JP6456633B2 - ターボ冷凍機 - Google Patents

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本発明は、冷凍サイクル中に、例えばHCFO冷媒等の低圧冷媒が充填されるターボ冷凍機に関するものである。
従来、ターボ冷凍機においては、冷媒として、例えばR134a冷媒等のHFC冷媒が用いられていた。このHFC冷媒は、高圧冷媒に属し、地球温暖化係数(GWP)が高いことが知られている。こうした中、最近、環境負荷を軽減すべく、HCFO(ヒドロクロロフルオロオレフィン)冷媒の1つであるR1233zd(E)冷媒が注目され、ターボ冷凍機への適用が検討されている。このR1233zd(E)冷媒は、低圧冷媒であって密度が低いことが知られている。
また、高圧冷媒を使用したターボ冷凍機では、凝縮器、蒸発器、中間冷却器、サブクーラ等の構成機器に適用する容器を圧力容器とする必要があり、円胴を用いることにより強度を確保していた。そのため、各構成機器を独立した容器を用いて構成し、それぞれを独立して配置した構成としていた。一方、低圧冷媒を用いた場合、各構成機器における容器の強度を低くできることから、必ずしも円胴を用いる必要がなくなり、例えば四角胴等を選択することも可能となる。特許文献1には、容器壁を共有化した単胴型のターボ冷凍機が示されている。
特許文献1は、低圧冷媒である特定フロン冷媒(HCFC冷媒)が用いられていた時代の出願であり、各構成機器の容器壁を共有化して複数の機器を一体化することによりコンパクト化したターボ冷凍機を開示している。HFCF冷媒は塩素基を含んでおり、オゾン破壊係数(ODP)が高く、オゾン層破壊の凶器とされたことから、高圧冷媒であるHFC冷媒に代替された経緯があり、それに伴って、各構成機器用の容器として高い強度を確保できる円胴が用いられるようになった経緯がある。
特公昭59−52352号公報
しかしながら、引用文献1に示されたものは、温度レベルが大きく異なる凝縮器、エコノマイザおよび蒸発器を、それぞれ共通壁を介して一体化しており、しかも凝縮器からエコノマイザへの冷媒通路およびその通路中に設けられるオリフィス、並びにエコノマイザから蒸発器への冷媒通路およびその通路中に設けられるオリフィスを、それぞれエコノマイザの内部において冷媒通路の出口部または入口部に設けた構成とされている。
このため、ターボ冷凍機をコンパクト化できる反面、凝縮器と蒸発器間での熱交換により熱ロスが発生するとともに、減圧機構として固定オリフィスをエコノマイザ内部に設けた構成としていることから、制御性が悪く、特に低負荷域において制御性を確保することが困難になる等の課題があった。また、低圧冷媒であるが故、低圧縮化域(低負荷域)で圧力差が十分確保できなくなり、例えばエコノマイザと蒸発器間において、冷媒の液面差が確保されていないと、冷媒の流れが悪化して冷凍能力が低下する等の問題が発生するリスクがあった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、低圧冷媒が充填されたターボ冷凍機の各構成機器の容器壁を共有化して一体化するに当たり、熱ロスの発生を抑制し得るとともに、如何なる運転状況下においても、冷媒の流れ、その流量の制御性を十分に確保し得るターボ冷凍機を提供することを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明のターボ冷凍機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるターボ冷凍機は、圧縮機、凝縮器、多元圧縮サイクルを構成する中間冷却器、蒸発器が接続されることにより閉サイクルの冷凍サイクルが構成され、そのサイクル中に低圧冷媒が充填されているターボ冷凍機において、前記蒸発器および前記凝縮器は、それぞれ独立して配置され、前記凝縮器および前記中間冷却器は、その容器壁の一部を共通壁とすることにより一体化され、前記中間冷却器の底面は、前記凝縮器の底面よりも下方であって、かつ前記蒸発器の底面よりも上方に位置され、前記凝縮器と前記中間冷却器とを接続する冷媒配管の前記中間冷却器側の端部は、前記凝縮器の底面よりも下方に位置されていることを特徴とする。
