JPH0633917B2 - 流下液膜式蒸発器 - Google Patents
流下液膜式蒸発器Info
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- JPH0633917B2 JPH0633917B2 JP62266389A JP26638987A JPH0633917B2 JP H0633917 B2 JPH0633917 B2 JP H0633917B2 JP 62266389 A JP62266389 A JP 62266389A JP 26638987 A JP26638987 A JP 26638987A JP H0633917 B2 JPH0633917 B2 JP H0633917B2
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- Japan
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- evaporation chamber
- evaporator
- liquid
- refrigerant
- falling
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B39/00—Evaporators; Condensers
- F25B39/02—Evaporators
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種機器の冷却、あるいは空調用の冷水を供
給する装置、及び海洋温度差発電のプラントに好適な液
膜を流下して蒸発伝熱させる流下液膜式蒸発器に関す
る。
給する装置、及び海洋温度差発電のプラントに好適な液
膜を流下して蒸発伝熱させる流下液膜式蒸発器に関す
る。
従来の流下液膜式蒸発器は、例えば特開昭59-212601号
公報に記載されている。この種の蒸発器においては、蒸
発器シエルの上部の液冷媒入口から流入する液冷媒は、
蒸発器シエル内の多数の伝熱管の外表面上を薄膜状態で
流下して、伝熱管内を流れる冷水の熱を蒸発することで
奪い、冷水を冷却している。ガス化された冷媒は、冷媒
ガス出口より流出する。また冷却された後の冷水は、冷
水出口より蒸発器外へ流出し、冷却対象系へ流れ、循環
ポンプにより循環して再度蒸発器の冷水入口へもどる構
造となつている。
公報に記載されている。この種の蒸発器においては、蒸
発器シエルの上部の液冷媒入口から流入する液冷媒は、
蒸発器シエル内の多数の伝熱管の外表面上を薄膜状態で
流下して、伝熱管内を流れる冷水の熱を蒸発することで
奪い、冷水を冷却している。ガス化された冷媒は、冷媒
ガス出口より流出する。また冷却された後の冷水は、冷
水出口より蒸発器外へ流出し、冷却対象系へ流れ、循環
ポンプにより循環して再度蒸発器の冷水入口へもどる構
造となつている。
上記従来の流下液膜式蒸発器を冷凍サイクルに用いた場
合、この蒸発器によつてほぼガス状態になつた冷媒を、
冷凍サイクルを構成する圧縮機に供給するが、この圧縮
機への液冷媒供給量が多くなると、圧縮機の破損を生起
するので、蒸発器と圧縮機との間に、熱負荷が低下した
場合あるいは起動時などに蒸発器で蒸発しきれずに液状
態となつた過剰の液冷媒を溜るための気液分離器を設け
ている。またこの気液分離器は、蒸発器の底部に溜つた
圧縮機における潤滑油の一部を冷媒ガス出口管系とは別
の管系によつて回収している。前記の如く、蒸発器と圧
縮機の間に設置した気液分離器は、装置全体を大形に
し、圧力損力、熱損失を生じてサイクル効率を低下させ
ていた。
合、この蒸発器によつてほぼガス状態になつた冷媒を、
冷凍サイクルを構成する圧縮機に供給するが、この圧縮
機への液冷媒供給量が多くなると、圧縮機の破損を生起
するので、蒸発器と圧縮機との間に、熱負荷が低下した
場合あるいは起動時などに蒸発器で蒸発しきれずに液状
態となつた過剰の液冷媒を溜るための気液分離器を設け
ている。またこの気液分離器は、蒸発器の底部に溜つた
圧縮機における潤滑油の一部を冷媒ガス出口管系とは別
の管系によつて回収している。前記の如く、蒸発器と圧
縮機の間に設置した気液分離器は、装置全体を大形に
し、圧力損力、熱損失を生じてサイクル効率を低下させ
ていた。
本発明は上述の事柄にもとづいてなされたもので、構造
が簡単でしかもサイクル効率を高めることができる流下
液膜式蒸発器を提供することを目的とする。
が簡単でしかもサイクル効率を高めることができる流下
液膜式蒸発器を提供することを目的とする。
本発明の上記の目的は、流下液膜式蒸発器における蒸発
室の空間内に、冷凍サイクルを構成する圧縮機に通じる
気液分離手段を共用配置することにより達成される。
室の空間内に、冷凍サイクルを構成する圧縮機に通じる
気液分離手段を共用配置することにより達成される。
流下液膜式蒸発器の蒸発室内に設置された気液分離手段
は、蒸発室内において蒸発した冷媒ガスを、圧縮機へ導
くと共に、流下液膜式蒸発器の下部に溜まつた潤滑油を
吸引し、前記冷媒ガスと共に圧縮機に供給する。その結
果圧縮機内の油溜りには常に潤滑油が滞留することにな
