(57)【要約】【課題】二段圧縮機を備えた冷凍装置において、中間冷却器やエコノマイザー回路の構成を簡素化し、かつ低コストにする。【解決手段】ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１０が二段圧縮機を備え、中間冷却器とエコノマイザー冷却器の機能を併せもつ一体構造のハウジング３４からなるフラッシュタンク２６と、満液式蒸発器で構成されたＣＯ２液化器２８とを備えている。フラッシュタンク２６は、中間冷却機能をもつ第１の閉鎖空間ｓ１とエコノマイザー機能をもつ第２の閉鎖空間ｓ２とが水平方向に隣接配置されている。液溜器２４のＮＨ３冷媒液ｒは冷媒液管１２ｂを介して第１の閉鎖空間ｓ１に送られ、第１の閉鎖空間ｓ１のＮＨ３冷媒液は冷媒液管１２ｃを介して第２の閉鎖空間ｓ２に送られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍装置の凝縮器と蒸発器間の冷媒循環路に介設され、凝縮器出口側の高圧下の冷媒液を受け入れ減圧して一部を気化させ、気化した冷媒ガスを二段圧縮機の中間ポートに供給する中間冷却器、及び該中間冷却器から冷媒液を受け入れ減圧して一部を気化させ、気化した冷媒ガスを低段圧縮機の圧縮途中の冷媒ガス領域に供給するエコノマイザー冷却器として用いられるフラッシュタンクにおいて、
中間冷却器として用いられる第１の閉鎖空間と、エコノマイザー冷却器として用いられる第２の閉鎖空間とが仕切壁を介して水平方向に隣接配置された一体構造のハウジングからなり、
第１の閉鎖空間から第２の閉鎖空間に冷媒液を送る第１の冷媒液管の絞り度を調節可能な第１の可変絞り機構と、該第１の可変絞り機構を操作して第１の閉鎖空間の冷媒液面レベルを調節可能な第１の冷媒液面レベル調整機構とを備え、
第２の閉鎖空間から前記蒸発器に冷媒液を送る第２の冷媒液管の絞り度を調節可能な第２の可変絞り機構と、該第２の可変絞り機構を操作して第２の閉鎖空間の冷媒液面レベルを調節可能な第２の冷媒液面レベル調整機構と、を備えていることを特徴とするフラッシュタンク。
【請求項２】
前記第１の可変絞り機構又は第２の可変絞り機構が、第１の冷媒液管又は第２の冷媒液管の入口開口に設けられた可変絞り弁であり、
前記第１の冷媒液面レベル調整機構又は第２の冷媒液面レベル調整機構が、冷媒液面に浮き、前記可変絞り弁と機械式リンク機構を介して連結され、冷媒液面レベルに応じて上下方向位置を変えて可変絞り弁を動作させ、第１の冷媒液管又は第２の冷媒液管の絞り度を調節するフロートであることを特徴とする請求項１に記載のフラッシュタンク。
【請求項３】
前記第１の可変絞り機構又は第２の可変絞り機構が、第１の冷媒液管又は第２の冷媒液管に設けられた流量調整弁であり、
前記第１の冷媒液面レベル調整機構又は第２の冷媒液面レベル調整機構が、冷媒液面レベルを検出し、この検出値に基づいて前記流量調整弁の開度を調節する電子式冷媒液面レベル検出装置であることを特徴とする請求項１に記載のフラッシュタンク。
【請求項４】
冷媒循環路に低段圧縮機及び高段圧縮機からなる二段圧縮機、凝縮器、減圧機構及び蒸発器が介設されて、冷凍サイクルを構成する冷凍装置であって、請求項１〜３のいずれかの項に記載のフラッシュタンクが設けられていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
前記凝縮器と前記中間冷却容器間の冷媒液管に、液溜器が介設され、該液溜器、前記第１の閉鎖空間及び第２の閉鎖空間に、請求項２の構成を有する可変絞り弁及びフロートが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記蒸発器が満液式蒸発器であることを特徴とする請求項４又は５に記載の冷凍装置。
【請求項７】
請求項６に記載の冷凍装置の運転方法において、
前記満液式蒸発器の冷媒ガス圧を大気圧近傍となるように設定すると共に、冷凍装置の運転停止時に冷媒液を前記凝縮器又はフラッシュタンクから満液式蒸発器に移送し、冷媒液を満液式蒸発器に許容限度内で最大限貯留させるようにしたことを特徴とする冷凍装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二段圧縮機を備えた冷凍装置に用いられ、中間冷却機能及びエコノマイザー機能を備えたフラッシュタンク、該フラッシュタンクを備えた冷凍装置、及び該冷凍装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒循環路に蒸発器、圧縮機、凝縮器及び膨張機構が介設されて冷凍サイクルを構成する冷凍装置において、一般に、冷媒の蒸発温度が低い場合、又は圧縮比が１０以上となる場合は、低段圧縮機及び高段圧縮機を備えた二段圧縮方式を用いている。二段圧縮とすることで、圧縮後の吐出冷媒ガス温度を許容温度以下に下げ、かつＣＯＰを向上させることができる。
【０００３】
