JP2010078224A - フロート弁及び該フロート弁を備える冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、安価で簡素な構造でありつつも、サージングを好適に防止でき、且つ、冷媒の循環制御を行うことができるフロート弁、及び、このようなフロート弁を備えた冷凍機を得ることを目的とする。
【解決手段】
液体貯留部５内に貯留される液体の液面に浮くフロート部２０を有するフロート部材１０と、該フロート部材１０を変位可能に保持する保持部材４０とを備え、前記保持部材４０には、開口５１が形成される弁口部５０が設けられ、前記フロート部材１０には、フロート部２０の変位に伴って保持部材４０の開口５１と重なる位置に出退する弁体部３０が設けられるフロート弁６であって、弁開状態では液体を流出させ、弁閉状態では液体の流出を抑制して液体貯留部５内に滞留する気体を流出させるように構成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、フロート弁及び該フロート弁を備える冷凍機に関するものである。

高圧の代替フロンを冷媒とする冷凍機は、主に蒸発器，圧縮機，凝縮器を備えて構成される。

冷凍機におけるサイクルについて説明すると、蒸発器において冷水の潜熱を奪って蒸発した冷媒ガスは、圧縮機において高温，高圧のガスに圧縮され、凝縮器へと吐出される。凝縮器において、冷媒ガスは冷却水と熱交換し、液化凝縮される。凝縮された冷媒液は、膨張機構を介して減温及び減圧されて蒸発器へと戻される。

冷凍機は、季節の変化等により冷凍負荷が変化するため、容量制御することが必要である。即ち、冷凍負荷が小さい場合には、冷媒液の循環量を少なくする必要がある。一方、冷凍負荷が大きい場合には、冷凍負荷が小さい場合と比べて多量の冷媒液を循環させる必要がある。なお、冷凍機の容量制御は、圧縮機入口に設けられたインレットガイドベーンの開度を変化させて蒸発器で蒸発する冷媒量をコントロールすることによって行われる。

ところで、前記冷凍機の膨張機構としては、管の断面積よりも小さい一定の面積の開口部を有するオリフィスが用いられていた。しかし、オリフィスは開口面積が一定で通過する冷媒量を調節することができないため、冷媒液が凝縮器から蒸発器へスムーズに送られずに凝縮器に過剰に滞留してしまう事態や、逆に、冷媒液が凝縮器から蒸発器へ過剰に送られて凝縮器に滞留する冷媒液が無くなって冷媒液とともに冷媒ガスが蒸発器へ送られてしまう事態が生じ、冷凍能力が低下するという問題があった。

そこで、様々な冷凍機の膨張機構が提案されている。例えば、膨張機構として電磁弁を設け、凝縮器等に設けた液面センサ等からの検知信号に基づいて電磁弁の開度を調整するものがある。しかし、この方法では、複雑な制御や種々の事前設定等が必要となり、装置が結果として高価になってしまうという問題がある。

このため、冷媒の循環を制御すべく、凝縮器の下流側に冷媒液貯留部を設置し、この冷媒液貯留部に下流側への冷媒の流出を調整するフロート弁を設けるものが提案されている（例えば、特許文献１等）。

フロート弁としては、バタフライ弁を用いるものが一般的である。また、これ以外にも、フロート弁としては、特に蒸気トラップに用いられるものが多く提案されている（例えば、特許文献２〜５等）。これらの蒸気トラップ用のフロート弁は、蒸気を外部に流出させることなく凝縮液のみを外部に排出することが好ましいため、弁閉状態においては蒸気を流出させることがないように、弁体部が開口部を密閉するように工夫されている。

特開２００１−５０５９８号公報 特開平２−３００５９８号公報 特開２００２−１９５４９２号公報 特公昭４９−２３９２５号公報 特開２００３−４１９８号公報

しかしながら、冷凍機のフロート弁として上記のようなバタフライ弁を用いると、バタフライ弁の回転軸にスラスト力が作用して破損しやすいという問題がある。

また、蒸気トラップに用いられるものを採用することは、以下のような理由から好ましくない。即ち、冷凍機は、運転中常時冷媒を循環させているものであるため、完全に冷媒の供給を停止させてしまうと冷媒が循環不能となるため、冷凍機（具体的には、圧縮機）のサージングといった現象が発生するおそれがある。従って、仮に冷凍負荷が小さくて冷媒液を蒸発器に送り込む必要がない場合であっても、冷媒を循環させる必要があるため、蒸気トラップのように弁体部が開口部を密閉するフロート弁を冷凍機に採用することは好ましくない。

