DE112015004098T5

DE112015004098T5 - Turbo-Kälteanlage

Info

Publication number: DE112015004098T5
Application number: DE112015004098.6T
Authority: DE
Inventors: Naoya Miyoshi; Kenji Ueda; Yasushi Hasegawa
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2014-09-08
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2017-07-06
Also published as: WO2016039114A1; JP2016056979A; US20180216857A1; JP6787647B2; US10126028B2; CN106662414A

Abstract

Diese Turbo-Kälteanlage umfasst einen Rohrbündelkondensator (3), wobei ein Verteiler (14) entlang einer Längsrichtung einer Hülle (11) an einem Kühlmitteleinlass (13) des Kondensators (3) installiert ist, und wobei Öffnungen (16) an mindestens beiden Endabschnitten des Verteilers (14) in der Längsrichtung ausgebildet sind, wodurch ein Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck von einem Kompressor durch den Verteiler (14) eben und gleichmäßig zu beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle (11) des Kondensators (3) verteilt werden kann.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbo-Kälteanlage, die mit einem Rohrbündelkondensator ausgestattet ist.
Hintergrund
Bei Turbo-Kälteanlagen wird herkömmlich oft ein wassergekühlter Kondensator verwendet. In vielen Fällen wird ein Rohrbündel-Wärmetauscher als der Kondensator verwendet, wobei der Rohrbündel-Wärmetauscher eine große Anzahl an Wärmeübertragungsrohren aufweist, die in einer Hülle installiert sind und Wärme mit einem Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck, das in die Hülle hinein eingetragen wird mit Kühlwasser, das durch die Wärmeübertragungsrohre zirkuliert, austauscht, wodurch das Kühlmittelgas in eine Flüssigkeit kondensiert wird.
In solch einem Kondensator wird von einem Turbokompressor ausgetrages Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck in eine Hülle hinein eingetragen, wobei dieses Kühlmittelgas überhitztes Gas mit einer hohen Strömungsrate ist. Daher ist, um zu verhindern, dass das Kühlmittelgas direkt auf Wärmeübertragungsrohre in dem Kondensator auftrifft, oder um eine Verschiebung des Kühlmittelgases in der Hülle, wie in Patentschrift 1 dargestellt, zu verhindern, eine Leitplatte gegenüber einem Kühlmitteleinlass installiert, wodurch die Kühlmittelgasströmung auf die Leitplatte auftrifft. Dies verhindert eine Resonanz, welche durch die Kühlmittelgasströmung, die direkt auf die Wärmeübertragungsrohre auftrifft, verursacht wird, und eine Verschiebung der Kühlmittelgasströmung.
Zitationsliste
PTL 1

Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer Sho60-103277

Zusammenfassen der Erfindung
Technisches Problem
Jedoch ist, wie oben beschrieben, bei einem Kondensator, der ein Kühlmittelgas in einer Hülle durch Auftreffen der Kühlmittelgasströmung mit einer hohen Strömungsrate auf eine Leitplatte verteilt, die Magnitude eines Geschwindigkeitsvektors in einer Längsrichtung der Hülle hinsichtlich eines Geschwindigkeitsvektors in einer Kühlmitteleintrittsrichtung nicht ausreichend groß, wenn die Kühlmittelgasströmungsrichtung durch die Leitplatte geändert wird, und das Kühlmittel wird nicht ausreichend zu beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle verteilt. Deswegen tritt Stagnation der Kühlmittelströmung in beiden Endbereichen auf, was Verschlechterung der Kondensatorleistung und ähnliches verursacht. Darüber hinaus ist der Druckverlust aufgrund des Auftreffens hoch und die Erhöhung des Druckverlustes des Kühlmittels in dem Kondensator verursacht eine Leistungsverschlechterung etc..
