JP6878550B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷凍装置に関するものである。

例えば地域冷暖房の熱源用として使用されているターボ冷凍装置は、周知のように、冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を膨張させる制御弁と、膨張した冷媒を気液分離する中間冷却器と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えて構成されている。蒸発器は、外殻を為す圧力容器と圧力容器内に配置される伝熱管とを有していて、圧力容器内に供給される膨張した冷媒と伝熱管内を流通する被冷却冷媒とを熱交換することで、冷媒を蒸発させている。
このような、ターボ冷凍装置において、被冷却冷媒の供給先の負荷に応じてターボ圧縮機の容量を調整するために、ターボ圧縮機の吐出側の冷媒の一部を吸込側へ導くことが知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、凝縮器と蒸発器の間に、ＨＧＢＰ配管（ホットガスバイパス配管）が設けられている装置が開示されている。この装置では、ＨＧＢＰ配管によって、凝縮器内にある高圧冷媒ガスが蒸発器へと流されるようになっている。

特開２００５−１８０２６７号公報

特許文献１に記載の装置では、ＨＧＢＰ配管を介して圧力容器内へ導かれた高圧冷媒ガス（以下、「ホットガス」という。）の流れについては考慮されていない。ＨＧＢＰ配管内を流通するホットガスは、圧縮機の吐出側（高圧側）から吸込側（低圧側）へ流れるため、流速が速い場合がある。このため、圧力容器内に吐出されたホットガスが伝熱管へ至ると、伝熱管の表面の冷媒液滴を吹き上げてしまう可能性がある。伝熱管の表面の冷媒液滴を吹き上げてしまった場合、吹き上げられた液滴が圧力容器の出口から排出され、液相状のまま圧縮機へ吸い込まれてしまう可能性がある。液相状の冷媒が圧縮機へ吸い込まれると、圧縮機の動力が超過し、伝熱管への冷媒供給を確保できずに、蒸発器の性能が低下する。これに伴って、冷凍機の性能も低下する可能性があった。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、液相状の冷媒が蒸発器から排出される事態を抑制することで、冷凍装置の性能の低下を抑制することができる冷凍装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の冷凍装置は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係る冷凍装置は、第１冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記第１冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された前記第１冷媒を膨張させる膨張部と、前記膨張部で膨張された前記第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させることで、前記第１冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記第１冷媒を吐出する吐出口を有し、前記凝縮器と前記蒸発器とを接続するバイパス配管と、を備え、前記蒸発器は、外殻を為す圧力容器と、前記圧力容器の内部へ前記第１冷媒を導入する入口部と、前記圧力容器の内部に設けられ、内部を前記第２冷媒が流通する伝熱管と、蒸発した前記第１冷媒を前記圧力容器から排出する出口部と、を有し、前記吐出口は、前記圧力容器の内部に開口していて、前記バイパス配管の前記吐出口と前記伝熱管との間には板部が設けられている。

本開示によれば、液相状の冷媒が蒸発器から排出される事態を抑制することで、冷凍装置の性能の低下を抑制することができる。

本開示の実施形態に係るターボ冷凍装置の概略構成図である。 本開示の第１実施形態に係る蒸発器の縦断面である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 本開示の第２実施形態に係る蒸発器の縦断面である。 図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。 本開示の第３実施形態に係る蒸発器の縦断面である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。

以下に、本開示に係る冷凍装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本開示の第１実施形態について、図１から図３を用いて説明する。
本実施形態に係るターボ冷凍装置１は、図１に示すように、冷媒（第１冷媒）を圧縮するターボ圧縮機（圧縮機）２と、ターボ圧縮機２で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器３と、凝縮器３で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁（膨張部）４と、膨張弁４で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器５等を備えて、ユニット状に構成されている。

ターボ圧縮機２と凝縮器３の上部とは吐出配管６によって接続されている。吐出配管６は、ターボ圧縮機２で圧縮された冷媒を凝縮器３へ導いている。凝縮器３の底部と膨張弁４と蒸発器５の上部とは、冷媒配管７により接続されている。冷媒配管７には、膨張弁４が設けられている。冷媒配管７は、凝縮器３で凝縮された冷媒を蒸発器５へ導いている。蒸発器５の上部とターボ圧縮機２とは、吸入配管８によって接続されている。吸入配管８は、蒸発器５で蒸発した冷媒をターボ圧縮機２へ導いている。

凝縮器３と蒸発器５とはホットガスバイパス配管９によって接続されている。ホットガスバイパス配管９は、円管部材であって、凝縮器３内の高圧の冷媒ガスを蒸発器５へ導いている。以下の説明では、ホットガスバイパス配管９を介して凝縮器３から蒸発器５へ導かれる冷媒ガスを「ホットガス」とも称する。ホットガスバイパス配管９には、開度を調整することで内部を流通する冷媒の流量を調整するホットガスバイパス弁９ａが設けられている。ホットガスバイパス配管９によって、ターボ圧縮機２の吐出側の冷媒の一部を吸込側へ導くことで、冷媒供給先の負荷に応じてターボ圧縮機２の容量を調整している。