そこで、本発明は、安価で簡素な構造でありつつも、サージングを好適に防止でき、且つ、冷媒の循環制御を行うことができるフロート弁、及び、このようなフロート弁を備えた冷凍機を得ることを課題とする。

本発明に係る冷凍機は、蒸発器，圧縮機，凝縮器を備えて構成され、前記蒸発器より上流側には、冷媒液を貯留する冷媒液貯留部が配置され、該冷媒液貯留部には、下流側への冷媒の流出を調整するフロート弁が備えられる冷凍機において、前記フロート弁は、冷媒液貯留部内に貯留される冷媒液の液面に浮くフロート部を有するフロート部材と、該フロート部材を保持する保持部材とを備え、前記保持部材には、冷媒が流出する開口を有する弁口部が設けられ、前記フロート部材には、フロート部の変位に伴って保持部材の開口と重なる位置に出退する弁体部が設けられ、フロート弁の弁開状態では冷媒液を流出させ、フロート弁の弁閉状態では冷媒液の流出を抑制しつつ冷媒ガスを流出させるように構成されることを特徴とする。

上記構成によれば、フロート弁の弁開状態では冷媒液のみを流出させるため、蒸発器には冷媒液のみが供給されることとなり、冷凍機を高効率で運転することができる。一方、フロート弁の弁閉状態では冷媒液の流出を抑制するとともに冷媒ガスを流出させるため、冷媒は冷凍機内を循環することができ、サージングの発生を好適に防止することができる。

また、上記においては、フロート弁は、冷媒液の液面高さが保持部材の開口よりも上にある際に弁開状態となり、且つ、冷媒液の液面高さが保持部材の開口の少なくとも一部よりも下となると弁閉状態となるように設定され、フロート部材の弁体部は、保持部材の弁口部との間に隙間を有した状態で前記開口と重なるように構成されることが好ましい。

また、上記においては、前記フロート弁の開度は、前記フロート部材の弁体部と前記保持部材の開口とが重なる重複量によって調整され、前記フロート弁は、前記重複量が前記フロート部の変位に応じて一定の割合で変化するように構成されることが好ましい。

また、上記においては、前記フロート部材は、保持部材に対して回転可能に保持され、前記保持部材の開口は、前記フロート部材が回転する際の回転軸線と直交する面内に設けられるとともに、前記フロート部材の弁体部は、前記回転軸線と直交する直交方向に沿って変位するように構成されることが好ましい。

また、上記においては、前記保持部材の開口は、前記フロート部材が回転する際の回転軸線を中心として周方向の所定角度範囲に亘って設けられる構成が好ましい。

また、上記においては、前記保持部材の弁口部には、同一の角度範囲に亘って形成される複数の開口が形成され、前記複数の開口は、前記フロート部材が回転する際の回転軸線を中心として周方向に並んで配置される構成が好ましい。

また、上記においては、前記保持部材は、冷媒液を流通させる流路が内部に形成される筒形状を有し、前記弁口部は、筒形状を有する保持部材の両側面にそれぞれ設けられるとともに、フロート部材の弁体部は、前記各弁口部に対応して配置される構成が好ましい。

また、上記においては、前記圧縮機は、複数段のインペラを備えるターボ圧縮機によって構成され、前記凝縮器と蒸発器との間には、前記ターボ圧縮機の中間圧部へ向かって冷媒を注入するための中間冷却器が配置され、前記冷媒液貯留部は、凝縮器と中間冷却器との間、及び、前記中間冷却器と蒸発器との間にそれぞれ配置され、フロート弁は、前記各冷媒液貯留部にそれぞれ備えられる構成が好ましい。

