CN106662414A - 涡轮制冷机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡轮制冷机，其通过提高相对于壳体内的长边方向两端区域的制冷剂分配功能、并且减少冷凝器内的制冷剂压力损失而提高冷凝器性能，由此实现高性能化。该涡轮制冷机(1)具备管壳型的冷凝器(3)，在所述冷凝器的制冷剂入口部(13)设置有沿着壳体(11)的长度方向的集管(14)，在所述集管的至少长度方向的两端部位设置有开口部(16)，经由该集管，能够向所述冷凝器的壳体内的长边方向两端区域顺畅且均匀地分配来自压缩机的高温高压制冷剂气体。

Description

涡轮制冷机
技术领域
本发明涉及一种具备管壳型冷凝器的涡轮制冷机。
背景技术
在涡轮制冷机中，以往大多使用水冷式冷凝器。作为该冷凝器，大多使用管壳型热交换器，在该管壳型热交换器中，向壳体内配设多个传热管，使向该壳体内导入的高温高压的制冷剂气体与在传热管内流通的冷却水进行热交换，从而对制冷剂气体进行冷凝液化。
在上述冷凝器中，从涡轮压缩机喷出后的高温高压的制冷剂气体向壳体内导入，但该制冷剂气体是流速大且处于过热区域的气体。因此，为了避免制冷剂气体与传热管直接碰撞、或者避免制冷剂气体在壳体内进行偏流，如专利文献1所示，在冷凝器内以与制冷剂入口部对置的方式设置挡板，使制冷剂气流与挡板发生碰撞。由此，防止了因与传热管直接碰撞而引起的共振或制冷剂气流的偏流。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭60-103277号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，如上所述，在使流速大的制冷剂气流与挡板碰撞而将制冷剂气体分配到壳体内时，在由挡板改变制冷剂流动方向时，壳体的长边方向的速度向量相对于制冷剂侵入方向的速度向量来说不够大，无法向壳体的长边方向两端区域充分地分配制冷剂。因此，在其两端区域产生制冷剂流动的停滞区域，产生冷凝器性能的下降等。另外，由于因碰撞导致的压力损失较大而使冷凝器内的制冷剂的压力损失增大，从而产生性能的下降等。
特别是在涡轮制冷机中，当前为了减轻环境负荷，研究采用全球变暖系数(GWP)以及臭氧破坏系数(ODP)均低的作为HCFO(氢氯氟烯烃)制冷剂之一的R1233zd(E)制冷剂等。该R1233zd(E)制冷剂与目前使用的R134a制冷剂等高压制冷剂相比，压力低且密度也低。因此，预测向冷凝器流入的制冷剂气体的体积流量大且流速也大。因此，在使制冷剂和挡板碰撞进行分配的方式中，压力损失增大，并且由于制冷剂分配功能低，从而使制冷循环方面的损失增大。
本发明是鉴于这种情况完成的，其目的在于，提供一种涡轮制冷机，该涡轮制冷机能够提高针对壳体内的长边方向两端区域的制冷剂分配功能，并且减少冷凝器内的制冷剂压力损失而提高冷凝器性能，由此实现高性能化。
解决方案
为了解决上述课题，本发明的涡轮制冷机采用以下的方案。
即，本发明的第一方案的涡轮制冷机具备管壳型的冷凝器，其中，所述涡轮制冷机在所述冷凝器的制冷剂入口部处设置有沿着所述冷凝器的壳体的长度方向的集管，在所述集管的至少长度方向上的两端部位设置有开口部，能够经由该集管向所述冷凝器的壳体内的长边方向两端区域顺畅且均匀地分配来自压缩机的高温高压制冷剂气体。
根据本发明的第一方案，在管壳型冷凝器的制冷剂入口部设置有沿着壳体的长度方向的集管，并且在该集管的至少长度方向上的两端部位设置有开口部，能够经由该集管向冷凝器的壳体内的长度方向两端区域顺畅且均匀地分配来自压缩机的高温高压制冷剂气体。因此，能够经由设置于该制冷剂入口部的集管，将从压缩机向冷凝器导入的高温高压的制冷剂气体顺畅且通过设置于集管的长度方向两端部位的开口部相对于壳体内的长度方向两端区域均匀地分配。因此，与使制冷剂和挡板发生碰撞进行分配的结构相比，能够减少压力损失而提高冷凝器性能。另外，通过向壳体内的两端区域充分地供给制冷剂，消除流动的停滞区域而向壳体内整个区域均匀地分配制冷剂，由此能够有效地利用传热面整体。而且，通过制冷剂的均匀分配，使相对于传热管组的制冷剂流动平均化而减小流动阻力，由此能够进一步减少冷凝器内的压力损失，提高冷凝器性能，从而使涡轮制冷机进一步高性能化。
