CN107850359A - 蒸发器及具备该蒸发器的涡轮制冷装置 - Google Patents

蒸发器及具备该蒸发器的涡轮制冷装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在使用了以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂的涡轮制冷装置中，能够防止蒸发器内的传热管组的变干而提高传热性能，并且能够抑制由液相状的低压制冷剂残留于涡轮压缩机侧而引起的效率下降的蒸发器及具备该蒸发器的涡轮制冷装置。蒸发器(7)具备制冷剂被冷凝后导入的压力容器(21)、设置于压力容器的下部的制冷剂入口(22)、设置于压力容器的上部的制冷剂出口(23)、通过压力容器的内部而与制冷剂进行热交换的传热管组(25)及设置于制冷剂入口与传热管组之间且穿设于制冷剂流通孔(26a)的板状的制冷剂分配板(26)。制冷剂分配板中的每单位面积的制冷剂流通孔的面积比率在与传热管组的上游侧的位置附近对应的范围(A1)内大于其他范围(A2)。

Description

蒸发器及具备该蒸发器的涡轮制冷装置
技术领域
本发明涉及一种使低压制冷剂气化的蒸发器及具备该蒸发器的涡轮制冷装置。
背景技术
例如，如周知，用作区域冷暖气设备的热源的涡轮制冷装置构成为具备对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机、使被压缩的制冷剂冷凝的冷凝器、使被冷凝的制冷剂膨胀的控制阀、对已膨胀的制冷剂进行气液分离的中间冷却器及使已膨胀的制冷剂蒸发的蒸发器。
如专利文献1中所公开，蒸发器具备球壳形状的压力容器，且以沿长边轴方向贯穿该压力容器的方式配设有使水等被冷却液通过的传热管组。并且，在压力容器的内部设置有在传热管组的下方穿设有多个制冷剂流通孔的分布板(制冷剂分配板)，且传热管组的上方设置有液滴分离器(除雾器)。
通过涡轮压缩机压缩且在冷凝器中被冷凝的液相状的制冷剂从设置于压力容器的下部的制冷剂入口流入压力容器内，并通过分布板的多个制冷剂流通孔而扩散于压力容器的内部整个区域并且与传热管组进行热交换。由此流过传热管组的内部的被冷却液被冷却，该被冷却的被冷却液用作空调用冷热介质及工业用冷却液。
与传热管组进行了热交换的液相状的制冷剂因温度差而沸腾并被气化。而且，在通过液滴分离器时液相份被去除，而仅气相状的制冷剂从与压力容器的上部连接的吸入管吸入于涡轮压缩机而再次被压缩。
在以往的蒸发器中，分布板中的制冷剂流通孔的内径及穿设间隔等为恒定。即，分配板的每单位面积的制冷剂流通孔的面积比率在分布板的整个区域为恒定。
并且，液滴分离器配置于足够高于压力容器内的制冷剂的液面水平的位置。其理由在于，防止已沸腾的制冷剂的液状飞沫通过液滴分离器而会以保持液相状的状态进入吸入管的所谓的残留(气液相伴)而抑制涡轮压缩机的效率下降。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭61-280359号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的R1233zd等低压制冷剂能够使涡轮制冷装置高效率化，而且地球温室效应系数较小，因此作为下一代制冷剂而所期待。
这种低压制冷剂与R134a等高压制冷剂相比，具有气体比容较大的特性，因此在蒸发器的内部与传热管组进行热交换而沸腾时沸腾泡沫变大。因此，容易出现传热管组局部性的被沸腾泡沫所围住的所谓的变干，与传热管组浸渍于制冷剂两相液中的状态相比，存在传热性能下降的趋势。
并且，在蒸发器内部的传热管组的上游部因流过传热管组的内部的被冷却液与制冷剂之间的温度差较大而制冷剂剧烈沸腾，但在传热管组的下流部因上述温度差缩小而制冷剂的沸腾变得平稳。因此，蒸发器内部的液相状的制冷剂池的液面高度(泡沫水平)的设定及调整变得困难。
而且，在传热管组中间隙流速变大，因此可能会导致由施加于各传热管的阻力引起的疲劳破坏。并且，当使用低压制冷剂时，从蒸发器吸入于涡轮压缩机的气化制冷剂的体积流量远大于高压制冷剂，因此蒸发器内部中的气化制冷剂的流速变高，乘着气化制冷剂的流动而液相状的制冷剂容易残留于涡轮压缩机侧，从而可能会导致涡轮压缩机的效率下降。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种使用了以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂的涡轮制冷装置中，能够防止蒸发器内的传热管组的变干而提高传热性能，并且能够抑制由液相状的低压制冷剂残留于涡轮压缩机侧而导致的效率下降的蒸发器及具备该蒸发器的涡轮制冷装置。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述课题，本发明采用以下方法。
