JP2009250566A - 多管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 多管式熱交換器における伝熱管の冷媒流量を増加させることにより、伝熱効率の向上を図る。
【解決手段】 被冷却流体Ｗが流通する胴体１内に多数の伝熱管２，２・・を水平に配設し、該胴体１の両端に、前記伝熱管２，２・・内への冷媒入口４および冷媒出口５となる冷媒出入口部３と、前記伝熱管２，２・・内を流れる冷媒が還流する冷媒還流部６とを配設してなる多管式熱交換器において、前記冷媒還流部６に、液冷媒Ｘが貯溜される液溜まり部７を設けるとともに、該液溜まり部７の液冷媒Ｘを前記冷媒入口４へ還流させる還流通路８を形成して、冷媒還流部６の液溜まり部７に貯溜された液冷媒Ｘが還流通路８を介して冷媒入口４に還流されるようにしている。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、乾式水クーラとして使用されるシェルアンドチューブタイプの多管式熱交換器に関するものである。

例えば、シェルアンドチューブタイプの多管式熱交換器は、図３に示すように、被冷却流体が流通する胴体１内に多数の伝熱管２，２・・を水平に配設し、該胴体１の両端に、前記伝熱管２，２・・内への冷媒入口４および冷媒出口５となる冷媒出入口部３と、前記伝熱管２，２・・内を流れる冷媒が還流する冷媒還流部６とを配設して構成されている。

この種の多管式熱交換器は、特許文献１にも開示されているように、従来からよく知られている。

特開２０００−２２７２９９号公報。

上記構成の多管式熱交換器を乾式水クーラとして使用する場合、図３に示すように、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張機構１３および多管式熱交換器１４からなる冷凍サイクルに組み込んで使用される。図３において、符号１５は水入口、１６は水出口である。

上記冷凍サイクルの場合、圧縮機１１で圧縮されたガス冷媒が凝縮器１２において凝縮液化されて液冷媒となり、該液冷媒が膨張機構１３にて減圧された後、蒸発器として機能する多管式熱交換器１４に導かれ、該多管式熱交換器１４において蒸発気化する過程で水入口１５から供給され、水出口１６から導出される水Ｗを冷却することとなっているが、冷媒循環量が十分でないと、図４に示すように、伝熱管２内を流れる液冷媒Ｘが下部に偏ってしまい、伝熱管２内面の濡れ面が少なくなってしまう。すると、伝熱管２内を流れる液冷媒Ｘから伝熱管２外を流れる被冷却流体（例えば、水Ｗ）への伝熱効率が悪くなってしまうという不具合が発生する。

本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、多管式熱交換器における伝熱管の冷媒流量を増加させることにより、伝熱効率の向上を図ることを目的としている。

本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、被冷却流体Ｗが流通する胴体１内に多数の伝熱管２，２・・を水平に配設し、該胴体１の両端に、前記伝熱管２，２・・内への冷媒入口４および冷媒出口５となる冷媒出入口部３と、前記伝熱管２，２・・内を流れる冷媒が還流する冷媒還流部６とを配設してなる多管式熱交換器において、前記冷媒還流部６に、液冷媒Ｘが貯溜される液溜まり部７を設けるとともに、該液溜まり部７の液冷媒Ｘを前記冷媒入口４へ還流させる還流通路８を形成している。

上記のように構成したことにより、多管式熱交換器における冷媒還流部６の液溜まり部７に貯溜された液冷媒Ｘが還流通路８を介して多管式熱交換器における冷媒入口４に還流されることとなり、多管式熱交換器における伝熱管２，２・・に供給される冷媒循環量が液溜まり部８から還流される液冷媒Ｘの分だけ増加することとなる。従って、各伝熱管２の内面での濡れ面が増加することとなり、伝熱管２内を流れる液冷媒Ｘから伝熱管２外を流れる被冷却流体水Ｗへの伝熱効率が向上することとなる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えた多管式熱交換器において、前記液溜まり部７の液冷媒Ｘを前記冷媒入口４へ還流させる冷媒送給手段９を付設することもでき、そのように構成した場合、液溜まり部７に貯溜された液冷媒Ｘが冷媒送給手段９の送給作用により冷媒入口４へ円滑かつ確実に還流されることとなる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第３の手段として、上記第２の手段を備えた多管式熱交換器において、前記冷媒送給手段９として、前記冷媒入口４に連通する入口管１０における前記還流通路８の接続部に介設されるエゼクタを採用することもでき、そのように構成した場合、エゼクタ９において生ずる負圧により液溜まり部７に貯溜された液冷媒Ｘが還流通路８を介して入口管１０に供給されることとなり、なんら動力を用いることなく、多管式熱交換器における伝熱管２，２・・への冷媒循環量を増加させることが可能となる。

