JPH08189726A - 流下液膜式蒸発器及び該流下液膜式蒸発器を備えたターボ冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液冷媒の分配を均一にして伝熱管での乾き部
分の発生を防止可能とする。 【構成】 流下液膜式蒸発器の液冷媒散布装置１２を、
それぞれの伝熱管６の長さ方向とほぼ平行に配置され複
数のオリフィス１７を穿設した複数の管状の散布ダクト
１６と、それぞれの散布ダクト１６を覆いかつスペーサ
ー１８を介して取付けられる液分散板２３とにより形成
し、それぞれの液分散板２３のそれぞれの下端に下方に
向けて末広がりのヒレ部２０を形成するとともに、それ
ぞれのヒレ部２０の間に開口部１９を形成した。 【効果】 液冷媒は、散布ダクトに設けたオリフィスか
ら噴出し、液分散板の下端のヒレ部を伝わって伝熱管の
上に均一な薄い液膜を形成し熱伝達を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍・空調装置等に使
用される蒸発器に係り、特に、水平伝熱管群上に液冷媒
を散布させて熱交換させるのに好適な流下液膜式蒸発器
及び該流下液膜式蒸発器を備えたターボ冷凍機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の流下液膜式蒸発器においては、一
般に、比較的大容量の冷凍サイクルに用いられる蒸発器
として、満液式蒸発器及び流下液膜式蒸発器等が知られ
ている。満液式蒸発器を備えたターボ冷凍機は、例えば
冷凍機械工学ハンドブックに記載された図１７に示すよ
うに、圧縮機１から吐出された蒸気冷媒が、凝縮器２で
凝縮液化し、次いで膨張弁又は絞り弁３により気液二相
の状態となり、蒸発器４４の下部に設けられた分配板５
を介して蒸発器４４に供給される構造になっている。蒸
発器４４の内部には、熱源媒体が流通する多数の伝熱管
６が液冷媒７に浸されるように設置され、その上部には
上昇する蒸気冷媒９に同伴される液滴の圧縮機１への流
入を防止するためにエリミネータ８が設けられている。

【０００３】このような満液式蒸発器は、伝熱管６の内
部を流通する熱源媒体との間の熱交換を、伝熱管６の外
面に活発に生じる沸騰熱伝達によって行うため、伝熱特
性は非常に優れている反面、蒸発器４４には伝熱管６が
液冷媒に浸されるように多くの液冷媒を封入する必要が
あること、及び沸騰に伴って蒸気冷媒に同伴する液滴の
圧縮機１への液戻りを防止するため圧縮機１のガス吸入
口１ａと液冷媒の界面１１までの距離を一定値以上に確
保した上で、界面１１より距離ｈ上方にエリミネータ８
を設置する必要があり、またこのため伝熱管６を蒸発器
容器の下半分に配設する必要があること等の制約があっ
た。

【０００４】一方、流下液膜式蒸発器を備えたターボ冷
凍機には、例えば冷凍機械工学ハンドブックに記載され
た図１８に示すように、冷凍サイクルの構成は満液式蒸
発器と同様であるが、蒸発器４には熱源媒体が流動する
多数の伝熱管６とその上部に液冷媒散布装置１２とが設
置され、この液冷媒散布装置１２と蒸発器４の下部に溜
まった液冷媒７とは導管１３で連結され、この導管１３
に配設された循環ポンプ１４により液冷媒が供給され
る。また液冷媒散布装置１２には、膨張弁又は絞り弁３
を流出した気液二相状態の冷媒が供給され、蒸発器４下
部から循環される液冷媒とともに伝熱管６上に散布され
る。液冷媒散布装置１２から流下した液冷媒は、各伝熱
管６の外面に薄い液膜を形成しながら、伝熱管６の内部
を流通する熱源媒体との間で熱交換を行い蒸発する。

【０００５】このような流下液膜式蒸発器では、伝熱管
上に形成される薄い液膜を介して熱交換が行われるた
め、沸騰により生じる飛散液滴が少なくなり、満液式蒸
発器に必要であった蒸発器上部の空間が有効に利用で
き、装置の小形化が可能となる。また、蒸発器内の冷媒
量も熱負荷に応じた蒸発量の数倍程度でよいため、満液
式蒸発器と比較すると非常に少なくてすむ等の長所があ
る。しかしながら、伝熱管上を流下する液冷媒は、下段
の伝熱管に進むにつれ蒸発に伴って減少し、またさらに
液冷媒散布装置から流下する液冷媒の分配が不均一であ
ると、下段の伝熱管上には液膜が破断して乾いた部分が
発生し、伝熱性能を著しく低下させるという問題点が残
されていた。

