(57)【要約】【課題】膨張タービンの回転を動力回収と気液二相冷媒の気液分離とに利用できる二相流タービンおよびそれを備えた冷凍機を提供する。【解決手段】複数の翼３３ｂの間で冷媒を膨張させて回転する膨張タービン３２と、膨張タービン３２の回転によって駆動される動力回収装置６０と、膨張タービン３２の冷媒流れ下流側を包囲する空間を形成する分離容器４０とを備え、膨張タービン３２の回転によって、膨張タービン３２に導かれた冷媒を液冷媒とガス冷媒とに遠心分離して排出する二相流タービン３０。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の翼の間で冷媒を膨張させて回転する膨張タービンと、
該膨張タービンの回転によって駆動される動力回収装置と、
前記膨張タービンの冷媒流れ下流側を包囲する空間を形成する分離容器と、
を備え、
前記膨張タービンの回転によって、前記膨張タービンに導かれた冷媒を液冷媒とガス冷媒とに遠心分離して排出する二相流タービン。
【請求項２】
前記分離容器は、前記翼の冷媒流れ下流端とそれに対向する前記分離容器との間隙が前記翼の翼長以上とされた部分を有する容器とされている請求項１に記載の二相流タービン。
【請求項３】
前記空間内部に開口を有して、前記空間内に貯留されたガス冷媒を、前記開口を介して前記空間外に導く管状の気流管を備え、
前記開口は、前記膨張タービンの回転によって前記翼から排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置している請求項１または２に記載の二相流タービン。
【請求項４】
前記開口は、前記翼から排出されるガス冷媒の流れ方向を向く開口とされ、
前記気流管は、前記開口の直後に湾曲部を有している請求項３に記載の二相流タービン。
【請求項５】
前記開口を覆うフィルタを備えている請求項３または４に記載の二相流タービン。
【請求項６】
前記動力回収装置は、発電機とされる請求項１から５のいずれかに記載の二相流タービン。
【請求項７】
前記動力回収装置は、圧縮機を駆動する電動機とされる請求項１から５のいずれかに記載の二相流タービン。
【請求項８】
前記膨張タービンの回転軸線の方向は、鉛直方向または水平方向とされている請求項１から７のいずれかに記載の二相流タービン。
【請求項９】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張機構と、
該膨張機構で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
を備えている冷凍機であって、
前記膨張機構は、請求項１から８のいずれかに記載の二相流タービンとされている冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二相流タービンおよびそれを備えた冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備える冷媒回路において、膨張弁によって膨張された冷媒は気液二相冷媒となる。サイクル効率を高めるために、この気液二相冷媒を気液分離器によって液冷媒とガス冷媒とに分離して、液冷媒を蒸発器に導き、ガス冷媒を圧縮機に再循環させることが知られている。しかし、気液分離器設置のコストがかさむことが課題とされている。
【０００３】
特許文献１においては、膨張弁に代えてエキスパンダを用いることで、回転エネルギから動力を回収することで、サイクルの高効率を図った発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５４６７６１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている発明では、回転エネルギから動力を回収してサイクルの高効率を図っているものの、エキスパンダにて低圧となった作動流体（冷媒）はそのまま気相分とともに蒸発器に導かれる。しかし、蒸発器に導かれた作動流体に気相分が含まれていると、蒸発器における熱交換効率が低下する可能性がある。これに対して、作動流体から気相分を取り除くために、エキスパンダと蒸発器との間に気液分離器を設置することが考えられる。しかし、気液分離器を設置する場合、省スペース化への妨げやコストの増加が懸念される。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされてものであって、膨張タービンの回転を動力回収と気液二相冷媒の気液分離とに利用できる二相流タービンおよびそれを備えた冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の二相流タービンおよびそれを備えた冷凍機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係る二相流タービンは、複数の翼の間で冷媒を膨張させて回転する膨張タービンと、該膨張タービンの回転によって駆動される動力回収装置と、前記膨張タービンの冷媒流れ下流側を包囲する空間を形成する分離容器とを備え、前記膨張タービンの回転によって、前記膨張タービンに導かれた冷媒を液冷媒とガス冷媒とに遠心分離して排出する。