本发明的第1方式所涉及的蒸发器具备：压力容器，其沿水平方向延伸，并且以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂被冷凝后导入；制冷剂入口，其设置于所述压力容器的下部；制冷剂出口，其设置于所述压力容器的上部；传热管组，其沿长边轴方向通过所述压力容器的内部，且在其内部使被冷却液流通，而使该被冷却液与所述低压制冷剂进行热交换；及板状的制冷剂分配板，其在所述压力容器的内部设置于所述制冷剂入口与所述传热管组之间，且穿设有制冷剂流通孔，所述制冷剂分配板中的每单位面积的所述制冷剂流通孔的面积比率在与所述传热管组的上游侧的位置附近对应的范围内大于其他范围。
如上述，制冷剂分配板中的每单位面积的制冷剂流通孔的面积比率在与传热管组的上游侧的位置附近对应的范围内大于其他范围，因此从制冷剂入口导入于压力容器内的低压制冷剂较多分配于传热管组的上游侧的位置附近。并且，在其他位置分配相对较少量的低压制冷剂。由此使压力容器的内部中的低压制冷剂池的液面高度(泡沫水平)一致。
在蒸发器内部中的传热管组的上游侧的位置附近因与流过传热管组的内部的被冷却液的温度差较大而低压制冷剂剧烈沸腾。但是，在该位置分配比其他位置相对较多的低压制冷剂，因此传热管组的上游侧的位置附近不会成为被低压制冷剂的沸腾泡沫所包围而变干的状况，从而能够维持传热管组浸渍于制冷剂两相液中的状态。因此，能够使流过传热管组的内部的被冷却液与低压制冷剂良好地进行热交换，从而能够提高传热管组的传热性能。
并且，在压力容器的长边轴方向中间部，低压制冷剂池的泡沫水平不会比长边轴方向两端部更上升，因此通过在压力容器的长边轴方向中间部设置通往涡轮压缩机的吸入管的制冷剂出口，防止液相状的低压制冷剂乘着气化制冷剂的流动而残留于涡轮压缩机侧，从而能够抑制涡轮压缩机的效率下降。
在上述的蒸发器中，可以设成如下结构：所述制冷剂入口设置于所述压力容器的长边轴方向中间部，且所述制冷剂分配板中的所述制冷剂流通孔的所述面积比率在所述制冷剂分配板的长边轴方向端部的范围内大于长边轴方向中间部的范围。
根据上述结构的蒸发器，从设置于压力容器的长边轴方向中间部的制冷剂入口导入于压力容器内的低压制冷剂向压力容器内部的长边轴方向两端部供给较多，而向成为制冷剂入口的正上部的压力容器的长边轴方向中间部供给相对较少。因此，压力容器的内部中的低压制冷剂池的液面高度(泡沫水平)一致而使流过传热管组的内部的被冷却液与低压制冷剂良好地进行热交换，从而能够提高传热管组的传热性能。
本发明的第2方式所涉及的蒸发器具备：压力容器，其沿水平方向延伸，并且以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂被冷凝后导入；制冷剂入口，其设置于所述压力容器的下部；制冷剂出口，其设置于所述压力容器的上部；传热管组，其沿长边轴方向通过所述压力容器的内部，且在其内部使被冷却液流通，而使该被冷却液与所述低压制冷剂进行热交换；及板状的制冷剂分配板，其在所述压力容器的内部设置于所述制冷剂入口与所述传热管组之间，且穿设有制冷剂流通孔，所述制冷剂入口设置成沿所述压力容器的长边轴方向分散有多个。
低压制冷剂的比容大于高压制冷剂，因此从制冷剂入口流入于蒸发器的体积流量较大且动压较高，但若相应于此加大制冷剂分配板的压损，则低压制冷剂从制冷剂分配板的制冷剂流通孔喷出的速度变快，从而导致传热管组的振动及破损。
根据上述结构的蒸发器，制冷剂入口设置成沿压力容器的长边轴方向分散有多个，因此与将制冷剂入口设成单一的情况相比，能够降低低压制冷剂的流入速度。因此，能够加大制冷剂分配板的制冷剂流通孔的直径，由此降低低压制冷剂从制冷剂流通孔喷出的速度，从而能够防止传热管组的振动及破损。
并且，能够使低压制冷剂从多个制冷剂入口遍及压力容器的长边轴方向总长度均等地流入而使压力容器内部中的低压制冷剂池的泡沫水平均匀。由此，能够防止传热管组的变干而提高传热性能，并且能够抑制液相状的低压制冷剂局部性地喷涌等而残留于涡轮压缩机侧从而避免涡轮压缩机的效率下降。
本发明的第3方式所涉及的蒸发器具备：压力容器，其沿水平方向延伸，并且以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂被冷凝后导入；制冷剂入口，其设置于所述压力容器的下部；制冷剂出口，其设置于所述压力容器的上部；传热管组，其沿长边轴方向通过所述压力容器的内部，且在其内部使被冷却液流通，而使该被冷却液与所述低压制冷剂进行热交换；及板状的制冷剂分配板，其在所述压力容器的内部设置于所述制冷剂入口与所述传热管组之间，且穿设有制冷剂流通孔，从所述制冷剂入口的外侧开口部至所述压力容器的流路截面积从所述外侧开口部朝向所述压力容器逐渐扩大。
根据上述结构的蒸发器，从制冷剂入口的外侧开口部至压力容器的流路截面积朝向压力容器扩大，因此流过制冷剂入口的低压制冷剂的流速朝向压力容器而下降。
因此，降低低压制冷剂从制冷剂分配板的制冷剂流通孔喷出的速度而防止传热管组的振动及破损，并且抑制液相状的低压制冷剂局部性地喷涌等而残留于涡轮压缩机侧，从而能够避免涡轮压缩机的效率下降。
本发明的第4方式所涉及的蒸发器具备：压力容器，其沿水平方向延伸，并且以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂被冷凝后导入；制冷剂入口，其设置于所述压力容器的下部；制冷剂出口，其设置于所述压力容器的上部；传热管组，其沿长边轴方向通过所述压力容器的内部，且在其内部使被冷却液流通，而使该被冷却液与所述低压制冷剂进行热交换；及板状的制冷剂分配板，其在所述压力容器的内部设置于所述制冷剂入口与所述传热管组之间，且穿设有制冷剂流通孔，所述制冷剂入口为与所述压力容器连接的管状，且在其管内设置有使所述低压制冷剂的流速衰减的流速衰减部件。
