JPH04244565A - 凝縮器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮器にて圧縮された
高温高圧で気体状の冷媒を凝縮させ、該凝縮した液体状
の冷媒を蒸発器へ排出する熱交換器の凝縮器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧縮器にて気体状の冷媒を圧
縮して高温高圧とし、凝縮器にてその高温高圧で気体状
の冷媒を凝縮させ、続いて蒸発器にてその凝縮した液体
状の冷媒を蒸発させることにより、周囲から潜熱を奪っ
て熱交換を行う熱交換器が知られている。

【０００３】またこの種の熱交換器で用いられる凝縮器
としては、冷媒を完全に凝縮させて熱交換器全体の熱交
換効率を向上させるため種々の改良が行われている。例
えば図３に示す実開昭５８−１７２７７７号公報に記載
の凝縮器５１では、上流側凝縮器５３は図示しない圧縮
器にて圧縮された気体状の冷媒を凝縮させ、導管５５を
介して気液分離器５７へ排出する。気液分離器５７では
、上流側凝縮器５３より排出された冷媒を気体と液体と
に分離し、分離された気体状の冷媒を導管５９を介して
下流側凝縮器６１へ排出すると共に、液体状の冷媒を排
出管６３へ排出する。続いて下流側凝縮器６１は、気液
分離器５７より導入される気体状の冷媒を凝縮させる。 下流側凝縮器６１にて凝縮された冷媒は導管６５を介し
て合流点６７へ送られ、ここで気液分離器５７にて分離
された液体状の冷媒と合流して図示しない蒸発器へ排出
される。

【０００４】この様に凝縮器５１では、上流側凝縮器５
３で凝縮を完了した液体状の冷媒を気液分離器５７にて
分離し、気体状の冷媒のみを下流側凝縮器６１へ導入し
ている。

【０００５】従って、下流側凝縮器内壁に液体状の冷媒
が付着すると、下流側凝縮器内に導入された気体状の冷
媒が放熱する熱の伝達効率が悪化するが、凝縮器５１で
は、下流側凝縮器６１内壁に液体状の冷媒が付着するの
を抑制することにより熱の伝達効率を向上させることが
できる。

【０００６】また、下流側凝縮器内に液体状の冷媒が存
在すると、該液体状の冷媒が冷却されて熱収縮すること
により下流側凝縮器内で圧力損失が生じ、下流側凝縮器
での冷媒の凝縮が妨げられる恐れがあるが、凝縮器５１
では、下流側凝縮器６１内に液体状の冷媒が侵入するの
を防止することにより下流側凝縮器６１内での圧力損失
を抑制することができる。

【０００７】凝縮器５１は、この様にして気体状の冷媒
を効率的に凝縮させて、熱交換器全体としての熱交換効
率を向上させることを図ったものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところがこの様に構成
した凝縮器５１では、気液分離器５７にて分離された液
体状の冷媒が温度が高くて飽和液に近い場合、合流点６
７に至るまでに冷媒に気泡が発生することがあるので、
熱交換効率をそれほど向上させることはできなかった。

【０００９】また、下流側凝縮器６１では気体状の冷媒
が凝縮することによって圧力損失が生じるので、下流側
凝縮器６１から合流点６７に流れ込む液体状の冷媒の液
圧は、気液分離器５７から合流点６７に流れ込む冷媒の
液圧に比べて非常に小さくなる。このため、下流凝縮器
６１からの冷媒が良好に排出されないことがあり、この
場合下流側凝縮器６１に於ける冷媒の流れが円滑でなく
なり、熱交換器の熱交換効率はそれほど向上させること
はできなかった。

【００１０】そこで本発明は、熱交換器の熱交換効率を
良好に向上させることができる凝縮器を提供することを
目的としてなされた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するために
なされた本発明は、圧縮器にて圧縮された高温高圧で気
体状の冷媒を凝縮させ、該凝縮した液体状の冷媒を蒸発
器へ排出する熱交換器の凝縮器であって、圧縮器にて圧
縮された気体状の冷媒を凝縮させる上流側凝縮器と、該
上流側凝縮器を通過した冷媒を気体と液体とに分離する
気液分離器と、該気液分離器にて分離された気体状の冷
媒を凝縮させる下流側凝縮器と、上記気液分離器にて分
離された液体状の冷媒を冷却する冷却器と、該冷却器を
通過した液体状の冷媒の流量を制限し、上記下流側凝縮
器にて凝縮された液体状の冷媒と同じ液圧にして排出す
る弁体と、該弁体を介して排出された液体状の冷媒と上
記下流側凝縮器にて凝縮された液体状の冷媒とを合流さ
せて、蒸発器へ排出する排出管と、を備えたことを特徴
とする凝縮器、を要旨としている。