り、冷媒を圧縮するための摺動部分を潤滑することがで
き、圧縮機は信頼性高く運転される。
は、蒸発室内において蒸発した冷媒ガスを、圧縮機へ導
くと共に、流下液膜式蒸発器の下部に溜まつた潤滑油を
吸引し、前記冷媒ガスと共に圧縮機に供給する。その結
果圧縮機内の油溜りには常に潤滑油が滞留することにな
り、冷媒を圧縮するための摺動部分を潤滑することがで
き、圧縮機は信頼性高く運転される。
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
第１図は、本発明の流下液膜式蒸発器の一実施例を示す
もので、この図において、液冷媒は、シエル１に設けた
冷媒入口部２より冷媒分配室３０を通り伝熱管４の外側
を流下する。一方、冷水は冷水入口部６から上方の水室
１４に流入する。水室１４内に流入した冷水は伝熱管４
の内側に流入する。この液冷媒と冷水との間で熱交換が
行われ、冷水の熱を奪つて冷却する。熱を奪われた冷水
は下方の水室１４を通つて冷水出口７から流出する。上
方の水室１４と冷媒液分配板１５の間は水室仕切板２１
により仕切られている。冷媒液分配板１５と伝熱管４の
間には、わずかな隙間があいていて、この間より冷媒液
が流下する。冷媒入口部２から入る液冷媒より少ない重
量流量のガス状の冷媒は、冷媒分配室３０と熱伝達を行
う蒸発室３１を結ぶ蒸気抜管３２により蒸発室３１へ入
る。このような構成の流下液膜式蒸発器では、熱交換媒
体として冷水温度より低い温度の沸点で蒸発を開始する
フロン、アンモニアのような冷媒が用いられる。
もので、この図において、液冷媒は、シエル１に設けた
冷媒入口部２より冷媒分配室３０を通り伝熱管４の外側
を流下する。一方、冷水は冷水入口部６から上方の水室
１４に流入する。水室１４内に流入した冷水は伝熱管４
の内側に流入する。この液冷媒と冷水との間で熱交換が
行われ、冷水の熱を奪つて冷却する。熱を奪われた冷水
は下方の水室１４を通つて冷水出口７から流出する。上
方の水室１４と冷媒液分配板１５の間は水室仕切板２１
により仕切られている。冷媒液分配板１５と伝熱管４の
間には、わずかな隙間があいていて、この間より冷媒液
が流下する。冷媒入口部２から入る液冷媒より少ない重
量流量のガス状の冷媒は、冷媒分配室３０と熱伝達を行
う蒸発室３１を結ぶ蒸気抜管３２により蒸発室３１へ入
る。このような構成の流下液膜式蒸発器では、熱交換媒
体として冷水温度より低い温度の沸点で蒸発を開始する
フロン、アンモニアのような冷媒が用いられる。
液冷媒が蒸発して生ずる冷媒蒸気、及び冷媒分配室３０
の蒸気は蒸気抜管３２を通過し、これらの冷媒蒸気は蒸
発室３１で混合し、第２図に示すようにＵベンド状管２
２の入口開口部２４より入り、圧縮機１１へと流れる。
このＵベンド状管２２の下部には孔２３が設けられてい
る。圧縮機１１において冷媒を圧縮するためのピストン
などの摺動面を潤滑する潤滑油の一部分は、圧縮機に滞
留せずに冷凍サイクルを循環している。この循環油は、
伝熱管４上においても蒸発せずに、蒸発室３１の底部に
流下し、未蒸発の液冷媒と混合しそしてＵベンド状管２
２の孔２３からＵベンド状管２２の内部へ入り、ガス状
の冷媒とともに気液二相の状態で冷媒吐出管８を経て、
圧縮機１１へと流動する。
の蒸気は蒸気抜管３２を通過し、これらの冷媒蒸気は蒸
発室３１で混合し、第２図に示すようにＵベンド状管２
２の入口開口部２４より入り、圧縮機１１へと流れる。
このＵベンド状管２２の下部には孔２３が設けられてい
る。圧縮機１１において冷媒を圧縮するためのピストン
などの摺動面を潤滑する潤滑油の一部分は、圧縮機に滞
留せずに冷凍サイクルを循環している。この循環油は、
伝熱管４上においても蒸発せずに、蒸発室３１の底部に
流下し、未蒸発の液冷媒と混合しそしてＵベンド状管２
２の孔２３からＵベンド状管２２の内部へ入り、ガス状
の冷媒とともに気液二相の状態で冷媒吐出管８を経て、
圧縮機１１へと流動する。
この孔２３の部分は、Ｕベンド状管２２の入口開孔部２
４から孔２３まで、冷媒ガスが流動する圧力損失分だ
け、蒸発部内圧力に対して負圧になつている。
４から孔２３まで、冷媒ガスが流動する圧力損失分だ
け、蒸発部内圧力に対して負圧になつている。
前記した冷媒分配室３０と蒸発室３１を結ぶ蒸発抜管３
２は、Ｕベンド状管２２の上部の冷媒分配板１５の位置
に設置すれば、Ｕベンド状管２２の上の冷媒分配板のス
ペースを有効に用いることができる。
２は、Ｕベンド状管２２の上部の冷媒分配板１５の位置
に設置すれば、Ｕベンド状管２２の上の冷媒分配板のス
ペースを有効に用いることができる。
またこのＵベンド状管２２は、冷媒の入口部２と、蒸発
器シエル１の中心に対しておよそ180°回転して最も反
対側の位置の蒸発器シエル部分へ設置すれば、冷媒入口
部２から見て、各伝熱管４がＵベンド状管２２が障害に
ならずに均一に分布することになり、冷媒分配室から液
冷媒が伝熱管上へより均一に流下させることができる。
器シエル１の中心に対しておよそ180°回転して最も反
対側の位置の蒸発器シエル部分へ設置すれば、冷媒入口
部２から見て、各伝熱管４がＵベンド状管２２が障害に