【０００６】この問題点を解決する手段として、液冷媒
を均一に分配する散布装置の開発が重要な技術課題とな
っているが、従来より例えば水を冷媒とし臭化リチウム
等の塩類溶液を吸収剤とする吸収式冷凍機又は温水機に
対しては、下記の方式の散布装置が知られている。 （１）スプレー方式…実開昭５１ー１２６４１５号公報
に記載されているように、蒸発器の液冷媒は冷媒ポンプ
を介して、スプレーノズルが具備されたスプレートリー
により散布される。 （２）サイフォン方式…実公昭５３ー５２６８２号公報
に記載されているように、液導入管から分配オリフィス
を経て散布桶に導かれた液は、散布桶側壁に固定された
サイフォンによって散布桶の縁を乗り越えて散布桶覆い
板の内側に沿って流下し、伝熱管群上に流下する。 （３）オーバーフロー方式…実公昭４６ー４３６８号公
報に記載されているように、分配器の上面に設けたスリ
ットから溢れた液冷媒が伝熱管群上に流下する。 （４）液案内板方式…特公昭４２ー２５８７１号公報に
記載されているように、散布桶の側面あるいは底面の小
孔から流出した液を案内溝を介して下方の案内板上に導
き、伝熱管群上に散布する。 （５）エプロン方式…特公昭５３ー３０５３５号公報に
記載されているように、液散布用管の上部小孔から液を
噴出させ、さらに案内板（エプロン）の上を流下させて
伝熱管群上に散布する。 （６）ノズルガイド方式…実開平３ー４２９７４号公報
に記載されているように、液散布用管の下部に開口した
スプレー孔に差し込まれた棒状のガイドに沿って、液を
伝熱管群上に流下する。 （７）透し孔方式…特公昭４２ー２５８７１号公報に記
載されているように、液散布用トレーの下部に伝熱管上
に対応した位置に孔を開けて散布する。

【０００７】ターボ冷凍機では一般に冷媒としてＨＣＦ
Ｃ系、ＨＦＣ系のフロンが使用されているが、吸収式の
冷凍機や温水機に冷媒として使用される水よりも蒸発潜
熱が非常に小さいため、冷媒循環量が大となる。その結
果、前記の液冷媒散布装置をそのまま流下液膜式蒸発器
に適用した場合は、分配管等に設けた孔からの液冷媒の
噴出速度が大きくなり飛散液滴が発生し、前記のように
圧縮機への液戻りという不都合が生じる。また、ＨＣＦ
Ｃ系、ＨＦＣ系のフロンは水と比べ表面張力が小さいた
め、微小な液滴の発生が起こりやすい。したがって、流
下液膜式蒸発器の液冷媒散布装置には、大流量の液冷媒
を伝熱管群上に確実に流下させる方式が必要であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の流下液膜式蒸発
器にあっては、液冷媒散布装置の分配管等に設けた孔か
らの液冷媒の噴出速度が大きくなって飛散液滴が発生
し、圧縮機への液戻りという不都合が生じる問題点があ
った。また、ＨＣＦＣ系、ＨＦＣ系のフロンは水と比べ
表面張力が小さいため、微小な液滴の発生が起こりやす
い問題点があった。

【０００９】本発明の目的は、液冷媒散布装置の液冷媒
の分配を均一にして伝熱管の乾き部分の発生を防止し、
冷媒の封入量を少なくした高性能な流下液膜式蒸発器及
び該流下液膜式蒸発器を備えたターボ冷凍機を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る流下液膜式蒸発器は、圧縮機より吐出
した蒸気冷媒を凝縮器で液冷媒に凝縮させ、複数の伝熱
管の上方に配設した液冷媒散布装置より液冷媒を散布し
て蒸発させ、その蒸気冷媒を圧縮機に戻す流下液膜式蒸
発器において、液冷媒散布装置を、それぞれの伝熱管の
長さ方向とほぼ平行に配置され複数のオリフィスを穿設
した複数の散布ダクトと、それぞれの散布ダクトを覆い
かつスペーサーを介して取付けられる液分散板とにより
形成し、それぞれの液分散板のそれぞれの下端に下方に
向けて末広がりのヒレ部を形成するとともに、それぞれ
のヒレ部の間に開口部を形成した構成とする。

【００１１】そしてそれぞれのスペーサーは、らせん状
に巻いた線状の部材である構成でもよい。

【００１２】またそれぞれのヒレ部は、開口部が縮小拡
大されている構成でもよい。

【００１３】さらにそれぞれの散布ダクトに、液冷媒流
路を上下に二分する仕切板を設け、仕切板に上下に分段
された液冷媒流路に連通する孔を穿設した構成でもよ
い。

【００１４】そしてそれぞれの散布ダクトの外周に、長
さ方向と交叉させて複数のフィンを所定のピッチで挿着
した構成でもよい。

【００１５】またそれぞれの散布ダクトを中空円筒に形
成し、それぞれの中空円筒の外周に複数のフィンを拡管
により所定のピッチで固着するとともに、それぞれの中
空円筒の下端に液冷媒が流出するスリット状の開口部を
設けた構成でもよい。

