JPH09257324A - 冷凍装置及び水冷式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非共沸混合冷媒を使用した冷凍装置において、
高温冷媒ガスの凝縮作用を促進させて熱伝達率の向上を
図り、能力向上及び吐出圧力低下により消費電力を低減
する。 【解決手段】非共沸混合冷媒を用いた水冷式凝縮器にお
いて、冷媒および冷却水の流れを一系統としかつ凝縮器
を複数個に分割し上下方向に配置すると共に冷媒と冷却
水の流れを対向流にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍装置に関し、
特に冷媒として非共沸混合冷媒を用いかつ水冷式シェル
・アンド・チューブ形凝縮器を備えた水冷式冷凍装置に
適切なものである。

【０００２】

【従来の技術】非共沸混合冷媒は、冷凍サイクル凝縮過
程の気液混合域（二相域）において、同一凝縮圧力の時
飽和蒸気圧線上の凝縮温度が最も高く、飽和液線上の凝
縮温度が最も低い性質をもった温度勾配のある冷媒であ
る。

【０００３】従って、本冷媒を水冷式冷凍装置の水冷式
シェル・アンド・チューブ形凝縮器に用いた場合、特開
平４−１１６３５８に示す従来の水冷式シェル・アンド
・チューブ形凝縮器では、シェル長手方向と平行に流れ
る冷却水に対し冷媒は鉛直方向に流れる構造であるため
熱伝達率が低下し、非共沸混合冷媒の温度勾配特性を生
かした冷媒と冷却水の対向流化が重要課題となる。

【０００４】また、特開平６−４２８８６や特開昭６４
−２３０７１に示すシェル・アンド・チューブ形凝縮器
では、冷媒と水の流れが対向流ではあるが凝縮した液冷
媒が伝熱管を覆うため伝熱管の熱伝達率が低下する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、水冷式
冷凍装置の水冷式シェル・アンド・チューブ形凝縮器に
非共沸混合冷媒を封入した場合、冷媒物性値上冷凍サイ
クル凝縮過程での気液混合域（二相域）の同一凝縮圧力
において凝縮温度に温度勾配があるため、冷媒と冷却水
の流れが鉛直方向に交わり熱交換する構造では熱伝達率
が低下し、水冷式冷凍装置の能力低下及び吐出圧力上昇
により消費電力の増加に至る欠点があった。

【０００６】本発明の目的は、非共沸混合冷媒を使用し
た冷凍装置において、高温冷媒ガスの凝縮作用を促進さ
せて熱伝達率の向上を図り、能力向上及び吐出圧力低下
により消費電力を低減し得る冷凍装置及び水冷式冷凍装
置を得ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第１の特徴は、圧縮機、凝縮器、冷却器及び
膨張弁を備え、非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置におい
て、前記凝縮器は、上下方向に配置された複数個の凝縮
器から構成され、上部凝縮器で冷却された前記非共沸混
合冷媒から凝縮液化した冷媒液を速やかに下部凝縮器へ
流下させ、上部凝縮器では主にガス域を形成し、下部凝
縮器では数種冷媒の気液混合の二相域を形成する構成と
したことにある。

【０００８】本発明の第２の特徴は、圧縮機、水冷式シ
ェル・アンド・チューブ形凝縮器、水冷却器、膨張弁及
びその他補器から構成され、冷媒として非共沸混合冷媒
を用いた水冷式冷凍装置において、前記水冷式シェル・
アンド・チューブ形凝縮器を複数個上下方向に配置し、
上方の凝縮器で前記非共沸混合冷媒を構成する数種高温
冷媒のうち初めに凝縮液化した冷媒液を下方の凝縮器へ
流下させ、上方の凝縮器では主にガス域を形成し、下方
の凝縮器では前記数種冷媒の気液混合の二相域を形成す
る構成としたことにある。

【０００９】この発明において、上部凝縮器の冷媒出口
部にせきを設け、該せきに滞留した凝縮液冷媒をバイパ
ス管を介して下部凝縮器の冷媒出口部にバイパスさせる
と冷媒液をより速く上部凝縮器から排出することができ
る。

【００１０】また、上部凝縮器へ流入する冷媒入口部を
凝縮器長手方向に複数個設けても良い。

【００１１】さらに、非共沸混合冷媒は、ジフルオロメ
タン、１，１，１，２−テトラフルオロメタン、および
ペンタフルオロメタンを成分とする３種混合冷媒等が適
切である。なお、非共沸混合冷媒として、ジフルオロメ
タンとペンタフルオロメタンを成分とする２種混合冷媒
等も使用できる。