根据上述结构的蒸发器，通过流速衰减部件而从制冷剂入口流入于压力容器的低压制冷剂的流速降低。
因此，降低低压制冷剂从制冷剂分配板的制冷剂流通孔喷出的速度而防止传热管组的振动及破损，并且抑制液相状的低压制冷剂局部性地喷涌等而残留于涡轮压缩机侧，从而能够避免涡轮压缩机的效率下降。
在上述任一蒸发器中，可以设成如下结构，即所述传热管组具备：去程管组，其从所述压力容器内部的长边轴方向一端延伸至另一端；及回程管组，其在所述压力容器内部的长边轴方向另一端与所述去程管组连通，且从所述压力容器内部的长边轴方向另一端返回到一端，在所述压力容器的内部，所述去程管组配置于下方，所述回程管组配置于上方。
根据上述结构的蒸发器，与流过传热管内的被冷却液的温度差较大且低压制冷剂的沸腾变得剧烈的去程管组配置于压力容器的下部，而与被冷却液的温度差较小且低压制冷剂的沸腾变得平稳的回程管组配置于压力容器的上部。
因此，低压制冷剂的剧烈沸腾在压力容器内的低压制冷剂池的液面的下方进行，从而液相制冷剂难以飞溅到低压制冷剂池的液面上。因此，防止液相状的制冷剂伴随气化制冷剂的流动而残留于涡轮压缩机侧，从而能够抑制涡轮压缩机的效率下降。
在上述任一蒸发器中，可以设成如下结构：关于所述传热管组，捆扎多个传热管的传热管束沿水平方向排列有多个，且在所述传热管束之间形成有沿铅垂方向延伸的空隙。
根据上述结构的蒸发器，位于多个传热管束之间的铅垂的空隙成为与传热管组进行热交换而沸腾的低压制冷剂的沸腾泡沫的通道。由此，沸腾泡沫容易浮到低压制冷剂的液面。因此，防止在制冷剂液面下传热管组被沸腾泡沫所围住而变干，从而能够提高传热管组的传热性能。
在上述的蒸发器中，可以设成如下结构：在所述空隙的铅垂下方配置有穿设于所述制冷剂分配板的所述制冷剂流通孔。
根据上述结构的蒸发器，通过穿设于制冷剂分配板的制冷剂流通孔而放流于上方的低压制冷剂的流动通过空隙到达至传热管组的上端，因此能够提高传热管组的传热性能。
在上述任一蒸发器中，可以设成如下结构：在所述压力容器的内部位于所述制冷剂出口与所述传热管组之间，且进行所述制冷剂的气液分离的除雾器配置于所述传热管组的正上部。
当使用低压制冷剂时，气体流速较快，因此喷涌的液相制冷剂的液滴因其自重而从气相制冷剂分离为止的距离相对变长。因此，若将除雾器配置在比液滴自重分离的位置更高位置，则从制冷剂液面至除雾器的距离变长，从而压力容器的壳体直径将会变大。
如上述，通过将除雾器配置在传热管组的正上部，通过除雾器来减少喷涌的液滴量，从而能够减少残留量。而且，通过将除雾器配置在传热管组的正上部，促进在除雾器上方的空间低压制冷剂的蒸发雾气成为较大直径的液滴，从而能够缩短液滴自重分离的距离而防止低压制冷剂的残留。
在上述的蒸发器中，可以设成如下结构：所述除雾器以其周围整周与所述压力容器的内周相接的方式设置。
根据上述结构的蒸发器，压力容器的内部中的低压制冷剂的气流的总量须通过除雾器，从而气流的流动阻力增大。因此，压力容器内的气流的流速分布被均衡化，局部的气体流速的峰值下降，液滴的产生量减少，并且缩短液滴的自重分离距离，从而能够防止低压制冷剂的残留。
在上述任一蒸发器中，可以设成如下结构：构成所述传热管组的各传热管设置成具有与所述压力容器的长边轴方向交叉的面方向且贯穿沿所述压力容器的长边轴方向隔着间隔配置的多个传热管支撑板，所述传热管组的上游侧的位置附近中的所述传热管支撑板的设置间隔小于其他位置中的所述传热管支撑板的设置间隔。
在传热管组的上游侧的位置附近，因流过传热管组的内部的被冷却液与低压制冷剂之间的温度差较大而低压制冷剂剧烈沸腾，且其沸腾泡沫的比容大于高压制冷剂，因此与使用了高压制冷剂的情况相比，发生较大的振动。因此，传热管组因沸腾泡沫的振动而发生共振而可能会导致破损。
如上述，通过将传热管组的上游侧的位置附近中的传热管支撑板的设置间隔设成小于其他位置中的传热管支撑板的设置间隔，能够抑制传热管组的上游侧附近中的共振而防止破损。
本发明所涉及的涡轮制冷装置具备：涡轮压缩机，其对以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂进行压缩；冷凝器，其使被压缩的所述低压制冷剂冷凝；及上述任一蒸发器，其使已膨胀的所述低压制冷剂蒸发。
根据上述结构的涡轮制冷装置，当使用了低压制冷剂时，防止由蒸发器内的低压制冷剂的沸腾泡沫而引起的传热管组的变干及低压制冷剂的液滴残留于涡轮压缩机，从而能够实现基于低压制冷剂的效率提高。
发明效果
如以上，根据本发明所涉及的蒸发器及具备该蒸发器的涡轮制冷装置，在使用了以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂的涡轮制冷装置中，能够防止蒸发器内的传热管组的变干而提高传热性能，并且能够抑制由液相状的低压制冷剂残留于涡轮压缩机侧而引起的效率下降。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的涡轮制冷装置的整体图。