Insbesondere wird zurzeit bei Turbo-Kälteanlagen, um die Umweltlast zu reduzieren, ein R1233zd(E) Kühlmittel oder ähnliches verwendet, welches eines von Hydrochlorofluoroolefin (HCFO) Kühlmitteln ist, die sowohl ein geringes Erderwärmungspotenzial (GWP) als auch ein geringes Ozonabbaupotenzial (ODP) aufweisen, berücksichtigt. Verglichen mit derzeit verwendeten Hochdruckkühlmitteln wie beispielsweise R1234a, ist dieses R1233zd(E) ein Kühlmittel mit niedrigem Druck und niedriger Dichte. Daher ist die Volumenströmungsrate eines Kühlmittelgases, das in einen Kondensator hineinströmt, hoch, und eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit ist ebenfalls vorbestimmt. Folglich ist, wenn der Kondensator ein Typ ist, der ein Kühlmittel durch Auftreffen des Kühlmittels auf eine Leitplatte verteilt, der Druckverlust erhöht, und seine niedrige Kühlmittelverteilfunktion vergrößert den Verlust des Kühlkreislaufs bzw. Kältekreislaufs.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Umstände gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochleistungs-Turbo-Kälteanlage mit einem Kondensator, von dem eine Leistung durch die Verbesserung einer Kühlmittelverteilfunktion des Verteilens eines Kühlmittels zu beiden Längsrichtungsendbereichen in einer Hülle unter Reduktion des Kühlmitteldruckverlusts verbessert ist, vorzuschlagen.
Lösung für das Problem
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, setzt die Turbo-Kälteanlage gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Mittel ein.
Eine Turbo-Kälteanlage gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Turbo-Kälteanlage, die mit einem Rohrbündelkondensator ausgestattet ist, wobei ein Verteiler entlang einer Längsrichtung einer Hülle an einem Kühlmitteleinlass des Kondensators installiert ist, und Öffnungen an mindestens beiden Endabschnitten des Verteilers in der Längsrichtung ausgebildet sind, wodurch ein Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck von einem Kompressor durch den Verteiler problemlos und gleichmäßig zu beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle des Kondensators verteilt werden kann.
Gemäß des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist der Verteiler entlang der Längsrichtung der Hülle an dem Kühlmitteleinlass des Rohrbündelkondensators installiert, und die Öffnungen sind an mindestens beiden Endabschnitten des Verteilers in der Längsrichtung ausgebildet, was es dem Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck erlaubt, von dem Kompressor problemlos und gleichmäßig zu den beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle des Kondensators durch den Verteiler verteilt zu werden. Dementsprechend kann von dem Kompressor in den Kondensator hinein eingetragenes Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck gleichmäßig von den Öffnungen, die an den beiden Längsrichtungsendabschnitten ausgebildet sind, zu den beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle durch den an dem Kühlmitteleinlass installiertem Verteiler problemlos verteilt werden. Daher kann, verglichen mit einem Typ von Kondensator, der ein Kühlmittel durch Auftreffen des Kühlmittels auf eine Leitplatte verteilt, der Druckverlust reduziert werden, und die Kondensatorleistung kann verbessert werden. Darüber hinaus wird ein Kühlmittel ausreichend beiden Endbereichen in der Hülle zugeführt, und das Kühlmittel wird gleichmäßig über den gesamten Bereich in der Hülle ohne Stagnationsbereiche verteilt, wodurch die gesamte Wärmeübertragungsoberfläche effizient genutzt werden kann. Darüber hinaus wird, durch die gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels, die Kühlmittelströmung zu einer Gruppe von Wärmeübertragungsrohren gemittelt bzw. vereinheitlicht und der Strömungswiderstand ist reduziert, wodurch der Druckverlust in dem Kondensator weiter reduziert und die Kondensatorleistung verbessert werden kann, was die Leistung der Turbo-Kälteanlage weiter verbessert.
Darüber hinaus ist eine Turbo-Kälteanlage gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Turbo-Kälteanlage, wobei eine Leitschaufel zum Leiten des Kühlmittelgases mit hoher Temperatur und hohem Druck, das von dem Kühlmitteleinlass problemlos bzw. gleichmäßig zu den beiden Längsrichtungsendbereichen strömt, in dem Verteiler installiert ist.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Leitschaufel zum Leiten des Kühlmittelgases mit hoher Temperatur und hohem Druck, das von dem Kühlmitteleinlass problemlos zu den beiden Längsrichtungsendbereichen strömt, in dem Verteiler installiert. Dementsprechend kann das von dem Kühlmitteleinlass in den Verteiler hineinströmende Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck problemlos zu beiden Längsrichtungsendbereichen des Verteilers entlang der Leitschaufel geleitet werden, und kann in der Hülle von den Öffnungen, die an beiden Endabschnitten des Verteilers ausgebildet sind, verteilt werden. Daher kann das in den Kondensator hinein eingetragene Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck durch den Verteiler an dem Einlass problemlos in den Rechts- und Linksrichtungen verteilt werden, und der Druckverlust ist reduziert, und die Verteilbarkeit des Kühlmittels verbessert ist, was die Kondensatorleistung verbessern kann.
