(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に延在するとともに、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒が凝縮されて導入される圧力容器と、
前記圧力容器の下部に設けられる冷媒入口と、
前記圧力容器の上部に設けられる冷媒出口と、
前記圧力容器の内部を長手軸方向に通過し、その内部に被冷却液を流通させ、該被冷却液を前記低圧冷媒と熱交換させる伝熱管群と、
前記圧力容器の内部において前記冷媒入口と前記伝熱管群との間に設置され、冷媒流通孔が穿設された板状の冷媒分配板と、を具備し、
前記伝熱管群は、前記圧力容器内部の長手軸方向一端から他端まで延びる往路管群と、前記圧力容器内部の長手軸方向他端において前記往路管群に連通し、前記圧力容器内部の長手軸方向他端から一端まで戻る復路管群とを備え、
前記伝熱管群は、前記圧力容器の長手軸方向に交差する面方向を有する平板状の伝熱管支持板に支持され、
前記冷媒分配板における単位面積あたりの前記冷媒流通孔の面積比率は、前記往路管群及び前記復路管群のそれぞれの上流側の位置付近に対応する範囲において他の範囲よりも大きくされるとともに、前記冷媒出口付近に対応する範囲において他の範囲よりも小さくされていることを特徴とする蒸発器。
【請求項２】
前記冷媒入口は前記圧力容器の長手軸方向中間部に設けられ、
前記冷媒分配板における前記冷媒流通孔の前記面積比率は、前記冷媒分配板の長手軸方向端部の範囲において長手軸方向中間部の範囲よりも大きい請求項１に記載の蒸発器。
【請求項３】
前記伝熱管群を構成する個々の伝熱管は、前記圧力容器の長手軸方向に間隔を空けて配置された複数の前記伝熱管支持板に貫通されて設置され、前記伝熱管群の上流側の位置付近における前記伝熱管支持板の設置間隔が、他の位置における前記伝熱管支持板の設置間隔よりも小さい請求項１または２に記載の蒸発器。
【請求項４】
水平方向に延在するとともに、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒が凝縮されて導入される圧力容器と、
前記圧力容器の下部に設けられる冷媒入口と、
前記圧力容器の上部に設けられる冷媒出口と、
前記圧力容器の内部を長手軸方向に通過し、その内部に被冷却液を流通させ、該被冷却液を前記低圧冷媒と熱交換させる伝熱管群と、
前記圧力容器の内部において前記冷媒入口と前記伝熱管群との間に設置され、冷媒流通孔が穿設された板状の冷媒分配板と、を具備し、
前記冷媒入口は、前記圧力容器の長手軸方向に沿って複数分散して設けられていて、
前記伝熱管群を構成する個々の伝熱管は、前記圧力容器の長手軸方向に交差する面方向を有して前記圧力容器の長手軸方向に間隔を空けて配置された複数の伝熱管支持板に貫通されて設置され、前記伝熱管群の上流側の位置付近における前記伝熱管支持板の設置間隔が、他の位置における前記伝熱管支持板の設置間隔よりも小さいことを特徴とする蒸発器。
【請求項５】
水平方向に延在するとともに、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒が凝縮されて導入される圧力容器と、
前記圧力容器の下部に設けられる冷媒入口と、
前記圧力容器の上部に設けられる冷媒出口と、
前記圧力容器の内部を長手軸方向に通過し、その内部に被冷却液を流通させ、該被冷却液を前記低圧冷媒と熱交換させる伝熱管群と、
前記圧力容器の内部において前記冷媒入口と前記伝熱管群との間に設置され、冷媒流通孔が穿設された板状の冷媒分配板と、を具備し、
前記冷媒入口の外側開口部から前記圧力容器までの流路断面積が、前記外側開口部から前記圧力容器に向かって拡大していて、
前記伝熱管群を構成する個々の伝熱管は、前記圧力容器の長手軸方向に交差する面方向を有して前記圧力容器の長手軸方向に間隔を空けて配置された複数の伝熱管支持板に貫通されて設置され、前記伝熱管群の上流側の位置付近における前記伝熱管支持板の設置間隔が、他の位置における前記伝熱管支持板の設置間隔よりも小さいことを特徴とする蒸発器。
【請求項６】
水平方向に延在するとともに、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒が凝縮されて導入される圧力容器と、
前記圧力容器の下部に設けられる冷媒入口と、
前記圧力容器の上部に設けられる冷媒出口と、
前記圧力容器の内部を長手軸方向に通過し、その内部に被冷却液を流通させ、該被冷却液を前記低圧冷媒と熱交換させる伝熱管群と、
前記圧力容器の内部において前記冷媒入口と前記伝熱管群との間に設置され、冷媒流通孔が穿設された板状の冷媒分配板と、を具備し、
前記冷媒入口は前記圧力容器に接続される管状であり、その管内に前記低圧冷媒の流速を減衰させる流速減衰部材が設けられていて、
前記伝熱管群を構成する個々の伝熱管は、前記圧力容器の長手軸方向に交差する面方向を有して前記圧力容器の長手軸方向に間隔を空けて配置された複数の伝熱管支持板に貫通されて設置され、前記伝熱管群の上流側の位置付近における前記伝熱管支持板の設置間隔が、他の位置における前記伝熱管支持板の設置間隔よりも小さいことを特徴とする蒸発器。
【請求項７】
前記伝熱管群は、
前記圧力容器内部の長手軸方向一端から他端まで延びる往路管群と、
前記圧力容器内部の長手軸方向他端において前記往路管群に連通し、前記圧力容器内部の長手軸方向他端から一端まで戻る復路管群と、を具備し、
前記圧力容器の内部において前記往路管群が下方に配置され、前記復路管群が上方に配置されている請求項１から６のいずれかに記載の蒸発器。
【請求項８】
前記伝熱管群は、複数の伝熱管が束ねられた伝熱管束が水平方向に複数配列され、前記伝熱管束の間に鉛直方向に延びる空隙が形成されている請求項１から７のいずれかに記載の蒸発器。
【請求項９】
前記空隙の鉛直下に、前記冷媒分配板に穿設された前記冷媒流通孔が配置されている請求項８に記載の蒸発器。
【請求項１０】
前記圧力容器の内部において前記冷媒出口と前記伝熱管群との間に位置し、前記低圧冷媒の気液分離を行うデミスタが、前記伝熱管群の直上部に配置されている請求項１から９のいずれかに記載の蒸発器。
【請求項１１】
前記デミスタは、その周囲全周が前記圧力容器の内周に接するように設けられている請求項１０に記載の蒸発器。
【請求項１２】
最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、
