(57)【要約】【課題】本発明は、部分負荷時の伝熱面積が有効に活用されない点を改善し、過冷却機能を高めることで部分負荷効率を高めることができる凝縮器及びこれを用いた冷凍機を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の凝縮器は、内部に流れる冷却水を冷媒と熱交換させる伝熱管と、伝熱管を内包する凝縮器胴と、凝縮器胴の上方に配置され凝縮器胴の内部に冷媒を流入させる凝縮器冷媒入口と、凝縮器胴の下方に配置され凝縮器胴の外部に冷媒を排出する凝縮器冷媒出口と、を備え、伝熱管を長手方向に上下に傾かせて、伝熱管の一方を伝熱管の他方よりも高くなるように配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流れる冷却水を冷媒と熱交換させる伝熱管と、
前記伝熱管を内包する凝縮器胴と、
前記凝縮器胴の上方に配置され、前記凝縮器胴の内部に冷媒を流入させる凝縮器冷媒入口と、
前記凝縮器胴の下方に配置され、前記凝縮器胴の外部に冷媒を排出する凝縮器冷媒出口と、を備え、
前記伝熱管を長手方向に上下に傾かせて、前記伝熱管の一方を前記伝熱管の他方よりも高くなるように配置する凝縮器。
【請求項２】
請求項１において、前記伝熱管の一方の側に前記凝縮器冷媒入口を配置し、前記伝熱管の他方の側に前記凝縮器冷媒出口を配置する凝縮器。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記伝熱管と同方向に、前記凝縮器胴の底面を上下に傾かせて配置する凝縮器。
【請求項４】
請求項３において、前記伝熱管の他方の側から一方の側に向けて冷却水を前記伝熱管に流入させる凝縮器。
【請求項５】
冷媒の蒸発する蒸発器と、蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を凝縮する請求項１乃至４の何れかに記載の凝縮器と、凝縮した冷媒の圧力を減圧する膨張弁と、を備えた冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝縮器及びこれを備えた冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術においては、凝縮器の凝縮性能を高めるために、伝熱管における凝縮液膜の形成を抑制して、伝熱管が常に気相冷媒に触れるようにしている。例えば、特許文献１に記載の凝縮器では、伝熱管を水平に保つことで、伝熱管を伝う凝縮液膜の通過距離を最短として、凝縮した冷媒を下の伝熱管に垂れ落ちないようにする。また、特許文献２に記載の凝縮器では、水平方向一列の伝熱管毎の下に仕切り板を設けることで、凝縮した冷媒を下の伝熱管に垂れ落ちないようにする。
【０００３】
一方、凝縮器の伝熱面積は、仕様点に必要な面積によって定められるため、部分負荷時には、過剰な伝熱面積となる。この場合、従来技術では過剰となった伝熱面積は何も機能しないものとなる。近年では、より実際の運転に則した省エネ性能の評価指標として、使用頻度の高い状況となる部分負荷に重きを置いた期間効率が利用されており、部分負荷時にも伝熱面積を有効に使う手段が必要となる。しかしながら、特許文献１、２においては、部分負荷時の伝熱面積を有効に利用して、部分負荷に重きを置いた期間効率を向上させることについては考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６５６９５号公報
【特許文献２】特開２００７−３１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、部分負荷時の伝熱面積が有効に活用されない点を改善し、過冷却機能を高めることで部分負荷効率を高めることができる凝縮器及びこれを用いた冷凍機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の凝縮器は、内部に流れる冷却水を冷媒と熱交換させる伝熱管と、伝熱管を内包する凝縮器胴と、凝縮器胴の上方に配置され凝縮器胴の内部に冷媒を流入させる凝縮器冷媒入口と、凝縮器胴の下方に配置され凝縮器胴の外部に冷媒を排出する凝縮器冷媒出口と、を備え、伝熱管を長手方向に上下に傾かせて、伝熱管の一方を伝熱管の他方よりも高くなるように配置する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の凝縮器は、伝熱管を長手方向に上下に傾けて配置することにより、伝熱管上で液化した冷媒が下の伝熱管に垂れ落ちていく際に伝熱管に接する距離が長くるため、部分負荷時の過冷却効果を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】凝縮器の断面図
【図２】冷凍機の構成を示す図
【図３】凝縮器の断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施例の凝縮器は、内部に流れる冷却水を冷媒と熱交換させる伝熱管と、伝熱管を内包する凝縮器胴と、凝縮器胴の上方に配置され凝縮器胴の内部に冷媒を流入させる凝縮器冷媒入口と、凝縮器胴の下方に配置され凝縮器胴の外部に冷媒を排出する凝縮器冷媒出口と、を備え、伝熱管を長手方向に上下に傾かせて、伝熱管の一方を伝熱管の他方よりも高くなるように配置する。伝熱管を長手方向に上下に傾けて配置することにより、伝熱管上で液化した冷媒が下の伝熱管に垂れ落ちていく際に伝熱管に接する距離が長くなるため、部分負荷時の過冷却効果を増大させることができる。