Darüber hinaus ist eine Turbo-Kälteanlage gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung die oben beschriebene Turbo-Kälteanlage, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass ihre Öffnungsfläche von einem Mittelteil zu jedem Endteil fortschreitend vergrößert ist.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Öffnungen so ausgebildet, dass ihre Öffnungsfläche von einem Mittelteil zu jedem Endteil vergrößert ist. Dementsprechend kann das in den Verteiler hinein eingetragene Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck durch die Öffnungen, die so ausgebildet sind, dass ihre Öffnungsfläche von einem Mittelteil zu jedem Endteil fortschreitend vergrößert ist, mehr zu den beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle verteilt werden. Daher kann die Verteilung des Kühlmittels über den gesamten Bereich in der Hülle weiter vereinheitlicht werden, und die gesamte Wärmeübertragungsoberfläche kann effizient genutzt werden. Darüber hinaus kann die weitere Verbesserung der Kondensatorleistung durch weiteres Reduzieren des Strömungswiderstands des Kühlmittels in der Hülle und Reduzieren des Druckverlusts erreicht werden.
Darüber hinaus ist eine Turbo-Kälteanlage gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung die oben beschriebene Turbo-Kälteanlage, in der der Verteiler ausgestaltet ist, um sich nach rechts und nach links in kanalartige Teile zu verzweigen, die sich zu den beiden Längsrichtungsenden in der Hülle erstrecken, und die Öffnung jeweils an den entfernten Endabschnitten der kanalartigen Teile ausgebildet sind.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Verteiler ausgestaltet, um sich nach rechts und nach links in kanalartige Teile zu verzweigen, die sich zu den beiden Längsrichtungsenden der Hülle erstrecken, und die Öffnungen sind jeweils an entfernten Endseitenabschnitten der kanalartigen Teile ausgebildet. Dementsprechend kann das in den Verteiler hinein eingetragene Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck in den Rechts- und Linksrichtungen durch die verzweigten kanalartigen Teile, die sich zu den beiden Längsrichtungsenden der Hülle erstrecken, verteilt werden, und das Kühlmittelgas kann durch die Öffnungen, die jeweils an den entfernten Endseitenabschnitten der kanalartige Teil ausgebildet sind, gleichmäßig zu den beiden Endbereichen in der Hülle verteilt werden. Daher wird das in den Kondensator hinein eingetragene Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck problemlos durch den Verteiler an dem Einlass verteilt, und der Druckverlust ist reduziert, und die Verteilbarkeit des Kühlmittels ist verbessert, was die Kondensatorleistung verbessern kann.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann von dem Kompressor in den Kondensator hinein eingetragenes Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck gleichmäßig zu den beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle durch den an dem Kühlmitteleinlass installierten Verteiler von den Öffnungen, die an den beiden Längsrichtungsendabschnitten ausgebildet sind, problemlos verteilt werden. Daher kann, verglichen mit einem Typ von Kondensator, der ein Kühlmittel durch Auftreffen des Kühlmittels auf eine Leitplatte verteilt, der Druckverlust reduziert werden, und die Kondensatorleistung verbessert werden. Darüber hinaus wird ein Kühlmittel ausreichend den beiden Endbereichen in der Hülle zugeführt und das Kühlmittel ist gleichmäßig über den gesamten Bereich in der Hülle ohne Stagnationsbereiche verteilt, wodurch die gesamte Wärmeübertragungsoberfläche effizient genutzt werden kann. Darüber hinaus wird, durch die gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels, die Kühlmittelströmung zu einer Gruppe von Wärmeübertragungsrohren gemittelt, und der Strömungswiderstand reduziert, wodurch der Druckverlust in dem Kondensator weiter reduziert sein kann, und die Kondensatorleistung verbessert sein kann, was weiter die Leistung der Turbo-Kälteanlage verbessert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Kühlkreislaufdiagramm einer Turbo-Kälteanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2(A) ist eine Vorderansicht eines Kondensators, der die Turbo-Kälteanlage bildet; 2(B) ist eine Draufsicht auf den Kondensator; 2(C) ist eine linke Seitenansicht des Kondensators.
3(A) ist eine Vorderansicht eines Kondensators gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3(B) ist eine Draufsicht auf den Kondensator; 3(C) ist eine linke Seitenansicht des Kondensators.
4(A) ist eine Vorderansicht, die eine Modifikation des Kondensators darstellt; 4(B) ist eine Draufsicht, die die Modifikation des Kondensators darstellt; 4(C) ist eine linke Seitenansicht, die die Modifikation des Kondensators darstellt.
