JP2007309604A - 冷凍装置の蒸発器及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱管への伝熱が効果的に行える冷凍装置の蒸発器及び冷凍装置を提供すること。
【解決手段】凝縮器からの冷媒が供給される冷凍装置の蒸発器３０である。蒸発器３０に冷媒を供給する冷媒配管１１に冷媒を気液分離する気液分離器６０を設置する。気液分離器６０で分離された蒸気を主とする冷媒を蒸発器３０の伝熱管３１の下部に導入するとともに、気液分離器６０で分離された液体を主とする冷媒を蒸発器３０の伝熱管３１の上部に導入する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ターボ冷凍機等の満液式蒸発器に適用して好適な冷凍装置の蒸発器及び冷凍装置に関するものである。

図１は冷凍装置（圧縮式冷凍装置）１−１の基本構成図である。同図に示す冷凍装置１−１は、冷媒を封入したクローズドシステムで構成され、具体的に言えば冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発して冷凍効果を発揮する蒸発器３と、前記冷媒蒸気を圧縮して高圧蒸気にする圧縮機５と、高圧蒸気を冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器７と、前記凝縮した冷媒を減圧して膨張させる絞り機構（膨張弁）９とを、冷媒配管１１によって連結して構成されている。

図２はエコノマイザー付きの冷凍装置（圧縮式冷凍装置）１−２の基本構成図であり、前記冷凍装置１−１と同一部分には同一符号を付す。この冷凍装置１−２において、前記冷凍装置１−１と相違する点は、冷凍装置１−１に比べて高効率化を図るために、凝縮器７から蒸発器３に向かう冷媒配管１１中にエコノマイザー（気液分離器）１３を設置し、圧縮機５の中間にエコノマイザー１３からの冷媒蒸気を吸引させた点である。エコノマイザー１３は単数でも良いし、複数でも良い。

ところで上記図１，図２に示す蒸発器３は、蒸発器缶胴１５内に水平方向に向かう伝熱管１７を設置し、蒸発器缶胴１５の底面に凝縮器７（又はエコノマイザー１３）からの冷媒配管１１を接続し、伝熱管１７と蒸発器缶胴１５の底面との間に冷媒分配用の多孔板１９を取り付け、多孔板１９の下部を冷媒通路２１として構成されている。

以上のように構成された蒸発器３において、凝縮器７（又はエコノマイザー１３）から絞り機構９を経由してきた冷媒は、気液二相状態となって蒸発器３の下部に供給され、冷媒通路２１で長手方向（水平方向）に分配される。ところで絞り機構９を経由した冷媒は、前述のように気液二相になっており、二相の冷媒を伝熱管１７の各部に均等分配することは重要である。特に体積流量が多くなる冷媒蒸気は、伝熱管１７下部から冷媒を攪拌して伝熱管１７への伝熱を良くする効果を発揮するので、この冷媒蒸気を伝熱管１７の各部に均等配分することは伝熱管１７の長手方向全体の伝熱を改良するために重要となる。

しかしながら気液二相の冷媒全部を蒸発器３の多孔板１９下部の冷媒通路２１に供給してその長手方向に分配しようとすると、多孔板１９下部の冷媒通路２１として大きな通路を設ける必要がある。このためこの冷媒通路２１の周りに、通路として役立たない無効領域ができて、その無効領域に冷媒液が溜まることになり、その分、冷凍装置１−１（１−２）に充填すべき冷媒量が多くなってしまうという問題があった。

一方図３（ａ）は前記図１に示す蒸発器３のような、伝熱管１７の内部を流れる冷水が蒸発器３の缶胴１５内を１往復して流れる、冷水の流路の数が２パス構造の場合の温度分布を示す図、図３（ｂ）は下記する図４（ｂ）に示す蒸発器３´のような、伝熱管１７の内部を流れる冷水が蒸発器３´の缶胴１５内をその一端から他端に向けて流れる、冷水の流路の数が１パス構造の場合の温度分布を示す図である。一方図４（ａ）は蒸発器３が図３（ａ）の２パス構造の場合の蒸発器内冷媒液面を示す図であり、図４（ｂ）は蒸発器３´が図３（ｂ）の１パス構造の場合の蒸発器内冷媒液面を示す図である。さらに図４（ｃ）は多孔板１９下部の冷媒通路２１が小さい場合の蒸発器３″内の冷媒液面を示す図である。

