JP6764296B2

JP6764296B2 - 蒸発器

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Publication number: JP6764296B2
Application number: JP2016188238A
Authority: JP
Inventors: 石山　健; 健石山; 宏幸山田
Original assignee: 荏原冷熱システム株式会社
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2020-09-30
Anticipated expiration: 2036-09-27
Also published as: CN107449183A; JP2017190937A; CN107449183B

Description

本発明は、缶胴内に伝熱管群を備え、前記缶胴内に導入された冷媒と前記伝熱管群を流通する被冷却流体との間で熱交換を行って冷媒を蒸発させる蒸発器に関するものである。

従来、冷凍空調装置などに利用されるターボ冷凍機等の圧縮式冷凍機は、冷媒を封入したクローズドシステムで構成され、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発して冷凍効果を発揮する蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒ガスを圧縮して高圧の冷媒ガスにする圧縮機と、高圧の冷媒ガスを冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器と、前記凝縮した冷媒を減圧して膨張させる膨張弁（膨張機構）とを、冷媒配管によって連結して構成されている。

例えば、ターボ冷凍機等の圧縮式冷凍機に用いられる蒸発器は、筒形の缶胴と該缶胴の両端部に設けられた管板とにより形成された空間内に、多数の伝熱管を千鳥状等に配列した伝熱管群を配置して構成されている。

実開昭５５−６９２８６号公報

圧縮式冷凍機において、冷水の流し方によって最適なパス数が異なるが、パス数の違いにより伝熱管群が変更になる場合は、顧客が冷水仕様を決めない限り、管板製作を開始できない為、缶胴のストック生産を行うことができない。特に缶胴長さを抑えて冷凍機を製作した場合、標準が４パス、大温度差仕様になると６パスにすることが要求される。
また冷凍機２台を直列に並べて２重サイクルを構築する場合には、其々２パス、３パスも可能にする必要がある。そのため、缶胴製作後にパス数を切り替えることが可能な伝熱管群の配置が望ましい。
ここで、本発明におけるパス及びパス数について定義する。パスとは、シェルアンドチューブ式熱交換器において、流体が入口水室から出口水室まで一団となって胴長手方向又は伝熱管長手方向全長にわたって流れる流路をいい、パス数とは、前記パスが長手方向において流れの向きを１８０度変える回数に１を加えた数をいう。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、缶胴内にある伝熱管群の配列を変更することなく、パス数の変更を自由に行うことができる蒸発器を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の蒸発器は、缶胴と、該缶胴の両端を閉塞する管板と、前記缶胴内に配置された伝熱管群とを備えたシェルアンドチューブ式熱交換器において、相隣接する伝熱管群の間に空隙を設け、該空隙によって各伝熱管群を隣接する伝熱管群から区分けして伝熱管群を配列し、前記各伝熱管群を略三角状に構成し、相隣接する略三角状の前記伝熱管群の下辺が上下に逆転するように配列し、前記略三角状の伝熱管群の配列は、２つ以上の異なる複数パス数に応じて前記略三角状の伝熱管群の組合せを変更できるように前記異なる複数パス数の公倍数の略三角状の伝熱管群で構成されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、前記管板を挟んで前記伝熱管群の反対側に配置される水室を、前記管板に対して着脱可能に設け、前記水室内に仕切板を設置し、前記水室を取り替えて前記仕切板の位置を変更することにより、パス数が切り替え可能であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記水室内の仕切板の位置を変更することにより、２パス、３パス、４パス、６パスの間でパス数が切り替え可能であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記水室内の仕切板の位置を変更することにより、４パスと６パスの間でパス数が切り替え可能であって、前記水室に設置される冷水入口用ノズルの位置および冷水出口用ノズルの位置は、４パス及び６パスにおいて共通に設定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記伝熱管群は、１２の倍数の伝熱管群からなることを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、略円形断面の前記缶胴の下半分に前記配列された伝熱管群を設置し、前記配列された伝熱管群を、最上段の伝熱管本数列が最下段の伝熱管本数列よりも大きい略逆台形状に構成し、前記配列された伝熱管群における上下方向の略中央に前記空隙を配設し、前記略中央にある前記空隙の上段を７つ、下段を５つの前記伝熱管群に分けて配列したことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、略三角状に構成されている前記伝熱管群の伝熱管本数は略均等であることを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、前記伝熱管群の伝熱管は千鳥状に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記相隣接する略三角状の前記伝熱管群間の空隙は、千鳥配置の前記伝熱管の斜めの列を抜いたことで構成していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記配列された伝熱管群の上段と下段の前記伝熱管群間の空隙は、千鳥配置の前記伝熱管の水平方向の列を抜いたことで構成していることを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、前記略三角状の前記伝熱管群間の空隙は、上段と下段でつながるように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記水室は、前記管板を挟んで前記伝熱管群に対向する部位の上方に空隙を有していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記空隙を冷水のバイパス経路として利用することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、圧縮式冷凍機用の蒸発器であることを特徴とする。

