CN101498533B - 真空装置的蒸汽冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空装置的蒸汽冷凝器，其对于真空干燥装置的蒸汽冷凝器，可实现传热性能的提高，制冷剂和冷凝面的真空蒸汽的传递温度差损失的降低。将真空干燥装置的蒸汽冷凝器中的制冷剂蒸发圆管从平滑管变更为带有内面槽的圆管，变形加工成扁平的椭圆管，将一对扁平面中的一个或两个处于与传热介质液体的通路的内壁面紧密贴合的状态，其安装于上述通路内，增加制冷剂蒸发椭圆管与蒸汽冷凝板内的传热介质液体的通路的内壁面的紧密贴合面积，并且安装沿设置于液体的通路内的制冷剂蒸发椭圆管，等间距地产生紊流的杆，搅乱制冷剂蒸发椭圆管外表面的层流，促进传热介质液体的对流薄膜传热。

Description

真空装置的蒸汽冷凝器

技术领域

本发明涉及在真空装置的蒸汽冷凝器中，特别是作为本申请人在先开发的日本特许第1177616号，日本特许第3644845号而提出的真空装置的蒸汽冷凝器的改进。

背景技术

真空装置的蒸汽冷凝器(收集器)按照下述方式组装而广泛使用，该方式为：为了将从真空室中的被处理物汽化的水和其它的溶剂的蒸汽冷凝捕集于低温冷却面，由此，将该真空室的真空压力维持在期望值，通过真空冻结装置、真空干燥装置、真空浓缩机、真空蒸馏机、真空冷却机、脱溶剂装置等的真空装置，构成其主要部分。

该真空装置的收集器(蒸汽冷凝器)为从冷冻装置的低温制冷剂供给使真空蒸汽冷凝的冷热量，从传热工程学的方面来看，为低温介质(制冷剂)和高温介质(真空蒸汽)的热交换器。在换热式的热交换器中，高温流体和低温流体通过传热壁而分隔，通过传热进行热交换。在该形式的装置中，包括有直接式(高低温流体直接的热交换)的第1方案的类型，间接式(在高低温流体之间进行中间流体的循环的间接热交换)的第2方案的类型和三重式(三介质之间的热交换)的第3方案的类型的3种方案。

针对组装于以进行干燥处理的被干燥物为主的医药品的真空冻结干燥装置中的形式，通过与装置整体的基本组成一起表示的概要说明图，对该第1～第3的3种形式的蒸汽冷凝器进行说明。

图1为最常用的普通型，蒸汽冷凝器(收集器)101为制冷剂直冷型的制冷剂干式蒸发器，图2为部分使用的类型，蒸汽冷凝器(收集器)102为“间接传热介质型”，其通过外部热交换器7进行通过制冷剂已冷却的传热介质液体循环。另外，图3的蒸汽冷凝器(收集器)103为制冷剂、传热介质液体均在内部循环的“三介质间热交换器”。

在图1～图3中，真空干燥室(兼冻结室)1、真空收集器室2、将连接它们的主管3a、主阀3、真空排气系统4等的真空系统(真空室的轮廓和设备与配管)全用“细线”表示。

冷冻装置(包括压缩机、油分离机、冷凝器、二级压缩的场合的中间冷却器等的全部。还包括二元冷凝的场合)11、副冷冻装置12、热交换器7的制冷剂蒸发器7a、副热交换器8的制冷剂蒸发器8a、制冷剂直冷型的收集器101的制冷剂蒸发器、三介质间热交换器的蒸汽冷凝器(收集器)103的制冷剂蒸发器，以及制冷剂系统通路、制冷剂阀13、制冷剂膨胀阀14(通过三角形表示)等的冷冻制冷剂循环系统全部通过“虚线”表示。

热板(兼作向被处理物供给干燥所必需的潜热，在图1～图3的实例中，供给被处理物体的预先冻结所必需的冷热的板)5、传热介质液体加热器6、上述的热交换器7的传热介质液体系统7b、副热交换器8的传热介质液体系统8b、间接传热介质液体型的蒸汽冷凝器(收集器)102的传热介质液体系统通路、三介质间热交换器的蒸汽冷凝器(收集器)103的传热介质液体系统通路、热板用传热介质液体泵9与蒸汽冷凝器(收集器)用传热介质泵10等的传热介质液体系统设备与系统通路全部通过“粗线”表示。

另外，在图2和图3中，标号15表示设置于传热介质液体的循环系统中的闸阀，但是，实际的各系统的配管系统通路和各种阀与系统通路内的设备排列的顺序的实际情况不一定为图示那样，该附图为为了说明作为在先技术而公开的日本特许第1177616号以及作为最先技术而公开的日本特许第3644845号而简化的图。

