JP2013064515A - ターボ冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧側冷凍サイクルでの過冷却効果が低下するのを防止でき、且つ高圧側冷凍サイクルでの凝縮圧力も低下できるようにして、運転効率向上を図る。
【解決手段】ターボ冷凍機は、ターボ圧縮機、凝縮器、膨張手段及び蒸発器を順次接続して構成された冷凍サイクルを複数備え、冷却水を、前記複数の冷凍サイクルのうちの一つの冷凍サイクルの凝縮器２Ａから他の冷凍サイクルの凝縮器２Ｂに直列に流すことにより、前記冷却水の上流側の低圧側冷凍サイクルＡと、下流側の高圧側冷凍サイクルＢが組み合わされるように構成されている。前記各冷凍サイクルにおける凝縮器２Ａ，２Ｂの下流側にはそれぞれ過冷却器３Ａ，３Ｂを設けて冷却水を通水させる。また、前記高圧側冷凍サイクルの過冷却器３Ｂを通過後の冷却水を、この高圧側冷凍サイクルの凝縮器２Ｂへの入口冷却水に合流させて該凝縮器２Ｂに通水するように構成している。
【選択図】図２

Description

本発明はターボ冷凍機に係り、特に過冷却器を使用する冷凍サイクルを複数備えているターボ冷凍機に関する。

従来、冷凍空調装置などに利用されるターボ冷凍機として、冷凍サイクルを２つ具備したものがある。このようなターボ冷凍機としては、特許文献１（特開２００９−２３６４２７号公報）に記載されたものなどがある。この特許文献１に記載されたターボ冷凍機は、冷媒を封入した２つのクローズドシステム（二重冷凍サイクル）から構成され、各冷凍サイクルは、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発して冷凍効果を発揮する蒸発器と、前記冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、このターボ圧縮機で圧縮されて高圧となった冷媒を冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器とを、冷媒配管によって連結して構成している。
この特許文献１のものでは、冷却水を低圧側凝縮器に流し、その後高圧側凝縮器に流すように構成している。

特開２００９−２３６４２７号公報

上記特許文献１のものでは、低圧側の冷凍サイクルと高圧側の冷凍サイクルの複数の冷凍サイクルを備え、冷却水を低圧側凝縮器に流し、その後高圧側凝縮器に流すようにして二重冷凍サイクルを構成している。しかし、このようなターボ冷凍機の効率や冷凍能力を更に向上するために、前記低圧側凝縮器の下流側と、前記高圧側凝縮器の下流側にそれぞれ過冷却器を具備させることについては、この特許文献１には記載されていない。

ターボ冷凍機に過冷却器を具備させる場合、低圧側と高圧側の冷凍サイクルに対して冷却水を直列に通水することになるが、その冷却水の通水の仕方により、高圧側過冷却器に流入する冷却水温度が上昇して過冷却効果が低下する、或いは、高圧側凝縮器の冷却水出口温度が高くなって該高圧側凝縮器での凝縮圧力が上昇することなどに対する配慮が為されていない。

本発明の目的は、高圧側冷凍サイクルでの過冷却効果が低下するのを防止でき、且つ高圧側冷凍サイクルでの凝縮圧力も低下できるようにして、運転効率の向上を図ることのできるターボ冷凍機を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ターボ圧縮機、凝縮器、膨張手段及び蒸発器を順次接続して構成された冷凍サイクルを複数備え、冷却水を、前記複数の冷凍サイクルのうちの一つの冷凍サイクルの凝縮器から他の冷凍サイクルの凝縮器に直列に流すことにより、前記冷却水の上流側の低圧側冷凍サイクルと、下流側の高圧側冷凍サイクルが組み合わされるように構成されたターボ冷凍機において、前記各冷凍サイクルにおける凝縮器の下流側にそれぞれ過冷却器を設けて冷却水を通水させると共に、前記高圧側冷凍サイクルの過冷却器を通過後の冷却水を、この高圧側冷凍サイクルの凝縮器への入口冷却水に合流させて該凝縮器に通水するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、高圧側冷凍サイクルでの過冷却効果が低下するのを防止でき、しかも高圧側冷凍サイクルでの凝縮圧力も低下させることができるので、運転効率の向上を図れるターボ冷凍機を得ることができる。

本発明のターボ冷凍機の実施例１を示す冷凍サイクル系統図。 図１の要部を拡大して示す要部系統図。 ターボ冷凍機において低圧側と高圧側の冷凍サイクルに対して冷却水を直列に通水する場合の参考例を説明する要部系統図。 ターボ冷凍機において低圧側と高圧側の冷凍サイクルに対して冷却水を直列に通水する場合の他の参考例を説明する要部系統図。 本発明のターボ冷凍機の実施例２を示す図で、図２に相当する図。 本発明のターボ冷凍機の実施例３を示す図で、図２に相当する図。 本発明のターボ冷凍機の実施例４を示す図で、図２に相当する図。 本発明のターボ冷凍機の実施例５を示す図で、図２に相当する図。 本発明のターボ冷凍機の実施例６を示す図で、図２に相当する図。 本発明のターボ冷凍機の実施例７を示す図で、図２に相当する図。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づき説明する。なお、各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

本発明のターボ冷凍機の実施例１を図１及び図２を用いて説明する。図１は本実施例の全体構成を示す冷凍サイクル系統図、図２は図１の要部を拡大して示す要部系統図である。また、図３及び図４はそれぞれ本実施例に対して当初考えた参考例であり、過冷却器を具備するターボ冷凍機において、低圧側と高圧側の冷凍サイクルに対して冷却水を直列に通水する場合の参考例である。

