JP4451998B2 - 蒸発器及びこれを有する冷凍機 - Google Patents
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- F25B2339/0242—Evaporators with refrigerant in a vessel in which is situated a heat exchanger having tubular elements
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸発器及びこれを有する冷凍機に関し、例えば冷水、ブライン等の被冷却物との間で熱交換を行わせて被冷却物を冷却するための蒸発器及びこの蒸発器を具備する冷凍機に適用して有用なものである。
本発明では蒸発器の容器の内部に備えた液分配板に工夫をすることにより、蒸発器における沸騰性の向上や平均伝熱性能の向上を図ると共に、キャリーオーバの抑制を図るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばビルのような大規模構造物においては、冷凍機で冷却した冷水を構造物内に布設した配管を通じて循環させ、各スペースの空気と熱交換させて冷房を行うようになっている。
【０００３】
ここで、冷凍機に具備される蒸発器の一例を図６に示す。同図に示すように、蒸発器は、液状の冷媒が底面側から供給される円筒形の容器１の中に、冷水を流通する多数の伝熱管２が千鳥状に束になって配管された構造となっている。伝熱管２は、冷水入口３に連通する往路側の管群と、冷水出口４に連通する復路側の管群とに分かれており、冷水入口３から流入した冷水は容器１内を通り水室（図示略）に至って折り返し、再び容器１内を通って冷水出口４から流出する。この過程で、冷水は容器１に導入された冷媒との間で熱交換を行って冷却され、冷媒は冷水に熱を奪われて沸騰して気化する。なお、図６は冷水の流路が一往復（２パス）の場合の蒸発器であるが、この流路数には特別な制限はなく、用途に応じて種々のパス数のものが製作されている。
【０００４】
容器１の内部には、液分配板６が配置されている。この液分配板６は、容器１の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で配置されている。そして、平面図である図７に示すように、この液分配板６は、底面側空間と上面側空間とを連通する多数の吹出孔６ａを有している。この吹出孔６ａは格子状に配列されている。底面側空間（容器１のうち液分配板６よりも下方に位置する空間）に供給された液状の冷媒は、液分配板６に分散配置した各吹出孔６ａを介して上面側空間（容器１のうち液分配板６よりも上方に位置する空間）に分散して吹き出されるため、上面側空間には略均一化されて冷媒が供給されることになる。なお伝熱管２は、上面側空間のうち、図６において一点鎖線で示した範囲に配置してある。
【０００５】
また、容器１の上面にはその中央部、もしくはその中央部から若干オフセットした位置（図６では右側にオフセットした位置）に吸込管（図示せず）が配設されており、蒸発器内で冷水との熱交換により蒸発した冷媒ガスは、吸込管を介して圧縮機（図示せず）に供給される。そして、容器１の内部空間の前記吸込管の開口部に至る部分には、支持枠５で支持したデミスタ７が配設してある。圧縮機に至る吸込管は、他の機器（凝縮器等）との配置上の関係で、上述したように、容器１の中央部から若干オフセットした位置に配設されているため、デミスタ７も容器１の上面側空間に斜めに配設してある。このデミスタ７は蒸発器内で蒸発した冷媒ガスに混入するミスト状の冷媒を除去するもので、メッシュ状の部材で構成してあり、ミスト状の冷媒をメッシュ部で捕捉し、ミスト状冷媒が吸込管を介して圧縮機に混入するのを防止している。
【０００６】
また最近では、多数の伝熱管２を複数の管群に分け、管群どうしが離間して管群の間に、上下方向に貫通する空隙を設ける技術が開発された。この技術においても、格子状に吹出孔６ａが形成された液分配板６を採用している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す従来技術に係る蒸発器においては、多数の伝熱管２がひとつに束ねられた構造となっているので、容器１の下部に位置する伝熱管２の周囲で沸騰した冷媒が気泡となり、その上に位置する伝熱管２の周囲をまとわり付くようにして液中を浮かび上がるので、上部の伝熱管２の周囲に液状の冷媒が十分に供給されない傾向にある。そのため、特に束の中央（芯にあたる部分）および束の上部付近に配設された伝熱管２における熱伝達率が周囲に比べて低くなってしまうという問題がある。
【０００８】
