(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体状の冷媒が導入される容器と、該容器の中に配設された伝熱管群とを備え、前記伝熱管群を流通する冷却水と前記冷媒との間での熱交換によって該冷媒を凝縮、液化する冷凍機用凝縮器であって、
前記伝熱管群の配設域中に、この伝熱管群の配設域の上方部には存在しない形態で、上下方向に沿う１ないし複数の空間を形成し、
前記空間を介して前記液化された冷媒を排除するとともに、この空間によって前記伝熱管群内への気体状の冷媒の流入を促進するようにしたことを特徴とする冷凍機用凝縮器。
【請求項２】
気体状の冷媒が導入される容器と、該容器の中に配設された伝熱管群とを備え、前記伝熱管群を流通する冷却水と前記冷媒との間での熱交換によって該冷媒を凝縮、液化する冷凍機用凝縮器であって、前記伝熱管を等ピッチで配列させ、前記伝熱管群における下方区域の各伝熱管を前記冷却液の往路として用いるとともに、上方区域の各伝熱管を前記冷却液の復路として用い、前記上方区域を前記下方区域よりも狭く設定することによって、前記上方区域における伝熱管の配列数を前記下方区域における伝熱管の配列数よりも少なくしたことを特徴とする冷凍機用凝縮器。
【請求項３】
気体状の冷媒が導入される容器と、該容器の中に配設された伝熱管群とを備え、前記伝熱管群を流通する冷却水と前記冷媒との間での熱交換によって該冷媒を凝縮、液化する冷凍機用凝縮器であって、前記伝熱管群における下方区域の各伝熱管を前記冷却液の往路として用いるとともに、上方区域の各伝熱管を前記冷却液の復路として用い、前記上方区域の伝熱管の配列ピッチを前記下方区域の伝熱管の配列ピッチよりも大きく設定することによって、前記上方区域における伝熱管の配列数を前記下方区域における伝熱管の配列数よりも少なくしたことを特徴とする冷凍機用凝縮器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却水と気体状の冷媒との間で熱交換を行わせて、該冷媒を凝縮、液化する冷凍機用凝縮器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ビルのような大規模構造物においては、冷凍機で冷却した冷水を該構造物内に布設した配管を通じて循環させ、この配管を循環する冷水と上記構築物の各スペースの空気との間の熱交換によって該スペースの冷房を行うようにしている。
【０００３】
図７は、冷凍機に具備される凝縮器の一例を示している。この凝縮器では、気体状の冷媒が導入される円筒形の容器１の中に、冷却水を流通させる多数の伝熱管２が束状にかつ千鳥状に配列設置されている。
伝熱管２は、冷却水入口３に連通する往路側（１パス目側）の管と冷却水出口４に連通する復路（２パス目側）側の管とに別れている。冷却水入口３から流入した冷水は、容器１内を通り水室（図示略）に至って折り返し、再び容器１内を通って冷却水出口４から流出する。この過程において、図示していない圧縮機を介して容器１に導入された気体状の冷媒は、冷却水との間の熱交換によって冷却され、凝縮、液化される。なお、液化された冷媒は、図示していない蒸発器に供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記凝縮器では、容器１内に伝熱管２が密に配置されているので、凝縮液が容器１内に導入された冷媒蒸気の抗力によって移動し、そのため、伝熱管２群内に該凝縮液が集中して滞留する現象が発生する。この凝縮液が集中した部位においては、伝熱管２上の凝縮液の膜厚が大きくなって熱抵抗が増大する。そして、この熱抵抗の増大は、凝縮器の凝縮性能を低下させる。
【０００５】
本発明の課題は、このような状況に鑑み、伝熱管群内における凝縮液の集中を抑制して、凝縮性能を向上することができる冷凍機用凝縮器を提供することにある。
【０００６】
本発明は、気体状の冷媒が導入される容器と、該容器の中に配設された伝熱管群とを備え、前記伝熱管群を流通する冷却水と前記冷媒との間での熱交換によって該冷媒を凝縮、液化する冷凍機用凝縮器であって、前記伝熱管群の配設域中に、この伝熱管群の配設域の上方部には存在しない形態で、上下方向に沿う１ないし複数の空間を形成し、前記空間を介して前記液化された冷媒を排除するとともに、この空間によって前記伝熱管群内への気体状の冷媒の流入を促進するようにしている。
また、本発明は、気体状の冷媒が導入される容器と、該容器の中に配設された伝熱管群とを備え、前記伝熱管群を流通する冷却水と前記冷媒との間での熱交換によって該冷媒を凝縮、液化する冷凍機用凝縮器であって、前記伝熱管を等ピッチで配列させ、前記伝熱管群における下方区域の各伝熱管を前記冷却液の往路として用いるとともに、上方区域の各伝熱管を前記冷却液の復路として用い、前記上方区域を前記下方区域よりも狭く設定することによって、前記上方区域における伝熱管の配列数を前記下方区域における伝熱管の配列数よりも少なくしている。