二段圧縮方式の冷凍装置では、さらに、ＣＯＰを向上させるため、凝縮器出口側の高圧下の冷媒液の一部を主冷媒回路から分岐して減圧し、減圧時の気化吸熱により、残りの冷媒液の温度を下げ、かつ気化した冷媒ガスを低圧圧縮機の吐出ガス通路に供給して、低段圧縮機の吐出側の冷媒ガス温度を下げる中間冷却器が用いられている。また、同一の原理で、気化した冷媒ガスを低圧圧縮機の圧縮途中の冷媒ガス領域に供給し、該冷媒ガスの温度を下げるエコノマイザー冷却器が用いられている。
【０００４】
特許文献１の図５及び図７には、夫々高低段二段のエコノマイザー回路を用いた二段圧縮式のＮＨ３冷凍装置が開示されている。以下、これら二段圧縮式冷凍装置の概略を説明する。図５は、特許文献１の図５に開示された冷凍装置である。冷凍装置１００Ａは、ＮＨ３冷媒が循環する主冷媒回路１０２に、低段圧縮機１０６及び高段圧縮機１０８からなるスクリュー式二段圧縮機１０４や、凝縮器１１２、膨張弁等からなる膨張機構１１４、及び蒸発器１１６が介設されている。スクリュー式二段圧縮機１０４は単軸構造で、低圧圧縮機１０６と高圧圧縮機１０８が１個の軸に直列に接続され、モータ１１０によって駆動される。
【０００５】
凝縮器１１２と蒸発器１１６間の主冷媒回路１０２に、高段エコノマイザー回路１２０及び低段エコノマイザー回路１３０が介設されている。高段エコノマイザー回路１１８は、容器形状の高段エコノマイザー冷却器１２２と、主冷媒回路１０２から分岐し膨張弁１２６が介設された分岐路１２４と、高段エコノマイザー冷却器１２２と低段圧縮機１０６の吐出通路１０２ａとに接続された高段エコノマイザー通路１２８とからなっている。
【０００６】
低段エコノマイザー回路１３０は、容器状の低段エコノマイザー冷却器１３２と、主冷媒回路１０２から分岐し膨張弁１３６が介設された分岐路１３４と、容器形状の低段エコノマイザー冷却器１３２と低段圧縮機１０６の圧縮途中の冷媒ガス領域に配置された低段エコノマイザーポート１０６ａとに接続された低段エコノマイザー通路１３８とで構成されている。
【０００７】
高段エコノマイザー回路１２０では、主冷媒回路１０２から分岐路１２４に分岐した冷媒液は、膨張弁１２６を通って減圧された後、高段エコノマイザー冷却器１２２に流入する。高段エコノマイザー冷却器１２２には主冷媒回路１０２が配置されており、減圧された冷媒液は、主冷媒回路１０２を流れる高温高圧の冷媒液から吸熱し、蒸発して低温低圧の冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、高段エコノマイザー通路１２８を介して中間ポート１０２ａに送られ、低段圧縮機１０６から吐出された冷媒ガスを冷却する。
【０００８】
低段エコノマイザー回路１３０も、同様に、主冷媒回路１０２から分岐路１３４に分岐し、膨張弁１３６で減圧された冷媒液が、低段エコノマイザー冷却器１３２で主冷媒回路１０２を流れる高温高圧の冷媒液から吸熱し、蒸発して低温低圧の冷媒ガスとなる。この冷媒ガスが低段エコノマイザー通路１３８を介して、低段圧縮機１０６の低段エコノマイザーポート１０６ａに流入し、低段圧縮機１０６の圧縮途中の冷媒ガスを冷却する。
【０００９】
主冷媒回路１０２を流れる冷媒液は、凝縮器１１２の出口側で、これら二段のエコノマイザー回路１２０及び１３０によって冷却され、かつ二段圧縮機１０４で圧縮途中の冷媒ガスも、高段エコノマイザー通路１２８及び低段エコノマイザー通路１３８を介して供給された低温低圧の冷媒ガスで冷却される。これによって、二段圧縮機１０４から吐出される冷媒ガスの圧力を許容圧力以下としつつ、かつＣＯＰを向上できる。
【００１０】
図６は、特許文献１の図７に開示された冷凍装置である。ＮＨ３冷凍装置１００Ｂにおいて、高低段エコノマイザー回路１４０及び１５０以外の構成は、冷凍装置１００Ａと同一であり、同一の機器又は部材には同一符号を付している。
高段エコノマイザー回路１４０の高段エコノマイザー冷却器１４２、及び低段エコノマイザー回路１５０の低段エコノマイザー冷却器１５２は、夫々容器形状をなすフラッシュタンク型冷却器によって構成されている。
【００１１】
凝縮器１１２の出口側主冷媒回路１０２で、冷媒液の全量が膨張弁１２６を通って減圧された後、高段エコノマイザー冷却器１４２に流入する。高段エコノマイザー冷却器１４２の減圧雰囲気下で、冷媒液の一部が残りの冷媒液から吸熱し、蒸発して低温低圧の冷媒ガスとなる。この冷媒ガスが高段エコノマイザー通路１２８を介して吐出通路１０２ａに供給され、吐出通路１０２ａの冷媒ガスを冷却する。残りの冷媒液は管路１０２ｂを通り、膨脹弁１３６でさらに減圧された後、低段エコノマイザー冷却器１５２に流入する。
【００１２】