また、本発明に係るフロート弁は、液面に浮くフロート部を有するフロート部材と、該フロート部材を変位可能に保持する保持部材とを備え、前記保持部材には、開口が形成される弁口部が設けられ、前記フロート部材には、フロート部の変位に伴って保持部材の開口と重なる位置に出退する弁体部が設けられるフロート弁であって、弁開状態では液体を流出させ、弁閉状態では液体の流出を抑制して気体を流出させるように構成されることを特徴とする。

また、上記においては、液面高さが保持部材の開口よりも上にある際に弁開状態となり、且つ、液面高さが保持部材の開口の少なくとも一部よりも下となると弁閉状態となるように設定され、前記フロート部材の弁体部は、保持部材の弁口部との間に隙間を有した状態で前記開口と重なるように構成されることが好ましい。

本発明に係るフロート弁及び冷凍機によれば、安価で簡素な構造でありつつも、サージングを好適に防止でき、且つ、冷媒の循環制御を行うことができる。

以下、本発明の一実施形態に係るフロート弁及び冷凍機について説明する。

まず、本実施形態に係るターボ冷凍機の概要について、図面を用いて説明する。このターボ冷凍機は、複数段（具体的には、二段）インペラを備えて構成される。

図１は、ターボ冷凍機の系統図である。図１において、１は蒸発器、２は圧縮機（具体的にはターボ圧縮機若しくは、遠心圧縮機）、３は凝縮器、４は中間冷却器である。中間冷却器４は、前記ターボ圧縮機の中間圧部へ向かって冷媒を注入するための装置であり、前記凝縮器と蒸発器との間に配置される。また、前記蒸発器１より上流側には、冷媒液を貯留する冷媒液貯留部（若しくは、フロートボックス）５が配置される。具体的には、冷媒液貯留部５は、凝縮器３と中間冷却器４との間、及び、前記中間冷却器４と蒸発器１との間に配置される。該冷媒液貯留部５には、下流側への冷媒の流出を調整するフロート弁６が備えられる。

なお、図１においては、冷媒液貯留部５が凝縮器３，中間冷却器４，蒸発器１とそれぞれ配管で接続されており、冷媒液貯留部５が凝縮器３や中間冷却器４とは別に設けられている。ただし、これに限定されるものではなく、冷媒液貯留部５が配管等を介さずに凝縮器３や中間冷却器４と一体的に設けられたものであってもよい。一例としては、冷媒液貯留部５が凝縮器３や中間冷却器４の外面に固定される構造が考えられる。

蒸発器１において、負荷側から戻った温度の高い冷水は、冷媒に熱を奪われて冷却され、より温度の低い冷水となる。冷水から熱を奪った冷媒は蒸発器１で蒸発し、圧縮機２へと吸い込まれ、圧縮機２において二段のインペラによって高温・高圧のガスに圧縮され、凝縮器３へと吐出される。吐出された冷媒ガスは、凝縮器３において熱交換器内に流れる冷却水に熱を奪われ、液化凝縮される。

凝縮器３で凝縮された冷媒液は、冷媒液貯留部５を介して、中間冷却器４へと送られる。中間冷却器４は、圧縮機２の中間圧部（具体的には、二段目のインペラのサクション部）と連結されているため、蒸発器１と凝縮器３との中間の圧力となっている。そして、一部の冷媒液は自己蒸発し、二段目のインペラへと吸い込まれる。中間冷却で残った冷媒液は飽和液となり、フロート弁６を介して、蒸発器１へと戻され、サイクルが成立する。

次に、図２〜図８を用いて、ターボ冷凍機に採用されるフロート弁６について説明する。

フロート弁６は、図２及び図３に示すように、冷媒液貯留部５内に貯留される冷媒液の液面に浮くフロート部２０を有するフロート部材１０と、該フロート部材１０を保持する保持部材４０とを備える。前記保持部材４０には、冷媒が流出する開口５１を有する弁口部５０が設けられる。

また、前記フロート部材１０には、フロート部２０の変位に伴って保持部材４０の開口５１と重なる位置に出退する弁体部３０が設けられる。具体的には、前記フロート部材１０は、保持部材４０に対して回転可能に保持される。

フロート弁６の開度は、前記フロート部材１０の弁体部３０と前記保持部材４０の開口５１とが重なる重複量によって調整される。また、フロート弁６は、前記重複量が前記フロート部２０の変位に応じて一定の割合で変化するように構成される。即ち、フロート部材１０の弁体部３０と保持部材４０の開口５１とが重なる重複量は、弁口部５０に対する回転角度に比例して変化する。