【００１６】さらに液冷媒散布装置においては、前記い
ずれか一つの流下液膜式蒸発器に設けられる構成とす
る。

【００１７】そしてターボ冷凍機においては、前記いず
れか一つの流下液膜式蒸発器と、流下液膜式蒸発器で蒸
発した冷媒を吸入する圧縮機と、圧縮機より吐出される
蒸気冷媒を液冷媒に凝縮する凝縮器とを備えてなるター
ボ冷凍機において、流下液膜式蒸発器の容器と伝熱管群
との間に気液分離板を設け、気液分離板で液冷媒を気液
二相の冷媒に分離し、容器の底部に滞留する液冷媒を液
冷媒散布装置に流入させる循環ポンプを具備した構成と
する。

【００１８】また前記いずれか一つの流下液膜式蒸発器
の外部に気液分離器を設け、気液分離器は、凝縮器及び
流下液膜式蒸発器より流入する液冷媒を気液二相に分離
し、かつ蒸気冷媒を圧縮機に吸入させるともに、滞留す
る液冷媒を液冷媒散布装置に流入させるものである構成
でもよい。

【００１９】さらに前記いずれか一つの流下液膜式蒸発
器の外部に気液分離器と、凝縮器より膨張器を経由して
供給される高圧の冷媒を駆動源とするエジェクタポンプ
とを設け、エジェクタポンプは、流下液膜式蒸発器に滞
留する液冷媒を駆動源とともに気液分離器に流入させる
ものであり、気液分離器は、液冷媒の気液分離を行いか
つ滞留する液冷媒を液冷媒散布装置に流入させるもので
ある構成でもよい。

【００２０】そして前記いずれか一つの流下液膜式蒸発
器の液冷媒散布装置にヘッダを付設し、ヘッダは、凝縮
器より膨張器を経由した液冷媒及び流下液膜式蒸発器よ
り循環ポンプにより液冷媒を流入させ、液冷媒の気液分
離を行いかつ滞留する液冷媒を液冷媒散布装置に流入さ
せるものである構成でもよい。

【００２１】また前記いずれか一つの流下液膜式蒸発器
の液冷媒散布装置にヘッダを付設するとともに、流下液
膜式蒸発器の外部に凝縮器より膨張器を経由して供給さ
れる高圧の冷媒を駆動源とするエジェクタポンプを設
け、エジェクタポンプは、流下液膜式蒸発器及び凝縮器
より液冷媒をヘッダに流入させるものであり、ヘッダ
は、液冷媒の気液分離を行いかつ滞留する液冷媒を液冷
媒散布装置に流入させるものである構成でもよい。

【００２２】

【作用】本発明によれば、液冷媒散布装置に供給された
液冷媒は、ヘッダより伝熱管とほぼ平行に配置した散布
ダクトに導入され、散布ダクトに穿設した液散布用オリ
フィスより流出する。流出した液冷媒は液分散板に衝突
してその流れ方向を変え、散布ダクトと液分散板との間
の隙間を流下しながら散布ダクトの長さ方向に広げら
れ、液分散板の下端に末広がりに形成されたヒレ部を伝
わって、伝熱管の上に均一な薄い液膜を形成する。その
ため、下段の伝熱管における乾き部分の発生が防止さ
れ、高い伝熱性能の流下液膜式蒸発器が得られる。また
この流下液膜式蒸発器を備えたターボ冷凍機は、小形化
して圧縮機への液戻りが防止されるとともに消費電力が
低減される。

【００２３】

【実施例】本発明の一実施例を図１及び図２を参照しな
がら説明する。図１及び図２は、本発明の一実施例の流
下液膜式蒸発器に内設される液冷媒散布装置の散布ダク
トを示す。図１及び図２に示すように、図示しない圧縮
機より吐出した蒸気冷媒を図示しない凝縮器で液冷媒に
凝縮させ、複数の伝熱管６の上方に配設した液冷媒散布
装置１２より液冷媒を散布して蒸発させ、その蒸気冷媒
を圧縮機に戻す流下液膜式蒸発器（蒸発器）であって、
液冷媒散布装置１２を、それぞれの伝熱管６の長さ方向
とほぼ平行に配置され複数のオリフィス１７を穿設した
複数の管状の散布ダクト１６と、それぞれの散布ダクト
１６をスペーサー１８を介して覆う液分散板２３とによ
り形成し、それぞれの液分散板２３の下端に下方に向け
て末広がりのヒレ部２０を形成するとともに、それぞれ
のヒレ部２０の間に開口部１９を形成した構成とする。