ならずに均一に分布することになり、冷媒分配室から液
冷媒が伝熱管上へより均一に流下させることができる。
また、このＵベンド状管２２の孔２３の径には最適径が
存在する。この孔２３の径が大きいと、圧縮機の起動
時、及び圧縮機の冷媒循環量が少ない場合に液冷媒が蒸
発室３１に停留するが、この際に潤滑油の他にこの冷媒
液が孔２３より多量に流れ込み、圧縮機の信頼性が低下
する。圧縮機へ冷媒が液の状態で戻ると、圧縮機で本
来、ガスを圧縮する圧縮部に密度変化のしにくい液を圧
縮することとなり、圧縮機に無理がかかり、圧縮機の故
障の原因となる。これは、とくに前述したように圧縮機
の起動時、及び圧縮機が可変容量形で、低容量の状態で
運転する場合、さらに、圧縮機の回転数は一定でも冷却
する対象の発生する熱量が小さい、低熱負荷時にも冷媒
が液状態で過剰になる。
存在する。この孔２３の径が大きいと、圧縮機の起動
時、及び圧縮機の冷媒循環量が少ない場合に液冷媒が蒸
発室３１に停留するが、この際に潤滑油の他にこの冷媒
液が孔２３より多量に流れ込み、圧縮機の信頼性が低下
する。圧縮機へ冷媒が液の状態で戻ると、圧縮機で本
来、ガスを圧縮する圧縮部に密度変化のしにくい液を圧
縮することとなり、圧縮機に無理がかかり、圧縮機の故
障の原因となる。これは、とくに前述したように圧縮機
の起動時、及び圧縮機が可変容量形で、低容量の状態で
運転する場合、さらに、圧縮機の回転数は一定でも冷却
する対象の発生する熱量が小さい、低熱負荷時にも冷媒
が液状態で過剰になる。
また反対にこの孔２３の径が小さすぎると、圧縮機の起
動時あるいは、低熱負荷時に冷媒が過剰となつた場合
に、蒸発部３１において冷媒の液面が高くなりすぎ、Ｕ
ベンド状管２２の上部の入口部２４より液の状態で圧縮
機へ戻る状態にも達することがある。また、通常の液冷
媒が過剰とならない運転時に蒸発室３１の潤滑油の油面
が高くなり、蒸発器へ滞留する油量が多すぎる状態にも
なる。この状態では冷凍サイクルへ封入される全油量は
一定であるので、圧縮機１１へ滞留する油量が少なくな
り、また蒸発室３１へ滞留する潤滑油に接する伝熱面積
が無効となり、サイクル効率が悪くなる。本発明の構造
では、この液冷媒を蒸発器に滞留させることを特徴とし
ているので、孔２３の径の設定が重要となる。この孔２
３の位置は、Ｕベンド状管２２のどの位置でも良く、ま
た孔２３の数は複数個で、かつ径が異なつていても良
い。ここでは孔２３がＵベンド状管２２の下部に位置
し、かつ孔２３が一つの場合についての最適径の選定方
法を次に述べる。
動時あるいは、低熱負荷時に冷媒が過剰となつた場合
に、蒸発部３１において冷媒の液面が高くなりすぎ、Ｕ
ベンド状管２２の上部の入口部２４より液の状態で圧縮
機へ戻る状態にも達することがある。また、通常の液冷
媒が過剰とならない運転時に蒸発室３１の潤滑油の油面
が高くなり、蒸発器へ滞留する油量が多すぎる状態にも
なる。この状態では冷凍サイクルへ封入される全油量は
一定であるので、圧縮機１１へ滞留する油量が少なくな
り、また蒸発室３１へ滞留する潤滑油に接する伝熱面積
が無効となり、サイクル効率が悪くなる。本発明の構造
では、この液冷媒を蒸発器に滞留させることを特徴とし
ているので、孔２３の径の設定が重要となる。この孔２
３の位置は、Ｕベンド状管２２のどの位置でも良く、ま
た孔２３の数は複数個で、かつ径が異なつていても良
い。ここでは孔２３がＵベンド状管２２の下部に位置
し、かつ孔２３が一つの場合についての最適径の選定方
法を次に述べる。
第３図で示される本発明のＵベンド状管の各部分の圧力
損失のバランスにより液冷媒高さ２５及び油面高さを孔
２３の径により調節することが可能となる。液冷媒が蒸
発部３１に滞留する場合は、前記のように圧縮機が起動
する場合、あるいは可変容量形のインバータなどの周波
数が低い場合、あるいは容量固定形の圧縮機で低熱負荷
時である。また、通常の運転時には蒸発部３１には油面
が存在することになる。第３図において、Δｐgiは冷媒
ガスＵベンド状管２２へ入る際の入口圧力損失で、Δｐ
gdはＵベンド状導入口から、孔２３までのＵベンド状管
の管路の圧力損失で、Δｐｉは液面２５を有する冷媒
液が孔２３から入る際の入口圧力損失で、Δｐｈは液
面２５から孔２３までの液面高さｈ を有する液面の水
頭差である。Δｐｈは冷媒液面高さｈ に比例し、Δ
ｐｉは孔２３の径の大きさと反比例する。これらの圧
力損失、及び水頭差は次式でバランスがとれている。
損失のバランスにより液冷媒高さ２５及び油面高さを孔
２３の径により調節することが可能となる。液冷媒が蒸
発部３１に滞留する場合は、前記のように圧縮機が起動
する場合、あるいは可変容量形のインバータなどの周波
数が低い場合、あるいは容量固定形の圧縮機で低熱負荷
時である。また、通常の運転時には蒸発部３１には油面
が存在することになる。第３図において、Δｐgiは冷媒
ガスＵベンド状管２２へ入る際の入口圧力損失で、Δｐ
gdはＵベンド状導入口から、孔２３までのＵベンド状管
の管路の圧力損失で、Δｐｉは液面２５を有する冷媒
液が孔２３から入る際の入口圧力損失で、Δｐｈは液