また、フロート部材１０と保持部材４０とは、軸部材６０によって回転可能に連結されている。ところで、前記保持部材４０の弁口部５０とフロート部材１０の弁体部３０とによって、フロート弁６の弁機構が構成されており、この弁機構は、前記軸部材６０の近傍に設けられている。

次に、前記保持部材４０について、図４を用いて詳細に説明する。

保持部材４０は、冷媒液貯留部５の内部に突出する先端側に前記弁口部５０が設けられている。また、内部には、基端側に向かって冷媒液を流通させる流通路４１が形成されている。具体的には、保持部材４０は、筒体によって構成され、より具体的には、断面が概略四角形状の角筒体として構成される。さらに、保持部材４０の先端部は、断面円弧状の部材によって閉塞されている。

ところで、前記弁口部５０は、筒形状を有する保持部材４０の両側面にそれぞれ設けられる。ただし、これに限定されるものではなく、片側にのみ設けられるものであってもよい。

前記保持部材４０の開口５１は、前記フロート部材１０が回転する際の回転軸線Ｌと直交する直交方向に沿って設けられる（即ち、前記回転軸線と直交する面内に設けられる）。また、前記保持部材４０の開口５１は、前記フロート部材１０が回転する際の回転軸線Ｌを中心として周方向の所定角度範囲に亘って設けられる。

具体的には、保持部材４０の開口５１は、概略扇状を有する。また、開口５１は、前記回転軸線Ｌを中心とした周方向の角度位置に依らず一定の径方向寸法を有する。さらに、開口５１は、所定の径方向位置から径方向外方に向かって延びるように形成され、回転中心近傍位置には形成されない。

前記保持部材４０の弁口部５０には、同一の角度範囲に亘って形成される複数の開口５１，５１…が形成される。この複数の開口５１，５１…は、前記フロート部材１０が回転する際の回転軸線Ｌを中心として周方向に並んで配置される。

具体的には、前記開口５１は、周方向に６個形成されている。また、各開口５１は、等間隔に配置される。さらに、開口５１の端縁５２は、径方向部位が周方向部位よりも長く形成され、概略台形状を有する。また、前記開口５１の幅と隣接する開口５１，５１間の間隔とは同程度に設定される。ただし、厳密には、開口５１が形成される角度範囲は、開口５１が形成されない角度範囲（即ち、隣接する開口５１，５１に挟まれた部分の角度範囲）よりも小さく設定される。より具体的には、開口５１は、約２６°の角度範囲に亘って形成され、且つ、約３４°の間隔を置いて配置される。

なお、開口５１の構造や配置は、これに限定されるものではなく、開口５１が１個のみ設けられるものであっても３個以上設けられるものであってもよい。また、弁体部３０と開口５１との重複量がフロート部２０の変位に応じて一定の割合で変化する限りにおいてどのような形状及び配置であっても良く、例えば、それぞれ大きさの異なる開口が異なる間隔で配置されるものであってもよい。

次に、フロート部材１０について、図２，図３及び図５を用いて詳細に説明する。

フロート部材１０は、先端側にフロート部２０を有し、基端側を前記保持部材４０に保持されている。具体的には、前記フロート部材１０は、浮きとして機能するフロート球１１と、フロート球１１が先端に取り付けられるアーム１２と、該アーム１２が取り付けられるホルダー１３と、前記保持部材４０に取り付けられる弁体部材１４とで構成される。前記ホルダー１３は、弁体部材１４の先端側に設けられる。なお、前記弁体部３０は、前記弁体部材１４の一部位として設けられる。弁体部３０は、弁体部材１４が弁を閉じる配置の際に弁口部５０の開口５１と対向する部分となる。

また、フロート部材１０の弁体部３０は、保持部材４０の両側面に設けられる前記各弁口部５０に対応して配置される。即ち、フロート部材１０には、間隔を有して対向するように配置される２つの弁体部材１４，１４が設けられ、この２つの弁体部材１４，１４の間に前記保持部材４０が配置される。従って、フロート部材１０は、２つの弁体部材１４，１４で保持部材４０を挟み込んだ状態で該保持部材４０と連結されている。