【００２４】流下液膜式蒸発器の液冷媒散布装置は、ヘ
ッダ（図示せず）に接続した複数本の散布ダクト１６
が、伝熱管６の上部に伝熱管６とほぼ平行に配置されて
いる。散布ダクト１６に、複数個の液散布用オリフィス
（オリフィス）１７が穿設され、散布ダクト１６の周囲
はらせん状に巻かれた線部材（スペーサー）１８を介し
て、液分散板２３が針金等（図示せず）で固定され、液
分散板２３の両下端が末広がりなヒレ部２０を形成して
いる。液冷媒はヘッダに導かれ、ここで各散布ダクト１
６に分配導入される。散布ダクト１６に導かれた液冷媒
は、液散布用オリフィス１７から噴出して液分散板２３
の内側に噴出し衝突して広がるとともに減速され、散布
ダクト１６の外周に沿って流下する。流下した液冷媒は
液分散板２３の末広がりなヒレ部２０に沿って流下し、
伝熱管６上に一様な液膜２２を形成する。

【００２５】図３及び図４は、液分散板２３のヒレ部２
０における流下液の流れの様相を示す。重力方向に流下
する液流２７は、ある波長で波立ち、次第に筋状の流れ
となる。筋状の流れは、位置エネルギが速度エネルギに
変換されて流下液が加速されることによって生じる。ヒ
レ部２０が狭い平行流路を形成する図３に示す形状で
は、液流２７とヒレ部２０との濡れ面積が増大するた
め、流下方向の液流の加速は低減するが、筋状流れの発
生を防ぐには不十分である。一方、図４に示すように、
ヒレ部２０を末広がりな流路に形成すると流れ方向の流
路断面積が増加し、また液流２７はヒレ部２０に濡れな
がら流れようとするため、流下する液流２７の加速を抑
えることができる。その結果、筋状流れの発生を抑制す
ることができ、一様な流れが得られる。

【００２６】このように、散布ダクト１６の液散布用オ
リフィス１７から流出した液冷媒は、液分散板２３に衝
突して散布ダクト１６の周囲を流下し、末広がりなヒレ
部２０に沿って流下するため、伝熱管６上に均一な液膜
２２を形成させることが可能となる。

【００２７】本実施例では、散布ダクトと液分散板との
間にスペーサーとして線状の部材をらせん状に巻きつけ
た例を示した。この方式では、伝熱管と液分散板との間
で液流の濡れ面積を増大させ、散布ダクトの長さ方向の
広がりを促し、図４に示すような筋状流れの発生を抑制
する効果がある。また、液冷媒の流路を確保し、かつ散
布ダクトの長さ方向の液冷媒の広がりを助けるその他の
方式として、金網や合成樹脂や繊維等でつくられる多孔
質の部材等を使用してもよい。また、散布ダクトの表面
に溝を加工する、あるいは散布ダクト又は液分散板の所
々に凸部を設ける方式によっても、同様の効果が得られ
る。

【００２８】図５は、本発明の他の実施例として流下液
膜式蒸発器の液冷媒散布装置の散布ダクトの詳細を示
す。散布ダクト１６の下端には、液散布用オリフィス１
７が複数個形成され、散布ダクト１６の外周に液分散板
２３が針金等（図示せず）で固定されている、液分散板
２３の下端部は、液流の流れ方向に沿って流路が縮小拡
大するようにヒレ部２０を形成している。

【００２９】液散布用オリフィス１７から流出した液冷
媒は、液散布用オリフィス１７と液分散板２３との隙間
で、散布ダクト１６の長さ方向に広がり、ヒレ部２０に
沿って流下する。ヒレ部２０は、その流路面積が流下液
の流れ方向に縮小拡大するように形成されているため、
液流はヒレ部２０の縮小部を通過するまでにさらに散布
ダクト１６の長さ方向に広がり、通過後は図１に示す実
施例と同様な作用により一様な液流となって流下する。

【００３０】本実施例では、散布ダクトと液分散板との
間に、スペーサーを設ける必要がない。また、散布ダク
トの長さ方向の液流の広がりを促すヒレ部を長くとって
いるため、散布ダクト径を小さくでき、液冷媒散布装置
の小形化に有効である。

【００３１】図６は、本発明の他の実施例として流下液
膜式蒸発器の液冷媒散布装置の散布ダクトの詳細を示
す。散布ダクト１６は、その底部に液冷媒が流出する開
口部１９を設け、開口部１９の下側に流路断面が流下液
の流れ方向に縮小拡大するように各端部にヒレ部２０を
形成している。散布ダクト１６には、その内部流路を上
下に二分する仕切板１７が設置され、仕切板１７の所々
に上下の流路を連結するように孔３４が加工されてい
る。

【００３２】ヘッダ（図示せず）から各散布ダクト１６
に分配導入された液冷媒は、仕切板１７により分段され
た上下の流路を流動する。下段の流路を流れる液冷媒
は、開口部１９から流出するため、流れ方向に液量は徐
々に減少する。液量が減少すると最悪の場合、散布ダク
ト１６の端部まで液冷媒が供給されなくなり、散布ダク
ト１６の端部の位置にある伝熱管６上には液膜が形成さ
れない恐れがある。

