WO2012144182A1 - 凝縮装置 - Google Patents

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WO2012144182A1
WO2012144182A1 PCT/JP2012/002604 JP2012002604W WO2012144182A1 WO 2012144182 A1 WO2012144182 A1 WO 2012144182A1 JP 2012002604 W JP2012002604 W JP 2012002604W WO 2012144182 A1 WO2012144182 A1 WO 2012144182A1
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working fluid
fluid
nozzle
condenser
condensing device
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PCT/JP2012/002604
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English (en)
French (fr)
Inventor
藤澤　亮
正剛 戸島
善裕 仲山
祥孝 馬場
井出　聡
晃一朗 飯塚
邦彦 須藤
寛 江川
一郎 櫻場
林　大介
啓治 菅野
ハンス マズボール
クリステンセン クラウス ダンガード
Original Assignee
東京電力株式会社
中部電力株式会社
関西電力株式会社
株式会社神戸製鋼所
ダニッシュ テクノロジカル インスティテュート
ジョンソン コントロールズ デンマーク エイピイエス
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Priority to EP12773831.8A priority patent/EP2703749A4/en
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F25B40/04—Desuperheaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/02—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using water or other liquid as the cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28B3/04—Condensers in which the steam or vapour comes into direct contact with the cooling medium by injecting cooling liquid into the steam or vapour
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    • F28B9/02—Auxiliary systems, arrangements, or devices for feeding steam or vapour to condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00—Auxiliary systems, arrangements, or devices
    • F28B9/04—Auxiliary systems, arrangements, or devices for feeding, collecting, and storing cooling water or other cooling liquid

Definitions

  • the present invention relates to a condensing device used for a refrigerator or the like.
  • refrigerators equipped with a refrigerant circuit are known.
  • working fluid (refrigerant) of this refrigerator for example, various fluids such as water and hydrocarbon process gas are used.
  • the refrigerant evaporated in the evaporator is compressed by the compressor to become superheated steam, and this superheated steam is condensed in the condenser.
  • the superheated steam is cooled by, for example, cooling water to become saturated steam, and this saturated steam is further cooled and condensed.
  • Patent Document 1 discloses a refrigerator having a condensing device using water as a working fluid.
  • the heat transfer coefficient in the superheat region is smaller than the heat transfer coefficient in the condensation region. Therefore, in the condenser, there is a problem that the heat transfer area required for the superheated region tends to be large, and the condenser must be enlarged accordingly.
  • the heat transfer amount in the superheat region is only a few percent of the total amount of heat of the condenser, but a heat transfer area equivalent to that in the condensation region is required. It is particularly easy to increase the size.
  • An object of the present invention is to provide a condensing device that can reduce the size of a condenser.
  • the condensing device of the present invention includes a compressor having a compression section that compresses a working fluid, a condenser that condenses the working fluid compressed in the compression section, an outlet of the compression section, and an inlet of the condenser.
  • a spray mechanism having a nozzle for spraying a cooling fluid in the fluid passage to cool the working fluid flowing through the fluid passage between the first and second fluid passages.
  • FIG. 1 shows schematic structure of the condensing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows schematic structure of the condensing apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention, and has mainly shown the specific structure of the compressor. It is the figure which looked at the said compressor of FIG. 2 from the downstream of the axial direction. It is the schematic which shows the modification 1 of the said condensation apparatus.
  • A) is the schematic which shows the modification 2 of the said condensation apparatus
  • (B) has shown the modification 3 of the said condensation apparatus, and expands a part of piping which connects a compressor and a condenser.
  • the condensing device 71 includes a refrigerant circuit 14 having a compressor 10, an evaporator 12, and a condenser 13, and a spray mechanism 81.
  • the condensing device 71 can be used for a refrigerator, for example.
  • the compressor 10 has a compression unit 20 therein.
  • the compression unit 20 has a rotor (not shown), for example, and compresses water vapor as a working fluid (refrigerant) evaporated by the evaporator 12 by rotating the rotor.
  • This water vapor is a relatively low temperature, low pressure water vapor.
  • the water vapor that is the working fluid compressed in the compression unit 20 becomes a temperature of 200 ° C. or less at the discharge port CS2 of the compression unit 20 at a pressure of, for example, atmospheric pressure or less.
  • the water vapor of the working fluid has a pressure of about 0.8 to 1.7 kPa and a temperature of about 5 to 15 ° C. at the suction port CS1 of the compression unit 20, and the discharge port CS2 of the compression unit 20
  • the pressure is about 1.5 to 8 kPa
  • the temperature is about 40 to 200 ° C.
  • the condenser 13 is an indirect heat exchanger having a structure in which a working fluid and a fluid (for example, cooling water) that condenses the working fluid are not in direct contact, and a distribution space of these fluids is divided.
  • the working fluid and the fluid that condenses the working fluid indirectly exchange heat through, for example, heat transfer tubes and partition walls.
  • the pressure range and temperature range in the condenser 13 and the pressure range and temperature range in the fluid passage 91 described later are substantially the same as the pressure range and temperature range at the discharge port CS2 of the compression unit 20 described above.
  • the working fluid compressed in the compressor 10 is sent to the condenser 13 and condensed in the condenser 13.
  • the working fluid circulates through the refrigerant circuit 14 with a phase change.
  • cold heat can be supplied to the secondary heat medium.
  • This secondary heat medium is supplied to a utilization side device (not shown) to cool indoor air or the like as a cooling target.
  • the spray mechanism 81 sprays a cooling fluid into the fluid passage 91 in order to cool the working fluid flowing through the fluid passage 91 between the discharge port CS2 of the compression unit 20 and the inlet 13a of the condenser 13. it can.
  • the spray mechanism 81 has a nozzle 82, a pump 83, and a spray chamber 84.
  • the spray chamber 84 is provided in the middle of the fluid passage 91 between the discharge port CS2 of the compression unit 20 and the inlet 13a of the condenser 13.
  • the nozzle 82 is disposed in the spray chamber 84.
  • the pump 83 is provided in the middle of a branch pipe 73 branched from a pipe 72 that connects the outlet 13 b of the condenser 13 and the inlet 12 a of the evaporator 12.
  • a nozzle 82 is connected to the tip of the branch pipe 73.
  • a part of the working fluid flowing through the pipe 72 is used.
  • the liquid is fed to the nozzle 82 through the branch pipe 73.
  • the cooling fluid is sprayed from the nozzle 82.
  • a part of the working fluid fed to the nozzle 82 through the branch pipe 73 is used as the cooling fluid.
  • the nozzle 82 is disposed so as to spray a working fluid as a cooling fluid toward the upstream side of the fluid passage 91.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the condensing device 71 according to the second embodiment of the present invention, and mainly shows a specific configuration of the compressor 10.
  • the condensing device 71 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the nozzle 82 of the spray mechanism 81 is directly attached to the compressor 10.
  • the compressor 10 is configured as an axial compressor.
  • the condensing device 71 can be used for a refrigerator, for example.
  • the compressor 10 includes a compression unit 20 having a compression space CS for compressing the working fluid, an electric motor 22 for driving the compression unit 20, and a flow velocity of the working fluid discharged from the compression space CS. And a speed reduction part 24 for speeding down the speed.
  • a casing 26 of the compressor 10 includes a cylindrical first case portion 27 disposed in the compression portion 20, a second case portion 28 disposed on one end side (upstream side) of the compression portion 20, and the compression portion 20. And a third case portion 29 disposed on the speed reduction portion 24 on the other end side (downstream side).
  • the compression unit 20 includes a first case portion 27 and a rotor 31 disposed in the first case portion 27.
  • a space between the first case portion 27 and the rotor 31 functions as a compression space CS for compressing the working fluid.
  • the compression space CS has a suction port CS1 on the left side in FIG. 2 and a discharge port CS2 on the right side. Therefore, the working fluid evaporated in the evaporator 12 is sucked into the compression space CS through the left suction port CS1 in FIG. 2, and this working fluid is compressed as it moves in the compression space CS from the left to the right in FIG. It is discharged from the discharge port CS2.
  • a plurality of stationary blades 33 are fixed to the inner peripheral surface of the first case portion 27 at intervals in the axial direction.
  • the first case portion 27 is installed such that the axial direction is horizontal.