ターボ圧縮機２は、電動機（図示省略）によって回転駆動される公知の遠心タービン型のものであり、その軸線を略水平方向に延在させた姿勢で蒸発器５の上方に配置されている。電動機はインバータユニットによって駆動される。ターボ圧縮機２は、後述するように、蒸発器５の冷媒出口から吸入配管８を経て供給される気相状の冷媒を圧縮する。冷媒としては、例えば、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用されるＲ１２３３ｚｄ等の低圧冷媒当が用いられる。

凝縮器３及び蒸発器５は、耐圧性の高い円胴シェル形状に形成され、その中心軸線を略水平方向に延在させた状態で互いに隣り合うように平行に配置されている。凝縮器３は蒸発器５よりも相対的に高い位置に配置されている。

以下、図２及び図３を用いて蒸発器５について詳細に説明する。
蒸発器５は、図２及び図３に示すように、外殻を為す圧力容器１１と、圧力容器１１の内部へ冷媒を導入する冷媒入口管（入口部）１２と、冷媒入口管１２の下方に設けられる冷媒トレイ（第１分配部）１３と、冷媒トレイ１３と圧力容器１１の内周面との間に設けられるデミスタ（気液分離部）１４と、冷媒トレイ１３の端部から下方へ延びる板部１５と、圧力容器１１の内部に設けられた伝熱管群１６と、蒸発した冷媒を圧力容器１１から排出する冷媒出口管（出口部）１７と、を有している。

圧力容器１１は、中心軸線に沿って延在する円筒部１１ａと、該円筒部１１ａの中心軸線に沿う方向の両端部を閉鎖する２枚の管板１１ｂとを一体的に有する。円筒部１１ａは、上述のように、中心軸線が略水平となるように配置されている。各管板１１ｂは、円盤状の板材である。
なお、以下の説明において、中心軸線に沿う方向を長手方向と称する。また、鉛直上下方向を単に上下方向と称する。また、長手方向及び上下方向と交差する方向を短手方向と称する。また、図中では、長手方向をＸ方向として示し、上下方向をＺ方向として示し、短手方向をＹ軸方向として示している。

冷媒入口管１２は、上下方向に延びる円筒状の部材であって、略直線状に形成されている。冷媒入口管１２は、円筒部１１ａの上部を上下方向に貫通するように設けられている。冷媒入口管１２は、円筒部１１ａの中心軸線に沿う方向における略中央に設けられている。冷媒入口管１２は、冷媒配管７（図１参照）と接続されている。すなわち、膨張弁４で膨張した冷媒は、冷媒配管７及び冷媒入口管１２を介して、圧力容器１１の内部へ導かれる。

冷媒トレイ１３は、略矩形板状の部材である。冷媒トレイ１３は、圧力容器１１の内部の上部に、板面が略水平となるように配置されている。また、冷媒トレイ１３は、冷媒入口管１２の下端と板面が対向するように設けられた。冷媒トレイ１３は、短手方向の両端部が圧力容器１１の円筒部１１ａの内周面から所定距離だけ離間して配置されている。また、冷媒トレイ１３は、圧力容器１１の長手方向（中心軸線に沿う方向）の略全域に亘って設けられている。冷媒トレイ１３の長手方向の両端部は、各々、菅板に固定されている。冷媒トレイ１３には、上下方向に貫通する多数の孔が形成されている。多数の孔は、冷媒トレイ１３の略全域に形成されている。冷媒入口管１２から吐出された液冷媒は、冷媒トレイ１３上に排出される。冷媒トレイ１３に排出された冷媒は、冷媒トレイ１３の上面を流れ、その後に多数の孔を通って下方へ落下する。このようにして、冷媒トレイ１３は、冷媒入口管１２から供給された冷媒を長手方向及び短手方向へ分配している。

デミスタ１４は、冷媒トレイ１３の短手方向の両端部と、圧力容器１１の内周面との間に形成された空間を埋めるように配置されている。すなわち、デミスタ１４は、圧力容器１１の内周面と当接又は近接するように設けられるとともに、冷媒トレイ１３の側面とも当接又は近接するように設けられている。また、デミスタ１４は、圧力容器１１の内部の冷媒流れにおける冷媒出口管１７と伝熱管群１６との間に配置されている。また、デミスタ１４は、圧力容器１１の長手方向の略全域に亘って設けられている。デミスタ１４は、例えばワイヤーをメッシュ状に絡め合わせた通気性に富む部材であり、低圧冷媒の気液分離を行うものである。ワイヤーメッシュに限らず、通気性が良ければ他の多孔状の物質であってもよい。