面２５から孔２３までの液面高さｈ を有する液面の水
頭差である。Δｐｈは冷媒液面高さｈ に比例し、Δ
ｐｉは孔２３の径の大きさと反比例する。これらの圧
力損失、及び水頭差は次式でバランスがとれている。
Δｐｈ＋Δｐｉ＝Δｐgi＋Δｐgd…(1) このように孔２３の径を変えることにより、Δｐｉを
変化させ冷媒液高さｈ が変わる。これにより蒸発器へ
滞留する油量も調節することができる。油面高さｈｏは
次式で決まる。ここでΔｐohは油面高さｈｏを有する油
面の水頭差、Δｐoiは油が孔２３へ入る際の入口圧力損
失である。
変化させ冷媒液高さｈ が変わる。これにより蒸発器へ
滞留する油量も調節することができる。油面高さｈｏは
次式で決まる。ここでΔｐohは油面高さｈｏを有する油
面の水頭差、Δｐoiは油が孔２３へ入る際の入口圧力損
失である。
Δｐoh＋Δｐoi＝Δｐgi＋Δｐgd…(2) また前記の冷媒液の水頭差はΔｐｈ＝ρｇｈ で、
また潤滑油面による水頭差はΔｐoh＝ρogｈｏであるの
で潤滑油面高さｈｏも決定される。ここでρ は液冷媒
の密度で、ρｏも潤滑油の密度である。通常の冷凍サイ
クルで用いられるフロンなどの冷媒ではρｏ＞ρ であ
り、Δｐoi＞Δｐｉでもあるのでｈｏ＞ｈ となり、
潤滑油面の方が液冷媒面よりも低くなる。また系によつ
ては潤滑油面高さがｈｏ０となる場合も存在する。こ
のような方法により、液冷媒が蒸発室３１に貯まりすぎ
ず、また潤滑油面も高くなりすぎないようにして、かつ
過剰の液だまりとすることができるような穴径を選定す
ることができる。
また潤滑油面による水頭差はΔｐoh＝ρogｈｏであるの
で潤滑油面高さｈｏも決定される。ここでρ は液冷媒
の密度で、ρｏも潤滑油の密度である。通常の冷凍サイ
クルで用いられるフロンなどの冷媒ではρｏ＞ρ であ
り、Δｐoi＞Δｐｉでもあるのでｈｏ＞ｈ となり、
潤滑油面の方が液冷媒面よりも低くなる。また系によつ
ては潤滑油面高さがｈｏ０となる場合も存在する。こ
のような方法により、液冷媒が蒸発室３１に貯まりすぎ
ず、また潤滑油面も高くなりすぎないようにして、かつ
過剰の液だまりとすることができるような穴径を選定す
ることができる。
第４図は本発明の他の実施例を示すもので、この実施例
はＵベンド状管２２の孔２３の位置が蒸発室３１の底部
より高く設置されている場合を示す。この場合、潤滑油
の油面が高くなるが、薄膜蒸発を行う伝熱面積も減少す
るので、蒸発室３１の薄膜蒸発しきれない液冷媒の液面
も上昇するので、薄膜蒸発と満液式の沸騰伝熱と、二つ
の伝熱形態で冷水から冷媒への熱移動を行うことができ
る。
はＵベンド状管２２の孔２３の位置が蒸発室３１の底部
より高く設置されている場合を示す。この場合、潤滑油
の油面が高くなるが、薄膜蒸発を行う伝熱面積も減少す
るので、蒸発室３１の薄膜蒸発しきれない液冷媒の液面
も上昇するので、薄膜蒸発と満液式の沸騰伝熱と、二つ
の伝熱形態で冷水から冷媒への熱移動を行うことができ
る。
第５図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、この
実施例はＵベンド状管２２の入口開口部形状がベルマウ
ス状に拡大されている開口３５になつている場合を示
す。これにより、前記の入口圧力損失Δｐgiが減少する
ので、これとバランスをとるために、Δｐｉを小さく
する必要があり、液面位置をベルマウス状でない開口部
２４の場合と同じに保つには、孔２３を大きくする必要
がある。このようにＵベンド状の入口開口部をベルマウ
ス状の開口３５とすることにより孔２３の径が大きくな
るので、この孔２３に異物がつまる恐れが少なくなる効
果がある。
実施例はＵベンド状管２２の入口開口部形状がベルマウ
ス状に拡大されている開口３５になつている場合を示
す。これにより、前記の入口圧力損失Δｐgiが減少する
ので、これとバランスをとるために、Δｐｉを小さく
する必要があり、液面位置をベルマウス状でない開口部
２４の場合と同じに保つには、孔２３を大きくする必要
がある。このようにＵベンド状の入口開口部をベルマウ
ス状の開口３５とすることにより孔２３の径が大きくな
るので、この孔２３に異物がつまる恐れが少なくなる効
果がある。
第６図は本発明の他の実施例を示すもので、この実施例
はＵベンド状管２２の孔が二ケ所あり、また孔２３及び
別の孔３６の径が大きい場合を示す。この場合は、Ｕベ
ンド状管２２の開口部２４から吸入される冷媒ガスは孔
３６の孔径が孔２４と径と等しいか大きい場合孔３６か
ら吸入される冷媒ガスの量より少なくなり、前記のＵベ
ンド状管２２の管路の圧力損失Δｐgd及びΔｐgiが少な
くなる。このため孔３６のあいていない液面状態にする
には、孔２３の径を大きくする必要があり、この結果、
孔２３に異物がつまる恐れが少なくなる。
はＵベンド状管２２の孔が二ケ所あり、また孔２３及び
別の孔３６の径が大きい場合を示す。この場合は、Ｕベ
ンド状管２２の開口部２４から吸入される冷媒ガスは孔
３６の孔径が孔２４と径と等しいか大きい場合孔３６か
ら吸入される冷媒ガスの量より少なくなり、前記のＵベ