低段エコノマイザー冷却器１５２の減圧雰囲気下で、一部の冷媒液が残りの冷媒液から吸熱し、蒸発して低温低圧の冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、低段エコノマイザー通路１３８を介して低段エコノマイザーポート１０６ａに供給され、低段圧縮機１０６で圧縮途中領域の冷媒ガスを冷却する。このように、主冷媒回路１０２を流れる冷媒液は、凝縮器１１２の出口側で、二段のエコノマイザー回路１４０及び１５０によって冷却され、かつ二段圧縮機１０４で圧縮途中の冷媒ガスも、高段エコノマイザー通路１２８及び低段エコノマイザー通路１３８を介して供給された低温低圧の冷媒ガスで冷却される。これによって、二段圧縮機１０４から吐出される冷媒ガスの圧力を許容圧力以下としつつ、かつＣＯＰを向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２９７９９６号公報（図５、図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１に開示されたＮＨ３冷凍装置１００Ａ及び１００Ｂは、高低二段のエコノマイザー回路を設けており、夫々のエコノマイザー回路において、容器形状の冷却器や熱交換器、あるいは配管や膨張機構を必要とし、合わせて大掛かりで高コストな構成となっている。
【００１５】
また、前者のＮＨ３冷凍装置１００Ａで、エコノマイザー回路にプレート式熱交換器を使用した場合、溶接箇所が多く、製作が面倒になると共に、冷媒が漏洩しやすい。また、
高段エコノマイザー回路１２０や低段エコノマイザー回路１３０では、気化した冷媒ガスと主冷媒回路１０２を流れる冷媒液とは間接熱交換される。そのため、熱交換量を調節するため、冷媒液の給液量を制御する必要があるなど、装置が大掛かりとなり、操作が面倒であった。
【００１６】
冷凍装置に設けられる高低段エコノマイザー冷却器を間接熱交換方式にすると、冷凍装置全体で、凝縮器や蒸発器を含めて、４基の熱交換器が必要となるため、大きな設置スペースが必要になり、設備原価も高価となる。また、配管も多くなり、溶接箇所も多くなるので、工期が長期化する。
【００１７】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、二段圧縮機を備えた冷凍装置に設けられる冷却器やエコノマイザー回路の構成を簡素化し、製造費を低コストにすることを目的とする。
また、二段圧縮機を備えた冷凍装置において、運転停止後の冷凍装置の安全性を高めることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
かかる目的を達成するため、本発明のフラッシュタンクは、
冷凍装置の凝縮器と蒸発器間の冷媒循環路に介設され、凝縮器出口側の高圧下の冷媒液を受け入れ減圧して一部を気化させ、気化した冷媒ガスを二段圧縮機の中間ポートに供給する中間冷却器、及び該中間冷却器から冷媒液を受け入れ減圧して一部を気化させ、気化した冷媒ガスを低段圧縮機の圧縮途中の冷媒ガス領域に供給するエコノマイザー冷却器として用いられるフラッシュタンクにおいて、
中間冷却器として用いられる第１の閉鎖空間と、エコノマイザー冷却器として用いられる第２の閉鎖空間とが仕切壁を介して水平方向に隣接配置された一体構造のハウジングからなり、
第１の閉鎖空間から第２の閉鎖空間に冷媒液を送る第１の冷媒液管の絞り度を調節可能な第１の可変絞り機構と、該第１の可変絞り機構を操作して第１の閉鎖空間の冷媒液面レベルを調節可能な第１の冷媒液面レベル調整機構とを備え、
第２の閉鎖空間から前記蒸発器に冷媒液を送る第２の冷媒液管の絞り度を調節可能な第２の可変絞り機構と、該第２の可変絞り機構を操作して第２の閉鎖空間の冷媒液面レベルを調節可能な第２の冷媒液面レベル調整機構と、を備えているものである。
【００１９】
本発明のフラッシュタンクは、中間冷却機能をもつ第１の閉鎖空間と、エコノマイザー機能をもつ第２の閉鎖空間とを一体構造のハウジングに形成したことにより、これらが別々のハウジングに形成される場合と比べて、構成を簡素化できる。また、プレート式熱交換器を使用しないので、溶接箇所を低減でき、製造コストを低減できると共に、冷媒の漏洩問題を解消できる。さらに、第１の閉鎖空間と第２の閉鎖空間とを水平方向に隣接配置しているので、これら空間の間で冷媒液を授受するとき、高さの差によって生じる重力の影響を排除できるので、空間の間の冷媒液の授受が容易になる。
【００２０】
本発明装置において、第１の可変絞り機構又は第２の可変絞り機構が、第１の冷媒液管又は第２の冷媒液管の入口開口に設けられた可変絞り弁であり、第１の冷媒液面レベル調整機構又は第２の冷媒液面レベル調整機構が、冷媒液面に浮き、前記可変絞り弁と機械式リンク機構を介して連結され、冷媒液面レベルに応じて上下方向位置を変えて可変絞り弁を動作させ、第１の冷媒液管又は第２の冷媒液管の絞り度を調節するフロートであるとよい。
【００２１】
このように、機械式リンク機構で連結されたフロートと可変絞り弁とで、第１の閉鎖空間又は第２の閉鎖空間の冷媒液面レベルを自動調節できるので、外部に設置された制御装置による給液制御が不要となる。また、高価な電子式制御装置を用いる必要がなく、機械部品のみで構成されているので、設備コストを低減できると共に、故障の発生も低減できる。
【００２２】
