JP6295051B2 - 圧縮式冷凍機用凝縮器 - Google Patents
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Description
図12に示すように、凝縮器100は、円筒形の缶胴101内に、多数の伝熱管102を千鳥状に配列した伝熱管群103を配置して構成されている。冷媒ガスGは、缶胴101の上部にある冷媒入口101INより流入し、冷媒液は缶胴101の下部にある冷媒出口101OUTから流出する。多数の伝熱管102からなる伝熱管群103は、缶胴101の中心より上側の上段伝熱管群103Uと下側の下段伝熱管群103Lとから構成されている。伝熱管群103と缶胴101の缶壁の間は、製造上の問題により、やや広めに隙間Cを設けている。
また、伝熱管群103の中を流れる冷媒ガスの体積流量が少ないため、伝熱管群103の中を流れる冷媒ガスの流速が小さい場合、伝熱管102の表面で凝縮した冷媒液を吹き飛ばすことが出来ず、伝熱管の表面の液膜厚が大きくなり、熱抵抗となる。そのため、伝熱が低下して、凝縮器の性能が十分に発揮されないという問題がある。
本発明によれば、上部バッフル板により、上段伝熱管群の一部を覆うことにより冷媒ガスが上段伝熱管群内に流れ込む間口を狭め、凝縮液が集まり易い伝熱管群の中央部にガスを集めるようにしている。この方式は、高圧冷媒ガスの中でもやや比容積が小さいガスを使用する場合に有効である。そして、バッフル板により下段伝熱管群を覆うことにより、伝熱管群中央を吹き抜ける冷媒ガス量が増し、凝縮液を伝熱管表面から吹き飛ばす機能を向上させることができる。
本発明の第2の態様は、冷水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、冷媒を羽根車によって圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えた圧縮式冷凍機において、前記凝縮器は、請求項1に記載の凝縮器であることを特徴とする圧縮式冷凍機である。
本発明によれば、伝熱管の表面の液膜の厚さが減少し、伝熱性能が向上し、冷凍機全体の冷凍効率を向上させることができる。
本発明の実施形態によれば、円筒状の缶胴と、該缶胴の両端を閉塞する管板と、前記缶胴内に配置された伝熱管群とを備え、前記缶胴内に導入された冷媒ガスと前記伝熱管群を流通する冷却水との間で熱交換を行って冷媒ガスを凝縮させる圧縮式冷凍機用凝縮器において、前記缶胴の内壁と前記伝熱管群との間の隙間に、該隙間を通って冷媒ガスが下流側に吹き抜けることを防止するバッフル板を設け、前記伝熱管群は、前記缶胴の中心より上側の上段伝熱管群と下側の下段伝熱管群とを備え、前記バッフル板は、前記下段伝熱管群の下部の伝熱管配列に沿うように設けられ、前記バッフル板の上端部は、前記缶胴の内壁に接触している。
上記実施形態によれば、下段伝熱管群の下部の伝熱管配列に沿うように設けられたバッフル板により、冷媒ガスが未凝縮のまま伝熱管群を抜け出さないようにすることができる。
上記実施形態によれば、上段伝熱管群と下段伝熱管群の中間位置にあるバッフル板により、上段伝熱管群の中を通過せずに下段伝熱管群に吹き抜ける冷媒ガスの流れを抑制することができる。
上記実施形態によれば、上段伝熱管群の最上部の位置にあるバッフル板により、凝縮液が中央に集まる傾向があるため、より伝熱管群中央を冷媒ガスが抜けるようにすることができる。これにより、伝熱管群中央に集まっている凝縮液を効果的に吹き飛ばすことができる。
上記実施形態によれば、バッフル板により下段伝熱管群を覆うことにより、伝熱管群中央を吹き抜ける冷媒ガス量が増し、凝縮液を伝熱管表面から吹き飛ばす機能を向上させることができる。
上記実施形態によれば、上段伝熱管群の上部の伝熱管は、バッフル板に覆われることなく開放されることにより、上段伝熱管群の上部全体から冷媒ガスが流れ込むことが可能となる。すなわち、冷媒ガスが上段伝熱管群内に流れ込む間口を広げ、冷媒ガスが上段伝熱管群に入り易くしている。この方式は、高圧冷媒ガスの中でもやや比容積が大きいガスを使用する場合に有効である。そして、バッフル板により上段伝熱管群の下部と下段伝熱管群を覆うことにより、伝熱管群中央を吹き抜ける冷媒ガス量が増し、凝縮液を伝熱管表面から吹き飛ばす機能を向上させることができる。