  • the rotor 31 includes a plurality of moving blades 34 and a plurality of spacers 35.
  • the plurality of moving blades 34 are arranged at intervals in the axial direction so as to be alternately located with the stationary blades 33.
  • the spacer 35 is a member formed in a cylindrical shape, and is disposed on the inner side in the radial direction of the stationary blade 33 and is disposed between the adjacent moving blades 34. In the illustrated example, a configuration in which four moving blades 34 and four spacers 35 are provided is shown, but the present invention is not limited to this.
  • the moving blade 34 includes a cylindrical boss portion 37 and a wing portion 38 integrally formed around the boss portion 37.
  • a plurality of wing portions 38 are formed in the circumferential direction of the boss portion 37.
  • the outer peripheral surface of the boss portion 37 forms a continuous surface with the outer peripheral surface of the spacer 35, and the inner peripheral surface of the boss portion 37 forms a continuous surface with the inner peripheral surface of the spacer 35.
  • the compression unit 20 includes a drive shaft 40, a first pressing member 41, a second pressing member 42, a nut 43 as an example of a fixing unit, and a disk-shaped member 44.
  • the drive shaft 40 is disposed on the axial center of the first case portion 27 and extends along the axial direction of the first case portion 27. Both end portions 47 of the drive shaft 40 are located outside the rotor blade 34 and the spacer 35 in the axial direction.
  • the first pressing member 41 is disposed so as to contact the uppermost-stage moving blade 34, and the second pressing member 42 is disposed so as to contact the spacer 35 positioned outside the most downstream-stage moving blade 34.
  • the first pressing member 41 and the second pressing member 42 are members having the same configuration, but are disposed in opposite directions in the axial direction.
  • the first pressing member 41 is formed in a disc shape, and the pressing members 41 and 42 are formed with a central through hole through which the drive shaft 40 is inserted. By fitting the first pressing member 41 and the moving blade 34, the axial center of the first pressing member 41 and the axial center of the uppermost moving blade 34 coincide with each other.
  • the second presser member 42 is fitted to a spacer 35 located outside the rotor blade 34 at the most downstream stage. Thereby, the axial center of the 2nd pressing member 42 and the axial center of the spacer 35 located in the most downstream side correspond.
  • the moving blades 34 and the spacers 35 adjacent to each other are fitted to each other.
  • the inner diameter of the spacer 35 and the boss portion 37 is sufficiently larger than the outer diameter of the drive shaft 40. For this reason, a space extending in the axial direction is formed between the cylindrical portion formed by connecting the spacer 35 and the boss portion 37 and the drive shaft 40. In this space, that is, the inner space 31 a of the rotor 31, a disk-shaped member 44 is provided.
  • the disc-shaped member 44 is disposed in a posture perpendicular to the drive shaft 40, and a through-hole penetrating in the thickness direction is formed at the center thereof.
  • the drive shaft 40 is inserted through the through hole. Therefore, the drive shaft 40 is supported by the disk-shaped member 44 at a plurality of intermediate positions.
  • both end portions 47 and 47 of the drive shaft 40 are supported by bearings 55 and 55, respectively.
  • the bearing 55 supports both end portions 47 of the drive shaft 40 so as to be rotatable.
  • Both bearings 55 and 55 are accommodated in housings 56 and 57, respectively.
  • the upstream housing 56 that houses the bearing 55 on the one end portion side is provided so as to form a cylindrical space between the second case portion 28 and the second housing portion 28. This space becomes the upstream space US through which the working fluid introduced into the compression space CS flows.
  • the downstream housing 57 that houses the bearing 55 on the other end side is provided so as to form a cylindrical space with the third case portion 29. This space becomes a downstream space DS through which the working fluid derived from the compression space CS flows.
  • the housings 56 and 57 are supported by the second case portion 28 or the third case portion 29 via a plurality of support members 59 and 59.
  • Each support member 59 is formed in a rod shape and is radially arranged in the circumferential direction.
  • the support members 59 and 59 are disposed in the upstream space US and the downstream space DS, the flow of the working fluid is not hindered because the cross sections of the support members 59 are streamlined.
  • the support member 59 in the downstream space DS enters the inside of the housing 57, but the part entering the inside of the housing 57 may not be formed in a rod shape.
  • the support member 59 is formed with a supply / discharge passage 59a for supplying and discharging the lubricant.
  • the lubricant is introduced from the outside of the second case portion 28 and the third case portion 29, supplied to the bearing 55 through one of the supply / discharge passages 59a, and from the bearing 55 through the other supply / discharge passages 59a. Discharged.
  • the end 47 on the discharge port CS2 side of the drive shaft 40 is disposed in the housing 57 on the downstream side.
  • the rotating shaft 22a of the electric motor 22 is connected to the end 47 via a flexible coupling 61 as an example of a vibration damping unit. Since the drive shaft 40 of the compressor 20 and the rotating shaft 22a of the electric motor 22 are connected without a speed increaser, the rotating speed of the electric motor 22 and the rotating speed of the rotor 31 are the same.
  • the deceleration portion 24 has a downstream space DS formed by the third case portion 29.
  • the third case portion 29 includes an outer peripheral surface portion 29a connected to one axial end portion of the first case portion 27, an inner peripheral surface portion 29b that is disposed inside the outer peripheral surface portion 29a and extends in the axial direction, and the outer peripheral surface portion 29a and the inner peripheral surface portion. And an end surface portion 29c for connecting the end portions in the axial direction of 29b.
  • the outer peripheral surface portion 29a is formed in a cylindrical shape, and has a flare portion 29d whose inner diameter gradually increases as the distance from the discharge port CS2 increases in the axial intermediate portion.
  • the portion 29e ahead of the flare portion 29d has a constant inner diameter.
  • the inner peripheral surface portion 29b is connected to the end portion of the downstream housing 57, and is formed in a cylindrical shape having a constant outer diameter along the axial direction. Accordingly, in the downstream space DS, the cross section perpendicular to the axial direction has an annular shape, the taper portion in which the cross sectional area gradually increases, and the cross section perpendicular to the axial direction has an annular shape, and the cross sectional area is constant. A parallel part is included.
  • At least the taper portion functions as a diffuser that decelerates the working fluid compressed by the compression portion 20 and recovers the pressure.
  • the parallel portion functions as a collector that collects the fluid decelerated by the tapered portion.
  • the working fluid is sufficiently decelerated at the taper portion, so that the pressure can be recovered without causing excessive loss in the parallel portion.
  • the inner peripheral surface portion 29b is connected to the housing 57 in a stepped shape, but this stepped portion may be eliminated. Further, the inner peripheral surface portion 29b may be configured to have a tapered shape corresponding to the tapered portion of the outer peripheral surface portion 29a. Further, the length of the parallel portion and the like can be appropriately selected according to how much the flow rate of the working fluid discharged from the discharge port CS2 is decelerated.
  • a discharge port 65 is provided in a portion 29e constituting the parallel portion.
  • a pipe 74 for guiding the working fluid decelerated in the downstream space DS to the condenser 13 is connected to the discharge port 65.
  • An electric motor support portion 66 is provided on the inner peripheral surface portion 29 b so as to extend radially inward from a connection portion with the housing 57.
  • the electric motor 22 is disposed inside the inner peripheral surface portion 29 b of the speed reduction portion 24 and is attached to the electric motor support portion 66.
  • FIG. 3 is a view of the compressor 10 of FIG. 2 viewed from the downstream side (right side) in the axial direction.
  • the spray mechanism 81 includes a plurality of nozzles 82, and includes a spray chamber separate from the compressor 10 as in the first embodiment.
  • the spray mechanism 81 is provided in the middle of the branch pipe 73 as in the first embodiment shown in FIG.
  • a plurality of nozzles 82 are connected to each other.
  • the fluid passage 91 between the discharge port CS2 of the compression unit 20 and the inlet 13a of the condenser 13 includes the downstream space DS, the internal space of the discharge port 65, and the piping 74. Including internal space.
  • the nozzle 82 is disposed in the downstream space DS in the fluid passage 91.
  • the plurality of nozzles 82 are disposed on the end surface portion 29 c of the third case portion 29.
  • the plurality of nozzles 82 are arranged at substantially equal intervals over substantially the entire circumference in the circumferential direction of the annular space. Therefore, the working fluid discharged from the discharge port CS2 of the compression unit 20 and flowing in the annular space can be uniformly cooled.