圧縮された前記低圧冷媒を凝縮させる凝縮器と、
膨張した前記低圧冷媒を蒸発させる請求項１から１１のいずれかに記載の蒸発器と、
を具備してなることを特徴とするターボ冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧冷媒を気化させる蒸発器、これを備えたターボ冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
特許文献１に開示されているように、蒸発器は円胴シェル形状の圧力容器を備えており、この圧力容器を長手軸方向に貫通するように、水等の被冷却液を通過させる伝熱管群が配設されている。また、圧力容器の内部には、伝熱管群の下方に多数の冷媒流通孔が穿設された分布板（冷媒分配板）が設けられ、伝熱管群の上方にエリミネータ（デミスタ）が設けられている。
【０００４】
ターボ圧縮機により圧縮され、凝縮器にて凝縮された液相状の冷媒は、圧力容器の下部に設けられた冷媒入口から圧力容器内に流入し、分布板の多数の冷媒流通孔を通過することによって圧力容器の内部全域に拡散しながら伝熱管群と熱交換する。これにより伝熱管群の内部を流れる被冷却液が冷却され、この冷却された被冷却液が空調用の冷熱媒や工業用冷却液として利用される。
【０００５】
伝熱管群と熱交換した液相状の冷媒は温度差により沸騰して気化する。そして、エリミネータを通過する際に液相分を除去され、気相状の冷媒のみが圧力容器の上部に接続された吸入管からターボ圧縮機に吸入されて再び圧縮される。
【０００６】
従来の蒸発器では、分布板における冷媒流通孔の内径や穿設間隔等が一定となっていた。即ち、分配板の単位面積あたりの冷媒流通孔の面積比率は、分布板の全域において一定となっていた。
【０００７】
また、エリミネータは、圧力容器内における冷媒の液面レベルよりも十分高い位置に配置されていた。その理由は、沸騰した冷媒の液状飛沫がエリミネータを通過して液相状のまま吸入管に入ってしまう、所謂キャリーオーバー（気液同伴）を防止してターボ圧縮機の効率低下を抑制するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−２８０３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用されるＲ１２３３ｚｄ等の低圧冷媒は、ターボ冷凍装置を高効率化させることができ、しかも地球温暖化係数が低いことから、次世代冷媒として期待されている。
【００１０】
このような低圧冷媒は、Ｒ１３４ａ等の高圧冷媒に比べてガス比体積が大きい特性を持つため、蒸発器の内部で伝熱管群と熱交換して沸騰した際に沸騰泡が大きくなる。したがって、伝熱管群が局所的に沸騰泡に囲まれる、所謂ドライアウトが発生しやすくなり、伝熱管群が冷媒二相液中に浸漬された状態に比べて伝熱性能が低下する傾向がある。
【００１１】
また、蒸発器内部における伝熱管群の上流部では伝熱管群の内部を流れる被冷却液と冷媒との温度差が大きいために冷媒が激しく沸騰するが、伝熱管群の下流部では上記温度差が縮まることから冷媒の沸騰が穏やかになる。このため、蒸発器の内部における液相状の冷媒プールの液面高（フロスレベル）の設定や調整が難しくなる。
【００１２】
さらに、伝熱管群ではギャップ流速が大きくなるため、個々の伝熱管に掛かる抗力による疲労破壊が懸念される。また、低圧冷媒を用いる場合には、蒸発器からターボ圧縮機に吸入される気化冷媒の体積流量が高圧冷媒に比べて格段に大きいため、蒸発器内部における気化冷媒の流速が高くなり、気化冷媒の流れに乗って液相状の冷媒がターボ圧縮機側にキャリーオーバーされやすく、ターボ圧縮機の効率低下が懸念される。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒を用いたターボ冷凍装置において、蒸発器内における伝熱管群のドライアウトを防止して伝熱性能を高めるとともに、液相状の低圧冷媒がターボ圧縮機側にキャリーオーバーされることによる効率低下を抑制することができる蒸発器、これを備えたターボ冷凍装置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】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の第１態様に係る蒸発器は、水平方向に延在するとともに、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒が凝縮されて導入される圧力容器と、前記圧力容器の下部に設けられる冷媒入口と、前記圧力容器の上部に設けられる冷媒出口と、前記圧力容器の内部を長手軸方向に通過し、その内部に被冷却液を流通させ、該被冷却液を前記低圧冷媒と熱交換させる伝熱管群と、前記圧力容器の内部において前記冷媒入口と前記伝熱管群との間に設置され、冷媒流通孔が穿設された板状の冷媒分配板と、を具備し、前記伝熱管群は、前記圧力容器内部の長手軸方向一端から他端まで延びる往路管群と、前記圧力容器内部の長手軸方向他端において前記往路管群に連通し、前記圧力容器内部の長手軸方向他端から一端まで戻る復路管群とを備え、前記伝熱管群は、前記圧力容器の長手軸方向に交差する面方向を有する平板状の伝熱管支持板に支持され、前記冷媒分配板における単位面積あたりの前記冷媒流通孔の面積比率は、前記往路管群及び前記復路管群のそれぞれの上流側の位置付近に対応する範囲において他の範囲よりも大きくされるとともに、前記冷媒出口付近に対応する範囲において他の範囲よりも小さくされていることを特徴とする。
【００１５】
上記のように、冷媒分配板における単位面積あたりの冷媒流通孔の面積比率が、伝熱管群の上流側の位置付近に対応する範囲において他の範囲よりも大きいため、冷媒入口から圧力容器内に導入された低圧冷媒は、伝熱管群の上流側の位置付近に多く分配される。また、他の位置には相対的に少ない量の低圧冷媒が分配される。これにより、圧力容器の内部における低圧冷媒プールの液面高（フロスレベル）が揃えられる。
【００１６】
蒸発器内部における伝熱管群の上流側の位置付近では、伝熱管群の内部を流れる被冷却液との温度差が大きいために低圧冷媒が激しく沸騰する。しかし、この位置には他の位置よりも相対的に多くの低圧冷媒が分配されるため、伝熱管群の上流側の位置付近が低圧冷媒の沸騰泡に囲まれてドライアウトする状況にならず、伝熱管群が冷媒二相液中に浸漬された状態を維持することができる。このため、伝熱管群の内部を流れる被冷却液と低圧冷媒とを良好に熱交換させることができ、伝熱管群の伝熱性能を高めることができる。
