JP2003065695A - 冷凍機用凝縮器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平に配設された複数の伝熱管内に冷却流体
を流し、同伝熱管外に冷媒を上方から下方へ流すように
構成されたシェルアンドチューブ型の凝縮器において、
同伝熱管に生成する凝縮液膜によって凝縮熱伝達が妨げ
られないようにした冷凍機用凝縮器を提供する。 【解決手段】 冷却水入口８から凝縮器内に流入した冷
却水は、下部の伝熱管２内に流れ、左端で折り返えして
上部の伝熱管２内を流れ冷却水出口９から流出する。冷
媒ガス１５は、冷媒ガス流入ノズル１６から凝縮器内に
流入し、伝熱管２内を流れる冷却水により冷却されて凝
縮する。冷媒ガス流入ノズル１６側に面する伝熱管２の
上部は多孔板１１によって覆われている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ冷凍機に適
用して好適な冷凍機用凝縮器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に従来の冷凍機用凝縮器の構造例を
示してある。図５において、この凝縮器１は水平に配設
された多数の伝熱管２を有し、伝熱管２の両端は管板５
に取付けられ、両管板５の間には伝熱管支持板３が取り
付けられている。管板５の外側には、それぞれ水室６が
形成され、一方の水室（図５では右側の水室）６には、
冷却水入口８と冷却水出口９が設けられていて、冷却水
入口８側の伝熱管と冷却水出口９側の伝熱管を仕切るよ
うに水室仕切板７が設けられている。

【０００３】以上の構成によって、冷却水入口８から右
側の水室６に流入した冷却水１４は、水室仕切板７によ
って仕切られた下方の伝熱管２内に流入して左側の水室
６へ流出し、仕切板７で仕切られた上方の伝熱管２へ流
入して右側の水室仕切板７の上方の水室６へ流出する。
水室仕切板７より上方の水室に流出した冷却水１４は冷
却水出口９から凝縮器外へ排出される。こうして、凝縮
器１内には、水室仕切板７より下方の伝熱管２を１パ
ス、水室仕切板７より上方の伝熱管２を２パスとする冷
却水流が伝熱管２内に生成される。

【０００４】一方、凝縮器１には、上部中央に冷媒ガス
流入ノズル１６、下部中央に凝縮液溜１３が設けられて
おり、冷媒ガス流入ノズル１６から流入した圧縮された
冷媒ガス１５は、矢印によって示すように凝縮器１内を
伝熱管２と接触しつつ流れて伝熱管２内の冷却水によっ
て冷却されて凝縮し凝縮液溜１３に貯溜される。凝縮器
１において、冷媒ガス流入ノズル１６に面する伝熱管２
の上部には、流入して来る冷媒ガス１５を横に分散させ
伝熱管２と均一に接触させる目的で受衝板４が配置され
ている。

【０００５】以上説明した従来の冷凍機用凝縮器では、
冷媒ガス流入ノズル１６から凝縮器１内に流入した冷媒
ガス１５は受衝板４に当って横に流れ、伝熱管２と接触
して冷却されて凝縮し、伝熱管２の表面に液冷媒が生成
して流下し下方の凝縮液溜１３に溜まる。

【０００６】一方、受衝板４の下方には、図５に示すよ
うに冷媒ガス上昇流１２が生じ、この冷媒ガス上昇流１
２は、伝熱管２の表面に生成して流下する液冷媒の流下
を妨げるので、伝熱管２に付着した凝縮液膜を厚くす
る。こうして流下を妨げられた伝熱管２の表面上の厚い
液冷媒は、伝熱管２への冷媒ガスからの凝縮熱伝達を妨
げる。このように、伝熱管２を水平に配置して構成され
た凝縮器では、冷媒ガス上昇流が生ずると、その部分で
は垂直下降流、或いは水平流の部分に比べて凝縮熱伝達
率が低下する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、水平に配設
された複数の伝熱管内に冷却流体を流し、同伝熱管外に
冷媒を上方から下方へ流すように構成されたシェルアン
ドチューブ型の凝縮器において、冷媒ガス上昇流のため
同伝熱管表面に生成する厚い凝縮液膜によって凝縮熱伝
達が妨げられないようにした冷凍機用凝縮器を提供する
ことを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、水平に配設された複数の伝熱管内に冷却流
体を流し、同伝熱管外に冷媒を上方から下方へ流すよう
に構成されたシェルアンドチューブ型の凝縮器におい
て、前記冷媒の入口がある伝熱管上部を覆う多孔板を配
設した構造をもつ冷凍機用凝縮器を提供する。