  • Each nozzle 82 is inserted into the downstream space DS from a through hole (not shown) provided in the end face portion 29c, and the spray hole (not shown) provided at the tip of each nozzle 82 is formed in the downstream space DS. Is arranged. Since each spray hole faces the upstream side in the axial direction, each nozzle 82 can spray the working fluid in a direction substantially facing the upstream side of the fluid passage 91.
  • the discharge port 65 is provided on the side of the speed reduction unit 24, and extends in a direction substantially perpendicular to the axial direction (downward in FIG. 2).
  • the working fluid discharged from the discharge port CS2 of the compression unit 20 flows in the speed reduction unit 24 in the axial direction, and then flows toward the discharge port 65 side.
  • the plurality of nozzles 82 are provided at the downstream end portion (end surface portion 29 c) in the axial direction of the compressor 10, and are disposed downstream of the discharge port 65 in the speed reduction portion 24.
  • Each nozzle 82 is unlikely to obstruct the flow of the working fluid. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of pressure loss due to the arrangement of the plurality of nozzles 82.
  • the particle size of the working fluid sprayed from the nozzle 82 is preferably small in terms of improving the efficiency of heat exchange.
  • the amount of spray from the nozzle 82 is also naturally reduced. Therefore, by arranging a plurality of nozzles 82 as in the second embodiment, the particle size of the working fluid can be reduced while ensuring the total amount of spray.
  • the drive shaft 40 of the compression unit 20 when the rotation shaft 22a of the electric motor 22 in the compressor 10 rotates, the drive shaft 40 of the compression unit 20 also rotates at the same rotation speed, and the rotor 31 rotates around the axis. Accordingly, the working fluid in the upstream space US is sucked into the compression space CS through the suction port CS1, and the working fluid is sent in the right direction in FIG. 2 while being compressed in the compression space CS, and is downstream through the discharge port CS2. It is discharged into the space DS. The working fluid is decelerated in the speed reduction unit 24, recovers its pressure, and is discharged through the discharge port 65.
  • the working fluid as the cooling fluid is sprayed from the nozzle 82 into the space of the speed reduction unit 24.
  • the working fluid compressed in the compression unit 20 is cooled in the space of the speed reduction unit 24.
  • the working fluid flowing through the fluid passage 91 is cooled by spraying the working fluid as the cooling fluid from the nozzle 82 into the fluid passage 91. Therefore, before the working fluid flows into the condenser 13, the degree of superheat of the working fluid can be lowered in advance. Thereby, in the condenser 13, since the heat transfer area required in order to cool superheated steam can be made small, the condenser 13 can be reduced in size. Moreover, the cost concerning the condenser 13 can also be reduced by reducing the heat transfer area as described above.
  • the cooling fluid is sprayed toward the upstream side of the fluid passage 91, when spraying toward the downstream side of the fluid passage 91, or in the direction orthogonal to the fluid passage 91.
  • the relative speed between the working fluid and the cooling fluid can be increased as compared with the case of spraying on.
  • the efficiency of heat exchange between the working fluid and the cooling fluid can be increased, the working fluid flowing through the fluid passage 91 can be cooled more efficiently.
  • the speed of the working fluid increased in pressure while being compressed in the compression unit 20 can be decelerated in the deceleration unit 24 functioning as a diffuser.
  • the nozzle 82 is attached to the compressor 10 so that the cooling fluid can be sprayed into the space of the speed reduction unit 24, the spray chamber for spraying the cooling fluid from the nozzle 82. There is no need to separately provide such a member.
  • the space of the speed reduction unit 24 is formed so as to extend in the axial direction of the rotating shaft of the electric motor 22 and surround the electric motor 22, and a cross section perpendicular to the axial direction of the space is annular.
  • a plurality of nozzles 82 are arranged along the circumferential direction of the annular space. Thereby, the cooling fluid can be sprayed at a plurality of locations in the space of the speed reduction unit 24.
  • a part of the working fluid discharged from the outlet 13 b of the condenser 13 is used as the cooling fluid, and a part of this working fluid is supplied to the nozzle 82 by the pump 83. Since the liquid feeding configuration is adopted, it is not necessary to prepare a cooling fluid separately from the working fluid.
  • the drive shaft of the compression unit is connected to the rotating shaft of the electric motor without using a speed increaser.
  • the electric motor is offset with respect to the compression portion (with the electric motor being radially displaced with respect to the compression portion). There is no need to place them. Therefore, it is possible to prevent the radial width of the compressor from increasing.
  • the speed increaser is not provided, the radial width of the compressor can be prevented from increasing from this point.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the said embodiment demonstrated the example comprised as the condensation apparatus 71 used for a refrigerator, it is not restricted to this.
  • the condensing apparatus 71 as a compressor used for a chiller for obtaining cooling water, an air conditioning apparatus, a concentrator, etc., for example.
  • the working fluid is not limited to water vapor.
  • various fluids such as hydrocarbon-based process gas can be applied as the working fluid.
  • the compressor is not limited to the axial flow compressor.
  • the working fluid is sprayed from the nozzle toward the upstream side of the fluid passage.
  • the present invention is not limited to this.
  • the working fluid may be sprayed from the nozzle toward the downstream side of the fluid passage, or may be sprayed in a direction orthogonal to the fluid passage.
  • a condensing device 71 as in Modification 1 shown in FIG. 4 may be used.
  • the fluid passage 91 is configured by a pipe that connects the compressor 10 and the condenser 13, and the pipe has a bent portion 91 a in which the direction in which the working fluid flows is bent.
  • the nozzle 82 is disposed in the bent portion 91a. Since the bent portion 91a is a portion where a pressure loss is likely to occur when the working fluid flows as compared with a linear portion of the pipe, the influence of the pressure loss is small even if a nozzle is disposed in the bent portion 91a. .
  • a nozzle is arranged in a linear portion of the pipe and the cooling fluid is sprayed toward the upstream side of the fluid passage, for example, the nozzle is inserted into the pipe from the side of the pipe, and It is necessary to direct the spray hole of the nozzle to the upstream side by bending the vicinity of the tip of the nozzle to the upstream side.
  • the pressure loss tends to increase.
  • the nozzle 82 is arranged in the bent portion 91a as shown in FIG. 4, the influence on the pressure loss caused by the arrangement of the nozzle 82 is reduced while spraying the cooling fluid toward the upstream side of the fluid passage. be able to.
  • a plurality of nozzles 82 are disposed in a linear portion of a fluid passage (pipe) 91 that connects the compressor 10 and the condenser 13.
  • two nozzles 82 are arranged on a linear portion of the pipe extending substantially in the horizontal direction so that the cooling fluid can be sprayed inward from the periphery of the pipe.
  • the upper nozzle 82 has a spray hole (not shown) so that the cooling fluid can be sprayed downward (substantially perpendicular to the flow of the compressed working fluid) in the pipe.
  • the lower nozzle 82 has a spray hole (not shown) so that the cooling fluid can be sprayed upward in the pipe.
  • a plurality of (many) nozzles are provided in a linear portion of the fluid passage (pipe) 91 in a direction substantially perpendicular to the flow of the compressed working fluid.
  • 82 may be arranged annularly along the circumferential direction of the pipe. These nozzles 82 are scattered at substantially equal intervals in the circumferential direction.
  • each nozzle 82 is arranged in the pipe so that it hardly protrudes from the inner surface of the fluid passage 91 (pipe) into the pipe.
  • the plurality of nozzles 82 are provided in the linear portion of the fluid passage 91, but only one nozzle 82 may be provided in the linear portion.
  • the modification 2 and the modification 3 illustrate the case where the cooling fluid is sprayed radially inward from the nozzle 82 in the linear portion of the fluid passage 91, the invention is not limited thereto.
  • the cooling fluid may be sprayed from the nozzle 82 toward the upstream side in the linear portion of the fluid passage 91.
  • the nozzle 82 is inserted into the pipe in the linear portion of the fluid passage 91, and the vicinity of the tip end portion of the nozzle 82 is bent upstream to dispose the cooling fluid from the nozzle toward the upstream side. Can be sprayed.
  • the cooling fluid can be sprayed toward the upstream side by arranging the nozzle 82 obliquely in the linear portion of the fluid passage 91.