図３（ａ）に示すように、２パス構造の伝熱管を有する蒸発器においては、冷水入口側の冷水と冷媒間の温度差が、冷水折り返し側の温度差に比べて大きく、従って冷水入口側の沸騰伝熱が激しく、気泡含有率が多くなり、見かけ比重が小さく、図４（ａ）に示すように冷媒の液面が上昇する。一方図３（ｂ）に示すように、１パス構造の伝熱管を有する蒸発器においては、冷水入口側と出口側とでの温度差の違いが大きく、両側における沸騰伝熱に差が生じ、図４（ｂ）に示すように冷媒の液面の違いが非常に大きくなる。そしてこれら冷媒液面の違いにより、伝熱管１７の一部が冷媒液面から露出し、露出部分が伝熱に殆ど寄与しなくなる。一方前記露出を防止するため、充填する冷媒量を増やすことも考えられるが、必要冷媒量の増加、液高増加による液面部蒸発温度の低下などの悪影響が出てしまう。

一方図４（ｃ）に示すように冷媒通路２１の断面積が小さい場合、気液二相の冷媒の長手方向への流れ抵抗が大きく、その分配が長手方向で均等にならず、冷媒配管１１を接続した冷媒導入部の上部の液面が異常に上昇する。これによって伝熱管１７の一部が冷媒液面から露出する恐れが生じるばかりか、この上昇部分から多量の液滴が発生し、圧縮機５に液滴が吸い込まれる恐れがあった。
特開２００２−３４０４４４号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、伝熱管への伝熱が効果的に行える冷凍装置の蒸発器及び冷凍装置を提供することにある。

本願請求項１に記載の発明は、凝縮器からの冷媒が供給される冷凍装置の蒸発器において、前記蒸発器に冷媒を供給する系統に冷媒を気液分離する気液分離手段を設置し、前記気液分離手段で分離された蒸気を主とする冷媒を蒸発器の伝熱管の下部に導入するとともに、前記分離された液体を主とする冷媒を蒸発器の伝熱管の上部に導入することを特徴とする冷凍装置の蒸発器にある。

本願請求項２に記載の発明は、前記気液分離手段で分離された蒸気を主とする冷媒を、蒸発器の伝熱管の長手方向に分配する分配管を設け、この分配管で分配した後の蒸気を主とする冷媒をそれぞれ前記伝熱管下部に導入することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置の蒸発器にある。

本願請求項３に記載の発明は、前記気液分離手段で分離された液体を主とする冷媒を、前記蒸発器内の冷媒液の液面が低下する部分に他の部分よりも多く供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置の蒸発器にある。

本願請求項４に記載の発明は、前記蒸発器は、前記冷凍装置が有する二系統の冷凍サイクルにそれぞれ用いる二系統の蒸発器で構成され、これら二系統の蒸発器は、１つの缶胴内に二重隔壁で分離して設置されるとともに、それぞれの冷凍サイクルの気液分離手段で分離された蒸気を主とする冷媒をそれぞれ蒸発器の伝熱管の下部に導く蒸気通路を、前記二重隔壁内に設けたことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の冷凍装置の蒸発器にある。

本願請求項５に記載の発明は、前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を１パス構造にすると共に、前記伝熱管の下部に導入される蒸気を主とする冷媒の導入量を、前記伝熱管の被冷却流体出口側で多くするか、或いは前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を２パス構造にすると共に、前記伝熱管の下部に導入される蒸気を主とする冷媒の導入量を、前記伝熱管の被冷却流体折り返し側で多くすることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４に記載の冷凍装置の蒸発器にある。

本願請求項６に記載の発明は、凝縮器からの冷媒が供給される冷凍装置の蒸発器において、前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を１パス構造にすると共に、前記冷媒の蒸発器への導入位置を、前記伝熱管の下部の被冷却流体出口側とするか、或いは前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を２パス構造にすると共に、前記冷媒の蒸発器への導入位置を、前記伝熱管の下部の被冷却流体折り返し側とすることを特徴とする冷凍装置の蒸発器にある。

本願請求項７に記載の発明は、凝縮器からの冷媒が供給される冷凍装置の蒸発器において、前記蒸発器の缶胴内の伝熱管と前記冷媒の前記伝熱管下部への導入位置との間を多孔板で仕切り、前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を１パス構造にすると共に、前記伝熱管の被冷却流体出口側に対向する部分の多孔板の単位面積当たりの開口面積を多孔板の他の部分の開口面積に比べて大きくするか、或いは前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を２パス構造にすると共に、前記伝熱管の被冷却流体折り返し側に対向する部分の多孔板の単位面積当たりの開口面積を多孔板の他の部分の開口面積に比べて大きくすることを特徴とする冷凍装置の蒸発器にある。

本願請求項８に記載の発明は、少なくとも、被冷却流体から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、前記冷媒蒸気を圧縮して高圧蒸気にする圧縮機と、高圧蒸気を冷却流体で冷却して凝縮させる凝縮器とを有する冷凍装置において、前記蒸発器として、請求項１乃至７の内の何れかに記載の蒸発器を用いたことを特徴とする冷凍装置にある。