5 ist eine Draufsicht auf einen Kondensator gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgen mit 1 und 2 beschrieben.
1 zeigt ein Kältekreislaufdiagramm einer Turbo-Kälteanlage gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2(A) zeigt eine Vorderansicht eines Kondensators, der die Turbo-Kälteanlage bildet, 2(B) zeigt eine Draufsicht auf den Kondensator, und 2(C) zeigt eine linke Seitenansicht des Kondensators.
Eine Turbo-Kälteanlage 1 umfasst einen mehrstufigen durch einen Motor 2A angetriebenen Turbokompressor (auch einfach als Kompressor bezeichnet) 2 und ein Kühlmittel komprimiert, einen Rohrbündelkondensator 3, der das durch den Kompressor 2 komprimierte Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck in Flüssigkeit kondensiert, ein erstes Expansionsventil 4 als ein erstes druckreduzierendes Mittel, das den Druck den kondensierten flüssigen Kühlmittels auf einen Zwischendruck reduziert, einen Zwischenkühler (Gas-Flüssigkeitstrenner bzw. Gas-Flüssigkeitsseparierer) 5, der als ein Vorwärmer bzw. Economiser dient, ein zweites Expansionsventil 6 als ein zweite druckreduzierendes Mittel, das den Druck des flüssigen Kühlmittels auf einen niedrigen Druck reduziert, und einen Bündelevaporator bzw. Bündelverdampfer 7, der das durch das zweiten Expansionsventil 6 hindurchtretende Kühlmittel evaporiert bzw. verdampft, diese sind aufeinander folgend durch ein Kühlmittelrohr 8 verbunden, wodurch ein Kältekreislauf 9, der ein geschlossener Kreislauf ist, gebildet ist.
Der Kältekreislauf 9 umfasst bei der vorliegenden Ausführungsform einen der Öffentlichkeit bekannten Vorwärmkreislauf 10, der ein Gaskühlmittel, das durch den Zwischenkühler 5 in ein Zwischendruck-Kühlmittelgas, das in der niedrigstufigen Seite des mehrstufigen Turbokompressors 2 komprimiert wird, getrennt und verdampft wird, durch einen Zwischenanschluss einspritzt. Der Vorwärmkreislauf 10 ist hier ein Vorwärmkreislauf 10 vom Typ Gas-Flüssigkeitstrenner, wo der Zwischenkühler 5 aus einem Gas-Flüssigkeitstrenner gebildet ist. Alternativ kann der Vorwärmkreislauf 10 ein Vorwärmkreislauf vom Typ Zwischenkühler sein, der einen Teil des durch den Kondensator 3 kondensierten Kühlmittels ableitet, und den Druck dieses Kühlmittels reduziert und Wärme des Kühlmittels mit flüssigem Kühlmittel austauscht. Im Übrigen ist der Vorwärmkreislauf 10 bei der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich.
Darüber hinaus sollte hier, um die Umweltlast zu reduzieren, der Kühlmittelkreislauf 9 mit einer benötigten Menge von R1233zd(E) Kühlmittel oder ähnlichem gefüllt sein, welches eines von Hydrochlorofluoroolefin (HCFO) Kühlmitteln ist, die sowohl ein geringes globales Erderwärmungspotenzial (GWP) als auch ein geringes Ozonabbaupotenzial (ODP) aufweisen. Dieses R1233zd(E) Kühlmittel ist ein Niedrigdruckkühlmittel und hat eine niedrige Dichte, und ist dafür bekannt ein Fünftel der Dichte eines Hochdruckkühlmittels wie beispielsweise R134a Kühlmittel zu haben, welches eines von HFC Kühlmitteln ist, das in existierenden Turbo-Kälteanlagen verwendet wird.
Darüber hinaus zeigen 2(A) bis 2(C) ein schematisches Ausgestaltungsdiagramm eines Rohrbündelkondensators 3, der in den Kältekreislauf 9 eingebunden ist.
Dieser Kondensator 3 umfasst eine trommelartige Hülle 11, wo eine Wasserkammer durch jeweiliges Installieren von Rohrplatten an den Seiten von beiden Längsrichtungsenden der Hülle 11 ausgebildet ist, und eine große Anzahl von Wärmeübertragungsrohren 12 zwischen den zwei Rohrplatten installiert sind, wobei der Kondensator 3 Kühlwasser, das durch einen Kühlwasserturm oder ähnliches gekühlt wird, in der großen Anzahl von Wärmeübertragungsrohren 12 durch ein Wasserrohr und eine Pumpe zirkuliert, und wobei der Kondensator 3 durch den Kompressor 2 komprimiertes Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck durch ein Kühlmittelrohr und ein Kühlmitteleinlass 13 in die Hülle 11 hinein einträgt, um durch Wärmeaustausch des Kühlmittelgases mit dem Kühlwasser das Kühlmittel in eine Flüssigkeit zu kondensieren. Der Kondensator 3 selbst ist ein der Öffentlichkeit bekannter Kondensator.
