JP2015194302A

JP2015194302A - ターボ冷凍機

Info

Publication number: JP2015194302A
Application number: JP2014072681A
Authority: JP
Inventors: 遠藤　哲也; Tetsuya Endo; 哲也遠藤
Original assignee: Ebara Refrigeration Equipment and Systems Co Ltd
Current assignee: Ebara Refrigeration Equipment and Systems Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-11-05
Also published as: CN104949370A

Abstract

【課題】電動機を冷却した後の冷媒液を、蒸発器において従来有効な伝熱面積として作用していなかった伝熱管部位に散布することができ、蒸発器の伝熱性能を向上させることができるターボ冷凍機を提供する。
【解決手段】蒸発器３は、一端部側に冷水入口ノズル３５_ＩＮおよび冷水出口ノズル３５_ＯＵＴを有した２パスの蒸発器からなるか、または一端部側に冷水入口ノズル３５_ＩＮを有し他端部側に冷水出口ノズル３５_ＯＵＴを有した３パスの蒸発器３からなり、蒸発器３が２パスの蒸発器の場合には、蒸発器３に冷媒液を供給する冷媒供給配管７を蒸発器３の冷水入口ノズル３５_ＩＮおよび冷水出口ノズル３５_ＯＵＴの反対側に配置し、蒸発器３が３パスの蒸発器の場合には、蒸発器３に冷媒液を供給する冷媒供給配管７を蒸発器３の冷水出口ノズル側に配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ冷凍機に係り、特にターボ冷凍機の蒸発器に関するものである。

従来、冷凍空調装置などに利用されるターボ冷凍機は、冷媒を封入したクローズドシステムで構成され、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、前記蒸発器で蒸発した冷媒ガスを圧縮して高圧の冷媒ガスにする圧縮機と、高圧の冷媒ガスを冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器と、前記凝縮した冷媒を減圧して膨張させる膨張弁（膨張機構）とを、冷媒配管によって連結して構成されている。

ターボ冷凍機に用いられているターボ圧縮機は、電動機が圧縮機とともに分割型のケーシングに密閉状態で収容されている半密閉型圧縮機を採用する場合が多い。この半密閉型圧縮機においては、電動機の損失により生じた発熱を、冷凍サイクル中の凝縮冷媒液を電動機内部に導入して冷媒の蒸発潜熱を利用して冷却する場合が多い。この冷却には、冷凍サイクルにおける凝縮冷媒液を、蒸発圧力に均圧された電動機に圧力差を利用して供給される。電動機に供給された冷媒は、一部が蒸発ガス化し、残りが冷媒液の状態で蒸発器に戻される。

一方、ターボ冷凍機の蒸発器は、満液式シェルアンドチューブ型熱交換器が多く採用されている。通常は、凝縮器からエコノマイザおよび各膨張機構を通過した冷媒液が蒸発器の下部に供給され、冷水と熱交換を行い、沸騰蒸発し、蒸発した冷媒ガスは、圧縮機に吸込まれ、圧縮、凝縮、膨張、蒸発の冷凍サイクルを形成する。

特開平７−１２４２８号公報

ターボ冷凍機においては、蒸発器内の冷媒の沸騰状態は、不均一である。例えば、冷水２パスの蒸発器においては、冷水ノズル側の方が、冷媒と冷水の温度差が大きいため、沸騰が激しく、冷媒液面が高くなり、伝熱管が冷媒液に十分浸される。一方、冷水ノズル反対側は、前述の温度差が小さいため、沸騰状態が穏やかであり、冷媒液面が低下して、上段に配置される伝熱管が冷媒液に浸されないで露出した状態となる。