本発明装置において、第１の可変絞り機構又は第２の可変絞り機構が、第１の冷媒液管又は第２の冷媒液管に設けられた流量調整弁であり、第１の冷媒液面レベル調整機構又は第２の冷媒液面レベル調整機構が、冷媒液面レベルを検出し、この検出値に基づいて前記流量調整弁の開度を調節する電子式冷媒液面レベル検出装置であるとよい。
かかる電子式冷媒液面レベル検出装置を用いることにより、中間冷却容器及びエコノマイザー容器の冷媒液面レベルを精度良く制御できる。
【００２３】
また、本発明の冷凍装置は、冷媒循環路に低段圧縮機及び高段圧縮機からなる二段圧縮機、凝縮器、減圧機構及び蒸発器が介設されて、冷凍サイクルを構成する冷凍装置であって、前記構成のフラッシュタンクが設けられているものである。
そのため、本発明の冷凍装置は、前述のフラッシュタンクによって得られる前記作用効果を得ることができ、冷凍装置の製造が容易になり、製造コストを節減できる。
【００２４】
本発明の冷凍装置において、凝縮器と中間冷却容器間の冷媒液管に、液溜器が介設され、該液溜器、第１の閉鎖空間及び第２の閉鎖空間に、前記構成の可変絞り弁及びフロートが設けられているとよい。
このように、液溜器、第１の閉鎖空間及び第２の閉鎖空間の全てに、機械式リンク機構で連動する可変絞り弁とフロートを用いれば、これら機器で自動的な給液制御を行なうことができ、外部に設置された制御装置による給液制御が不要となる。また、給液制御において、高価な電子式制御装置を用いる必要がなく、設備コストを低減できると共に、故障の発生も低減できる。
【００２５】
本発明の冷凍装置において、蒸発器が満液式蒸発器であるとよい。蒸発器に満液式蒸発器を用いると、圧縮機側には飽和状態の冷媒ガスしか供給されないので、温度式膨張弁等、自動膨張弁を用いた過熱度調整のための給液制御を必要としない。そのため、冷凍装置の構成を簡素化かつ低コスト化できる。従って、本発明の冷凍装置において、前記可変絞り弁及びフロートからなる冷媒液面レベル調整機構と満液式蒸発器とを備えるようにすれば、冷凍装置の運転制御がさらに容易になり、かつ装置構成をさらに簡素化かつ低コスト化できる。
【００２６】
また、満液式蒸発器を備えた本発明の冷凍装置を用いた本発明の運転方法は、
満液式蒸発器の冷媒ガス圧を大気圧近傍となるように設定すると共に、冷凍装置の運転停止時に冷媒液を凝縮器又はフラッシュタンクから満液式蒸発器に移送し、冷媒液を満液式蒸発器に許容限度内で最大限貯留させるようにしたものである。
【００２７】
本発明方法では、冷凍装置の運転停止時に、高圧雰囲気となる凝縮器やフラッシュタンクに貯留される冷媒液の貯留量を極力低減し、気相域が大気圧付近に維持される満液式蒸発器に冷媒液を最大限貯留させるようにする。このように、運転停止時に低圧の満液式蒸発器に冷媒液を最大限保有させることによって、冷凍装置の安全性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のフラッシュタンクによれば、冷凍装置の凝縮器と蒸発器間の冷媒循環路に介設され、凝縮器出口側の高圧下の冷媒液を受け入れ減圧して一部を気化させ、気化した冷媒ガスを二段圧縮機の中間ポートに供給する中間冷却器、及び該中間冷却器から冷媒液を受け入れ減圧して一部を気化させ、気化した冷媒ガスを低段圧縮機の圧縮途中の冷媒ガス領域に供給するエコノマイザー冷却器として用いられるフラッシュタンクにおいて、中間冷却器として用いられる第１の閉鎖空間と、エコノマイザー冷却器として用いられる第２の閉鎖空間とが仕切壁を介して水平方向に隣接配置された一体構造のハウジングからなり、第１の閉鎖空間から第２の閉鎖空間に冷媒液を送る第１の冷媒液管の絞り度を調節可能な第１の可変絞り機構と、該第１の可変絞り機構を操作して第１の閉鎖空間の冷媒液面レベルを調節可能な第１の冷媒液面レベル調整機構とを備え、第２の閉鎖空間から前記蒸発器に冷媒液を送る第２の冷媒液管の絞り度を調節可能な第２の可変絞り機構と、該第２の可変絞り機構を操作して第２の閉鎖空間の冷媒液面レベルを調節可能な第２の冷媒液面レベル調整機構と、を備えているので、フラッシュタンクの構成を簡素化でき、製造コストを節減できる。
【００２９】
また、プレート式熱交換器を用いないので、溶接箇所が少なく、工期を短縮できると共に、冷媒の漏洩問題を解消できる。さらに、中間冷却機能をもつ第１の閉鎖空間と、エコノマイザー機能をもつ第２の閉鎖空間が水平方向に隣接配置されているので、これら空間間で冷媒液の授受が容易になるフラッシュタンクを実現できる。
【００３０】
本発明の冷凍装置によれば、冷媒循環路に低段圧縮機及び高段圧縮機からなる二段圧縮機、凝縮器、減圧機構及び蒸発器が介設されて、冷凍サイクルを構成する冷凍装置であって、前記構成のフラッシュタンクが設けられているので、前記作用効果を得ることができる冷凍装置を実現できる。
【００３１】