【００１２】本発明の第３の特徴は、圧縮機、水冷式シ
ェル・アンド・チューブ形凝縮器、水冷却器、膨張弁及
びその他補器から構成され、冷媒として非共沸混合冷媒
を用いた水冷式冷凍装置において、凝縮器を複数個上下
方向に配置し、上下各凝縮器に流通する冷媒の出入口部
を各凝縮器の上部と下部に互いに対角線上に配置される
ように設け、上部凝縮器の冷媒出口部と下部凝縮器の冷
媒入口部とを連絡管で接続し、かつ各凝縮器にはその長
手方向に冷却水を通過させる伝熱管を多数配設し、冷却
水は冷却水入口部から各凝縮器内の伝熱管内を通過後冷
却水出口から排出される構成とし、伝熱管外を流通する
冷媒と伝熱管内を流通する冷却水の流れを対向流とした
ことにある。

【００１３】上記発明において、それぞれの凝縮器の胴
部径を必要に応じそれぞれ異なる胴径にしても良く、ま
た最下部の凝縮器の胴部を他の凝縮器胴部と異なる大き
さとしても良い。

【００１４】なお、前記冷却水は複数の凝縮器のうち下
方の凝縮器から上方の凝縮器に流れるようにして一系統
するのが良い。

【００１５】さらに、凝縮器に搭載する伝熱管を各凝縮
器単位でそれぞれ異なる熱伝達性能のものを使用しても
良く、また最下部の凝縮器に搭載する伝熱管の熱伝達性
能を他の凝縮器と異なる熱伝達性能の伝熱管としても良
い。 本発明の第４の特徴は、圧縮機、水冷式シェル・
アンド・チューブ形凝縮器、水冷却器、膨張弁及びその
他補器から構成され、冷媒として非共沸混合冷媒を用い
た水冷式冷凍装置において、冷却水入口部から凝縮器内
に入った冷却水が凝縮器長手方向と平行に設けられた伝
熱管内を通過し、各パス通過毎に順次ターンを繰返し冷
却水出口部に達する通路を形成し、各パス間に仕切板を
凝縮器長手方向と平行に設け、かつ最下段の仕切板は、
一端を冷却水入口側の管板部と固定し、その他端は管板
部との間に凝縮器長手方向に対し垂直方向の冷媒流路を
設け、直近上段の仕切板は、冷却水入口側の管板部と仕
切板との間に垂直方向の冷媒流路を設け、その他端は管
板部と固定し、順次交互に仕切板を設けてその端部に垂
直方向の冷媒流路を左右交互に配設し、前記各パスにお
いて冷媒と冷却水の流れが対向流となるように構成した
ことにある。

【００１６】本発明の第５の特徴は、圧縮機、水冷式凝
縮器、水冷却器、膨張弁及びその他補器から構成され、
冷媒として非共沸混合冷媒を用いた水冷式冷凍装置にお
いて、前記水冷式凝縮器は、上下に各々設けられた冷却
水室と、上下に各々設けられた冷媒室を設け、上部冷却
水室及び冷媒室と、下部冷却水室及び冷媒室とを複数の
２重管で接続し、上下の冷却水室を前記２重管の外側通
路で接続し、上下の冷媒室を前記２重管の内側通路で接
続し、冷却水は下部冷却水室の冷却水入口部から下部冷
却水室に入り、２重管外側通路を通過して上部冷却水室
に入り、冷却水出口部から排出され、冷媒は上部冷媒室
の冷媒ガス入口部から上部冷媒室を介し２重管の内側通
路を通過した後下部冷媒室を経て冷媒出口部へ流れる構
成とし、冷媒と冷却水の流れを対向流としたことにあ
る。

【００１７】この発明において、上下の冷却水室及び冷
媒室を接続する２重管に代えて４重管以上の複数重管と
し、冷媒と冷却水の通路が交互で対向流になるようにし
ても良い。また、上下の冷却水室及び冷媒室を接続する
２重管に代えて、冷却水配管内部に複数本の冷媒配管を
設けた多管式配管とし、冷媒と冷却水の流れを対向流と
しても良い。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の具体的実施例を図面を用
いて説明する。◆図１は本発明を適用した第１の実施例
の水冷式冷凍装置のサイクル系統図であり、その構成
は、圧縮機１、水冷式シェル・アンド・チューブ形凝縮
器２、水冷却器３、膨張弁４からなり、矢印は冷媒の流
れ方向を示す。