また、液分配板６には、吹出孔６ａを格子状に均一に配列しているだけであるため、管群のうち上部に位置する伝熱管２にまで冷媒の供給を十分に行うことができない恐れがあり、上部の伝熱管２での沸騰性能が抑制されていた。また、吹出孔６ａを単純に均一に格子状配列しているため、冷媒供給位置に近い吹出孔６ａから多量の冷媒が噴出され、供給位置から離れた吹出孔６ａからの冷媒噴出量が少なくなり、冷媒噴出量が蒸発器の長手方向の位置によって異なってくることがあり、沸騰状態を均一化することができなかった。更に、吸込管の近くでは冷媒ガスが多量に吸い込まれるため、ミスト状の冷媒が吸い込まれること（キャリーオーバが発生すること）を防止するためには、吸込管の近くには冷媒の噴出量を抑えることが望ましいが、従来技術ではかかる工夫はされていなかった。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、上部の伝熱管での沸騰性能を向上し、長手方向の平均伝熱性能を向上させ、キャリーオーバを抑制することができる蒸発器及びこれを有する冷凍機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の蒸発器の構成は、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、
前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、
前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、
前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、
前記液分配板の吹出孔は、前記空隙に沿って配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の構成は、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、
前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、
前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、
前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、
前記液分配板の吹出孔は、前記空隙に沿って配置され、しかも前記冷媒ガスが吸い出される部分に近い位置では前記吹出孔の配列ピッチが広く、前記冷媒ガスが吸い出される部分から離れた位置では前記吹出孔の配列ピッチが狭いことを特徴とする。
【００１２】
また本発明の構成は、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、
前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、
前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、
前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、
前記液分配板の吹出孔は、前記冷媒が供給される位置の直上の位置を除き、前記空隙に沿って配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の冷凍機の構成は、気体状の冷媒を凝縮して液化する凝縮器と、液化された冷媒を減圧する膨張弁と、凝縮された冷媒と被冷却物との間で熱交換を行わせて該被冷却物を冷却するとともに冷媒を蒸発させる蒸発器と、気化された冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給する圧縮機とで冷凍サイクルを構成している冷凍機において、
前述した何れか一つに記載する蒸発器を有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態に係る蒸発器１２及び冷凍機を図１〜図３に基づき説明する。
【００１６】
まず、冷凍機の概略構成を図１に示す。図１に示す冷凍機は、冷却水と気体状の冷媒ガスとの間で熱交換を行わせて冷媒ガスを凝縮・液化する凝縮器１０と、凝縮された冷媒を減圧する膨張弁１１と、凝縮された冷媒と冷水（被冷却物）との間で熱交換を行わせて冷水を冷却するとともに冷媒を蒸発・気化する蒸発器１２と、気化された冷媒ガスを圧縮したうえで凝縮器に供給する圧縮機１３とを備えている。冷凍機は、蒸発器１２で冷水を製造しビルの空調等に利用するようになっている。
【００１７】
蒸発器１２は、冷媒が導入される円筒形の容器１４の中に冷水を流通する多数の伝熱管１５が束になって（図１では簡略して図示）容器１４の長手方向に配管された構造となっている。伝熱管１５は、冷水入口１６に連通する往路側の管と冷水出口１７に連通する復路側の管とに別れており、冷水入口１６に連通する管路と冷水出口１７に連通する管路とでは冷水の流れる方向が異なっている。なお、本例は伝熱管１５による冷水の流路の数が２パスの場合であるが、冷水入口，出口の管路が同一である１パスも含めこれに限定するものではない。パスの数は任意に選択し得る設計要素である。なお図１において、３０は供給管、３１は吸込管である。
【００１８】