此外，本发明的第二方案的涡轮制冷机在上述的涡轮制冷机的基础上，在所述集管内设置有引导叶片，该引导叶片将从所述制冷剂入口部流入的所述高温高压制冷剂气体顺畅地向长度方向两端区域引导。
根据本发明的第二方案，在集管内设置有将从制冷剂入口部流入的高温高压制冷剂气体顺畅地向长度方向两端区域引导的引导叶片。因此，能够将从制冷剂入口部流入到集管内的高温高压制冷剂气体沿着引导叶片顺畅地向集管的长度方向两端区域引导，从设于集管的两端部位的开口部向壳体内分配。因此，能够利用集管使向冷凝器导入的高温高压制冷剂气体在该入口部处顺畅地沿左右方向分配，从而减少压力损失，并且能够改善制冷剂的分配性而实现冷凝器性能的提高。
此外，本发明的第三方案的涡轮制冷机在上述的任一个涡轮制冷机的基础上，所述开口部设置为，随着从中央部位朝向两端部位而开口面积逐渐增大。
根据本发明的第三方案，开口部设置为，随着从中央部位朝向两端部位而开口面积逐渐增大。因此，利用随着从中央部位朝向两端部位而开口面积逐渐增大的开口部，能够向壳体内的长度方向两端区域更多地分配导入到集管内的高温高压制冷剂气体。因此，能够使相对于壳体内整个区域的制冷剂分配更加均匀化而有效地利用传热面整体。另外，通过进一步减小制冷剂的壳体内的流动阻力而减少压力损失，能够实现冷凝器性能的进一步的提高。
此外，本发明的第四方案的涡轮制冷机在上述的涡轮制冷机的基础上，所述集管构成为，朝向所述壳体的长度方向两端部呈导管状朝左右分支，且在各个前端侧部位设置有所述开口部。
根据本发明的第四方案，集管构成为，朝向壳体的长度方向两端部呈导管状朝左右分支，且在各自的前端侧部位设置有开口部。因此，能够经由朝向壳体的长度方向两端部分支的导管状部位而朝左右方向分配导入到集管内的高温高压的制冷剂气体，并经由设置于集管的前端侧部位的开口部而向壳体内的两端区域均匀地分配。因此，由此也能够利用集管在该入口部处更顺畅地分配向冷凝器导入的高温高压制冷剂气体，从而减少压力损失，并且能够改善制冷剂的分配性而实现冷凝器性能的提高。
发明效果
根据本发明，能够经由设置于冷凝器的制冷剂入口部的集管顺畅地分配从压缩机向冷凝器导入的高温高压的制冷剂气体，且通过设置于集管的长度方向两端部位的开口部向壳体内的长度方向两端区域均匀地分配从压缩机向冷凝器导入的高温高压的制冷剂气体。因此，与制冷剂和挡板发生碰撞进行分配的结构相比，能够减少压力损失而提高冷凝器性能。另外，通过向壳体内的两端区域充分地供给制冷剂，消除流动的停滞区域而向壳体内整个区域均匀地分配制冷剂，由此能够有效地利用传热面整体。并且，通过制冷剂的均匀分配，使相对于传热管组的制冷剂流动平均化而减小流动阻力，由此能够进一步减少冷凝器内的压力损失，提高冷凝器性能，从而使涡轮制冷机进一步高性能化。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的涡轮制冷机的制冷循环图。
图2是构成上述涡轮制冷机的冷凝器的主视图(A)、俯视图(B)以及左侧视图(C)。
图3是本发明的第二实施方式的冷凝器的主视图(A)、俯视图(B)以及左侧视图(C)。
图4是表示上述冷凝器的变形例的主视图(A)、俯视图(B)以及左侧视图(C)。
图5是本发明的第三实施方式的冷凝器的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[第一实施方式]
以下，使用图1和图2来说明本发明的第一实施方式。