  • the nozzle 82 can be disposed so that the tip of the nozzle 82 hardly protrudes from the inner surface of the fluid passage 91 (pipe) into the pipe, the influence on the pressure loss due to the arrangement of the nozzle 82 is further reduced. can do.
  • the condensing device of the present invention includes a compressor having a compression section that compresses a working fluid, a condenser that condenses the working fluid compressed in the compression section, an outlet of the compression section, and an inlet of the condenser.
  • a spray mechanism having a nozzle for spraying a cooling fluid in the fluid passage to cool the working fluid flowing through the fluid passage between the first and second fluid passages.
  • the working fluid flowing through the fluid passage can be cooled by spraying the cooling fluid from the nozzle into the fluid passage, before the working fluid compressed in the compression section flows into the condenser.
  • the degree of superheat of the working fluid can be lowered in advance.
  • the nozzle is arranged to spray the cooling fluid toward the upstream side of the fluid passage.
  • the relative speed between the working fluid and the cooling fluid can be increased. Accordingly, since the efficiency of heat exchange between the working fluid and the cooling fluid can be increased, the working fluid flowing through the fluid passage can be cooled more efficiently and the degree of superheat can be lowered.
  • the fluid passage may have a bent portion in which a direction in which the working fluid flows is bent, and the nozzle may be disposed in the bent portion. Since this bent portion is a place where pressure loss when the working fluid flows originally tends to occur as compared with a linear portion (for example, a straight pipe), pressure loss is not caused even if a nozzle is arranged in this bent portion. The impact is small.
  • the condenser is preferably an indirect heat exchanger that exchanges heat without direct contact between the working fluid and a fluid that condenses the working fluid.
  • the cooling water is in direct contact with the working fluid, so that the heat transfer area is relatively high.
  • the problem of the heat transfer area in the overheated region tends to be relatively small.
  • the problem of the heat transfer area in the overheating region is larger than that in the direct heat exchanger, so that the cooling fluid is sprayed from the nozzle into the fluid passage. Therefore, this embodiment in which the degree of superheating of the working fluid is lowered in advance before the working fluid flows into the condenser is particularly effective.
  • the compressor further includes a speed reduction unit having a space for reducing a flow rate of the working fluid discharged from the discharge port of the compression unit, and the space of the speed reduction unit includes the fluid passage. It is preferable that the nozzle forms a part, and the nozzle sprays the cooling fluid onto the working fluid flowing through the speed reduction unit.
  • the speed of the working fluid increased while being pressurized in the compression section can be decelerated in the deceleration section that functions as a diffuser. Further, in this aspect, since the cooling fluid is sprayed in the space of the speed reducing portion, it is not necessary to separately provide a member such as a spray chamber for spraying the cooling fluid from the nozzle.
  • the compressor further includes an electric motor having a rotation shaft
  • the compression unit includes a drive shaft connected to the rotation shaft of the electric motor
  • the rotation shaft of the electric motor is the drive shaft.
  • the space of the speed reduction part is formed to extend in the axial direction of the rotating shaft of the electric motor and surround the electric motor, and a cross section perpendicular to the axial direction is annular It is preferable that a plurality of the nozzles are provided along the circumferential direction of the annular space.
  • a plurality of nozzles are arranged along the circumferential direction of the annular space.
  • the cooling fluid can be sprayed to a plurality of locations in the space of the speed reduction portion, so that the working fluid flowing through the fluid passage can be more efficiently cooled to reduce the degree of superheat.