【００３３】しかしながら、本実施例では、液量が減少
すると上段の流路から孔３４を通じて液冷媒が下段の流
路に流入するため、散布ダクト１６の長さ方向には一様
に液冷媒が供給される。また、開口部１９から流出した
液冷媒は、ヒレ部２０に沿って流下するが、ヒレ部２０
はその流路断面が流下液の流れ方向に縮小拡大するよう
に形成されているため、ヒレ部の縮小部を通過するまで
は散布ダクト１６の長さ方向に広がり、通過後は図１及
び図２に示す実施例の作用で流下して一様な液膜が形成
できる。したがって、伝熱管上には、長さ方向にわたっ
て一様な液膜が形成され、高性能な流下液膜式蒸発器を
得ることができる。

【００３４】図７は、本発明の他の実施例として流下液
膜式蒸発器の液冷媒散布装置の詳細を示す。伝熱管６の
上部に伝熱管６とほぼ平行に配置された散布ダクト１６
には、液冷媒が流出するスリット状の開口部１９が設け
られ、散布ダクト１６の外周には、複数のフィン１８が
取り付けられている。散布ダクト１６は、薄板を中空円
筒状に曲げ加工を施して成形され、拡管によってその外
周にフィン１８を固定し、散布ダクト１６の両端にはヘ
ッダ（図示せず）を設置している。フィン１８は、散布
ダクト１６とカラー部２６で接合され、このカラー部２
６によってスリット状の開口部１９が部分的に塞がれ、
矩形状の開口部となっている。

【００３５】ヘッダ（図示せず）から散布ダクト１６に
分配導入された液冷媒は、開口部１９から流出し、フィ
ン１８上に沿って流下して伝熱管６上に液膜２２を形成
する。開口部１９から流出した液冷媒が、伝熱管６上に
液膜２２を形成する様相を図８及び図９に示す。フィン
１８の下端部は、前記実施例のヒレ部と同様な作用を示
すが、本実施例では、ヒレ部に相当するフィン１８が伝
熱管６と直交して配置されている点が大きく異なってい
る。図８は、フィンピッチｆｐを大きくとった場合の液
膜形成の様相を示す。開口部１９から流出し、フィン１
８に沿って流下する液冷媒は伝熱管６の長さ方向に広が
らず、伝熱管６上には筋状流れが発生し、一様な液膜が
形成されにくい。一方、図９のように、フィンピッチｆ
ｐを流下液２７の厚さと同程度にすると、開口部１９か
ら流出する液冷媒は、隣り合うフィン１８を橋渡しする
形で流下するため、フィン１８の下端部から流出する液
流は散布ダクト１６の長さ方向にわたって一様になる。
したがって、フィンピッチｆｐを適切に選択することに
より、均一な液膜を伝熱面上に形成することができる。
このフィンピッチｆｐは、開口部１９や液量によって異
なるが、５ｍｍ以下にすることが望ましい。

【００３６】また、本実施例の他の効果として、複数の
散布ダクトをフィンで固定しているため散布ダクトの位
置決め精度が向上する、及び液冷媒散布装置の強度を高
めることができる点が挙げられる。また、蒸気冷媒がフ
ィン間を通過する際に、蒸気冷媒流中に同伴している微
小液滴をフィン表面に捕捉する作用が働くため、圧縮機
への液戻りを抑制する効果もある。また、蒸気冷媒流中
に同伴する液滴を効果的に捕捉する手段として、図１０
に示すように、フィン１８の端部１５を折り曲げて、蒸
気冷媒が流れる流路を形成するのが有効である。

【００３７】次に、他の実施例として前記いづれか一つ
の液冷媒散布装置を有する流下液膜式蒸発器を備えてな
るターボ冷凍機について説明する。図１１及び図１２に
示すように、前記いずれか一つの流下液膜式蒸発器４
と、流下液膜式蒸発器４で蒸発した冷媒を吸入する図示
しない圧縮機と、圧縮機より吐出される蒸気冷媒を液冷
媒に凝縮する図示しない凝縮器とを備えてなるターボ冷
凍機であって、流下液膜式蒸発器４の容器４ａと伝熱管
群との間に気液分離板２８を設け、気液分離板２８で液
冷媒を気液二相の冷媒に分離し、容器４ａの底部に滞留
する液冷媒を液冷媒散布装置１２に流入させる循環ポン
プ１４を具備した構成とする。