図１５は、冷水２パスの蒸発器を示す模式的断面図である。図１５に示すように、蒸発器３は、円筒形の缶胴３１と缶胴３１の両端部に設けられた管板３２，３２とにより形成された空間内に、多数の伝熱管３３を配列した伝熱管群を配置して構成されている。伝熱管３３は、内部に冷水が流通するようになっており、缶胴３１の長手方向に延びている。管板３２，３２には、それぞれヘッダ部３５Ｒ，３５Ｌが接続されている。ヘッダ部３５Ｒは仕切板（図示せず）により上下に区画されており、ヘッダ部３５Ｒの下部には冷水入口ノズル３５_ＩＮが設けられ、ヘッダ部３５Ｒの上部には冷水出口ノズル３５_ＯＵＴが設けられている。多数の伝熱管３３は、冷水入口ノズル３５_ＩＮに連通する下段の伝熱管群と冷水出口ノズル３５_ＯＵＴに連通する上段の伝熱管群を形成している。冷水は、ヘッダ部３５Ｒの冷水入口ノズル３５_ＩＮから流入して下段の伝熱管群を流れた後にヘッダ部３５Ｌで折り返し、上段の伝熱管群を流れた後に冷水出口ノズル３５_ＯＵＴから流出するようになっている。

図１５に示すように、冷水２パスの蒸発器３においては、冷水入口ノズル３５_ＩＮと冷水出口ノズル３５_ＯＵＴがある冷水ノズル側の方が、冷媒と冷水の温度差が大きいため、沸騰が激しく、冷媒液面が高くなり、伝熱管３３が冷媒液に十分浸される。一方、冷水ノズル反対側は、前述の温度差が小さいため、沸騰状態が穏やかであり、冷媒液面が低下して、上段の伝熱管３３が冷媒液に浸されないで露出した状態となる。
したがって、同じ伝熱管でも、冷水ノズル反対側の部位は、伝熱面積として有効に働いていないという問題があった。その結果、蒸発器の伝熱性能が低下し、冷凍機の効率低下が生じていた。

また、上述したように、従来の技術では、電動機を冷却した後の冷却冷媒液は、蒸発器に戻されるが、前述の伝熱に寄与しない冷水ノズル反対側の伝熱管の上部に積極的に戻す処置を講じていなかった。逆に、冷媒液に十分浸された伝熱管部位に電動機を冷却した後の冷媒液を戻していたので、折角、冷水の冷却源となりうる冷媒液を有効活用できていなかった。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、冷媒液を、蒸発器において従来有効な伝熱面積として作用していなかった伝熱管部位に散布することができ、蒸発器の伝熱性能を向上させることができるターボ冷凍機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明のターボ冷凍機は、冷水から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を羽根車によって圧縮するターボ圧縮機と、ターボ圧縮機を駆動する電動機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えたターボ冷凍機において、前記蒸発器は、一端部側に冷水入口ノズルおよび冷水出口ノズルを有した２パスの蒸発器からなるか、または一端部側に冷水入口ノズルを有し他端部側に冷水出口ノズルを有した３パスの蒸発器からなり、前記蒸発器が２パスの蒸発器の場合には、前記蒸発器に冷媒液を供給する冷媒供給配管を前記蒸発器の冷水入口ノズルおよび冷水出口ノズルの反対側に配置し、前記蒸発器が３パスの蒸発器の場合には、前記蒸発器に冷媒液を供給する冷媒供給配管を前記蒸発器の冷水出口ノズル側に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、蒸発器に冷媒液を供給する冷媒供給配管を２パスの蒸発器の冷水ノズル反対側に配置することにより、冷媒液を、蒸発器において従来有効な伝熱面積として作用していなかった冷水ノズル反対側の伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。また、冷媒液を供給する冷媒供給配管を３パスの冷水出口ノズル側に配置することにより、冷媒液を、蒸発器において従来有効な伝熱面積として作用していなかった冷水出口ノズル側の伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、前記凝縮器から前記電動機に冷却用の冷媒液を供給し、前記冷媒供給配管を前記電動機に接続して前記電動機を冷却した後の冷媒液を前記蒸発器に供給することを特徴とする。
本発明によれば、電動機を冷却した後の冷媒液を、蒸発器において従来有効な伝熱面積として作用していなかった伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、前記冷媒供給配管を前記蒸発器の底部に接続するとともに前記冷媒供給配管に冷媒散布ポンプを設けたことを特徴とする。
本発明によれば、蒸発器の底部から供給された冷媒液を、蒸発器において従来有効な伝熱面積として作用していなかった伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、前記冷媒供給配管を前記エコノマイザの底部に接続したことを特徴とする。
本発明によれば、エコノマイザの底部から供給された冷媒液を、蒸発器において従来有効な伝熱面積として作用していなかった伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、前記冷媒供給配管を前記凝縮器の底部に接続したことを特徴とする。
本発明によれば、凝縮器の底部から供給された冷媒液を、蒸発器において従来有効な伝熱面積として作用していなかった伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、前記冷媒供給配管を複数個に分岐して分岐端を前記蒸発器に接続したことを特徴とする。
本発明によれば、冷媒供給配管を複数個に分岐して２パスの蒸発器の冷水ノズル反対側（３パスの蒸発器の冷水出口ノズル側）に接続することにより、蒸発器の長手方向の複数の位置で冷媒液を散布することができる。したがって、冷水ノズル反対側（又は冷水出口ノズル側）の伝熱管群の広い範囲に亘って冷媒液を散布することができる。