图4和图5为上述图3所示的三介质间热交换器的真空冻结干燥机的真空收集器室2和蒸汽冷凝器(收集器)103的纵向剖面(沿图5中的A-A线的剖面)与横向剖面(沿图4中的C-C线的剖面)，图4的蒸汽冷凝板a的内部的“较细的虚线”表示制冷剂R的流路(相当于由图6中的标号26表示的制冷剂管)，“较粗的虚线”表示沿与制冷剂管26的轴向相垂直的方向划分的蒸汽冷凝板a内的传热介质液体的流路(通路w)的边界(相当于图6中的与制冷剂管26平行的，由标号27表示的分隔壁)，图6为该蒸汽冷凝板a的一部分的剖视图。

三介质间热交换型的蒸汽冷凝器(收集器)103的蒸汽冷凝板a不但处于图4所示的状态，而且可像图7那样使真空收集器室2的内壁面呈圆筒状，通过安装于此处等方式，适当地设置于真空收集器室2的内部，在任意的场合，制冷剂管26通过焊接、压接和其它方式，处于与三重式的蒸汽冷凝器(收集器)103的蒸汽冷凝板紧密接触的状态，该三重式的蒸汽冷凝器(收集器)103的蒸汽冷凝板a起制冷剂R的传热翅片的作用。制冷剂R和传热介质液体B经由作为制冷剂管26的管壁和作为翅片板的蒸汽冷凝器(收集器)103进行热交换，传热介质液体B和真空蒸汽V(水蒸气)经由作为传热介质液体壁的蒸汽冷凝器(收集器)103的蒸汽冷凝板a进行热交换，另外，制冷剂R和真空蒸汽V经由作为制冷剂管26的传热翅片的蒸汽冷凝器(收集器)103的蒸汽冷凝板a进行热交换。这样，三个介质(制冷剂R、传热介质液体B、真空蒸汽V)中的任意的两个介质之间的热交换均通过边界金属壁，或上述翅片板而进行。标号28表示真空收集器室2的外壁。

在图1～图3那样的真空装置的蒸汽冷凝器(收集器)中，在过去，或在真空收集器室中设置冷冻装置的制冷剂蒸发器，其采用图1那样的“制冷剂直冷型蒸汽冷凝器101”；或如图2所示，通过包括以制冷剂蒸发器7a为冷却源的热交换器7(在下面称为冷却器7)和收集器系统传热介质循环泵10的收集器系统传热介质中间流体循环回路，使通过真空收集器室2之外的外部冷却器冷却的传热介质液体在真空收集器2内的“间接传热介质型蒸汽冷凝器102”中循环；或者，图3那样的，制冷剂和传热介质均采用在内部循环的“三介质间热交换器”。

采用“制冷剂直冷型”的蒸汽冷凝器(收集器)101的第1形式具有缺乏运转的稳定性，保养困难，并且温度控制困难，而且加热系统需要增加副冷冻装置和副热交换器等的不利因素。在采用“间接传热介质型”的蒸汽冷凝器(收集器)102的第2形式中，由于与改善上述第1形式的不利方面相反，具有没有冷却源制冷剂和收集器冷凝面的直接热交换，从中间流体传热介质到收集器冷凝面的热传递是间接的第1损失；以及由于外部热交换器7中的，从制冷剂蒸发器7a到传热介质液体的热交换的提高，传热介质侧的薄膜传热系数的增加，并且由于将通过该外部热交换器7冷却的传热介质液体运送到间接传热介质液体型的蒸汽冷凝器(收集器)102中，故为了保持该蒸汽冷凝器(收集器)102的进出温度差较小，必须要求大容量的传热介质循环泵10的第2热损失，另外，具有因从外界侵入热量，装置的各种设备、占有面积、运转能量的增加的不利方面，在此情况下除了设置真空收集器室2以外，还设置具有包括大型的热交换器7、传热介质循环泵10的外部传热介质的各种装置与闸阀15等的管。

采用作为“三介质间热交换器”的三重式的蒸汽冷凝器(收集器)103的第3形式涉及本申请人在先已开发的上述的日本特许第1177616号的发明(在下面称为最先发明)和日本特许第3644845号的发明(在下面称为在先发明)，如图3所示，与上述第2形式的场合相同，通过设置收集器系统传热介质液体循环回路，改善上述制冷剂直冷型的收集器101的不利方面，并且在真空收集器室2的内部，设置制冷剂蒸发器和传热介质液体的热交换器，通过在其中从任意侧，不经由对方的介质而将水蒸气冷却的三重热交换型蒸汽冷凝器(收集器)103，改善第2形式的“间接传热介质型”的蒸汽冷凝器(收集器)的各种缺陷，其已在医药品真空冻结干燥装置中普及，特别是在日本，占据上述过去的制冷剂直冷型和间接传热介质型的两种方式中的主流位置。