そして、図５に示すように、弁体部材１４には、弁を開ける配置の際に前記弁口部５０の開口５１と対向する位置に、冷媒液を流通させる開口（弁体部材１４の開口）３１が設けられる。

前記弁体部材１４の開口３１は、弁口部５０の開口５１に対応した形状及び配置を有する。即ち、弁体部材１４の開口３１は、弁体部材１４が回転する際の回転軸線Ｌを中心として周方向の所定角度範囲に亘って形成される。具体的には、弁体部材１４の開口３１は、概略扇状を有する。また、弁体部材１４の開口３１は、前記回転軸線Ｌを中心とした周方向の角度位置に依らず一定の径方向寸法を有する。さらに、弁体部材１４の開口３１は、所定の径方向位置から径方向外方に向かって延びるように形成され、回転中心近傍位置には形成されない。

また、前記弁口部５０と同様に、弁体部材１４には、同一の角度範囲の開口３１が前記弁体部３０の回転軸線Ｌを中心として周方向に並んで複数形成される。そして、隣接する開口３１，３１間の部分が前記弁体部３０に相当する。具体的には、前記開口３１は、周方向に６個形成されている。また、各開口３１は、等間隔に配置される。さらに、開口３１は、径方向部位が周方向部位よりも長く形成され、概略台形状を有する。前記開口３１の幅と隣接する開口３１，３１間の間隔とは同程度（具体的には、同一）に設定される。即ち、開口３１は、約３０°の角度範囲に亘って形成され、且つ、約３０°の間隔を置いて配置される。

ところで、前記弁体部３０は、弁口部５０の開口５１よりも大きく形成される。従って、弁を閉じる配置の際には、弁体部３０と弁口部５０の開口５１とが完全に重複する状態となる（図７参照）。

なお、弁体部３０や開口３１の構造は、これに限定されるものではなく、弁口部５０や開口５１の形状や配置に対応して種々変更可能である。

ところで、本実施形態に係る冷凍機におけるフロート弁６は、図６及び図２の仮想線で示す弁開状態では冷媒液のみを流出させ、図７及び図２の実線で示す弁閉状態では冷媒液の流出を抑制しつつ冷媒ガスを流出させるように構成される。なお、図６及び図７においては、フロート部材１０のうちフロート球１１及びアーム１２を省略している。

かかる動作を実現する構成について、以下に詳細に説明する。フロート弁６は、冷媒液の液面高さが保持部材４０の開口５１よりも上にある際（即ち、保持部材４０の開口５１が液没する際）に弁開状態となる。また、フロート弁６は、冷媒液の液面高さが保持部材４０の開口５１の少なくとも一部よりも下となると弁閉状態となるように設定される。

加えて、図８に示すように、フロート部材１０の弁体部３０は、保持部材４０の弁口部５０（具体的には、開口５１の端縁５２）との間に隙間Ｓを有した状態で前記開口５１と重なるように構成される。即ち、前記弁体部３０は、弁閉状態において、開口５１の開口端面に対して間隔を有して対向する。なお、図８においては、フロート部材１０のうちフロート球１１及びアーム１２を省略している。

具体的には、フロート弁６は、液面が保持部材４０の弁口部５０の開口５１の鉛直方向上端部位の高さＨにある際に、フロート部材１０のフロート部２０が変位可能領域の最低位置まで下がるように設定される。即ち、フロート弁６は、弁閉状態において、フロート部材１０のフロート部２０がそれ以上鉛直方向下方に変位できないようになっている。

具体的には、フロート弁６は、弁閉状態となる際の位置にフロート部２０が到達すると、フロート部材１０と保持部材４０とが干渉して、フロート部材１０がそれ以上回転できないようになっている。なお、フロート部材１０と保持部材４０とを干渉させる機構は、特定のものに限定されるものではなく、例えばフロート部材１０及び保持部材４０のいずれか一方に突起部が設けられ、これが他方と当接するものが考えられる。

一方、フロート弁６は、液面が保持部材４０の弁口部５０の開口５１の鉛直方向上端部位の高さＨを超えると、フロート部材１０のフロート部２０が鉛直方向上方に向かって浮き始めるようになっている。