【０００８】
本態様に係る二相流タービンは、冷媒を膨張させて回転する膨張タービンと、膨張タービンによって回転される動力回収装置と、膨張タービンの冷媒流れ下流側を包囲する空間を形成する分離容器とを備え、膨張タービンの回転によって、膨張タービンに導かれた気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒とに遠心分離して排出する。これによって、膨張タービンの回転から動力装置によって動力を回収するとともに、その回転を気液二相冷媒の遠心分離に利用できる。つまり、膨張タービンの回転を動力回収と気液二相冷媒の遠心分離とに利用でき、二相流タービンの高性能化を実現する。遠心分離された液冷媒とガス冷媒とは分離容器内の空間で別々に貯留されるので、二相流タービンは気液分離器としての機能も備えることとなる。例えば、この二相流タービンを冷媒回路の膨張機構として使用した場合、気液分離器を別設する必要がなくなり、冷凍機としての低コスト化を実現する。なお、動力回収装置は、例えば発電機や圧縮機を駆動する電動機などとされる。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る二相流タービンにおいて、前記分離容器は、前記翼の冷媒流れ下流端とそれに対向する前記分離容器との間隙が前記翼の翼長以上とされた部分を有する容器とされている。
【００１０】
本態様に係る二相流タービンにおいて、分離容器は、膨張タービンの翼の冷媒流れ下流端（翼端）とそれに対向する分離容器との間隙が翼長以上とされた部分を有する容器とされる。これによって、翼端から間隙が翼長以上とされた部分に向かうガス冷媒の流速は減速しやすくなる。ガス冷媒が減速され流速が遅くなった場合、そのガス冷媒付近に存在する液冷媒の液滴はガス冷媒に随伴しにくくなるので、その流れ場にある液冷媒の液滴がガス冷媒の流れに巻き込まれることを抑制できる。仮に、ガス冷媒が十分に減速されずに流速が早い場合、液滴がガス冷媒の流れに随伴してしまうおそれがある。そうすると、ガス冷媒のみが向かうべき下流側に液冷媒が流れ込んでしまう。間隙を大きく確保する方法としては、例えば、膨張タービンの冷媒流れ下流側を包囲する空間を形成する分離容器の拡大などがある。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る二相流タービンは、前記空間内部に開口を有して、前記空間内に貯留されたガス冷媒を、前記開口を介して前記空間外に導く管状の気流管を備え、前記開口は、前記膨張タービンの回転によって前記翼から排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置している。
【００１２】
本態様に係る二相流タービンは、空間内部に開口を有して、空間内に貯留されたガス冷媒を、開口を介して空間外に導く管状の気流管を備え、開口は膨張タービンの回転によって翼から排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置している。これによって、飛散した液冷媒は開口に直接触れないので、飛散した液冷媒が気流管に巻き込まれる現象を抑制できる。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る二相流タービンにおいて、前記開口は、前記翼から排出されるガス冷媒の流れ方向を向く開口とされ、前記気流管は、前記開口の直後に湾曲部を有している。
【００１４】
本態様に係る二相流タービンにおいて、開口は翼から排出されるガス冷媒の流れ方向を向く開口とされる。これによって、ガス冷媒を円滑に開口（気流管）に導くことができる。また、気流管は湾曲部を有する。これによって、ガス冷媒にわずかに存在する気流中液滴（液冷媒）をその慣性力で湾曲部に付着させることができる。付着した液滴を回収することでドレンとして分離容器内（液相側）に戻すことができる。さらに、気流管は開口の直後に湾曲部を有するので、翼から排出されるガス冷媒の流れ方向に気流管を延出させる必要が無くスペースの削減が可能となる。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る二相流タービンは、前記開口を覆うフィルタを備えている。
【００１６】
