以下、本発明の実施形態を図面に基づ� �て詳細に説明する。なお、本実施形態では� �本発明に係るエコノマイザが用いられた多� �圧縮式冷凍装置として、二段ターボ圧縮機� �備えた二段ターボ冷凍機について説明する� �

  図1は、本発明の実施形態に係る二段タ� ��ボ冷凍機(1)の構成を模式的に示す配管系統� ��である。二段ターボ冷凍機(1)は、二段ター� ��圧縮機(21)と、凝縮器(22)と、高段側膨張弁(2 3)と、低段側膨張弁であるフロート膨張弁(25) と、蒸発器(26)とが順次冷媒配管によって順� �接続されて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う� �媒回路(20)を備えている。また、上記冷媒回� ��(20)の高段側膨張弁(23)と蒸発器(26)との間に� ��、上記フロート膨張弁(25)を備えたエコノマ イザ(24)が設けられている。そして、上記高� �側膨張弁(23)とフロート膨張弁(25)とが多段膨 張機構を構成している。

  上記二段ターボ圧縮機(21)は、低段側の� ��根車(21a)と高段側の羽根車(21b)とを備えてい る。低段側の羽根車(21a)と高段側の羽根車(21b )とは直列に接続されている。また、二段タ� �ボ圧縮機(21)には、吸入容量を制御するため� ��吸入容量制御機構(21c)と、吐出容量を制御� �るための吐出容量制御機構(21d)とが設けられ ている。上記低段側の羽根車(21a)は、低圧(PL) の冷媒を吸入して中間圧(PM)まで圧縮し、高� �側の羽根車(21b)に供給する。上記高段側の羽 根車(21b)は、中間圧(PM)の冷媒を吸入して高圧 (PH)に圧縮し、高圧(PH)のガス冷媒を吐出する� ��

  上記凝縮器(22)は、シェル(円筒銅)と、� �ェル内に配置された複数の冷却管とを備え� �所謂シェルアンドチューブ型凝縮器によっ� �構成されている。シェル内には、二段ター� �圧縮機(21)において圧縮された高圧(PH)のガス 冷媒が導入され、該ガス冷媒は、冷却管内を 流れる冷却水によって冷却される。これによ り、ガス冷媒は、冷却管の外側で凝縮し、液 となってシェルに溜まる。

  上記高段側膨張弁(23)は、吸入冷媒過熱� ��に応じて減圧量を調整することで吸入冷媒� ��熱度を一定に制御する感温式自動膨張弁に� ��って形成されている。上記凝縮器(22)におい て凝縮した液冷媒は、高段側膨張弁(23)によ� �て中間圧(PL)まで減圧され、エコノマイザ(24) に導入される。

  上記エコノマイザ(24)には、二段ターボ� ��縮機(21)の中間圧力部に接続されたガス配管 (28)が接続されている。エコノマイザ(24)は、� ��液二相状態の冷媒を気液分離する。そして� ��中間圧(PL)のガス冷媒は、上記ガス配管(28)� �介して上記二段ターボ圧縮機(21)の中間圧力� ��に導かれる一方、液冷媒は、蒸発器(26)に導 かれる。

  上記フロート膨張弁(25)は、エコノマイ� ��(24)内の液冷媒の液面高さに応じて絞り量を 調整するように構成され、上記エコノマイザ (24)に内蔵されている。つまり、上記エコノ� �イザ(24)は、気液分離された液冷媒を蒸発器( 26)に向かって流出する際に、フロート膨張弁 (25)によって減圧する。

  上記蒸発器(26)は、満液式蒸発器によっ� ��構成され、本実施形態では、所謂シェルア� ��ドチューブ型蒸発器によって構成されてい� ��。蒸発器(26)内には、エコノマイザ(24)にお� �て気液分離された液冷媒がフロート膨張弁(2 5)によって減圧されて供給される。シェル内� ��は伝熱管が設けられ、伝熱管内には被冷却� ��としての水が流れている。シェル内に供給� ��れた液冷媒は、伝熱管内の水から吸熱して� ��発し、ガスとなって二段ターボ圧縮機(21)の 吸入側に導かれる。