本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
１）缶胴内にある伝熱管群の配列を変更することなく、仕切板を備えた水室を変更することで、冷凍機のパス数を自由に変更することができる。例えば、パス数を１，２，３，４，６パスに自由に変更することができる。すなわち、パス毎に缶胴を変更する必要がない為、仕込生産を可能にしたり、製造最終段階までパス数を変更することが可能となる。また、顧客の要求により、納入後に、冷水大温度差仕様に変更することができ、さらに冷凍容量を増加させるため台数を増やす場合に、冷凍機配列の組み替えの自由度が増す。
２）千鳥配置の伝熱管群全体から、水平、斜めの列を抜くことで、略均等本数の伝熱管を備えた略三角形状の伝熱管群に分けることができる。そして、その抜いた列によって形成される伝熱管間隔が広いので、仕切板及び仕切板と管板とをシールする仕切板ガスケットが、近傍の伝熱管に掛かってしまうことを最小限に抑えた上で、密に伝熱管を敷き詰めることができる。
３）上辺が下辺よりも長い略台形の伝熱管群全体の段中央近傍の伝熱管列を抜くことで上下を分割し、且つ、その上段の伝熱管群を７つ、下段の伝熱管群を５つの略三角形状の伝熱管群に分けるべく、斜めの伝熱管列を抜く方法において、斜めの抜き列を上下段で一直線上に抜くことが可能となる為、水室の仕切板構成を簡略化することが可能となる。
４）４パス、６パスで冷水入口用ノズルの位置および冷水出口用ノズルの位置を統一することで、顧客が途中から標準温度差（４パス）から大温度差（６パス）に設備仕様を変更しても、水室の仕切板の位置のみの変更で、冷凍機への配管取り合いは同一のまま使用することができる。このように、ノズル位置を統一しておくことが可能であるため、水室をノズルを含めて先行で製作しておき、顧客の仕様にあわせて仕切板部だけを変更することも可能となり、仕切板が無い水室をサブアッセンブリー（サブアッシー）として標準在庫することも可能となる。

図１は、本発明に係る蒸発器を備えたターボ冷凍機を示す模式図である。図２（ａ），（ｂ）は、図１に示す蒸発器の全体構成を示す部分断面正面図であり、図２（ａ）は従来の蒸発器の一例を示し、図２（ｂ）は本発明の蒸発器の一例を示す。図３（ａ）〜（ｆ）は、従来の蒸発器における伝熱管群の配列およびパス数を示す図であり、蒸発器の側断面図である。図４は、本発明の蒸発器の側断面図である。図５は、千鳥配置の伝熱管の配列から水平および斜めに一列伝熱管を抜くことにより空隙を形成する場合を示す側面図である。図６（ａ），（ｂ）は、２パスの場合における伝熱管群と仕切板との関係を示す図である。図７（ａ），（ｂ）は、３パスの場合における伝熱管群と仕切板との関係を示す図である。図８（ａ），（ｂ）は、４パスの場合における伝熱管群と仕切板との関係を示す図である。図９（ａ），（ｂ）は、６パスの場合における伝熱管群と仕切板との関係を示す図である。図１０（ａ），（ｂ）は、仕切板を備えた水室の一例を示す図であり、図１０（ａ）は図７（ａ）に示す３パスの場合の一方の水室を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は図７（ｂ）に示す３パスの場合の他方の水室を示す斜視図である。図１１（ａ），（ｂ）は、水室内の仕切板の位置を変更することにより、４パスと６パスの間でパス数が切り替え可能であって、水室に設置される冷水入口用ノズルの位置および冷水出口用ノズルの位置を、４パス及び６パスにおいて共通にする例を示す図である。

以下、本発明に係る蒸発器の実施形態を図１乃至図１０を参照して説明する。図１乃至図１０において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。本実施形態においては、蒸発器は、冷凍機用蒸発器として説明するが、冷凍機以外の機器にも用いられる熱交換器としても適用可能である。また、本実施形態においては、冷凍機の一例として、ターボ冷凍機を説明する。

