特開 2021-38898 ターボ冷凍機に使用される蒸発器、およびターボ冷凍機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-38898(P2021-38898A)

(43)【公開日】2021年3月11日

(54)【発明の名称】ターボ冷凍機に使用される蒸発器、およびターボ冷凍機

(51)【国際特許分類】

   F25B 39/02 20060101AFI20210212BHJP

   F25B 1/053 20060101ALI20210212BHJP

【ＦＩ】

   F25B39/02 P

   F25B1/053 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2019-161660(P2019-161660)

(22)【出願日】2019年9月5日

(71)【出願人】

【識別番号】503164502

【氏名又は名称】荏原冷熱システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(72)【発明者】

【氏名】福住 幸大

(57)【要約】

【課題】蒸発器の内部全体において伝熱を向上させることができる蒸発器を提供する。
【解決手段】蒸発器２は、冷媒液が導入される缶胴３１と、缶胴３１内に配置された下側伝熱管３３Ａおよび上側伝熱管３３Ｂと、少なくとも下側伝熱管３３Ａに被冷却媒体を導くための入口ポート３６と、缶胴３１内に配置され、缶胴３１の内部を第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２に区画する第１堰４１と、第１領域Ｒ１に連通する第１冷媒導入流路３９と、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルを、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低くする液面調節手段４１，４２を備えており、第２領域Ｒ２は、入口ポート３６と第１領域Ｒ１との間に位置している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターボ冷凍機に使用される蒸発器であって、
冷媒液が導入される缶胴と、
前記缶胴内に配置された下側伝熱管および上側伝熱管と、
少なくとも前記下側伝熱管に被冷却媒体を導くための入口ポートと、
前記缶胴内に配置され、前記缶胴の内部を第１領域と第２領域に区画する第１堰と、
前記第１領域に連通する第１冷媒導入流路と、
前記第２領域内の前記冷媒液の液面レベルを、前記第１領域内の前記冷媒液の液面レベルよりも低くする液面調節手段を備えており、
前記第２領域は、前記入口ポートと前記第１領域との間に位置している、蒸発器。

【請求項2】

前記蒸発器は、前記缶胴内に配置された第２堰をさらに備えており、
前記缶胴の内部は、前記第１堰および前記第２堰によって、前記第１領域、前記第２領域、および第３領域に区画されており、
前記液面調節手段は、前記第１堰および前記第２堰から少なくとも構成され、
前記第２堰の高さは、前記第１堰の高さよりも低い、請求項１に記載の蒸発器。

【請求項3】

前記蒸発器は、前記缶胴内に配置された第２堰をさらに備えており、
前記缶胴の内部は、前記第１堰および前記第２堰によって、前記第１領域、前記第２領域、および第３領域に区画されており、
前記第１堰は、該第１堰の一方の面から反対側の面に延びる第１流路を有し、
前記第２堰は、該第２堰の一方の面から反対側の面に延びる第２流路を有しており、
前記液面調節手段は、前記第１堰および前記第２堰から少なくとも構成され、
前記第２流路は、前記第１流路よりも低い位置にある、請求項１に記載の蒸発器。

【請求項4】

前記第３領域は、前記入口ポートと前記第２領域との間に位置している、請求項２または３に記載の蒸発器。

【請求項5】

前記第１堰および前記第２堰は、前記下側伝熱管および前記上側伝熱管を支持するチューブサポートを構成する、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の蒸発器。

【請求項6】

前記蒸発器は、前記第２領域に連通する第２冷媒導入流路をさらに備えており、
前記液面調節手段は、前記第１冷媒導入流路および前記第２冷媒導入流路から構成されており、
前記第２冷媒導入流路の少なくとも一部の断面積は、前記第１冷媒導入流路の少なくとも一部の断面積よりも小さい、請求項１に記載の蒸発器。

【請求項7】

前記第１領域の上方に配置された第１冷媒液散布ノズルと、
前記第２領域の上方に配置された第２冷媒液散布ノズルをさらに備えており、
前記第２冷媒液散布ノズルの開口面積は、前記第１冷媒液散布ノズルの開口面積よりも大きい、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の蒸発器。

【請求項8】

ターボ冷凍機に使用される蒸発器であって、
冷媒液が導入される缶胴と、
前記缶胴内に配置された下側伝熱管および上側伝熱管と、
少なくとも前記下側伝熱管に被冷却媒体を導くための入口ポートと、
前記缶胴内に配置され、前記缶胴の内部を第１領域と第２領域に区画する第１堰と、
前記第１領域に連通する第１冷媒導入流路と、
前記第２領域内の前記冷媒液の液面レベルを、前記第１領域内の前記冷媒液の液面レベルよりも低くする液面調節手段と、
前記第１領域の上方に配置された第１冷媒液散布ノズルと、
前記第２領域の上方に配置された第２冷媒散布ノズルを備えており、
前記第１領域は、前記入口ポートと前記第２領域との間に位置しており、
前記第２冷媒液散布ノズルの開口面積は、前記第１冷媒液散布ノズルの開口面積よりも大きい、蒸発器。

【請求項9】

前記蒸発器は、前記缶胴内に配置された第２堰をさらに備えており、
前記缶胴の内部は、前記第１堰および前記第２堰によって、前記第１領域、前記第２領域、および第３領域に区画されており、
前記液面調節手段は、前記第１堰および前記第２堰から少なくとも構成され、
前記第２堰の高さは、前記第１堰の高さよりも低い、請求項８に記載の蒸発器。

【請求項10】

前記蒸発器は、前記缶胴内に配置された第２堰をさらに備えており、
前記缶胴の内部は、前記第１堰および前記第２堰によって、前記第１領域、前記第２領域、および第３領域に区画されており、
前記第１堰は、該第１堰の一方の面から反対側の面に延びる第１流路を有し、
前記第２堰は、該第２堰の一方の面から反対側の面に延びる第２流路を有しており、
前記液面調節手段は、前記第１堰および前記第２堰から少なくとも構成され、
前記第２流路は、前記第１流路よりも低い位置にある、請求項８に記載の蒸発器。

【請求項11】

前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域との間に位置している、請求項９または１０に記載の蒸発器。

【請求項12】

前記第１堰および前記第２堰は、前記下側伝熱管および前記上側伝熱管を支持するチューブサポートを構成する、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の蒸発器。