板部１５は、冷媒トレイ１３の短手方向の端部から下方へ所定距離延びている。詳細には、板部１５は、圧力容器１１内において、上下方向の略中間領域まで延びている。また、板部１５は、圧力容器１１内において、長手方向の略全域に亘って延在している。板部１５は、後述するホットガスバイパス配管９に形成される吐出口１８と伝熱管群１６との間に設けられている。なお、板部１５は、必ずしも長手方向の略全域に亘って設けなくてもよく、例えば、後述するホットガスバイパス配管９の先端部の近傍にのみ設けてもよい。

伝熱管群１６は、圧力容器１１の内部に配置されている。また、伝熱管群１６は、冷媒トレイ１３の下方に配置されている。伝熱管群１６は、長手方向に沿って延在する複数の伝熱管１６ａによって構成されている。複数の伝熱管１６ａは、略平行に配置されている。複数の伝熱管１６ａは、上下方向及び短手方向に所定の間隔で並んで配置されている。詳細には、複数の伝熱管１６ａは、上下方向に複数段並んでいるとともに、短手方向に複数列並んでいる。各伝熱管１６ａの内部には、被冷却液としての水が流通している。また、各伝熱管１６ａは、直線状に形成されている。また、各伝熱管１６ａは、圧力容器１１の長手方向の一端（図２中の左端）から他端（図２中の右端）まで延びていて、各管板１１ｂを貫通している。

冷媒出口管１７は、上下方向に延びる円筒状の部材である。冷媒出口管１７は、円筒部１１ａの上部に形成された開口と連通するように設けられている。冷媒入口管１２は、円筒部１１ａの長手方向の端部側に設けられている。すなわち、冷媒入口管１２は、圧力容器１１の管板１１ｂの近傍に設けられている。冷媒出口管１７は、吸入配管８（図１参照）と接続されている。すなわち、蒸発器５で蒸発した冷媒は、冷媒出口管１７及び吸込配管を介して、圧力容器１１の内部へ導かれる。

蒸発器５は、圧力容器１１の下部に所定の高さまで液相の冷媒が貯留している。伝熱管群１６を構成する伝熱管１６ａのうち下部に配置された伝熱管１６ａは、貯留されている冷媒に浸漬した状態で熱交換を行っている。一方、伝熱管群１６を構成する伝熱管１６ａのうち上部に配置された伝熱管１６ａは、貯留されている冷媒に浸漬しておらず、冷媒トレイ１３から落下し伝熱管１６ａの外表面を膜状に覆う液相状の冷媒と熱交換を行っている。すなわち、蒸発器５は、液膜式蒸発器の機能と、満液式蒸発器の機能とを両方兼ね備えている。

また、圧力容器１１の円筒部１１ａには、ホットガスバイパス配管９の先端部が挿入されている。詳細には、ホットガスバイパス配管９の先端部が、円筒部１１ａの上下方向の中央より上方であって、かつ、冷媒トレイ１３及びデミスタ１４の下方部分を貫通している。また、ホットガスバイパス配管９の先端部は、圧力容器１１の内部において、一方の管板１１ｂ近傍に配置されている。一方の管板１１ｂとは、冷媒出口管１７の近傍に設けられている管板１１ｂとは異なる管板１１ｂのことである。すなわち、冷媒出口管１７とホットガスバイパス配管９とは、圧力容器１１の長手方向の中心を基準として反対側の端部近傍に、各々設けられている。

ホットガスバイパス配管９の先端部には、ホットガスが吐出される吐出口１８が形成されている。すなわち、吐出口１８は、圧力容器１１内に開口している。吐出口１８は、ホットガスバイパス配管９の先端部の側面（円筒面）に形成されている。ホットガスバイパス配管９の最も先端は開口しておらず閉鎖されている。したがって、ホットガスバイパス配管９内を流通するホットガスは、吐出口１８のみから吐出される。また、吐出口１８は、近傍に配置された菅板に向かって開口している。

以上のように構成された蒸発器５を備えたターボ冷凍装置１において、冷媒は以下のように作動する。図１に示すように、ターボ圧縮機２が電動機に回転駆動され、蒸発器５から吸入配管８を経て供給される気相状の低圧冷媒を圧縮し、この圧縮された低圧冷媒を吐出配管６から凝縮器３に送給する。

凝縮器３の内部では、ターボ圧縮機２で圧縮された高温の高圧冷媒が冷却水と熱交換されることにより凝縮熱を冷却されて凝縮液化される。凝縮器３で液相状になった冷媒は、凝縮器３から延出する冷媒配管７に設けられた膨張弁４を通過することにより膨張する。膨張弁４を通過した冷媒は、蒸発器５に給送される。