图1示出本发明的第一实施方式的涡轮制冷机的制冷循环图，图2示出构成该涡轮制冷机的冷凝器的主视图(A)、俯视图(B)以及左侧视图(C)。
涡轮制冷机1具备通过由制冷剂配管8依次连接如下构件而构成的闭循环的制冷循环9，包括：由马达2A驱动来对制冷剂进行压缩的多级涡轮压缩机(也仅称为压缩机。)2；对由压缩机2压缩后的高温高压制冷剂气体进行冷凝液化的管壳型冷凝器3；将冷凝后的液体制冷剂减压至中间压的作为第一减压机构的第一膨胀阀4；作为节能器发挥功能的中间冷却器(气液分离器)5；将液体制冷剂减压至低压的作为第二减压机构的第二膨胀阀6；以及使经过了第二膨胀阀6的制冷剂蒸发的管壳型的蒸发器7。
本实施方式的制冷循环9具备公知的节能器回路10，其中，经由中间端口将由中间冷却器5分离并蒸发后的气体制冷剂向由多级涡轮压缩机2的低级侧压缩后的中间压的制冷剂气体中注入。在此的节能器回路10被设为由气液分离器构成中间冷却器5的气液分离方式的节能器回路10。与此相对，也可以采用对由冷凝器3冷凝后的制冷剂的一部分进行分流并将该制冷剂减压而与液体制冷剂进行热交换的中间冷却器方式的节能器回路。需要说明的是，节能器回路10并非本发明所必需的构件。
另外，在此，为了减轻环境负荷，在上述制冷循环9中，填充有需要量的全球变暖系数(GWP)以及臭氧破坏系数(ODP)均较低且作为HCFO(氢氯氟烯烃)制冷剂之一的R1233zd(E)制冷剂等。已知有该R1233zd(E)制冷剂为低压制冷剂且密度低，相对于当前的涡轮制冷机中使用的作为HFC制冷剂之一的R134a制冷剂等高压制冷剂而言，密度为五分之一左右。
此外，图2(A)至(C)示出组入上述制冷循环9的管壳型冷凝器3的概要结构图。
该冷凝器3具备圆筒形状的壳体11，在其长度方向的两端侧配设管板而形成水室，在两管板间设有多个传热管12，使由冷却塔等冷却后的冷却水经由水配管以及泵在多个传热管12内循环，另一方面，将由压缩机2压缩后的高温高压的制冷剂气体经由制冷剂配管以及制冷剂入口部13导入到壳体11内，使该制冷剂气体与冷却水进行热交换来对制冷剂进行冷凝液化。上述冷凝器3本身是公知的。
本实施方式中的冷凝器3构成为设置有集管14，该集管14用于将从压缩机2供给的高温高压的制冷剂气体经由制冷剂入口部13顺畅地导入到壳体11内，并且相对于壳体11内整个区域均匀地分配该制冷剂。该集管14在配设有多个传热管12组的壳体11的上部沿着壳体11的长度方向设置，并设为在长度方向的中央部沿水平方向设置有制冷剂入口部13的长方体形状的集管。
另外，在集管14的内部的与制冷剂入口部13对应的部位，连续地设置有多片引导叶片15，该引导叶片15用于使从制冷剂入口部13导入的制冷剂气流朝向其长边方向的两端侧顺畅地改变朝向，并且在其长边方向的两端部位设置有开口部16，该开口部16能够在壳体11内的整个区域均匀地分配改变朝向后的制冷剂气流，以避免在壳体11内的特别是两端区域产生流动的停滞部位。需要说明的是，为了使制冷剂气流向壳体11内的各方向分散并流出，优选在开口部16设置有例如格子状引导构件等。
根据以上说明的结构，通过本实施方式起到以下的作用效果。
在上述涡轮制冷机1中，当利用马达2A对压缩机2进行驱动后，从蒸发器7吸入低压的气体制冷剂，并多级压缩为高温高压的制冷剂气体。从压缩机2喷出的高温高压的制冷剂气体被压送至冷凝器3，在此通过与冷却水进行热交换而被冷凝液化。该液体制冷剂经由第一膨胀阀4、作为节能器发挥功能的中间冷却器5、第二膨胀阀6而被过冷却，并且减压至低压而导入蒸发器7。导入到蒸发器7的制冷剂与被冷却介质进行热交换而对被冷却介质进行冷却，并且自身蒸发而再次被压缩机2吸入，重复压缩的动作。
另外，在中间冷却器(气液分离器)5中被分离、蒸发且对液体制冷机进行过冷却而成的中间压的制冷剂经由节能器回路10从多级涡轮压缩机2的中间端口向被低级侧压缩部压缩后的中间压的制冷剂气体中注入。由此，作为提高制冷能力的节能器发挥作用。