図２は図１をII−II線で切断した場合の蒸発器１２を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本実施例に係る蒸発器１２では、冷媒が導入される容器１４の内部に配設される多数本の伝熱管１５は複数の管群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分けられている。そして各管群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄどうしは離間しており、管群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの間には、上下方向に貫通する空隙２０が設けられている。この空隙２０は伝熱管１５の長手方向に沿い延びて存在している。なお、図２において、５は支持枠、７はデミスタであり、これらは図６に示す従来技術のものと同様である。
【００１９】
このように本実施の形態では、空隙２０を設けたことにより、管群Ａ〜Ｄ内の比較的下方における伝熱管１５のまわりで発生した気泡が、空隙２０を抜けて浮かび上がる。これにより、管群Ａ〜Ｄの中央および上部付近に配設された伝熱管１５に影響を与える気泡が少なくなる。したがって、熱伝達率の低下が抑えられる。
【００２０】
また、容器１４内では、液状の冷媒が供給管３０から供給されて容器１４の底面側空間に導入され、気化した冷媒ガスが容器１４の上面側空間から吸込管３１を介して容器１４外に吸い出される構造となっており、導入される冷媒は容器１４内で上方に向かって流れる傾向が強いが、管群どうしを離間させて配置したことにより冷媒が流れ易くなり、冷媒と冷水との熱交換が促進されて熱伝達率の向上を図ることができる。
【００２１】
更に、本実施の形態では、液分配板１８には、平面図である図３に示すように、多数の吹出孔１８ａが形成されている。この吹出孔１８ａは、容器１２の長手方向（図２では紙面に対して垂直方向）に並んでおり、しかも、その配置位置は、空隙２０に沿った位置となっている。
【００２２】
このように、吹出孔１８ａを空隙２０に沿った位置に配置しているため、供給管３０を介して容器１４の底面側空間に供給された冷媒は、吹出孔１８ａを介して、容器１４の上面側空間のうち空隙２０の部分に向かって集中して吹き出される。このため、管群Ａ〜Ｄのうちの上部に位置する伝熱管１５にまで冷媒を十分に供給することができる。この結果、管群Ａ〜Ｄのうちの上部に位置する伝熱管１５の伝熱性能が向上し、上部管群での沸騰性能が向上する。
【００２３】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態の要部を、図４を参照して説明する。図４に示すように、第２の実施の形態では、液分配板１８には、多数の吹出孔１８ａが、空隙２０に沿った位置で、容器１４の長手方向に並んで配列されている。しかも、配列方向に関して、吸込管３１に近い位置では吹出孔１８ａの配列ピッチが広く、吸込管３１から離れるにしたがって吹出孔１８ａの配列ピッチを狭くしている。他の部分の構成は、図１及び図２に示す第１の実施の形態と同様である。
【００２４】
一般的に吸込管３１の近くでは沸騰が激しいので、容器１４の長手方向に沿い沸騰状況が異なっている。しかし本実施の形態では、吸込管３１に近い位置、即ち沸騰が激しくなる位置では吹出孔１８ａの配列ピッチを広くして冷媒の吹出を抑え、吸込管３１から離れた位置、即ち沸騰が少ない位置では吹出孔１８ａの配列ピッチを狭くして冷媒の吹出を多くしている。この結果、蒸発器１２の長手方向の沸騰状況の偏りを無くして蒸発器１２の平均伝熱性能を向上させることができる。またキャリーオーバの発生を抑制することができる。
【００２５】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態の要部を、図５を参照して説明する。図５に示すように、第３の実施の形態では、液分配板１８には、多数の吹出孔１８ａが、空隙２０に沿った位置で、容器１４の長手方向に並んで配列されている。ただし、供給管３０が配置される位置（の直上の位置）には吹出孔１８ａを配置していない。そして、配列方向に関して、吸込管３１に近い位置では吹出孔１８ａの配列ピッチが広く、吸込管３１から離れるにしたがって吹出孔１８ａの配列ピッチを狭くしている。他の部分の構成は、図１及び図２に示す第１の実施の形態と同様である。
【００２６】
一般的に吸込管３１の近くでは沸騰が激しいので、容器１４の長手方向に沿い沸騰状況が異なっている。しかし本実施の形態では、吸込管３１に近い位置、即ち沸騰が激しくなる位置では吹出孔１８ａの配列ピッチを広くして冷媒の吹出を抑え、吸込管３１から離れた位置、即ち沸騰が少ない位置では吹出孔１８ａの配列ピッチを狭くして冷媒の吹出を多くしている。この結果、蒸発器１２の長手方向の沸騰状況の偏りを無くして蒸発器１２の平均伝熱性能を向上させることができる。またキャリーオーバの発生を抑制することができる。
【００２７】