図２及び図３に示すように、蒸発器５では、冷媒入口管１２から圧力容器１１の内部に流入する。圧力容器１１内に流入した冷媒は、冷媒トレイ１３によって圧力容器１１の長手方向及び短手方向に分散した後、冷媒トレイ１３に形成された多数の孔を通過して下方へ落下する。冷媒トレイ１３から落下した液相状の冷媒は、伝熱管群１６の最上段に配置された伝熱管１６ａと接触し、伝熱管１６ａの外周面を膜状に覆う。伝熱管１６ａの外周面を膜状に覆った冷媒は、伝熱管１６ａの内部の水と熱交換を行う。熱交換により沸点を超えた冷媒は蒸発するとともに、沸点を超えなかった冷媒はさらに下方に配置された伝熱管１６ａへと落下する。このような熱交換を連続的に繰り返し、下部に配置された伝熱管１６ａ内の水との熱交換でも蒸発しなかった冷媒は、圧力容器１１の下部に貯留される。このようにして、圧力容器１１の内部で液相状の冷媒のプールが形成される。この冷媒プールの液面レベルは、所定の高さとなるように自動調整される。本実施形態では、液面レベルは、図３に示すように、圧力容器１１の上下方向の長さの２０％程度とされている。これにより、伝熱管群１６を構成する伝熱管１６ａのうち、下部の一部の伝熱管１６ａが冷媒プール中に浸漬された状態となっている。冷媒プール中に浸漬された状態の伝熱管１６ａ内を流通する水は、冷媒プールの冷媒と熱交換を行う。

伝熱管１６ａ内の水と冷媒とが熱交換することで、伝熱管１６ａの内部を流通する水が冷却されて冷水になる。この冷水は空調用の冷熱媒や工業用冷却水等として利用される。
伝熱管１６ａ内の水との熱交換により蒸発（気化）した冷媒は、上方へ向かい、デミスタ１４によって気液分離される。気液分離された気化冷媒は、冷媒出口管１７によって圧力容器１１から排出され、吸入配管８を経て再びターボ圧縮機２に吸入・圧縮され、以下、この冷凍サイクルが繰り返される。

なお、被冷却液の供給先の負荷に応じてターボ圧縮機２の容量を調整する等の理由から、ターボ圧縮機２の吐出側の冷媒の一部を吸込側へ導きたい場合には、ホットガスバイパス弁９ａが開状態とされる。ホットガスバイパス弁９ａが開状態とされると、凝縮器３内の冷媒の一部がホットガスバイパス配管９内を流通する。ホットガスバイパス配管９内を流通した冷媒は、吐出口１８から蒸発器５の圧力容器１１内に吐出される。圧力容器１１内に吐出された冷媒は、圧力容器１１内で蒸発した冷媒の流れにしたがって上方へ向かい、デミスタ１４によって気液分離され、冷媒出口管１７及び吸入配管８を経てターボ圧縮機２に吸入される。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、凝縮器３と蒸発器５とがホットガスバイパス配管９によって接続されている。これにより、圧縮機で圧縮された冷媒の一部が、ホットガスバイパス配管９を介して低圧側である蒸発器５へ導かれる。ホットガスバイパス配管９の吐出口１８は圧力容器１１の内部に開口しているので、ホットガスバイパス配管９を介して蒸発器５へ導かれたホットガスは、圧力容器１１内に吐出される。圧力容器１１内には、吐出口１８と伝熱管１６ａとの間に板部１５が設けられているので、吐出口１８から圧力容器１１内へ吐出されたホットガスのうち、吐出口１８から伝熱管１６ａへ向かうホットガスは板部１５によって妨げられる。したがって、ホットガスが、伝熱管１６ａの表面を覆う液相状の冷媒を吹き上げる事態を抑制することができる。よって、液相状の冷媒が出口部から排出され圧縮機へ導かれる事態（いわゆるキャリーオーバー）を抑制することができるので、ターボ冷凍装置１の性能の低下を抑制することができる。

凝縮器３からホットガスバイパス配管９を介して蒸発器５へ導かれる冷媒は、気相と液相とが混在した気液二相流となる場合がある。本実施形態では、吐出口１８が管板１１ｂに向かって開口している。これにより、吐出口１８から吐出されたホットガスが管板１１ｂに衝突する。この衝突時の衝撃により、気相状のホットガスと、液相状の冷媒とが分離する。分離した気相状のホットガスは上方へ移動し出口部へ導かれ、分離した液相状の冷媒は落下し冷媒プールに貯留される。したがって、出口部に導かれる冷媒（ホットガスを含む）における液相の割合を低減することができるので、キャリーオーバーをより抑制することができる。よって、ターボ冷凍装置１の性能の低下をより抑制することができる。

また、吐出口１８が管板１１ｂに向かって開口している（すなわち、伝熱管１６ａとは反対側に開口している）ので、吐出口１８から吐出されたホットガスが直接伝熱管１６ａへ向かい難い。これにより、ホットガスが伝熱管１６ａの表面を覆う液相状の冷媒を吹き上げ難くすることができる。したがって、キャリーオーバーをより抑制することができるので、ターボ冷凍装置１の性能の低下をより抑制することができる。

