JPS5836265B2 - 冷水製造装置用熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は工業プロセスあるいは冷房などに使用する冷
水の製造に利用される冷水製造装置用熱交換器に関する
。

一般に工業プロセスあるいは冷房などに使用する冷水の
製造装置は第１図に線図で示す構成がとられている。

即ち、圧縮機１の冷媒出口に第１の熱交換器２が接続さ
れ、この第１の熱交換器２の冷媒出口は絞ジ機構３を介
して第２の熱交換器４に接続され、この第２の熱交換器
４の冷媒出口は圧縮機１の冷媒入口に接続される。

第２の熱交換器４には被冷却水Ｗの流路５が設けられて
おり、図中破線矢印方向に冷媒Ｒを流すと同時に被冷却
水Ｗを図示しない水源から流路５に流通させて冷水を得
る。

従来、上記装置で使用する第２の熱交換器としては二重
管式熱交換器、あるいはシエルチューブ式熱交換器が用
いられていた。

二重管式熱交換器では、冷媒と被冷却水をそれぞれの流
路に流通させて、液相の冷媒を蒸発させ被冷却水を冷却
する。

液相の冷媒は蒸発が進み乾き度が増大し、熱交換器の下
流の乾き度が大きくなった部分、即ち気相が多くなった
部分では冷媒が気相と液相の環状流状態あるいは噴霧流
状態となって流れる。

この為二重管式熱交換器では、後半で冷媒の熱伝達率が
急激に低下し、平均熱伝達率を高くすることができず、
大きな伝熱面積を必要とする欠点があった。

一方、シエルチューブ式熱交換器では液相の冷媒をシェ
ル内に流通させ、シェル内に多数配置したチューブ内に
流れる被冷却水を冷却させるもので、冷媒の蒸発に伴な
いシェル内上方に気相となった冷媒が、下方に液相の冷
媒が分離した状態で存在する。

この為冷媒の乾き度の小さいシェル内下方での冷媒の熱
伝達率は良いが、乾き度の大きいシェル内上方では冷媒
の熱伝達率が極めて悪く、平均の熱伝達率を高くするこ
とができなかった。

又、上記を改善する為にシゴル内を冷媒で満たすことが
考えられるが、冷媒の量が増しコスト上昇ヲ招く欠点が
あった。

更に、このシエルチューブ式熱交換器ではシェル内に冷
媒を流通させる為、シェルが圧力容器とな９機械強度の
面から肉厚を厚くする必要があり、コスト上昇の問題か
らは内容積をできるだけ小さくシ、重量低減を計る要望
があった。

この発明は上記の状況に鑑みてなされたもので、冷媒の
流れにしたがい前半を二重螺旋管で形成し、被冷却水と
冷媒を二重螺旋管のそれぞれの流路に流し、液相で導入
した冷媒を二重螺旋管の内管の壁面で一部蒸発させ、気
液混合状態の冷媒とすることによジ被冷却水を冷却する
構成とし、更に後半を前記二重螺旋管の螺旋内径部に罐
体を設け、この罐体の内部に前記二重螺旋管で気液混合
状態となった冷媒を導入し、液相の冷媒を分配皿に捕集
し分配皿の孔から罐体内に設けた被冷却水の通流する螺
旋状伝熱管の表面に流下し液膜を形成させながら蒸発さ
せて被冷却水を冷却する構成とすることによシ、熱交換
器の冷媒の平均熱伝達率が高く、少ない冷媒で熱交換が
可能で、かつ内容積が小さく、重量が低減された冷水製
造装置用熱交換器を提供することを目的とする。

以下、この発明の一実施例について図面をもちいて説明
する。

第２図において、二重螺旋管１１は外管１２と内管１３
とで構成され、外管１２と内管１３との間に冷媒の流路
１４を形成している。

二重螺旋管１１の下端部には液相の冷媒いを流路１４に
導入する冷媒導管１５が設けられ、１た被冷却水Ｗを流
出サセる内管１３に接続ａ敗流出管１６が外管１２の下
端部壁面を貫通して設けられている。

二重螺旋管１１の上端部の外管１２壁面には連結管１７
の一端が接続され流路１４に連通して＄−９、内管１３
の上端部は外管１２壁面を貫通して設けられた接続管１
８の一端が接続されている。

また二重螺旋管１１の螺旋内径部には罐体１９が設けら
れ、罐体１９の上部の冷媒流入口２０に連結管１７の他
端が増着され更に上部開口部に気相の冷媒Ｒｖｇ非出す
る冷媒排出管２１が増着され℃・る。

罐体１９の内部には螺旋状伝熱管２２が設けら江ヒ９、
螺旋状伝熱管２２の両端部は罐体１９の壁面を密着貫通
し、一端が被冷却水Ｗを流入させる流入管２３に接続さ
れ、他端が接続管１８の他端に接続されている。

罐体１９の内部には筐た冷媒流入口２０の下方で、かつ
螺旋状伝熱管２２の上方に気液混合状態の冷？ＲＬ＋■
の液相を捕集する分配皿２４が設けられている。

分配皿２４には媒旋状伝熱管２２の壁面に捕集した液相
の冷媒堆を流下する孔２５が穿たれている。

次に、上記のように構或されたこの発明の作用について
説明する。

まず、被冷却水Ｗおよび冷媒の流れに沿って説明する。

被冷却水Ｗは図示しない水源から流入管２３を介して螺
旋状伝熱管２２に流れ、更に接続管１８を通り二重螺旋
管１１の内管１３を流れて流出管１６から外部に流出し
、所要の目的に供される。