更に、供給管３０が配置される位置（の直上の位置）には吹出孔１８ａを配置していない。したがって、容器１４の上面側空間の空隙２０のうち、供給管３０の直上部分では他の部分に比べて供給が減少され長手方向の冷媒供給を均一化することにより、長手方向の性能差の発生を抑え蒸発器全体として平均的に性能を上げることができる。
【００２８】
なお、図５の例では、配列方向に関して、吸込管３１に近い位置では吹出孔１８ａの配列ピッチが広く、吸込管３１から離れるにしたがって吹出孔１８ａの配列ピッチを狭くしているが、配列ピッチを等しくすると共に、吸込管３１が配置される位置（の直下の位置）には吹出孔１８ａを配置しないように構成しても、キャリーオーバの発生を抑制することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の蒸発器では、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、前記液分配板の吹出孔は、前記空隙に沿って配置されている構成とした。
【００３０】
このような構成としたため、管群の間の空隙に集中して冷媒を吹き込むことができ、管群のうち上部に位置する伝熱管にまで冷媒を十分に供給することができ、上部の伝熱管での伝熱性能が向上し、沸騰性能が向上する。
【００３１】
また本発明の蒸発器では、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられ、しかも前記液分配板の吹出孔は、前記空隙に沿って配置されると共に、前記冷媒ガスが吸い出される部分に近い位置では前記吹出孔の配列ピッチが広く、前記冷媒ガスが吸い出される部分から離れた位置では前記吹出孔の配列ピッチが狭い構成とした。
【００３２】
このような構成としたため、蒸発器の長手方向の沸騰状況の偏りをなくして、蒸発器の平均伝熱性能を向上させることができる。またキャリーオーバの発生を抑制することができる。
【００３３】
また本発明の蒸発器では、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、前記液分配板の吹出孔は、前記冷媒が供給される位置の直上の位置を除き、前記空隙に沿って配置されている構成とした。
【００３４】
このような構成としたため、長手方向に関して均一に冷媒が吹き出され、蒸発器の平均伝熱性能を向上させることができる。
【００３５】
また本発明の冷凍機では、気体状の冷媒を凝縮して液化する凝縮器と、液化された冷媒を減圧する膨張弁と、凝縮された冷媒と被冷却物との間で熱交換を行わせて該被冷却物を冷却するとともに冷媒を蒸発させる蒸発器と、気化された冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給する圧縮機とで冷凍サイクルを構成している冷凍機において、前述した何れか一つに記載する蒸発器を有する構成とした。
【００３６】
このように、沸騰性能及び平均伝熱性能が高く、キャリーオーバが抑制された蒸発器を用いていくため、冷凍性能の高い冷凍機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる冷凍機を示す概略構成図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に用いる液分配板を示す平面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に用いる液分配板を示す平面図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に用いる液分配板を示す平面図。
【図６】冷凍機の従来の蒸発器を示す構成図。
【図７】従来の蒸発器に用いる液分配板を示す平面図。
【符号の説明】
１０ 凝縮器
１１ 膨張弁
１２ 蒸発器
１３ 圧縮機
１４ 容器
１５ 伝熱管
１６ 冷水入口
１７ 冷水出口
１８ 液分配板
１８ａ 吹出孔
２０ 空隙
３０ 供給管
３１ 吸込管
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸発器及びこれを有する冷凍機に関し、例えば冷水、ブライン等の被冷却物との間で熱交換を行わせて被冷却物を冷却するための蒸発器及びこの蒸発器を具備する冷凍機に適用して有用なものである。
本発明では蒸発器の容器の内部に備えた液分配板に工夫をすることにより、蒸発器における沸騰性の向上や平均伝熱性能の向上を図ると共に、キャリーオーバの抑制を図るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばビルのような大規模構造物においては、冷凍機で冷却した冷水を構造物内に布設した配管を通じて循環させ、各スペースの空気と熱交換させて冷房を行うようになっている。
【０００３】