  • the compressor has a discharge port connected to the space of the speed reduction part in order to discharge the working fluid whose flow speed is reduced in the speed reduction part, and the nozzle is disposed in the speed reduction part. It is preferable that it is located on the downstream side of the speed reduction portion with respect to the discharge port.
  • the nozzle since the nozzle is located downstream of the speed reduction portion with respect to the discharge port, the working fluid is discharged from the discharge port of the compression portion, decelerated at the speed reduction portion, and discharged through the discharge port. Is unlikely to obstruct the flow of working fluid. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of pressure loss due to the nozzle arrangement.
  • the fluid passage has a linear portion, and the nozzle is arranged in the linear portion, and sprays the cooling fluid in a direction substantially perpendicular to a direction in which the working fluid flows. It may be configured to.
  • the spray mechanism further includes a pump, the cooling fluid is a part of the working fluid condensed and discharged from the outlet of the condenser, and the pump It is preferable that a part of the liquid is fed to the nozzle.
  • a part of the working fluid discharged from the outlet of the condenser is used as the cooling fluid, and a configuration is adopted in which a part of this working fluid is sent to the nozzle by a pump. There is no need to prepare a cooling fluid separately from the working fluid.
  • the present invention is particularly suitable when the working fluid is water and the pressure in the fluid passage through which the working fluid compressed in the compression section flows is in the range of 1.5 to 8 kPa. .
  • the present invention in which the superheating degree of the working fluid is lowered in advance before the working fluid flows into the condenser by spraying the cooling fluid from the nozzle in the fluid passage is particularly effective. .

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Abstract

　凝縮装置７１は、作動流体を圧縮する圧縮部２０を有する圧縮機１０と、圧縮部２０において圧縮された作動流体を凝縮させる凝縮器１３と、圧縮部２０の吐出口ＣＳ２と凝縮器１３の流入口１３ａとの間の流体通路９１を流れる作動流体を冷却するために流体通路９１内に冷却用流体を噴霧するノズル８２を有する噴霧機構８１と、を備えている。

Description

凝縮装置
　本発明は、冷凍機などに用いられる凝縮装置に関するものである。
　従来、冷媒回路を備えた冷凍機が知られている。この冷凍機の作動流体（冷媒）としては、例えば水、炭化水素系のプロセスガス等の種々の流体が用いられている。この冷凍機では、蒸発器において蒸発した冷媒が圧縮機で圧縮されて過熱蒸気となり、この過熱蒸気が凝縮器において凝縮される。凝縮器では、過熱蒸気は、例えば冷却水によって冷却されて飽和蒸気となり、この飽和蒸気は、さらに冷却されて凝縮する。このように凝縮器内においては、大きく分けて、過熱蒸気から飽和蒸気になるまでの過熱領域と、飽和蒸気が凝縮される凝縮領域という２つの伝熱領域が存在する。例えば、特許文献１には、作動流体として水を用いた凝縮装置を有する冷凍機が開示されている。
　ところで、前記過熱領域における熱伝達率は、前記凝縮領域における熱伝達率よりも小さい値となる。したがって、凝縮器においては、過熱領域に必要な伝熱面積が大きくなりやすく、それに合わせて凝縮器も大きくしなければならないという問題がある。
　また、多くの冷凍機では、５～７℃程度の過熱度で運転されるが、例えば特許文献１に開示されている冷凍機のように水を冷媒とする場合には、過熱度がより大きくなるので、その分だけ過熱領域により大きな伝熱面積が必要になる。具体的には、水を冷媒とする冷凍機では、圧縮機の吐出蒸気は、１００℃前後の大きな過熱度を有する過熱蒸気となる。そして、過熱領域での熱伝達率は、おおよそ数十Ｗ／ｍ２Ｋであり、凝縮領域での熱伝達率（おおよそ１００００Ｗ／ｍ２Ｋ）に対して１／１０００ほどの小さい値となる。よって、水を冷媒とする場合には、過熱領域の伝熱量は、凝縮器全体の数％の熱量しかないにもかかわらず、凝縮領域と同等の伝熱面積が必要となるので、凝縮器が特に大型化しやすい。
特表２００３－５３４５１９号公報
　本発明の目的は、凝縮器を小型化することができる凝縮装置を提供することである。
　本発明の凝縮装置は、作動流体を圧縮する圧縮部を有する圧縮機と、前記圧縮部において圧縮された作動流体を凝縮させる凝縮器と、前記圧縮部の吐出口と前記凝縮器の流入口との間の流体通路を流れる作動流体を冷却するために前記流体通路内に冷却用流体を噴霧するノズルを有する噴霧機構と、を備えている。
本発明の第１実施形態に係る凝縮装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る凝縮装置の概略構成を示す図であり、主に圧縮機の具体的構成を示している。 図２の前記圧縮機を軸方向の下流側から見た図である。 前記凝縮装置の変形例１を示す概略図である。 （Ａ）は、前記凝縮装置の変形例２を示す概略図であり、（Ｂ）は、前記凝縮装置の変形例３を示しており、圧縮機と凝縮器とをつなぐ配管の一部を拡大した断面図である。
　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　＜第１実施形態＞
　図１に示すように、本実施形態に係る凝縮装置７１は、圧縮機１０、蒸発器１２及び凝縮器１３を有する冷媒回路１４と、噴霧機構８１とを備えている。凝縮装置７１は、例えば冷凍機などに用いることができる。
　圧縮機１０は、その内部に圧縮部２０を有している。この圧縮部２０は、例えば図略のロータを有し、このロータが回転することにより、蒸発器１２で蒸発した作動流体（冷媒）としての水蒸気を圧縮する。この水蒸気は、比較的低温、低圧の水蒸気である。本実施形態における圧縮部２０において圧縮された作動流体である水蒸気は、圧縮部２０の吐出口ＣＳ２において、例えば大気圧以下の圧力で２００℃以下の温度となる。
　具体的には、例えば、作動流体の水蒸気は、圧縮部２０の吸入口ＣＳ１において、圧力が０．８～１．７ｋＰａ程度、温度が５～１５℃程度であり、圧縮部２０の吐出口ＣＳ２において、圧力が１．５～８ｋＰａ程度、温度が４０～２００℃程度である。
　凝縮器１３は、作動流体と、この作動流体を凝縮させる流体（例えば冷却水など）とが直接接触しない構造を有し、これらの流体の流通空間が区分けされた間接式熱交換器である。この間接式熱交換器では、例えば伝熱管や隔壁などを介して、作動流体とこの作動流体を凝縮させる流体とが間接的に熱交換する。この凝縮器１３内の圧力範囲及び温度範囲、並びに後述する流体通路９１内の圧力範囲及び温度範囲は、上記した圧縮部２０の吐出口ＣＳ２における圧力範囲及び温度範囲とほぼ同程度である。
　冷媒回路１４では、圧縮機１０において圧縮された作動流体が凝縮器１３に送られ、凝縮器１３において凝縮される。作動流体が相変化を伴って冷媒回路１４を循環する。そして、蒸発器１２において冷媒が蒸発することにより、２次側熱媒体に冷熱を供給することができる。この２次側熱媒体は、図外の利用側装置に供給されて冷却対象としての室内空気等を冷却する。