作为第3形式的最先发明和在先发明的三重式的蒸汽冷凝器(收集器)103为在制冷剂和传热介质液体与真空蒸汽(水蒸气)的三个介质中，在任意两个介质之间具有经由边界金属壁或与边界金属壁紧密接触的金属板的直接的热交换的三介质间热交换器，但是，在使真空蒸汽冷凝时，冷凝所必需的冷热量的一部分从制冷剂蒸发圆管(制冷剂管26)，通过直接膨胀与蒸汽冷凝器(收集器)103的冷凝面的真空蒸汽进行热交换，一部分从制冷剂经由循环传热介质体，传递给蒸汽冷凝器(收集器)的冷凝面的真空蒸汽。在此场合，蒸汽冷凝器(收集器)的真空蒸汽的冷凝能力从制冷剂蒸发圆管(制冷剂管26)，直接通过同真空蒸汽的传热量和循环传热介质体，与真空蒸气的热交换量有关，并且与经由该循环传热介质体的传热量与传热介质液体的薄膜传热率有关。

但是，在该最先发明的三重式的蒸汽冷凝器(收集器)103的蒸汽冷凝板a中，制冷剂蒸发器的制冷剂管26和作为金属板的蒸汽冷凝板a的紧密贴合面过小，由于制冷剂R的直接膨胀蒸发，与真空蒸汽V的热交换量少，制冷剂冷热量的较多量经过所循环的传热介质液体B，传递给蒸汽冷凝器(收集器)103的蒸汽冷凝板a的冷凝面的真空蒸汽V。

但是，近年来，特别是在医药品为被处理物的真空冻结干燥装置中，循环传热介质液体B采用硅油。该硅油的传热介质液体B处于低温、粘度高的状态，该传热介质液体B的薄膜传热系数降低。由此，蒸汽冷凝板a像图8所示的那样，按照在传热介质液体B的通路w的内部，将该通路w上下划分的方式，间隔开地设置与制冷剂管26相垂直的方向的推杆29，分别在其上方和下方，每次两根地设置制冷剂管26，通过推杆29支承，采用共计1倍量的4根制冷管26，补偿与通路w内的传热介质液体B的热交换面积的不足。由此，具有经由循环传热介质体的热交换经过两次的薄膜传热的温度差损失增加的不利方面，并且伴随冷冻装置的制冷剂氟限制强化，二级压缩式的冷冻装置的冷冻最低蒸发温度增加，直接冷却的传热量的过小，所循环的传热介质液体B的薄膜传热率的降低和新的制冷剂的限制，因此产生数℃传热温度差损失，对于真空冻结干燥装置所特别要求的-70℃以下的低温收集器是困难的。

另外，在该三重式的蒸汽冷凝器(收集器)103中，使传热介质液体B在传热介质体循环回路中循环的推进力采用循环泵9。显然，在该方案中，必需的循环泵9的容量小于过去的间接传热介质型蒸汽冷凝器(收集器)102的必需的循环泵，但是，还产生循环泵的发生热量造成的输入热损失。然而，在按照最先发明制作的三重式的蒸汽冷凝器(收集器)103中，由于传热介质侧的流路面积过大，为确保必要的薄膜传热系数，特别是在将硅树脂用作传热介质液体B的场合，必须增加循环泵的容量。由此，由于循环泵造成的输入热损失，制冷剂的有效冷热量减少，对于蒸汽冷凝器(收集器)的冷凝能力和到达温度是不利的。

在先发明改善了最先发明的收集器103的制冷剂管26的直接接触传热低下，将金属材料形成的圆筒状制冷管26变形加工为椭圆长轴与冷凝捕集面相平行的形状的扁平的椭圆管16，在处于通过该变形加工而形成的一对扁平面中的一个或两个与传热介质液体B的通路w的内壁面的顶壁17或底壁18紧密贴合的状态，将该管装入上述通路w的内部，由此，可增加作为该椭圆管16的制冷剂管26与蒸汽冷凝板a的内部的传热介质液体B的通路w的内壁面的紧密贴合面积，传热性能可提高，可减小制冷剂与冷凝面的真空蒸汽的传热温度差损失，同时可增加循环传热介质体的薄膜传热系数。

但是，在该在先发明的收集器中，制冷剂管26从轴向看，成形为左右方向为长轴、上下方向为短轴的扁平的椭圆管16，并且形成周壁面平滑的平滑管，在该制冷剂管26的内部，制冷剂R蒸发时，泡核沸腾的热传递降低，另外，在制冷剂管26之外的传热介质液体B的通路w的内部，循环传热介质沿椭圆管16的外表面平行地流动，流动状态为层流。形成于制冷剂管26的表面的传热介质液体B的速度边界层和温度边界层的厚度增加，对流热传递系数减小，制冷剂管26内的制冷剂与制冷剂管26之外的传热介质液体B的总传递系数减小，热交换性能降低。由此，在预先冻结时，作为隔板冷却器冷却速度慢，因传热温度差的增加，隔板到达温度也增加。在升华时，发生蒸汽冷凝器产生传热介质温度高，收集器冷凝能力降低，到达温度也增加的问题。