まず、本実施例のタ−ボ冷凍機の全体構成を図１により説明する。本実施例のターボ冷凍機は、低圧側冷凍サイクルＡと高圧側冷凍サイクルＢを備える二重冷凍サイクルに構成されており、前記低圧側冷凍サイクルＡは、低圧側の圧縮機１Ａ、低圧側の凝縮器２Ａ、低圧側の過冷却器３Ａ、低圧側の膨張手段（例えば膨張弁、電動弁、オリフィスなど）４Ａ及び低圧側の蒸発器５Ａが順次冷媒配管６〜９で接続されて冷凍サイクルを構成している。また、前記高圧側冷凍サイクルＢは、高圧側の圧縮機１Ｂ、高圧側の凝縮器２Ｂ、高圧側の過冷却器３Ｂ、高圧側の膨張手段４Ｂ及び高圧側の蒸発器５Ｂが順次冷媒配管１０〜１３で接続されて冷凍サイクルを構成している。前記低圧側冷凍サイクルＡと高圧側冷凍サイクルＢとはそれぞれ独立したクローズドシステムとなっている。

前記圧縮機１Ａ，１Ｂはターボ圧縮機で構成され、遠心式羽根車により圧縮された高温、高圧の冷媒ガスはそれぞれの冷凍サイクルの凝縮器２Ａ，２Ｂに送られる。この高温、高圧の冷媒ガスは、それぞれの凝縮器２Ａ，２Ｂ内を流れる冷却水によって冷却されて凝縮液化し、冷媒液となってそれぞれの冷凍サイクルの過冷却器３Ａ，３Ｂに送られる。冷媒液は、過冷却器３Ａ，３Ｂ内を流れる冷却水によって、更に冷却されて過冷却冷媒液となった後、それぞれの膨張手段４Ａ，４Ｂにより減圧されて、それぞれの冷凍サイクルの蒸発器５Ａ，５Ｂに送られる。

蒸発器５Ａ，５Ｂに送られた冷媒液はそれぞれの蒸発器５Ａ，５Ｂ内を流れる冷水から熱を奪って蒸発し、冷媒蒸気となってそれぞれの冷凍サイクルの圧縮機１Ａ，１Ｂに送られる。前記蒸発器５Ａ，５Ｂで冷媒に熱を奪われて温度の低下した冷水は空調用途などの外部機器に供給される。

なお、図１に示す冷水は、高圧側蒸発器５Ｂから低圧側蒸発器５Ａの順に流して１種類の温度の冷水を得るようにしても、或いは前記低圧側蒸発器５Ａと前記高圧側蒸発器５Ｂのそれぞれに別の冷水を流して、前記低圧側蒸発器５Ａでは低温の冷水、前記高圧側蒸発器５Ｂでは比較的温度の高い冷水というように、温度の異なる２種類の冷水を製造するようにしても良い。
また、前記圧縮機１Ａ，１Ｂに複数段の遠心式羽根車を備える場合には、それぞれの冷凍サイクルにおける過冷却器３Ａ，３Ｂと蒸発器５Ａ，５Ｂの間に中間冷却器を備えるようにしても良い。

このように冷凍サイクルを複数組み合わせ、冷却水を、凝縮器２Ａから凝縮器２Ｂに直列に流すことにより、冷却水の上流側で冷却される凝縮器２Ａ側には高圧側冷凍サイクルＡが、冷却水の下流側で冷却される凝縮器２Ｂ側には低圧側冷凍サイクルＢが構成される。このような二重冷凍サイクルのターボ冷凍機は、前記低圧側冷凍サイクルＡと前記高圧側冷凍サイクルＢの二つの冷凍サイクルに冷却水を直列に流すことにより、一方或いは両方の冷凍サイクルの圧縮ヘッドを小さくすることができるから省エネルギー化を図ることができる。即ち、タ−ボ冷凍機での必要動力は圧縮機１Ａ，１Ｂに加えられるが、その動力は、圧縮機における吸込側圧力（蒸発圧力）と吐出側圧力（凝縮圧力）との圧力比に比例し、この圧力比が低いほどタ−ボ冷凍機の運転効率は上昇する。
また、本実施例では過冷却器３Ａ，３Ｂを備えているが、この過冷却器における過冷却量が増加するほど、冷媒のエンタルピーが低下し、単位冷媒量あたりの冷凍能力が増加する。従って、本実施例によれば、冷媒循環量をより低減できるから、圧縮機の必要動力が低下し、タ−ボ冷凍機の効率を更に向上できる。

次に、図２により、本実施例における冷却水フローについて詳しく説明する。図２は図１に示す凝縮器２Ａ，２Ｂ及び過冷却器３Ａ，３Ｂの部分とその冷却水系統を拡大して示す図である。
この図２に示すように、冷却水系統は、前記低圧側冷凍サイクルＡと前記高圧側冷凍サイクルＢに対して共通の入出口があり、冷却水を分岐及び合流させることで冷却水フローを構成している。

まず、クーリングタワーなどから供給された冷却水は、入口配管１６から二つの入口側の配管１７，１８に分岐されて流れ、一方の冷却水は低圧側凝縮器２Ａに通水され、他方は低圧側過冷却器３Ａに通水される。前記低圧側凝縮器２Ａに通水された冷却水は、出口側の配管１９及び入口側の配管２１を介して高圧側凝縮器２Ｂへ通水される。前記低圧側過冷却器３Ａに通水された冷却水は、配管２０を介して高圧側過冷却器３Ｂに通水される。この高圧側過冷却器３Ｂに通水された冷却水は、配管２２を介して前記高圧側凝縮器２Ｂへの前記入口配管２１を流れる冷却水に合流され、前記高圧側凝縮器２Ｂに通水される。この高圧側凝縮器２Ｂに通水された冷却水は出口配管２３から前記クーリングタワーなどに排出される。