本態様に係る二相流タービンは、開口を覆うフィルタを備える。これによって、ガス冷媒中にわずかに存在する気流中液滴（液冷媒）をフィルタによって捕集できる。捕集された液滴はドレンとして分離容器内（液相側）に戻すことができる。フィルタとしては、例えば金網のような金属製のものが用いられる。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る二相流タービンにおいて、前記動力回収装置は、発電機とされる。
【００１８】
本態様に係る二相流タービンにおいて、動力回収装置は、発電機とされる。これによって、膨張タービンの回転を発電に利用できる。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る二相流タービンにおいて、前記動力回収装置は、圧縮機を駆動する電動機とされる。
【００２０】
本態様に係る二相流タービンにおいて、動力回収装置は、圧縮機を駆動する電動機とされる。これによって、膨張タービンの回転を圧縮機の駆動のアシストに利用できる。
【００２１】
また、本発明の一態様に係る二相流タービンにおいて、前記膨張タービンの回転軸線の方向は、鉛直方向または水平方向とされている。
【００２２】
本態様に係る二相流タービンにおいて、膨張タービンの回転軸線の方向は、鉛直方向または水平方向とされている。回転軸線の方向が鉛直方向の場合、膨張タービンから排出された液冷媒が重力落下しやすく、分離容器の鉛直下方に液冷媒を貯留しやすい構造を実現できる。一方、回転軸線の方向が水平方向の場合、膨張タービンの翼端（冷媒流れ下流端）から排出される液冷媒は略鉛直方向に飛散するので、水平方向における飛散範囲を縮小できる。これによって、翼から排出された液冷媒が飛散する領域の外に気流管の開口を位置させるために、気流管を極端に分離容器内に突出させる必要が無くなり、分離容器のコンパクト化が実現できる。
【００２３】
また、本発明の一態様に係る冷凍機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張機構と、該膨張機構で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と備えている冷凍機であって、前記膨張機構は、前述の二相流タービンとされている。
【００２４】
本態様に係る冷凍機によれば、前述の二相流タービンを冷媒回路の膨張機構とする。これによって、二相流タービンによって気液分離されるので、遠心分離された液冷媒のみを蒸発器に導けば気液分離器を別設する必要がなくなり、冷凍機としての低コスト化を実現する。また、遠心分離されたガス冷媒を、例えば多段圧縮機の高低中間段に導くことでサイクルの効率向上を実現する。さらに、二相流タービンによって動力が回収されるので、更なるサイクルの効率向上を実現する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る二相流タービンによれば、膨張タービンの回転を動力回収と気液二相冷媒の気液分離とに利用できる。また、その膨張タービンを備えた冷凍機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る二相流タービンを備えた冷媒サイクルを示した図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る二相流タービンを示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る二相流タービンを示した図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る二相流タービンを示した図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る二相流タービンの変形例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の一実施形態に係る二相流タービンおよびそれを備えた冷凍機について図を参照して説明する。
【００２８】
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態に係る二相流タービンおよびそれを備えた冷凍機について説明する。
【００２９】
図１には、本実施形態に係る二相流タービン３０Ａが膨張機構として備えられている冷媒回路１が示されている。
【００３０】
冷媒回路１は、例えばターボ冷凍機が備える冷媒回路とされ、冷媒回路１に充填された冷媒を圧縮するターボ圧縮機１０（以下「圧縮機１０」と言う。）と、圧縮機１０で圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器１２と、凝縮器１２で凝縮された冷媒を膨張させる膨張機構としての二相流タービン３０Ａと、二相流タービン３０Ａで膨張された冷媒の一部（液冷媒）を蒸発させる蒸発器１４とを備えている。
【００３１】