本発明の冷凍装置の運転方法によれば、冷凍装置が満液式蒸発器を備え、満液式蒸発器の冷媒ガス圧を大気圧近傍となるように設定すると共に、冷凍装置の運転停止時に冷媒液を凝縮器又はフラッシュタンクから満液式蒸発器に移送し、冷媒液を満液式蒸発器に許容限度内で最大限貯留させるようにしたので、冷凍装置の運転停止時に、高圧雰囲気となる凝縮器やフラッシュタンクに貯留される冷媒液の貯留量を低減し、気相域が大気圧付近に維持される満液式蒸発器に冷媒液を最大限貯留できるので、運転停止時の冷凍装置の安全性を固めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の冷凍装置の第１実施形態に係る全体図である。
【図２】前記冷凍装置のフラッシュタンクの一部拡大図である。
【図３】本発明の冷凍装置の第２実施形態に係る冷媒液面レベル調整機構の説明図である。
【図４】（Ａ）は比較例としての冷凍装置の熱バランスを示す説明図であり、（Ｂ）は前記第１実施形態に係る冷凍装置の熱バランスを示す説明図である。
【図５】従来の二段圧縮式冷凍装置の全体図である。
【図６】従来の二段圧縮式冷凍装置の別な構成例を示す全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３４】
（実施形態１）
本発明方法及び装置をＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置に適用した第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。まず、図１は、本実施形態に係るＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置１０の全体構成図である。図１において、ＮＨ３冷媒が循環する主冷媒回路１２に、低段圧縮機１６及び高段圧縮機１８からなるスクリュー式二段圧縮機１４や、凝縮器２２、液溜器２４、フラッシュタンク２６、及びＣＯ２液化器２８が介設されている。二段圧縮機１４は単軸構造で、低圧圧縮機１６と高圧圧縮機１８が１個の軸に直列に接続され、モータ２０によって駆動される。
【００３５】
凝縮器２２に冷却水管路２３が設けられ、ＮＨ３冷媒ガスは、冷却水ｃで冷却され凝縮する。凝縮されたＮＨ３冷媒液ｒは、一旦液溜器２４に貯留された後、冷媒液管１２ｂを経てフラッシュタンク２６に送られる。フラッシュタンク２６のハウジング３４の内部に、中間冷却器として用いられる第１の閉鎖空間ｓ１と、エコノマイザー冷却器として用いられる第２の閉鎖空間ｓ２が形成されている。冷媒液管１２ｂが液溜器２４とフラッシュタンク２６の底面に接続されている。
【００３６】
液溜器２４の内部には、冷媒液面レベル調整機能をもつフロート３０と、冷媒液管１２ｂの入口開口に可変絞り弁３２とが設けられている。可変絞り弁３２によって、冷媒液管１２ｂを通るＮＨ３冷媒液ｒは、減圧されて、第１の閉鎖空間ｓ１に送られる。フラッシュタンク２６は、第１の閉鎖空間ｓ１と第２の閉鎖空間ｓ２とが、仕切壁３８を挟んで水平方向に隣接配置されている。
【００３７】
第１の閉鎖空間ｓ１は減圧されているので、一部のＮＨ３冷媒液が蒸発する。この際に、残りのＮＨ３冷媒液ｒから蒸発熱を奪うことで、残りのＮＨ３冷媒液を冷却する。蒸発したＮＨ３冷媒ガスは、冷却通路４４を通って二段圧縮機１４の中間ポート１２ａに送られる。
冷却通路４４から中間ポート１２ａに供給されたＮＨ３冷媒ガスは、低段圧縮機１６から吐出された一段圧縮後のＮＨ３冷媒ガスを冷却する。第１の閉鎖空間ｓ１には、冷媒液面レベル調整機能をもつフロート４０と、冷媒液管１２ｃの入口開口に配置された可変絞り弁４２とが設けられている。
【００３８】
冷媒液管１２ｃが端板３６ａと第２の閉鎖空間ｓ２の底面に接続されている。第１の閉鎖空間ｓ１のＮＨ３冷媒液ｒは、冷媒液管１２ｃに流入する際に、可変絞り弁４２で減圧されて、第２の閉鎖空間ｓ２に送られる。第２の閉鎖空間ｓ２は第１の閉鎖空間ｓ１よりさらに減圧されているので、ＮＨ３冷媒液ｒの一部が蒸発する。この際に、残りのＮＨ３冷媒液ｒから蒸発熱を奪い、残りの冷媒液を冷却する。蒸発したＮＨ３冷媒ガスは、エコノマイザー通路５０を通って低段圧縮機１６の圧縮途中領域に配置された低段エコノマイザーポート１６ａに送られる。低段エコノマイザーポート１６ａに流入したＮＨ３冷媒ガスは、低段圧縮機１６で圧縮途中のＮＨ３冷媒ガスを冷却する。
【００３９】
第２の閉鎖空間ｓ２のＮＨ３冷媒液ｒは、端板３６ｂに接続された冷媒液管１２ｄを通ってＣＯ２液化器２８に送られる。ＣＯ２液化器２８で、ＮＨ３冷媒液は、ＣＯ２循環路５４から二次冷媒として送られてくるＣＯ２冷媒液と熱交換し、吸熱して蒸発する。ＣＯ２液化器２８は、内部にＮＨ３冷媒液ｒが貯留される容器状をなし、ＮＨ３冷媒液中にＣＯ２冷媒ガスが流れる伝熱管が配置された満液式蒸発器で構成されている。
ＣＯ２液化器２８で蒸発したＮＨ３冷媒ガスは、低段圧縮機１６に送られる。一方、ＣＯ２循環路５４には受液器５６が介設されている。ＣＯ２循環路５４には、管路５８から他の用途、例えば、空調装置の空気冷却器で仕事をしたＣＯ２冷媒ガスが送られてくる。
【００４０】