图2是以图1的II向视来表示本发明的第1实施方式的蒸发器的侧视图。
图3是沿图2的III-III线的蒸发器的纵剖视图。
图4是沿图2的IV-IV线的蒸发器的纵剖视图。
图5是表示本发明的第2实施方式的蒸发器的侧视图。
图6是表示本发明的第3实施方式的蒸发器的纵剖视图。
图7是图6的VII向视图。
图8A是表示本发明的第4实施方式的制冷剂入口的纵剖视图。
图8B是表示本发明的第4实施方式的制冷剂入口的纵剖视图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明的实施方式所涉及的涡轮制冷装置的整体图。该涡轮制冷装置1构成为具备对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机2、冷凝器3、高压膨胀阀4、中间冷却器5、低压膨胀阀6、蒸发器7、润滑油罐8、回程箱9、逆变器单元10及操作盘11等的单元状。润滑油罐8为储存供给至涡轮压缩机2的轴承及增速器等的润滑油的储罐。
冷凝器3及蒸发器7形成为耐压性高的球壳形状，且以将其轴线大致沿水平方向延伸的状态彼此相邻的方式平行地配置。冷凝器3配置于比蒸发器7相对更高的位置，且在其下方设置有回程箱9。中间冷却器5及润滑油罐8设置成被夹持于冷凝器3与蒸发器7之间。逆变器单元10设置于冷凝器3的上部，操作盘11配置于蒸发器7的上方。润滑油罐8、回程箱9、逆变器单元10及操作盘11分别以在俯视下不会从涡轮制冷装置1的整体轮廓较大地突出的方式配置。
涡轮压缩机2为由电动机13旋转驱动的公知的离心涡轮型的涡轮压缩机，且以将其轴线大致沿水平方向延伸的姿势配置于蒸发器7的上方。电动机13由逆变器单元10驱动。如后述，涡轮压缩机2对从蒸发器7的制冷剂出口23经吸入管14而被供给的气相状的制冷剂进行压缩。作为制冷剂，可使用以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的R1233zd等低压制冷剂。
涡轮压缩机2的排出口与冷凝器3的上部之间由排出管15连接，冷凝器3的底部与中间冷却器5的底部之间由制冷剂管16连接。并且，中间冷却器5的底部与蒸发器7之间由制冷剂管17连接，中间冷却器5的上部与涡轮压缩机2的中段之间由制冷剂管18连接。在制冷剂管16中设置有高压膨胀阀4，在制冷剂管17中设置有低压膨胀阀6。
[第1实施方式]
图2～图4表示蒸发器7的第1实施方式。
如图2所示，蒸发器7构成为具备沿水平方向延伸的球壳形状的压力容器21、设置于该压力容器21的下部的制冷剂入口22、设置于压力容器21的上部的制冷剂出口23、沿长边轴方向通过压力容器21的内部的传热管组25、制冷剂分配板26及除雾器27。
制冷剂入口22及制冷剂出口23分别配置于压力容器21的长边轴方向中间部，制冷剂入口22形成为从压力容器21的底部沿水平且以切线状延伸突出的较短的管状，制冷剂出口23形成为从压力容器21的上部向铅垂上方延伸突出的较短的管状。如图1所示，在制冷剂入口22连接有从中间冷却器5的底部延伸突出的制冷剂管17，在制冷剂出口23连接有涡轮压缩机2的吸入管14。
在压力容器21的内部，在其一端(例如面向图2的左端)的下侧设置有入口腔室31，且在其上设置有出口腔室32，而作为分别独立的腔室。并且，在压力容器21的内部另一端(例如面向图2的右端)作为独立的腔室设置有U型转弯腔室33。这些腔室31、32、33均配置于比除雾器27更靠下方的位置。在入口腔室31设置有入口喷嘴34，在出口腔室32设置有出口喷嘴35。
如图2、图3及图4所示，传热管组25具备从压力容器21内部的长边轴方向一端(图2中的左端)延伸至另一端(图2中的右端)的去程管组25A、及在压力容器21内部的长边轴方向另一端与去程管组25A连通且从压力容器21内部的长边轴方向另一端返回到一端的回程管组25B。具体而言，去程管组25A以连接入口腔室31与U型转弯腔室33的下部之间的方式配设，回程管组25B以连接出口腔室32与U型转弯腔室33的上部之间的方式配设。即，去程管组25A配置于压力容器21的内部下方，回程管组25B配置于压力容器21的内部上方。
从入口喷嘴34作为被制冷剂所冷却的被冷却液例如成为水(自来水、净化水、蒸馏水等)流入的方式。该水从入口腔室31流入而流过去程管组25A，并通过U型转弯腔室33而U型转弯之后，流过回程管组25B，并经出口腔室32从出口喷嘴35作为冷水而流出。
如图3、图4所示，构成传热管组25的去程管组25A及回程管组25B为分别捆扎多个传热管的传热管束25a沿水平方向平行地排列多个(例如各4个)的结构。在各传热管束25a之间形成有沿铅垂方向延伸的空隙S1。并且，在去程管组25A与回程管组25B之间形成有沿水平方向延伸的空隙S2。
如图2所示，构成传热管组25(25A、25B)的各传热管在压力容器21的内部被多个传热管支撑板37所支撑并且固定在压力容器21的内部。这些传热管支撑板37为具有与压力容器21的长边轴方向交叉的面方向的平板状，且沿压力容器21的长边轴方向隔着间隔配置有多个，并且固定在压力容器21的内面。在传热管支撑板37中穿设有多个贯穿孔，在这些贯穿孔中密集的插穿有传热管。