これらの機器が配管によって接続されることで冷媒回路１を構成している。具体的には、圧縮機１０の冷媒出口（吐出口）と凝縮器１２の冷媒入口とは冷媒配管Ｐ１によって接続されている。凝縮器１２の冷媒出口と二相流タービン３０Ａの液冷媒供給管３８（後述）とは冷媒配管Ｐ２によって接続されている。二相流タービン３０Ａの分離容器４０の液相部（後述）と蒸発器１４の冷媒入口とは液冷媒配管Ｐ３Ａ（後述）によって接続されている。蒸発器１４の冷媒出口と圧縮機１０の冷媒入口（吸入口）とは冷媒配管Ｐ４によって接続されている。圧縮機１０は多段（例えば２段）圧縮機とされて、低圧段と高圧段とは冷媒配管Ｐ５によって接続されている。また、二相流タービン３０Ａの分離容器４０の気相部（後述）と冷媒配管Ｐ５とは気流管Ｐ３Ｂ（後述）によって接続されている。
【００３２】
電動機によって駆動されるインペラ等によって冷媒を圧縮する圧縮機１０から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管Ｐ１を流れて凝縮器１２に導かれる。
【００３３】
凝縮器１２に導かれた高温高圧のガス冷媒は、凝縮器１２の容器内に設けられている伝熱管によって熱交換されて高圧の液冷媒になる。この高圧の液冷媒は、冷媒配管Ｐ２を流れて二相流タービン３０Ａに導かれる。
【００３４】
二相流タービン３０Ａに導かれた高圧の液冷媒は、二相流タービン３０Ａによって膨張されて低温低圧の気液二相冷媒になる。さらに、低温低圧の気液二相冷媒は、二相流タービン３０Ａによって気液分離されて液冷媒とガス冷媒とに分けられる。二相流タービン３０Ａの詳細については後述する。
【００３５】
二相流タービン３０Ａによって気液分離された低温低圧の液冷媒は、液冷媒配管Ｐ３Ａを流れて蒸発器１４に導かれる。
【００３６】
蒸発器１４に導かれた低温低圧の液冷媒は、蒸発器１４の容器内に設けられている伝熱管によって熱交換されて低圧のガス冷媒になる。この低圧のガス冷媒は、冷媒配管Ｐ４を流れて再び圧縮機１０に導かれる。
【００３７】
一方、二相流タービン３０Ａによって気液分離されたガス冷媒は、気流管Ｐ３Ｂを流れて圧縮機１０の低圧段と高圧段とを接続する冷媒配管Ｐ５に導かれ、圧縮機１０の高圧段に供給される。
【００３８】
次に、二相流タービン３０Ａの構造について詳細に説明する。
図２に示すように、二相流タービン３０Ａは、膨張タービン３２と、動力回収装置としての発電機６０と、分離容器４０とを備える。
【００３９】
膨張タービン３２は、回転軸線Ｘに沿って延びるシャフト３４と、その一端に接続されたインペラ３３とを備えている。図２の場合、回転軸線Ｘは鉛直方向に一致している。
【００４０】
インペラ３３は、ハブ３３ａとハブ３３ａの周方向に接続された複数枚の翼３３ｂとを有している。また、インペラ３３の上流側には冷媒配管Ｐ２に接続された液冷媒供給管３８が設置されている。さらに、液冷媒供給管３８にはノズル３８ａが接続されており、ノズル３８ａの先端がインペラ３３が有する翼３３ｂに向くように構成されている。
【００４１】
シャフト３４は軸受３６に回転自在に支持されており回転軸線Ｘ回りに回転できる。なお、図２においては、１つの軸受３６が図示されているが、２つ以上の軸受３６によってシャフト３４を回転自在に支持しても良い。
【００４２】
発電機６０の駆動軸はシャフト３４の他端に接続され、シャフト３４の回転によって駆動される。すなわち、シャフト３４が回転することで発電機６０の駆動軸が回転され発電が行われることになる。
【００４３】
分離容器４０は、膨張タービン３２のインペラ３３を包囲して、かつ、回転軸線Ｘ方向に延在した空間を形成する金属製の容器とされる。分離容器４０の鉛直方向下方には液冷媒配管Ｐ３Ａが接続されている。また、分離容器４０の側面には気流管Ｐ３Ｂが貫通するように設置されており、気流管Ｐ３Ｂの一端側の開口４２が分離容器４０によって形成された空間内に位置している。
【００４４】
次に、二相流タービン３０Ａの動作について詳細に説明する。
冷媒配管Ｐ２から液冷媒供給管３８に供給された高圧の液冷媒は、ノズル３８ａを介して複数枚の翼３３ｂに向けて噴射される。
【００４５】
複数枚の翼３３ｂに噴射された高圧の液冷媒は、翼３３ｂの間を通過しつつ膨張することで、低温低圧の気液二相冷媒になる。また、この膨張によって発生する力を翼３３ｂが受けることで、インペラ３３は回転軸線Ｘ回りに回転する。インペラ３３の回転にともなってシャフト３４が回転軸線Ｘ回りに回転する。すなわち、膨張タービン３２が回転軸線Ｘ回りに回転することになる。
【００４６】
膨張タービン３２の回転に伴って、シャフト３４の他端に接続された発電機６０の駆動軸が回転される。
【００４７】
膨張タービン３２によって膨張され低温低圧の気液二相冷媒に変化していく冷媒は、インペラ３３の回転によって遠心分離されて液冷媒とガス冷媒とに分けられる。このとき、比重の大きい液冷媒は、主に翼３３ｂの端部（翼端）から排出される。一方、比重の小さいガス冷媒は、主に翼３３ｂの中間部から排出される。