　噴霧機構８１は、圧縮部２０の吐出口ＣＳ２と凝縮器１３の流入口１３ａとの間の流体通路９１を流れる作動流体を冷却するために、流体通路９１内に冷却用流体を噴霧することができる。噴霧機構８１は、ノズル８２、ポンプ８３及び噴霧室８４を有している。
　噴霧室８４は、圧縮部２０の吐出口ＣＳ２と凝縮器１３の流入口１３ａとの間の流体通路９１の途中に設けられている。ノズル８２は、噴霧室８４内に配置されている。ポンプ８３は、凝縮器１３の流出口１３ｂと蒸発器１２の流入口１２ａとをつなぐ配管７２から分岐した分岐管７３の途中に設けられている。分岐管７３の先端部にはノズル８２が接続されている。
　凝縮器１３で凝縮されて流出口１３ｂから排出された作動流体は、蒸発器１２側に向かって配管７２を流れるが、ポンプ８３が作動しているときには、配管７２を流れる作動流体の一部が分岐管７３を通じてノズル８２に送液される。そして、ノズル８２から冷却用流体が噴霧される。このように第１実施形態では、分岐管７３を通じてノズル８２に送液される前記作動流体の一部が前記冷却用流体として用いられる。また、ノズル８２は、冷却用流体としての作動流体を流体通路９１の上流側に向かって噴霧するように配置されている。
　＜第２実施形態＞
　図２は、本発明の第２実施形態に係る凝縮装置７１の概略構成を示す図であり、主に圧縮機１０の具体的構成を示している。この第２実施形態の凝縮装置７１では、噴霧機構８１のノズル８２が圧縮機１０に直接取り付けられている点で、第１実施形態と異なっている。この圧縮機１０は、軸流圧縮機として構成されている。凝縮装置７１は、例えば冷凍機などに用いることができる。
　図２に示すように、圧縮機１０は、作動流体を圧縮する圧縮空間ＣＳを有する圧縮部２０と、圧縮部２０を駆動するための電動機２２と、圧縮空間ＣＳから吐出された作動流体の流速を減速するための減速部２４と、を備えている。圧縮機１０のケーシング２６は、圧縮部２０に配置される円筒状の第１ケース部２７と、圧縮部２０の一端側（上流側）に配置される第２ケース部２８と、圧縮部２０の他端側（下流側）となる減速部２４に配置される第３ケース部２９とを備えている。
　圧縮部２０は、第１ケース部２７と、第１ケース部２７内に配置されたロータ３１とを備えている。第１ケース部２７とロータ３１との間の空間が、作動流体を圧縮するための圧縮空間ＣＳとして機能する。この圧縮空間ＣＳは、図２の左側が吸入口ＣＳ１となり、右側が吐出口ＣＳ２となる。したがって、蒸発器１２で蒸発した作動流体は図２の左側の吸入口ＣＳ１を通して圧縮空間ＣＳ内に吸入され、この作動流体は圧縮空間ＣＳ内を図２の左から右に移動するにつれて圧縮されて吐出口ＣＳ２から吐出される。
　第１ケース部２７の内周面には、複数の静翼３３が軸方向に間隔をおいて固定されている。この第１ケース部２７は、軸方向が水平になるように設置される。
　ロータ３１は、複数の動翼３４と複数のスペーサ３５とを備えている。これらの複数の動翼３４は、静翼３３と交互に位置するように軸方向に間隔をおいて配置されている。スペーサ３５は、円筒状に形成される部材であり、静翼３３の径方向内側に配置されるとともに、隣り合う動翼３４の間にそれぞれ配置されている。図例では、４つの動翼３４と４つのスペーサ３５が設けられた構成を示しているがこれに限られるものではない。
　動翼３４は、円筒状のボス部３７と、このボス部３７の周囲に一体的に形成された翼部３８とを備えている。翼部３８はボス部３７の周方向に複数形成されている。ボス部３７の外周面は、スペーサ３５の外周面と連続面を形成し、ボス部３７の内周面はスペーサ３５の内周面と連続面を形成している。
　圧縮部２０は、駆動軸４０と、第１押え部材４１と、第２押え部材４２と、固定部の一例としてのナット４３と、円板状部材４４とを備えている。
　駆動軸４０は、第１ケース部２７の軸心上に配置されており、第１ケース部２７の軸方向に沿って延びている。駆動軸４０の両端部４７，４７は、軸方向において動翼３４及びスペーサ３５の外側に位置している。
　第１押え部材４１は、最上流段の動翼３４に接触するように配置され、また第２押え部材４２は、最下流段の動翼３４の外側に位置するスペーサ３５に接触するように配置されている。第１押え部材４１と第２押え部材４２とは、同じ構成の部材であるが、軸方向において逆向きに配設される。
　第１押え部材４１は、円板状に形成されており、該押え部材４１，４２には、駆動軸４０を挿通させる中央貫通孔が形成されている。第１押え部材４１と動翼３４とが嵌合されることにより、第１押え部材４１の軸心と最上流段の動翼３４の軸心とは一致している。
　第２押え部材４２は最下流段の動翼３４の外側に位置するスペーサ３５に嵌合している。これにより、第２押え部材４２の軸心と最下流側に位置するスペーサ３５の軸心とが一致している。互いに隣り合う動翼３４とスペーサ３５とは互いに嵌合されている。
　スペーサ３５及びボス部３７の内径は、駆動軸４０の外径よりも十分大きい。このため、スペーサ３５及びボス部３７が繋がって形成される円筒部と駆動軸４０との間には軸方向に延びる空間が形成されている。この空間すなわちロータ３１の内側空間３１ａには、円板状部材４４が設けられている。
　円板状部材４４は、駆動軸４０に対して垂直になる姿勢で配設されており、その中央部には厚み方向に貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔には駆動軸４０が挿通されている。したがって、駆動軸４０は、その中間部位の複数個所において円板状部材４４に支持されている。
　図２に示すように、駆動軸４０の両端部４７，４７は、それぞれ軸受け５５，５５によって支持されている。軸受け５５は、駆動軸４０の両端部４７，４７を回転可能に支持する。
　両軸受け５５，５５は、それぞれハウジング５６，５７に収められている。一端部側の軸受け５５を収納する上流側のハウジング５６は、第２ケース部２８との間に円筒状の空間を形成するように設けられている。この空間は、圧縮空間ＣＳに導入される作動流体が流れる上流側空間ＵＳとなる。一方、他端部側の軸受け５５を収納する下流側のハウジング５７は、第３ケース部２９との間に円筒状の空間を形成するように設けられている。この空間は、圧縮空間ＣＳから導出された作動流体が流れる下流側空間ＤＳとなる。
　各ハウジング５６，５７は複数の支持部材５９，５９を介して第２ケース部２８又は第３ケース部２９に支持されている。各支持部材５９は、棒状に形成されるとともに、周方向に放射状に配設されている。支持部材５９，５９は上流側空間ＵＳ及び下流側空間ＤＳに配置されているが、各支持部材５９の断面が流線形となっていることにより、作動流体の流れを阻害しない。なお、図例では、下流側空間ＤＳの支持部材５９がハウジング５７の内側まで入り込んだ構成であるが、このハウジング５７の内側に入り込んでいる部位については棒状に形成されていなくてもよい。
　支持部材５９には、潤滑剤を供給及び排出するための給排通路５９ａが形成されている。潤滑剤は、第２ケース部２８及び第３ケース部２９の外部から導入され、この給排通路５９ａの１つを通って軸受け５５に供給され、他の給排通路５９ａを通って軸受け５５から排出される。
　駆動軸４０の吐出口ＣＳ２側の端部４７は、下流側のハウジング５７内に配置されている。この端部４７には、振動減衰部の一例としてのフレキシブルカップリング６１を介して電動機２２の回転軸２２ａが接続されている。圧縮部２０の駆動軸４０と電動機２２の回転軸２２ａとが増速機を介することなく接続されているので、電動機２２の回転数とロータ３１の回転数とは同じ回転数となっている。
　前記減速部２４は、第３ケース部２９によって形成された下流側空間ＤＳを有している。第３ケース部２９は、第１ケース部２７の軸方向一端部に繋がる外周面部２９ａと、外周面部２９ａの内側に配置されて軸方向に延びる内周面部２９ｂと、外周面部２９ａ及び内周面部２９ｂの軸方向端部同士を接続する端面部２９ｃと、を備えている。
　外周面部２９ａは、円筒状に形成されるとともに軸方向の中間部において、吐出口ＣＳ２から遠ざかるにつれて内径が少しずつ大きくなるフレア部２９ｄを有している。そして、このフレア部２９ｄよりも先の部位２９ｅは内径が一定である。一方、内周面部２９ｂは、下流側のハウジング５７の端部に接続され、軸方向に沿って外径が一定である円筒状に形成されている。したがって、下流側空間ＤＳには、軸方向に垂直な断面が円環状であり、かつ断面積が次第に拡大するテーパー部と、軸方向に垂直な断面が円環状であり、かつ断面積が一定である平行部とが含まれている。
　少なくともテーパー部は、圧縮部２０によって圧縮された作動流体を減速して圧力回復するディフューザとして機能する。平行部は、テーパー部で減速された流体を集合するコレクタとして機能する。減速部２４では、作動流体がテーパー部で十分に減速されるので、平行部において過大な損失を発生せずに圧力回復することができる。なお、図例では、内周面部２９ｂがハウジング５７と段差状に接続された構成を示しているが、この段差部をなくすようにしてもよい。また内周面部２９ｂは、外周面部２９ａのテーパー部に対応するところがテーパー状に形成されている構成としてもよい。また、平行部の長さ等は、吐出口ＣＳ２から吐出された作動流体の流速をどの程度まで減速するかに応じて適宜選択することができる。
　外周面部２９ａにおいて、平行部を構成する部位２９ｅには、排出ポート６５が設けられている。この排出ポート６５には、下流側空間ＤＳ内で減速された作動流体を凝縮器１３に導くための配管７４が接続されている。
　内周面部２９ｂには、ハウジング５７との接続部から径方向内側に延出されるように電動機支持部６６が設けられている。電動機２２は、減速部２４の内周面部２９ｂの内側に配置されるとともに、電動機支持部６６に取り付けられている。
