(57)【要約】【課題】凝縮器と過冷却器の部屋を区分することによって凝縮器の胴部径を小さくし，かつ過冷却に優れた凝縮器と過冷却器からなる熱交換器を提供する。【解決手段】缶体の１内部に冷媒が凝縮されるための伝熱管２を配置したシェルアンドチューブタイプの凝縮器と、前記冷媒を過冷却するための伝熱管４が配置された過冷却器であって、前記凝縮器の一部と前記過冷却器の一部が壁を共有し、前記共有壁の一端側において凝縮された液冷媒が流れる連通部３を備えていることを特徴とする。また、過冷却器の内部を複数の区画に仕切る仕切板を設けると共に、前記仕切板に複数の区画の間で液冷媒が流れる連通部を設け、さらに液冷媒が流れる流路に複数の邪魔板を設けたことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
缶体の内部に冷媒が凝縮されるための伝熱管を配置したシェルアンドチューブタイプの凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された液冷媒を過冷却するための伝熱管が配置された過冷却器を備え、前記凝縮器の一部と前記過冷却器の一部が壁を共有するように両者を接合し、前記共有壁の一端側に前記液冷媒が流れる連通部を備えていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、前記凝縮器と過冷却器がそれぞれ壁の一部を共有するように前記過冷却器が凝縮器の外側壁面に溶接により接合されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器において、前記過冷却器の内部を複数の区画に仕切る仕切板を設けると共に、前記仕切板に複数の区画の間で液冷媒が流れる連通部を設け、さらに液冷媒が流れる流路に複数の邪魔板を設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の熱交換器を備えたことを特徴とする冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器及び過冷却器を備える熱交換器、および熱交換器を備える冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮式冷凍サイクルの凝縮器で凝縮された冷媒を過冷却する過冷却器として、凝縮器のケース内部に凝縮器と共に、凝縮された冷媒を過冷却する過冷却器が設けられているものがある。その一例として特開平８−２３３４０８があり、シェルアンドチューブ式熱交換器内の上部に凝縮用の伝熱管と、その下部に過冷却用の伝熱管を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２３３４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、熱交換器本体内部に凝縮用の伝熱管と、過冷却用の伝熱管とを配置しているため、熱交換器自身の胴部の直径を大きくする必要があった。また、熱交換器胴内で凝縮器と過冷却器を区分する仕切り板や過冷却器の伝熱管を設置する必要があり、狭い空間での溶接作業など組立作業性に問題がある。さらに過冷却器内において、凝縮器で凝縮された液冷媒の流れが、伝熱管の一端側から他端側に流れる１パスだったため液冷媒と伝熱管の接触時間が短く、接触面積も小さく、過冷却性能があまり上がらないという欠点がある。
【０００５】
この欠点を改善する為に、過冷却器内を区分する仕切り板を設置して、上記接触時間を長くすることが考えられるが、胴内の狭い空間できちんと流路を区分するように仕切り板を設置する作業は困難である。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、凝縮器と過冷却器を含む熱交換器の胴径を小さくして、冷凍機全体のコンパクト化を図るとともに、凝縮器と過冷却器の組立が容易な構造の熱交換器及びこれを用いた冷凍機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明は、缶体内部に冷媒が凝縮されるための伝熱管を配置したシェルアンドチューブタイプの凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された液冷媒を過冷却するための伝熱管が配置された過冷却器を備え、前記凝縮器の一部と前記過冷却器の一部が壁を共有するように両者を接合し、前記共有壁の一端側に前記液冷媒が流れる連通部を備えていることを特徴とする。