Der Kondensator 3 ist in der vorliegenden Ausführungsform mit einem Verteiler 14 zum problemlosen Eintragen eines von dem Kompressor 2 zugeführten Kühlmittelgases mit hoher Temperatur und hohem Druck durch den Kühlmitteleinlass 13 in die Hülle 11 hinein, und zum gleichmäßigen Verteilen des Kühlmittelgases über den gesamten Bereich in der Hülle 11 versehen. Dieser Verteiler 14 ist oben auf der Hülle 11 platziert, in welcher eine Gruppe von Wärmeübertragungsrohren 12 entlang der Längsrichtung der Hülle 11 installiert ist, und ist ein kubischer Verteiler mit dem Kühlmitteleinlass 13, der horizontal in der Längsrichtung mittig davon ausgebildet ist.
Darüber hinaus sind in dem Verteiler 14 eine Vielzahl von Leitschaufeln 15 zum problemlosen Ändern der Richtung der von dem Kühlmitteleinlass 13 eingetragenen Kühlmittelgasströmung zu den Seiten von beiden Längsrichtungsenden des Verteilers 14, in einer kontinuierlichen Weise an einem dem Kühlmitteleinlass 13 entsprechenden inneren Abschnitt installiert, und Öffnungen 16 wodurch die Kühlmittelgasströmung über den gesamten Bereich in der Hülle 11 gleichmäßig verteilt werden kann, sind an beiden Längsrichtungsendabschnitten des Verteilers 14 so ausgebildet, dass das Auftreten einer Stagnation der Kühlmittelgasströmung insbesondere in beiden Endteilen der Hülle 11, von der die Richtung in der Hülle 11 geändert wurde, verhindert werden kann. Um die Kühlmittelgasströmung in jeder Richtung in der Hülle 11 in einer verteilenden Weise strömen zu lassen, ist es zu bevorzugen, dass die Öffnungen 16 zum Beispiel mit einem gitterartigen Leitelement oder ähnlichem versehen sind.
Mit der oben beschriebenen Ausgestaltung erreicht die vorliegende Ausführungsform die folgenden Effekte. Bei der oben beschrieben Turbo-Kälteanlage 1 wird, wenn der Kompressor 2 durch den Motor 2A angetrieben wird, ein Niederdruckgaskühlmittel von dem Evaporator 7 angesaugt und wird in mehreren Stufen in Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck komprimiert. Das von dem Kompressor 2 ausgetragene Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck wird zu dem Kondensator 3 übertragen und wird durch Wärmeaustausch mit Kühlwasser in dem Kondensator 3 in Flüssigkeit kondensiert. Dieses flüssige Kühlmittel wird durch das erste Expansionsventil 4 unterkühlt, wobei der Zwischenkühler 5 als ein Vorwärmer dient, und das zweite Expansionsventil 6 den Druck des Kühlmittels auf Niederdruck reduziert, und dann das Kühlmittel in den Evaporator 7 eingetragen wird. Das in den Evaporator 7 eingetragene Kühlmittel tauscht mit einem Kühlmedium Wärme aus und kühlt das Kühlmedium und das Kühlmittel selbst evaporiert und wird wieder in den Kompressor 2 eingesaugt und wiederholt den Vorgang des Komprimierens.
Darüber hinaus wird das Zwischendruckkühlmittel, das das flüssige Kühlmittel durch den Zwischenkühler (Gas-Flüssigkeitstrenner) 5 getrennt und verdampft hat und unterkühlt wurde, in das Zwischendruckkühlmittelgas, das durch den Vorwärmkreislauf 10 hindurchgetreten ist und durch eine niederstufige Seite der Kompressoreinheit komprimiert wurde, durch den Zwischenanschluss des mehrstufigen Turbokompressors 2 eingespritzt. Dies erfüllt eine Funktion eines Vorwärmers, der die Kühlkapazität verbessert.