  次に、本発明に係るエコノマイザ(24)に� ��いて詳述する。

  図2及び図3(A)、(B)に示すように、エコノ マイザ(24)は、円筒形状の胴部と、該胴部の� �端部を閉塞する閉塞部とによって構成され� �横長のタンク(24a)を備えている。タンク(24a)� ��は、冷媒回路(20)の冷媒を導入する導入部(24 d)と、内部の液冷媒を蒸発器(26)に導くための 液出口部(24b)と、内部のガス冷媒を二段ター� ��圧縮機(21)の中間圧力部に導くためのガス出 口部(24c)とが形成されている。

  上記導入部(24d)は、タンク(24a)の長手方� ��中央部に形成されている。図3(A)に示すよう に、導入部(24d)は、タンク(24a)の内外を貫き� �タンク(24a)内において湾曲して上方に向かっ て開口する筒状体によって構成されている。

  上記液出口部(24b)は、図2に示すように� �本実施形態では2つ設けられている。2つの液 出口部(24b)は、タンク(24a)の長手方向両端部� �形成されている。液出口部(24b)は、タンク(24 a)の内外を貫き、タンク(24a)内において湾曲� �て下向きに開口する筒状体によって構成さ� �ている。

  上記ガス出口部(24c)は、本実施形態では 2つ設けられている。2つのガス出口部(24c)は� �タンク(24a)の長手方向において、導入部(24d)� ��両側方に1つずつ配置されている。また、ガ ス出口部(24c)は筒状体からなり、タンク(24a)� �上方から下方に向かって延び、先端がタン� �(24a)の上面を貫いてタンク(24a)内の上部にお� ��て開口している。

  上述したフロート膨張弁(25)は、上記液� ��口部(24b)の流入側端部に取り付けられてい� �。具体的には、上記フロート膨張弁(25)は、� ��2に示すように、筒状体からなる液出口部(24 b)の流入側端に形成された弁体(25a)と、弁体(2 5a)に接続されたフロート(25b)とを備えている� ��上記弁体(25a)は、フロート(25b)が上昇すると 、液出口部(24b)内の流路を拡げる方向に移動� ��、フロート(25b)が下降すると、液出口部(24b) 内の流路を絞る方向に移動するように構成さ れている。このような構成により、フロート 膨張弁(25)は、タンク(24a)内の液面が上昇する とその絞り量が低下し、液面が下降するとそ の絞り量が増大し、タンク(24a)内の液の流出� ��を冷媒の循環量に合わせて制御する。

  また、上記導入部(24d)と、2つの液出口� �(24b)及びフロート膨張弁(25)とのそれぞれの� �には、タンク(24a)の横断面方向に延びる2種� �の隔壁(24e,24f)が設けられている。導入部(24d) 側に設けられた第1隔壁(24e)は、図3(A)に示す� �うに、略円形の板状体で形成され、略T字状� ��切り欠きが形成されている。一方、液出口� ��(24b)側に設けられた第2隔壁(24f)は、逆T字状� ��形成された板状体で形成されている。そし� ��、上記第1隔壁(24e)と第2隔壁(24f)は、所定間� ��を存して並行に設けられ、じゃま板を構成� ��ている。

  上記タンク(24a)の内部は、第1隔壁(24e)及 び第2隔壁(24f)によって、3つの空間に区画さ� �ている。具体的に、上記タンク(24a)の内部は 、導入部(24d)が位置する中央空間と、該中央� ��間の両側方に形成され、上記液出口部(24b)� �びフロート膨張弁(25)が位置する側部空間と� ��区画されている。また、図3(B)に示すように 、液出口部(24b)の中央空間から導入部(24d)側� �側部空間を視たときに、タンク(24a)の横断面 のほとんどが第1隔壁(24e)及び第2隔壁(24f)によ って覆われている。このような構成により、 導入部(24d)から導入された冷媒がフロート膨� ��弁(25)のフロート(25b)に直接吹きかかること� ��防止できる。