【００４８】
翼３３ｂの翼端から排出され液滴となった液冷媒は、遠心力の作用で周囲の分離容器４０に向かって飛散する。飛散した液冷媒は、分離容器４０の内壁を伝って分離容器４０の鉛直方向下方側の液相部に捕集・貯留される。捕集・貯留された液冷媒は、分離容器４０に接続された液冷媒配管Ｐ３Ａに流れる。
【００４９】
一方、翼３３ｂの中間部から排出されたガス冷媒は、分離容器４０の空間内であって、液冷媒が貯留された液相部の鉛直方向上方側の気相部に貯留される。気流管Ｐ３Ｂは、ガス冷媒が貯留される気相部に開口４２が位置するように設置されているので、貯留されたガス冷媒は気流管Ｐ３Ｂに流れる。
【００５０】
このとき、気流管Ｐ３Ｂの開口４２は、翼３３ｂから排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置していることが望ましい。すなわち、飛散した液冷媒に直接触れないような位置に開口４２が配置されていることが望ましい。ここで、冷媒が「直接触れない」とは、例えば、飛散した液冷媒が慣性力に従って飛行した場合に他の障害物に衝突せずに直接的に接触することを意味する。
【００５１】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
膨張タービン３２の回転から発電機６０によって動力を回収するとともに、膨張タービン３２の回転を気液二相冷媒の遠心分離に利用できる。つまり、膨張タービン３２の回転を動力回収と気液二相冷媒の遠心分離とに利用でき、二相流タービン３０Ａの高性能化を実現する。
遠心分離された液冷媒とガス冷媒とは分離容器４０内の空間で別々に貯留されるので、二相流タービン３０Ａは気液分離器としての機能も備えることとなる。例えば、この二相流タービン３０Ａを冷媒回路１の膨張機構として使用した場合、気液分離器を別設する必要がなくなり、冷凍機としての低コスト化を実現する。
【００５２】
また、飛散した液冷媒は開口４２に直接触れないので、飛散した液冷媒が気流管Ｐ３Ｂに巻き込まれる現象を抑制できる。
【００５３】
また、回転軸線Ｘが鉛直方向に一致している場合、膨張タービン３２から排出された液冷媒が重力落下しやすく、分離容器４０の鉛直下方に液冷媒を貯留させやすい。
【００５４】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る二相流タービンについて説明する。
本実施形態の二相流タービン３０Ｂは、第１実施形態と分離容器４０の形態や膨張タービン３２の配置が異なり、その他の点については同様である。したがって、第１実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００５５】
図３に示すように、液冷媒が飛散する方向において、分離容器４０は、インペラ３３の直径に対して十分に大きな内径を有する空間を形成している。また、水平方向において、膨張タービン３２は、回転軸線Ｘが分離容器４０に対して非対称に配置されている。すなわち、回転軸線Ｘは、分離容器４０の幅方向（図３において左右方向）における中心線Ｘ２に対してオフセットされている。同図の場合、分離容器４０の中心線Ｘ２に対して回転軸線Ｘが左側に寄っている。
【００５６】
図３のような構成とすることで、翼３３ｂの翼端とそれに対向する分離容器４０の内壁との間隙を十分に確保した部分（同図の場合、中心線Ｘ２から右側の部分）を形成できる。この間隙は、例えば翼３３ｂの翼長以上を確保できれば良い。
【００５７】
なお、間隙を確保する構成としては図３に示されている形態に限らず、翼３３ｂの翼端とそれに対向する分離容器４０の内壁との間隙が翼長以上とされた部分がある形態であれば良い。
【００５８】
また、第１実施形態と同様、気流管Ｐ３Ｂの開口４２は、翼３３ｂから排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置していることが望ましい。すなわち、飛散した液冷媒に直接触れないような位置に開口４２が配置されていることが望ましい。
【００５９】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
翼長以上とされた間隙によって、翼３３ｂの翼端から分離容器４０の内壁に向かうガス冷媒の流速が減速しやすくなる。ガス冷媒が減速され流速が遅くなった場合、そのガス冷媒付近に存在する液冷媒の液滴はガス冷媒に随伴しにくくなるので、その流れ場にある液冷媒の液滴がガス冷媒の流れに巻き込まれることを抑制できる。
仮に、ガス冷媒が十分に減速されずに流速が早い場合、液滴がガス冷媒の流れに随伴してしまうおそれがある。そうすると、ガス冷媒のみが向かうべき気流管Ｐ３Ｂに液冷媒が流れ込んでしまう。
【００６０】