【００１９】図２は図１に示す水冷式シェル・アンド・
チューブ形凝縮器２の内部構造図を示す断面図で、凝縮
器２は上下２段に分かれ、冷媒系路は接続管６で一系統
に形成されている。また、冷却水経路は下部の凝縮器１
２から上部の凝縮器１１の方向に流れるように一系統に
形成されている。圧縮機１はレシプロ型、スクリュ−
型、スクロ−ル型あるいはロ−タリ−型などが使用でき
る。膨張弁４は非共沸混合冷媒に適した膨張弁であり、
圧縮機１の吸入側配管に感熱筒５０を取り付けている。
５１は均圧管である。

【００２０】本実施例の冷凍装置は、圧縮機、水冷式シ
ェル・アンド・チューブ形凝縮器、水冷却器、膨張弁、
その他補器から構成され、冷媒として非共沸混合冷媒を
用いている。前記水冷式シェル・アンド・チューブ形凝
縮器は、凝縮器を複数個上下方向に配置し、各凝縮器１
１，１２の伝熱管外を流通する冷媒の出入口部を凝縮器
長手方向に対し上下に対角線上に設け、上部凝縮器１１
の冷媒出口部と下部凝縮器１２の入口部とを連絡管６で
接続している。冷却水は下部凝縮器１１の冷却水入口部
８から流入し、サイドカバ−９側に設けられた冷却水の
タ−ン部でターンし、冷却水出口部１０に達する構成と
され流路を一系統としている。伝熱管１４外を流通する
冷媒と伝熱管１４内を流通する冷却水の流れは対向流と
なるように構成されている。

【００２１】圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒
は、水冷式シェル・アンド・チューブ形凝縮器２内の凝
縮器１１内に流入する。このとき、冷媒ガスは、水冷式
シェル・アンド・チューブ形凝縮器２の上部に配置され
た凝縮器１１の冷媒ガス入口部５より上部凝縮器１１内
に流入し、凝縮用伝熱管１３内を流れる冷却水と熱交換
し、冷却される。上部凝縮器１１と下部凝縮器１２とは
接続部（連絡管６）で接続され、上部凝縮器１１で凝縮
された液冷媒またはガス冷媒は下部の凝縮器１２内に流
入して凝縮用伝熱管１４内の冷却水と熱交換し、さらに
冷却されガス冷媒は冷媒液となる。また、下部凝縮器１
２内の下部に溜まった冷媒液もまた冷却水により過冷却
される。この冷媒液は、冷媒出口部７から流出し、膨張
弁４により減圧され、水冷却器３内の蒸発用伝熱管内へ
流入する。そして、水冷却器３内の蒸発用伝熱管外の冷
水と熱交換し、再び圧縮機１へ戻る。前記凝縮用伝熱管
１３、１４はフイン付伝熱管である。

【００２２】このように、本実施例では、上部凝縮器で
非共沸混合冷媒を構成する数種高温冷媒のうち初めに凝
縮液化した冷媒液を速やかに下部凝縮器へ流下させて主
にガス域を形成し、下部凝縮器では前記数種冷媒の気液
混合の二相域を形成することによって、上部凝縮器での
三種冷媒のうち後から凝縮する冷媒の凝縮作用を促進す
ることができる。

【００２３】前記非共沸混合冷媒としては、Ｒ３２，Ｒ
１２５，Ｒ１３４ａの三種の混合冷媒であるＲ４０７
Ｃ、あるいはＲ３２，Ｒ１２５の二種の混合冷媒である
Ｒ４１０Ａ、およびＲ４１０Ａとは混合比のみが異なる
Ｒ４１０Ｂなどが利用される。

【００２４】なお、前記非共沸混合冷媒の成分を具体的
に述べれば、Ｒ４０７Ｃは、ジフルオロメタン、１，
１，１，２−テトラフルオロメタンおよびペンタフルオ
ロメタンを成分とする非共沸混合冷媒であり、前記Ｒ４
１０Ａはジフルオロメタンとペンタフルオロメタン、Ｒ
４１０ＢはＲ４１０Ａのジフルオロメタンとペンタフル
オロメタンの成分の混合比が異なる冷媒である。また、
他の非共沸混合冷媒としては、１，１，１−トリフルオ
ロメタン、１，１，１，２−テトラフルオロメタンおよ
びペンタフルオロメタンを成分とするＲ４０４等があ
る。