次に、フロート部材１０の弁体部３０と保持部材４０の弁口部５０との間に隙間Ｓを形成する構成について説明する。

前記保持部材４０の弁口部５０と、フロート部材１０の弁体部３０との間には、スペーサ１５が設けられている。この結果、フロート部材１０の弁体部３０と保持部材４０の弁口部５０に形成された開口５１とが完全に重複する弁閉状態においても、弁体部３０によって弁口部５０の開口５１が完全に閉塞されることはない。従って、保持部材４０の内外が連通するため、少量ではあるが、弁開状態においても流体がこの隙間Ｓを通って流通可能である。

次に、本実施形態に係る冷凍機におけるフロート弁６の動作について説明する。

図７は、冷媒液貯留部５内の液量が少なくて液面が低いか若しくは冷媒液がない状態であり、フロート部２０は最下方に位置している。これは、例えば、冷凍負荷が低下して、冷媒循環量が少なくなった場合や、高圧側と低圧側との圧力差が大きくて、冷媒液が流れやすくなった場合の状況である。このとき、弁口部５０の開口５１と弁体部材１４の開口３１とが全く重ならないため、フロート弁６は全閉状態となる。すると、冷媒液貯留部５には、徐々に冷媒液が貯留され始める。

ただし、この状態においても、図８を参照して上述したように、スペーサ１５の存在によりフロート部材１０の弁体部３０と保持部材４０の弁口部５０とが隙間Ｓを有した状態となっている。このため、この隙間Ｓを通って冷媒液貯留部５内の気体（具体的には、冷媒ガス）が抜けるようになっている。従って、蒸発器１及び圧縮機２には冷媒ガスを供給することができ、圧縮機２がサージングを起こすのを好適に防止できる。なお、このような状態は、秋から冬，春にかけて部分負荷で運転される中間期において発生し得るものであるが、上記冷凍機によれば、このような中間期においても成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

ところで、液面が保持部材４０の弁口部５０の開口５１の鉛直方向下端部位の高さより上にあると、前記隙間Ｓからは、冷媒ガスだけでなく冷媒液も流出することとなる。しかし、この隙間Ｓを通って抜ける冷媒液の量は、冷媒液貯留部５に溜まっていく冷媒液の量よりも少ないものである。

また、サイクル内に存在する夾雑物（冷凍機の内部で溶接を行った際に発生した屑等）が存在したとしても、かかる夾雑物は上記隙間Ｓを通過して下流側へ抜けることができる。従って、フロート弁６の動作が夾雑物によって阻害されることを好適に防止することができる。

そして、冷媒液が冷媒液貯留部５に溜まるなどしてフロート部２０が浮き上ると、弁体部材１４の開口２１と弁口部５０の開口５１とが一致し始める。すると、溜まっていた冷媒液が徐々に下流側へ流出し始める。なお、保持部材４０の弁口部５０とフロート部材１０の弁体部材１４とは左右対称構造を有する。しかも、スペーサ１５によってフロート部材１０が保持部材４０の片側に大きく偏った状態で押さえつけられることがない。従って、冷媒液が左右から同じように流れ込むため、弁体部３０が弁口部５０を押さえつける力、即ち、スラスト力が作用せず、回転を阻害する摩擦力が発生しないため、回転部分の損傷を防ぐことができる。

なお、全開状態と全閉状態との間においては、弁口部５０の開口５１と弁体部材１４の開口２１とが重なる面積が液面高さに応じて変化することで、最適な冷媒循環量を確保することができる。しかも、フロート弁６の開度は、前記フロート部２０の変位に応じて一定の割合で変化するように構成されるものであるため、開度の急激な変化が抑えられる。従って、蒸発器１（ひいては圧縮機２）に供給される冷媒の量がスムーズに変化し、冷凍機の安定運転を実現することができる。また、フロート部２０のハンチングを抑制することができるため、フロート弁６の長寿命化を図ることもできる。

