JP2004340546A - 冷凍機用蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】２分割蒸発器に適用されキャリオーバの防止効果を高めたデミスタ配置を持つ、冷凍機用蒸発器を提供する。
【解決手段】冷媒が導入される容器２１がその長手方向に延在する仕切壁１６により分割され、分割された各領域内に、冷水が流通する複数の伝熱管１５が束状に配設されて、容器２１の長手方向に延在する各伝熱管群と、各領域に対応した冷媒ガス吸込管２とを備えた構成であって、各伝熱管群は、順方向に延在する往路側の伝熱管群１３と、その往路側の伝熱管群１３の端部から折り返されて逆方向に隣接して延在する復路側の伝熱管群１４とが、折り返し部を介して連続して成る構成において、各領域内の伝熱管群１３，１４上方に、冷媒の液滴或いはミストを捕集するワイヤメッシュデミスタ１２を設け、これが容器２１の長手方向から見て所定の角度傾斜して配置されて成る構成とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被冷却物（例えば水，ブライン等）と冷媒との間で熱交換を行ってその被冷却物を冷却する冷凍機用蒸発器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばビルのような大規模構造物においては、冷凍機で冷却した被冷却物を、構造物内に布設した配管を通じて循環させ、居室の空気と熱交換させることにより、冷房を行うようにしている。なお、ここで述べる従来の冷凍機、及び後述する本発明に係る冷凍機は、３００〜３０００冷凍トン（ＵＳＲＴ）程度のもの、特に２０００〜３０００冷凍トンクラスの大型のものを対象としている。但し、これに限定される訳ではない。
【０００３】
さて、図１１は従来の冷凍機を示す外観斜視図であり、図１２は従来の冷凍機の概略構成図である。図１２の（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は蒸発器部分の平面断面図となっている。なお、図１２では中間冷却器の図示を省略している。これは、後述する実施形態においても同様である。各図に示すように、冷凍機は主として蒸発器１，圧縮機３，凝縮器６等により構成されている。凝縮器６では、冷却水と気体状の冷媒との間で熱交換が行われ、冷媒が凝縮，液化される。
【０００４】
凝縮された冷媒は冷媒液溜７に一旦溜められ、続いて冷媒液配管８を通って、途中の膨張弁９で減圧されつつ、蒸発器１に供給される。蒸発器１では、凝縮された冷媒と被冷却物である冷水との間で熱交換が行われ、冷水が冷却されるとともに、冷媒が蒸発，気化する。蒸発器１において冷却された冷水は、ビルの空調等に利用される。
【０００５】
蒸発，気化した冷媒は、冷媒ガス吸込管２を経て圧縮機３に到達する。圧縮機３では冷媒が圧縮され、冷媒ガス吐出管５を経て凝縮器６へと供給される。なお、図１１のＭは中間冷却器であり、凝縮器６から出た冷媒は、一旦この中間冷却器Ｍに入って気液分離される。そして、液体の冷媒は蒸発器１に供給され、気体の冷媒は圧縮機３へと戻される仕組みである。その他、図１１における４は圧縮機用のモータ、ＯＰは操作盤である。
【０００６】
図１３は、上述したような冷凍機に具備される従来の蒸発器を示す左側面断面図である。同図（ａ）に示すように、蒸発器１では、冷媒が導入される円筒状の容器２１の中に、被冷却物である冷水を流通させる複数（多数）の伝熱管１５が、同図（ｂ）に示すように束状且つ千鳥状に群をなして、順方向に延在する往路側（１パス側）の伝熱管群１３、及び逆方向に隣接して延在する復路側（２パス側）の伝熱管群１４として、紙面に垂直方向に配設されている。
【０００７】
伝熱管群１３は冷水入口２２に連通しており、伝熱管群１４は冷水出口２３に連通している。また、伝熱管群１３，１４は容器２１の中心位置付近から下方に配設されており、それら全てが冷媒液に浸されている。その他、容器２１の上部からは、冷媒ガス吸込管２が斜め上方へと延びている。
【０００８】
伝熱管群１３，１４の上方であって冷媒ガス吸込管２の下方位置には、所定の厚みを有する略直方体形状のワイヤメッシュデミスタ１２が、底板２４により下方から支えられて、伝熱管の全長に対向して配置されている。このワイヤメッシュデミスタは、例えば線条径が０．２５ｍｍ，空間率９７．５％となっており、３μｍ以上のミストに対して高効率で捕集可能なタイプを使用している。ワイヤメッシュデミスタ１２は、同図に示すように、伝熱管群１３からの距離が伝熱管群１４からの距離より遠くなるように、長手方向より見て所定の角度θ（例えば水平に対して０゜〜１５゜前後までの範囲で）傾いている。
【０００９】