図１は、本発明に係る蒸発器を備えたターボ冷凍機を示す模式図である。図１に示すように、ターボ冷凍機は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機１と、圧縮された冷媒ガスを冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器２と、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器３を備え、これら各機器を冷媒が循環する冷媒配管４によって連結して構成されている。

図１に示すように構成されたターボ冷凍機の冷凍サイクルでは、ターボ圧縮機１と凝縮器２と蒸発器３を冷媒が循環し、蒸発器３で得られる冷熱源で冷水が製造されて負荷に対応し、冷凍サイクル内に取り込まれた蒸発器３からの熱量および圧縮機モータから供給されるターボ圧縮機１の仕事に相当する熱量が凝縮器２に供給される冷却水に放出される。

図２（ａ），（ｂ）は、図１に示す蒸発器３の全体構成を示す部分断面正面図であり、図２（ａ）は従来の蒸発器３の一例を示し、図２（ｂ）は本発明の蒸発器３の一例を示す。図２（ａ），（ｂ）に示すように、蒸発器３は、円筒形の缶胴１１と缶胴１１の両端部に設けられた管板１２，１２とにより形成された空間内に、多数の伝熱管１３を千鳥状に配列した伝熱管群１４を配置して構成されている。冷媒は缶胴１１の下部にある冷媒入口（図示せず）より流入し、伝熱管群１４の中を通過し、伝熱管群１４の中を通過する間に蒸発した冷媒は缶胴１１の上部にある冷媒出口（図示せず）より流出するようになっている。伝熱管１３は、内部に冷水（被冷却流体）が流通するようになっており、缶胴１１の長手方向に延びている。

図２（ａ）に示す従来例においては、左右の管板１２，１２には、それぞれ角型の水室１５が溶接等により固定されている。一方の水室１５には冷水入口用ノズル１５_ＩＮと冷水出口用ノズル１５_ＯＵＴが設けられている。水室１５内には仕切板１６が設置されている。
図２（ｂ）に示す本発明においては、左右の管板１２，１２に、それぞれ鏡板水室１５が接続されている。一方の水室１５には冷水入口用ノズル１５_ＩＮと冷水出口用ノズル１５_ＯＵＴが設けられている。本発明においては、両側の水室１５を適宜取り替えて水室内の仕切板の位置を変更することができるようになっている（後述する）。

次に、缶胴１１内に配置される伝熱管群の配列について説明する。
圧縮式冷凍機の場合、系内の高い圧力に耐えられ、且つ肉厚を抑え出来るだけ安価な構造にすることを考えると、シェル（缶胴）の構造が略円筒形になることが多い。その上、満液式蒸発器、特に低圧冷媒の満液式蒸発器においては、サブマージ損失（液柱圧力損失）を抑える為に、伝熱管群全体を段数少なく、幅広く配置することが望ましい。更に、冷媒充填量を削減する為に該伝熱管群全体はシェル内の出来るだけ下側に配置することが望まれる。
このような状況の下、略円筒のシェル（缶胴）の中に、該伝熱管群全体をシェル下側に段数少なく、幅広く配置する方法を考えると、該伝熱管群は上辺が下辺よりも長い、略台形状の伝熱管群の配列に落ち着くこととなる。

図３（ａ）〜（ｆ）は、従来の蒸発器３における伝熱管群の配列およびパス数を示す図であり、蒸発器３の側断面図である。図３（ａ）〜（ｆ）において、各伝熱管群中の数字はパス数を示す。図３（ａ）〜（ｆ）全ての伝熱管群全体は略台形状になっている。
図３（ａ）に示す例においては、円筒状の缶胴１１内に上下に伝熱管群１４Ｕ，１４Ｌが配列されており、例えば、下段伝熱管群１４Ｌが１パス目、上段伝熱管群１４Ｕが２パス目となる。
図３（ｂ）に示す例においては、円筒状の缶胴１１内に左右に伝熱管群１４Ｌ，１４Ｒが配列されており、例えば、左側伝熱管群１４Ｌが１パス目、右側伝熱管群１４Ｒが２パス目となる。

