JP2004037010A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で圧力損失を規定値内に抑えることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】冷媒が流入及び流出する冷媒流入部及び冷媒流出部を有する容器２０内を折り返して貫通する伝熱管２２の数であるパスを２個形成するとともに、伝熱管２２の流入口２２ａと流出口２２ｂとの間に、途中に流量調整弁２３を有するバイパス管路２４を配設し、流量制御弁２３の開度を調整して流体の一部を流入口２２ａから流出口２２ｂへとバイパスさせ、このことにより各パスを流通する流体の流量が減少してその分圧力損失が減少するように調整するようにした。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換器に関し、特に冷凍機の凝縮器及び蒸発器等に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮式冷凍機の一種である多段圧縮式のターボ冷凍機の系統図を図５に示す。同図に示すように、蒸発器１では、伝熱管２内を流通する冷水（またはブライン）３により、冷媒液（例えばフロンの一種であるＲ１３４Ａ）を加熱して冷媒ガスを発生する。このとき、冷水３は、蒸発器１における熱交換により冷却された後、外部に出ていく。
【０００３】
ターボ圧縮機４は、蒸発器１で蒸発した冷媒ガスを吸入し、電動機５で回転駆動するインペラ４ａにより前記冷媒ガスを圧縮し、高温高圧の冷媒ガスとして吐出する。凝縮器６では、ターボ圧縮機４から吐出された高温高圧の冷媒ガスを、伝熱管７内を流れる冷却水８により冷却して凝縮・液化する。このとき、冷却水８は、凝縮器６における熱交換により加熱された後、外部に出ていく。このように凝縮された冷媒液は、膨張弁９で膨張することにより減圧されて蒸発器１に至り、この蒸発器１で、冷水と熱交換することにより蒸発する。
【０００４】
上述の如くターボ冷凍機等の冷凍機は、冷媒と冷水３若しくは冷却水８との間で熱交換を行う熱交換器（蒸発器１及び凝縮器６）を有している。かかる熱交換器（蒸発器１及び凝縮器６）は、当該ターボ冷凍機の能力に応じた適切な設計、すなわち冷水３若しくは冷却水８の流量の設定、伝熱管２、７の本数及びパス割りを行っている。
【０００５】
図６は上述の如きターボ冷凍機に適用する従来技術に係る熱交換器の一例を概念的に示す説明図である。同図に示すように、この熱交換器Ａは、冷媒が流入及び流出する冷媒流入部及び冷媒流出部（何れも図示せず。）を有するとともに、この冷媒と熱交換するための冷水３又は冷却水８が循環する伝熱管２、７を有している。この伝熱管２、７は熱交換器Ａの容器１０の内部を貫通してその軸方向に配設してある。前記冷水３又は冷却水８は伝熱管２、７にその流入口２ａ、７ａから流入するとともに、流出口２ｂ、７ｂから流出し、この間に冷媒との間で所定の熱交換を行う。この際、当該熱交換器に要求される熱交換能力を考慮して決定する設計要素の一つとして、前述の如きパス割りがある。このパス割りとは、容器１０内における伝熱管２、７のパスの数を決定することをいう。ちなみに、図６に示す熱交換器Ａの場合は、３パスである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き熱交換器の設計に当たっては、一般的に、当該熱交換器に要求される冷凍能力に応じて冷水３及び冷却水８の流量、伝熱管２、７の本数及びパス割り等を決定するが、この際需要者側から圧力損失を所定値以下に抑えることを要望される場合がある。この場合には、当該冷凍機の前述の如き諸元とともに圧力損失も考慮して両者が満足されるような設計とする。
【０００７】
しかし、圧力損失を小さく抑え過ぎてしまうと熱交換器の性能が制限されるので、それを最大限に活かすために流速を上げる場合がある。この場合、その流速もパス割りになっているので、２パスだと丁度良くても、これが３パスになると圧力損失が増加し過ぎる場合がある。このようにパス数を増やして流速を増加させた場合、今度は許容される圧力損失値を越えてしまい、需要者側の要望に応じきれない場合が発生する。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、簡単な構成で圧力損失を規定値内に抑えることができる熱交換器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００１０】
１）　冷媒が流入及び流出する冷媒流入部及び冷媒流出部を有する密閉容器と、この密閉容器を貫通して配設され、前記冷媒と熱交換するための流体が循環する伝熱管とを有する熱交換器において、