ここで、冷凍機に具備される蒸発器の一例を図６に示す。同図に示すように、蒸発器は、液状の冷媒が底面側から供給される円筒形の容器１の中に、冷水を流通する多数の伝熱管２が千鳥状に束になって配管された構造となっている。伝熱管２は、冷水入口３に連通する往路側の管群と、冷水出口４に連通する復路側の管群とに分かれており、冷水入口３から流入した冷水は容器１内を通り水室（図示略）に至って折り返し、再び容器１内を通って冷水出口４から流出する。この過程で、冷水は容器１に導入された冷媒との間で熱交換を行って冷却され、冷媒は冷水に熱を奪われて沸騰して気化する。なお、図６は冷水の流路が一往復（２パス）の場合の蒸発器であるが、この流路数には特別な制限はなく、用途に応じて種々のパス数のものが製作されている。
【０００４】
容器１の内部には、液分配板６が配置されている。この液分配板６は、容器１の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で配置されている。そして、平面図である図７に示すように、この液分配板６は、底面側空間と上面側空間とを連通する多数の吹出孔６ａを有している。この吹出孔６ａは格子状に配列されている。底面側空間（容器１のうち液分配板６よりも下方に位置する空間）に供給された液状の冷媒は、液分配板６に分散配置した各吹出孔６ａを介して上面側空間（容器１のうち液分配板６よりも上方に位置する空間）に分散して吹き出されるため、上面側空間には略均一化されて冷媒が供給されることになる。なお伝熱管２は、上面側空間のうち、図６において一点鎖線で示した範囲に配置してある。
【０００５】
また、容器１の上面にはその中央部、もしくはその中央部から若干オフセットした位置（図６では右側にオフセットした位置）に吸込管（図示せず）が配設されており、蒸発器内で冷水との熱交換により蒸発した冷媒ガスは、吸込管を介して圧縮機（図示せず）に供給される。そして、容器１の内部空間の前記吸込管の開口部に至る部分には、支持枠５で支持したデミスタ７が配設してある。圧縮機に至る吸込管は、他の機器（凝縮器等）との配置上の関係で、上述したように、容器１の中央部から若干オフセットした位置に配設されているため、デミスタ７も容器１の上面側空間に斜めに配設してある。このデミスタ７は蒸発器内で蒸発した冷媒ガスに混入するミスト状の冷媒を除去するもので、メッシュ状の部材で構成してあり、ミスト状の冷媒をメッシュ部で捕捉し、ミスト状冷媒が吸込管を介して圧縮機に混入するのを防止している。
【０００６】
また最近では、多数の伝熱管２を複数の管群に分け、管群どうしが離間して管群の間に、上下方向に貫通する空隙を設ける技術が開発された。この技術においても、格子状に吹出孔６ａが形成された液分配板６を採用している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す従来技術に係る蒸発器においては、多数の伝熱管２がひとつに束ねられた構造となっているので、容器１の下部に位置する伝熱管２の周囲で沸騰した冷媒が気泡となり、その上に位置する伝熱管２の周囲をまとわり付くようにして液中を浮かび上がるので、上部の伝熱管２の周囲に液状の冷媒が十分に供給されない傾向にある。そのため、特に束の中央（芯にあたる部分）および束の上部付近に配設された伝熱管２における熱伝達率が周囲に比べて低くなってしまうという問題がある。
【０００８】
また、液分配板６には、吹出孔６ａを格子状に均一に配列しているだけであるため、管群のうち上部に位置する伝熱管２にまで冷媒の供給を十分に行うことができない恐れがあり、上部の伝熱管２での沸騰性能が抑制されていた。また、吹出孔６ａを単純に均一に格子状配列しているため、冷媒供給位置に近い吹出孔６ａから多量の冷媒が噴出され、供給位置から離れた吹出孔６ａからの冷媒噴出量が少なくなり、冷媒噴出量が蒸発器の長手方向の位置によって異なってくることがあり、沸騰状態を均一化することができなかった。更に、吸込管の近くでは冷媒ガスが多量に吸い込まれるため、ミスト状の冷媒が吸い込まれること（キャリーオーバが発生すること）を防止するためには、吸込管の近くには冷媒の噴出量を抑えることが望ましいが、従来技術ではかかる工夫はされていなかった。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、上部の伝熱管での沸騰性能を向上し、長手方向の平均伝熱性能を向上させ、キャリーオーバを抑制することができる蒸発器及びこれを有する冷凍機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の蒸発器の構成は、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、
前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、
前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、
前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、
前記液分配板の吹出孔は、前記空隙に沿って配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の構成は、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、
