JP3758605B2 - 凝縮器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凝縮器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷媒ガスを液化する凝縮器としては、図２に示すようなものがある。図２の凝縮器は、円筒状のシェル４１と、このシェル４１の内側の小判状の領域に千鳥状に稠密に配設された複数の伝熱管４２と、上記シェル４１の上部に設置された冷媒ガス入口４３と、上記シェル４１の下部に設置された冷媒液出口４４とを備える。上記シェル４１の内面と稠密に配設した伝熱管４２との間の隙間４７は、伝熱管４６同士の間の隙間４６よりも製作上どうしても大きくなる。
【０００３】
この凝縮器は、上記冷媒ガス入口４３から導入した冷媒ガスと、上記伝熱管４２内を流れる冷却水との間で熱交換して冷媒ガスを凝縮させ、冷媒液を上記冷媒液出口４４から排出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の凝縮器では、伝熱管４２同士の隙間４６よりも伝熱管４２とシェル４１との間に生じる空隙４７の方が大きいので、上記伝熱管４２同士の隙間４６を流れる冷媒ガスよりも上記伝熱管４２とシェル４１との間の空隙４７を流れる冷媒ガスの方が多くなって、複数の伝熱管４３を全体として見たときの冷却効率が悪いという問題があった。これは複数の伝熱管４２の全体を見た場合に、中央部の伝熱管４２の回りを流れる冷媒ガスが少ないからである。
【０００５】
また、上記シェル４１内の小判状の領域の上部の伝熱管４２によって冷媒ガスが液化して冷媒液が滴下するが、この滴下した冷媒液が、その下側の伝熱管４２の表面に付着する。この冷媒液が外面に付着している伝熱管４２には、高温の冷媒ガスが直接接触できないため、この冷媒液が外面に付着している伝熱管４２の熱交換の効率が低下して凝縮性能が低下するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、凝縮性能を向上できる凝縮器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の凝縮器は、シェル（１）内に複数の伝熱管（３）を配置して、上記シェル（１）内かつ上記伝熱管（３）の外側に第１熱媒体を導いて上記伝熱管（３）内の第２熱媒体と熱交換する凝縮器において、
上記シェル（１）内に、上記第１熱媒体を分配する断面が下方に凸である分配板（２）を設け、上記伝熱管（３）の少なくとも一部は、上記分配板（２）の外面に面し、上記伝熱管（３）と上記分配板（２）の外面の間には、隙間（９）が存在し、
上記分配板（２）は、傾斜面または湾曲面を有し、
上記伝熱管（３）は、下側の第１領域と、上側の第２領域とに配置されていて、上記第１領域と上記第２領域との間に上記伝熱管（３）が存在しない空隙領域（７）があり、この空隙領域（７）、または、この空隙領域（７）の近傍に上記分配板（２）の下端が到達し、
上記隙間（９）は、上記伝熱管（３）同士の隙間（１４）よりも広いことを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、上記第１熱媒体を分配する断面が下方に凸である分配板と、上記伝熱管との間の隙間に高温の上記第１熱媒体が流れる。したがって、従来、高温の第１熱媒体から流れにくくて、低温の液の第１熱媒体が流れて、冷却効率が悪かった上記伝熱管管群の中心部や下部に位置する伝熱管に高温の上記第１熱冷媒を十分に供給することができるので、上記中心部および下部に位置する伝熱管の冷却効率を上げて、凝縮器の効率を上げることができる。
【０００９】