また、ホットガスバイパス配管９の先端は閉鎖されており、ホットガスバイパス配管９の側面に吐出口１８が形成されている。すなわち、吐出口１８は、ホットガスバイパス配管９の延在方向と交差する方向に開口している。これにより、ホットガスバイパス配管９内を流通する冷媒が気液二相流の場合、液相の冷媒が吐出口１８から吐出され難い。したがって、ホットガスバイパス配管９を介して蒸発器５へ流入する液相の冷媒を低減することができる。よって、キャリーオーバーをより抑制することができ、ターボ冷凍装置１の性能の低下をより抑制することができる。
吐出口をホットガスバイパス配管９の先端に形成する場合には、吐出口の開口面積がホットガスバイパス配管９の配管断面積に応じた面積となるため、吐出口の開口面積を大きくし難い。本実施形態では、ホットガスバイパス配管９の側面に吐出口１８を形成しているので、吐出口をホットガスバイパス配管９の先端に形成する場合と比較して、吐出口１８の面積を容易に大きくすることができる。吐出口１８の開口面積を大きくすることで、ホットガスバイパス配管９の圧力損失を低減することができる。また、吐出口１８の開口面積を大きくすることで、吐出口１８から吐出されるホットガスの流速を低減することができる。したがって、圧力容器１１内の冷媒へのホットガスの影響を抑制することができる。
また、本実施形態では、ホットガスバイパス配管９の側面に吐出口１８を形成しているので、ホットガスをホットガスバイパス配管９の周方向に拡散させ易い。これにより、局所的にホットガスが吐出される事態を低減することができるので、圧力容器１１内の冷媒へのホットガスの影響を抑制することができる。

また、本実施形態では、吐出口１８と出口部との間に、デミスタ１４が設けられている。これにより、吐出口１８から吐出されたホットガスが気液二相流である場合でも、ホットガスは、出口部に至る前に気液分離部で気液分離される。したがって、出口部に導かれる冷媒（ホットガスを含む）における液相の割合を低減することができるので、キャリーオーバーをより抑制することができる。よって、ターボ冷凍装置１の性能の低下をより抑制することができる。
また、ホットガスが伝熱管１６ａの表面を覆う液相状の冷媒を吹き上げた場合であっても、気液分離部によって、液相の冷媒が分離される。これにより、キャリーオーバーをより抑制することができるので、ターボ冷凍装置１の性能の低下をより抑制することができる。

また、本実施形態では、冷媒出口管１７とホットガスバイパス配管９に形成された吐出口１８とは、圧力容器１１の長手方向の中心を基準として反対側の端部近傍に、各々設けられている。すなわち、冷媒出口管１７と吐出口１８とは長手方向に大きく離間して配置されている。これにより、ホットガスが伝熱管１６ａの表面を覆う液相状の冷媒を吹き上げた場合であっても、吹き上げた液相状の冷媒が冷媒出口管１７まで至るまでに落下するため、キャリーオーバーをより抑制することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示に係るターボ冷凍装置の第２実施形態について図４及び図５を用いて説明する。
本実施形態に係るターボ冷凍装置は、主に板部の位置及び圧力容器１１内におけるホットガスバイパス配管９の位置が第１実施形態と異なっている。また、デミスタ１４が設けられていない点で第１実施形態と異なっている。その他の点で第１実施形態と同様とされている。したがって、以下の説明では、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図４及び図５に示すように、本実施形態の蒸発器２０は、圧力容器１１の上端近傍にホットガスバイパス配管９の先端部が貫通している。ホットガスバイパス配管９の先端部は、圧力容器１１の内部において、一方の管板１１ｂ近傍に配置されている。また、ホットガスバイパス配管９の先端部は、冷媒トレイ１３の上方に配置されている。また、ホットガスバイパス配管９に形成された吐出口１８は、第１実施形態と同様に、近傍に配置された菅板に向かって開口している。

本実施形態に係る板部２５は、吐出口１８と冷媒トレイ１３との間に配置されている。詳細には、吐出口１８と冷媒トレイ１３の上面との間に配置されている。板部２５は、板面が略水平となるように配置されている。すなわち、板部２５の下面と冷媒トレイ１３の上面とは、略平行に対向している。また、板部２５は、長手方向（Ｘ方向）の端部が管板１１ｂに固定されている。また、板部２５は長手方向の一部にのみ設けられている。詳細には、板部２５は、吐出口１８近傍にのみ設けられている。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、板部２５が吐出口１８と冷媒トレイ１３の上面との間に設けられている。これにより、吐出口１８から圧力容器１１内へ吐出されたホットガスのうち、吐出口１８から冷媒トレイ１３の上面へ向かうホットガスは、板部２５によって妨げられる。したがって、冷媒トレイ１３の上面上の冷媒が、ホットガスによって吹き上げる事態を抑制することができる。よって、液相状の冷媒が出口部から排出される事態（いわゆるキャリーオーバー）を抑制することができるので、ターボ冷凍装置１の性能の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態では、デミスタ１４を設けていない例について説明したが、デミスタ１４の有無は任意であって、第１実施形態と同様にデミスタ１４を設けてもよい。また、デミスタ１４の代わりに、冷媒出口配管の近傍に冷媒の気液を分離する装置を設けてもよい。