請求項１に記載の発明によれば、気液分離手段で分離された蒸気を主とする冷媒が蒸発器の伝熱管の下部に導入されるので、気泡の攪拌効果によって伝熱管下部から冷媒を攪拌でき伝熱管への伝熱を良好にする効果が発揮される。一方気液分離手段で分離された液体を主とする冷媒は蒸発器の伝熱管の上部から導入されるので、例え伝熱管に冷媒液の液面から露出している部分があってもこれに散布することでこの露出部においても伝熱効果を発揮させることができる。さらに伝熱管の下部から導入されるのは蒸気を主とする冷媒のみなので、蒸発器下部に導入される冷媒の冷媒通路として大きな通路を設ける必要がなく、このため冷媒通路の周りにできる、通路として役立たない無効領域が小さくなり、その分、冷凍装置に充填すべき冷媒量を少なくすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、分配管によって伝熱管下部に導入される前に予め冷媒を分配したので、蒸発器の伝熱管下部の冷媒通路の断面積を小さくすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、伝熱管の冷媒液面から露出しやすい部分に優先的に液体を主とする冷媒を散布できるので、より効果的な伝熱効果が得られる。

請求項４に記載の発明によれば、蒸発器のコンパクト化と、缶胴の補強とが図れる。

請求項５に記載の発明によれば、蒸発器内の冷媒液面が低下すると予想される部分への冷媒蒸気の供給量割合を多くでき、伝熱の改良を図ることができ、また液面の平均化を図ることができる。

請求項６に記載の発明によれば、蒸発器内の冷媒液面が低下して伝熱が悪くなると予想される部分における冷媒蒸気量が増え、液面の平均化と伝熱の改良が図れる。

請求項７に記載の発明によれば、蒸発器内の冷媒液面が低下して伝熱が悪くなると予想される部分における冷媒蒸気の多孔板からの噴出し量が増え、液面の平均化と伝熱の改良が図れる。

請求項８に記載の発明によれば、伝熱効果の高い蒸発器を用いたので、冷凍機の冷凍性能を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図５は本発明の第１実施形態にかかる蒸発器３０の構成図である。この蒸発器３０は、前記図１に示す基本構成の冷凍装置１−１の蒸発器や図２に示すエコノマイザー付きの冷凍装置１−２の蒸発器等として利用される。即ち蒸発器３０は、図１，図２に示す蒸発器３に代えて設置されるものであり、図１，図２に示す凝縮器７からの冷媒を直接或いはエコノマイザー１３経由で供給される蒸発器である。従ってこの蒸発器３０を適用する冷凍装置の他の各部の基本構成は、前記図１，図２に示す冷凍装置１−１，１−２の基本構成と同一である。

蒸発器３０は図５に示すように、この蒸発器３０に冷媒を供給する系統、即ち凝縮器７（又はエコノマイザー１３）から蒸発器３０への冷媒配管１１中に、この冷媒を気液分離する気液分離器（気液分離手段）６０を設置し、この気液分離器６０で分離された蒸気を主とする冷媒を蒸発器３０の伝熱管３１の下部に導入するとともに、気液分離器６０で分離された液体を主とする冷媒を蒸発器３０の伝熱管３１の上部に導入するように構成されている。

気液分離器６０には、凝縮器７（又はエコノマイザー１３）から導入される冷媒配管１１と、分離された蒸気を主とする冷媒を取り出す冷媒配管６１と、分離された液体を主とする冷媒を取り出す冷媒配管６３とが取り付けられている。なおこの気液分離器６０による気液分離は、完全な気液分離でなくても良い。

蒸発器３０は、蒸発器缶胴３３内に水平方向（図５では紙面手前・奥方向）に向かう複数本の伝熱管３１を並列に設置し、伝熱管３１と蒸発器缶胴３３の底面３３ａとの間に冷媒分配用の多孔板（冷媒蒸気分配板）３５を取り付け、多孔板３５の下部を冷媒通路３７とし、前記冷媒配管６１を蒸発器缶胴３３の底面３３ａに接続し、前記冷媒配管６３を前記蒸発器缶胴３３の側壁３３ｂから伝熱管３１の上部に導入して構成されている。さらに蒸発器缶胴３３内の上部の蒸気空間には、冷媒液滴が圧縮機５側の冷媒配管１１に吸い込まれるのを防止するバッフル板３７，３７が設置されている。多孔板３５は蒸発器缶胴３３の伝熱管３１と底面３３ａとの間をほぼ水平に仕切るように設置され、その全面に渡って孔３５ａが設けられている。