前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、
前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、
前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、
前記液分配板の吹出孔は、前記空隙に沿って配置され、しかも前記冷媒ガスが吸い出される部分に近い位置では前記吹出孔の配列ピッチが広く、前記冷媒ガスが吸い出される部分から離れた位置では前記吹出孔の配列ピッチが狭いことを特徴とする。
【００１２】
また本発明の構成は、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、
前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、
前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、
前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、
前記液分配板の吹出孔は、前記冷媒が供給される位置の直上の位置を除き、前記空隙に沿って配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の冷凍機の構成は、気体状の冷媒を凝縮して液化する凝縮器と、液化された冷媒を減圧する膨張弁と、凝縮された冷媒と被冷却物との間で熱交換を行わせて該被冷却物を冷却するとともに冷媒を蒸発させる蒸発器と、気化された冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給する圧縮機とで冷凍サイクルを構成している冷凍機において、
前述した何れか一つに記載する蒸発器を有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態に係る蒸発器１２及び冷凍機を図１〜図３に基づき説明する。
【００１６】
まず、冷凍機の概略構成を図１に示す。図１に示す冷凍機は、冷却水と気体状の冷媒ガスとの間で熱交換を行わせて冷媒ガスを凝縮・液化する凝縮器１０と、凝縮された冷媒を減圧する膨張弁１１と、凝縮された冷媒と冷水（被冷却物）との間で熱交換を行わせて冷水を冷却するとともに冷媒を蒸発・気化する蒸発器１２と、気化された冷媒ガスを圧縮したうえで凝縮器に供給する圧縮機１３とを備えている。冷凍機は、蒸発器１２で冷水を製造しビルの空調等に利用するようになっている。
【００１７】
蒸発器１２は、冷媒が導入される円筒形の容器１４の中に冷水を流通する多数の伝熱管１５が束になって（図１では簡略して図示）容器１４の長手方向に配管された構造となっている。伝熱管１５は、冷水入口１６に連通する往路側の管と冷水出口１７に連通する復路側の管とに別れており、冷水入口１６に連通する管路と冷水出口１７に連通する管路とでは冷水の流れる方向が異なっている。なお、本例は伝熱管１５による冷水の流路の数が２パスの場合であるが、冷水入口，出口の管路が同一である１パスも含めこれに限定するものではない。パスの数は任意に選択し得る設計要素である。なお図１において、３０は供給管、３１は吸込管である。
【００１８】
図２は図１をII−II線で切断した場合の蒸発器１２を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本実施例に係る蒸発器１２では、冷媒が導入される容器１４の内部に配設される多数本の伝熱管１５は複数の管群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分けられている。そして各管群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄどうしは離間しており、管群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの間には、上下方向に貫通する空隙２０が設けられている。この空隙２０は伝熱管１５の長手方向に沿い延びて存在している。なお、図２において、５は支持枠、７はデミスタであり、これらは図６に示す従来技術のものと同様である。
【００１９】
このように本実施の形態では、空隙２０を設けたことにより、管群Ａ〜Ｄ内の比較的下方における伝熱管１５のまわりで発生した気泡が、空隙２０を抜けて浮かび上がる。これにより、管群Ａ〜Ｄの中央および上部付近に配設された伝熱管１５に影響を与える気泡が少なくなる。したがって、熱伝達率の低下が抑えられる。
【００２０】
また、容器１４内では、液状の冷媒が供給管３０から供給されて容器１４の底面側空間に導入され、気化した冷媒ガスが容器１４の上面側空間から吸込管３１を介して容器１４外に吸い出される構造となっており、導入される冷媒は容器１４内で上方に向かって流れる傾向が強いが、管群どうしを離間させて配置したことにより冷媒が流れ易くなり、冷媒と冷水との熱交換が促進されて熱伝達率の向上を図ることができる。