【００２５】また、非共沸混合冷媒Ｒ４０７Ｃを冷水装
置で使用した場合の一般的な運転仕様は、凝縮温度４０
°Ｃ（圧力16.7ｋｇ／ｃｍ²Ｇ）、蒸発温度（０°Ｃ
（圧力５ｋｇ／ｃｍ²Ｇ）、圧力比3.2、得られる冷水の
温度は７°Ｃである。

【００２６】上部凝縮器１１、下部凝縮器１２の内部に
おける冷媒および冷却水の温度特性は図１１に示すよう
に、上部凝縮器１１内では冷媒温度は約８０°Ｃから４
５°Ｃ過ぎ位までのガス域の温度範囲となり、下部凝縮
器１２内では４５°Ｃ過ぎ位から３５°Ｃ位の範囲の温
度で気液混合の二相域と液域とになる。そして、冷却水
温度は入口部で３０°Ｃ、出口部で３５°Ｃとなる。

【００２７】一方、非共沸混合冷媒Ｒ４０７Ｃを構成す
る三種冷媒Ｒ３２，Ｒ１２５，Ｒ１３４Ａの中ではＲ１
３４Ａ冷媒が他の冷媒Ｒ３２，Ｒ１２５よりも沸点が高
いため早く凝縮液化するが、冷媒密度が小さいため循環
量が少なく能力が小さいという特性がある。したがっ
て、ガス温度が高い凝縮器１１内での他の冷媒Ｒ３２，
Ｒ１２５の凝縮作用を促進するためには既に液化した冷
媒液を速やかに下部の凝縮器１２へ移動させ、伝熱面積
を多く確保してやることにより凝縮作用は促進される。

【００２８】上記実施例において、冷媒は凝縮器の左上
の冷媒入口部５から流入し、右方向へ移動する。そし
て、上下の凝縮器を接続する接続部６を通過して、下部
凝縮器１２内へ流入する。この下部凝縮器１２内では、
左下の冷媒出口部７へ向かって左方向へ移動し、冷媒出
口部７より流出する。

【００２９】冷却水は、凝縮器２左下部の冷却水入口部
８からサイドカバ−９側へ伝熱管１４内を右方向に移動
する。そして、サイドカバ−９内を上方向に移動し、上
部凝縮器１１の伝熱管１３内を左方向に移動して、冷却
水出口部１０より流出することになる。このように本実
施例によれば、冷媒と冷却水の流れ方向が互い違いとな
る対向流とすることが可能となり、凝縮器内での各流体
の流路長を充分確保することで伝熱管外の冷媒の速度成
分を向上させることができ、かつ対向流とすることで管
内外の温度差を拡大することができ、伝熱管における管
外熱伝達性能を向上させることが可能となる。

【００３０】特に、管外凝縮における熱伝達性能の低下
が著しいことが、一般的に知られている非共沸混合冷媒
を冷媒として用いた場合、その効果は大きくなる。

【００３１】サイドカバ−９は凝縮器本体にボルトなど
で締め付け固定してあり取外しが可能である。また、該
サイドカバ−９内の通路面積は伝熱管の通路面積と等し
い面積にしている。また、冷却水入口部８および冷却水
出口部１０を形成するカバ−はボルト締め固定により取
り外し可能になっており、伝熱管内の清掃が可能なよう
に構成されている。

【００３２】上部凝縮器１１と下部凝縮器１２における
凝縮用伝熱管の熱伝達率がそれぞれ異なるものを使用し
ても良い。すなわち、冷媒ガスが支配的になる上部凝縮
器１１では、凝縮用伝熱管として熱伝達率の高い高性能
伝熱管とし、また冷媒液が支配的となる下部の凝縮器１
２内では、熱伝達率の低い伝熱管を搭載する。これによ
り、冷媒と冷却水の流れが対向流となる上、冷却水通過
断面積を同一とし、かつガス域、液域に対して、それぞ
れに必要十分な熱交換性能をもたせることが可能とな
る。また、下部の凝縮器１２内に搭載する伝熱管を部品
単価の低い熱伝達率の低い伝熱管でまかなえることか
ら、機器のコストをより安価にすることもでき、原価低
減を図れる。

【００３３】次に、本発明の第２実施例を図３により説
明する。◆この実施例は、上下方向にそれぞれ配置した
凝縮器１１，１２の胴部の径がそれぞれ異なるようにし
たものである。凝縮器内における冷媒の状態は、高温高
圧の冷媒ガスと、冷却水により凝縮され滴下した冷媒液
とからなる。このとき、上部凝縮器１１内は冷媒ガスで
満たされ、かつ下部凝縮器１２内は冷媒液で満たされる
ように、それぞれの状態における冷媒の体積より、圧力
容器の内容積が求められる。この内容積からそれぞれの
凝縮器の胴部胴径を決定する。ここで、冷媒ガスの気液
状態の割合は、冷凍装置の運転状態において異なるが、
一般的に規定されている標準条件における運転状態を想
定して算定すればよい。