〔第３実施形態〕
次に、本開示に係るターボ冷凍装置の第３実施形態について図６及び図７を用いて説明する。
本実施形態に係るターボ冷凍装置は、板部の位置が第１実施形態と異なっている。また、圧力容器１１とホットガスバイパス配管９との接続位置及び吐出口の形状が第１実施形態と異なっている。また、デミスタ１４が設けられていない点で第１実施形態と異なっている。また、冷媒分配板（第２分配部）３９が設けられている点で第１実施形態と異なっている。その他の点で第１実施形態と同様とされている。したがって、以下の説明では、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図６及び図７に示すように、本実施形態の蒸発器３０は、圧力容器１１の底部にホットガスバイパス配管９の先端部が接続されている。ホットガスバイパス配管９の先端部は、圧力容器１１の一方の管板１１ｂ近傍に接続されている。また、上記第１実施形態と異なり、ホットガスバイパス配管９に形成される吐出口３８は、ホットガスバイパス配管９の側面に形成されておらず、先端に形成されている。吐出口３８は、圧力容器１１の内部に開口している。

冷媒分配板３９は、圧力容器１１の内部において吐出口３８と伝熱管群１６との間に設置されている。この冷媒分配板３９は、上下方向に貫通する多数の冷媒流通孔（図示省略）が穿設された板状の部材である。冷媒分配板３９は、圧力容器１１の内部において、長手方向の略全域に亘って延在している。また、冷媒流通孔は、冷媒分配板３９の全域に形成されている。

本実施形態に係る板部３５は、吐出口３８と冷媒分配板３９との間に配置されている。詳細には、吐出口１８と冷媒分配板３９の下面との間に配置されている。板部３５は、板面が略水平となるように配置されている。すなわち、板部３５の下面と冷媒分配板３９の上面とは、略平行に対向している。また、板部３５は、長手方向（Ｘ方向）の端部が管板１１ｂに固定されている。また、板部３５は長手方向の一部にのみ設けられている。詳細には、板部３５は、吐出口３８近傍にのみ設けられている。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、圧力容器１１の底部からホットガスを吐出している。圧力容器１１の下部には、液相状の冷媒が冷媒プールとして貯留されているので、突出されたホットガスの熱によって、冷媒プールの冷媒が蒸発する。これにより、冷媒プールの冷媒が流動する。したがって、冷媒プールの冷媒と、冷媒プールに浸漬している伝熱管１６ａ内の水との熱交換を促進することができる。

また、吐出されたホットガスが冷媒流通孔を通過して直接伝熱管１６ａと衝突すると、伝熱管１６ａが振動し損傷する場合がある。本実施形態では、吐出口３８と伝熱管１６ａとの間に板部３５が設けられているので、吐出口３８から伝熱管１６ａへ向かうホットガスは板部３５によって妨げられる。したがって、伝熱管１６ａの振動を抑制することができるので、伝熱管１６ａの損傷を抑制することができる。

また、冷媒プールで気化した冷媒が、冷媒プールの液相状の冷媒を噴き上げる場合がある。本実施形態では、冷媒出口管１７と吐出口３８とは、圧力容器１１の長手方向の中心を基準として反対側の端部近傍に、各々設けられている。すなわち、冷媒出口管１７と吐出口３８とは長手方向に大きく離間して配置されている。これにより、冷媒プールで気化した冷媒が、冷媒プールの液相状の冷媒を噴き上げた場合であっても、吹き上げた液相状の冷媒が冷媒出口管１７まで至り難いため、キャリーオーバーをより抑制することができる。

なお、本開示は、上記実施形態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、上記第１実施形態及び第２実施形態では、液膜式及び満液式の両方の機能を兼ね備えた蒸発器５について説明したが、本開示はこれに限定されない。第１実施形態及び第２実施形態は、液膜式の機能のみを備える蒸発器であってもよい。

以上説明した本実施形態に記載の冷凍装置は例えば以下のように把握される。

本開示の一態様に係る冷凍装置は、第１冷媒を圧縮する圧縮機（２）と、前記圧縮機（２）で圧縮された前記第１冷媒を凝縮する凝縮器（３）と、前記凝縮器（３）で凝縮された前記第１冷媒を膨張させる膨張部（４）と、前記膨張部（４）で膨張された前記第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させることで、前記第１冷媒を蒸発させる蒸発器（５）と、前記第１冷媒を吐出する吐出口（１８）を有し、前記凝縮器（３）と前記蒸発器（５）とを接続するバイパス配管（９）と、を備え、前記蒸発器（５）は、外殻を為す圧力容器（１１）と、前記圧力容器（１１）の内部へ前記第１冷媒を導入する入口部（１２）と、前記圧力容器（１１）の内部に設けられ、内部を前記第２冷媒が流通する伝熱管（１６ａ）と、蒸発した前記第１冷媒を前記圧力容器（１１）から排出する出口部（１７）と、を有し、前記吐出口（１８）は、前記圧力容器（１１）の内部に開口していて、前記バイパス配管（９）の前記吐出口（１８）と前記伝熱管（１６ａ）との間には板部（１５）が設けられている。