【請求項13】

前記蒸発器は、前記第２領域に連通する第２冷媒導入流路をさらに備えており、
前記液面調節手段は、前記第１冷媒導入流路および前記第２冷媒導入流路から構成されており、
前記第２冷媒導入流路の少なくとも一部の断面積は、前記第１冷媒導入流路の少なくとも一部の断面積よりも小さい、請求項８に記載の蒸発器。

【請求項14】

ターボ冷凍機に使用される蒸発器であって、
冷媒液が導入される缶胴と、
前記缶胴内に配置された下側伝熱管および上側伝熱管と、
少なくとも前記下側伝熱管に被冷却媒体を導くための入口ポートと、
前記缶胴内に配置され、前記缶胴の内部を第１領域、第２領域、および第３領域に区画する第１堰および第２堰と、
前記第１領域に連通する第１冷媒導入流路と、
前記第３領域の上方に配置された冷媒液散布ノズルを備えており、
前記第１領域は、前記第２領域と前記第３領域との間に位置しており、
前記第１領域と前記第２領域は、前記入口ポートと前記第３領域との間に位置している、蒸発器。

【請求項15】

前記第１堰および前記第２堰は、前記下側伝熱管および前記上側伝熱管を支持するチューブサポートを構成する、請求項１４に記載の蒸発器。

【請求項16】

冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮された冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液を生成する凝縮器と、
前記冷媒液を蒸発させて前記冷媒蒸気を生成する、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の蒸発器を備えている、ターボ冷凍機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠心式圧縮機を備えたターボ冷凍機に使用される蒸発器に関し、特に缶胴内に配置された伝熱管群を流れる被冷却流体（例えば冷水）と、缶胴内の冷媒液との間で熱交換を行う満液式の蒸発器に関する。また、本発明は、そのような蒸発器を備えたターボ冷凍機に関する。

【背景技術】

【0002】

ターボ冷凍機の蒸発器には、満液式の蒸発器が多く採用されている。このタイプの蒸発器は、缶胴内に配置された伝熱管群を流れる被冷却流体（例えば冷水）と、缶胴内の冷媒液との間で熱交換を行うように構成されている。より具体的には、冷媒液を伝熱管群の中ほどまで溜め、下側の伝熱管において冷媒液を沸騰させ、吹き上げられた冷媒液滴を、上側の伝熱管に接触させるように構成されている。

【0003】

缶胴内の冷媒液の液面レベルが高くなると伝熱が良くなるが、液面レベルを上げすぎると、圧縮機に接続された吸込み管に冷媒液滴が進入し、冷媒液滴が冷媒蒸気とともに圧縮機に吸い込まれてしまう。また、蒸発器内に充填される冷媒液の量が多くなりコストアップになる。その一方で、冷媒液の液面レベルを低くすると、伝熱が悪くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−８５０４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、特許文献１のように、蒸発器内圧や温度を指標にして冷媒液の液面レベルを最適に制御する方法が提案されている。しかしながら、一般に蒸発器はその長手方向において温度分布があり、冷媒液の沸騰の仕方が場所によって異なる。すなわち、被冷却流体の入口側では冷媒液と被冷却流体との温度差が大きく、冷媒液は激しく沸騰するが、被冷却流体の反入口側（ターン側または出口側）では、冷媒液と被冷却流体との温度差は小さく、冷媒液の沸騰は弱くなる。このように、被冷却流体の入口側と反入口側では、冷媒液の沸騰の激しさが異なり、蒸発器全体で最適な液面レベルにすることはできなかった。

【0006】

そこで、本発明は、蒸発器の内部全体において伝熱を向上させることができる蒸発器を提供する。また、本発明は、そのような蒸発器を備えたターボ冷凍機を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一態様では、ターボ冷凍機に使用される蒸発器であって、冷媒液が導入される缶胴と、前記缶胴内に配置された下側伝熱管および上側伝熱管と、少なくとも前記下側伝熱管に被冷却媒体を導くための入口ポートと、前記缶胴内に配置され、前記缶胴の内部を第１領域と第２領域に区画する第１堰と、前記第１領域に連通する第１冷媒導入流路と、前記第２領域内の前記冷媒液の液面レベルを、前記第１領域内の前記冷媒液の液面レベルよりも低くする液面調節手段を備えており、前記第２領域は、前記入口ポートと前記第１領域との間に位置している、蒸発器が提供される。
本発明によれば、第２領域内では冷凍液は沸騰し、多くの冷媒液滴を上側伝熱管に接触させることができる。入口ポートから離れた第１領域内では、第２領域に比べて冷媒液の沸騰は弱いが、冷媒液の液面レベルは高いので、沸騰によって吹き上げられた多くの冷媒液を上側伝熱管に接触させることができる。結果として、第１領域および第２領域の両方において伝熱が向上できる。

【0008】

一態様では、前記蒸発器は、前記缶胴内に配置された第２堰をさらに備えており、前記缶胴の内部は、前記第１堰および前記第２堰によって、前記第１領域、前記第２領域、および第３領域に区画されており、前記液面調節手段は、前記第１堰および前記第２堰から少なくとも構成され、前記第２堰の高さは、前記第１堰の高さよりも低い。
一態様では、前記蒸発器は、前記缶胴内に配置された第２堰をさらに備えており、前記缶胴の内部は、前記第１堰および前記第２堰によって、前記第１領域、前記第２領域、および第３領域に区画されており、前記第１堰は、該第１堰の一方の面から反対側の面に延びる第１流路を有し、前記第２堰は、該第２堰の一方の面から反対側の面に延びる第２流路を有しており、前記液面調節手段は、前記第１堰および前記第２堰から少なくとも構成され、前記第２流路は、前記第１流路よりも低い位置にある。
一態様では、前記第３領域は、前記入口ポートと前記第２領域との間に位置している。

【0009】

一態様では、前記第１堰および前記第２堰は、前記下側伝熱管および前記上側伝熱管を支持するチューブサポートを構成する。
一態様では、前記蒸発器は、前記第２領域に連通する第２冷媒導入流路をさらに備えており、前記液面調節手段は、前記第１冷媒導入流路および前記第２冷媒導入流路から構成されており、前記第２冷媒導入流路の少なくとも一部の断面積は、前記第１冷媒導入流路の少なくとも一部の断面積よりも小さい。
一態様では、前記第１領域の上方に配置された第１冷媒液散布ノズルと、前記第２領域の上方に配置された第２冷媒液散布ノズルをさらに備えており、前記第２冷媒液散布ノズルの開口面積は、前記第１冷媒液散布ノズルの開口面積よりも大きい。