前記入口配管１６から二つの入口側の配管１７，１８に分岐される冷却水の分配比率は、低圧側凝縮器６への流れが主体となるように構成されるが、被冷却媒体（冷媒）との交換熱量の違いにより、低圧側凝縮器２Ａから出る冷却水の温度は、低圧側過冷却器３Ａから出る冷却水の温度より高くなる。

低圧側凝縮器２Ａ及び低圧側過冷却器３Ａから出た冷却水は、それぞれ高圧側凝縮器２Ｂと高圧側過冷却器３Ｂに送られるが、この高圧側においても前記低圧側と同様に、被冷却媒体（冷媒）との交換熱量の違いにより、高圧側凝縮器２Ｂから出る冷却水の温度は、高圧側過冷却器３Ｂから出る冷却水の温度より高くなる。また、高圧側冷凍サイクルＢでは、凝縮器２Ｂへの入口冷却水温度の方が、過冷却器３Ｂへの入口冷却水温度よりも高くなっているため、低圧側過冷却器３Ａでの過冷却効果より高圧側過冷却器３Ｂでの過冷却効果の方が高くなり、高圧側過冷却器３Ｂによる効率向上への寄与度は大きい。

高圧側凝縮器２Ｂから出る冷却水の温度よりも低い前記高圧側過冷却器３Ｂから出た冷却水は、配管２２を介して前記高圧側凝縮器２Ｂへの入口側配管２１に送られ、低圧側凝縮器２Ａからの冷却水と合流して、前記高圧側凝縮器２Ｂに通水される。このように、本実施例では、低圧側凝縮器２Ａからの冷却水に高圧側過冷却器３Ｂからの冷却水を合流させてから、前記高圧側凝縮器２Ｂに冷却水を供給するように冷却水フローを構成しているので、高圧側凝縮器２Ｂに供給する冷却水の温度を低下できると共にその冷却水量も増加させることができる。従って、低圧側凝縮器２Ａからの冷却水に高圧側過冷却器３Ｂからの冷却水を合流させない場合に比較して、高圧側凝縮器２Ｂから出る冷却水温度をより低下させることができるから、前記高圧側凝縮器２Ｂでの凝縮圧力をより低下させることができ、タ−ボ冷凍機の運転効率を向上することができる。高圧側凝縮器２Ｂから出た冷却水は所定の温度となって、タ−ボ冷凍機からクーリングタワーなどに送り出される。

ここで、図３及び図４により、過冷却器を具備し二重冷凍サイクルで構成されたターボ冷凍機において、低圧側と高圧側の冷凍サイクルに対して冷却水を直列に通水する場合の当初考えた参考例について説明する。図３及び図４において、図１及び図２と同一符号を付した部分は同一または相当する部分であり、同一部分については説明を省略する。

図３に示す例では、低圧側冷凍サイクルＡと高圧側冷凍サイクルＢに対して冷却水を直列に通水する場合、冷却水を、低圧側凝縮器２Ａと低圧側過冷却器３Ａの入口側で分岐させて、前記低圧側凝縮器２Ａと低圧側過冷却器３Ａに流す。低圧側凝縮器２Ａと低圧側過冷却器３Ａを通過した冷却水は、これらの出口側で１本の配管２６に合流され、高圧側凝縮器２Ｂ及び高圧側過冷却器３Ｂの入口側で再び入口側の配管２７，２８に分岐されて、前記高圧側凝縮器２Ｂ及び高圧側過冷却器３Ｂに通水され、これらの出口側の配管２９，３０で再び合流されて、出口配管３１からクーリングタワーなどに送られるように構成されている。

図４に示す例では、低圧側冷凍サイクルＡと高圧側冷凍サイクルＢに対して冷却水を直列に通水する場合、冷却水を、低圧側凝縮器２Ａと低圧側過冷却器３Ａの入口側で分岐させて、前記低圧側凝縮器２Ａと低圧側過冷却器３Ａに流す。低圧側凝縮器２Ａを通過した冷却水は、その出口側から配管１９を通って高圧側過凝縮器２Ｂに流入し、該高圧側凝縮器２Ｂに通水される。一方、前記低圧側過冷却器３Ａに流入し、ここを通過した冷却水は、その出口側から配管２０を通って高圧側過冷却器３Ｂに流入し、該高圧側過冷却器３Ｂに通水される。高圧側凝縮器２Ｂ及び高圧側過冷却器３Ｂから出た冷却水は、配管２９，３０を経由した後、１本の出口配管３１に合流され、ここからクーリングタワーなどに送られる。

図２に示した本発明の実施例１と、図３及び図４に示した各参考例との効果の違いについて説明する。ここで、入口配管１６から供給される冷却水の入口温度を３２℃、出口配管２３，３１から排出される冷却水の出口温度を３７℃とした場合の例で説明する。
図３の参考例では、低圧側凝縮器２Ａ出口の冷却水温度を例えば３５℃、低圧側過冷却器３Ａ出口の冷却水温度は例えば３３℃となる。そして、配管２６において、前記３５℃の冷却水と３３℃の冷却水が合流されて例えば３４℃以上３５℃未満の冷却水となって、高圧側凝縮器２Ｂ及び高圧側過冷却器３Ｂに通水される。前記高圧側凝縮器２Ｂに通水された冷却水の出口温度は例えば３７．５℃、前記高圧側過冷却器３Ｂに通水された冷却水の出口温度は例えば３５．５℃となり、これらが出口配管３１で合流されて３７℃の冷却水となって排出される。