さらに、本発明は、気体状の冷媒が導入される容器と、該容器の中に配設された伝熱管群とを備え、前記伝熱管群を流通する冷却水と前記冷媒との間での熱交換によって該冷媒を凝縮、液化する冷凍機用凝縮器であって、前記伝熱管群における下方区域の各伝熱管を前記冷却液の往路として用いるとともに、上方区域の各伝熱管を前記冷却液の復路として用い、前記上方区域の伝熱管の配列ピッチを前記下方区域の伝熱管の配列ピッチよりも大きく設定することによって、前記上方区域における伝熱管の配列数を前記下方区域における伝熱管の配列数よりも少なくしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る冷凍機用凝縮器の実施形態について説明する。
図１は、冷凍機の概略構成を示している。この冷凍機は、冷却水と気体状の冷媒との間で熱交換を行わせて冷媒を凝縮、液化する凝縮器１０と、凝縮された冷媒を減圧する膨張弁１１と、凝縮された冷媒と冷水（被冷却物）との間で熱交換を行わせて該冷水を冷却する蒸発器１２と、蒸発器１２で蒸発、気化した冷媒を圧縮した後に上記凝縮器１０に供給する圧縮機１３とを備えている。なお、上記蒸発器１２において冷却された冷水は、ビルの空調等に利用される。
【０００８】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。この図２に示すように、凝縮器１０は、気体状の冷媒が導入される円筒形の容器１４と、この容器１４の中に束状に配設した多数の伝熱管１５とを備えている。
伝熱管１５は、冷却水を流通させるものであり、容器１４の長手方向（図２の紙面に垂直な方向）に沿って配設されている。伝熱管１５は、図１に示す冷却水入口１６に連通する往路側のものと、冷却水出口１７に連通する復路側のものとに別れており、冷却水入口１６に連通する伝熱管１５での冷却水の流通方向と冷却水出口１７に連通する伝熱管１５での冷却水の流通方向とでは冷却水の流れる方向が異なる。
【０００９】
図２に示すように、この実施形態に係る凝縮器１０は、容器１４内の中央部に伝熱管１５群の配設域を上下方向（鉛直方向）に貫通する空間１８を形成し、この空間１８によって伝熱管１５群を左右に分離させている。なお、上記空間１８は、本来はそこに配列する伝熱管１５を抜いて形成したものであるから、以下、抜き列という。
【００１０】
この実施形態に係る凝縮器１０によれば、容器１４の中央部に設けた抜き列１８によってこの中央部における凝縮液（冷媒液）の集中、滞留が防止されるので、凝縮性能の向上を図ることができる。
また、抜き列１８により伝熱管１５群への気体状の冷媒の供給を促進して凝縮性能の向上を図ることができる。
【００１１】
上記凝縮器１０では、１つの抜き列１８を設けているが、２以上の抜き列を所定の間隔で上下方向に配列形成することも可能である（図示せず）。この場合、例えば、伝熱管１５が１０列配列する毎に伝熱管１５の１〜３列分の幅を有した抜き列を形成することが望ましい。
このように、複数の抜き列を設ければ、凝縮液の集中部分がより減少するので、伝熱性能が一層向上する。また、伝熱管１５群への気体状の冷媒の供給が促進されて伝熱性能が一層向上する。
【００１２】
図３は、伝熱管１５群の配設域の下端から該域の上方部に至る３個の抜き列１９を形成した本発明の他の実施形態を示している。伝熱管１５群の上方部は、その下方部に比して上から落下してくる凝縮液（冷媒液）の滞留量が少ない。そこで、この実施形態のように、伝熱管１５群の上方部に抜き列が存在しない構成を採用しても何ら問題を生じない。
この実施形態によれば、伝熱管１５の配列本数の減少を可及的に抑制することができるという効果が得られる。
なお、抜き列１９の上端位置は、その上方に少なくとも伝熱管１５が２段以上存在するように設定することが望ましい。もちろん、この実施形態においても、抜き列１９の形成数を３よりも少なく、あるいは３よりも多く設定することができる。
【００１３】
図４は、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態の凝縮器１０は、容器１４の左方内周面中央部および右方内周面中央部に、容器１４の長手方向（図４の紙面に垂直な方向）に沿う多孔板２０を水平に突設した構成を有する。
この凝縮器１０によれば、容器１４の内側周面に沿って流通する冷媒蒸気の一部が、多孔板２０の案内作用で伝熱管１５群の中央側に送り込まれるので、この冷媒蒸気の流れによって凝縮液の液捌けが促進される。この結果、凝縮液の集中が緩和されて、換言すれば、伝熱管１５上の液膜が薄くなって、伝熱性能が向上することになる。  なお、上記多孔板２０を図２および図３に示す容器１４に付加することも可能である。