专利文献1：日本特许第1177616号

专利文献2：日本特许第3644845号

发明内容

本发明要解决的问题在于上述制冷剂管26内的制冷剂和制冷剂管26之外的传热介质液体的总热传递系数降低，热交换性能降低这些应改善的方面，探求制冷剂管26内的制冷剂泡核沸腾的热传递、管外的传热介质液体的薄膜传热均大幅增加，促进传热的方法。另外，由此，本发明的目的在于提供一种真空干燥装置的蒸汽冷凝器，其中，为了使收集器103的蒸汽冷凝板a不难以制作，使在先发明的收集器103的制冷剂管26的制冷剂泡核沸腾的热传递倍增，将制冷剂管26之外的传热介质液体B的层流边界层搅乱、产生紊流，也使传热介质液体B的对流热传递倍增，传热性能提高，制冷剂和冷凝面的真空蒸汽的传递温度差损失降低，具有良好的传热性能和高效率蒸汽冷凝能力。

作为用于解决上述问题的方案，本发明提供一种真空装置的蒸汽冷凝器，其中，构成热交换器103，该热交换器103使制冷剂管26嵌合地通过传热介质液体B的通路w的内部，进行制冷剂R和传热介质液体B之间的热交换，该制冷剂管26为圆筒管状，由将从冷冻装置11导出的制冷剂R蒸发的金属材料构成，该传热介质液体B形成于由金属材料形成的蒸汽冷凝板a的内部；在真空室1的内部或内壁面，按照该热交换器103的真空空间侧外表面的全部或一部分与真空空间面对的方式设置该热交换器103；该真空空间侧外表面相对制冷剂R和传热介质液体B中的任意侧，直接或通过直接的金属接触而形成冷却结构；形成下述的三介质间热交换器的形式，其中，该热交换器103的真空空间侧外表面为真空蒸汽V的冷凝捕集面，在制冷剂R和传热介质液体B与真空蒸汽V这三个介质中的任意两个介质之间，具有经由边界金属壁或与边界金属壁紧密接触的金属板的直接的热交换，其特征在于在使制冷剂管26嵌合通过的蒸汽冷凝板a内的通路w中，将紊流发生体z呈横切通路w的棂条状形成，该紊流发生体z使在该通路w内流动的传热介质液体B产生紊流，在沿通路w的纵向以较窄的间距按照多个并列，跨于通路w的左右或上下的分隔壁面之间而安装。

在本发明中，由于大大增加蒸汽冷凝板a内的传热介质液体B的薄膜传热系数，促进传热，故在蒸汽冷凝板a的内部的通路w中，沿通路w的纵向以较窄间距多个并列地设置呈横切该通路w的棂条状的紊流发生体z，通过该紊流发生体z，搅乱在制冷剂管26之外的通路w中流动的传热介质液体的层流边界层，产生紊流，减小传热介质液体B的速度边界层与温度边界层的厚度，增加薄膜传热系数，由此，传热促进的效果显著增加。可根据蒸汽冷凝板a的冷却性能试验和升华时的水蒸气冷凝性能试验，确认其效果。

在本发明的制冷剂管26的内周面上，为了评价从轴向看设置多个槽或多个翅片沿轴向连续的凹凸部y的方案的蒸汽冷凝板a的传热促进的效果，试制两块2m²的小型冻结干燥机用的蒸汽冷凝板a，测定冷却性能，采用制冷剂管26的内部的制冷剂，计算制冷剂管26之外的通路内传热介质液体的总热传递系数，将其与组装有内周面为平滑面的制冷剂管26的在先发明的蒸汽冷凝板a的传热性能相比较。通过该2m²的装置，在同样的冷冻机中，设置3块在先发明的蒸汽冷凝板a，即使制冷剂管26的传热面积为6.1m²，由于内周面平滑的制冷剂管26内的制冷剂泡核沸腾热传递的降低和管外的传热介质液体薄膜传递的降低，总热传递系数减小，作为冷却器的热交换性能降低，故将隔板由20℃冷却到-40℃，冷却时间花费约38分钟，隔板到达温度为-58℃。针对该情况，本发明的使在内周面设置凹凸部y的制冷剂管26嵌合通过的蒸汽冷凝板a具有两个，制冷剂管26的传热面积减少到3.1m2，即使在该情况下，带有内面凹凸部y的制冷剂管26的内部的制冷剂泡核沸腾热传递和制冷剂管26之外的传热介质液体薄膜传热均增加，热交换效率提高，由此，隔板的温度由20℃～-40℃的冷却时间为28分钟，到-50℃约为49分钟，隔板温度达到约-60℃。根据本发明的方案的蒸汽冷凝板a与制冷剂蒸发椭圆管16的传热面积为在先发明的面积的一半，传热介质和制冷剂的温度差相同，本发明的蒸汽冷凝板a的热交换量大于在先发明的收集器的该实测结果表明，本发明的方案的收集器的总热传递系数为在先发明的两倍以上。另外，即使通过本发明的两块蒸汽冷凝板a，根据冷却性能的试验数据，分析总热传递系数，制冷剂侧的泡核沸腾热传递和传热介质液体的对流薄膜传热系数均仍增加两倍以上。