【００３４】本実施例でも冷媒と冷却水の流れは対向流
となっており、容器の胴径を自由に組合せることができ
る。また、凝縮器内に流入する冷媒量の脈動により発生
する共鳴音に対しても、容器の胴径を変化させることで
共鳴周波数を変化させることが可能となり、騒音低減も
図れる。

【００３５】本発明の第３実施例を図４により説明す
る。◆図において、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷
媒ガスは、冷媒ガス入口部１５より凝縮器内に流入す
る。その後、凝縮器内冷媒室を長手方向に対して平行に
仕切る仕切板２２に沿って、順次タ−ンを繰返し、冷媒
出口部１６へ移動し流出する。また、冷却水は、凝縮器
左下部の冷却水入口部１７からサイドカバ−１８側へと
伝熱管内２３を移動し、さらにサイドカバ−１８内で再
度冷却水出入口を有するサイドカバ−１９側へ移動す
る。このようにタ−ンを順次繰返して移動し、冷却水出
口部２０から流出する構成としている。冷媒と冷却水と
は流れが対向流となっている。

【００３６】本発明の第４の実施例を図５、図６により
説明する。◆図において、圧縮機１で圧縮された高温高
圧の冷媒ガスは、冷媒ガス入口部２４より凝縮器内に流
入し、上部冷媒室２５内で分岐され、下部冷媒室２６と
接続する伝熱管３３内を通り、下部冷媒室２６へ移動す
る。その後、冷媒液出口部２７から流出する。この上部
と下部を接続する熱交換部（凝縮部）３２の断面は、図
６に示すように熱交換部３２の管内の同心円上に凝縮用
伝熱管３３を配置した２重管構造となっている。冷却水
は、冷却水入口部２８から下部冷却水室２９内に入り、
分岐されて上部冷却水室３１と接続する熱交換部３２内
（２重管の外側通路）を通り、上部冷却水室３１へ移動
し、冷却水出口部３０から流出する。したがって、冷媒
と冷却水の流れは、それぞれ上から下へ、下から上へと
互い違いとなる対向流となる。

【００３７】図７、図８はそれぞれ上記第４実施例にお
ける熱交換部３２の他の例を示す断面図である。図７
は、熱交換部３２の同心円上に冷媒流路と冷却水流路を
交互に配置した４重管構造としたものであり、このよう
に流路を多くすればするほど伝熱面積を増大できる。図
８は、熱交換部３２内に凝縮用伝熱管３３を複数本散在
させた構造としたものである。この場合においても、冷
媒と冷却水の流れ方向を対向流とすることが可能であ
る。

【００３８】本発明の第５実施例を図９により説明す
る。◆上部凝縮器１１で凝縮された液冷媒が下部凝縮器
１２の伝熱管１４に滴下すると滴下された伝熱管の熱伝
達率は著しく低下し、滴下しない時と同様の冷凍効果を
得るには伝熱面積を増やす必要がある。

【００３９】そこでこの実施例では、上部凝縮器１１の
冷媒出口部にせき３４を設け、上部凝縮器１１で凝縮さ
れた液冷媒が下部凝縮器１２の伝熱管１４に滴下するこ
とを防止し、せきに滞留した液冷媒をバイパス管３５を
介して下部凝縮器１２の底部に直接導き、冷媒液出口部
７から迅速に流出させるようにしたものである。これに
より、伝熱管１４の熱伝達率の低下を防止できる。バイ
パス管３５下端には小孔３５１が形成されている。ま
た、バイパス管３５は下部凝縮器１２の液溜り部分に導
くようにしたが、これを水冷式シェル・アンド・チュー
ブ形凝縮器２の出口側液ライン配管に接続してもよく、
さらに液ラインに受液器等を設けた場合には直接受液器
に接続してもよい。また、バイパス管３５は凝縮器１２
の内部を通しても、凝縮器１２の外側から液溜り部に連
絡するようにしてもよい。バイパス管３５は凝縮器１１
内に溜った油を回収する作用もあり、冷凍サイクル全体
の油不足をなくす効果もある。