上記構成では、凝縮器と蒸発器とがバイパス配管によって接続されている。これにより、圧縮機で圧縮された第１冷媒の一部が、バイパス配管を介して低圧側である蒸発器へ導かれる。バイパス配管の吐出口は圧力容器の内部に開口しているので、バイパス配管を介して蒸発器へ導かれた第１冷媒（以下、「バイパス冷媒」という。）は、圧力容器内に吐出される。圧力容器内には、吐出口と伝熱管との間に板部が設けられているので、吐出口から圧力容器内へ吐出されたバイパス冷媒のうち、吐出口から伝熱管へ向かうバイパス冷媒は板部によって妨げられる。したがって、伝熱管の表面を覆う液相状の第１冷媒が、バイパス冷媒によって吹き上げる事態を抑制することができる。よって、液相状の第１冷媒が出口部から排出される事態（いわゆるキャリーオーバー）を抑制することができるので、冷凍装置の性能の低下を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る冷凍装置は、前記圧力容器（１１）は、中心軸線に沿って延在する円筒部（１１ａ）と、該円筒部（１１ａ）の前記中心軸線に沿う方向の端部を閉鎖する管板（１１ｂ）と、を有し、前記吐出口（１８）は、前記管板（１１ｂ）に向かって開口している。

凝縮器から導かれるバイパス冷媒は、気相と液相とが混在した気液二相流となる場合がある。上記構成では、吐出口が管板に向かって開口している。これにより、吐出口から吐出されたバイパス冷媒が管板に衝突する。この衝突時の衝撃により、気相のバイパス冷媒と、液相のバイパス冷媒とが分離する。したがって、出口部に導かれる第１冷媒（バイパス冷媒を含む）における液相の割合を低減することができるので、キャリーオーバーをより抑制することができる。よって、冷凍装置の性能の低下をより抑制することができる。
また、吐出口が管板に向かって開口しているので、吐出口から吐出されたバイパス冷媒が直接伝熱管へ向かい難い。これにより、バイパス冷媒が伝熱管の表面を覆う液相状の第１冷媒を吹き上げ難くすることができる。したがって、キャリーオーバーをより抑制することができるので、冷凍装置の性能の低下をより抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る冷凍装置は、前記吐出口（１８）と前記出口部（１７）との間に設けられる気液分離部（１４）を備えている。

上記構成では、吐出口と出口部との間に、気液分離部が設けられている。これにより、吐出口から吐出されたバイパス冷媒が気液二相流である場合でも、バイパス冷媒は、出口部に至る前に気液分離部で気液分離される。したがって、出口部に導かれる第１冷媒（バイパス冷媒を含む）における液相の割合を低減することができるので、キャリーオーバーをより抑制することができる。よって、冷凍装置の性能の低下をより抑制することができる。
また、バイパス冷媒が伝熱管の表面を覆う液相状の第１冷媒を吹き上げた場合であっても、気液分離部によって、液相の第１冷媒が分離される。これにより、キャリーオーバーをより抑制することができるので、冷凍装置の性能の低下をより抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る冷凍装置は、前記入口部（１２）の下方であって、かつ、前記伝熱管（１６ａ）の上方に設けられ、前記入口部（１２）から導入された前記第１冷媒を前記伝熱管（１６ａ）の延在方向に分配する第１分配部（１３）を備え、前記板部（１５）は、前記吐出口（１８）と前記第１分配部（１３）との間に設けられている。

上記構成では、板部が吐出口と第１分配部との間に設けられている。これにより、吐出口から圧力容器内へ吐出されたバイパス冷媒のうち、吐出口から第１分配部へ向かうバイパス冷媒は板部によって妨げられる。したがって、第１分配部上の第１冷媒が、バイパス冷媒によって吹き上げる事態を抑制することができる。よって、液相状の第１冷媒が出口部から排出される事態（いわゆるキャリーオーバー）を抑制することができるので、冷凍装置の性能の低下を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る冷凍装置は、前記吐出口（１８）は、前記圧力容器（１１）の底部に設けられていて、前記吐出口（１８）と前記伝熱管（１６ａ）との間には、前記吐出口（１８）から吐出される前記第１冷媒を前記伝熱管（１６ａ）の延在方向に分配する第２分配部（３９）が設けられている。

上記構成では、圧力容器の底部からバイパス冷媒を吐出している。これにより、圧力容器の下部に液相状の第１冷媒が溜まっていて、液相状の第１冷媒の中に伝熱管の一部が浸漬している場合には、溜まっている液相状の第１冷媒がバイパス冷媒によって蒸発するので、液相状の第１冷媒が流動する。したがって、第１冷媒と伝熱管との熱交換を促進することができる。
また、吐出されたバイパス冷媒が直接伝熱管に当たると、伝熱管が振動し損傷する場合がある。上記構成では、吐出口と伝熱管との間に板部が設けられているので、吐出口から伝熱管へ向かうバイパス冷媒は板部によって妨げられる。したがって、伝熱管の振動を抑制することができるので、伝熱管の損傷を抑制することができる。