前記容器内を折り返して貫通する伝熱管の数であるパスを複数個形成するとともに、何れか一つのパスと他のパスとの間に、途中に流量制御弁を介したバイパス管路を設け、
前記流量制御弁の開度を調整して前記バイパス管路に流体の一部を流通させることにより圧力損失を低減するように構成したこと。
【００１１】
２）　上記１）に記載する熱交換器は、
２個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口と流出口との間に配設したことを特徴とする熱交換器。
【００１２】
３）　上記１）に記載する熱交換器は、
３個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口と、この流入口から３番目のパスである第３のパスの流入口との間に配設したこと。
【００１３】
４）　上記１）に記載する熱交換器は、
４個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口から２番目のパスである第２のパスの入口側と、前記流入口から３番目のパスである第３のパスの出口側との間に配設したこと。
【００１４】
５）　上記１）に記載する熱交換器は、
４個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口と、この流入口から３番目のパスである第３のパスの入口側との間に配設したこと。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態に係る熱交換器Ｂは、２パスの熱交換器である。すなわち、当該熱交換器Ｂの容器２０の内部を貫通してその軸方向に配設してある伝熱管２２は、２つのパス２２ｃ、２２ｄを有しており、流体（例えば、冷水３又は冷却水８）が流入口２２ａから流入するとともに、流出口２２ｂから流出し、この間に冷媒との間で所定の熱交換を行うようになっている。
【００１７】
ここで、流入口２２ａと流出口２２ｂとの間には流量制御弁２３を途中に介在させたバイパス管路（図中に点線で示す。）２４を設けてあり、流量制御弁２３の開度を調整することにより、流入口２２ａに流入する流体の一部を流出口２２ｂにバイパスさせることができるように構成してある。流体のバイパス流量を適切に調整することにより、当該熱交換器Ｂの圧力損失を適切な範囲に抑えるためである。また、流量制御弁２３の開度は、伝熱管２２の本数にもよるが、通常全流量の２０％程度迄である。
【００１８】
かかる本形態において、圧力損失を低下させたい場合には、流量制御弁２３の開度を調整して流体の一部を流入口２２ａから流出口２２ｂへとバイパスさせれば良い。このことにより容器２０内の第１及び第２のパス２２ｃ、２２ｄを流通する流体の流量が減少してその分圧力損失も減少する。流入口２２ａに流入する流体の流量は一定であるからである。かくして当該熱交換器Ｂの全体の圧力損失を低減させることができる。
【００１９】
図２は本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態に係る熱交換器Ｃは、３パスの熱交換器である。すなわち、当該熱交換器Ｃの容器２０の内部を貫通してその軸方向に配設してある伝熱管３２は、３つのパス３２ｃ、３２ｄ、３２ｅを有しており、流体（例えば、冷水３又は冷却水８）が流入口３２ａから流入するとともに、流出口３２ｂから流出し、この間に冷媒との間で所定の熱交換を行うようになっている。
【００２０】
ここで、流入口３２ａと伝熱管３２の第３のパス３２ｅの入口側との間には流量制御弁３３を途中に介在させたバイパス管路（図中に点線で示す。）３４が設けてあり、流量制御弁３３の開度を調整することにより、流入口３２ａに流入する流体の一部を伝熱管３２の第３のパス３２ｅにバイパスさせることができるように構成してある。流体のバイパス流量を適切に調整することにより、当該熱交換器Ｃの圧力損失を適切な範囲に抑えるためである。
【００２１】
かかる本形態において、圧力損失を低下させたい場合には、流量制御弁３３の開度を調整して流体の一部を流入口３２ａから第３のパス３２ｅへとバイパスさせれば良い。このことにより容器３０内の第１及び第２のパス３２ｃ、３２ｄを流通する流体の流量が減少してその分圧力損失も減少する。かくして当該熱交換器Ｅの全体の圧力損失を低減させることができる。
【００２２】
図３は本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態に係る熱交換器Ｄは、４パスの熱交換器である。すなわち、当該熱交換器Ｄの容器４０の内部を貫通してその軸方向に配設してある伝熱管４２は、４つのパス４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、４２ｆを有しており、流体（例えば、冷水３又は冷却水８）が流入口４２ａから流入するとともに、流出口４２ｂから流出し、この間に冷媒との間で所定の熱交換を行うようになっている。