【００４０】本発明の第６実施例を図１０により説明す
る。◆圧縮機１で圧縮した高温高圧の冷媒ガスは、上段
凝縮器３７の長手方向に配設した冷媒入口部ガスヘッダ
３６により均一に分配され上段凝縮器３７内に流入し、
中段凝縮器３８を通り、さらに下段凝縮器３９を通って
冷媒液出口部４２から流出する。このとき冷却水は、冷
却水入口部４３から流入し、冷却水折り返し用サイドカ
バ−４０部でターンした後、冷却水折り返し用サイドカ
バ−４１部で再ターンして冷却水出口部４４から流出す
る。冷媒と冷却水の流れも対向流化している。上段凝縮
器３７に流入する冷媒ガスは冷媒入口部ガスヘッダ３６
を介して分配されることにより、上段凝縮器３７内の冷
媒分布が均一となり伝熱面積を有効に使うことができ
る。上段凝縮器３７、中段凝縮器３８、下段凝縮器３９
のシェル径は、冷媒の状態、すなわちガス域、二相域、
液域における冷媒比容積により決定することにより伝熱
面積を有効に使え、むだな過冷却を防止でき消費電力の
低減を図ることができる。また、各冷媒状態に応じて最
適な伝熱管を使用することにより熱伝達率の向上も図れ
る。

【００４１】上記各実施例によれば、水冷式冷凍装置の
水冷式シェル・アンド・チュ−ブ形凝縮器内での冷媒と
冷却水の流れを、全ての流路で対向流とすることが可能
となり、高温冷媒ガスの凝縮作用の促進を計ることがで
き、伝熱管内外の温度差を拡大することができ、凝縮用
伝熱管における管外熱伝達性能を向上させることができ
る。

【００４２】また、凝縮器内での各流体の流路長さを充
分確保することができ、伝熱管外の冷媒の速度成分を向
上させることが可能となり、さらに管内外の温度差も拡
大することができる。

【００４３】したがって、熱伝達率の向上を図り、水冷
式冷凍装置の能力向上及び吐出圧力低下による消費電力
低減効果が得られる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、冷凍装置の凝縮器の冷
媒と冷却水の流れを対向流化するとともに、凝縮器を複
数個上下に配設し、上部凝縮器で凝縮した液冷媒を速や
かに下部凝縮器側に流下させるようにしたので、上部凝
縮器での高温冷媒ガスの凝縮作用を促進させ、熱伝達率
の向上を図り冷凍装置の能力向上及び吐出圧力低下によ
る消費電力低減を図ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍装置の第１実施例を示すもので、
水冷式冷凍装置のサイクル系統図である。

【図２】図１の水冷式シェル・アンド・チューブ形凝縮
器の内部構造を示す縦断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示すもので、水冷式シ
ェル・アンド・チューブ形凝縮器の内部構造を示す縦断
面図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示すもので、水冷式シ
ェル・アンド・チューブ形凝縮器の内部構造を示す縦断
面図である。

【図５】本発明の第４の実施例を示すもので、水冷式シ
ェル・アンド・チューブ形凝縮器の内部構造を示す縦断
面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。

【図７】図５、図６の実施例の変形例を示すもので、図
５に相当する図である。

【図８】図５、図６の実施例の別の変形例を示すもの
で、図５に相当する図である。

【図９】本発明の第５実施例を示すもので、水冷式シェ
ル・アンド・チューブ形凝縮器の内部構造を示す縦断面
図である。

【図１０】本発明の第６実施例を示すもので、水冷式シ
ェル・アンド・チューブ形凝縮器の内部構造を示す縦断
面図である。

【図１１】上部凝縮器及び下部凝縮器の内部における冷
媒及び冷却水の温度特性を示す線図である。

【符号の説明】

１…圧縮機 ２…水冷式シェル・アンド・チューブ形凝
縮器 ３…水冷却器 ４…膨張弁 ５…冷媒ガス入口部 ６…連絡管 ７…冷
媒液出口部 ８…冷却水入口部 ９…サイドカバ− １
０…冷却水出口部 １１…上部凝縮器 １２…下部凝縮
器 １３…上部凝縮器の伝熱管 １４…下部凝縮器の伝
熱管 １５…冷媒ガス入口部 １６…冷媒液出口部 １
７…冷却水入口部 １８…冷却水折り返し用サイドカバ
− １９…冷却水出入口用サイドカバ− ２０…冷却水
出口部 ２１…凝縮器胴部 ２２…仕切板 ２３…伝熱
管 ２４…冷媒ガス入口部 ２５…上部冷媒室、２６…
下部冷媒室、２７…冷媒液出口部、２８…冷却水入口部 ２９…下部冷却水室 ３０…冷却水出口部 ３１…上部
冷却水室 ３２…熱交換部 ３３…凝縮用伝熱管 ３４
…せき ３５…バイパス管 ３６…冷媒入口部ガスヘッダ ３７…上段凝縮器 ３８
…中段凝縮器 ３９…下段凝縮器 ４０…冷却水折り返
し用サイドカバ− ４１…冷却水折り返し用サイドカバ
− ４２…冷媒液出口部 ４３…冷却水入口部 ４４…冷却水出口部。