【0010】

一態様では、ターボ冷凍機に使用される蒸発器であって、冷媒液が導入される缶胴と、前記缶胴内に配置された下側伝熱管および上側伝熱管と、少なくとも前記下側伝熱管に被冷却媒体を導くための入口ポートと、前記缶胴内に配置され、前記缶胴の内部を第１領域と第２領域に区画する第１堰と、前記第１領域に連通する第１冷媒導入流路と、前記第２領域内の前記冷媒液の液面レベルを、前記第１領域内の前記冷媒液の液面レベルよりも低くする液面調節手段と、前記第１領域の上方に配置された第１冷媒液散布ノズルと、前記第２領域の上方に配置された第２冷媒散布ノズルを備えており、前記第１領域は、前記入口ポートと前記第２領域との間に位置しており、前記第２冷媒液散布ノズルの開口面積は、前記第１冷媒液散布ノズルの開口面積よりも大きい、蒸発器が提供される。
本発明によれば、第２領域での冷媒液の散布流量は、第１領域での冷媒液の散布流量よりも高いので、下側伝熱管内の被冷却流体の温度勾配を補うことができる。結果として、第１領域および第２領域において伝熱が向上できる。

【0011】

一態様では、前記蒸発器は、前記缶胴内に配置された第２堰をさらに備えており、前記缶胴の内部は、前記第１堰および前記第２堰によって、前記第１領域、前記第２領域、および第３領域に区画されており、前記液面調節手段は、前記第１堰および前記第２堰から少なくとも構成され、前記第２堰の高さは、前記第１堰の高さよりも低い。
一態様では、前記蒸発器は、前記缶胴内に配置された第２堰をさらに備えており、前記缶胴の内部は、前記第１堰および前記第２堰によって、前記第１領域、前記第２領域、および第３領域に区画されており、前記第１堰は、該第１堰の一方の面から反対側の面に延びる第１流路を有し、前記第２堰は、該第２堰の一方の面から反対側の面に延びる第２流路を有しており、前記液面調節手段は、前記第１堰および前記第２堰から少なくとも構成され、前記第２流路は、前記第１流路よりも低い位置にある。
一態様では、前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域との間に位置している。

【0012】

一態様では、前記第１堰および前記第２堰は、前記下側伝熱管および前記上側伝熱管を支持するチューブサポートを構成する。
一態様では、前記蒸発器は、前記第２領域に連通する第２冷媒導入流路をさらに備えており、前記液面調節手段は、前記第１冷媒導入流路および前記第２冷媒導入流路から構成されており、前記第２冷媒導入流路の少なくとも一部の断面積は、前記第１冷媒導入流路の少なくとも一部の断面積よりも小さい。

【0013】

一態様では、ターボ冷凍機に使用される蒸発器であって、冷媒液が導入される缶胴と、前記缶胴内に配置された下側伝熱管および上側伝熱管と、少なくとも前記下側伝熱管に被冷却媒体を導くための入口ポートと、前記缶胴内に配置され、前記缶胴の内部を第１領域、第２領域、および第３領域に区画する第１堰および第２堰と、前記第１領域に連通する第１冷媒導入流路と、前記第３領域の上方に配置された冷媒液散布ノズルを備えており、前記第１領域は、前記第２領域と前記第３領域との間に位置しており、前記第１領域と前記第２領域は、前記入口ポートと前記第３領域との間に位置している、蒸発器が提供される。
本発明によれば、第１堰、第２堰、および冷媒液散布ノズルの組み合わせによって、下側伝熱管内の被冷却流体の温度勾配を補うことができる。結果として、第１領域、第２領域、および第３領域において伝熱が向上できる。

【0014】

一態様では、前記第１堰および前記第２堰は、前記下側伝熱管および前記上側伝熱管を支持するチューブサポートを構成する。

【0015】

一態様では、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮された冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液を生成する凝縮器と、前記冷媒液を蒸発させて前記冷媒蒸気を生成する上記蒸発器を備えている、ターボ冷凍機が提供される。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、蒸発器の内部全体において伝熱を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ターボ冷凍機の一実施形態を示す模式図である。

【図2】一実施形態に係る蒸発器の内部を模式的に示す断面図である。

【図3】他の実施形態に係る蒸発器の内部を模式的に示す断面図である。

【図4】第１堰の正面図である。

【図5】第２堰の正面図である。

【図6】さらに他の実施形態に係る蒸発器の内部を模式的に示す断面図である。

【図7】さらに他の実施形態に係る蒸発器の内部を模式的に示す断面図である。

【図8】さらに他の実施形態に係る蒸発器の内部を模式的に示す断面図である。

【図9】さらに他の実施形態に係る蒸発器の内部を模式的に示す断面図である。

【図10】さらに他の実施形態に係る蒸発器の内部を模式的に示す断面図である。

【図11】ターボ冷凍機の一実施形態を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、ターボ冷凍機の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、ターボ冷凍機は、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機１と、圧縮された冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液を生成する凝縮器３と、冷媒液を蒸発させて冷媒蒸気を生成する蒸発器２を備えている。圧縮機１の吸込口は、冷媒配管４Ａによって蒸発器２に連結されている。圧縮機１の吐出し口は、冷媒配管４Ｂによって凝縮器３に連結されている。凝縮器３から蒸発器２に延びる冷媒配管４Ｃには膨張弁２１が取り付けられている。膨張弁２１は、その開度が調整可能に構成されており、例えば開度可変な電動弁から構成されている。

【0019】

本実施形態では、圧縮機１は、単段遠心式圧縮機から構成されている。より具体的には、圧縮機１は、単段の羽根車１１と、羽根車１１を回転させる電動機１３を備えている。圧縮機１の吸込口には、冷媒蒸気の羽根車１１への吸込流量を調整するガイドベーン１６が配置されている。ガイドベーン１６は羽根車１１の吸込側に位置している。ガイドベーン１６は放射状に配置されており、各ガイドベーン１６が自身の軸心を中心として互いに同期して所定の角度だけ回転することにより、ガイドベーン１６の開度が変更される。蒸発器２から送られた冷媒蒸気は、ガイドベーン１６を通過し、その後、回転する羽根車１１によって昇圧される。昇圧された冷媒蒸気は、冷媒配管４Ｂを通って凝縮器３に送られる。

