JPH1183382A - シェルアンドチューブ式熱交換器およびそれを用いた冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シェルアンドチューブ式熱交換器内でのブライ
ンの循環の発生を防止して、凍結やごみの堆積による事
故を未然に防止できるようにしたシェルアンドチューブ
式熱交換器を提供する。 【解決手段】ブラインを流す中空の胴板１１と、この胴
板１１内に胴板１１の軸心と平行に所定の間隔で配置さ
れ、冷媒を流す複数の配管１３と、前記胴板１１内を流
れるブラインの流路を形成する複数の邪魔板１４と、前
縁が厚く後縁が薄くなるようにその断面が翼型に形成さ
れ、前縁をブラインの流れの上流側にして、前縁が胴板
１１と接触せず前記ブラインがスムーズに流入し、後縁
が邪魔板１４と接触せず前記ブラインがスムーズに流出
し、かつ、ブラインの流線が剥離しない角度で配置され
た複数のブレード１６とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シェルアンドチュ
ーブ式熱交換器およびそれを用いた冷凍機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】冷凍機の一形態として、圧縮機で圧縮さ
れた冷媒でブライン（二次冷媒）を冷却し、冷却された
ブラインにより被冷却物を冷却するようにした冷凍機が
ある。

【０００３】この冷凍機は、たとえば、図５に示すよう
に、スクリュー圧縮機などの圧縮機１と、油分離器２
と、凝縮器３と、過冷却器４と、電磁弁５と、膨張弁６
と、シェルアンドチューブ式熱交換器７と、油タンク８
および油冷却器９とを備えている。

【０００４】そして、圧縮機１で圧縮されたガス冷媒
は、油分離器２で油が分離され、凝縮器３に送られ、冷
却されて液冷媒となる。さらに、凝縮器３から過冷却器
４に送られて冷却され低温の液冷媒となって、電磁弁５
および膨張弁６を通してシェルアンドチューブ式熱交換
器７に送りこまれる。このシェルアンドチューブ式熱交
換器７でブラインとの熱交換によって蒸発し、ガス冷媒
となって圧縮機１に吸入される。

【０００５】一方、油分離器２で冷媒から分離された油
は、一旦油タンク９に回収された後、油冷却器９を通し
て圧縮機１に送られる。

【０００６】前記シェルアンドチューブ式熱交換器７
は、図６に示すように、ブラインの流入口１１ａと流出
口１１ｂを備えた円筒状の胴を形成する胴板１１と、胴
板１１の両端に設置された一対の管板１２と、この管板
１２の間に胴板１１の軸心と平行に所定の間隔で固定さ
れ、冷媒を通す複数の冷却管１３と、冷却管１３に所定
の間隔で配置され、ブラインの蛇行状の流路を形成する
複数の欠円形の邪魔板１４とを備えている。

【０００７】なお、シェルアンドチューブ式熱交換器に
使用される邪魔板１４には、欠円部の切欠き線を水平も
しくは垂直に配置するもの、円盤と環状の板を交互に配
置するものなどがあるが、本願においては、切欠き線を
水平に配置したものを例示して説明する。

【０００８】このようなシェルアンドチューブ式熱交換
器７では、同板１１の流入口１１ａから流入したブライ
ンは、邪魔板１４によって形成された蛇行状の流路に沿
って蛇行状に所定の流速でながれ流出口１１ｂから流出
する。そして、ブラインは胴内を通過する間に、冷却管
１３を介して冷却管１３内を流れる冷媒との間で熱交換
を行い冷却される。

【０００９】図７に示すように、ブラインは、胴板１１
と邪魔板１４に案内され、流線１５のように流れる。こ
の時、胴板１１と邪魔板１４の突合せ部に、前記流線１
５からはずれたよどみ状態の循環１５ａが発生し、熱交
換効率を低下させる。

【００１０】また、この循環１５ａは流速が遅いため、
ブライン中に混入している微細なごみが循環１５ａ内に
巻き込まれると排出されずに循環１５ａ内で漂いやがて
胴板１１や邪魔板１４に付着し堆積する。

【００１１】このような熱交換器に使用されるブライン
として、水もしくは、金属に対する腐食性の小さいエチ
レングリコール（使用温度−３０〜０℃）、金属に対す
る腐食性の大きい塩化カルシウム（使用温度−４０〜−
２５℃）、引火性および爆発性のあるメタノール（使用
温度−６０〜−３０℃）等が用いられている。さらに、
オイル系、シリコン系ブラインも提案されている。