【０００８】
また、上記に記載の熱交換器において、前記凝縮器と過冷却器がそれぞれ壁の一部を共有するように前記過冷却器が凝縮器の外側壁面に溶接により接合されたことを特徴とする。
【０００９】
また、上記に記載の熱交換器において、前記過冷却器の内部を複数の区画に仕切る仕切板を設けると共に、前記仕切板に複数の区画の間で液冷媒が流れる連通部を設け、さらに液冷媒が流れる流路に複数の邪魔板を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、凝縮器の熱交換器胴の外に共通壁を介して過冷却器を配置したので、熱交換器の自体の胴部径を小さくすることができ、冷凍機全体もコンパクトに配置することができる。凝縮器の熱交換器胴の外側外壁の一部を共有するように過冷却器を配置構成したので、凝縮器と過冷却器の間の仕切り板を設置することなく容易に組立てることができる。また、過冷却器内部の液冷媒の伝熱管との接触時間・接触面積を増加できるので、伝熱性能を向上させ過冷却性能をたかめることができる。冷媒の流速を増大して伝熱性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１の凝縮器と過冷却器の一部切欠いて示す斜視図である。
【図２】同じく実施例１の凝縮器と過冷却器の横断面図である。
【図３】同じく実施例１の凝縮器と過冷却器の縦断面図である。
【図４】本発明の実施例２の凝縮器と過冷却器の一部切欠いて示す斜視図である。
【図５】同じく実施例２の凝縮器と過冷却器の横断面図である。
【図６】本発明実施例の熱交換器を用いた冷凍機の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の各実施例について図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の凝縮器と過冷却器の一部を切欠いて示す断面斜視図である。この凝縮器と過冷却器の基本構造は、缶体の凝縮器１、凝縮用の伝熱管２、過冷却器５、過冷却用の伝熱管４からなる。凝縮器１は円筒を呈する横型のシェルであり、シェルの上方に高圧ガス冷媒の取入口１２が、シェルの下部には長手方向の一端側に液冷媒の流出口３が設けられている。シェル内には長手方向に沿って平行に複数の伝熱管２が配置され、この伝熱管２によって取入口１２から取込まれた高圧ガス冷媒を凝縮させて液冷媒とし、この液冷媒が流出口３から下方に流出させて過冷却器に送り込むようにしている。
【００１３】
過冷却器５は、凝縮器１のシェルの長手方向に沿って下部に配置される。具体的には、過冷却器５は、シェルの一部の下方の壁と、該シェルの一部の下方の壁との間に閉塞された空間を形成するように対向して配置される空間画成部材５ａとで構成され、内部に複数の伝熱管４が配置されている。また、過冷却器５は、流出口３から取込まれた液媒体を伝熱管４により過冷却し、過冷却した液冷媒を排出するための連通部６を、シェルの長手方向の流出口３とは反対側の側面に備える。なお、空間画成部材５ａは、板材を曲げ加工することにより形成される。
【００１４】
ここで、取入口１２には圧縮機（後述）から吐出した高圧ガス冷媒を導き、連通部６からは過冷却された液冷媒を膨張器（後述）に送り出し、膨張器の下流側には蒸発器（後述）が接続されて、圧縮、凝縮、膨張、蒸発を繰返す冷凍サイクルを構成している。
【００１５】
図２は本実施例の凝縮器と過冷却器の横断面図である。図２で、過冷却器５は、凝縮器１の一部のシェルの下方の外壁と空間画成部材５ａの接する両側の部分５ｂが、外側からの溶接により一体接合されることにより一つの圧力容器となり、凝縮器１の一部の下方の壁が、凝縮器１と過冷却器５共有壁となっている。なお、この場合の溶接は、図2から明らかなように凝縮器１と過冷却器５の外側からの溶接作業となり、作業が容易で、溶接品質も向上させることができる。
【００１６】