フロントページの続き (72)発明者 小松 満 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 伊藤 浩二 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 茂田 孝治 静岡県清水市村松390番地 日立清水エン ジニアリング株式会社内

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、凝縮器、冷却器及び膨張弁を備
   え、非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置において、前記凝
   縮器は、上下方向に配置された複数個の凝縮器から構成
   され、上部凝縮器で冷却された前記非共沸混合冷媒から
   凝縮液化した冷媒液を速やかに下部凝縮器へ流下させ、
   上部凝縮器では主にガス域を形成し、下部凝縮器では数
   種冷媒の気液混合の二相域を形成する構成としたことを
   特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】圧縮機、水冷式シェル・アンド・チューブ
   形凝縮器、水冷却器、膨張弁及びその他補器から構成さ
   れ、冷媒として非共沸混合冷媒を用いた水冷式冷凍装置
   において、前記水冷式シェル・アンド・チューブ形凝縮
   器を複数個上下方向に配置し、上方の凝縮器で前記非共
   沸混合冷媒を構成する数種高温冷媒のうち初めに凝縮液
   化した冷媒液を下方の凝縮器へ流下させ、上方の凝縮器
   では主にガス域を形成し、下方の凝縮器では前記数種冷
   媒の気液混合の二相域を形成する構成としたことを特徴
   とする水冷式冷凍装置。
3. 【請求項３】圧縮機、水冷式シェル・アンド・チューブ
   形凝縮器、水冷却器、膨張弁及びその他補器から構成さ
   れ、冷媒として非共沸混合冷媒を用いた水冷式冷凍装置
   において、凝縮器を複数個上下方向に配置し、上下各凝
   縮器に流通する冷媒の出入口部を各凝縮器の上部と下部
   に互いに対角線上に配置されるように設け、上部凝縮器
   の冷媒出口部と下部凝縮器の冷媒入口部とを連絡管で接
   続し、かつ各凝縮器にはその長手方向に冷却水を通過さ
   せる伝熱管を多数配設し、冷却水は冷却水入口部から各
   凝縮器内の伝熱管内を通過後冷却水出口から排出される
   構成とし、伝熱管外を流通する冷媒と伝熱管内を流通す
   る冷却水の流れを対向流としたことを特徴とする水冷式
   冷凍装置。
4. 【請求項４】請求項２または３において、それぞれの凝
   縮器の胴部径をそれぞれ異なる胴径にすると共に、前記
   冷却水は複数の凝縮器のうち下方の凝縮器から上方の凝
   縮器に流れるようにして冷却水流路を一系統としたこと
   を特徴とする水冷式冷凍装置。
5. 【請求項５】請求項２または３において、複数個の凝縮
   器から構成される水冷式シェル・アンド・チューブ形凝
   縮器における最下部の凝縮器の胴部を他の凝縮器胴部と
   異なる大きさとししたことを特徴とする水冷式冷凍装
   置。
6. 【請求項６】請求項２または３において、凝縮器に搭載
   する伝熱管を各凝縮器単位でそれぞれ異なる熱伝達性能
   のものを使用したことを特徴とする水冷式冷凍装置。
7. 【請求項７】請求項２または３において、最下部の凝縮
   器に搭載する伝熱管の熱伝達性能を他の凝縮器と異なる
   熱伝達性能の伝熱管としたことを特徴とする水冷式冷凍
   装置。
8. 【請求項８】圧縮機、水冷式シェル・アンド・チューブ
   形凝縮器、水冷却器、膨張弁及びその他補器から構成さ
   れ、冷媒として非共沸混合冷媒を用いた水冷式冷凍装置
   において、冷却水入口部から凝縮器内に入った冷却水が
   凝縮器長手方向と平行に設けられた伝熱管内を通過し、
   各パス通過毎に順次ターンを繰返し冷却水出口部に達す
   る通路を形成し、各パス間に仕切板を凝縮器長手方向と
