JPS6240287Y2

JPS6240287Y2 -

Info

Publication number: JPS6240287Y2
Application number: JP11960481U
Authority: JP
Priority date: 1981-08-11
Filing date: 1981-08-11
Publication date: 1987-10-15
Also published as: JPS5824675U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、二重管式の凝縮器と蒸発器とを組合
わせてなる熱交換装置に関するものである。

一般に二重管式の熱交換器（凝縮器あるいは蒸
発器として作用する）においては、第５図および
第６図に示すように、冷媒側熱伝達率αが乾き度
ｘによつて変わることはよく知られている。特
に、冷媒流速が遅く液の多い個所、即ち乾き度ｘ
の低い個所で冷媒側熱伝達率が悪くなり、又、凝
縮時には乾き度ｘ＝0.65〜0.95、蒸発時には乾き
度ｘ＝0.6〜0.8の範囲内において冷媒側熱伝達率
αが最も良好となることが知られている。

ところが、従来の二重管式熱交換器において
は、冷媒通路における冷媒乾き度ｘが凝縮時には
冷媒入口から冷媒出口に向かつて漸次低減し、蒸
発時には冷媒入口から冷媒出口に向かつて漸次増
大するように、位置によつて変化する。従つて、
冷媒側熱伝達率の最もよい乾き度ｘ＝0.8附近で
の使用範囲が限定されることとなり、熱交換効率
の向上を阻害するという問題があつた。

本考案は、上記問題点に鑑み、乾き度0.8附近
での使用範囲を大巾に拡大し得る新規な構造の熱
交換装置を提供することを目的とするものであ
り、かかる目的達成のため、冷媒入口から冷媒出
口に向かつて流路断面積が漸次小さくなるように
形成された冷媒通路を備えた二重管式凝縮器と、
冷媒入口から冷媒出口に向かつて流路断面積が漸
次大きくなるように形成された冷媒通路を備えた
二重管式蒸発器とを併設するとともに、前記凝縮
器側の冷媒通路と前記蒸発器側の冷媒通路との間
に、複数本の液冷媒バイパス用の抵抗管を介設
し、且つ該抵抗管の冷媒通路側開口位置および液
冷媒バイパス量を、前記冷媒通路全長に亘る冷媒
の乾き度ｘが0.65〜0.95の範囲となる如く決定す
る一方、前記抵抗管の冷媒通路側開口位置を、該
冷媒通路全長に亘る冷媒の乾き度ｘが0.6〜0.8の
範囲となる如く決定した構成を特徴とする。

以下第１図ないし第４図を参照して本考案の実
施例にかかる熱交換装置を説明する。

第１図は、本考案の実施例にかかる熱交換装置
Ａを使用した冷凍装置の冷媒回路図を示してお
り、符号１は圧縮機、２は熱交換装置Ａの一部を
構成する二重管式凝縮器、３は膨張弁、４は熱交
換装置Ａの一部を構成する二重管式蒸発器をそれ
ぞれ示している。

前記二重管式凝縮器２は、直管状の外管５内に
円錐管状の内管６を同軸上に配設して構成されて
おり、前記外管５と内管６との間に形成される環
状空間部を冷媒通路７となす一方、内管６内を冷
却水通路８となしている。符号９は内管６外周面
に設けられた針状フインあるいはワイヤー等から
なる伝熱フインである。

しかして、前記冷媒通路７において、内管６の
小径端部６ａ側に冷媒入口１０が設けられる一
方、内管６の大径端部６ｂ側に冷媒出口１１が設
けられている。

このようにして、冷媒通路７は、冷媒入口１０
から冷媒出口１１に向かつて流路断面積が漸次小
さくなるように形成されている。

この凝縮器２は、圧縮機１からの吐出ガス冷媒
Ygを冷却水通路８を流通する冷却水W₁で冷却液
化する作用をなす。

一方、前記蒸発器４は、直管状の外管１２内に
円錐管状の内管１３を同軸上に配設して構成され
ており、前記内管１３内を冷媒通路１４となす一
方、外管１２と内管１３との間に形成される環状
空間部を被冷却水通路１５となしている。符号１
６は内管１３外周面に設けられた針状フインある
いはワイヤー等からなる伝熱フインである。