另一方面，在该涡轮制冷机1的制冷循环9中，填充有全球变暖系数(GWP)以及臭氧破坏系数(ODP)均较低的R1233zd(E)制冷剂。上述制冷剂为低压制冷剂且密度低(相对于R134a制冷剂为五分之一左右)，因此难以确保能力。但是，通常涡轮压缩机适于大流量的制冷剂压缩，通过高旋转化来增加制冷剂循环量，由此能够掩盖该弱点。
此时，从涡轮压缩机2向冷凝器3流入的高温高压制冷剂气体的体积流量比使用高压制冷剂的体积流量大，流速也更大。因此，在使制冷剂气体与和制冷剂入口部13对置配置的挡板发生碰撞而分配到壳体11内的以往方式的冷凝器中，冷凝器3内的压力损失增大，并且难以在壳体11内的整个区域均匀地分配制冷剂，因此预测到制冷机的能力下降。
然而，在本实施方式中，在管壳型冷凝器3的制冷剂入口部13，设置有沿着壳体11的长度方向的集管14，并且在该集管14的至少长度方向的两端部位设置有开口部16，经由该集管14，能够将来自压缩机2的高温高压制冷剂气体向冷凝器3的壳体11内的长度方向两端区域顺畅且均匀地分配。因此，经由设于该制冷剂入口部13的集管14，能够使从压缩机2向冷凝器3导入的高温高压的制冷剂气体顺畅且借助设于其长度方向两端部位的开口部16向壳体11内的长度方向两端区域均匀地分配。
因此，与使制冷剂和挡板碰撞来进行分配的以往的结构相比，能够减少冷凝器3内的压力损失而提高冷凝器性能。另外，能够向壳体11内的两端区域充分地供给制冷剂，能够消除流动的停滞区域而向壳体11内的整个区域均匀地分配制冷剂，因此，能够有效地利用传热面整体。而且，通过制冷剂的均匀分配，使相对于传热管12组的制冷剂流动平均化，从而能够减小流动阻力，因此，能够进一步降低冷凝器3内的压力损失而提高冷凝器性能，由此使涡轮制冷机1进一步高性能化。
此外，在本实施方式中，在集管14内设置有将从制冷剂入口部13流入的高温高压的制冷剂气体顺畅地向长度方向两端区域引导的多片引导叶片15。因此，能够将从制冷剂入口部13流入到集管14内的高温高压制冷剂气体沿着引导叶片15顺畅地向集管14的长度方向两端区域引导，从设于集管14的两端部位的开口部16向壳体11内分配。因此，能够在制冷剂入口部13处利用集管14使向冷凝器3导入的高温高压制冷剂气体顺畅地沿左右方向进行分配，从而减少压力损失，并且能够改善制冷剂的分配性而实现冷凝器性能的提高。
[第二实施方式]
接下来，使用图3以及图4对本发明的第二实施方式进行说明。
本实施方式相对于上述的第一实施方式，设置于集管14的开口部16A至16C或16D的结构不同。关于其他方面，与第一实施方式相同，故省略说明。
本实施方式中，将开口部16A至16C或16D设置为开口面积从集管14的中央部位朝向两端部位逐渐增大，该开口部16A至16C或16D供制冷剂气体从集管14向壳体11内流出并向壳体11内的整个区域分配该制冷剂气体。
换句话说，如图3(B)所示，第一方式中，从集管14的中央部位朝向两端部位分别设置有三个开口部16A至16C，将该各三个开口部16A至16C的开口面积设定为随着朝向两端部侧而阶梯性逐渐增大。另外，如图4(B)所示，其变形例的第二方式中，将从集管14的中央部位朝向两端部位连续设置的一对开口部16D的开口面积设定为随着朝向两端部侧而连续地逐渐增大。
这样，通过将设置于集管14的开口部16A至16C或16D设定为，其开口面积从中央部位朝向两端部位逐渐地增大，从而能够利用开口面积从中央部位朝向两端部位逐渐增大的开口部16A至16C或16D，向壳体11内的长度方向两端区域更多地分配导入到集管14内的高温高压制冷剂气体。因此，能够使相对于壳体11内整个区域的制冷剂分配更加均匀化而有效地利用传热面整体。另外，通过减小制冷剂的壳体11内的流动阻力而减少压力损失，能够实现冷凝器性能的进一步提高。
需要说明的是，在本实施方式中，为了使制冷剂气流分别向壳体11内的各方向分散并流出，优选在各开口部16A至16C或16D中与第一实施方式同样地设置有例如格子状引导构件等。