本発明によれば、低圧冷媒が充填されているターボ冷凍機の多元圧縮冷凍サイクルを構成する凝縮器および中間冷却器が、その容器壁の一部を共通壁とすることによって一体化され、その中間冷却器の底面が凝縮器の底面よりも下方であって、かつ蒸発器の底面よりも上方に位置されているため、凝縮器と中間冷却器とを各々の容器壁の一部を共通壁として一体化することにより、ターボ冷凍機をコンパクト化することができるとともに、その共通壁を介して凝縮器で凝縮された液冷媒を中間冷却器側で分離・蒸発される冷媒により冷却して過冷却することができ、しかも温度差の大きい凝縮器と蒸発器間での熱交換を回避することができる。また、凝縮器と中間冷却器間および中間冷却器と蒸発器間において各々高低差を確保し、重力による冷媒の流れをも期待することができる。従って、熱ロスを低減して効率を向上することができるとともに、低負荷域でも過冷却度を確保して安定した膨張弁制御を実現し、安定した運転、効率のよい運転を行うことができる。また、運転状況により高低圧差が小さくなった場合でも、確実に冷媒流れを確保して安定した運転を行うことができる。
さらに、本発明のターボ冷凍機は、上記のターボ冷凍機において、前記中間冷却器の前後に設けられる前記減圧手段が、それぞれ膨張弁とされ、前記凝縮器と前記中間冷却器間に設けられる第1膨張弁または中間冷却器用膨張弁を備えた冷媒配管、および前記中間冷却器と前記蒸発器間に設けられる第2膨張弁を備えた冷媒配管が、それぞれ各機器の外部に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、中間冷却器の前後に設けられる減圧手段が、それぞれ膨張弁とされ、凝縮器と中間冷却器間に設けられる第1膨張弁または中間冷却器用膨張弁を備えた冷媒配管または分岐配管および中間冷却器と蒸発器間に設けられる第2膨張弁を備えた冷媒配管が、それぞれ各機器の外部に設けられているため、中間冷却器である気液分離器またはインタークーラを備えた多元圧縮冷凍サイクルを構成する際の減圧手段である高段側減圧手段、低段側減圧手段および中間冷却器用減圧手段が、それぞれ第1膨張弁、中間冷却器用膨張弁、第2膨張弁とされ、それらの各膨張弁を機器の外部に設けられた冷媒配管および分岐配管中に設けることにより、運転状況に応じて各膨張弁により冷媒流量を適宜適切に制御することができ、従って、特に低負荷域での制御性を安定化し、安定した運転、効率のよい運転を実現することができる。
さらに、本発明のターボ冷凍機は、上述のいずれかのターボ冷凍機において、前記中間冷却器は、容器の高さ方向寸法Hが幅寸法Wよりも大きくされていることを特徴とする。
本発明によれば、中間冷却器の容器の高さ方向寸法Hが幅寸法Wよりも大きくされているため、中間冷却器の上方部側に形成されるガス側の形状に自由度を持たせ、その容積を十分に確保することによって、中間冷却器をキャリーオーバーし難い構成とすることができる。従って、多元圧縮冷凍サイクルとしたターボ冷凍機を安定的に運転でき、その信頼性を向上することができる。
さらに、本発明のターボ冷凍機は、上述のいずれかのターボ冷凍機において、前記中間冷却器は、前記凝縮器の底部を覆うように容器壁の一部を共通壁として一体化されていることを特徴とする。
本発明によれば、中間冷却器が、凝縮器の底部を覆うように容器壁の一部を共通壁として一体化されているため、凝縮液化した冷媒が溜まる凝縮器の底部を中間冷却器との共通壁を介して効率よく冷却し、液冷媒を過冷却することができる。従って、サブクーラ等が機能し難い低負荷域においても、液冷媒を適切に過冷却することができ、ガスバイパスを回避して膨張弁制御を安定化することができる。
本発明によると、凝縮器と中間冷却器とを各々の容器壁の一部を共通壁として一体化することにより、ターボ冷凍機をコンパクト化することができるとともに、その共通壁を介して凝縮器で凝縮された液冷媒を中間冷却器側で分離・蒸発される冷媒によって冷却して過冷却することができ、しかも温度差の大きい凝縮器と蒸発器間での熱交換を回避することができる。また、凝縮器と中間冷却器間および中間冷却器と蒸発器間において各々高低差を確保し、重力による冷媒の流れをも期待することができるため、熱ロスを低減して効率を向上することができるとともに、低負荷域でも過冷却度を確保して安定した膨張弁制御を実現し、安定した運転、効率のよい運転を行うことができる。また、運転状況により高低圧差が小さくなった場合でも、確実に冷媒流れを確保して安定した運転を行うことができる。
本発明の第1実施形態に係るターボ冷凍機の冷凍サイクル図である。 上記ターボ冷凍機を構成する各機器の配置構成図である。 本発明の第2実施形態に係るターボ冷凍機を構成する各機器の配置構成図である。
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1および図2を用いて説明する。