  なお、上述した2つのガス出口部(24c)は� �第1隔壁(24e)及び第2隔壁(24f)よりも液出口部(2 4b)側に配置されている。つまり、ガス出口部 (24c)は、第1隔壁(24e)及び第2隔壁(24f)によって� ��ンク(24a)内に区画される3つの空間のうち、� ��入部(24d)が設けられた中央空間ではなく、� �出口部(24b)が設けられた側部空間にそれぞれ 設けられている。このようにガス出口部(24c)� ��側部空間に配置されることで、導入部(24d)� �ら導入された気液二相状態の冷媒が、直接� �ス出口部(24c)に吸入されることを防止するこ とができる。

  次に、二段ターボ冷凍機(1)の動作につ� �て説明する。

  まず、運転が開始されると、二段ター� �圧縮機(21)の低段側及び高段側の羽根車(21a,21 b)が回転し、低段側から冷媒回路(20)内の低圧 (PL)の冷媒が吸入される。このとき、吸入容� �制御機構(21c)によって吸入される冷媒容量が 調節される。そして、低段側の羽根車(21a)に� ��入された低圧(PL)の冷媒は、中間圧(PM)まで� �縮され、高段側の羽根車(21b)に供給される。 該高段側の羽根車(21b)は、中間圧(PM)の冷媒を 高圧(PH)のガス冷媒に圧縮して冷媒回路(20)に� ��出する。このとき、吐出容量制御機構(21d)� �よって吐出される冷媒容量が調節される。

  そして、二段ターボ圧縮機(21)から冷媒� ��路(20)に吐出された高圧(PH)の冷媒は、凝縮� �(22)において冷却されて凝縮する。この凝縮� ��た液冷媒は、高段側膨張弁(23)によって中間 圧(PL)まで減圧され、エコノマイザ(24)に導入� ��れる。なお、高段側膨張弁(23)は、吸入冷媒 過熱度に応じてその減圧量が調整される。こ れにより、吸入冷媒過熱度が所定値となるよ うに冷媒循環量が制御される。

  エコノマイザ(24)のタンク(24a)内では、� �入された気液二相状態の冷媒が気液分離さ� �る。そして、気液分離後のガス冷媒は、ガ� �配管(28)を介して二段ターボ圧縮機(21)の中間 圧力部に導かれる一方、液冷媒は蒸発器(26)� �へ導かれる。

  二段ターボ圧縮機(21)の中間圧力部に導� ��れた中間圧(PM)のガス冷媒は、二段ターボ圧 縮機(21)の低圧側の羽根車(21a)で圧縮された中 間圧(PM)と混合されて高段側の羽根車(21b)に流 入して圧縮される。

  一方、蒸発器(26)へ導かれる液冷媒は、� ��出口部(24b)から蒸発器(26)に向かって流出す� ��際に、液出口部(24b)に設けられたフロート� �張弁(25)によって低圧(PL)まで減圧されて、蒸 発器(26)に供給される。

  このようにしてフロート膨張弁(25)によ� ��て減圧されて蒸発器(26)に供給された低圧(PL )の冷媒は、伝熱管内の水から吸熱して蒸発� �、ガスとなって二段ターボ圧縮機(21)の吸入� ��に導かれる。そして、該ガス冷媒は、二段� ��ーボ圧縮機(21)で圧縮される。

  次に、エコノマイザ(24)の動作について� ��述する。

  上記導入部(24d)からタンク(24a)内の中央� ��間に導入された冷媒は、タンク(24a)内にお� �て中央空間から両側方の側部空間に流れる� �このとき、冷媒は両隔壁(24e,24f)やタンク(24a) 内壁面に衝突することにより、気液が分離さ れる。そして、分離した液冷媒は、両隔壁(24 e,24f)やタンク(24a)内壁面を伝って流下し、タ� ��ク(24a)内の底部に溜まる。一方、ガス冷媒� �、両隔壁(24e,24f)を通り、液出口部(24b)側の側 部空間に流れる。