附图说明

图1为收集器采用制冷剂直冷型收集器的过去的真空装置的外观结构说明图；

图2为收集器采用间接传热介质型收集器的过去的真空装置的外观结构说明图；

图3为收集器采用三介质间热交换器的过去的真空装置的外观结构说明图；

图4为上述真空装置的收集室和收集器的纵向剖开的主视图；

图5为上述真空装置的收集室和收集器的纵向剖开的侧视图；

图6为上述收集器的部分的纵向剖视图；

图7为上述真空装置的另一形式的收集室的纵向剖视图；

图8为上述真空装置的另一形式的收集器的部分的纵向剖视图；

图9为在先发明的真空装置的收集器的部分的纵向剖视图；

图10为在先发明的收集器的另一实施例的部分的纵向剖视图；

图11为在先发明的收集器的冷凝时的热流说明图；

图12为本发明的收集器的还一实施例的俯视图；

图13为本发明的收集器的部分纵向剖视图；

图14为本发明的收集器的部分俯视图；

图15为本发明的另一实施例的收集器的部分纵向剖视图。

具体实施方式

在本发明方案中，在真空装置为进行干燥处理的被处理物为医药品的真空冻结干燥装置的场合，该装置的整体的方案可按照图3中的过去的将“三介质间热交换器”用于蒸汽冷凝器(收集器)103的真空冻结干燥装置W相同的方式构成。

另外，所采用蒸汽冷凝器(收集器)103形成下述的“三介质间热交换器”，其中，由金属材料形成板状蒸汽冷凝板a，在设置于其内部的传热介质液体的通路w的内部，嵌合通过制冷剂管26在制冷剂和传热介质液体与真空蒸汽的三个介质中的任意两个介质之间，存在经由与边界金属壁或与边界金属壁紧密接触的金属板的直接的热交换，对于此方面，与前述的图3的过去方案的蒸汽冷凝器(收集器)103相同。

但是，最好，在由构成蒸汽冷凝器(收集器)103的主体的金属材料形成的蒸汽冷凝板a的内部的传热介质液体的通路w中，对于按照沿该通路w嵌合通过的方式设置的制冷剂管26，沿与其筒壁相垂直的方向，对由形成该管的金属材料形成的管状的圆筒管进行加压加工，按照筒壁中的一对面对的壁面形成与扁平圆筒管的轴心线相垂直的扁平面的方式压坏，按照从轴向看，长轴侧为短轴侧的约1.5倍的基本椭圆形的椭圆管16成形。

另外，在将制冷剂管26形成截面扁平的椭圆管16时，该制冷剂管26以扁平面与蒸汽冷凝板a的真空蒸汽的冷凝捕集面平行或基本平行的姿势嵌合通过形成于蒸汽冷凝板a的内部的传热介质液体的通路w的内部，将其一对扁平面中的一个或两个以紧密状态与通路w的内壁面的顶壁17和底壁18接合，通过焊接或压接方式与其紧密贴合。

此时，形成于蒸汽冷凝板a的内部的传热介质液体B的通路w也可与设置于像图7那样的过去方案的蒸汽冷凝板a的内部的通路w相同，对应于压缩圆管的尺寸，形成截面积缩小的尺寸的形状。

通路w呈在其内部，制冷剂管26沿宽度方向双重并列的形状形成，在装入4根制冷剂管26的场合，在通路w内部的通路w的纵向的中间的适合的部位，推杆29按照像图8所示的那样，将通路w上下分成两个部分的方式设置，由此，可支承嵌合地通过通路w的内部的制冷剂管26的轴向的中间部位，可提高制冷剂管26与通路w的内壁面的紧密贴合度。另外，由于可压缩通路w的截面积，故可加快使在通路w的内部循环的传热介质液体B的流速，即使其循环用的泵的容量小，仍可以。

在形成于该蒸汽冷凝板a的内部的通路w的内部，设置紊流发生体z。该紊流发生体z的目的在于使在通路w的内部流动的传热介质液体B产生紊流，搅乱该流体，由此，搅乱通路w的内部的制冷剂管26的外表面的传热介质液体B的层流，这样，改善制冷剂管26内的泡核沸腾热传递的降低和与制冷剂管26之外的传热介质液体B的薄膜传热的降低，提高传热性能，可按照位于传热介质液体B的流体中的方式，使其产生紊流，于是，其形状可适当地形成。

