JPH08247577A

JPH08247577A - 冷凍装置の蒸発器

Info

Publication number: JPH08247577A
Application number: JP4717795A
Authority: JP
Inventors: Fumitake Unesaki; 史武畝崎; Seiji Inoue; 誠司井上; Kimihide Hashimoto; 公秀橋本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-03-07
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】冷媒液が部に設けられた各伝熱管にも供給さ
れるようにして、熱交換性能が向上した満液式シェルア
ンドチューブ形蒸発器を得る。【構成】冷媒を貯留しながら蒸発させる蒸発器のシェ
ル本体１と、このシェル本体１の下部から順次配置さ
れ、前記冷媒と熱交換する被冷却物体を流す各伝熱管２
と、からなる満液式シェルアンドチューブ形蒸発器にお
いて、順次配置された前記各伝熱管２の間に、冷媒液と
冷媒ガスと分離する気液分離器１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、冷凍装置に用いられ
る蒸発器のなかで、冷媒を滞留させながら蒸発させるシ
ェルアンドチューブ式の蒸発器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、例えば空気調和・衛生工学便
覧、第ＩＩ巻（機器編）ｐ９８に記載の従来の満液式シ
ェルアンドチューブ形蒸発器の正面の断面図を示す。ま
た、図６は側面の断面図である。図５、図６において、
１は満液式シェルアンドチューブ形蒸発器のシェル本
体、２はこの蒸発器のシェル本体１内に設けられた伝熱
管、３はシェル本体１下部に設けられた冷媒の入口部、
４はシェル本体１上部に設けられた冷媒の出口部、５は
蒸発器のシェル本体１内の伝熱管３を外部から冷却する
冷媒、６は伝熱管３内を流れる被冷却流体、７はシェル
本体１に設けられた被冷却流体の入口部、８はシェル本
体１に設けられた被冷却流体の出口部である。

【０００３】次に動作について説明する。膨張弁等の絞
り機構（図示せず）で低圧、低温の気・液の混合状態に
された冷媒は、冷媒の入口部３から蒸発器のシェル本体
１に入る。この冷媒のうち比重の関係から熱伝達率の高
い液の冷媒５は下部に溜り、熱伝達率の低いガスの冷媒
５は上部に移動する。この時、この下部に溜る液冷媒の
高さは冷媒液面検知器９によって蒸発器シェル本体１内
の伝熱管２がすべてにつかる程度の高さになるまで制御
され、この制御された液冷媒５と被冷却流体６とは伝熱
管２を介して熱交換を行う。この熱交換により被冷却流
体６から液の冷媒５に熱が伝えられ、この伝えられた被
冷却流体６の熱によって液冷媒５は沸騰蒸発しながら、
熱交換している時間に伴って徐々に液からガスへ変移す
ることになる。従って、蒸発器のシェル本体１内の下部
では、熱伝達率の高い、下部に溜った液冷媒の沸騰蒸発
により冷媒５から伝熱管２への熱伝達が高効率で行われ
る一方、この熱伝達により液の冷媒５の一部はガスの冷
媒５になる。また、シェル本体１内の上部では、前述の
通り、下部の沸騰蒸発によって発生した熱伝達率の低い
ガス冷媒を含んだミスト、あるいは泡状の冷媒５によっ
て伝熱管２への熱伝達が行われるため、冷媒５の熱が充
分に伝熱管２に伝達されなくなる。一方、冷媒５によっ
て冷却された被冷却流体６は被冷却流体の出口部８から
流出する。

【０００４】なお、シェル本体１上部の熱伝達率を向上
させるために、冷媒の液面を高くすると、この高い液面
の冷媒５は被冷却流体６から熱をもらって沸騰蒸発して
も、冷媒の液面を高くしているために、この高くした冷
媒５の液面と冷媒出口部４とが接近し、冷媒５と伝熱管
２との熱交換が充分にされないために、冷媒５の全てが
液からガスに変移できなくなる。即ち、ミスト、あるい
は泡状の液・ガス混合の液を含んだ冷媒５が出口部４か
ら流出し、圧縮機（図示せず）へ供給されることにな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の満
液式シェルアンドチューブ形蒸発器には、蒸発器のシェ
ル本体内の下部では、熱伝達率の高い液冷媒の沸騰蒸発
により伝熱管への熱伝達が高効率で行なわれるが、シェ
ル本体内の上部では、下部の沸騰蒸発によって発生した
熱伝達率の低いガス冷媒を含んだミスト、あるいは泡状
の液・ガス混合冷媒によって伝熱管への熱伝達が行われ
るために、冷媒の熱が充分に伝熱管へ伝達されず、冷媒
から伝熱管への伝熱効率が低下するという問題点があっ
た。また、この問題点を解決するために、冷媒の液面を
高してシェル本体内上部の熱伝達率を向上させるように
すると、シェル上部における冷媒から伝熱管への伝熱効
率熱は向上するものの、液ミスト、あるいは泡状の液を
含んだ冷媒が冷媒の出口部から流出し、液冷媒が圧縮機
に入り、圧縮機が破損したり、また、冷媒の保有する熱
エネルギーが充分に活用されないという問題点があっ
た。