本発明の好ましい態様によれば、前記蒸発器の内部に、前記冷媒供給配管に接続されるとともに伝熱管群の上方から冷媒液を散布する冷媒散布ヘッダを設けたことを特徴とする。
本発明によれば、冷媒散布ヘッダから２パスの蒸発器にあっては冷水ノズル反対側（３パスの蒸発器にあっては冷水出口ノズル側）の冷媒液に浸されずに露出した伝熱管に散布される。散布された冷媒液は、冷水と熱交換することで冷凍効果に寄与した後、蒸発ガス化して、圧縮機に導入される。このように、冷媒散布ヘッダを介して、冷媒液に浸されずに露出した伝熱管に万遍なく冷媒液を散布することができるので、蒸発器の伝熱性能が向上するため、冷凍機の効率向上が可能になる。

本発明の好ましい態様によれば、前記冷媒散布ヘッダは、前記蒸発器の長手方向に対して直交する方向に延びていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記冷媒散布ヘッダは、冷媒液散布用の複数の切欠き又は孔を有したパイプ又は筒状部材からなることを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、前記冷媒供給配管を複数個に分岐して分岐端に、それぞれ前記冷媒散布ヘッダを接続したことを特徴とする。
本発明によれば、蒸発器内に設置される冷媒散布ヘッダを蒸発器の長手方向に間隔をおいて複数個設けることにより、伝熱管群の広い範囲に亘って冷媒液を散布することができる。

本発明の好ましい態様によれば、前記蒸発器は、上部に気液分離デミスタを備え、前記冷媒散布ヘッダは、前記気液分離デミスタと前記伝熱管群との間に配置されていることを特徴とする。
冷媒液を気液分離デミスタの上方から散布すると、蒸発器の伝熱性能向上のために散布した冷媒液が、既に冷水と熱交換して蒸発した冷媒ガスに同伴され、キャリーオーバーを生じる場合がある。本発明によれば、蒸発器内のキャリーオーバーを回避するために冷媒散布ヘッダを蒸発器内の気液分離デミスタの下方に配置している。

本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）冷媒液を、蒸発器において従来有効な伝熱面積として作用していなかった伝熱管部位に積極的に散布することができ、蒸発器の伝熱性能を向上させることができる。したがって、冷凍機の効率改善が可能となる。
（２）冷媒液を散布する冷媒散布ヘッダの位置を気液分離デミスタ下方に配置することで蒸発器のキャリーオーバーを回避することが可能となる。

図１は、本発明に係るターボ冷凍機の第１の実施形態を示す模式図である。図２は、本発明に係るターボ冷凍機の第２実施形態を示す模式図である。図３は、本発明に係るターボ冷凍機の第３の実施形態を示す模式的断面図である。図４は、本発明に係るターボ冷凍機の第４の実施形態を示す模式図である。図５は、本発明に係るターボ冷凍機の第５の実施形態を示す模式的斜視図である。図６は、本発明に係るターボ冷凍機の第６の実施形態を示す模式図である。図７は、本発明に係るターボ冷凍機の第７の実施形態を示す模式図である。図８は、本発明に係るターボ冷凍機の第８の実施形態を示す模式図である。図９は、本発明に係るターボ冷凍機の第９の実施形態を示す模式的断面図である。図１０は、本発明に係るターボ冷凍機の第１０の実施形態を示す模式図である。図１１は、本発明に係るターボ冷凍機の第１１の実施形態を示す模式的斜視図である。図１２は、本発明に係るターボ冷凍機の第１２の実施形態を示す模式図である。図１３は、本発明に係るターボ冷凍機の第１３の実施形態を示す模式図である。図１４は、本発明に係るターボ冷凍機の第１４の実施形態を示す模式図である。図１５は、冷水２パスの蒸発器を示す模式的断面図である。