【００１７】
また、圧力容器の長手軸方向中間部において低圧冷媒プールのフロスレベルが長手軸方向両端部よりも上昇することがないため、圧力容器の長手軸方向中間部にターボ圧縮機の吸入管に通じる冷媒出口を設けることにより、液相状の低圧冷媒が気化冷媒の流れに乗ってターボ圧縮機側にキャリーオーバーされることを防止し、ターボ圧縮機の効率低下を抑制することができる。
【００１８】
上記の蒸発器において、前記冷媒入口は前記圧力容器の長手軸方向中間部に設けられ、前記冷媒分配板における前記冷媒流通孔の前記面積比率は、前記冷媒分配板の長手軸方向端部の範囲において長手軸方向中間部の範囲よりも大きい構成としてもよい。
【００１９】
上記構成の蒸発器によれば、圧力容器の長手軸方向中間部に設けられた冷媒入口から圧力容器内に導入された低圧冷媒は、圧力容器内部の長手軸方向両端部に多く供給され、冷媒入口の直上部となる圧力容器の長手軸方向中間部には相対的に少なく供給される。このため、圧力容器の内部における低圧冷媒プールの液面高（フロスレベル）を揃えて、伝熱管群の内部を流れる被冷却液と低圧冷媒とを良好に熱交換させ、伝熱管群の伝熱性能を高めることができる。
【００２０】
本発明の第２態様に係る蒸発器は、水平方向に延在するとともに、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒が凝縮されて導入される圧力容器と、前記圧力容器の下部に設けられる冷媒入口と、前記圧力容器の上部に設けられる冷媒出口と、前記圧力容器の内部を長手軸方向に通過し、その内部に被冷却液を流通させ、該被冷却液を前記低圧冷媒と熱交換させる伝熱管群と、前記圧力容器の内部において前記冷媒入口と前記伝熱管群との間に設置され、冷媒流通孔が穿設された板状の冷媒分配板と、を具備し、前記冷媒入口は、前記圧力容器の長手軸方向に沿って複数分散して設けられていることを特徴とする。
【００２１】
低圧冷媒は、高圧冷媒に比べて比体積が大きいため、冷媒入口から蒸発器に流入する体積流量が大きく動圧が高いが、これに合わせて冷媒分配板の圧損を大きくすると、低圧冷媒が冷媒分配板の冷媒流通孔から噴出する速度が大きくなり、伝熱管群の振動や破損に繋がる。
【００２２】
上記構成の蒸発器によれば、冷媒入口が圧力容器の長手軸方向に沿って複数分散して設けられているため、冷媒入口を単一とした場合に比べて低圧冷媒の流入速度を低下させることができる。このため、冷媒分配板の冷媒流通孔の径を大きくすることができ、これによって低圧冷媒が冷媒流通孔から噴出する速度を低下させ、伝熱管群の振動や破損を防止することができる。
【００２３】
また、低圧冷媒を複数の冷媒入口から圧力容器の長手軸方向全長に亘って均等に流入させて圧力容器内部における低圧冷媒プールのフロスレベルを均一化することができる。これにより、伝熱管群のドライアウトを防止して伝熱性能を高めるとともに、液相状の低圧冷媒が局所的に噴き上がる等してターボ圧縮機側にキャリーオーバーされることを抑制してターボ圧縮機の効率低下を回避することができる。
【００２４】
本発明の第３態様に係る蒸発器は、水平方向に延在するとともに、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒が凝縮されて導入される圧力容器と、前記圧力容器の下部に設けられる冷媒入口と、前記圧力容器の上部に設けられる冷媒出口と、前記圧力容器の内部を長手軸方向に通過し、その内部に被冷却液を流通させ、該被冷却液を前記低圧冷媒と熱交換させる伝熱管群と、前記圧力容器の内部において前記冷媒入口と前記伝熱管群との間に設置され、冷媒流通孔が穿設された板状の冷媒分配板と、を具備し、前記冷媒入口の外側開口部から前記圧力容器までの流路断面積が、前記外側開口部から前記圧力容器に向かって拡大していることを特徴とする。
【００２５】
上記構成の蒸発器によれば、冷媒入口の外側開口部から圧力容器までの流路断面積が圧力容器に向かって拡大するため、冷媒入口を流れる低圧冷媒の流速が圧力容器に向かって低下する。
このため、低圧冷媒が冷媒分配板の冷媒流通孔から噴出する速度を低下させて伝熱管群の振動や破損を防止するとともに、液相状の低圧冷媒が局所的に噴き上がる等してターボ圧縮機側にキャリーオーバーされることを抑制し、ターボ圧縮機の効率低下を回避することができる。
【００２６】
本発明の第４態様に係る蒸発器は、水平方向に延在するとともに、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒が凝縮されて導入される圧力容器と、前記圧力容器の下部に設けられる冷媒入口と、前記圧力容器の上部に設けられる冷媒出口と、前記圧力容器の内部を長手軸方向に通過し、その内部に被冷却液を流通させ、該被冷却液を前記低圧冷媒と熱交換させる伝熱管群と、前記圧力容器の内部において前記冷媒入口と前記伝熱管群との間に設置され、冷媒流通孔が穿設された板状の冷媒分配板と、を具備し、前記冷媒入口は前記圧力容器に接続される管状であり、その管内に前記低圧冷媒の流速を減衰させる流速減衰部材が設けられていることを特徴とする。
【００２７】
上記構成の蒸発器によれば、流速減衰部材によって冷媒入口から圧力容器に流入する低圧冷媒の流速が低減される。
このため、低圧冷媒が冷媒分配板の冷媒流通孔から噴出する速度を低下させて伝熱管群の振動や破損を防止するとともに、液相状の低圧冷媒が局所的に噴き上がる等してターボ圧縮機側にキャリーオーバーされることを抑制し、ターボ圧縮機の効率低下を回避することができる。
【００２８】
上記のいずれかの蒸発器において、前記伝熱管群は、前記圧力容器内部の長手軸方向一端から他端まで延びる往路管群と、前記圧力容器内部の長手軸方向他端において前記往路管群に連通し、前記圧力容器内部の長手軸方向他端から一端まで戻る復路管群と、を具備し、前記圧力容器の内部において前記往路管群が下方に配置され、前記復路管群が上方に配置された構成としてもよい。
【００２９】
上記構成の蒸発器によれば、伝熱管内を流れる被冷却液との温度差が大きく低圧冷媒の沸騰が激しくなる往路管群が圧力容器の下部に配置され、被冷却液との温度差が小さく低圧冷媒の沸騰が穏やかになる復路管群が圧力容器の上部に配置される。
このため、低圧冷媒の激しい沸騰が圧力容器内における低圧冷媒プールの液面の下方で行われ、低圧冷媒プールの液面上に液相冷媒が飛散しにくくなる。したがって、液相状の冷媒が気化冷媒の流れに同伴してターボ圧縮機側にキャリーオーバーされることを防止し、ターボ圧縮機の効率低下を抑制することができる。