Demgegenüber ist der Kältekreislauf 9 dieser Turbo-Kälteanlage 1 mit einem R1233zd(E) Kühlmittel gefüllt, welches sowohl ein geringes globales Erderwärmungspotenzial (GWP) als auch ein geringes Ozonabbaupotenzial (ODP) aufweist. Dieses Kühlmittel ist ein Niederdruckkühlmittel und hat eine niedrige Dichte (ungefähr ein Fünftel der Dichte von R134a Kühlmittel), und deshalb ist es schwierig die Eignung sicherzustellen. Im Allgemeinen wird jedoch wird ein Turbokompressor als geeignet für die Kompression eines Kühlmittels mit hoher Strömung angesehen und seine Nachteile können mit einer hohen Rotation wettgemacht werden, wodurch sich das Kühlmittelzirkulationsvolumen erhöht.
Die Volumenströmungsrate des von dem Turbokompressor 2 in den Kondensator 3 hineinströmenden Kühlmittelgases mit hoher Temperatur und hohem Druck ist höher als die eines Kältekreislaufs, der ein Hochdruckkühlmittel verwendet, wobei die Strömungsgeschwindigkeit sich auch weiter erhöht. Daher erhöht sich bei einem Konventionellen Typ von Kondensator, der ein Kühlmittelgas in der Hülle 11 durch Auftreffen des Kühlmittelgases auf eine gegenüber dem Kühlmitteleinlass 13 installierte Leitplatte verteilt, der Druckverlust in dem Kondensator 3, und es ist ebenfalls schwierig ein Kühlmittel über dem gesamten Bereich gleichmäßig in der Hülle 11 zu verteilen, wodurch eine Beeinträchtigung der Eigenschaft der Kälteanlage vorbestimmt ist.
Jedoch ist in der vorliegenden Ausführungsform der Rohrbündelkondensator 3 mit dem Verteiler 14 versehen, der an dem Kühlmitteinlass 13 entlang der Längsrichtung der Hülle 11 installiert ist, und die Öffnungen 16 sind an mindestens beiden Längsrichtungsendabschnitten des Verteilers 14 ausgebildet, und der Kondensator 3 ist ausgestaltet, um in der Lage zu sein, Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck von dem Kompressor 2 zu beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle 11 des Kondensators 3 durch den Verteiler 14 problemlos und gleichmäßig zu verteilen. Dementsprechend kann, durch den an dem Kühlmitteleinlass 13 installierten Verteiler 14 das Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck, das von dem Kompressor 2 in den Kondensator 3 hinein eingetragen wird, problemlos und gleichmäßig von den an beiden Längsrichtungsendabschnitten des Verteilers 14 ausgebildeten Öffnungen 16 zu beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle 11 verteilt werden.
Daher kann, verglichen mit dem konventionellen Typ, der ein Kühlmittel durch Auftreffen des Kühlmittels auf eine Leitplatte verteilt, der Druckverlust in dem Kondensator 3 reduziert, und die Kondensatorleistung verbessert werden. Darüber hinaus kann ein Kühlmittel ausreichend zu beiden Endbereichen in der Hülle 11 zugeführt werden und das Kühlmittel kann gleichmäßig über den gesamten Bereich in der Hülle 11 ohne Strömungsstagnationsbereiche verteilt werden, wodurch die gesamte Wärmeübertragungsoberfläche effizient genutzt werden kann. Darüber hinaus kann durch die gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels, die Kühlmittelströmung zu der Gruppe der Wärmeübertragungsrohre 12 gemittelt und der Strömungswiderstand reduziert werden, wodurch der Druckverlust in dem Kondensator 3 weiter reduziert und die Kondensatorleistung verbessert werden kann, was weiter die Leistung der Turbo-Kälteanlage 1 verbessern kann.
Darüber hinaus sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Vielzahl von Leitschaufeln 15 zum problemlosen Leiten des von dem Kühlmitteleinlass 13 in den Verteiler 14 hinein einströmenden Kühlmittelgases mit hoher Temperatur und hohem Druck zu den beiden Längsrichtungsendbereichen installiert. Dementsprechend kann das von dem Kühlmitteleinlass 13 in den Verteiler 14 hineinströmende Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck problemlos zu den beiden Längsrichtungsendbereichen des Verteilers 14 entlang der Leitschaufeln 15 geleitet werden, und kann in der Hülle 11 von den an beiden Endabschnitten des Verteilers 14 ausgebildeten Öffnungen 16 verteilt werden. Daher kann das in den Kondensator 3 hinein eingetragene Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck problemlos in den Rechts- und Linksrichtungen durch den Verteiler 14 an dem Kühlmitteleinlass 13 verteilt werden, und der Druckverlust ist reduziert, und die Verteilbarkeit des Kühlmittels ist verbessert, was die Kondensatorleistung verbessern kann.