以下、本発明に係るターボ冷凍機の実施形態を図１乃至図１４を参照して説明する。図１乃至図１４において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明に係るターボ冷凍機の第１の実施形態を示す模式図である。図１に示すように、ターボ冷凍機は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機１と、圧縮された冷媒ガスを冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器２と、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器３と、凝縮器２と蒸発器３との間に配置される中間冷却器であるエコノマイザ４とを備え、これら各機器を冷媒が循環する冷媒配管５によって連結して構成されている。

図１に示す実施形態においては、ターボ圧縮機１は、多段ターボ圧縮機から構成されており、電動機１１によって駆動されるようになっている。ターボ圧縮機１は、電動機１１が圧縮機とともに分割型のケーシングに密閉状態で収容されている半密閉型ターボ圧縮機である。ターボ圧縮機１は、流路８によってエコノマイザ４と接続されており、エコノマイザ４で分離された冷媒ガスはターボ圧縮機１の多段の圧縮段（この例では２段）の中間部分（この例では一段目と二段目の間の部分）に導入されるようになっている。

図１に示すように構成されたターボ冷凍機の冷凍サイクルでは、ターボ圧縮機１と凝縮器２と蒸発器３とエコノマイザ４とを冷媒が循環し、蒸発器３で得られる冷熱源で冷水が製造されて負荷に対応し、冷凍サイクル内に取り込まれた蒸発器３からの熱量および電動機１１から供給されるターボ圧縮機１の仕事に相当する熱量が凝縮器２に供給される冷却水に放出される。一方、エコノマイザ４にて分離された冷媒ガスはターボ圧縮機１の多段圧縮段の中間部分に導入され、一段目圧縮機からの冷媒ガスと合流して二段目圧縮機により圧縮される。２段圧縮単段エコノマイザサイクルによれば、エコノマイザ４による冷凍効果部分が付加されるので、その分だけ冷凍効果が増加し、エコノマイザ４を設置しない場合に比べて冷凍効果の高効率化を図ることができる。

図１に示すように、凝縮器２から冷媒液を電動機１１に導く配管６が設置されている。配管６は電動機１１のケーシング１１ｃに接続されており、凝縮器２で凝縮した冷媒液が電動機１１のケーシング１１ｃ内に導入されるようになっている。電動機１１のケーシング１１ｃ内に導入された冷媒液は、ケーシング１１ｃ内を流れる間に一部が蒸発し、このときの蒸発潜熱を利用して電動機１１の熱を奪い電動機１１を冷却するようになっている。電動機１１を含むターボ圧縮機１は蒸発器３の上方に設置されている。電動機１１を冷却した後の冷媒液は、その位置ヘッドにより冷媒供給配管７によって蒸発器３に供給される。

図１に示す実施形態では、蒸発器３は、図１５に示す蒸発器３と同様に２パスの蒸発器である。そして、電動機１１を冷却した後の冷媒液を蒸発器３に供給する冷媒供給配管７を２パスの蒸発器３の冷水入口ノズル３５_ＩＮ，冷水出口ノズル３５_ＯＵＴの反対側に配置している。すなわち、図１において、蒸発器３の左側の管板３２の近くに冷媒供給配管７の出口を接続している。ここで、冷水入口ノズル３５_ＩＮ，冷水出口ノズル３５_ＯＵＴの反対側とは、缶胴３１の長手方向の中心面に対して、冷水入口ノズル３５_ＩＮ，冷水出口ノズル３５_ＯＵＴ側の缶胴と反対の面対称側の缶胴を表している。
本発明者らは、実験により、図１５の冷水入口ノズル３５_ＩＮ，冷水出口ノズル３５_ＯＵＴと反対側の管板３２から缶胴全体の長さの略１／４の箇所に設置された確認用ガラス窓３６及び蒸発器缶胴内に設置した液面センサ３７により、蒸発器において有効な伝熱面積として作用していなかった伝熱管部位が缶胴の略中心から冷水入口ノズル３５_ＩＮ，冷水出口ノズル３５_ＯＵＴ側の反対側であることを確認した。
反対側の位置については、略中心に限定されるものではなく、機器の設計条件の異なる機器毎に実験を行い、効果的な位置を適宜定めれば良い。