図1には、本発明の第1実施形態に係るターボ冷凍機の冷凍サイクル図が示され、図2には、そのターボ冷凍機を構成する各機器の配置構成図が示されている。
ターボ冷凍機1は、モータ2Aで駆動され、冷媒を圧縮する多段ターボ圧縮機(単に圧縮機とも云う。)2と、圧縮機2で圧縮された高温高圧冷媒ガスを凝縮液化するシェルアンドチューブ型の凝縮器3と、凝縮された液冷媒を中間圧に減圧する高段側減圧手段としての第1膨張弁4と、エコノマイザとして機能する中間冷却器(気液分離器)5と、液冷媒を低圧に減圧する低段側減圧手段としての第2膨張弁6と、第2膨張弁6を経た冷媒を蒸発させるシェルアンドチューブ型の蒸発器7とを順次冷媒配管8で接続することにより構成される閉サイクルの冷凍サイクル9を備えている。
本実施形態の冷凍サイクル9は、中間冷却器5で分離・蒸発されたガス冷媒を多段ターボ圧縮機2の低段側で圧縮された中間圧の冷媒ガス中に、中間ポートを介してインジェクションする公知のエコノマイザ回路10を備えたものとされている。ここでのエコノマイザ回路10は、中間冷却器5を気液分離器によって構成した気液分離方式の2段圧縮2段膨張サイクルのエコノマイザ回路10とされているが、中間冷却器5を凝縮器3で凝縮された冷媒の一部を分流し、その冷媒を中間冷却器用膨張弁により減圧して液冷媒と熱交換させるインタークーラとしたインタークーラ方式の2段圧縮1段膨張サイクルのエコノマイザ回路としてもよく、これらは何れも公知のものである。
なお、本実施形態においては、凝縮器3内の下部にサブクーラ(過冷却器)11を設けた構成とし、凝縮器3で凝縮された液冷媒を過冷却できるようにしているが、本発明において、かかるサブクーラ(過冷却器)11を設けることは、必須のものではなく、省略してもよい。
また、上記の冷凍サイクル9中には、環境負荷を軽減するため、地球温暖化係数(GWP)およびオゾン破壊係数(ODP)が共に低い、HCFO(ヒドロクロロフルオロオレフィン)冷媒の1つであるR1233zd(E)冷媒等が所要の量充填されているものとする。このR1233zd(E)冷媒は、低圧冷媒であって密度が低く、現行のターボ冷凍機に用いられているHFC冷媒の1つであるR134a冷媒等の高圧冷媒に対して密度が5分の1程度であることが知られている。
一方、図2には、上記ターボ冷凍機1の冷凍サイクル9を構成している各機器の配置構成図が示されている。
この実施形態では、圧縮機2および蒸発器7がそれぞれ独立して配置され、これと独立して配置されている凝縮器3およびサブクーラ11に対して、エコノマイザ回路10を構成する中間冷却器5が容器壁の一部を共通壁とすることにより一体化されて配置された構成とされている。なお、ここでの凝縮器3および蒸発器7は、円胴形状のシェルを用いたものとされているが、必ずしも円胴に限られるものではなく、四角胴等としてもよい。
そして、上記各機器の圧縮機2と凝縮器3は、吐出配管(冷媒配管)8A、凝縮器3およびサブクーラ11と中間冷却器5は、第1膨張弁4を備えた冷媒配管8B、中間冷却器5と蒸発器7は、第2膨張弁6を備えた冷媒配管8C、蒸発器7と圧縮機2は、吸入配管(冷媒配管)8D、中間冷却器5と圧縮機2の中間ポートは、エコノマイザ回路10を介して接続されることにより、閉サイクルとされた冷凍サイクル9が構成されている。これら各冷媒配管8A,8B,8C,8Dおよびエコノマイザ回路10は、独立して配置された各機器の外部に配設されている。
また、一体化された凝縮器3およびサブクーラ11と中間冷却器5は、円胴形状とされている凝縮器3およびサブクーラ11の底部の一部を覆うように、その底部から側部上方にかけて円胴壁の外周壁を一部共通壁として角型形状の中間冷却器(気液分離器)5が一体的に設けられた構成とされている。この中間冷却器5は、幅寸法Wよりも高さ方向寸法Hの方が大きくされており、その上面から圧縮機2の中間ポートにエコノマイザ回路10が接続されている。
さらに、上記中間冷却器(気液分離器)5の底面は、図2に示されるように、凝縮器3およびサブクーラ11の底部(底面)よりも下方位置であって、かつ蒸発器7の底面よりも上方位置に位置されており、凝縮器3で液化された冷媒が、圧力差に依らず、重力によっても十分に凝縮器3およびサブクーラ11の底部から中間冷却器5、中間冷却器5の底部から蒸発器7へと流通可能な構成とされている。