ンド状管２２の管路の圧力損失Δｐgd及びΔｐgiが少な
くなる。このため孔３６のあいていない液面状態にする
には、孔２３の径を大きくする必要があり、この結果、
孔２３に異物がつまる恐れが少なくなる。
第７図は本発明のさらに他の実施例を示す。この実施例
においては、流下液膜式蒸発器内より、冷媒ガスが蒸発
器冷媒ガス吐出口８より吐出し、液冷媒と混合し、濃度
の濃い潤滑油が潤滑油吸込管３８より吸引されて冷媒ガ
スと合流し、圧縮機１１へと導かれる。冷媒ガスは、第
７図の配管流路のしぼり３７により圧力が低減している
ので、合流部では蒸発器内圧力に対して負圧となり、未
蒸発の液冷媒及びそれと混合している濃度の濃い潤滑油
の吸込管（以下潤滑油吸込管）から蒸発器底部の潤滑油
を吸入することができる。この実施例も、蒸発器シエル
の底部に滞留する液冷媒と混合して存在する濃度の濃い
潤滑油を、潤滑油吸込管３８により冷媒ガス配管に合流
させることにより流下液膜式蒸発器の蒸発部を気液分離
器として用いることができる。この場合の配管流路のし
ぼり３７による圧力損失、及び潤滑油吸込管の圧力損失
により、配管寸法を最適化することができる。
においては、流下液膜式蒸発器内より、冷媒ガスが蒸発
器冷媒ガス吐出口８より吐出し、液冷媒と混合し、濃度
の濃い潤滑油が潤滑油吸込管３８より吸引されて冷媒ガ
スと合流し、圧縮機１１へと導かれる。冷媒ガスは、第
７図の配管流路のしぼり３７により圧力が低減している
ので、合流部では蒸発器内圧力に対して負圧となり、未
蒸発の液冷媒及びそれと混合している濃度の濃い潤滑油
の吸込管（以下潤滑油吸込管）から蒸発器底部の潤滑油
を吸入することができる。この実施例も、蒸発器シエル
の底部に滞留する液冷媒と混合して存在する濃度の濃い
潤滑油を、潤滑油吸込管３８により冷媒ガス配管に合流
させることにより流下液膜式蒸発器の蒸発部を気液分離
器として用いることができる。この場合の配管流路のし
ぼり３７による圧力損失、及び潤滑油吸込管の圧力損失
により、配管寸法を最適化することができる。
この潤滑油吸込管は、第８図に示すように内面に、管軸
に対してらせん角度が５°〜３０°の細かいらせん溝３
９を付けると毛細管現象が生じて潤滑油が吸込まれ易く
なり、配管流路のしぼり３７による圧力損失を少なくし
ても潤滑油を吸引することが可能となり、蒸発器と圧縮
機関の配管の圧力損失低減につながる。
に対してらせん角度が５°〜３０°の細かいらせん溝３
９を付けると毛細管現象が生じて潤滑油が吸込まれ易く
なり、配管流路のしぼり３７による圧力損失を少なくし
ても潤滑油を吸引することが可能となり、蒸発器と圧縮
機関の配管の圧力損失低減につながる。
第９図は本発明の他の実施例を示すもので、この実施例
においては流下液膜式蒸発器の蒸発器シエル１からの冷
媒ガス吐出管の入口に、別に潤滑油吸込管３８を設け
る。この潤滑油吸込管３８の開孔部４０は、冷媒ガスが
冷媒ガス出口８のエツジのために流れがはく難し、その
効果により蒸発器内圧力に対して負圧となり、蒸発器シ
エル１の底部に溜つた液冷媒と混合した濃度の濃い潤滑
油を冷媒ガス中に噴出させることができる。
においては流下液膜式蒸発器の蒸発器シエル１からの冷
媒ガス吐出管の入口に、別に潤滑油吸込管３８を設け
る。この潤滑油吸込管３８の開孔部４０は、冷媒ガスが
冷媒ガス出口８のエツジのために流れがはく難し、その
効果により蒸発器内圧力に対して負圧となり、蒸発器シ
エル１の底部に溜つた液冷媒と混合した濃度の濃い潤滑
油を冷媒ガス中に噴出させることができる。
第10図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、この
実施例においては、流下液膜式蒸発器からの蒸発器シエ
ル１からの冷媒ガス吐出管８と、別に蒸発器シエルから
蒸発器外部への潤滑油吸込管３８を設け、冷媒ガス吐出
管と合流させる。この場合、冷媒ガス吐出管にはしぼり
３７を入れて、潤滑油吸込管３８との合流点が蒸発器内
圧力に対して負圧になるようにしている。このため、潤
滑油吸込管では、蒸発器シエル底部の液冷媒に対して濃
度の濃い潤滑油を吸込み、圧縮機へ循環することができ
る。この場合も、蒸発器シエルを過渡時において液冷媒
溜りとする気液分離器として用いることができる。
実施例においては、流下液膜式蒸発器からの蒸発器シエ
ル１からの冷媒ガス吐出管８と、別に蒸発器シエルから
蒸発器外部への潤滑油吸込管３８を設け、冷媒ガス吐出
管と合流させる。この場合、冷媒ガス吐出管にはしぼり
３７を入れて、潤滑油吸込管３８との合流点が蒸発器内
圧力に対して負圧になるようにしている。このため、潤
滑油吸込管では、蒸発器シエル底部の液冷媒に対して濃
度の濃い潤滑油を吸込み、圧縮機へ循環することができ
る。この場合も、蒸発器シエルを過渡時において液冷媒
溜りとする気液分離器として用いることができる。
これらのように、冷媒ガスと液冷媒、及び潤滑油を蒸発
器からの冷媒、油吐出配管を蒸発器の内部、あるいは外
部へ設置して圧縮機へ吸入することによる効果は次のよ
うである。
器からの冷媒、油吐出配管を蒸発器の内部、あるいは外
部へ設置して圧縮機へ吸入することによる効果は次のよ