このように、冷媒供給配管７を２パスの蒸発器３の冷水ノズル反対側に配置することにより、電動機１１を冷却した後の冷媒液を、蒸発器３において従来有効な伝熱面積として作用していなかった冷水ノズル反対側の伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器３の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。

図２は、本発明に係るターボ冷凍機の第２実施形態を示す模式図である。図２に示すように、本実施形態においては、蒸発器３は３パスの蒸発器から構成されている。すなわち、蒸発器３において、冷水は、ヘッダ部３５Ｒの冷水入口ノズル３５_ＩＮから流入して下段の伝熱管群を流れた後にヘッダ部３５Ｌで折り返し、中段の伝熱管群を流れた後にヘッダ部３５Ｒで折り返し、さらに上段の伝熱管群を流れた後にヘッダ部３５Ｌの冷水出口ノズル３５_ＯＵＴから流出する。
本実施形態においては、電動機１１を冷却した後の冷媒液を蒸発器３に供給する冷媒供給配管７を３パスの蒸発器３の冷水出口ノズル側に配置している。このように、冷媒供給配管７を３パスの冷水出口ノズル側に配置することにより、電動機１１を冷却した後の冷媒液を、蒸発器３において従来有効な伝熱面積として作用していなかった冷水出口ノズル側の伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器３の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。

図３は、本発明に係るターボ冷凍機の第３の実施形態を示す模式的断面図である。図３に示すように、蒸発器３の内部には、電動機１１を冷却した後の冷媒液を散布する冷媒散布ヘッダ１２が設置されている。冷媒散布ヘッダ１２は、２パスの蒸発器３においては冷水ノズルの反対側に配置され、３パスの蒸発器３においては冷水出口ノズル側に配置されている。
冷媒散布ヘッダ１２は、冷媒供給配管７の下端に接続されたパイプ又は溝型鋼を溶接で組合せて形成された筒状部材からなり、蒸発器３の伝熱管群の上方にあって蒸発器３の長手方向と直交する方向に延びている。

冷媒散布ヘッダ１２には、伝熱管との相対位置を考慮した複数の切欠き又は孔１２ｎを設け、冷媒液は、切欠き又は孔１２ｎを通過して２パスの蒸発器３にあっては冷水ノズル反対側（３パスの蒸発器３にあっては冷水出口ノズル側）の冷媒液に浸されずに露出した伝熱管に散布される。散布された冷媒液は、冷水と熱交換することで冷凍効果に寄与した後、蒸発ガス化して、圧縮機に導入される。
このように、冷媒散布ヘッダ１２を介して、冷媒液に浸されずに露出した伝熱管に万遍なく冷媒液を散布することができるので、蒸発器３の伝熱性能が向上するため、冷凍機の効率向上が可能になる。

図４は、本発明に係るターボ冷凍機の第４の実施形態を示す模式図である。図４に示すように、２パスの蒸発器３では、蒸発器３に冷媒液を供給する冷媒供給配管７を複数個に分岐して冷水ノズル反対側へ接続してもよい。なお、３パスの蒸発器では、冷媒供給配管７を複数個に分岐して冷水出口ノズル側へ接続する。このように、冷媒供給配管７を複数個に分岐して２パスの蒸発器３の冷水ノズル反対側（３パスの蒸発器の冷水出口ノズル側）に接続することにより、蒸発器３の長手方向の複数の位置で冷媒液を散布することができる。したがって、冷水ノズル反対側（又は冷水出口ノズル側）の伝熱管群の広い範囲に亘って冷媒液を散布することができる。

図５は、本発明に係るターボ冷凍機の第５の実施形態を示す模式的斜視図である。本実施形態において、蒸発器３内に設置される冷媒散布ヘッダ１２を蒸発器の長手方向に間隔をおいて複数個設けている。このように、蒸発器３の長手方向の複数の位置に冷媒散布ヘッダ１２を設けることにより、伝熱管群の広い範囲に亘って冷媒液を散布することができる。