これは、往路側（１パス側）の伝熱管群１３（更にはその入口側）の方が、伝熱管内の冷水温度と、冷媒の蒸発温度との温度差が大きく、蒸発が激しく起こるので、ガスの流れの中に液滴或いはミストが伴ういわゆるキャリオーバ（気液同伴）しやすいため、その対策を講じたものである。つまり、キャリオーバしやすい伝熱管群１３側のワイヤメッシュデミスタ１２を高くして、冷媒の液滴或いはミストがこれに到達するまでに、自然落下により冷媒ガスから重力分離してしまおうとするものである。
【００１０】
さらに、ワイヤメッシュデミスタ１２が傾いていることにより、捕集された液滴或いはミストが側方へ流れ落ちるので、再飛散することが防止されるといった効果もある。これに加えて、後述するように、冷媒ガス吸込管２をできるだけ復路側（２パス側）の伝熱管群１４側に配置することにより、冷媒の液滴或いはミストが圧縮機３に到達しにくいようにしている。冷媒の液滴或いはミストが圧縮機３に到達すると、圧縮機内のインペラの損耗の恐れがあることから、冷媒の液滴或いはミストの圧縮機への到達を防止するものである。
【００１１】
図１２に戻って、伝熱管群１３，１４は、容器２１内の長手方向に延在しており、両端がそれぞれ水室１０に連通している。同図（ｃ）中、右側に位置する冷水の出入口側の水室１０は、仕切壁１１で仕切られており、冷水入口２２側と冷水出口２３側とに分けられていて、冷水入口２２側は伝熱管群１３に、冷水出口２３側は伝熱管群１４に、それぞれ連通している。
【００１２】
一方、図中左側に位置する水室１０は、伝熱管群１３，１４いずれにも連通しており、折り返し部２５を形成していて、ここで伝熱管群１３，１４同士が連通して構成されている。同図における矢印は冷水の流れる方向を示す。また、冷媒ガス吸込管２は、伝熱管群１３の冷水入口２２側から伝熱管１５の長さ方向の１／２を越えた奥部の領域であって、且つ伝熱管群１４側に配置されている。これにより、上述したように、冷媒の液滴或いはミストが圧縮機３に到達しにくいようにしている。
【００１３】
以上のような構成からなる蒸発器１において、冷水との熱交換によって沸騰した冷媒ガスは、冷媒の液滴或いはミストを含みながら吹き上げられ、ワイヤメッシュデミスタ１２を通過する際に液滴或いはミストが除去された後、容器２１上部の冷媒ガス吸込管２から図示しない圧縮機へと吸い込まれる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の蒸発器におけるデミスタ配置は、蒸発器を軸方向（長手方向）に延在する仕切壁により２分割して被冷却物の冷却系統を２系統とした、いわゆる２分割蒸発器には適用できない。本発明は、このような問題点に鑑み、２分割蒸発器に適用されキャリオーバの防止効果を高めたデミスタ配置を持つ、冷凍機用蒸発器を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本実施形態では、冷媒が導入される容器がその長手方向に延在する仕切壁により分割され、前記容器の分割された各領域内に、前記冷媒により冷却される被冷却物が流通する複数の伝熱管が束状に配設されて、前記容器の長手方向に延在する各伝熱管群と、前記各領域に対応した冷媒ガス排出部材とを備えた冷凍機用蒸発器であって、前記各伝熱管群は、順方向に延在する往路側の伝熱管群と、その往路側の伝熱管群の端部から折り返されて逆方向に隣接して延在する復路側の伝熱管群とが、折り返し部を介して連続して成る冷凍機用蒸発器において、前記各領域内の伝熱管群上方に、前記冷媒の液滴或いはミストを捕集するデミスタを設け、その各デミスタは前記容器の長手方向から見て所定の角度傾斜して配置されて成ることを特徴とする。
【００１６】
また、前記各領域のうち、往路側の管群域が復路側の管群域に対して小さい側の前記冷媒ガス排出部材は、前記被冷却物の入口側から遠い側に配置されて成ることを特徴とする。加えて、前記往路側の管群域が復路側の管群域に対して小さい側とは異なる側の前記冷媒ガス排出部材は、復路側の管群域寄りに配置されて成ることを特徴とする。
【００１７】
また、前記デミスタは、前記往路側の伝熱管群からの距離が前記復路側の伝熱管群からの距離より遠くなるように配置されて成ることを特徴とする。
【００１８】
また、前記容器は長手方向から見て左右に２分割されて成り、前記容器の左右に２分割された各領域内に設けたデミスタは、内側が高く外側が低くなるように山型に配置されて成ることを特徴とする。或いは、デミスタは内側が低く外側が高くなるように谷型に配置されて成ることを特徴とする。
【００１９】
また、前記容器は長手方向から見て左右に２分割されて成り、前記容器の左右に２分割された各領域内に設けた伝熱管群は、それぞれ往路側が外側に配置され、復路側が内側に配置されて成ることを特徴とする。或いは、それぞれ往路側が内側に配置され、復路側が外側に配置されて成ることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るターボ冷凍機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、上記従来の技術と共通する部分については同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。図１は、本発明に係る冷凍機の概略構成図である。同図の（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は蒸発器部分の平面断面図となっている。