図３は、本実施例の凝縮器と過冷却器の縦断面図である。図３において、２０は、凝縮器１と過冷却器５の両端の開口部分を塞ぐ管板であり、外側からの溶接により凝縮器１と過冷却器５の両端に溶接で接合されている。また、管板２０には上記伝熱管２と４の両端が貫通するように伝熱管２と４を拡管することにより接合し、この左右の管板２０を介して、凝縮器１のシェルの内部に凝縮用の複数の伝熱管２が配置されると共に、過冷却器５の内部に過冷却用の複数の伝熱管４が配置される。さらに、一方の管板２０の外側には仕切り板２２付の水室ケース２１がボルト締めあるいは溶接で接合され、他方の管板の外側には仕切りなしのリターン用水室ケース２３がボルト締めあるいは溶接で接合されている。上記管板２０及び水室ケース２１、２３の接合は全て外側から作業できるので、作業が容易で、品質も向上させることができる。
【００１７】
上記のように構成することにより、管板２０、水室ケース２１及び仕切り板２２で構成される下方の水室２１ａと、管板２０と水室ケース２３で構成されるリターン用の水室２３ａとが、凝縮用の伝熱管２の一部と過冷却用の伝熱管４で連通され、管板２０、水室ケース２１及び仕切り板２２で構成される上方の水室２１ｂと、上記水室２３ａとが凝縮用の伝熱管２で連通される。図３において、水室２１ａに冷却水が注入されると、冷却水が凝縮用の伝熱管２の一部と過冷却用の伝熱管４全てを通じて水室２３ａに流れ込み、ここで矢印のようにリターンして伝熱管４を通じて水室２２ａに流れ込む。すなわち、冷却水を１往復の２パスにわたり流れる。
【００１８】
冷却水は、伝熱管４、伝熱管２の順番で流れるので、伝熱管４が伝熱管２より低い温度に保たれる。なお、冷却水は外部の熱源から供給される冷却水で、ガス冷媒を凝縮するためと、凝縮された液冷媒を過冷却するために用いられる。
【００１９】
図３では、過冷却用の伝熱管４と凝縮用の伝熱管２の一部が冷却水の１パス目に通水する構造となっているが、仕切り板２２を管板２０を介して凝縮用の伝熱管２と過冷却用の伝熱管４を区分するように破線で示すように配置し、過冷却用の伝熱管４のみを冷却水１パス目に通水しても良い。また、リターン用の水室２３ａにも仕切り板を配置し、冷却水を３パスまたは４パスになるように構成しても良い。
【００２０】
上記構成において、圧縮機（後述）から吐出した高圧ガス冷媒は、取入口１２から凝縮器１内に取込まれると、高圧ガス冷媒は、凝縮器１内の伝熱管２に接触して凝縮されて液冷媒となる。凝縮により液状となった冷媒は凝縮器１の下部の流出口３から過冷却器５に流出する。液冷媒は過冷却器５内で伝熱管４に接触して更に冷却され、過冷却器５の側面に配置された連通口６から排出される。ここで、液冷媒は上記流出口３から入り込んだ後、流出口３とは反対側に設けられた上記連通口６までの流路を、伝熱管４に長い時間接触しながら流れるので、効果的に過冷却される。
【００２１】
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２の凝縮器と過冷却器の一部を切欠いて示す斜視図である。図５は、本実施例２の凝縮器と過冷却器の縦断面図である。この凝縮器と過冷却器の基本構造は、缶体の凝縮器１、凝縮用の伝熱管２、過冷却器５、過冷却用の伝熱管４からなる。そして、過冷却器５の構造が実施例１のものとは異なる。
【００２２】
図４、図５において、凝縮器１は円筒を呈する横型のシェルであり、シェルの上方に高圧ガス冷媒の取入口１２が、シェルの下部には長手方向の一端側に液冷媒の流出口３が設けられている。シェル内には長手方向に沿って平行に複数の伝熱管２が配置され、この伝熱管２によって取入口１２から取込まれた高圧ガス冷媒を凝縮させて液冷媒とし、この液冷媒が流出口３から下方に流出させて過冷却器５に送り込むようにしている。
【００２３】
過冷却器５は、凝縮器１のシェルの長手方向に沿って下部に配置される。具体的には、過冷却器５は、シェルの一部の下方の壁と、該シェルの一部の下方の壁との間に閉塞された空間を形成するように対向して配置される空間画成部材５ａとで構成される。空間画成部材５ａは、前記空間を複数（図面では２つ）に区分するための仕切り板７が配置され、この仕切り板はシェルの長手方向に平行に配置されている。また、空間画成部材５ａは、幅方向に分割される二つの分割部材１０、１１を備えて構成される。上記空間は、凝縮器１の一部のシェルの下方の外壁と、分割部材１０及び１１の接する部分１０ｂ、１１ｂとを、外側からの溶接により一体接合して一つの圧力容器として構成され、シェルの下方の壁が、凝縮器１と過冷却器５の共有壁となっている。２つに区分された各区画１０ａ、１１ａには、シェルの長手方向に沿って複数の伝熱管４が配置されている。また、上記流出口３は、液冷媒が分割部材１０とシェルの下部と仕切り板７で囲まれた区画１０ａに流れ込むように、シェルの下部に設けられている。