以上のように構成された気液分離器６０付きの蒸発器３０において、凝縮器７（又はエコノマイザー１３）側から気液分離器６０に導入された冷媒は、蒸気を主とする冷媒と、液体を主とする冷媒とに分離され、蒸気を主とする冷媒は冷媒配管６１によって蒸発器３０の下部の冷媒通路３７に導入され、多孔板３５に設けた多数の孔３５ａによってほぼ均一に分配された状態で伝熱管３１に供給される。供給される冷媒の多くは蒸気なので、気泡による攪拌作用、即ち気泡によって伝熱管３１の下部から冷媒が攪拌されて、冷媒から伝熱管３１内の冷水（被冷却流体）への伝熱効率が向上する。一方液体を主とする冷媒は冷媒配管６３によって伝熱管３１の上部の蒸気空間内に導入され、スプレーノズル６３ａによって伝熱管３１の冷媒液面から露出している部分に散布される。つまり伝熱管３１の冷媒液面からの露出部も伝熱に寄与できる。なお蒸気空間内の冷媒液滴（ミスト状の冷媒）はバッフル板３７，３７に衝突し捕集されることで圧縮機５への吸い込みが防止される。

またこの気液分離器６０付きの蒸発器３０においては、伝熱管３１の下部から導入されるのは蒸気を主とする冷媒のみなので、蒸発器３０下部の冷媒通路３７として大きな通路を設ける必要がなく、このため冷媒通路３７の周りにできる、通路として役立たない無効領域を小さくすることができ、その分、冷凍装置１−１又は１−２に充填すべき冷媒量を少なくすることができる。

〔第２実施形態〕
図６は本発明の第２実施形態にかかる蒸発器３０−２の構成図であり、図６（ａ）は側面側から見た図、図６（ｂ）は正面側から見た図である。この蒸発器３０−２においても第１実施形態と同様に、図１に示す基本構成の冷凍装置１−１の蒸発器や図２に示すエコノマイザー付きの冷凍装置１−２の蒸発器等として利用される。即ち蒸発器３０−２は、図１，図２に示す蒸発器３に代えて設置するものであり、図１，図２に示す凝縮器７からの冷媒を直接或いはエコノマイザー１３経由で供給される蒸発器である。従ってこの蒸発器３０−２を適用する冷凍装置の他の各部の基本構成は、前記図１，図２に示す冷凍装置１−１，１−２の基本構成と同一である。またこの実施形態において、前記第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

即ちこの蒸発器３０−２においても図６に示すように、この蒸発器３０−２に冷媒を供給する系統、即ち凝縮器７（又はエコノマイザー１３）から蒸発器３０−２への冷媒配管１１中に、この冷媒を気液分離する気液分離器（気液分離手段）６０を設置し、この気液分離器６０で分離された蒸気を主とする冷媒を蒸発器３０−２の伝熱管３１の下部に導入するとともに、分離された液体を主とする冷媒を蒸発器３０−２の伝熱管３１の上部に導入するように構成している。

またこの気液分離器６０においても、分離された蒸気を主とする冷媒を取り出す冷媒配管６１と、分離された液体を主とする冷媒を取り出す冷媒配管６３とが取り付けられているが、この実施形態において第１実施形態と相違する点はさらに、気液分離器６０で分離された直後の冷媒配管６１の根元部分に、蒸発器缶胴３３の上部（即ち冷媒液面よりも上部）で伝熱管３１の長手方向に沿って蒸発器缶胴３３内を伝熱管３１の長さとほぼ同一の長さ延びる管状の分配器（蒸気分配器）６５を設置している点である。前記気液分離器６０は図６（ｂ）に示すように分配器６５の中央に設置される。分配器６５には所定間隔毎に開口６７が設けられ、これら開口６７からそれぞれ水平に冷媒配管６１が延び、さらに冷媒配管６１の先端をそれぞれ下方向に向かう管状の蒸気通路６９に接続し、これら蒸気通路６９の下端を多孔板３５の下部の冷媒通路３７に接続している。

以上のように構成された気液分離器６０付きの蒸発器３０−２において、気液分離器６０に導入された冷媒は、蒸気を主とする冷媒と、液体を主とする冷媒とに分離され、蒸気を主とする冷媒は分配器６５によって予め蒸発器缶胴３３内の冷媒液面よりも上部において伝熱管３１の長手方向に分配された後に各蒸気通路６９から蒸発器３０の下部の冷媒通路３７に導入され、多孔板３５に設けた多数の孔３５ａからほぼ均一に伝熱管３１に供給される。この実施形態では気液分離後の冷媒蒸気の分配を冷媒液面よりも上部で行なっているので、前記分配を冷媒液面の下部で行う場合のように、冷媒液溜まりが分配器６５の周囲に生じることはない。また多孔板３５下部の冷媒通路３７の断面積は、伝熱管３１の長手方向の冷媒蒸気の分配が分配器６５によって既に終了しているので、さらに小さくすることができる。