図３（ｃ）に示す例においては、円筒状の缶胴１１内に左側の上下２段の伝熱管群１４ＬＵ，１４ＬＬと右側の伝熱管群１４Ｒとが配列されており、例えば、左下段伝熱管群１４ＬＬが１パス目、右側伝熱管群１４Ｒが２パス目、左上段伝熱管群１４ＬＵが３パス目となる。
図３（ｄ）に示す例においては、円筒状の缶胴１１内に左側伝熱管群１４Ｌ、中央伝熱管群１４Ｃ、右側伝熱管群１４Ｒが配置されており、例えば、左側伝熱管群１４Ｌが１パス目、中央伝熱管群１４Ｃが２パス目、右側伝熱管群１４Ｒが３パス目となる。

図３（ｅ）および図３（ｆ）は、２パス／３パス兼用の蒸発器３を示す図である。図３（ｅ）および図３（ｆ）において、各伝熱管群中の数字は、３パスの場合のパス数を示す。
図３（ｅ）に示す例においては、円筒状の缶胴１１内に左下段伝熱管群１４ＬＬ、右下段伝熱管群１４ＲＬ、左上段伝熱管群１４ＬＵ、右上段伝熱管群１４ＲＵが配列されており、例えば、左下段伝熱管群１４ＬＬが１パス目、右下段伝熱管群１４ＲＬと右上段伝熱管群１４ＲＵが２パス目、左上段伝熱管群１４ＬＵが３パス目となる。図３（ｅ）に示す例において、２パスとして使用する場合には、左下段伝熱管群１４ＬＬと右下段伝熱管群１４ＲＬとが１パス目、左上段伝熱管群１４ＬＵと右上段伝熱管群１４ＲＵが２パス目となる。

図３（ｆ）に示す例においては、円筒状の缶胴１１内に左側伝熱管群１４Ｌ、２つの中央伝熱管群１４Ｃ１，１４Ｃ２、右側伝熱管群１４Ｒが配列されており、例えば、左側伝熱管群１４Ｌが１パス目、２つの中央伝熱管群１４Ｃ１，１４Ｃ２が２パス目、右側伝熱管群１４Ｒが３パス目となる。図３（ｆ）に示す例において、２パスとして使用する場合には、左側伝熱管群１４Ｌと中央伝熱管群１４Ｃ１とが１パス目、右側伝熱管群１４Ｒと中央伝熱管群１４Ｃ２とが２パス目となる。

圧縮式冷凍機において冷水の流し方によって最適なパス数が異なる。例えば、冷水流量が少なく、顧客が許容する圧損に対して大きな余裕があれば、パス数を増やした方が、蒸発器としての伝熱性能を向上する事が出来る為、望ましい。
しかし、図３（ａ）〜（ｄ）に示す様に、パスに合わせた伝熱管群にすると、顧客が冷水仕様を決めない限り、管板製作を開始出来ない為、缶胴のストック生産を行う事が出来ない。
その問題を解消する為には、図３（ｅ）や図３（ｆ）に示す様に複数パスに対応出来る伝熱管群を構成する必要がある。
図３（ｅ），（ｆ）は２パス／３パス兼用だから伝熱管群を分ける箇所も少なくて済む。一方で、例えば現行の約２分の１近くまで缶胴長さを短く抑えた缶胴の冷凍機を設計した場合、圧損に余裕があれば４パス／６パスの方が蒸発器の伝熱性能を上げる事が可能となる。また、納入後に顧客が冷凍機の増設を考える場合、４パス／６パスで設計された蒸発器を２パス／３パスに変更すれば、２台の冷凍機に対して冷水、冷却水を直列に流す事で、２重サイクルを構成する事が出来、冷凍システムとして効率を上げる事も可能になる。この様に２パス／３パスにも対応できる様にする事で、冷凍機の配列の組み替えの自由度が増す。
この様に考えると、２／３／４／６パスに対応出来る伝熱管群を構成することが望ましい。

上述の様なパス数に対応出来、かつ該伝熱管群の数を同様に合わせようとする場合に図３（ｅ），（ｆ）の様な垂直な空隙で該伝熱管群を分けようとすると、複雑な分け方となる。
本発明は、略台形の伝熱管群全体を略均等本数の伝熱管毎に分割する方法として、伝熱管群全体の段中央近傍の伝熱管列を抜き、上下を分割し、且つ、その上段の伝熱管群を７つ、下段の伝熱管群を５つの総計１２個の略三角形状の伝熱管群に分割している。この構成によれば、各伝熱管群における伝熱管の本数を略均等本数毎に分配することが容易になる。