図４の参考例では、図３の例と同一条件であれば、低圧側凝縮器２Ａ出口の冷却水温度を３５℃となり、この冷却水は配管１９を介して高圧側凝縮器２Ｂに流入する。一方、低圧側過冷却器３Ａ出口の冷却水温度は３３℃となり、この冷却水は配管２０を介して高圧側過冷却器３Ｂに流入する。前記高圧側凝縮器２Ｂに通水された冷却水の出口温度は例えば３８℃、前記高圧側過冷却器３Ｂに通水された冷却水の出口温度は例えば３４℃となり、これらが出口配管３１で合流されて３７℃の冷却水となって排出される。この図４の参考例とすれば、前記図３に示した参考例に比べ、高圧側過冷却器３Ｂでの過冷却効果を向上できる効果はあるものの、高圧側凝縮器２Ｂに供給される冷却水の温度は高くなるため、高圧側凝縮器２Ｂでの凝縮圧力が高くなる。

これに対し、図２に示す本発明の実施例１では、低圧側凝縮器２Ａ出口の冷却水と低圧側過冷却器３Ａ出口の冷却水は合流することなく、それぞれ高圧側凝縮器２Ｂ及び高圧側過冷却器３Ｂに送られるため、図３の例と同一条件であれば、高圧側過冷却器３Ｂには３３℃の冷却水が流入することになり、図３の参考例と比較し、例えば１〜２℃低い冷却水温度で過冷却を行うことが可能となる。従って、本実施例では過冷却効果をより向上できるから、タ−ボ冷凍機の冷凍能力を向上できる効果が得られる。

また、本実施例では、低圧側凝縮器２Ａ出口の３５℃の冷却水に、高圧側過冷却器３Ｂ出口の例えば３４℃の冷却水を合流させた後、この冷却水を高圧側凝縮器２Ｂに通水するので、高圧側凝縮器２Ｂに通水される冷却水温度をより低下させることができると共に通水される冷却水量も増大できる。この結果、高圧側凝縮器２Ｂでの凝縮能力をより向上できるから、高圧側凝縮器２Ｂの冷却水出口温度は３７℃になり、上記図３及び図４に示す参考例のものより低下させることができる。従って、凝縮圧力がより低減されることにより、タ−ボ冷凍機の必要動力が低下し、運転効率の向上も図れる効果が得られる。

本発明のターボ冷凍機の実施例２を、図５を用いて説明する。図５は上述した実施例１の図２に相当する図で、図１，図２と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示しており、同一部分についてはそれらの説明を省略する。また、実施例１と同様に、冷却水の入口温度は３２℃、出口温度は３７℃とする。

クーリングタワーなどから供給された冷却水は、入口配管１６から、本実施例では三つの入口側の配管１７，１８及び２０に分岐される。配管１７を流れる冷却水は低圧側凝縮器２Ａに通水され、配管１８を流れる冷却水は低圧側過冷却器３Ａに通水される。更に、配管２０を流れる冷却水は高圧側過冷却器３Ｂに通水される。

前記低圧側凝縮器２Ａに通水された冷却水は、出口側の配管１９及び入口側の配管２１を介して高圧側凝縮器２Ｂへ通水される。前記低圧側過冷却器３Ａに通水された冷却水は、配管２４を介して前記高圧側凝縮器２Ｂへの前記入口配管２１を流れる冷却水に合流され、また前記高圧側過冷却器３Ｂに通水された冷却水も、実施例１と同様に、配管２２を介して前記高圧側凝縮器２Ｂへの前記入口配管２１を流れる冷却水に合流される。このように前記入口配管２１には、前記低圧側凝縮器２Ａ、前記低圧側過冷却器３Ａ及び前記高圧側過冷却器３Ｂに通水された冷却水が合流し、この合流後の冷却水が前記高圧側凝縮器２Ｂに通水される。この高圧側凝縮器２Ｂに通水された冷却水は出口配管２３から前記クーリングタワーなどに排出されるように構成されている。

前記入口配管１６から三つの入口側の配管１７，１８，２０に分岐される冷却水の分配比率は、低圧側凝縮器６への流れが主体となるように構成されるが、被冷却媒体（冷媒）との交換熱量の違いにより、低圧側凝縮器２Ａから出る冷却水の温度は、低圧側過冷却器３Ａ及び高圧側過冷却器３Ｂから出る冷却水の温度より高くなる。実施例１と同様に、入口配管１６から３２℃の冷却水が供給される場合、低圧側凝縮器２Ａ出口の冷却水温度は３５℃となる。一方、前記低圧側過冷却器３Ａと前記高圧側過冷却器３Ｂへは並列に分岐されて冷却水が供給されるため、低圧側過冷却器３Ａと高圧側過冷却器３Ｂへ流れる冷却水量は実施例１の場合よりも少なくなる。このため、低圧側過冷却器３Ａの出口冷却水温度は例えば３４℃と高くなる。高圧側過冷却器３Ｂへの冷却水量も実施例１の場合より少なくなるが、入口配管１６に供給された３２℃の低い温度の冷却水がこの高圧側過冷却器３Ｂに通水されるため、その出口冷却水温度も例えば３４℃となる。

従って、前記高圧側凝縮器２Ｂへ流入する冷却水の温度は、低圧側凝縮器２Ａ出口の冷却水温度３５℃より低い温度まで低下し、冷却水量も増え、低圧側凝縮器２Ａからの冷却水に、低圧側過冷却器３Ａ及び高圧側過冷却器３Ｂからの冷却水を合流させない場合に比較して、高圧側凝縮器２Ｂから出る冷却水温度をより低下させることができる。これにより、前記高圧側凝縮器２Ｂでの凝縮圧力をより低下させることができるから、タ−ボ冷凍機の運転効率を向上することができる。高圧側凝縮器２Ｂから出た冷却水は所定の温度（３７℃）となって、タ−ボ冷凍機からクーリングタワーなどに送り出される。