【０００６】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、蒸発器の冷媒出口から液冷媒を
含んだ冷媒が流出することなく、特に蒸発器シェル本体
上部での冷媒と伝熱管との熱伝達効率が向上した満液式
シェルアンドチューブ形蒸発器を得ることを目的とする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る冷凍装置
の蒸発器においては、冷媒を滞留させながら蒸発させる
蒸発器のシェル本体と、このシェル本体の下部から順次
配置され、前記冷媒と熱交換する被冷却物体を流す各伝
熱管と、を備えた冷凍装置の蒸発器において、前記各伝
熱管の順次配置されたその間に、前記冷媒を冷媒液と冷
媒ガスとに分離する気液分離器を備えたものである。

【０００８】また、前記気液分離器は、金属、あるいは
プラスチックの繊維状のもので成形されたものである。

【０００９】また、前記気液分離器は、金属、あるいは
プラスチック繊維の状のものを前記各伝熱管の下部を覆
うように三日月状に成形されたものである。

【００１０】

【作用】以上のように構成された冷凍装置の蒸発器にお
いては、シェル本体の下部から順次配置された伝熱管の
間に気液分離器を配置したので、気液分離器が冷媒を液
とガスに分離し、この分離した冷媒液によって各伝熱管
を冷却するようになる。

【００１１】また、気液分離器が、金属、あるいはプラ
スチック繊維状のもので成形されたので、この繊維状の
表面張力によって冷媒の液とガスとに分離し、この分離
した冷媒液を保持しながら各伝熱管を冷却するようにな
る。

【００１２】また、気液分離器が、金属、あるいはプラ
スチック繊維状のもので各伝熱管の下部を覆うように三
日月状に成形されたので、繊維状の表面張力によって保
持された冷媒液がさらに各伝熱管と接触しやすくなる。

【００１３】

【実施例】

実施例１．図１に示した満液式シェルアンドチューブ形
蒸発器は、蒸発器のシェル本体１の内部に複数の伝熱管
２を配置すると共に、蒸発器のシェル本体１の下部側に
冷媒液の入口部３を、上部側に冷媒ガスの出口部４をそ
れぞれ設ける一方、蒸発器本体１の側部に液面検知器９
を配置し、該液面検知器９による液面検知結果に基づき
前記入口部３からの液冷媒供給量を調整して、蒸発器本
体１内における液面ａの高さを一定の高さに調整するよ
うになっている。また、蒸発器のシェル本体１における
冷媒の液面ａの上方側に配置される伝熱管２の間に平板
形のスチールウールのような金属繊維からなる気液分離
器１０を配置したものである。なお、上記以外の符号
で、従来実施例と同じ符号のものについては、同じ名称
なので説明は省略する。

【００１４】この実施例１の発明によれば、冷媒の液面
ａ下方では、冷却管２内を流れる被冷却流体６の熱によ
り液冷媒５が沸騰蒸発し、この沸騰蒸発により発生した
比重の小さいガス冷媒は下方から上方に流れる。このガ
スの流れに伴い、ガスの浮力や沸騰蒸発等の関係から液
冷媒の一部も下方から上方に流れる。この下方から上方
に流れるガス冷媒および液冷媒の一部を含んだ冷媒ミス
トあるいは泡状の冷媒、即ち、液を含んだ冷媒が、下方
から上方に流れ、金属繊維からなる気液分離器１０を通
過することになるので、冷媒ミストあるいは泡状の冷媒
のうち、ガス成分より表面張力が大きい液成分の冷媒の
みが気液分離器１０の金属繊維により捕捉、分離され
る。

【００１５】次に、ここで分離されたガス冷媒５は上方
に流れ、冷媒の出口部４から流出する。なお、ここで分
離され、捕捉された液の冷媒５は気液分離器１０の金属
繊維に滞留することになる。この滞留した液の冷媒５
は、時間と共に増加し、冷媒５の流れの速さ（浮力）と
表面張力との関係から、気液分離器１０の金属繊維の上
部表面に析出するようになる。この析出した時間と共に
増加する滞留冷媒５はやがて伝熱管２と接することにな
る。従って、前記液面ａの上方にある伝熱管２にも冷媒
液が供給されることになり、前記液面ａの上方にある伝
熱管２においても沸騰伝熱させることが可能となり、蒸
発器における伝熱効率を高めることができる。