关于沿压力容器21的长边轴方向的传热管支撑板37的设置间隔，传热管组25的上游侧的位置附近，即去程管组25A的上游侧的位置(图2中的左方)附近中的设置间隔L1设成小于其他位置中的设置间隔L2。例如，L1为L2的一半左右。
另一方面，如图2～图4所示，制冷剂分配板26在压力容器21的内部设置于制冷剂入口22与传热管组25(去程管组25A)之间。该制冷剂分配板26为穿设有多个制冷剂流通孔26a的板状的部件。
该制冷剂分配板26中的每单位面积的制冷剂流通孔26a的面积比率在与传热管组25(25A)的上游侧的位置附近对应的范围A1内，设成大于其他范围，例如大于与传热管组25的中间区段的位置对应的范围A2。并且，该制冷剂流通孔26a的面积比率在制冷剂分配板26的长边轴方向两端部的范围A1、A3内，设成大于长边轴方向中间部的范围A2。例如，能够例示范围A1、A3内的制冷剂流通孔26a的面积比率为33～38％，范围A2内的制冷剂流通孔26a的面积比率为24～33％，但并不仅限定于该范围。
如图3、图4所示，在构成传热管组25(25A、25B)的多个传热管束25a之间所形成的沿铅垂方向延伸的空隙S1的铅垂下方配置有制冷剂分配板26的制冷剂流通孔26a。即，在俯视下，沿空隙S1的长边方向排列有制冷剂流通孔26a。
如图2～图4所示，除雾器27在压力容器21的内部配置于制冷剂出口23与传热管组25(回程管组25B)之间。除雾器27为例如将钢丝结成网状的富于通气性的部件，且进行低压制冷剂的气液分离。并不限定于丝网，只要通气性良好则可以是其他多孔状的物质。
除雾器27以其周围整周与压力容器21的内周相接的方式安装，以该除雾器27为界压力容器21的内部空间分为上下两部分。并且，除雾器27的设置高度设成传热管组25的正上部。具体而言，传热管组25与除雾器27的间隔设成管配置间距的2倍左右。另一方面，在除雾器27与制冷剂出口23之间设置有较大的高低差(例如压力容器21的直径的50％左右以上)。
在具备如以上方式构成的蒸发器7的涡轮制冷装置1中，涡轮压缩机2由电动机13旋转驱动，并对从蒸发器7经吸入管14而被供给的气相状的低压制冷剂进行压缩，且将该被压缩的低压制冷剂从排出管15供给至冷凝器3。
在冷凝器3的内部，通过涡轮压缩机2压缩的高温的低压制冷剂与冷却水进行热交换而使冷凝热冷却后被冷凝液化。通过冷凝器3成为液相状的低压制冷剂通过从冷凝器3延伸突出的制冷剂管16中所设置的高压膨胀阀4而膨胀，从而成为气液混合状态供给至中间冷却器5，且暂时储存于该处。
在中间冷却器5的内部，在高压膨胀阀4中膨胀的气液混合状态的低压制冷剂气液分离成气相份及液相份。在此被分离的低压制冷剂的液相份通过从中间冷却器5的底部延伸突出的制冷剂管17中所设置的低压膨胀阀6进一步膨胀而成为气液两相流并供给至蒸发器7。并且，在中间冷却器5中分离的低压制冷剂的气相份经从中间冷却器5的上部延伸突出的制冷剂管18而供给至涡轮压缩机2的中段部，并且再次被压缩。
如图2～图4所示，在蒸发器7中，在低压膨胀阀6中断热膨胀之后的低温的气液两相流状的低压制冷剂从制冷剂入口22流入压力容器21的内部，在制冷剂分配板26的下方向压力容器21的长边轴方向分散之后，通过制冷剂分配板26的制冷剂流通孔26a而流动于上方。而且，在压力容器21的内部形成低压制冷剂池。该低压制冷剂池的液面水平以成为传热管组25与除雾器27之间的方式被自动调整。
传热管组25(25A、25B)成为在压力容器21的内部浸渍于低压制冷剂池中的状态，且与低压制冷剂进行热交换。由此，通过传热管组25的内部的水被冷却而成为冷水。该冷水用作空调用冷热介质及工业用冷却水等。
通过与传热管组25的热交换而蒸发(气化)的低压制冷剂通过除雾器27气液分离。即，当已气化的低压制冷剂(气化制冷剂)在压力容器21的内部朝向制冷剂出口23时，因比容大于高压制冷剂的低压制冷剂的特性而形成较快的流动。而且，从低压制冷剂池喷涌的未气化的液相制冷剂的液滴伴随气化制冷剂的较快的流动而欲从制冷剂出口23出来，从而可能会产生残留。
但是，该液滴被多孔状的除雾器27所捕捉而分离，因重力而下落至低压制冷剂池，因此残留得以防止。如此气液分离的气化制冷剂从制冷剂出口23离开而经吸入管14再次被涡轮压缩机2吸入/压缩，之后重复该制冷循环。
该蒸发器7中，在压力容器21的内部设置于制冷剂入口22与传热管组25(25A、25B)之间的制冷剂分配板26中的制冷剂流通孔26a的面积比率设成在与传热管组25(25A)的上游侧的位置附近对应的范围A1内大于其他范围A2。
因此，从制冷剂入口22导入于压力容器21内的低压制冷剂向传热管组25(25A)的上游侧的位置附近分配较多。并且，向其他位置分配相对较少量的低压制冷剂。由此，使压力容器21的内部中的低压制冷剂池的液面高度(泡沫水平)一致。