因みに、高圧冷媒(R134a冷媒)と低圧冷媒(R1233zd(E)冷媒)を用いた場合のターボ冷凍機1の作動圧力差(凝縮圧力と蒸発圧力の差)は、R134a冷媒の場合、略560〜65kPaであるのに対して、R1233zd(E)冷媒の場合、略95〜10kPaとなる。つまり、各冷媒の37℃飽和圧力(熱源側定格時凝縮温度)、12℃飽和圧力(熱源側部分負荷時最低凝縮温度)および7℃飽和圧力(出力側定格時蒸発温度)は、R134a冷媒の場合、937.24kPa、443.01kPa、374.63kPaであり、その最高差圧(定格運転)は、562.61kPa、最低差圧(部分負荷運転)は、68.38kPaとなる。一方、R1233zd(E)冷媒の場合、139.73kPa、54.951kPa、44.520kPaであり、最高差圧(定格運転)は、95.21kPa、最低差圧(部分負荷運転)は、10.431kPaとなり、高低圧差は大幅に低下することになる。
以上に説明の構成により、本実施形態によると、以下の作用効果を奏する。
上記ターボ冷凍機1において、モータ2Aにより圧縮機2が駆動されると、蒸発器7から低圧のガス冷媒が吸込まれ、高温高圧の冷媒ガスに多段圧縮される。圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、凝縮器3に圧送され、そこで冷却水と熱交換されることによって凝縮液化される。この液冷媒は、第1膨張弁4、エコノマイザとして機能する中間冷却器5、第2膨張弁6を経て過冷却されるとともに、低圧に減圧されて蒸発器7に導入される。蒸発器7に導かれた冷媒は、被冷却媒体と熱交換され、被冷却媒体を冷却するとともに、自身は蒸発され、再び圧縮機2に吸込まれて圧縮される動作を繰り返す。
また、中間冷却器(気液分離器)5において分離・蒸発され、液冷媒を過冷却した中間圧の冷媒は、エコノマイザ回路10を経て多段ターボ圧縮機2の中間ポートから低段側圧縮部で圧縮された中間圧の冷媒ガス中にインジェクションされる。これによって、冷凍能力を向上させるエコノマイザとして作用を果たすことになる。
一方、このターボ冷凍機1の冷凍サイクル9中には、地球温暖化係数(GWP)およびオゾン破壊係数(ODP)が共に低いR1233zd(E)冷媒が充填されている。かかる冷媒は、低圧冷媒であり、かつ密度が低い(R134a冷媒に対して5分の1程度)ことから、能力の確保が難しいとされているが、一般にターボ圧縮機は大流量の冷媒圧縮に適しているとされており、高回転化によって冷媒循環量を増加することで、その弱点をカバーすることができる。
また、低圧冷媒を用いた場合、ターボ冷凍機1を構成する各機器の容器を必ずしも円胴形状とする必要はなく、本実施形態においては、中間冷却器5を角型形状とし、凝縮器3およびサブクーラ11の円胴壁の外周壁を一部共通壁として一体化することにより、ターボ冷凍機1をコンパクト化することができる。つまり、高圧冷媒を用いた場合、各機器の容器を円胴形状として強度を確保する必要があり、各機器をそれぞれ独立して配置しなければならず、また、円胴形状とすると、高さ寸法を確保した場合、幅寸法も同時に大きくなってしまうことから、上記の如く、中間冷却器5の高さ方向寸法Hを幅寸法Wよりも大きくすることは実質的に困難であった。
しかるに、本実施形態よると、中間冷却器5を角型形状とし、その高さ方向寸法Hを幅寸法Wよりも大きくした状態で、円胴形状の凝縮器3およびサブクーラ11と容器壁の一部を共通壁とすることにより、凝縮器3およびサブクーラ11と中間冷却器5とを一体化することができる。このため、ターボ冷凍機1をコンパクト化可能との効果を享受することができるとともに、その共通壁を介して凝縮器3で凝縮された液冷媒を中間冷却器5側で分離・蒸発される冷媒により冷却して過冷却することができ、しかも温度差の大きい凝縮器3と蒸発器7間での熱交換を回避することができる。
従って、熱ロスを低減して効率を向上することができるとともに、低負荷域でも過冷却度を確保して安定した膨張弁制御を実現し、安定した運転、効率のよい運転を行うことができる。また、凝縮器3およびサブクーラ11と中間冷却器5間および中間冷却器5と蒸発器7間において各々高低差を確保し、圧力差に依らず、重力によっても冷媒の流れを確保できるようにしているため、運転状況により高低圧差が小さくなった場合でも、確実に冷媒流れを確保して安定した運転を行うことができる。
さらに、本実施形態においては、エコノマイザ用の中間冷却器5の前後に設けられる減圧手段が、それぞれ膨張弁とされ、凝縮器3およびサブクーラ11と中間冷却器5間に設けられる第1膨張弁4(またはインタークーラ方式とした場合の中間冷却器用膨張弁)を備えた冷媒配管8B(または分岐配管)および中間冷却器5と蒸発器7間に設けられる第2膨張弁6を備えた冷媒配管8Cが、それぞれ各機器の外部において配設された構成とされている。