【００２１】
更に、本実施の形態では、液分配板１８には、平面図である図３に示すように、多数の吹出孔１８ａが形成されている。この吹出孔１８ａは、容器１２の長手方向（図２では紙面に対して垂直方向）に並んでおり、しかも、その配置位置は、空隙２０に沿った位置となっている。
【００２２】
このように、吹出孔１８ａを空隙２０に沿った位置に配置しているため、供給管３０を介して容器１４の底面側空間に供給された冷媒は、吹出孔１８ａを介して、容器１４の上面側空間のうち空隙２０の部分に向かって集中して吹き出される。このため、管群Ａ〜Ｄのうちの上部に位置する伝熱管１５にまで冷媒を十分に供給することができる。この結果、管群Ａ〜Ｄのうちの上部に位置する伝熱管１５の伝熱性能が向上し、上部管群での沸騰性能が向上する。
【００２３】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態の要部を、図４を参照して説明する。図４に示すように、第２の実施の形態では、液分配板１８には、多数の吹出孔１８ａが、空隙２０に沿った位置で、容器１４の長手方向に並んで配列されている。しかも、配列方向に関して、吸込管３１に近い位置では吹出孔１８ａの配列ピッチが広く、吸込管３１から離れるにしたがって吹出孔１８ａの配列ピッチを狭くしている。他の部分の構成は、図１及び図２に示す第１の実施の形態と同様である。
【００２４】
一般的に吸込管３１の近くでは沸騰が激しいので、容器１４の長手方向に沿い沸騰状況が異なっている。しかし本実施の形態では、吸込管３１に近い位置、即ち沸騰が激しくなる位置では吹出孔１８ａの配列ピッチを広くして冷媒の吹出を抑え、吸込管３１から離れた位置、即ち沸騰が少ない位置では吹出孔１８ａの配列ピッチを狭くして冷媒の吹出を多くしている。この結果、蒸発器１２の長手方向の沸騰状況の偏りを無くして蒸発器１２の平均伝熱性能を向上させることができる。またキャリーオーバの発生を抑制することができる。
【００２５】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態の要部を、図５を参照して説明する。図５に示すように、第３の実施の形態では、液分配板１８には、多数の吹出孔１８ａが、空隙２０に沿った位置で、容器１４の長手方向に並んで配列されている。ただし、供給管３０が配置される位置（の直上の位置）には吹出孔１８ａを配置していない。そして、配列方向に関して、吸込管３１に近い位置では吹出孔１８ａの配列ピッチが広く、吸込管３１から離れるにしたがって吹出孔１８ａの配列ピッチを狭くしている。他の部分の構成は、図１及び図２に示す第１の実施の形態と同様である。
【００２６】
一般的に吸込管３１の近くでは沸騰が激しいので、容器１４の長手方向に沿い沸騰状況が異なっている。しかし本実施の形態では、吸込管３１に近い位置、即ち沸騰が激しくなる位置では吹出孔１８ａの配列ピッチを広くして冷媒の吹出を抑え、吸込管３１から離れた位置、即ち沸騰が少ない位置では吹出孔１８ａの配列ピッチを狭くして冷媒の吹出を多くしている。この結果、蒸発器１２の長手方向の沸騰状況の偏りを無くして蒸発器１２の平均伝熱性能を向上させることができる。またキャリーオーバの発生を抑制することができる。
【００２７】
更に、供給管３０が配置される位置（の直上の位置）には吹出孔１８ａを配置していない。したがって、容器１４の上面側空間の空隙２０のうち、供給管３０の直上部分では他の部分に比べて供給が減少され長手方向の冷媒供給を均一化することにより、長手方向の性能差の発生を抑え蒸発器全体として平均的に性能を上げることができる。
【００２８】
なお、図５の例では、配列方向に関して、吸込管３１に近い位置では吹出孔１８ａの配列ピッチが広く、吸込管３１から離れるにしたがって吹出孔１８ａの配列ピッチを狭くしているが、配列ピッチを等しくすると共に、吸込管３１が配置される位置（の直下の位置）には吹出孔１８ａを配置しないように構成しても、キャリーオーバの発生を抑制することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の蒸発器では、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、前記液分配板の吹出孔は、前記空隙に沿って配置されている構成とした。
【００３０】
このような構成としたため、管群の間の空隙に集中して冷媒を吹き込むことができ、管群のうち上部に位置する伝熱管にまで冷媒を十分に供給することができ、上部の伝熱管での伝熱性能が向上し、沸騰性能が向上する。
【００３１】
また本発明の蒸発器では、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられ、しかも前記液分配板の吹出孔は、前記空隙に沿って配置されると共に、前記冷媒ガスが吸い出される部分に近い位置では前記吹出孔の配列ピッチが広く、前記冷媒ガスが吸い出される部分から離れた位置では前記吹出孔の配列ピッチが狭い構成とした。