本実施例によれば、高圧側凝縮器２Ｂの出口冷却水温度を実施例１と同様に３７℃にできるから、実施例１と同様に、高圧側凝縮器２Ｂでの凝縮圧力を低下でき、ターボ冷凍機の必要動力が低下するので、タ−ボ冷凍機の運転効率を向上できる。
また、本実施例では、高圧側過冷却器３Ｂにも低温（３２℃）の冷却水が供給されるので、前記高圧側過冷却器３Ｂでは実施例１の場合より大きな過冷却効果を得ることができる。

本発明のターボ冷凍機の実施例３を、図６を用いて説明する。図６は上述した実施例１の図２に相当する図で、図１，図２と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示しており、同一部分についてはそれらの説明を省略する。なお、図６においては冷媒のフローについては実施例１と同様であり、その図示を省略している。

本実施例における冷却水フローは実施例１と同様である。本実施例は、低圧側冷凍サイクルＡ及び高圧側冷凍サイクルＢのそれぞれにおける凝縮器と過冷却器をシェルアンドチューブ熱交換器で構成し、各冷凍サイクルでの凝縮器と過冷却器を一つの缶体で一体構成したものである。

即ち、低圧側冷凍サイクルＡにおいて、低圧側凝縮器２Ａと低圧側過冷却器３Ａはそれぞれシェルアンドチューブ熱交換器で構成されると共に、一つの缶体内に一体に配置構成されている。また、この缶体の冷却水入口側と冷却水出口側にはそれぞれ水室ケース３２，３３が設置され、出口側の前記水室ケース３３には仕切り３３ａが設けられている。この仕切り３３ａは、低圧側凝縮器２Ａと低圧側過冷却器３Ａから流出した冷却水を分離するためのものである。

高圧側冷凍サイクルＢも同様に、高圧側凝縮器２Ｂと高圧側過冷却器３Ｂはそれぞれシェルアンドチューブ熱交換器で構成されると共に、一つの缶体内に一体に配置構成されている。また、この缶体の冷却水入口側と冷却水出口側にもそれぞれ水室ケース３４，３５が設置され、出口側の前記水室ケース３５には仕切り３５ａが設けられている。この仕切り３５ａは、低圧側過冷却器３Ａからの冷却水と高圧側凝縮器２Ｂから流出した冷却水を分離するためのものである。

冷却水は、入口配管３６から、低圧側冷凍サイクルＡの入口側水室ケース３２に供給され、ここから低圧側凝縮器２Ａと低圧側過冷却器３Ａに分配され、前記低圧側凝縮器２Ａを通過した冷却水は出口側水室ケース３３及び配管３７を経由して高圧側冷凍サイクルＢの入口側水室ケース３４に流入するように構成されている。また、前記低圧側過冷却器３Ａを通過した冷却水は出口側水室ケース３３及び配管３８を経由して高圧側冷凍サイクルＢの出口側水室ケース３５に流入するように構成され、高圧側過冷却器３Ｂに通水される。この高圧側過冷却器３Ｂを通過後の冷却水は、前記入口側の水室ケース３４に流入して前記低圧側凝縮器２Ａからの冷却水と合流し、この合流した冷却水は高圧側凝縮器２Ｂに通水された後、前記出口側水室ケース３５から出口配管３９へと流れ、クーリングタワーなどに送り出される。

本実施例によれば、上記実施例２と同様の作用及び効果が得られる。また、本実施例によれば、低圧側冷凍サイクルＡ及び高圧側冷凍サイクルＢをそれぞれ一つの缶体で一体に構成し、且つそれぞれの入口側と出口側に水室ケースを設けているので、全体としてコンパクトにターボ冷凍機を構成できると共に、配管構成も簡素化できる。特に、本実施例では、高圧側過冷却器３Ａの通過冷却水を、高圧側冷凍サイクルの出口側の水室ケースに送るようにしているから、図２に示す配管２２に相当する配管を不要にできる効果もある。

本発明のターボ冷凍機の実施例４を、図７を用いて説明する。図７は上述した実施例１の図２に相当する図で、図１，図２及び図６と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示しており、同一部分についてはそれらの説明を省略する。なお、図７においても冷媒のフローについては実施例１と同様であり、その図示を省略している。

この実施例４が上記実施例３と異なる点を説明する。本実施例４では、高圧側冷凍サイクルＢの入口側水室ケース３４にも仕切り３４ａを設け、低圧側過冷却器３Ａからの冷却水を、水室ケース３３及び配管４０を介して高圧側冷凍サイクルＢの入口側水室ケース３４に流入させるようにしている。前記水室ケース３４には、低圧側凝縮器２Ａからの冷却水と低圧側過冷却器３Ａからの冷却水とが流入するが、これらの冷却水は前記仕切り３４ａにより分離されている。これにより、低圧側過冷却器３Ａからの冷却水は入口側水室ケース３４から高圧側過冷却器３Ｂに通水され、その後出口側水室ケース３５から配管４１を介して前記入口側の水室ケース３４に流入し、低圧側凝縮器２Ａからの冷却水に合流される。水室ケース３４で合流された前記冷却水は、前記高圧側凝縮器２Ｂに通水され、その後出口側水室ケース３５から出口配管３９へと流れ、クーリングタワーなどに送り出される。

タ−ボ冷凍機における凝縮器や過冷却器は、冷却水の流れ方向により、熱交換器の性能への影響がほとんどない構造であることから、高圧側過冷却器３Ｂでの冷却水の流れ方向が実施例３と実施例４とでは互いに逆方向になるが、タ−ボ冷凍機の運転効率などに影響はない。一方、図６に示した実施例３では、低圧側冷凍サイクルＡと高圧側冷凍サイクルＢを接続する冷却水の配管は、配管３７，３８の２本で良いのに対して、図７に示す本実施例４では、低圧側冷凍サイクルＡと高圧側冷凍サイクルＢを接続する冷却水の配管は、配管３７，４０，４１の３本必要となり、配管が１本多く必要となる。また、本実施例４では、高圧側冷凍サイクルの入口側水室ケース３４にも仕切り３４ａが必要になるが、前記実施例３ではこの仕切り３４ａは不要である。