【００２４】
また、２つに区分された各区画１０ａ、１１ａには、複数の伝熱管４を固定するための邪魔板８がシェルの長手方向に直交するように設けられている。この邪魔板８は、凝縮器１から流れ込んだ液冷媒を蛇行させ，過冷却性能を向上させる役割も備えている。さらに、２つに区分された各区画１０ａ、１１ａの間を液冷媒が折り返して流れるように、仕切り板７のシェルの長手方向の流出口３とは反対側に連通口９を備える。そして、区画１０ａから１１ａに流れた液冷媒を、過冷却器５から排出するための連通部６を、分割部材１１のシェルの長手方向の連通口９と反対側（流出口３と同じ側）の側面に備える。
【００２５】
上記構成において、圧縮機（後述）から吐出した高圧ガス冷媒は、取入口１２から凝縮器１内に取込まれると、高圧ガス冷媒は、凝縮器１内の伝熱管２に接触して凝縮されて液冷媒となる。凝縮により液状となった冷媒は凝縮器１の下部の流出口３から過冷却器５に流出する。液冷媒は、流出口３から過冷却器５の区画（流路）１０ａに流れ、この区画１０ａ内で伝熱管４に接触して冷却されながら、仕切り板７の連通口９を通じて区画（流路）１１ａに折り返して流れ、この区画１１ａ内で伝熱管４に接触して冷却されながら、過冷却器５の側面に配置された連通口６から排出される。なお、液冷媒は、流出口３から過冷却器５の区画１０ａ、１１ａの流路を流れる際に、邪魔板８を蛇行しながら流れる。
【００２６】
本実施例２では、上記のように過冷却器５に仕切り板７と邪魔板８を設けることにより、液冷媒が伝熱管４に長い時間接触しながら流れるので、効果的に過冷却される。また、過冷却器内に仕切り板７を設けることにより、過冷却器内の液冷媒が通る流路が狭くなり，結果的に液冷媒の流速が増加し、性能の高い過冷却器を提供することができる。
【００２７】
本実施例の構成の組立て方を説明すると、まず凝縮器１のシェルを配置し、仕切り板７をシェルの下方の壁に溶接する。次いで仕切り板７に邪魔板８を溶接し、同じく分割部材１０及び分割部材１１にも邪魔板８を溶接する。シェルと邪魔板付きの仕切り板７に対し、邪魔板付きの分割部材１０と１１を外側から挿入し、シェルの一部外壁と分割部材１０、１１の接合部、及び仕切り板７と分割部材１０、１１の接合部を外側から溶接する。なお、伝熱管２および４は後から熱交換器へ挿入され、管板２０付近で伝熱管を拡管して接合されるものとする。本溶接は全て外側からの溶接となり作業が容易で、溶接の品質も向上させることができる。
【００２８】
以上説明した実施例１及び実施例２においては凝縮器の外壁面に配置する過冷却器の空間画成部材を平面と組み合わせた角型に形成しているが、丸型あるいは楕円形の壁面で構成しても良い。このようにすることにより、圧力に対して強度が増し壁面の板厚を薄くできるという効果がある。
【００２９】
図６は、本発明実施例の熱交換器を用いた冷凍機の構成図である。本冷凍機では、前記実施例２を熱交換器として用い、前記実施例と同一符号は同一部分を示す。３１は冷凍サイクルの冷媒を圧縮する圧縮機で、吐出した高圧ガス冷媒を凝縮器１の取入口１２に供給する。３２は、過冷却器５の連通部６から排出された過冷却された液冷媒が供給される膨張器である。３３は、膨張器３２の下流側に接続された蒸発器で、負荷（冷房）に必要な熱源を供給する。本冷凍機には、上記実施例２のみならず上記実施例１の熱交換器を適用することができる。
【００３０】
この冷凍機によれば、前記各実施例の効果を有する。すなわち、熱交換器の自体の胴部径を小さくすることで冷凍機全体をコンパクトに配置することができる。熱交換器を容易に組立てることができるので、冷凍機のコストを低減することができる。また、過冷却器の過冷却性能を向上させることで冷凍機の性能をたかめることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１…凝縮器（缶体）、２…凝縮用の伝熱管、３…流出口、４…過冷却用の伝熱管、５…過冷却器、５ａ…分割部材、６…連通部、７…仕切り板、８…邪魔板、９…連通部、１０，１１…分割部材、１０ａ、１１ａ…区画（流路）、１２…取入口、２０…管板、２１…水室ケース、２２…仕切り板、２３…リターン用水室ケース。
【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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