【００１２】

【作用】この様に構成された本発明の凝縮器では、先ず
上流側凝縮器に圧縮器にて圧縮された高温高圧で気体状
の冷媒が導入され、上流側凝縮器は該気体状の冷媒を凝
縮させて、気液分離器に排出する。気液分離器は、導入
された冷媒を気体と液体とに分離し、分離された気体状
の冷媒及び液体状の冷媒を、夫々下流側凝縮器及び冷却
器に排出する。

【００１３】下流側凝縮器は導入された気体状の冷媒を
凝縮させて排出管に排出し、一方冷却器は、導入された
液体状の冷媒を冷却して弁体に排出する。続いて弁体は
、冷却器を通過した液体状の冷媒を、下流側凝縮器で凝
縮した液体状の冷媒と同じ液圧にして排出管に排出する
。弁体より排出された液体状の冷媒は、排出管にて上記
下流側凝縮器で凝縮した液体状の冷媒と合流し、蒸発器
へと排出される。

【００１４】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は実施例の凝縮器１の構成を概略的に表す説明
図である。

【００１５】凝縮器１は、２つのヘッダ３，５と、その
間を連結する５本のチューブ７，９，１１，１３，１５
と、各チューブ７〜１５の外周面に溶接された放熱用コ
ルゲートフィン１７とを備えている。一方のヘッダ３内
は隔壁１９により、入口側ヘッダ３ａと出口側ヘッダ３
ｂとの２つに分離されている。入口側ヘッダ３ａは３本
のチューブ７，９，１１と連結し、出口側ヘッダ３ｂは
２本のチューブ１３，１５と連結する。

【００１６】入口側ヘッダ３ａには、図示しない圧縮機
から送られる高温高圧で気体状の冷媒を導入する導入管
２１が設けられている。入口側ヘッダ３ａに導入された
気体状の冷媒は、チューブ７，９，１１を介してヘッダ
５に導かれる。この間に気体状の冷媒の有する熱はコル
ゲートフィン１７を介して放熱され、冷媒が凝縮する。 冷媒がヘッダ５に導かれると、重力の影響で液体状の冷
媒がヘッダ５の下方に溜り、チューブ７〜１１内で凝縮
しなかった気体状の冷媒は、チューブ１３を介して出口
側ヘッダ３ｂに導かれる。また、ヘッダ５の下方に溜っ
た液体状の冷媒は、一部がチューブ１５を介して出口側
ヘッダ３ｂに導かれ、残りは導管２３より排出される。

【００１７】チューブ１３に導入された気体状の冷媒は
、コルゲートフィン１７を介して放熱されて凝縮し、一
方チューブ１５に導入された液体状の冷媒は、液体状態
から更に冷却されて過冷却状態となる。これらチューブ
１３及び１５より排出される液体状の冷媒は出口側ヘッ
ダ３ｂに溜り、導管２５より排出される。

【００１８】ここで、チューブ７〜１１は上流側凝縮器
に、ヘッダ５は気液分離器に、チューブ１３は下流側凝
縮器に、夫々対応している。次に、導管２３は冷却器２
７を通って絞り弁２９の入口と連結しており、絞り弁２
９の出口は排出管３１と連結している。排出管３１は更
に導管２５とも連結しており、導管２３及び２５より導
入される液体状の冷媒を合流させ図示しないレシーバ，
膨張弁を介して蒸発器へ排出する。

【００１９】尚冷却器２７は、蒸発器周囲で空気中の水
蒸気が凝縮してできた凝縮水が常時流入する水槽２７ａ
に、導管２３を挿通してなるもので、導管２３を通過す
る液体状の冷媒はこの凝縮水によって更に冷却されて過
冷却状態となる。また後述する様に、冷却器２７を通過
して導管２３より排出される液体状の冷媒は、導管２５
より排出される液体状の冷媒と比べて液圧が高くなるが
、凝縮器１では、導管２３と排出管３１との間に絞り弁
２９を設けることにより、導管２５より排出される液体
状の冷媒と、導管２３より絞り弁２９を介して排出され
る液体状の冷媒とが、同じ液圧となって合流するように
している。

【００２０】続いて、図２に示すグラフに基づいて凝縮
器１の動作を説明する。図２は凝縮器１を用いた冷凍サ
イクルに於ける冷媒の物理的変化を表すグラフで、横軸
に冷媒のエンタルピを、縦軸に冷媒の圧力を夫々取った
、周知のモリエール線図である。