また、請求項１の発明の凝縮器によれば、上記断面が下方に凸の分配板の存在により、伝熱管管群の上方に面する表面領域を増やして、高温の第１熱媒体と最初に直接接触する伝熱管の数を増やして、熱交換の効率を上げることができる。換言すると、上記伝熱管によって凝縮された低温の上記第１熱媒体、つまり冷媒液の影響で熱交換の効率が悪くなる伝熱管の数を少なくして、高温のガスの第１熱媒体が接触する伝熱管数の全伝熱管数に対する割合を大きくして、凝縮器の効率を上げることができるのである。
【００１０】
また、請求項１の発明の凝縮器によれば、上記伝熱管の個々の冷却効率を上げて、伝熱管の本数を削減することができるので、凝縮器の製造コストおよび凝縮器を用いた冷凍機の運転コストを削減することができる。
【００１２】
請求項１の発明の凝縮器によれば、上記分配板は、傾斜面または湾曲面を有しているので、上記分配板と上記分配板に面する上記伝熱管との間の隙間に流入する上記第１熱媒体の流れを円滑にすることができる。したがって、伝熱管の管群の中心部や下部に位置する伝熱管にいっそう万遍なくかつ充分に上記第１熱媒体を供給することができる。
【００１３】
また、請求項２の発明の凝縮器は、請求項１に記載の凝縮器において、上記分配板は、断面Ｖ字形で、上記伝熱管は、千鳥配置されており、上記分配板は、上記千鳥配置された伝熱管の整列された２列に沿っていることを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明の凝縮器によれば、上記分配板は、断面Ｖ字形であり、かつ、上記千鳥配置された伝熱管の整列された２列に沿っているので、上記伝熱管同士の間隔を稠密かつ一様にでき、上記第１熱媒体の流れをいっそうスムーズにすることができる。したがって、上記第１熱媒体を凝縮器の中心部および下部にいっそう円滑に導入することができる。
【００１５】
また、請求項３の発明の凝縮器は、請求項２に記載の凝縮器において、上記断面Ｖ字形の分配板の頂角は略６０°であることを特徴している。
【００１６】
請求項３の発明の凝縮器によれば、上記Ｖ字形の分配板の頂角が略６０°であるので、上記伝熱管を稠密に千鳥配置したとき、上記断面Ｖ字形の分配板と、この分配板に沿う２列の伝熱管とを略平行にすることができる。したがって、伝熱管に効率良く上記第１熱媒体を供給できる。
【００１８】
請求項１の発明の凝縮器によれば、上記伝熱管が配置される上記下側の第１領域と上記上側の第２領域との間に、伝熱管が存在しない空隙領域が存在し、かつ、上記分配板の下端が、この空隙領域の近傍に到達しているので、この空隙領域に上記第１熱媒体を充分かつ確実に導入することができる。したがって、上記第１熱媒体が、この空隙領域に入り込んで拡散してから上記下側の第１領域に浸入するので、高温のガス状の第１熱媒体を上記下側の第１領域の伝熱管に万遍なく供給することができ、上記下側の第１領域の伝熱管の冷却効率を大きくすることができる。
【００１９】
また、請求項１の発明の凝縮器によれば、上記空隙領域の存在により、伝熱管管群の高温のガス状の第１熱媒体が接触する表面領域を増やし、上記第１熱媒体の冷媒液の影響を受けないで、高温のガス状の第１熱媒体と直接接触する伝熱管の数を増やすことができ、かつ、上記上側の第２領域の伝熱管で液化した上記第１熱媒体の冷媒液が上記下側の第１領域の伝熱管へ付着することも抑制することができる。したがって、上記下側の第１領域の伝熱管の冷却効率を飛躍的に向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の凝縮器の断面図である。この凝縮器は、円筒状のシェル１と、このシェル１内に配置された断面Ｖ字形の分配板２と、上記シェル１の内側と上記断面Ｖ字形の分配板２の外側との間に配置された複数の伝熱管３と、上記シェル１の上部に配置された冷媒ガス入口４とを備えている。
【００２２】