　図３は、図２の圧縮機１０を軸方向の下流側（右側）から見た図である。図２及び図３に示すように、この第２実施形態では、噴霧機構８１は、複数のノズル８２を備えており、第１実施形態のように圧縮機１０とは別体の噴霧室を備えていない。なお、この噴霧機構８１は、図２では図示を省略しているが、図１に示す第１実施形態と同様に、ポンプ８３が分岐管７３の途中に設けられており、分岐管７３の先端部に複数のノズル８２が接続された構成を有している。
　また、この第２実施形態では、圧縮部２０の吐出口ＣＳ２と凝縮器１３の流入口１３ａとの間の流体通路９１は、下流側空間ＤＳと、排出ポート６５の内部空間と、配管７４の内部空間とを含む。ノズル８２は、流体通路９１のうちの下流側空間ＤＳに配設されている。
　複数のノズル８２は、第３ケース部２９の端面部２９ｃに配設されている。複数のノズル８２は、円環状の空間の周方向のほぼ全周にわたってほぼ等間隔に配置されている。したがって、圧縮部２０の吐出口ＣＳ２から吐出され、円環状の空間内を流れる作動流体を満遍なく冷却することができる。
　各ノズル８２は、端面部２９ｃに設けられた図略の貫通口から下流側空間ＤＳ内に挿入されており、各ノズル８２の先端に設けられた図略の噴霧孔は、下流側空間ＤＳ内に配置されている。各噴霧孔は、前記軸方向の上流側に向いているので、各ノズル８２は、作動流体を流体通路９１の上流側にほぼ対向する向きに噴霧することができる。
　また、図２に示すように、この凝縮装置７１では、排出ポート６５が減速部２４の側部に設けられており、前記軸方向にほぼ直交する方向（図２では下方）に延びている。圧縮部２０の吐出口ＣＳ２から吐出された作動流体は、減速部２４内を軸方向に流れ、その後、排出ポート６５側に向かって流れる。
　一方で、複数のノズル８２は、圧縮機１０の軸方向の下流側の端部（端面部２９ｃ）に設けられていて、減速部２４において排出ポート６５よりも下流側に配設されているので、各ノズル８２が作動流体の流れの邪魔になりにくい。したがって、複数のノズル８２を配置することに起因して圧力損失が生じるのを抑制することができる。
　また、ノズル８２から噴霧される作動流体の粒径は、熱交換の効率を向上させる点で小さい方が好ましい。作動流体の粒径を小さくするには、ノズル８２の先端における図略の噴霧孔の孔径を小さくする必要があり、この場合、ノズル８２からの噴霧量もおのずと少なくなる。したがって、この第２実施形態のように、ノズル８２を複数配設することによって噴霧量の総量を確保しつつ作動流体の粒径を小さくすることができる。
　本実施形態に係る凝縮装置７１では、圧縮機１０における電動機２２の回転軸２２ａが回転すると、圧縮部２０の駆動軸４０も同じ回転数で回転し、ロータ３１が軸回りに回転する。これに伴い、上流側空間ＵＳ内の作動流体が吸入口ＣＳ１を通じて圧縮空間ＣＳに吸入され、圧縮空間ＣＳ内では作動流体が圧縮されながら図２の右方向に送られ、吐出口ＣＳ２を通して下流側空間ＤＳに吐出される。この作動流体は、減速部２４内において減速されるとともに圧力回復し、排出ポート６５を通して排出される。また、噴霧機構８１のポンプが作動することにより、ノズル８２から冷却用流体としての作動流体が減速部２４の空間内に噴霧される。これにより、圧縮部２０において圧縮された作動流体が減速部２４の空間内において冷却される。
　以上説明したように、第１実施形態及び第２実施形態では、流体通路９１内にノズル８２から冷却用流体としての作動流体を噴霧することにより、流体通路９１を流れる作動流体を冷却することができるので、作動流体が凝縮器１３に流入する前に、作動流体の過熱度を予め下げることができる。これにより、凝縮器１３において、過熱蒸気を冷却するために必要な伝熱面積を小さくすることができるので、凝縮器１３を小型化することができる。また、上記のように伝熱面積を小さくすることにより、凝縮器１３にかかるコストを低減することもできる。
　また、第１実施形態及び第２実施形態では、冷却用流体を流体通路９１の上流側に向かって噴霧するので、流体通路９１の下流側に向かって噴霧する場合や流体通路９１に直交する方向に噴霧する場合に比べて、作動流体と冷却用流体との相対速度を大きくすることができる。これにより、作動流体と冷却用流体との熱交換の効率を高めることができるので、流体通路９１を流れる作動流体をより効率よく冷却することができる。
　前記第２実施形態では、圧縮部２０において昇圧されつつ増速された作動流体の速度をディフューザとして機能する減速部２４において減速できる。また、第２実施形態では、減速部２４の空間に冷却用流体を噴霧可能なように、ノズル８２が圧縮機１０に取り付けられているので、ノズル８２から冷却用流体を噴霧するための噴霧室のような部材を別途設ける必要がない。
　第２実施形態では、減速部２４の空間は、電動機２２の回転軸の軸方向に延びるとともに電動機２２を囲むように形成され、前記空間の軸方向に垂直な断面が円環状である。そして、円環状の前記空間の周方向に沿ってノズル８２が複数配置されている。これにより、減速部２４の空間において複数箇所に冷却用流体を噴霧することができる。
　第１実施形態及び第２実施形態では、冷却用流体として、凝縮器１３の流出口１３ｂから排出された作動流体の一部を用いており、この作動流体の一部をポンプ８３によりノズル８２に送液する構成を採用しているので、作動流体とは別に冷却用流体を準備する必要がない。
　第２実施形態では、電動機の回転軸に増速機を介することなく圧縮部の駆動軸が接続された構成となっている。このため、例えば従来の冷凍機に用いられる凝縮装置のように増速機を設けるために電動機を圧縮部に対してオフセットして配置（電動機を圧縮部に対して径方向に位置ずれした状態で配置）させる必要がない。したがって、圧縮機の径方向の幅が大きくなることを防止できる。しかも、増速機が設けられていないため、この点からも圧縮機の径方向の幅が大きくなることを防止できる。
　なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、冷凍機に用いられる凝縮装置７１として構成した例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、凝縮装置７１を例えば、冷却水を得るためのチラー、空調装置、濃縮機等に用いられる圧縮機として構成してもよい。
　作動流体は、水蒸気に限定されるものではない。例えば、炭化水素系のプロセスガス等の種々の流体を作動流体として適用することができる。また、圧縮機は、軸流圧縮機に限定されるものではない。
　また、前記実施形態では、作動流体をノズルから流体通路の上流側に向かって噴霧する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、作動流体をノズルから流体通路の下流側に向かって噴霧してもよく、流体通路と直交する方向に噴霧してもよい。
　また、例えば図４に示す変形例１のような凝縮装置７１であってもよい。この変形例１において、流体通路９１は、圧縮機１０と凝縮器１３とをつなぐ配管により構成されており、この配管は、作動流体の流れる方向が屈曲する屈曲部９１ａを有している。ノズル８２は、屈曲部９１ａに配置されている。この屈曲部９１ａは、配管の直線状の部分に比べて、作動流体が流れるときの圧力損失が元々生じやすい箇所であるので、この屈曲部９１ａにノズルを配置しても圧力損失の影響が小さい。
　また、仮に、配管の直線状の部分にノズルを配置して、かつ冷却用流体を流体通路の上流側に向かって噴霧しようとすると、例えば、配管の側面から配管内にノズルを挿入し、かつノズルの先端部付近を上流側に折り曲げて配置することによってノズルの噴霧孔を上流側に向ける必要がある。この場合、流体通路の断面積に占めるノズルの割合が比較的大きくなりやすいので、圧力損失が大きくなりやすい。一方、図４に示すように屈曲部９１ａにノズル８２を配置すれば、冷却用流体を流体通路の上流側に向けて噴霧しつつ、ノズル８２の配置に起因する圧力損失への影響を小さくすることができる。
　配管の直線状の部分にノズルを配置する場合には、例えば図５（Ａ）に示す変形例２の形態が例示できる。図５（Ａ）に示す変形例２では、圧縮機１０と凝縮器１３とをつなぐ流体通路（配管）９１の直線状部分に、複数のノズル８２が配設されている。この変形例２では、略水平方向に延設された配管の直線状部分に２つのノズル８２が配管の周囲から内側に向かって冷却用流体を噴霧できるように配置されている。より具体的には、上側のノズル８２は、配管内において冷却用流体を下方（圧縮された作業流体の流れに対して略垂直方向）に向かって噴霧できるように図略の噴霧孔を有している。下側のノズル８２は、配管内において冷却用流体を上方に向かって噴霧できるように図略の噴霧孔を有している。
　また、図５（Ｂ）に示す変形例３のように、流体通路（配管）９１の直線状部分に、圧縮された作業流体の流れに対して略垂直方向に、複数の（多数の）ノズル８２を配管の周方向に沿って環状に配置してもよい。これらのノズル８２は、前記周方向にほぼ等間隔に点在している。また、この変形例３では、環状の配列が２つ存在している。２つの環状の配列は、図５（Ｂ）において矢印で示す作動流体の流れ方向に互いにずれた位置に設けられている。この変形例３では、各ノズル８２から配管の半径方向内側に向かって冷却用流体が噴霧されるので、配管内を流れる作動流体を満遍なく冷却することができる。
　また、変形例３では、各ノズル８２の先端が流体通路９１（配管）の内面から配管内にほとんど突出しないように配管に配設されている。これにより、流体通路９１内において各ノズル８２が作動流体の流れの邪魔にならないので、ノズル８２の配置に起因する圧力損失への影響をさらに小さくすることができる。
　なお、変形例２及び変形例３では、流体通路９１の直線状部分に複数のノズル８２を設けているが、直線状部分に１つのノズル８２を設けるだけでもよい。また、変形例２及び変形例３では、流体通路９１の直線状部分において、冷却用流体がノズル８２から半径方向内側に向かって噴霧される場合を例示しているが、これに限定されない。例えば、流体通路９１の直線状部分において、ノズル８２から冷却用流体が上流側に向かって噴霧される形態であってもよい。この場合、例えば、流体通路９１の直線状部分における配管内にノズル８２を挿入し、かつノズル８２の先端部付近を上流側に折り曲げて配置することによって冷却用流体をノズルから上流側に向かって噴霧することができる。