【００２１】点Ａは入口側ヘッダ３ａ内の冷媒の状態に
対応している。入口側ヘッダ３ａには圧縮器から送られ
る高温高圧で気体状の冷媒が導入されるので、エンタル
ピ及び圧力が何れも高い。続いて、該気体状の冷媒がチ
ューブ７〜１１を通過すると、冷媒の有する熱がコルゲ
ートフィン１７を介して放熱されるので、冷媒のエンタ
ルピが減少して冷媒の一部が凝縮する。また、冷媒の凝
縮と気体状の冷媒の温度低下とにより圧力も減少し、ヘ
ッダ５に至るときには点Ｂに対応する状態となる。

【００２２】ヘッダ５では冷媒が気体と液体とに分離さ
れる。ヘッダ５内に於ける冷媒の圧力及び温度は略均一
であるが、気体と液体とでは内部エネルギが異なるため
、気体状の冷媒は点Ｃに対応するエンタルピを、液体状
の冷媒は点Ｄに対応するエンタルピを有することになる
。

【００２３】気体状の冷媒がチューブ１３を通過し、コ
ルゲートフィン１７の放熱により更に冷却されると、エ
ンタルピの減少によりその殆どが凝縮する。この凝縮に
より冷媒の圧力も減少し、出口側ヘッダ３ｂに至るとき
には冷媒は点Ｅに対応する状態となる。一方、液体状の
冷媒が冷却器２７によって冷却されると、エンタルピは
減少するが、液圧は殆ど変化せず、冷媒は点Ｆに対応す
る状態となる。尚、チューブ１５を通過する液体状の冷
媒も、コルゲートフィン１７の放熱により冷却されエン
タルピが減少するが、ヘッダ３ｂ内でチューブ１３にて
凝縮された冷媒と同じ液圧となって混合される。

【００２４】この様に出口側ヘッダ３ｂ内に溜る液体状
の冷媒と、冷却器２７を通過してくる液体状の冷媒との
間には、液圧の差が生じる。そこで、このまま二つの冷
媒を合流させると、ヘッダ３ｂ内に溜った冷媒の流れが
滞ってしまう可能性があるが、本実施例の凝縮器１では
、絞り弁２９によって冷却器２７を通過してくる液体状
の冷媒を出口側ヘッダ３ｂ内に溜る液体状の冷媒と同じ
液圧にまで減圧し、点Ｇに対応する状態にした後、出口
側ヘッダ３ｂより排出される液体状の冷媒と合流させて
いる。

【００２５】従って排出管３１では、出口側ヘッダ３ｂ
内に溜った液体状の冷媒と冷却器２７を通過してくる液
体状の冷媒とが混合され、冷媒は点Ｆと点Ｇと中点Ｈに
対応する状態となる。

【００２６】次に排出管３１より排出された液体状の冷
媒は、レシーバを通過して気泡が除かれた後、膨張弁を
通過して減圧され、点Ｉに対応する状態とされる。続い
て膨張弁を通過した冷媒は蒸発器に導入されて蒸発し、
点Ｊに対応する状態となる。このときのエンタルピ増加
分、即ち冷媒の蒸発熱は、蒸発器の雰囲気より奪われる
。そこで、例えばこの蒸発器にブロアモータ等によって
室内の空気を送れば、室内を冷房することができる。

【００２７】更に蒸発器で蒸発した冷媒は圧縮器にて圧
縮され、再び点Ａに対応する状態となって凝縮器１へ導
入される。この様に本実施例の凝縮器１では、ヘッダ５
にて気体状の冷媒と液体状の冷媒とを分離し、気体状の
冷媒のみをチューブ１３に導入して凝縮させているので
、チューブ１３に於ける熱の伝達効率を向上させること
ができる。更に、チューブ１３内に液体状の冷媒が導入
されると、その液体状の冷媒が熱収縮することにより、
チューブ１３内の圧力が低下して気体状の冷媒が凝縮し
にくくなるが、本実施例では気体状の冷媒のみを導入し
ているので、一層効率的に冷媒を凝縮させることができ
る。

【００２８】一方、導管２３に導入された冷媒は、冷却
器２７にて更に冷却されるので、導管２３内で冷媒に気
泡が発生するのを防止することができ、また蒸発器へ排
出される冷媒のエンタルピを全体として減少させること
ができる。このため、蒸発器の入口と出口とのエンタル
ピの落差を大きくして、冷凍サイクルの熱交換効率を向
上させることができる。