受液器５６に送られたＣＯ２冷媒ガスは、ＣＯ２循環路５４を経てＣＯ２液化器２８に送られ、ＣＯ２液化器２８でＮＨ３冷媒液と熱交換して液化する。ＣＯ２液化器２８で液化したＣＯ２冷媒液ｒは、ＣＯ２循環路５４を経て受液器５６に戻り、さらに管路６０に流入し、ポンプ６２により前記空気冷却器等に送られる。また、冷凍装置１０の運転を制御するコントローラ６４が設けられている。コントローラ６４でモータ２０及びポンプ６２等の駆動を制御し、装置全体の運転を制御する。また、ＣＯ２液化器２８に設けられた冷媒液面レベル計５２の検出値をコントローラ６４に入力し、この入力値に応じて、コントローラ６４で冷凍装置１０の運転を制御することにより、ＣＯ２液化器２８の冷媒液面レベルを制御できる。
【００４１】
次に、第１の閉鎖空間ｓ１に設けられたフロート４０及び可変絞り弁４２からなる冷媒液面レベル調整機構の構成を図２により説明する。図２において、フロート４０と可変絞り弁４２とはリンクバー６６で接続されている。第１の閉鎖空間ｓ１の内側側面には一対のガイド６８が設けられ、可変絞り弁４２がガイド６８に沿って上下方向にスライド可能に装着されている。フロート４０がＮＨ３冷媒液ｒの液面レベルＬに応じて上下に移動し、フロート４０と共に、可変絞り弁４２が上下に移動して、冷媒液管１２ｃの入口開口の絞り度を変更可能にする。
【００４２】
そのため、フロート４０と可変絞り弁４２とが液面レベルＬに応じて上下方向に連動することによって、液面レベルＬを設定された液面レベルに保持できる。
液溜器２４のフロート３０と可変絞り弁３２、及びエコノマイザー容器３６のフロート４６と可変絞り弁４８も同様の構成となっている。
【００４３】
フラッシュタンク２６の第１の閉鎖空間ｓ１及び第２の閉鎖空間ｓ２の容積は、これら空間のＮＨ３冷媒ガス圧に反比例した容積に設定されている。また、冷却通路４４及びエコノマイザー通路５０の断面積は、これら通路を流れるＮＨ３冷媒ガスの流量が、空間内部のＮＨ３冷媒ガス圧に反比例した流量となるように設定されている。これによって、両空間から単位時間当たり同一質量の冷媒ガスを圧縮機側に供給できるようになっている。
【００４４】
かかる構成において、低圧圧縮機１６で圧縮途中のＮＨ３冷媒液は、エコノマイザー通路５０から送られるＮＨ３冷媒ガスで冷却され、さらに、中間ポート１２ａを通る一段圧縮後のＮＨ３冷媒ガスは、冷却通路４４から送られるＮＨ３冷媒ガスで冷却される。そのため、二段圧縮後のＮＨ３冷媒ガス温度を許容温度以下に下げることができる。また、凝縮器２２を出たＮＨ３冷媒液は、フラッシュタンク２６の第１の閉鎖空間ｓ１及び第２の閉鎖空間ｓ２で冷却されるので、冷凍装置１０のＣＯＰを向上できる。
【００４５】
冷凍装置１０では、運転中、液溜器２４、第１の閉鎖空間ｓ１及び第２の閉鎖空間ｓ２のＮＨ３冷媒液ｒの液面レベル調整は、前述の液面レベル調整機構によって調整される。また、ＣＯ２液化器２８の内部の気相域の圧力は、大気圧付近の低圧に維持される。そして、運転停止時には、ＮＨ３冷媒液を液溜器２４、第１の閉鎖空間ｓ１及び第２の閉鎖空間ｓ２からＣＯ２液化器２８に移送し、ＣＯ２液化器２８内のＮＨ３冷媒液面をレベル計５２で計測しながら、ＮＨ３冷媒液が最大許容液面レベルとなるように、コントローラ６４で制御する。
【００４６】
フラッシュタンク２６は、中間冷却機能をもつ第１の閉鎖空間ｓ１と、エコノマイザー機能をもつ第２の閉鎖空間ｓ２とを一体に形成しているので、従来のように、中間冷却器とエコノマイザー冷却器とが別々に製造される場合と比べて、構造を簡素化でき、製造コストを低減できる。また、プレート式熱交換器を使用していないので、溶接箇所等を低減でき、製造が容易になり、工期を短縮できると共に、冷媒の漏洩問題を解消できる。
さらに、第１の閉鎖空間ｓ１と第２の閉鎖空間ｓ２とを水平方向に配置し、上下方向差をなくしているので、冷媒液管１２ｃでＮＨ３冷媒液を第１の閉鎖空間ｓ１から第２の閉鎖空間ｓ２に送るとき、上下方向差によって生じる重力の影響を排除できるので、ＮＨ３冷媒液の送りが容易になる。
【００４７】
また、液溜器２４、第１の閉鎖空間ｓ１及び第２の閉鎖空間ｓ２の冷媒液面調整機構が、機械式リンク機構で連結されたフロートと可変絞り弁とで構成され、液面レベルＬに応じて上下方向に連動することによって、自動的に液面レベルＬを設定された液面レベルに保持できるので、高価な電子式液面レベル調整機構を設ける必要がない。そのため、故障の発生を低減できると共に、設備コストを低減できる。
【００４８】
また、前述のように、第１の閉鎖空間ｓ１及び第２の閉鎖空間ｓ２の容積が、これら空間のＮＨ３冷媒ガス圧に反比例した容積に設定され、かつ冷却通路４４及びエコノマイザー通路５０を流れるＮＨ３冷媒ガスの流量が、両空間のＮＨ３冷媒ガス圧に反比例した流量となるように設定されているので、両空間から単位時間当たり同一質量の冷媒ガスを圧縮機側に供給でき、これによって、冷凍装置１０の熱バランスを良好に保つことができる。
【００４９】