【００２１】
本発明に係る冷凍機は、同図（ｂ）に示すように、蒸発器１をその中央で軸方向（長手方向）に延在する仕切壁１６により左右２分割し、また凝縮器６をその中央で軸方向（長手方向）に延在する仕切壁１７により左右２分割して、冷媒の循環系統を２系統としている。同図（ｃ）に示すように、仕切壁１６により２分割された蒸発器１の、それぞれの冷水系統における伝熱管群１３，１４は、容器２１内の長手方向に延在しており、両端がそれぞれ水室１０に連通している。
【００２２】
また、右側に位置する冷水の出入口側の水室１０は、仕切壁１６が延長された仕切壁１６ａにより２分割されている。そして、分割されたそれぞれの水室１０が、更に仕切壁１１で仕切られており、冷水入口２２側と冷水出口２３側とに分けられていて、冷水入口２２側は伝熱管群１３に、冷水出口２３側は伝熱管群１４に、それぞれ連通している。
【００２３】
一方、図中左側に位置する水室１０は、仕切壁１６が延長された仕切壁１６ｂにより２分割されている。そして、分割されたそれぞれの水室１０が、それぞれの冷水系統における伝熱管群１３，１４いずれにも連通しており、それぞれ折り返し部２５を形成していて、ここで伝熱管群１３，１４同士が連通して構成されている。同図における矢印は冷水の流れる方向を示す。
【００２４】
また、冷媒ガス吸込管２は容器２１の分割された各領域に対応して設けられており、２つの圧縮機３の配置関係より、一方は伝熱管１５の長さ方向の中央付近、もう一方は折り返し部２５側付近に配置されている。これらの配置は、同図ではそれぞれ蒸発器１の左側面に向かって右側及び左側となっている。冷媒ガス吸込管２の配置については後述する。各系統における冷媒の作用は、上記従来の技術で説明した内容と同様である。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図である。同図に示すように、本実施形態の蒸発器１では、冷媒が導入される円筒状の容器２１が、中央で軸方向（長手方向）に延在する仕切壁１６により左右２分割されている。そして、分割された各領域内に、被冷却物である冷水を流通させる複数（多数）の伝熱管１５が、従来の技術でも述べたように束状且つ千鳥状に群をなして、順方向に延在する往路側（１パス側）の伝熱管群１３、及び逆方向に隣接して延在する復路側（２パス側）の伝熱管群１４として、紙面に垂直方向に配設されている。容器２１の分割された各領域の上部からは、冷媒ガス吸込管２が上方に延びている。
【００２６】
容器２１の分割された各領域において、伝熱管群１３，１４の上方であって冷媒ガス吸込管２の下方位置には、所定の厚みを有する略直方体形状のワイヤメッシュデミスタ１２が、仕切壁１６を介して各領域に跨る底板２４により下方から支えられて、伝熱管の全長に対向して配置されている。ワイヤメッシュデミスタ１２は、同図に示すように、それぞれ伝熱管群１３からの距離が伝熱管群１４からの距離より遠くなるように、長手方向より見て所定の角度θ（例えば水平に対して０゜〜１５゜前後の範囲で）傾いている。これにより、従来と同様にしてキャリオーバ防止を図っている。ワイヤメッシュデミスタ１２の仕様は、上記従来の技術で示したものと同様である。
【００２７】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す平面断面図である。なお、本実施形態に係る冷凍機用蒸発器の左側面断面図は、図２で示されたものと同様である。本実施形態では、蒸発器１において、往路側（１パス側）の管群域が小さい（伝熱管１５の本数が少ない）側、即ち図２における右側の伝熱管群１３側では、図３に示すように、冷媒ガス吸込管２は、折り返し部２５側付近即ち冷水入口２２から遠い側に配置されている。これは、往路側の管群域が小さい側では管内流速が速いため、熱貫流率が高くて冷媒の蒸発量が多く、特に冷水入口に近い側ではキャリオーバしやすいので、これを避けるためである。
【００２８】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図である。また図５は、その冷凍機の左側面図である。本実施形態では、上記第２の実施形態の構成に加えて、蒸発器１において、図４における左側の、管内冷水温度と冷媒温度との温度差が小さく、冷媒の蒸発量が少ない復路側（２パス側）である伝熱管群１４側寄りに、冷媒ガス吸込管２ａを配置して斜め方向に取り出し、キャリオーバの防止を図っている。このような構成は、以下の実施形態においても変形例として共通して使用することができる。