なお図６に示す蒸発器３０−２において、気液分離器６０で分離された液体を主とする冷媒のスプレーノズル６３ａからの散布量を伝熱管３１の長手方向で変えて、蒸発器３０−２（蒸発器缶胴３３）内の冷媒液面の低下する部分に、他の部分よりも冷媒液の散布量を多くすると好適である。例えば冷媒液の散布量を増加したい部分のスプレーノズル６３ａの数を他の部分よりも多くしたり、他の部分よりもノズル径の大きいスプレーノズル６３ａを用いたりすれば良い。具体的にこの蒸発器３０−２の場合、図６（ｂ）に示すように、１パス構造なので、前記図４（ｂ）に示すように、冷媒液面は伝熱管３１の冷水出口側で低下するので、この伝熱管３１の冷水出口側の部分に他の部分よりも多くの冷媒液を散布すれば良い。また蒸発器３０−２の構造が２パス構造の場合は、伝熱管３１の冷水の折り返し側に他の部分よりも多く冷媒液を散布すれば良い。

〔第３実施形態〕
図７は本発明の第３実施形態にかかる蒸発器３０−３の構成図であり、図７（ａ）は側面側から見た図、図７（ｂ）は上面側から見た図である。図８はこの蒸発器３０−３を用いて構成される二重冷凍サイクルの冷凍装置（圧縮式冷凍装置）１−３の一例を示す構成図である。まず冷凍装置１−３の構成から説明する。図８に示す冷凍装置１−３は、前記図１に示す冷凍装置１−１と同じ構成の冷凍装置１ａ，１ｂを２台具備しており、上述のように各冷凍装置１ａ，１ｂは何れも冷媒を封入したクローズドシステムから構成され、蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂと、圧縮機５ａ，５ｂと、凝縮器７ａ，７ｂと、絞り機構９ａ，９ｂとを、冷媒配管１１ａ，１１ｂによって連結して構成されている。この冷凍装置１−３の場合、２台の圧縮機５ａ，５ｂを駆動する電動機Ｍを共用している。蒸発器３０−３は、２台の冷凍装置１ａ，１ｂのそれぞれの蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂを、１つの蒸発器缶胴３３を複数（２つ）に区画し、区画された部分にそれぞれの伝熱管１７を設置して構成されている。またそれぞれの凝縮器７ａ，７ｂも、１つの凝縮器缶胴４１を複数（２つ）に区画し、区画された部分にそれぞれ伝熱管を設置して構成されている。

図７に示す蒸発器３０−３は、左右に互いに独立した蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂを設け、両蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂを二重隔壁４５で区画（分離）している。そしてこの蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂにそれぞれ冷媒を供給する系統、即ち凝縮器７ａ，７ｂから蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂへの冷媒配管１１ａ，１１ｂ中に、この冷媒を気液分離する気液分離器（気液分離手段）６０，６０を設置し、この気液分離器６０，６０で分離された蒸気を主とする冷媒を蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂの伝熱管３１，３１の下部に導入するとともに、分離された液体を主とする冷媒を蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂの伝熱管３１，３１の上部に導入するように構成している。これらの気液分離器６０，６０においても、分離された蒸気を主とする冷媒を取り出す冷媒配管６１，６１と、分離された液体を主とする冷媒を取り出す冷媒配管６３，６３とが取り付けられているが、第２実施形態と同様に、気液分離器６０，６０で分離された直後の冷媒配管６１，６１の根元部分に、蒸発器缶胴３３の上部（即ち冷媒液面よりも上部）で伝熱管３１，３１の長手方向に沿って蒸発器缶胴３３内を伝熱管３１，３１の長さとほぼ同一の長さ寸法延びる管状の分配器６５，６５を設置している。そして気液分離器６０，６０は図７（ｂ）に示すように分配器６５，６５の中央に設置され、分配器６５，６５には所定間隔毎に開口６７，６７が設けられ、これら開口６７，６７にそれぞれ水平に二重隔壁４５に向かう冷媒配管６１が接続され、冷媒配管６１の先端には二重隔壁４５内で下方向に向かう管状の蒸気通路６９，６９が接続され、これら蒸気通路６９，６９の下端には多孔板３５，３５の下部の冷媒通路３７，３７が接続されている。つまり二重隔壁４５内に、冷媒蒸気の下降通路である管状の蒸気通路６９，６９を設け、これらによって冷媒蒸気を多孔板３５，３５の下部に導入している。二重隔壁４５内の蒸気通路６９，６９はこの実施形態では交互に設けられている。この実施形態のように気液分離後の冷媒蒸気の分配を冷媒液面よりも上部で行なえば、前記第２実施形態と同様に、冷媒液溜まりが分配器６５，６５の周囲に生じることはなく、また多孔板３５，３５下部の冷媒通路３７，３７の断面積は、伝熱管３１，３１の長手方向の冷媒蒸気の分配が既に終了しているので、さらに小さくすることができる。