つまり、中間冷却器5である気液分離器またはインタークーラを備えた多元圧縮冷凍サイクルを構成する際の減圧手段である高段側減圧手段、低段側減圧手段および中間冷却器用減圧手段が、それぞれ第1膨張弁4、中間冷却用膨張弁、第2膨張弁6とされ、それらの各膨張弁を各機器の外部に設けられている冷媒配管8B,8Cおよび分岐配管中に設けた構成とすることにより、運転状況に応じて各膨張弁4,6および中間冷却器用膨張弁により冷媒の流量を適宜適切に制御することができ、このため、特に低負荷域での制御性を安定化し、安定した運転、効率のよい運転を実現することができる。
また、中間冷却器5が角型形状の容器とされ、その高さ方向寸法Hが幅寸法Wよりも大きくされている。このため、中間冷却器5の上方部側に形成されるガス側の形状に自由度を持たせ、その容積を十分に確保することによって、中間冷却器5をキャリーオーバーし難い構成とすることができる。従って、多元圧縮冷凍サイクルとしたターボ冷凍機1を安定的に運転でき、その信頼性を向上することができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図3を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、凝縮器3およびサブクーラ11と一体化する中間冷却器5Aの構成が異なっている。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態において、中間冷却器5Aは、凝縮器3およびサブクーラ11を構成する円胴形状の容器の底部の略全域を覆うように容器壁の一部を共通壁として一体化された構成とされている。
このように、凝縮器3およびサブクーラ11の底部の略全域を覆うように容器壁の一部を共通壁として中間冷却器5Aを一体化した構成とすることにより、凝縮液化した冷媒が溜まる凝縮器およびサブクーラ11の底部を中間冷却器5Aとの共通壁を介して効率よく冷却し、液冷媒を過冷却することができる。このため、サブクーラ11が機能し難い低負荷域においても、液冷媒を適切に過冷却することができ、ガスバイパスを回避して膨張弁制御を安定化することができる。
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、凝縮器3およびサブクーラ11の容器壁と一部を共通壁とすることにより中間冷却器5,5Aを一体化した構成としているが、その共通壁の面積は、熱交換率の面からできる限り大きくする方が望ましい。
さらに、中間冷却器5,5Aの底面は、凝縮器3およびサブクーラ11の底部に溜まる液面よりも、中間冷却器5,5A内に溜まる液面の方が低位に位置するようにすることが望ましく、液面の高さに基づいて幅方向寸法Wを設定するようにすればよい。また、中間冷却器5,5Aの高さ方向の寸法Hは、キャリーオーバーを防止する上で、高いほど望ましく、第2実施形態においても、第1実施形態の如く、変形形状として一部を上方に延長した構成としてもよい。
1 ターボ冷凍機
2 多段ターボ圧縮機(圧縮機)
3 凝縮器
4 第1膨張弁(高段側減圧手段)
5,5A 中間冷却器
6 第2膨張弁(低段側減圧手段)
7 蒸発器
8,8A,8B,8C,8D 冷媒配管
9 冷凍サイクル
10 エコノマイザ回路
11 サブクーラ

Claims (4)

  1. 圧縮機、凝縮器、多元圧縮サイクルを構成する中間冷却器、減圧手段、蒸発器が接続されることにより閉サイクルの冷凍サイクルが構成され、そのサイクル中に低圧冷媒が充填されているターボ冷凍機において、
    前記蒸発器および前記凝縮器は、それぞれ独立して配置され、
    前記凝縮器および前記中間冷却器は、その容器壁の一部を共通壁とすることにより一体化され、
    前記中間冷却器の底面は、前記凝縮器の底面よりも下方であって、かつ前記蒸発器の底面よりも上方に位置され
    前記凝縮器と前記中間冷却器とを接続する冷媒配管の前記中間冷却器側の端部は、前記凝縮器の底面よりも下方に位置されていることを特徴とするターボ冷凍機。
  2. 前記中間冷却器の前後に設けられる前記減圧手段が、それぞれ膨張弁とされ、前記凝縮器と前記中間冷却器間に設けられる第1膨張弁または中間冷却器用膨張弁を備えた冷媒配管、および前記中間冷却器と前記蒸発器間に設けられる第2膨張弁を備えた冷媒配管が、それぞれ各機器の外部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のターボ冷凍機。
  3. 前記中間冷却器は、容器の高さ方向寸法Hが幅寸法Wよりも大きくされていることを特徴とする請求項1または2に記載のターボ冷凍機。