【００２３】
ここで、第１のパス４２ｃの出口側と第４のパス４２ｆの入口側との間には流量制御弁４３を途中に介在させたバイパス管路（図中に点線で示す。）４４が設けてあり、流量制御弁４３の開度を調整することにより、第１のパス４２ｃから流出する流体の一部を第４のパス４２ｆに流入するようにバイパスさせることができるように構成してある。流体のバイパス流量を適切に調整することにより、当該熱交換器Ｄの圧力損失を適切な範囲に抑えるためである。
【００２４】
かかる本形態において、圧力損失を低下させたい場合には、流量制御弁４３の開度を調整して流体の一部を第１のパス４２ｃから第４のパス４２ｆへとバイパスさせれば良い。このことにより容器４０内の第２及び第３のパス４２ｃ、４２ｄを流通する流体の流量が減少してその分圧力損失も減少する。かくして当該熱交換器Ｄの全体の圧力損失を低減させることができる。
【００２５】
図４は本発明の第４の実施の形態に係る熱交換器を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態に係る熱交換器Ｅは、図３に示す熱交換器Ｄと同様の４パスの熱交換器である。すなわち、当該熱交換器Ｅの容器５０の内部を貫通してその軸方向に配設してある伝熱管５２は、４つのパス５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５２ｆを有しており、流体（例えば、冷水３又は冷却水８）が流入口５２ａから流入するとともに、流出口５２ｂから流出し、この間に冷媒との間で所定の熱交換を行うようになっている。
【００２６】
ここで、流入口５２ａと第３のパス５２ｅの入口側との間には流量制御弁５３を途中に介在させたバイパス管路（図中に点線で示す。）５４が設けてあり、流量制御弁５３の開度を調整することにより、流入口５２ａから流出する流体の一部を第３のパス５２ｅに流入するようにバイパスさせることができるように構成してある。流体のバイパス流量を適切に調整することにより、当該熱交換器Ｅの圧力損失を適切な範囲に抑えるためである。
【００２７】
かかる本形態において、圧力損失を低下させたい場合には、流量制御弁５３の開度を調整して流体の一部を流入口５２ａから第３のパス５２ｅへとバイパスさせれば良い。このことにより容器５０内の第１及び第２のパス５２ｃ、５２ｄを流通する流体の流量が減少してその分、圧力損失も減少する。かくして当該熱交換器Ｅの全体の圧力損失を低減させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、冷媒が流入及び流出する冷媒流入部及び冷媒流出部を有する密閉容器と、この密閉容器を貫通して配設され、前記冷媒と熱交換するための流体が循環する伝熱管とを有する熱交換器において、前記容器内を折り返して貫通する伝熱管の数であるパスを複数個形成するとともに、何れか一つのパスと他のパスとの間に、途中に流量制御弁を介したバイパス管路を設け、前記流量制御弁の開度を調整して前記バイパス管路に流体の一部を流通させることにより圧力損失を低減するように構成したので、
圧力損失を低下させたい場合には、流量制御弁の開度を調整して流体の一部をバイパスさせれば良い。このことにより各パスを流通する流体の流量が減少してその分圧力損失も減少する。
この結果、当該熱交換器の全体の圧力損失を適切に調節することができる。
【００２９】
〔請求項２〕に記載する発明は、〔請求項１〕に記載する熱交換器は、２個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口と流出口との間に配設したので、
圧力損失を低下させたい場合には、流量制御弁の開度を調整して流体の一部を流入口から流出口へとバイパスさせれば良い。このことにより各パスを流通する流体の流量が減少してその分圧力損失も減少する。
この結果、当該熱交換器の全体の圧力損失を適切に調節することができる。
【００３０】
〔請求項３〕に記載する発明は、〔請求項１〕に記載する熱交換器は、３個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口と、この流入口から３番目のパスである第３のパスの流入口との間に配設したので、
圧力損失を低下させたい場合には、流量制御弁の開度を調整して流体の一部を流入口から第３のパスへとバイパスさせれば良い。このことにより第１及び第２のパスを流通する流体の流量が減少してその分圧力損失も減少する。