【０００９】このように構成された本発明の冷凍機用凝
縮器では、冷媒ガス流入ノズルから凝縮器内に流入した
冷媒ガスは、伝熱管上部を覆う多孔板のために伝熱管に
対し均一に流れて下降流が支配的になり、従来の凝縮器
におけるような冷媒ガス上昇流の生成のために凝縮熱伝
達率が低下する領域の発生が防がれる。

【００１０】本発明による前記した冷凍機用凝縮器にお
いて、冷媒の入口の下方を無孔の板で覆った構成にする
と、冷媒ガス流入ノズルから流入した冷媒ガスは、流入
ノズルの直下に集中して流れるのを防がれ、伝熱管に対
しより均一に流入させることができて好ましいものとな
る。

【００１１】また、本発明による冷凍機用凝縮器におい
て、冷媒の入口の下方の伝熱管部分を複数枚の重ね合わ
せた多孔板で覆った構成にすると、冷媒ガス流入ノズル
直下部分における多孔板の流動抵抗が大きくなり、多孔
板を通して伝熱管に冷媒ガスが、より均一に流れるので
好ましい。

【００１２】更にまた、本発明による冷凍機用凝縮器に
おいて、冷媒の入口の下方の伝熱管部分を長さの異なる
複数枚の重ね合わせた多孔板で覆った構成を採用する
と、冷媒ガス流入ノズルに対する位置の如何に関わら
ず、伝熱管に対する冷媒ガスの噴出流速を均一化するこ
とができて好ましい。

【００１３】なお、以上説明した本発明による冷凍機用
凝縮器において、伝熱管の上部を覆う多孔板の孔径又は
孔数を変化させることによって開口率を部分的に変化さ
せて伝熱管に対する冷媒ガスの通過速度を更に均一化さ
せることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による冷凍機用凝縮
器を図１〜図４に示した実施の形態に基づいて具体的に
説明する。なお、以下の実施形態において、図５に示し
た従来の冷凍機用凝縮器と同じ構造の部分には同じ符号
を付してあり、それらについての重複する説明は省略す
る。

【００１５】（第１実施形態）まず、図１に示した第１
実施形態による冷凍機用凝縮器について説明する。図１
において、１１は多孔板で、冷媒ガス流入ノズル１６に
面する伝熱管２の上部を覆って配設されている。多孔板
１１の孔の大きさは１０〜３０ｍｍ程度が好ましく（但
し、この値に限定されるものではない）、多孔板１１の
板厚は数ｍｍである。その他の構造は、図５に示した従
来の冷凍機用凝縮器の構造と実質同じである。

【００１６】この第１実施形態による冷凍機用凝縮器は
以上の構造を有しており、この凝縮器内へ冷媒ガス流入
ノズル１６から流入した冷媒ガス１５は、伝熱管２の上
部を覆って配設された多孔板１１によって水平方向に分
散されたのち下降流が支配的となって流下する。図に
は、多孔板１１を通って下降する冷媒ガスの流速ベクト
ル１０が下向きの矢印によって示されている。図の流速
ベクトル１０が示すように、冷媒ガス流入ノズル１６の
直下部分での流速は大となるので、冷媒ガス流入ノズル
１６から離れた領域での孔の数を多くしたり、孔の大き
さを大とすることによって冷媒ガスの流量が均一になる
ようにするのも有効である。