并列地设置使流过该通路w的传热介质液体B的流体产生紊流的紊流发生体z时，其设置间距对蒸汽冷凝板a内的传热介质液体B的境膜传递系数、对通路内的传热介质液体B的流动压力损失均造成影响。如果间距大，则传热介质液体B的流动压力损失可减少，但是，制冷剂管26之外的制冷剂液体B的流动的搅乱降低，不太会产生热传递促进的效果。如果间距小，则传热介质液体B的流动压力损失大大增加，传热介质泵10的传热介质液体B的循环流量降低，传热介质液体B的流速变小，将制冷剂管26之外的传热介质液体B的流动边界层搅乱，即使在该情况下，因流速的降低仍不促进传热介质液体B的热传递，产生相反效果。必须通过适合的间距，设置紊流发生体z。通过制造与本发明机构的实施例的蒸汽冷凝板a的通路相等的流路面积的传热介质液体的压力损失测定用装置，测定压力损失和传热介质液体B的流量、紊流发生体z的设置间距之间的关系，由此测试在评价本发明的蒸汽冷凝板a的传热促进的效果的同时，传热介质液体B的流动压力损失和紊流发生体z的设置间距之间的关系，此时，其测定结果是，在30℃的传热介质液体的粘度为50cs的场合，杆间距40mm的压力损失比间距80mm的场合增加约20％，杆间距120mm的压力损失比间距80mm的场合减少约30％，杆间距160mm的压力损失与间距120mm的场合基本相同。在30℃的传热介质液体的粘度为2cs的场合，杆间距40mm的压力损失比间距80mm的场合增加约28％，杆间距120mm的压力损失比间距80mm的场合减少约20％，杆间距160mm的压力损失比间距80mm的场合减少约40％。由此，如果考虑传热介质液体的热传递的促进效果和流动压力损失减少这两方面，则推杆的适当间距以80mm为基准，在其前后，设置10mm的宽度的70mm～90mm的范围是适当的。

由此，该紊流发生体z呈不对传热介质液体B的流体产生大的阻力的杆状形成，其以80mm的较窄的间距按照多个沿通路w的纵向方向并列，呈横切通路w的内部的棂条形状设置，该措施是有效的。

此时，并列设置的各紊流发生体z可像图13所示的那样，按照跨于蒸汽冷凝板a内的通路w的顶壁17和底壁18之间方式安装，另外，蒸汽冷凝板a可像图12那样，在多个板以多层方式重合的方式的场合，按照它们上下串通的方式组装杆状的紊流发生体z。

另外，该紊流发生体z呈杆状形成，在其在蒸汽冷凝板a的内部的通路w中，以按照沿上下将该通路w分隔的方式沿左右方向延伸的姿势设置时，可将使并列的多个紊流发生体z中适当选择的紊流发生体z兼作与嵌合而通过通路w的内部的制冷剂管26接触，支承它的推杆29。

此外，嵌合而通过蒸汽冷凝板a内的通路w的制冷剂管26呈在其内周面的基本整个面，如图15所示的那样，从轴向看由多个槽或多个翅片形成的凹凸部y沿轴向连续地设置的形状而形成，这对于改善制冷剂蒸发椭圆圆管16内的制冷剂R的泡核沸腾热传递的降低的方面是有效的。

设置于蒸汽冷凝板a内的通路w中的紊流发生体z用于对在通路w的内部流动的传热介质液体B的流动产生紊乱，谋求传热促进，但却构成传热介质液体B的流速的妨碍并对该传热介质液体B的对流传热介质液体传递造成相反效果，由此，呈阻力小的圆杆状，以小间距并列设置多根杆。该间距适合设定在80mm以外的70mm～90mm程度。

并且，该紊流发生体z位于与通路w中的制冷剂管26不接触但接近的位置，按照横跨通路w的顶壁17和底壁18之间的方式设置，搅乱形成于制冷剂管26的外周面的传热介质液体B的层流，对提高对流传热介质液体传递有效。

另外，该紊流发生体z呈杆状形成，按照在像图14所示的那样，在通路w的内部，跨于该通路w的内壁面的左右的壁面之间的方式设置时，可同时起支承嵌合地通过通路w的内部的制冷剂管26的推杆29的作用，由此，使从以较窄间距而并列设置的紊流发生体z中适当选择的紊流发生体可为与通路w内部的制冷剂管26接触、支承，推杆29省略的形式。

设置于制冷剂管26的内周面的上述凹凸部y用于提高制冷剂管26内的制冷剂R的泡核沸腾热传递，最好，在制冷剂管26的内周面的基本整个面上，按照从轴向看，多个V形槽状的槽沿周向并列，这些槽沿轴向连续的方式设置，或按照从轴向看，多个翅片沿周向并列，这些翅片沿轴向连续的方式设置。