うである。
気液分離器を蒸発器内蔵とすることにより、気液分離器
のスペース、及びそれに付随するスペースが必要となく
なり、機器据付面積が少なくなり省スペースとすること
ができる。これは据付面積が限定されている室内設置形
の冷水供給装置などに用いると、とくに効果的である。
のスペース、及びそれに付随するスペースが必要となく
なり、機器据付面積が少なくなり省スペースとすること
ができる。これは据付面積が限定されている室内設置形
の冷水供給装置などに用いると、とくに効果的である。
次の効果として、気液分離器を蒸発器で共用とすること
により、蒸発器と圧縮機の間の冷媒の流動に伴う圧力損
失が低減し、サイクル効率の向上につながる。
により、蒸発器と圧縮機の間の冷媒の流動に伴う圧力損
失が低減し、サイクル効率の向上につながる。
第１１図に、本発明の冷凍サイクルの系統図を示す。流
下液膜式蒸発器１０からの殆んどガス状になつた冷媒
は、圧縮機１１に入り高温ガス状態に圧縮される。そし
てその高温冷媒ガスは、凝縮器１２において、その保有
する熱を外部へ放熱し、膨張弁１３を経て大部分が液体
状の冷媒となり、流下液膜式蒸発器にて冷水と熱交換を
行う。なお図中の矢印は、冷媒の流れ方向を示す。
下液膜式蒸発器１０からの殆んどガス状になつた冷媒
は、圧縮機１１に入り高温ガス状態に圧縮される。そし
てその高温冷媒ガスは、凝縮器１２において、その保有
する熱を外部へ放熱し、膨張弁１３を経て大部分が液体
状の冷媒となり、流下液膜式蒸発器にて冷水と熱交換を
行う。なお図中の矢印は、冷媒の流れ方向を示す。
第１２図は、冷凍サイクルをいわゆるモリエ線図で表し
たもので、横軸に冷媒のもつエネルギを表すエンタル
ピ、縦軸に圧力を表している。第１２図において１０１
から１０２までが圧縮機の圧縮工程を示している。また
１０２から１０３までが圧縮機から凝縮器出口までの過
程で、１０３から１０４は膨張弁の、１０４から１０１
までが蒸発器出口までのサイクルを示している。
たもので、横軸に冷媒のもつエネルギを表すエンタル
ピ、縦軸に圧力を表している。第１２図において１０１
から１０２までが圧縮機の圧縮工程を示している。また
１０２から１０３までが圧縮機から凝縮器出口までの過
程で、１０３から１０４は膨張弁の、１０４から１０１
までが蒸発器出口までのサイクルを示している。
気液分離器の圧力損失をΔｐｓとすると、圧縮機の圧縮
比は、この圧力損失Δｐｓがあるとｐｄ／（ｐｓ−Δｐ
ｓ）（ｐｄ：圧縮機吐出圧力、ｐｓ：圧縮機吸込圧力
（外部気液分離器なし））となり、本発明の場合の圧縮
比ｐｄ／ｐｓに比べてこの圧縮比が増加する。圧縮比が
増加すると、圧縮機の効率が低下し、圧縮機の負荷が増
大し、必要な動力が増加する。このように気液分離器を
蒸発器内蔵形とすることにより、蒸発器と圧縮機の間の
圧力損失が低下し、冷凍サイクルの効率が向上する。
比は、この圧力損失Δｐｓがあるとｐｄ／（ｐｓ−Δｐ
ｓ）（ｐｄ：圧縮機吐出圧力、ｐｓ：圧縮機吸込圧力
（外部気液分離器なし））となり、本発明の場合の圧縮
比ｐｄ／ｐｓに比べてこの圧縮比が増加する。圧縮比が
増加すると、圧縮機の効率が低下し、圧縮機の負荷が増
大し、必要な動力が増加する。このように気液分離器を
蒸発器内蔵形とすることにより、蒸発器と圧縮機の間の
圧力損失が低下し、冷凍サイクルの効率が向上する。
また従来の蒸発器外部に設置された気液分離器では、低
温の液冷媒が内部に滞留するので、この気液分離器の外
部表面から熱が侵入し、液冷媒が外部の熱により気液分
離器内で蒸発して熱損失となる。本発明のように蒸発器
内蔵形とすることにより、この滞留している液冷媒が蒸
発する際の熱源は、伝熱管を通過する冷水となり、熱が
効果的に本来の目的である冷水から冷媒へ伝達される。
このように、気液分離器からの熱損失分が低減し、冷水
がより効果的に冷却され、サイクル効率が上昇する。
温の液冷媒が内部に滞留するので、この気液分離器の外
部表面から熱が侵入し、液冷媒が外部の熱により気液分
離器内で蒸発して熱損失となる。本発明のように蒸発器
内蔵形とすることにより、この滞留している液冷媒が蒸
発する際の熱源は、伝熱管を通過する冷水となり、熱が
効果的に本来の目的である冷水から冷媒へ伝達される。
このように、気液分離器からの熱損失分が低減し、冷水
がより効果的に冷却され、サイクル効率が上昇する。
また、潤滑油を潤滑油吸込管により冷媒ガス配管へ合流
させる構造の流下液膜式蒸発器では、この蒸発器シエル
底部に溜る潤滑油を冷媒ガス配管中へ吸引する吸引力
は、潤滑油吸込管の長さで規定される圧力損失に大きく
影響される。外部設置の気液分離器より比較的大きな蒸
発器シエル内に、この潤滑油吸込管を設けた方が、外部
に設置されるため、より小形化を目指している外部設置
の気液分離器内にこの潤滑油吸込管を設けるよりも、潤
滑油吸込管の長さの上限が大きくなり、より自由度を高
く潤滑油吸引力を選択することができる。
させる構造の流下液膜式蒸発器では、この蒸発器シエル
底部に溜る潤滑油を冷媒ガス配管中へ吸引する吸引力
は、潤滑油吸込管の長さで規定される圧力損失に大きく
