JP4794891B2 - 水冷凝縮器 - Google Patents

Description

この発明は、水冷凝縮器に係り、特に、複数の熱交換器を備えた水冷凝縮器において、各熱交換器の排水経路に関する。

一般的な冷凍回路に用いられる従来の水冷凝縮器が、例えば、特許文献１に記載されている。このような水冷凝縮器の具体的構成を図３に示す。水冷凝縮器５０は、２つの熱交換器、すなわち、二重管型の熱交換器が折り畳まれて複数の水平部分と略半円状の折曲がり部分とからなり、鉛直方向に高さが異なるように配置された下パス５１及び上パス５２を備えている。下パス５１及び上パス５２のそれぞれの凝縮水入口５３，５４から、凝縮水が二重管の内管内に流入する。凝縮水は、下パス５１内において矢印Ｐ１で示されるように内管内を流通し、上パス５２において矢印Ｐ２で示されるように内管内を流通する。また、冷凍回路の図示しないコンプレッサから吐出された冷媒ガスは、下パス５１及び上パス５２のそれぞれの冷媒入口５９，５８から二重管の外管内に流入する。凝縮水及び冷媒ガスが下パス５１及び上パス５２内を互いに反対方向に流通しながら熱交換を行うことによって、冷媒ガスは冷却凝縮されて液体冷媒となり、冷媒出口５７，６０から冷凍回路の図示しない膨張弁に向かって流出する。一方、凝縮水は、加熱されながら下パス５１及び上パス５２のそれぞれの内管出口５５，５６に向かって、矢印Ｑ１及びＱ２で示されるように流通する。内管出口５５を通過した凝縮水は、一端が内管出口５５に接続されると共に上方に向かって延びる排水経路６１内を、矢印Ｒ１で示されるように上昇する。また、内管出口５６を通過した凝縮水は、一端が内管出口５６に接続されると共に下方に向かって延びる排水経路６２内を、矢印Ｒ２で示されるように下降する。排水経路６１の他端と排水経路６２の他端との合流部６４において、それぞれの凝縮水が合流した後、矢印Ｓで示されるように排水合流経路６３を流通し、水冷凝縮器５０から排水される。

特開２００３−４３４８号公報

しかしながら、水冷凝縮器５０では、運転が長時間になると、下パス５１及び上パス５２間で冷媒の温度及び圧力のアンバランスが生じ、上パス５２を流通する冷媒が凝縮しなくなってしまう場合があるといった問題点があった。これは、凝縮水中の溶存空気が気泡となり、この気泡が上パス５２の内部に滞留することによって、上パス５２の伝熱面積が減少するためである。
排水経路６１，６２の合流部６４は、上パス５２の最も高い部分よりも低い位置にあるため、排水経路６１は上方に向かって延びる形状であるものの、排水経路６２は下方に向かって延びる形状となっている。上パス５２内を凝縮水と共に流通する気泡は、凝縮水が内管出口５６から排水経路６２内へ流入する際に、浮力の影響で排水経路６２内へ流入せず、Ａで示される水平部分に滞留する傾向がある。一方、下パス５１を凝縮水と共に流通する気泡は、凝縮水が内管出口５５から排水経路６１内へ流入する際に、凝縮水の流れと気泡の浮力によって排水経路６１内を凝縮水と共に上昇する。排水経路６１内を上昇する凝縮水は、合流部６４において、排水経路６２を下降してきた凝縮水と合流して排水合流経路６３を流通するようになる。しかし、気泡は浮力の影響で排水合流経路６３内へ流入せず、排水経路６２内を凝縮水の流れ（矢印Ｒ２）に逆らって上昇し、Ａで示される水平部分に流入する傾向がある。したがって、下パス５１及び上パス５２を流通する凝縮水中に発生した気泡は、Ａで示される部分に滞留する傾向がある。運転が長時間となり、Ａで示される部分に気泡が滞留してくると、上パス５２の伝熱面積が減少するため、上パス５２における冷媒と凝縮水との熱交換効率が低下し、下パス５１及び上パス５２間における冷媒の温度及び圧力のアンバランスや、上パス５２を流通する冷媒の凝縮不良が起こる場合がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、冷媒の凝縮不良を防止できる、複数の熱交換器を備えた水冷凝縮器を提供することを目的とする。

複数の熱交換器を鉛直方向に配列した水冷凝縮器において、複数の熱交換器はそれぞれ、外管及び内管からなる管状形状を有し、各熱交換器内で凝縮水が鉛直方向下側から鉛直方向上側に向かって流れると共に冷媒が鉛直方向上側から鉛直方向下側に向かって流れて熱交換を行い、複数の熱交換器はそれぞれ、複数の熱交換器内を流通した凝縮水が排水される排水経路を備え、排水経路はそれぞれ、鉛直方向に関して位置が異なると共に、複数の熱交換器のいずれよりも上方で合流することを特徴とする。