冷水ノズル反対側（２パス蒸発器）あるいは冷水出口ノズル側（３パス蒸発器）の伝熱管部位が有効な伝熱面として作動していないことは、本発明者らの実験から明らかであり、図１乃至５に示すように、本発明によれば、冷媒液に浸されずに露出した伝熱管部位に対して、積極的に電動機１１からの冷媒液を散布して蒸発器３の伝熱性能向上を図ることができる。

また、蒸発器には、通常、沸騰蒸発した冷媒ガスと、それに同伴される冷媒液滴を分離する気液分離デミスタが設けられる場合が多い。これは、冷媒液が蒸発した冷媒ガスに同伴されて圧縮機に吸込まれるいわゆるキャリーオーバーを回避するためである。キャリーオーバーが生じると、圧縮機の効率低下、ひいては、長期間、圧縮機羽根車に液滴が衝突することによって羽根車自体が損傷を受ける可能性があり、冷凍機の安定運転が継続できなくなる。

図１乃至５に示す実施形態においては、電動機１１からの冷媒液を気液分離デミスタの上方から散布している。このようにして蒸発器の伝熱性能向上のために散布した冷媒液が、既に冷水と熱交換して蒸発した冷媒ガスに同伴され、キャリーオーバーを生じる場合がある。蒸発器内のキャリーオーバーを回避するために前述の冷媒散布ヘッダ１２を蒸発器内の気液分離デミスタの下方に配置しても良い。

図６は、本発明に係るターボ冷凍機の第６の実施形態を示す模式図である。本実施形態においては、蒸発器内のキャリーオーバーを回避するために冷媒散布ヘッダ１２を蒸発器３内の気液分離デミスタの下方に配置している。

図７は、本発明に係るターボ冷凍機の第７の実施形態を示す模式図である。
図７に示すように、蒸発器３の底部から冷媒液を蒸発器３の上部に導く冷媒供給配管１６が設置されている。冷媒供給配管１６には冷媒散布ポンプ１７が設けられている。

図７に示す実施形態では、蒸発器３は、図１５に示す蒸発器３と同様に２パスの蒸発器である。そして、蒸発器３の底部から冷媒液を蒸発器３の上部に導く冷媒供給配管１６を２パスの蒸発器３の冷水入口ノズル３５_ＩＮ，冷水出口ノズル３５_ＯＵＴの反対側に配置している。すなわち、図７において、蒸発器３の左側の管板３２の近くに冷媒供給配管１６の出口を接続している。

このように、冷媒供給配管１６を２パスの蒸発器３の冷水ノズル反対側に配置することにより、蒸発器３の底部から供給された冷媒液を、蒸発器３において従来有効な伝熱面積として作用していなかった冷水ノズル反対側の伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器３の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。

図８は、本発明に係るターボ冷凍機の第８の実施形態を示す模式図である。図８に示すように、本実施形態においては、蒸発器３は３パスの蒸発器から構成されている。すなわち、蒸発器３において、冷水は、ヘッダ部３５Ｒの冷水入口ノズル３５_ＩＮから流入して下段の伝熱管群を流れた後にヘッダ部３５Ｌで折り返し、中段の伝熱管群を流れた後にヘッダ部３５Ｒで折り返し、さらに上段の伝熱管群を流れた後にヘッダ部３５Ｌの冷水出口ノズル３５_ＯＵＴから流出する。
本実施形態においては、蒸発器３の底部から冷媒液を蒸発器３の上部に導く冷媒供給配管１６を３パスの蒸発器３の冷水出口ノズル側に配置している。このように、冷媒供給配管１６を３パスの冷水出口ノズル側に配置することにより、蒸発器３の底部から供給された冷媒液を、蒸発器３において従来有効な伝熱面積として作用していなかった冷水出口ノズル側の伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器３の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。

図９は、本発明に係るターボ冷凍機の第９の実施形態を示す模式的断面図である。図９に示すように、蒸発器３の内部には、蒸発器３の底部から供給された冷媒液を散布する冷媒散布ヘッダ１２が設置されている。冷媒散布ヘッダ１２は、２パスの蒸発器３においては冷水ノズルの反対側に配置され、３パスの蒸発器３においては冷水出口ノズル側に配置されている。
冷媒散布ヘッダ１２は、冷媒供給配管１６の下端に接続されたパイプ又は溝型鋼を溶接で組合せて形成された筒状部材からなり、蒸発器３の伝熱管群の上方にあって蒸発器３の長手方向と直交する方向に延びている。