【００３０】
上記のいずれかの蒸発器において、前記伝熱管群は、複数の伝熱管が束ねられた伝熱管束が水平方向に複数配列され、前記伝熱管束の間に鉛直方向に延びる空隙が形成された構成としてもよい。
【００３１】
上記構成の蒸発器によれば、複数の伝熱管束の間にある鉛直な空隙が、伝熱管群と熱交換して沸騰した低圧冷媒の沸騰泡の通り道となる。これにより、沸騰泡は低圧冷媒の液面に容易に浮上できる。したがって、冷媒液面下で伝熱管群が沸騰泡に囲まれてドライアウトすることを防止し、伝熱管群の伝熱性能を高めることができる。
【００３２】
上記の蒸発器において、前記空隙の鉛直下に、前記冷媒分配板に穿設された前記冷媒流通孔が配置された構成としてもよい。
【００３３】
上記構成の蒸発器によれば、冷媒分配板に穿設された冷媒流通孔を通過して上方に放流される低圧冷媒の流れが、空隙を通過して伝熱管群の上端まで掛かるため、伝熱管群の伝熱性能を高めることができる。
【００３４】
上記のいずれかの蒸発器において、前記圧力容器の内部において前記冷媒出口と前記伝熱管群との間に位置し、前記冷媒の気液分離を行うデミスタが、前記伝熱管群の直上部に配置された構成としてもよい。
【００３５】
低圧冷媒を用いる場合、ガス流速が大きいので、噴き上がる液相冷媒の液滴が自重により気相冷媒から分離されるまでの距離が比較的長くなる。このため、液滴が自重分離する位置よりも高位置にデミスタを設置すると、冷媒液面からデミスタまでの距離が長くなり、圧力容器のシェル径が大きくなってしまう。
【００３６】
上記のようにデミスタを伝熱管群の直上部に配置することにより、噴き上がる液滴量をデミスタによって減少させ、キャリーオーバー量を減少させることができる。さらに、デミスタを伝熱管群の直上部に配置することにより、デミスタ上の空間において低圧冷媒の蒸発ミストが大きな径の液滴になることを促進させ、液滴が自重分離する距離を縮めて低圧冷媒のキャリーオーバーを防止することができる。
【００３７】
上記の蒸発器において、前記デミスタは、その周囲全周が前記圧力容器の内周に接するように設けられた構成としてもよい。
【００３８】
上記構成の蒸発器によれば、圧力容器の内部における低圧冷媒のガス流の全量がデミスタを通過しなければならず、ガス流の流動抵抗が増大する。このため、圧力容器内におけるガス流の流速分布が平準化され、局所的なガス流速のピーク値が低下し、液滴の発生量を低減させるとともに、液滴の自重分離距離を短くし、低圧冷媒のキャリーオーバーを防止することができる。
【００３９】
上記のいずれかの蒸発器において、前記伝熱管群を構成する個々の伝熱管は、前記圧力容器の長手軸方向に交差する面方向を有して前記圧力容器の長手軸方向に間隔を空けて配置された複数の伝熱管支持板に貫通されて設置され、前記伝熱管群の上流側の位置付近における前記伝熱管支持板の設置間隔が、他の位置における前記伝熱管支持板の設置間隔よりも小さくされた構成としてもよい。
【００４０】
伝熱管群の上流側の位置付近では、伝熱管群の内部を流れる被冷却液と低圧冷媒との温度差が大きいために低圧冷媒が激しく沸騰し、その沸騰泡の比体積が高圧冷媒よりも大きいことから、高圧冷媒を使用した場合よりも大きな振動が発生する。このため、伝熱管群が沸騰泡の振動に共振して破損する懸念がある。
【００４１】
上記のように、伝熱管群の上流側の位置付近における伝熱管支持板の設置間隔を、他の位置における伝熱管支持板の設置間隔よりも小さくすることにより、伝熱管群の上流側付近における共振を抑制して破損を防止することができる。
【００４２】
本発明に係るターボ冷凍装置は、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された前記低圧冷媒を凝縮させる凝縮器と、膨張した前記低圧冷媒を蒸発させる上記のいずれかの蒸発器と、を具備してなることを特徴とする。
【００４３】
上記構成のターボ冷凍装置によれば、低圧冷媒を用いた場合に、蒸発器内における低圧冷媒の沸騰泡による伝熱管群のドライアウトや、低圧冷媒の液滴がターボ圧縮機にキャリーオーバーされることを防止し、低圧冷媒による効率向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００４４】
以上のように、本発明に係る蒸発器、これを備えたターボ冷凍装置によれば、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒を用いたターボ冷凍装置において、蒸発器内における伝熱管群のドライアウトを防止して伝熱性能を高めるとともに、液相状の低圧冷媒がターボ圧縮機側にキャリーオーバーされることによる効率低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係るターボ冷凍装置の全体図である。
【図２】図１のＩＩ矢視により本発明の第１実施形態を示す蒸発器の側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う蒸発器の縦断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う蒸発器の縦断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す蒸発器の側面図である。
【図６】本発明の第３実施形態を示す蒸発器の縦断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ矢視図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明の第４実施形態を示す冷媒入口の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るターボ冷凍装置の全体図である。このターボ冷凍装置１は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機２と、凝縮器３と、高圧膨張弁４と、中間冷却器５と、低圧膨張弁６と、蒸発器７と、潤滑油タンク８と、回路箱９と、インバータユニット１０と、操作盤１１等を備えてユニット状に構成されている。潤滑油タンク８は、ターボ圧縮機２の軸受や増速器等に供給する潤滑油を貯留するタンクである。
【００４７】