Zweite Ausführungsform
Anschließend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit 3 und 4 beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform in einer Ausgestaltung der Öffnungen 16A bis 16C oder 16D, die an dem Verteiler 14 ausgebildet sind. Der Rest ist derselbe wie bei der ersten Ausführungsform, wodurch eine Beschreibung weggelassen ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Öffnungen 16A bis 16C oder 16D zum Verteilen von Kühlmittelgas, das von dem Verteiler 14 in die Hülle 11 hineinströmt, über den gesamten Bereich in der Hülle 11 so ausgebildet, dass ihre Öffnungsfläche von dem Mittelteil zu beiden Endteilen des Verteilers fortschreitend vergrößert ist.
Eine erste Ausgestaltung ist, wie in 3(B) dargestellt, dass jeweils zwei Sätze von drei Öffnungen 16A bis 16C von dem Mittelteil zu beiden Endteilen des Verteilers 14 ausgebildet sind, und jeweilige Öffnungsflächen der drei Öffnungen 16A bis 16C in jedem Satz eingestellt sind, um fortschreitend Schritt für Schritt zu der Seite von jedem Endteil vergrößert zu sein. Darüber hinaus ist bei einer zweiten Ausgestaltung, die einem Modifikation der ersten Ausgestaltung ist, wie in 4(B) dargestellt, die Öffnungsfläche eines Paars von Öffnungen 16D, die jeweils kontinuierlich von dem Mittelteil zu beiden Endteilen des Verteilers 14 ausgebildet sind, eingestellt, um fortschreitend kontinuierlich zu der Seite von jedem Endteil vergrößert zu sein.
Auf diese Weise sind die an dem Verteiler 14 ausgebildeten Öffnungen von 16A bis 16C oder 16D so ausgestaltet, dass ihre Öffnungsfläche von dem Mittelteil zu jedem Endteil fortschreitend vergrößert ist, wodurch das in den Verteiler 14 hinein eingetragene Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck mehr zu beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle 11 verteilt werden kann. Dementsprechend kann die Verteilung des Kühlmittels über den gesamten Bereich in der Hülle 11 weiter vereinheitlicht sein und die gesamte Wärmeübertragungsoberfläche kann effizient genutzt werden. Darüber hinaus kann die weitere Verbesserung der Kondensatorleistung durch weiteres Reduzieren des Strömungswiderstands des Kühlmittels in der Hülle 11 und Reduzieren des Druckverlusts erreicht werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es zu bevorzugen, um die Kühlmittelgasströmung in jeder Richtung in der Hülle 11 in einer verteilten Weise zu bewirken, dass jede der Öffnungen 16A bis 16C oder 16D mit zum Beispiel einem gitterartigen Leitelement oder ähnlichem versehen ist, genau wie bei der ersten Ausführungsform.
Dritte Ausführungsform
Anschließend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit 5 beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen in dem, dass ein Verteiler 14A des Kondensators 3 eine abgezweigte Kanalstruktur aufweist. Der Rest ist dasselbe wie bei der ersten Ausführungsform, wodurch eine Beschreibung weggelassen ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 5 dargestellt, der an dem Kondensator 3 installierte Verteiler 14A ausgestaltet, um nach rechts und nach links in zwei Teile 14A1 und 14A2 wie Kanäle aufzuzeigen und die kanalartigen Teile 14A1 und 14A2 erstrecken sich jeweils nach rechts und nach links entlang der Längsrichtung der Hülle 11.