冷媒散布ヘッダ１２には、伝熱管との相対位置を考慮した複数の切欠き又は孔１２ｎを設け、蒸発器３の底部から供給された冷媒液は、切欠き又は孔１２ｎを通過して２パスの蒸発器３にあっては冷水ノズル反対側（３パスの蒸発器３にあっては冷水出口ノズル側）の冷媒液に浸されずに露出した伝熱管に散布される。散布された冷媒液は、冷水と熱交換することで冷凍効果に寄与した後、蒸発ガス化して、圧縮機に導入される。
このように、冷媒散布ヘッダ１２を介して、冷媒液に浸されずに露出した伝熱管に万遍なく冷媒液を散布することができるので、蒸発器３の伝熱性能が向上するため、冷凍機の効率向上が可能になる。

図１０は、本発明に係るターボ冷凍機の第１０の実施形態を示す模式図である。図１０に示すように、２パスの蒸発器３では、冷媒供給配管１６を複数個に分岐して冷水ノズル反対側へ接続してもよい。なお、３パスの蒸発器では、冷媒供給配管１６を複数個に分岐して冷水出口ノズル側へ接続する。このように、冷媒供給配管１６を複数個に分岐して２パスの蒸発器３の冷水ノズル反対側（３パスの蒸発器の冷水出口ノズル側）に接続することにより、蒸発器３の長手方向の複数の位置で冷媒液を散布することができる。したがって、冷水ノズル反対側（又は冷水出口ノズル側）の伝熱管群の広い範囲に亘って冷媒液を散布することができる。

図１１は、本発明に係るターボ冷凍機の第１１の実施形態を示す模式的斜視図である。本実施形態において、蒸発器３内に設置される冷媒散布ヘッダ１２を蒸発器の長手方向に間隔をおいて複数個設けている。このように、蒸発器３の長手方向の複数の位置に冷媒散布ヘッダ１２を設けることにより、伝熱管群の広い範囲に亘って冷媒液を散布することができる。

冷水ノズル反対側（２パス蒸発器）あるいは冷水出口ノズル側（３パス蒸発器）の伝熱管部位が有効な伝熱面として作動していないことは、本発明者らの実験から明らかであり、図７乃至１１に示すように、本発明によれば、冷媒液に浸されずに露出した伝熱管部位に対して、積極的に蒸発器３の底部からの冷媒液を散布して蒸発器３の伝熱性能向上を図ることができる。

図７乃至１１に示す実施形態においては、蒸発器３の底部からの冷媒液を気液分離デミスタの上方から散布している。このようにして蒸発器の伝熱性能向上のために散布した冷媒液が、既に冷水と熱交換して蒸発した冷媒ガスに同伴され、キャリーオーバーを生じる場合がある。蒸発器内のキャリーオーバーを回避するために前述の冷媒散布ヘッダ１２を蒸発器内の気液分離デミスタの下方に配置しても良い。

図１２は、本発明に係るターボ冷凍機の第１２の実施形態を示す模式図である。本実施形態においては、蒸発器内のキャリーオーバーを回避するために冷媒散布ヘッダ１２を蒸発器３内の気液分離デミスタの下方に配置している。

図１３は、本発明に係るターボ冷凍機の第１３の実施形態を示す模式図である。本実施形態においては、エコノマイザ４の底部から冷媒液を蒸発器３の上部に導く冷媒供給配管１８が設置されている。蒸発器３は、図１５に示す蒸発器３と同様に２パスの蒸発器である。そして、エコノマイザ４の底部から冷媒液を蒸発器３の上部に導く冷媒供給配管１８を２パスの蒸発器３の冷水入口ノズル３５_ＩＮ，冷水出口ノズル３５_ＯＵＴの反対側に配置している。すなわち、図１３において、蒸発器３の左側の管板３２の近くに冷媒供給配管１８の出口を接続している。

このように、冷媒供給配管１８を２パスの蒸発器３の冷水ノズル反対側に配置することにより、エコノマイザ４の底部から供給された冷媒液を、蒸発器３において従来有効な伝熱面積として作用していなかった冷水ノズル反対側の伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器３の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。