【００３２】
このような構成としたため、蒸発器の長手方向の沸騰状況の偏りをなくして、蒸発器の平均伝熱性能を向上させることができる。またキャリーオーバの発生を抑制することができる。
【００３３】
また本発明の蒸発器では、液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、前記液分配板の吹出孔は、前記冷媒が供給される位置の直上の位置を除き、前記空隙に沿って配置されている構成とした。
【００３４】
このような構成としたため、長手方向に関して均一に冷媒が吹き出され、蒸発器の平均伝熱性能を向上させることができる。
【００３５】
また本発明の冷凍機では、気体状の冷媒を凝縮して液化する凝縮器と、液化された冷媒を減圧する膨張弁と、凝縮された冷媒と被冷却物との間で熱交換を行わせて該被冷却物を冷却するとともに冷媒を蒸発させる蒸発器と、気化された冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給する圧縮機とで冷凍サイクルを構成している冷凍機において、前述した何れか一つに記載する蒸発器を有する構成とした。
【００３６】
このように、沸騰性能及び平均伝熱性能が高く、キャリーオーバが抑制された蒸発器を用いていくため、冷凍性能の高い冷凍機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる冷凍機を示す概略構成図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に用いる液分配板を示す平面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に用いる液分配板を示す平面図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に用いる液分配板を示す平面図。
【図６】冷凍機の従来の蒸発器を示す構成図。
【図７】従来の蒸発器に用いる液分配板を示す平面図。
【符号の説明】
１０ 凝縮器
１１ 膨張弁
１２ 蒸発器
１３ 圧縮機
１４ 容器
１５ 伝熱管
１６ 冷水入口
１７ 冷水出口
１８ 液分配板
１８ａ 吹出孔
２０ 空隙
３０ 供給管
３１ 吸込管
Claims (4)
- 液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、
前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、
前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、
前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、
前記液分配板の吹出孔は、前記空隙に沿って配置されていることを特徴とする蒸発器。 - 液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、
前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、
前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、
前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、
前記液分配板の吹出孔は、前記空隙に沿って配置され、しかも前記冷媒ガスが吸い出される部分に近い位置では前記吹出孔の配列ピッチが広く、前記冷媒ガスが吸い出される部分から離れた位置では前記吹出孔の配列ピッチが狭いことを特徴とする蒸発器。 - 液状の冷媒が底面側から供給されると共に蒸発した冷媒ガスが上面側から吸い出される容器と、
前記容器の内部を底面側空間と上面側空間とに区画する状態で前記容器の中に配置されると共に、前記底面側空間と前記上面側空間とを連通する多数の吹出孔を有する液分配板と、
前記上面側空間内に配置されており、被冷却物を流通する多数の伝熱管とを有する蒸発器において、
前記多数の伝熱管が複数の管群に分けられ、管群どうしが離間して管群の間には上下方向に貫通する空隙が設けられると共に、
前記液分配板の吹出孔は、前記冷媒が供給される位置の直上の位置を除き、前記空隙に沿って配置されていることを特徴とする蒸発器。 - 気体状の冷媒を凝縮して液化する凝縮器と、液化された冷媒を減圧する膨張弁と、凝縮された冷媒と被冷却物との間で熱交換を行わせて該被冷却物を冷却するとともに冷媒を蒸発させる蒸発器と、気化された冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給する圧縮機とで冷凍サイクルを構成している冷凍機において、
請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する蒸発器を有することを特徴とする冷凍機。
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