しかして、前記冷媒通路１４において、内管１
３の小径端部１３ａ側に冷媒入口１７が設けられ
る一方、内管１３の大径端部１３ｂ側に冷媒出口
１８が設けられている。

このようにして、冷媒通路１４は、冷媒入口１
７から冷媒出口１８に向かつて流路断面積が漸次
大きくなるように形成されている。

この蒸発器４は、前記凝縮器２から膨張弁３を
経て供給される液冷媒Ylを被冷却水通路１５内
を流通する被冷却水W₂の熱で蒸発ガス化する作
用をなす。

前記凝縮器２の外管５底部と前記蒸発器４の内
管１３頂部との間には、適宜本数（本実施例では
４本）の液冷媒バイパス用の抵抗管１９ａ，１９
ｂ，１９ｃ，１９ｄが所定間隔で介設されてい
る。

該抵抗管１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄは、
それぞれ凝縮器２側の冷媒通路７内の凝縮液冷媒
Ylの一部y₁，y₂，y₃，y₄を蒸発器４側の冷媒通路
１４内へバイパスせしめるためのものであつて、
その流通量を制限するためにキヤピラリーチユー
ブあるいはオリフイスチユーブ等のように所定の
流通抵抗を有するものが採用される。

又、これら抵抗管１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１
９ｄにおけるそれぞれの入口および出口の開口位
置およびそれぞれのバイパス量は、凝縮器２側の
冷媒通路７全長に亘る冷媒乾き度ｘが0.65〜0.95
の範囲となり且つ蒸発器４側の冷媒通路１４全長
に亘る冷媒乾き度ｘが0.6〜0.8の範囲となるよう
に決定されている。

更に、抵抗管１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ
を介して液冷媒Ylの一部y₁，y₂，y₃，y₄をバイパ
スさせることによつて凝縮器側冷媒通路７内を流
通する冷媒量が漸次減少してくるが、冷媒通路７
の流路断面積が冷媒入口１０から冷媒出口１１に
向かつて漸次小さくされているため、冷媒流速の
低下を防止することができる。

一方、蒸発器側冷媒通路１４においては、抵抗
管１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを介してバイ
パスされる液冷媒y₁，y₂，y₃，y₄によつて流通冷
媒量が漸次増大してくるが、冷媒通路１４の流路
断面積が冷媒入口１７から冷媒出口１８に向かつ
て漸次大きくされているため、冷媒流速の増大を
防止することができる。

次に図示の熱交換装置の作用を第２図を参照し
て説明する。

凝縮器２側の冷媒通路７において、今冷媒入口
１０からガス冷媒Yg（乾き度ｘ＝１〜0.7）が50
Kg／hrの流量で供給されるとすると、該冷媒通路
７内で凝縮が進行して乾き度ｘが低下してくる
が、第１の抵抗管１９ａを介して液冷媒y₁＝15
Kg／hrがバイパスされる結果、乾き度ｘ＝0.95〜
0.65を維持される。次に、第２の抵抗管１９ｂの
開口位置に至る間に凝縮が進行して乾き度ｘが低
下してくるが、抵抗管１９ｂを介して液冷媒y₂＝
10.5Kg／hrがバイパスされる結果、乾き度ｘ＝
0.95〜0.65を維持される。同様にして、第３の抵
抗管１９ｃを介して液冷媒y₃＝7.35Kg／hr、およ
び第４の抵抗管１９ｄを介して液冷媒y₄＝５Kg／
hrがバイパスされる結果、冷媒通路７全長に亘つ
て乾き度ｘ＝0.95〜0.65を維持されることとな
る。従つて、第５図に示すように冷媒側熱伝達率
αが最もよい範囲での使用となり、凝縮性能が大
巾に向上する。

一方、蒸発器４側の冷媒通路１４においては、
冷媒入口１７から液ガス混合冷媒（乾き度ｘ＝０
〜0.8）が流量11.65Kg／hrで供給される。すると
該冷媒通路１４内で蒸発が進行して乾き度ｘが１
に近くなるが、第４の抵抗管１９ｄから液冷媒y₄
＝５Kg／hrがバイパスされる結果、乾き度ｘ＝
0.6〜0.8を維持される。同様にして第３の抵抗管
１９ｃから液冷媒y₃＝7.35Kg／hr、第２の抵抗管
１９ｂから液冷媒y₂＝10.5Kg／hrおよび第１の抵
抗管１９ａから液冷媒y₁＝15Kg／hrがバイパスさ
れる結果、冷媒通路１４全長に亘つて乾き度ｘ＝
0.6〜0.8を維持されることとなる。従つて第６図
に示すように冷媒側熱伝達率αが最もよい範囲で
の使用となり、蒸発性能が大巾に向上する。