１ ：ターボ冷凍装置
２ ：ターボ圧縮機
３ ：凝縮器
４ ：膨張弁
５ ：蒸発器
６ ：吐出配管
７ ：冷媒配管
８ ：吸入配管
９ ：ホットガスバイパス配管
９ａ ：ホットガスバイパス弁
１１ ：圧力容器
１１ａ ：円筒部
１１ｂ ：管板
１２ ：冷媒入口管
１３ ：冷媒トレイ
１４ ：デミスタ
１５ ：板部
１６ ：伝熱管群
１６ａ ：伝熱管
１７ ：冷媒出口管
１８ ：吐出口
２０ ：蒸発器
２５ ：板部
３０ ：蒸発器
３５ ：板部
３８ ：吐出口
３９ ：冷媒分配板

Claims (7)

1. 第１冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された前記第１冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器で凝縮された前記第１冷媒を膨張させる膨張部と、
   前記膨張部で膨張された前記第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させることで、前記第１冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記第１冷媒を吐出する吐出口を有し、前記凝縮器と前記蒸発器とを接続し、前記凝縮器内の気相の前記第１冷媒を前記蒸発器へ導くバイパス配管と、を備え、
   前記蒸発器は、外殻を為す圧力容器と、前記圧力容器の内部へ前記第１冷媒を導入する入口部と、前記圧力容器の内部に設けられ、内部を前記第２冷媒が流通する伝熱管と、蒸発した前記第１冷媒を前記圧力容器から排出する出口部と、を有し、
   前記吐出口は、前記圧力容器の内部に開口していて、
   前記バイパス配管の前記吐出口と前記伝熱管との間には板部が設けられている冷凍装置。
2. 前記圧力容器は、中心軸線に沿って延在する円筒部と、該円筒部の前記中心軸線に沿う方向の端部を閉鎖する管板と、を有し、
   前記吐出口は、前記管板に向かって開口している請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記吐出口と前記出口部との間に設けられる気液分離部を備えた請求項１または請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記入口部の下方であって、かつ、前記伝熱管の上方に設けられ、前記入口部から導入された前記第１冷媒を前記伝熱管の延在方向に分配する第１分配部を備え、
   前記板部は、前記吐出口と前記第１分配部との間に設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷凍装置。
5. 前記吐出口は、前記圧力容器の底部に設けられていて、
   前記吐出口と前記伝熱管との間には、前記吐出口から吐出される前記第１冷媒を前記伝熱管の延在方向に分配する第２分配部が設けられている請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷凍装置。
6. 第１冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された前記第１冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器で凝縮された前記第１冷媒を膨張させる膨張部と、
   前記膨張部で膨張された前記第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させることで、前記第１冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記第１冷媒を吐出する吐出口を有し、前記凝縮器と前記蒸発器とを接続するバイパス配管と、を備え、
   前記蒸発器は、外殻を為す圧力容器と、前記圧力容器の内部へ前記第１冷媒を導入する入口部と、前記圧力容器の内部に設けられ、内部を前記第２冷媒が流通する伝熱管と、蒸発した前記第１冷媒を前記圧力容器から排出する出口部と、を有し、
   前記吐出口は、前記圧力容器の内部に開口していて、
   前記バイパス配管の前記吐出口と前記伝熱管との間には板部が設けられていて、
   前記圧力容器は、中心軸線に沿って延在する円筒部と、該円筒部の前記中心軸線に沿う方向の端部を閉鎖する管板と、を有し、
   前記吐出口は、前記管板に向かって開口している冷凍装置。
7. 第１冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された前記第１冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器で凝縮された前記第１冷媒を膨張させる膨張部と、
   前記膨張部で膨張された前記第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させることで、前記第１冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記第１冷媒を吐出する吐出口を有し、前記凝縮器と前記蒸発器とを接続するバイパス配管と、を備え、
   前記蒸発器は、外殻を為す圧力容器と、前記圧力容器の内部へ前記第１冷媒を導入する入口部と、前記圧力容器の内部に設けられ、内部を前記第２冷媒が流通する伝熱管と、蒸発した前記第１冷媒を前記圧力容器から排出する出口部と、を有し、
   前記吐出口は、前記圧力容器の内部に開口していて、
   前記バイパス配管の前記吐出口と前記伝熱管との間には板部が設けられていて、
   前記入口部の下方であって、かつ、前記伝熱管の上方に設けられ、前記入口部から導入された前記第１冷媒を前記伝熱管の延在方向に分配する第１分配部を備え、
   前記板部は、前記吐出口と前記第１分配部との間に設けられている冷凍装置。

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