【００２９】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図である。本実施形態では、上記第１〜第３のいずれかの実施形態に対して、蒸発器１において、右側のワイヤメッシュデミスタ１２の傾斜が逆となるように、即ち外側に傾斜するようにしている。これにより、ワイヤメッシュデミスタ１２の吸込面積を大きくし、ここを通過する冷媒ガスの流速を低下させ液滴或いはミストの捕集率を高くして、キャリオーバの防止を図っている。この場合、ワイヤメッシュデミスタ１２全体は左右対称であり、内側が高く外側が低くなるいわゆる山型配置となっている。
【００３０】
図７は、本発明の第５の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図である。本実施形態では、上記第１〜第３のいずれかの実施形態に対して、蒸発器１において、右側のワイヤメッシュデミスタ１２の傾斜はそのままに、取付位置を下げて例えば左側と同様の高さとなるようにしている。これにより、ワイヤメッシュデミスタ１２の吸込面積を大きくし、ここを通過する冷媒ガスの流速を低下させ液滴或いはミストの捕集率を高くして、キャリオーバの防止を図っている。
【００３１】
これに加えて、左右各部のワイヤメッシュデミスタ１２は、同図に示すように、それぞれ伝熱管群１３からの距離が伝熱管群１４からの距離より遠くなるように傾けられているので、これにより冷媒の液滴或いはミストが到達しにくいようになり、従来と同様にしてキャリオーバ防止を図ることができるようになっている。
【００３２】
図８は、本発明の第６の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図である。本実施形態では、蒸発器１において、往路側（１パス側）の伝熱管群１３が左右共外側に配置され、復路側（２パス側）の伝熱管群１４が左右共内側に配置されている。つまり、左右の伝熱管群のパス割りが対称となっている。そして、上記第４の実施形態と同様にして、ワイヤメッシュデミスタ１２全体は山型配置となっている。
【００３３】
この場合、伝熱管群１３側のワイヤメッシュデミスタ１２が低くなるので、冷媒の液滴或いはミストを自然落下により重力分離することについては不利となるが、装置周辺の配管の取り合いについては好都合となり、また引き回しを短くすることができるので、実用性は高いものとなる。
【００３４】
図９は、本発明の第７の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図である。本実施形態では、蒸発器１において、伝熱管群の配置は、上記第６の実施形態と同様に、往路側（１パス側）の伝熱管群１３が左右共外側に配置され、復路側（２パス側）の伝熱管群１４が左右共内側に配置されている。そして、ワイヤメッシュデミスタ１２全体は、第４，第６の実施形態とは逆に、内側が低く外側が高くなる左右対称のいわゆる谷型配置となっている。
【００３５】
この場合、蒸発の激しい伝熱管群１３側のワイヤメッシュデミスタ１２が高くなるので、これにより、冷媒の液滴或いはミストを自然落下により重力分離しやすいようにして、キャリオーバ防止を図っている。但し、ワイヤメッシュデミスタ１２の吸込面積は、山型配置とした場合と比較して少し小さくなる。
【００３６】
図１０は、本発明の第８の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図である。本実施形態では、左右の伝熱管群のパス割りが対称となってはいるが、上記第６の実施形態とは逆に、蒸発器１において、往路側（１パス側）の伝熱管群１３が左右共内側に配置され、復路側（２パス側）の伝熱管群１４が左右共外側に配置されている。そして、ワイヤメッシュデミスタ１２全体は山型配置となっている。
【００３７】
ここでは往路側（１パス側）即ち伝熱管群１３側の管群域を大きい（伝熱管１５の本数が多い）側に設定することで、往路側の管内流速を遅くし、熱貫流率を低減して冷媒の蒸発量を少なくし、キャリオーバの防止を図っている。さらに、比較的蒸発の激しい伝熱管群１３側のワイヤメッシュデミスタ１２が高くなるので、これにより、冷媒の液滴或いはミストを自然落下により重力分離しやすいようにして、キャリオーバ防止を図っている。加えて、山型配置によりワイヤメッシュデミスタ１２の吸込面積を大きくし、ここを通過する冷媒ガスの流速を低下させ液滴或いはミストの捕集率を高くして、キャリオーバの防止を図っている。
【００３８】
なお、特許請求の範囲で言う冷媒ガス排出部材は、実施形態における冷媒ガス吸込管に対応している。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２分割蒸発器に適用されキャリオーバの防止効果を高めたデミスタ配置を持つ、冷凍機用蒸発器を提供することができる。
【００４０】