これに対し図示しない絞り機構から流出する乾き度０．
１〜０，３の液相の多い冷媒Ｒは冷媒導入管１５から二
重螺旋管１１の外管１２と内管１３との間の流路１４に
導入され、内管１３の管壁に沿って流れる。

管壁に沿って流れる間に熱交換が行われ冷媒Ｒ．は一部
が被冷却水Ｗの熱を受けて蒸発し、被冷却水Ｗは内管１
３の壁面を通じて冷却される。

冷媒は流下するにしたがって気相分が増加し所定の乾き
度Ｘの気液混合状態の冷媒ＲＬ＋Ｙとなって連結管１７
に流入する。

上記の冷媒と被冷却水Ｗを熱交換させ、冷媒を蒸発させ
る過程の冷媒の乾き度Ｘと熱伝達率αの関係は例えば冷
媒にフロンＲ２２を使用した場合は第３図に示す実線の
特性曲線■で表わされる。

この特性は他のフロン類でも同様傾向を示す。

第３図によれば気相が増加し、乾き度Ｘが０．５以上と
なると熱伝達率αが急激に低下する。

このため連結管１７に流入する冷媒ＲＬ−＋−ｖの乾き
度を熱伝達率αが低下しきらない所定の乾き度Ｘとなる
ように予め二重螺旋管１１は説定される。

次に連結管１７に流出した気液混合状態の冷媒ＲＬ−＋
−Ｖは、冷媒流入口２０から罐体１９内部に流入し、気
相と液相に分離される。

液相の冷媒ＲＬは分配皿２４に捕集され螺旋状伝熱管２
２の壁面に孔２５から流下し、液膜を形成しながら被冷
却水Ｗの熱を受けて蒸発し、螺旋状伝熱管２２内を流通
する被冷却水Ｗを冷却する。

蒸発した冷ＦＲ，は冷媒排出管２１から排出され、図示
しない圧縮機第１の熱交換器絞り機構を通じて液化され
て、再び冷媒導入管１５に導入される。

上記で螺旋状伝熱管２２の壁面に形或される液膜の厚さ
、即ち冷媒の流下量を変えることによジ、壁面での熱伝
達率αは任意の値を取シ得るが実用的見地から自ずと取
ジ得る値は限定される。

例えば冷媒にフロンＢ２２を用いた場合には、第３図に
破線■で示すほぼ４ Ｘ １０３Ｋｃ ａ ｌ ／ｃＩ
ｒｔ２ｈ’Ｃの熱伝達率を取る。

又この時の破線■と実線■との交点Ａにおける乾き度ほ
ぼ０．７を所定の乾き度Ｘとしてこの発明は構成される
。

他のフロン類を冷媒として使用した場合は所定の乾き度
Ｘとして０．６〜０．８の値が実用上好適値である。

このようにこの発明に係る冷水製造装置用熱交換器を構
成することにより、熱伝達率が向上し、必要とする冷媒
の量が少なくなり、かつ冷媒の乾き度が十分高くなる１
で被冷却水の冷却に冷媒が利用出来、又内容積が小さく
、重量が軽減された熱交換器が得られる。

さらに、二重螺旋管を罐体に巻回して設けた為、一段と
コンパクトとなシ小形化が計れ据付面積を小さくするこ
とができるなどの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷水製造装置を説明する線図、第２図はこの発
明の一実施例を示す縦断面図、第３図は冷媒の乾き度に
対する熱伝達率を示す特性図である。 １１・・・・・・二重螺旋管（二重管）、１２・・・・
・・外管、１３・・・・・・内管、１４・・・・・・流
路、ＪＴ・・・・・・連結管、１９・・・・・・罐体、
２０・・・・・・冷媒流入管、２２・・・・・・螺旋状
伝熱管（伝熱管）２４・・・・・・分配皿、２５・・・
・・・孔、Ｗ・・・・・・被冷却水Ｎ ＲＬ，ＲＬ”−
Ｖ Ｉ Ｒｖ・・・・・・冷媒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二重管と、この二重管内に形或されたそれぞれの流
   路に破冷却水と冷媒を流し、液相で導入した冷媒を前記
   二重管の内管壁面で被冷却水と熱交換して一部蒸発させ
   気液混合状態の冷媒とすることにより被冷却水を冷却す
   る手段と、前記二重管で気液混合状態となった冷媒を連
   結管を介して導入する罐体と、この罐体内で導入された
   気液混合状態の冷媒の液相を分配皿に捕集し、分配皿の
   孔から前記罐体内に設けられ前記二重管の被冷却水の流
   路に接続し、被冷却水を通流する伝熱管の表面に流下し
   液膜を形成させながら蒸発させて被冷却水を冷却する手
   段とを具えたことを特徴とする冷水製造装置用熱交換器
   。 ２ 二重管から罐体へ導入する気液混合状態の冷媒の乾
   き度を０．６〜０．８としたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の冷水製造装置用熱交換器。 ３ 伝熱管を罐体内に螺旋状に配設し、さらに二重管を
   二重螺旋管とし、かつ前記罐体に巻回して設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷水製造装置用
   熱交換器。