【0020】

蒸発器２は、被冷却流体（例えば冷水）から熱を奪って冷媒液が蒸発して冷凍効果を発揮する。圧縮機１は、蒸発器２で生成された冷媒蒸気を圧縮し、凝縮器３は、圧縮された冷媒蒸気を冷却流体（例えば冷却水）で冷却して凝縮させることで、冷媒液を生成する。冷媒液は、膨張弁２１を通過することによって減圧される。減圧された冷媒液は、蒸発器２に送られる。このように、ターボ冷凍機は、冷媒を封入したクローズドシステムとして構成される。

【0021】

図２は、一実施形態に係る蒸発器２の内部を模式的に示す断面図である。蒸発器２は、冷媒液が導入される缶胴３１と、缶胴３１内に配置された伝熱管３３と、伝熱管３３に被冷却媒体を導くための入口ポート３６と、缶胴３１内に配置され、缶胴３１の内部を第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２に区画する第１堰４１と、第１領域Ｒ１に連通する第１冷媒導入流路３９を備えている。第２領域Ｒ２は、入口ポート３６と第１領域Ｒ１との間に位置している。

【0022】

蒸発器２は、缶胴３１内に配置された第２堰４２をさらに備えている。缶胴３１の内部は、第１堰４１および第２堰４２によって、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３に区画されている。第１堰４１は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間に配置され、第２堰４２は、第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との間に配置されている。第３領域Ｒ３は、入口ポート３６と第２領域Ｒ２との間に位置している。第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３は、入口ポート側から、第３領域Ｒ３、第２領域Ｒ２、および第１領域Ｒ１の順に並んでいる。

【0023】

伝熱管３３は、入口ポート３６に連結された下側伝熱管３３Ａと、被冷却媒体の出口ポート３７に連結された上側伝熱管３３Ｂを備えている。下側伝熱管３３Ａは、上側伝熱管３３Ｂの下方に位置している。下側伝熱管３３Ａと、上側伝熱管３３Ｂは、反入口ポート側で連結されている。冷水などの被冷却流体は、入口ポート３６を通って下側伝熱管３３Ａに導入され、下側伝熱管３３Ａ内を流れる。さらに、被冷却流体は、下側伝熱管３３Ａから上側伝熱管３３Ｂに移動し、上側伝熱管３３Ｂ内を流れ、そして、出口ポート３７を通って蒸発器２から流出する。

【0024】

本実施形態では、下側伝熱管３３Ａは１パス目の伝熱管であり、上側伝熱管３３Ｂは２パス目の伝熱管であるが、本発明は本実施形態には限定されない。一実施形態では、下側伝熱管３３Ａおよび上側伝熱管３３Ｂの両方は、１パス目の伝熱管であってもよい。この場合は、入口ポート３６は、下側伝熱管３３Ａおよび上側伝熱管３３Ｂの両方に連結され、出口ポート３７は入口ポート３６とは反対側に位置する。さらに、一実施形態では、伝熱管３３は、下側伝熱管３３Ａおよび上側伝熱管３３Ｂに加え、３パス目以上の伝熱管をさらに備えてもよい。

【0025】

下側伝熱管３３Ａおよび上側伝熱管３３Ｂは、第１堰４１および第２堰４２を貫通して延びており、かつ第１堰４１および第２堰４２によって支持されている。すなわち、第１堰４１および第２堰４２は、これら伝熱管３３Ａ，３３Ｂを保持するチューブサポートを構成する。第１堰４１および第２堰４２は、下側伝熱管３３Ａおよび上側伝熱管３３Ｂを隙間なく保持しており、第１堰４１および第２堰４２は、冷媒液の流通を許容しないように構成されている。第１堰４１および第２堰４２は、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルを、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低くする液面調節手段として機能する。より具体的には、第２堰４２の高さは、第１堰４１の高さよりも低い。

【0026】

第１冷媒導入流路３９は、凝縮器３に連結された冷媒配管４Ｃ（図１参照）に接続されている。凝縮器３内で生成された冷媒液は、冷媒配管４Ｃを流れて第１冷媒導入流路３９に導入され、第１冷媒導入流路３９を通って第１領域Ｒ１内に流入する。冷媒液は、第１領域Ｒ１内を満たし、やがて第１堰４１の上端から溢れ出る。第１堰４１を溢れ出た冷媒液は、第２領域Ｒ２に流れ込み、第２領域Ｒ２を満たす。やがて、第２領域Ｒ２内の冷媒液は、第２堰４２の上端から溢れ出て、第３領域Ｒ３内に流入する。第２堰４２の高さは、第１堰４１の高さよりも低いので、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルは、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低く、第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルは、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルよりも低い。

【0027】

下側伝熱管３３Ａは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３内の冷媒液に浸漬されている。すなわち、下側伝熱管３３Ａは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルよりも低い位置にある。上側伝熱管３３Ｂは、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルよりも高い位置にあり、かつ第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低い位置にある。一実施形態では、上側伝熱管３３Ｂは、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも高い位置にあってもよい。

【0028】

伝熱管３３内を流れる被冷却流体の温度は、缶胴３１内の冷媒液との熱交換により、徐々に低下する。すなわち、第３領域Ｒ３内を延びる下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度は、第２領域Ｒ２内を延びる下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度よりも高い。したがって、第３領域Ｒ３内の冷媒液は、下側伝熱管３３Ａ内を流れる被冷却流体との熱交換により激しく沸騰する。沸騰によって吹き上げられた冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂに接触し、上側伝熱管３３Ｂ内を流れる被冷却流体によって加熱され、蒸発する。このようにして、冷媒液は、第３領域Ｒ３内において２段階で加熱されて冷媒蒸気となる。

【0029】

第２領域Ｒ２内の冷媒液は、下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体との熱交換により沸騰する。第２領域Ｒ２内の下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度は、第３領域Ｒ３での熱交換の結果、ある程度低下しているので、第２領域Ｒ２内の冷媒液の沸騰は、第３領域Ｒ３での沸騰よりは激しくない。しかしながら、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルは、第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルよりも高いので、沸騰によって吹き上げられた冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂに接触しやすい。上側伝熱管３３Ｂに接触した冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂ内を流れる被冷却流体によって加熱され、蒸発する。このようにして、冷媒液は、第２領域Ｒ２内において２段階で加熱されて冷媒蒸気となる。

