(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィンが形成されていない両端部のランド部を介して筒状のシェルの両端部の管板に固着され、このランド部から不完全フィン部を経て完全フィン部に至るフィン管であって、且つスプレーで噴霧する冷媒と熱交換して形成される過冷却水が流通するフィン管を用いた冷媒スプレー式シェル・アンド・チューブ形の過冷却器において、
シェルの内部で不完全フィン部に冷媒がかからないようにこの不完全フィン部を覆ったことを特徴とする過冷却器。
【請求項２】
フィンが形成されていない両端部のランド部を介して筒状のシェルの両端部の管板に固着され、このランド部から不完全フィン部を経て完全フィン部に至るフィン管であって、且つスプレーで噴霧する冷媒と熱交換して形成される過冷却水が流通するフィン管を用いた冷媒スプレー式シェル・アンド・チューブ形の過冷却器において、
シェルの内部で不完全フィン部に冷媒がかからないようにこの不完全フィン部をランド部とともに管板のランド部の取付け孔内に占位させたことを特徴とする過冷却器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は過冷却器に関し、特に冷媒スプレー式シェル・アンド・チューブ形の氷蓄熱用の過冷却器に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
夜間余剰電力の有効利用を図るシステムの一種としてダイナミック氷蓄熱システムが提案されている。このシステムは、夜間電力を使い冷水を冷凍機で−１．０℃〜−３．０℃程度まで過冷却し、このようにしてできた過冷却水に衝撃を与えて氷蓄熱槽でシャーベット状の氷に変化させることにより氷蓄熱槽に蓄熱するとともに、このようにしてできた氷を解氷して昼間の空調運転に使用するシステムである。
【０００３】
図２は上記ダイナミック氷蓄熱システムに適用する冷凍機の一例を示す系統図である。同図に示すように、圧縮機１で圧縮して得る冷媒ガスは凝縮器２で凝縮して冷媒液となり、膨張弁３を介して蒸発器４に至る。冷媒液はこの蒸発器４で冷水と熱交換することにより蒸発して圧縮機１に戻る。上記ダイナミック氷蓄熱システムにおいては蒸発器４が過冷却水を作る過冷却器５として機能する。すなわち、過冷却器５はその入口側から供給される０．８℃〜０℃程度の冷水を冷却し、その出口側から−１．０℃〜−３．０℃程度の過冷却水として氷蓄熱槽（図示せず）に向けて排出する。ここで過冷却器５は一般に、冷媒スプレー式シェル・アンド・チューブ形のものが用いられる。この冷媒スプレー式シェル・アンド・チューブ形の過冷却器５とは、冷水を流通させるように円筒状のシェル６内にその軸方向に亘り水平に配設された多数の伝熱管７と、各伝熱管７に向けて冷媒液を噴霧するようにシェル６内の上部に配設したスプレー８とを有しており、冷媒ポンプ９で汲み上げた冷媒液をスプレー８で伝熱管７に向けて噴霧することにより伝熱管７を流通する冷水を冷却するようにしたものである。伝熱管７に向けて噴霧した冷媒液はシェル６の下面に固着した液溜め１０に貯溜され、冷媒ポンプ９に汲み上げられて循環する。
【０００４】
図３は従来技術に係る過冷却器５の端部を抽出して示す縦断面図である。同図に示すように、この過冷却器５はシェル６の両端面を管板１１で閉塞してなり、伝熱管７はその端部を管板１１の孔に固着してある。この場合の伝熱管７にはベア管（単なる円筒管）を用いている。このベア管は管端部及びその近傍部分の肉厚が薄くならず十分な強度を確保し易いからである。ところが、ベア管であっても必要強度を満たすためには管径が小さく、肉厚が大きく、強度の大きい材料で形成する必要がある。したがってかかるベア管は管外伝熱面積が小さく熱伝導度が然程大きくはないので、所定の熱交換効率を得るためには本数を多くせざるを得ず、また可及的に強度の大きい高価な管を使用せざるを得なかった。このため、ベア管で構成した伝熱管７を用いる過冷却器５は、重量が大きくなるばかりでなく高価であるという欠点を有している。
【０００５】
上述の如くベア管を用いた場合の問題点は伝熱管７にフィン管を用いることができればその殆どが解決される。伝熱管７の熱伝導度はその外表面での伝熱係数に支配されるところ、フィン管はフィンにより伝熱面積を大きくすることができるため、その分本数を減少させることができるからである。
【０００６】
ところで、フィン管には絞り加工によりこれを形成する種類のものがあり、この場合のフィン管は、それぞれ同一外径のランド部、不完全フィン部及び完全フィン部からなる。ここでランド部とは、その両端部に形成された通常の円筒管（ベア管）の部分であり、このランド部を拡管することにより管板１１に固着するようになっている。また不完全フィン部とは、ランド部から完全フィン部に至る過渡部に不可避的に形成される部分である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如きフィン管を管板１１に固着した場合の態様を図４に示す。同図に示すように、フィン管１２はそのランド部１２ａを拡管することにより管板１１に固着する。このためフィン管１２では、完全フィン部１２ｃと比較するとランド部１２ａと不完全フィン部１２ｂの肉厚は薄くなる。この結果完全フィン部１２ｃでは過冷却水の凍結による体積膨張に対する十分な耐破壊強度を持ち得るが、不完全フィン部１２ｂでは凍結時の耐破壊強度が不足し、この部分で凍結時のフィン管１２の破損を生起するという新たな問題が発生する。因みに、フィン管１２の一方の端部（出口側端部）では過冷却水が流れており、何らかの衝撃が加わることによってこの過冷却水が容易に凍結する。このような凍結を生起した場合にはフィン管１２に対して大きな破壊強度をもつに至る。この破壊強度は氷結温度が低ければ低い程大きくなる。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、フィン管を用いた場合でも凍結時の十分な耐破壊強度を確保することができる過冷却器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、