以上説明したように、この実施例４によれば、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。また、低圧側冷凍サイクルＡ及び高圧側冷凍サイクルＢをそれぞれ一つの缶体で一体に構成し、且つそれぞれの入口側と出口側に水室ケースを設けているので、全体としてコンパクトにターボ冷凍機を構成できると共に、配管構成も簡素化できる。しかし、上記実施例３に比べると、配管４１と仕切り３４ａが必要となるので、前述した実施例３の構成とした方がより低コスト化を図ることができる。

本発明のターボ冷凍機の実施例５を、図８を用いて説明する。図８は上述した実施例１の図２に相当する図で、図１，図２及び図６と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示しており、同一部分についてはそれらの説明を省略する。なお、図８においても冷媒のフローについては実施例１と同様であり、その図示を省略している。

この実施例５が上記実施例３と異なる点を説明する。本実施例５では、低圧側冷凍サイクルＡを構成する缶体の出口側と高圧側冷凍サイクルＢを構成する缶体の入口側とを水室ケース３３で接続することにより、前記二つの冷凍サイクルＡ，Ｂを構成する缶体を一体形状としている。前記水室ケース３３には仕切り３３ｂが設けられており、低圧側過冷却器３Ａから前記水室ケース３３に流入した冷却水は、低圧側凝縮器２Ａから出た冷却水とは分離されたまま配管４２を介して、仕切り３５ａが設けられている高圧側冷凍サイクルＢの出口側の水室ケース３５に流入する。ここから冷却水は高圧側過冷却器３Ｂに通水された後、前記仕切り３３ｂで仕切られた前記水室ケース３３に流入し、低圧側凝縮器２Ａからの冷却水と合流する。水室ケース３３で合流された前記冷却水は、前記高圧側凝縮器２Ｂに通水され、その後出口側水室ケース３５から出口配管３９へと流れ、クーリングタワーなどに送り出される。

本実施例によれば、上記実施例１や実施例３と同様の効果を得ることができる。しかも、本実施例によれば、低圧側冷凍サイクルＡと高圧側冷凍サイクルＢを水室ケース３３で一体に接続しているので、更にコンパクトなターボ冷凍機を得ることができると共に、実施例３に示す水室ケース３４や配管３７が不要となり、構造を更に簡素化して低コスト化も図ることができる。

本発明のターボ冷凍機の実施例６を、図９を用いて説明する。図９は上述した実施例１の図２に相当する図で、図１，図２，図５及び図６と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示しており、同一部分についてはそれらの説明を省略する。なお、図９における冷媒のフローについては実施例１と同様であり、その図示を省略している。

本実施例における冷却水フローは、図５に示した実施例２と同様である。また、低圧側冷凍サイクルＡ及び高圧側冷凍サイクルＢのそれぞれにおける凝縮器と過冷却器をシェルアンドチューブ熱交換器で構成し、各冷凍サイクルでの凝縮器と過冷却器を一つの缶体で一体構成している点では図６に示した上記実施例３と同様である。

この実施例６が上記実施例３と異なる点を説明する。本実施例６では、低圧側冷凍サイクルＡの入口側水室ケース３２と、仕切り３５ａを有する高圧側冷凍サイクルＢの出口側水室ケース３５とを配管４３で接続している。また、低圧側冷凍サイクルＡの出口側水室ケース３３には、図６に示すような仕切り３３ａが設けられておらず、低圧側凝縮器２Ａから出た冷却水と、低圧側過冷却器３Ａから出た冷却水とは、前記水室ケース３３で合流するように構成されている。

冷却水は、入口配管３６から、低圧側冷凍サイクルＡの入口側水室ケース３２に供給され、ここから低圧側凝縮器２Ａと低圧側過冷却器３Ａに分配されると同時に、配管４３及び水室ケース３５を介して、高圧側過冷却器３Ｂにも分配される。

前記低圧側凝縮器２Ａを通過した冷却水は出口側水室ケース３３に流入し、また、前記低圧側過冷却器３Ａを通過した冷却水も前記出口側水室ケース３３に流入する。水室ケース３３で合流された前記冷却水は、配管３７を介して、高圧側冷凍サイクル３４の入口側水室ケース３４に流入する。一方、前記高圧側過冷却器３Ｂに分配されこれを通過した冷却水は前記入口側水室ケース３４に流入し、この水室ケース３４で前記低圧側凝縮器２Ａ及び低圧側過冷却器３Ａを通過した冷却水と合流する。この合流された冷却水は高圧側凝縮器２Ｂに通水され、その後出口側水室ケース３５から出口配管３９へと流れ、クーリングタワーなどに送り出される。

本実施例によれば、図５に示した上記実施例２及び図６に示した上記実施例３と同様の効果を得ることができる。また、本実施例では、水室ケース３３には図６に示したような仕切り３３ａを設ける必要がなく、実施例３のものより、更に構造が簡素化され、低コスト化することができる。

本発明のターボ冷凍機の実施例７を、図１０を用いて説明する。図１０は上述した実施例１の図２に相当する図で、図１，図２，図５，図６，図８及び図９と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示しており、同一部分についてはそれらの説明を省略する。なお、図１０における冷媒のフローについては実施例１と同様であり、その図示を省略している。