【0030】

第１領域Ｒ１内の冷媒液は、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３と同じように、下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体との熱交換により沸騰する。第１領域Ｒ１内の下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度は、第３領域Ｒ３および第２領域Ｒ２での熱交換の結果、さらに低下しているので、第１領域Ｒ１内の冷媒液の沸騰は、第２領域Ｒ２での沸騰よりは激しくない。しかしながら、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルは、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルよりも高く、上側伝熱管３３Ｂは第１領域Ｒ１内の冷媒液中に浸漬している。したがって、上側伝熱管３３Ｂに接触した冷媒液は、上側伝熱管３３Ｂ内を流れる被冷却流体によって加熱され、蒸発する。このようにして、冷媒液は、第１領域Ｒ１内において２段階で加熱されて冷媒蒸気となる。

【0031】

このように、本実施形態によれば、入口ポート３６に近い第３領域Ｒ３内で冷凍液は最も激しく沸騰し、多くの冷媒液滴を上側伝熱管３３Ｂに接触させることができる。第２領域Ｒ２内では、第３領域Ｒ３に比べて冷媒液の沸騰は弱いが、冷媒液の液面レベルは高いので、沸騰によって吹き上げられた多くの冷媒液滴を上側伝熱管３３Ｂに接触させることができる。さらに、入口ポート３６から離れた第１領域Ｒ１内では、冷媒液の沸騰は弱いが、冷媒液の液面レベルは高いので、多くの冷媒液を上側伝熱管３３Ｂに接触させることができる。したがって、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３において伝熱が向上できる。

【0032】

本実施形態では、缶胴３１の内部は、第１堰４１および第２堰４２によって３つの領域、すなわち第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３に区画されているが、本発明は本実施形態に限定されない。一実施形態では、缶胴３１の内部は、第１堰４１によって第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２のみに区画されてもよいし、他の実施形態では、缶胴３１の内部は、３つまたはそれよりも多い堰により、４つまたはそれよりも多い領域に区画されてもよい。

【0033】

図３は、他の実施形態に係る蒸発器２の内部を模式的に示す断面図であり、図４は図３のＡ−Ａ線断面図であり、図５は図３のＢ−Ｂ線断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図２に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

【0034】

第１堰４１は、該第１堰４１の一方の面から反対側の面に延びる第１流路４１ａを有し、第２堰４２は、該第２堰４２の一方の面から反対側の面に延びる第２流路４２ａを有している。第２流路４２ａは、第１流路４１ａよりも低い位置にある。第１堰４１および第２堰４２の高さは、缶胴３１内に保持されている冷媒液の液面レベルよりも高い。第１堰４１および第２堰４２の高さは、同じであってもよい。

【0035】

第１冷媒導入流路３９を通じて第１流路４１ａ内に導入された冷媒液は、第１堰４１の第１流路４１ａを通って第２領域Ｒ２に流入し、さらに第２堰４２の第２流路４２ａを通って第１領域Ｒ１に流入する。第２流路４２ａの位置は、第１流路４１ａの位置よりも低いので、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルは第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低く、かつ第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルは第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルよりも低い。本実施形態では、液面調節手段は、第１流路４１ａを有する第１堰４１、および第２流路４２ａを有する第２堰４２から少なくとも構成されている。

【0036】

本実施形態では、第１流路４１ａは、図４に示すように、第１堰４１の両側に形成された切り欠きであり、第２流路４２ａは、図５に示すように、第２堰４２の両側に形成された切り欠きである。一実施形態では、第１流路４１ａは、第１堰４１の上縁に形成された切り欠きであってもよい。同様に、第２流路４２ａは、第２堰４２の上縁に形成された切り欠きであってもよい。さらに、一実施形態では、第１流路４１ａは、第１堰４１を貫通する通孔であってもよい。同様に、第２流路４２ａは、第２堰４２を貫通する通孔であってもよい。

【0037】

図６は、さらに他の実施形態に係る蒸発器２の内部を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図２に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、第１堰４１および第２堰４２に加えて、下側伝熱管３３Ａおよび上側伝熱管３３Ｂを保持するチューブサポート４８，４９が設けられている。チューブサポート４８，４９は、通孔４８ａ，４９ａを有しており、冷媒液を堰き止める機能はない。第１堰４１および第２堰４２の構成は、図２に示す実施形態と同じである。第１堰４１および第２堰４２の構成は、図３乃至図５に示す実施形態と同じであってもよい。

【0038】

図７は、さらに他の実施形態に係る蒸発器２の内部を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図２に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。蒸発器２は、第２領域Ｒ２に連通する第２冷媒導入流路４５を備えている。第２冷媒導入流路４５は第１冷媒導入流路３９に接続されている。第２冷媒導入流路４５の少なくとも一部の断面積は、第１冷媒導入流路３９の少なくとも一部の断面積よりも小さい。第１堰４１および第２堰４２は、冷媒液の液面レベルよりも高く、冷媒液は第１堰４１および第２堰４２を越流しない。

【0039】

第２冷媒導入流路４５を通って第２領域Ｒ２に流入する冷媒液の流量は、第１冷媒導入流路３９を通って第１領域Ｒ１に流入する冷媒液の流量よりも低い。したがって、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルは、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低い。第１冷媒導入流路３９および第２冷媒導入流路４５は、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルを、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低くする液面調節手段を構成する。

【0040】

蒸発器２は、第３領域Ｒ３に連通する第３冷媒導入流路４６をさらに備えている。第３冷媒導入流路４６は第２冷媒導入流路４５に接続されている。第３冷媒導入流路４６の少なくとも一部の断面積は、第２冷媒導入流路４５の少なくとも一部の断面積よりも小さい。第３冷媒導入流路４６を通って第３領域Ｒ３に流入する冷媒液の流量は、第２冷媒導入流路４５を通って第２領域Ｒ２に流入する冷媒液の流量よりも低い。したがって、第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルは、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルよりも低い。第２冷媒導入流路４５および第３冷媒導入流路４６は、第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルを、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルよりも低くする液面調節手段を構成する。

【0041】

図８は、さらに他の実施形態に係る蒸発器２の内部を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図２に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。蒸発器２は、第１領域Ｒ１の上方に配置された第１冷媒液散布ノズル５１と、第２領域Ｒ２の上方に配置された第２冷媒液散布ノズル５２をさらに備えている。第１冷媒液散布ノズル５１および第２冷媒液散布ノズル５２は、冷媒配管４Ｃ（図１参照）に接続された冷媒液移送ライン５５に連結されている。