図４は、上記構成を有した本発明の蒸発器３の側断面図である。図４に示すように、円筒状の缶胴１１内に配置された略台形の伝熱管群全体は、伝熱管群全体の略中央近傍の伝熱管列を抜き、上下を分割し、上段を１４Ｕ１，１４Ｕ２，１４Ｕ３，１４Ｕ４，１４Ｕ５，１４Ｕ６，１４Ｕ７からなる７つの伝熱管群で構成し、下段を１４Ｌ１，１４Ｌ２，１４Ｌ３，１４Ｌ４，１４Ｌ５からなる５つの伝熱管群で構成している。
１２個の伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ７，１４Ｌ１〜１４Ｌ５の各々は、略三角形状に構成されている。相隣接する伝熱管群の間には、水平方向の空隙Ｇ１と斜めの空隙Ｇ２を設け、該空隙Ｇ１，Ｇ２によって伝熱管群を隣接する伝熱管群から区分けしている。
上段を７つ下段を５つの略三角形状で構成する事で各伝熱管群の伝熱管本数を略均等に分ける事が可能になる。

圧縮式冷凍機のシェルアンドチューブ式の熱交換器において、伝熱管外側の冷媒流動を適度に乱し、且つ略均等に伝熱管と冷媒を接触させる為に、伝熱管の配列は千鳥配置にすることが望ましい。千鳥配置の場合、垂直に一列伝熱管を抜くより、水平、および斜めに一列伝熱管を抜く方が、伝熱管間の距離を確保することができる。

図５は、千鳥配置の伝熱管の配列から水平および斜めに一列伝熱管を抜くことにより上記空隙Ｇ１，Ｇ２を形成する場合を示す側面図である。図５に示すように、多数の伝熱管１３は千鳥配置されている。千鳥配置の伝熱管１３から、点線で示すように、水平および斜めに一列伝熱管を抜いている。これにより、水平方向の空隙Ｇ１と斜めの空隙Ｇ２とを形成している。水平方向の空隙Ｇ１は上下段の伝熱管群を分割する空隙であり、斜めの空隙Ｇ２は上段および下段の各段において各伝熱管群を隣接する伝熱管群から区分けするための空隙である。
上記の通り、略三角形状の伝熱管群は、千鳥配置の伝熱管群全体を水平、斜めの列を一列抜くことで構成することが可能となる。且つ、略台形の伝熱管群全体を、７つの上段伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ７と５つの下段伝熱管群１４Ｌ１〜１４Ｌ５とからなる総計１２個の略三角形状の伝熱管群に分割する場合、上段と下段の抜き列を一直線上に抜くことが可能となる。これにより仕切板の構成を簡略化することができる。

上記の伝熱管群構成の場合、４パス、６パスの場合には、隣り合う略三角形の伝熱管群の組み合わせだけでパスを構成することができない箇所がでる。しかし、水室において伝熱管群に対向している部位の上方に空隙を設け、該上方空隙をバイパスさせる（分配経路として活用する）ことで隣り合わない略三角形の伝熱管群を同じパスで流すことが可能となる。

図４に示すように缶胴１１内に１２個の略三角形状の伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ７，１４Ｌ１〜１４Ｌ５を配列した本発明の構成を用い、管板１２を挟んで前記伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ７，１４Ｌ１〜１４Ｌ５の反対側に配置される両側の水室１５を適宜取り替えて水室内の仕切板の位置を変更することにより、パス数を切り替えることができる。次に、このパス数の切り替え方法を図６乃至図９を参照して説明する。

図６乃至図９は、缶胴１１内に１２個の略三角形状の伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ７，１４Ｌ１〜１４Ｌ５を配列した本発明の構成を用い、仕切板の位置を変更することによりパス数を切り替える方法を示す図である。図６乃至図９において、各伝熱管群中の数字はパス数を示す。

図６（ａ），（ｂ）は、２パスの場合における伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ７，１４Ｌ１〜１４Ｌ５と仕切板１６との関係を示す図である。図６（ａ）は一方の水室側から伝熱管群と仕切板とを見た図であり、図６（ｂ）は他方の水室側から伝熱管群を見た図である。
図６（ａ）に示すように、一方の水室側の仕切板１６は、上段の伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ７と下段の伝熱管群１４Ｌ１〜１４Ｌ５との間の水平方向の空隙Ｇ１に対応した位置にある。図６（ｂ）に示すように、他方の水室側には、仕切板は存在しない。
図６（ａ），（ｂ）に示すように、伝熱管群１４Ｌ１〜１４Ｌ５からなる管群集合体が１パス目、伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ７からなる管群集合体が２パス目となる。