この発明によれば、複数の熱交換器を鉛直方向に配列した水冷凝縮器において、各熱交換器の排水経路がそれぞれ、鉛直方向に関して位置が異なると共に、いずれの熱交換器よりも上方で合流することにより、各排水経路は上方に向かって延びるので、各熱交換器内における気泡は、いずれの熱交換器内にも滞留することなく、凝縮水に伴って排出される。これにより、気泡の滞留に起因して水冷凝縮器の伝熱面積が減少するのを防止でき、その結果、冷媒の凝縮不良を防止できる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係る水冷凝縮器を、オーガ式製氷機の冷凍回路に用いられた場合を例にして説明する。
図１に示されるように、オーガ式製氷機１は、内部に回転可能なオーガ１５を有した円筒状の製氷筒３と、このオーガ１５を回転させるギヤモータ２とを備えている。また、製氷水を貯留する製氷水タンク１３が、製氷筒３よりも高い位置に設けられ、製氷水タンク１３と製氷筒３の内周面とを連通する供給管１４を通って、製氷水が製氷筒３の内周面に供給されるようになっている。冷凍回路１０は、製氷筒３の外周面に巻回され蒸発器４、圧縮機５、水冷凝縮器６、及び膨張弁９が順次接続されて構成されている。

図２に示されるように、水冷凝縮器６は、二重管型の２つの熱交換器２１，２２を備えている。熱交換器２１，２２のそれぞれは等間隔で折り畳まれて、複数の水平部分と略半円状の折曲がり部分とを備え、熱交換器２１の各水平部分２１ａ，２１ｃ，・・・，２１ｖ，２１ｘ，２１ｚと熱交換器２２の各水平部分２２ａ，２２ｃ，・・・，２２ｖ，２２ｘ，２２ｚとが、鉛直方向に互い違いに配列されている。熱交換器２１，２２のそれぞれは、凝縮水が流通する内管の両端に、凝縮水入口２３，２４及び凝縮水出口２５，２６を備え、冷媒が流通する外管の両端に、冷媒入口３１，３２及び冷媒出口３３，３４を備えている。冷媒入口３１，３２は圧縮機５（図１参照）と連通し、冷媒出口３３，３４は膨張弁９（図１参照）と連通している。凝縮水出口２５，２６にはそれぞれ、上方に向かって延びる排水経路２７，２８が接続されている。排水経路２７，２８は、熱交換器２１，２２よりも上方、すなわち、熱交換器２１，２２の中で最も高い位置にある水平部分２２ｚよりも上方で合流して、合流部２９を構成している。合流部２９には、排水合流経路３０が接続されている。

次に、この実施の形態に係る水冷凝縮器の動作を、図１及び２に基づいて説明する。
オーガ式製氷機１の電源が入ると、圧縮機５が起動することによって、冷凍回路１０内を冷媒が循環する。圧縮機５によって圧縮された高温高圧の冷媒は、水冷凝縮器６によって冷却凝縮されて液体の冷媒となる。この液体の冷媒は、膨張弁９によって膨張されることによって低温低圧の冷媒ガスとなる。この低温低圧の冷媒ガスが、蒸発管４において、製氷水タンク１３から製氷筒３内周面に供給された製氷水と熱交換することによって、高温低圧の冷媒ガスとなる。この際、製氷水の一部は製氷筒３の内周面で製氷され、製氷された氷はオーガ１５によって削り取られながら上方に送られる。蒸発管４から流出した高温低圧の冷媒ガスは、圧縮機５に吸入される。このようにして、冷凍回路１０内を冷媒が循環する。

圧縮機５から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、水冷凝縮器６を構成する２つの熱交換器２１，２２の冷媒入口３１，３２から、二重管の外管内へ流入する。冷媒ガスはそれぞれ、破線矢印Ｇ１，Ｇ２で示されるように、水平部分２１ｚ，２２ｚを流通し、次に破線矢印Ｈ１及びＨ２で示されるように、折曲り部分２１ｙ，２２ｙを下降する。続いて、破線矢印Ｉ１，Ｉ２、破線矢印Ｊ１，Ｊ２、破線矢印Ｋ１，Ｋ２で示されるように、水平部分２１ｘ，２２ｘ、折曲り部分２１ｗ，２２ｗ及び水平部分２１ｖ，２２ｖを順次流通する。同様にして、順次接続する水平部分及び折曲り部分を流通し、破線矢印Ｌ１，Ｌ２で示されるように、水平部分２１ａ，２２ａを流通した後、冷媒出口３３，３４から流出し、ドライヤー７に向かって冷凍回路１０内を流通する。