实施例

下面根据附图，对实施例进行具体描述。另外，对于附图标号，与过去方案相同的组成部件用同一标号。

图9为构成设置于实施在先发明的真空装置中的蒸汽冷凝器(收集器)103的部分的蒸汽冷凝板a的纵向剖视图，在该图中，符号a表示通过金属材料呈板状形成的蒸汽冷凝板，符号w表示形成于该蒸汽冷凝器板a的内部的通路，符号B表示在该通路w的内部循环的传热介质液体，标号26表示通过通路w的内部而安装的制冷剂管，符号R表示在该制冷剂管26的内部中循环的制冷剂。另外，将该制冷剂管26变形加工成椭圆管16，此外，在其内周面上，带有设置多个槽或翅片的凹凸部y。

本实例的真空装置为主要以图3所示的医药品的干燥处理为对象的真空冻结干燥装置，组装于其中的蒸汽冷凝器(收集器)为图3中的由符号103表示的“三介质间热交换器型”的蒸汽冷凝器(收集器)，该真空装置和蒸汽冷凝器(收集器)103的基本方案与通过图3～图7而说明的过去的方案相比没有变化。

另外，形成于蒸汽冷凝板a的内部的传热介质体B的通路w与图6所示的通路w相比，只是在将圆筒形的制冷管26压缩于椭圆管16的部分，压缩基本60～70％的截面积的方式形成，该图6所示的通路w为将过去的两根圆筒管的制冷剂管26通过、安装而形成的通路w。

对于通过该通路w的内部而安装的制冷剂管26，通过加压加工，将采用过去方案的圆筒形的管状制冷剂管26成形为截面为扁平的椭圆管16，按照短轴为长轴的基本5分之3左右的方式成形。

图10表示另一实施例，在该实例中，将制冷剂管26变形加工成椭圆管16，将其嵌插于通路w的内部，在该通路w的内部，按照一定间隔，设置兼作传热介质液体B的传热促进和制冷剂管26的支承的紊流发生体z，从顶面侧和底面侧，通过在每次两个的内面带有凹凸部y的制冷剂管16，通路w的上下高度(蒸汽冷凝板a的厚度方向的尺寸)为过去方案的通路的5分之3左右。

此外，作为通过这些通路w区间内的带有内面凹凸部y的椭圆管16的制冷剂管26…处于下述的状态，在通过上侧的区间内的部分，扁平面16a中的一个与通路w的顶壁17紧密贴合，在通过下位侧的区间内部的部分，其中一个扁平面16a与通路w的底面18紧密贴合。

图11为上述蒸汽冷凝板a将水蒸气冷凝时的热流的构思图。从该蒸汽冷凝板a的蒸汽冷凝面(冰层表面)，横切板宽L的热流中的一部分通过直接传导(经由接触阻力)，流入制冷剂管26的热流Q1的宽度由L1表示；一部分经过从蒸汽冷凝板a，在通路w中循环的传热介质液体B的薄膜传热，到达制冷剂管26的热流Q2的宽度由L表示；制冷剂管26和蒸汽冷凝板a的接触面宽由ε表示。

另一方面，通过直接传导，流入带有内面槽的制冷剂管26的热流Q1与下述的热阻相关。即，与冷凝冰层的热阻R13、贯穿蒸汽冷凝板a的板厚，到接触面宽ε的热阻R12、接触热阻R11、制冷剂管26内的制冷剂的传热阻R10有关。其中，接触热阻R11对制冷剂管26和蒸汽冷凝板a的接触面宽ε和等效接触间隙δ造成大影响。制冷剂的传热阻R10与管内的泡核沸腾传热系数有关。

在本发明方案的蒸汽冷凝器(收集器)103中，由于作为扁平的带有内面凹凸部y的椭圆管16的制冷剂管26的接触面宽大大超过作为圆筒管的制冷剂管26，故接触热阻变小，并且在带有内面凹凸部y的制冷剂管26中，制冷剂的泡核沸腾传递系数为2.3倍，制冷剂的传热阻R10也减小到一半以下，通过直接传导，传递给制冷剂蒸发管的热流Q1增加。

另一方面，经由所循环的传热介质液体B，到达带有内面凹凸部y的制冷剂管26的热流Q2的热阻由冷凝冰层的热阻R24、贯穿板厚的热阻R23、板内面(分隔)与传热介质液体B的界面的薄膜传热热阻R22与带有内面凹凸部y的制冷剂管26的周围(除了紧密贴合面宽度ε以外)的薄膜传热热阻R21、制冷剂管26内的制冷剂的传热热阻R20构成。其中，所循环的传热介质液体B的薄膜传热系数对热阻R22和R21造成较大影响。薄膜传热率的促进使经由循环传热介质体的热流增加。作为收集器103的蒸汽冷凝板a的传热性能的理论分析和试验评价的结果，在本实施例的收集器103中，通过紊流发生体z的适合间距的配置，传热介质液体B的薄膜传热系数为在先发明的2.7倍，大幅度改善。在在先发明的收集器中，通路w内的传热介质液体沿制冷剂管26的表面而平行地流动，边界层增厚，热传递降低，在本发明中，设置将边界层搅乱的搅乱促进杆，在制冷剂管26的表面，还产生正交流和平行流这两者，大大促进传热介质液体的薄膜传热。从制冷剂管26内的制冷剂，到收集器冷凝冰层表面的总传热系数比在先发明的收集器而增加，在冻结干燥初期，传热性能增加约1.5倍，同样在干燥中期(冰层厚度10mm)，总传热系数增加约100％。