そして、フロート部２０が最上部に来ると、弁体部材１４の開口２１と弁口部５０の開口５１とが完全に重複するため、フロート弁は全開状態となる。

なお、本発明に係るフロート弁、若しくは、冷凍機は、上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、フロート弁６がターボ冷凍機に用いられるものとして説明したが、このフロート弁６は、液体の流れの調整が必要な他の様々な装置において利用可能である。この場合には、フロート弁は、弁開状態では液体を流出させ、弁閉状態では液体の流出を抑制して気体（例えば、液体貯留部内に滞留する気体）を流出させるように構成される。また、かかるフロート弁は、何らかの液体を貯留する液体貯留部内にフロート弁が配置される構成が考えられるが、液体を貯留する機能を備えた特定の装置内に配置されるものに限られず、任意の箇所において用いることができる。

また、フロート弁６は、冷媒液貯留部５の両方に設けられるものであってもよく、いずれか一方のみに設けられるものであってもよい。

また、上記実施形態においては、前記フロート部材１０は、保持部材４０に対して回転可能に保持されものであったが、フロート部材１０の変位態様は、これ以外にも、上下動など種々のものが考えられる。

また、上記実施形態においては、複数段のターボ冷凍機を例に説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は、単段のターボ圧縮機を搭載したターボ冷凍機に対しても適用することができる。この場合には、フロート弁６は、蒸発器１と凝縮器３の間に配置される冷媒液貯留部５において用いられる。

また、上記実施形態においては、前記弁体部３０が設けられる弁体部材１４に開口２１も設けられるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、弁体部材１４に開口２１を形成することは必須の事項ではない。例えば、弁体部３０に相当する部分のみが、回転中心近傍位置から径方向外方に突出するように設けられるものであってもよい。

また、上記実施形態においては、フロート部材１０の弁体部３０が保持部材４０の弁口部５０との間に隙間Ｓを有した状態で開口５１と重なることを可能とする構成としてスペーサ１５を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、フロート部材１０の弁体部３０を弁口部５０の開口５１よりも小さく形成することにより、弁閉状態において弁口部５０の開口５１の端縁５２との間に隙間Ｓを形成するものであってもよい。

また、上記実施形態においては、フロート部材１０の弁体部３０が保持部材４０の弁口部５０との間に隙間Ｓを有した状態で前記開口５１と重なるように構成されることで、フロート弁６の弁閉状態では冷媒液の流出を抑制しつつ冷媒ガスを流出させるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、フロート部材１０の弁体部３０は弁口部５０の開口５１を隙間なく閉塞する一方、弁口部５０の開口５１とは別に、弁閉状態において冷媒ガスを流出させる流出部が設けられるものであってもよい。かかる流出口は、弁口部５０の開口５１と同等の高さに形成され、液面高さの変化に応じて液面より上に出現したり液没したりするものであってもよいし、弁閉状態では開放され且つ弁開状態では別部材に閉塞されるものであってもよい。或いは、フロート部材１０の弁体部３０は弁口部５０の開口５１を隙間なく閉塞する一方、この弁口部５０に流出部が形成されるものであってもよい。

また、上記実施形態においては、フロート弁６の弁開状態では冷媒液のみを流出させ、フロート弁６の弁閉状態では冷媒液の流出を抑制して冷媒ガスを流出させるように構成されるという特徴点が必須の構成要素であるものとして説明した。しかし、本発明は、この特徴点ではなく、フロート弁６の開度がフロート部２０の変位に応じて一定の割合で変化するように構成されるという特徴点のみを必須の構成要素とするものであってもよい。

本発明の実施形態に係るターボ冷凍機のサイクル系統図を示す。 本発明の実施形態に係るフロート弁の側面図を示す。 図２に示すＩ−Ｉ線に沿う断面図を示す。 本発明の実施形態に係るフロート弁を構成する保持部材の側面図を示す。 本発明の実施形態に係るフロート弁を構成するフロート部材の弁体部材の側面図を示す。 本発明の実施形態に係るフロート弁の全開状態における弁部分の側面図を示す。 本発明の実施形態に係るフロート弁の全閉状態における弁部分の側面図を示す。 図７に示すII−II線に沿う断面図を示す。詳細図である。