[第三实施方式]
接下来，使用图5对本发明的第三实施方式进行说明。
本实施方式相对于上述的第一实施方式以及第二实施方式的不同之处在于，冷凝器3的集管14A被设为分支导管构造。关于其他方面，与第一实施方式相同，故省略说明。
在本实施方式中，如图5所示，设置于冷凝器3的集管14A朝左右呈导管状地分支为14A1、14A2，该导管状部位14A1、14A2沿着壳体11的长度方向朝左右两侧延长。
而且，在各导管状部位14A1、14A2的前端侧部位分别设置有开口部16E，能够向壳体11内的长度方向两端区域均匀地分配高温高压制冷剂气体。需要说明的是，在该开口部16E处，也与上述各实施方式同样地设置有用于使制冷剂气流朝各方向分散地流出的格子状引导构件等。
这样，使冷凝器3的集管14A朝向壳体11的长度方向两端部朝左右分支为导管状部位14A1、14A2，在各个前端侧部位设置有开口部16E。由此，能够使导入到集管14A内的高温高压制冷剂气体经由朝向壳体11的长度方向两端部分支的导管状部位14A1、14A2沿左右方向分配，并经由设置于各个前端侧部位的开口部16E向壳体11内的两端区域均匀地分配。由此，也能够使向冷凝器3导入的高温高压制冷剂气体在该制冷剂入口部13处由集管14A顺畅地分配，从而减少压力损失，并且能够改善制冷剂的分配性而实现冷凝器性能的提高。
需要说明的是，本发明并不限于上述实施方式所涉及的发明，在不脱离其主旨的范围内能够适当进行变形。例如，在上述实施方式中，说明了为了减轻环境负荷而使用了GWP、ODP均较低的低压制冷剂即HCFO制冷剂的例子。但是，本发明不受所使用的制冷剂的种类的限制，当然也可以应用于使用高压制冷剂的涡轮制冷机。
另外，在上述实施方式中，针对将集管14设为横长的长方体形状的例子进行了说明，但集管14的形状不限于这样的形状，也可以为椭圆形状或其他的形状。另外，引导叶片15只要能够使流入到集管14内的高温高压的制冷剂气流的朝向以不产生压力损失的方式顺畅地变更为该左右方向即可，不对该引导叶片15的形状进行特别限定。
此外，在上述实施方式中，说明了优选对开口部16、16A至16E设置格子状引导构件，但该引导构件只要能够使从开口部流出的制冷剂气流朝各方向分散并流出即可，并不限于格子状的引导构件。
附图标记说明：
1 涡轮制冷机
2 多级涡轮压缩机(压缩机)
3 冷凝器
11 壳体
12 传热管
13 制冷剂入口部
14、14A 集管
14A1、14A2 导管状部位
15 引导叶片
16、16A、16B、16C、16D、16E 开口部

Claims (4)

1.一种涡轮制冷机，其具备管壳型的冷凝器，其中，
所述涡轮制冷机在所述冷凝器的制冷剂入口部处设置有沿着所述冷凝器的壳体的长度方向的集管，
在所述集管的至少长度方向上的两端部位设置有开口部，能够经由该集管向所述冷凝器的壳体内的长边方向两端区域顺畅且均匀地分配来自压缩机的高温高压制冷剂气体。
2.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其中，
在所述集管内设置有引导叶片，该引导叶片将从所述制冷剂入口部流入的所述高温高压制冷剂气体顺畅地向长度方向两端区域引导。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮制冷机，其中，
所述开口部设置为，随着从中央部位朝向两端部位而开口面积逐渐增大。
4.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其中，
所述集管构成为朝向所述壳体的长度方向两端部呈导管状朝左右分支，且在各自的前端侧部位设置有所述开口部。
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