上記断面Ｖ字形の分配板２は、紙面に直交する方向に樋状に延びており、シェル１の中心軸Ｏとこの中心軸Ｏに交わる鉛直線とを含む平面に対して略面対称に配置されている。上記断面Ｖ字形の分配板２の下端部は、凝縮器の下部領域に位置し、上記断面Ｖ字形の分配板２の頂角は、略６０°となっている。
【００２３】
上記断面Ｖ字形の分配板２の下端部の近傍には、この下端部を収容し、かつ、水平方向に広がる伝熱管３が存在しない空隙７が存在する。この空隙７は、紙面に直交する方向に延び、伝熱管３が存在する領域を、この空隙７より下側の第１領域と、この空隙７より上側の第２領域とに分離している。上記下側の第１領域では、上記伝熱管３は、上記水平方向の空隙７と略平行に鉛直方向に６段に稠密に千鳥配置されている。一方、上記上側の第２領域では、上記伝熱管３は、上記中心軸Ｏを含む平面に対して上記分配板２の外側に左右対称に鉛直方向に７段に稠密に千鳥配置されており、最も中心寄りの２列の伝熱管３ａは、上記断面Ｖ字形の分配板２と略平行な状態となっている。
【００２４】
上記中心寄りの伝熱管３ａによって構成される列と、上記断面Ｖ字形の分配板２との間には、空隙９が広がっていて、この空隙９は、上記シェル１と伝熱管３との間に生じる空隙１０と略同じ幅を有している。上記空隙９および１０は、上記第１領域と第２領域を分離する空隙７の幅よりも狭く、伝熱管３同士の隙間１４よりも広くなっている。
【００２５】
尚、詳述しないが、１６は、冷媒ガス入口４から導入された冷媒ガスが衝突する衝突板である。この衝突板１６は、冷媒ガスを、伝熱管３が存在する領域に分散させ均等に割り振っている。
【００２６】
上記構成において、上記冷媒ガス入口４から導入された第１熱媒体としての冷媒ガスは、上記衝突板１６に衝突し、上記断面Ｖ字型の樋状の分配板２の端部から上記断面Ｖ字型の樋状の分配板２の外側領域の上部に流入する。
【００２７】
この分配板２の外側領域の上部に流入した冷媒ガスの一部は、左右対称に配置された最上段に位置する４本の伝熱管３同士の隙間から、上記第２領域へ流入して上記第２領域の伝熱管３で凝縮されて液化する。
【００２８】
また、上記分配板２の外側領域の上部に流入した冷媒ガスの一部は、矢印Ａ,Ｃに沿って上記空隙９に流入すると共に、矢印Ｂ,Ｄに沿って上記空隙１０に流入する。上記空隙９,１０へ流入した冷媒ガスの一部は、上記中心寄りの伝熱管３ａ同士の隙間から、上記第２領域へ流入して凝縮されて液化する。
【００２９】
上記空隙９へ流入し、かつ、上記第２領域に流入しなかった冷媒ガスは、上記断面Ｖ字型の分配板２に沿って流れ、上記第１領域と第２領域を分離する上記水平方向に広がる空隙７に達する。この空隙７に達した冷媒ガスは、上記水平方向に広がる空隙７で拡散し、例えば矢印Ｅ,Ｆ,ＧおよびＨ等の方向に流れて、上記第１領域に存在する伝熱管３同士の隙間に偏りなく均等にいきわたり、この第１領域の伝熱管３で凝縮されて液化する。
【００３０】
上記第１および第２領域の伝熱管３で冷却されて液化し、この凝縮器の下端に到達した冷媒ガスは、図示しない冷媒液出口に排出されるようになっている。
【００３１】
上記実施形態によれば、上記冷媒ガスを分配する断面Ｖ字形の分配板２と、上記伝熱管との間の空隙９に高温の冷却ガスが流れる。したがって、従来、高温の冷媒ガスが充分に配給されなかった伝熱管３管群の中心部や下部に冷媒ガスを十分に供給することができるので、凝縮器の効率を上げることができる。
【００３２】
また、この実施形態の凝縮器によれば、上記断面Ｖ字形の分配板２の存在により、伝熱管３管群の上側の表面領域を増やして、例えば、伝熱管３ａ等のこの上側の表面領域に存在しかつ冷却ガスと直接接触する伝熱管３の数を増やすことができる。したがって、冷却ガスが伝熱管３と接触して液化することによって発生し、伝熱管３の表面に付着して熱交換の効率を下げる冷媒液の影響を受けない上記表面領域に位置する伝熱管３の数を増やすことができるので、上記冷媒液が付着して冷却効率が低下する伝熱管の全伝熱管に対する割合を小さくして、凝縮器の冷却効率を上げることができる。