符号の説明

１ 蒸発器
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 中間冷却器
５ 冷媒液貯留部
６ フロート弁
１０ フロート部材
１１ フロート球
１２ アーム
１３ ホルダー
１４ 弁体部材
１５ スペーサ
２０ フロート部
２１，３１，５１ 開口
３０ 弁体部
４０ 保持部材
４１ 流通路
５０ 弁口部
５２ 端縁
６０ 軸部材
Ｌ 回転軸線
Ｈ 開口５１の鉛直方向上端部位の高さ

Claims (10)

1. 蒸発器，圧縮機，凝縮器を備えて構成され、
   前記蒸発器より上流側には、冷媒液を貯留する冷媒液貯留部が配置され、
   該冷媒液貯留部には、下流側への冷媒の流出を調整するフロート弁が備えられる冷凍機において、
   前記フロート弁は、冷媒液貯留部内に貯留される冷媒液の液面に浮くフロート部を有するフロート部材と、該フロート部材を保持する保持部材とを備え、
   前記保持部材には、冷媒が流出する開口を有する弁口部が設けられ、
   前記フロート部材には、フロート部の変位に伴って保持部材の開口と重なる位置に出退する弁体部が設けられ、
   フロート弁の弁開状態では冷媒液を流出させ、フロート弁の弁閉状態では冷媒液の流出を抑制しつつ冷媒ガスを流出させるように構成されることを特徴とする冷凍機。
2. フロート弁は、冷媒液の液面高さが保持部材の開口よりも上にある際に弁開状態となり、且つ、冷媒液の液面高さが保持部材の開口の少なくとも一部よりも下となると弁閉状態となるように設定され、
   フロート部材の弁体部は、保持部材の弁口部との間に隙間を有した状態で前記開口と重なるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
3. 前記フロート弁の開度は、前記フロート部材の弁体部と前記保持部材の開口とが重なる重複量によって調整され、
   前記フロート弁は、前記重複量が前記フロート部の変位に応じて一定の割合で変化するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
4. 前記フロート部材は、保持部材に対して回転可能に保持され、
   前記保持部材の開口は、前記フロート部材が回転する際の回転軸線と直交する面内に設けられるとともに、
   前記フロート部材の弁体部は、前記回転軸線と直交する直交方向に沿って変位するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
5. 前記保持部材の開口は、前記フロート部材が回転する際の回転軸線を中心として周方向の所定角度範囲に亘って設けられることを特徴とする請求項４に記載の冷凍機。
6. 前記保持部材の弁口部には、同一の角度範囲に亘って形成される複数の開口が形成され、
   前記複数の開口は、前記フロート部材が回転する際の回転軸線を中心として周方向に並んで配置されることを特徴とする請求項５に記載の冷凍機。
7. 前記保持部材は、冷媒液を流通させる流路が内部に形成される筒形状を有し、
   前記弁口部は、筒形状を有する保持部材の両側面にそれぞれ設けられるとともに、
   フロート部材の弁体部は、前記各弁口部に対応して配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷凍機。
8. 前記圧縮機は、複数段のインペラを備えるターボ圧縮機によって構成され、
   前記凝縮器と蒸発器との間には、前記ターボ圧縮機の中間圧部へ向かって冷媒を注入するための中間冷却器が配置され、
   前記冷媒液貯留部は、凝縮器と中間冷却器との間、及び、前記中間冷却器と蒸発器との間にそれぞれ配置され、
   フロート弁は、前記各冷媒液貯留部にそれぞれ備えられることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
9. 液面に浮くフロート部を有するフロート部材と、
   該フロート部材を変位可能に保持する保持部材とを備え、
   前記保持部材には、開口が形成される弁口部が設けられ、
   前記フロート部材には、フロート部の変位に伴って保持部材の開口と重なる位置に出退する弁体部が設けられるフロート弁であって、
   弁開状態では液体を流出させ、弁閉状態では液体の流出を抑制して気体を流出させるように構成されることを特徴とするフロート弁。
10. 液面高さが保持部材の開口よりも上にある際に弁開状態となり、且つ、液面高さが保持部材の開口の少なくとも一部よりも下となると弁閉状態となるように設定され、
    前記フロート部材の弁体部は、保持部材の弁口部との間に隙間を有した状態で前記開口と重なるように構成されることを特徴とする請求項９に記載のフロート弁。

Images