另外，在本发明的实施例中，通过带有内面凹凸部y的制冷剂管26，制造收集器103，与在先发明的收集器相同，较薄地制作蒸汽冷凝板a的内腔的通路w，传热介质侧的流路面积减小，促进传热介质体侧的流动，不但设置紊流发生体z，还进一步提高薄膜传热性能。通过紊流发生体z的设置，通路w内的传热介质压力增加，但是，减少传热介质循环量，即使与在先发明的收集器的传热介质压力损失相同，传热介质境膜传递系数仍增加。于是，传热介质液体的循环泵10的容量可降低，因泵发生热量，输入热损失也减少。

此外，由于收集器传热和冷凝性能比在先发明增大一倍以上，故可减少收集器数量，降低制作费用。

像这样，在本发明的实施例中，将通过制冷剂蒸发器的蒸汽冷凝板a内的通路w的制冷剂管26，从周面平滑的平滑管加工成带有内面凹凸部y的椭圆管16，其扁平面与通路w的内壁面紧密贴合，由此，制冷剂管26和金属材料的蒸汽冷凝板的接触面可充分增加，接触热阻可大大减少。另外，对于椭圆管的制冷剂管26，制作带有内面凹凸部y的圆筒管的制冷剂管，对其加压，加工成扁平状，由此，简单获得最佳的长短轴的制冷剂管，此时，其截面积相对圆筒管，几乎没有改变，由此，收集器的制作容易。

另外，沿设置于传热介质液体B的通路w的内部的制冷剂管26，按照等间距并列地设置的紊流发生体z搅乱制冷剂管26的外表面的层流，促进传热介质液体B的对流薄膜传热，制冷剂侧的泡核沸腾传递和传热介质液体的对流境膜传递系数均增加两倍以上，由此，可通过良好的传热性能和高效率蒸汽冷凝能力，获得真空装置的新型蒸汽冷凝器。

标号的说明：

符号b表示蒸汽捕集面；

标号103表示兼作热交换器的收集器。

Claims (3)

1.一种真空装置的蒸汽冷凝器，其中，构成热交换器(103)，该热交换器(103)使制冷剂管(26)嵌合地通过传热介质液体(B)的通路(w)的内部，进行制冷剂(R)和传热介质液体(B)之间的热交换，该制冷剂管(26)为圆筒管状，由将从冷冻装置(11)导出的制冷剂(R)蒸发的金属材料构成，该传热介质液体(B)形成于由金属材料形成的蒸汽冷凝板(a)的内部；在真空室(1)的内部或内壁面，按照该热交换器(103)的真空空间侧外表面的全部或一部分与真空空间面对的方式设置该热交换器(103)；该真空空间侧外表面相对制冷剂(R)和传热介质液体(B)中的任意侧，直接或通过直接的金属接触而形成冷却结构；形成下述的三介质间热交换器的形式，其中，该热交换器(103)的真空空间侧外表面为真空蒸汽(V)的冷凝捕集面，在制冷剂(R)和传热介质液体(B)与真空蒸汽(V)这三个介质中的任意两个介质之间，具有经由边界金属壁或与边界金属壁紧密接触的金属板的直接的热交换，其特征在于，在使制冷剂管(26)嵌合通过的蒸汽冷凝板(a)内的通路(w)中，将紊流发生体(z)呈横切通路(w)的棂条状形成，该紊流发生体(z)使在该通路(w)内流动的传热介质液体(B)产生紊流，在沿通路(w)的纵向按照多个并列跨于通路(w)的左右或上下的分隔壁面之间而安装，上述紊流发生体(z)的并列间距设定为以80mm为基准的前后偏离10mm程度的70mm～90mm程度的间距。

2.根据权利要求1所述的真空装置的蒸汽冷凝器，其特征在于上述紊流发生体(z)呈杆状成形，在上述蒸汽冷凝板(a)的内部的通路(w)中，沿该通路(w)的纵向以较窄的间距并列多个而设置，从这些紊流发生体(z)中适当选择的紊流发生体(z)成为支承嵌合而通过上述通路(w)的内部的制冷剂管(26)的推杆(29)。

3.根据权利要求1所述的真空装置的蒸汽冷凝器，其特征在于在嵌合而通过上述蒸汽冷凝板(a)内的通路(w)的上述制冷剂管(26)中，在其内周壁的内面的基本整个面上，从轴向看，设置多个槽或多个翅片沿轴向连续的凹凸部(y)。

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