上記せる如く、熱交換装置Ａの熱交換性能は熱
貫流率で約20％向上する。

第３図および第４図は、本考案の実施例にかか
る熱交換装置Ａにおける凝縮器２および蒸発器４
の変形例をそれぞれ示している。

第３図の凝縮器２においては、外管５を円錐管
状となし且つ内管６を直管状となして、外管５と
内管６との間の環状空間部を冷媒通路７とする一
方、内管６内を冷却水通路８としている。そし
て、外管５の大径端部５ａ側に冷媒入口１０が設
けられる一方、外管５の小径端部５ｂ側に冷媒出
口１１が設けられている。

第４図の蒸発器４においては、外管１２を円錐
管状となし且つ内管１３を直管状となして、外管
１２と内管１３との間の環状空間部を冷媒通路１
４とする一方、内管１３内を被冷却水通路１５と
している。そして、外管１２の小径端部１２ａ側
に冷媒入口１７が設けられる一方、外管１２の大
径端部１２ｂ側に冷媒出口１８が設けられてい
る。

なお、本考案の熱交換装置は、図示の実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲において適宜設計変更可能なことは勿論であ
る。

続いて本考案の熱交換装置の効果を以下に列記
する。

即ち、本考案によれば、 (1) 二重管式凝縮器２の冷媒通路７と二重管式蒸
発器４の冷媒通路１４との間に、複数本の液冷
媒バイパス用の抵抗管１９ａ，１９ｂ……を介
設し、且つ該抵抗管１９ａ，１９ｂ……の冷媒
通路７側開口位置および液冷媒バイパス量を、
前記冷媒通路７全長に亘る冷媒の乾き度ｘが
0.65〜0.95の範囲となる如く決定する一方、前
記抵抗管１９ａ，１９ｂ……の冷媒通路１４側
開口位置を、該冷媒通路１４全長に亘る冷媒の
乾き度ｘが0.6〜0.8の範囲となる如く決定した
ので、凝縮器２、蒸発器４共冷媒側熱伝達率α
の最も良好な範囲での使用となり、熱交換効率
を熱貫通率で約20％向上せしめることができ
る。

(2) 凝縮器２の冷媒通路７を冷媒入口１０から冷
媒出口１１に向かつて流路断面積が漸次小さく
なるようにする一方、蒸発器４の冷媒通路１４
を冷媒入口１７から冷媒出口１８に向かつて流
路断面積が漸次大きくなるようにしたので、抵
抗管１９ａ，１９ｂ……を介して液冷媒をバイ
パスせしめることによる冷媒通路７における冷
媒流量の減少および冷媒通路１４における冷媒
流量の増大に伴う冷媒流速の低下および増大を
それぞれ防止して、冷媒流速の均一化を計り得
る、等の実用的な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例にかかる熱交換装置を
使用した冷凍装置の冷媒回路図、第２図は第１図
の熱交換装置における凝縮器と蒸発器との冷媒流
通状態を説明するための模式図、第３図および第
４図は第１図の熱交換装置における凝縮器および
蒸発器の変形例を示す断面図、第５図および第６
図は一般の二重管式熱交換器において凝縮時およ
び蒸発時における冷媒側熱伝達率αの変化を冷媒
乾き度ｘに対して描いたグラフである。２……凝縮器、４……蒸発器、｛７，１４｝…
…冷媒通路、｛１０，１７｝……冷媒入口、｛１
１，１８｝……冷媒出口、｛１９ａ，１９ｂ｝…
…抵抗管。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

冷媒入口１０から冷媒出口１１に向つて流路断
面積が漸次小さくなるように形成された冷媒通路
７を備えた二重管式凝縮器２と、冷媒入口１７か
ら冷媒出口１８に向つて流路断面積が漸次大きく
なるように形成された冷媒通路１４を備えた二重
管式蒸発器４とを併設するとともに、前記凝縮器
２側の冷媒通路７と前記蒸発器４側の冷媒通路１
４との間に、複数本の液冷媒バイパス用の抵抗管
１９ａ，１９ｂ……を介設し、且つ該抵抗管１９
ａ，１９ｂ……の冷媒通路７側開口位置および液
冷媒バイパス量を、前記冷媒通路７全長に亘る冷
媒の乾き度ｘが0.65〜0.95の範囲となる如く決定
する一方、前記抵抗管１９ａ，１９ｂ……の冷媒
通路１４側開口位置を、該冷媒通路１４全長に亘
る冷媒の乾き度ｘが0.6〜0.8の範囲となる如く決
定したことを特徴とする熱交換装置。