【００３３】
また、この実施形態の凝縮器によれば、分配板２は、断面Ｖ字形であり、かつ、頂角が６０°であるので、上記伝熱管３を千鳥配置したとき、上記断面Ｖ字形の分配板２と、この分配板２に沿う２列の伝熱管３ａとを略平行にすることができる。したがって、伝熱管３の間隔を稠密かつ一様に配置した上、上記隙間９の幅を一定にすることができるので、伝熱管３に均等かつ小さい抵抗で冷媒ガスを供給して、凝縮器の冷却効率をいっそう向上させることができる。
【００３４】
また、この実施形態の凝縮器によれば、上記伝熱管３が配置される上記第１領域と上記第２領域との間に、伝熱管３が存在しない空隙７が存在し、かつ、上記断面Ｖ字形の分配板２の下端が、この空隙７に到達しているので、この空隙７に、上記冷媒ガスを充分かつ確実に導入することができる。したがって、冷却ガスが、この空隙７に入り込んで拡散してから上記下側の第１領域に浸入するので、冷媒ガスを上記下側の第１領域の伝熱管３に万遍なく供給することができ、上記下側の第１領域の伝熱管３の冷却効率をいっそう大きくすることができる。
【００３５】
また、この実施形態の凝縮器によれば、上記空隙７の存在により、伝熱管３管群の表面領域を増やし、冷媒液の影響を受けない冷媒ガスと直接接触する伝熱管３の数を増やすことができ、かつ、上記上側の第２領域の伝熱管３で発生した冷媒液が上記下側の第１領域の伝熱管３へ付着することも抑制することができる。したがって、上記下側に位置する第１領域の伝熱管３の冷却効率を飛躍的に向上させることができる。
【００３６】
また、この実施形態の凝縮器によれば、上記伝熱管３の個々の冷却効率を上げて、伝熱管の本数を削減することができるので、凝縮器の製造コストおよび凝縮器の運転コストを削減することができる。
【００３７】
上記実施形態では、断面Ｖ字形の分配板２を採用したが、断面台形形や断面半円形等の分配板を採用しても良く、下に凸の断面を有する分配板であればどのような分配板を採用しても良い。
【００３８】
また、上記実施形態では、分配板２の下端は、空隙７に位置しているが、分配板２の下端は、空隙７よりも少し上の上側の第２領域または空隙７よりも少し下の下側の第１領域に位置しても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の凝縮器は、伝熱管が配置されたシェル内に、この伝熱管との間に隙間を生じ、かつ、第１熱媒体を分配する断面が下方に凸の分配板を備えているので、この断面が下方に凸の分配板と上記伝熱管との間の隙間に高温の上記第１熱媒体を導入することができて、従来冷却効率が悪かった上記伝熱管管群の中心部や下部に位置する伝熱管に上記第１熱冷媒を十分に供給して、上記中心部や下部に位置する伝熱管の冷却効率を上げることができる。
【００４０】
また、請求項１の発明の凝縮器によれば、上記断面が下方に凸の分配板の存在により、伝熱管管群の上方に面する表面領域を増やして、この表面領域に配置されて高温のガスの第１熱媒体と直接接触する伝熱管の数を増やすことができる。したがって、冷媒液が付着して冷却効率が低下する伝熱管の全伝熱管に対する割合を小さくして、凝縮器の効率を上げることができる。
【００４１】
また、請求項１の発明の凝縮器によれば、上記伝熱管の個々の冷却効率を上げて、伝熱管の本数を削減することができるので、凝縮器の製造コストおよび凝縮器を用いた冷凍機の運転コストを削減することができる。
【００４２】