凝縮器３と蒸発器７は耐圧性の高い円胴シェル形状に形成され、その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７よりも相対的に高い位置に配置され、その下方に回路箱９が設置されている。中間冷却器５と潤滑油タンク８は、凝縮器３と蒸発器７との間に挟まれて設置されている。インバータユニット１０は凝縮器３の上部に設置され、操作盤１１は蒸発器７の上方に配置されている。潤滑油タンク８と回路箱９とインバータユニット１０と操作盤１１は、それぞれ平面視でターボ冷凍装置１の全体輪郭から大きくはみ出さないように配置されている。
【００４８】
ターボ圧縮機２は、電動機１３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７の上方に配置されている。電動機１３はインバータユニット１０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７の冷媒出口２３から吸入管１４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、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用されるＲ１２３３ｚｄ等の低圧冷媒が用いられる。
【００４９】
ターボ圧縮機２の吐出口と凝縮器３の上部との間が吐出管１５により接続され、凝縮器３の底部と中間冷却器５の底部との間が冷媒管１６により接続されている。また、中間冷却器５の底部と蒸発器７との間が冷媒管１７により接続され、中間冷却器５の上部とターボ圧縮機２の中段との間が冷媒管１８により接続されている。冷媒管１６には高圧膨張弁４が設けられ、冷媒管１７には低圧膨張弁６が設けられている。
【００５０】
［第１実施形態］
図２〜図４は蒸発器７の第１実施形態を示している。
図２に示すように、蒸発器７は、水平方向に延在する円胴シェル形状の圧力容器２１と、この圧力容器２１の下部に設けられる冷媒入口２２と、圧力容器２１の上部に設けられる冷媒出口２３と、圧力容器２１の内部を長手軸方向に通過する伝熱管群２５と、冷媒分配板２６と、デミスタ２７とを具備して構成されている。
【００５１】
冷媒入口２２と冷媒出口２３は、それぞれ圧力容器２１の長手軸方向中間部に配置されており、冷媒入口２２は圧力容器２１の底部から水平且つ接線状に延出する短いパイプ状に形成され、冷媒出口２３は圧力容器２１の上部から鉛直上方に延出する短いパイプ状に形成されている。図１に示すように、冷媒入口２２には中間冷却器５の底部から延出する冷媒管１７が接続され、冷媒出口２３にはターボ圧縮機２の吸入管１４が接続されている。
【００５２】
圧力容器２１の内部には、その一端（例えば図２に向かって左端）の下側に入口チャンバ３１、その上に出口チャンバ３２が、それぞれ独立した部屋として設けられている。また、圧力容器２１の内部他端（例えば図２に向かって右端）にはＵターンチャンバ３３が独立した部屋として設けられている。これらのチャンバ３１，３２，３３はいずれもデミスタ２７よりも下に配置されている。入口チャンバ３１には入口ノズル３４が設けられ、出口チャンバ３２には出口ノズル３５が設けられている。
【００５３】
図２および図３、図４に示すように、伝熱管群２５は、圧力容器２１内部の長手軸方向一端（図２中の左端）から他端（図２中の右端）まで延びる往路管群２５Ａと、圧力容器２１内部の長手軸方向他端において往路管群２５Ａに連通し、圧力容器２１内部の長手軸方向他端から一端まで戻る復路管群２５Ｂとを備えている。具体的には、往路管群２５Ａは入口チャンバ３１とＵターンチャンバ３３の下部との間を繋ぐように配設され、復路管群２５Ｂは出口チャンバ３２とＵターンチャンバ３３の上部との間を繋ぐように配設されている。即ち、往路管群２５Ａは圧力容器２１の内部下方に配置され、復路管群２５Ｂは圧力容器２１の内部上方に配置されている。
【００５４】
入口ノズル３４からは、冷媒に冷却される被冷却液として、例えば水（水道水、精製水、蒸留水等）が流入するようになっている。この水は、入口チャンバ３１から流入して往路管群２５Ａを流れ、Ｕターンチャンバ３３にてＵターンした後、復路管群２５Ｂを流れ、出口チャンバ２１を経て出口ノズル３５から冷水として流出する。
【００５５】
図３、図４に示すように、伝熱管群２５を構成する往路管群２５Ａと復路管群２５Ｂは、それぞれ多数の伝熱管が束ねられた伝熱管束２５ａが水平方向に複数（例えば４つずつ）平行に配列された構成である。各伝熱管束２５ａの間には鉛直方向に延びる空隙Ｓ１が形成されている。また、往路管群２５Ａと復路管群２５Ｂとの間には水平方向に延びる空隙Ｓ２が形成されている。
【００５６】
図２に示すように、伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）を構成する個々の伝熱管は、圧力容器２１の内部において複数の伝熱管支持板３７に支持されながら圧力容器２１の内部に固定されている。これらの伝熱管支持板３７は、圧力容器２１の長手軸方向に交差する面方向を有する平板状であり、圧力容器２１の長手軸方向に間隔を空けて複数配置され、圧力容器２１の内面に固定されている。伝熱管支持板３７には多数の貫通穴が穿設されており、これらの貫通穴に伝熱管が密に挿通されている。
【００５７】
圧力容器２１の長手軸方向に沿う伝熱管支持板３７の設置間隔は、伝熱管群２５の上流側の位置付近、つまり往路管群２５Ａの上流側の位置（図２中の左方）付近における設置間隔Ｌ１が、他の位置における設置間隔Ｌ２よりも小さくされている。例えば、Ｌ１はＬ２の半分程度となっている。
【００５８】
一方、図２〜図４に示すように、冷媒分配板２６は、圧力容器２１の内部において冷媒入口２２と伝熱管群２５（往路管群２５Ａ）との間に設置されている。この冷媒分配板２６は、多数の冷媒流通孔２６ａが穿設された板状の部材である。
【００５９】
この冷媒分配板２６における単位面積あたりの冷媒流通孔２６ａの面積比率は、伝熱管群２５（２５Ａ）の上流側の位置付近に対応する範囲Ａ１において、他の範囲、例えば伝熱管群２５の中間区間の位置に対応する範囲Ａ２よりも大きくされている。また、この冷媒流通孔２６ａの面積比率は、冷媒分配板２６の長手軸方向両端部の範囲Ａ１，Ａ３において、長手軸方向中間部の範囲Ａ２よりも大きくされている。例えば、範囲Ａ１，Ａ３における冷媒流通孔２６ａの面積比率は３３〜３８％、範囲Ａ２における冷媒流通孔２６ａの面積比率は２４〜３３％を例示することができるが、この範囲のみには限定されない。
【００６０】