影響される。外部設置の気液分離器より比較的大きな蒸
発器シエル内に、この潤滑油吸込管を設けた方が、外部
に設置されるため、より小形化を目指している外部設置
の気液分離器内にこの潤滑油吸込管を設けるよりも、潤
滑油吸込管の長さの上限が大きくなり、より自由度を高
く潤滑油吸引力を選択することができる。
本発明によれば、冷媒を薄膜状態で流下させて高い熱伝
達率で熱交換を行う流下液膜式蒸発器において、Ｕベン
ド状管、あるいは潤滑油吸込管を用いて蒸発器を過渡時
の冷媒液溜りとし、なおかつ定常運転時には、適正な量
の潤滑油を圧縮機へ循環させることができる構造とする
ことにより、外部設置形気液分離器が不要となり、この
分だけ省スペースとなり、また外部気液分離器により生
ずる圧力損失を減じ、また外部気液分離器からの放熱に
よる熱損失を少なくし、サイクル効率を高めることがで
きる。
達率で熱交換を行う流下液膜式蒸発器において、Ｕベン
ド状管、あるいは潤滑油吸込管を用いて蒸発器を過渡時
の冷媒液溜りとし、なおかつ定常運転時には、適正な量
の潤滑油を圧縮機へ循環させることができる構造とする
ことにより、外部設置形気液分離器が不要となり、この
分だけ省スペースとなり、また外部気液分離器により生
ずる圧力損失を減じ、また外部気液分離器からの放熱に
よる熱損失を少なくし、サイクル効率を高めることがで
きる。
第１図は本発明の一実施例を一部断面にて示す斜視図、
第２図は第１図に示す本発明の一実施例を冷凍サイクル
に適用した例を示す斜視図、第３図は本発明の動作原理
を示す説明図、第４図ないし第１０図はそれぞれ本発明
の他の実施例を示す図、第１１図は本発明を適用した冷
凍サイクルを示す系統図、第１２図は冷凍サイクルを示
す線図である。 １……蒸発器シエル、２……液冷媒入口、３……冷媒
液、４……伝熱管、５……冷水、６……冷水入口、７…
…冷水出口、８……冷媒ガス出口、９……蒸発器シエル
底部配管、１０……流下液膜式蒸発器、１１……圧縮
機、１２……凝縮器、１３……膨張弁、１４……水室、
１５……冷媒液分配板、２１……水室仕切板、２２……
Ｕベンド状管、２３……孔、２４……Ｕベンド状管入口
開孔部、３０……冷媒分配室、３１……蒸発熱伝達室、
３２……冷媒蒸気抜管、３５……ベルマウス状開口部、
３６……径の大なる孔、３７……流路のしぼり、３８…
…潤滑油吸込管、３９……管内らせん溝、４０……潤滑
油吸込管の開孔部（合流部）。
第２図は第１図に示す本発明の一実施例を冷凍サイクル
に適用した例を示す斜視図、第３図は本発明の動作原理
を示す説明図、第４図ないし第１０図はそれぞれ本発明
の他の実施例を示す図、第１１図は本発明を適用した冷
凍サイクルを示す系統図、第１２図は冷凍サイクルを示
す線図である。 １……蒸発器シエル、２……液冷媒入口、３……冷媒
液、４……伝熱管、５……冷水、６……冷水入口、７…
…冷水出口、８……冷媒ガス出口、９……蒸発器シエル
底部配管、１０……流下液膜式蒸発器、１１……圧縮
機、１２……凝縮器、１３……膨張弁、１４……水室、
１５……冷媒液分配板、２１……水室仕切板、２２……
Ｕベンド状管、２３……孔、２４……Ｕベンド状管入口
開孔部、３０……冷媒分配室、３１……蒸発熱伝達室、
３２……冷媒蒸気抜管、３５……ベルマウス状開口部、
３６……径の大なる孔、３７……流路のしぼり、３８…
…潤滑油吸込管、３９……管内らせん溝、４０……潤滑
油吸込管の開孔部（合流部）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 徹治 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所清水工場内 (72)発明者 頭士 鎮夫 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所神奈川工場内 (56)参考文献 実開 昭51−90179（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−84165（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭56−37251（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭60−32848（ＪＰ，Ｙ２)
Claims (9)
- 【請求項１】シエル内に複数個の伝熱管を設けて、シエ
ル内を流下液膜による、蒸発室とし、前記伝熱管の外表
面に液冷媒の液膜流を形成し、前記伝熱管内を流れる流
体と熱交換するようにした流下液膜式蒸発器において、
前記蒸発室の空間内に、冷凍サイクルを構成する圧縮機
に通じる気液分離手段を共用配置したことを特徴とする
流下液膜式蒸発器。 - 【請求項２】前記気液分離手段は、液冷媒にも、蒸発器
内の潤滑油を合流させて圧縮機に供給する管路系で構成
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流下
液膜式蒸発器。 - 【請求項３】管路系は、液冷媒入口部より遠い位置に設
けたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の流下
液膜式蒸発器。 - 【請求項４】管路系は蒸発室を液冷媒室に連通する蒸気
抜管に対応する蒸発室内に配置したことを特徴とする特
許請求の範囲第２項または第３項記載の流下液膜式蒸発
器。 - 【請求項５】管路系はその管端の一方が圧縮機の吸込側
に接続し、他方の管端が蒸発室内に開口したＵ字状の管
を備え、このＵ字状の管の一部に潤滑油を供給する孔を
備えたことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の流
下液膜式蒸発器。 - 【請求項６】管路系は管端の一方が圧縮機の吸込側に接
続し、その他方の管端が蒸発室内に開口した第１の管路
と、蒸発室内において第１の管路に一方が接続し、他方
が蒸発室内の潤滑油内に導入された第２の管路とで構成
したことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の流下
液膜式蒸発器。 - 【請求項７】管路系は管端の一方が圧縮機の吸込側に接
続し、その他方が蒸発室内に開口した第１の管路と、蒸
発室外において第１の管路に一方が接続し、他方が蒸発
室内の潤滑油内に導入させた第２の管路とで構成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の流下液膜式
蒸発器。 - 【請求項８】シエル内に複数個の伝熱管を設けて、シエ
ル内を流下液膜による蒸発室とし、前記伝熱管の外表面
に液冷媒の液膜流を形成し、前記伝熱管内を流れる流体
と熱交換するようにした流下液膜式蒸発器において、前
記蒸発室内に、その蒸発室内の液冷媒を冷凍サイクルを
構成する圧縮機に供給する第１の管路系を設け、この第
１の管路系に蒸発室内の潤滑油を供給する供給部を設け
たことを特徴とする流下液膜式蒸発器。 - 【請求項９】シエル内に複数個の伝熱管を設けて、シエ
ル内を流下液膜による蒸発室とし、前記伝熱管の外表面
に液冷媒の液膜流を形成し、前記伝熱管内に流れる流体
と熱交換するようにした流下液膜式蒸発器において、前
記シエルの液冷媒入口部を冷凍サイクルの凝縮器側に接
続し、前記蒸発室の液冷媒出口部を、冷凍サイクルを構
成する圧縮機に接続し、前記蒸発室内に、前記液冷媒出
口部に接続し、蒸発室内の液冷媒を供給する管路系と、
この管路系に蒸発室内の潤滑油を供給する供給部とを設
けたことを特徴とする流下液膜式蒸発器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62266389A JPH0633917B2 (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | 流下液膜式蒸発器 |
| CA000580844A CA1298091C (en) | 1987-10-23 | 1988-10-21 | Falling film evaporator |
| US07/260,698 US4918944A (en) | 1987-10-23 | 1988-10-21 | Falling film evaporator |
| EP88117587A EP0313079A3 (en) | 1987-10-23 | 1988-10-21 | Falling film evaporator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62266389A JPH0633917B2 (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | 流下液膜式蒸発器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01111179A JPH01111179A (ja) | 1989-04-27 |
| JPH0633917B2 true JPH0633917B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=17430256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62266389A Expired - Lifetime JPH0633917B2 (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | 流下液膜式蒸発器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4918944A (ja) |
| EP (1) | EP0313079A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0633917B2 (ja) |
| CA (1) | CA1298091C (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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