【００１２】これらのブラインもそれぞれの使用温度の
低温域で使用された場合には、ブラインは前記循環１５
ａが胴板１１あるいは邪魔板１４との接触部から凍結
し、その凍結が熱交換器の運転時間に比例して発達し
て、熱交換効率を低下させるだけでなく、ブラインの流
れを阻害して冷凍機を停止させるまでになる。

【００１３】このようなブラインの循環領域を減少さ
せ、熱交換効率を向上させるものとして、たとえば、特
開昭５０−７４８５１号公報に開示されているように、
邪魔板の間に流路調整板を設けることが提案されてい
る。

【００１４】このように、流路調整板を設け、ブライン
の流路を変えることによりブラインの循環領域を減少さ
せ、シェルアンドチューブ式熱交換器の熱交換効率を向
上させることができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記流路調整
板を設けても、ブラインの循環領域を無くすことができ
ないため、ブラインが凍結すると冷凍機の運転時間の経
過とともにその凍結領域が拡大され、熱交換効率を低下
させるだけでなく、ブラインの流れを阻害するため、シ
ェルアンドチューブ式熱交換器の流入口の圧力と流出口
のブラインの圧力差（圧損）が大きくなり、冷凍機全体
の運転を停止させてしまうことがある。

【００１６】また、環境汚染の原因となる冷媒Ｒ２２に
代えて冷媒Ｒ４０４Ａを用いる場合、熱交換効率の低下
を防止するため、ブラインの流速を従来より遅くする
と、循環の発生領域が大きくなりブラインの凍結などが
発生しやすくなる。

【００１７】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、シェ
ルアンドチューブ式熱交換器内でのブラインの循環の発
生を防止して、凍結やごみの堆積による事故を未然に防
止できるようにしたシェルアンドチューブ式熱交換器と
それを用いた冷凍機を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本願の第１の発明においては、ブラインを流す中空
の胴板と、この胴板内に胴板の軸心と平行に所定の間隔
で配置され、冷凍機からの冷媒を流す複数の配管と、前
記胴板内を流れるブラインの流路を形成する複数の邪魔
板とを備えたシェルアンドチューブ式熱交換器におい
て、前縁が厚く後縁が薄くなるようにその断面が翼型に
形成され、前縁をブラインの流れの上流側にして、前縁
が胴板もしくは邪魔板と接触せず前記ブラインがスムー
ズに流入し、後縁が邪魔板もしくは胴板と接触せず前記
ブラインがスムーズに流出し、かつ、ブラインの流線が
剥離しない角度で配置された複数のブレードを設けた。

【００１９】また、本願の第２の発明においては、冷媒
を圧縮する圧縮機を設け、圧縮された冷媒を凝縮する凝
縮器を設け、凝縮された冷媒をさらに冷却する過冷却器
を設け、過冷却された冷媒を膨張させる膨張弁を設け、
ブラインを流す中空の胴板と、この胴板内に胴板の軸心
と平行に所定の間隔で配置され、前記膨張弁からの冷媒
を流す複数の配管と、前記胴板内を流れるブラインの流
路を形成する複数の邪魔板と、前縁が厚く後縁が薄くな
るようにその断面が翼型に形成され、前縁をブラインの
流れの上流側にして、前縁が胴板もしくは邪魔板と接触
せず前記ブラインがスムーズに流入し、後縁が邪魔板も
しくは胴板と接触せず前記ブラインがスムーズに流出
し、かつ、ブラインの流線が剥離しない角度で配置され
た複数のブレードとを備えたシェルアンドチューブ式熱
交換器を設けた。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１ないし図４は、本発明による
シェルアンドチューブ式熱交換器の一例と、このシェル
アンドチューブ式熱交換器に用いるブレードの一例を示
し、図１は、シェルアンドチューブ式熱交換器の部分断
面斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は、ブレ
ードの取付け状態を示す拡大図、図４は、ブレードの斜
視図である。同図において、図６と同じものは同じ符号
をつけて示してある。

【００２１】１６はブレードで、図４に示すように翼型
で、前縁１６ａと、後縁１６ｂと前縁１６ａと後縁１６
ｂを結ぶ翼弦の長い上面１６ｃと、その下面１６ｄと、
冷却管１３を通す管穴１６ｅが形成されている。