図７（ａ），（ｂ）は、３パスの場合における伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ７，１４Ｌ１〜１４Ｌ５と仕切板１６との関係を示す図である。図７（ａ）は一方の水室側から伝熱管群と仕切板とを見た図であり、図７（ｂ）は他方の水室側から伝熱管群と仕切板とを見た図である。
図７（ａ）に示すように、一方の水室側の仕切板１６は、上段の伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ４と下段の伝熱管群１４Ｌ１〜１４Ｌ３との間の水平方向の空隙Ｇ１と、下段の伝熱管群１４Ｌ４，１４Ｌ５間の斜めの空隙Ｇ２とに対応した位置にある。

図７（ｂ）に示すように、他方の水室側の仕切板１６は、上段の伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ４と下段の伝熱管群１４Ｌ１〜１４Ｌ３との間の水平方向の空隙Ｇ１と、上段の伝熱管群１４Ｕ４，１４Ｕ５間の斜めの空隙Ｇ２および伝熱管群が全くない半円状の空隙Ｇ３とに対応した位置にある。あえて半円状の空隙まで仕切板を伸ばす事で、仕切板構造を簡単に出来る。
図７（ａ），（ｂ）に示すように、伝熱管群１４Ｌ１〜１４Ｌ４からなる管群集合体が１パス目、伝熱管群１４Ｕ５〜１４Ｕ７，１４Ｌ５からなる管群集合体が２パス目、伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ４からなる管群集合体が３パス目となる。

図８（ａ），（ｂ）は、４パスの場合における伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ７，１４Ｌ１〜１４Ｌ５と仕切板１６との関係を示す図である。図８（ａ）は一方の水室側から伝熱管群と仕切板とを見た図であり、図８（ｂ）は他方の水室側から伝熱管群と仕切板とを見た図である。
図８（ａ）に示すように、一方の水室側の仕切板１６は、上段の伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ４と下段の伝熱管群１４Ｌ１〜１４Ｌ３との間の水平方向の空隙Ｇ１と、下段の伝熱管群１４Ｌ３，１４Ｌ４間の斜めの空隙Ｇ２と、上段の伝熱管群１４Ｕ３，１４Ｕ４間の空隙Ｇ２および伝熱管群が全くない半円状の空隙Ｇ３とに対応した位置にある。

図８（ｂ）に示すように、他方の水室側の仕切板１６は、上段の伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ４と下段の伝熱管群１４Ｌ１〜１４Ｌ３との間の水平方向の空隙Ｇ１と、上段の伝熱管群１４Ｕ５，１４Ｕ６間の斜めの空隙Ｇ２と、上段の伝熱管群１４Ｕ６，１４Ｕ７間の斜めの空隙Ｇ２とに対応した位置にある。
図８（ａ），（ｂ）に示すように、伝熱管群１４Ｌ１〜１４Ｌ３からなる管群集合体が１パス目、伝熱管群１４Ｕ６，１４Ｌ４，１４Ｌ５からなる管群集合体が２パス目、伝熱管群１４Ｕ４，１４Ｕ５，１４Ｕ７からなる管群集合体が３パス目、伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ３からなる管群集合体が４パス目となる。

図９（ａ），（ｂ）は、６パスの場合における伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ７，１４Ｌ１〜１４Ｌ５と仕切板１６との関係を示す図である。図９（ａ）は一方の水室側から伝熱管群と仕切板とを見た図であり、図９（ｂ）は他方の水室側から伝熱管群と仕切板とを見た図である。
図９（ａ）に示すように、一方の水室側の仕切板１６は、上段の伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ４と下段の伝熱管群１４Ｌ１〜１４Ｌ３との間の水平方向の空隙Ｇ１と、下段の伝熱管群１４Ｌ２，１４Ｌ３間の斜めの空隙Ｇ２と、上段の伝熱管群１４Ｕ５，１４Ｕ６間の斜めの空隙Ｇ２と、上段の伝熱管群１４Ｕ６，１４Ｕ７間の斜めの空隙Ｇ２と、上段の伝熱管群１４Ｕ２，１４Ｕ３間の斜めの空隙Ｇ２および伝熱管群が全くない半円状の空隙Ｇ３とに対応した位置にある。