  そして、タンク(24a)内の側部空間におい て、液冷媒は液出口部(24b)から蒸発器(26)に流 れる。このとき、液出口部(24b)内に形成され� ��流路は、フロート膨張弁(25)の弁体(25a)によ� ��て絞られている。そのため、液冷媒は該フ� ��ート膨張弁(25)によって減圧される。

  また、フロート膨張弁(25)は、タンク(24a )内の液冷媒の液面高さに応じてその絞り量� �調節される。つまり、液面が上昇すると、� �ロート(25b)が上昇し、弁体(25a)が液出口部(24b )内の流路がより拡がる方向に移動する。こ� �により、絞り量が低下して液冷媒の流出量� �増加し、液面の上昇速度が緩まるか又は液� �が下降する。一方、液面が下降すると、フ� �ート(25b)が下降し、弁体(25a)が液出口部(24b)� �流路をより絞る方向に移動する。これによ� �、絞り量が増加して液冷媒の流出量が減少� �、液面の下降速度が緩まるか又は液面が上� �する。この結果、上記フロート膨張弁(25)に� ��って、タンク(24a)内の液冷媒の液面高さは� �冷媒循環量に応じた絞り量が制御される。

  一方、液出口部(24b)側の側部空間におい て、ガス冷媒はガス出口部(24c)から二段ター� ��圧縮機(21)の中間圧力部に吸入される。その 際、上記ガス出口部(24c)が2つ設けられている ため、1つのガス出口部(24c)から集中的にガス 冷媒が吸引されるのではなく、2つのガス出� �部(24c)に分散されて吸引される。そのため、 ガス冷媒が吸引される際、ガス出口部(24c)付� ��はタンク(24a)内の他の部分よりも低圧とな� �が、1つしかガス出口部(24c)がない場合に比� �て、低圧の度合いを低減することができる� �そのため、液冷媒がガス出口部(24c)の下方に おいてガス出口部(24c)側へ吸引されて上昇し� ��としても、その上昇高さを抑えることがで� ��る。その結果、液冷媒がガス冷媒と共にガ� ��出口部(24c)に吸引されることを抑制するこ� �ができる。

  -実施形態の効果-
  以上より、本実施形態に係るエコノマイ� �(24)は、従来1つしか設けられていなかった液 出口部(24b)とフロート膨張弁(25)とが2つずつ� �けられている。そのため、タンク(24a)内から は、2つの液出口部(24b)を介して液冷媒が流出 することとなり、その液冷媒の流出量は2つ� �フロート膨張弁(25)によって制御されること� ��なる。これにより、1つのフロート膨張弁(25 )によって流出量を制御する場合に比べ、1つ1 つのフロート膨張弁(25)に求められる制御量� �小さくなる。従って、上記エコノマイザ(24)� ��、小型のフロート膨張弁(25)を用いることが でき、フロート膨張弁(25)の単価を大幅に抑� �ることができる。そのため、エコノマイザ(2 4)のコストを削減することができる。

  また、上記エコノマイザ(24)は、フロー� ��膨張弁(25)が2つ設けられている。そのため� �1つのフロート膨張弁(25)が不具合により作動 しなくなっても、他のフロート膨張弁(25)に� �って液冷媒の減圧及びタンク(24a)内の液面制 御を行うことができる。従って、1つのフロ� �ト膨張弁(25)に不具合が生じた場合であって� ��、二段ターボ冷凍機(1)の運転を直ちに停止� ��せることなく、部分負荷運転等により運転� ��継続させることができる。