Die kanalartigen Teile 14A1 und 14A2 sind ausgestaltet, um eine Öffnung 16E aufweisen, die an jeweiligen entfernten Endseitenabschnitten davon so ausgebildet ist, dass Kühlmittelgas gleichmäßig zu beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle 11 verteilt werden kann. Diese Öffnung 16E ist mit einem gitterartigen Leitelement oder ähnlichem versehen, um zu bewirken, dass die Kühlmittelgasströmung in jeder Richtung in einer verteilten Weise strömt, genau wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Auf diese Weise ist der Verteiler 14A des Kondensators 3 ausgestaltet, um nach rechts und nach links in die zwei sich zu den beiden Längsrichtungsenden der Hülle 11 erstreckenden kanalartigen Teile 14A1 und 14A2 aufzuzweigen und die Öffnungen 16E sind jeweils an den entfernten Endseitenabschnitten der kanalartigen Teile 14A1 und 14A2 ausgebildet. Dementsprechend kann das in die Verteiler 14A hinein eingetragene Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck in den Rechts- und Linksrichtungen durch die abgezweigten kanalartigen Teile 14A1 und 14A2, die sich zu den beiden Längsrichtungsenden der Hülle 11 erstrecken, verteilt werden, und das Kühlmittelgas kann gleichmäßig zu beiden Endbereichen in der Hülle 11 durch die Öffnungen 16E, die jeweils an den entfernten Endseitenabschnitten der kanalartigen Teile 14A1 und 14A2 ausgebildet sind, verteilt werden. Das in den Kondensator 3 hinein eingetragene Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck wird durch den Verteiler 14A an dem Kühlmitteleinlass 13 gleichmäßig verteilt, und der Druckverlust wird reduziert, und die Verteilbarkeit des Kühlmittels ist verbessert, was die Kondensatorleistung verbessern kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Erfindung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, und Modifikationen können geeignet gemacht werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist in den obigen Ausführungsformen ein Beispiel unter Verwendung eines HCFO Kühlmittels beschrieben, das ein Niederdruckkühlmittel ist und sowohl einen geringen GWP als auch einen geringen ODP aufweist, um die Umweltlast zu verringern. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf den verwendeten Typ von Kühlmittel begrenzt, und es ist unnötig zu erwähnen, dass bei einer Turbo-Kälteanlage ein Hochdruckkühlmittel verwendet werden kann.
Darüber hinaus ist gemäß den obigen Ausführungsformen ein Beispiel beschrieben, in welchem der Verteiler 14 eine in der Horizontalen, lange kubische Form aufweist, jedoch ist die Form des Verteilers 14 nicht auf diese begrenzt, und kann eine elliptische Form oder andere Formen aufweisen. Darüber hinaus ist die Form der Leitschaufeln 15 insbesondere nicht begrenzt solange wie die Leitschaufeln 15 die Richtung der in den Verteiler 14 hineinströmenden Kühlmittelgasströmung mit hoher Temperatur und hohem Druck zu den Rechts- und Linksrichtungen problemlos so ändern können, dass kein Druckverlust erzeugt wird.
Darüber hinaus ist bei den obigen Ausführungsformen beschrieben, dass es zu bevorzugen ist, dass die Öffnungen 16, 16A bis 16E mit einem gitterartigen Leitelement versehen sind, jedoch ist dieses Leitelement nicht auf ein gitterartiges Leitelement begrenzt und jedes Leitelement kann verwendet werden, solange wie das Leitelement bewirkt, dass die von den Öffnungen ausströmende Kühlmittelgasströmung in jede Richtung in einer verteilten Weise strömt.
Bezugszeichenliste

1: Turbo-Kälteanlage
2: mehrstufiger Turbokompressor (Kompressor)
3: Kondensator
11: Hülle
12: Wärmeübertragungsrohr
13: Kühlmitteleinlass
14, 14A: Verteiler
14A1, 14A2: kanalartiges Teil
15: Leitschaufel
16, 16A, 16B, 16C, 16D, 16E: Öffnung

Claims

Eine Turbo-Kälteanlage, die mit einem Rohrbündelkondensator ausgestattet ist, wobei ein Verteiler entlang einer Längsrichtung einer Hülle an einem Kühlmitteleinlass des Kondensators installiert ist, und Öffnungen an mindestens beiden Endabschnitten des Verteilers in der Längsrichtung ausgebildet sind, wodurch ein Kühlmittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck von einem Kompressor durch den Verteiler problemlos und gleichmäßig zu beiden Längsrichtungsendbereichen in der Hülle des Kondensators verteilt werden kann.
Die Turbo-Kälteanlage gemäß Anspruch 1, wobei eine Leitschaufel zum Leiten des Kühlmittelgases mit hoher Temperatur und hohem Druck, das von dem Kühlmitteleinlass problemlos bzw. gleichmäßig zu den beiden Längsrichtungsendbereichen strömt, in dem Verteiler installiert ist.
Die Turbo-Kälteanlage gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Öffnungen so ausgebildet sind, dass ihre Öffnungsfläche von einem Mittelteil zu jedem Endteil fortschreitend vergrößert ist.
Die Turbo-Kälteanlage gemäß Anspruch 1, wobei der Verteiler ausgestaltet ist, um sich nach rechts und nach links in kanalartige Teile zu verzweigen, die sich zu den beiden Längsrichtungsenden der Hülle erstrecken, und die Öffnungen jeweils an entfernten Endseitenabschnitten der kanalartigen Teile ausgebildet sind.