【００１４】
図５は、本発明のさらに別の実施形態を示している。この実施形態に係る凝縮器１０は、図１に示す冷却水入口１６に接続される１パス目（下段）の伝熱管１５の配列本数を増加するとともに、図１に示す冷却水出口１７に接続される２パス目（上段）の伝熱管１５の配列本数を減少した構成を有する。
すなわち、各伝熱管１５を等ピッチで配列させ、上記２パス目の各伝熱管１５を配設する上方区域を上記１パス目の各伝熱管１５を配設する下方区域よりも狭く設定することによって、前記上方区域における伝熱管の配列数を減らすとともに、前記下方区域における伝熱管の配列数を増加している。
【００１５】
この凝縮器１０によれば、容器１４の上下方向中央（伝熱管１５群の配設域の上下方向中央）よりも上に位置された上部の伝熱管１５群における冷媒蒸気の凝縮量が少なくなるので、冷却水との温度差が大きくて熱交換量の多い下部の伝熱管１５群、つまり、上記上下方向中央よりも下に位置された伝熱管１５群に落下する冷媒液（凝縮液）が減少する。
したがって、上記下部の伝熱管１５群の伝熱性能の低下が抑制され、結果的に伝熱管１５群全体の伝熱性能が向上することになる。
【００１６】
図６は、本発明の別の実施形態を示している。この実施形態に係る凝縮器１０は、図１に示す冷却水出口１７に接続される２パス目（上段）の伝熱管１５の配列ピッチを大きく設定（通常のピッチの１．１〜３倍）して、この２パス目の伝熱管１５の配置本数を実質的に減少させた構成を有する。
【００１７】
この凝縮器１０によれば、２パス目の伝熱管１５群の配列本数が少ないので、該管１５群における冷媒蒸気の凝縮量が少なくなる。したがって、１パス目の下部伝熱管１５群に落下する冷媒液（凝縮液）が減少して、この下部伝熱管１５群の伝熱性能低下が抑制され、結果的に伝熱管１５群全体の伝熱性能が向上することになる。
【００１８】
なお、上記の各実施形態では、伝熱管１５を千鳥状に配列させているが、本発明は、この伝熱管１５を格子状に配列させた場合にも有効に適用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の冷凍機用凝縮器によれば、伝熱管群の配設域中に上下方向に沿う１ないし複数の空間を形成しているので、この空間を介して液化冷媒が排除されて凝縮性能が向上する。
また、本発明の冷凍機用凝縮器によれば、容器の側部内周面に、この内周面に沿って流れる気体状の冷媒を伝熱管群中に案内する多孔板を配設している。したがって、伝熱管１５群中に送り込まれる冷媒蒸気の流れによって凝縮液の液捌けが促進され、その結果、凝縮液の集中が緩和されて伝熱性能が向上する。
更に、本発明の冷凍機用凝縮器によれば、各伝熱管を等ピッチで配列させ、冷却液の復路として用いる上方区域の伝熱管の配列数を冷却液の往路として用いる下方区域の伝熱管の配列数よりも少なく設定するようにしている。したがって、上方区域の伝熱管における冷媒蒸気の凝縮量が少なくなって、冷却水との温度差が大きくて熱交換量の多い下方区域の伝熱管に落下する冷媒液（凝縮液）が減少することになるので、結果的に伝熱管群全体の伝熱性能が向上する。
更にまた、本発明の冷凍機用凝縮器によれば、冷却液の復路として用いる上方区域の伝熱管の配列ピッチを冷却液の往路として用いる下方区域の伝熱管の配列ピッチよりも大きく設定するようにしている。したがって、下方区域の伝熱管に落下する冷媒液（凝縮液）が減少して伝熱性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る凝縮器が適用される冷凍機の概略構成を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す概略断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す概略断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す概略断面図。
【図５】本発明の第４の実施形態を示す概略断面図。
【図６】本発明の第５の実施形態を示す概略断面図。
【図７】従来の凝縮器の概略断面図。
【符号の説明】
１０  凝縮器
１２  蒸発器
１３  圧縮機
１４  容器
１５  伝熱管
１６  冷却水入口
１７    冷却水出口
１８，１９  空間
２０  多孔板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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