図９（ｂ）に示すように、他方の水室側の仕切板１６は、上段の伝熱管群１４Ｕ１〜１４Ｕ４と下段の伝熱管群１４Ｌ１〜１４Ｌ３との間の水平方向の空隙Ｇ１と、下段の伝熱管群１４Ｌ４，１４Ｌ５間の斜めの空隙Ｇ２と、上段の伝熱管群１４Ｕ４，１４Ｕ５間の斜めの空隙Ｇ２および伝熱管群が全くない半円状の空隙Ｇ３とに対応した位置にある。
図９（ａ），（ｂ）に示すように、伝熱管群１４Ｌ１，１４Ｌ２からなる管群集合体が１パス目、伝熱管群１４Ｌ３，１４Ｌ４からなる管群集合体が２パス目、伝熱管群１４Ｌ５，１４Ｕ６からなる管群集合体が３パス目、伝熱管群１４Ｕ５，１４Ｕ７からなる管群集合体が４パス目、伝熱管群１４Ｕ３，１４Ｕ４からなる管群集合体が５パス目、伝熱管群１４Ｕ１，１４Ｕ２からなる管群集合体が６パス目となる。

図８および図９に示すように、４パス、６パスの場合には、隣り合う略三角形の伝熱管群の組み合わせだけでパスを構成することができない箇所がでる。しかし、水室において伝熱管群に対向している部位の上方に空隙を設け、該上方空隙をバイパスさせる（分配経路として活用する）ことで隣り合わない略三角形の伝熱管群を同じパスとすることが可能となる。
図６〜図９のパスの切り方は、それぞれのパスの例であり、他にも様々なパスの切り方は存在する。仕切り方、流し方を変える事でノズルの取出位置も変更する事が可能になる。

図１０（ａ），（ｂ）は、仕切板を備えた水室の一例を示す図であり、図１０（ａ）は図７（ａ）に示す３パスの場合の一方の水室を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は図７（ｂ）に示す３パスの場合の他方の水室を示す斜視図である。
図１０（ａ），（ｂ）に示すように、各水室１５内には、仕切板１６が設けられている。各水室１５のフランジ部には、水室１５を管板１２に対して着脱可能に固定するためのボルト用の孔１７が多数設けられている。
水室１５は、図１０（ａ），（ｂ）に示す３パス用以外に、２パス、４パス、６パス用として仕切板１６の位置をそれぞれ変えたものが用意されており、図６乃至図９に示すように、水室１５を取り替えて仕切板１６の位置を変更することにより、２パス、３パス、４パス、６パスの間でパス数を切り替えることができる。

４パスから６パスに切り替えたときに、圧損が大きすぎる場合、５パスの構成も可能である。５パスの場合、２つのパスは、伝熱管群３個分、３つのパスは伝熱管群２個分に分割すれば良い。

図１１（ａ），（ｂ）は、水室内の仕切板１６の位置を変更することにより、４パスと６パスの間でパス数が切り替え可能であって、水室に設置される冷水入口用ノズルの位置および冷水出口用ノズルの位置を、４パス及び６パスにおいて共通にする例を示す図であり、図８（ａ），（ｂ）及び図９（ａ），（ｂ）と伝熱管群と仕切板の関係は同一である。図１１（ａ）は、４パスの場合における伝熱管群と仕切板１６と冷水入口用ノズル１５_ＩＮ，冷水出口用ノズル１５_ＯＵＴとの関係を示す図であり、図１１（ｂ）は、６パスの場合における伝熱管群と仕切板１６と冷水入口用ノズル１５_ＩＮ，冷水出口用ノズル１５_ＯＵＴとの関係を示す図である。

一般的にターボ冷凍機は、冷水標準温度差（５℃差）をベースに缶胴を設計する。これまでの一般的なターボ冷凍機の全長で蒸発器を設計する場合、必要伝熱面積、必要冷水流速、冷水圧損制限、等の制約から、２パスを選択することが多い。近年、設備動力削減の観点から冷水大温度差（７℃差）仕様で冷凍機を選定する顧客が増加してきている。この場合、冷水流速（冷水流量）が約７０％程度に削減されることから、必要冷水流速を確保しつつ圧力損失を適正に保つ為に、３パスに変更する。標準温度差２パスの場合は冷水入出口は同じ向きだが、大温度差３パスだと冷水入出口は逆向きとなる為、顧客がリニューアルで大温度差仕様に変更したくても、ノズル向きの関係で大幅な配管変更を検討する必要があるという問題点があった。