【００１７】（第２実施形態）次に、図２に示す第２実
施形態による冷凍機用凝縮器について説明する。図２に
見られるように、この第２実施形態による凝縮器におい
ても、伝熱管２の上部は多孔板１１によって覆われてい
るが、冷媒ガス流入ノズル１６の直下部分の伝熱管は、
無孔の受衝板４によって部分的に覆われている。受衝板
４の大きさは、冷媒ガス流入ノズル１６の直径をＤとし
た場合、直径１．５〜３Ｄ程度が好ましい。但しこの値
に限定されるものではない。この第２実施形態による凝
縮器のその他の構造は図１に示した第１実施形態による
凝縮器の構造と実質同じである。

【００１８】以上の構造を有する第２実施形態の凝縮器
においては、冷媒ガス流入ノズル１６の直下の伝熱管部
分は無孔の受衝板４によって覆われ、その他の部分は多
孔板１１によって覆われているので、冷媒ガス流入ノズ
ル１６の直下で伝熱管２の間を流下する流速が大きい冷
媒ガス流が生ずるのを防がれ、図に矢印で示す冷媒ガス
流速ベクトル１０に見られるように伝熱管２の間を通っ
て流下する冷媒ガス流速は均一化される。

【００１９】（第３実施形態）次に、図３に示す第３実
施形態による冷凍機用凝縮器について説明する。この第
３実施形態による冷凍機用凝縮器では、内部の伝熱管２
は、冷媒ガス流入ノズル１６がある側の上部を多孔板１
１で覆われているが、冷媒ガス流入ノズル１６の直下の
伝熱管部分の上部は複数枚の重ね合わせた多層の多孔板
１２で覆われている。この多層の多孔板１２の大きさ
は、冷媒ガス流入ノズル１６の直径Ｄの１．５〜３倍程
度とするのが好ましい（但し、この値に限定されるもの
ではない）。また、多層をなす多孔板１２における多孔
板と多孔板の間隔は、その多孔板の孔径の０．５〜５倍
程度とするのが好ましい（但し、この値に限定されるも
のではない）。

【００２０】この第３実施形態による冷凍機用凝縮器で
は、冷媒ガス流入ノズル直下部分の伝熱管２は、上部を
複数枚の重ね合わせた多孔板１２で覆われているので、
この部分における冷媒ガスに対する多孔板１２の流動抵
抗が大きくなっていて伝熱管２の間を流れる冷媒ガスの
流速が均一となり冷媒ガスの上昇流を生ずる部分がな
い。

【００２１】（第４実施形態）次に、図４に示す第４実
施形態による冷凍機用凝縮器について説明する。この第
４実施形態による冷凍機用凝縮器では、内部の伝熱管２
は、冷媒ガス流入ノズル１６がある側の上部を多孔板１
１で覆われているが、冷媒ガス流入ノズル１６の直下の
伝熱管部分の上部は、長さ（面積）の異なる複数枚の重
ね合わせた多孔板１１′，１１″で覆われている。

【００２２】このように構成された第４実施形態による
冷凍機用凝縮器では、冷媒ガス流入ノズル１６の直下に
おける多孔板の枚数が一番多く、冷媒ガス流入ノズル１
６から離れた位置における多孔板の重ね合わせ枚数は少
くなっているので、冷媒ガス流入ノズル１６から流入す
る冷媒ガスに対する流動抵抗が冷媒ガス流入ノズル１６
に近い部分で大きくなり、その結果、伝熱管２を流れる
冷媒ガスの流速が均一化され、冷媒ガスの上昇流を生ず
る部分がない。

【００２３】以上、本発明を実施の形態に基づいて説明
したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特
許請求の範囲に示す本発明の範囲内で種々の変更や変形
を加えてよいことはいうまでもない。例えば、前記した
実施形態では、多孔板１１，１１′，１１″の孔径、孔
数は均等になっているものとして説明したが、その孔径
又は孔数を変化させることによって開口率を部分的に変
化させて伝熱管に対する冷媒ガスの通過速度を更に均一
化させるようにしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のとおり、本発明は、水平に配設さ
れた複数の伝熱管内に冷却流体を流し、同伝熱管外に冷
媒を上方から下方へ流すように構成されたシェルアンド
チューブ型の凝縮器において、前記冷媒の入口がある伝
熱管上部を覆う多孔板を配設した構造をもつ冷凍機用凝
縮器を提供する。