(1)バッフル板からなる吹き抜け防止板により、冷媒ガスは伝熱管群の内部の方へ導かれ、伝熱管群全体の交換熱量を増加させることができる。また、缶胴内壁と伝熱管群との間の冷媒ガスの吹き抜けを防止することができるため、伝熱管群の内部を流れる冷媒ガスの流速が大きくなるので、冷媒ガスの流れにより伝熱管の表面の凝縮液を吹き飛ばすことができ、伝熱管の表面の液膜の厚さが減少し、伝熱管の熱抵抗が下がる。
(2)伝熱管の熱抵抗が下がった分、凝縮伝熱が良くなり、凝縮器の性能が十分に発揮できるようになる。その結果、更に伝熱面積を減らし、よりコンパクトな凝縮器にすることが可能となる。
図1は、本発明に係る凝縮器を備えたターボ冷凍機を示す模式図である。図1に示すように、ターボ冷凍機は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機1と、圧縮された冷媒ガスを冷却水(冷却流体)で冷却して凝縮させる凝縮器2と、冷水(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3と、凝縮器2と蒸発器3との間に配置される中間冷却器であるエコノマイザ4とを備え、これら各機器を冷媒が循環する冷媒配管5によって連結して構成されている。冷媒にはR134a等の高圧冷媒を用いている。
図11(a)に示すように、従来の伝熱管群103においては、伝熱管群103の中を流れる冷媒ガスの体積流量が少ないため、伝熱管群103の中を流れる冷媒ガスの流速が小さいので、伝熱管102の表面に凝縮液が滞留し、伝熱管102の表面の液膜LFの厚さが増加し、熱抵抗となる。
図11(b)に示すように、本発明の伝熱管群14においては、バッフル板からなる吹き抜け防止板により、缶胴内壁と伝熱管群との間の冷媒ガスの吹き抜けを防止することができるため、冷媒ガスは伝熱管群14の内部の方へ導かれ、冷媒ガスの流速が大きくなるので、冷媒ガスの流れにより伝熱管13の表面の凝縮液を吹き飛ばすことができる。したがって、伝熱管13の表面の液膜LFの厚さが減少し、伝熱性能が向上する。
2 凝縮器
3 蒸発器
4 エコノマイザ
5 冷媒配管
8 流路
11 缶胴
11IN 冷媒入口
11OUT 冷媒出口
12 管板
13 伝熱管
14 伝熱管群
14L 下段伝熱管群
14U 上段伝熱管群
15L ヘッダ部
15R ヘッダ部
15IN 冷却水出口
15OUT 冷却水出口
16 仕切板
17 バッフル板
18 バッフル板
19 バッフル板
20 バッフル板
21 バッフル板
21a 上部バッフル板
21b 下部バッフル板
22 バッフル板
22a 上部バッフル板
22b 下部バッフル板
21c 折曲部
22 バッフル板
23 バッフル板
23a 上部バッフル板
23b 中間部バッフル板
23c 下部バッフル板
100 凝縮器
101 缶胴
102 伝熱管
103 伝熱管群
103L 下段伝熱管群
103U 上段伝熱管群
C 隙間
L 液膜
G 冷媒ガス
Claims (2)
- 円筒状の缶胴と、該缶胴の両端を閉塞する管板と、前記缶胴内に配置された伝熱管群とを備え、前記缶胴内に導入された冷媒ガスと前記伝熱管群を流通する冷却水との間で熱交換を行って冷媒ガスを凝縮させる圧縮式冷凍機用凝縮器において、
前記缶胴の内壁と前記伝熱管群との間の隙間に、該隙間を通って冷媒ガスが下流側に吹き抜けることを防止するバッフル板を設け、
前記伝熱管群は、前記缶胴の中心より上側の上段伝熱管群と下側の下段伝熱管群とを備え、
前記バッフル板は、前記上段伝熱管群の上部の伝熱管配列に沿うように斜め上方に傾斜した上部バッフル板と、前記上段伝熱管群の下部の伝熱管配列および前記下段伝熱管群の上部の伝熱管配列に沿うように略垂直方向に延びる中間部バッフル板と、前記下段伝熱管群の下部の伝熱管配列に沿うように斜め下方に傾斜した下部バッフル板とから構成され、
前記上部バッフル板と前記中間部バッフル板との間の角部および前記中間部バッフル板と前記下部バッフル板との間の角部は、ともに前記缶胴の内壁に接触していることを特徴とする圧縮式冷凍機用凝縮器。 - 冷水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、冷媒を羽根車によって圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えた圧縮式冷凍機において、
前記凝縮器は、請求項1に記載の凝縮器であることを特徴とする圧縮式冷凍機。
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