上述の問題点に鑑み、本発明においては、缶胴長さを大幅に変更し、必要伝熱面積の確保は本数増加でカバーする蒸発器設計思想に変更することにより、冷水流量に対する蒸発器の伝熱管の断面積の総和が大きくなる為、標準温度差の場合を４パスで設計することが可能となる。そして、水室内の仕切板１６の位置を変更することにより、図１１（ａ）に示す４パスの場合と図１１（ｂ）に示す６パスの場合とを切り替え可能にし、かつ図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、水室に設置される冷水入口用ノズル１５_ＩＮの位置および冷水出口用ノズル１５_ＯＵＴの位置を、４パス及び６パスにおいて共通に設定している。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、標準温度差４パス、大温度差６パスで冷水入口用ノズル１５_ＩＮの位置および冷水出口用ノズル１５_ＯＵＴの位置を統一することで、顧客が途中から標準温度差から大温度差に設備仕様を変更しても、水室の仕切板の位置のみの変更で、冷凍機への配管取り合いは同一のまま使用することができる。このように、ノズル位置を統一しておくことが可能であるため、水室をノズルを含めて先行で製作しておき、顧客の仕様にあわせて仕切板部だけを変更することも可能となり、仕切板が無い水室をサブアッセンブリー（サブアッシー）として標準在庫することも可能となる。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１ターボ圧縮機
２凝縮器
３蒸発器
４冷媒配管
１１缶胴
１２管板
１３伝熱管
１４，１４Ｕ１〜１４Ｕ７，１４Ｌ１〜１４Ｌ５伝熱管群
１５水室
１５_ＩＮ冷水入口用ノズル
１５_ＯＵＴ冷水出口用ノズル
１６仕切板
Ｇ１，Ｇ２空隙

Claims

缶胴と、該缶胴の両端を閉塞する管板と、前記缶胴内に配置された伝熱管群とを備えたシェルアンドチューブ式熱交換器において、
相隣接する伝熱管群の間に空隙を設け、該空隙によって各伝熱管群を隣接する伝熱管群から区分けして伝熱管群を配列し、
前記各伝熱管群を略三角状に構成し、相隣接する略三角状の前記伝熱管群の下辺が上下に逆転するように配列し、
前記略三角状の伝熱管群の配列は、２つ以上の異なる複数パス数に応じて前記略三角状の伝熱管群の組合せを変更できるように前記異なる複数パス数の公倍数の略三角状の伝熱管群で構成されていることを特徴とする蒸発器。
前記管板を挟んで前記伝熱管群の反対側に配置される水室を、前記管板に対して着脱可能に設け、
前記水室内に仕切板を設置し、前記水室を取り替えて前記仕切板の位置を変更することにより、パス数が切り替え可能であることを特徴とする請求項１記載の蒸発器。
前記水室内の仕切板の位置を変更することにより、２パス、３パス、４パス、６パスの間でパス数が切り替え可能であることを特徴とする請求項２記載の蒸発器。
前記水室内の仕切板の位置を変更することにより、４パスと６パスの間でパス数が切り替え可能であって、
前記水室に設置される冷水入口用ノズルの位置および冷水出口用ノズルの位置は、４パス及び６パスにおいて共通に設定されていることを特徴とする請求項２記載の蒸発器。
前記伝熱管群は、１２の倍数の伝熱管群からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蒸発器。
略円形断面の前記缶胴の下半分に前記配列された伝熱管群を設置し、
前記配列された伝熱管群を、最上段の伝熱管本数列が最下段の伝熱管本数列よりも大きい略逆台形状に構成し、
前記配列された伝熱管群における上下方向の略中央に前記空隙を配設し、
前記略中央にある前記空隙の上段を７つ、下段を５つの前記伝熱管群に分けて配列したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蒸発器。
略三角状に構成されていている前記伝熱管群の伝熱管本数は略均等であることを特徴とする請求項６に記載の蒸発器。
前記伝熱管群の伝熱管は千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の蒸発器。
前記相隣接する略三角状の前記伝熱管群間の空隙は、千鳥配置の前記伝熱管の斜めの列を抜いたことで構成していることを特徴とする請求項８に記載の蒸発器。
前記配列された伝熱管群の上段と下段の前記伝熱管群間の空隙は、千鳥配置の前記伝熱管の水平方向の列を抜いたことで構成していることを特徴とする請求項８に記載の蒸発器。
前記略三角状の前記伝熱管群間の空隙は、上段と下段でつながるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の蒸発器。
前記水室は、前記管板を挟んで前記伝熱管群に対向する部位の上方に空隙を有していることを特徴とする請求項２に記載の圧縮式冷凍機用の蒸発器。
前記空隙を冷水のバイパス経路として利用することを特徴とする請求項１２に記載の蒸発器。
圧縮式冷凍機用の蒸発器であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の蒸発器。