【００２５】本発明の冷凍機用凝縮器では、冷媒ガス流
入ノズルから凝縮器内に流入した冷媒ガスは、伝熱管上
部を覆う多孔板のために伝熱管に対し均一に流れて下降
流が支配的になり、冷媒ガス上昇流が発生して凝縮熱伝
達率が低下する領域の発生が防がれる。

【００２６】本発明による前記した冷凍機用凝縮器にお
いて、冷媒の入口の下方を無孔の板で覆った構成にした
ものでは、冷媒ガス流入ノズルから流入した冷媒ガス
は、流入ノズルの直下に集中するのを防がれて伝熱管に
対しより均一に流入させることができる。

【００２７】また、本発明による冷凍機用凝縮器におい
て、冷媒の入口の下方の伝熱管部分を複数枚の重ね合わ
せた多孔板で覆った構成にしたものでは、冷媒ガス流入
ノズル直下部分における多孔板の流動抵抗が大きくな
り、多孔板を通して伝熱管に冷媒ガスが、より均一に流
れる。

【００２８】更にまた、本発明による冷凍機用凝縮器に
おいて、冷媒の入口の下方の伝熱管部分を長さの異なる
複数枚の重ね合わせた多孔板で覆った構成を採用したも
のでは、冷媒ガス流入ノズルに対する位置の如何に関わ
らず、伝熱管に対する冷媒ガスの噴出流速を均一化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による冷凍機用凝縮器を
示す縦断面図。

【図２】本発明の第２実施形態による冷凍機用凝縮器を
示す縦断面図。

【図３】本発明の第３実施形態による冷凍機用凝縮器を
示す縦断面図。

【図４】本発明の第４実施形態による冷凍機用凝縮器を
示す縦断面図。

【図５】従来の冷凍機用凝縮器の例を示す図面で、
（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ線に沿う
断面図。

【符号の説明】

１ 凝縮器 ２ 伝熱管 ３ 伝熱管支持板 ４ 受衝板 ５ 管板 ６ 水室 ７ 水室仕切板 ８ 冷却水入口 ９ 冷却水出口 １０ 冷媒ガス流速ベクトル １１，１１′，１１″ 多孔板 １２ 冷媒ガス上昇流 １３ 凝縮溜 １４ 冷却水 １５ 冷媒ガス １６ 冷媒ガス流入ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白方 芳典 愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１ 番地 三菱重工業株式会社冷熱事業本部内 (72)発明者 上田 憲治 愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１ 番地 三菱重工業株式会社冷熱事業本部内 Ｆターム(参考） 3L065 DA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平に配設された複数の伝熱管内に冷却
   流体を流し、同伝熱管外に冷媒を上方から下方へ流すよ
   うに構成されたシェルアンドチューブ型の凝縮器におい
   て、前記冷媒の入口がある伝熱管上部を覆う多孔板を配
   設したことを特徴とする冷凍機用凝縮器。
2. 【請求項２】 前記冷媒の入口の下方の伝熱管上部を無
   孔の板で覆ったことを特徴とする請求項１に記載の冷凍
   機用凝縮器。
3. 【請求項３】 前記冷媒の入口の下方の伝熱管上部を複
   数枚の重ね合わせた多孔板で覆ったことを特徴とする請
   求項１に記載の冷凍機用凝縮器。
4. 【請求項４】 前記冷媒の入口の下方の伝熱管上部を長
   さの異なる複数枚の重ね合わせた多孔板で覆ったことを
   特徴とする請求項１に記載の冷凍機用凝縮器。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかの構造をもつ凝
   縮器を用いたことを特徴とするターボ冷凍機。