本願発明の第１の手段によれば、被冷却流体Ｗが流通する胴体１内に多数の伝熱管２，２・・を水平に配設し、該胴体１の両端に、前記伝熱管２，２・・内への冷媒入口４および冷媒出口５となる冷媒出入口部３と、前記伝熱管２，２・・内を流れる冷媒が還流する冷媒還流部６とを配設してなる多管式熱交換器において、前記冷媒還流部６に、液冷媒Ｘが貯溜される液溜まり部７を設けるとともに、該液溜まり部７の液冷媒Ｘを前記冷媒入口４へ還流させる還流通路８を形成して、冷媒還流部６の液溜まり部７に貯溜された液冷媒Ｘが還流通路８を介して冷媒入口４に還流されるようにしたので、伝熱管２，２・・に供給される冷媒循環量が液溜まり部８から還流される液冷媒Ｘの分だけ増加することとなり、各伝熱管２の内面での濡れ面が増加することとなって、伝熱管２内を流れる液冷媒Ｘから伝熱管２外を流れる被冷却流体Ｗへの伝熱効率が向上するという効果がある。

本願発明の第２の手段におけるように、上記第１の手段を備えた多管式熱交換器において、前記液溜まり部７の液冷媒Ｘを前記冷媒入口４へ還流させる冷媒送給手段９を付設することもでき、そのように構成した場合、液溜まり部７に貯溜された液冷媒Ｘが冷媒送給手段９の送給作用により冷媒入口４へ円滑かつ確実に還流されることとなる。

本願発明の第３の手段におけるように、上記第２の手段を備えた多管式熱交換器において、前記冷媒送給手段９として、前記冷媒入口４に連通する入口管１０における前記還流通路８の接続部に介設されるエゼクタを採用することもでき、そのように構成した場合、エゼクタ９において生ずる負圧により液溜まり部７に貯溜された液冷媒Ｘが還流通路８を介して入口管１０に供給されることとなり、なんら動力を用いることなく、多管式熱交換器における伝熱管２，２・・への冷媒循環量を増加させることが可能となる。

以下、添付の図面を参照して、本願発明の好適な実施の形態について説明する。

この多管式熱交換器は、図１に示すように、被冷却流体である水Ｗが流通する胴体１内に多数の伝熱管２，２・・を水平に配設し、該胴体１の両端に、前記伝熱管２，２・・内への冷媒入口４および冷媒出口５となる冷媒出入口部である前蓋３と、前記伝熱管２，２・・内を流れる冷媒が還流する冷媒還流部である後蓋６とを配設して構成されている。

上記構成の多管式熱交換器を乾式水クーラとして使用する場合、図１に示すように、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張機構１３および多管式熱交換器１４からなる冷凍サイクルに組み込んで使用される。図１において、符号１５は水入口、１６は水出口である。

本実施の形態においては、冷媒還流部である後蓋６には、液冷媒Ｘが貯溜される液溜まり部７が設けられており、該液溜まり部７の液冷媒Ｘを前記冷媒入口４へ還流させる還流通路８が形成されている。そして、前記冷媒入口４に連通する入口管１０における前記還流通路８の接続部には、前記液溜まり部７の液冷媒Ｘを前記冷媒入口４へ還流させる冷媒送給手段として機能するエゼクタ９が介設されている。該エゼクタ９は、前記入口管１０を流れる液冷媒Ｘの流速を加速する加速部９ａを備えており、該加速部９ａの直下流側に前記還流通路８が接続されている。従って、このエゼクタ９においては、前記加速部９ａの直下流側に負圧が生ずることとなり、該負圧により還流通路８を介して液溜まり部７の液冷媒Ｘが冷媒入口４へ還流されることとなる。