【００３８】蒸発器４に、多数の伝熱管６が伝熱管群を
形成し、その上部に液冷媒を散布する液冷媒散布装置１
２が設置されている。伝熱管群の下部には、蒸発器容器
４ａとの間に隙間を形成して気液分離板２８が取り付け
られている。凝縮器（図示せず）からの高圧の液冷媒
は、膨張弁（膨張器）又は絞り弁３で気液二相の状態と
なって、蒸発器４に流入する。流入した液冷媒は、気液
分離板２８に衝突し、蒸発器容器４ａと気液分離板２８
との間の隙間に沿って流れはじめる。この時、流入した
蒸気冷媒は、蒸発器容器４ａと気液分離板２８との間の
隙間に沿って上昇し、伝熱管群の脇をすり抜けて圧縮機
へと向かう。一方、液冷媒は蒸発器容器４ａの底部に流
下し、伝熱管群から流下してくる未蒸発の液冷媒と合流
して、循環ポンプ１４で液冷媒散布装置１２へと送られ
る。

【００３９】前記のように流下液膜式蒸発器では、伝熱
管上に形成される液膜を介して伝熱が行われるため、沸
騰により生じる飛散液滴の量は少ない。しかしながら、
熱負荷が大きく、蒸発量が多くなってくると、液膜の下
でも沸騰が始まる。また、伝熱管群を通過する蒸気冷媒
の流速も増大する。そのため、液膜の気液界面は不安定
となり、液滴が発生し易くなる。

【００４０】凝縮器から供給される高圧の液冷媒は、膨
張弁により膨張後、乾き度約２０％の状態で蒸発器に流
入する。蒸気冷媒は伝熱に寄与しないため、液滴の発生
や蒸気冷媒流中への飛散を抑制するためにも、蒸発器に
流入する冷媒中の蒸気冷媒を伝熱管群から回避させて圧
縮機に流入させることは重要である。本実施例の構成に
よれば、凝縮器から蒸発器に流入する蒸気冷媒は伝熱管
群中を通過せずに圧縮機へと流入するため、前記の効果
を得ることができる。また、液冷媒散布装置に供給され
る冷媒は液単相であるため、液冷媒散布装置を構成する
ヘッダから各散布ダクトへの冷媒分配の均一化が図り易
くなる。したがって、伝熱管群ににおける液滴の発生を
抑制し、高性能な蒸発器を備えたターボ冷凍機を得るこ
とができる。

【００４１】また、蒸発器容器４ａの底部に流下する液
冷媒が、循環ポンプの吸入口と連絡する液流出口３４に
集中して流下してくるように、気液分離板２８の長さ方
向を液流出口３４に向けて下方に傾斜させて取り付け
る、あるいは凝縮器から流入する冷媒の液流入口３５の
流入方向を、蒸発器の液流出口３４の方向に傾けるとい
う手段も有効である。

【００４２】図１３は、本発明の他の実施例として示す
ターボ冷凍機に設けられる流下液膜式蒸発器の横断面図
を示す。図１２に示す実施例と相違するところは、気液
分離器２９を設けた点にある。気液分離器２９には、蒸
発器４底部に滞留した液冷媒と凝縮器からの二相状態の
冷媒とが流入する。気液分離器２９内では、冷媒が気
相、液相に上下に分離され、液冷媒は循環ポンプ１４に
よって液冷媒散布装置のヘッダ１０に送られ、蒸気冷媒
は配管３１を通って圧縮機の吸入口に流入する。

【００４３】図１１及び図１２に示す実施例では、凝縮
器からの冷媒は蒸発器内で気液分離した後、循環ポンプ
により液冷媒散布装置へ供給される構成になっている。
図１３に示す実施例では、新たに設置した気液分離器で
分離するため、蒸発器内に気液分離板などを設置する必
要がないという利点がある。またそれに伴い、蒸発器の
小形化および簡素化を図ることができる。

【００４４】また、図１４に示す実施例のように、凝縮
器からの高圧冷媒を駆動源にして作動するエジェクタポ
ンプ３３を使用することにより、循環ポンプに要する余
分なエネルギを消費しない高性能な蒸発器を備えたター
ボ冷凍機を得ることができる。

【００４５】図１５は、本発明の他の実施例としてター
ボ冷凍機に備える流下液膜式蒸発器の詳細図を示す。図
１４に示す実施例と相違するところは、液冷媒散布装置
のヘッダに気液分離器の機能を持たせた点にある。伝熱
管群６から流下し蒸発器４の底部に滞留する液冷媒は、
循環ポンプ１４によってヘッダ１０に送られ、凝縮器か
らの高圧冷媒は膨張弁３を経由してヘッダ１０に導入さ
れる。ヘッダ１０内の圧力は膨張弁３の開度によって制
御され、常に蒸発器４内の圧力より大きく設定されてい
る。液冷媒散布装置のヘッダ１０には、液冷媒７の液面
より下方の位置に各散布ダクト１６と連結する複数の配
管が設置され、液面より上方の位置には圧縮機の吸入管
と連結する配管が設置されている。ヘッダ１０と圧縮機
の吸入管とを連結する配管には、両者の圧力差を保持す
るために絞り弁３２を設置している。