　また、例えば、流体通路９１の直線状部分において、ノズル８２を斜めに配設することにより、冷却用流体を上流側に向けて噴霧することができる。この場合は、ノズル８２の先端が流体通路９１（配管）の内面から配管内にほとんど突出しないように、ノズル８２を配設できるので、ノズル８２の配置に起因する圧力損失への影響をさらに小さくすることができる。
　なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
　本発明の凝縮装置は、作動流体を圧縮する圧縮部を有する圧縮機と、前記圧縮部において圧縮された作動流体を凝縮させる凝縮器と、前記圧縮部の吐出口と前記凝縮器の流入口との間の流体通路を流れる作動流体を冷却するために前記流体通路内に冷却用流体を噴霧するノズルを有する噴霧機構と、を備えている。
　この態様では、前記流体通路内にノズルから冷却用流体を噴霧することにより、前記流体通路を流れる作動流体を冷却することができるので、圧縮部において圧縮された作動流体が凝縮器に流入する前に、作動流体の過熱度を予め下げておくことができる。これにより、凝縮器において、過熱蒸気を冷却するために必要な伝熱面積を小さくすることができるので、その分だけ凝縮器を小型化することができる。また、上記のように伝熱面積を小さくすることにより、凝縮器にかかるコストを低減することもできる。
　前記凝縮装置において、前記ノズルは、冷却用流体を前記流体通路の上流側に向かって噴霧するように配置されているのが好ましい。
　この態様のように、冷却用流体を流体通路の上流側に向かって噴霧する場合には、流体通路の下流側に向かって噴霧する場合や流体通路に直交する方向に噴霧する場合に比べて、作動流体と冷却用流体との相対速度を大きくすることができる。これにより、作動流体と冷却用流体との熱交換の効率を高めることができるので、流体通路を流れる作動流体をより効率よく冷却して過熱度を下げることができる。
　前記凝縮装置において、前記流体通路は、作動流体の流れる方向が屈曲する屈曲部を有し、前記ノズルは、前記屈曲部に配置されていてもよい。この屈曲部は、直線状の部分（例えば直線状の配管）に比べて、作動流体が流れるときの圧力損失が元々生じやすい箇所であるので、この屈曲部にノズルを配置しても圧力損失の影響が小さい。
　前記凝縮装置において、前記凝縮器は、作動流体と、この作動流体を凝縮させる流体とが直接接触しないで熱交換する間接式熱交換器であるのが好ましい。
　例えば、凝縮器において作動流体とこの作動流体を凝縮させる流体（例えば冷却水）とが混合される直接式熱交換器では、冷却水が作動流体に直接接触するので、伝熱面積が比較的高く、上記のように過熱領域における伝熱面積の問題は比較的小さい傾向にある。一方、本態様のような間接式熱交換器では、直接式熱交換器に比べて過熱領域における伝熱面積の問題がより大きくなるので、前記流体通路内にノズルから冷却用流体を噴霧することにより、作動流体が凝縮器に流入する前に作動流体の過熱度を予め下げておくという本態様が特に有効である。
　前記凝縮装置において、前記圧縮機は、前記圧縮部の前記吐出口から吐出された作動流体の流速を低減させるための空間を有する減速部をさらに含み、前記減速部の空間は、前記流体通路の一部を構成しており、前記ノズルは、前記減速部を流れる作動流体に冷却用流体を噴霧するのが好ましい。
　この態様では、圧縮部において昇圧されつつ増速された作動流体の速度をディフューザとして機能する減速部において減速できる。また、この態様では、前記減速部の空間に冷却用流体を噴霧するので、ノズルから冷却用流体を噴霧するための噴霧室のような部材を別途設ける必要がない。
　前記凝縮装置において、前記圧縮機は、回転軸を有する電動機をさらに有し、前記圧縮部は、前記電動機の回転軸に接続される駆動軸を有し、前記電動機の回転軸は、前記駆動軸の前記吐出口側の端部に接続され、前記減速部の前記空間は、前記電動機の回転軸の軸方向に延びるとともに前記電動機を囲むように形成され、前記軸方向に垂直な断面が円環状であり、前記ノズルは、円環状の前記空間の周方向に沿って複数設けられているのが好ましい。
　この態様では、円環状の前記空間の周方向に沿ってノズルを複数配置している。これにより、減速部の空間において複数箇所に冷却用流体を噴霧することができるので、流体通路を流れる作動流体をさらに効率よく冷却して過熱度を下げることができる。
　前記凝縮装置において、前記圧縮機は、前記減速部において流速が低減された作動流体を排出するために前記減速部の前記空間につながる排出ポートを有し、前記ノズルは、前記減速部に配設されており、前記排出ポートよりも前記減速部の下流側に位置しているのが好ましい。
　この態様では、ノズルが排出ポートよりも減速部の下流側に位置しているので、作動流体が圧縮部の吐出口から吐出され、減速部において減速され、排出ポートを通じて排出される過程において、ノズルが作動流体の流れの邪魔になりにくい。したがって、ノズルの配設に起因して圧力損失が生じるのを抑制することができる。
　前記凝縮装置において、前記流体通路は、直線状部分を有し、前記ノズルは、前記直線状部分に配置されており、前記作動流体の流れる方向に対して略垂直方向に前記冷却用流体を噴霧する構成であってもよい。
　前記凝縮装置において、前記噴霧機構は、ポンプをさらに有し、前記冷却用流体は、凝縮されて前記凝縮器の流出口から排出された作動流体の一部であり、前記ポンプは、前記作動流体の一部を前記ノズルに送液する構成であるのが好ましい。
　この態様では、冷却用流体として、凝縮器の流出口から排出された作動流体の一部を用いており、この作動流体の一部をポンプによりノズルに送液する構成を採用しているので、作動流体とは別に冷却用流体を準備する必要がない。
　前記凝縮装置において、前記作動流体が水であり、前記圧縮部において圧縮された作動流体が流れる前記流体通路内の圧力が、１．５～８ｋＰａの範囲にある場合、本発明は特に適している。
　この態様のように作動流体が水であり、流体通路内の圧力が非常に低い場合には、凝縮器における熱交換の効率が低くなりやすく、その結果、凝縮器において、過熱蒸気を冷却して飽和蒸気にするために必要な伝熱面積が大きくなりやすい。したがって、この態様では、前記流体通路内にノズルから冷却用流体を噴霧することにより、作動流体が凝縮器に流入する前に作動流体の過熱度を予め下げておくという本発明が特に有効である。
　１０　圧縮機
　１２　蒸発器
　１３　凝縮器
　１４　冷媒回路
　２０　圧縮部
　２２　電動機
　２２ａ　回転軸
　２４　減速部
　３１　ロータ
　４０　駆動軸
　７１　凝縮装置
　８１　噴霧機構
　８２　ノズル
　８３　ポンプ
　８４　噴霧室
　９１　流体通路
　９１ａ　屈曲部
　ＣＳ１　圧縮部の吸入口
　ＣＳ２　圧縮部の吐出口
 

Claims (10)

  1. 　作動流体を圧縮する圧縮部を有する圧縮機と、
    　前記圧縮部において圧縮された作動流体を凝縮させる凝縮器と、
    　前記圧縮部の吐出口と前記凝縮器の流入口との間の流体通路を流れる作動流体を冷却するために前記流体通路内に冷却用流体を噴霧するノズルを有する噴霧機構と、を備えている凝縮装置。
  2. 　前記ノズルは、冷却用流体を前記流体通路の上流側に向かって噴霧するように配置されている、請求項１に記載の凝縮装置。
  3. 　前記流体通路は、作動流体の流れる方向が屈曲する屈曲部を有し、
    　前記ノズルは、前記屈曲部に配置されている、請求項１に記載の凝縮装置。
  4. 　前記凝縮器は、作動流体とこの作動流体を凝縮させる流体とが直接接触しないで熱交換する間接式熱交換器である、請求項１に記載の凝縮装置。
  5. 　前記圧縮機は、前記圧縮部の前記吐出口から吐出された作動流体の流速を低減させるための空間を有する減速部をさらに含み、
    　前記減速部の空間は、前記流体通路の一部を構成しており、
    　前記ノズルは、前記減速部を流れる作動流体に冷却用流体を噴霧する、請求項１に記載の凝縮装置。
  6. 　前記圧縮機は、回転軸を有する電動機をさらに有し、
    　前記圧縮部は、前記電動機の回転軸に接続される駆動軸を有し、
    　前記電動機の回転軸は、前記駆動軸の前記吐出口側の端部に接続され、
    　前記減速部の前記空間は、前記電動機の回転軸の軸方向に延びるとともに前記電動機を囲むように形成され、前記軸方向に垂直な断面が円環状であり、
    　前記ノズルは、円環状の前記空間の周方向に沿って複数配設されている、請求項５に記載の凝縮装置。
  7. 　前記圧縮機は、前記減速部において流速が低減された作動流体を排出するために前記減速部の前記空間につながる排出ポートを有し、
    　前記ノズルは、前記減速部に配設されており、前記排出ポートよりも前記減速部の下流側に位置している、請求項５に記載の凝縮装置。
  8. 　前記流体通路は、直線状部分を有し、
    　前記ノズルは、前記直線状部分に配置されており、前記作動流体の流れる方向に対して略垂直方向に前記冷却用流体を噴霧する、請求項１に記載の凝縮装置。
  9. 　前記噴霧機構は、ポンプをさらに有し、
    　前記冷却用流体は、凝縮されて前記凝縮器の流出口から排出された作動流体の一部であり、
    　前記ポンプは、前記作動流体の一部を前記ノズルに送液する、請求項１に記載の凝縮装置。
  10. 　前記作動流体が水であり、
    　前記圧縮部において圧縮された作動流体が流れる前記流体通路内の圧力は、１．５～８ｋＰａの範囲にある、請求項１～９のいずれか１項に記載の凝縮装置。
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