また、翼３３ｂの翼端とそれに対向する分離容器４０の内壁との間隙を十分に確保することで空いたスペースに気流管Ｐ３Ｂを設置しやすくなる。
【００６１】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る二相流タービンについて説明する。
本実施形態の二相流タービン３０Ｃは、第１実施形態および第２実施形態と分離容器４０の形態や膨張タービン３２の配置が異なり、その他の点については同様である。したがって、第１実施形態および第２実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００６２】
図４に示すように、膨張タービン３２は、回転軸線Ｘが水平方向に一致するように配置されている。また、膨張タービン３２のインペラ３３によって遠心分離された液冷媒は、自重によって分離容器４０の鉛直方向下方に捕集・貯留されるので、分離容器４０の鉛直方向下方に液冷媒配管Ｐ３Ａが接続されている。
【００６３】
分離容器４０の鉛直方向上方側の内壁は、飛散して付着した液冷媒が滴下せずに液相部まで伝うように下方に傾斜している。
【００６４】
なお、前述の各実施形態と同様、気流管Ｐ３Ｂの開口４２は、翼３３ｂから排出された液冷媒が飛散する領域の外に位置していることが望ましい。すなわち、飛散した液冷媒に直接触れないような位置に開口４２が配置されていることが望ましい。
【００６５】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
回転軸線Ｘが水平方向に一致しているので、翼３３ｂの翼端から排出される液冷媒は略鉛直方向に飛散する。液冷媒に作用する重力の方向は冷媒が飛散する方向と一致してるいので、回転軸線Ｘ方向における液冷媒の飛散範囲を縮小できる。これによって、翼３３ｂから排出された液冷媒が飛散する領域の外に気流管Ｐ３Ｂの開口４２を位置させるために気流管Ｐ３Ｂを極端に分離容器４０内に突出させる必要が無くなり、分離容器４０のコンパクト化が実現できる。
仮に回転軸線Ｘを鉛直方向と一致させた場合、翼３３ｂの翼端から排出される液冷媒は略水平方向に飛散する。液冷媒に作用する重力の方向は冷媒が飛散する方向と一致していないので、回転軸線Ｘ方向における液冷媒の飛散範囲は拡大する。そうすると、翼３３ｂから排出された液冷媒が飛散する領域の外に気流管Ｐ３Ｂの開口４２を位置させるために気流管Ｐ３Ｂを極端に分離容器４０内に突出させなくてはならない。
【００６６】
なお、第１実施形態から第３実施形態においては、図５に示すように、発電機６０に代えて、動力回収装置を圧縮機１０の駆動に使用される電動機６２としても良い。この場合、膨張タービン３２の回転を圧縮機１０の駆動のアシストに利用できる。
【００６７】
また、図５に示すように、開口４２は翼３３ｂから排出されるガス冷媒の流れ方向を向くように配置されることが好ましい。これによって、ガス冷媒を円滑に開口４２（気流管Ｐ３Ｂ）に導くことができる。また、開口４２の直後の気流管Ｐ３Ｂに、導入したガス冷媒の進行方向を偏向させる湾曲部４３を設けても良い。これによって、ガス冷媒にわずかに存在する気流中液滴（液冷媒）をその慣性力で湾曲部４３に付着させることができる。付着した液滴を回収することでドレンとして分離容器４０の液相部に戻すことができる。さらに、湾曲部４３によって、翼３３ｂから排出されるガス冷媒の流れ方向に気流管Ｐ３Ｂを延出させる必要がなくなり、スペースの削減が可能となる。
【００６８】
また、図４に示すように、開口４２を覆うフィルタ４４を取り付けても良い。フィルタ４４としては、例えば金網のような金属製のものが用いられる。これによって、ガス冷媒中にわずかに存在する気流中液滴（液冷媒）をフィルタ４４によって捕集できる。捕集された液滴はドレンとして分離容器４０の液相部に戻すことができる。フィルタ４４は、例えば一辺が１０〜１００μｍ程度のメッシュとされる。
【符号の説明】
【００６９】
１  冷媒回路
１０  圧縮機
１２  凝縮器
１４  蒸発器
３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）  二相流タービン（膨張機構）
３２  膨張タービン
３３  インペラ
３３ａ  ハブ
３３ｂ  翼
３４  シャフト
３６  軸受
３８  液冷媒供給管
３８ａ  ノズル
４０  分離容器
４２  開口
４３  湾曲部
４４  フィルタ
６０  発電機（動力回収装置）
６２  電動機（動力回収装置）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５  冷媒配管
Ｐ３Ａ  液冷媒配管
Ｐ３Ｂ  気流管
Ｘ  回転軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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