【００４６】液冷媒散布装置の各散布ダクトから液冷媒
を流下させるには、ヘッダ内の圧力を蒸発器内の圧力よ
り高くする必要がある。この圧力差は、液冷媒がヘッダ
から散布ダクトを経て蒸発器に流出するまでの流動損失
に等しい。一般に、一様な液冷媒の散布を行うには、流
動抵抗を大きくし、ヘッダの圧力を高くすればよいと云
われているが、流動損失が大きくなると、液冷媒を循環
させるのに必要な動力が大きくなる。そのため、電動の
循環ポンプを使用した場合は、消費電力が増加するため
冷凍機の性能が低下し、また循環ポンプも大形にする必
要がある。

【００４７】本実施例では、凝縮器からの高圧冷媒が有
するエネルギの一部は、流動損失を補うように使われる
ため、循環ポンプに必要な動力が低減される。またこの
ことは、循環ポンプで循環させる冷媒量が、伝熱管群を
未蒸発のまま流下してくる冷媒量でよいことからも理解
できる。また、ヘッダ内の圧力が一様に各散布ダクトの
液流入口に作用しているため、均一な冷媒散布が実現で
きる。したがって、余分な動力を節約した高性能な蒸発
器を得ることができる。

【００４８】さらに、図１６に示す実施例のように、凝
縮器からの高圧冷媒を駆動源にして作動するエジェクタ
ポンプ３３を使用することにより、循環ポンプに要する
余分なエネルギを消費しない高性能な蒸発器を備えたタ
ーボ冷凍機を得ることができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、液冷媒散布装置の散布
ダクトにヒレ部等を形成したため、伝熱管上に均一な液
膜を形成でき、熱伝達を向上した流下液膜式蒸発器と、
この流下液膜式蒸発器を備えて小型化し消費電力を低減
したターボ冷凍機とを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す蒸発器の液冷媒散布装
置の構成図である。

【図２】図１のヒレ部を流下する液流の様相を示す断面
図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す液冷媒散布装置の散
布ダクトの断面図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す液冷媒散布装置の散
布ダクトの断面図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す液冷媒散布装置の散
布ダクトの断面図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す液冷媒散布装置の散
布ダクトの断面図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す液冷媒散布装置の斜
視図である。

【図８】図７のフィンの液流の様相を示す断面図であ
る。

【図９】図７のフィンの形状を示す断面図である。

【図１０】本発明の他の実施例を示すフィンの断面図で
ある。

【図１１】本発明の他の実施例を示すターボ冷凍機に備
える蒸発器の断面図である。

【図１２】本発明の他の実施例を示すターボ冷凍機に備
える蒸発器の断面図である。

【図１３】本発明の他の実施例を示すターボ冷凍機に備
える蒸発器の断面図である。

【図１４】本発明の他の実施例を示すターボ冷凍機に備
える蒸発器の断面図である。

【図１５】本発明の他の実施例を示すターボ冷凍機に備
える蒸発器の断面図である。

【図１６】本発明の他の実施例を示すターボ冷凍機に備
える蒸発器の断面図である。

【図１７】従来の満液式蒸発器を備えたターボ冷凍機の
横断面図である。

【図１８】従来の流下液膜式蒸発器を備えたターボ冷凍
機の横断面図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ３ 膨張弁または絞り弁 ４ 蒸発器 ６ 伝熱管 １０ ヘッダ １６ 散布ダクト １７ 液散布用オリフィス １８ スペーサー １９ 開口部 ２０ ヒレ部 ２２ 液膜 ２３ 液分散板 ２８ 気液分離板 ２９ 気液分離器