また、冷凍装置１０では、ＣＯ２液化器２８が満液式蒸発器で構成されているので、ＮＨ３冷媒の蒸発温度とＣＯ２冷媒の凝縮温度との間のアプローチ温度を小さくしても、熱交換効率を高くできる。また、低圧圧縮機１６には、常に飽和冷媒ガスが送られる。そのため、温度式膨張弁等、自動膨張弁を用いた過熱度調整のための給液制御を必要とせず、冷凍装置１０の構成を簡素化かつ低コスト化できる。従って、冷凍装置１０では、前記可変絞り弁及びフロートからなる冷媒液面レベル調整機構と満液式蒸発器で構成されたＣＯ２液化器２８との併設によって、運転制御機構を大幅に簡素化でき、低コスト化できる。
【００５０】
また、冷凍装置１０では、運転停止時に、ＣＯ２液化器２８内のＮＨ３冷媒液ｒが最大許容液面レベルとなるように、コントローラ６４で制御しているので、液溜器２４、第１の閉鎖空間ｓ１及び第２の閉鎖空間ｓ２に保留されるＮＨ３冷媒液量を最小量にすることができる。このように、高圧側の密閉空間に保留される冷媒液量を最小化し、内部気相圧が大気圧付近であるＣＯ２液化器２８に冷媒液を極大量保留するようにしているので、冷媒液管１２の安全性を高めることができる。
【００５１】
なお、本実施形態のフラッシュタンク２６の両端に、冷媒液の許容上限レベルを感知するレベルセンサ７０及び７１が設けられていると共に、冷却通路４４及びエコノマイザー通路５０に、電磁弁７２及び７３が介設されている。フラッシュタンク２６内の冷媒液面が許容上限レベルに達すると、レベルセンサ７０又は７１がそれを感知し、コントローラ６４に感知信号を入力する。コントローラ６４では、この感知信号を受けて、電磁弁７２及び７３を閉じる。
【００５２】
これによって、何らかの理由でフラッシュタンク２６内に冷媒液が順満したとき、冷媒液が中間ポート１２ａ又は低段エコノマイザーポート１６ａに流入するのを防止できる。フラッシュタンク２６内の冷媒液面が許容上限レベルを下回ると、一定時間後電磁弁７２及び７３を開放する。
【００５３】
（実施形態２）
次に、本発明装置の第２実施形態を図３により説明する。本実施形態は、液溜器２４、第１の閉鎖空間ｓ１又は第２の閉鎖空間ｓ２の冷媒液面レベル調整機構の別な例を示す。図３は、第２の閉鎖空間ｓ２に本実施形態の冷媒液面レベル調整機構を取り付けた場合を示す。図３において、ハウジング３４の端板３６ｂに電子式冷媒液面レベルセンサ７６が設けられ、かつ第２の閉鎖空間ｓ２から冷媒液をＣＯ２液化器２８に送る冷媒液管１２ｄに流量調整弁７８が介設されている。流量調整弁７８には、電子式弁開度可変装置７８ａが設けられている。
【００５４】
電子式冷媒液面レベルセンサ７６で第２の閉鎖空間ｓ２に貯留されたＮＨ３冷媒液ｒの液面レベルＬを検出し、この検出値に応じて電子式弁開度可変装置７８ａを作動する。これによって、液面レベルＬを設定値に保持できる。電子式冷媒液面レベルセンサ７６を用いることで、液面レベルＬを精度良く制御できる。
【実施例】
【００５５】
次に、比較例としての冷凍装置８０と、前記第１実施形態の冷凍装置１０のＣＯＰを試験により求めた結果を、図４により説明する。まず図４（Ａ）は、比較例の冷凍装置８０の構成及び冷凍装置８０を運転したときの熱バランスを示す。図４（Ａ）において、凝縮器２２の出口側主冷媒回路１２に上流側から中間冷却容器８２及びエコノマイザー容器８４が設けられている。中間冷却器８２及びエコノマイザー冷却器８４は、プレート式熱交換器による間接熱交換方式を採用している。
【００５６】
凝縮器２２の出口側で、主冷媒回路１２から分岐路８６及び８８が分岐し、分岐路８６には可変絞り弁９０が介設され、分岐路８８には可変絞り弁９２が介設されている。また、エコノマイザー冷却器８４の下流側で、主冷媒回路１２に可変絞り弁９４が介設されている。分岐路８６に分岐したＮＨ３冷媒液は、可変絞り弁９０を経て減圧され、中間冷却器８２で主冷媒回路１２を流れるＮＨ３冷媒液と熱交換し、気化する。気化したＮＨ３冷媒ガスは、＋７℃に冷却されて、中間ポート１２ａに送られる。
【００５７】
一方、主冷媒回路１２のＮＨ３冷媒液は、中間冷却器８２で１０℃に冷却され、エコノマイザー冷却器８４に達する。分岐路８８に分岐したＮＨ３冷媒液は、可変絞り弁９２を経て減圧され、エコノマイザー冷却器８４で主冷媒回路１２を流れるＮＨ３冷媒液と熱交換し、気化する。気化したＮＨ３冷媒ガスは、−２６℃に冷却して、低段エコノマイザーポート１６ａに送られる。主冷媒回路１２のＮＨ３冷媒液は−２２．６℃に冷却され、さらに絞り弁９４を経て減圧され、−３５℃の温度となってＣＯ２液化器２８に流入する。
【００５８】
図４（Ｂ）は、前記第１実施形態の冷凍装置１０を運転した時の熱バランスを示す。冷凍装置８０では、中間冷却器８２がプレート式熱交換器を用いた間接熱交換方式であるため、中間ポート１２ａに送られるＮＨ３冷媒ガスの温度まで下がらない。また、同様に、エコノマイザー冷却器８４がプレート式熱交換器を用いた間接熱交換方式であるため、低段エコノマイザーポート１６ａに送られるＮＨ３冷媒ガスの温度まで下がらない。そのため、冷凍装置１０と比べてＣＯＰが低下する。