在压力容器21的内部中的传热管组25(25A)的上游侧的位置附近，因与流过传热管组25(25A)的内部的水的温度差较大而低压制冷剂剧烈沸腾。但是，如上述，在该位置分配比其他位置相对较多的低压制冷剂，因此传热管组25(25A)的上游侧的位置附近不会成为被低压制冷剂的沸腾泡沫所围住而变干的情况，从而能够维持传热管组25(25A、25B)浸渍于制冷剂两相液中的状态。因此，能够使流过传热管组25(25A、25B)的内部的被冷却液与低压制冷剂良好地进行热交换，从而能够提高传热管组25(25A、25B)的传热性能。
如上述，在压力容器21的长边轴方向中间部低压制冷剂池的泡沫水平不会比长边轴方向两端部更上升，因此如本实施方式，通过在压力容器21的长边轴方向中间部设置通往涡轮压缩机2的吸入管14的制冷剂出口23，有效地防止液相状的制冷剂乘着气化制冷剂的流动而残留于涡轮压缩机2侧，从而能够抑制涡轮压缩机2的效率下降。
并且，该蒸发器7中，制冷剂入口22设置于压力容器21的长边轴方向中间部，并且制冷剂分配板26中的制冷剂流通孔26a的面积比率设成在制冷剂分配板26的长边轴方向两端部的范围A1、A3内大于长边轴方向中间部的范围A2。
因此，从设置于压力容器21的长边轴方向中间部的制冷剂入口22导入于压力容器21内的低压制冷剂向压力容器21内部的长边轴方向两端部供给较多，而向成为制冷剂入口22的正上部的压力容器21的长边轴方向中间部供给相对较少。因此，使压力容器21的内部中的低压制冷剂池的液面高度(泡沫水平)一致，而使流过传热管组25(25A、25B)的内部的水与低压制冷剂良好地进行热交换，从而能够提高传热管组25(25A、25B)的传热性能。
而且，该蒸发器7的传热管组25具备从压力容器21内部的长边轴方向一端延伸至另一端的去程管组25A、及在压力容器21内部的长边轴方向另一端与去程管组25A连通且从压力容器21内部的长边轴方向另一端返回到一端的回程管组25B。而且，在压力容器21的内部，去程管组25A配置于下方，回程管组25B配置于上方。
若以这种方式构成传热管组25，则与流过传热管内的水的温度差较大且低压制冷剂的沸腾变得剧烈的去程管组25A配置于压力容器21的下部，与流过传热管内的水的温度差较小且低压制冷剂的沸腾变得平稳的回程管组25B配置于压力容器21的上部。
因此，低压制冷剂的剧烈沸腾在压力容器21内的低压制冷剂池的液面的下方(深处)进行，而液相制冷剂难以飞溅到低压制冷剂池的液面上。因此，防止液相状的制冷剂伴随气化制冷剂的流动而残留于涡轮压缩机2侧，从而能够抑制涡轮压缩机2的效率下降。
关于传热管组25(25A、25B)，捆扎多个传热管的传热管束25a沿水平方向排列有多个，在这些传热管束25a之间形成有沿铅垂方向延伸的空隙S1。
位于该多个传热管束25a之间的铅垂的空隙S1成为与传热管组25(25A、25B)进行热交换而沸腾的低压制冷剂的沸腾泡沫的通道。由此，沸腾泡沫能够容易浮到低压制冷剂池的液面。因此，防止在制冷剂液面下传热管组25(25A、25B)被沸腾泡沫所围住而变干，从而能够提高传热管组25(25A、25B)的传热性能。
此外，在空隙S1的铅垂下方配置有穿设于制冷剂分配板26的制冷剂流通孔26a，因此通过制冷剂分配板26的制冷剂流通孔26a而放流于上方的低压制冷剂的流动通过空隙S1而到达至传热管组25(25A、25B)的上端。因此，能够提高传热管组25(25A、25B)的传热性能。
如该涡轮制冷装置1，当使用低压制冷剂时，因比容大于高压制冷剂的低压制冷剂的特性而蒸发器7的压力容器21内部中的气体流速变快。因此，从压力容器21内部的低压制冷剂池喷涌的液相制冷剂的液滴因其自重而从气相制冷剂分离为止的距离相对变长。因此，若在比液滴自重分离的位置更高位置设置除雾器27，则从制冷剂液面至除雾器27的距离会变长，且压力容器21的壳体直径会变大。
在该蒸发器7中，通过将除雾器27配置在传热管组25的正上部，由除雾器27来减少从低压制冷剂池喷涌的液滴量，并抑制低压制冷剂的液滴从制冷剂出口23脱离(残留)。
而且，通过将除雾器27配置在传热管组25的正上部，相对加大除雾器27上的空间高度，促进低压制冷剂的蒸发雾气成为较大直径的液滴，缩短液滴自重分离的距离，在这一点上也能够抑制低压制冷剂的残留。
而且，在该蒸发器7中，除雾器27以其周围整周与压力容器21的内周整周相接的方式设置。由此，通过压力容器21的内部中的低压制冷剂的气流的总量通过除雾器27，气流的流动阻力增大。因此，压力容器21内的气流的流速分布被均衡化，局部的气体流速的峰值降低，减少液滴的产生量，并且缩短液滴的自重分离距离，从而能够防止低压制冷剂的残留。
并且，在该蒸发器7中，支撑有传热管组25的各传热管的多个传热管支撑板37的、传热管组25的上游侧的位置附近中的设置间隔L1设成小于其他位置中的设置间隔L2。
在传热管组25的上游侧的位置附近，如前述因流过传热管组25的内部的水与低压制冷剂之间的温度差较大而低压制冷剂剧烈沸腾，且其沸腾泡沫的比容大于高压制冷剂，因此产生比使用了高压制冷剂的情况更大的振动。因此，导致传热管组25因沸腾泡沫的振动而发生共振而可能会导致破损。
如上述，通过将传热管组25的上游侧的位置附近中的传热管支撑板37的设置间隔L1设成小于其他位置中的设置间隔L2，提高传热管组25的上游侧附近中的设置刚性，从而能够抑制共振而防止破损。
[第2实施方式]
图5是表示本发明的第2实施方式的蒸发器的侧视图。