【0042】

冷媒液は、冷媒液移送ライン５５を通って、第１冷媒液散布ノズル５１および第２冷媒液散布ノズル５２に供給される。第２冷媒液散布ノズル５２の開口面積は、第１冷媒液散布ノズル５１の開口面積よりも大きい。したがって、第２冷媒液散布ノズル５２から第２領域Ｒ２に散布される冷媒液の流量は、第１冷媒液散布ノズル５１から第１領域Ｒ１に散布される冷媒液の流量よりも高い。

【0043】

図２に示す実施形態で説明したように、第２領域Ｒ２で蒸発によって吹き上げられる冷媒液滴の量は、第１領域Ｒ１で蒸発によって吹き上げられる冷媒液滴の量よりも多いが、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルは第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低い。このため、第２領域Ｒ２で吹き上げられた冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂに接触しにくい。その一方で、第２冷媒液散布ノズル５２は、第１冷媒液散布ノズル５１から第１領域Ｒ１に散布される冷媒液の流量よりも高い流量で、冷媒液を第２領域Ｒ２に散布するので、第２領域Ｒ２での伝熱が向上できる。さらに、図２と図８とを比較すると分かるように、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２に貯留される冷媒液の量を少なくすることができる（すなわち、液面レベルを低くすることができる）。

【0044】

蒸発器２は、第３領域Ｒ３の上方に配置された第３冷媒液散布ノズル５３をさらに備えている。第３冷媒液散布ノズル５３は、冷媒液移送ライン５５に連結されている。冷媒液は、冷媒液移送ライン５５を通って、第３冷媒液散布ノズル５３に供給される。第３冷媒液散布ノズル５３の開口面積は、第２冷媒液散布ノズル５２の開口面積よりも大きい。したがって、第３冷媒液散布ノズル５３から第３領域Ｒ３に散布される冷媒液の流量は、第２冷媒液散布ノズル５２から第２領域Ｒ２に散布される冷媒液の流量よりも高い。

【0045】

第３領域Ｒ３で蒸発によって吹き上げられる冷媒液滴の量は、第２領域Ｒ２で蒸発によって吹き上げられる冷媒液滴の量よりも多いが、第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルは第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルよりも低い。このため、第３領域Ｒ３で吹き上げられた冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂに接触しにくい。その一方で、第３冷媒液散布ノズル５３は、第２冷媒液散布ノズル５２から第２領域Ｒ２に散布される冷媒液の流量よりも高い流量で、冷媒液を第３領域Ｒ３に散布するので、第３領域Ｒ３での伝熱が向上できる。さらに、図２と図８とを比較すると分かるように、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３に貯留される冷媒液の量を少なくすることができる（すなわち、液面レベルを低くすることができる）。

【0046】

本実施形態によれば、堰４１，４２と、冷媒散布ノズル５１，５２，５３との組み合わせにより、蒸発器２全体での伝熱を均一化でき、蒸発器２全体での伝熱を向上させることができる。図８に示す本実施形態は、図３乃至図７に示す実施形態に適用することができる。

【0047】

図９は、さらに他の実施形態に係る蒸発器２の内部を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図２に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。蒸発器２は、缶胴３１内に配置され、缶胴３１の内部を第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２に区画する第１堰４１と、第１領域Ｒ１に連通する第１冷媒導入流路３９を備えている。第１領域Ｒ１は、入口ポート３６と第２領域Ｒ２との間に位置している。すなわち、第１領域Ｒ１は、入口ポート３６に隣接している。

【0048】

蒸発器２は、缶胴３１内に配置された第２堰４２をさらに備えており、缶胴３１の内部は、第１堰４１および第２堰４２によって、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３に区画されている。第３領域Ｒ３は、第２領域Ｒ２に隣接しており、第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１と第３領域Ｒ３との間に位置している。第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３は、入口ポート側から、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３の順に並んでいる。

【0049】

下側伝熱管３３Ａおよび上側伝熱管３３Ｂは、第１堰４１および第２堰４２を貫通して延びており、かつ第１堰４１および第２堰４２によって支持されている。すなわち、第１堰４１および第２堰４２は、これら伝熱管３３Ａ，３３Ｂを保持するチューブサポートを構成する。第１堰４１および第２堰４２は、下側伝熱管３３Ａおよび上側伝熱管３３Ｂを隙間なく保持しており、第１堰４１および第２堰４２は、冷媒液の流通を許容しないように構成されている。第１堰４１および第２堰４２は、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルを、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低くする液面調節手段として機能する。より具体的には、第２堰４２の高さは、第１堰４１の高さよりも低い。

【0050】

第１冷媒導入流路３９は、凝縮器３に連結された冷媒配管４Ｃ（図１参照）に接続されている。凝縮器３内で生成された冷媒液は、冷媒配管４Ｃを流れて第１冷媒導入流路３９に導入され、第１冷媒導入流路３９を通って第１領域Ｒ１内に流入する。冷媒液は、第１領域Ｒ１内を満たし、やがて第１堰４１の上端から溢れ出る。第１堰４１を溢れ出た冷媒液は、第２領域Ｒ２に流れ込み、第２領域Ｒ２を満たす。やがて、第２領域Ｒ２内の冷媒液は、第２堰４２の上端から溢れ出て、第３領域Ｒ３内に流入する。第２堰４２の高さは、第１堰４１の高さよりも低いので、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルは、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低く、第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルは、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルよりも低い。

【0051】

下側伝熱管３３Ａは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３内の冷媒液に浸漬されている。すなわち、下側伝熱管３３Ａは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルよりも低い位置にある。上側伝熱管３３Ｂは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルよりも高い位置にある。

【0052】

蒸発器２は、第１領域Ｒ１の上方に配置された第１冷媒液散布ノズル５１と、第２領域Ｒ２の上方に配置された第２冷媒液散布ノズル５２をさらに備えている。第１冷媒液散布ノズル５１および第２冷媒液散布ノズル５２は、冷媒配管４Ｃ（図１参照）に接続された冷媒液移送ライン５５に連結されている。

【0053】

冷媒液は、冷媒液移送ライン５５を通って、第１冷媒液散布ノズル５１および第２冷媒液散布ノズル５２に供給される。第２冷媒液散布ノズル５２の開口面積は、第１冷媒液散布ノズル５１の開口面積よりも大きい。したがって、第２冷媒液散布ノズル５２から第２領域Ｒ２に散布される冷媒液の流量は、第１冷媒液散布ノズル５１から第１領域Ｒ１に散布される冷媒液の流量よりも高い。