【００１０】
本実施例の凝縮器を適用する冷凍機の冷凍サイクル装置について図2を用いて説明する。圧縮式冷凍機は、冷媒の蒸発を用いて冷水を作る蒸発器16、蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機17、冷媒を凝縮する凝縮器18、凝縮した冷媒を蒸発器に戻すために圧力を減圧する膨張弁19により構成される。蒸発器16で冷水24の熱を奪い気化した冷媒20は、圧縮機17に吸込まれて圧縮される。圧縮された冷媒21は、凝縮器18に流入し冷却水13によって冷却されて凝縮する。液化した冷媒22は、膨張弁19を経て減圧された冷媒23となり、蒸発器16に戻る。このような構成により冷凍サイクル装置が構成される。
【００１１】
本実施例の凝縮器について図1を用いて説明する。凝縮器18は、胴1、管板2、邪魔板3、伝熱管4、水室5、胴1を支えるサドル10を有する。ここで、伝熱管4を長手方向に上下に傾かせて配置し、伝熱管4の一方（図１では右側）を伝熱管4の他方（図１では左側）よりも上方に配置する。本実施例の凝縮器は、容器の外殻としてシェルを用い、伝熱面として伝熱管を用いるシェル＆チューブ熱交換器である。
【００１２】
冷媒ガス11が胴1に開口された冷媒入口12から凝縮器18内に流入し、邪魔板3により流れ方向を変え、内部に配列された伝熱管4により凝縮する。伝熱管内部は冷却水13が流れており、水室仕切り板9によって多パスを構成し、下側に冷却水の入口パスを配置し、上側に冷却水の出口パスを配置する。凝縮した冷媒は伝熱管4に凝縮液膜15を形成し、重力によって下へ垂れ落ちる。下に垂れ落ちた冷媒液は、更に下に配列された伝熱管4を伝う流れを繰り返し、最後に凝縮器下部へ溜まる。凝縮器下部に溜まる冷媒液14は、凝縮器下部を開きょの流れ形態で胴に開口された冷媒出口15に向かって流れる。
【００１３】
本実施例によれば、伝熱管4を長手方向に上下に傾けて配置することにより、伝熱管4上で液化した冷媒が下の伝熱管4に垂れ落ちていく際に伝熱管4に接する距離が長くるため、部分負荷時の過冷却効果を増大させることができる。尚、特許文献２（特開２００７−３１０１号公報）の図４には、伝熱管を長手方向に上下に傾けて配置しているように見える図を開示するが、特許文献２の記載、並びに、図４に記載の冷媒の流れ方向及び凝縮器底面に溜まる冷媒面から、図４の凝縮器は、伝熱管を長手方向に上下に傾けて配置するものではなく、単に図面自体が傾いて記載されたものであると考えられる。
【００１４】
また、本実施例においては、伝熱管を長手方向に上下に傾かせて、伝熱管の一方を伝熱管の他方よりも高くなるように配置するとともに、伝熱管の一方の側（伝熱管が高く位置する方の側）に凝縮器冷媒入口を配置し、伝熱管の他方の側（伝熱管が低く位置する方の側に）に凝縮器冷媒出口を配置する。このように凝縮器冷媒入口及び凝縮器冷媒出口を配置することで、凝縮器冷媒入口から流入した冷媒を、伝熱管表面の上方から下方に向けて重力方向に沿ってスムーズに流下させることができる。
【００１５】
さらに、本実施例においては、伝熱管を長手方向に上下に傾かせて、伝熱管の一方を伝熱管の他方よりも高くなるように配置するとともに、伝熱管と同方向に凝縮器胴の底面を上下に傾かせて配置する。凝縮器の底面を傾かせるため、開きょの流れを作るために必要な液面の傾斜が不要となり、サイクル内に必要とする冷媒封入量を減量することができる。また、伝熱管と同方向に凝縮器の底面を傾かせるため、伝熱管を含めた凝縮器をコンパクトに構成することができる。
【００１６】
さらに、本実施例においては、低く位置する側の伝熱管開口部から、冷却水を伝熱管に流入させる（伝熱管の他方の側（伝熱管が低く位置する側）から一方の側（伝熱管が高く位置する側）に向けて冷却水を伝熱管に流入させる）ことにより、凝縮器内で冷媒が溜まる位置を伝熱管の冷却水入口側にすることで、過冷却効果をより高めることができる。
【００１７】
尚、本実施例の凝縮器においては、伝熱管4及び凝縮器18底面の傾きを冷凍サイクルの状態に応じて可変することもできる。このように構成することで、伝熱管の凝縮に過剰な伝熱面積を過冷却に有効に用い、凝縮器底面に溜まる冷媒量を削減することができる。
【００１８】
図3は、凝縮器18（伝熱管4）を上下方向に傾かせて配置することなく、底面に傾きを持った底板24を設けた場合の実施例を示す。本実施例によれば、凝縮器底面全体に冷媒が溜まることなく冷媒を凝縮器冷媒出口に導くことができるので、凝縮器底面に溜まる冷媒量を減量できる。
【符号の説明】
【００１９】
１：凝縮器胴、２：凝縮器管板、３：邪魔板、４：伝熱管、５：冷媒凝縮液膜、６：水室、７：水室冷却水入口、８：水室冷却水出口、９：水室仕切り板、１０：サドル、１１：冷媒ガス、１２：凝縮器冷媒入口、１３：冷却水、１４：凝縮器下部に溜まる冷媒凝縮液、１５：凝縮器冷媒出口、１６：蒸発器、１７：圧縮機、１８：凝縮器、１９：膨張弁、２０：気化冷媒、２１：圧縮冷媒、２２：液化冷媒、２３：減圧冷媒、２４：底板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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