図３、図４に示すように、伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）を構成する複数の伝熱管束２５ａの間に形成された鉛直方向に延びる空隙Ｓ１の鉛直下に、冷媒分配板２６の冷媒流通孔２６ａが配置されている。つまり、平面視で、空隙Ｓ１の長手方向に沿って冷媒流通孔２６ａが配列されている。
【００６１】
図２〜図４に示すように、デミスタ２７は、圧力容器２１の内部において冷媒出口２３と伝熱管群２５（復路管群２５Ｂ）との間に配置されている。デミスタ２７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。
【００６２】
デミスタ２７は、その周囲全周が圧力容器２１の内周に接するように取り付けられており、このデミスタ２７を境に圧力容器２１の内部空間が上下に二分されている。また、デミスタ２７の設置高さは、伝熱管群２５の直上部とされている。具体的には、伝熱管群２５とデミスタ２７との間隔はチューブ配置ピッチの２倍程度とされている。一方、デミスタ２７と冷媒出口２３との間には比較的大きな高低差（例えば圧力容器２１の直径の５０％程度以上）が設けられている。
【００６３】
以上のように構成された蒸発器７を備えたターボ冷凍装置１において、ターボ圧縮機２は電動機１３に回転駆動され、蒸発器７から吸入管１４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管１５から凝縮器３に送給する。
【００６４】
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低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で液相状になった低圧冷媒は、凝縮器３から延出する冷媒管１６に設けられた高圧膨張弁４を通過することにより膨張し、気液混合状態となって中間冷却器５に給送され、ここに一旦貯留される。
【００６５】
中間冷却器５の内部では、高圧膨張弁４にて膨張した気液混合状態の低圧冷媒が気相分と液相分とに気液分離される。ここで分離された低圧冷媒の液相分は、中間冷却器５の底部から延出する冷媒管１７に設けられた低圧膨張弁６によりさらに膨張して気液二相流となって蒸発器７に給送される。また、中間冷却器５で分離された低圧冷媒の気相分は、中間冷却器５の上部から延出する冷媒管１８を経てターボ圧縮機２の中段部に給送され、再び圧縮される。
【００６６】
図２〜図４に示すように、蒸発器７では、低圧膨張弁６において断熱膨張した後の低温な気液二相流状の低圧冷媒が冷媒入口２２から圧力容器２１の内部に流入し、冷媒分配板２６の下方で圧力容器２１の長手軸方向に分散した後、冷媒分配板２６の冷媒流通孔２６ａを通過して上方に流れる。そして、圧力容器２１の内部で低圧冷媒のプールが形成される。この低圧冷媒プールの液面レベルは、伝熱管群２５とデミスタ２７との間となるように自動調整される。
【００６７】
伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）は、圧力容器２１の内部で低圧冷媒プール中に浸漬された状態となり、低圧冷媒と熱交換する。これにより、伝熱管群２５の内部を通過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。
【００６８】
伝熱管群２５との熱交換により蒸発（気化）した低圧冷媒は、デミスタ２７によって気液分離される。即ち、気化した低圧冷媒（気化冷媒）が圧力容器２１の内部を冷媒出口２３に向かう時には、高圧冷媒に比べて比体積が大きい低圧冷媒の特性によって速い流れが形成される。そして、低圧冷媒プールから噴き上げられた未気化の液相冷媒の液滴が、気化冷媒の速い流れに同伴して冷媒出口２３から出ようとし、キャリーオーバーが発生する虞がある。
【００６９】
しかし、この液滴は多孔状のデミスタ２７に捕捉されて分離され、重力により低圧冷媒プールに落下するため、キャリーオーバーが防止される。このように気液分離された気化冷媒は、冷媒出口２３から出て吸入管１４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。
【００７０】
この蒸発器７は、圧力容器２１の内部において冷媒入口２２と伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）との間に設置されている冷媒分配板２６における冷媒流通孔２６ａの面積比率が、伝熱管群２５（２５Ａ）の上流側の位置付近に対応する範囲Ａ１において他の範囲Ａ２よりも大きくされている。
【００７１】
このため、冷媒入口２２から圧力容器２１内に導入された低圧冷媒は、伝熱管群２５（２５Ａ）の上流側の位置付近に比較的多く分配される。また、他の位置には相対的に少ない量の低圧冷媒が分配される。これにより、圧力容器２１の内部における低圧冷媒プールの液面高（フロスレベル）が揃えられる。
【００７２】
蒸発器２１の内部における伝熱管群２５（２５Ａ）の上流側の位置付近では、伝熱管群２５（２５Ａ）の内部を流れる水との温度差が大きいために低圧冷媒が激しく沸騰する。しかし、この位置には上記のように他の位置よりも相対的に多くの低圧冷媒が分配されるため、伝熱管群２５（２５Ａ）の上流側の位置付近が低圧冷媒の沸騰泡に囲まれてドライアウトする状況にならず、伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）が冷媒二相液中に浸漬された状態を維持することができる。このため、伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）の内部を流れる被冷却液と低圧冷媒とを良好に熱交換させることができ、伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）の伝熱性能を高めることができる。
【００７３】
上記のように圧力容器２１の長手軸方向中間部において低圧冷媒プールのフロスレベルが長手軸方向両端部よりも上昇することがないため、本実施形態のように圧力容器２１の長手軸方向中間部にターボ圧縮機２の吸入管１４に通じる冷媒出口２３を設けることにより、液相状の冷媒が気化冷媒の流れに乗ってターボ圧縮機２側にキャリーオーバーされることを効果的に防止し、ターボ圧縮機２の効率低下を抑制することができる。
【００７４】