またこの実施形態に用いる伝熱管３１，３１は、両蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂの全体に対しては２パス構造となっているが、各蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂに対しては１パス構造となっている。従ってこれら両蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂにおいて、気液分離器６０，６０で分離された液体を主とする冷媒のスプレーノズル６３ａ，６３からの散布量を伝熱管３１，３１の長手方向で変える場合は、１個の蒸発器３０−３ａ又は３０−３ｂに対する冷水出入口及びパス数で考え、この実施形態の場合はそれぞれ１パス構造なので、各蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂ内の伝熱管３１，３１の冷水出口側の部分に他の部分よりも多くの冷媒液を散布すれば良い。具体的に図７（ｂ）で言えば、図の上側の蒸発器３０−３ａでは右側、下側の蒸発器３０−３ｂでは左側の部分の冷媒液を多くする。

この蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂは、蒸発器全体のコンパクト化とともに、蒸発器缶胴３３の補強に有効である。即ちこの実施形態においては、分配器６５，６５を蒸発器缶胴３３を利用してその上部内面側に設置したので蒸発器缶胴３３の補強に役立つ。また二重隔壁４５に設ける蒸気通路６９，６９は、二重隔壁４５の補強に供することができるとともに、蒸発器３０−３ａ，３０−３ｂ全体のコンパクト化が図れる。

なお上記各実施形態において、蒸発器３０，３０−２，３０−３内での冷媒液面が低下すると予想される部分の伝熱改良を図るため、伝熱管３１が１パス構造の場合は、伝熱管３１の下部に導入された蒸気を主とする冷媒を、伝熱管３１の冷媒出口側に他の部分よりも多く導入するか、或いは伝熱管３１が２パス構造の場合は、伝熱管３１の下部に導入された蒸気を主とする冷媒を、伝熱管３１の冷水折り返し側に他の部分よりも多く導入するように構成することが好ましい。このように構成すれば、蒸発器３０，３０−２，３０−３内の冷媒液面が低下すると予想される部分の前記冷媒液面を多量の冷媒蒸気によって上昇でき、冷媒液面の平均化を図ることができ、伝熱管３１の一部が冷媒液面から露出することがなくなって伝熱の改良を図ることができる。

〔第４実施形態〕
図９，図１０は本発明の第４実施形態にかかる蒸発器３０−４，３０−５を用いて構成された冷凍装置１−４，１−５の構成図である。これらの図において蒸発器３０−４，３０−５以外の各部の基本構成は、前記図１，図２に示す冷凍装置１−１，１−２の基本構成と同一なので、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。即ち蒸発器３０−４，３０−５は、図１，図２に示す蒸発器３に代えて設置するものであり、図１，図２に示す凝縮器７からの冷媒を直接或いはエコノマイザー１３経由で供給される蒸発器である。

図９，図１０に示す蒸発器３０−４，３０−５は、何れも気液分離手段を有さない蒸発器であり、何れも蒸発器缶胴３３内に水平方向に向かう伝熱管３１を設置し、蒸発器缶胴３３の底面に凝縮器７（又はエコノマイザー１３）からの冷媒配管１１を接続し、伝熱管３１と蒸発器缶胴３３の底面との間に冷媒分配用の多孔板３５を取り付け、多孔板３５の下部を冷媒通路３７として構成されており、何れの蒸発器３０−４，３０−５も伝熱管３１が２パス構造のものである。

そして蒸発器３０−４，３０−５への冷媒の導入位置は、伝熱管３１の下部の中央よりも冷水折り返し側としている。

以上のように構成された蒸発器３０−４，３０−５において、凝縮器７側からの冷媒は、気液二相状態となって蒸発器３０−４，３０−５の下部に供給され、冷媒通路３７で長手方向（水平方向）に分配されるが、前記気液二相状態の冷媒は伝熱管３１の下部の中央よりも冷水折り返し側に導入されるので、冷水折り返し側の冷媒液面が他の部分に比べて押し上げられる。これによって前記図４（ａ），（ｂ）で述べた、冷媒液面が低下すると予想される部分が押し上げられ、蒸発器３０−４，３０−５内の冷媒液面が低下して伝熱が悪くなると予想される部分における冷媒蒸気量が増え、液面の平均化と伝熱の改良が図れる。