上記冷凍サイクルの場合、圧縮機１１で圧縮されたガス冷媒が凝縮器１２において凝縮液化されて液冷媒となり、該液冷媒が膨張機構１３にて減圧された後、蒸発器として機能する多管式熱交換器１４に導かれ、該多管式熱交換器１４において蒸発気化する過程で水入口１５から供給され、水出口１６から導出される水Ｗを冷却することとなっている。

ところで、本実施の形態においては、後蓋６の液溜まり部７に貯溜された液冷媒Ｘがエゼクタ９の下流側に生ずる負圧により還流通路８を介して冷媒入口４に還流されることとなっているので、伝熱管２，２・・に供給される冷媒循環量が液溜まり部８から還流される液冷媒Ｘの分だけ増加することとなる。つまり、冷凍サイクルにおける冷媒循環量Ｇと還流通路８を介して還流する冷媒還流量ｇとの合計が多管式熱交換器における冷媒供給量となり、図２に示すように、各伝熱管２の内面での濡れ面が増加することとなる。その結果、伝熱管２内を流れる液冷媒Ｘから伝熱管２外を流れる水Ｗへの伝熱効率が向上する。

しかも、液溜まり部７の液冷媒Ｘを前記冷媒入口４へ還流させる冷媒送給手段として、冷媒入口４に連通する入口管１０における還流通路８の接続部に介設されるエゼクタ９を採用したことにより、エゼクタ９において生ずる負圧により液溜まり部７に貯溜された液冷媒Ｘが還流通路８を介して入口管１０に供給されることとなり、なんら動力を用いることなく、多管式熱交換器における伝熱管２，２・・への冷媒循環量を増加させることが可能となる。

上記実施の形態においては、冷媒送給手段としてエゼクタを採用しているが、還流通路の途中にポンプを介設して冷媒送給手段とすることもできる。

なお、上記実施の形態においては、冷媒が胴体内を１往復することとなっているが、胴体内を冷媒が２往復する場合にも本願発明は適用可能である。その場合においても、液溜まり部は、冷媒還流部に設けられる。

本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更可能なことは勿論である。

本願発明の実施の形態にかかる多管式熱交換器を用いた冷凍サイクルが示されている。 本願発明の実施の形態にかかる多管式熱交換器における伝熱管の拡大断面図である。 従来の多管式熱交換器を用いた冷凍サイクルが示されている。 従来の多管式熱交換器における伝熱管の拡大断面図である。

符号の説明

１は胴体
２は伝熱管
３は冷媒出入口部（前蓋）
４は冷媒入口
５は冷媒出口
６は冷媒還流部（後蓋）
７は液溜まり部
８は還流通路
９は冷媒送給手段（エゼクタ）
１０は入口管
Ｗは被冷却流体（水）
Ｘは液冷媒

Claims (3)

1. 被冷却流体（Ｗ）が流通する胴体（１）内に多数の伝熱管（２），（２）・・を水平に配設し、該胴体（１）の両端には、前記伝熱管（２），（２）・・内への冷媒入口（４）および冷媒出口（５）となる冷媒出入口部（３）と、前記伝熱管（２），（２）・・内を流れる冷媒が還流する冷媒還流部（６）とを配設してなる多管式熱交換器であって、前記冷媒還流部（６）には、液冷媒（Ｘ）が貯溜される液溜まり部（７）を設けるとともに、該液溜まり部（７）の液冷媒（Ｘ）を前記冷媒入口（４）へ還流させる還流通路（８）を形成したことを特徴とする多管式熱交換器。
2. 前記還流通路（８）には、前記液溜まり部（７）の液冷媒（Ｘ）を前記冷媒入口（４）へ還流させる冷媒送給手段（９）を付設したことを特徴とする請求項１記載の多管式熱交換器。
3. 前記冷媒送給手段（９）として、前記冷媒入口（４）に供給される冷媒を加速するエゼクタを採用したことを特徴とする請求項２記載の多管式熱交換器。

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