また、この蒸発器７は、冷媒入口２２が圧力容器２１の長手軸方向中間部に設けられるとともに、冷媒分配板２６における冷媒流通孔２６ａの面積比率が、冷媒分配板２６の長手軸方向両端部の範囲Ａ１，Ａ３において、長手軸方向中間部の範囲Ａ２よりも大きくされている。
【００７５】
このため、圧力容器２１の長手軸方向中間部に設けられた冷媒入口２２から圧力容器２１内に導入された低圧冷媒は、圧力容器２１内部の長手軸方向両端部に多く供給され、冷媒入口２２の直上部となる圧力容器２１の長手軸方向中間部には相対的に少なく供給される。このため、圧力容器２１の内部における低圧冷媒プールの液面高（フロスレベル）を揃えて、伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）の内部を流れる水と低圧冷媒とを良好に熱交換させ、伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）の伝熱性能を高めることができる。
【００７６】
さらに、この蒸発器７の伝熱管群２５は、圧力容器２１内部の長手軸方向一端から他端まで延びる往路管群２５Ａと、圧力容器２１内部の長手軸方向他端において往路管群２５Ａに連通し、圧力容器２１内部の長手軸方向他端から一端まで戻る復路管群２５Ｂとを具備している。そして、圧力容器２１の内部において往路管群２５Ａが下方に配置され、復路管群２５Ｂが上方に配置されている。
【００７７】
このように伝熱管群２５を構成すれば、伝熱管内を流れる水との温度差が大きく低圧冷媒の沸騰が激しくなる往路管群２５Ａが圧力容器２１の下部に配置され、伝熱管内を流れる水との温度差が小さく低圧冷媒の沸騰が穏やかになる復路管群２５Ｂが圧力容器２１の上部に配置される。
【００７８】
このため、低圧冷媒の激しい沸騰が圧力容器２１内における低圧冷媒プールの液面の下方（深部）で行われ、低圧冷媒プールの液面上に液相冷媒が飛散しにくくなる。したがって、液相状の冷媒が気化冷媒の流れに同伴してターボ圧縮機２側にキャリーオーバーされることを防止し、ターボ圧縮機２の効率低下を抑制することができる。
【００７９】
伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）は、複数の伝熱管が束ねられた伝熱管束２５ａが水平方向に複数配列され、これらの伝熱管束２５ａの間に鉛直方向に延びる空隙Ｓ１が形成されている。
【００８０】
この複数の伝熱管束２５ａの間にある鉛直な空隙Ｓ１が、伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）と熱交換して沸騰した低圧冷媒の沸騰泡の通り道となる。これにより、沸騰泡は低圧冷媒プールの液面に容易に浮上することができる。したがって、冷媒液面下で伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）が沸騰泡に囲まれてドライアウトすることを防止し、伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）の伝熱性能を高めることができる。
【００８１】
これに加えて、空隙Ｓ１の鉛直下に、冷媒分配板２６に穿設された冷媒流通孔２６ａが配置されているため、冷媒分配板２６の冷媒流通孔２６ａを通過して上方に放流される低圧冷媒の流れが、空隙Ｓ１を通過して伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）の上端まで掛かる。したがって、伝熱管群２５（２５Ａ，２５Ｂ）の伝熱性能を高めることができる。
【００８２】
このターボ冷凍装置１のように低圧冷媒を用いる場合、高圧冷媒に比べて比堆積が大きい低圧冷媒の特性により、蒸発器７の圧力容器２１内部におけるガス流速が速くなる。このため、圧力容器２１内部の低圧冷媒プールから噴き上がった液相冷媒の液滴が自重により気相冷媒から分離されるまでの距離が比較的長くなる。このため、液滴が自重分離する位置よりも高位置にデミスタ２７を設置すると、冷媒液面からデミスタ２７までの距離が長くなり、圧力容器２１のシェル径が大きくなってしまう。
【００８３】
この蒸発器７では、デミスタ２７を伝熱管群２５の直上部に配置することにより、低圧冷媒プールから噴き上がる液滴量をデミスタ２７によって減少させ、低圧冷媒の液滴が冷媒出口２３から出てしまうこと（キャリーオーバー）を抑制している。
さらに、デミスタ２７を伝熱管群２５の直上部に配置することにより、相対的にデミスタ２７上の空間高さを大きくし、低圧冷媒の蒸発ミストが大きな径の液滴になることを促進させ、液滴が自重分離する距離を縮めて、この点でも低圧冷媒のキャリーオーバーを抑制することができる。
【００８４】
さらに、この蒸発器７では、デミスタ２７が、その周囲全周が圧力容器２１の内周全周に接するように設けられている。これにより、圧力容器２１の内部における低圧冷媒のガス流の全量がデミスタ２７を通過することになり、ガス流の流動抵抗が増大する。このため、圧力容器２１内におけるガス流の流速分布が平準化され、局所的なガス流速のピーク値が低下し、液滴の発生量を低減させるとともに、液滴の自重分離距離を短くし、低圧冷媒のキャリーオーバーを防止することができる。
【００８５】
また、この蒸発器７では、伝熱管群２５の個々の伝熱管を支持している複数の伝熱管支持板３７の、伝熱管群２５の上流側の位置付近における設置間隔Ｌ１が、他の位置における設置間隔Ｌ２よりも小さくされている。
【００８６】
伝熱管群２５の上流側の位置付近では、前述のように伝熱管群２５の内部を流れる水と低圧冷媒との温度差が大きいために低圧冷媒が激しく沸騰し、その沸騰泡の比体積が高圧冷媒よりも大きいことから、高圧冷媒を使用した場合よりも大きな振動が発生する。このため、伝熱管群２５が沸騰泡の振動に共振して破損する懸念がある。
【００８７】
上記のように、伝熱管群２５の上流側の位置付近における伝熱管支持板３７の設置間隔Ｌ１を、他の位置における設置間隔Ｌ２よりも小さくすることにより、伝熱管群２５の上流側付近における設置剛性を高め、共振を抑制して破損を防止することができる。
【００８８】
［第２実施形態］
図５は本発明の第２実施形態を示す蒸発器の側面図である。
この蒸発器７Ａは、圧力容器２１の冷媒入口２２Ａが、圧力容器２１の長手軸方向に沿って複数分散して設けられている点で第１実施形態の蒸発器７（冷媒入口２２）と相違し、その他の構成は同一である。このため、同一構成の各部分には同一符号を付与して説明を省略する。
【００８９】