该蒸发器7A在压力容器21的制冷剂入口22A设置成沿压力容器21的长边轴方向分散有多个的这一点上与第1实施方式的蒸发器7(制冷剂入口22)不同，而其他结构相同。因此，对相同结构的各部分标注相同符号并省略说明。
在本实施方式中，例如2个制冷剂入口22A沿压力容器21的长边轴方向分散，且以彼此之间远离的方式设置。可以将制冷剂入口22A设置在3处以上。这些制冷剂入口22A与第1实施方式的制冷剂入口22相同，形成为从压力容器21的底部沿水平且以切线状延伸突出的较短的管状。各制冷剂入口22A的口径设成小于第1实施方式的制冷剂入口22的口径。
如前述，低压制冷剂的比容大于高压制冷剂，因此流入蒸发器7A的体积流量较大且动压较高，但若相应于此缩小制冷剂分配板26的制冷剂流通孔26a等而加大压损，则低压制冷剂从制冷剂流通孔26a喷出的速度变快，从而导致传热管组25的振动及破损。
如该蒸发器7A，通过将2个或3个以上的制冷剂入口22A以沿压力容器21的长边轴方向远离的方式设置，与如第1实施方式设置有单一制冷剂入口22的情况相比，能够降低向压力容器21内部的低压制冷剂的流入速度。因此，能够加大制冷剂分配板26的制冷剂流通孔26a的直径，由此能够降低低压制冷剂从制冷剂流通孔26a喷出的速度。
由此，防止传热管组25的振动及破损，并且抑制液相状的低压制冷剂局部性地喷涌等而残留于涡轮压缩机2侧，从而能够避免涡轮压缩机2的效率下降。
[第3实施方式]
图6是表示本发明的第3实施方式的蒸发器的纵剖视图，图7是图6的VII向视图。
该蒸发器7B中，从设置于压力容器21的底部的制冷剂入口22的外侧开口部22a至压力容器21的流路截面积从外侧开口部22a朝向压力容器21逐渐扩大。具体而言，在外侧开口部22a与压力容器21之间设置有扩张流路22b。除此以外的结构与图3中所示的第1实施方式的蒸发器7相同，因此对相同结构的各部分标注相同符号并省略说明。
扩张流路22b例如形成为箱状，且设成其流路截面积大于制冷剂入口22的流路截面积。例如扩张流路22b的流路截面积设定成制冷剂入口22的流路截面积的2～5倍左右。另外，扩张流路22b的形状并不仅限定于箱状，只要其流路截面积大于制冷剂入口22的外侧开口部22a则可以是其他形状。例如，可以将扩张流路22b设成凸出形状等。并且，可以考虑不设置扩张流路22b，而制冷剂入口22设成从其外侧开口部22a朝向压力容器21侧直径变大的锥形管状。
如此，通过将从制冷剂入口22的外侧开口部22a至压力容器21的流路截面积朝向压力容器21扩大，流过制冷剂入口22的低压制冷剂的流速朝向压力容器21而降低。
因此，降低低压制冷剂从制冷剂分配板26的制冷剂流通孔26a喷出的速度而防止传热管组25的振动及破损，并且抑制液相状的低压制冷剂局部性地喷涌等而残留于涡轮压缩机2侧，从而能够避免涡轮压缩机2的效率下降。
[第4实施方式]
图8A、图8B是表示本发明的第4实施方式的蒸发器的纵剖视图。
该蒸发器7C在制冷剂入口22的管内设置有使低压制冷剂的流速衰减的流速衰减部件的这一点上与第1实施方式的蒸发器7(制冷剂入口22)不同，而其他结构相同。
作为流速衰减部件，如图8A所示，可以考虑在制冷剂入口22的管内设置多孔板(冲孔板等)22c，或如图8B所示，在制冷剂入口22的管内以迷路状设置多个挡板22d。只要能够使制冷剂入口22的管内的低压制冷剂的流速衰减，则也可以将除此以外的构件作为流速衰减部件来设置。
如此，通过在制冷剂入口22的管内设置成为流速衰减部件的多孔板22c及挡板22d，从制冷剂入口22流入于压力容器21的低压制冷剂的流速得以降低。
因此，降低低压制冷剂从制冷剂分配板26的制冷剂流通孔26a喷出的速度而防止传热管组25的振动及破损，并且抑制液相状的低压制冷剂局部性地喷涌等而残留于涡轮压缩机2侧，从而能够避免涡轮压缩机2的效率下降。
如以上进行的说明，根据本实施方式所涉及的蒸发器7、7A、7B、7C及具备这些蒸发器的涡轮制冷装置1，使用了以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂的涡轮制冷装置1中，能够防止蒸发器内的传热管组25变干而提高传热性能，从而能够抑制由液相状的低压制冷剂残留于涡轮压缩机2侧而引起的效率下降。
另外，本发明并不仅限定于上述实施方式的结构，能够附加适当变更及改良，而将附加了这种变更及改良的实施方式也视为包含于本发明的权利要求范围。例如，可以组合上述第1～第4实施方式等。
符号说明
1-涡轮制冷装置，2-涡轮压缩机，3-冷凝器，7-蒸发器，21-压力容器，22-制冷剂入口，22a-制冷剂入口的外侧开口部，22b-扩张流路，22c-多孔板(流速衰减部件)，22d-挡板(流速衰减部件)，23-制冷剂出口，25-传热管组，25A-去程管组，25B-回程管组，25a-传热管束，26-制冷剂分配板，26a-制冷剂流通孔，27-除雾器，37-传热管支撑板，A1-与传热管组的上游侧的位置附近对应的范围(制冷剂分配板的长边轴方向端部的范围)，A2-与传热管组的其他位置对应的范围(制冷剂分配板的长边轴方向中间部的范围)，A3-制冷剂分配板的长边轴方向端部的范围，L1、L2-传热管支撑板的设置间隔，S1-空隙。