また、請求項１の発明の凝縮器によれば、分配板は、傾斜面または湾曲面を有しているので、上記分配板と上記分配板に面する上記伝熱管との間の隙間に流入する第１熱媒体の流れを円滑にすることができて、伝熱管群の中心部や下部に位置する伝熱管に、上記第１熱媒体を万遍なくかつ充分に供給することができる。
【００４３】
また、請求項２の発明の凝縮器によれば、分配板は、断面Ｖ字形であり、かつ、上記千鳥配置された伝熱管の整列された２列に沿っているので、上記伝熱管同士の間隔を稠密かつ一様にでき、上記第１熱媒体の流れをいっそうスムーズにすることができる。したがって、上記第１熱媒体を凝縮器の中心部および下部にいっそう円滑に導入することができる。
【００４４】
また、請求項３の発明の凝縮器によれば、上記Ｖ字形の分配板の頂角が略６０°であるので、上記伝熱管を千鳥配置したとき、上記頂角が６０°の断面Ｖ字形の分配板と、この分配板に沿う２列の伝熱管とを略平行にすることができる。したがって、上記伝熱管を稠密に配置した上、上記分配板と上記２列の伝熱管との間に生じる隙間の幅を一定にできるので、伝熱管にいっそう均等かつ効率的に上記第１熱媒体を供給できる。
【００４５】
また、請求項１の発明の凝縮器によれば、伝熱管は、第１領域と第２領域に配置され、上記第１領域と第２領域との間には、伝熱管が存在しない空隙領域が存在し、分配板の下端は、この空隙領域の近傍に到達しているので、この空隙領域に第１熱媒体を充分かつ確実に導入することができる。したがって、上記第１熱媒体が、この空隙領域に入り込んで拡散してから上記下側の第１領域に浸入するので、上記第１熱媒体を上記下側の第１領域の伝熱管に万遍なく供給することができ、上記下側の第１領域の伝熱管の冷却効率をいっそう大きくすることができる。
【００４６】
また、請求項１の発明の凝縮器によれば、上記空隙領域の存在により、伝熱管管群の上方に面する表面領域を増やし、上記第１熱媒体の上記冷媒液の影響を受けない第１熱媒体と直接接触する伝熱管の数を増やすことができ、かつ、上記上側の第２領域の伝熱管によって液化した上記第１熱媒体の冷媒液が上記下側の第１領域の伝熱管へ付着することも抑制することができる。したがって、上記下側の第１領域の伝熱管の冷却効率を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の凝縮器の１実施形態の断面図である。
【図２】 従来の凝縮器の断面図である。
【符号の説明】
１ シェル
２ 分配板
３ 伝熱管
７,９ 空隙

Claims (3)

1. シェル（１）内に複数の伝熱管（３）を配置して、上記シェル（１）内かつ上記伝熱管（３）の外側に第１熱媒体を導いて上記伝熱管（３）内の第２熱媒体と熱交換する凝縮器において、
   上記シェル（１）内に、上記第１熱媒体を分配する断面が下方に凸である分配板（２）を設け、上記伝熱管（３）の少なくとも一部は、上記分配板（２）の外面に面し、上記伝熱管（３）と上記分配板（２）の外面の間には、隙間（９）が存在し、
   上記分配板（２）は、傾斜面または湾曲面を有し、
   上記伝熱管（３）は、下側の第１領域と、上側の第２領域とに配置されていて、上記第１領域と上記第２領域との間に上記伝熱管（３）が存在しない空隙領域（７）があり、この空隙領域（７）、または、この空隙領域（７）の近傍に上記分配板（２）の下端が到達し、
   上記隙間（９）は、上記伝熱管（３）同士の隙間（１４）よりも広いことを特徴とする凝縮器。
2. 請求項１に記載の凝縮器において、上記分配板（２）は、断面Ｖ字形で、上記伝熱管（３）は、千鳥配置されており、上記分配板（２）は、上記千鳥配置された伝熱管（３）の整列された２列に沿っていることを特徴とする凝縮器。
3. 請求項２に記載の凝縮器において、上記断面Ｖ字形の分配板（２）の頂角は略６０°であることを特徴とする凝縮器。

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