【００２９】また、導管２３より排出される液体状の冷
媒は、導管２５より排出される液体状の冷媒に比べて高
圧であり、これらをそのまま合流させると導管２５から
の冷媒の流れが滞ってしまう可能性がある。この場合チ
ューブ１３及び１５内の冷媒の流れも円滑でなくなって
しまうが、本実施例の凝縮器１では、導管２３からの冷
媒を絞り弁２９によって導管２５からの冷媒と同じ液圧
に減圧しているので、導管２５からの冷媒を導管２３か
らの冷媒と同じ比率で合流させることができる。従って
、チューブ１３及び１５内の冷媒の流れを円滑にして、
冷媒を極めて効率的に凝縮させることができる。

【００３０】このため、本実施例の凝縮器１を熱交換器
に用いれば、熱交換器全体としての熱交換効率を良好に
向上させることができる。尚本実施例では、チューブ１
３には気体状の冷媒を導入し、チューブ１５にはチュー
ブ７〜１１にて凝縮した液体状の冷媒を導入するものと
して説明したが、冷媒の量が所定量より少ない場合は、
ヘッダ５に溜った液体状の冷媒の液面がヘッダ５とチュ
ーブ１５との連結部分より下に配設されるので、チュー
ブ１３及び１５の双方に気体状の冷媒が導入される。こ
の場合も同様にして熱変換効率を良好に向上させること
ができ、チューブ１３及び１５の双方が下流側凝縮器に
相当する。

【００３１】また本実施例では、絞り弁２９を用いて導
管２３からの冷媒を導管２５からの冷媒と同じ液圧に減
圧しているが、弁体としては、導管２３から排出される
冷媒の流量を制限して導管２５からの冷媒と同じ液圧に
することができるものならば、種々の弁を用いることが
できる。例えば、導管２５からの冷媒の液圧を用いて圧
力補償をする圧力制御弁を用いてもよい。この場合一層
正確に導管２３からの冷媒を導管２５からの冷媒と同じ
液圧にすることができるので、チューブ１３及び１５内
の冷媒の流れを一層円滑にすることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明の凝縮器では
、上流側凝縮器で凝縮を完了した液体状の冷媒を気液分
離器にて分離し、気体状の冷媒のみを下流側凝縮器へ導
入しているので、下流側凝縮器内で液体状の冷媒が熱収
縮して生じる圧力損失を抑制すると共に、下流側凝縮器
に於ける熱の伝達効率を高めることができる。

【００３３】一方、気液分離器にて分離された液体状の
冷媒は、冷却器にて更に冷却されるので、途中で冷媒に
気泡が発生するのを防止することができ、蒸発器へ排出
される液体状の冷媒のエンタルピを全体として減少させ
ることもできる。

【００３４】また、弁体は気液分離器にて分離され冷却
器を介して導入された液体状の冷媒を、下流側凝縮器で
凝縮した液体状の冷媒と同じ液圧にして排出するので、
排出管にて、下流側凝縮器からの冷媒と冷却器からの冷
媒とを、同じ比率で合流させて蒸発器へ排出することが
できる。従って、下流側凝縮器に於ける冷媒の流れを円
滑にして、冷媒を極めて効率よく凝縮させることができ
る。

【００３５】このため、本発明の凝縮器を熱交換器に用
いれば、熱交換器全体としての熱交換効率を良好に向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の凝縮器の構成を表す説明図である。

【図２】実施例の冷凍サイクルに於ける冷媒のモリエー
ル線図である。

【図３】従来の凝縮機の構成を表すブロック図である。

【符号の説明】

１…凝縮器　　　　３，５…ヘッダ　　　　７，９，１
１，１３，１５…チューブ １７…コルゲートフィン　　　　２７…冷却器　　　　
２９…絞り弁　　　　３１…排出管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧縮器にて圧縮された高温高圧で気体
   状の冷媒を凝縮させ、該凝縮した液体状の冷媒を蒸発器
   へ排出する熱交換器の凝縮器であって、圧縮器にて圧縮
   された気体状の冷媒を凝縮させる上流側凝縮器と、該上
   流側凝縮器を通過した冷媒を気体と液体とに分離する気
   液分離器と、該気液分離器にて分離された気体状の冷媒
   を凝縮させる下流側凝縮器と、上記気液分離器にて分離
   された液体状の冷媒を冷却する冷却器と、該冷却器を通
   過した液体状の冷媒の流量を制限し、上記下流側凝縮器
   にて凝縮された液体状の冷媒と同じ液圧にして排出する
   弁体と、該弁体を介して排出された液体状の冷媒と上記
   下流側凝縮器にて凝縮された液体状の冷媒とを合流させ
   て、蒸発器へ排出する排出管と、を備えたことを特徴と
   する凝縮器。