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機より吐出した蒸気冷媒を凝縮器で
   液冷媒に凝縮させ、複数の伝熱管の上方に配設した液冷
   媒散布装置より前記液冷媒を散布して蒸発させ、その蒸
   気冷媒を前記圧縮機に戻す流下液膜式蒸発器において、
   前記液冷媒散布装置を、それぞれの伝熱管の長さ方向と
   ほぼ平行に配置され複数のオリフィスを穿設した複数の
   散布ダクトと、それぞれの散布ダクトを覆いかつスペー
   サーを介して取付けられる液分散板とにより形成し、そ
   れぞれの液分散板のそれぞれの下端に下方に向けて末広
   がりのヒレ部を形成するとともに、それぞれのヒレ部の
   間に開口部を形成したことを特徴とする流下液膜式蒸発
   器。
2. 【請求項２】 それぞれのスペーサーは、らせん状に巻
   いた線状の部材であることを特徴とする請求項１記載の
   流下液膜式蒸発器。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の流下液膜式蒸発器
   において、それぞれのヒレ部は、開口部が縮小拡大され
   ていることを特徴とする流下液膜式蒸発器。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の流下液膜式蒸
   発器において、それぞれの散布ダクトに、液冷媒流路を
   上下に二分する仕切板を設け、該仕切板に上下に分段さ
   れた液冷媒流路に連通する孔を穿設したことを特徴とす
   る流下液膜式蒸発器。
5. 【請求項５】 請求項１記載の流下液膜式蒸発器におい
   て、それぞれの散布ダクトの外周に、長さ方向と交叉さ
   せて複数のフィンを所定のピッチで挿着したことを特徴
   とする流下液膜式蒸発器。
6. 【請求項６】 請求項５記載の流下液膜式蒸発器におい
   て、それぞれの散布ダクトを中空円筒に形成し、それぞ
   れの中空円筒の外周に複数のフィンを拡管により所定の
   ピッチで固着するとともに、それぞれの中空円筒の下端
   に液冷媒が流出するスリット状の開口部を設けたことを
   特徴とする流下液膜式蒸発器。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項記載の流下
   液膜式蒸発器に設けられることを特徴とする液冷媒散布
   装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜６のいずれか１項記載の流下
   液膜式蒸発器と、該流下液膜式蒸発器で蒸発した冷媒を
   吸入する圧縮機と、該圧縮機より吐出される蒸気冷媒を
   液冷媒に凝縮する凝縮器とを備えてなるターボ冷凍機に
   おいて、前記流下液膜式蒸発器の容器と伝熱管群との間
   に気液分離板を設け、該気液分離板で前記液冷媒を気液
   二相の冷媒に分離し、前記容器の底部に滞留する液冷媒
   を液冷媒散布装置に流入させる循環ポンプを具備したこ
   とを特徴とするターボ冷凍機。
9. 【請求項９】 請求項１〜６のいずれか１項記載の流下
   液膜式蒸発器と、該流下液膜式蒸発器で蒸発した冷媒を
   吸入する圧縮機と、該圧縮機より吐出される蒸気冷媒を
   液冷媒に凝縮する凝縮器とを備えてなるターボ冷凍機に
   おいて、前記流下液膜式蒸発器の外部に気液分離器を設
   け、該気液分離器は、前記凝縮器及び前記流下液膜式蒸
   発器より流入する液冷媒を気液二相に分離し、かつ蒸気
   冷媒を前記圧縮機に吸入させるともに、滞留する液冷媒
   を液冷媒散布装置に流入させるものであることを特徴と
   するターボ冷凍機。
10. 【請求項１０】 請求項１〜６のいずれか１項記載の流
    下液膜式蒸発器と、該流下液膜式蒸発器で蒸発した冷媒
    を吸入する圧縮機と、該圧縮機より吐出される蒸気冷媒
    を液冷媒に凝縮する凝縮器とを備えてなるターボ冷凍機
    において、前記流下液膜式蒸発器の外部に気液分離器
    と、前記凝縮器より膨張器を経由して供給される高圧の
    冷媒を駆動源とするエジェクタポンプとを設け、該エジ
    ェクタポンプは、前記流下液膜式蒸発器に滞留する液冷
    媒を前記駆動源とともに前記気液分離器に流入させるも
    のであり、該気液分離器は、前記液冷媒の気液分離を行
    いかつ滞留する液冷媒を該液冷媒散布装置に流入させる
    ものであることを特徴とするターボ冷凍機。
11. 【請求項１１】 請求項１〜６のいずれか１項記載の流
    下液膜式蒸発器と、該流下液膜式蒸発器で蒸発した冷媒
    を吸入する圧縮機と、該圧縮機より吐出される蒸気冷媒
    を液冷媒に凝縮する凝縮器とを備えてなるターボ冷凍機
    において、前記流下液膜式蒸発器の液冷媒散布装置にヘ
    ッダを付設し、該ヘッダは、前記凝縮器より膨張器を経
    由した液冷媒及び前記流下液膜式蒸発器より循環ポンプ
    により液冷媒を流入させ、該液冷媒の気液分離を行いか
    つ滞留する液冷媒を前記液冷媒散布装置に流入させるも
    のであることを特徴とするターボ冷凍機。
12. 【請求項１２】 請求項１〜６のいずれか１項記載の流
    下液膜式蒸発器と、該流下液膜式蒸発器で蒸発した冷媒
    を吸入する圧縮機と、該圧縮機より吐出される蒸気冷媒
    を液冷媒に凝縮する凝縮器とを備えてなるターボ冷凍機
    において、前記流下液膜式蒸発器の液冷媒散布装置にヘ
    ッダを付設するとともに、前記流下液膜式蒸発器の外部
    に前記凝縮器より膨張器を経由して供給される高圧の冷
    媒を駆動源とするエジェクタポンプを設け、該エジェク
    タポンプは、前記流下液膜式蒸発器及び前記凝縮器より
    液冷媒を前記ヘッダに流入させるものであり、該ヘッダ
    は、前記液冷媒の気液分離を行いかつ滞留する液冷媒を
    前記液冷媒散布装置に流入させるものであることを特徴
    とするターボ冷凍機。