特に多孔板３５下部の冷媒通路３７の断面積が小さいと、この実施形態では気液二相状態の冷媒が冷媒通路３７に供給されているので、前記図４（ｃ）でも説明したが、気液二相状態の冷媒の分配が長手方向で均等にならず、冷媒配管１１を接続した冷媒導入部付近で冷媒蒸気の多孔板３５からの噴き出し量が多くなってその上部の液面が大きく上昇する。本実施形態ではこの現象を逆に積極的に利用することで、冷媒液面が低下して伝熱が悪くなると予想される部分への冷媒導入量を積極的に多くしてその冷媒液面を上昇させることで冷媒液面の均一化を図り、伝熱の改良を図っている。なおこの実施形態では伝熱管３１が２パス構造なので、冷媒の導入位置を冷水折り返し側としたが、１パス構造の場合は、冷媒の蒸発器への導入位置を、伝熱管の下部の冷水出口側とする。

〔第５実施形態〕
図１１，図１２は本発明の第５実施形態にかかる蒸発器３０−６，３０−７を用いて構成された冷凍装置１−５，１−７の構成図である。これらの図において蒸発器３０−６，３０−７以外の各部の基本構成は前記図１，図２に示す冷凍装置１−１，１−２の基本構成と同一なので、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１１，図１２に示す蒸発器３０−６，３０−７も、前記第４実施形態に示す蒸発器３０−４，３０−５と同様に、気液分離手段を有さない蒸発器であり、何れも蒸発器缶胴３３内に水平方向に向かう伝熱管３１を設置し、蒸発器缶胴３３の底面に凝縮器７（又はエコノマイザー１３）からの冷媒配管１１を接続し、伝熱管３１と蒸発器缶胴３３の底面との間に冷媒分配用の多孔板３５を取り付け、多孔板３５の下部を冷媒通路３７として構成されている。また蒸発器３０−６，３０−７の伝熱管３１は何れも２パス構造である。

そしてこれら蒸発器３０−６，３０−７においては、伝熱管３１の冷媒折り返し側に対向する部分の多孔板３５の単位面積当たりの開口面積を多孔板３５の他の部分の開口面積に比べて大きくしている。ここで単位面積当たりの開口面積が大きいとは、孔の径は同一であるが単位面積当たりの孔の数が多い場合、又は単位面積当たりの孔の数は同一であるが孔の径自体が大きい場合等を言う。

以上のように構成された蒸発器３０−６，３０−７においても、これら蒸発器３０−６，３０−７の下部に供給された凝縮器７側からの冷媒は気液二相状態であり、冷媒通路３７で長手方向（水平方向）に分配されるが、前記気液二相状態の冷媒は多孔板３５の単位面積当たりの開口面積が大きい部分からの噴き出し量が多くなり、冷水折り返し側の冷媒液面が押し上げられる。これによって前記図４（ａ）で述べた、冷媒液面が低下すると予想される部分が押し上げられ、蒸発器３０−６，３０−７内の冷媒液面が低下して伝熱が悪くなると予想される部分における冷媒蒸気量が増え、冷媒液面の平均化と伝熱の改良が図れる。なおこの実施形態においても、第４実施形態と同様に、伝熱管３１が１パス構造の場合は、伝熱管の冷水出口側に対向する部分の多孔板の単位面積当たりの開口面積を多孔板の他の部分の開口面積に比べて大きくすれば良く、これによって同様の効果が生じる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、本発明を適用できる冷凍装置の構成は、前記図１，図２に示す構造の冷凍装置に限定されず、例えば凝縮器から蒸発器に向かう冷媒配管中に、膨張弁の代わりに動力回収膨張機（凝縮液を膨張させて蒸発器に送ると共に動力回収機（発電機）によって動力を回収するもの）が設けられている構成の冷凍装置など、他の各種構造の冷凍装置でもよい。

冷凍装置１−１の基本構成図である。 エコノマイザー付きの冷凍装置１−２の基本構成図である。 図３（ａ）は伝熱管１７が２パス構造の場合の温度分布を示す図、図３（ｂ）は伝熱管１７が１パス構造の場合の温度分布を示す図である。 図４（ａ）は蒸発器３が２パス構造の場合の冷媒液面を示す図、図４（ｂ）は蒸発器３が１パス構造の場合の冷媒液面を示す図、図４（ｃ）は多孔板１９下部の冷媒通路２１が小さい場合の冷媒液面を示す図である。 蒸発器３０の構成図である。 蒸発器３０−２の構成図であり、図６（ａ）は側面側から見た図、図６（ｂ）は正面側から見た図である。 蒸発器３０−３の構成図であり、図７（ａ）は側面側から見た図、図７（ｂ）は上面側から見た図である。 蒸発器３０−３を用いて構成される二重冷凍サイクルの冷凍装置１−３の一例を示す構成図である。 蒸発器３０−４の構成図である。 蒸発器３０−５の構成図である。 蒸発器３０−６の構成図である。 蒸発器３０−７の構成図である。

