す断面図。
示す断面図。
【図６】本発明の第５実施形態による蒸発器の構成を示
す断面図。
す断面図。
【図７】本発明の第６実施形態による蒸発器の構成を示
す断面図。
す断面図。
【図８】本発明の第７実施形態による蒸発器の構成を示
す断面図。
す断面図。
【図９】本発明の第８実施形態による蒸発器の構成を示
す断面図。
す断面図。
【図１０】ターボ冷凍機の構成を示す説明図。
【図１１】図１０のII−II線に沿う凝縮器の断面図。
【図１２】従来の蒸発器の構成を示す断面図。
１ 凝縮器
２ 蒸発器
３ 遠心式圧縮機
４ 容器
５ 伝熱管
６ 流入口
７ 流出口
８ 入口管
９ 出口管
１０ 伝熱管
１１ 膨張弁
１２ 流入口
１３ 流出口
２０ 冷凍機用凝縮器
２１ 伝熱管
２２ 伝熱管
２３ 伝熱管
２４ 液排除板
２５ 液排除板
３０ 冷凍機用蒸発器
３１ 伝熱管
３２ 伝熱管
３３ 伝熱管
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 白方 芳典
愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１
番地 三菱重工業株式会社冷熱事業本部内
(72)発明者 上田 憲治
愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１
番地 三菱重工業株式会社冷熱事業本部内
Claims (9)
- 【請求項１】 水平に配設された複数の伝熱管内に冷却
流体を管端で折り返して下方の伝熱管群から上方の伝熱
管群に流すとともに同伝熱管外に冷媒を上方から下方へ
流すように構成されたシェルアンドチューブ型の凝縮器
であって下方の伝熱管群の管径を上方の伝熱管群の管径
より小さくした凝縮器と、水平に配設された複数の伝熱
管内に被冷却流体を隣り合う伝熱管群へ管端で折り返し
て順次横に流すとともに同伝熱管外に冷媒を収容するよ
うに構成されたシェルアンドチューブ型の蒸発器であっ
て下流の伝熱管群の管径を上流の伝熱管群の管径より小
さくした蒸発器とを有することを特徴とする冷凍機。 - 【請求項２】 水平に配設された複数の伝熱管内に冷却
流体を管端で折り返して下方の伝熱管群から上方の伝熱
管群に流すとともに同伝熱管外に冷媒を上方から下方へ
流すように構成されたシェルアンドチューブ型の凝縮器
であって、下方の伝熱管群の管径を上方の伝熱管群の管
径より小さくしたことを特徴とする冷凍機用凝縮器。 - 【請求項３】 前記伝熱管の管端で冷却流体が折り返さ
れる上下の伝熱管群を３段以上とし、下方の伝熱管群の
管径を順次小径としたことを特徴とする請求項２に記載
の冷凍機用凝縮器。 - 【請求項４】 前記伝熱管群の間に、同伝熱管群の端面
から見て斜め下方に傾斜する凝縮液排除板を配置したこ
とを特徴とする請求項２又は３に記載の冷凍機用凝縮
器。 - 【請求項５】 前記凝縮液排除板が山形に両側へ傾斜し
ていることを特徴とする請求項４に記載の冷凍機用凝縮
器。 - 【請求項６】 前記凝縮液排除板が上下に間隔をあけて
複数段配置されていることを特徴とする請求項４又は５
に記載の冷凍機用凝縮器。 - 【請求項７】 水平に配設された複数の伝熱管内に被冷
却流体を隣り合う伝熱管群へ管端で折り返して順次横に
流し、同伝熱管外に冷媒を収容するように構成されたシ
ェルアンドチューブ型の蒸発器であって、下流の伝熱管
群の管径を上流の伝熱管群の管径より小さくしたことを
特徴とする冷凍機用蒸発器。 - 【請求項８】 前記管端で折り返される横に隣り合う伝
熱管群を３群以上横に並べて構成し、それら伝熱管群の
管径を下流の伝熱管群のものを順次小径をしたことを特
徴とする請求項７に記載の冷凍機用蒸発器。 - 【請求項９】 前記伝熱管群の高さを下流側の伝熱管群
ほど順次低くしたことを特徴とする請求項７又は８に記
載の冷凍機用蒸発器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001254359A JP2003065631A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 冷凍機及びその凝縮器と蒸発器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001254359A JP2003065631A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 冷凍機及びその凝縮器と蒸発器 |
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