  なお、本実施形態では、液出口部(24b)及 びフロート膨張弁(25)の個数を2つとしていた� ��、液出口部(24b)及びフロート膨張弁(25)は3つ 以上設けることとしてもよい。その場合であ っても、フロート膨張弁(25)を小型化するこ� �ができ、エコノマイザ(24)を安価に製造する� ��とができる。その一方、本実施形態では、� ��ロート膨張弁(25)の個数を2つとすることで� �フロート膨張弁(25)の小型化を図って単価を� ��幅に抑えると共に、エコノマイザ(24)のコス トをより削減することができる。

  また、上記エコノマイザ(24)は、各フロ� ��ト膨張弁(25)がタンク(24a)の長手方向におい� ��導入部(24d)の両側方に配置されている。そ� �ため、各フロート膨張弁(25)は、導入部(24d)� �間隔を存して配置される。これにより、導� �部(24d)から導入された冷媒がフロート膨張弁 (25)のフロート(25b)に吹きかかることを回避す ることができる。従って、導入された冷媒が フロート膨張弁(25)の動作に影響を及ぼして� �まうことを防止することができる。

  また、上記エコノマイザ(24)は、導入部( 24d)と2つの液出口部(24b)及びフロート膨張弁(2 5)とのそれぞれの間には、タンク(24a)の横断� �方向に延びる板状体からなる隔壁(24e,24f)が� �けられている。これにより、気液二相状態� �気液が分離されると共に、導入部(24d)から導 入された冷媒がフロート膨張弁(25)のフロー� �(25b)に直接吹きかかってフロート膨張弁(25)� �動作に影響を及ぼしてしまうことを防止す� �ことができる。

  ところで、ガス出口部(24c)からガス冷媒 が吸引される際、ガス出口部(24c)付近は周囲� ��り低圧となる。そのため、ガス出口部(24c)� �1つしか設けられていない場合、ガス出口部( 24c)付近と周囲との圧力差が大きくなり、タ� �ク(24a)内の液冷媒の液面がガス出口部(24c)付� ��で大きく上昇してしまう。そのため、ガス� ��口部(24c)から液冷媒の一部が二段圧縮機(21)� ��吸引される所謂液戻りが生じる虞があった� ��

  しかしながら、上記エコノマイザ(24)は� ��ガス出口部(24c)が2つ設けられ、タンク(24a)� �長手方向において、導入部(24d)の両側方に1� �ずつ配置されている。これにより、ガス冷� �は、1つのガス出口部(24c)から集中的にガス� �媒が吸引されるのではなく、2つのガス出口� ��(24c)に分散されて吸引される。そのため、� �ス出口部(24c)が1つしか設けられていない場� �に比べ、各ガス出口部(24c)がガス冷媒を吸引 する力は半減する。これにより、ガス出口部 (24c)付近でガス冷媒の吸引によって生じる液� ��媒の液面の上昇を抑制することができる。� ��の結果、ガス出口部(24c)から液冷媒の一部� �二段ターボ圧縮機(21)側へ吸引される所謂液� ��りを回避することができる。

  〈その他の実施形態〉
  上記実施形態では、液出口部(24b)及びフロ ート膨張弁(25)の個数を2つとしていたが、液� ��口部(24b)及びフロート膨張弁(25)は3つ以上設 けることとしてもよい。その場合であっても 、フロート膨張弁(25)を小型化することがで� �、エコノマイザ(24)を安価に製造することが� ��きる。

  また、上記実施形態では、導入部(24d)、 液出口部(24b)及びガス出口部(24c)を筒状体に� �って形成していたが、これらを単なる開口� �よって形成してもよい。

  さらに、上記実施形態では、本発明に� �るエコノマイザ(24)を備えた多段圧縮式冷凍� ��置として、二段圧縮二膨張の冷凍装置につ� ��て説明したが、本発明は、三段圧縮三段膨� ��等の多段圧縮式冷凍装置に適用してもよい� ��その際、上記エコノマイザを複数直列に配� ��する。

  なお、以上の実施形態は、本質的に好� �しい例示であって、本発明、その適用物、� �るいはその用途の範囲を制限することを意� �するものではない。