  4. 前記中間冷却器は、前記凝縮器の底部を覆うように容器壁の一部を共通壁として一体化されていることを特徴とする請求項1または2に記載のターボ冷凍機。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6821321B2 (ja) * 2016-04-15 2021-01-27 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 凝縮器、これを備えたターボ冷凍装置
CN110073153A (zh) * 2016-12-13 2019-07-30 大金工业株式会社 热传送装置和使用其的热传送方法
TWI673944B (zh) * 2017-03-24 2019-10-01 美商江森自控技術公司 用於冷卻器馬達的液體噴射噴嘴
KR20190128713A (ko) 2017-03-24 2019-11-18 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니 냉각 유동 경로를 갖는 칠러 모터
FR3068442A1 (fr) * 2017-06-30 2019-01-04 Enertime Dispositif de refroidissement combine a une production de vapeur
JP6826959B2 (ja) * 2017-07-12 2021-02-10 荏原冷熱システム株式会社 圧縮式冷凍機
JP2019095118A (ja) * 2017-11-21 2019-06-20 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 冷凍機
US10697674B2 (en) * 2018-07-10 2020-06-30 Johnson Controls Technology Company Bypass line for refrigerant
KR20220068609A (ko) * 2020-11-19 2022-05-26 엘지전자 주식회사 응축기 및 이를 포함하는 터보 칠러
JP2022085386A (ja) * 2020-11-27 2022-06-08 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 冷凍機
EP4008980A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-08 Carrier Corporation Method of cooling a refrigerant, associated system, and associated condenser

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2277647A (en) * 1940-08-01 1942-03-24 Carrier Corp Refrigeration
US3022638A (en) * 1959-05-06 1962-02-27 Carrier Corp Controls for refrigeration apparatus
US3240265A (en) * 1962-10-03 1966-03-15 American Radiator & Standard Refrigeration evaporator system of the flooded type
JPS53157462U (ja) * 1977-05-18 1978-12-09
US4144717A (en) * 1977-08-29 1979-03-20 Carrier Corporation Dual flash economizer refrigeration system
JPS5952352B2 (ja) * 1981-07-31 1984-12-19 株式会社日立製作所 多段圧縮エコノマイザ付き冷凍機用熱交換器
JP2003329336A (ja) * 2002-05-13 2003-11-19 Denso Corp 蒸気圧縮式冷凍サイクル用の気液分離器及びエジェクタサイクル
WO2012112338A2 (en) * 2011-02-14 2012-08-23 Carrier Corporation Liquid vapor phase separation apparatus

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