図１４は、本発明に係るターボ冷凍機の第１４の実施形態を示す模式図である。本実施形態においては、凝縮器２の底部から冷媒液を蒸発器３の上部に導く冷媒供給配管１９が設置されている。蒸発器３は、図１５に示す蒸発器３と同様に２パスの蒸発器である。そして、凝縮器２の底部から冷媒液を蒸発器３の上部に導く冷媒供給配管１９を２パスの蒸発器３の冷水入口ノズル３５_ＩＮ，冷水出口ノズル３５_ＯＵＴの反対側に配置している。すなわち、図１４において、蒸発器３の左側の管板３２の近くに冷媒供給配管１９の出口を接続している。

このように、冷媒供給配管１９を２パスの蒸発器３の冷水ノズル反対側に配置することにより、凝縮器２の底部から供給された冷媒液を、蒸発器３において従来有効な伝熱面積として作用していなかった冷水ノズル反対側の伝熱管部位に積極的に散布することができる。これにより、蒸発器３の伝熱性能を向上させることができ、冷凍機の効率改善が可能となる。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１ターボ圧縮機
２凝縮器
３蒸発器
４エコノマイザ
５冷媒配管
６配管
７，１６，１８，１９冷媒供給配管
８流路
１１電動機
１１ｃケーシング
１２冷媒散布ヘッダ
３１缶胴
３２管板
３３伝熱管
３５_ＩＮ冷水入口ノズル
３５_ＯＵＴ冷水出口ノズル
３６確認用ガラス窓
３７液面センサ

Claims

冷水から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を羽根車によって圧縮するターボ圧縮機と、ターボ圧縮機を駆動する電動機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えたターボ冷凍機において、
前記蒸発器は、一端部側に冷水入口ノズルおよび冷水出口ノズルを有した２パスの蒸発器からなるか、または一端部側に冷水入口ノズルを有し他端部側に冷水出口ノズルを有した３パスの蒸発器からなり、
前記蒸発器が２パスの蒸発器の場合には、前記蒸発器に冷媒液を供給する冷媒供給配管を前記蒸発器の冷水入口ノズルおよび冷水出口ノズルの反対側に配置し、
前記蒸発器が３パスの蒸発器の場合には、前記蒸発器に冷媒液を供給する冷媒供給配管を前記蒸発器の冷水出口ノズル側に配置したことを特徴とするターボ冷凍機。
前記凝縮器から前記電動機に冷却用の冷媒液を供給し、前記冷媒供給配管を前記電動機に接続して前記電動機を冷却した後の冷媒液を前記蒸発器に供給することを特徴とする請求項１に記載のターボ冷凍機。
前記冷媒供給配管を前記蒸発器の底部に接続するとともに前記冷媒供給配管に冷媒散布ポンプを設けたことを特徴とする請求項１に記載のターボ冷凍機。
前記冷媒供給配管を前記エコノマイザの底部に接続したことを特徴とする請求項１に記載のターボ冷凍機。
前記冷媒供給配管を前記凝縮器の底部に接続したことを特徴とする請求項１に記載のターボ冷凍機。
前記冷媒供給配管を複数個に分岐して分岐端を前記蒸発器に接続したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のターボ冷凍機。
前記蒸発器の内部に、前記冷媒供給配管に接続されるとともに伝熱管群の上方から冷媒液を散布する冷媒散布ヘッダを設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のターボ冷凍機。
前記冷媒散布ヘッダは、前記蒸発器の長手方向に対して直交する方向に延びていることを特徴とする請求項７に記載のターボ冷凍機。
前記冷媒散布ヘッダは、冷媒液散布用の複数の切欠き又は孔を有したパイプ又は筒状部材からなることを特徴とする請求項７または８に記載のターボ冷凍機。
前記冷媒供給配管を複数個に分岐して分岐端に、それぞれ前記冷媒散布ヘッダを接続したことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載のターボ冷凍機。
前記蒸発器は、上部に気液分離デミスタを備え、
前記冷媒散布ヘッダは、前記気液分離デミスタと前記伝熱管群との間に配置されていることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のターボ冷凍機。