この結果、当該熱交換器の全体の圧力損失を適切に調節することができる。
【００３１】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項１〕に記載する熱交換器は、４個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口から２番目のパスである第２のパスの入口側と、前記流入口から３番目のパスである第３のパスの出口側との間に配設したので、
圧力損失を低下させたい場合には、流量制御弁の開度を調整して流体の一部を第１のパスから第４のパスへとバイパスさせれば良い。このことにより第２及び第３のパスを流通する流体の流量が減少してその分圧力損失も減少する。
この結果、当該熱交換器の全体の圧力損失を低減させることができる。
【００３２】
〔請求項５〕に記載する発明は、〔請求項１〕に記載する熱交換器は、４個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口と、この流入口から３番目のパスである第３のパスの入口側との間に配設したので、
圧力損失を低下させたい場合には、流量制御弁の開度を調整して流体の一部を流入口から第３のパスへとバイパスさせれば良い。このことにより第１及び第２のパスを流通する流体の流量が減少してその分、圧力損失も減少する。
この結果、当該熱交換器の全体の圧力損失を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器を概念的に示す説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器を概念的に示す説明図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器を概念的に示す説明図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る熱交換器を概念的に示す説明図である。
【図５】ターボ冷凍機を構造を説明するための系統図である。
【図６】従来技術に係る熱交換器を概念的に示す説明図である。
【符号の説明】
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ　　　　熱交換器
２２、３２、４２、５２　　　　伝熱管
２２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ　　　　流入口
２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ　　　　流出口
２２ｃ、２２ｄ、３２ｃ〜３２ｅ、４２ｃ〜４２ｆ、５２ｃ〜５２ｆ　　　パス２３、３３、４３、５３　　　　流量制御弁
２４、３４、４４、５４　　　　バイパス管路

Claims (5)

1. 冷媒が流入及び流出する冷媒流入部及び冷媒流出部を有する密閉容器と、この密閉容器を貫通して配設され、前記冷媒と熱交換するための流体が循環する伝熱管とを有する熱交換器において、
   前記容器内を折り返して貫通する伝熱管の数であるパスを複数個形成するとともに、何れか一つのパスと他のパスとの間に、途中に流量制御弁を介したバイパス管路を設け、
   前記流量制御弁の開度を調整して前記バイパス管路に流体の一部を流通させることにより圧力損失を低減するように構成したことを特徴とする熱交換器。
2. 〔請求項１〕に記載する熱交換器は、
   ２個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口と流出口との間に配設したことを特徴とする熱交換器。
3. 〔請求項１〕に記載する熱交換器は、
   ３個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口と、この流入口から３番目のパスである第３のパスの流入口との間に配設したことを特徴とする熱交換器。
4. 〔請求項１〕に記載する熱交換器は、
   ４個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口から２番目のパスである第２のパスの入口側と、前記流入口から３番目のパスである第３のパスの出口側との間に配設したことを特徴とする熱交換器。
5. 〔請求項１〕に記載する熱交換器は、
   ４個のパスを有するとともに、バイパス管路は伝熱管の流入口と、この流入口から３番目のパスである第３のパスの入口側との間に配設したことを特徴とする熱交換器。

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