フィンが形成されていない両端部のランド部を介して筒状のシェルの両端部の管板に固着され、このランド部から不完全フィン部を経て完全フィン部に至るフィン管であって、且つスプレーで噴霧する冷媒と熱交換して形成される過冷却水が流通するフィン管を用いた冷媒スプレー式シェル・アンド・チューブ形の過冷却器において、
シェルの内部で不完全フィン部に冷媒がかからないようにこの不完全フィン部を覆ったことを特徴とする。
【００１０】
また、フィンが形成されていない両端部のランド部を介して筒状のシェルの両端部の管板に固着され、このランド部から不完全フィン部を経て完全フィン部に至るフィン管であって、且つスプレーで噴霧する冷媒と熱交換して形成される過冷却水が流通するフィン管を用いた冷媒スプレー式シェル・アンド・チューブ形の過冷却器において、
シェルの内部で不完全フィン部に冷媒がかからないようにこの不完全フィン部をランド部とともに管板のランド部の取付け孔内に占位させたことを特徴とする。
【００１１】
上述の如き本発明によれば、肉厚が薄い不完全フィン部には冷媒がかかることはないのでこの部分で冷媒液の蒸発は起こらず、伝熱はされない。したがってこの部分で過冷却水の凍結を生起して破壊に至るということもない。
【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き詳細に説明する。
【００１２】
図１は本願発明の実施の形態に係る過冷却器を示す断面図である。同図に示すように、本形態に係る過冷却器は、冷水が流れる伝熱管であるフィン管１２にスプレー８により冷媒を噴霧して過冷却水を作る冷媒スプレー式シェル・アンド・チューブ形の過冷却器である。フィン管１２は、図４に示すものと全く同様のものであり、それぞれ同一外径のランド部１２ａ、不完全フィン部１２ｂ及び完全フィン部１２ｃを有しており、そのランド部１２ａを拡管することにより管板１１に固着してある。
【００１３】
管板１１の内面には液滴分離板１３が固着してある。この液滴分離板１３は円筒状部材である囲繞部１３ａ及びこの囲繞部１３ａの端部に固着した平板部１３ｂからなり、囲繞部１３ａでフィン管１２の不完全フィン部１２ｂの全体の周囲を囲繞するとともに、平板部１３ｂに設けた孔をフィン管１２が貫通するように構成してある。かくして不完全フィン部１２ｂは液滴分離板１３によりスプレー８で噴霧する冷媒がかからないように覆われている。
【００１４】
かかる本形態によれば不完全フィン部１２ｂにおける冷媒の蒸発を防止でき、したがってこの部分で凍結をおこして当該フィン管１２の凍結破壊に至るという事故を未然に防止し得る。凍結破壊は初期凍結の発生した部位にさらに伝熱が進み、温度が低下することにより生起されるからである。
【００１５】
同様の作用・効果は、管板１１の厚さが厚く、且つ不完全フィン部１２ｂの長さが短い場合には液滴分離板１３を設けなくても得ることができる。つまり、管板１１に設けたフィン管１２の固着のための孔の軸方向の長さが、フィン管１２のランド部１２ａと不完全フィン部１２ｂとの長さの和よりも大であれば不完全フィン部１２ｂは管板１１の孔内に占位することとなり冷媒がかからないように覆合される。したがってこのように構成しても良い。
【００１６】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに詳細に説明した通り、本発明によればフィン管の機械的強度が劣る不完全フィン部には噴霧した冷媒がかからず、したがってこの部分では冷媒の蒸発が起こらないようにしたので、凍結破壊を未然に防止し得る。このため汎用品であるフィン管を用いて過冷却器を構成することができ、従来に較べ伝熱管の数を大幅に低減することができるので、小型・軽量化を達成し得るばかりてなく、コストの低廉化も図り得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の主要部を抽出して示す部分断面図。
【図２】ダイナミック氷蓄熱システムに適用する冷凍機の一例を示す系統図。
【図３】従来技術に係る過冷却器の端部を抽出して示す縦断面図。
【図４】図３と同形式の過冷却器において伝熱管としてフィン管を用いた場合の従来技術を示す縦断面図。
【符号の説明】
５      過冷却器
６      シェル
７      伝熱管
８      スプレー
１１      管板
１２      フィン管
１２ａ    ランド部
１２ｂ    不完全フィン部
１２ｃ    完全フィン部
１３      液滴分離板
【図１】
0003631876.tif 000002
【図２】
0003631876.tif 000003
【図３】
0003631876.tif 000004
【図４】
0003631876.tif 000005