また、冷媒の液滴或いはミストが圧縮機３に到達すると、圧縮機内のインペラの損耗の恐れがあることから、冷媒の液滴或いはミストの圧縮機への到達を防止するものであり、冷凍機の性能・信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍機の概略構成図。
【図２】第１の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図。
【図３】第２の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す平面断面図。
【図４】第３の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図。
【図５】第３の実施形態に係る冷凍機の左側面図。
【図６】第４の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図。
【図７】第５の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図。
【図８】第６の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図。
【図９】第７の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図。
【図１０】第８の実施形態に係る冷凍機用蒸発器を示す左側面断面図。
【図１１】従来の冷凍機を示す外観斜視図。
【図１２】従来の冷凍機の概略構成図。
【図１３】従来の蒸発器を示す左側面断面図。
【符号の説明】
１ 蒸発器
２ 冷媒ガス吸込管
３ 圧縮機
４ モータ
５ 冷媒ガス吐出管
６ 凝縮器
７ 冷媒液溜
８ 冷媒液配管
９ 膨張弁
１０ 水室
１１ 仕切壁
１２ ワイヤメッシュデミスタ
１３，１４ 伝熱管群
１５ 伝熱管
１６，１７ 仕切壁
２１ 容器
２２ 冷水入口
２３ 冷水出口
２４ 底板
２５ 折り返し部

Claims (8)

1. 冷媒が導入される容器がその長手方向に延在する仕切壁により分割され、前記容器の分割された各領域内に、前記冷媒により冷却される被冷却物が流通する複数の伝熱管が束状に配設されて、前記容器の長手方向に延在する各伝熱管群と、前記各領域に対応した冷媒ガス排出部材とを備えた冷凍機用蒸発器であって、
   前記各伝熱管群は、順方向に延在する往路側の伝熱管群と、該往路側の伝熱管群の端部から折り返されて逆方向に隣接して延在する復路側の伝熱管群とが、折り返し部を介して連続して成る冷凍機用蒸発器において、
   前記各領域内の伝熱管群上方に、前記冷媒の液滴或いはミストを捕集するデミスタを設け、該各デミスタは前記容器の長手方向から見て所定の角度傾斜して配置されて成ることを特徴とする冷凍機用蒸発器。
2. 前記各領域のうち、往路側の管群域が復路側の管群域に対して小さい側の前記冷媒ガス排出部材は、前記被冷却物の入口側から遠い側に配置されて成ることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機用蒸発器。
3. 前記往路側の管群域が復路側の管群域に対して小さい側とは異なる側の前記冷媒ガス排出部材は、復路側の管群域寄りに配置されて成ることを特徴とする請求項２に記載の冷凍機用蒸発器。
4. 前記デミスタは、前記往路側の伝熱管群からの距離が前記復路側の伝熱管群からの距離より遠くなるように配置されて成ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷凍機用蒸発器。
5. 前記容器は長手方向から見て左右に２分割されて成り、前記容器の左右に２分割された各領域内に設けたデミスタは、内側が高く外側が低くなるように山型に配置されて成ることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の冷凍機用蒸発器。
6. 前記容器は長手方向から見て左右に２分割されて成り、前記容器の左右に２分割された各領域内に設けたデミスタは、内側が低く外側が高くなるように谷型に配置されて成ることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の冷凍機用蒸発器。
7. 前記容器は長手方向から見て左右に２分割されて成り、前記容器の左右に２分割された各領域内に設けた伝熱管群は、それぞれ往路側が外側に配置され、復路側が内側に配置されて成ることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の冷凍機用蒸発器。
8. 前記容器は長手方向から見て左右に２分割されて成り、前記容器の左右に２分割された各領域内に設けた伝熱管群は、それぞれ往路側が内側に配置され、復路側が外側に配置されて成ることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の冷凍機用蒸発器。

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