本実施例における冷却水フローも、図５に示した実施例２と同様である。また、低圧側冷凍サイクルＡ及び高圧側冷凍サイクルＢのそれぞれにおける凝縮器と過冷却器をシェルアンドチューブ熱交換器で構成し、各冷凍サイクルでの凝縮器と過冷却器を一つの缶体で一体構成している点でも図６に示した上記実施例３と同様である。更に、水室ケース３３により、低圧側冷凍サイクルＡと高圧側冷凍サイクルＢを接続することにより、前記二つの冷凍サイクルＡ，Ｂを一体形状としている点では図８に示した上記実施例５とも類似している。

この実施例７が特に図９に示した上記実施例６と異なる点を説明する。本実施例７では、低圧側冷凍サイクルＡの低圧側凝縮器２Ａ及び低圧側過冷却器３Ａと、高圧側冷凍サイクルＢの高圧側過冷却器３Ｂ及び高圧側凝縮器２Ｂとを、図１０に示すように横並び（或いは縦並び）でそれらの両端位置が同じになるように配置している。また、高圧側過冷却器３Ｂと高圧側凝縮器２Ｂとは冷却水の流れ方向が互いに逆方向に構成され、高圧側過冷却器３Ｂの入口側と、低圧側凝縮器２Ａ及び低圧側過冷却器３Ａの入口側が同一側となるように構成されている。

このように低圧側の凝縮器２Ａと過冷却器３Ａ、及び高圧側の過冷却器３Ｂと凝縮器２Ｂを、それらの両端位置が同じになるように並べて配置し、各冷凍サイクルでの凝縮器と過冷却器とはそれぞれ一つの缶体で一体に構成されている。また、これら低圧側冷凍サイクルの缶体と高圧側冷凍サイクルの缶体の両側部にはそれぞれ共通の水室ケース３２及び３３が設けられて、これらの水室ケース３２，３３により、前記低圧側冷凍サイクルＡと高圧側冷凍サイクルＢは一体形状に構成されている。

なお、本実施例では、低圧側冷凍サイクルＡの凝縮器と過冷却器、及び高圧側冷凍サイクルＢの凝縮器と過冷却器は、それぞれが一つの缶体で一体に構成されているが、これら低圧側及び高圧側の両方の凝縮器と過冷却器を一つの缶体で一体に構成するようにしても良い。

前記水室ケース３２は冷却水の出入口となっており、低圧側凝縮器２Ａ、低圧側過冷却器３Ａ及び高圧側過冷却器３Ｂへの冷却水入口側と、高圧側凝縮器２Ｂからの冷却水出口側とを分離するように仕切り３２ａが設けられている。

また、冷却水の出入口となる側の反対側に設けられた水室ケース３３には仕切りは設けられておらず、低圧側凝縮器２Ａ、低圧側過冷却器３Ａ及び高圧側過冷却器３Ｂからの冷却水出口側と、高圧側凝縮器２Ｂへの冷却水入口側が共通の水室ケース３３で構成されている。即ち、前記水室ケース３３は、低圧側凝縮器２Ａ、低圧側過冷却器３Ａ及び高圧側過冷却器３Ｂから出た冷却水が、折り返されて高圧側凝縮器２Ｂへ流入するように構成されている。

冷却水は、入口配管３６から、仕切り３２ａを備える前記水室ケース３２に供給され、ここから低圧側凝縮器２Ａと低圧側過冷却器３Ａに分配されると同時に、高圧側過冷却器３Ｂにも分配される。これら低圧側凝縮器２Ａ、低圧側過冷却器３Ａ及び高圧側過冷却器３Ｂを通過した冷却水は、前記水室ケース３２とは反対側に設けられた水室ケース３３に流入し、この水室ケース３３で合流された前記冷却水は、該水室ケース３３内で折り返されて、高圧側凝縮器２Ｂに通水され、その後前記水室ケース３２の前記仕切り３２ａで入口側とは分離された出口側の水室ケース３２へ流入し、ここから出口配管３９へと流れてクーリングタワーなどに送り出される。

本実施例によれば、図５に示した上記実施例２及び図９に示した上記実施例６と同様の効果を得ることができる。また、本実施例によれば、低圧側冷凍サイクルＡと高圧側冷凍サイクルＢを共通の水室ケース３２及び３３で一体形状に構成しているので、更にコンパクトなターボ冷凍機を得ることができる。更に、水室ケースは二つだけで良くなり、仕切りも一つで良く、しかも低圧側冷凍サイクルＡと高圧側冷凍サイクルＢを接続する配管も不要となり、冷却水の入口配管３６及び出口配管３９だけで良くなるので、構造を大幅に簡素化でき、大幅な低コスト化を図ることもできる効果がある。

以上述べたように、本発明の各実施例によれば、低圧側冷凍サイクルからの冷却水を、低圧側凝縮器から出た冷却水と合流させることなく、高圧側過冷却器に導くように構成しているので、高圧側冷凍サイクルでの過冷却効果が低下するのを防止できる。また、前記高圧側過冷却器を通過後の冷却水を、高圧側凝縮器への入口冷却水に合流させて該高圧側凝縮器に通水するように構成しているので、高圧側冷凍サイクルでの凝縮圧力上昇も最小限に抑制して凝縮圧力をより低下させることができ、これにより運転効率の向上を図れるターボ冷凍機を得ることができる。

１Ａ，１Ｂ：圧縮機、
２Ａ、２Ｂ：凝縮器、
３Ａ、３Ｂ：過冷却器、
４Ａ、４Ｂ：膨張手段、
５Ａ、５Ｂ：蒸発器、
１７〜２２，２４，３７，３８，４０〜４３：配管、
１６，３６：入口配管、
２３，３１，３９：出口配管、
３２〜３５：水室ケース、
３２ａ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３５ａ：仕切り。

Claims (10)