Claims (12)

1.一种蒸发器，其具备：
压力容器，其沿水平方向延伸，并且以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂被冷凝后导入；
制冷剂入口，其设置于所述压力容器的下部；
制冷剂出口，其设置于所述压力容器的上部；
传热管组，其沿长边轴方向通过所述压力容器的内部，且在其内部使被冷却液流通，而使该被冷却液与所述低压制冷剂进行热交换；及
板状的制冷剂分配板，其在所述压力容器的内部设置于所述制冷剂入口与所述传热管组之间，且穿设有制冷剂流通孔，
所述制冷剂分配板中的每单位面积的所述制冷剂流通孔的面积比率在与所述传热管组的上游侧的位置附近对应的范围内大于其他范围。
2.根据权利要求1所述的蒸发器，其中，
所述制冷剂入口设置于所述压力容器的长边轴方向中间部，
所述制冷剂分配板中的所述制冷剂流通孔的所述面积比率在所述制冷剂分配板的长边轴方向端部的范围内大于长边轴方向中间部的范围。
3.一种蒸发器，其具备：
压力容器，其沿水平方向延伸，并且以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂被冷凝后导入；
制冷剂入口，其设置于所述压力容器的下部；
制冷剂出口，其设置于所述压力容器的上部；
传热管组，其沿长边轴方向通过所述压力容器的内部，且在其内部使被冷却液流通，而使该被冷却液与所述低压制冷剂进行热交换；及
板状的制冷剂分配板，其在所述压力容器的内部设置于所述制冷剂入口与所述传热管组之间，且穿设有制冷剂流通孔，
所述制冷剂入口设置成沿所述压力容器的长边轴方向分散有多个。
4.一种蒸发器，其具备：
压力容器，其沿水平方向延伸，并且以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂被冷凝后导入；
制冷剂入口，其设置于所述压力容器的下部；
制冷剂出口，其设置于所述压力容器的上部；
传热管组，其沿长边轴方向通过所述压力容器的内部，且在其内部使被冷却液流通，而使该被冷却液与所述低压制冷剂进行热交换；及
板状的制冷剂分配板，其在所述压力容器的内部设置于所述制冷剂入口与所述传热管组之间，且穿设有制冷剂流通孔，
从所述制冷剂入口的外侧开口部至所述压力容器的流路截面积从所述外侧开口部朝向所述压力容器逐渐扩大。
5.一种蒸发器，其具备：
压力容器，其沿水平方向延伸，并且以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂被冷凝后导入；
制冷剂入口，其设置于所述压力容器的下部；
制冷剂出口，其设置于所述压力容器的上部；
传热管组，其沿长边轴方向通过所述压力容器的内部，且在其内部使被冷却液流通，而使该被冷却液与所述低压制冷剂进行热交换；及
板状的制冷剂分配板，其在所述压力容器的内部设置于所述制冷剂入口与所述传热管组之间，且穿设有制冷剂流通孔，
所述制冷剂入口为与所述压力容器连接的管状，且在其管内设置有使所述低压制冷剂的流速衰减的流速衰减部件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器，其中，
所述传热管组具备：
去程管组，其从所述压力容器内部的长边轴方向一端延伸至另一端；及
回程管组，其在所述压力容器内部的长边轴方向另一端与所述去程管组连通，且从所述压力容器内部的长边轴方向另一端返回到一端，
在所述压力容器的内部，所述去程管组配置于下方，所述回程管组配置于上方。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的蒸发器，其中，
关于所述传热管组，捆扎多个传热管的传热管束沿水平方向排列有多个，且在所述传热管束之间形成有沿铅垂方向延伸的空隙。
8.根据权利要求7所述的蒸发器，其中，
在所述空隙的铅垂下方配置有穿设于所述制冷剂分配板的所述制冷剂流通孔。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的蒸发器，其中，
在所述压力容器的内部位于所述制冷剂出口与所述传热管组之间且进行所述低压制冷剂的气液分离的除雾器配置于所述传热管组的正上部。
10.根据权利要求9所述的蒸发器，其中，
所述除雾器以其周围整周与所述压力容器的内周相接的方式设置。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的蒸发器，其中，
构成所述传热管组的各传热管设置成具有与所述压力容器的长边轴方向交叉的面方向且贯穿沿所述压力容器的长边轴方向隔着间隔配置的多个传热管支撑板，且所述传热管组的上游侧的位置附近中的所述传热管支撑板的设置间隔小于其他位置中的所述传热管支撑板的设置间隔。
12.一种涡轮制冷装置，其具备：
涡轮压缩机，其对以最高压力小于0.2MPaG的方式使用的低压制冷剂进行压缩；
冷凝器，其使被压缩的所述低压制冷剂冷凝；及
权利要求1至11中任一项所述的蒸发器，其使已膨胀的所述低压制冷剂蒸发。
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