本実施形態では、例えば２つの冷媒入口２２Ａが、圧力容器２１の長手軸方向に沿って分散し、各々の間が離間するように設けられている。冷媒入口２２Ａを３箇所以上に設けてもよい。これらの冷媒入口２２Ａは、第１実施形態の冷媒入口２２と同じく、圧力容器２１の底部から水平且つ接線状に延出する短いパイプ状に形成されている。各冷媒入口２２Ａの口径は、第１実施形態の冷媒入口２２の口径よりも小さくされている。
【００９０】
前述の通り、低圧冷媒は、高圧冷媒に比べて比体積が大きいため、蒸発器７Ａに流入する体積流量が大きく動圧が高いが、これに合わせて冷媒分配板２６の冷媒流通孔２６ａを小さくする等して圧損を大きくすると、低圧冷媒が冷媒流通孔２６ａから噴出する速度が大きくなり、伝熱管群２５の振動や破損に繋がる。
【００９１】
この蒸発器７Ａのように２つ、あるいは３つ以上の冷媒入口２２Ａを圧力容器２１の長手軸方向に沿って離間させて設けることにより、第１実施形態のように単一の冷媒入口２２を設けた場合に比べて圧力容器２１内部への低圧冷媒の流入速度を低下させることができる。このため、冷媒分配板２６の冷媒流通孔２６ａの径を大きくすることができ、これによって低圧冷媒が冷媒流通孔２６ａから噴出する速度を低下させることができる。
【００９２】
これにより、伝熱管群２５の振動や破損を防止するとともに、液相状の低圧冷媒が局所的に噴き上がる等してターボ圧縮機２側にキャリーオーバーされることを抑制し、ターボ圧縮機２の効率低下を回避することができる。
【００９３】
［第３実施形態］
図６は本発明の第３実施形態を示す蒸発器の縦断面図であり、図７は図６のＶＩＩ矢視図である。
この蒸発器７Ｂは、圧力容器２１の底部に設けられている冷媒入口２２の外側開口部２２ａから圧力容器２１までの流路断面積が、外側開口部２２ａから圧力容器２１に向かって拡大している。具体的には、外側開口部２２ａと圧力容器２１との間に拡張流路２２ｂが設けられている。それ以外の構成は図３に示す第１実施形態の蒸発器７と同様であるため、同一構成の各部分には同一符号を付与して説明を省略する。
【００９４】
拡張流路２２ｂは、例えば箱状に形成されており、その流路断面積が冷媒入口２２の流路断面積よりも大きくされている。例えば拡張流路２２ｂの流路断面積は冷媒入口２２の流路断面積の２〜５倍程度に設定される。なお、拡張流路２２ｂの形状は箱状のみに限定されず、その流路断面積が冷媒入口２２の外側開口部２２ａよりも大きければ他の形状であってもよい。例えば、拡張流路２２ｂをバルジ形状等にしてもよい。また、拡張流路２２ｂを設けずに、冷媒入口２２を、その外側開口部２２ａから圧力容器２１側に向かって径が大きくなるテーパー管状とすること等が考えられる。
【００９５】
このように、冷媒入口２２の外側開口部２２ａから圧力容器２１までの流路断面積を圧力容器２１に向かって拡大させることにより、冷媒入口２２を流れる低圧冷媒の流速が圧力容器２１に向かって低下する。
このため、低圧冷媒が冷媒分配板２６の冷媒流通孔２６ａから噴出する速度を低下させて伝熱管群２５の振動や破損を防止するとともに、液相状の低圧冷媒が局所的に噴き上がる等してターボ圧縮機２側にキャリーオーバーされることを抑制し、ターボ圧縮機２の効率低下を回避することができる。
【００９６】
［第４実施形態］
図８（ａ），（ｂ）は本発明の第４実施形態を示す蒸発器の縦断面図である。
この蒸発器７Ｃは、冷媒入口２２の管内に、低圧冷媒の流速を減衰させる流速減衰部材が設けられている点で第１実施形態の蒸発器７（冷媒入口２２）と相違し、その他の構成は同一である。
【００９７】
流速減衰部材としては、図８（ａ）に示すように、冷媒入口２２の管内に多孔板（パンチングプレート等）２２ｃを設置したり、図８（ｂ）に示すように、冷媒入口２２の管内に複数の邪魔板２２ｄを迷路状に設置したりすることが考えられる。冷媒入口２２の管内における低圧冷媒の流速を減衰させることができれば、これら以外のものを流速減衰部材として設置してもよい。
【００９８】
このように、冷媒入口２２の管内に流速減衰部材２２ｃ，２２ｄを設けることにより、冷媒入口２２から圧力容器２１に流入する低圧冷媒の流速が低減される。
このため、低圧冷媒が冷媒分配板２６の冷媒流通孔２６ａから噴出する速度を低下させて伝熱管群２５の振動や破損を防止するとともに、液相状の低圧冷媒が局所的に噴き上がる等してターボ圧縮機２側にキャリーオーバーされることを抑制し、ターボ圧縮機２の効率低下を回避することができる。
【００９９】
以上に説明したように、本実施形態に係る蒸発器７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ、およびこれらの蒸発器を備えたターボ冷凍装置１によれば、最高圧力０．２ＭＰａＧ未満で使用される低圧冷媒を用いたターボ冷凍装置１において、蒸発器内における伝熱管２５群のドライアウトを防止して伝熱性能を高めるとともに、液相状の低圧冷媒がターボ圧縮機２側にキャリーオーバーされることによる効率低下を抑制することができる。
【０１００】
なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。例えば、上記の第１〜第４実施形態を組み合わせる等してもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１  ターボ冷凍装置
２  ターボ圧縮機
３  凝縮器
７  蒸発器
２１  圧力容器
２２  冷媒入口
２２ａ  冷媒入口の外側開口部
２２ｂ  拡張流路
２２ｃ  多孔板（流速減衰部材）
２２ｄ  邪魔板（流速減衰部材）
２３  冷媒出口
２５  伝熱管群
２５Ａ  往路管群
２５Ｂ  復路管群
２５ａ  伝熱管束
２６  冷媒分配板
２６ａ  冷媒流通孔
２７  デミスタ
３７  伝熱管支持板
Ａ１  伝熱管群の上流側の位置付近に対応する範囲（冷媒分配板の長手軸方向端部の範囲）
Ａ２  伝熱管群の他の位置に対応する範囲（冷媒分配板の長手軸方向中間部の範囲）
Ａ３  冷媒分配板の長手軸方向端部の範囲
Ｌ１，Ｌ２  伝熱管支持板の設置間隔
Ｓ１  空隙
【図１】
0006716227.tif 000002
【図２】
0006716227.tif 000003
【図３】
0006716227.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006716227.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006716227.tif 000008
【図８】
0006716227.tif 000009