符号の説明

１−１，１−２，１−３，１−４，１−５，１−６，１−７ 冷凍装置
５ 圧縮機
７ 凝縮器
９ 絞り機構（膨張弁）
１１ 冷媒配管
１３ エコノマイザー（気液分離器）
３０ 蒸発器
３１ 伝熱管
３３ 蒸発器缶胴
３５ 多孔板
３５ａ 孔
３７ 冷媒通路
６０ 気液分離器（気液分離手段）
３０−２ 蒸発器
６５ 分配器（蒸気分配器）
６９ 蒸気通路
３０−３（３０−３ａ，３０−３ｂ） 蒸発器
４５ 二重隔壁
３０−４，３０−５，３０−６，３０−７ 蒸発器

Claims (8)

1. 凝縮器からの冷媒が供給される冷凍装置の蒸発器において、
   前記蒸発器に冷媒を供給する系統に冷媒を気液分離する気液分離手段を設置し、
   前記気液分離手段で分離された蒸気を主とする冷媒を蒸発器の伝熱管の下部に導入するとともに、前記分離された液体を主とする冷媒を蒸発器の伝熱管の上部に導入することを特徴とする冷凍装置の蒸発器。
2. 前記気液分離手段で分離された蒸気を主とする冷媒を、蒸発器の伝熱管の長手方向に分配する分配管を設け、この分配管で分配した後の蒸気を主とする冷媒をそれぞれ前記伝熱管下部に導入することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置の蒸発器。
3. 前記気液分離手段で分離された液体を主とする冷媒を、前記蒸発器内の冷媒液の液面が低下する部分に他の部分よりも多く供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置の蒸発器。
4. 前記蒸発器は、前記冷凍装置が有する二系統の冷凍サイクルにそれぞれ用いる二系統の蒸発器で構成され、
   これら二系統の蒸発器は、１つの缶胴内に二重隔壁で分離して設置されるとともに、それぞれの冷凍サイクルの気液分離手段で分離された蒸気を主とする冷媒をそれぞれ蒸発器の伝熱管の下部に導く蒸気通路を、前記二重隔壁内に設けたことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の冷凍装置の蒸発器。
5. 前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を１パス構造にすると共に、前記伝熱管の下部に導入される蒸気を主とする冷媒の導入量を、前記伝熱管の被冷却流体出口側で多くするか、
   或いは前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を２パス構造にすると共に、前記伝熱管の下部に導入される蒸気を主とする冷媒の導入量を、前記伝熱管の被冷却流体折り返し側で多くすることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４に記載の冷凍装置の蒸発器。
6. 凝縮器からの冷媒が供給される冷凍装置の蒸発器において、
   前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を１パス構造にすると共に、前記冷媒の蒸発器への導入位置を、前記伝熱管の下部の被冷却流体出口側とするか、
   或いは前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を２パス構造にすると共に、前記冷媒の蒸発器への導入位置を、前記伝熱管の下部の被冷却流体折り返し側とすることを特徴とする冷凍装置の蒸発器。
7. 凝縮器からの冷媒が供給される冷凍装置の蒸発器において、
   前記蒸発器の缶胴内の伝熱管と前記冷媒の前記伝熱管下部への導入位置との間を多孔板で仕切り、
   前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を１パス構造にすると共に、前記伝熱管の被冷却流体出口側に対向する部分の多孔板の単位面積当たりの開口面積を多孔板の他の部分の開口面積に比べて大きくするか、
   或いは前記蒸発器の伝熱管の内部を流れる被冷却流体を２パス構造にすると共に、前記伝熱管の被冷却流体折り返し側に対向する部分の多孔板の単位面積当たりの開口面積を多孔板の他の部分の開口面積に比べて大きくすることを特徴とする冷凍装置の蒸発器。
8. 少なくとも、被冷却流体から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、前記冷媒蒸気を圧縮して高圧蒸気にする圧縮機と、高圧蒸気を冷却流体で冷却して凝縮させる凝縮器とを有する冷凍装置において、
   前記蒸発器として、請求項１乃至７の内の何れかに記載の蒸発器を用いたことを特徴とする冷凍装置。

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