【００５９】
また、冷凍装置８０では、プレート式熱交換器を用いているため、可変絞り弁９４を温度式膨張弁とし、この温度式膨張弁によって、ＣＯ２液化器２８の出口側冷媒ガスの過熱度を調整する必要がある。このとき、前述のように、エコノマイザー冷却器８４の出口側で冷媒液温度が設定値まで下がらないおそれがあるため、温度式膨張弁の調整が困難となる問題がある。また、プレート式熱交換器の冷媒漏洩のおそれがある。
【００６０】
冷凍装置１０では、図示のとおり、第１の閉鎖空間ｓ１の出口側及び第２の閉鎖空間ｓ２の出口側で、冷媒液温度が確実に設定値まで下がるので、ＣＯＰを向上できる。ちなみに本試験では、冷凍装置１０のＣＯＰが冷凍装置８０のＣＯＰより５．９％アップしていた。また、冷凍装置１０は、プレート式熱交換器を用いないので、冷媒漏洩のおそれが低く、かつフラッシュタンク２６を製作するとき、第１の閉鎖空間ｓ１及び第２の閉鎖空間ｓ２が一体に製作されるので、溶接工数を低減でき、製作が容易になる。また、冷凍装置８０と比べて、フラッシュタンク２６での熱効率が良いので、フラッシュタンク２６のサイズダウンが可能になり、これによるコストダウンが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、二段圧縮機を備えた冷凍装置に用いられ、中間冷却器及びエコノマイザー冷却器の機能を併せもち、一体構造をなし、製作が容易で製造コストを節減できるフラッシュタンクを実現できる。
【符号の説明】
【００６２】
１０，８０    ＮＨ３／ＣＯ２冷凍装置
１２，１０２          主冷媒回路（冷媒循環路）
１２ａ、１０２ａ      中間ポート
１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ    冷媒液管
１４，１０４          スクリュー式二段圧縮機
１６，１０６          低圧圧縮機
１６ａ、１０６ａ      低段エコノマイザーポート
１８，１０８          高圧圧縮機
２０，１１０          モータ
２２，１１２          凝縮器
２３                  冷却水管路
２４                  液溜器
２６                  フラッシュタンク
２８                  ＣＯ２液化器
３０，４０，４６      フロート
３２，４２，４８、９０，９２，９４    可変絞り弁
３４                  ハウジング
３６ａ、３６ｂ        端板
３８                  仕切壁
４４                  冷却通路
５０                  エコノマイザー通路
５２                  冷媒液面レベル計
５４                  ＣＯ２循環路
５６                  受液器
５８，６０，１０２ｂ    管路
６２                  ポンプ
６４                  コントローラ
６６                  リンクバー
６８                  ガイド
７０，７１            レベルセンサ
７２，７３            電磁弁
７６                  電子式液面レベルセンサ（電子式冷媒液面レベル検出装置）
７８                  流量調整弁
７８ａ                電子式弁開度可変装置
８２                  中間冷却器
８４                  エコノマイザー回路
８６、８８，１２４、１３４    分岐路
１００Ａ、１００Ｂ    ＮＨ３冷凍装置
１１６                蒸発器
１２０，１４０        高段エコノマイザー回路
１２２，１４２        高段エコノマイザー冷却器
１２６，１３６        膨張弁
１２８                高段エコノマイザー通路
１３０，１５０        低段エコノマイザー回路
１３２，１５２        低段エコノマイザー冷却器
１３８                低段エコノマイザー通路
Ｌ                    冷媒液面レベル
ｃ                    冷却水
ｒ                    ＮＨ３冷媒液
ｓ１                  第１の閉鎖空間
ｓ２                  第２の閉鎖空間
【図１】
2012052766.tif 000003
【図２】
2012052766.tif 000004
【図３】
2012052766.tif 000005
【図４】
2012052766.tif 000006
【図５】
2012052766.tif 000007
【図６】
2012052766.tif 000008