一方、熱交換器２１，２２の二重管の内管には、凝縮水入口２３，２４から凝縮水が流入する。凝縮水はそれぞれ、実線矢印Ａ１及びＡ２で示されるように、水平部分２１ａ，２２ａを流通する。次に、実線矢印Ｂ１及びＢ２で示されるように、折曲がり部分２１ｂ，２２ｂを上昇した後、実線矢印Ｃ１及びＣ２で示されるように、水平部分２１ｃ，２２ｃを流通する。同様にして、順次接続する水平部分及び折曲がり部分を流通し、実線矢印Ｄ１，Ｄ２で示されるように、水平部分２１ｚ，２２ｚを、凝縮水出口２５，２６に向かって流通する。凝縮水出口２５，２６から流出した凝縮水はそれぞれ、排水経路２７，２８内を上昇し、合流部２９において合流した後、排水合流経路３０を流通して水冷凝縮器６から排水される。

凝縮水及び冷媒は、熱交換器２１，２２の外管内及び内管内を互いに反対方向に流通しながら熱交換を行う。この熱交換により、低温の凝縮水は加熱されて高温の凝縮水となり、高温高圧の冷媒ガスは冷却凝縮されて液体の冷媒になる。
凝縮水が加熱されると、凝縮水中の溶存空気が気泡となる。凝縮水が熱交換器２１，２２の水平部分を流通している場合、気泡は浮力によって配管の上方へ移動するものの、凝縮水の流れに伴って水平部分を流通する。また、凝縮水が折曲り部分を上昇している場合、凝縮水の流れと気泡の浮力とによって、気泡は折曲り部分を上昇する。これに対し、凝縮水が下方へ向かって流れる場合、浮力によって気泡が下方へ流れる凝縮水の流れに逆らって上昇したり、下方へ向かって流れる凝縮水の流れから取り残されたりすることにより、気泡が滞留してしまう場合がある。しかしながら、水冷凝縮器６には凝縮水が下方に向かって流れる部分がないので、気泡は熱交換器２１，２２の内部に滞留することがなく、凝縮水の流れに伴って凝縮水出口２５，２６から流出する。
凝縮水出口２５，２６から流出した気泡は、排水経路２７，２８内を、凝縮水の流れと気泡の浮力によって上昇する。排水経路２７，２８内を上昇した気泡は合流部２９において合流し、凝縮水の流れと気泡の浮力によって排水合流経路３０内に流入し、凝縮水と共に排出される。

このように、熱交換器２１，２２には凝縮水が下方に向かって流れる部分がないので、凝縮水中に発生した気泡は、熱交換器２１，２２内に滞留することなく、凝縮水と共に排出される。また、熱交換器２１，２２の排水経路２７，２８は、熱交換器２１，２２のいずれよりも上方で合流することにより、排水経路２７，２８はいずれも上方に向かって延びる配管となるので、排水経路２７，２８内に流入した気泡は、凝縮水の流れと気泡の浮力によって、凝縮水と共に排出される。これにより、熱交換器２１，２２の内部に気泡が滞留して伝熱面積が低下するのを防止することができ、その結果、冷媒の凝縮不良を防止することができる。

尚、この実施の形態において、冷水凝縮器６は２つの熱交換器２１，２２を有しているが、２つに限定するものではない。３つ以上の熱交換器を有し、それぞれの排水経路が、いずれの熱交換器よりも上方で合流していれば、同じ効果を得ることができる。
また、冷水凝縮器６は二重管型の熱交換器２１，２２を有しているが、これに限定するものではない。多管型の熱交換器等、どのような形式の熱交換器であってもよい。
さらに、この実施の形態では、オーガ式製氷機の冷凍回路に用いられた水冷凝縮器について説明したが、オーガ式製氷機に限定するものではない。その他の形式の製氷機に用いてもよく、あらゆる分野で用いられる冷凍回路に用いてもよい。さらに、冷凍回路に限定されず、単にガスを冷却凝縮するために用いてもよい。

この発明の実施の形態に係る水冷凝縮器を使用したオーガ式製氷機の構成図である。 この実施の形態に係る水冷凝縮器の側面図である。 従来の水冷凝縮器の側面図である。

符号の説明

６ 水冷凝縮器、２１，２２ 熱交換器、２７，２８ 排水経路。

Claims (1)

1. 複数の熱交換器を鉛直方向に配列した水冷凝縮器において、
   前記複数の熱交換器はそれぞれ、外管及び内管からなる管状形状を有し、各熱交換器内で凝縮水が鉛直方向下側から鉛直方向上側に向かって流れると共に冷媒が鉛直方向上側から鉛直方向下側に向かって流れて熱交換を行い、
   前記複数の熱交換器はそれぞれ、前記複数の熱交換器内を流通した前記凝縮水が排水される排水経路を備え、
   前記排水経路はそれぞれ、鉛直方向に関して位置が異なると共に、前記複数の熱交換器のいずれよりも上方で合流することを特徴とする水冷凝縮器。

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