【００２２】そして、このブレード１６は、図１ないし
図３に示すように、シェルアンドチューブ式熱交換器の
内部でブラインの循環が発生し易い所に、前縁１６ａを
ブラインの流れの上流側にして、前縁１６ａが胴板１１
（もしくは邪魔板１４）と接触せず前記ブラインがスム
ーズに流入し、後縁１６ｂが邪魔板１４（もしくは胴板
１１）と接触せず前記ブラインがスムーズに流出し、か
つ、ブラインの流線が剥離しない角度で配置され、スペ
ーサ１７を介して固定されている。

【００２３】このような構成とすることにより、ブレー
ド１６によってその上面１６ｃ側と下面１６ｄ側に分岐
されたブラインの流れは、翼弦長さの違いによって上面
１６ｃ側の流れが早くなる。このブラインの流速によ
り、胴板１１と邪魔板１４の突合せ部に発生する循環を
無くすことができる。同時に、微細なごみも排出するこ
とができる。

【００２４】なお、上記の実施に形態においては、水平
切欠きの欠円形邪魔板を用いたシェルアンドチューブ式
熱交換器に適用した場合について説明したが、垂直切欠
きの欠円形邪魔板、あるいは環状形邪魔板を用いたシェ
ルアンドチューブ式熱交換器にも適用することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、シ
ェルアンドチューブ式熱交換器内におけるブラインの凍
結やごみの堆積をなくし、安定した信頼性の高いシェル
アンドチューブ式熱交換器を提供することができる。ま
た、安定した信頼性の高いシェルアンドチューブ式熱交
換器を用いることにより、安定した信頼性の高い冷凍機
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるシェルアンドチューブ式熱交換器
の構成を示す斜視図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】ブレードの取付け状態を示す拡大図。

【図４】ブレードの斜視図。

【図５】シェルアンドチューブ式熱交換器を用いた冷凍
機の構成図。

【図６】シェルアンドチューブ式熱交換器の構成を示す
斜視図。

【図７】シェルアンドチューブ式熱交換器内のブライン
の流れを示す拡大図。

【符号の説明】

１…圧縮機、３…凝縮器、４…過冷却器、６…膨張弁、
１１…胴、１３…配管、１４…邪魔板、１６…ブレー
ド、１６ａ…前縁、１６ｂ…後縁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブラインを流す中空の胴板と、この胴板内
   に胴板の軸心と平行に所定の間隔で配置され、冷凍機か
   らの冷媒を流す複数の配管と、前記胴板内を流れるブラ
   インの流路を形成する複数の邪魔板とを備えたシェルア
   ンドチューブ式熱交換器において、前縁が厚く後縁が薄
   くなるようにその断面が翼型に形成され、前縁をブライ
   ンの流れの上流側にして、前縁が胴板もしくは邪魔板と
   接触せず前記ブラインがスムーズに流入し、後縁が邪魔
   板もしくは胴板と接触せず前記ブラインがスムーズに流
   出し、かつ、ブラインの流線が剥離しない角度で配置さ
   れた複数のブレードを設けたことを特徴とするシェルア
   ンドチューブ式熱交換器。
2. 【請求項２】冷媒を圧縮する圧縮機を設け、圧縮された
   冷媒を凝縮する凝縮器を設け、凝縮された冷媒をさらに
   冷却する過冷却器を設け、過冷却された冷媒を膨張させ
   る膨張弁を設け、ブラインを流す中空の胴板と、この胴
   板内に胴板の軸心と平行に所定の間隔で配置され、前記
   膨張弁からの冷媒を流す複数の配管と、前記胴板内を流
   れるブラインの流路を形成する複数の邪魔板と、前縁が
   厚く後縁が薄くなるようにその断面が翼型に形成され、
   前縁をブラインの流れの上流側にして、前縁が胴板もし
   くは邪魔板と接触せず前記ブラインがスムーズに流入
   し、後縁が邪魔板もしくは胴板と接触せず前記ブライン
   がスムーズに流出し、かつ、ブラインの流線が剥離しな
   い角度で配置された複数のブレードとを備えたシェルア
   ンドチューブ式熱交換器を設けたことを特徴とする冷凍
   機。
3. 【請求項３】前記シェルアンドチューブ式熱交換器でブ
   ラインと熱交換を行う冷媒として冷媒Ｒ４０４Ａを用い
   ることを特徴とする請求項２に記載の冷凍機。