   平行に設け、かつ最下段の仕切板は、一端を冷却水入口
   側の管板部と固定し、その他端は管板部との間に凝縮器
   長手方向に対し垂直方向の冷媒流路を設け、直近上段の
   仕切板は、冷却水入口側の管板部と仕切板との間に垂直
   方向の冷媒流路を設け、その他端は管板部と固定し、順
   次交互に仕切板を設けてその端部に垂直方向の冷媒流路
   を左右交互に配設し、前記各パスにおいて冷媒と冷却水
   の流れが対向流となるように構成したことを特徴とする
   水冷式冷凍装置。
9. 【請求項９】圧縮機、水冷式凝縮器、水冷却器、膨張弁
   及びその他補器から構成され、冷媒として非共沸混合冷
   媒を用いた水冷式冷凍装置において、前記水冷式凝縮器
   は、上下に各々設けられた冷却水室と、上下に各々設け
   られた冷媒室を設け、上部冷却水室及び冷媒室と、下部
   冷却水室及び冷媒室とを複数の２重管で接続し、上下の
   冷却水室を前記２重管の外側通路で接続し、上下の冷媒
   室を前記２重管の内側通路で接続し、冷却水は下部冷却
   水室の冷却水入口部から下部冷却水室に入り、２重管外
   側通路を通過して上部冷却水室に入り、冷却水出口部か
   ら排出され、冷媒は上部冷媒室の冷媒ガス入口部から上
   部冷媒室を介し２重管の内側通路を通過した後下部冷媒
   室を経て冷媒出口部へ流れる構成とし、冷媒と冷却水の
   流れを対向流としたことを特徴とする水冷式冷凍装置。
10. 【請求項１０】請求項９において、上下の冷却水室及び
    冷媒室を接続する２重管に代えて４重管以上の複数重管
    とし、冷媒と冷却水の通路が交互で対向流になるように
    構成したことを特徴とする水冷式冷凍装置。
11. 【請求項１１】請求項９において、上下の冷却水室及び
    冷媒室を接続する２重管に代えて、冷却水配管内部に複
    数本の冷媒配管を設けた多管式配管とし、冷媒と冷却水
    の流れを対向流としたことを特徴とする水冷式冷凍装
    置。
12. 【請求項１２】請求項２において、上部凝縮器の冷媒出
    口部にせきを設け、該せきに滞留した凝縮液冷媒をバイ
    パス管を介して下部凝縮器の冷媒出口部にバイパスさせ
    ることを特徴とする水冷式冷凍装置。
13. 【請求項１３】請求項２において、上部凝縮器へ流入す
    る冷媒入口部を凝縮器長手方向に複数個設けたことを特
    徴とする水冷式冷凍装置。
14. 【請求項１４】請求項２において、非共沸混合冷媒は、
    ジフルオロメタン、１，１，１，２−テトラフルオロメ
    タン、およびペンタフルオロメタンを成分とする冷媒で
    あることを特徴とする水冷式冷凍装置。
15. 【請求項１５】請求項２において、非共沸混合冷媒は、
    ジフルオロメタンとペンタフルオロメタンを成分とする
    冷媒であることを特徴とする水冷式冷凍装置。
16. 【請求項１６】圧縮機、水冷式シェル・アンド・チュー
    ブ形凝縮器、水冷却器、膨張弁及びその他補器から構成
    され、冷媒として非共沸混合冷媒を用いた水冷式冷凍装
    置において、凝縮器を複数個上下方向に配置し、上下各
    凝縮器に流通する冷媒の出入口部を各凝縮器の上部と下
    部に互いに対角線上に配置されるように設け、上部凝縮
    器の冷媒出口部と下部凝縮器の冷媒入口部とを連絡管で
    接続し、かつ各凝縮器にはその長手方向に冷却水を通過
    させる伝熱管を多数配設し、冷却水は冷却水入口部から
    各凝縮器内の伝熱管内を通過後冷却水出口から排出され
    る構成とし、伝熱管外を流通する冷媒と伝熱管内を流通
    する冷却水の流れを対向流とし、前記上部凝縮器の冷媒
    出口部にせきを設け、該せきに滞留した凝縮液冷媒をバ
    イパス管を介して下部凝縮器の冷媒出口部にバイパスさ
    せ、さらに前記非共沸混合冷媒は、ジフルオロメタン、
    １，１，１，２−テトラフルオロメタン及びペンタフル
    オロメタンを成分とする冷媒であることを特徴とする水
    冷式冷凍装置。