【0054】

蒸発器２は、第３領域Ｒ３の上方に配置された第３冷媒液散布ノズル５３をさらに備えている。第３冷媒液散布ノズル５３は、冷媒液移送ライン５５に連結されている。冷媒液は、冷媒液移送ライン５５を通って、第３冷媒液散布ノズル５３に供給される。第３冷媒液散布ノズル５３の開口面積は、第２媒液散布ノズルの開口面積よりも大きい。したがって、第３冷媒液散布ノズル５３から第３領域Ｒ３に散布される冷媒液の流量は、第２冷媒液散布ノズル５２から第２領域Ｒ２に散布される冷媒液の流量よりも高い。

【0055】

伝熱管３３内を流れる被冷却流体の温度は、缶胴３１内の冷媒液との熱交換により、徐々に低下する。すなわち、第１領域Ｒ１内を延びる下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度は、第２領域Ｒ２内を延びる下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度よりも高い。したがって、第１領域Ｒ１内の冷媒液は、下側伝熱管３３Ａ内を流れる被冷却流体との熱交換により激しく沸騰する。沸騰によって吹き上げられた冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂに接触し、上側伝熱管３３Ｂ内を流れる被冷却流体によって加熱され、蒸発する。同時に、第１冷媒液散布ノズル５１は、第１領域Ｒ１を延びる上側伝熱管３３Ｂに冷媒液を第１の流量で散布する。散布された冷媒液は、上側伝熱管３３Ｂ内を流れる被冷却流体によって加熱され、蒸発する。

【0056】

第２領域Ｒ２内の冷媒液は、下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体との熱交換により沸騰する。第２領域Ｒ２内の下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度は、第１領域Ｒ１での熱交換の結果、ある程度低下しているので、第２領域Ｒ２内の冷媒液の沸騰は、第１領域Ｒ１での沸騰よりは激しくない。また、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルは、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低いので、沸騰によって吹き上げられた冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂに接触しにくい。しかしながら、第２冷媒液散布ノズル５２は、第２領域Ｒ２を延びる上側伝熱管３３Ｂに、冷媒液を上記第１の流量よりも高い第２の流量で散布し、冷媒液を上側伝熱管３３Ｂに接触させることができる。散布された冷媒液は、上側伝熱管３３Ｂ内を流れる被冷却流体によって加熱され、蒸発する。

【0057】

第３領域Ｒ３内の冷媒液は、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２と同じように、下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体との熱交換により沸騰する。第３領域Ｒ３内の下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度は、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２での熱交換の結果、さらに低下しているので、第３領域Ｒ３内の冷媒液の沸騰は、第２領域Ｒ２での沸騰よりは激しくない。さらに、第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルは、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルよりも低いので、沸騰によって吹き上げられた冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂに接触しにくい。しかしながら、第３冷媒液散布ノズル５３は、第３領域Ｒ３を延びる上側伝熱管３３Ｂに、冷媒液を上記第２の流量よりも高い第３の流量で散布し、冷媒液を上側伝熱管３３Ｂに接触させることができる。散布された冷媒液は、上側伝熱管３３Ｂ内を流れる被冷却流体によって加熱され、蒸発する。

【0058】

このように、本実施形態によれば、缶胴３１内の領域によって冷媒液の散布流量が変わるので、下側伝熱管３３Ａ内の被冷却流体の温度勾配を補うことができる。結果として、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３において伝熱が向上できる。さらに、図２と図９とを比較すると分かるように、缶胴３１内に貯留される冷媒液の量を少なくすることができる（すなわち、液面レベルを低くすることができる）。

【0059】

本実施形態では、缶胴３１の内部は、第１堰４１および第２堰４２によって３つの領域、すなわち第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３に区画されているが、本発明は本実施形態に限定されない。一実施形態では、缶胴３１の内部は、第１堰４１によって第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２のみに区画されてもよいし、他の実施形態では、缶胴３１の内部は、３つまたはそれよりも多い堰により、４つまたはそれよりも多い領域に区画されてもよい。

【0060】

図３乃至図７に示す本実施形態は、図９に示す実施形態に適用することができる。

【0061】

図１０は、さらに他の実施形態に係る蒸発器２の内部を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図２に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。蒸発器２は、缶胴３１内に配置され、缶胴３１の内部を第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３に区画する第１堰４１および第２堰４２と、第１領域Ｒ１に連通する第１冷媒導入流路３９を備えている。第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との間に位置している。第２領域Ｒ２は、入口ポート３６に隣接している。第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２は、入口ポート３６と第３領域Ｒ３との間に位置している。第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３は、入口ポート側から、第２領域Ｒ２、第１領域Ｒ１、および第３領域Ｒ３の順に並んでいる。

【0062】

下側伝熱管３３Ａおよび上側伝熱管３３Ｂは、第１堰４１および第２堰４２を貫通して延びており、かつ第１堰４１および第２堰４２によって支持されている。すなわち、第１堰４１および第２堰４２は、これら伝熱管３３Ａ，３３Ｂを保持するチューブサポートを構成する。第１堰４１および第２堰４２は、下側伝熱管３３Ａおよび上側伝熱管３３Ｂを隙間なく保持しており、第１堰４１および第２堰４２は、冷媒液の流通を許容しないように構成されている。第１堰４１および第２堰４２は、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルを、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低くする液面調節手段として機能する。第１堰４１および第２堰４２は、同じ高さを有している。

【0063】

第１冷媒導入流路３９は、凝縮器３に連結された冷媒配管４Ｃ（図１参照）に接続されている。凝縮器３内で生成された冷媒液は、冷媒配管４Ｃを流れて第１冷媒導入流路３９に導入され、第１冷媒導入流路３９を通って第１領域Ｒ１内に流入する。冷媒液は、第１領域Ｒ１内を満たし、やがて第１堰４１および第２堰４２の上端から溢れ出る。第１堰４１を溢れ出た冷媒液は、第２領域Ｒ２に流れ込み、第２堰４２を溢れ出た冷媒液は、第３領域Ｒ３に流れ込む。

【0064】

下側伝熱管３３Ａは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３内の冷媒液に浸漬されている。すなわち、下側伝熱管３３Ａは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルよりも低い位置にある。上側伝熱管３３Ｂは、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルよりも高い位置にある。