【００１６】なお、図２に示すように、気液分離器１０
の金属繊維を伝熱管２に対して同心円でほぼ三日月状に
形成し伝熱管２を覆うようにすると、この析出した滞留
冷媒５と伝熱管２との距離が一定に保たれ、滞留冷媒５
と伝熱管２との接触が均一になり、接触面積が増大する
ので、より冷媒５と伝熱管２との伝熱効率を高めること
ができる。また、気液分離器１０の構造として、前述し
た金属繊維からなるもの以外に、図３のような形状の金
属、あるいはプラスチックを編んだ構造としてもよい。
また、気液分離器１０の構造として、図４のように薄い
金属片あるいはプラスチック片を重ねた構造としてもよ
い。

【００１７】また、液冷媒５が伝熱管２の熱によってガ
ス化されることにより、冷媒５の体積が数百倍増大し、
冷媒５の流れの速さが数百倍増大して浮力が増し、浮力
と表面張力との関係から冷媒の液が気液分離器１０の金
属繊維に充分に捕捉されない恐れがあるため、シェル本
体１の低部から１／２〜２／３の高さの伝熱管２の間に
冷媒の液とガスとを分離する第１の気液分離器（図示せ
ず）を設け、冷媒の液とガスとに分離しておき、この分
離した後の液冷媒５が、さらに、シェル本体１上部の伝
熱管２と熱交換してガスと液になった冷媒を、実施例１
で説明した気液分離１０でさらに分離するようにする
と、液冷媒のガス化によって、増大する冷媒５の流れの
速さ、すなわち浮力を抑えながら液・ガス分離が実行さ
れ、浮力と表面張力のバランス関係が良くなり、更に冷
媒の液とガスとの分離効率を向上させることができるの
で、シェル本体１上部での冷媒５から伝熱管２への熱伝
達効率が向上する。従って、気液分離器１０を所定間隔
毎に設ければ、設けれるほど、より冷媒５から伝熱管２
への熱伝達効率を向上させることができる。

【００１８】

【発明の効果】この発明の冷凍装置の蒸発器は、以上説
明したように構成されているので、気液分離器が冷媒を
液とガスに分離し、この分離した冷媒液によって各伝熱
管を冷却するようになるため、熱交換性能が向上した冷
凍装置の蒸発器が得られる。

【００１９】また、気液分離器が、金属、あるいはプラ
スチック繊維状のもので製作されたので、この繊維状の
ものが表面張力によって冷媒の液とガスとに効率良く分
離し、この分離した冷媒液を保持しながら各伝熱管を冷
却するため、さらに熱交換性能が向上した冷凍装置の蒸
発器が得られる。

【００２０】また、気液分離器が、金属、あるいはプラ
スチック繊維からなり、各伝熱管の下部を覆うように三
日月状に成形されたので、繊維の表面張力によって保持
された冷媒液がさらに各伝熱管と接触しやすくなるた
め、さらに熱交換性能が向上した冷凍装置の蒸発器が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の満液式シェルアンドチ
ューブ形蒸発器の構成図。

【図２】この発明の実施例１の各伝熱管と気液分離器
との構成図。

【図３】この発明の実施例１の気液分離器の構造図。

【図４】この発明の実施例１の気液分離器の構造図。

【図５】従来実施例の満液式シェルアンドチューブ形
蒸発器の正面の断面図。

【図６】従来実施例の満液式シェルアンドチューブ形
蒸発器の側面の断面図。

【符号の説明】

１蒸発器のシェル本体、２伝熱管、３冷媒入口
部、４冷媒出口部、９冷媒液面検知器、１０気液分
離器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を滞留させながら蒸発させる蒸発器
のシェル本体と、このシェル本体の下部から順次配置さ
れ、前記冷媒と熱交換する被冷却物体を流す各伝熱管
と、を備えた冷凍装置の蒸発器において、前記各伝熱管
の順次配置されたその間に、前記冷媒を冷媒液と冷媒ガ
スと分離する気液分離器を備えたことを特徴とする冷凍
装置の蒸発器。
【請求項２】前記気液分離器が、金属、あるいはプラ
スチックの繊維状のもので成形されたことを特徴とする
請求項１記載の冷凍装置の蒸発器。
【請求項３】前記気液分離器が、金属、あるいはプラ
スチックの繊維状のもので前記各伝熱管の下部を覆うよ
うに三日月状に成形されたことを特徴とする請求項１記
載の冷凍装置の蒸発器。