1. ターボ圧縮機、凝縮器、膨張手段及び蒸発器を順次接続して構成された冷凍サイクルを複数備え、冷却水を、前記複数の冷凍サイクルのうちの一つの冷凍サイクルの凝縮器から他の冷凍サイクルの凝縮器に直列に流すことにより、前記冷却水の上流側の低圧側冷凍サイクルと、下流側の高圧側冷凍サイクルが組み合わされるように構成されたターボ冷凍機において、
   前記各冷凍サイクルにおける凝縮器の下流側にそれぞれ過冷却器を設けて冷却水を通水させると共に、
   前記高圧側冷凍サイクルの過冷却器を通過後の冷却水を、この高圧側冷凍サイクルの凝縮器への入口冷却水に合流させて該凝縮器に通水するように構成した
   ことを特徴とするターボ冷凍機。
2. 請求項１に記載のターボ冷凍機において、前記冷却水は前記低圧側冷凍サイクルへの入口側で二方向に分岐し、一方の冷却水は、低圧側冷凍サイクルの凝縮器から高圧側サイクルの凝縮器に流し、他方の冷却水は、低圧側冷凍サイクルの過冷却器から高圧側冷凍サイクルの過冷却器に流した後、高圧側冷凍サイクルの凝縮器への入口冷却水に合流させるように構成したことを特徴とするターボ冷凍機。
3. 請求項１に記載のターボ冷凍機において、前記冷却水は前記低圧側冷凍サイクルへの入口側で三方向に分岐し、この三方向に分岐された冷却水の一つは、低圧側冷凍サイクルの凝縮器から高圧側冷凍サイクルの凝縮器に流し、他の一つの冷却水は、低圧側冷凍サイクルの過冷却器に流した後、高圧側冷凍サイクルの凝縮器への入口冷却水に合流させ、更に他の一つの冷却水は、高圧側冷凍サイクルの過冷却器に流した後、この高圧側冷凍サイクルの凝縮器への入口冷却水に合流させるように構成したことを特徴とするターボ冷凍機。
4. 請求項１〜３の何れかに記載のターボ冷凍機において、前記高圧側冷凍サイクルの凝縮器と過冷却器をシェルアンドチューブ熱交換器で構成すると共に、これらシェルアンドチューブ熱交換器で構成された前記凝縮器と過冷却器とは同一缶体内に設置されていることを特徴とするターボ冷凍機。
5. 請求項４に記載のターボ冷凍機において、シェルアンドチューブ熱交換器で構成された前記高圧側冷凍サイクルの凝縮器における伝熱管内を流れる冷却水の流れ方向と、前記高圧側冷凍サイクルの過冷却器における伝熱管内を流れる冷却水の流れ方向とが互いに逆方向になるように構成されていることを特徴とするターボ冷凍機。
6. 請求項４または５に記載のターボ冷凍機において、前記高圧側冷凍サイクルの凝縮器と過冷却器を設置している前記缶体の一方側に、前記高圧側冷凍サイクルの凝縮器への入口冷却水が流入する水室ケースが設けられ、この水室ケースに、前記高圧側冷凍サイクルの過冷却器における冷却水出口を開口させ、前記高圧側冷凍サイクルにおける過冷却器通過後の冷却水を外部配管を介さずに高圧側冷凍サイクルにおける凝縮器への入口冷却水に合流させる構成としたことを特徴とするターボ冷凍機。
7. 請求項１〜６の何れかに記載のターボ冷凍機において、前記低圧側冷凍サイクルの凝縮器と過冷却器もシェルアンドチューブ熱交換器で構成すると共に、これらシェルアンドチューブ熱交換器で構成された前記低圧側冷凍サイクルの凝縮器と過冷却器も同一缶体内に設置されていることを特徴とするターボ冷凍機。
8. 請求項７に記載のターボ冷凍機において、低圧側冷凍サイクルを構成する缶体の出口側と高圧側冷凍サイクルを構成する缶体の入口側を水室ケースで接続することにより、前記二つの冷凍サイクルを構成する前記缶体を一体形状としたことを特徴とするターボ冷凍機。
9. 請求項８に記載のターボ冷凍機において、前記低圧側冷凍サイクルを構成する缶体と前記高圧側冷凍サイクルを構成する缶体を接続する前記水室ケースには仕切りを設けて、低圧側過冷却器から前記水室ケースに流入した冷却水を、低圧側凝縮器から出た冷却水とは分離されたまま配管を介して前記高圧側過冷却器の入口側に流し、この高圧側過冷却器に通水した後、前記仕切りで仕切られた前記水室ケースにおける低圧側凝縮器出口側に流入させて、低圧側凝縮器からの冷却水と合流させた後、高圧側凝縮器に流入させる構成としたことを特徴とするターボ冷凍機。
10. 請求項７に記載のターボ冷凍機において、前記各冷凍サイクルの凝縮器と過冷却器とは一つの缶体で一体に構成されると共に、前記両冷凍サイクルの凝縮器と過冷却器は互いに並べて配置され、低圧側冷凍サイクルの缶体と高圧側冷凍サイクルの缶体の両側部にはそれぞれ共通の水室ケースが設けられて、これらの水室ケースにより、前記低圧側冷凍サイクルと高圧側冷凍サイクルは一体形状に構成され、前記高圧側の過冷却器と凝縮器とは冷却水の流れ方向が互いに逆方向に構成され、また前記高圧側の過冷却器の入口側と、前記低圧側の凝縮器及び過冷却器の入口側が同一側となるように構成され、前記水室ケースの一方側を冷却水の出入口とし、この水室ケースには、低圧側の凝縮器と過冷却器への冷却水入口側及び高圧側の過冷却器への冷却水入口側と、高圧側の凝縮器からの冷却水出口側とが分離されるように仕切りが設けられていることを特徴とするターボ冷凍機。

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