【0065】

蒸発器２は、第３領域Ｒ３の上方に配置された冷媒液散布ノズル５８をさらに備えている。冷媒液散布ノズル５８は、冷媒配管４Ｃ（図１参照）に接続された冷媒液移送ライン５５に連結されている。冷媒液は、冷媒液移送ライン５５を通って、冷媒液散布ノズル５８に供給される。第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２には、冷媒液散布ノズルは設けられていない。

【0066】

伝熱管３３内を流れる被冷却流体の温度は、缶胴３１内の冷媒液との熱交換により、徐々に低下する。すなわち、第２領域Ｒ２内を延びる下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度は、第１領域Ｒ１内を延びる下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度よりも高い。したがって、第２領域Ｒ２内の冷媒液は、下側伝熱管３３Ａ内を流れる被冷却流体との熱交換により激しく沸騰する。沸騰によって吹き上げられた冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂに接触し、上側伝熱管３３Ｂ内を流れる被冷却流体によって加熱され、蒸発する。

【0067】

第１領域Ｒ１内の冷媒液は、下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体との熱交換により沸騰する。第１領域Ｒ１内の下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度は、第２領域Ｒ２での熱交換の結果、ある程度低下しているので、第１領域Ｒ１内の冷媒液の沸騰は、第２領域Ｒ２での沸騰よりは激しくない。しかしながら、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルは、第２領域Ｒ２内の冷媒液の液面レベルよりも高いので、沸騰によって吹き上げられた冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂに接触しやすい。上側伝熱管３３Ｂに接触した冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂ内を流れる被冷却流体によって加熱され、蒸発する。

【0068】

第３領域Ｒ３内の冷媒液は、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２と同じように、下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体との熱交換により沸騰する。第３領域Ｒ３内の下側伝熱管３３Ａを流れる被冷却流体の温度は、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２での熱交換の結果、さらに低下しているので、第３領域Ｒ３内の冷媒液の沸騰は、第２領域Ｒ２での沸騰よりは激しくない。さらに、第３領域Ｒ３内の冷媒液の液面レベルは、第１領域Ｒ１内の冷媒液の液面レベルよりも低いので、沸騰によって吹き上げられた冷媒液滴は、上側伝熱管３３Ｂに接触しにくい。しかしながら、冷媒液散布ノズル５８は、第３領域Ｒ３を延びる上側伝熱管３３Ｂに冷媒液を散布し、冷媒液を上側伝熱管３３Ｂに接触させることができる。散布された冷媒液は、上側伝熱管３３Ｂ内を流れる被冷却流体によって加熱され、蒸発する。

【0069】

このように、本実施形態によれば、第１堰４１、第２堰４２、および冷媒液散布ノズル５８の組み合わせによって、下側伝熱管３３Ａ内の被冷却流体の温度勾配を補うことができる。結果として、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、および第３領域Ｒ３において伝熱が向上できる。さらに、図２と図１０とを比較すると分かるように、缶胴３１内に貯留される冷媒液の量を少なくすることができる（すなわち、液面レベルを低くすることができる）。

【0070】

図１０に示す本実施形態は、図３乃至図７に示す実施形態に適用することができる。

【0071】

図１１は、ターボ冷凍機の他の実施形態を示す拡大図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。ターボ冷凍機は、凝縮器３と蒸発器２との間に配置されたエコノマイザ６０を備えている。本実施形態に使用される蒸発器２は、図２乃至図１０に示す実施形態のいずれの蒸発器２である。冷媒配管４Ｃは、凝縮器３からエコノマイザ６０まで延びる上流側配管４Ｃａと、エコノマイザ６０から蒸発器２まで延びる下流側配管４Ｃｂを有している。

【0072】

エコノマイザ６０は、冷媒配管４Ｅによって圧縮機１に連結されている。エコノマイザ６０は、凝縮器３と蒸発器２との間に配置された中間冷却器である。凝縮器３からエコノマイザ６０に延びる上流側配管４Ｃａには膨張弁２１が取り付けられ、エコノマイザ６０から蒸発器２に延びる下流側配管４Ｃｂには膨張弁２２が取り付けられている。膨張弁２１，２２は、その開度が調整可能に構成されており、例えば開度可変な電動弁から構成されている。

【0073】

本実施形態では、圧縮機１は、多段遠心式圧縮機１から構成されている。より具体的には、圧縮機１は二段遠心式圧縮機からなり、一段目羽根車１１と、二段目羽根車１２と、これらの羽根車１１，１２を回転させる電動機１３とを備えている。ガイドベーン１６は一段目羽根車１１の吸込側に位置している。蒸発器２から送られた冷媒蒸気は、ガイドベーン１６を通過し、その後、回転する羽根車１１，１２によって順次昇圧される。昇圧された冷媒蒸気は、冷媒配管４Ｂを通って凝縮器３に送られる。

【0074】

蒸発器２は、被冷却流体（例えば冷水）から熱を奪って冷媒液が蒸発して冷凍効果を発揮する。圧縮機１は、蒸発器２で生成された冷媒蒸気を圧縮し、凝縮器３は、圧縮された冷媒蒸気を冷却流体（例えば冷却水）で冷却して凝縮させることで、冷媒液を生成する。冷媒液は、膨張弁２１を通過することによって減圧される。減圧された冷媒液中に存在する冷媒蒸気はエコノマイザ６０によって分離され、圧縮機１の一段目羽根車１１と二段目羽根車１２との間に設けた中間吸込口１７に送られる。エコノマイザ６０を通過した冷媒液は、膨張弁２２を通過することによって減圧され、さらに蒸発器２に送られる。

【0075】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0076】

１ 圧縮機
２ 蒸発器
３ 凝縮器
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 冷媒配管
１１ 羽根車
１３ 電動機
１６ ガイドベーン
１７ 中間吸込口
２１ 膨張弁
２２ 膨張弁
３１ 缶胴
３３ 伝熱管
３３Ａ 下側伝熱管
３３Ｂ 上側伝熱管
３６ 入口ポート
３７ 出口ポート
３９ 第１冷媒導入流路
４１ 第１堰
４１ａ 第１流路
４２ 第２堰
４２ａ 第２流路
４５ 第２冷媒導入流路
４６ 第３冷媒導入流路
４８，４９ チューブサポート
５１ 第１冷媒液散布ノズル
５２ 第２冷媒液散布ノズル
５３ 第３冷媒液散布ノズル
５５ 冷媒液移送ライン
５８ 冷媒液散布ノズル
６０ エコノマイザ
Ｒ１ 第１領域
Ｒ２ 第２領域
Ｒ３ 第３領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】